特許 6397510 ロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397510

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20180913BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   B23P19/06 J

   B23P19/06 P

   B25J13/08 Z

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-565598(P2016-565598)

(86)(22)【出願日】2014年12月25日

(86)【国際出願番号】JP2014006476

(87)【国際公開番号】WO2016103298

(87)【国際公開日】20160630

【審査請求日】2017年4月3日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹林 潤

(72)【発明者】

【氏名】倉岡 修平

(72)【発明者】

【氏名】水本 裕之

(72)【発明者】

【氏名】山根 秀士

【審査官】 井上 信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１８０７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５９９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２８９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−４６６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−８３１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３０９６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｐ １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端が雄螺子の頭部と相補的な形状に形成され、該雄螺子の頭部と係合することによって、前記雄螺子に対する前記雄螺子の軸線周りの位置関係が固定される保持軸と、前記保持軸を該保持軸の軸線周りに回転駆動する保持軸駆動部と、を有し、前記保持軸は、前記保持軸駆動部に対し、回転力受け取り可能で且つ該保持軸の軸線方向に所定距離相対的に移動可能に構成されている螺子回し機構と、
前記保持軸駆動部に対し前記保持軸を基端から先端に向う方向に付勢する付勢部と、
前記保持軸の軸線方向における前記保持軸の前記保持軸駆動部に対する相対的な位置を検出する位置検出部と、
前記螺子回し機構を保持し、前記螺子回し機構を移動させるロボット本体と、
前記ロボット本体を制御し、且つ前記ロボット本体と協調して作業を行う外部軸として前記保持軸駆動部を制御するロボットコントローラと、を備える、ロボットシステム。

【請求項2】

前記ロボット本体は、多関節ロボットである、請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記ロボットコントローラは、前記保持軸と係合した雄螺子の締め動作を行う際に、前記保持軸の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御し、且つ前記保持軸駆動部が前記保持軸を回転駆動するための電流が目標トルクに対応する制限電流に達したか否かの判定に基づいて前記保持軸の回転駆動を停止するように前記螺子回し機構を制御する、請求項１又は２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記ロボットコントローラに接続され、前記保持軸と係合する係合部を有し、該係合部の負荷トルクを検出するトルクセンサを更に備え、
前記ロボットコントローラは、前記保持軸を移動させて該保持軸と前記係合部とを係合させ、前記保持軸駆動部に所定の電流が供給されるよう制御し、該電流と前記トルクセンサが検出した前記負荷トルクとを関連付けてテーブルを作成し、該テーブルに基づいて前記制限電流を算出する、請求項３に記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記ロボットコントローラは、前記雄螺子と該雄螺子に対応する雌螺子孔とを螺合させた後に前記雄螺子を前記雌螺子孔に螺入させる際に、前記雄螺子の螺入動作開始位置から該螺入動作開始位置と螺入動作終了位置との間の基準位置に前記雄螺子が位置している間は該基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも回転速度が高くなるように前記保持軸駆動部を制御する、請求項１乃至４の何れかに記載のロボットシステム。

【請求項6】

先端が雄螺子の頭部と相補的な形状に形成され、該雄螺子の頭部と係合することによって、前記雄螺子に対する前記雄螺子の軸線周りの位置関係が固定される保持軸と、前記保持軸を該保持軸の軸線周りに回転駆動する保持軸駆動部と、を有し、前記保持軸は、前記保持軸駆動部に対し、回転力受け取り可能で且つ該保持軸の軸線方向に所定距離相対的に移動可能に構成されている螺子回し機構と、
前記保持軸駆動部に対し前記保持軸を基端から先端に向う方向に付勢する付勢部と、
前記保持軸の軸線方向における前記保持軸の前記保持軸駆動部に対する相対的な位置を検出する位置検出部と、
前記螺子回し機構を保持し、前記螺子回し機構を移動させるロボット本体と、
前記ロボット本体を制御し、且つ前記ロボット本体と協調して作業を行う外部軸として前記保持軸駆動部を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、前記保持軸と係合した雄螺子の締め動作を行う際に、前記保持軸の回転角度位置に位置及び回転速度の少なくとも一方を制御し、且つ前記保持軸駆動部が前記保持軸を回転駆動するための電流が目標トルクに対応する制限電流に達したか否かの判定に基づいて前記保持軸の回転駆動を停止するように前記螺子回し機構を制御する、ロボットシステムの制御方法。

【請求項7】

前記ロボットコントローラに接続され、前記保持軸と係合する係合部を有し、該係合部の負荷トルクを検出するトルクセンサを更に備え、
前記ロボットコントローラは、前記保持軸を移動させて該保持軸と前記係合部とを係合させ、前記保持軸駆動部に所定の電流が供給されるよう制御し、該電流と前記トルクセンサが検出した前記負荷トルクとを関連付けてテーブルを作成し、該テーブルに基づいて前記制限電流を算出する、請求項６に記載のロボットシステムの制御方法。

【請求項8】

前記ロボットコントローラは、前記雄螺子と該雄螺子に対応する雌螺子孔とを螺合させた後に前記雄螺子を前記雌螺子孔に螺入させる際に、前記雄螺子の螺入動作開始位置から該螺入動作開始位置と螺入動作終了位置との間の基準位置に前記雄螺子が位置している間は該基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも速度が高くなるように前記保持軸駆動部を制御する、請求項６又は７に記載のロボットシステムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来からロボットにより螺子の締付を行う装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

この装置は、ロボット本体と、ナットランナー制御部によって制御されるナットランナーと、ロボット本体及びナットランナー制御部に接続され、ロボット本体及びナットランナー制御部に指令信号を出力することによりナットランナー制御部を介してナットランナーを制御するロボット制御部を備える。これによって、螺子の締め付けを自動で行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−３３１４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、近年、ロボットによる螺子の締付をますます高速に且つきめ細かく行うことが求められている。しかし、従来の装置では、ナットランナーとロボットとの協調を高速に且つきめ細かく行うことが困難であるという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明のある態様に係るロボットシステムは、先端が雄螺子の頭部と相補的な形状に形成され、該雄螺子の頭部と係合することによって、前記雄螺子に対する前記雄螺子の軸線周りの位置関係が固定される保持軸と、前記保持軸を該保持軸の軸線周りに回転駆動する保持軸駆動部と、を有する螺子回し機構と、前記螺子回し機構を保持し、前記螺子回し機構を移動させるロボット本体と、前記ロボット本体を制御し、且つ前記ロボット本体と協調して作業を行う外部軸として前記保持軸駆動部を制御するロボットコントローラと、を備える。

【0007】

この構成によれば、ロボット本体を制御するロボットコントローラが保持軸駆動部をも制御するので、従来技術のような２つのコントローラ間のやりとりのための所定のプロトコルによる通信が不要になり、ロボット本体と螺子回し機構との協調動作の遅延を少なくすることができる。よって、螺子回し作業を高速に且つきめ細かく行うことができる。

【0008】

また、螺子回し機構の構成を簡素化することができ、製造に有利、且つ製造コストも安価となる。

【0009】

前記ロボット本体は、多関節ロボットであってもよい。

【0010】

この構成によれば、多関節ロボットの制御の中で、螺子締めロボットを制御することができる。

【0011】

前記ロボットコントローラは、前記保持部と係合した雄螺子の締め動作を行う際に、前記保持軸の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御し、且つ前記保持軸駆動部が前記保持軸を回転駆動するための電流が目標トルクに対応する制限電流に達したか否かの判定に基づいて前記保持軸の回転駆動を停止するように前記螺子回し機構を制御してもよい。

【0012】

この構成によれば、ロボットコントローラの外部軸としての保持軸駆動部の駆動電流を利用して螺子の締め付けトルクを検出するので、螺子締めをきめ細かく行うことができ、且つ専用のトルクセンサが不要になる。

【0013】

前記ロボットコントローラに接続され、前記保持軸と係合する係合部を有し、該係合部の負荷トルクを検出するトルクセンサを更に備え、前記ロボットコントローラは、前記保持軸を移動させて該保持軸と前記係合部とを係合させ、前記保持軸駆動部に所定の電流が供給されるよう制御し、該電流と前記トルクセンサが検出した前記負荷トルクとを関連付けて前記テーブルを作成し、該テーブルに基づいて前記制限電流を算出してもよい。

【0014】

この構成によれば、螺子の目標締付トルクと実際の締付トルクの乖離を自動で防止することができる。

【0015】

前記ロボットコントローラは、前記雄螺子と該雄螺子に対応する雌螺子孔とを螺合させた後に前記雄螺子を前記雌螺子に螺入させる際に、前記雄螺子の螺入動作開始位置から該螺入動作開始位置と螺入動作終了位置との間の基準位置に前記雄螺子が位置している間は該基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも回転速度が高くなるように前記保持軸駆動部を制御してもよい。

【0016】

この構成によれば、螺子締めを迅速に行うことができる。

【0017】

前記保持軸は、前記保持軸駆動部に対し、回転力受け取り可能で且つ該保持軸の軸線方向に所定距離相対的に移動可能に構成され、前記保持軸駆動部に対し前記保持軸を基端から先端に向う方向に付勢する付勢部と、前記保持軸の軸線方向における前記保持軸の前記保持軸駆動部に対する相対的な位置を検出する位置検出部と、を更に備えていてもよい。

【0018】

この構成によれば、螺子締め中に保持軸駆動部を所定位置に位置させたまま螺子締めを行うことができるので、ロボットコントローラによる制御を簡素化することができる。

【0019】

上記課題を解決するため、本発明のある態様に係るロボットシステムの制御方法は、先端が雄螺子の頭部と相補的な形状に形成され、該雄螺子の頭部と係合することによって、前記雄螺子に対する前記雄螺子の軸線周りの位置関係が固定される保持軸と、前記保持軸を該保持軸の軸線周りに回転駆動する保持軸駆動部と、を有する螺子回し機構と、前記螺子回し機構を保持し、前記螺子回し機構を移動させるロボット本体と、前記ロボット本体を制御し、且つ前記ロボット本体と協調して作業を行う外部軸として前記保持軸駆動部を制御するロボットコントローラと、を備え、前記ロボットコントローラは、前記保持部と係合した雄螺子の締め動作を行う際に、前記保持軸の回転角度位置に位置及び回転速度の少なくとも一方を制御し、且つ前記保持軸駆動部が前記保持軸を回転駆動するための電流が目標トルクに対応する制限電流に達したか否かの判定に基づいて前記保持軸の回転駆動を停止するように前記螺子回し機構を制御するよう構成されている。

【0020】

この構成によれば、ロボットコントローラの外部軸としての保持軸駆動部の駆動電流を利用して螺子の締め付けトルクを検出するので、螺子締めをきめ細かく行うことができ、且つ専用のトルクセンサが不要になる。

【0021】

前記ロボットコントローラに接続され、前記保持軸と係合する係合部を有し、該係合部の負荷トルクを検出するトルクセンサを更に備え、前記ロボットコントローラは、前記保持軸を移動させて該保持軸と前記係合部とを係合させ、前記保持軸駆動部に所定の電流が供給されるよう制御し、該電流と前記トルクセンサが検出した前記負荷トルクとを関連付けて前記テーブルを作成し、該テーブルに基づいて前記制限電流を算出してもよい。

【0022】

この構成によれば、螺子の目標締付トルクと実際の締付の乖離を自動で防止することができる。

【0023】

前記ロボットコントローラは、前記雄螺子と該雄螺子に対応する雌螺子孔とを螺合させた後に前記雄螺子を前記雌螺子に螺入させる際に、前記雄螺子の螺入動作開始位置から該螺入動作開始位置と螺入動作終了位置との間の基準位置に前記雄螺子が位置している間は該基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも速度が高くなるように前記保持軸駆動部を制御してもよい。

【0024】

この構成によれば、螺子締めを迅速に行うことができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明は、螺子回し作業を高速に且つきめ細かく行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施の形態１に係るロボットシステムの構成例を概略的に示す図である。

【図2】図１のロボットシステムの螺子回し機構の構成例を示す要部断面図である

【図3】図１のロボットシステムのロボットコントローラの構成例を概略的に示すブロック図である。

【図4A】図１のロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。

【図4B】図１のロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。

【図4C】図１のロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。

【図4D】図１のロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。

【図5A】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、螺子取り動作の動作例を示す図である。

【図5B】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、螺子取り動作の動作例を示す図である。

【図5C】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、螺子取り動作の動作例を示す図である。

【図6A】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、仮締め動作の動作例を示す図である。

【図6B】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、仮締め動作の動作例を示す図である。

【図6C】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、仮締め動作の動作例を示す図である。

【図6D】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、仮締め動作の動作例を示す図である。

【図7A】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、本締め動作の動作例を示す図である。示す図である。

【図7B】図１のロボットシステムの動作例を示す図であり、本締め動作の動作例を示す図である。

【図8】図１のロボットシステムの動作例における、サーボアンプの電流検出部が検出した保持軸駆動部に対して出力する電流値の変化、及び保持軸位置検出部が検出した保持軸の位置の変化を示すグラフであり、仮締め動作における変化を示すグラフである。

【図9】図１のロボットシステムの動作例における、サーボアンプの電流検出部が検出した保持軸駆動部に対して出力する電流値の変化、及び保持軸位置検出部が検出した保持軸の位置の変化を示すグラフであり、本締め動作における変化を示すグラフである。

【図10】本発明の実施の形態２に係るロボットシステムの制御方法の構成例を概略的に示す図である。

【図11】図１０のロボットシステムの制御方法のロボットコントローラの構成例を概略的に示すブロック図である。

【図12】図１０のロボットシステムの制御方法の制限電流算出テーブルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（本発明の着眼点）
本発明者等は、ロボットによる螺子の締付を高速に且つきめ細かく行うことを鋭意検討した。そして、従来技術には以下の欠点が存在することに着眼した。

【0028】

螺子締め作業は、一般的に、仮締め及び本締め、螺子の螺子孔への螺入時における回転速度調整、締め付けトルクの管理等を含む。具体的に説明すると、２つの物品を複数の螺子を用いて締結する場合、締付力を均一に分散するために、複数の螺子を仮締めした後本締めする。この場合、ナットランナーをロボットにより複数の螺子締め箇所へ順次移動させながら螺子締めを行うが、そのためには、螺子締めの都度、螺子締め箇所に到達したことをロボットがナットランナーに通知し、且つ螺子締め作業が終了したことをナットランナーがロボットに通知する必要がある。また、螺子を螺子孔に螺入する場合、確実に螺子の軸心と螺子孔の中心軸とを一致させるために、低い回転速度で螺子を螺子孔に螺入し、その後、回転速度を所定の回転速度に上げて螺子を締め付ける。この場合、螺子締めが進行するに連れて螺子が前進する。もし、ナットランナーにおける螺子への回転力の伝達部位であるソケットを螺子の前進に追従させるためにナットランナーをロボットによって移動させる方法を採用するのであれば、螺子の前進に関する情報（回転速度、螺子の位置等）をリアルタイムでナットランナーがロボットに提供する必要がある。また、螺子締めの質を担保するために、締め付けトルクを管理するが、この場合、ナットランナーが、締め付けトルクを検知してそれが許容範囲内にあることをロボットに通知する必要がある。

【0029】

このように、ナットランナーをロボットに装着して螺子締め作業を行う場合、ナットランナーとロボットとが協調する必要がある。

【0030】

しかし、ナットランナーとロボットとは、それぞれ別個のコントローラによって制御され、且つ２つのコントローラ間の指令やデータ等のやりとりは所定のプロトコルによる通信によって行われる。そのため、２つのコントローラ間の指令やデータ等のやりとりに時間を要することから、ナットランナーとロボットとの協調を高速に且つきめ細かく行うことが困難である。

【0031】

そこで、本発明者等は、この従来技術の欠点を克服すべく、先端が雄螺子の頭部と相補的な形状に形成され、該雄螺子の頭部と係合することによって、前記雄螺子に対する前記雄螺子の軸線周りの位置関係が固定される保持軸と、前記保持軸を該保持軸の軸線周りに回転駆動する保持軸駆動部と、を有する螺子回し機構と、前記螺子回し機構を保持し、前記螺子回し機構を移動させるロボット本体と、前記ロボット本体を制御し、且つ前記ロボット本体と協調して作業を行う外部軸として前記保持軸駆動部を制御するロボットコントローラと、を備える、ロボットシステムの発明を想到した。

【0032】

本発明によれば、ロボット本体を制御するロボットコントローラが保持軸駆動部をも制御するので、従来技術のような２つのコントローラ間のやりとりのための所定のプロトコルによる通信が不要になり、ロボット本体と螺子回し機構との協調動作の遅延を少なくすることができる。よって、螺子回し作業を高速に且つきめ細かく行うことができる。また、螺子回し機構の構成を簡素化することができ、製造に有利、且つ製造コストも安価となる。

【0033】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0034】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るロボットシステム１００の構成例を概略的に示す図である。

【0035】

ロボットシステム１００は、螺子の締付作業に用いることができるものである。

【0036】

図１に示すように、ロボットシステム１００は、螺子回し機構１と、ロボット本体２と、ロボットコントローラ３とを備える。

【0037】

［ロボット本体］
ロボット本体２は、例えば、多関節型の産業用ロボット（多関節ロボット）である。ロボット本体２は、基部２１と、多関節のアーム２２と、アーム駆動部２３（図３参照）とを有する。

【0038】

基部２１は、床面等の載置面に設置される台であり、アーム２２を支えている。

【0039】

アーム２２は、例えば、複数の関節を備え、基端部が基部２１に対して回動可能に連結されている。

【0040】

アーム駆動部２３は、駆動軸を回転駆動させることにより、螺子回し機構１を動作領域内の所定位置に位置させるようにアーム２２の関節軸を駆動し、螺子回し機構１を移動させる。アーム駆動部２３は、アーム駆動部２３の駆動軸の回転角度位置、回転速度を検出するエンコーダ２３ｅ（図３参照）を備える。

【0041】

［螺子回し機構］
図２は、ロボットシステム１００の螺子回し機構１の構成例を示す要部断面図である。

【0042】

図２に示すように、螺子回し機構１は、保持軸１１と、保持軸駆動部１３とを備える。また、本実施の形態において、螺子回し機構１は、軸支持部１２と、保持軸位置検出部１４と、支持枠１５を備える。

【0043】

保持軸１１は、先端部に雄螺子８の頭部８ａと係合する係合部１１ａを有する。係合部１１ａは、保持軸１１の軸線Ｌ１の延在方向から見て、例えば略正六角形の凸状に形成されている。また、雄螺子８の頭部８ａには雄螺子８の軸方向から見て、略正六角形の溝が形成され、係合部１１ａと相補的な形状に形成されている。すなわち、係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａは、互いの軸線及び軸線Ｌ１周りの角度位置（位相）を一致させることにより、係合させることができるようになっている。そして、係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａを係合させることによって、雄螺子８に対する雄螺子８の軸線周りの相対的な位置関係が固定されるように構成されている。通常、保持軸１１の係合部１１ａが雄螺子８の頭部８ａの形状に応じた形状となるように、保持軸１１は使用する雄螺子８の種類に応じて複数用意される。

【0044】

また、保持軸１１は、基端部に後述する軸支持部１２の先端部に着脱可能に構成された接続部１１ｂを有する。

【0045】

また、保持軸１１は、磁石であり、磁性体で構成された雄螺子８を引き寄せることができるように構成されている。よって、係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａとを係合させることによって、雄螺子８を保持軸１１に係止することができる。

【0046】

軸支持部１２は、保持軸１１を支持し、保持軸駆動部１３の回転駆動力を保持軸１１に伝達する。本実施の形態において、軸支持部１２は、固定軸３１と、可動軸３２と、ばね３３とを有する。

【0047】

固定軸３１は、軸線Ｌ１の延在方向に延びる棒状に形成されている。

【0048】

可動軸３２は、軸線Ｌ１の延在方向に延びる棒状に形成されている。可動軸３２は、先端部に、接続部３２ａを有する。接続部３２ａは、保持軸１１の接続部１１ｂに着脱可能に構成され、保持軸１１を係合部１１ａの形状が使用する雄螺子８の種類に応じた形状のものに交換することができるようになっている。

【0049】

また、可動軸３２の接続部３２ａ、及び保持軸１１を係合部１１ａは、可動軸３２の接続部３２ａに保持軸１１の接続部１１ｂを取り付けることによって、少なくとも、軸線Ｌ１周りの相対的な位置関係が固定されるように構成されている。したがって、可動軸３２を回転させると、同時に保持軸１１も回転するように構成されている。

【0050】

また、可動軸３２は、基端部に係合凹部３２ｂを有する。係合凹部３２ｂは、軸線Ｌ１の延在方向から見て、固定軸３１の先端部に嵌められ、固定軸３１に対して軸線Ｌ１の延在方向に摺動させることができるように構成されている。これによって、保持軸１１は、第１位置Ｐ１と、第１位置Ｐ１から軸線Ｌ１の保持軸１１の先端から基端に向かう方向に動かし、固定軸３１の基端に近づけた第２位置Ｐ２との間を動かすことができるように構成されている。すなわち、保持軸１１は、保持軸駆動部１３に対し、回転力受け取り可能で且つ保持軸１１の軸線方向に距離Ｄ１相対的に移動可能に構成されている。

【0051】

そして、可動軸３２の係合凹部３２ｂは、軸線Ｌ１の延在方向から見て、固定軸３１の先端部と相補的な形状に形成され、可動軸３２と固定軸３１とは、軸線Ｌ１周りの相対的な位置関係が固定されるように構成されている。具体的には、係合凹部３２ｂ及び固定軸３１の先端部が、互いに微小な隙間を有して嵌合する非円形（例えば多角形、外周に凹凸を有する円形等）の断面を有するように形成される。したがって、固定軸３１を回転させると、固定軸３１と共に可動軸３２及び保持軸１１が回転するように構成されている。

【0052】

ばね３３は、圧縮コイルばねであり、固定軸３１の外側であって、固定軸３１の基端部と可動軸３２の基端部との間に位置するように固定軸３１に嵌められ、両端部がそれぞれ固定軸３１の基端部及び可動軸３２の基端部に当接している。したがって、ばね３３は、固定軸３１の基端部と可動軸３２の基端部とを互いに離間するように付勢している。したがって、通常の状態において、可動軸３２は、第１位置Ｐ１に位置するように構成され、保持軸１１が第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かって押し付けられることによって、ばね３３の付勢力に抗して保持軸１１が第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かって移動するように構成されている。

【0053】

なお、ばね３３は、圧縮コイルばねに限定されない。例えば、引張コイルばねを用いて、通常の状態において、可動軸３２は、第１位置Ｐ１に位置するように構成され、保持軸１１が第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かって押し付けられることによって、ばね３３の付勢力に抗して保持軸１１が第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かって移動するように構成してもよい。また、ばね３３は、コイルばねに限定されるものではなく、ガスばねでもよい。

【0054】

なお、第１位置Ｐ１は、第１位置Ｐ１に位置する可動軸３２が支持枠１５のガイド部１５ａ又はその近傍の部位に当接し、軸線Ｌ１方向において第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かう側に移動しないように規制されることによって規定されている。

【0055】

保持軸駆動部１３は、軸支持部１２を介して、保持軸１１を軸線Ｌ１周りに回転駆動する。保持軸駆動部１３は、例えばサーボモータである。保持軸駆動部１３の駆動軸１３ａは、固定軸３１の基端部に固定的に連結されている。したがって、保持軸駆動部１３は、その駆動力によって、固定軸３１、可動軸３２、及び保持軸１１を回転させ、これによって、保持軸１１と係合する雄螺子８の螺子締め作業を行うことができるように構成されている。また、駆動軸１３ａは、駆動軸１３ａの角度位置及び回転速度を検出するエンコーダ１３ｅ（図３参照）を備える。

【0056】

支持枠１５は、例えば円筒状に構成され、固定軸３１及び可動軸３２の外側に嵌められている。そして、支持枠１５の基端部は、保持軸駆動部１３を支持している。上述の通り、保持軸駆動部１３の駆動軸１３ａと固定軸３１とは固定されているので、支持枠１５と固定軸３１との軸線Ｌ１の延在方向における相対的な位置関係は固定されている。

【0057】

保持軸位置検出部１４は、軸線Ｌ１の延在方向における保持軸１１の軸支持部１２に対する相対的な位置を検出するものである。

【0058】

また、ガイド部１５ａが支持枠１５の先端部と可動軸３２との間に介在するように設けられている。ガイド部１５ａは、可動軸３２が支持枠１５に対して軸線Ｌ１の軸線方向に移動可能に案内すると共に、軸線Ｌ１周りに回転可能に案内する。

【0059】

保持軸位置検出部１４は、例えば、レーザー変位計であるセンサ本体４１と、反射板４２と、反射板支持部４３とを有する。

【0060】

センサ本体４１は、軸線Ｌ１と平行に伸びる軸線Ｌ２上に配設され、反射板４２に対してレーザー光を照射し、反射板４２からの反射光によって反射板４２との距離を検出することができるように構成されている。センサ本体４１は、支持枠１５に取り付けられている。したがって、センサ本体４１は、固定軸３１に対する軸線Ｌ１の延在方向における相対的な位置関係は固定されている。

【0061】

反射板４２は、軸線Ｌ２上に配設され、反射板支持部４３を介して支持枠１５に取り付けられている。

【0062】

反射板支持部４３は、支持軸４３ａと、支持軸連結部４３ｂと、支持軸案内部４３ｃと、を備える。支持軸４３ａは、軸線Ｌ１と平行に伸びる軸線Ｌ２に沿って延び、基端部に反射板４２が取り付けられている。支持軸連結部４３ｂは、可動軸３２に軸受けを介して取り付けられている。よって、支持軸連結部４３ｂは可動軸３２に対して軸線Ｌ１周りに相対的に回転するように構成されている。一方、支持軸連結部４３ｂは可動軸３２に対して軸線Ｌ１の延在方向に動かないように固定されて取り付けられている。そして、支持軸４３ａの先端が支持軸連結部４３ｂに取り付けられている。支持軸案内部４３ｃは、支持枠１５に固着されている。また、支持軸案内部４３ｃは、軸線Ｌ２と同軸の挿通孔を有し、当該挿通孔には支持軸４３ａが挿通されている。よって、支持軸案内部４３ｃは、支持軸４３ａを軸線Ｌ２の延在方向に案内するように構成されている。一方、支持軸案内部４３ｃは、支持軸４３ａが軸線Ｌ２の延在方向と直交する平面において動かないように規制している。

【0063】

したがって、上述の通り、支持軸連結部４３ｂは可動軸３２に対して軸線Ｌ１の延在方向に動かないように固定されて取り付けられ、更に支持軸案内部４３ｃは、支持軸４３ａを軸線Ｌ２の延在方向に案内するように構成されているので、保持軸１１及び可動軸３２が支持枠１５に対して軸線Ｌ１の延在方向に相対的に移動すると、保持軸１１及び可動軸３２と共に支持軸連結部４３ｂ、支持軸４３ａ、及び反射板４２が支持枠１５に対して軸線Ｌ１の延在方向に相対的に移動する。一方、センサ本体４１は、上述の通り、支持枠１５に取り付けられているので、保持軸１１及び可動軸３２の移動に伴って移動しない。よって、軸線Ｌ１の延在方向におけるセンサ本体４１と反射板４２との距離が変化し、当該距離の変化をセンサ本体４１が検出するように構成されている。すなわち、保持軸位置検出部１４は、軸線Ｌ１の延在方向における保持軸１１の保持軸駆動部１３に対する相対的な位置を検出することができるように構成されている。

【0064】

また、上述の通り、支持軸連結部４３ｂは可動軸３２に対して軸線Ｌ１周りに相対的に回転するように構成され、更に支持軸案内部４３ｃは支持軸４３ａが軸線Ｌ２の延在方向と直交する平面において動かないように規制しているので、可動軸３２が軸線Ｌ１周りに回転しても反射板４２及び反射板支持部４３は可動軸３２と共に回転しないように構成されている。よって、反射板４２が軸線Ｌ２上から外れないようになっている。

【0065】

［ロボットコントローラ］
図３は、ロボットコントローラ３の構成を概略的に表すブロック図である。以下、図３を参照しながら、ロボットシステム１００の制御系統について説明する。

【0066】

ロボットコントローラ３は、ロボット本体２の周辺に配置され、ロボット本体２の関節軸及びロボット本体２以外の制御対象軸の位置制御、速度制御、又は電流制御を行う。このロボット本体２以外の制御対象軸がロボットコントローラ３の外部軸を構成する。そして、本実施の形態において、ロボットコントローラ３は、外部軸として、保持軸駆動部１３の駆動軸１３ａの制御を行う。したがって、ロボットコントローラ３は、ロボット本体２の関節軸の制御を行うように、螺子回し機構１の保持軸駆動部１３の駆動軸１３ａの制御も行うことができるように構成されている。すなわち、ロボット本体２を操作する者からみて、ロボット本体２に対する動作命令と同様の動作命令を用いて螺子回し機構１を制御することができ、多関節ロボットの制御の中で、螺子締めロボットを制御することができる。よって、螺子回し機構１が独自の動作命令に基づいて動作する場合と比較してロボットシステム１００の構成を簡素なものとすることができる。よって、製造に有利、且つ製造コストも安価となる。以下、ロボットコントローラ３の構成について詳述する。

【0067】

ロボットコントローラ３は、例えば、ＣＰＵ等の演算器を有する制御部５１と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリを有する記憶部５４と、アーム駆動部２３及び保持軸駆動部１３に対応するサーボアンプ５２とを備えている。

【0068】

制御部５１は、目標角度位置、目標回転速度、又は目標トルクを決定し、サーボアンプを介して、アーム駆動部２３及び保持軸駆動部１３の駆動を制御する。制御部５１は、集中制御する単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。

【0069】

サーボアンプ５２は、サーボモータであるアーム駆動部２３及び保持軸駆動部１３のサーボ制御を行うものである。すなわち、サーボアンプ５２は、制御部５１において決定された目標角度位置、目標回転速度、又は目標トルクに対する現在値との偏差を０にするように追従制御を行う。そして、サーボアンプ５２は、アーム駆動部２３及び保持軸駆動部１３に対して出力する電流値を検出する電流検出部（図示せず）を備える。

【0070】

アーム駆動部２３のエンコーダ２３ｅ（図３参照）及び保持軸駆動部１３のエンコーダ１３ｅから出力された回転角度位置情報及び回転速度情報、並びに保持軸位置検出部１４から出力された保持軸１１の位置情報は、制御部５１に入力される。また、サーボアンプ５２の電流検出部で検出されたサーボアンプ５２からアーム駆動部２３及び保持軸駆動部１３に対して出力された電流の電流値情報も制御部５１に入力される。

【0071】

記憶部５４には所定の制御プログラムが記憶されていて、制御部がこれらの制御プログラムを読み出して実行することにより、螺子回し機構１及びロボット本体２の動作が制御される。また、記憶部５４には、サーボアンプ５２から保持軸駆動部１３に対して出力された電流値と、当該電流値に対応する保持軸駆動部１３の締め付けトルクとの関係を示す制限電流算出テーブルＴを記憶している。

【0072】

更に、記憶部５４には、螺子回し機構１の後述する螺子取りアプローチ位置Ｐａ、螺子取り位置Ｐｂ、螺子取り退避位置Ｐｃ、仮締めアプローチ位置Ｐｆ、仮締め位置Ｐｇ、本締めアプローチ位置Ｐｓ、及び本締め位置Ｐｔが記憶されている。また、記憶部５４には、保持軸１１の第３位置Ｐ３、第５位置Ｐ５、及び第６位置Ｐ６が記憶されている。

【0073】

［動作例］
次に、ロボットシステム１００の動作例を説明する。

【0074】

図４Ａは、本発明の実施の形態におけるロボットシステム１００の動作例を示すフローチャートである。

【0075】

まず、図４Ａに示すように、制御部５１は、螺子回し機構１を移動させ螺子置台１１０にセット（保持）されている雄螺子８を保持軸１１に保持させる螺子取り動作を行う（ステップＳ１）。例えば、雄螺子８は、螺子置台１１０（図６Ａ参照）の挿通孔１１０ａに挿通されて螺子置台１１０に保持されている。挿通孔１１０ａは、雄螺子８の螺子軸の径よりも少し大きい径に形成され、雄螺子８を容易に引き抜くことができるように構成されている。

【0076】

そして、保持軸１１に雄螺子８が保持されると、次に、雄螺子８と螺合する雌螺子孔９が設けられている位置に雄螺子８を運び、雄螺子８と雌螺子孔９とを螺合及び螺入させる仮締め動作を行う（ステップＳ２）。

【0077】

次に、雄螺子８を所定の締め付けトルクで締め付ける本締め動作を行う（ステップＳ３）。なお、その後任意の退避位置に螺子回し機構１を移動させてもよい。以下、螺子取り動作、仮締め動作、及び本締め動作の詳細について説明する。

【0078】

＜螺子取り動作＞
図４Ｂは、ロボットシステム１００の動作例を示すフローチャートであり、螺子取り動作について説明するものである。

【0079】

図５Ａ〜Ｃは、ロボットシステム１００の動作例を示す図である。

【0080】

まず、図５Ａに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、螺子取りアプローチ位置Ｐａに螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ１１）。螺子取りアプローチ位置Ｐａは、保持軸１１の係合部１１ａが螺子置台１１０に保持されている雄螺子８の頭部８ａと対峙する位置であり、且つ雄螺子８の軸線と保持軸１１の軸線Ｌ１とが一致する位置である。

【0081】

次に、図５Ｂに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、軸線Ｌ１に沿って螺子回し機構１を動かし、螺子取り位置Ｐｂに螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ１２）。螺子取り位置Ｐｂは、螺子取りアプローチ位置Ｐａの軸線Ｌ１の延在方向において保持軸１１を雄螺子８に近づける側（保持軸１１の基端から先端に向かう側）に設定され、更に、保持軸１１の係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａの軸線Ｌ１周りの角度位置が一致していれば、保持軸１１は、ばね３３の付勢力に抗して第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向に少し押し込まれた第３位置Ｐ３に位置した状態で雄螺子８と係合する位置である。

【0082】

なお、雄螺子８を螺子置台１１０にセットする際は、通常、雄螺子８の軸線周りの角度位置はランダムにセットされるため、保持軸１１の係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａの軸線Ｌ１周りの角度位置が一致しない可能性がある。この場合、図５Ｃに示すように、螺子取り位置Ｐｂに位置する螺子回し機構１の保持軸１１の係合部１１ａは、雄螺子８の頭部８ａの溝に嵌らずに頭部８ａに乗り上げ、第３位置Ｐ３よりも更に第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向に押し込まれる。

【0083】

次に、制御部５１は、保持軸位置検出部１４から出力された保持軸１１の位置情報に基づき、保持軸１１が第３位置Ｐ３に位置するか否かを判定する（ステップＳ１３）。上述の通り、保持軸１１の係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａとが係合していれば保持軸１１は第３位置Ｐ３に位置する。一方、保持軸１１と雄螺子８とが係合してなければ保持軸１１は第３位置Ｐ３よりも更に第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向に距離ｄ１押し込まれる。よって、当該判定を行うことによって、保持軸１１の係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａとが係合しているかを判定することができる。

【0084】

そして、制御部５１は、保持軸１１が第３位置Ｐ３に位置してないと判定すると（ステップＳ１３においてＮｏ）、次に、制御部５１は、保持軸１１を回転させる（ステップＳ１４）。このとき、保持軸１１の係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａの軸線Ｌ１周りの角度位置が一致すると、ばね３３の付勢力によって、保持軸１１の係合部１１ａは雄螺子８の頭部８ａの溝に押し込まれ、保持軸１１の係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａとが係合する。そして、再度、保持軸１１が第３位置Ｐ３に位置するか否かを判定する。すなわち、保持軸１１の係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａの軸線Ｌ１周りの角度位置が一致するまで保持軸１１を回転させる。これによって、保持軸１１と雄螺子８とを係合させることができる。そして、保持軸１１と雄螺子８とが係合すると、磁石である保持軸１１は、磁性体で構成された雄螺子８を引き寄せ、保持軸１１は雄螺子８に保持される。

【0085】

そして、制御部５１は、保持軸１１が第３位置Ｐ３に位置していると判定すると（ステップＳ１３においてＹｅｓ）、制御部５１は、螺子回し機構１を螺子取り退避位置Ｐｃに位置させる（ステップＳ１５）。これによって、雄螺子８は螺子置台１１０から引き抜かれる。そして、螺子取り動作を終了する。

【0086】

＜仮締め動作＞
図４Ｃは、ロボットシステム１００の動作例を示すフローチャートであり、仮締め動作について説明するものである。

【0087】

図６Ａ〜Ｄは、ロボットシステム１００の動作例を示す図である。

【0088】

図８は、ロボットシステム１００の動作例における、サーボアンプ５２の電流検出部が検出した保持軸駆動部１３に対して出力する電流値の変化、及び保持軸位置検出部１４が検出した保持軸１１の位置の変化を示すグラフであり、仮締め動作における変化を示すグラフである。

【0089】

まず、図６Ａに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、仮締めアプローチ位置Ｐｆに雄螺子８を保持軸１１に保持させた螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ２１）。仮締めアプローチ位置Ｐｆは、保持軸１１が保持する雄螺子８の先端が雌螺子孔９の端部と対峙する位置に設定され、且つ雄螺子８を螺合させる雌螺子孔９の軸線と保持軸１１の軸線Ｌ１とが一致する位置である。

【0090】

次に、図６Ｂに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、軸線Ｌ１に沿って螺子回し機構１を動かし、仮締め位置Ｐｇに螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ２２）。仮締め位置Ｐｇは、仮締めアプローチ位置Ｐｆの軸線Ｌ１の延在方向において雄螺子８を雌螺子孔９に近づける側（保持軸１１の基端から先端に向かう側）に設定され、更に、保持軸１１に保持されている雄螺子８の先端と雌螺子孔９の端部とが当接する位置である。この状態において、保持軸１１は、ばね３３の付勢力に抗して第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向に大きく押し込まれた位置に位置するように仮締め位置Ｐｇは構成される。この位置は、第１位置Ｐ１からの距離が、雄螺子８の螺子軸の螺子溝が切られた部分の長さよりも長くなるように構成されるのが好ましい。そして、制御部５１は、保持軸位置検出部１４から入力された保持軸１１の軸線Ｌ１方向における位置を、第４位置Ｐ４として、記憶部５４に格納する。

【0091】

次に、制御部５１は、保持軸駆動部１３を駆動し、保持軸１１を雄螺子８の締め方向に低速で回転させる（ステップＳ２３）。これは、雄螺子８と雌螺子孔９とを螺合させるかかり動作である。このとき、制御部５１は、保持軸１１の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御する。

【0092】

そして、雄螺子８の螺子山の先端と雌螺子孔９の螺子溝の先端の軸線Ｌ１周りの角度位置が一致し、雄螺子８と雌螺子孔９とが螺合する（かかる）と、雄螺子８が雌螺子孔９に螺入していく。これによって、保持軸位置検出部１４から入力された保持軸１１の位置と第４位置Ｐ４との差が大きくなる。

【0093】

次に、制御部５１は、保持軸位置検出部１４から入力された保持軸１１の位置と第４位置Ｐ４との差（変位）が所定の値よりも大きくなったと判定するまで保持軸１１を雄螺子８の締め方向に低速で回転させる（ステップＳ２４）。当該所定の値は、雄螺子８と雌螺子孔９とが確実に螺合したときの螺入深さ寸法に応じた値に設定されることが好ましく、例えば、雄螺子８の螺子ピッチの１／２の値である。

【0094】

なお、上述の通り、保持軸１１は、ばね３３によって、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって付勢されているので、雄螺子８が雌螺子孔９に沈み込むと、これに追従して保持軸１１は第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動するように構成されている。よって、雌螺子孔９が螺子回し機構１から離れても保持軸１１の係合部１１ａと雄螺子８の頭部８ａとの係合状態が維持されるように構成されている。したがって、螺子回し機構１を所定位置に位置させたまま螺子締めを行うことができる。よって、ロボットコントローラ３による制御内容を簡素化することができる。なお、雄螺子８と雌螺子孔９とが螺合した際の雄螺子８の位置（回転角度位置）が螺入動作開始位置を構成する。

【0095】

次に、雄螺子８が雌螺子孔９にかかると、制御部５１は、保持軸１１を雄螺子８の締め方向に速度Ｖ１（図８参照）で回転させる（ステップＳ２５）。このとき、制御部５１は、保持軸１１の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御する。

【0096】

次に、図６Ｃに示すように、制御部５１は、第５位置Ｐ５に保持軸１１が位置するまで保持軸１１を速度Ｖ１で回転させる（ステップＳ２６）。第５位置Ｐ５に保持軸１１が位置したことは、例えば、保持軸１１の回転角度位置、又は保持軸位置検出部１４から入力された保持軸１１の軸線Ｌ１方向における位置に基づいて検出される。

【0097】

そして、制御部５１は、保持軸１１が第５位置Ｐ５に位置したと判定すると、次に、保持軸１１を頭部８ａの締め方向に速度Ｖ２で回転させる（ステップＳ２７）。速度Ｖ２は、速度Ｖ１よりも低い速度である（図８参照）。このとき、制御部５１は、保持軸１１の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御する。なお、保持軸１１が第５位置Ｐ５に位置している時の雄螺子８の位置が基準位置を構成する。

【0098】

このように、制御部５１は、雄螺子８と雌螺子孔９とを螺合させた後、雄螺子８を雌螺子孔９に螺入させる際に、雄螺子８の螺入動作開始位置から基準位置との間に前記雄螺子が位置している間は基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも回転速度が高くなるように構成されている。これによって、雄螺子８と雌螺子孔９の螺合を速やかに行うことができる。

【0099】

次に、制御部５１は、電流値Ｉｒが仮締め電流閾値Ｉａに到達したか否かを判定する（ステップＳ２８）。この判定は、図６Ｄに示すように、雄螺子８の頭部８ａの座着面が着座したかを判定するものである。すなわち、図８に示すように、雄螺子８の頭部８ａの座着面が着座すると、雄螺子８の回転速度が急激に低下又は雄螺子８の回転が停止する。よって、目標回転角度位置又は目標回転速度と現在値との差が急拡大し、位置制御又は速度制御によって保持軸駆動部１３の制御を行っているサーボアンプ５２は、目標回転角度位置又は目標速度に対する現在値との偏差を縮小させようと保持軸駆動部１３に供給する電流を急激に増大させる。よって、制御部５１は、この急激に増大する電流値を捕捉することができる値に設定された電流閾値Ｉａを用いて、この値と電流値Ｉｒとを比較し、電流値Ｉｒが仮締め電流閾値Ｉａに到達したか否かを判定することによって、雄螺子８の頭部８ａの座着面が着座したかを判定することができる。なお、仮締め電流閾値Ｉａは、後述する本締め電流閾値Ｉｂよりも小さい値となるように設定される。これによって、過大なトルクで雄螺子８が締め付けられ、雄螺子８又は雌螺子孔９が破損することを防止することができる。

【0100】

また、上述の通り、速度Ｖ２は速度Ｖ１よりも低い速度となるように構成されているので、雄螺子８の頭部８ａの座着面が着座してから仮締め動作を終了させるまでの間に過大なトルクで雄螺子８が締め付けられ、雄螺子８又は雌螺子孔９が破損することを防止することができる。

【0101】

そして、制御部５１は、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達していないと判定する間は（ステップＳ２８においてＮｏ）、保持軸１１を回転させ（ステップＳ２７）、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達すると（ステップＳ２８においてＹｅｓ）、保持軸１１の回転を停止する（ステップＳ２９）。なお、保持軸１１の回転を停止した際の雄螺子８の位置（回転角度位置）が螺入動作終了位置を構成する。

【0102】

したがって、制御部５１は、雄螺子８と雌螺子孔９とを螺合させた後に雄螺子８を雌螺子孔９に螺入させる際に、雄螺子８の螺入動作開始位置から螺入動作開始位置と螺入動作終了位置との間の基準位置に雄螺子８が位置している間は基準位置から螺入動作終了位置までの回転速度よりも回転速度が高くなるように前記保持軸駆動部を制御するように構成されている。

【0103】

そして、仮締め動作を終了する。

【0104】

＜本締め動作＞
図４Ｄは、ロボットシステム１００の動作例を示すフローチャートであり、本締め動作について説明するものである。

【0105】

図７Ａ、図７Ｂは、ロボットシステム１００の動作例を示す図である。

【0106】

図９は、ロボットシステム１００の動作例における、サーボアンプ５２の電流検出部が検出した保持軸駆動部１３に対して出力する電流値の変化、及び保持軸位置検出部１４が検出した保持軸１１の位置の変化を示すグラフであり、本締め動作における変化を示すグラフである。

【0107】

まず、図７Ａに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、本締めアプローチ位置Ｐｓに螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ３１）。本締めアプローチ位置Ｐｓは、保持軸１１の係合部１１ａが雌螺子孔９と螺合する雄螺子８の頭部８ａと対峙する位置であり、且つ雄螺子８の軸線と保持軸１１の軸線Ｌ１とが一致する位置である。

【0108】

次に、図７Ｂに示すように、制御部５１は、ロボット本体２を制御して、軸線Ｌ１に沿って螺子回し機構１を動かし、本締め位置Ｐｔに螺子回し機構１を位置させる（ステップＳ３２）。本締め位置Ｐｔは、本締めアプローチ位置Ｐｓの軸線Ｌ１の延在方向において保持軸１１を雄螺子８に近づける側（保持軸１１の基端から先端に向かう側）に設定され、更に、保持軸１１の係合部１１ａ及び雄螺子８の頭部８ａの軸線Ｌ１周りの角度位置が一致していれば、保持軸１１は、ばね３３の付勢力に抗して第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向かう方向に押し込まれた第６位置Ｐ６に位置した状態で雄螺子８と係合する位置である。

【0109】

次に、制御部５１は、ステップＳ３３〜Ｓ３４を実行し、保持軸１１と雄螺子８とを係合させるが、当該動作は、上記ステップＳ１３〜Ｓ１４と同様であるので、その説明を省略する。

【0110】

なお、仮締め動作が終了した後、保持軸１１と雄螺子８とを係合させたまま本締め動作を行う場合は、上記動作を省略することができる。

【0111】

次に、制御部５１は保持軸１１を締め方向にゆっくりと回転させる（ステップＳ３５）。このとき、制御部５１は、保持軸１１の回転角度位置及び回転速度の少なくとも一方を制御する。

【0112】

次に、制御部５１は、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達し、且つ保持軸１１が回転していないか否かを判定する（ステップＳ３６）。すなわち、制御部５１は、保持軸駆動部１３が保持軸１１を回転駆動するための電流が本締め電流閾値Ｉｂが達したか否かの判定を含む判定を行う。

【0113】

図９に示すように、本締め電流閾値Ｉｂは、上記本締め電流閾値Ｉｂは、予め決定される値であり、予め規定されている雄螺子８の締付トルクに対応する電流値に基づく値である。本実施の形態において、本締め電流閾値Ｉｂは、制御部５１が記憶部５４に記憶されている制限電流算出テーブルＴを参照し、予め規定されている雄螺子８の締付トルクに対応する電流を算出することによって算出される。したがって、制御部５１は、本締め電流閾値Ｉｂと電流値Ｉｒとを比較し、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂに到達したか否かを判定することによって、予め規定されている締付トルクで雄螺子８が締め付けられているか否かを判定することができる。更に、本実施の形態において、制御部５１は、保持軸１１が回転していないか否かの判定も行っているので、より確実に予め規定されている締付トルクで雄螺子８が締め付けられているか否かを判定することができる。

【0114】

そして、ロボットシステム１００は、ロボットコントローラ３の外部軸としての保持軸駆動部１３の駆動電流を利用して雄螺子８の締め付けトルクを検出するので、螺子締めをきめ細かく行うことができ、且つ専用のトルクセンサが不要になる。

【0115】

なお、制御部５１は、上記判断に加え、例えば保持軸１１の変位が検出されない状態にあるか否かについても同時に判断すれば、更に正確に雄螺子８を締め付けることができる。

【0116】

そして、制御部５１は、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達していない、又は電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達していても保持軸１１が回転していると判定する間は（ステップＳ３６においてＮｏ）、保持軸１１を回転させ（ステップＳ３５）、電流値Ｉｒが本締め電流閾値Ｉｂ（制限電流）に到達し、且つ保持軸１１が回転していないと判定すると（ステップＳ３６においてＹｅｓ）、保持軸１１の回転を停止する（ステップＳ３７）。保持軸１１の回転の停止は、例えば、目標回転速度を０にすることによって行われる。なお、これに限られるものではなく、制御部５１が保持軸１１の回転を停止するためのブレーキ装置を制御して、保持軸１１にブレーキをかけることによって、保持軸１１の回転を停止させてもよい。

【0117】

そして、制御部５１は、保持軸１１の制御を終了し、本締め動作を終了する。

【0118】

なお、本締め動作を終了する前に、制御部５１は保持軸１１を緩め方向に回転させてもよい。これによって、保持軸１１の係合部１１ａを雄螺子８の頭部８ａの溝から容易に抜くことができる。

【0119】

以上に説明したように、本発明のロボットシステム１００は、ロボット本体２を制御するロボットコントローラ３が保持軸駆動部１３をも制御するので、従来技術のような２つのコントローラ間のやりとりのための所定のプロトコルによる通信が不要になり、ロボット本体２と螺子回し機構１との協調動作の遅延を少なくすることができる。よって、螺子回し作業を高速に且つきめ細かく行うことができる。

【0120】

また、螺子回し機構１の構成を簡素化することができ、製造に有利、且つ製造コストも安価となる。

【0121】

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るロボットシステム２００の構成例を概略的に示す図である。図１１は、ロボットコントローラ３の構成を概略的に表すブロック図である。

【0122】

図１０に示すように、ロボットシステム２００は、螺子回し機構１と、ロボット本体２と、ロボットコントローラ３と、トルクセンサ２０４とを備える。螺子回し機構１、ロボット本体２、及びロボットコントローラ３の構成は、上記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0123】

トルクセンサ２０４は、螺子回し機構１の保持軸１１と係合する係合部２０５を有する。そして、トルクセンサ２０４は、係合部２０５の負荷トルクを検出するように構成されている。図１１に示すように、トルクセンサ２０４が検出した負荷トルク値は、制御部５１に入力される。

【0124】

［動作例］
次に、ロボットシステム２００の動作例を説明する。

【0125】

まず、制御部５１は、ロボット本体２を制御して保持軸１１を移動させて、保持軸１１と係合部２０５とを係合させる。

【0126】

次に、制御部５１は、保持軸駆動部１３に供給する第１の電流値を決定し、保持軸駆動部１３に第１の電流値で電流が供給されるよう制御する。これによって、保持軸１１が回転し、係合部２０５を所定のトルクで締め付け、トルクセンサ２０４が負荷トルクを検出する。

【0127】

次に、制御部５１は、トルクセンサ２０４が検出した負荷トルク値と第１の電流値とを関連付ける。

【0128】

そして、上記動作を繰り返し実行し、異なる電流値である第１〜第Ｎの電流値と、これらの電流値にそれぞれ関連付けられた負荷トルク値とを得る。

【0129】

そして、上記第１〜第Ｎの電流値と、これらの電流値にそれぞれ関連付けられた負荷トルク値に基づいて近似式を算出し、これを、図１２に示すように制限電流算出テーブルＴとして決定する。

【0130】

このように、ロボットシステム２００は、螺子の目標締付トルクと実際の締付トルクの乖離を自動で防止することができる。

【0131】

（実施の形態３）
上記実施の形態１において、螺子回し機構１は、ばね３３によって保持軸１１を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって付勢されるように構成し、雄螺子８が雌螺子孔９に沈み込むと、これに追従して保持軸１１は第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動するように構成した。これに代えて、ロボット本体２が保持軸１１を第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって付勢し、雄螺子８が雌螺子孔９に沈み込むと、これに追従して螺子回し機構１の保持軸１１が第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって移動するように、制御部５１がロボット本体２を制御してもよい。このとき、保持軸位置検出部１４による保持軸１１の位置の検出に代えて、ロボット本体２の関節軸の角度軸に基づいて螺子回し機構１の保持軸１１の位置を検出するように構成されてもよい。

【0132】

このように構成することによって、更に螺子回し作業を高速に且つきめ細かく行うことができる。

【0133】

（実施の形態４）
上記実施の形態１において、保持軸１１は、ばね３３によって、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって付勢されるように構成した。これに代えて、保持軸１１は、サーボモータ等の駆動部の駆動力によって、第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に向かって付勢されるように構成してもよい。これによって、任意の付勢力で保持軸１１を付勢することができるので螺子回し作業を更にきめ細かく行うことができる。

【0134】

（実施の形態５）
上記実施の形態１において、制御部５１は、可動軸３２に装着されている保持軸１１を、雄螺子８の種類に応じた形状のものに交換するように螺子回し機構１及びロボット本体２を制御するように構成されていてもよい。

【0135】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【符号の説明】

【0136】

Ｉａ 仮締め電流閾値
Ｉｂ 本締め電流閾値
Ｉｒ 電流値
Ｌ１ 軸線
Ｌ２ 軸線
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐ３ 第３位置
Ｐ４ 第４位置
Ｐ５ 第５位置
Ｐ６ 第６位置
Ｐａ 螺子取りアプローチ位置
Ｐｂ 螺子取り位置
Ｐｃ 螺子取り退避位置
Ｐｆ 仮締めアプローチ位置
Ｐｇ 仮締め位置
Ｐｓ 本締めアプローチ位置
Ｐｔ 本締め位置
Ｔ 制限電流算出テーブル
１ 螺子回し機構
２ ロボット本体
３ ロボットコントローラ
８ 雄螺子
８ａ 頭部
９ 雌螺子孔
１１ 保持軸
１１ａ 係合部
１１ｂ 接続部
１２ 軸支持部
１３ 保持軸駆動部
１３ａ 駆動軸
１３ｅ エンコーダ
１４ 保持軸位置検出部
１５ 支持枠
２１ 基部
２２ アーム
２３ アーム駆動部
２３ｅ エンコーダ
２４ アーム駆動部
３１ 固定軸
３２ 可動軸
３２ａ 接続部
３２ｂ 係合凹部
３３ ばね
４１ センサ本体
４２ 反射板
４３ 反射板支持部
４３ａ 支持軸
４３ｂ 支持軸連結部
４３ｃ 支持軸案内部
５１ 制御部
５２ サーボアンプ
５４ 記憶部
１００ ロボットシステム
１１０ 螺子置台
１１０ａ 挿通孔
２００ ロボットシステム
２０４ トルクセンサ
２０５ 係合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】