自動ねじ締め装置とその制御方法
【課題】特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる自動ねじ締め装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】ロボットアーム先端５に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサ１２と、力センサに取り付けられ、所定の螺合部品１を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置１４と、力センサで検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する力制御装置１６とを備える。
【解決手段】ロボットアーム先端５に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサ１２と、力センサに取り付けられ、所定の螺合部品１を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置１４と、力センサで検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する力制御装置１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットなどのロボットアーム先端に取り付けて使用する自動ねじ締め装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願において、「ねじ締め」とは、螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）をこれと螺合する被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）に、それぞれに設けられたねじ溝に沿って螺合させて回転し、２以上の部材を強固に連結する「ねじ締め工程」を意味する。
かかる「ねじ締め工程」は、多様なワークやねじの種類に応じて、高精度に実現する必要がある。
【０００３】
一般的に、ねじ締め工程は、ねじ締めドライバを「送りねじ」などでねじの進行方向に送る（移動させる）ことで行われる。このとき、ドライバの回転数ＮとねじピッチＰにより決まるねじの進行速度Ｐ・Ｎに、ドライバの送り速度Ｖを合わせなければならない。
しかし、ドライバの送り速度Ｖをねじの進行速度Ｐ・Ｎに完全に一致させることは困難であるため、ねじを高精度に締め付けるためには、ねじに適切な押し付け圧力Ｆを与えなければならない。
そこで、ねじの進行速度Ｐ・Ｎとドライバの送り速度Ｖの差ΔＶを吸収し適切な押し付け圧力Ｆを与えるために、従来からばね機構を搭載したものや、エアシリンダを利用した自動ねじ締め装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００４】
特許文献１は、ねじ締め対象となるねじの大きさの広い範囲にわたり、それぞれに最適な初期のねじ締め圧力が得られるようにして、ねじ締め初期のかじり現象を防止することを目的とする。
そのため、この装置は、図１に示すように、ねじ締めドライバ５１をモータ駆動により送りねじ５２を介して下降させ、ねじ締め圧力を発生させるねじ締め装置において、送りねじ５２により移動制御される送りねじブッシュ５３の移動をドライバ５１に伝達する経路内に弾性部材５４と、弾性部材５４のセット力を調節する調節部材５５を配設し、ねじ締め時の初期のねじ締め圧力を調節設定可能にしたものである。
【０００５】
特許文献２は、エアシリンダを用いた場合、ねじ込み時の送り速度に合わすために、駆動速度を上げることができず、高速作業化が困難であるという問題を解決することを目的とする。
そのため、この装置は、図２に示すように、ねじ締めビット６１と、このねじ締めビット６１を回転駆動する締め付け用モータ６２を備えたねじ締めヘッド６３と、ねじ締めヘッド６３をワークに対して遠近方向に移動可能とする直線摺動用軸受を構成する第１移動ブロック６４と、移動用モータ６６による動力をスプリング６７，６８を介して第１移動ブロック６４に伝える前記直線摺動用軸受を構成する第２移動ブロック６５と、ねじ締め工程に対応して移動用モータ６６を駆動制御する制御手段とを備え、スプリング６７，６８としてバネ定数の異なる２種を取り付け、一方のバネ定数の小さい第１スプリング６７により第１移動ブロック６４および第２移動ブロック６５を連接し、他方のバネ定数の大きい第２スプリング６８は、第１移動ブロック６４と第２移動ブロック６５が所定間隔以上離れると引張力を発生するように取り付けたものである。
【０００６】
特許文献３は、組立てロボットに電動ドライバ７０を装備し、電動ドライバで雄ねじを雌ねじに締め付けるときに、電動ドライバ７０を組立てロボットに装着する際の治具７１として用いられ、組立てロボットと電動ドライバによるねじの締付が適正なトルクで効率よく行えるようにし、雄ねじを雌ねじに締付するねじ込みの初期工程及び締付完了工程の両工程においてそれぞれ適切な押圧力が雄ねじに加えられるようにすることを目的とする。
そのため、この装置は、図３に示すように、電動ドライバ７０を相対移動可能に保持するとともに、電動ドライバ７０のビット軸方向に電動ドライバ７０を案内する保持案内手段７２，７３と、ビット軸方向の弾性力Ｆを、保持案内手段７２，７３を支点として電動ドライバ７０に加える弾性体７４，７５とを備えてなり、ビット軸方向における電動ドライバ７０と保持案内手段７２，７３との相対移動の距離をＤとし、弾性力Ｆと相対移動距離Ｄとの比Ｆ／Ｄを弾性体７４，７５の弾性係数Ｅと定義するとき、弾性係数Ｅは相対移動距離Ｄに応じて変動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５３７６７号公報、「自動ねじ締め装置」
【特許文献２】特許第２７６００６６号公報、「ねじ締め装置」
【特許文献３】特許第３４８９０４４号公報、「電動ドライバ保持構造」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ねじ締め工程において、初期押付力が不適切だと、ねじが傾くなどしてかじり現象が発生しやすい。そのため特許文献１では、送りねじ５２とばね機構（弾性部材５４）で構成されたねじ締め装置において、適切な初期押付力を容易に設定できるようにばね機構に調整機能（調節部材５５）を設けている。
しかし、特許文献１の装置や、エアシリンダのエア圧による押し付けでは、押付力がねじ締め工程の間一定であり、初期押付力しか調整できないため、ねじ締め全体を通して適切な押付力を維持することができない。
【０００９】
これに対し、特許文献２では、ばね定数の小さなばね６７と大きなばね６８の２つを併用して、ねじがねじ穴にぶつかるまでは小さなばね定数のばね６７が働きやわらかく衝撃を吸収し、ねじがねじ穴に締まり始めてからは大きなばね定数のばね６８が働き、十分な押付力を与える機構となっている。この機構により、ねじ締め工程を高速に実行できる。
しかし、特許文献２および特許文献３の装置では、使用する２種のばねのばね定数が一定であり、特性の異なるねじやワークに対応するためには、ばねを交換する必要があり、段取りに余計な手間が掛かる問題点があった。
【００１０】
また、産業用ロボットなどを用いてねじ締め工程を自動で行う場合には、ロボットアーム先端に備えつけた機構、例えばロボットハンドなどを様々な用途に使用するためにねじ締め機構は極力簡素であることが望ましい。従来技術においては、ばねなどが必要で複雑な機構になってしまう問題点があった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる自動ねじ締め装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置と、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する力制御装置とを備えた、ことを特徴とする自動ねじ締め装置が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置とを備え、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する、ことを特徴とする自動ねじ締め装置の制御方法が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記押付力は、所定の螺合部品に対し予め設定された初期押付力又は最大押付力からなり、
初期押付力は、ねじ締め開始時において螺合部品が外れずかつ傾かない小さい値であり、
最大押付力は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値である。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の装置および方法によれば、把持回転装置（例えばねじ締めドライバ）、力センサ、および力制御装置を備え、把持回転装置により所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転させ、力センサによりロボットアーム先端（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の外力を検出し、力制御装置により力センサで検出した軸方向外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御するので、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、例えば垂直多関節ロボットによるねじ締めにおいて、ロボットアーム先端に把持回転装置（例えばねじ締めドライバ）を取り付け、ねじ締めドライバに作用する軸方向の押付力を力制御により調整することによって、初期押付力、ねじ締め中に必要な押付力、ねじ締め最後に必要な大きな押付力のすべてを適切な値にすることができる。
さらに、インピーダンス（ばね定数）についても制御パラメータを設定するだけで変更できるため、ねじやワークの特性に応じて容易に修正することができる。
【００１７】
従って、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１） ねじ締めの進行に応じて常に適切な押し付け圧力を与えることができるため、高速・高精度なねじ締めが可能となる。
（２） 対象となるねじやワークの特性に応じて、容易にインピーダンス（ばね定数）を変更できる。
（３） ねじ締めのためだけに必要とされる機構を追加する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】特許文献１の装置の模式図である。
【図２】特許文献２の装置の模式図である。
【図３】特許文献３の装置の模式図である。
【図４】本発明の自動ねじ締め装置を備えた産業用ロボットの構成図である。
【図５】本発明による力制御の模式図である。
【図６】本発明による制御方法の第１実施形態を示すフロー図である。
【図７】本発明による制御方法の第２実施形態を示すフロー図である。
【図８】本発明による制御方法の第３実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図４は、本発明の自動ねじ締め装置を備えた産業用ロボットの構成図である。この図において、１は螺合部品、２は被螺合部材、３はテーブル、４はロボット、５はロボットアーム先端、６はロボット制御装置である。
【００２１】
螺合部品１は、この例ではボルトであるが、雄ねじ、ナット等であってもよい。
被螺合部材２は、螺合部品１が螺合する部材であり、この例ではボルトが螺合する被螺合部２ａを有する。被螺合部２ａは、この例では鉛直に延びる雌ねじ穴であるが、傾斜していてもよい。また、螺合部品１が雄ねじの場合、被螺合部２ａは雄ねじ部材でもよい。
被螺合部材２は、この例ではテーブル３の上面の所定位置に正確に位置決めされている。なお、被螺合部材２は、組立中の製品の一部であってもよい。
【００２２】
ロボット４は、この例では、多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。
ロボット制御装置６は、例えば数値制御装置であり、指令信号によりロボット４を３次元的に数値制御し、ロボットアーム先端５を３次元的に移動するようになっている。
【００２３】
図４において、本発明の自動ねじ締め装置１０は、力センサ１２、把持回転装置１４、および力制御装置１６を備える。
【００２４】
力センサ１２は、例えばロードセルであり、ロボットアーム先端５に取り付けられ、これに作用する外力を検出するようになっている。この外力は、少なくとも把持回転装置１４により把持する螺合部品１の軸方向外力を検出するように構成されている。
【００２５】
把持回転装置１４は、例えばねじ締めドライバであり、力センサ１２に取り付けられ、所定の螺合部品１の特定位置（例えば、雄ねじやボルトの頭部、ナットの側面等）を把持し、螺合部品１の所定の軸心を中心に回転駆動するようになっている。
【００２６】
なお、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）はロボットアーム先端５の中心に位置する必要はなく、オフセットしてもよい。そのため、別の作業用のグリッパやカメラなどと並列して取り付けることができ、ロボットの用途をねじ締めに限定することがない。
【００２７】
螺合部品１の把持は、吸引による吸着、磁石による吸着、或いは開閉する爪部材による挟持でもよい。この把持力は、把持回転装置１４の作動中に、螺合部品１が落下、或いは傾動しないように、十分な大きさを有する。
また、把持回転装置１４による螺合部品１の特定位置の把持は、把持回転装置１４を移動させて予め位置決めされた螺合部品１を把持してもよく、或いは逆に螺合部品１を供給する図示しない供給装置により、螺合部品１を把持回転装置１４の把持部に供給してもよい。
【００２８】
力制御装置１６は、例えばロボット制御装置６にインストールされた制御プログラムであり、力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるように力制御する。
なお、螺合部品１の種類、寸法、初期押付力、最大押付力、等は、予めロボット制御装置６又は力制御装置１６の記憶装置に記憶されている。
【００２９】
図４において、本発明の自動ねじ締め装置１０は、さらにロボットアーム先端５に取り付けられたカメラ１５を備える。
カメラ１５は、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラであり、被螺合部２ａ（雌ねじ穴）を撮像し、ロボット制御装置６に撮像データを入力する。
ロボット制御装置６又は力制御装置１６は、撮像データを画像処理して、被螺合部２ａの位置を特定し、所定の螺合部品１（例えば、ボルト）を把持して被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向けて移動し、両者の軸心を一致させ、かつ螺合部品１の下端を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端まで移動するようになっている。
【００３０】
図５は、本発明による力制御の模式図である。この図において、横軸は螺合部品１（ボルト）の下端と被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端とが一致する位置（ｘ＝０）からの両者の螺合長さｘである。また、縦軸は本発明による力制御の目標押付力Ｆである。
【００３１】
この例において、Ｆ１は初期押付力、Ｆ２は最大押付力であり、それぞれ所定の螺合部品１に対し予め設定され、ロボット制御装置６又は力制御装置１６の記憶装置に記憶されている。
初期押付力Ｆ１は、ねじ締め開始時において螺合部品１が外れず、かつ傾かない小さい値に設定する。
また最大押付力Ｆ２は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値で設定する。
また、Ｌ１は初期押付力Ｆ１を保持する螺合長さ、Ｌ２は最大押付力Ｆ２の保持を開始する螺合長さ、Ｌは最大螺合長さである。
【００３２】
この例において、押付力Ｆは、螺合長さＬ１，Ｌ２の間は、任意の関数Ｆ＝Ｆ（ｘ）により初期押付力Ｆ１から最大押付力Ｆ２まで連続的に増加している。
なお、本発明はこの構成に限定されず、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを定義してもよい。
また、螺合長さＬ１，Ｌ２の間において、押付力Ｆを螺合長さの変化量Δｘに比例して直線的に増加させてもよく、或いは、その間でステップ状に増加させてもよく、或いは螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆを一定にしてもよい。
【００３３】
図６は、本発明による制御方法の第１実施形態を示すフロー図である。なお、この例は、図５に示した力制御を行う場合を示している。
【００３４】
本発明の制御を開始する前に、上述したカメラ１５により被螺合部２ａ（雌ねじ穴）を撮像し、ロボット制御装置６又は力制御装置１６により、撮像データを画像処理して、被螺合部２ａの位置を特定し、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持する（行程Ｓ１）。
次いで、ねじ締めドライバ１４を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向けて移動し、両者の軸心を一致させ、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
次に、螺合部品１の下端を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端まで移動する。この初期状態において、螺合長さｘは０（ｘ＝０）である。
【００３５】
本発明による制御方法では、上述した初期状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００３６】
図６において、本発明の制御方法は、Ｓ３〜Ｓ８の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ３では、螺合長さｘと螺合長さＬ１を比較し、ｘ＜Ｌ１の場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ１となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ４）、ｘ＝Ｌ１の場合（Ｎｏ）は行程Ｓ５に移動する。
行程Ｓ５では、螺合長さｘと螺合長さＬ２を比較し、ｘ＜Ｌ２の場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ（ｘ）となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ６）、ｘ＝Ｌの場合（Ｎｏ）は行程Ｓ７に移動する。
行程Ｓ７では、螺合長さｘと螺合長さＬを比較し、ｘ＜Ｌの場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ２となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ７）、ｘ＝Ｌの場合（Ｎｏ）は、本発明の制御を終了する。
【００３７】
上述した制御方法により、図５に示した力制御を行うことができる。
【００３８】
図７は、本発明による制御方法の第２実施形態を示すフロー図である。この例は、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆが一定の場合である。
【００３９】
本発明の制御を開始する前に、第１実施形態と同様に、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持し（行程Ｓ１）、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
【００４０】
本発明による制御方法では、上述した行程Ｓ２の状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００４１】
図７において、本発明の制御方法は、Ｓ１３〜Ｓ１５の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ１３では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ３に設定する。押付力Ｆ３は、ねじがねじ穴に接触したときに傾いてかじらない大きさであり、かつねじが最後まで締付けられたときにねじ締めドライバ１４の先端がねじ頭から外れない力であるのがよい。
行程Ｓ１４では、押付力Ｆを一定値Ｆ３に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ１５では、「ねじが最後まで締め付けられたか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であればこの制御を終了し、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ１４を繰り返す。このチェックは、例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は把持回転装置１４の回転数や回転速度、トルク、電流等から判断することができる。
【００４２】
上述した制御方法により、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆが一定の力制御を行うことができる。
【００４３】
図８は、本発明による制御方法の第３実施形態を示すフロー図である。この例は、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを力制御する場合を示している。
【００４４】
本発明の制御を開始する前に、第１実施形態と同様に、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持し（行程Ｓ１）、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
【００４５】
さらに、第２実施形態と同様に、本発明による制御方法では、上述した行程Ｓ２の状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００４６】
図８において、本発明の制御方法は、Ｓ２３〜Ｓ２８の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ２３では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ１（初期押付力Ｆ１）に設定する。この初期押付力Ｆ１は、ねじがねじ穴に接触したときに傾いてかじらない大きさの力とする。
行程Ｓ２４では、押付力Ｆを一定値Ｆ１に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ２５では、「ねじ穴に接触したか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であれば、行程Ｓ２６に進み、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ２４を繰り返す。このチェックは、例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は電気的接触から行うことができる。
行程Ｓ２６では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ（ｘ）に設定する。この押付力Ｆ（ｘ）は、ねじが最後まで締付けられたときにねじ締めドライバ１４の先端がねじ頭から外れない大きさとし、かつ徐々に値を大きくする。
行程Ｓ２７では、押付力Ｆを所定の値Ｆ（ｘ）に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ２８では、「ねじが最後まで締め付けられたか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であれば、制御を終了し、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ２７を繰り返す。例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は把持回転装置１４の回転数や回転速度、トルク、電流等から判断することができる。
【００４７】
上述した制御方法により、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを力制御することができる。
【００４８】
上述したように、本発明では、力制御により与える押付力Ｆを、ねじ締めの進行（すなわち螺合長さｘの増加）に応じて、以下のように変化させる。
（１） 本発明の制御を開始する前（準備行程）では、吸引その他の手段により、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に、螺合部品１の特定位置（ボルトの頭部）を保持しているものとする。
（２） ねじ締めドライバからボルトの頭部が外れず、かつボルトが傾くほどではない大きさの初期押付力Ｆ１として、ねじ締めドライバを回転させながら被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向かう。
（３） 雌ねじ穴へのねじ込み中には、押付力を、カムアウト力（ねじ締めトルクによりねじ締めビットが押し上げられる力）より大きくし、ねじ締めを適切に進行させる。
（４） ねじ締めの最後には、ねじが底付きしたときに発生する最大カムアウト力より大きい最大押付力Ｆ２とする。
【００４９】
上述した本発明の装置および方法によれば、把持回転装置１４（例えばねじ締めドライバ）、力センサ１２、および力制御装置１６を備え、把持回転装置１４により所定の螺合部品１を把持し所定の軸心を中心に回転させ、力センサ１２によりロボットアーム先端５（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の外力を検出し、力制御装置１６により力センサ１２で検出した軸方向外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御するので、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる。
【００５０】
また、例えば垂直多関節ロボットによるねじ締めにおいて、ロボットアーム先端５に把持回転装置１４（例えばねじ締めドライバ）を取り付け、ロボットアーム先端５（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の押付力を力制御により調整することによって、初期押付力Ｆ１、ねじ締め中に必要な押付力、ねじ締め最後に必要な大きな押付力Ｆ２のすべてを適切な値にすることができる。
さらに、インピーダンス（ばね定数）についても制御パラメータを設定するだけで変更できるため、ねじやワークの特性に応じて容易に修正することができる。
【００５１】
従って、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１） ねじ締めの進行に応じて常に適切な押し付け圧力を与えることができるため、高速・高精度なねじ締めが可能となる。
（２） 対象となるねじやワークの特性に応じて、容易にインピーダンス（ばね定数）を変更できる。
（３） ねじ締めのためだけに必要とされる機構を追加する必要がない。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 螺合部品（ボルト、雄ねじ、ナット等）、
２ 被螺合部材、２ａ 被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材）、
３ テーブル、４ ロボット、５ ロボットアーム先端、
６ ロボット制御装置、
１０ 自動ねじ締め装置、１２ 力センサ（ロードセル）、
１４ 把持回転装置（ねじ締めドライバ）、１６ 力制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットなどのロボットアーム先端に取り付けて使用する自動ねじ締め装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願において、「ねじ締め」とは、螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）をこれと螺合する被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）に、それぞれに設けられたねじ溝に沿って螺合させて回転し、２以上の部材を強固に連結する「ねじ締め工程」を意味する。
かかる「ねじ締め工程」は、多様なワークやねじの種類に応じて、高精度に実現する必要がある。
【０００３】
一般的に、ねじ締め工程は、ねじ締めドライバを「送りねじ」などでねじの進行方向に送る（移動させる）ことで行われる。このとき、ドライバの回転数ＮとねじピッチＰにより決まるねじの進行速度Ｐ・Ｎに、ドライバの送り速度Ｖを合わせなければならない。
しかし、ドライバの送り速度Ｖをねじの進行速度Ｐ・Ｎに完全に一致させることは困難であるため、ねじを高精度に締め付けるためには、ねじに適切な押し付け圧力Ｆを与えなければならない。
そこで、ねじの進行速度Ｐ・Ｎとドライバの送り速度Ｖの差ΔＶを吸収し適切な押し付け圧力Ｆを与えるために、従来からばね機構を搭載したものや、エアシリンダを利用した自動ねじ締め装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００４】
特許文献１は、ねじ締め対象となるねじの大きさの広い範囲にわたり、それぞれに最適な初期のねじ締め圧力が得られるようにして、ねじ締め初期のかじり現象を防止することを目的とする。
そのため、この装置は、図１に示すように、ねじ締めドライバ５１をモータ駆動により送りねじ５２を介して下降させ、ねじ締め圧力を発生させるねじ締め装置において、送りねじ５２により移動制御される送りねじブッシュ５３の移動をドライバ５１に伝達する経路内に弾性部材５４と、弾性部材５４のセット力を調節する調節部材５５を配設し、ねじ締め時の初期のねじ締め圧力を調節設定可能にしたものである。
【０００５】
特許文献２は、エアシリンダを用いた場合、ねじ込み時の送り速度に合わすために、駆動速度を上げることができず、高速作業化が困難であるという問題を解決することを目的とする。
そのため、この装置は、図２に示すように、ねじ締めビット６１と、このねじ締めビット６１を回転駆動する締め付け用モータ６２を備えたねじ締めヘッド６３と、ねじ締めヘッド６３をワークに対して遠近方向に移動可能とする直線摺動用軸受を構成する第１移動ブロック６４と、移動用モータ６６による動力をスプリング６７，６８を介して第１移動ブロック６４に伝える前記直線摺動用軸受を構成する第２移動ブロック６５と、ねじ締め工程に対応して移動用モータ６６を駆動制御する制御手段とを備え、スプリング６７，６８としてバネ定数の異なる２種を取り付け、一方のバネ定数の小さい第１スプリング６７により第１移動ブロック６４および第２移動ブロック６５を連接し、他方のバネ定数の大きい第２スプリング６８は、第１移動ブロック６４と第２移動ブロック６５が所定間隔以上離れると引張力を発生するように取り付けたものである。
【０００６】
特許文献３は、組立てロボットに電動ドライバ７０を装備し、電動ドライバで雄ねじを雌ねじに締め付けるときに、電動ドライバ７０を組立てロボットに装着する際の治具７１として用いられ、組立てロボットと電動ドライバによるねじの締付が適正なトルクで効率よく行えるようにし、雄ねじを雌ねじに締付するねじ込みの初期工程及び締付完了工程の両工程においてそれぞれ適切な押圧力が雄ねじに加えられるようにすることを目的とする。
そのため、この装置は、図３に示すように、電動ドライバ７０を相対移動可能に保持するとともに、電動ドライバ７０のビット軸方向に電動ドライバ７０を案内する保持案内手段７２，７３と、ビット軸方向の弾性力Ｆを、保持案内手段７２，７３を支点として電動ドライバ７０に加える弾性体７４，７５とを備えてなり、ビット軸方向における電動ドライバ７０と保持案内手段７２，７３との相対移動の距離をＤとし、弾性力Ｆと相対移動距離Ｄとの比Ｆ／Ｄを弾性体７４，７５の弾性係数Ｅと定義するとき、弾性係数Ｅは相対移動距離Ｄに応じて変動するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５３７６７号公報、「自動ねじ締め装置」
【特許文献２】特許第２７６００６６号公報、「ねじ締め装置」
【特許文献３】特許第３４８９０４４号公報、「電動ドライバ保持構造」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ねじ締め工程において、初期押付力が不適切だと、ねじが傾くなどしてかじり現象が発生しやすい。そのため特許文献１では、送りねじ５２とばね機構（弾性部材５４）で構成されたねじ締め装置において、適切な初期押付力を容易に設定できるようにばね機構に調整機能（調節部材５５）を設けている。
しかし、特許文献１の装置や、エアシリンダのエア圧による押し付けでは、押付力がねじ締め工程の間一定であり、初期押付力しか調整できないため、ねじ締め全体を通して適切な押付力を維持することができない。
【０００９】
これに対し、特許文献２では、ばね定数の小さなばね６７と大きなばね６８の２つを併用して、ねじがねじ穴にぶつかるまでは小さなばね定数のばね６７が働きやわらかく衝撃を吸収し、ねじがねじ穴に締まり始めてからは大きなばね定数のばね６８が働き、十分な押付力を与える機構となっている。この機構により、ねじ締め工程を高速に実行できる。
しかし、特許文献２および特許文献３の装置では、使用する２種のばねのばね定数が一定であり、特性の異なるねじやワークに対応するためには、ばねを交換する必要があり、段取りに余計な手間が掛かる問題点があった。
【００１０】
また、産業用ロボットなどを用いてねじ締め工程を自動で行う場合には、ロボットアーム先端に備えつけた機構、例えばロボットハンドなどを様々な用途に使用するためにねじ締め機構は極力簡素であることが望ましい。従来技術においては、ばねなどが必要で複雑な機構になってしまう問題点があった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる自動ねじ締め装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置と、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する力制御装置とを備えた、ことを特徴とする自動ねじ締め装置が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置とを備え、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する、ことを特徴とする自動ねじ締め装置の制御方法が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記押付力は、所定の螺合部品に対し予め設定された初期押付力又は最大押付力からなり、
初期押付力は、ねじ締め開始時において螺合部品が外れずかつ傾かない小さい値であり、
最大押付力は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値である。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の装置および方法によれば、把持回転装置（例えばねじ締めドライバ）、力センサ、および力制御装置を備え、把持回転装置により所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転させ、力センサによりロボットアーム先端（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の外力を検出し、力制御装置により力センサで検出した軸方向外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御するので、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、例えば垂直多関節ロボットによるねじ締めにおいて、ロボットアーム先端に把持回転装置（例えばねじ締めドライバ）を取り付け、ねじ締めドライバに作用する軸方向の押付力を力制御により調整することによって、初期押付力、ねじ締め中に必要な押付力、ねじ締め最後に必要な大きな押付力のすべてを適切な値にすることができる。
さらに、インピーダンス（ばね定数）についても制御パラメータを設定するだけで変更できるため、ねじやワークの特性に応じて容易に修正することができる。
【００１７】
従って、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１） ねじ締めの進行に応じて常に適切な押し付け圧力を与えることができるため、高速・高精度なねじ締めが可能となる。
（２） 対象となるねじやワークの特性に応じて、容易にインピーダンス（ばね定数）を変更できる。
（３） ねじ締めのためだけに必要とされる機構を追加する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】特許文献１の装置の模式図である。
【図２】特許文献２の装置の模式図である。
【図３】特許文献３の装置の模式図である。
【図４】本発明の自動ねじ締め装置を備えた産業用ロボットの構成図である。
【図５】本発明による力制御の模式図である。
【図６】本発明による制御方法の第１実施形態を示すフロー図である。
【図７】本発明による制御方法の第２実施形態を示すフロー図である。
【図８】本発明による制御方法の第３実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図４は、本発明の自動ねじ締め装置を備えた産業用ロボットの構成図である。この図において、１は螺合部品、２は被螺合部材、３はテーブル、４はロボット、５はロボットアーム先端、６はロボット制御装置である。
【００２１】
螺合部品１は、この例ではボルトであるが、雄ねじ、ナット等であってもよい。
被螺合部材２は、螺合部品１が螺合する部材であり、この例ではボルトが螺合する被螺合部２ａを有する。被螺合部２ａは、この例では鉛直に延びる雌ねじ穴であるが、傾斜していてもよい。また、螺合部品１が雄ねじの場合、被螺合部２ａは雄ねじ部材でもよい。
被螺合部材２は、この例ではテーブル３の上面の所定位置に正確に位置決めされている。なお、被螺合部材２は、組立中の製品の一部であってもよい。
【００２２】
ロボット４は、この例では、多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。
ロボット制御装置６は、例えば数値制御装置であり、指令信号によりロボット４を３次元的に数値制御し、ロボットアーム先端５を３次元的に移動するようになっている。
【００２３】
図４において、本発明の自動ねじ締め装置１０は、力センサ１２、把持回転装置１４、および力制御装置１６を備える。
【００２４】
力センサ１２は、例えばロードセルであり、ロボットアーム先端５に取り付けられ、これに作用する外力を検出するようになっている。この外力は、少なくとも把持回転装置１４により把持する螺合部品１の軸方向外力を検出するように構成されている。
【００２５】
把持回転装置１４は、例えばねじ締めドライバであり、力センサ１２に取り付けられ、所定の螺合部品１の特定位置（例えば、雄ねじやボルトの頭部、ナットの側面等）を把持し、螺合部品１の所定の軸心を中心に回転駆動するようになっている。
【００２６】
なお、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）はロボットアーム先端５の中心に位置する必要はなく、オフセットしてもよい。そのため、別の作業用のグリッパやカメラなどと並列して取り付けることができ、ロボットの用途をねじ締めに限定することがない。
【００２７】
螺合部品１の把持は、吸引による吸着、磁石による吸着、或いは開閉する爪部材による挟持でもよい。この把持力は、把持回転装置１４の作動中に、螺合部品１が落下、或いは傾動しないように、十分な大きさを有する。
また、把持回転装置１４による螺合部品１の特定位置の把持は、把持回転装置１４を移動させて予め位置決めされた螺合部品１を把持してもよく、或いは逆に螺合部品１を供給する図示しない供給装置により、螺合部品１を把持回転装置１４の把持部に供給してもよい。
【００２８】
力制御装置１６は、例えばロボット制御装置６にインストールされた制御プログラムであり、力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるように力制御する。
なお、螺合部品１の種類、寸法、初期押付力、最大押付力、等は、予めロボット制御装置６又は力制御装置１６の記憶装置に記憶されている。
【００２９】
図４において、本発明の自動ねじ締め装置１０は、さらにロボットアーム先端５に取り付けられたカメラ１５を備える。
カメラ１５は、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラであり、被螺合部２ａ（雌ねじ穴）を撮像し、ロボット制御装置６に撮像データを入力する。
ロボット制御装置６又は力制御装置１６は、撮像データを画像処理して、被螺合部２ａの位置を特定し、所定の螺合部品１（例えば、ボルト）を把持して被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向けて移動し、両者の軸心を一致させ、かつ螺合部品１の下端を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端まで移動するようになっている。
【００３０】
図５は、本発明による力制御の模式図である。この図において、横軸は螺合部品１（ボルト）の下端と被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端とが一致する位置（ｘ＝０）からの両者の螺合長さｘである。また、縦軸は本発明による力制御の目標押付力Ｆである。
【００３１】
この例において、Ｆ１は初期押付力、Ｆ２は最大押付力であり、それぞれ所定の螺合部品１に対し予め設定され、ロボット制御装置６又は力制御装置１６の記憶装置に記憶されている。
初期押付力Ｆ１は、ねじ締め開始時において螺合部品１が外れず、かつ傾かない小さい値に設定する。
また最大押付力Ｆ２は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値で設定する。
また、Ｌ１は初期押付力Ｆ１を保持する螺合長さ、Ｌ２は最大押付力Ｆ２の保持を開始する螺合長さ、Ｌは最大螺合長さである。
【００３２】
この例において、押付力Ｆは、螺合長さＬ１，Ｌ２の間は、任意の関数Ｆ＝Ｆ（ｘ）により初期押付力Ｆ１から最大押付力Ｆ２まで連続的に増加している。
なお、本発明はこの構成に限定されず、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを定義してもよい。
また、螺合長さＬ１，Ｌ２の間において、押付力Ｆを螺合長さの変化量Δｘに比例して直線的に増加させてもよく、或いは、その間でステップ状に増加させてもよく、或いは螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆを一定にしてもよい。
【００３３】
図６は、本発明による制御方法の第１実施形態を示すフロー図である。なお、この例は、図５に示した力制御を行う場合を示している。
【００３４】
本発明の制御を開始する前に、上述したカメラ１５により被螺合部２ａ（雌ねじ穴）を撮像し、ロボット制御装置６又は力制御装置１６により、撮像データを画像処理して、被螺合部２ａの位置を特定し、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持する（行程Ｓ１）。
次いで、ねじ締めドライバ１４を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向けて移動し、両者の軸心を一致させ、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
次に、螺合部品１の下端を被螺合部２ａ（雌ねじ穴）の開口端まで移動する。この初期状態において、螺合長さｘは０（ｘ＝０）である。
【００３５】
本発明による制御方法では、上述した初期状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００３６】
図６において、本発明の制御方法は、Ｓ３〜Ｓ８の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ３では、螺合長さｘと螺合長さＬ１を比較し、ｘ＜Ｌ１の場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ１となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ４）、ｘ＝Ｌ１の場合（Ｎｏ）は行程Ｓ５に移動する。
行程Ｓ５では、螺合長さｘと螺合長さＬ２を比較し、ｘ＜Ｌ２の場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ（ｘ）となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ６）、ｘ＝Ｌの場合（Ｎｏ）は行程Ｓ７に移動する。
行程Ｓ７では、螺合長さｘと螺合長さＬを比較し、ｘ＜Ｌの場合（Ｙｅｓ）はＦ＝Ｆ２となるように押付力Ｆをフィードバック制御し（行程Ｓ７）、ｘ＝Ｌの場合（Ｎｏ）は、本発明の制御を終了する。
【００３７】
上述した制御方法により、図５に示した力制御を行うことができる。
【００３８】
図７は、本発明による制御方法の第２実施形態を示すフロー図である。この例は、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆが一定の場合である。
【００３９】
本発明の制御を開始する前に、第１実施形態と同様に、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持し（行程Ｓ１）、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
【００４０】
本発明による制御方法では、上述した行程Ｓ２の状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００４１】
図７において、本発明の制御方法は、Ｓ１３〜Ｓ１５の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ１３では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ３に設定する。押付力Ｆ３は、ねじがねじ穴に接触したときに傾いてかじらない大きさであり、かつねじが最後まで締付けられたときにねじ締めドライバ１４の先端がねじ頭から外れない力であるのがよい。
行程Ｓ１４では、押付力Ｆを一定値Ｆ３に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ１５では、「ねじが最後まで締め付けられたか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であればこの制御を終了し、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ１４を繰り返す。このチェックは、例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は把持回転装置１４の回転数や回転速度、トルク、電流等から判断することができる。
【００４２】
上述した制御方法により、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、押付力Ｆが一定の力制御を行うことができる。
【００４３】
図８は、本発明による制御方法の第３実施形態を示すフロー図である。この例は、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを力制御する場合を示している。
【００４４】
本発明の制御を開始する前に、第１実施形態と同様に、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に所定の螺合部品１（例えば、ねじ）を保持し（行程Ｓ１）、ねじ締めドライバ１４を回転させる（行程Ｓ２）。
【００４５】
さらに、第２実施形態と同様に、本発明による制御方法では、上述した行程Ｓ２の状態から、ロボットアーム先端５の３次元制御により、螺合部品１を被螺合部２ａに向けて、同軸を保持しながら移動させ、同時に力センサ１２で検出した軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御する。
【００４６】
図８において、本発明の制御方法は、Ｓ２３〜Ｓ２８の各行程（ステップ）からなる。
行程Ｓ２３では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ１（初期押付力Ｆ１）に設定する。この初期押付力Ｆ１は、ねじがねじ穴に接触したときに傾いてかじらない大きさの力とする。
行程Ｓ２４では、押付力Ｆを一定値Ｆ１に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ２５では、「ねじ穴に接触したか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であれば、行程Ｓ２６に進み、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ２４を繰り返す。このチェックは、例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は電気的接触から行うことができる。
行程Ｓ２６では、力制御の押付力Ｆを所定の値Ｆ（ｘ）に設定する。この押付力Ｆ（ｘ）は、ねじが最後まで締付けられたときにねじ締めドライバ１４の先端がねじ頭から外れない大きさとし、かつ徐々に値を大きくする。
行程Ｓ２７では、押付力Ｆを所定の値Ｆ（ｘ）に維持しつつ、ねじ締めドライバ１４を進行させる。
行程Ｓ２８では、「ねじが最後まで締め付けられたか？」をチェックし、（Ｙｅｓ）であれば、制御を終了し、（Ｎｏ）であれば行程Ｓ２７を繰り返す。例えば、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端位置、又は把持回転装置１４の回転数や回転速度、トルク、電流等から判断することができる。
【００４７】
上述した制御方法により、螺合長さｘが０〜Ｌの範囲において、任意の関数Ｆ（ｘ）で押付力Ｆを力制御することができる。
【００４８】
上述したように、本発明では、力制御により与える押付力Ｆを、ねじ締めの進行（すなわち螺合長さｘの増加）に応じて、以下のように変化させる。
（１） 本発明の制御を開始する前（準備行程）では、吸引その他の手段により、把持回転装置１４（ねじ締めドライバ）の先端に、螺合部品１の特定位置（ボルトの頭部）を保持しているものとする。
（２） ねじ締めドライバからボルトの頭部が外れず、かつボルトが傾くほどではない大きさの初期押付力Ｆ１として、ねじ締めドライバを回転させながら被螺合部２ａ（雌ねじ穴）に向かう。
（３） 雌ねじ穴へのねじ込み中には、押付力を、カムアウト力（ねじ締めトルクによりねじ締めビットが押し上げられる力）より大きくし、ねじ締めを適切に進行させる。
（４） ねじ締めの最後には、ねじが底付きしたときに発生する最大カムアウト力より大きい最大押付力Ｆ２とする。
【００４９】
上述した本発明の装置および方法によれば、把持回転装置１４（例えばねじ締めドライバ）、力センサ１２、および力制御装置１６を備え、把持回転装置１４により所定の螺合部品１を把持し所定の軸心を中心に回転させ、力センサ１２によりロボットアーム先端５（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の外力を検出し、力制御装置１６により力センサ１２で検出した軸方向外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端５を力制御するので、特性の異なる螺合部品（雄ねじ、ボルト、ナット等）であっても、ばね等の交換や、段取り等なしに、被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材等）にねじ締めを正確かつ確実に行うことができる。
【００５０】
また、例えば垂直多関節ロボットによるねじ締めにおいて、ロボットアーム先端５に把持回転装置１４（例えばねじ締めドライバ）を取り付け、ロボットアーム先端５（すなわち、ねじ締めドライバ）に作用する軸方向の押付力を力制御により調整することによって、初期押付力Ｆ１、ねじ締め中に必要な押付力、ねじ締め最後に必要な大きな押付力Ｆ２のすべてを適切な値にすることができる。
さらに、インピーダンス（ばね定数）についても制御パラメータを設定するだけで変更できるため、ねじやワークの特性に応じて容易に修正することができる。
【００５１】
従って、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１） ねじ締めの進行に応じて常に適切な押し付け圧力を与えることができるため、高速・高精度なねじ締めが可能となる。
（２） 対象となるねじやワークの特性に応じて、容易にインピーダンス（ばね定数）を変更できる。
（３） ねじ締めのためだけに必要とされる機構を追加する必要がない。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 螺合部品（ボルト、雄ねじ、ナット等）、
２ 被螺合部材、２ａ 被螺合部（雌ねじ穴、雄ねじ部材）、
３ テーブル、４ ロボット、５ ロボットアーム先端、
６ ロボット制御装置、
１０ 自動ねじ締め装置、１２ 力センサ（ロードセル）、
１４ 把持回転装置（ねじ締めドライバ）、１６ 力制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置と、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する力制御装置とを備えた、ことを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置とを備え、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する、ことを特徴とする自動ねじ締め装置の制御方法。
【請求項３】
前記押付力は、所定の螺合部品に対し予め設定された初期押付力又は最大押付力からなり、
初期押付力は、ねじ締め開始時において螺合部品が外れずかつ傾かない小さい値であり、
最大押付力は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値である、ことを特徴とする請求項２に記載の自動ねじ締め装置の制御方法。
【請求項１】
ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置と、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する力制御装置とを備えた、ことを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
ロボットアーム先端に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサと、
該力センサに取り付けられ、所定の螺合部品を把持し所定の軸心を中心に回転駆動する把持回転装置とを備え、
前記力センサで検出した前記軸方向の外力が予め設定した押付力となるようにロボットアーム先端を力制御する、ことを特徴とする自動ねじ締め装置の制御方法。
【請求項３】
前記押付力は、所定の螺合部品に対し予め設定された初期押付力又は最大押付力からなり、
初期押付力は、ねじ締め開始時において螺合部品が外れずかつ傾かない小さい値であり、
最大押付力は、ねじ締めトルクによる最大カムアウト力より大きい値である、ことを特徴とする請求項２に記載の自動ねじ締め装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６４５１４（Ｐ２０１０−２６４５１４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５１０９（Ｐ２００９−１１５１０９）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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