JP3579499B2

JP3579499B2 - ロボットによるボルト緩め方法およびその装置

Info

Publication number: JP3579499B2
Application number: JP14120595A
Authority: JP
Inventors: 政隆安達; 良和羽子田; 英二佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JPH08309628A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロボットによるボルト緩め方法およびその装置に係り、更に詳しくは、ソケットをボルト頭部に確実に自動挿着でき、また設備コストの低下が図れるロボットによるボルト緩め方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オートメーション化された工場では、機械を分解する際に、産業用のロボットを用いて、螺合されたボルト位置を検索後、ロボットに装備されたナットランナにより、ボルトを緩めるものが開発されている。
従来、このロボットによるボルトの緩め作業時には、カメラによりボルトを撮影し、画像処理（通常、二値化処理）してボルト位置を検出し、それからナットランナをボルトの上方へ水平移動させ、次いでソケットを下降させてボルト頭部に挿着後、ナットランナによりソケットを回転させてボルトを緩める方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術のロボットによるボルト緩め方法では、カメラや画像処理設備など高価な機器が必要となり、設備コストが嵩張るという問題点があった。
また、カメラより取り込まれたボルトの画像処理の段階で、照明の照度や光の照射角度の影響などにより、ボルトと周辺部材との明暗差が小さくなり、ボルト位置を検出できない場合があった。なお、ボルト頭部が汚れている場合も、同様の不都合が起きていた。
そこで、検出し易いように、予めボルト頭部に塗料を塗布しておき、周辺部材との明暗差を大きくする工夫が一部で行なわれているが、これでは塗布作業に手間がかかり、面倒であるという問題点があった。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ソケットをボルト頭部に確実に自動挿着でき、また設備コストの低下が図れるロボットによるボルト緩め方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のロボットによるボルト緩め方法は、ロボットの可動アームを可動させて、ボルトの軸芯とソケットセンタとを概略一致させ、次いでボルト頭部に、前記可動アームに取り付けられたボルト緩め手段であるナットランナにより回転可能なソケットを接近させ、それから該ソケットを移動させて、該ソケットの前記ボルト頭部への挿着作業を行い、このとき、前記ソケットが前記ボルト頭部に対して位置ずれし、前記ソケットが直に前記ボルト頭部に挿着されず、該ボルト頭部上で停止し、前記ソケットを装着したナットランナ内に設けられているスプリングの付勢力に抗して押し上げられたことを位置検出センサにより検出した場合には、前記スプリングの付勢力により、該ソケットを、前記ボルト頭部に押し付けながら、該ボルト頭部上で前記ロボットの可動アームにより、前記ソケットを内方から外方へ渦巻き状に微小移動させて挿着位置をサーチし、前記ソケットが前記ボルト頭部に挿着された後、前記ソケットを回転させて前記ボルトを緩めるように構成されている。
【０００６】
【０００７】
また、請求項２記載のロボットによるボルト緩め装置は、ロボットの可動アームに取り付けられたボルト緩め手段と、該ボルト緩め手段の下端部に装着されたソケットの位置を検出する位置検出センサと、前記ボルト緩め手段を含む前記ロボット側に取り付けられた前記ソケットの微小移動手段と、これらの制御部とを備え、前記ボルト緩め手段は、上部の回転モータと、ランナ本体となる中央部の固定筒部と、該固定筒部の下端からスプリングの付勢力により出し入れされて、下端に前記ソケットが固着された下部の出し入れ筒部を有するナットランナである。
【０００８】
【作用】
請求項１および２記載のロボットによるボルト緩め方法およびその装置においては、ボルトの軸芯とソケットセンタとを概略一致させて、ソケットをボルト頭部に挿着するが、比較的頻繁に、ソケットを直にボルト頭部へ挿着できない場合がある。このときには、ソケットをボルト頭部に対して当接状態で停止させ、ソケットをボルト頭部に押し付けながら、ボルト頭部上でロボットの可動アームにより微小移動させて挿着位置をサーチする。なお、ソケットは、このようにボルト頭部に押し付けられているので、この挿着位置を探し出すと同時に、ボルト頭部に嵌まり込む。その後、ソケットを回転させてボルトを緩めるので、従来のように高価なカメラや画像処理機器がなくても、またボルト頭部が汚れていても、ソケットをボルト頭部に確実に自動挿着できる。
【０００９】
特に、請求項１記載のロボットによるボルト緩め方法においては、ソケットを内方から外方へ渦巻き状に移動させながら、ソケットがボルト頭部に挿着される位置をサーチするので、ソケットをアトランダムに移動させる場合に比べて、比較的短時間でその挿着可能な位置をサーチできる。
【００１０】
【実施例】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施例に係るロボットによるボルト緩め装置の使用状態の斜視図、図２はボルト緩め手段の要部拡大断面図、図３（ａ）はソケットのボルト頭部への挿着開始状態を示す概略断面図、図３（ｂ）はソケットとボルト頭部との位置ずれ当接状態を示す概略断面図、図３（ｃ）はソケットとボルト頭部との挿着状態を示す概略断面図、図４（ａ）は微小移動手段によるソケットの挿着位置のサーチ軌跡を示す概略平面図、図４（ｂ）は不完全挿着が発生した場合における微小移動手段による他のソケットの挿着位置のサーチ軌跡を示す概略平面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明の一実施例に係るロボットによるボルト緩め装置１０は、ロボット１１の可動アーム１２に取り付けられたボルト緩め手段であるナットランナ１３と、ナットランナ１３の下端部に回転可能に装着されたソケット１４の位置を検出する、反射型の光センサである位置検出センサ１５と、これらの制御部１６とを備えている。
【００１２】
可動アーム１２は６軸駆動のアームであり、この可動アーム１２を駆動させるロボット１１は、ソケット１４を内方から外方へ、０．５ｍｍずつ正八角形を描く渦巻き状に移動させる微小移動手段を兼務している。
【００１３】
図１、２に示すように、ナットランナ１３は、上部の回転モータ１９と、ランナ本体となる中央部の固定筒部２０と、固定筒部２０の下端からスプリング２１の付勢力により出し入れされて、下端にソケット１４が固着された下部の出し入れ筒部２２を有している。
回転モータ１９の出力軸１９ａは、ベアリング２３を介して固定筒部２０内で回転可能に軸支された断面四角形の動力伝達軸２４に固着されており、出し入れ筒部２２は、固定筒部２０の下部内に装着されたベアリング２５を介して、動力伝達軸２４に摺動および回転自在に遊挿されている。なお、出し入れ筒部２２は、上端部のフランジ２２ａにより外方への飛び出しが防止されている。
【００１４】
固定筒部２０の下端部の外周面には、フランジ状の突出リング２０ａが形成されており、突出リング２０ａに、出し入れ筒部２２の先端部付近まで延びるアーム２６の上端部が固着されている。このアーム２６の下端部に前記位置検出センサ１５が取り付けられている。
回転モータ１９により出力軸１９ａが回転すると、動力伝達軸２４を介して出し入れ筒部２２が回転し、これによりソケット１４が回転する。出し入れ筒部２２は、スプリング２１により下方付勢されているので、例えばソケット１４がその軸芯方向から障害物に当接すると、出し入れ筒部２２が固定筒部２０内に押し込まれ、その際、ソケット１４が上昇した状態を位置検出センサ１５により検出する。
なお、図１において、符号１８は可動アーム１２の先端に、ナットランナ１３を取り付けるための取り付けプレート、符号３０は分解される所定機械、符号３１は所定機械３０に螺合されたボルト、３１ａはボルト頭部である。
【００１５】
続いて、実施例のボルト緩め装置１０を用いたロボットによるボルト緩め方法を説明する。
図１、３に示すように、実施例のボルト緩め装置１０によるボルト緩め方法の概略は、予め制御部１６に登録されたボルト位置データに基づき、ロボット１１の可動アーム１２を可動させて、ナットランナ１３をボルト３１の上方へ、ボルト３１の軸芯ａとソケット１４のソケットセンタｂとを概略一致させるように三次元的に移動させ（図３（ａ）参照）、次いで図３（ｃ）に示すように、位置ずれのない場合には、ソケット１４を、予め制御部１６に設定された下降位置まで下降させてボルト頭部３１ａに挿着し、その後、ナットランナ１３によりソケット１４を回転させてボルト３１を緩める。
【００１６】
この際、下降されたソケット１４は、ナットランナ１３により、３０〜９０ｒｐｍ、０．５〜５秒間（実施例では２秒間）回転させて、ボルトを緩める。
【００１７】
しかしながら、ソケット１４をボルト頭部３１ａに挿着する際、比較的頻繁に、ソケット１４がボルト頭部３１ａに対して位置ずれし、ソケット１４を、直に、ボルト頭部３１ａへ挿着できない場合がある。
この場合は、図３（ｂ）に示すように、まずソケット１４をボルト頭部３１ａに当接状態で、一旦停止する。このとき、ソケット１４はスプリング２１の付勢力に抗して上方に押し上げられ、位置検出センサ１５がソケット１４を検出する。
次いで、ソケット１４を回転させながら、かつこのスプリング２１によるソケット１４のボルト頭部３１ａへの付勢状態のまま、ロボット１１により可動アーム１２を微動させて、ソケット１４をボルト頭部３１ａ上で微小移動させることにより、挿着位置ｄをサーチする。
【００１８】
このとき、ソケット１４の微小移動は、図４（ａ）に示すように、サーチ開始位置ｃを基点にして外方へ向かう渦巻き状（実施例では正八角形）の移動である。しかもその渦巻き方向は、ナットランナ１３によるソケット１４の回転方向とは反対の反時計回り方向であり、また各内外のサーチ軌跡の間隔は０．５ｍｍである。このとき、ソケット１４の回転速度が、３０ｒｐｍ未満では作業効率が悪く、一方１１０ｒｐｍを超えると、せっかく挿着位置ｄ（図４参照）上でボルト頭部３１ａの六角形状にソケット１４の内部空間の形状が合致しても、回転が速すぎて、ソケット１４がボルト頭部３１ａに挿着できない。なお、実施例では回転速度を６０ｒｐｍに設定している。また、直接、ソケット１４がボルト頭部３１ａに挿着された場合、ソケット１４がスプリング２１に抗して押し上げられないので、位置検出センサ１５はソケット１４を検出しない。
このように、ソケット１４を渦巻き状に移動させて、挿着位置ｄをサーチするようにしたので、ソケット１４をアトランダムに移動させた場合に比べ、ソケット１４の移動経路に無駄がなく、比較的短時間で挿着位置ｄのサーチができる。また、ソケット１４の渦巻き方向を、ソケット１４のナットランナ１３による回転方向とは反対方向にしたので、ソケット１４がボルト頭部３１ａに挿着された状態を、過負荷として、ナットランナ１３に配備された例えば図外の負荷検出センサにより確実に検出できる。
【００１９】
ソケット１４は、スプリング２１によりボルト頭部３１ａに押し付けられているので、ボルト頭部３１ａへの挿着位置ｄを見つけた瞬間、スプリング２１の付勢力によりソケット１４はボルト頭部３１ａに嵌まり込む（図３（ｃ）参照）。これにより、従来のように高価なカメラや画像処理機器を用いた画像処理を施さなくても、またボルト頭部３１ａの汚れの有無などに係わりなく、ソケット１４をボルト頭部３１ａに確実に自動挿着できる。
その後、ソケット１４を回転させることによりボルト３１を緩め、そのままボルト３１を引き抜く。
【００２０】
ところで、実際に試験運転してみると、ソケット１４を渦巻き移動させて挿着位置ｄをサーチしている際に、完全なソケット１４の挿着状態ではないが、ボルト頭部３１ａの上部に、ソケット１４が引っ掛かっている不完全挿着状態が発生することがある。この場合には、図４（ｂ）に示すように、不完全挿着位置ｅを回転モータ１９の負荷、実施例ではトルクの増大により検出した後、ソケット１４を一旦外方へ若干幅移動させ（ここでは、渦巻き状の移動軌跡の２本分である１ｍｍ）、そこからソケット１４を逆渦巻き移動させて挿着位置ｄを探し出す。これにより、どのような状況でも挿着位置ｄをサーチできるようになった。
【００２１】
以上、本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲での設計などの変更があっても本発明に含まれる。
【００２２】
また、所定機械にあらゆる方向にボルトが螺合されたものでも、ロボットの可動アームを可動させて、ソケットをボルト方向に合わせた状態でボルト頭部に挿着して緩めることができる。
さらに、実施例では、微小移動手段をロボットと兼務させたが、これに限定しなくても、例えばボルト緩め手段にソケットの微小移動機構を備えるようにしてもよい。
【００２３】
さらにまた、実施例では、位置検出センサとして、反射型の光センサを例にしたが、これに限定しなくても、例えば透過型の光センサや近接センサなども採用できる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１および２記載のロボットによるボルト緩め方法およびその装置においては、このようにソケットをボルト頭部に挿着する際に、両者に若干の位置ずれがある場合には、ソケットをボルト頭部に押し付けながら、ボルト頭部上でロボットの可動アームにより微小移動させて挿着位置をサーチするので、高価なカメラや画像処理機器が不要となり、仮にボルト頭部が汚れていたとしても、少ない設備コストで、ソケットをボルト頭部に確実に自動挿着できる。
【００２５】
特に、請求項１記載のロボットによるボルト緩め方法においては、ソケットの挿着位置サーチ時に、ソケットを内方から外方へ渦巻き状に移動させるので、ソケットをボルト頭部上でアトランダムに移動させる場合に比べて、比較的短時間で、ソケットとボルト頭部との挿着位置をサーチできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るロボットによるボルト緩め装置の使用状態の斜視図である。
【図２】ボルト緩め手段の要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）ソケットのボルト頭部への挿着開始状態を示す概略断面図である。
（ｂ）ソケットとボルト頭部との位置ずれ当接状態を示す概略断面図である。
（ｃ）ソケットとボルト頭部との挿着状態を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）微小移動手段によるソケットの挿着位置のサーチ軌跡を示す概略平面図である。
（ｂ）不完全挿着が発生した場合における微小移動手段による他のソケットの挿着位置のサーチ軌跡を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０：ボルト緩め装置、１１：ロボット、１２：可動アーム、１３：ナットランナ、１４：ソケット、１５：位置検出センサ、１６：制御部、１８：取り付けプレート、１９：回転モータ、１９ａ：出力軸、２０：固定筒部、２０ａ：突出リング、２１：スプリング、２２：出し入れ筒部、２２ａ：フランジ、２３：ベアリング、２４：動力伝達軸、２５：ベアリング、２６：アーム、３０：所定機械、３１：ボルト、３１ａ：ボルト頭部、ａ：ボルトの軸芯、ｂ：ソケットセンタ、ｃ：サーチ開始位置、ｄ：挿着位置、ｅ：不完全挿着位置

Claims

ロボットの可動アームを可動させて、ボルトの軸芯とソケットセンタとを概略一致させ、次いでボルト頭部に、前記可動アームに取り付けられたボルト緩め手段であるナットランナにより回転可能なソケットを接近させ、それから該ソケットを移動させて、該ソケットの前記ボルト頭部への挿着作業を行い、このとき、前記ソケットが前記ボルト頭部に対して位置ずれし、前記ソケットが直に前記ボルト頭部に挿着されず、該ボルト頭部上で停止し、前記ソケットを装着したナットランナ内に設けられているスプリングの付勢力に抗して押し上げられたことを位置検出センサにより検出した場合には、前記スプリングの付勢力により、該ソケットを、前記ボルト頭部に押し付けながら、該ボルト頭部上で前記ロボットの可動アームにより、前記ソケットを内方から外方へ渦巻き状に微小移動させて挿着位置をサーチし、前記ソケットが前記ボルト頭部に挿着された後、前記ソケットを回転させて前記ボルトを緩めることを特徴とするロボットによるボルト緩め方法。
ロボットの可動アームに取り付けられたボルト緩め手段と、該ボルト緩め手段の下端部に装着されたソケットの位置を検出する位置検出センサと、前記ボルト緩め手段を含む前記ロボット側に取り付けられた前記ソケットの微小移動手段と、これらの制御部とを備え、
前記ボルト緩め手段は、上部の回転モータと、ランナ本体となる中央部の固定筒部と、該固定筒部の下端からスプリングの付勢力により出し入れされて、下端に前記ソケットが固着された下部の出し入れ筒部を有するナットランナであることを特徴とするロボットによるボルト緩め装置。