JP2010125553A

JP2010125553A - Automatic screwing device

Info

Publication number: JP2010125553A
Application number: JP2008302504A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Yamano; 敦生山野; Hironori Yamataka; 大乗山高; Toru Kuga; 融空閑; Terumasa Sawato; 瑛昌沢戸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a screwing device capable of conducting the quick and correct position correction of a screwing mechanism. SOLUTION: An automatic screwing device 1 includes a screwing unit 40 for holding a screw, a plurality of force sensors 31, 32 and 33 for measuring forces working on the screwing unit 40, a force control part for calculating magnitudes and directions of the forces working on the screwing unit 40, and a fine movement robot 20 for adjusting and moving the screwing unit 40 based on an output from the force control part. The force sensors 31 and 32 measure forces in a y-axis direction on a plane vertical to a rotation axis A40. The force sensor 33 measures a force in an x-axis direction orthogonal to the y-axis on a plane vertical to the rotation axis A40. Therefore, the automatic screwing device 1 can separately calculate a reaction force Fry working on the screwing unit 40 and torque T in a simple manner. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、力センサを備えたロボットによる自動ネジ締め装置に関するものである。 The present invention relates to an automatic screw tightening device by a robot provided with a force sensor.

近年、様々な組立工程において作業の自動化が行われており、ネジ締め作業もその一つである。従来、ネジ締め作業を自動化する場合には、ネジ締めが必要なワークを搬送するコンベアの周囲に配置された多関節ロボットあるいは３軸直交ロボットなどの移動機構と、当該移動機構の先端に取付けられたネジ締め機構とが使用されている。ネジ締め機構は、モータなどによって回転駆動するビットを備えており、ビットの先端部をネジ頭の溝に勘合させて、所定の方向に回転することによってネジ締めを行う。 In recent years, work has been automated in various assembly processes, and screw tightening work is one of them. Conventionally, when automating a screw tightening operation, a moving mechanism such as an articulated robot or a three-axis orthogonal robot arranged around a conveyor for transporting a work requiring screw tightening and a tip of the moving mechanism are attached. Screw tightening mechanism is used. The screw tightening mechanism includes a bit that is rotationally driven by a motor or the like, and engages the tip of the bit with a groove on the screw head, and performs screw tightening by rotating in a predetermined direction.

ネジ締め前の位置決めのためには、まず、ワークを特定の位置に載せたパレットがコンベアに搬送され、ネジ締め位置で停止して、ワークがパレットごとに機械的に位置決めされる。次に、移動機構が、予め教示された位置へネジ締め機構を移動させる。 For positioning before screw tightening, a pallet on which a workpiece is placed at a specific position is first transported to a conveyor, stopped at the screw tightening position, and the workpiece is mechanically positioned for each pallet. Next, the moving mechanism moves the screw tightening mechanism to a previously taught position.

しかしながら、このような位置決めを行ったとしても、パレット上のワークの位置や、ワークにおけるネジ穴の位置などには多少のバラつきが存在し、移動機構には繰返し誤差が存在する。このため、実際にネジ締めを行う時には、ネジとネジ穴とのの中心軸にはズレが生じることがある。このズレが大きい場合、ネジが傾いたり、ネジ山がかみ合ったりなどして、ネジ締めが失敗する可能性が高くなるという問題が存在する。 However, even if such positioning is performed, there are some variations in the position of the workpiece on the pallet, the position of the screw hole in the workpiece, and the like, and there are repeated errors in the moving mechanism. For this reason, when the screws are actually tightened, the center axis between the screw and the screw hole may be displaced. When this deviation is large, there is a problem that the possibility of screw tightening failure increases due to the inclination of the screw or the engagement of the screw threads.

この問題を解決する従来の方法として、ネジ締め前にカメラによってワークを撮像し、画像処理によってネジ穴の位置を算出してワークやネジ穴の位置を補正する方法、ワークにおけるネジ穴の位置公差を小さくする方法、および、移動機構の動作精度を向上する方法などが挙げられる。 As a conventional method to solve this problem, the work is imaged with a camera before screw tightening, the position of the screw hole is calculated by image processing and the position of the work or screw hole is corrected, the position tolerance of the screw hole in the work And a method for improving the operation accuracy of the moving mechanism.

しかしながら、カメラを使用する補正方法では、ネジ穴の位置を高精度で検出するために、高解像度のカメラを使う必要がある。また、ワークが大きくなると１台のカメラでは全てのネジ穴を撮像できなくなるため、複数台のカメラを使用するか、または１台のカメラを移動させて、複数枚の撮像を行う必要がある。このため装置のコスト増加や、タクトタイムの増加につながる。ワークにおけるネジ穴の位置公差を小さくする方法では、個々のワークの加工を高精度で行う必要があるため、この方法はワークの単価上昇につながる。また、移動機構の動作精度を向上する方法では、移動機構のアクチュエータに使用する歯車のバックラッシュ低減や、エンコーダの高精度化が必要となる。また、移動機構の動作精度を向上する方法では、移動機構を目標位置で正確に停止させるために、目標位置に近づいたら動作を低速にして、制御に対する遅れを小さくする必要がある。このような移動機構は高価であり、かつ、その動作時間が長いため、装置全体におけるコスト増加やタクトタイムの増加につながる。 However, in the correction method using the camera, it is necessary to use a high-resolution camera in order to detect the position of the screw hole with high accuracy. Further, when the workpiece becomes large, it is impossible to image all screw holes with one camera. Therefore, it is necessary to use a plurality of cameras or move a single camera to perform imaging of a plurality of sheets. This leads to an increase in the cost of the apparatus and an increase in tact time. In the method of reducing the position tolerance of the screw hole in the workpiece, it is necessary to process each workpiece with high accuracy, and this method leads to an increase in the unit price of the workpiece. Further, in the method for improving the operation accuracy of the moving mechanism, it is necessary to reduce the backlash of the gear used for the actuator of the moving mechanism and to increase the accuracy of the encoder. Further, in the method for improving the operation accuracy of the moving mechanism, in order to stop the moving mechanism accurately at the target position, it is necessary to reduce the delay with respect to the control by slowing the operation when approaching the target position. Such a moving mechanism is expensive and has a long operation time, which leads to an increase in cost and tact time of the entire apparatus.

上記問題に対して、特許文献１および２には、ネジ締め機構がネジ締めの際に受ける力を検出する力センサを用いるネジ締め装置が開示されている。特許文献１に記載のネジ締め装置には、多関節ロボットのアームの先端に６軸力センサを介してネジ締め機構が取付けられている。この６軸力センサは、ネジ締めの際にネジがネジ穴から受ける反力を検出し、当該反力の方向とビットの方向が一致するように多関節ロボットが制御される。これによって、ネジ締め機構がネジ穴に合せて傾き、確実なネジ締めを行う。 With respect to the above problem, Patent Literatures 1 and 2 disclose a screw tightening device using a force sensor that detects a force received by a screw tightening mechanism during screw tightening. In the screw tightening device described in Patent Document 1, a screw tightening mechanism is attached to the tip of an arm of an articulated robot via a six-axis force sensor. This 6-axis force sensor detects the reaction force that the screw receives from the screw hole when tightening the screw, and the articulated robot is controlled so that the direction of the reaction force coincides with the direction of the bit. As a result, the screw tightening mechanism is tilted in accordance with the screw hole, and secure screw tightening is performed.

特許文献２に記載のネジ締め装置には、特許文献１に記載のネジ締め装置と同様に、多関節ロボットのアームの先端に６軸力センサを介してネジ締め機構が取付けられている。この６軸力センサは、ネジがネジ穴に接触した時の反力を検出し、ネジとネジ穴の位置が合うように多関節ロボットが制御される。これによって、ネジ締め機構がネジ穴に合せて移動し、確実なネジ締めを行う。ネジ締め中、６軸力センサはネジ締め方向の力のみを検出するように切替えられ、当該６軸力センサが規定のネジ締めトルクを検出するまでネジ締めが行われる。
特開平７−２１４４３５号公報（１９９５年８月１５日公開）特開２００２−３３１４２８号公報（２００２年１１月１９日公開） Similar to the screw tightening device described in Patent Document 1, the screw tightening device described in Patent Document 2 has a screw tightening mechanism attached to the tip of the arm of the articulated robot via a six-axis force sensor. This 6-axis force sensor detects a reaction force when the screw contacts the screw hole, and the articulated robot is controlled so that the screw and the screw hole are aligned. As a result, the screw tightening mechanism moves in accordance with the screw hole and performs secure screw tightening. During screw tightening, the 6-axis force sensor is switched to detect only the force in the screw tightening direction, and screw tightening is performed until the 6-axis force sensor detects a specified screw tightening torque.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-214435 (released on August 15, 1995) JP 2002-331428 A (published on November 19, 2002)

しかしながら、特許文献１および２に記載のネジ締め装置のように、６軸力センサを用いたネジ締め装置では、ネジ締め動作中に６軸力センサが測定する力から、ネジとネジ穴の中心軸とがずれたことにより生じる反力とネジ締めトルクとを分離して検出することが難しく、そのための計算は煩雑となる。例えば、特許文献１に記載のネジ締め装置では、ネジ締め機構をネジ穴に合せて傾ける際、力の検出からネジ締め機構の制御までに時間がかかってしまう。 However, in the screw tightening device using the 6-axis force sensor as in the screw tightening devices described in Patent Documents 1 and 2, the center of the screw and the screw hole is determined from the force measured by the 6-axis force sensor during the screw tightening operation. It is difficult to detect separately the reaction force and screw tightening torque that are caused by the deviation from the shaft, and the calculation for that is complicated. For example, in the screw tightening device described in Patent Document 1, when the screw tightening mechanism is tilted according to the screw hole, it takes time from the detection of force to the control of the screw tightening mechanism.

なお、特許文献２に記載のネジ締め装置では、６軸力センサの力検出方向を切り替えて、反力とトルクとを別々に算出する構成を採用しているため、ネジ締め動作と同時にネジ締め機構の位置補正を行うことはできない。 Note that the screw tightening device described in Patent Document 2 employs a configuration in which the reaction force and torque are calculated separately by switching the force detection direction of the six-axis force sensor. The position of the mechanism cannot be corrected.

したがって、６軸力センサを用いたネジ締め装置は、ネジとネジ穴とのズレに対して素早く柔軟に対応することが困難である。 Therefore, it is difficult for a screw tightening device using a six-axis force sensor to quickly and flexibly cope with a deviation between a screw and a screw hole.

また、特許文献１に記載のネジ締め装置では、ネジ締めの回転軸と６軸力センサの１軸とを一致させるために、力センサが、ネジを保持するビットに対し、ネジ締め機構を挟んだ反対側に配置されている。このような配置では、ネジ締め機構の自重が力センサにかかるため、ネジ締め機構の傾きに応じて力センサの出力を常に補償しなくてはならない。これは、力センサにおいて検出される力の精度低下を引き起こし、力センサによるフィードバック制御の周期に対して悪影響を及ぼす。したがって、特許文献１に記載のネジ締め装置は、少々の影響を問題としない大径のボルトやネジのネジ締めには適用可能であっても、小径のネジのネジ締めには不適である。 Further, in the screw tightening device described in Patent Document 1, the force sensor sandwiches the screw tightening mechanism with respect to the bit holding the screw in order to match the screw tightening rotation axis with one axis of the six-axis force sensor. Is located on the opposite side. In such an arrangement, since the weight of the screw tightening mechanism is applied to the force sensor, the output of the force sensor must always be compensated according to the inclination of the screw tightening mechanism. This causes a reduction in accuracy of the force detected by the force sensor, and adversely affects the period of feedback control by the force sensor. Therefore, the screw tightening device described in Patent Document 1 is not suitable for tightening small-diameter screws, even though it can be applied to large-diameter bolts and screws that do not cause a slight influence.

また、特許文献２に記載のネジ締め装置では、力センサがネジ締め機構のビットの回転軸から離れた位置に配置されているため、ビットを回転させた際に生じるトルクがモーメントとして力センサのＦｘ、Ｆｙの値に加わってしまう。このため、ネジ締め中にネジとネジ穴との位置関係を正確に検出することはできない。 Further, in the screw tightening device described in Patent Document 2, since the force sensor is disposed at a position away from the rotation axis of the bit of the screw tightening mechanism, the torque generated when the bit is rotated is used as the moment as the force sensor. It will be added to the values of Fx and Fy. For this reason, the positional relationship between a screw and a screw hole cannot be accurately detected during screw tightening.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ネジとネジ穴とのズレに対して、ネジ締め機構の位置補正を素早く正確に行うことができるネジ締め装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a screw tightening device capable of quickly and accurately correcting a position of a screw tightening mechanism with respect to a deviation between a screw and a screw hole. There is.

本発明にかかる自動ネジ締め装置は、上記課題を解決するために、ネジ締め手段と、上記ネジ締め手段のネジ締めの回転軸に直交する直線上に当該回転軸を挟んで配置され、かつ、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に直交する方向において上記ネジ締め手段に働く力を測定する２つの力センサと、上記２つの力センサの出力に基づいて上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向を算出する算出手段と、上記算出手段の出力に基づいて、上記ネジ締め手段を上記回転軸に垂直な方向に移動する位置補正手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an automatic screw tightening apparatus according to the present invention is arranged with a screw tightening means and a straight line perpendicular to the screw tightening rotation axis of the screw tightening means sandwiching the rotation shaft, and Two force sensors for measuring the force acting on the screw tightening means in a direction perpendicular to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis, and the force acting on the screw tightening means based on the outputs of the two force sensors. A calculating means for calculating the size and direction, and a position correcting means for moving the screw tightening means in a direction perpendicular to the rotation axis based on the output of the calculating means are provided.

上記構成では、上記２つの力センサの各々がネジ締め手段に働く力を測定し、算出手段が上記２つの力センサの出力を基にしてネジ穴からネジが受ける反力Ｆｒとネジ締めに要するトルクＴとを算出する。 In the above configuration, each of the two force sensors measures the force acting on the screw tightening means, and the calculation means requires the reaction force Fr received by the screw from the screw hole based on the output of the two force sensors and the screw tightening. Torque T is calculated.

上記２つの力センサは、ネジ締め手段の回転軸に直交する直線上に当該回転軸を挟んで配置されているため、当該２つの力センサにはトルクＴがそれぞれ反対方向に働く。また、上記２つの力センサは、上記回転軸を中心とする円の接線方向の力を測定するため、上記２つの力センサの各々がトルクＴから受ける力Ｆｔは、回転軸から上記２つのセンサの各々までの距離による。 Since the two force sensors are arranged on a straight line perpendicular to the rotation axis of the screw tightening means with the rotation shaft interposed therebetween, torque T acts on the two force sensors in opposite directions. In addition, since the two force sensors measure a force in a tangential direction of a circle centered on the rotation axis, the force Ft received from the torque T by each of the two force sensors is calculated from the two sensors from the rotation axis. Depending on the distance to each.

また、上記２つの力センサの測定する方向を、ネジから受ける反力Ｆｒのｙ軸方向とするとき、上記２つの力センサは、反力Ｆｒのｙ軸方向成分Ｆｒｙを測定する。 Further, when the measurement direction of the two force sensors is the y-axis direction of the reaction force Fr received from the screw, the two force sensors measure the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr.

このとき、上記２つの力センサの各々が測定する力Ｆ１、Ｆ２は、以下の式（１）によって表される。 At this time, the forces F1 and F2 measured by the two force sensors are expressed by the following equation (1).

Ｆ１＝（Ｔ／ｒ１＋Ｆｒｙ）／２
Ｆ２＝（−Ｔ／ｒ２＋Ｆｒｙ）／２・・・式（１）
式（１）によれば、ｒ１およびｒ２は回転軸から２つの力センサとの既知の距離であり、Ｆ１およびＦ２からＴが求まり、Ｆｒｙが算出される。よって算出手段は、ネジ締め手段に働く反力ＦｒｙとトルクＴとを分離して算出することを簡易的に行うことができる。 F1 = (T / r1 + Fry) / 2
F2 = (− T / r2 + Fry) / 2 Formula (1)
According to Equation (1), r1 and r2 are known distances from the rotation axis to the two force sensors, T is obtained from F1 and F2, and Fry is calculated. Therefore, the calculation unit can easily calculate the reaction force Fry and the torque T acting on the screw tightening unit separately.

また上記構成では、移動手段が、ネジ締め手段を上記平面に対して平行な方向に移動させる。移動手段が、算出手段の算出した結果に基づいてネジ締め手段を移動させれば、ネジとネジ穴との中心軸が一致するようにネジ締め手段の位置補正を行うことができる。このとき、算出手段による算出は簡易的に行われるため、上記２つの力センサが力を測定してから移動手段がネジ締め手段を移動するまでの、ネジ締め手段の位置補正にかかる時間を短くすることができる。 In the above configuration, the moving means moves the screw fastening means in a direction parallel to the plane. If the moving means moves the screw tightening means based on the result calculated by the calculating means, the position of the screw tightening means can be corrected so that the central axes of the screw and the screw hole coincide. At this time, since the calculation by the calculation means is simply performed, the time required for position correction of the screw tightening means from when the two force sensors measure the force until the moving means moves the screw tightening means is shortened. can do.

したがって、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジとネジ穴とのズレに対して素早く対応して、ネジ締めを確実に行うことができる。また、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジ締め動作中にネジ締め手段の位置補正を素早く行うことができるため、例えばコンベア上を流れるワークに対しても、ネジ締めを好適に行うことができる。 Therefore, the automatic screw tightening device according to the present invention can quickly cope with the deviation between the screw and the screw hole and reliably perform the screw tightening. In addition, since the automatic screw tightening apparatus according to the present invention can quickly correct the position of the screw tightening means during the screw tightening operation, for example, the screw tightening can be suitably performed even on a workpiece flowing on a conveyor. it can.

さらに、本発明にかかる自動ネジ締め装置において、上記２つの力センサは、上記回転軸から等距離の位置に配置されていることが好ましい。 Furthermore, in the automatic screw tightening apparatus according to the present invention, it is preferable that the two force sensors are arranged at a position equidistant from the rotation shaft.

上記構成では、上記２つの力センサがトルクＴから受ける力Ｆｔの大きさは等しい。このため、上記２つの力センサの各々が測定する力Ｆ１、Ｆ２は、以下の式（２）によって表される。 In the above configuration, the magnitude of the force Ft received from the torque T by the two force sensors is equal. Therefore, the forces F1 and F2 measured by each of the two force sensors are expressed by the following formula (2).

Ｆ１＝（Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／ｋ
Ｆ２＝（−Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／ｋ・・・式（２）
なお、ｋは複数の力センサの個数である。 F1 = (Ft + Fry) / k
F2 = (− Ft + Fry) / k (2)
Note that k is the number of force sensors.

式（２）によれば、Ｆ１とＦ２との差分からＦｔが求まる。よって、算出手段は、ネジ締め手段に働く反力ＦｒｙとトルクＴとを、より簡易的に算出することができる。 According to equation (2), Ft is obtained from the difference between F1 and F2. Therefore, the calculation means can more simply calculate the reaction force Fry and torque T acting on the screw tightening means.

また、本発明にかかる自動ネジ締め装置は、上記回転軸に垂直な平面内の方向であり、かつ上記２つの力センサの測定する方向とは異なる方向において、上記ネジ締め手段に働く力を測定する他の１つの力センサを、さらに備えており、上記算出手段は、上記２つの力センサの出力に加え、上記他の１つのセンサの出力に基づいて上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向を算出することが好ましい。 The automatic screw tightening device according to the present invention measures the force acting on the screw tightening means in a direction in a plane perpendicular to the rotation axis and different from the direction measured by the two force sensors. In addition to the output of the two force sensors, the calculation means further includes a force sensor acting on the screw tightening means based on the output of the other one sensor. And calculating the direction.

上記構成において、上記２つの力センサの測定する方向を反力Ｆｒのｙ軸方向とし、上記回転軸に垂直な平面をｘｙ平面とするとき、上記他の１つの力センサはｘｙ平面内のｙ軸とは異なる方向の力を測定する。上記他の１つの力センサと回転軸とを結ぶ線とｘ軸とがなす角が判明していれば、算出手段は、ネジ締め手段に働く反力Ｆｒの合力とトルクＴとを算出することができる。したがって、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジとネジ穴との中心軸が一致するように、ネジ締め手段をより正確に位置補正することができる。 In the above configuration, when the direction measured by the two force sensors is the y-axis direction of the reaction force Fr and the plane perpendicular to the rotation axis is the xy plane, the other one force sensor is y in the xy plane. Measure force in a direction different from the axis. If the angle formed by the line connecting the other one force sensor and the rotation axis and the x axis is known, the calculating means calculates the resultant force of the reaction force Fr acting on the screw fastening means and the torque T. Can do. Therefore, the automatic screw tightening device according to the present invention can correct the position of the screw tightening means more accurately so that the central axes of the screw and the screw hole coincide.

さらに、本発明にかかる自動ネジ締め装置は、上記他の１つの力センサの測定する方向は、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に平行な方向であることが好ましい。 Furthermore, in the automatic screw tightening apparatus according to the present invention, it is preferable that the direction measured by the one other force sensor is a direction parallel to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis.

上記構成において、上記２つの力センサの測定する方向を反力Ｆｒのｙ軸方向とするとき、上記他の１つの力センサは反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘを測定する。また、このため、上記他の１つの力センサが測定する力Ｆ３は、以下の式（３）によって表される。 In the above configuration, when the direction measured by the two force sensors is the y-axis direction of the reaction force Fr, the other one force sensor measures the x-axis direction component Frx of the reaction force Fr. For this reason, the force F3 measured by the other force sensor is expressed by the following equation (3).

Ｆ３＝（Ｔ／ｒ３＋Ｆｒｘ）／３・・・式（３）
式（３）によれば、ｒ３は回転軸から他の１つの力センサとの既知の距離であり、式（１）または（２）から求まるＴによって、Ｆｒｘが算出される。すなわち、算出手段は、ネジ締め手段に働く反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘおよびｙ軸方向成分Ｆｒｙの合力を、精度良く、容易に算出することができる。したがって、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジとネジ穴との中心軸が一致するようにネジ締め手段をより素早く位置補正することができる。 F3 = (T / r3 + Frx) / 3 Formula (3)
According to the equation (3), r3 is a known distance from the rotation axis to the other force sensor, and Frx is calculated by T obtained from the equation (1) or (2). That is, the calculating means can easily and accurately calculate the resultant force of the x-axis direction component Frx and the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr acting on the screw tightening means. Therefore, the automatic screw tightening apparatus according to the present invention can correct the position of the screw tightening means more quickly so that the central axes of the screw and the screw hole coincide.

さらに、本発明にかかる自動ネジ締め装置において、上記２つの力センサおよび上記他の１つの力センサは、上記回転軸を中心とした同一の円周上に配置されていることが好ましい。 Furthermore, in the automatic screw tightening apparatus according to the present invention, it is preferable that the two force sensors and the other one force sensor are arranged on the same circumference around the rotation axis.

上記構成によれば、複数の力センサがトルクＴから受ける力Ｆｔの大きさは全て等しい。このため、上記２つの力センサの各々が測定する力Ｆ１、Ｆ２、および上記他の１つの力センサが測定する力Ｆ３は、以下の式（４）によって表される。 According to the above configuration, the magnitudes of the forces Ft received by the plurality of force sensors from the torque T are all equal. Therefore, the forces F1 and F2 measured by each of the two force sensors and the force F3 measured by the other one force sensor are expressed by the following expression (4).

Ｆ１＝（Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／ｋ
Ｆ２＝（−Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／ｋ
Ｆ３＝（Ｆｔ＋Ｆｒｘ）／ｋ・・・式（４）
なお、ｋは複数の力センサの個数である。 F1 = (Ft + Fry) / k
F2 = (− Ft + Fry) / k
F3 = (Ft + Frx) / k (4)
Note that k is the number of force sensors.

式（４）によれば、Ｆ１とＦ２との差分からＦｔが求まり、ＦｒｙおよびＦｒｘが算出される。また、回転軸から力センサまでの距離によって、トルクＴが算出される。よって、算出手段はネジ締め手段に働く反力ＦｒとトルクＴとを、より簡易的に算出することができる。したがって、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジとネジ穴との中心軸が一致するように、ネジ締め手段をより素早くかつ正確に位置補正することができる。 According to Equation (4), Ft is obtained from the difference between F1 and F2, and Fry and Frx are calculated. The torque T is calculated from the distance from the rotation axis to the force sensor. Therefore, the calculation means can more simply calculate the reaction force Fr and torque T acting on the screw tightening means. Therefore, the automatic screw tightening device according to the present invention can correct the position of the screw tightening means more quickly and accurately so that the central axes of the screw and the screw hole coincide.

また、本発明にかかる自動ネジ締め装置において、上記２つの力センサは、さらに、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に平行な方向において上記ネジ締め手段に働く力を測定してもよい。 In the automatic screw tightening apparatus according to the present invention, the two force sensors may further measure a force acting on the screw tightening means in a direction parallel to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis. .

上記構成によれば、上記他の１つの力センサを用いずとも、上記２つの力センサを用いることによって、ネジとネジ穴との中心軸が一致するようにネジ締め手段を正確に位置補正することができる。また、上記２つの力センサとして３軸力センサを用いることができる。 According to the above configuration, the position of the screw tightening means is accurately corrected so that the central axes of the screw and the screw hole coincide with each other by using the two force sensors without using the other one force sensor. be able to. A triaxial force sensor can be used as the two force sensors.

また、本発明にかかる自動ネジ締め装置において、上記２つの力センサは、さらに、上記回転軸に平行な方向において、上記ネジ締め手段に働く力を測定してもよい。 In the automatic screw tightening device according to the present invention, the two force sensors may further measure a force acting on the screw tightening means in a direction parallel to the rotation axis.

上記構成によれば、上記回転軸に平行な方向の力に基づいて、ネジ締め手段の押し付け力を調節することができる。また、上記２つの力センサとして３軸力センサを用いることができる。 According to the said structure, the pressing force of a screw fastening means can be adjusted based on the force of the direction parallel to the said rotating shaft. A triaxial force sensor can be used as the two force sensors.

本発明にかかる自動ネジ締め装置は、上記算出手段による上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向の算出と、上記位置補正手段による上記ネジ締め手段の移動とを、ネジとネジ穴との中心軸が一致するまで繰り返えすことが好ましい。 The automatic screw tightening apparatus according to the present invention calculates the magnitude and direction of the force acting on the screw tightening means by the calculating means and moves the screw tightening means by the position correcting means between the screw and the screw hole. It is preferable to repeat until the central axes coincide.

上記構成によれば、移動手段は、ネジとネジ穴とのズレに対応してネジ締め手段の位置を素早く正確に補正することができる。このため、本発明に係る自動ネジ締め装置は、ネジ締めを確実に行うことができる。 According to the said structure, the moving means can correct | amend the position of a screw fastening means quickly and correctly corresponding to the shift | offset | difference of a screw and a screw hole. For this reason, the automatic screw tightening device according to the present invention can securely perform screw tightening.

本発明に係る自動ネジ締め装置によれば、ネジ締め手段の回転軸を挟んで配置され、かつ、上記回転軸を中心とする円の接線方向において上記ネジ締め手段に対して働く力を測定する力センサを備えているので、ネジとネジ穴との中心軸が一致するようにネジ締め手段を素早く正確に位置補正することができる。 According to the automatic screw tightening device of the present invention, the force acting on the screw tightening means is measured in the tangential direction of the circle centered on the rotary shaft, with the rotation shaft of the screw tightening means being interposed therebetween. Since the force sensor is provided, the position of the screw tightening means can be corrected quickly and accurately so that the central axes of the screw and the screw hole coincide.

〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態について図１から図１６に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施形態では、自動ネジ締め装置１が液晶テレビの製造工程に用いられるとし、ネジ締めが必要なワークが液晶モジュール８であるとして説明するが、本発明はこれに限られず、ネジ締めを行う他の様々なワークに対して利用することができる。 [Embodiment 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 16 as follows. In the present embodiment, it is assumed that the automatic screw tightening device 1 is used in the manufacturing process of a liquid crystal television, and the work that requires screw tightening is the liquid crystal module 8. However, the present invention is not limited to this and the screw tightening is performed. It can be used for various other works.

まず、液晶テレビの製造工程における液晶モジュール８の組立て工程の概略について、図２を参照して説明する。図２は、液晶テレビの製造工程における液晶モジュール８の組立て工程を示す斜視図である。 First, an outline of the assembly process of the liquid crystal module 8 in the manufacturing process of the liquid crystal television will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an assembling process of the liquid crystal module 8 in the manufacturing process of the liquid crystal television.

図２に示すように、液晶モジュール８の組立て工程には、自動ネジ締め装置１と、液晶モジュール（ワーク）８を前工程から搬送する組立てコンベア６とが用いられる。組立てコンベア６は、ワークを常に一定速度で搬送するだけのベルトコンベア６１と、ベルトコンベア６１上を前工程から液晶モジュール８が搬送されてきたことを検知する光電センサ６２と、液晶モジュール８の姿勢を撮像する姿勢検出カメラ６３とを備えている。ベルトコンベア６１はコンベア上のワークの位置決めなどの機構を持たない簡易な構成でよい。ベルトコンベア６１の駆動方向をＸ軸とし、コンベア面に対して鉛直上方向をＺ軸とし、Ｘ軸、Ｚ軸の両者に直交する軸をＹ軸とする。 As shown in FIG. 2, the assembly process of the liquid crystal module 8 uses an automatic screw tightening device 1 and an assembly conveyor 6 that transports the liquid crystal module (workpiece) 8 from the previous process. The assembly conveyor 6 includes a belt conveyor 61 that always conveys workpieces at a constant speed, a photoelectric sensor 62 that detects that the liquid crystal module 8 has been conveyed from the previous process on the belt conveyor 61, and the attitude of the liquid crystal module 8. And an attitude detection camera 63 for capturing the image. The belt conveyor 61 may have a simple configuration that does not have a mechanism for positioning a workpiece on the conveyor. The driving direction of the belt conveyor 61 is defined as the X axis, the direction perpendicular to the conveyor surface is defined as the Z axis, and the axis orthogonal to both the X axis and the Z axis is defined as the Y axis.

液晶テレビの表示部である液晶モジュール８は、図３に示すように、液晶パネル８２の周囲が、箱状のバックライトユニット８１と、断面が略Ｌ字形の額縁状のベゼル８３とによって囲まれるように固定された構造である。図３は液晶モジュール８を示す分解斜視図である。ベゼル８３は複数本のネジ（本実施形態では６本）のネジによって、バックライトユニット８１に固定されている。 As shown in FIG. 3, in the liquid crystal module 8 which is a display unit of a liquid crystal television, the periphery of the liquid crystal panel 82 is surrounded by a box-shaped backlight unit 81 and a frame-like bezel 83 having a substantially L-shaped cross section. This is a fixed structure. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the liquid crystal module 8. The bezel 83 is fixed to the backlight unit 81 with a plurality of screws (six in this embodiment).

ベルトコンベア６１の横側には、光電センサ６２から一定の距離をとった下流において、自動ネジ締め装置１が設置されている。 On the side of the belt conveyor 61, the automatic screw tightening device 1 is installed downstream from the photoelectric sensor 62 at a certain distance.

次に、図１および図４に基づいて、本実施形態における自動ネジ締め装置１の概略構成について説明する。図１は、自動ネジ締め装置１の力センサユニット３０周辺を示す斜視図であり、図４は、自動ネジ締め装置１を示す斜視図である。図４に示すように、自動ネジ締め装置１は、粗動用ロボット１０と、粗動用ロボット１０の先端に取付けられた微動用ロボット２０と、微動用ロボット２０の先端に力センサユニット３０を介して取付けられたネジ締めユニット４０と、これらを制御する制御部（図示しない）とを備えている。また、粗動用ロボット１０の可動範囲内には、ネジ締めユニット４０にネジを供給するためのネジ供給ユニット５０が設けられている。 Next, based on FIG. 1 and FIG. 4, the schematic structure of the automatic screw fastening apparatus 1 in this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view showing the periphery of the force sensor unit 30 of the automatic screw tightening device 1, and FIG. 4 is a perspective view showing the automatic screw tightening device 1. As shown in FIG. 4, the automatic screw tightening apparatus 1 includes a coarse movement robot 10, a fine movement robot 20 attached to the tip of the coarse movement robot 10, and a tip of the fine movement robot 20 via a force sensor unit 30. An attached screw fastening unit 40 and a control unit (not shown) for controlling them are provided. A screw supply unit 50 for supplying screws to the screw tightening unit 40 is provided within the movable range of the coarse movement robot 10.

本実施形態では、ネジ締め手段としてネジ締めユニット４０を用いており、ワーク（液晶モジュール８）の平面内の位置おけるネジ締めユニット４０の移動手段として粗動用ロボット１０を、位置補正手段として微動用ロボット２０を用いている。また、後述にて説明するが、ネジ締めユニット４０に働く力を算出する算出手段として、制御部の備える力制御部を用いている。 In this embodiment, the screw tightening unit 40 is used as the screw tightening means, and the coarse motion robot 10 is used as the moving means of the screw tightening unit 40 at the position in the plane of the workpiece (liquid crystal module 8), and the fine motion is used as the position correcting means. A robot 20 is used. As will be described later, a force control unit included in the control unit is used as a calculation unit that calculates a force acting on the screw tightening unit 40.

図４に示すように、粗動用ロボット１０は、４軸に構成されたスカラー型のロボットであり、粗動用ベース１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、粗動用スライド機構１４とを備えている。第１アーム１２は、Ｚ軸と平行な軸線Ａ１１まわりに第１アーム１２を旋回駆動させる駆動機構を介して、粗動用ベース１１に取付けられている。第２アーム１３は、Ｚ軸と平行な軸線Ａ１２まわりに第２アーム１３を旋回駆動させる駆動機構を介して、第１アーム１２に取付けられている。粗動用スライド機構１４は、Ｚ軸と平行な軸線Ａ１３まわりに粗動用スライド機構１４を旋回駆動させる駆動機構を介して、第２アーム１３に取付けられている。また、粗動用スライド機構１４は、Ｚ軸と平行な軸線Ａ１４に沿って駆動可能な粗動用スライドブロック１５を備えており、粗動用スライドブロック１５には、微動用ロボット２０が取付けられている。 As shown in FIG. 4, the coarse movement robot 10 is a four-axis scalar type robot, and includes a coarse movement base 11, a first arm 12, a second arm 13, and a coarse movement slide mechanism 14. It has. The first arm 12 is attached to the coarse motion base 11 via a drive mechanism that drives the first arm 12 to pivot about an axis A11 parallel to the Z axis. The second arm 13 is attached to the first arm 12 via a drive mechanism that rotates the second arm 13 around an axis A12 parallel to the Z axis. The coarse movement slide mechanism 14 is attached to the second arm 13 via a drive mechanism that rotates the coarse movement slide mechanism 14 about an axis A13 parallel to the Z axis. The coarse movement slide mechanism 14 includes a coarse movement slide block 15 that can be driven along an axis A14 parallel to the Z axis, and a fine movement robot 20 is attached to the coarse movement slide block 15.

微動用ロボット２０は、ネジ締めユニット４０を、ワーク（液晶モジュール８）の平面に対して平行に移動可能にするものであればよい。本実施形態では、図１に示すように、微動用ロボット２０は、粗動用スライドブロック１５に取付けられる微動用ベース２１と、互いに直交して微動用ベース２１に取付けられた２つの微動用スライド機構２２、２３とから、直交２軸に構成されている。微動用スライド機構２２、２３は、軸線Ａ２２、Ａ２３に沿って駆動可能な微動用スライドブロック２４、２５を備えている。微動用スライドブロック２４、２５の稼動範囲の中心を原点とする。微動用スライド機構２２は、軸線Ａ２２がＺ軸に対して直交するように微動用ベース２１に取付けられ、微動用スライド機構２３は、軸線Ａ２３が軸線Ａ２２とＺ軸の両方に直交するように微動用スライドブロック２４に取付けられている。微動用スライドブロック２５には、力センサユニット３０が取付けられている。 The fine movement robot 20 only needs to be able to move the screw tightening unit 40 in parallel to the plane of the workpiece (liquid crystal module 8). In this embodiment, as shown in FIG. 1, the fine movement robot 20 includes a fine movement base 21 attached to the coarse movement slide block 15 and two fine movement slide mechanisms attached to the fine movement base 21 at right angles to each other. 22 and 23, and is configured in two orthogonal axes. The fine movement slide mechanisms 22 and 23 include fine movement slide blocks 24 and 25 that can be driven along the axes A22 and A23. The center of the operating range of the fine movement slide blocks 24, 25 is the origin. The fine movement slide mechanism 22 is attached to the fine movement base 21 so that the axis A22 is orthogonal to the Z axis, and the fine movement slide mechanism 23 is finely moved so that the axis A23 is orthogonal to both the axis A22 and the Z axis. It is attached to the slide block 24 for use. A force sensor unit 30 is attached to the fine movement slide block 25.

力センサユニット３０は、１軸方向の力を検出する３個の力センサ３１、３２、３３と、力センサ３１、３２、３３が取付けられるセンサ取付け部３５と、微動用スライドブロック２５に取付けられた力センサユニットベース３４とを備えている。力センサ３１、３２、３３が取付けられるセンサ取付け部３５の平面は、回転軸Ａ４０に対して直交する平面である。力センサユニット３０は、さらに、力センサユニットベース３４とセンサ取付け部３５との間に配置され、センサ取付け部３５をＺ軸方向に移動自在に保持するリニアガイド３６と、センサ取付け部３５を支持する弾性体３７とを備えている。リニアガイド３６および弾性体３７は、ビット４３の先端とネジ頭の溝との勘合がネジ締め中に粗動用ロボット１０の動作誤差などによって緩むことのないように、ビット４３の先端をネジ頭に一定の力で押付けるための構造である。 The force sensor unit 30 is attached to three force sensors 31, 32, and 33 for detecting a force in one axial direction, a sensor attachment portion 35 to which the force sensors 31, 32, and 33 are attached, and a fine movement slide block 25. Force sensor unit base 34. The plane of the sensor mounting portion 35 to which the force sensors 31, 32, and 33 are mounted is a plane orthogonal to the rotation axis A40. The force sensor unit 30 is further disposed between the force sensor unit base 34 and the sensor mounting portion 35, and supports the linear guide 36 that holds the sensor mounting portion 35 movably in the Z-axis direction, and the sensor mounting portion 35. The elastic body 37 is provided. The linear guide 36 and the elastic body 37 use the tip of the bit 43 as the screw head so that the fitting between the tip of the bit 43 and the groove of the screw head does not loosen due to an operation error of the coarse motion robot 10 during screw tightening. It is a structure for pressing with a constant force.

ネジ締めユニット４０は、力センサ３１、３２、３３に取付けられたネジ締めベース４１と、ネジ締めベース４１に固定されたモータ４２と、モータ４２により回転駆動するビット４３、ビット４３をモータ４２に取付けるためのドリルチャック４４を備えている。ビット４３は、使用するネジの種類に応じて、十文字穴用、六角穴用などに付け替えることができる。また、ビット４３の先端を磁性体とすることによって、ネジ供給ユニット５０にて取得したネジを落とさずにネジ締め位置まで移動することができる。 The screw tightening unit 40 includes a screw tightening base 41 attached to the force sensors 31, 32, 33, a motor 42 fixed to the screw tightening base 41, a bit 43 that is rotationally driven by the motor 42, and a bit 43 to the motor 42. A drill chuck 44 for mounting is provided. The bit 43 can be replaced with a cross hole or a hexagon hole depending on the type of screw used. Further, by using the tip of the bit 43 as a magnetic body, the screw acquired by the screw supply unit 50 can be moved to the screw tightening position without dropping.

ネジ供給ユニット５０は、使用するネジを入れておくネジ溜め部５１から、ネジ頭が上に向いた状態にネジを整列させながらネジ供給部５２に送る装置である。ビット４３は、ネジ供給部５２の先端からネジを１本ずつ取出すことができる。 The screw supply unit 50 is a device that sends the screw to the screw supply unit 52 while aligning the screws with the screw heads facing upward from the screw reservoir 51 in which the screws to be used are placed. The bit 43 can take out one screw at a time from the tip of the screw supply unit 52.

次に、力センサ３１、３２、３３について図５に基づいて説明する。図５は、力センサ３１、３２、３３を示す上面図である。図５に示すように、力センサ３１、３２、３３は、ネジ締めユニット４０の回転軸Ａ４０に対して直交する平面内の少なくとも１軸方向の力を検出する力センサであればよい。２つの力センサ３１、３２については、回転軸Ａ４０を通る直線上において当該回転軸Ａ４０を挟んで配置されている。また、３つの力センサ３１、３２、３３は、回転軸Ａ４０を中心とする同一の円上に配置されている。力センサ３１の位置を０度とするとき、１８０度の位置に力センサ３２が配置され、９０度の位置に力センサ３３が配置されている。ここで、回転軸Ａ４０から力センサ３１に向かう方向をｘ軸とし、回転軸Ａ４０から力センサ３３に向かう方向をｙ軸とする。 Next, the force sensors 31, 32, and 33 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a top view showing the force sensors 31, 32 and 33. As shown in FIG. 5, the force sensors 31, 32, and 33 may be force sensors that detect a force in at least one axial direction within a plane orthogonal to the rotation axis A 40 of the screw tightening unit 40. The two force sensors 31 and 32 are arranged on a straight line passing through the rotation axis A40 with the rotation axis A40 interposed therebetween. The three force sensors 31, 32, 33 are arranged on the same circle with the rotation axis A40 as the center. When the position of the force sensor 31 is 0 degree, the force sensor 32 is disposed at a position of 180 degrees, and the force sensor 33 is disposed at a position of 90 degrees. Here, a direction from the rotation axis A40 toward the force sensor 31 is defined as an x-axis, and a direction from the rotation axis A40 toward the force sensor 33 is defined as a y-axis.

３個の力センサ３１、３２、３３の力の測定方向については、各力センサ３１、３２、３３が、回転軸Ａ４０を中心とする円周との接線方向の力を測定するよう配置されている。すなわち、力センサ３１、３２はｙ軸方向の力を測定し、力センサ３３はｘ軸方向の力を測定するよう配置されている。 Regarding the force measuring directions of the three force sensors 31, 32, 33, the force sensors 31, 32, 33 are arranged so as to measure the force in the tangential direction with respect to the circumference around the rotation axis A40. Yes. That is, the force sensors 31 and 32 are arranged to measure a force in the y-axis direction, and the force sensor 33 is arranged to measure a force in the x-axis direction.

次に、制御部７について図６を参照して説明する。図４は、制御部７を示すブロック図である。図６に示すように、制御部７は、ワーク認識部７１と、ロボット制御部７２と、力制御部７３と、ネジ締め制御部７４とから構成されている。ワーク認識部７１は、姿勢検出カメラ６３によって撮像された液晶モジュール８の画像を処理して液晶モジュール８の姿勢を検出し、ネジ穴の位置の補正データを算出する機能を有する。ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の各軸の動作を制御して、所定の位置へネジ締めユニット４０を移動させる機能を有する。力制御部７３は、力センサ３１、３２、３３からの出力を基にネジにかかる反力を算出して、微動用スライド機構２２、２３の動作を制御し、ネジとネジ穴の位置を合せる機能を有する。ネジ締め制御部７４は、ネジ締めユニット４０のモータ４２の回転を制御する機能を有する。 Next, the control unit 7 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the control unit 7. As shown in FIG. 6, the control unit 7 includes a workpiece recognition unit 71, a robot control unit 72, a force control unit 73, and a screw tightening control unit 74. The workpiece recognition unit 71 has a function of processing the image of the liquid crystal module 8 captured by the posture detection camera 63 to detect the posture of the liquid crystal module 8 and calculating correction data of the screw hole position. The robot controller 72 has a function of controlling the operation of each axis of the coarse movement robot 10 and moving the screw tightening unit 40 to a predetermined position. The force control unit 73 calculates the reaction force applied to the screw based on the outputs from the force sensors 31, 32, 33, controls the operation of the fine movement slide mechanisms 22, 23, and aligns the positions of the screw and the screw hole. It has a function. The screw tightening control unit 74 has a function of controlling the rotation of the motor 42 of the screw tightening unit 40.

自動ネジ締め装置１によるネジ締め動作について、図７および図８に示すフローチャートを参照して以下に説明する。図７は自動ネジ締め装置１によるネジ締め動作を示すフローチャートであり、図８は力制御部による位置補正動作を示すフローチャートである。 The screw tightening operation by the automatic screw tightening device 1 will be described below with reference to the flowcharts shown in FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing the screw tightening operation by the automatic screw tightening device 1, and FIG. 8 is a flowchart showing the position correcting operation by the force control unit.

まず、図７に示すように、ステップＳ１において、液晶モジュール８が前工程から搬送されてきたこと知らせる光電センサ６２の入力を待つ。光電センサ６２の入力があると、ワーク認識部７１は、液晶モジュール８が通過した時刻を記録する（ステップＳ２）。 First, as shown in FIG. 7, in step S1, the input of the photoelectric sensor 62 that informs that the liquid crystal module 8 has been transported from the previous process is waited for. When there is an input from the photoelectric sensor 62, the work recognition unit 71 records the time when the liquid crystal module 8 passes (step S2).

続いて、ワーク認識部７１は、通過する液晶モジュール８を姿勢検出カメラ６３によって撮像する（ステップＳ３）。次いで、ワーク認識部７１は、撮像した液晶モジュール８の画像から、ベルトコンベア６１上の液晶モジュール８の位置および傾きを算出する。また、液晶モジュール８内にあらかじめ登録してあるネジ穴位置のデータを基にして、通過中の液晶モジュール８におけるネジ穴の位置を算出する。さらに、液晶モジュール８がベルトコンベア６１により搬送される間に、ネジ穴の通過軌道（図９）と、ネジ締めの順番とを算出する（ステップＳ４）。図９は、ベルトコンベア６１上における液晶モジュール８のネジ穴の軌道を示す上面図である。 Subsequently, the workpiece recognizing unit 71 images the passing liquid crystal module 8 with the posture detection camera 63 (step S3). Next, the workpiece recognition unit 71 calculates the position and inclination of the liquid crystal module 8 on the belt conveyor 61 from the captured image of the liquid crystal module 8. Further, the screw hole position in the passing liquid crystal module 8 is calculated based on the screw hole position data registered in advance in the liquid crystal module 8. Further, while the liquid crystal module 8 is transported by the belt conveyor 61, the passing trajectory of screw holes (FIG. 9) and the order of screw tightening are calculated (step S4). FIG. 9 is a top view showing the track of the screw holes of the liquid crystal module 8 on the belt conveyor 61.

また、ステップＳ２が終了した時点で、ワーク認識部７１がロボット制御部７２に対してワーク到着の信号を送ることによって、ステップＳ５が実行される。 When step S2 is completed, the workpiece recognition unit 71 sends a workpiece arrival signal to the robot control unit 72, thereby executing step S5.

ステップＳ５において、ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の各軸の動作を制御して、粗動用ロボット１０の制御点をネジ供給ユニット５０のネジ供給部５２へ移動させ、ネジ供給部５２からビット４３にネジを取付ける。ここで、粗動用ロボット１０の制御点とは、微動用ロボット２０の微動用スライド機構２２、２３が共に原点に有るときのビット４３の先端を意味する。 In step S 5, the robot control unit 72 controls the operation of each axis of the coarse movement robot 10 to move the control point of the coarse movement robot 10 to the screw supply unit 52 of the screw supply unit 50. Attach the screw to the bit 43. Here, the control point of the coarse movement robot 10 means the tip of the bit 43 when the fine movement slide mechanisms 22 and 23 of the fine movement robot 20 are both at the origin.

次にステップＳ６において、ロボット制御部７２は、ワーク認識部７１がステップＳ２で記録した液晶モジュール８の通過時刻と、ステップＳ４で算出した１番目のネジ穴の初期位置および通過軌道と、予め登録されているベルトコンベア６１の動作速度とから、粗動用ロボット１０の移動目標位置を算出する。続いて、ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の各軸の動作を制御して、算出した目標位置に粗動用ロボット１０の制御点を移動させる。 Next, in step S6, the robot control unit 72 registers in advance the passage time of the liquid crystal module 8 recorded by the workpiece recognition unit 71 in step S2, the initial position and passage trajectory of the first screw hole calculated in step S4. From the operating speed of the belt conveyor 61, the movement target position of the coarse movement robot 10 is calculated. Subsequently, the robot control unit 72 controls the operation of each axis of the coarse movement robot 10 and moves the control point of the coarse movement robot 10 to the calculated target position.

次にステップＳ７において、ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の制御点を、Ｘ−Ｙ平面において１番目のネジ穴の通過軌道と一致させたまま、ベルトコンベア６１の動作速度と同じ速度で移動させさせるように、粗動用ロボット１０の軸Ａ１２およびＡ１３の動作を制御する。これと同時に、ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の制御点を、使用するネジの種類によって予め登録された速度でＺ軸方向に移動させるように、粗動用ロボット１０の軸Ａ１４の動作を制御する。 Next, in step S7, the robot control unit 72 keeps the control point of the coarse movement robot 10 at the same speed as the operation speed of the belt conveyor 61 while keeping the control point of the coarse movement robot 10 coincident with the passing trajectory of the first screw hole. The movement of the axes A12 and A13 of the coarse movement robot 10 is controlled so as to be moved. At the same time, the robot controller 72 moves the axis A14 of the coarse movement robot 10 so as to move the control point of the coarse movement robot 10 in the Z-axis direction at a speed registered in advance according to the type of screw used. Control.

また、ステップＳ６が完了した時点で、ロボット制御部７２が、力制御部７３およびネジ締め制御部７４に対してネジ締め開始準備完了の信号を送ることによって、ステップＳ８が実行される。 When step S6 is completed, the robot control unit 72 sends a signal indicating that screw tightening start preparation is completed to the force control unit 73 and the screw tightening control unit 74, thereby executing step S8.

ステップＳ８では、図８に示すフローチャートに従って位置補正動作が行われる。まずステップＳ８Ａにおいて、ネジ締め制御部７４は、使用するネジの種類によって予め登録された回転数で、ネジ締めユニット４０のモータ４２を回転させる。 In step S8, a position correction operation is performed according to the flowchart shown in FIG. First, in step S8A, the screw tightening control unit 74 rotates the motor 42 of the screw tightening unit 40 at a rotational speed registered in advance according to the type of screw to be used.

また、ステップＳ８Ｂにおいて、力制御部７３は、力センサ３１、３２、３３の出力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３をもとに、ネジ穴からネジが受ける反力Ｆｒとネジ締めに要するトルクＴを算出する。 In step S8B, the force control unit 73 calculates the reaction force Fr received by the screw from the screw hole and the torque T required for screw tightening based on the outputs F1, F2, and F3 of the force sensors 31, 32, and 33. .

ここで、図１０を参照して、反力ＦｒおよびトルクＴの算出の方法について説明する。図１０は、自動ネジ締め装置１の力センサ３１、３２、３３に加わる力を示す模式図である。図１０に示すように、力センサ３１、３２、３３は、ビット４３の回転軸Ａ４０を中心とした同一円周上で、その接線方向を測定するように配置されているため、トルクＴにより力センサ３１、３２、３３にかかる力Ｆｔの大きさは、それぞれ等しい。また、力センサ３１、３２は同一直線状にあり、回転軸Ａ４０に対して反対側に配置されているため、トルクＴは反対方向に働く。一方、力センサ３１、３２はネジが受ける反力Ｆｒのｙ軸方向成分Ｆｒｙを測定し、力センサ３３はネジが受ける反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘを測定する。したがって、力センサ３１による出力Ｆ１、力センサ３１による出力Ｆ１、力センサ３１による出力Ｆ１は、以下の式（１）により算出される。 Here, a method of calculating the reaction force Fr and the torque T will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing forces applied to the force sensors 31, 32, 33 of the automatic screw fastening device 1. As shown in FIG. 10, the force sensors 31, 32, and 33 are arranged to measure the tangential direction on the same circumference around the rotation axis A 40 of the bit 43, so The magnitudes of the forces Ft applied to the sensors 31, 32, and 33 are equal. Moreover, since the force sensors 31 and 32 are the same straight line and are arrange | positioned on the opposite side with respect to rotating shaft A40, the torque T acts on the opposite direction. On the other hand, the force sensors 31 and 32 measure the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr received by the screw, and the force sensor 33 measures the x-axis direction component Frx of the reaction force Fr received by the screw. Therefore, the output F1 from the force sensor 31, the output F1 from the force sensor 31, and the output F1 from the force sensor 31 are calculated by the following equation (1).

Ｆ１＝（Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／３
Ｆ２＝（−Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／３
Ｆ３＝（Ｆｔ＋Ｆｒｘ）／３・・・式（１）
式（１）によれば、Ｆ１とＦ２の差分からＦｔが求まり、これによって、ＦｒｘおよびＦｒｙが算出される。また、Ｆｔをもとにして、回転軸Ａ４０から力センサまでの距離からトルクＴが算出される。 F1 = (Ft + Fry) / 3
F2 = (− Ft + Fry) / 3
F3 = (Ft + Frx) / 3 Formula (1)
According to Equation (1), Ft is obtained from the difference between F1 and F2, and thereby Frx and Fry are calculated. Further, based on Ft, the torque T is calculated from the distance from the rotation axis A40 to the force sensor.

次いで、ステップＳ８Ｃにおいて、力制御部７３は、ステップＳ８Ｂで算出した反力Ｆｒをもとにして、微動用ロボット２０の動作判定を行う。反力Ｆｒの絶対値が予め登録されている規定値以上であれば、ステップＳ８Ｄに移行し、規定値以下であれば、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 Next, in step S8C, the force control unit 73 determines the operation of the fine movement robot 20 based on the reaction force Fr calculated in step S8B. If the absolute value of the reaction force Fr is equal to or greater than a predetermined value registered in advance, the process proceeds to step S8D, and if it is equal to or less than the predetermined value, the process returns to step S8B again.

なお、ここで用いられる規定値としては、ワークやネジなどの種類（ワークの材質、ネジの種類および長さ）によって定めればよく、ネジ締めが問題なく行われる反力Ｆｒの上限とすればよい。 The prescribed value used here may be determined depending on the type of workpiece or screw (work material, screw type and length), and the upper limit of the reaction force Fr at which screw tightening can be performed without any problem. Good.

ステップＳ８Ｄにおいて、力制御部７３は、反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘ、ｙ軸方向成分Ｆｒｙをもとにして、微動用スライド機構２２、２３の動作量を決定し、ネジ締めユニット４０を移動させる。移動後は、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 In step S8D, the force control unit 73 determines the amount of movement of the fine movement slide mechanisms 22 and 23 based on the x-axis direction component Frx and the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr, and the screw tightening unit 40 is moved. Move. After the movement, the process returns to step S8B again.

また、ステップＳ８Ｅにおいて、力制御部７３はステップＳ８Ｂで算出したトルクＴをもとにして、ネジ締めの状態を判定する。トルクＴが、使用するネジの種類によって予め登録された規定値以上であれば、ステップＳ８Ｆへ移行する。一方、トルクＴが規定値以下であれば、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 In step S8E, the force control unit 73 determines the screw tightening state based on the torque T calculated in step S8B. If the torque T is equal to or greater than a predetermined value registered in advance according to the type of screw used, the process proceeds to step S8F. On the other hand, if the torque T is less than or equal to the specified value, the process returns to step S8B again.

ステップＳ８Ｆにおいて、ネジ締め制御部７４は、ネジ締めユニット４０のモータ４２を停止させ、位置補正動作を終了し、図７に示すステップＳ９へ移行する。 In step S8F, the screw tightening control unit 74 stops the motor 42 of the screw tightening unit 40, ends the position correction operation, and proceeds to step S9 shown in FIG.

ステップＳ９において、ロボット制御部７２は、粗動用ロボット１０の制御点をＺ軸方向に所定量動作させて、ビット４３をネジ頭から離脱させる。合せて、Ｘ−Ｙ平面内における１番目のネジ穴の通過軌道に沿った動作を停止する。粗動用ロボット１０の動作停止後、ロボット制御部７２は、力制御部７３とネジ締め制御部７４に対して、粗動用ロボット１０の停止信号を送り、ステップＳ１０およびＳ１１へ移行する。 In step S 9, the robot control unit 72 moves the control point of the coarse movement robot 10 by a predetermined amount in the Z-axis direction to disengage the bit 43 from the screw head. At the same time, the operation along the trajectory of the first screw hole in the XY plane is stopped. After the operation of the coarse movement robot 10 is stopped, the robot control unit 72 sends a stop signal for the coarse movement robot 10 to the force control unit 73 and the screw tightening control unit 74, and the process proceeds to steps S10 and S11.

ステップＳ１０において、力制御部７３は、微動用スライド機構２２、２３の微動用スライドブロック２４、２５を原点復帰させる。 In step S10, the force control unit 73 returns the fine movement slide blocks 24 and 25 of the fine movement slide mechanisms 22 and 23 to the origin.

また、ステップＳ１１では、ネジ締め制御部７４がネジ締め本数を確認する。ネジ締め制御部７４は、通過する液晶モジュール８に対して予め設定されたネジ締めの規定本数と、ネジ締めを行った本数を比較して、本数が規定値を満たしていなかったら、次のネジ締めを行うべく、ステップＳ５に戻る。一方、規定値に達していれば、通過する液晶モジュール８へのネジ締めは完了となり、一連の動作を完了する。 In step S11, the screw tightening control unit 74 confirms the number of screw tightening. The screw tightening control unit 74 compares the predetermined number of screw tightening preset for the liquid crystal module 8 passing therethrough and the number of screws tightened, and if the number does not satisfy the predetermined value, the next screw tightening control unit 74 In order to perform tightening, the process returns to step S5. On the other hand, if the specified value has been reached, the screw tightening to the passing liquid crystal module 8 is completed, and a series of operations is completed.

以上の動作によって、自動ネジ締め装置１は、液晶モジュール８に対するネジ締めを自動で行うことができる。 With the above operation, the automatic screw tightening device 1 can automatically perform screw tightening on the liquid crystal module 8.

自動ネジ締め装置１によれば、ネジ締め動作中、ネジとネジ穴の中心軸がずれたことにより生じる反力とネジ締めトルクとを分離して検出することが簡易的に行われるため、力制御部による位置補正動作の制御周期にかかる時間を短縮することができる。よって、自動ネジ締め装置１は、ネジとネジ穴とのズレに対して素早く対応することができる。 According to the automatic screw tightening device 1, during the screw tightening operation, it is easy to separate and detect the reaction force and the screw tightening torque that are generated due to the deviation of the center axis of the screw and the screw hole. The time required for the control cycle of the position correction operation by the control unit can be shortened. Therefore, the automatic screw fastening device 1 can quickly cope with the deviation between the screw and the screw hole.

また、自動ネジ締め装置１は、ネジ締め動作の間に位置補正動作を行うことができるため、ベルトコンベア６１上を流れている状態の液晶モジュール８をネジ締めすることができる。よって、液晶モジュール８を載せたパレットを入れ替える時間や位置決めに要する時間が不要となるため、ネジ締めのタクトタイムを向上することができる。 Further, since the automatic screw tightening device 1 can perform the position correction operation during the screw tightening operation, the liquid crystal module 8 in the state of flowing on the belt conveyor 61 can be screw tightened. Therefore, since the time for replacing the pallet on which the liquid crystal module 8 is placed and the time required for positioning are not required, the tact time for screw tightening can be improved.

さらに、自動ネジ締め装置１は、ネジとネジ穴の中心軸を一致するようにネジ締めユニット４０を制御することによって、ワークに対して必要とされる位置精度を緩和することができる。よって、ワークの位置を補正するためのカメラや、ワークを機械的に位置決めする機構などが不要となり、コストを低減することができる。また、ワークにおけるネジ穴の位置公差を緩和できるため、ワークの単価を抑えることができる。 Furthermore, the automatic screw tightening device 1 can relax the positional accuracy required for the workpiece by controlling the screw tightening unit 40 so that the screw and the central axis of the screw hole coincide with each other. Therefore, a camera for correcting the position of the workpiece, a mechanism for mechanically positioning the workpiece, and the like are not necessary, and costs can be reduced. Moreover, since the position tolerance of the screw hole in the workpiece can be relaxed, the unit price of the workpiece can be suppressed.

〔実施形態２〕
上述した実施形態１では、１つの自動ネジ締め装置１を用いてネジ締めを行う場合について説明しているが、本発明はこれに限られず、１つのワークのネジ締めに対して、複数の自動ネジ締め装置１を投入してもよい。 [Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the case where the screw tightening is performed using one automatic screw tightening device 1 is described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of automatic tightening operations can be performed with respect to the screw tightening of one workpiece. The screw tightening device 1 may be inserted.

本発明の実施形態２では、図１１に示すように、２台の自動ネジ締め装置１ａ、１ｂを、それぞれベルトコンベア６１の反対側に配置している。図１１は、液晶テレビの製造工程における液晶モジュール８の組立て工程を示す斜視図である。上述した実施形態１に対する本実施形態の主な相違点は、２台の自動ネジ締め装置１ａ、１ｂの動作を制御する制御部７’にある。したがって、以下では、図１２を参照して上記相違点を中心に説明する。図１２は、自動ネジ締め装置１ａ、１ｂの制御部７’を示すブロック図である。 In Embodiment 2 of this invention, as shown in FIG. 11, the two automatic screw fastening apparatuses 1a and 1b are arrange | positioned on the opposite side of the belt conveyor 61, respectively. FIG. 11 is a perspective view showing an assembling process of the liquid crystal module 8 in the manufacturing process of the liquid crystal television. The main difference of this embodiment with respect to Embodiment 1 described above lies in the control unit 7 'that controls the operations of the two automatic screw fastening devices 1a and 1b. Therefore, in the following, the above differences will be mainly described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram showing the control unit 7 ′ of the automatic screw fastening devices 1 a and 1 b.

図１２に示すように、制御部７’は、自動ネジ締め装置１ａ、１ｂの動作を制御するため、ロボット制御部７２ａ、７２ｂ、力制御部７３ａ、７３ｂ、およびネジ締め制御部７４ａ、７４ｂを備えている。また、制御部７’は、粗動用ロボット１０ａ、１０ｂが動作中に衝突しないようにロボット間の干渉をチェックする干渉チェック部７５を新たに備えている。 As shown in FIG. 12, the control unit 7 ′ controls the robot control units 72a and 72b, the force control units 73a and 73b, and the screw tightening control units 74a and 74b in order to control the operation of the automatic screw tightening devices 1a and 1b. I have. Further, the control unit 7 'is newly provided with an interference check unit 75 for checking the interference between the robots so that the coarse motion robots 10a and 10b do not collide during operation.

片方の粗動用ロボット１０ａを動作させる場合、ロボット制御部７２ａは、干渉チェック部７５から、もう一方の粗動用ロボット１０ｂの動作範囲データを取得し、粗動用ロボット１０ｂと干渉しない動作軌道を作成する。作成された動作軌道は、干渉チェック部７５に送られて、粗動用ロボット１０ｂが動作する際にも使用される。 When one of the coarse movement robots 10a is operated, the robot control unit 72a acquires the movement range data of the other coarse movement robot 10b from the interference check unit 75, and creates an operation trajectory that does not interfere with the coarse movement robot 10b. . The created motion trajectory is sent to the interference check unit 75 and is also used when the coarse motion robot 10b operates.

自動ネジ締め装置１ａ、１ｂによれば、ネジ締めの本数が多い液晶モジュール８の機種に対してネジ締めを行う場合、またはベルトコンベア６１の動作速度が速い場合に対して、好適に対応できる。すなわち、１台の自動ネジ締め装置では液晶モジュール８が粗動用ロボット１０の動作範囲を通過する間に全てのネジ締めを終わらないような条件であっても、首尾よくネジ締めを行うことができる。 According to the automatic screw tightening apparatuses 1a and 1b, it is possible to suitably cope with the case where screw tightening is performed on a model of the liquid crystal module 8 having a large number of screw tightening or when the operation speed of the belt conveyor 61 is high. That is, with one automatic screw tightening device, it is possible to perform the screw tightening successfully even under the condition that the screw tightening is not completed while the liquid crystal module 8 passes through the operating range of the coarse motion robot 10. .

〔実施形態３〕
本発明の第３の実施形態について図１３から図１６に基づいて説明すると以下の通りである。 [Embodiment 3]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

上述した実施形態１に対する本実施形態の主な相違点は、力センサユニット３０の構成である。したがって、以下では、上記相違点を中心に説明する。なお、実施形態１における構成要素と対応する機能を有する構成要素には、同一符号を用いることとする。 The main difference of this embodiment with respect to Embodiment 1 described above is the configuration of the force sensor unit 30. Therefore, the following description will focus on the above differences. In addition, the same code | symbol shall be used for the component which has a function corresponding to the component in Embodiment 1. FIG.

図１３に示すように、力センサユニット３０は、互いに直交する３軸方向の力を検出する２個の３軸力センサ３８、３９と、微動用スライドブロック２５に取付けられる力センサユニットベース３４’とを備えている。図１３は、力センサユニット３０周辺を示す斜視図である。力センサユニットベース３４’における回転軸Ａ４０に対して直交する平面には、３軸力センサ３８、３９が取付けられている。３軸力センサ３８、３９には、ネジ締めユニット４０が取付けられている。 As shown in FIG. 13, the force sensor unit 30 includes two triaxial force sensors 38 and 39 that detect forces in three axial directions orthogonal to each other, and a force sensor unit base 34 ′ attached to the fine movement slide block 25. And. FIG. 13 is a perspective view showing the periphery of the force sensor unit 30. Triaxial force sensors 38 and 39 are attached to a plane orthogonal to the rotation axis A40 of the force sensor unit base 34 '. A screw tightening unit 40 is attached to the triaxial force sensors 38 and 39.

３軸力センサ３８、３９は、互いに直交する３軸方向の力を検出する力センサであればよい。３軸力センサ３８、３９は、図１４に示すように、ネジ締めユニット４０の回転軸Ａ４０に対して直交する平面において、回転軸Ａ４０を通る直線上に、回転軸Ａ４０を中心として等距離の位置に配置されている。図１４は、３軸力センサ３８、３９の配置を示す上面図である。ここで、回転軸Ａ４０を中心として、３軸力センサ３８、３９を通る直線をｘ軸とし、Ｚ軸に平行な方向をｚ軸とし、ｘ軸とｚ軸の両者に直交する軸をｙ軸とする。３軸力センサ３８、３９は検出可能な３軸の方向をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に合せて配置される。 The triaxial force sensors 38 and 39 may be force sensors that detect forces in three axial directions orthogonal to each other. As shown in FIG. 14, the triaxial force sensors 38 and 39 are equidistant from the rotation axis A40 on a straight line passing through the rotation axis A40 on a plane orthogonal to the rotation axis A40 of the screw fastening unit 40. Placed in position. FIG. 14 is a top view showing the arrangement of the triaxial force sensors 38 and 39. Here, with the rotation axis A40 as the center, the straight line passing through the triaxial force sensors 38 and 39 is the x axis, the direction parallel to the Z axis is the z axis, and the axis orthogonal to both the x axis and the z axis is the y axis. And The triaxial force sensors 38 and 39 are arranged so that the directions of the three axes that can be detected are aligned with the x axis, the y axis, and the z axis.

次に、３軸力センサ３８、３９を用いたネジ締め動作中の位置補正動作について、図１５を参照して以下に説明する。図１５は、力制御部７３による位置補正動作を示すフローチャートである。なお、本実施形態のネジ締め動作については、上述した実施形態１と同様であるため説明を省略する。 Next, the position correction operation during the screw tightening operation using the triaxial force sensors 38 and 39 will be described below with reference to FIG. FIG. 15 is a flowchart showing the position correction operation by the force control unit 73. Note that the screw tightening operation of the present embodiment is the same as that of the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.

まず、ステップＳ８Ａにおいて、ネジ締め制御部７４が使用するネジの種類によって予め登録された回転数でネジ締めユニット４０のモータ４２を回転させる。 First, in step S8A, the motor 42 of the screw tightening unit 40 is rotated at a rotational speed registered in advance according to the type of screw used by the screw tightening control unit 74.

またステップＳ８Ｂにおいて、力制御部７３は、３軸力センサ３８の出力Ｆ８ｘ、Ｆ８ｙ、Ｆ８ｚ、および、３軸力センサ３９の出力Ｆ９ｘ、Ｆ９ｙ、Ｆ９ｚをもとにして、ネジ穴からネジが受ける反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘ、ｙ軸方向成分Ｆｒｙ、およびｚ軸方向成分Ｆｒｚと、ネジ締めに要するトルクＴとを算出する。 In step S8B, the force control unit 73 receives the screw from the screw hole based on the outputs F8x, F8y, F8z of the triaxial force sensor 38 and the outputs F9x, F9y, F9z of the triaxial force sensor 39. An x-axis direction component Frx, a y-axis direction component Fry, a z-axis direction component Frz of the reaction force Fr, and a torque T required for screw tightening are calculated.

ここで、図１６を参照して、反力ＦｒおよびトルクＴの算出の方法について説明する。図１６は、３軸力センサ３８、３９に加わる力を表す模式図である。図１６に示すように、３軸力センサ３８、３９は、ｘ軸上に配置されているため、３軸力センサ３８、３９のｘ軸方向の出力Ｆ８ｘ、Ｆ９ｘおよびｚ軸方向の出力Ｆ８ｚ、Ｆ９ｚには、ネジ締めによるトルクＴの影響が無い。しがたって、反力Ｆｒのｘ軸方向成分およびｚ軸方向成分は、以下の式（２）により算出される。 Here, a method of calculating the reaction force Fr and the torque T will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic diagram showing the force applied to the triaxial force sensors 38 and 39. As shown in FIG. 16, since the triaxial force sensors 38 and 39 are arranged on the x axis, the outputs F8x and F9x in the x axis direction of the triaxial force sensors 38 and 39 and the output F8z in the z axis direction, F9z is not affected by the torque T due to screw tightening. Therefore, the x-axis direction component and the z-axis direction component of the reaction force Fr are calculated by the following equation (2).

Ｆｒｘ＝Ｆ８ｘ＋Ｆ９ｘ
Ｆｒｚ＝Ｆ８ｚ＋Ｆ９ｚ・・・式（２）
一方、３軸力センサ３８、３９のｙ軸方向の出力Ｆ８ｙ、Ｆ９ｙは、ネジ締めによるトルクＴの影響を受ける。ただし、３軸力センサ３８、３９は、回転軸Ａ４０を通る直線上で、回転軸Ａ４０を中心とした等距離に配置されているため、トルクＴにより３軸力センサ３８、３９にかかる力Ｆｔの大きさは、互いに等しく、かつ反対方向に働く。したがって、Ｆ８ｙおよびＦ９ｙは、以下の式（３）により算出される。 Frx = F8x + F9x
Frz = F8z + F9z (2)
On the other hand, the outputs F8y and F9y in the y-axis direction of the triaxial force sensors 38 and 39 are affected by the torque T due to screw tightening. However, since the triaxial force sensors 38 and 39 are arranged at equal distances around the rotational axis A40 on a straight line passing through the rotational axis A40, the force Ft applied to the triaxial force sensors 38 and 39 by the torque T. Are equal to each other and work in opposite directions. Therefore, F8y and F9y are calculated by the following equation (3).

Ｆ８ｙ＝（Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／２
Ｆ９ｙ＝（−Ｆｔ＋Ｆｒｙ）／２・・・式（３）
式（３）によれば、Ｆ８ｙとＦ９ｙの差分からＦｔが求まり、これによってＦｒｙが算出される。また、Ｆｔをもとにして、回転軸Ａ４０から力センサまでの距離からトルクＴが算出される。 F8y = (Ft + Fry) / 2
F9y = (− Ft + Fry) / 2 Formula (3)
According to Equation (3), Ft is obtained from the difference between F8y and F9y, and thereby Fry is calculated. Further, based on Ft, the torque T is calculated from the distance from the rotation axis A40 to the force sensor.

次いで、ステップＳ８Ｃにおいて、力制御部７３は、ステップＳ８Ｂで算出した反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘと、ｙ軸方向成分Ｆｒｙとの合力Ｆｒｘｙをもとに、微動用ロボット２０の動作判定を行う。合力Ｆｒｘｙの絶対値が、予め登録されている規定値以上であれば、ステップＳ８Ｄに移行し、規定値以下であれば、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 Next, in step S8C, the force control unit 73 determines the operation of the fine movement robot 20 based on the resultant force Frxy of the x-axis direction component Frx and the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr calculated in step S8B. Do. If the absolute value of the resultant force Frxy is equal to or greater than a predetermined value registered in advance, the process proceeds to step S8D, and if it is equal to or less than the predetermined value, the process returns to step S8B again.

ステップＳ８Ｄにおいて、力制御部７３は、反力Ｆｒのｘ軸方向成分Ｆｒｘおよびｙ軸方向成分Ｆｒｙをもとに、微動用スライド機構２２、２３の動作量を決定し、ネジ締めユニット４０を移動させる。移動後は、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 In step S8D, the force control unit 73 determines the amount of movement of the fine movement slide mechanisms 22, 23 based on the x-axis direction component Frx and the y-axis direction component Fry of the reaction force Fr, and moves the screw tightening unit 40. Let After the movement, the process returns to step S8B again.

ステップＳ８Ｇにおいて、力制御部７３は、ステップＳ８Ｂで算出した反力Ｆｒのｚ軸方向成分Ｆｒｚをもとにネジ締めの押付け力を判定する。ｚ軸方向成分Ｆｒｚが、使用するネジの種類によって予め登録された規定範囲内であれば、ステップＳ８Ｈへ移行する。一方、ｚ軸方向成分Ｆｒｚが規定範囲外であれば、ステップＳ８Ｉへ移行する。 In step S8G, the force control unit 73 determines the screw tightening pressing force based on the z-axis direction component Frz of the reaction force Fr calculated in step S8B. If the z-axis direction component Frz is within the specified range registered in advance according to the type of screw used, the process proceeds to step S8H. On the other hand, if the z-axis direction component Frz is outside the specified range, the process proceeds to step S81.

ステップＳ８Ｈにおいて、力制御部７３は、ロボット制御部７２に対して、Ｚ軸方向の移動速度を、使用するネジの種類によって予め登録された速度にするように指示を送る。ロボット制御部７２は、力制御部７３からの指示に基づいて、粗動用ロボット１０のＺ軸方向の動作速度を変更する。 In step S8H, the force control unit 73 sends an instruction to the robot control unit 72 so that the movement speed in the Z-axis direction is a speed registered in advance according to the type of screw to be used. The robot control unit 72 changes the operation speed of the coarse movement robot 10 in the Z-axis direction based on an instruction from the force control unit 73.

ステップＳ８Ｉにおいて、ｚ軸方向成分Ｆｒｚが規定範囲よりも大きい値を示した場合、力制御部７３は、ロボット制御部７２に対して、Ｚ軸方向の移動速度を現状の速度よりも遅い速度で移動するように指示を送る。一方、ｚ軸方向成分Ｆｒｚが規定範囲よりも小さい値を示した場合、ロボット制御部７２に対して、Ｚ軸方向の移動速度を現状の速度よりも速い速度で移動するように指示を送る。 In step S81, when the z-axis direction component Frz shows a value larger than the specified range, the force control unit 73 sets the movement speed in the Z-axis direction to the robot control unit 72 at a speed slower than the current speed. Send instructions to move. On the other hand, when the z-axis direction component Frz shows a value smaller than the specified range, an instruction is sent to the robot controller 72 so that the movement speed in the Z-axis direction is faster than the current speed.

ステップＳ８Ｅにおいて、力制御部７３は、ステップＳ８Ｂで算出したトルクＴをもとにネジ締めの状態を判定する。トルクＴが、使用するネジの種類によって予め登録された規定値以上であれば、ステップＳ８Ｆへ移行する。一方、トルクＴが規定値以下であれば、再度ステップＳ８Ｂに戻る。 In step S8E, the force control unit 73 determines the screw tightening state based on the torque T calculated in step S8B. If the torque T is equal to or greater than a predetermined value registered in advance according to the type of screw used, the process proceeds to step S8F. On the other hand, if the torque T is less than or equal to the specified value, the process returns to step S8B again.

ステップＳ８Ｆにおいて、ネジ締め制御部７４は、ネジ締めユニット４０のモータ４２を停止させ、位置補正動作を終了し、ステップＳ９へ移行する。 In step S8F, the screw tightening control unit 74 stops the motor 42 of the screw tightening unit 40, ends the position correction operation, and proceeds to step S9.

以上の動作によって、本実施形態に係る自動ネジ締め装置は、液晶モジュール８に対するネジ締めを自動で行うことができる。本実施形態に係る自動ネジ締め装置によれば、３軸の力センサ３８、３９によって、ネジとネジ穴の中心軸がずれたことにより生じる反力とネジ締めトルクとを分離して検出することを簡易的に行うことができる。また、ビット４３の先端とネジ頭の勘合具合を制御することができるため、ビット４３の先端がネジ頭の溝から外れることにより生じるネジ締めの失敗を回避することができる。 With the above operation, the automatic screw tightening device according to the present embodiment can automatically perform screw tightening on the liquid crystal module 8. According to the automatic screw tightening apparatus according to the present embodiment, the reaction force generated by shifting the screw and the center axis of the screw hole and the screw tightening torque are separately detected by the triaxial force sensors 38 and 39. Can be performed easily. Further, since the degree of engagement between the tip of the bit 43 and the screw head can be controlled, failure of screw tightening caused by the tip of the bit 43 coming off from the groove of the screw head can be avoided.

本発明は、ワークに対するネジ締めの自動ネジ締め装置として好適に利用できる。 The present invention can be suitably used as an automatic screw tightening device for screw tightening on a workpiece.

本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサユニット周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor unit periphery of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 液晶テレビの製造工程における液晶モジュールの組立て工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembly process of the liquid crystal module in the manufacturing process of a liquid crystal television. 液晶モジュールを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a liquid crystal module. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサの配置を示す上面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the force sensor of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置の制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control part of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置によるネジ締め動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the screw fastening operation | movement by the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力制御部による位置補正動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the position correction operation | movement by the force control part of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 組立てコンベア上における液晶モジュールのネジ穴の軌道を示す上面図である。It is a top view which shows the track | orbit of the screw hole of a liquid crystal module on an assembly conveyor. 本発明の第１の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサに加わる力を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the force added to the force sensor of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 液晶テレビの製造工程における液晶モジュールの組立て工程を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembly process of the liquid crystal module in the manufacturing process of a liquid crystal television. 本発明の第２の実施形態に係る自動ネジ締め装置の制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control part of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサユニット周辺を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor unit periphery of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサの配置を示す上面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the force sensor of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力制御部による位置補正動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the position correction operation | movement by the force control part of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る自動ネジ締め装置の力センサに加わる力を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the force added to the force sensor of the automatic screw fastening apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１自動ネジ締め装置
７制御部
８液晶モジュール
１０粗動用ロボット
２０微動用ロボット
３０力センサユニット
４０ネジ締めユニット
７２ロボット制御部
７３力制御部
７４ネジ締め制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic screw fastening apparatus 7 Control part 8 Liquid crystal module 10 Coarse motion robot 20 Fine motion robot 30 Force sensor unit 40 Screw tightening unit 72 Robot control part 73 Force control part 74 Screw tightening control part

Claims

ネジ締め手段と、
上記ネジ締め手段のネジ締めの回転軸に直交する直線上に当該回転軸を挟んで配置され、かつ、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に直交する方向において上記ネジ締め手段に働く力を測定する２つの力センサと、
上記２つの力センサの出力に基づいて上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向を算出する算出手段と、
上記算出手段の出力に基づいて、上記ネジ締め手段を上記回転軸に垂直な方向に移動する位置補正手段とを備えていることを特徴とする自動ネジ締め装置。 Screw tightening means;
A force acting on the screw tightening means in a direction perpendicular to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis and arranged on a straight line perpendicular to the rotation axis of the screw tightening means. Two force sensors for measuring
Calculating means for calculating the magnitude and direction of the force acting on the screw tightening means based on the outputs of the two force sensors;
An automatic screw tightening device comprising: a position correcting means for moving the screw tightening means in a direction perpendicular to the rotation axis based on an output of the calculating means.

上記２つの力センサは、上記回転軸から等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自動ネジ締め装置。 2. The automatic screw tightening device according to claim 1, wherein the two force sensors are arranged at a position equidistant from the rotation shaft.

上記回転軸に垂直な平面内の方向であり、かつ上記２つの力センサの測定する方向とは異なる方向において上記ネジ締め手段に働く力を測定する他の１つの力センサを、さらに備えており、
上記算出手段は、上記２つの力センサの出力に加え、上記他の１つのセンサの出力に基づいて上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の自動ネジ締め装置。 And another force sensor for measuring a force acting on the screw fastening means in a direction in a plane perpendicular to the rotation axis and different from a direction measured by the two force sensors. ,
The calculation means calculates the magnitude and direction of the force acting on the screw tightening means based on the output of the other one sensor in addition to the outputs of the two force sensors. 2. The automatic screw tightening device according to 2.

上記他の１つの力センサの測定する方向は、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に平行な方向であることを特徴とする請求項３に記載の自動ネジ締め装置。 4. The automatic screw tightening device according to claim 3, wherein a direction measured by the other force sensor is a direction parallel to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis.

上記２つの力センサおよび他の１つの力センサは、上記回転軸を中心とした同一の円周上に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の自動ネジ締め装置。 5. The automatic screw tightening device according to claim 3, wherein the two force sensors and the other one force sensor are arranged on the same circumference around the rotation axis.

上記２つの力センサは、さらに、上記回転軸に垂直な平面内の上記直線に平行な方向において上記ネジ締め手段に働く力を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の自動ネジ締め装置。 3. The automatic screw according to claim 1, wherein the two force sensors further measure a force acting on the screw fastening means in a direction parallel to the straight line in a plane perpendicular to the rotation axis. Fastening device.

上記２つの力センサは、さらに、上記回転軸に平行な方向において、上記ネジ締め手段に働く力を測定することを特徴とする請求項６に記載の自動ネジ締め装置。 The automatic screw tightening device according to claim 6, wherein the two force sensors further measure a force acting on the screw tightening means in a direction parallel to the rotation axis.

上記算出手段による上記ネジ締め手段に働く力の大きさおよび方向の算出と、上記位置補正手段による上記ネジ締め手段の移動とを、ネジとネジ穴との中心軸が一致するまで繰り返えすことを特徴とする請求項６に記載の自動ネジ締め装置。 The calculation of the magnitude and direction of the force acting on the screw tightening means by the calculating means and the movement of the screw tightening means by the position correcting means are repeated until the central axes of the screw and the screw hole coincide. The automatic screw tightening device according to claim 6.