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WO2015140939A1 - ネジ締めシステムおよびネジ締め方法 - Google Patents

ネジ締めシステムおよびネジ締め方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015140939A1
WO2015140939A1 PCT/JP2014/057408 JP2014057408W WO2015140939A1 WO 2015140939 A1 WO2015140939 A1 WO 2015140939A1 JP 2014057408 W JP2014057408 W JP 2014057408W WO 2015140939 A1 WO2015140939 A1 WO 2015140939A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bit
driving unit
screw
unit
robot
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/057408
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
原田　敏行
健 大川
敏章 池田
伸二 小笠原
Original Assignee
株式会社安川電機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社安川電機 filed Critical 株式会社安川電機
Priority to PCT/JP2014/057408 priority Critical patent/WO2015140939A1/ja
Priority to JP2016508379A priority patent/JP6241539B2/ja
Publication of WO2015140939A1 publication Critical patent/WO2015140939A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/001—Article feeders for assembling machines
    • B23P19/006—Holding or positioning the article in front of the applying tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/02—Arrangements for handling screws or nuts
    • B25B23/08—Arrangements for handling screws or nuts for holding or positioning screw or nut prior to or during its rotation
    • B25B23/10—Arrangements for handling screws or nuts for holding or positioning screw or nut prior to or during its rotation using mechanical gripping means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers

Definitions

  • the disclosed embodiment relates to a screw tightening system and a screw tightening method.
  • a bit engaged with a screw is rotated around an axis.
  • a reduction gear is provided in the bit driving unit that applies a rotational driving force to the bit to reduce the rotational speed of the motor, thereby securing a torque necessary for the final tightening of the screw from the motor having a high rotational speed.
  • the screw tightening system as described above has a problem that the output speed of the bit drive unit is slow and it takes time to tighten the screw because the bit drive unit has a speed reducer.
  • the time required for tightening the screws greatly affects the tact time of the entire assembly process.
  • an object of the present invention is to provide a screw tightening system and a screw tightening method capable of reducing the tact time of the entire assembly process including the screw tightening process. .
  • a screw tightening system includes a robot, a control device, a first bit driving unit, a second bit driving unit, and a bit holding unit.
  • the robot is an articulated robot having a hand at the tip.
  • the control device drives and controls the robot.
  • the first bit driving unit is selectively held by the hand and directly outputs a rotational driving force by a motor.
  • the second bit driving unit is selectively gripped by the hand and outputs a rotational driving force by a motor via a speed reducer.
  • the bit holding unit is attached to at least one of the first bit driving unit and the second bit driving unit, and holds a bit that rotates around an axis by the input rotational driving force.
  • the tact time of the entire assembly process including the screw tightening process can be shortened.
  • FIG. 1A is a schematic explanatory diagram of a screw tightening system according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic explanatory diagram of a bit driving unit and a bit holding unit.
  • FIG. 2A is a front view of the screw tightening device.
  • FIG. 2B is a right side view of the screw fastening device.
  • 2C is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 2B.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing the attachment / detachment mechanism.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing the attachment / detachment mechanism.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of each part during screw gripping.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of each part during screw gripping.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the bit holding portion when gripping a screw.
  • FIG. 6 is a system configuration diagram of the screw tightening system.
  • FIG. 7 is a control configuration diagram of the screw tightening system.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the screw tightening system.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the screw tightening method.
  • FIG. 1A is a schematic explanatory diagram of a screw tightening system according to an embodiment.
  • the screw tightening system described below not only the screws are tightened, but also the work of loosening the tightened screws is performed.
  • screws tightened and loosened by such a screw tightening system include bolts and the like.
  • screw is used as a general term for a fastening member provided with a spiral groove such as a bolt.
  • the robot 70 performs an operation of tightening or loosening the screws using a screw tightening device.
  • the screw fastening device includes a bit driving unit 11 and a bit holding unit 18.
  • such a screw fastening apparatus can be used for any operation
  • bit driving units 11 there are two types of bit driving units 11, a first bit driving unit 11a and a second bit driving unit 11b. Both the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b output the rotational driving force around the axis to the bit holding unit 18 via the output shaft.
  • the first bit drive unit 11a includes a motor Ma and directly outputs the rotational driving force by the motor Ma. Since the rotational driving force by the motor Ma is directly output from the first bit driving unit 11a, a rotational driving force having a high rotational speed is output.
  • the second bit drive unit 11b includes a motor Mb and a reduction gear G, and outputs the rotational driving force by the motor Mb via the reduction gear G. From such a second bit drive unit 11b, the rotational driving force of the motor Mb is decelerated by the speed reducer G, and a rotational driving force of high torque (low rotational speed) is output.
  • the capabilities of the motor Ma and the motor Mb are equal.
  • the bit holding portion 18 holds the bit 20 engaged with the screw to be tightened on the tip side. Further, the bit holding unit 18 is attached to the bit driving unit 11 at the end side. Specifically, the bit holding unit 18 is attached to at least one of the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b.
  • the bit 20 rotates around the axis by the input rotational driving force.
  • the screw tightening system 1 includes a robot 70.
  • the robot 70 is a multi-joint robot having a plurality of arm portions and a hand 71 at the tip.
  • a screw tightening device can be provided as an external shaft of the robot 70.
  • the screw tightening system 1 further includes a control device 80.
  • the control device 80 drives and controls the motor Ma of the first bit driving portion 11 a gripped by the hand 71 as an external axis of the robot 70. Therefore, it is not necessary to separately provide a control device for controlling the first bit driver 11a.
  • the rotation speed output from the bit drive unit is slow (low rotation speed), and it takes time to tighten the screws.
  • the output rotational speed is 600 rpm
  • the time required to fasten 30 screws is about 150 seconds.
  • the number of screws is large, the time required for tightening is prolonged.
  • the tightening time of the screw is prolonged, the tact time of the entire assembly process is prolonged.
  • the hand 71 changes the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b. That is, in the temporary fastening step described above, the first bit driving unit 11a having a high rotational speed is used, and in the final fastening step, the second bit driving unit 11b having a high torque is used. Thereby, screwing can be performed with the rotation speed and torque suitable for each process.
  • the bit holding unit 18 is detachably attached to the first bit driving unit 11a or the second bit driving unit 11b. Further, the bit holding unit 18 is shared by the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b. Thereby, the number of parts can be reduced.
  • FIG. 1B is a schematic explanatory diagram of a bit driving unit and a bit holding unit.
  • the bit and the code of the bit holding unit are numbered in the form of “ ⁇ number”.
  • the bit holding unit 18 is detachably attached to the first bit driving unit 11a or the second bit driving unit 11b.
  • the bit holding portion 18 can be replaced according to the size and type of the screw to be tightened or loosened.
  • FIG. 1B shows three bit holding units 18-1, 18- that hold three types of bits 20-1, 20-2, 20-3 corresponding to the nominal diameters of screws (for example, M6, M8, M10). 2, 18-3.
  • the three bit holders 18-1 to 18-3 are detachably attached to the first bit driver 11a and the second bit driver 11b, respectively. That is, three bit holding units 18-1 to 18-3 are shared by the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b.
  • the bit holding unit 18 includes a rotating unit, a linear motion unit, and a pressing unit.
  • the bit 20 can be made to follow the screw
  • the configuration of such a bit holding unit 18 will be described later with reference to FIG. 2A and the like.
  • the robot 70 uses the first bit drive unit 11a for temporary tightening of screws and the second bit drive unit 11b for final tightening.
  • the first bit driving unit 11a is used because a high rotational speed is preferable to a high torque in order to fasten the screw quickly.
  • the second bit driving unit 11b is used in the final tightening. As a result, the screws can be temporarily tightened at a high speed. The time required for the entire screw tightening can be shortened.
  • the robot 70 holds the first bit driving unit 11 a with the hand 71, and then attaches the bit holding unit 18 to the first bit driving unit 11 a to temporarily tighten the screws. In addition, the robot 70 removes the bit holding unit 18 from the first bit driving unit 11 a and releases the grip of the first bit driving unit 11 a by the hand 71.
  • the robot 70 holds the second bit driving unit 11b, attaches the bit holding unit 18 to the second bit driving unit 11b, and performs final tightening of the screws. That is, the robot 70 temporarily tightens the screw with the first bit driving unit 11a, and when the temporary tightening is finished, the robot 70 switches from the first bit driving unit 11a to the second bit driving unit 11b, and with the second bit driving unit 11b. Perform final tightening. When there are a plurality of screws, for example, all the screws are temporarily tightened by the first bit driving unit 11a, and then the second bit driving unit 11b is moved to the final tightening of all the screws. By doing in this way, the tact time as the whole screw fastening operation can be shortened.
  • the robot 70 is a single-armed articulated robot.
  • the present invention is not limited to this, and the robot 70 may be a double-arm robot.
  • the first bit driving unit 11a is gripped by one arm
  • the second bit driving unit 11b is gripped by the other arm
  • a screw is temporarily tightened by one arm. Tightening can be done with the other arm.
  • the robot 70 as a double-arm robot, the time required for switching from the first bit driving unit 11a to the second bit driving unit 11b can be eliminated. As a result, the time required for screw tightening can be further shortened.
  • the control device 80 drives and controls the motor Ma of the first bit driving unit 11a held by the hand 71 as an external shaft of the robot 70, but the first bit driving unit 11a.
  • the second bit driver 11b may be driven and controlled. Thereby, the drive control of the robot 70, the 1st bit drive part 11a, and the 2nd bit drive part 11b is attained by the single control apparatus 80, and it becomes a simple structure.
  • FIG. 2A is a front view of the screw tightening device.
  • FIG. 2B is a right side view of the screw fastening device.
  • 2C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2B.
  • 2B is a cross section taken along line AA shown in FIG. 2A.
  • the axis AX shown in FIGS. 2A to 2C is a common axis of each part of the screw tightening device 10.
  • the upper side (the upper end side of the bit driving unit 11) in the drawing may be referred to as the end side
  • the lower side (the lower end side of the bit 20) in the drawing may be referred to as the leading end side.
  • the bit driving unit 11 there are two types of the bit driving unit 11, the first bit driving unit 11 a and the second bit driving unit 11 b (see FIG. 1A).
  • the bit driving unit 11 will be generically described. To do.
  • the screw tightening device 10 includes a bit driving unit 11, an attaching / detaching unit 17, a bit holding unit 18, and a pressing unit 27.
  • the screw tightening device 10 is a so-called nutrunner that automatically tightens a screw (or loosens and removes the screw).
  • the bit driving unit 11 includes a flat base 12 and a cylindrical casing 13 that is provided on the upper surface of the base 12 and is long in the axis AX direction.
  • a first drive source 28 that drives the attachment / detachment unit 17, a block 14 that is gripped by the hand 71 (see FIG. 6) of the robot 70, and the like are disposed.
  • motors Ma and Mb, a reduction gear G (see FIG. 6), and the like are disposed in the housing 13 from the end side of the bit driving unit 11 to the tip side that is the base 12 side.
  • motors Ma and Mb are used as the motors Ma and Mb.
  • the illustrated configuration of the bit driver 11 corresponds to the configuration of the second bit driver 11b described above.
  • the first bit driving unit 11a is different in configuration from the second bit driving unit 11b in that the speed reducer is excluded (see FIG. 1A).
  • the bit driving unit 11 further includes an output shaft 15 that extends coaxially with the axis AX from the end surface on the front end side, that is, the lower surface of the base 12.
  • the output shaft 15 outputs the rotational driving force around the axis AX output from the motors Ma and Mb (see FIG. 1A) to the bit holding unit 18.
  • the output shaft 15 is formed with a rectangular shaft at the distal end side, and a torque transmission shaft 16 is coaxially connected to the distal end side that becomes the rectangular shaft.
  • the bit driving unit 11 outputs the rotational driving force around the axis AX from the motors Ma and Mb (see FIG. 1A) to the bit holding unit 18 via the output shaft 15 (torque transmission shaft 16).
  • the bit 20 held in the bit holding unit 18 is rotationally driven.
  • the bit driving unit 11 that is, the second bit driving unit 11b
  • the driving force from the motor Mb (see FIG. 1A) is output to the bit holding unit 18 via the speed reducer G, thereby tightening the screws. Necessary torque can be obtained.
  • the bit driving unit 11 includes a torque detector TD (see FIG. 6) that detects the torque of the screw to be tightened or loosened.
  • the bit driving unit 11 is provided with an attaching / detaching unit 17 on the lower surface of the base 12.
  • the detachable part 17 attaches the bit holding part 18 to the lower surface of the base 12 so as to be coaxial with the bit driving part 11.
  • the attachment / detachment unit 17 includes an attachment / detachment mechanism that allows the bit holding unit 18 to be attached / detached. Details of the attachment / detachment mechanism will be described later with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the bit holding portion 18 includes a cylindrical housing 19, and holds the bit 20 on the distal end side of the housing 19.
  • the bit 20 engages with the head of the screw and rotates the screw around the axis AX (clockwise or counterclockwise). As described above, the bit 20 is replaceable and may be replaced according to the type and size of the screw, or may be replaced with a new one due to wear or deterioration.
  • the bit holding unit 18 further includes a socket 21 and a joint 24.
  • the bit holding unit 18 holds the bit 20 via a socket 21 and a joint 24 disposed inside the housing 19.
  • the socket 21 is formed in a cylindrical shape and is disposed coaxially with the housing 19 inside the housing 19.
  • the front end side of the socket 21 is connected to a joint 24 that is coaxially disposed inside the housing 19 in the same manner as the socket 21.
  • a protrusion 19 a that protrudes toward the axis AX is provided on the inner peripheral surface of the housing 19.
  • the protruding portion 19 a is provided to have a slightly larger diameter than the outer peripheral surface of the socket 21.
  • the socket 21 is disposed inside the housing 19 in a state where the socket 21 is regulated so as to be along the axis AX direction by the protruding portion 19a.
  • the socket 21 includes a rotating portion 22 and a linear motion portion 23.
  • the rotating portion 22 is provided between the outer peripheral surface of the cylindrical main body of the socket 21 and the inner peripheral surface of the housing 19 on the end side.
  • the rotating part 22 is a bearing and supports the socket 21 main body so as to be rotatable around the axis AX.
  • a needle bearing can be used as the rotating unit 22.
  • the linear motion portion 23 is provided on the inner peripheral surface of the socket 21 body.
  • the linear motion portion 23 enables the socket 21 to move linearly in the axis AX direction with respect to the torque transmission shaft 16 inserted in the axis AX direction from the terminal end side of the socket 21 and cannot rotate about the axis AX. To do.
  • the torque transmission shaft 16 transmits the rotational driving force around the axis AX output from the output shaft 15 of the bit driving unit 11 to the bit holding unit 18.
  • a rectangular recess that can be fitted to the rectangular shaft of the output shaft 15 is provided on the upper surface (end-side end surface) of the torque transmission shaft 16.
  • the outer peripheral surface of the torque transmission shaft 16 is provided with a groove extending in the axis AX direction, a so-called spline.
  • the linear motion part 23 is formed in a cylindrical shape, and a spline that fits with the spline of the torque transmission shaft 16 is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical body.
  • the socket 21 moves linearly in the direction of the axis AX following the external force in the direction of the axis AX by the linearly moving portion 23 having such a spline structure.
  • the socket 21 is stationary when no external force is applied. Further, the socket 21 is detachable from the bit driving unit 11 side in the axis AX direction.
  • the joint 24 connected to the tip end side of the socket 21 rotates following the socket 21 as it rotates, and directly follows the socket 21 as it moves straight.
  • the bit 20 is detachably connected to the distal end side of the joint 24.
  • centering taper members 25 and 25 for extending the bit 20 in the axis AX direction are provided.
  • the taper members 25, 25 are formed in an annular shape along the inner peripheral surface of the housing 19 and the outer peripheral surface of the socket 21, and are arranged with their inclined surfaces facing each other.
  • the inner peripheral surface of the housing 19 and the outer peripheral edge of the joint 24 are provided with centering taper portions 26 and 26 when the bit 20 is contracted in the axis AX direction.
  • the tapered portions 26, 26 are provided with their inclined surfaces facing each other along the inner peripheral surface of the housing 19 and the outer peripheral edge of the joint 24.
  • a pressing portion 27 that presses the socket 21 toward the distal end side is provided inside the housing 19.
  • the pressing portion 27 is, for example, a compression coil spring, and is disposed coaxially on the end side of the socket 21.
  • the socket 21 is constantly urged toward the distal end side by the spring as the pressing portion 27 via the linear motion portion 23. That is, the bit 20 integrally connected to the socket 21 and the joint 24 in the axis AX direction is pressed toward the distal end side by the urging force of the pressing portion 27 through the socket 21 and the joint.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an attaching / detaching mechanism of the attaching / detaching portion (before attaching the bit holding portion).
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing the attaching / detaching mechanism of the attaching / detaching portion (after the bit holding portion is attached).
  • the attachment / detachment unit 17 includes a pair of air cylinders 28, 28 as a first drive source.
  • the pair of air cylinders 28 and 28 are disposed on the upper surface of the base 12 on the bit drive unit 11 side with a phase difference of 180 degrees on a concentric circle of the axis AX.
  • Each of the telescopic rods 28a, 28a of the pair of air cylinders 28, 28 penetrates the base 12 and the tip side is disposed on the bit holding unit 18 side.
  • the extensible rods 28a and 28a are connected to the floating joints 29 and 29 on the bit holding portion 18 side at the distal end side.
  • Floating joints 29 and 29 are connected to a flange portion 31 provided on the outer peripheral surface of a short cylindrical circular receiving portion 30.
  • the circular receiving portion 30 is provided so as to be extendable and contractible in the axis AX direction, and expands and contracts in the axis AX direction following the extension and contraction of the extension rods 28a and 28a.
  • the circular receiving part 30 is provided with a circular concave part 32 on the end face side end face.
  • the inner peripheral surface of the circular recess 32 is a tapered surface 33 provided to be inclined so as to increase the diameter.
  • the circular receiving part 30 is provided with a communication hole 34 that communicates from the bit driving part 11 side to the bit holding part 18 side.
  • the cylindrical portion 35 is fitted into the communication hole 34.
  • the cylindrical portion 35 is inserted with the output shaft 15 of the bit driving portion 11 when the bit holding portion 18 is attached.
  • a tapered surface 36 is provided on the inner peripheral edge on the distal end side of the cylindrical portion 35 so as to increase the diameter.
  • a through hole 37 penetrating in the thickness direction is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 35.
  • a steel ball 38 is disposed in the through hole 37.
  • the opening diameter on the inner peripheral surface side of the through hole 37 is formed smaller than the diameter of the steel ball 38.
  • a flange 39 is provided on the end face of the bit holding unit 18.
  • a circular convex portion 40 that can be fitted into the circular concave portion 32 on the main body portion 11 side is provided on the end side end face of the flange portion 39.
  • a cylindrical part 41 that can be fitted into the cylindrical part 35 on the main body part 11 side is provided on the end face of the circular convex part 40.
  • a V-shaped groove 42 is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 41 on the end side.
  • a tapered surface 43 is provided on the side peripheral surface of the circular convex portion 40 so as to be inclined toward the distal end surface.
  • the cylindrical unit 41 on the bit holding unit 18 side is fitted in the cylindrical unit 35 on the bit driving unit 11 side.
  • the output shaft 15 is inserted through the tube portion 41.
  • the output shaft 15 enters the inside of the housing 19 through the inner peripheral surface of the cylindrical portion 41, and the tip end side is connected to the terminal end side of the torque transmission shaft 16.
  • the steel ball 38 disposed in the through hole 37 is pushed out to the inner peripheral surface side of the cylindrical portion 35 by a predetermined dimension by the inner peripheral surface of the communication hole 34.
  • the steel ball 38 is restricted from protruding more than a predetermined dimension.
  • the steel ball 38 protruding by a predetermined dimension is fitted into a V-shaped groove 42 provided in the cylinder part 41 on the bit holding part 18 side.
  • the tapered surface 36 of the cylindrical portion 35 on the bit drive unit 11 side and the tapered surface 43 of the cylindrical portion 41 on the bit holding unit 18 side come into contact with each other.
  • the holding unit 18 is locked to the bit driving unit 11.
  • the bit holding unit 18 is detachably attached to the bit driving unit 11 by such a so-called attachment / detachment mechanism having a coupler structure. Further, it can be easily attached and detached by a simple operation.
  • the attaching / detaching portion 17 includes a positioning mechanism for preventing the bit driving portion 11 and the bit holding portion 18 from rotating relative to each other around the axis AX when or after the bit holding portion 18 is attached.
  • the attaching / detaching portion 17 includes a positioning pin and a bush as a positioning mechanism.
  • the positioning pin is formed in a shaft shape protruding from the bottom surface of the base 13 of the bit driving unit 11 toward the tip side.
  • the bush is attached to a through hole provided in the flange portion 39 of the bit holding portion 18 and is provided so that a positioning pin can be inserted.
  • the position where the bush is provided is a position corresponding to the position of the positioning pin after the bit holding portion 18 is mounted.
  • the attachment / detachment unit 17 includes a phase matching mechanism using a dog or a sensor, for example.
  • the screw tightening device 10 further includes a second drive source 50, an arm 52, and a chuck 54 as a screw gripping mechanism.
  • the air cylinder 50 as the second drive source includes an extendable rod 50a that expands and contracts from the cylinder in the axis AX direction.
  • a spring portion 51 is connected to the distal end side of the telescopic rod 50a.
  • the spring portion 51 includes a spring 51a and a rod 51b inside the cylinder.
  • a compression coil spring can be used as the spring 51a.
  • the air cylinder 50 and the spring portion 51 are arranged coaxially in parallel with the axis AX direction.
  • the rod 51 b biased by the spring 51 a is connected to the arm 52 on the distal end side.
  • the arm 52 is formed in a rectangular plate shape.
  • the arm 52 is provided with a bent portion so as to be close to the housing 19 side of the bit holding portion 18.
  • a linear guide 53 is provided between the arm 52 and the housing 19 to guide the linear movement of the arm 52 in the direction parallel to the axis AX direction.
  • the arm 52 is connected to the link portion of the chuck 54 on the tip side.
  • the chuck 54 includes a pair of arm portions 54a and 54a and claw portions 54b and 54b.
  • Each of the arm portions 54a and 54a includes a plurality (three) of shafts.
  • a link part is formed by the arm part 54a, the claw part 54b, and the shaft.
  • the chuck 54 is opened and closed via the arm 52 by the expansion and contraction of the expansion rod 50a.
  • the spring part 51 always urges the chuck 54 to open. As a result, an appropriate grip force can be obtained when the chuck 54 grips the screw.
  • the chuck 54 is provided to be rotatable around the axis AX. 2B, the chuck 54 opens and closes in a direction perpendicular to the thickness direction of the arm 52. In FIG. 2B, for example, the chuck 54 can be opened and closed in a direction parallel to the thickness direction of the arm 52. .
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of each part during screw gripping.
  • the upper half of the figure shows a state where the bit is engaged with the screw, and the lower half shows a state where the chuck is closed and the screw is gripped from there.
  • the bit 20 engaged with the screw 60 resists the pressing of the spring 27 (see FIG. 2C) as the pressing portion, and the end side of the bit holding portion 18. It closes in a state where it has moved by the length of the screw 60. Further, the closed chuck 54 is opened before the bit 20 starts rotating to tighten the screw 60.
  • the chuck 20 resists the pressure of the spring 27 (see FIG. 2C) as the pressing portion, and the end side of the bit holding portion 18. Are closed by the length of the screw 60 and the rotation of the bit stopped.
  • timing for opening and closing the chuck 54 may be configured to be controlled by a control device 80 (see FIG. 6) described later.
  • a control device dedicated to opening and closing the chuck 54 may be provided separately and controlled by such a control device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the bit holding portion when gripping a screw.
  • the socket 21 moves linearly while being guided by the linear movement portion 23 of the spline structure. Due to the movement of the socket 21 (the linear motion portion 23) toward the end side, the spring 27 as the pressing portion is compressed, and the bit 20 on the distal end side is pressed through the socket 21 and the joint 24. As a result, the bit 20 is always pressed against the screw 60.
  • the bit holding portion 18 is provided with the pressing portion 27 that constantly presses the bit 20 toward the distal end side of the bit holding portion 18, whereby the screw 60 to be tightened or loosened in the axis AX direction.
  • the bit 20 can follow the movement. This eliminates the need for a drive source and a transmission mechanism that have been required to follow the movement of the screw 60 in the axis AX direction, and enables the bit holding portion 18 to have a small diameter. Further, the screw fastening device 10 as a whole is simple in structure and small in size.
  • the bit holding portion 18 can be further reduced in diameter.
  • a simple member such as a spring for the pressing portion 27, the screw fastening device 10 can be configured simply, compactly, and inexpensively.
  • the bit holding portion 18 is further reduced in diameter. Furthermore, the structure is simple and small.
  • FIG. 6 is a system configuration diagram of the screw tightening system 1.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional orthogonal coordinate system including the Z axis with the vertical downward direction as the positive direction for easy understanding.
  • the screw tightening system 1 further includes a robot 70 and a control device 80 in addition to the above-described screw tightening device 10. Further, the screw tightening system 1 includes a work table 62 for tightening or loosening the screws. In the work table 62, screws 60 are installed on the screw table 61 (see FIG. 4).
  • the robot 70 is, for example, a single-armed articulated robot.
  • the robot 70 includes the hand 71, the first arm unit 72, the second arm unit 73, the third arm unit 74, the fourth arm unit 75, and the fifth arm unit 76 described above. And a base part 77.
  • the robot 70 may be a double-arm robot, for example.
  • the first arm portion 72 is supported at the base end portion by the second arm portion 73.
  • the second arm portion 73 is supported at the base end portion by the third arm portion 74 and supports the first arm portion 72 at the distal end portion.
  • the third arm portion 74 is supported at the base end portion by the fourth arm portion 75 and supports the second arm portion 73 at the distal end portion.
  • the fourth arm portion 75 is supported at the base end portion by the fifth arm portion 76 and supports the third arm portion 74 at the distal end portion.
  • the fifth arm portion 76 is supported at the base end portion by the base portion 77 fixed to the floor surface or the like, and supports the fourth arm portion 75 at the tip end portion.
  • an actuator such as a servo motor is mounted on each joint portion, which is a connecting portion of the first arm portion 72 to the fifth arm portion 76.
  • the robot 70 can perform a multi-axis operation by driving an actuator.
  • the joint actuator that connects the first arm portion 72 and the second arm portion 73 rotates the first arm portion 72 about the B axis. Further, the joint actuator that connects the second arm portion 73 and the third arm portion 74 rotates the second arm portion 73 about the U axis.
  • the joint actuator that connects the third arm portion 74 and the fourth arm portion 75 rotates the third arm portion 74 about the L axis. Further, the joint actuator that connects the fourth arm portion 75 and the fifth arm portion 76 rotates the fourth arm portion 75 about the S axis.
  • the robot 70 also includes individual actuators that rotate the first arm 72 around the T axis, the second arm 73 around the R axis, and the third arm 74 around the E axis.
  • the robot 70 has seven axes. Then, the robot 70 can perform various multi-axis operations combining seven axes based on an operation instruction from a control unit 90 (see FIG. 8) of the control device 80 described later.
  • the distal end portion of the first arm portion 72 is a distal end movable portion of the robot 70, and a hand 71 is attached to the distal end movable portion.
  • the hand 71 grips the block 14 (see FIG. 2A and the like) of the screw fastening device 10 at the most distal portion of the robot 70.
  • control device 80 is a so-called robot controller, and drives and controls the actuators of the joint portions including the hand 71 of the robot 70 and the arm portions 72 to 76.
  • the control device 80 and the robot 70 are connected by a cable 78 or the like.
  • the robot controller 80 as a control device drives and controls the first bit driving unit 11a.
  • the robot controller 80 and the first bit driving unit 11a are connected by a cable 79 or the like.
  • the second bit drive unit 11b is driven and controlled by dedicated control devices 81 and 82 (see FIG. 7) described later.
  • the first bit driving unit 11 a includes a motor Ma.
  • the second bit drive unit 11b includes a motor Mb, a reduction gear G, and a torque detector TD.
  • the motor Mb, the reduction gear G, and the torque detector TD are arranged in series.
  • FIG. 6 shows an example in which the first bit driver 11a is selected.
  • a bit holding unit 18 holding the bit 20 is attached to the selected first bit driving unit 11a.
  • FIG. 7 is a control configuration diagram of the screw tightening system.
  • the robot controller 80 as a control device controls the drive of the robot 70 and also controls the first bit driving unit 11a.
  • the robot controller 80 can also drive and control the second bit driving unit 11b.
  • the robot controller 80 drives and controls each joint portion of the robot 70 and drives and controls the hand 71 via the tip joint portion. Further, the robot controller 80 controls driving of the first bit driving unit 11 a held by the hand 71. Specifically, the motor Ma of the first bit driving unit 11 a is driven and controlled as an external shaft of the robot 70.
  • the screw tightening system 1 includes a programmable controller 81 and a nutrunner controller 82 between the robot controller 80 and the second bit driving unit 11b as a control device dedicated to the second bit driving unit 11b. Further prepare.
  • the second bit drive unit 11b since the second bit drive unit 11b outputs a high torque rotational drive force, precise drive control is required. Therefore, the second bit drive unit 11b includes a torque detector TD. The torque value detected by the torque detector TD is output to the programmable controller 81 via the nut runner controller 82.
  • a drive stop signal is output from the programmable controller 81 to the motor Mb of the second bit drive unit 11b.
  • the second bit drive unit 11 b is included in the control system of the robot controller 80. Therefore, the second bit driving unit 11b can be driven and controlled by either the robot controller 80 or the programmable controller 81. The selection may be appropriately set by the user. Further, the drive control of the second bit drive unit 11b may be performed not by the control system of the robot controller 80 but by a separate control system by the programmable controller 81.
  • the robot 70 selects the first bit driving unit 11 a and grips the first bit driving unit 11 a with the hand 71.
  • the robot 70 attaches the bit holding unit 18 to the first bit driving unit 11 a held by the hand 71.
  • the bit holding unit 18 is attached and detached by driving and controlling the pair of air cylinders 28 and 28 (see FIG. 3A and the like) as a first drive source by the robot controller 80.
  • the robot 70 performs a temporary tightening operation of the screws.
  • the robot 70 removes the bit holding unit 18 from the first bit driving unit 11a.
  • the robot 70 releases the grip of the first bit driving unit 11 a by the hand 71.
  • the robot 70 selects the second bit driving unit 11 b and holds the second bit driving unit 11 b with the hand 71. That is, the robot 70 changes the first bit driving unit 11a to the second bit driving unit 11b.
  • the robot 70 performs the final tightening operation of the screw.
  • the robot 70 is changed to the first bit drive unit 11a again to shift to the next screw tightening operation, for example.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the screw tightening system.
  • FIG. 8 shows an example of the internal configuration of each part described above, and shows only the components related to screw tightening.
  • the robot controller 80 as a control device includes a control unit 90.
  • the control unit 90 includes an instruction unit 91, an acquisition unit 92, and a determination unit 93.
  • the instruction unit 91 outputs a signal for operating the hand 71 of the robot 70 and each of the arm units 72 to 76 based on teaching information from a teaching unit (not shown).
  • the instruction unit 91 outputs a drive signal to the motor (for example, servo motor) Ma of the first bit drive unit 11a.
  • the motor Ma rotates.
  • a detection signal that informs the output torque of the motor Ma is input to the acquisition unit 92.
  • the acquisition unit 92 outputs a detection signal to the determination unit 93.
  • the determination unit 93 outputs a signal to the instruction unit 91 when the output torque of the motor Ma reaches a set value.
  • a stop signal is output to the motor Ma.
  • the motor Ma stops, and the temporary tightening of the screw is completed.
  • the programmable controller 81 as a control device dedicated to the second bit drive unit includes an instruction unit 94, an acquisition unit 95, and a determination unit 96.
  • the nutrunner controller 82 as a control device dedicated to the second bit drive unit includes an instruction unit 97.
  • the instruction unit 94 outputs a drive signal to the motor Mb of the second bit drive unit 11b via the instruction unit 97 of the nutrunner controller 82.
  • the motor Mb rotates.
  • the screw tightening system 1 when the torque detected by the torque detector TD reaches a specified torque, the final tightening of the screw is finished. Therefore, a detection signal informing the detected torque is output from the torque detector TD to the acquisition unit 95 of the programmable controller 81.
  • the acquisition unit 95 outputs a detection signal to the determination unit 96.
  • the determination unit 96 outputs a signal to the instruction unit 94 when the torque reaches the specified torque.
  • the instruction unit 94 outputs an instruction signal to the instruction unit 97 of the nutrunner controller 82.
  • the instruction unit 97 of the nutrunner controller 82 outputs a stop signal to the motor Mb.
  • the instruction unit 94 of the programmable controller 81 outputs a signal notifying the end of the final tightening to the instruction unit 91 of the robot controller 80. Thereby, the robot 70 can move to the operation
  • the robot 70 since the robot 70 uses the first bit driving unit 11a having a high rotation number for temporarily tightening the screws, the screws can be temporarily tightened at a high speed. As a result, the time required for screw tightening can be shortened. For example, when the output rotational speed is 3000 rpm, it takes 1 second / screw to tighten a screw having a pitch of 1 mm and a length of 50 mm, and the time required for tightening 30 screws is about 30 seconds.
  • the bit holding unit 18 is detachably attached to the first bit driving unit 11a or the second bit driving unit 11b, and the first bit driving unit 11a and the second bit driving unit 11b By sharing with each other, the number of parts can be reduced.
  • the robot controller 80 as a control device drives and controls the motor Ma of the first bit driving unit 11 a gripped by the hand 71 as an external shaft of the robot 70. Become.
  • the robot 70 is a single-armed multi-joint robot, but is not limited thereto.
  • the robot 70 may be a double arm robot.
  • the first bit driving unit 11a is gripped by one arm and the second bit driving unit 11b is gripped by the other arm. Then, the screws can be temporarily tightened with one arm, and the final tightening can be performed with the other arm.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the screw tightening method.
  • the screw tightening method described below includes a screw temporary tightening step and a final tightening step.
  • the robot selects the first bit driving unit and grips the first bit driving unit with the hand (step S101).
  • the robot attaches the bit holding unit to the first bit driving unit held by the hand (step S102).
  • the temporary tightening of the screw is started (step S103).
  • step S104 After starting temporary fastening, it is determined whether or not the output torque of the motor Ma has reached a set value (step S104). If it is determined that the set value has been reached (step S104, Yes), the temporary tightening of the screw ends (step S105). If it is determined in step S104 that the set value has not been reached (No in step S104), step S104 is repeated until the set value is reached.
  • the robot removes the bit holding unit from the first bit driving unit (step S106).
  • the robot releases the grip of the first bit drive unit gripped by the hand (step S107).
  • the robot selects the second bit driving unit and grips the second bit driving unit with the hand (step S108). That is, the robot switches from the first bit driving unit to the second bit driving unit.
  • step S109 the robot attaches the bit holding unit removed in step S106 to the second bit driving unit held by the hand. Then, the final tightening of the screw is started (step S110).
  • step S111 After the start of the final tightening, it is determined whether or not the output value (screw tightening torque) from the torque detector TD has reached the specified torque (step S111). When it is determined that the specified torque has been reached (step S111, Yes), the final tightening of the screw is finished (step S112). Thereby, the final tightening process of the screw is completed. That is, the screw tightening operation is completed. If it is determined in step S111 that the specified torque has not been reached (No in step S111), step S111 is repeated until the specified torque is reached.
  • the robot performs temporary tightening of the screw by using the first bit driving unit that outputs a rotational driving force at a high rotational speed, and performs final tightening with a high torque (low rotational speed).
  • This is performed using a second bit driving unit that outputs a rotational driving force.
  • the robot temporarily tightens all the screws using the first bit driving unit and then the second bit driving unit. There is a method of holding and tightening all screws.
  • the screw is temporarily tightened using the first bit driving unit held by one arm, and the second bit driving unit held by the other arm is used.

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Abstract

　実施形態の一態様に係るネジ締めシステムは、ロボットと、制御装置と、第１ビット駆動部と、第２ビット駆動部と、ビット保持部とを備える。ロボットは、先端にハンドを有する多関節のロボットである。制御装置は、ロボットを駆動制御する。第１ビット駆動部は、ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する。第２ビット駆動部は、ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する。ビット保持部は、第１ビット駆動部あるいは第２ビット駆動部の少なくともいずれかに取り付けられ、入力された回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持する。

Description

ネジ締めシステムおよびネジ締め方法
　開示の実施形態は、ネジ締めシステムおよびネジ締め方法に関する。
　従来、先端にハンドを有する多関節のロボットにナットランナのようなネジを自動で締め付けるネジ締め装置を把持させ、ネジ締付け工程を含む組立作業を行うネジ締めシステムがある（たとえば、特許文献１参照）。
　かかるネジ締めシステムのネジ締め装置では、ネジに係合させるビットを軸まわりに回転させる。また、ネジ締め装置では、ビットに回転駆動力を与えるビット駆動部に減速機を設けてモータの回転数を減じることで、高回転数のモータからネジの本締めに必要なトルクを確保する。
　また、かかるネジ締めシステムにおけるネジ締付け工程では、ネジをネジ穴に配置し、次に、ネジを着座するまで仮締めし、最後に、ネジを規定トルクに達するまで本締めするという流れとなり、仮締めから本締めまでを減速機付きのビット駆動部を用いて行う。
特開２００６－９５６２４号公報
　しかしながら、上述したようなネジ締めシステムでは、ビット駆動部に減速機を有するため、ビット駆動部の出力回転数が遅く、ネジの締付けに時間がかかるという問題がある。とくに、ネジの本数が多い場合は、ネジの締付けに要する時間が組立工程全体のタクトタイムに大きく影響する。
　実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができるネジ締めシステムおよびネジ締め方法を提供することを目的とする。
　実施形態の一態様に係るネジ締めシステムは、ロボットと、制御装置と、第１ビット駆動部と、第２ビット駆動部と、ビット保持部とを備える。前記ロボットは、先端にハンドを有する多関節のロボットである。前記制御装置は、前記ロボットを駆動制御する。前記第１ビット駆動部は、前記ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する。前記第２ビット駆動部は、前記ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する。前記ビット保持部は、前記第１ビット駆動部あるいは前記第２ビット駆動部の少なくともいずれかに取り付けられ、入力された前記回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持する。
　実施形態の一態様によれば、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができる。
図１Ａは、実施形態に係るネジ締めシステムの模式説明図である。 図１Ｂは、ビット駆動部およびビット保持部の模式説明図である。 図２Ａは、ネジ締め装置の正面図である。 図２Ｂは、ネジ締め装置の右側面図である。 図２Ｃは、図２Ｂに示すＢ－Ｂ線断面図である。 図３Ａは、着脱機構を示す断面図である。 図３Ｂは、着脱機構を示す断面図である。 図４は、ネジ把持時における各部動作の説明図である。 図５は、ネジ把持時におけるビット保持部の断面図である。 図６は、ネジ締めシステムのシステム構成図である。 図７は、ネジ締めシステムの制御構成図である。 図８は、ネジ締めシステムの機能ブロック図である。 図９は、ネジ締め方法の手順を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示するネジ締めシステムおよびネジ締め方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
　図１Ａは、実施形態に係るネジ締めシステムの模式説明図である。なお、これから説明するネジ締めシステムでは、ネジを締めるだけでなく、締め付けられたネジを緩める作業も行う。
　また、このようなネジ締めシステムによって締緩されるネジにはボルト等も含む。ここでは、「ネジ」という呼称をボルト等のようならせん状の溝が設けられた締結部材の総称として用いる。
　図１Ａに示すように、ネジ締めシステム１では、ロボット７０がネジ締め装置を用いてネジを締緩させる作業を行う。ネジ締め装置は、ビット駆動部１１と、ビット保持部１８とを備える。なお、このようなネジ締め装置は、ネジを締めるまたは緩める作業のいずれにも用いることができる。
　図１Ａに示すように、ビット駆動部１１としては、第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂの２種類がある。第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂはいずれも、出力軸を介して軸まわりの回転駆動力をビット保持部１８へと出力する。
　第１ビット駆動部１１ａは、モータＭａを備え、モータＭａによる回転駆動力を直接出力する。このような第１ビット駆動部１１ａからは、モータＭａによる回転駆動力が直に出力されるため、高回転数の回転駆動力が出力される。
　一方、第２ビット駆動部１１ｂは、モータＭｂと、減速機Ｇとを備え、モータＭｂによる回転駆動力を、減速機Ｇを介して出力する。このような第２ビット駆動部１１ｂからは、減速機ＧによってモータＭｂの回転駆動力が減速され、高トルク（低回転数）の回転駆動力が出力される。なお、ここでは、モータＭａおよびモータＭｂの能力は等しいものとする。
　図１Ａに示すように、ビット保持部１８は、締緩させるネジに係合されるビット２０を先端側に保持する。また、ビット保持部１８は、末端側がビット駆動部１１に取り付けられる。具体的には、ビット保持部１８は、第１ビット駆動部１１ａあるいは第２ビット駆動部１１ｂの少なくともいずれかに取り付けられる。
　ビット保持部１８では、第１ビット駆動部１１ａあるいは第２ビット駆動部１１ｂから出力された回転駆動力が入力されると、入力された回転駆動力によってビット２０が軸まわりに回転する。
　図１Ａに示すように、ネジ締めシステム１は、ロボット７０を備える。ロボット７０は、複数のアーム部を有するとともに、先端にハンド７１を有する多関節のロボットである。ロボット７０では、ハンド７１がビット駆動部１１を把持することで、ロボット７０の外部軸としてネジ締め装置を備えることができる。
　また、ネジ締めシステム１は、制御装置８０をさらに備える。制御装置８０は、ロボット７０の各関節部を駆動制御する他、ハンド７１によって把持された第１ビット駆動部１１ａのモータＭａをロボット７０の外部軸として駆動制御する。そのため、第１ビット駆動部１１ａを制御するための制御装置を別途設ける必要がない。
　ところで、上述したネジ締めシステム１におけるネジ締め工程は、ネジをネジ穴に配置し、次に、ネジを着座するまで仮締めし（以下、「仮締め工程」という）、最後に、ネジを規定トルクに達するまで本締めする（以下、「本締め工程」という）という流れとなる。そして、これらの各工程は、ロボット７０がネジ締め装置を用いて行う。
　従来は、本締めで規定トルクを得るために、ネジの締付け（仮締め工程および本締め工程）を減速機付きのビット駆動部で行っていた。なお、ビット駆動部は、本締めで規定トルクに達する必要があるため、通常は減速機を有する。
　しかし、減速機を有するビット駆動部を用いる場合、ビット駆動部から出力される回転数が遅く（低回転数）、ネジの締付けに時間がかかっていた。たとえば、出力回転数が６００ｒｐｍの場合、ピッチ１ｍｍ、長さ５０ｍｍのネジのネジ締めには、５秒／本を要し、ネジを３０本締める場合にかかる時間は１５０秒程度となる。このように、ネジの本数が多い場合は、締付けにかかる時間が長期化していた。また、ネジの締付け時間が長期化することで、組立工程全体のタクトタイムが長期化していた。
　そこで、実施形態に係るネジ締めシステム１では、第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂをハンド７１が持ち替えることとした。すなわち、上記した仮締め工程では、回転数が高い第１ビット駆動部１１ａを用い、本締め工程では、トルクが高い第２ビット駆動部１１ｂを用いることとした。これにより、各工程に適した回転数やトルクでネジ締めを行うことができる。
　また、ネジ締めシステム１では、ビット保持部１８を第１ビット駆動部１１ａあるいは第２ビット駆動部１１ｂに着脱自在に取り付けられることとした。さらに、ビット保持部１８を第１ビット駆動部１１ａと第２ビット駆動部１１ｂとで共用することとした。これにより、部品点数を少なくすることができる。
　ここで、図１Ｂを参照してビット駆動部（第１ビット駆動部あるいは第２ビット駆動部）に取り付けられるビット保持部について説明する。図１Ｂは、ビット駆動部およびビット保持部の模式説明図である。なお、図１Ｂでは、ビットの種類ごとに、ビットおよびビット保持部の符号に「－番号」の形式で符番を付している。
　上述したように、ビット保持部１８は、第１ビット駆動部１１ａあるいは第２ビット駆動部１１ｂに対して着脱自在に取り付けられる。ビット保持部１８は、締緩させるネジのサイズや種類等に応じて交換可能である。
　図１Ｂに示すように、ビット保持部１８に保持されるビット２０は、ネジのサイズや種類等に応じて様々である。図１Ｂには、ネジの呼び径（たとえば、Ｍ６，Ｍ８，Ｍ１０）に対応した３種類のビット２０－１，２０－２，２０－３を保持する３つのビット保持部１８－１，１８－２，１８－３を例示している。
　そして、第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂにはそれぞれ、３つのビット保持部１８－１～１８－３が着脱自在に取り付けられる。すなわち、第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂには、３つのビット保持部１８－１～１８－３が共用される。
　また、ネジ締めシステム１では、ビット保持部１８が、回転部と、直動部と、押圧部とを備える構成とした。ビット保持部１８では、押圧部によってビット２０を先端側へ押圧することで、ビット２０を軸方向に移動するネジに追従させることができる。なお、このようなビット保持部１８の構成については、図２Ａ等を用いて後述する。
　また、ネジ締めシステム１では、上記したように、ロボット７０が、ネジの仮締めに第１ビット駆動部１１ａを用いるとともに、本締めに第２ビット駆動部１１ｂを用いることとした。この場合、ネジの仮締めでは、ネジを速く締めるために高トルクよりも高回転数が好適であるので、第１ビット駆動部１１ａを用いる。また、本締めでは、ネジをしっかり締めるために高トルクが必要であるので、第２ビット駆動部１１ｂを用いる。これにより、ネジの仮締めを高速で行うことができるので。ネジ締め全体にかかる時間を短縮することができる。
　また、ネジ締めシステム１では、ロボット７０は、ハンド７１によって第１ビット駆動部１１ａを把持した後、第１ビット駆動部１１ａにビット保持部１８を取り付けてネジの仮締めを行う。また、ロボット７０は、第１ビット駆動部１１ａからビット保持部１８を取り外し、ハンド７１による第１ビット駆動部１１ａの把持を解除する。
　さらに、ロボット７０は、第２ビット駆動部１１ｂを把持した後、第２ビット駆動部１１ｂにビット保持部１８を取り付けてネジの本締めを行う。すなわち、ロボット７０が、第１ビット駆動部１１ａでネジの仮締めを行い、仮締めが終了すると、第１ビット駆動部１１ａから第２ビット駆動部１１ｂに持ち替えて、第２ビット駆動部１１ｂで本締めを行う。なお、ネジが複数ある場合には、たとえば、すべてのネジの仮締めを第１ビット駆動部１１ａで行った後に、第２ビット駆動部１１ｂに持ち替えてすべてのネジの本締めを行う。このようにすることで、ネジ締め作業全体としてのタクトタイムを短縮することができる。
　なお、実施形態に係るネジ締めシステム１では、ロボット７０は、単腕型の多関節ロボットである。しかし、これに限定されず、ロボット７０が双腕ロボットであってもよい。双腕ロボットとすることで、たとえば、一方の腕に第１ビット駆動部１１ａが把持され、他方の腕に第２ビット駆動部１１ｂが把持され、ネジの仮締めを一方の腕で行い、本締めを他方の腕で行うことができる。
　このように、ロボット７０を双腕ロボットとすることにより、第１ビット駆動部１１ａから第２ビット駆動部１１ｂへと持ち替えるのに要する時間をなくすことができる。この結果、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。
　また、実施形態に係るネジ締めシステム１では、制御装置８０は、ハンド７１に把持された第１ビット駆動部１１ａのモータＭａをロボット７０の外部軸として駆動制御するが、第１ビット駆動部１１ａの他に第２ビット駆動部１１ｂを駆動制御してもよい。これにより、単一の制御装置８０によって、ロボット７０、第１ビット駆動部１１ａ、第２ビット駆動部１１ｂの駆動制御が可能となり、簡素な構成となる。
　なお、第２ビット駆動部１１ｂでは、ネジの本締めにおいて、トルク付与に係る精密な制御が必要となる。したがって、第２ビット駆動部１１ｂを駆動制御するための専用制御装置８１，８２（図７参照）を別途設けてもよい。
　以下では、図２Ａ～図２Ｃを参照してネジ締め装置について詳細に説明する。図２Ａは、ネジ締め装置の正面図である。図２Ｂは、ネジ締め装置の右側面図である。図２Ｃは、図２ＢにあらわれるＢ－Ｂ線断面図である。なお、図２Ｂにあらわれる斜線部分は、図２ＡにあらわれるＡ－Ａ線断面である。
　また、図２Ａ～図２Ｃに示す軸ＡＸは、ネジ締め装置１０の各部の共通する軸である。また、以下の説明では、図中上側（ビット駆動部１１の上端側）を末端側と称し、図中下側（ビット２０の下端側）を先端側と称する場合がある。さらに、上記したように、ビット駆動部１１には、第１ビット駆動部１１ａおよび第２ビット駆動部１１ｂ（図１Ａ参照）の２種類があるが、以下、ビット駆動部１１と総称して説明する。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ネジ締め装置１０は、ビット駆動部１１と、着脱部１７と、ビット保持部１８と、押圧部２７とを備える。なお、ネジ締め装置１０は、自動でネジを締め付ける（またはネジを緩めて取り外す）、いわゆるナットランナである。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ビット駆動部１１は、平板状のベース１２と、ベース１２上面に設けられ、軸ＡＸ方向に長い筒状の筐体１３とを備える。ベース１２上面には、筐体１３の他、着脱部１７を駆動する第１の駆動源２８やロボット７０のハンド７１（図６参照）に把持されるブロック１４等が配設される。
　また、筐体１３の内部には、ビット駆動部１１の末端側からベース１２側となる先端側にかけて、モータＭａ，Ｍｂや減速機Ｇ（図６参照）等が配設される。モータＭａ，Ｍｂには、たとえば、サーボモータを用いる。なお、図示されるビット駆動部１１の構成は、上記した第２ビット駆動部１１ｂの構成に相当する。一方、第１ビット駆動部１１ａは、減速機が排除される点で、第２ビット駆動部１１ｂと構成が相違する（図１Ａ参照）。
　図２Ｃに示すように、ビット駆動部１１は、先端側端面、すなわち、ベース１２下面から軸ＡＸと同軸で延出する出力軸１５をさらに備える。出力軸１５は、モータＭａ，Ｍｂ（図１Ａ参照）から出力される軸ＡＸまわりの回転駆動力をビット保持部１８へと出力する。出力軸１５は、先端側が矩形軸に形成され、矩形軸となる先端側にトルク伝達軸１６が同軸で連結される。
　このように、ビット駆動部１１は、出力軸１５（トルク伝達軸１６）を介してモータＭａ，Ｍｂ（図１Ａ参照）からの軸ＡＸまわりの回転駆動力をビット保持部１８へと出力し、ビット保持部１８に保持されるビット２０を回転駆動する。
　ビット駆動部１１（すなわち、第２ビット駆動部１１ｂ）では、減速機Ｇを介してモータＭｂ（図１Ａ参照）からの駆動力をビット保持部１８へと出力することで、ネジの締緩に必要なトルクが得られる。また、ビット駆動部１１は、締緩されるネジのトルクを検出するトルク検出器ＴＤ（図６参照）を備える。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ビット駆動部１１には、ベース１２下面に着脱部１７が設けられる。着脱部１７は、ベース１２下面に、ビット駆動部１１に対して同軸となるようにビット保持部１８を取り付ける。着脱部１７は、ビット保持部１８を着脱自在とする着脱機構を備える。着脱機構の詳細については、図３Ａ、図３Ｂを用いて後述する。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ビット保持部１８は、円筒状のハウジング１９を備え、このハウジング１９の先端側にビット２０を保持する。
　ビット２０は、ネジの頭部に係合して、ネジを軸ＡＸまわり（時計まわりまたは反時計まわり）に回転させる。上記したように、ビット２０は交換可能であり、ネジの種類やサイズに応じて交換することもあれば、磨耗や劣化で新品と交換することもある。
　図２Ｃに示すように、ビット保持部１８は、ソケット２１と、ジョイント２４とをさらに備える。ビット保持部１８は、ハウジング１９の内部に配設されるソケット２１およびジョイント２４を介してビット２０を保持する。
　ソケット２１は、筒状に形成され、ハウジング１９の内部にこのハウジング１９と同軸で配設される。ソケット２１の先端側は、このソケット２１と同様にハウジング１９の内部に同軸で配設されるジョイント２４に連結される。
　ハウジング１９の内周面には、軸ＡＸに向けて突出する突出部１９ａが設けられる。突出部１９ａは、ソケット２１の外周面よりも僅かに大径となるように設けられる。ソケット２１は、突出部１９ａによって軸ＡＸ方向に沿うように規制された状態でハウジング１９の内部に配設される。
　ソケット２１は、回転部２２と直動部２３とを備える。回転部２２は、ソケット２１の筒状本体の外周面と末端側におけるハウジング１９の内周面との間に設けられる。回転部２２は、軸受であり、ソケット２１本体を軸ＡＸまわりに回転可能に支持する。なお、回転部２２としては、たとえば、ニードルベアリングを用いることができる。
　直動部２３は、ソケット２１本体の内周面に設けられる。この直動部２３は、ソケット２１を、ソケット２１の末端側から軸ＡＸ方向に挿入されるトルク伝達軸１６に対して軸ＡＸ方向に直動可能とし、かつ、軸ＡＸまわりに回転不可能とする。
　トルク伝達軸１６は、ビット駆動部１１の出力軸１５から出力される軸ＡＸまわりの回転駆動力をビット保持部１８へと伝達する。トルク伝達軸１６の上面（末端側端面）には、出力軸１５の矩形軸と嵌合可能な矩形凹部が設けられる。
　トルク伝達軸１６の外周面には、軸ＡＸ方向に伸びる溝、いわゆるスプラインが設けられる。一方、直動部２３は、筒状に形成され、筒体の内周面にトルク伝達軸１６のスプラインと嵌合するスプラインが設けられる。
　このようなスプライン構造の直動部２３によって、ソケット２１は、軸ＡＸ方向の外力に倣ってこの軸ＡＸ方向に直動する。ソケット２１は、外力が付与されない状態では静止する。また、ソケット２１は、軸ＡＸ方向については、ビット駆動部１１側から動力的に切り離される。
　図２Ｃに示すように、ソケット２１の先端側に連結されるジョイント２４は、ソケット２１が回転するとこれに追従して回転し、ソケット２１が直動するとこれに追従して直動する。ジョイント２４の先端側にはビット２０が着脱可能に連結される。
　ハウジング１９の内周面とソケット２１の外周面との間には、それぞれにビット２０を軸ＡＸ方向に伸ばす場合の芯出しのテーパ部材２５，２５が設けられる。テーパ部材２５，２５は、ハウジング１９の内周面およびソケット２１の外周面に沿って環状に形成され、互いの傾斜面を対向させて配置される。
　ハウジング１９の内周面およびジョイント２４の末端側外周縁のそれぞれには、ビット２０を軸ＡＸ方向に縮める場合の芯出しのテーパ部２６，２６が設けられる。テーパ部２６，２６は、ハウジング１９の内周面およびジョイント２４の外周縁に沿って互いの傾斜面を対向させて設けられる。
　また、ハウジング１９の内部には、ソケット２１を先端側へと押圧する押圧部２７が設けられる。押圧部２７は、たとえば、圧縮コイルばねであり、ソケット２１の末端側に同軸で配設される。
　ソケット２１は、押圧部２７であるばねによって、直動部２３を介して先端側へと常時付勢される。すなわち、ソケット２１およびジョイント２４と軸ＡＸ方向に一体的に連結されるビット２０は、ソケット２１とジョイントとを介して押圧部２７の付勢力によって先端側へと押圧される。
　ここから、図３Ａおよび図３Ｂを参照して着脱部の着脱機構について説明する。図３Ａは、着脱部の着脱機構（ビット保持部の装着前）を示す断面図である。図３Ｂは、着脱部の着脱機構（ビット保持部の装着後）を示す断面図である。
　図３Ａに示すように、着脱部１７は、第１の駆動源としての一対のエアシリンダ２８，２８を備える。一対のエアシリンダ２８，２８は、ビット駆動部１１側となるベース１２上面において軸ＡＸの同心円上に１８０度の位相差で配設される。
　一対のエアシリンダ２８，２８のそれぞれの伸縮ロッド２８ａ，２８ａは、ベース１２を貫通して先端側がビット保持部１８側に配置される。伸縮ロッド２８ａ，２８ａは、先端側がビット保持部１８側でフローティングジョイント２９，２９に連結される。
　フローティングジョイント２９，２９は、短筒状の円形受部３０の外周面に設けられたフランジ部３１に連結される。円形受部３０は、軸ＡＸ方向に伸縮可能に設けられ、伸縮ロッド２８ａ，２８ａの伸縮に追従して軸ＡＸ方向に伸縮する。
　円形受部３０には、先端側端面に円形凹部３２が設けられる。円形凹部３２の内周面は、拡径するように傾斜して設けられたテーパ面３３である。また、円形受部３０には、ビット駆動部１１側からビット保持部１８側まで連通する連通穴３４が設けられる。
　連通穴３４には、筒部３５が嵌入される。筒部３５には、ビット保持部１８の装着状態においてビット駆動部１１の出力軸１５が挿通される。筒部３５の先端側内周縁には、拡径するようにテーパ面３６が設けられる。
　筒部３５の内周面には、厚さ方向に貫通する貫通穴３７が設けられる。貫通穴３７には、鋼球３８が配設される。貫通穴３７の内周面側の開口径は、鋼球３８の径よりも小径に形成される。鋼球３８は、エアシリンダ２８，２８の伸縮ロッド２８ａ，２８ａが縮んだ状態では、テーパ面３６によって形成される空間に退避した状態にある。
　一方、ビット保持部１８側には、ビット保持部１８の末端側端面にフランジ部３９が設けられる。フランジ部３９の末端側端面には、本体部１１側の円形凹部３２に嵌入可能な円形凸部４０が設けられる。
　円形凸部４０の末端側端面には、本体部１１側の筒部３５に嵌入可能な筒部４１が設けられる。筒部４１の外周面には、末端側にＶ字溝４２が設けられる。円形凸部４０の側周面には、末端側端面に向けて縮径するように傾斜したテーパ面４３が設けられる。
　図３Ｂに示すように、ビット駆動部１１にビット保持部１８が取り付けられると、ビット駆動部１１側の筒部３５にビット保持部１８側の筒部４１が嵌入された状態となる。筒部４１には、出力軸１５が挿通される。出力軸１５は、筒部４１の内周面を経て、ハウジング１９の内部に進入し、先端側がトルク伝達軸１６の末端側と連結される。
　このとき、ビット保持部１８側の筒部４１が鋼球３８の位置まで到達すると、エアシリンダ２８，２８の駆動によって伸縮ロッド２８ａ，２８ａがビット保持部１８側へと伸張する。
　伸縮ロッド２８ａ，２８ａが伸びた状態では、貫通穴３７に配設される鋼球３８が連通穴３４の内周面によって筒部３５の内周面側に所定寸法押し出される。なお、鋼球３８は、貫通穴３７の内周面側の径が鋼球３８の径よりも小径であることから、所定寸法以上の突出が規制される。
　所定寸法突出した鋼球３８は、ビット保持部１８側の筒部４１に設けられたＶ字溝４２に嵌り込む。鋼球３８がＶ字溝４２に嵌り込むと、ビット駆動部１１側筒部３５のテーパ面３６とビット保持部１８側の筒部４１のテーパ面４３とが当接する。
　これにより、鋼球３８がＶ字溝４２を押す力と、ビット駆動部１１側の筒部３５のテーパ面３６がビット保持部１８側の筒部４１のテーパ面４３を押す力とで、ビット保持部１８がビット駆動部１１にロックされる。このようないわゆるカプラ構造の着脱機構によって、ビット駆動部１１に対してビット保持部１８は着脱自在に取り付けられる。また、単純な動作によって容易に着脱が可能となる。
　また、図示しないが、着脱部１７は、ビット保持部１８の装着時または装着後に、ビット駆動部１１とビット保持部１８とが軸ＡＸまわりに相対回転することを防ぐための位置決め機構を備える。
　着脱部１７は、位置決め機構として、位置決めピンと、ブッシュとを備える。位置決めピンは、ビット駆動部１１のベース１３下面から先端側へと突出する軸状に形成される。また、ブッシュは、ビット保持部１８のフランジ部３９に設けられた貫通穴に取り付けられるとともに、位置決めピンを挿通可能に設けられる。なお、ブッシュが設けられる位置は、ビット保持部１８の装着後に位置決めピンの位置と対応する位置である。
　また、ビット保持部１８の装着時には、出力軸１５の先端側（矩形軸）とトルク伝達軸１６の矩形凹部との位相が合致する必要がある。図示しないが、着脱部１７は、たとえば、ドグやセンサを用いた位相合わせ機構を備える。
　ここで、図２Ａ～図２Ｃに戻り、ネジの把持機構について説明する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ネジ締め装置１０は、ネジ把持機構として、第２の駆動源５０と、アーム５２と、チャック５４とをさらに備える。
　図２Ｂに示すように、第２の駆動源としてのエアシリンダ５０は、シリンダから軸ＡＸ方向に伸縮する伸縮ロッド５０ａを備える。伸縮ロッド５０ａの先端側には、ばね部５１が連結される。ばね部５１は、シリンダの内部にばね５１ａとロッド５１ｂとを備える。なお、ばね５１ａとしては、たとえば、圧縮コイルばねを用いることができる。
　また、エアシリンダ５０とばね部５１とは、軸ＡＸ方向と平行に同軸で配置される。ばね部５１は、先端側において、ばね５１ａに付勢されたロッド５１ｂがアーム５２に連結される。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、アーム５２は、矩形板状に形成される。アーム５２には、ビット保持部１８のハウジング１９側に近接するように屈曲部が設けられる。アーム５２とハウジング１９との間には、アーム５２の軸ＡＸ方向と平行方向への直動をガイドするリニアガイド５３が設けられる。
　アーム５２は、先端側においてチャック５４のリンク部に連結される。チャック５４は、一対の腕部５４ａ，５４ａおよび爪部５４ｂ，５４ｂを備える。なお、腕部５４ａ，５４ａは、それぞれ複数（３つ）の軸を備える。腕部５４ａ、爪部５４ｂおよび軸によってリンク部が形成される。
　図２Ｂに示すように、エアシリンダ５０では、伸縮ロッド５０ａの伸縮によって、アーム５２を介してチャック５４を開閉する。ばね部５１は、チャック５４を開くように常時付勢する。これにより、チャック５４のネジ把持時に適度なグリップ力が得られる。
　なお、チャック５４は、軸ＡＸまわりに回転可能に設けられる。したがって、図２Ｂにおいて、チャック５４は、アーム５２の厚さ方向と直交する方向に開閉するが、同図において、たとえば、チャック５４をアーム５２の厚さ方向と平行な方向に開閉させることもできる。
　ここから、図４を参照してネジ把持時の各部動作について説明する。図４は、ネジ把持時における各部動作の説明図である。なお、図４において、図の上半部には、ネジにビットを係合させた状態を示し、下半部には、そこからチャックを閉じてネジを把持した状態を示す。
　図４（上半部）に示すように、ネジ締め装置１０を軸ＡＸ方向に沿って先端側に移動させ、ネジ台６１に設置されたネジ６０に向けて近接させると（図４では、下降させると）、ビット２０の先端側がネジ６０の頭部（上端面）に係合される。このとき、チャック５４は開いた状態である。すなわち、対向する一対の脚部５４ａ，５４ａおよび爪部５４ｂ，５４ｂの一方と他方とが離間した状態である。なお、ネジ台６１に設置されたネジ６０の先には図示しないネジ穴がある。
　そして、図４（下半部）に示すように、ネジ締め装置１０をさらに先端側に移動させると、ビット２０が末端側へとネジ６０の長さに応じた距離移動する。このとき、チャック５４は閉じた状態となる。すなわち、対向する一対の爪部５４ｂ，５４ｂが近接し、爪部５４ｂ，５４ｂによってネジ６０の頭部（側周面側および下面の一部）を把持した状態となる。
　チャック５４は、ネジ締め装置１０によってネジ６０を締める場合、ネジ６０に係合されたビット２０が、押圧部としてのばね２７（図２Ｃ参照）の押圧に抗してビット保持部１８の末端側にネジ６０の長さ分だけ移動した状態で閉じる。また、閉じたチャック５４は、ビット２０がネジ６０を締めるために回転を開始するまでには開く。
　また、チャック５４は、ネジ締め装置１０によってネジを緩める場合にネジ６０緩めが完了すると、ビット２０が押圧部としてのばね２７（図２Ｃ参照）の押圧に抗してビット保持部１８の末端側にネジ６０の長さ分だけ移動した状態、かつ、ビットの回転が停止した状態で閉じる。
　このように、チャック５４の開閉タイミングを制御することで、ネジ締め装置１０によってネジ６０を締めるまたは緩める場合にビット２０による押圧でネジ６０が飛び出すことを確実に防止することができる。
　なお、チャック５４を開閉させるタイミングは、後述する制御装置８０（図６参照）が制御するように構成されてもよい。また、チャック５４の開閉専用の制御装置を別途設け、このような制御装置によって制御するように構成されてもよい。
　次に、図５を参照してネジ把持時におけるビット保持部の各部動作を説明する。図５は、ネジ把持時におけるビット保持部の断面図である。
　図５に示すように、ネジ６０把持時、ビット保持部１８では、ハウジング１９の内部においてビット２０が軸ＡＸ方向に沿って末端側へと移動（直動）する。これにより、ジョイント２４を介してビット２０と軸ＡＸ方向に並んで一体的に連結されたソケット２１が末端側へと移動する。
　このとき、ソケット２１は、スプライン構造の直動部２３にガイドされながら直動する。ソケット２１（直動部２３）の末端側への移動によって、押圧部としてのばね２７が圧縮され、ソケット２１およびジョイント２４を介して先端側のビット２０を押圧する。これにより、ビット２０は、ネジ６０に常に押し付けられた状態となる。
　このようなネジ締め装置１０によれば、ビット２０をビット保持部１８の先端側へと常時押圧する押圧部２７をビット保持部１８に備えることによって、締緩されるネジ６０の軸ＡＸ方向の移動にビット２０を追従させることができる。これにより、これまでネジ６０の軸ＡＸ方向の移動に追従させるために必要であった駆動源や伝達機構が不要となり、ビット保持部１８を小径にすることができる。また、ネジ締め装置１０全体としても、構造簡素で小型となる。
　また、押圧部２７がビット保持部１８（ハウジング１９）の内部に設けられることによって、ビット保持部１８をさらに小径にすることができる。また、押圧部２７にばねのような簡素な部材を用いることによって、ネジ締め装置１０を構成簡素で小型、そして、安価にすることができる。
　また、ネジ締め装置１０では、着脱部１７を駆動する第１の駆動源（エアシリンダ）２８がビット駆動部１１側に設けられるため、ビット保持部１８がさらに小径となり、ネジ締め装置１０としてもさらに構造簡素で小型となる。
　ここから、図６を参照してネジ締めシステム１のシステム構成について説明する。図６は、ネジ締めシステム１のシステム構成図である。なお、図６には、説明を分かりやすくするために、鉛直下向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。
　図６に示すように、ネジ締めシステム１は、上記したネジ締め装置１０の他、ロボット７０と、制御装置８０とをさらに備える。また、ネジ締めシステム１は、ネジを締め付けるまたは緩めて外す作業台６２を備える。作業台６２では、ネジ台６１にネジ６０が設置される（図４参照）。
　図６に示すように、ロボット７０は、たとえば、単腕型の多関節ロボットである。具体的には、ロボット７０は、上記したハンド７１と、第１アーム部７２と、第２アーム部７３と、第３アーム部７４と、第４アーム部７５と、第５アーム部７６と、基台部７７とを備える。なお、ロボット７０は、たとえば、双腕ロボットでもよい。
　第１アーム部７２は、基端部を第２アーム部７３によって支持される。第２アーム部７３は、基端部を第３アーム部７４によって支持され、先端部において第１アーム部７２を支持する。
　第３アーム部７４は、基端部を第４アーム部７５によって支持され、先端部において第２アーム部７３を支持する。第４アーム部７５は、基端部を第５アーム部７６によって支持され、先端部において第３アーム部７４を支持する。
　第５アーム部７６は、床面等に固定された基台部７７によって基端部を支持され、先端部において第４アーム部７５を支持する。また、第１アーム部７２～第５アーム部７６の各連結部分である各関節部にはそれぞれサーボモータ等のアクチュエータが搭載される。ロボット７０は、アクチュエータの駆動によって多軸動作を行うことができる。
　具体的には、第１アーム部７２および第２アーム部７３を連結する関節部のアクチュエータは、第１アーム部７２をＢ軸まわりに回転させる。また、第２アーム部７３および第３アーム部７４を連結する関節部のアクチュエータは、第２アーム部７３をＵ軸まわりに回転させる。
　また、第３アーム部７４および第４アーム部７５を連結する関節部のアクチュエータは、第３アーム部７４をＬ軸まわりに回転させる。また、第４アーム部７５および第５アーム部７６を連結する関節部のアクチュエータは、第４アーム部７５をＳ軸まわりに回転させる。
　また、ロボット７０は、第１アーム部７２をＴ軸まわりに、第２アーム部７３をＲ軸まわりに、第３アーム部７４をＥ軸まわりに、それぞれ回転させる個別のアクチュエータを備える。
　すなわち、ロボット７０は、７軸を有する。そして、ロボット７０は、後述する制御装置８０の制御部９０（図８参照）からの動作指示に基づき、７軸を組み合わせた多様な多軸動作を行うことができる。
　第１アーム部７２の先端部は、ロボット７０の先端可動部であり、この先端可動部には、ハンド７１が取り付けられる。ハンド７１は、ロボット７０の最先端部でネジ締め装置１０のブロック１４（図２Ａ等参照）を把持する。
　図６に示すように、制御装置８０は、いわゆるロボットコントローラであり、ロボット７０のハンド７１および各アーム部７２～７６を含む各関節部のアクチュエータを駆動制御する。制御装置８０とロボット７０とは、ケーブル７８等によって接続される。
　また、制御装置としてのロボットコントローラ８０は、第１ビット駆動部１１ａを駆動制御する。ロボットコントローラ８０と第１ビット駆動部１１ａとは、ケーブル７９等によって接続される。なお、第２ビット駆動部１１ｂについては、後述する専用制御装置８１，８２（図７参照）が駆動制御する。
　図６に示すように、２種類のビット駆動部１１のうち、第１ビット駆動部１１ａは、モータＭａを備える。また、第２ビット駆動部１１ｂは、モータＭｂと、減速機Ｇと、トルク検出器ＴＤとを備える。第２ビット駆動部１１ｂでは、モータＭｂ、減速機Ｇ、トルク検出器ＴＤが直列に並んで配設される。
　第１ビット駆動部１１ａまたは第２ビット駆動部１１ｂは、いずれかがハンド７１に選択的に把持される。なお、図６では、第１ビット駆動部１１ａが選択された例を示している。そして、選択された第１ビット駆動部１１ａには、ビット２０を保持したビット保持部１８が取り付けられる。
　ここから、図７を参照してネジ締めシステムの制御構成について説明する。図７は、ネジ締めシステムの制御構成図である。図７に示すように、制御装置としてのロボットコントローラ８０は、ロボット７０を駆動制御するとともに、第１ビット駆動部１１ａを駆動制御する。なお、ロボットコントローラ８０は、第２ビット駆動部１１ｂを駆動制御することもできる。
　図７に示すように、ロボットコントローラ８０は、ロボット７０の各関節部を駆動制御するとともに、先端関節部を介してハンド７１を駆動制御する。また、ロボットコントローラ８０は、ハンド７１に把持された第１ビット駆動部１１ａを駆動制御する。詳細には、第１ビット駆動部１１ａのモータＭａをロボット７０の外部軸として駆動制御する。
　また、図７に示すように、ネジ締めシステム１は、ロボットコントローラ８０と第２ビット駆動部１１ｂとの間に、第２ビット駆動部１１ｂ専用の制御装置として、プログラマブルコントローラ８１およびナットランナコントローラ８２をさらに備える。
　上記したように、第２ビット駆動部１１ｂは、高トルクの回転駆動力を出力するため、精密な駆動制御が必要となる。そのため、第２ビット駆動部１１ｂは、トルク検出器ＴＤを備える。トルク検出器ＴＤで検出されるトルクの値は、ナットランナコントローラ８２を介してプログラマブルコントローラ８１へと出力される。
　トルク検出器ＴＤによって検出されるトルクが本締め工程終了を示す規定のトルクに到達すると、プログラマブルコントローラ８１から第２ビット駆動部１１ｂのモータＭｂへと駆動停止の信号が出力される。
　図７に示すように、第２ビット駆動部１１ｂは、ロボットコントローラ８０の制御系統に含まれる。そのため、ロボットコントローラ８０またはプログラマブルコントローラ８１のいずれかによって第２ビット駆動部１１ｂを駆動制御することができる。なお、その選択はユーザが適宜設定することとしてもよい。また、第２ビット駆動部１１ｂの駆動制御をロボットコントローラ８０の制御系統ではなく、プログラマブルコントローラ８１による別系統の制御系統としてもよい。
　このようなネジ締めシステム１では、ネジの締付け作業において、まず、ロボット７０は、第１ビット駆動部１１ａを選択し、ハンド７１によって第１ビット駆動部１１ａを把持する。次に、ロボット７０は、ハンド７１に把持された第１ビット駆動部１１ａに対してビット保持部１８を取り付ける。なお、ビット保持部１８の着脱は、ロボットコントローラ８０が第１の駆動源としての一対のエアシリンダ２８，２８（図３Ａ等参照）を駆動制御して行う。
　そして、ロボット７０は、ネジの仮締め作業を行う。仮締めが終了すると、まず、ロボット７０は、第１ビット駆動部１１ａからビット保持部１８を取り外す。次に、ロボット７０は、ハンド７１による第１ビット駆動部１１ａの把持を解除する。次に、ロボット７０は、第２ビット駆動部１１ｂを選択し、ハンド７１によって第２ビット駆動部１１ｂを把持する。すわなち、ロボット７０は、第１ビット駆動部１１ａを第２ビット駆動部１１ｂに持ち替える。
　そして、ロボット７０は、ネジの本締め作業を行う。本締めが終了、すなわち、ネジ締め作業が完了すると、ロボット７０は、たとえば、次のネジ締め作業へと移行するために再び第１ビット駆動部１１ａに持ち替える。
　ここから、図８を参照してネジ締めシステムに含まれる制御装置（ロボットコントローラ）、ロボット、第１ビット駆動部および第２ビット駆動部の内部構成について説明する。図８は、ネジ締めシステムの機能ブロック図である。なお、図８には、上記各部の内部構成の一例を示しているとともに、ネジの締付けに係る構成要素のみを示している。
　図８に示すように、制御装置としてのロボットコントローラ８０は、制御部９０を備える。制御部９０は、指示部９１と、取得部９２と、判定部９３とを備える。指示部９１は、図示しない教示部からの教示情報等に基づき、ロボット７０のハンド７１や各アーム部７２～７６を動作させる信号を出力する。
　また、指示部９１は、第１ビット駆動部１１ａのモータ（たとえば、サーボモータ）Ｍａへと駆動信号を出力する。第１ビット駆動部１１ａでは、駆動信号が入力されると、モータＭａが回転する。ネジ締めシステム１では、たとえば、モータＭａの出力トルクが設定値に到達したか否かを判断する。そのため、取得部９２にはモータＭａの出力トルクを知らせる検出信号が入力される。
　取得部９２は、検出信号を判定部９３へと出力する。判定部９３では、モータＭａの出力トルクが設定値に到達すると、指示部９１へと信号を出力する。指示部９１では、判定部９３からの信号が入力されると、モータＭａへと停止信号を出力する。これにより、モータＭａは停止し、ネジの仮締めが終了する。
　図８に示すように、第２ビット駆動部専用の制御装置としてのプログラマブルコントローラ８１は、指示部９４と、取得部９５と、判定部９６とを備える。また、同じく、第２ビット駆動部専用の制御装置としてのナットランナコントローラ８２は、指示部９７を備える。
　プログラマブルコントローラ８１では、指示部９４は、ナットランナコントローラ８２の指示部９７を介して第２ビット駆動部１１ｂのモータＭｂへと駆動信号を出力する。第２ビット駆動部１１ｂでは、駆動信号が入力されると、モータＭｂが回転する。ネジ締めシステム１では、トルク検出器ＴＤによって検出されたトルクが規定トルクに達すると、ネジの本締めが終了する。そのため、トルク検出器ＴＤからプログラマブルコントローラ８１の取得部９５へと検出トルクを知らせる検出信号が出力される。
　取得部９５は、検出信号を判定部９６へと出力する。判定部９６では、トルクが規定トルクに到達すると、指示部９４へと信号を出力する。指示部９４では、判定部９６からの信号が入力されると、ナットランナコントローラ８２の指示部９７へと指示信号を出力する。ナットランナコントローラ８２の指示部９７は、指示信号が入力されると、モータＭｂへと停止信号を出力する。
　これにより、モータＭｂは停止し、ネジの本締めが終了する。なお、プログラマブルコントローラ８１の指示部９４は、ロボットコントローラ８０の指示部９１へと本締め終了を知らせる信号を出力する。これにより、ロボット７０は、たとえば、次のネジ締め作業の動作へと移ることができる。
　実施形態に係るネジ締めシステム１によれば、ロボット７０が、ネジの仮締めに高回転数の第１ビット駆動部１１ａを用いるため、ネジの仮締めを高速で行うことができる。この結果、ネジ締めにかかる時間を短縮することができる。なお、たとえば、出力回転数が３０００ｒｐｍの場合、ピッチ１ｍｍ、長さ５０ｍｍのネジのネジ締めには、１秒／本を要し、ネジを３０本締める場合にかかる時間は３０秒程度となる。
　また、ネジ締めシステム１によれば、ビット保持部１８を、第１ビット駆動部１１ａあるいは第２ビット駆動部１１ｂに着脱自在とするとともに、第１ビット駆動部１１ａと第２ビット駆動部１１ｂとで共用することで、部品点数を少なくすることができる。
　また、ネジ締めシステム１によれば、制御装置としてのロボットコントローラ８０が、ハンド７１に把持された第１ビット駆動部１１ａのモータＭａをロボット７０の外部軸として駆動制御するため、簡素な構成となる。
　なお、上述したネジ締めシステム１では、ロボット７０が、単腕型の多関節ロボットであるが、これに限定されない。ロボット７０は、双腕ロボットであってもよい。双腕ロボットとすることで、たとえば、一方の腕に第１ビット駆動部１１ａが把持され、他方の腕に第２ビット駆動部１１ｂが把持される。そして、ネジの仮締めを一方の腕で行い、本締めを他方の腕で行うことができる。
　これにより、第１ビット駆動部１１ａから第２ビット駆動部１１ｂへと持ち替えることに要する時間をなくすことができ、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。
　ここから、図９を参照してネジ締めシステムによるネジ締め方法について説明する。図９は、ネジ締め方法の手順を示すフローチャートである。以下で説明するネジ締め方法は、ネジの仮締め工程と、本締め工程とを備える。
　図９に示すように、まず、ロボットは、第１ビット駆動部を選択し、ハンドによって第１ビット駆動部を把持する（ステップＳ１０１）。次に、ロボットは、ハンドによって把持された第１ビット駆動部にビット保持部を取り付ける（ステップＳ１０２）。そして、ネジの仮締めを開始する（ステップＳ１０３）。
　仮締め開始後、モータＭａの出力トルクが設定値に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。設定値に到達したと判定されると（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ネジの仮締めが終了する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０４において、設定値に到達していないと判定されると（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、設定値に到達するまでステップＳ１０４を繰り返すこととなる。
　図９に示すように、ネジの仮締め工程が終了すると、ロボットは、第１ビット駆動部からビット保持部を取り外す（ステップＳ１０６）。次に、ロボットは、ハンドに把持された第１ビット駆動部の把持を解除する（ステップＳ１０７）。次に、ロボットは、第２ビット駆動部を選択し、ハンドによって第２ビット駆動部を把持する（ステップＳ１０８）。すなわち、ロボットは、第１ビット駆動部から第２ビット駆動部へと持ち替える。
　次に、ロボットは、ハンドによって把持された第２ビット駆動部に、ステップＳ１０６において取り外したビット保持部を取り付ける（ステップＳ１０９）。そして、ネジの本締めを開始する（ステップＳ１１０）。
　本締め開始後、トルク検出器ＴＤからの出力値（ネジ締めトルク）が規定トルクに達したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。規定トルクに達したと判定されると（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、ネジの本締めが終了する（ステップＳ１１２）。これにより、ネジの本締め工程が終了する。すなわち、ネジの締付け作業が完了する。なお、ステップＳ１１１において、規定トルクに達していないと判定されると（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、規定トルクに達するまでステップＳ１１１を繰り返すこととなる。
　実施形態に係るネジ締め方法によれば、ロボットは、ネジの仮締めを高回転数の回転駆動力を出力する第１ビット駆動部を用いて行い、本締めを高トルク（低回転数）の回転駆動力を出力する第２ビット駆動部を用いて行う。これにより、仮締めに要する時間を大幅に短くすることができ、ネジ締めにかかる時間を短縮することができる。この結果、ネジ締付け工程を含む組立工程全体のタクトタイムを短縮することができる。
　なお、上記したネジ締め方法以外の方法として、たとえば、ネジが複数ある場合には、ロボットが、第１ビット駆動部を用いてすべてのネジの仮締めを行った後に、第２ビット駆動部に持ち替えてすべてのネジを本締めするという方法がある。
　また、ロボットが双腕ロボットである場合には、一方の腕に把持された第１ビット駆動部を用いてネジの仮締めを行い、他方の腕に把持された第２ビット駆動部を用いて本締めを行うという方法もある。このようなネジ締め方法によれば、第１ビット駆動部から第２ビット駆動部へと持ち替える動作を省略することができ、ネジ締めにかかる時間をさらに短縮することができる。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　　１　　　ネジ締めシステム
　　１０　　ネジ締め装置
　　１１　　ビット駆動部
　　１１ａ　第１ビット駆動部（エアシリンダ）
　　１１ｂ　第２ビット駆動部（エアシリンダ）
　　１５　　出力軸
　　１６　　トルク伝達軸
　　１７　　着脱部
　　１８　　ビット保持部
　　２０　　ビット
　　２２　　回転部
　　２３　　直動部
　　２７　　押圧部（ばね）
　　７０　　ロボット
　　７１　　ハンド
　　７２　　第１アーム部
　　７３　　第２アーム部
　　７４　　第３アーム部
　　７５　　第４アーム部
　　７６　　第５アーム部
　　８０　　制御装置（ロボットコントローラ）
　　８１　　第２ビット駆動部専用の制御装置（プログラマブルコントローラ）
　　８２　　第２ビット駆動部専用の制御装置（ナットランナコントローラ）
　　ＡＸ　　軸
　　Ｍａ　　モータ
　　Ｍｂ　　モータ
　　Ｇ　　　減速機
　　ＴＤ　　トルク検出器

Claims (8)

  1. 　先端にハンドを有する多関節のロボットと、
    　前記ロボットを駆動制御する制御装置と、
    　前記ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する第１ビット駆動部と、
    　前記ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する第２ビット駆動部と、
    　前記第１ビット駆動部あるいは前記第２ビット駆動部の少なくともいずれかに取り付けられ、入力された前記回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持するビット保持部と
    　を備えることを特徴とするネジ締めシステム。
  2. 　前記ビット保持部は、
    　前記第１ビット駆動部あるいは前記第２ビット駆動部に着脱自在に取り付けられ、前記第１ビット駆動部と前記第２ビット駆動部との間で共用されること
    　を特徴とする請求項１に記載のネジ締めシステム。
  3. 　前記ビット保持部は、
    　前記ビットを前記回転駆動力によって軸まわりに回転させる回転部と、
    　前記ビットを外力に倣って前記軸方向に直動させる直動部と、
    　前記直動部を該ビット保持部の先端側へ押圧する押圧部と
    　を備えること
    　を特徴とする請求項１に記載のネジ締めシステム。
  4. 　前記ロボットは、
    　前記第１ビット駆動部を用いてネジの仮締めを行い、
    　前記第２ビット駆動部を用いて仮締めされた前記ネジの本締めを行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載のネジ締めシステム。
  5. 　前記ロボットは、
    　前記ハンドによって前記第１ビット駆動部を把持して該第１ビット駆動部に前記ビット保持部を取り付けて前記仮締めを行い、
    　前記ハンドによって前記第２ビット駆動部を把持して該第２ビット駆動部に前記ビット保持部を取り付けて前記本締めを行うこと
    　を特徴とする請求項４に記載のネジ締めシステム。
  6. 　前記ロボットは、
    　双腕ロボットであること
    　を特徴とする請求項１に記載のネジ締めシステム。
  7. 　前記制御装置は、
    　前記第１ビット駆動部の前記モータを前記ロボットの外部軸として駆動制御すること
    　を特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のネジ締めシステム。
  8. 　先端にハンドを有する多関節のロボットと、前記ロボットを駆動制御する制御装置と、前記ハンドに選択的に把持され、モータによる回転駆動力を直接出力する第１ビット駆動部と、前記ハンドに選択的に把持され、減速機を介してモータによる回転駆動力を出力する第２ビット駆動部と、前記第１ビット駆動部あるいは前記第２ビット駆動部に取り付けられ、入力された前記回転駆動力によって軸まわりに回転するビットを保持するビット保持部とを備えるネジ締めシステムにおける前記第１ビット駆動部を用いてネジを仮締めする仮締め工程と、
    　前記第２ビット駆動部を用いて仮締めされた前記ネジを本締めする本締め工程と
    　を含むことを特徴とするネジ締め方法。
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