JP5860021B2 - 複数の締結部材を締結するための締結装置、ロボットシステム、および締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の締結部材をワークに締結するための締結装置、ロボットシステム、および締結方法に関する。

撮像されたワーク等の物体の画像データに基づいて、例えばボルトのような締結部材を物体に締結可能なロボットが知られている（例えば、特許文献１および２）。

特開平５−２９３７２５号公報 特開２００３−２２５８３７号公報

上述の特許文献に記載のロボットは、締結部材を物体に締結可能な締結工具を１つ備えており、締結作業を行う場合、この締結工具を、撮像された物体の画像データに基づいて、物体に形成された締結箇所に位置決めしている。したがって、このようなロボットによれば、物体に対して複数の締結部材を締結する必要がある場合、１つの締結工具を、物体に形成された複数の締結箇所の各々に対して、その都度位置決めする必要があるので、締結作業に多くの時間を費やしてしまう。

また、従来、複数の締結工具を備えたロボットも知られてはいるが、このようなロボットにおいては、締結工具間の距離（すなわち、ピッチ）が固定されている。したがって、このような従来のロボットにおいても、様々なピッチを有する物体に対して複数の締結部材を締結する必要がある場合、物体に形成された締結箇所間のピッチに応じて、締結工具のピッチを変更することができないので、締結作業を効率的に行うことができない。

本発明の一態様において、複数の締結箇所を有する物体の該締結箇所に、複数の締結部材を締結するための締結装置は、複数の締結工具と、複数の締結工具を互いに相対的に移動させる移動機構と、複数の締結箇所を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した複数の締結箇所の画像データに基づいて、複数の締結箇所の位置を算出する締結位置算出部と、算出された複数の締結箇所の位置に基づいて、少なくとも１つの締結工具を移動させ、個々の締結工具が、対応の締結箇所に締結部材を締結可能な位置に配置されるように、移動機構を制御する移動制御部とを備える。

複数の締結工具は、固定された第１の締結工具と、該第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具とを有してもよい。この場合において、移動制御部は、第２の締結工具を第１の締結工具に対して移動させて、第１の締結工具と第２の締結工具との間の距離が、複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所と第２の締結箇所との間の距離と等しくなるように、移動機構を制御してもよい。

締結装置は、第１の締結工具が固定されるベース部をさらに備えてもよい。移動機構は、ベース部に設けられるレール部と、レール部に移動可能に取り付けられ、第２の締結工具を保持する工具保持部と、工具保持部をレール部に沿って移動させる動力部とを有してもよい。締結装置は、複数の締結工具の各々を回転駆動する複数の工具駆動部と、複数の締結工具を同時に回転駆動するように複数の工具駆動部を制御する回転制御部とをさらに備えてもよい。

本発明の他の態様において、ロボットシステムは、ロボットアームと、ロボットアームを制御するロボット制御部と、上述の締結装置とを備える。ロボット制御部は、移動制御部を有するとともに、ロボットアームを制御して、複数の締結工具と物体とを相対的に位置決めする。

複数の締結工具は、ロボットアームに取り付けられてもよい。この場合において、複数の締結工具は、ロボットアームの動作により、物体に対して締結作業を実行する位置に移動されてもよい。または、複数の締結工具は、ロボットアームから離れた場所に配置されてもよい。この場合において、ロボットアームは、物体を把持して動作することにより、複数の締結工具が締結作業を実行する位置に物体を移動させてもよい。また、ロボット制御部は、画像データに基づいて、ロボットアームの動作を制御してもよい。

本発明のさらに他の態様において、複数の締結工具を有する締結機によって、複数の締結箇所を有する物体の該締結箇所に、複数の締結部材を締結するための方法は、複数の締結箇所を撮像するステップと、撮像された複数の締結箇所の画像データに基づいて、複数の締結箇所の位置を算出するステップと、個々の締結工具が、対応の締結箇所に締結部材を締結可能な位置に配置されるように、算出された複数の締結箇所の位置に基づいて、少なくとも１つの締結工具を移動させるステップとを備える。

複数の締結工具は、第１の締結工具と、該第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具とを有してもよい。この場合において、複数の締結箇所の位置を算出するステップは、画像データに基づいて、複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所と第２の締結箇所との間の距離を算出することを含んでもよい。

また、締結工具を移動させるステップは、第１の締結工具と第２の締結工具との間の距離が、第１の締結箇所と第２の締結箇所との間の距離と等しくなるように、第２の締結工具を第１の締結工具に対して移動させることを含んでもよい。

この方法は、ロボットアームによって、複数の締結工具と物体とを相対的に位置決めするステップをさらに備えてもよい。複数の締結工具は、ロボットアームに取り付けられてもよい。この場合において、複数の締結工具と物体とを相対的に位置決めするステップは、ロボットアームの動作により、複数の締結工具を、物体に対して締結作業を実行する位置に移動することを含んでもよい。

または、複数の締結工具は、ロボットアームから離れた場所に配置されてもよい。この場合において、複数の締結工具と物体とを相対的に位置決めするステップは、ロボットアームによって物体を把持して運搬し、複数の締結工具が締結作業を実行する位置に該物体を移動させることを含んでもよい。

本発明によれば、撮像部によって撮像された画像データを用いて、複数の締結工具を、締結作業を実行すべき位置へ移動させるとともに、締結工具の各々を対応する締結箇所に配置すべく、締結工具のうちの１つを移動させることができる。これにより、複数の締結工具を、複数の締結箇所に対してより迅速且つ高精度に配置させることができる。このため、締結作業に要する時間を短縮することができるので、製品の製造効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図１に示す締結機の拡大図である。 図１に示す物体を説明するための図であって、（ａ）は物体の上面図を示し、（ｂ）は（ａ）中の線ｂ−ｂで切断した物体の断面図を示す。 図１に示すロボットシステムの動作方法を示すフローチャートである。 図４のステップＳ１１の詳細を示すフローチャートである。 図４のステップＳ１および図５のステップＳ１１２を説明するための図であって、（ａ）はステップＳ１における締結工具の移動前後の状態を示す図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示す締結機および物体を、図６（ａ）中の矢印ｂから見た図を示す。 図４のステップＳ８の開始時における、締結工具と物体の配置を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図８に示すロボットシステムの動作方法を示すフローチャートである。 図９のステップＳ１１’の詳細を示すフローチャートである。 図９のステップＳ１’を説明するための図であって、ステップＳ１’における締結工具の移動前後の状態を示す。 図９のステップＳ８の開始時における、締結工具と物体の配置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１０について説明する。本実施形態に係るロボットシステム１０は、締結部材としての複数のボルトＢを、物体Ａに対して締結するためのロボットシステムである。

ロボットシステム１０は、ボルト締結用のロボット１１と、ロボット１１を制御するロボット制御部１２とを備える。ロボット制御部１２は、ロボット１１を構成する各要素を直接的または間接的に制御する。ロボット１１は、例えば、複数の関節軸を有する垂直多関節型ロボットであって、ロボットアーム１３と、ロボットアーム１３を駆動するロボットアーム駆動部１４と、締結装置１００とを備える。

ロボットアーム１３は、鉛直軸周りに回転可能な旋回胴（図示せず）に連結されており、旋回胴に取付けられた下腕部（図示せず）、および下腕部に取り付けられた前腕部１３ａを含む。前腕部１３ａの先端には、手首部１５が取り付けられている。ロボットアーム駆動部１４は、ロボット制御部１２からの指令に応じて、ロボットアーム１３の関節軸に設けられたサーボモータを駆動することによって、ロボットアーム１３を動作させる。

締結装置１００は、ボルトＢを物体Ａに締結する締結機１０１と、後述する移動機構の移動を制御するための移動制御部１０２と、ボルトＢを締結すべき物体Ａ上の締結箇所の位置を算出する締結位置算出部１０３と、物体Ａを撮像するための撮像部１０４とを備える。なお、本実施形態においては、ロボット制御部１２が、移動制御部１０２および締結位置算出部１０３の機能を担う。移動制御部１０２および締結位置算出部１０３の機能の詳細については、後述する。

撮像部１０４は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサからなる撮像素子と、撮像された被写体のデータを画像処理する画像処理部とを含み、レンズを透過して入射する被写体像を光電変換し、画像処理が施された画像データとして出力する。この撮像部１０４は、ロボット制御部１２からの指令に応じて、物体Ａを撮像し、物体Ａの画像データをロボット制御部１２へ送信する。撮像部１０４は、例えばロボットアーム１３に固設されており、物体Ａを撮像するとき、予め定められた位置に位置決めされる。ロボット制御部１２は、撮像部１０４の位置を、３次元空間における座標として予め記憶する。

ロボットシステム１０は、締結機１０１に設けられた締結工具１１１、１１２を回転駆動するための回転制御部１６を備える。回転制御部１６は、ロボット制御部１２に通信可能に接続されており、ロボット制御部１２と相互通信しつつ、締結工具１１１、１１２を回転駆動して、ボルトＢを物体Ａに締結する。

次に、図２を参照して、締結機１０１の構成について詳述する。締結機１０１は、ロボットアーム１３の手首部１５に連結されたベース部１１０と、ベース部１１０に設置された第１の締結工具１１１および第２の締結工具１１２とを有する。ベース部１１０は、軸Ｏ_０に沿って直線状に延在する棒状の部材である。ベース部１１０の先端側の底部には、該底部から下方へ突出する第１の工具保持部１１３が固設されている。第１の締結工具１１１は、この第１の工具保持部１１３を介して、ベース部１１０に固定されている。

また、ベース部１１０の底部には、ベース部１１０の基端部１１５から第１の工具保持部１１３の近傍の位置まで、軸Ｏ_０に沿って直線状に延在するレール部１１４が固定されている。レール部１１４は、中空の部材であって、内部に螺子軸（図示せず）を収容している。ベース部１１０の基端部１１５には、モータ１１６が固定されており、上述の螺子軸は、このモータ１１６の出力シャフト（図示せず）に連結されている。このモータ１１６は、ロボット制御部１２からの指令に応じて、出力シャフトを回転駆動する動力部として機能する。

レール部１１４には、第２の工具保持部１１７が移動可能に取り付けられている。この第２の工具保持部１１７は、上述の螺子軸と螺合する連結部（図示せず）を有している。この連結部を介して、第２の工具保持部１１７は、モータ１１６によって螺子軸が回転駆動されるのに伴って、図中の矢印Ｄ_０に示すように、軸Ｏ_０に沿って駆動される。第２の締結工具１１２は、第２の工具保持部１１７によって保持されている。

したがって、第２の締結工具１１２は、第２の工具保持部１１７が移動するのに伴って、軸Ｏ_０に沿って第２の工具保持部１１７とともに移動する。このように、本実施形態においては、第２の締結工具１１２は、レール部１１４と、レール部１１４に沿って移動する第２の工具保持部１１７と、螺子軸を駆動する動力部としてのモータ１１６と、螺子軸を含むボール螺子機構とによって、軸Ｏ_０に沿って移動される。すなわち、レール部１１４、第２の工具保持部１１７、モータ１１６、およびボール螺子機構は、第２の締結工具１１２を移動させる移動機構として機能する。

第１の締結工具１１１は、軸Ｏ_０と直交する軸Ｏ_１に沿って延びる軸部１１１ａと、軸部１１１ａを回転駆動する工具駆動部（図示せず）とを含む。軸部１１１ａの先端には、物体Ａに締結される第１のボルトＢ_１が設置される。工具駆動部は、第１の締結工具１１１に内蔵されており、上述した回転制御部１６からの指令に応じて、軸部１１１ａを、図中の矢印Ｄ_１に示すように軸Ｏ_１周りに回転駆動する。

同様に、第２の締結工具１１２は、軸Ｏ_１と平行な軸Ｏ_２に沿って延びる軸部１１２ａと、軸部１１１ａを回転駆動する工具駆動部（図示せず）とを含む。軸部１１２ａの先端には、物体Ａに締結される第２のボルトＢ_２が設置される。工具駆動部は、第２の締結工具１１２に内蔵されており、上述した回転制御部１６からの指令に応じて、軸部１１２ａを、図中の矢印Ｄ_２に示すように軸Ｏ_２周りに回転駆動する。

締結機１０１のベース部１１０は、手首部１５を介して、ロボットアーム１３の前腕部１３ａの先端に連結されている。手首部１５は、軸Ｏ_４周りに回転可能となるように、ベース部１１０を保持する。軸Ｏ_４は、前腕部１３ａの軸Ｏ_３と直交して延びる（図２においては紙面表裏方向に延びる）軸である。また、手首部１５は、軸Ｏ_５周りに回転可能となるように、ベース部１１０を保持する。この軸Ｏ_５は、軸Ｏ_４と直交し、且つ軸Ｏ_４周りに回転可能な軸である。ベース部１１０の軸Ｏ_０は、軸Ｏ_５に直交し、且つ、軸Ｏ_５周りに回転可能な軸である。

次に、図３を参照して、締結装置１００によってボルトＢを締結する対象物となる物体Ａについて簡単に説明する。本実施形態においては、物体Ａは、ワークＷと、ワークＷ上に配置された治具Ｊとを含む。ワークＷには、計４個の螺子孔２１、２２、２３、および２４が、予め定められた位置に形成されている。

また、治具Ｊには、ワークの螺子孔２１、２２、２３、および２４に対応する位置に、計４個の貫通孔３１、３２、３３、および３４が形成されている。締結装置１００は、このワークＷと治具Ｊとを互いに固定するために、図３に示すように治具ＪをワークＷ上に配置した状態で、ボルトＢを治具Ｊの貫通孔３１、３２、３３、３４に挿通し、ワークＷの螺子孔２１、２２、２３、２４に螺着する。

次に、図１〜図７を参照して、本実施形態に係るロボットシステム１０の動作について説明する。上述したように、ロボットシステム１０は、ワークＷと治具Ｊとを互いに固定するために、ボルトＢを物体Ａに締結するためのシステムである。図４に示すように、本実施形態に係る動作フローが開始した後、ステップＳ１において、ロボット制御部１２は、ロボットアーム１３を動作させ、締結工具１１１、１１２を作業前位置へ移動させる。

具体的には、ロボット制御部１２は、ロボットプログラムに従って、ロボットアーム駆動部１４に指令を送り、締結工具１１１、１１２を、物体Ａの近傍の予め定められた作業前位置に配置させるべく、ロボットアーム１３を動作させる。ステップＳ１における動作を図６（ａ）に概略的に示す。図６（ａ）に示すように、ステップＳ１において、締結工具１１１、１１２は、ロボットアーム１３の動作により、図中のＸに示す初期位置から、図中のＹに示す作業前位置へ移動される。

なお、上述のロボットプログラムは、ロボットアーム１３によって締結工具１１１、１１２を作業前位置Ｙに移動させるためのロボットアーム１３に対する動作指令を含むプログラムである。このロボットプログラムは、初期位置Ｘにおけるロボットアーム１３の位置から、作業前位置Ｙにおけるロボットアーム１３の位置に至るまでの経路を、ロボット１１に教示することによって、構築される。

再度図４を参照して、ステップＳ２において、ロボット制御部１２は、複数の締結箇所を撮像する。具体的には、ロボット制御部１２は、撮像部１０４に指令を送り、例えばコンベアによって予め定められた位置に運搬された物体Ａを、物体Ａの上側から撮像する。これにより、治具Ｊに形成された貫通孔３１、３２、３３、および３４（ワークＷに形成された螺子孔２１、２２、２３、および２４）を、複数の締結箇所として撮像する。

ステップＳ３において、ロボット制御部１２は、締結箇所の撮像が適正に完了したか否かを判断する。具体的には、ロボット制御部１２は、撮像部１０４から受信した画像データを解析し、計４個の貫通孔３１、３２、３３、および３４の全てを認識したか否かを判断する。ロボット制御部１２は、全ての貫通孔３１、３２、３３、および３４を認識した場合にＹＥＳと判断し、ステップＳ４に進む。一方、ロボット制御部１２は、貫通孔３１、３２、３３、および３４のうちの少なくとも１つを認識できなかった場合にＮＯと判断し、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４において、ロボット制御部１２は、物体Ａにおける、ボルトＢを締結すべき締結箇所の位置を算出する。具体的には、ロボット制御部１２は、物体Ａの画像データと、撮像部１０４の座標および視線データとに基づいて、治具Ｊに設けられた貫通孔３１、３２、３３、および３４（すなわち、ワークＷの螺子孔２１、２２、２３、２４）の座標を算出する。このように、本実施形態においては、ロボット制御部１２は、画像データに基づいて締結箇所の位置を算出する締結位置算出部１０３の機能を担う。

ステップＳ４の後、ステップＳ５において、ロボット制御部１２は、２つの締結箇所の間の距離を算出する。具体的には、ロボット制御部１２は、ステップＳ４にて算出された貫通孔３１、３２、３３、および３４の座標を用いて、貫通孔３１、３２、３３、および３４のうちの２つの間の距離、例えば、図３に示すように、治具Ｊの貫通孔３１と貫通孔３３との間の距離ｄ_２を算出する。

ステップＳ６において、ロボット制御部１２は、算出された２つの締結箇所の間の距離に基づいて、第２の締結工具１１２を第１の締結工具１１１に対して移動させる。具体的には、ロボット制御部１２は、モータ１１６を回転駆動し、第１の締結工具１１１と第２の締結工具１１２との間の距離ｄ_１（図２）が、ステップＳ５にて算出された距離ｄ_２と等しくなるように、第２の締結工具１１２を移動させる。このように、本実施形態においては、ロボット制御部１２は、個々の締結工具を対応の締結箇所に配置すべく移動機構を制御する移動制御部１０２の機能を担う。

ステップＳ７において、ロボット制御部１２は、第２の締結工具１１２の移動が完了したか否かを判断する。例えば、ロボット制御部１２は、モータ１１６の回転数に基づいて、距離ｄ_１と距離ｄ_２とが等しくなるように第２の締結工具１１２が移動されたか否かを判断する。

ロボット制御部１２は、ＹＥＳと判断した場合、ステップＳ８に進む。このようにステップＳ７においてＹＥＳと判断されたとき、第１の締結工具１１１および第２の締結工具１１２の各々が、対応する螺子孔２１および２３にボルトＢ_１およびＢ_２を締結可能な位置に配置されることになる。一方、ロボット制御部１２は、ＮＯと判断した場合、ステップＳ６に戻る。

一方、ロボット制御部１２は、ステップＳ４の後に、ステップＳ５〜Ｓ７と並行して、ステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１において、ロボット制御部１２は、締結工具１１１、１１２と物体Ａとを相対的に位置決めする。このステップＳ１１について、図５を参照して説明する。

ステップＳ１１が開始された後、ステップＳ１１１において、ロボット制御部１２は、ステップＳ２にて得られた画像データに基づいて、ロボットアーム１３の移動補正値を算出する。具体的には、ロボット制御部１２は、画像データから算出された貫通孔３１、３２、３３、および３４の座標を参照して、締結工具１１１、１１２を、物体Ａに対して締結作業を実行することができる作業位置へ移動させるための、ロボットアーム１３の移動補正値を算出する。

このステップＳ１１１について、図６（ｂ）を参照してより具体的に説明する。図６（ｂ）は、作業前位置に配置された締結機１０１および物体Ａを、図６（ａ）中の矢印ｂから見た図を示す。なお、図６（ｂ）においては、理解の容易の観点から、締結機１０１のベース部１１０、締結工具１１１、１１２を点線にて示す。

ステップＳ１１１において、ロボット制御部１２は、移動補正値として、例えば、第１の締結工具１１１と、ワークＷに形成された螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）との間の距離差δ、螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）および螺子孔２３（治具Ｊの貫通孔３３）を結ぶ仮想線Ｌ_０と、ベース部１１０の軸Ｏ_０との間の第１の角度差φ、ならびに、治具Ｊの上面Ｓ_０と、締結工具１１１、１１２の軸Ｏ_１、Ｏ_２と直交する平面（すなわち、ベース部１１０の上面）Ｓ_１との間の第２の角度差を算出する。

再度図５を参照して、ステップＳ１１２において、ロボット制御部１２は、ステップＳ１１１にて算出された移動補正値に基づいて、締結工具１１１、１１２の位置を、物体Ａに対して締結作業を実行することができる作業位置へ補正する。具体的には、ロボット制御部１２は、ロボットアーム駆動部１４を介してロボットアーム１３を動作させ、距離差δ、第１の角度差φ、および第２の角度差が０となるように、締結工具１１１、１１２の位置を補正する。

その結果、治具Ｊの上面Ｓ_０と、締結工具１１１、１１２の軸Ｏ_１、Ｏ_２と直交する平面Ｓ_１とが、互いに平行となる。また、第１の締結工具１１１が、螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）の中心軸線上に位置決めされるとともに、ベース部１１０の軸Ｏ_０と、仮想線Ｌ_０とが一致する。ステップＳ１１２が完了した後、ロボット制御部１２は、ステップＳ１１を終了し、図４に示すステップＳ８へ進む。

上述のように、本実施形態においては、第１の締結工具１１１に対して第２の締結工具１１２を移動させるステップＳ５〜Ｓ６と、締結工具１１１、１１２を作業位置へ配置させるステップＳ１１とが、並行して実行される。このため、ステップＳ８の開始時においては、図７に示すように、第１の締結工具１１１および第２の締結工具１１２が、それぞれ、螺子孔２１（貫通孔３１）および螺子孔２３（貫通孔３３）に位置決めされた状態となる。

ステップＳ８において、ロボット制御部１２は、締結工具１１１、１１２によって、複数のボルトＢ_１、Ｂ_２を同時に締結する。具体的には、ロボット制御部１２は、回転制御部１６と通信し、回転制御部１６は、第１の締結工具１１１の軸部１１１ａと、第２の締結工具１１２の軸部１１２ａを同時に回転駆動する。これにより、ボルトＢ_１およびＢ_２が、それぞれ、ワークＷの螺子孔２１および２３に同時に締結される。

ステップＳ９において、ロボット制御部１２は、締結作業が適正に実行されたか否かを判断する。例えば、回転制御部１６は、ボルトＢ_１、Ｂ_２を締結しているときの締結トルクが、予め定められた値に一定時間内で到達しなかった場合、締結異常信号をロボット制御部１２へ送信する。ロボット制御部１２は、締結異常信号を受信した場合にＮＯと判断し、ステップＳ１０に進む。一方、ロボット制御部１２は、一定期間内に締結異常信号を受信しなかった場合にＹＥＳと判断し、図４に示すフローを終了する。

ステップＳ１０において、ロボット制御部１２は、異常処理ステップを開始する。異常処理ステップにおいて、ロボット制御部１２は、締結が適正に実行されなかった物体Ａを不良品と判断し、ロボットアーム１３を動作させて該物体Ａを不良品収容場所へ搬送する。そして、ロボット制御部１２は、図４に示すフローを終了する。

または、ロボット制御部１２は、異常処理ステップにおいて、締結作業を再度実行してもよい。この場合、ロボット制御部１２は、回転制御部１６と通信し、回転制御部１６は、締結異常が検出された締結工具を、ステップＳ８とは反対の方向に回すことによって、ボルトＢの締結を緩める。その後に、回転制御部１６は、ボルトＢをステップＳ８と同じ方向に回すことによって、締結作業を再実行する。そして、ロボット制御部１２は、ステップＳ９へ戻る。

本実施形態によれば、ロボット制御部１２は、撮像部１０４によって撮像された画像データを用いて、締結工具１１１、１１２を、締結作業を実行すべき作業位置へ移動させるとともに、締結工具１１１、１１２の各々を対応する締結箇所に配置すべく、第２の締結工具を移動させている。これにより、複数の締結工具１１１、１１２を、複数の締結箇所に対してより迅速且つ高精度に配置させることができる。このため、ボルトＢの締結作業に要する時間を短縮することができるので、製品の製造効率を向上させることができる。

次に、図８を参照して、本発明の他の実施形態に係るロボットシステム４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。ロボットシステム４０は、ロボット４１と、ロボット４１を制御するロボット制御部４２と、予め定められた位置に固定された締結装置２００とを備える。上述の実施形態と同様に、ロボット制御部４２は、移動制御部１０２および締結位置算出部１０３の機能を有する。

ロボット４１は、ロボットアーム１３と、ロボットアーム１３を駆動するロボットアーム駆動部４４と、ロボットハンド４３とを備える。ロボットハンド４３は、ロボットアーム１３の前腕部１３ａの先端に、手首部１５を介して取り付けられており、物体Ａを把持して持ち上げたり、把持した物体Ａを解放したりする。

ロボットアーム駆動部４４は、ロボット制御部４２からの指令に応じて、ロボットアーム１３の関節軸に設けられたサーボモータを駆動することによって、ロボットアーム１３を動作させる。また、ロボットアーム駆動部４４は、ロボット制御部４２からの指令に応じて、ロボットハンド４３を操作して、物体Ａを把持し、解放する。

締結装置２００は、上述の実施形態と同様に、締結機１０１、移動制御部１０２、締結位置算出部１０３、および撮像部１０４を備える。締結機１０１は、図２に示す実施形態と同様の構成を有しており、ロボットアーム１３から離隔した、予め定められた位置に固定される。例えば、締結機１０１のベース部１１０は、製造ラインのロボットセルに設けられた壁に固定される。また、ロボットシステム４０は、締結工具１１１、１１２を回転駆動するための回転制御部１６を備える。

次に、図８〜１２を参照して、本実施形態に係るロボットシステム４０の動作について説明する。本実施形態に係るフローにおいては、ロボット制御部４２は、図９に示すステップＳ１’およびステップＳ１１’以外は、上述の実施形態と同様に、図４に示すステップＳ２〜ステップＳ１０を実行する。したがって、ステップＳ２〜ステップＳ１０の詳細な説明は省略し、ステップＳ１’およびステップＳ１１’に関して、以下に説明する。

図９に示すフローが開始した後、ステップＳ１’において、ロボット制御部４２は、ロボットアーム１３を動作させ、物体Ａを作業前位置へ移動させる。具体的には、ロボット制御部４２は、ロボットプログラムに従って、ロボットアーム駆動部４４に指令を送り、ロボットハンド４３によって把持された物体Ａを、締結工具１１１、１１２の近傍の予め定められた作業前位置に配置させるべく、ロボットアーム１３を動作させる。

ステップＳ１’の動作を図１１に概略的に示す。図１１に示すように、ステップＳ１’において、ロボットハンド４３によって把持された物体Ａは、ロボットアーム１３の動作により、図中のＸ’に示す初期位置から、図中のＹ’に示す作業前位置へ移動される。

再度図９を参照して、ステップＳ４の後、ロボット制御部４２は、ステップＳ５〜Ｓ７と並行して、ステップＳ１１’を実行する。ステップＳ１１’において、ロボット制御部４２は、締結工具１１１、１１２と物体Ａとを相対的に位置決めする。このステップＳ１１’について、図１０を参照して説明する。

ステップＳ１１’が開始された後、ステップＳ１１１’において、ロボット制御部４２は、ステップＳ２にて得られた画像データに基づいて、ロボットアーム１３の移動補正値を算出する。具体的には、ロボット制御部４２は、画像データから算出された貫通孔３１、３２、３３、および３４の座標に基づいて、締結工具１１１、１１２を用いて物体Ａに対して締結作業を実行することができる作業位置へ物体Ａを移動させるための、ロボットアーム１３の移動補正値を算出する。

例えば、ロボット制御部４２は、上述のステップＳ１１１と同様に、移動補正値として、第１の締結工具１１１と、ワークＷに形成された螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）との間の距離差δ（図６（ｂ））、螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）および螺子孔２３（治具Ｊの貫通孔３３）を結ぶ仮想線Ｌ_０と、ベース部１１０の軸Ｏ_０との間の第１の角度差φ（図６（ｂ））、ならびに、治具Ｊの上面Ｓ_０と、締結工具１１１、１１２の軸Ｏ_１、Ｏ_２と直交する平面（すなわち、ベース部１１０の上面）Ｓ_１との間の第２の角度差を算出する。

ステップＳ１１２’において、ロボット制御部４２は、ステップＳ１１１’にて算出された移動補正値に基づいて、物体Ａの位置を作業位置へ補正する。例えば、ロボット制御部４２は、ロボットアーム駆動部４４を介してロボットアーム１３を動作させ、距離差δ、第１の角度差φ、および第２の角度差が０となるように、物体Ａの位置を補正する。

その結果、治具Ｊの上面Ｓ_０と、締結工具１１１、１１２の軸Ｏ_１、Ｏ_２と直交する平面Ｓ_１とが、互いに平行となり、第１の締結工具１１１が、螺子孔２１（治具Ｊの貫通孔３１）の中心軸線上に位置決めされるとともに、ベース部１１０の軸Ｏ_０と、仮想線Ｌ_０とが一致する。ステップＳ１１２’が完了した後、ロボット制御部４２は、ステップＳ１１’を終了し、図９に示すステップＳ８へ進む。

このように、本実施形態においては、第１の締結工具１１１に対して第２の締結工具１１２を移動させるステップＳ５〜Ｓ６と、締結工具１１１、１１２を作業位置へ配置させるステップＳ１１’とが、並行して実行される。このため、ステップＳ８の開始時においては、図１２に示すように、第１の締結工具１１１および第２の締結工具１１２が、それぞれ、螺子孔２１（貫通孔３１）および螺子孔２３（貫通孔３３）に位置決めされた状態となる。

本実施形態によれば、複数の締結工具１１１、１１２を、複数の締結箇所に対してより迅速且つ高精度に配置させることができる。このため、ボルトＢの締結作業に要する時間を短縮することができるので、製品の製造効率を向上させることができる。

なお、上述の実施形態においては、締結装置１００がロボットシステム１０、２０に組み込まれている場合について述べたが、これに限らず、締結装置１００単体としても、複数の締結部材を締結することも可能である。以下、締結装置１００が単体として締結作業を実行する場合における、締結装置１００の構成および動作について説明する。

この場合、締結装置１００は、上述のロボット制御部１２に対応する要素である締結装置制御部と、上述の回転制御部１６とを備える。締結装置制御部は、締結装置１００を構成する各要素を直接的または間接的に制御する。この締結装置制御部は、上述の移動制御部１０２および締結位置算出部１０３の機能を担うとともに、撮像部１０４の撮像動作を制御する。また、締結装置制御部は、回転制御部１６と通信し、第１の締結工具１１１の軸部１１１ａと、第２の締結工具１１２の軸部１１２ａを回転駆動する。

締結作業を行う場合、締結装置制御部は、図４に示すステップＳ２〜Ｓ８を実行する。締結装置の動作フローの例について、以下に簡単に説明する。締結装置の動作フローが開始した後、ステップＳ２において、締結装置制御部は、撮像部１０４に指令を送り、複数の締結箇所を撮像する。ステップＳ３において、締結装置制御部は、締結箇所の撮像が適正に完了したか否かを判断する。ステップＳ４において、締結装置制御部は、締結位置算出部１０３として機能し、画像データに基づいて、物体Ａにおける、ボルトＢを締結すべき締結箇所の位置を算出する。

ステップＳ５において、締結装置制御部は、２つの締結箇所の間の距離を算出する。ステップＳ６において、締結装置制御部は、移動制御部１０２として機能し、算出された２つの締結箇所の間の距離ｄ_２に基づいて、第２の締結工具１１２を第１の締結工具１１１に対して移動させる。ステップＳ７において、締結装置制御部は、第２の締結工具１１２の移動が完了したか否かを判断する。そして、ステップＳ８において、締結装置制御部は、回転制御部１６と通信し、締結工具によって、複数のボルトＢを同時に締結する。

このような締結装置１００によっても、撮像部１０４によって撮像された画像データを用いて、締結工具の各々を対応する締結箇所に配置すべく、締結工具のうちの１つを移動させることができる。これにより、複数の締結工具を、複数の締結箇所に対してより迅速且つ高精度に配置させることができる。このため、締結作業に要する時間を短縮することができるので、製品の製造効率を向上させることができる。

なお、上述の実施形態においては、締結装置が２つの締結工具を備える場合について述べた。しかしながら、これに限らず、締結装置は、３以上の締結工具を備えてもよい。また、上述の実施形態においては、第２の締結工具が一方向に沿って移動する場合について述べたが、これに限らず、第２の締結工具が、例えばｘ−ｙ平面上を任意の方向に移動する構成であってもよい。このような構成は、ｘ軸に沿って配設されたｘ軸方向螺子軸と、ｙ軸方向に沿って配設されたｙ軸方向螺子軸とを含むボール螺子機構によって実現することができる。

また、上述の実施形態においては、ロボット制御部が、移動補正値として、距離差δ、第１の角度差φ、ならびに、第２の角度差を算出する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、ロボット制御部は、例えば、複数の締結工具の各々の座標と、物体上の締結箇所の各々の座標との差から、移動補正値を算出してもよいし、他の如何なるパラメータに基づいて、移動補正値を算出してもよい。

上述の実施形態においては、初期位置Ｘにおけるロボットアームの位置から、作業前位置Ｙにおけるロボットアームの位置に至るまでの経路を、ロボットに教示させることによって、締結工具を作業前位置Ｙに移動させる場合について述べた。しかしながら、これによ限らず、ロボット制御部１２は、作業前位置Ｙに対応する座標を予め記録し、該座標を参照してロボットアームを動作させ、締結工具を作業前位置Ｙに配置させてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，４０ ロボットシステム
１１，４１ ロボット
１２，４２ ロボット制御部
１３ ロボットアーム
１６ 回転制御部
１００，２００ 締結装置
１０１ 締結機
１０２ 移動制御部
１０３ 締結位置算出部
１０４ 撮像部
１１０ ベース部
１１１ 第１の締結工具
１１２ 第２の締結工具
１１４ レール部
１１６ モータ
１１７ 第２の工具保持部

Claims (15)

1. 複数の締結箇所を有する物体の該締結箇所に、複数の締結部材を締結するための締結装置であって、
   固定された第１の締結工具と、
   前記第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具と、
   前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させる移動機構であって、前記第２の締結工具と係合する螺子軸を含むボール螺子機構、および、前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させるために前記螺子軸を回転駆動する動力を発生させるモータを有する、移動機構と、
   前記複数の締結箇所を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した前記複数の締結箇所の画像データに基づいて、前記複数の締結箇所の位置を算出し、算出した前記複数の締結箇所の位置を用いて、前記複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所と第２の締結箇所との間の距離を算出する締結位置算出部と、
   前記第１の締結工具と前記第２の締結工具との間の距離が、前記第１の締結箇所と前記第２の締結箇所との間の前記距離と等しくなるように、前記モータを回転させて前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させる移動制御部と、を備える、締結装置。
2. 前記第１の締結工具が固定されるベース部をさらに備え、
   前記移動機構は、
   前記ベース部に設けられるレール部と、
   前記レール部に移動可能に取り付けられ、前記第２の締結工具を保持する工具保持部と、
   前記工具保持部を前記レール部に沿って移動させる前記モータと、有する、請求項１に記載の締結装置。
3. 前記複数の締結工具の各々を回転駆動する複数の工具駆動部と、
   前記複数の締結工具を同時に回転駆動するように前記複数の工具駆動部を制御する回転制御部と、をさらに備える、請求項１または２に記載の締結装置。
4. ロボットアームと、
   前記ロボットアームを制御するロボット制御部と、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の締結装置と、を備え、
   前記ロボット制御部は、前記移動制御部の機能を担うとともに、前記ロボットアームを制御して、前記複数の締結工具と前記物体とを相対的に位置決めする、ロボットシステム。
5. 前記複数の締結工具は、前記ロボットアームに取り付けられ、該ロボットアームの動作により、前記物体に対して締結作業を実行する位置に移動される、請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記複数の締結工具は、前記ロボットアームから離れた場所に配置され、
   前記ロボットアームは、前記物体を把持して動作することにより、前記複数の締結工具が締結作業を実行する位置に前記物体を移動させる、請求項４に記載のロボットシステム。
7. 前記ロボット制御部は、前記画像データに基づいて、前記ロボットアームの動作を制御する、請求項４〜６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
8. 前記ロボット制御部は、
   前記画像データに基づいて、前記ロボットアームの移動補正値を算出し、
   算出された前記移動補正値に基づいて、前記ロボットアームを動作させて、前記複数の締結工具および前記物体の相対的な位置を補正する、請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記複数の締結工具は、第１の締結工具と、該第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具とを有し、
   前記ロボット制御部は、
   前記移動補正値として、前記第１の締結工具と、前記複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所との間の距離差、および、前記第１の締結箇所と、前記複数の締結箇所のうちの第２の締結箇所とを結ぶ仮想線の方向と、前記第２の締結工具の移動方向との間の角度差を算出し、
   前記ロボットアームを動作させて、算出された前記距離差および前記角度差がゼロとなるように、前記複数の締結工具および前記物体の相対的な位置を補正する、請求項８に記載のロボットシステム。
10. 固定された第１の締結工具、該第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具、および前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させる移動機構を有する締結機によって、複数の締結箇所を有する物体の該締結箇所に、複数の締結部材を締結するための方法であって、
    前記移動機構は、前記第２の締結工具と係合する螺子軸を含むボール螺子機構、および、前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させるために前記螺子軸を回転駆動する動力を発生させるモータを有し、
    前記方法は、
    前記複数の締結箇所を撮像するステップと、
    撮像された前記複数の締結箇所の画像データに基づいて、前記複数の締結箇所の位置を算出し、算出した該複数の締結箇所の位置を用いて、前記複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所と第２の締結箇所との間の距離を算出するステップと、
    前記第１の締結工具と前記第２の締結工具との間の距離が、前記第１の締結箇所と前記第２の締結箇所との間の前記距離と等しくなるように、前記モータを回転させて前記第２の締結工具を前記第１の締結工具に対して移動させるステップと、を備える方法。
11. ロボットアームによって、前記複数の締結工具と前記物体とを相対的に位置決めするステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の締結工具は、前記ロボットアームに取り付けられ、
    前記複数の締結工具と前記物体とを相対的に位置決めするステップは、前記ロボットアームの動作により、前記複数の締結工具を、前記物体に対して締結作業を実行する位置に移動することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の締結工具は、前記ロボットアームから離れた場所に配置され、
    前記複数の締結工具と前記物体とを相対的に位置決めするステップは、前記ロボットアームによって前記物体を把持して運搬し、前記複数の締結工具が締結作業を実行する位置に該物体を移動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記複数の締結工具と前記物体とを相対的に位置決めするステップは、
    前記画像データに基づいて、前記ロボットアームの移動補正値を算出することと、
    算出された前記移動補正値に基づいて、前記ロボットアームを動作させて、前記複数の締結工具および前記物体の相対的な位置を補正することと、を含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記複数の締結工具は、第１の締結工具と、該第１の締結工具に対して移動可能な第２の締結工具とを有し、
    前記移動補正値を算出するときに、前記第１の締結工具と、前記複数の締結箇所のうちの第１の締結箇所との間の距離差、および、前記第１の締結箇所と、前記複数の締結箇所のうちの第２の締結箇所とを結ぶ仮想線の方向と、前記第２の締結工具の移動方向との間の角度差を算出し、
    前記ロボットアームを動作させて、算出された前記距離差まおよび前記角度差がゼロとなるように、前記複数の締結工具および前記物体の相対的な位置を補正する、請求項１４に記載の方法。

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