特許 6985838 ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボット

(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】6985838

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボット

(51)【国際特許分類】

   B23P 19/06 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B23P19/06 M

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-145708(P2017-145708)

(22)【出願日】2017年7月27日

(65)【公開番号】特開2019-25567(P2019-25567A)

(43)【公開日】2019年2月21日

【審査請求日】2020年6月11日

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(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】竹村 進一

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 朝美

(72)【発明者】

【氏名】町野 元康

【審査官】 三宅 達

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／１０４０２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−０１９５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０８１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０２４０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｐ １９／００−２１／００

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームの先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットを用いて第１物品に第２物品をネジにより締結するネジ締め方法であって、
前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、
前記方法は、
前記ロボットの前記ナットランナにより前記ネジを保持する工程（ａ）と、
その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させる工程（ｂ）と、
その後、前記ロボットにより前記ナットランナに保持された前記ネジを、当該ネジを前記第１物品の前記ネジ孔に螺入する回転方向に、回転させながら当該ネジの向きを、前記第１物品の前記ネジ孔の延伸方向に変える工程（ｃ）と、
その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入する工程（ｄ）と、を含む、ネジ締め方法。

【請求項2】

前記ネジ孔の延伸方向が、前記ネジ孔の中心軸が延伸する方向である、請求項１に記載のネジ締め方法。

【請求項3】

第１物品に第２物品をネジにより締結するネジ締め用ロボットであって、
前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、
前記ロボットは、
先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットアームと、
前記ロボットアーム及びナットランナの動作を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記ナットランナが前記ネジを保持し、
その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させ、
その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジを、当該ネジを前記第１物品の前記ネジ孔に螺入する回転方向に、回転させながら当該ネジの向きを、前記第１物品の前記ネジ孔の延伸方向に変え、
その後、前記ナットランナ及び前記ロボットアームが、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入するよう、前記ロボットアーム及び前記ナットランナの動作を制御するよう構成されている、ネジ締め用ロボット。

【請求項4】

前記ネジ孔の延伸方向が、前記ネジ孔の中心軸が延伸する方向である、請求項３に記載のネジ締め用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来からロボットを用いたボルト（ネジ）締め方法が知られている。例えば、特許文献１には、先端にナットランナが取り付けられたロボットアームにおいて、ナットランナの出力軸に交換自在に連結される少なくとも２個のソケットが、待機位置で上向き姿勢になってボルトを受け取り、その後、使用位置への移動時に締め付け姿勢になり、その姿勢でボルトを締結する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２２０１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、ナットランナを用いてボルト締めする場合、一般に、ボルトがボルト孔の入り口で斜めになってボルト孔に噛み付く場合がある。このような問題が発生する理由は、上記従来技術のように、ナットランナに保持されたボルトを、ボルト孔から離れた位置で締め付け姿勢、すなわち、ボルト孔の中心軸の延伸方向を向いた姿勢にし、その状態でボルトを前進させてボルト孔に螺入しようとする場合、ナットランナの作動誤差、ナットランナとボルト孔との相対的な位置ズレ等により、ボルトの中心軸とボルト孔の中心軸とが許容限度以上にズレる（一致しない）場合があり、そのような場合にボルトをボルト孔に螺入しようとすると、ボルトが、締結対象部材のボルト孔の周囲部分に接触して傾き、噛み付くのであると推定される。ボルトはネジの一種であるので、この問題はネジのカテゴリーに属する締結部材に共通する問題である。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ネジが噛み付くことを防止可能な、ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様（aspect）係るネジ締め方法は、ロボットアームの先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットを用いて第１物品に第２物品をネジにより締結するネジ締め方法であって、前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、前記方法は、前記ロボットの前記ナットランナにより前記ネジを保持する工程（ａ）と、その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させる工程（ｂ）と、その後、前記ロボットにより前記ナットランナに保持された前記ネジを回転させながら当該ネジの向きを、前記ネジ孔の延伸方向に変える工程（ｃ）と、その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入する工程（ｄ）と、を含む。

【0007】

また、本発明の他の態様（aspect）に係るネジ締め用ロボットは、第１物品に第２物品をネジにより締結するネジ締め用ロボットであって、前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、前記ロボットは、先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットアームと、前記ロボットアーム及びナットランナの動作を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記ナットランナが前記ネジを保持し、その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させ、その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジを回転させながら当該ネジの向きを、前記ネジ孔の延伸方向に変え、その後、前記ナットランナ及び前記ロボットアームが、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入するよう、前記ロボットアーム及び前記ナットランナの動作を制御するよう構成されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ネジが噛み付くことを防止可能な、ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボットを提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るボルト締め方法に用いるロボット（ボルト締め用ロボット）の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本実施形態のボルト締め方法（図１のボルト締め用ロボットの動作）を示すフローチャートである。

【図3A】図３Ａは、ナットランナに保持されたボルトの先端部を、ボルトを傾けた状態で、第２物品のボルト挿通孔の入口部の内周面に接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図3B】図３Ｂは、ナットランナに保持されたボルトの向きを、第１物品のボルト孔の延伸方向に変えた後の状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図3C】図３Ｃは、ナットランナに保持されたボルトをボルト孔に螺入した状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図4】図４は、第２物品のザグリ穴を有しないボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図5】図５は、第２物品の切削加工により形成されたザグリ穴を有するボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図6】図６は、第２物品の屈曲加工により形成されたザグリ穴を有するボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【図7】図７は、第２物品のザグリ穴を有するビス挿通孔の入口部の内周面に、皿ビスを傾けた状態で、皿ビスの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態に係るネジ締め方法は、ロボットアームの先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットを用いて第１物品に第２物品をネジにより締結するネジ締め方法であって、前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、前記方法は、前記ロボットの前記ナットランナにより前記ネジを保持する工程（ａ）と、その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させる工程（ｂ）と、その後、前記ロボットにより前記ナットランナに保持された前記ネジを回転させながら当該ネジの向きを、前記第１物品の前記ネジ挿通孔の延伸方向に変える工程（ｃ）と、その後、前記ロボットにより、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入する工程（ｄ）と、を含む。ここで、「第１物品には・・・ネジ孔が設けられ」とは、第１物品に直接ネジ孔が形成されている場合と、第１物品にネジ孔を有するナットサート（ブラインドナット又はポップナット）が取り付けられている場合と、を含む意味である。「ネジ」は、円筒状又は円錐状の周面に螺旋状の突起（ネジ山）が形成された締結部材の総称であり、ボルト、ビス、小ネジを含む。ネジは、一般に、ネジ締め工具による回転力を受ける頭部と、頭部から延出し、その周面にネジ山が形成された胴部とを有する。「ネジ挿通孔」は、ネジが第１物品のネジ孔に螺止された時に当該ネジの胴部を収容する孔を意味し、当該ネジの頭部を収容するザグリ穴を含まない。「ネジ挿通孔の入口部の内周面」は、ネジ挿通孔の入口の縁（第２物品のネジ挿通孔が開口する表面とネジ挿通孔の内周面とによって形成される角）を含む。「第１物品のネジ孔に第２物品のネジ挿通孔が重なる」とは、第１物品のネジ孔の中心軸と第２物品のネジ挿通孔の中心軸とが略（実質的に）一致することを意味する。

【0011】

この構成によれば、第２物品のネジ挿通孔の入り口部の内周面に、ネジを傾けた状態でネジの先端部を接触させると、ネジが、ネジ挿通孔に対して点接触する。この状態から、ネジを回転させながら当該ネジの向きをネジ孔の延伸方向に変えると、その過程で、ネジの先端がネジ挿通孔の入り口部に案内され、最終的に、ネジの中心軸が第１物品のネジ孔の中心軸にほぼ一致する。この状態でネジを、第１物品のネジ孔に螺入するので、噛み付くことなくネジがネジ孔に螺止される。

【0012】

前記ネジ挿通孔の延伸方向が、前記ネジ挿通孔の中心軸が延伸する方向であってもよい。

【0013】

この構成によれば、好適にネジの噛み付きを防止することができる。

【0014】

また、本発明の実施形態に係るネジ締め用ロボットは、第１物品に第２物品をネジにより締結するロボットであって、前記第１物品には雌ネジが形成されたネジ孔が設けられ、前記第２物品には前記ネジを挿通するためのネジ挿通孔が設けられ、且つ、前記第１物品の前記ネジ孔に前記第２物品の前記ネジ挿通孔が重なるように前記第１及び第２物品が配置されており、前記ロボットは、先端部にナットランナが取り付けられた多関節型のロボットアームと、前記ロボットアーム及びナットランナの動作を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記ナットランナが前記ネジを保持し、その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジの先端部を、前記ネジを傾けた状態で、前記第２物品の前記ネジ挿通孔の入口部の内周面に接触させ、その後、前記ロボットアームが前記ナットランナに保持された前記ネジを回転させながら当該ネジの向きを、前記第１物品の前記ネジ孔の延伸方向に変え、その後、前記ナットランナ及び前記ロボットアームが、前記ナットランナに保持された前記ネジを前記ネジ孔に螺入するよう、前記ロボットアーム及び前記ナットランナの動作を制御するよう構成されている。

【0015】

この構成によれば、第２物品のネジ挿通孔の入り口部に、ネジを傾けた状態でネジの先端部を接触させると、ネジが、ネジ挿通孔に対して点接触する。この状態から、ネジを回転させながら当該ネジの向きをネジ孔の延伸方向に変えると、その過程で、ネジの先端がネジ挿通孔の入り口部に案内され、最終的に、ネジの中心軸が第１物品のネジ孔の中心軸にほぼ一致する。この状態でネジを、第１物品のネジ孔に螺入するので、噛み付くことなくネジがネジ孔に螺入される。

【0016】

前記ネジ挿通孔の延伸方向が、前記ネジ挿通孔の中心軸が延伸する方向であってもよい。

【0017】

この構成によれば、好適にネジの噛み付きを防止することができる。

【0018】

以下、具体的な本発明の実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。以下では、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。

【0019】

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るボルト締め方法に用いるロボット（ボルト締め用ロボット）の構成を示す模式図である。

【0020】

図１を参照すると、本実施形態では、ネジとしてボルトが用いられる。本実施形態に係るボルト締め方法は、ボルト締め用ロボット（以下、単にロボットという）１０を用いて行われる。

【0021】

本実施形態のボルト締めでは、第１物品に第２物品がボルトにより締結される。第１物品及び第２物品は、ボルトにより締結される物品であればよい。以下には、例えば、第１物品が自動車の車体であり、第２物品が自動車のドアである場合が例示される。

【0022】

ロボット１０は多関節型のロボットであればよい。ロボット１０は、動作プログラムに従って自動で動作するものでもよく、操作器によって操作されるものでもよい。以下には、ロボットが動作プログラムによって動作するロボットが例示される。

【0023】

［ロボット１０の構成］
本実施形態のロボット１０は、ロボットアーム１と、ロボットアーム１の先端に装着されたナットランナ２と、制御器３と、を備える。ロボットアーム１と制御器３とがロボット１０を構成する。

【0024】

ロボットアーム１は、基台１５と、基台１５に支持された腕部１３と、腕部１３の先端に支持され、エンドエフェクタとしてのナットランナ２が装着される手首部１４とを備えている。

【0025】

ロボットアーム１は、図１に示すように３以上の複数の関節ＪＴ１〜ＪＴ６を有する多関節ロボットアームであって、複数のリンク１１ａ〜１１ｆが順次連結されて構成されている。より詳しくは、第１関節ＪＴ１では、基台１５と、第１リンク１１ａの基端部とが、鉛直方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第２関節ＪＴ２では、第１リンク１１ａの先端部と、第２リンク１１ｂの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第３関節ＪＴ３では、第２リンク１１ｂの先端部と、第３リンク１１ｃの基端部とが、水平方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第４関節ＪＴ４では、第３リンク１１ｃの先端部と、第４リンク１１ｄの基端部とが、第４リンク１１ｃの長手方向に延びる軸回りに回転可能に連結されている。第５関節ＪＴ５では、第４リンク１１ｄの先端部と、第５リンク１１ｅの基端部とが、リンク１１ｄの長手方向と直交する軸回りに回転可能に連結されている。第６関節ＪＴ６では、第５リンク１１ｅの先端部と第６リンク１１ｆの基端部とが、ネジり回転可能に連結されている。そして、第６リンク１１ｆの先端部にはメカニカルインターフェースが設けられている。このメカニカルインターフェースには、ロボットアーム１の作業内容に対応したエンドエフェクタとしてのナットランナ２が着脱可能に装着される。

【0026】

上記の第１関節ＪＴ１、第１リンク１１ａ、第２関節ＪＴ２、第２リンク１１ｂ、第３関節ＪＴ３、及び第３リンク１１ｃから成るリンクと関節の連結体によって、ロボットアーム１の腕部１３が形成されている。また、上記の第４関節ＪＴ４、第４リンク１１ｄ、第５関節ＪＴ５、第５リンク１１ｅ、第６関節ＪＴ６、及び第４リンク１１ｆから成るリンクと関節の連結体によって、ロボットアーム１の手首部１４が形成されている。

【0027】

関節ＪＴ１〜ＪＴ６には、それが連結する２つの部材を相対的に回転させるアクチュエータの一例としての駆動モータ（図示せず）が設けられている。駆動モータは、例えば、制御器３から送信される制御信号によってサーボアンプを介してサーボ制御されるサーボモータである。また、関節ＪＴ１〜ＪＴ６には、駆動モータの回転角を検出するための回転角センサ（図示せず）と、駆動モータの電流を検出するための電流センサ（図示せず）とが設けられている。

【0028】

ナットランナ２は、周知のもの用いることができる。ナットランナ２の構成及び動作を周知であるので、簡単に説明する。ナットランナ２は、先端部にボルトを保持し、その保持したボルトを回転させながら送り出すことによって、ボルトをボルト孔に締結するように構成されている。なお、ボルトを保持する部分は、ナットランナ２の本体部に対し、所定範囲内で弾性的に支持されている。そのため、保持したボルトの中心軸とボルト孔の中心軸とが多少ズレていても、回転するボルトがボルト孔の雌ネジに従って進行することが許容され、それにより、ボルトを支障なくボルト孔に螺入することができる。

【0029】

制御器３は、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等からなる演算部（図示せず）と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）とにより構成される。制御器３は、記憶部に格納された所定の動作プログラムを演算部が読み出して実行することにより、ロボットアーム１及びナットランナ２の動作を制御する。具体的には、制御器３は、回転角センサの検出信号と電流センサの検出信号とをフードバック信号として用いてロボットアーム１の腕部１３及び手首部１４の制御信号を生成し、腕部１３及び手首部１４の動作をフィードバック制御する。さらに、制御器３は、上述の所定の動作プログラムに従ってナットランナ２の動作を制御する。

【0030】

［ロボット１０の動作］
次に、以上のように構成されたロボット１０の動作（本実施形態のボルト締め方法）を説明する。

【0031】

＜第１物品及び第２物品＞
最初に、ボルト締めの対象となる物品について、図１及び図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、ナットランナ２に保持されたボルト２１の先端部を、ボルト２１を傾けた状態で、第２物品３３のボルト挿通孔３３ａの入口部の内周面（ここでは、入口の縁）に接触させた状態を示す、第１物品３１及び第２物品３３の断面図である。なお、図３Ａ〜３Ｃにおいては、第１物品３１としての自動車の車体の一部及び第２物品３３としての自動車のドアの一部が、それぞれ簡略化されて示されている。また、ナットランナ２も先端部のみが簡略化されて示されている。

【0032】

第１物品３１は、第２物品が取り付けられる物品である。ここでは、例えば、自動車の車体である。第１物品３１には雌ネジが形成されたボルト孔３１ｂが設けられている。ここで、「第１物品３１には・・・ボルト孔３１ｂが設けられ」とは、第１物品３１に直接ボルト孔３１ｂが形成されている場合と、第１物品３１にボルト孔３１ｂを有するナットサート（ブラインドナット又はポップナット）３１ａが取り付けられている場合とを含む意味である。ここでは、第１物品３１には、ナットサート３１ａが取り付けられ、ナットサート３１ａのネジ孔が、ボルト２１が螺入されるボルト孔３１ｂを構成している。なお、例えば、第１物品３１にバーリング加工によりフランジ付きの下孔を形成し、当該下孔の内周面に雌ネジを形成することにより、ボルト孔３１ｂを設けてもよい。ボルト孔３１ｂは、中心軸３２を有しており、ボルト孔３１ｂの延伸方向は、中心軸３２の延伸方向と一致している。また、ボルト孔３１ｂの開口の向き（法線の方向）は、中心軸３２の延伸方向と一致している。

【0033】

第２物品３３は、第１物品３１に取り付けられる物品である。ここでは、例えば、自動車のドアである。第２物品３３には、ボルト２１が挿通されるボルト挿通孔３３ａが設けられている。ボルト挿通孔３３ａは、ボルト２１の胴部の直径より若干大きな直径を有する、第２物品３３の貫通孔で構成されている。ボルト挿通孔３３ａは、雌ネジが形成されていない平滑な内周面を有している。ボルト挿通孔３３ａは、中心軸３４を有しており、ボルト挿通孔３３ａの延伸方向は、中心軸３４の延伸方向と一致している。また、ボルト挿通孔３３ａの開口の向き（法線の方向）は、中心軸３４の延伸方向と一致している。

【0034】

そして、第１物品３１のボルト孔３１ｂの中心軸３４の延伸方向において、第１物品３１のボルト孔３１ｂに第２物品３３のボルト挿通孔３３ａが重なるように前記第１物品３１及び第２物品が配置されている。具体的には、第１物品３１のボルト孔３１ｂの中心軸３２に第２物品３３のボルト挿通孔３３ａの中心軸３４が略一致するように、第１物品３１に第２物品３３が重ねられる。この第１物品３１及び第２物品の配置は、例えば、第１物品を所定の位置に固定し、ロボット１０とは異なるロボット（図示せず）が第２物品３３を把持し、その把持した第２物品３３を第１物品３１に上述のように重ねることによって行われてもよい。

【0035】

ボルト孔３１ｂ及びボルト挿通孔３３ａは、それぞれ、１以上設けられておればよい。符号２２は、ボルト２１の中心軸を示す。

【0036】

＜ボルト締め＞
次に、ボルト締めについて、図２及び図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図２は、本実施形態のボルト締め方法（図１のボルト締め用ロボットの動作）を示すフローチャートである。図３Ａは、上述の第１物品３１及び第２物品３３の断面図である。図３Ｂは、ナットランナ２に保持されたボルト２１の向きを、第１物品３１のボルト孔３１ｂの延伸方向に変えた後の状態を示す、第１物品３１及び第２物品３３の断面図である。図３Ｃは、ナットランナ２に保持されたボルト２１をボルト孔３１ｂに螺入した状態を示す、第１物品３１及び第２物品３３の断面図である。

【0037】

図１乃至図３Ｃを参照すると、以下のロボット１０の動作（ロボットアーム１及びナットランナ２の動作）は、制御器３がロボット１０を制御することにより実現される。

【0038】

上述のように第１物品３１及び第２物品３３が配置された状態で、まず、ロボット１０のナットランナ２がボルト２１を保持する。次いで、ロボットアーム１がナットランナ２に保持されたボルト２１の先端部を、ボルト２１を傾けた状態で、第２物品３３のボルト挿通孔３３ａの入口部の内周面に接触させる（ステップＳ１、図３Ａ）。ボルト２１のボルト挿通孔３３ａの中心軸３４に対する傾斜角度は、ボルト２１の雄ネジの仕様に応じて、実験、シミュレーション、計算等により適宜決定される。

【0039】

次いで、ロボットアーム１がナットランナ２に保持されたボルト２１を回転させながら当該ボルト２１の向きを、第１物品３１のボルト孔３１ｂの延伸方向に変える（ステップＳ２、図３Ｂ）。この場合、ボルト２１を前進させないで方向を変えてもよく、ボルト２１を前進させながら方向を変えてもよい。ここでは、ボルト２１を前進させながら方向を変える。図３Ｂには、ボルト２１を前進させながら方向を変えた後の状態が示されている。

【0040】

次いで、ナットランナ２及びロボットアーム１が、ナットランナ２に保持されたボルト２１を第１物品３１のボルト孔３１ｂに螺入し、ボルト２１を螺止する（ステップＳ３、図３Ｃ）。

【0041】

これにより、ボルト締めが終了する。

【0042】

この後、第１物品３１の他のボルト孔３１ｂ及び第２物品３３の他のボルト挿通孔３３ａについて、同様の作業が行われる。

【0043】

＜作用効果＞
従来技術のように、ナットランナに保持されたボルトを、ボルト孔から離れた位置でボルト孔の中心軸の延伸方向を向いた姿勢にし、その状態でボルトを前進させてボルト孔に螺入しようとする場合、ナットランナの作動誤差、ナットランナとボルト孔との相対的な位置ズレ等により、ボルトの中心軸とボルト孔の中心軸とが許容限度以上にズレる場合があり、そのような場合にボルトをボルト孔に螺入しようとすると、ボルトが締結対象部材のボルト孔の周囲部分に接触して傾いて噛み付くと推定される。

【0044】

一方、本実施形態によれば、第２物品３３のボルト挿通孔３３ａの入り口部の内周面に、ボルト２１を傾けた状態でボルト２１の先端部を接触させる。このことが重要である。こうすると、ボルト２１が、先端部の一部がボルト挿通孔３３ａの内部に入った状態でボルト挿通孔３３ａに対して点接触する。その後、この状態から、ボルト２１を回転させながら当該ボルト２１の向きを第１物品３１のボルト孔３１ｂの延伸方向に変える。この場合、ボルト２１を前進させないで方向を変えてもよく、ボルト２１を前進させながら方向を変えてもよい。すると、ボルト２１は、ナットランナ２の本体部に対し、所定範囲内で弾性的に支持されているので、この向きが変わる過程で、ボルト２１の先端がボルト挿通孔３３ａの入り口部に接触しながら当該入り口部により案内されて、最終的にボルト２１の中心軸２２が第１物品３１のボルト孔３１ｂの中心軸３２にほぼ一致する。その後、この状態でボルト２１を、第１物品３１のボルト孔３１ｂに螺入するので、噛み付くことなくボルト２１がボルト孔３１ｂに螺止される。

【0045】

なお、この作用効果は、ネジが、皿ビス、小ネジ等であっても同様に得られる。

【0046】

＜ネジ挿通孔の内周面へのネジの接触態様＞
ネジ、ネジ挿通孔、及びネジ孔には種々の態様があり、ネジは、各態様に応じて、ネジ挿通孔の内周面に接触させられる。

【0047】

ネジには、上述のボルト、皿ビス、小ネジ等がある。ネジ挿通孔には、その前方にザグリ穴が設けられる場合とそうでない場合とがある。上述の実施形態では、ザグリ穴が設けられない。ネジ孔は、上述の実施形態のような貫通孔と、有底孔とがある。

【0048】

図４は、第２物品のザグリ穴を有しないボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。図５は、第２物品の切削加工により形成されたザグリ穴を有するボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。図６は、第２物品の屈曲加工により形成されたザグリ穴を有するボルト挿通孔の入口部の内周面に、ボルトを傾けた状態で、ボルトの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。図７は、第２物品のザグリ穴を有するビス挿通孔の入口部の内周面に、皿ビスを傾けた状態で、皿ビスの先端部を接触させた状態を示す、第１物品及び第２物品の断面図である。これらの図では、図を見易くするために、ナットランナの図示が省略されている。

【0049】

図４を参照すると、このネジ挿通孔の内周面へのネジの接触態様（以下、単に接触態様という）では、ネジがボルト２１であり、第１物品４１にネジ孔としてボルト孔４１ａが設けられている。このボルト孔４１ａは貫通孔であるが有底孔であってもよい。第２物品４３にはネジ挿通孔としてボルト挿通孔４３ａが設けられている。第２物品４３は、ボルト挿通孔４３ａの中心軸４４が第１物品４１の中心軸４２に略一致するように、第１物品４１に重ねられている。ボルト挿通孔４３ａの前方にはザグリ穴が設けられていない。

【0050】

このような接触態様では、上述の実施形態と同様にボルト２１が傾けられた状態で、ボルト２１の先端部がボルト挿通孔４３ａの入口部の内周面に接触させられる。

【0051】

図５を参照すると、この接触態様では、第２物品４３のボルト挿通孔４３ａの前方にボルト２１の頭部を収容するための円筒状のザグリ穴４３ｂが設けられている。これ以外は、図４の接触態様と同様である。この接触態様では、ボルト２１がザグリ穴４３ｂの内面に接触しないように傾けられて、ボルト２１の先端部がボルト挿通孔４３ａの入口部の内周面に接触させられる。

【0052】

図６を参照すると、この接触態様では、ネジが皿ビス２１であり、第１物品４にはネジ孔としてビス孔４１ａが設けられ、第２物品４３にはネジ挿通孔としてビス挿通孔４３ａが設けられている。そして、ビス挿通孔４３ａの前方に皿ビス２１の頭部を収容するための円錐台状のザグリ穴４３ｂが設けられている。なお、周知のように、皿ビス２１の頭部には十字状の締め具挿入凹部が形成されており、ナットランナの先端には、この締め具挿入凹部に対応する締め具が装着される。これ以外は、図５の接触態様と同様である。この接触態様では、皿ビス２１がザグリ穴４３ｂの内面に接触しないように傾けられて、皿ビス２１の先端部がビス挿通孔４３ａの入口部の内周面に接触させられる。

【0053】

図７を参照すると、この接触態様では、第２物品４３のボルト挿通孔４３ａの前方にボルト２１の頭部を収容するための円錐台状のザグリ穴４３ｂが設けられている。このザグリ穴４３ａは、板状の第２物品４３をプレス加工により屈曲させて形成される。これ以外は、図５の態様と同様である。この接触態様では、ボルト２１がザグリ穴４３ｂの内面に接触しないように傾けられて、ボルト２１の先端部がボルト挿通孔４３ａの入口部の内周面に接触させられる。

【0054】

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、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明のロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボットは、ネジが噛み付くことを防止可能な、ロボットを用いたネジ締め方法及びネジ締め用ロボットとして有用である。

【符号の説明】

【0056】

１ ロボットアーム
２ ナットランナ
３ 制御器
１０ ロボット
１３ 腕部
１４ 手首部
１５ 基台
２１ ボルト
２２ 中心軸
３１ 第１物品
３１ａ ナットサート
３１ｂ ボルト孔
３２ 中心軸
３３ 第２物品
３３ａ ボルト挿通孔
３４ 中心軸
４１ 第１物品
４１ａ ボルト孔、ビス孔
４２ 中心軸
４３ 第２物品
４３ａ ボルト挿通孔、ビス挿通孔
４３ｂ ザグリ穴
４４ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】