JPH07214435A - 自動ネジ締め装置 - Google Patents
自動ネジ締め装置Info
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- JPH07214435A JPH07214435A JP1155094A JP1155094A JPH07214435A JP H07214435 A JPH07214435 A JP H07214435A JP 1155094 A JP1155094 A JP 1155094A JP 1155094 A JP1155094 A JP 1155094A JP H07214435 A JPH07214435 A JP H07214435A
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- Japan
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- screw tightening
- screw
- robot
- force
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多関節ロボット1のアーム先端部にネジ締め
機構2を具えた自動ネジ締め装置において、相手部材の
姿勢やネジ孔のずれに拘わらず、確実なネジ締め動作を
実現する。 【構成】 ネジ締め機構2の基端部には、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ー71が取
り付けられ、該力センサーの出力端はロボット制御回路
15へ連繋される。該ロボット制御回路15は、ネジ締めの
際に、前記力ベクトルと同一線上にネジ締め機構2のビ
ット23の目標姿勢を設定して、ロボットアームの姿勢を
フィードバック制御する。
機構2を具えた自動ネジ締め装置において、相手部材の
姿勢やネジ孔のずれに拘わらず、確実なネジ締め動作を
実現する。 【構成】 ネジ締め機構2の基端部には、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ー71が取
り付けられ、該力センサーの出力端はロボット制御回路
15へ連繋される。該ロボット制御回路15は、ネジ締めの
際に、前記力ベクトルと同一線上にネジ締め機構2のビ
ット23の目標姿勢を設定して、ロボットアームの姿勢を
フィードバック制御する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多関節ロボットのアー
ム先端部にネジ締め機構を具えて、板金部材等の相手ワ
ークに対してネジを自動的に締め付ける自動ネジ締め装
置に関するものである。
ム先端部にネジ締め機構を具えて、板金部材等の相手ワ
ークに対してネジを自動的に締め付ける自動ネジ締め装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、板金部材をネジによって装置本体
に締結したり、板金部材どうしをネジによって互いに締
結する組立作業を伴う生産ラインにおいては、自動ネジ
締め装置を設置して、作業の自動化が図られている。斯
種自動ネジ締め装置としては、多関節ロボットのアーム
先端部にネジ締め機構を取り付けたものが知られている
(特開昭60-180779号〔B25B23/10〕、実開平2-78230号
〔B23P19/06〕等)。ネジ締め機構は、その先端部に、モ
ータによって回転駆動されるビットを具え、該ビットの
先端部を相手のネジに係合させることによって、ネジの
締め付けが行なわれる。
に締結したり、板金部材どうしをネジによって互いに締
結する組立作業を伴う生産ラインにおいては、自動ネジ
締め装置を設置して、作業の自動化が図られている。斯
種自動ネジ締め装置としては、多関節ロボットのアーム
先端部にネジ締め機構を取り付けたものが知られている
(特開昭60-180779号〔B25B23/10〕、実開平2-78230号
〔B23P19/06〕等)。ネジ締め機構は、その先端部に、モ
ータによって回転駆動されるビットを具え、該ビットの
先端部を相手のネジに係合させることによって、ネジの
締め付けが行なわれる。
【0003】従来の自動ネジ締め装置においては、多関
節ロボットが、予め設定された教示データに従って動作
し、ネジ締め機構を作業位置まで自動的に移動させる。
そして、ビットが相手ネジの頭部に係合した状態で、ビ
ットが回転駆動される。この際、ビットに作用するトル
クをトルクセンサにより検出して、ネジ締めトルク等が
制御される。
節ロボットが、予め設定された教示データに従って動作
し、ネジ締め機構を作業位置まで自動的に移動させる。
そして、ビットが相手ネジの頭部に係合した状態で、ビ
ットが回転駆動される。この際、ビットに作用するトル
クをトルクセンサにより検出して、ネジ締めトルク等が
制御される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動ネジ締め装置においては、ビットがネジに係合した
後は、ビットの姿勢は一定に保持され、ビットのネジに
対する押込み駆動と、ビットの回転駆動のみが行なわれ
るから、次の様な問題があった。例えば図4(b)に示す
如く、板金部材(21)がビット(23)の押込み方向Xに対し
て垂直ではなく、僅かに傾斜していた場合、ネジ(22)に
作用する反力Fは押込み力の方向Xと同一線上にて対向
せず、ネジ(22)には反力Fに基づくモーメントが作用す
ることになる。これによってネジ(22)が押込み方向Xか
らずれて傾斜すると、ビット(23)によるネジ込みが正常
に行なわれず、ネジ(22)が板金部材(21)に噛み込んだ状
態で、ビット(23)の回転が途中で停止することがある。
自動ネジ締め装置においては、ビットがネジに係合した
後は、ビットの姿勢は一定に保持され、ビットのネジに
対する押込み駆動と、ビットの回転駆動のみが行なわれ
るから、次の様な問題があった。例えば図4(b)に示す
如く、板金部材(21)がビット(23)の押込み方向Xに対し
て垂直ではなく、僅かに傾斜していた場合、ネジ(22)に
作用する反力Fは押込み力の方向Xと同一線上にて対向
せず、ネジ(22)には反力Fに基づくモーメントが作用す
ることになる。これによってネジ(22)が押込み方向Xか
らずれて傾斜すると、ビット(23)によるネジ込みが正常
に行なわれず、ネジ(22)が板金部材(21)に噛み込んだ状
態で、ビット(23)の回転が途中で停止することがある。
【0005】又、図5(b)の如く2枚の板金部材(21a)
(21b)を互いに締結する作業において、ネジ孔(24a)(2
4b)の中心がずれている場合も同様に、従来の自動ネジ
締め装置では、ネジ(22)が押込み方向Xに対して傾斜す
ると、ビット(23)によるネジ込みが正常に行なわれず、
ビット(23)の回転が途中で停止する問題がある。
(21b)を互いに締結する作業において、ネジ孔(24a)(2
4b)の中心がずれている場合も同様に、従来の自動ネジ
締め装置では、ネジ(22)が押込み方向Xに対して傾斜す
ると、ビット(23)によるネジ込みが正常に行なわれず、
ビット(23)の回転が途中で停止する問題がある。
【0006】本発明の目的は、相手部材の姿勢やネジ孔
のずれに拘わらず、確実なネジ締めが可能な自動ネジ締
め装置を提供することである。
のずれに拘わらず、確実なネジ締めが可能な自動ネジ締
め装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る自動ネジ締め
装置は、ネジ締め機構(2)の基端部に、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ー(71)を具
えている。該力センサー(71)の出力端はロボット制御回
路(15)へ連繋され、該ロボット制御回路(15)は、ネジ締
めの際に、力センサー(71)によって検出された力の作用
方向と同一線上にネジ締め機構(2)の主軸の目標姿勢を
設定して、ロボットアームの姿勢をフィードバック制御
する。
装置は、ネジ締め機構(2)の基端部に、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ー(71)を具
えている。該力センサー(71)の出力端はロボット制御回
路(15)へ連繋され、該ロボット制御回路(15)は、ネジ締
めの際に、力センサー(71)によって検出された力の作用
方向と同一線上にネジ締め機構(2)の主軸の目標姿勢を
設定して、ロボットアームの姿勢をフィードバック制御
する。
【0008】
【作用】ネジ締めの際の多関節ロボット(1)のアーム姿
勢はロボット制御回路(15)によって制御され、ネジ締め
機構(2)の主軸は、力センサー(71)によって検出される
力の作用方向と同一線上へ向けて、その向きが修正され
る。従って、相手部材の状態によって、例えば図4(b)
或いは図5(b)の如くネジ(22)に作用する反力Fが押込
み方向Xと同一線上にて対向しない事態が一時的に生じ
ても、ネジ締め機構の主軸の向きが反力Fの方向に修正
される。これに応じて、ネジ(22)の姿勢も図4(c)或い
は図5(c)の如く反力Fと同一線上に修正される。この
結果、ネジ(22)には、反力Fに基づく大ききなモーメン
トは発生せず、正常なネジ込み動作が実現されることに
なる。
勢はロボット制御回路(15)によって制御され、ネジ締め
機構(2)の主軸は、力センサー(71)によって検出される
力の作用方向と同一線上へ向けて、その向きが修正され
る。従って、相手部材の状態によって、例えば図4(b)
或いは図5(b)の如くネジ(22)に作用する反力Fが押込
み方向Xと同一線上にて対向しない事態が一時的に生じ
ても、ネジ締め機構の主軸の向きが反力Fの方向に修正
される。これに応じて、ネジ(22)の姿勢も図4(c)或い
は図5(c)の如く反力Fと同一線上に修正される。この
結果、ネジ(22)には、反力Fに基づく大ききなモーメン
トは発生せず、正常なネジ込み動作が実現されることに
なる。
【0009】
【発明の効果】本発明に係る自動ネジ締め装置によれ
ば、相手部材の姿勢やネジ孔のずれに拘わらず、確実な
ネジ締めが可能である。
ば、相手部材の姿勢やネジ孔のずれに拘わらず、確実な
ネジ締めが可能である。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図1は本発明に係る自動ネジ締め装置の全
体構成を表わしており、6自由度多関節ロボット(1)の
アーム先端部に、周知の6軸力センサー(71)を介して、
ネジ締め機構(2)が取り付けられている。ネジ締め機構
(2)は、例えば日本電気精器(株)製のドライバー機構
“DLV−3148FJN”の先端部に、例えば日東精
工(株)製のチャック機構を装備して構成される。6軸力
センサー(71)は、ネジ締め機構(2)の主軸、即ちビット
(23)の軸方向をZ軸として、X軸、Y軸及びZ軸の3軸
方向の力成分と、各軸回りのトルク成分の6成分からな
る力ベクトルFを検出するものである。該検出信号は力
センサーコントローラ(7)へフィードバックされる。
て詳述する。図1は本発明に係る自動ネジ締め装置の全
体構成を表わしており、6自由度多関節ロボット(1)の
アーム先端部に、周知の6軸力センサー(71)を介して、
ネジ締め機構(2)が取り付けられている。ネジ締め機構
(2)は、例えば日本電気精器(株)製のドライバー機構
“DLV−3148FJN”の先端部に、例えば日東精
工(株)製のチャック機構を装備して構成される。6軸力
センサー(71)は、ネジ締め機構(2)の主軸、即ちビット
(23)の軸方向をZ軸として、X軸、Y軸及びZ軸の3軸
方向の力成分と、各軸回りのトルク成分の6成分からな
る力ベクトルFを検出するものである。該検出信号は力
センサーコントローラ(7)へフィードバックされる。
【0011】多関節ロボット(1)の制御回路(15)は、シ
ステムコントローラ(3)、ロボットアームコントローラ
(4)、サーボコントローラ(5)、サーボドライバ(6)及
び力センサーコントローラ(7)によって構成されてお
り、多関節ロボット(1)の各関節の回転角を検出するエ
ンコーダ(図示省略)からのパルスは、ロボットアームコ
ントローラ(4)及びサーボコントローラ(5)へフィード
バックされる。
ステムコントローラ(3)、ロボットアームコントローラ
(4)、サーボコントローラ(5)、サーボドライバ(6)及
び力センサーコントローラ(7)によって構成されてお
り、多関節ロボット(1)の各関節の回転角を検出するエ
ンコーダ(図示省略)からのパルスは、ロボットアームコ
ントローラ(4)及びサーボコントローラ(5)へフィード
バックされる。
【0012】システムコントローラ(3)には、ロボット
アームに所定の動作を行なわしめるための教示データが
登録されており、該教示データに基づいて、ロボットア
ームコントローラ(4)に対して位置指令値Xdが与えら
れる。
アームに所定の動作を行なわしめるための教示データが
登録されており、該教示データに基づいて、ロボットア
ームコントローラ(4)に対して位置指令値Xdが与えら
れる。
【0013】ロボットアームコントローラ(4)では、多
関節ロボット(1)から送られてくるエンコーダパルスと
前記位置指令値Xdに基づいて、運動力学的な変換、計
算等を実行して、各関節の回転角θを目標軌道指令値と
して算出し、その結果をサーボコントローラ(5)に供給
する。サーボコントローラ(5)は、前記回転角、エンコ
ーダパルス、及び力センサーコントローラ(7)からの力
フィードバック値に基づいて、各関節軸の移動量を時間
の関数として算出し、その結果をサーボドライバ(6)へ
送出する。これに応じてサーボドライバ(6)は各関節に
対する駆動電流を発生して、多関節ロボット(1)へ供給
するのである。
関節ロボット(1)から送られてくるエンコーダパルスと
前記位置指令値Xdに基づいて、運動力学的な変換、計
算等を実行して、各関節の回転角θを目標軌道指令値と
して算出し、その結果をサーボコントローラ(5)に供給
する。サーボコントローラ(5)は、前記回転角、エンコ
ーダパルス、及び力センサーコントローラ(7)からの力
フィードバック値に基づいて、各関節軸の移動量を時間
の関数として算出し、その結果をサーボドライバ(6)へ
送出する。これに応じてサーボドライバ(6)は各関節に
対する駆動電流を発生して、多関節ロボット(1)へ供給
するのである。
【0014】図2は、上記ロボット制御回路が実行する
力制御(インピーダンス制御)のブロック図を示してい
る。ここで、指令値Xdと、前記6軸力センサー(71)に
よって検出された力ベクトルFと、作業座標系における
アーム先端の位置姿勢Xが、後述のインピーダンスモデ
ル(8)に与えられる。これに応じてインピーダンスモデ
ル(8)から得られる加速度は非線形補償(9)を経て、摩
擦等に起因する加速度とトルクの非線形関係が補償され
る。この際、各関節の回転角θと、反力ベクトルFをヤ
コビ行列(12)で逆変換して得られる負荷トルクτfとが
非線形補償(9)に与えられる。非線形補償(9)を経て得
られるトルクτaは、ロボットマニピュレータダイナミ
クス(10)を経て、各関節の回転角θに変換される。この
際、ヤコビ行列(12)からの負荷トルクτfがロボットマ
ニピュレータダイナミクス(10)に与えられる。これによ
ってロボットマニピュレータダイナミクス(10)から得ら
れる各関節の回転角θは、座標変換行列式(11)を経て、
作業座標系におけるロボットアーム先端の位置姿勢Xに
変換される。
力制御(インピーダンス制御)のブロック図を示してい
る。ここで、指令値Xdと、前記6軸力センサー(71)に
よって検出された力ベクトルFと、作業座標系における
アーム先端の位置姿勢Xが、後述のインピーダンスモデ
ル(8)に与えられる。これに応じてインピーダンスモデ
ル(8)から得られる加速度は非線形補償(9)を経て、摩
擦等に起因する加速度とトルクの非線形関係が補償され
る。この際、各関節の回転角θと、反力ベクトルFをヤ
コビ行列(12)で逆変換して得られる負荷トルクτfとが
非線形補償(9)に与えられる。非線形補償(9)を経て得
られるトルクτaは、ロボットマニピュレータダイナミ
クス(10)を経て、各関節の回転角θに変換される。この
際、ヤコビ行列(12)からの負荷トルクτfがロボットマ
ニピュレータダイナミクス(10)に与えられる。これによ
ってロボットマニピュレータダイナミクス(10)から得ら
れる各関節の回転角θは、座標変換行列式(11)を経て、
作業座標系におけるロボットアーム先端の位置姿勢Xに
変換される。
【0015】図2の制御ブロックは、多関節ロボット
(1)の力制御方式としては一般的な構成であるが、イン
ピーダンスモデル(8)を次の様に構成した点に特徴を有
している。即ち、ネジ締め機構のビットが相手ワークか
ら受ける力Fと変位ΔX(指令値Xdと実際の移動量X
との差(X−Xd))との関係が、次の数1を満足する様
に、多関節ロボット(1)を動的制御するのである。
(1)の力制御方式としては一般的な構成であるが、イン
ピーダンスモデル(8)を次の様に構成した点に特徴を有
している。即ち、ネジ締め機構のビットが相手ワークか
ら受ける力Fと変位ΔX(指令値Xdと実際の移動量X
との差(X−Xd))との関係が、次の数1を満足する様
に、多関節ロボット(1)を動的制御するのである。
【0016】
【数1】
【0017】ここで、Mは質量特性、Dは減衰特性、K
は剛性特性を示し、(M、D、K)の係数の組によってイ
ンピーダンス特性が規定される。数1の関係を満たす様
に多関節ロボット(1)を制御するには、アーム先端部の
移動量Xが下記数2で表わされる値となる様に制御を行
なえばよい。
は剛性特性を示し、(M、D、K)の係数の組によってイ
ンピーダンス特性が規定される。数1の関係を満たす様
に多関節ロボット(1)を制御するには、アーム先端部の
移動量Xが下記数2で表わされる値となる様に制御を行
なえばよい。
【0018】
【数2】
【0019】そこで、図2のインピーダンスモデル(8)
を図3の如く構成することによって、目的の制御が実現
出来る。図3において、Sは微分、1/Sは積分を表わ
し、Gp、Gvは、夫々位置、速度のループゲインを表わ
しており、第1の回路部(13)は、指令値Xdに応答する
加速度制御を行なう部分であって、これに上記数2の演
算を行なう第2の回路部(14)を付加している。
を図3の如く構成することによって、目的の制御が実現
出来る。図3において、Sは微分、1/Sは積分を表わ
し、Gp、Gvは、夫々位置、速度のループゲインを表わ
しており、第1の回路部(13)は、指令値Xdに応答する
加速度制御を行なう部分であって、これに上記数2の演
算を行なう第2の回路部(14)を付加している。
【0020】(M、D、K)の係数は、反力Fに対し、ネ
ジを締め付ける方向の力及びモーメントに対しては硬く
動作し、ネジ締め機構の姿勢を決定する方向に対しては
柔らかく動作をする様に、夫々の値を決定する。これに
よって、加速度指令値が変更されることになる。
ジを締め付ける方向の力及びモーメントに対しては硬く
動作し、ネジ締め機構の姿勢を決定する方向に対しては
柔らかく動作をする様に、夫々の値を決定する。これに
よって、加速度指令値が変更されることになる。
【0021】図4(a)(b)(c)は、板金部材(21)のネジ
孔(24)にタッピンネジ(22)を捩じ込む際の動作を表わし
ており、図4(a)の如くタッピンネジ(22)の頭部にビッ
ト(23)が係合した状態で、ビット(23)を押込みつつ回転
させて、捩じ込みを行なう。これに対し、図4(b)の如
く板金部材(21)が傾斜している場合には、タッピンネジ
(22)が板金部材(21)から受ける反力Fは、図示の如くビ
ット(23)の押込み方向Xとは同一線上にて対向しないた
め、上述の力制御によって図4(c)の如くビット(23)の
姿勢が修正される。この結果、ビット(23)の押込み方向
Xと反力Fの方向が同一線上で対向することとなり、正
常な捩じ込み動作が実現される。
孔(24)にタッピンネジ(22)を捩じ込む際の動作を表わし
ており、図4(a)の如くタッピンネジ(22)の頭部にビッ
ト(23)が係合した状態で、ビット(23)を押込みつつ回転
させて、捩じ込みを行なう。これに対し、図4(b)の如
く板金部材(21)が傾斜している場合には、タッピンネジ
(22)が板金部材(21)から受ける反力Fは、図示の如くビ
ット(23)の押込み方向Xとは同一線上にて対向しないた
め、上述の力制御によって図4(c)の如くビット(23)の
姿勢が修正される。この結果、ビット(23)の押込み方向
Xと反力Fの方向が同一線上で対向することとなり、正
常な捩じ込み動作が実現される。
【0022】又、図5(a)(b)(c)は、2枚の板金部材
(21a)(21b)をタッピンネジ(22)によって互いに締結す
る際の動作を表わしており、図5(a)の如くタッピンネ
ジ(22)の頭部にビット(23)が係合した状態で、ビット(2
3)を押込みつつ回転させて、捩じ込みを行なう。これに
対し、図5(b)の如く2枚の板金部材(21a)(21b)のネ
ジ孔(24a)(24b)がずれている場合には、タッピンネジ
(22)が受ける反力Fは、図示の如くビット(23)の押込み
力Xとは同一線上にて対向しないため、上述の力制御に
よって図5(c)の如くビット(23)の姿勢が修正される。
この結果、ビット(23)の押込み方向Xと反力Fの方向が
同一線上で対向することとなり、正常な捩じ込み動作が
実現される。
(21a)(21b)をタッピンネジ(22)によって互いに締結す
る際の動作を表わしており、図5(a)の如くタッピンネ
ジ(22)の頭部にビット(23)が係合した状態で、ビット(2
3)を押込みつつ回転させて、捩じ込みを行なう。これに
対し、図5(b)の如く2枚の板金部材(21a)(21b)のネ
ジ孔(24a)(24b)がずれている場合には、タッピンネジ
(22)が受ける反力Fは、図示の如くビット(23)の押込み
力Xとは同一線上にて対向しないため、上述の力制御に
よって図5(c)の如くビット(23)の姿勢が修正される。
この結果、ビット(23)の押込み方向Xと反力Fの方向が
同一線上で対向することとなり、正常な捩じ込み動作が
実現される。
【0023】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
【図1】本発明に係る自動ネジ締め装置の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図2】該装置における制御ブロック図である。
【図3】インピーダンスモデルを示すブロック図であ
る。
る。
【図4】1枚の板金部材に対する捩じ込み動作の説明図
である。
である。
【図5】2枚の板金部材に対する捩じ込み動作の説明図
である。
である。
(1) 多関節ロボット (2) ネジ締め機構 (23) ビット (71) 6軸力センサー (8) インピーダンスモデル (15) ロボット制御回路
Claims (1)
- 【請求項1】 多関節ロボット(1)のアーム先端部にネ
ジ締め機構(2)を具えた自動ネジ締め装置において、ネ
ジ締め機構(2)の基端部には、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ー(71)が取り付けら
れ、該力センサーの出力端はロボット制御回路(15)へ連
繋され、該ロボット制御回路(15)は、ネジ締めの際に、
力センサー(71)によって検出された力の方向と同一線上
にネジ締め機構(2)の主軸の目標姿勢を設定して、ロボ
ットアームの姿勢をフィードバック制御することを特徴
とする自動ネジ締め装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1155094A JPH07214435A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 自動ネジ締め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1155094A JPH07214435A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 自動ネジ締め装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07214435A true JPH07214435A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=11781070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1155094A Withdrawn JPH07214435A (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 自動ネジ締め装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07214435A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002331428A (ja) * | 2001-09-27 | 2002-11-19 | Honda Motor Co Ltd | 力制御ロボットによる螺子の締付方法および装置 |
JP2006320990A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Aichi Mach Ind Co Ltd | ワーク処理システム |
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