机器人装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够以简易的结构进行螺钉紧固作业的机器人装置。机器人装置（1）包括：臂主体（11），其具有螺钉紧固机构（30）；扭矩检测部（51b），其用于检测对臂主体（11）施加的力；以及电机控制部（51a），其在通过螺钉紧固机构（30）进行螺钉紧固作业时，基于扭矩检测部（51b）的检测结果对臂主体（11）进行控制。
【专利说明】机器人装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人装置。
【背景技术】
[0002] 近几年，使用机器人装置，在组装物体时进行螺钉紧固作业。例如，专利文献1公 开了如下的机器人装置：在具有多个关节的臂主体的前端上设置有螺钉紧固机构。专利文 献1记载的机器人装置，通过安装在螺钉紧固机构上的力传感器，检测出在螺钉紧固作业 时对螺钉紧固机构施加的力，从而对螺钉紧固机构的姿态进行控制。
[0003] 在这里，用于螺钉紧固作业的螺钉紧固机构，经由主轴单元将旋转力传递到螺钉。 主轴单元具有沿螺钉的轴向伸缩的功能，并吸收了螺钉紧固机构与螺钉在螺钉轴向上的错 位。
[0004] 【现有技术文献】
[0005] 【专利文献】
[0006] 【专利文献1】日本特开平7-214435号公报
【发明内容】
[0007] 在进行螺钉紧固作业的机器人装置的领域中，要求以简易的结构进行螺钉紧固作 业。
[0008] 因此，本发明的目的是，提供能够以简易的结构进行螺钉紧固作业的机器人装置。
[0009] 本发明的一个方案的机器人装置包括臂主体、检测部和控制部，所述臂主体具有 螺钉紧固机构；所述检测部用于检测对臂主体施加的力；所述控制部在通过螺钉紧固机构 进行螺钉紧固作业时，基于检测部的检测结果对臂主体进行控制。
[0010] 另外，本发明的另一方案的机器人装置包括臂主体、检测部和控制部，所述臂主体 进行螺钉紧固作业；所述检测部用于检测对臂主体施加的力；所述控制部在螺钉紧固作业 时，基于检测部的检测结果对臂主体进行控制。
[0011] 发明的效果
[0012] 根据本发明，能够以简易的结构进行螺钉紧固作业。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是表示一个实施方式的机器人装置的概要结构的侧视图。
[0014] 图2是表示图1的控制部的功能性结构的框图。
[0015] 图3是表示在螺钉紧固作业时由控制部进行处理的流程的流程图。
[0016] 附图标记的说明
[0017] 1…机器人装置
[0018] 11…臂主体
[0019] 30…螺钉紧固机构
[0020] 51a…电机控制部(控制部）
[0021] 51b…扭矩检测部(检测部）
[0022] 101…螺钉
【具体实施方式】
[0023] 以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，在附图的说明中，对相 同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
[0024] 如图1所示，机器人装置1由机器人臂10、螺钉紧固机构30以及控制部50构成。 机器人臂10由具有多个关节的臂主体11、以及安装在臂主体11的前端上的把持部20构 成。臂主体11具有基部12、下臂部13、前臂部14、手腕部15以及关节16、17、18。关节16? 18相对于基部12将下臂部13、前臂部14以及手腕部15进行串联连接。
[0025] 基部12具有：设置在地面上的基台12a ;和设置在基台12a上的旋转台12b。基台 12a内置有电机XI，所述电机XI使旋转台12b围绕铅直的轴（S轴）A1进行旋转。
[0026] 关节（L轴关节）16对下臂部13和旋转台12b的上部进行连接。关节16内置有 电机X2,所述电机X2使下臂部13围绕水平的轴（L轴)A2进行摆动。即、关节16使连接在 前端侧的下臂部13摆动。关节（U轴关节)17对前臂部14和下臂部13进行连接。关节17 内置有电机X3,所述电机X3使前臂部14围绕与轴A2平行的轴（U轴)A3进行摆动。即、关 节17使连接在前端侧的前臂部14摆动。关节（B轴关节）18对手腕部15和前臂部14进 行连接。关节18内置有电机X5,所述电机X5使手腕部15围绕与前臂部14的中心轴A4正 交的轴（B轴）A5进行摆动。
[0027] 前臂部14具有：串联连接的前臂连杆14a和14b。关节17这一侧的前臂连杆14a 内置有电机X4,所述电机X4使关节18这一侧的前臂连杆14b围绕前臂部14的中心轴（R 轴）A4进行旋转。
[0028] 手腕部15具有：与关节18相连接的手腕连杆15a ;以及与手腕连杆15a的前端侧 相连接的安装凸缘15b。手腕连杆15a内置有电机X6,所述电机X6使安装凸缘15b围绕手 腕部15的中心轴（T轴）A6进行旋转。在安装凸缘15b上，安装了对各种工具进行把持的 把持部20,所述各种工具用于供机器人臂10进行所期望的作业。在本实施方式中，把持部 20可把持进行螺钉紧固作业的螺钉紧固机构30。另外，在上述电机XI?X6中，可以设置 减速器以及角度传感器等。此外，电机XI?X6的配置只是一个示例，并不局限于上述的配 置。
[0029] 螺钉紧固机构30由驱动部31和钳口部32构成。驱动部31用于驱动钳口部32， 并使钳口部32旋转。钳口部32与螺钉101的头部卡合，并使螺钉101旋转。在本实施方 式中，将螺钉101拧入到工件100。另外，本实施方式的螺钉紧固机构30在驱动部31上直 接安装有钳口部32,并且不具有沿螺钉101的轴向伸缩的主轴单元。
[0030] 控制部50被连接在机器人臂10和螺钉紧固机构30上。控制部50用于控制机器 人臂10和螺钉紧固机构30,并使其执行螺钉紧固作业。更详细地说，如图2所示，控制部 50由臂控制部51和螺钉紧固机构控制部52构成。
[0031] 臂控制部51包括：电机控制部(控制部）51a和扭矩检测部(检测部）51b。电机控 制部51a对设置在机器人臂10上的电机XI?X6的驱动进行控制，并使螺钉紧固机构30 的位置和姿态移动到规定的位置和姿态。另外，在通过螺钉紧固机构30拧入螺钉101时， 电机控制部51a根据螺钉101的拧入程度，以将螺钉紧固机构30压紧在工件100这一侧的 方式来控制机器人臂10。当将螺钉紧固机构30压紧在工件100这一侧时，电机控制部51a 基于扭矩检测部51b的检测结果(对机器人臂10施加的力)，以压紧力不超过规定值的方式 来控制机器人臂10。
[0032] 另外，电机控制部51a在控制机器人臂10时，基于电机XI?X6的控制值等能够 掌握螺钉紧固机构30的前端位置。即、电机控制部51a能够掌握进行拧入作业的螺钉101 的头部的位置。
[0033] 扭矩检测部51b用于检测在电机控制部51a控制电机XI?X6时的扭矩值，并用 于检测对机器人臂10施加的力。在这里，当对机器人臂10施加的力变大时，由于需要克服 该力而使机器人臂10移动，因此控制电机XI?X6时的扭矩值变大。因而，基于电机XI? X6的扭矩值，就能够检测对机器人臂10施加的力。扭矩检测部51b将检测出的、对机器人 臂10施加的力输出到电机控制部51a。
[0034] 螺钉紧固机构控制部52包括：驱动控制部52a和扭矩检测部52b。驱动控制部52a 用于控制螺钉紧固机构30的驱动部31的电机的驱动，并使钳口部32旋转。由此，可进行 螺钉101的拧入作业。另外，当通过扭矩检测部52b检测出的、在驱动控制部52a对驱动部 31的电机进行控制时的扭矩值为规定值以上时，驱动控制部52a使钳口部32的驱动(旋转） 停止。
[0035] 扭矩检测部52b用于检测：在驱动控制部52a对设置在驱动部31上的电机进行控 制时的扭矩值。该扭矩值表示：对钳口部32施加的力。在这里，当进行螺钉紧固作业时，对 钳口部32施加的负荷变大时，由于需要克服该负荷而使钳口部32旋转，因此，对驱动部31 的电机进行控制时的扭矩值变大。另外，作为对钳口部32施加的负荷变大的情况，有如下 的情况等：即螺钉101的拧入完成且螺钉101的旋转停止的情况；或者因螺钉101倾斜地旋 入螺纹孔而使螺钉101的旋转在中途停止的情况。
[0036] 因此，基于扭矩检测部52b的检测结果，能够检测出螺钉101的旋转停止。扭矩检 测部52b对检测出的扭矩值是否为规定值以上进行判断。该规定值是指，与螺钉101的旋 转停止时的对钳口部32施加的负荷相对应的扭矩值。在检测出的扭矩值为规定值以上的 情况下，扭矩检测部52b将扭矩值为规定值以上的通知输出到驱动控制部52a。
[0037] 此外，臂控制部51和螺钉紧固机构控制部52以同一控制周期进行动作。即、扭矩 检测部51b和扭矩检测部52b在同一定时取得各电机的扭矩值，电机控制部51a和驱动控 制部52a在同一定时输出对各电机的指令从而进行控制。即、控制部50能够将机器人臂10 的电机XI?X6与驱动部31的电机作为同等的电机进行调谐控制。
[0038] 接下来，对于控制部50使用机器人臂10和螺钉紧固机构30进行螺钉101的拧入 作业的处理流程进行说明。如图3所示，臂控制部51的电机控制部51a对各电机XI?X6 进行控制，从而使机器人臂10移动到螺钉101的拧入位置(步骤S101)。此外，在使机器人 臂10移动到螺钉101的拧入位置之前，先通过把持部20来把持螺钉紧固机构30,并且，预 先将螺钉101设置在钳口部32的前端。
[0039] 然后，螺钉紧固机构控制部52的驱动控制部52a，对螺钉紧固机构30的驱动部31 的驱动进行控制，并使钳口部32旋转从而进行螺钉紧固作业(步骤S102)。此时，臂控制部 51的电机控制部51a对电机XI?X6进行控制，与螺钉101的拧入程度相对应从而将螺钉 紧固机构30压紧在工件100这一侧。并且，在将螺钉紧固机构30压紧在工件100这一侧 时，电机控制部51a基于扭矩检测部51b的检测结果，以压紧力不超过规定值的方式来控制 机器人臂10。
[0040] 然后，螺钉紧固机构控制部52的扭矩检测部52b，检测出驱动控制部52a对设置 在驱动部31上的电机进行控制时的扭矩值，并判断扭矩值是否为规定值以上(步骤S103)。 在扭矩值不是规定值以上的情况下(步骤S103 :否)，臂控制部51的电机控制部51a和螺钉 紧固机构控制部52的驱动控制部52a进行上述步骤S102的处理。另一方面，在扭矩值为 规定值以上的情况下(步骤S103 :是)，臂控制部51的电机控制部51a基于电机XI?X6的 控制值等，求出了进行拧入作业的螺钉101的头部位置。之后，电机控制部51a对螺钉紧固 作业是否正常结束、螺钉101的头部位置是否到达规定的螺钉紧固完成位置进行判断(步 骤 S104)。
[0041] 在螺钉101的头部位置到达螺钉紧固完成位置的情况下(步骤S104 :是)，螺钉紧 固机构控制部52的驱动控制部52a使钳口部32的驱动停止，并且，臂控制部51的电机控 制部51a使机器人臂10的位置返回到规定位置，从而结束了螺钉紧固作业(步骤S105)。另 一方面，在螺钉101的头部位置未到达螺钉紧固完成位置的情况下(步骤S104 :否)，臂控制 部51的电机控制部51a和螺钉紧固机构控制部52的驱动控制部52a分别控制机器人臂10 和螺钉紧固机构30,从而执行拔出螺钉101等的、在螺钉紧固作业失败时进行的错误控制 (步骤 S106)。
[0042] 本实施方式是以上述方式构成的，在螺钉紧固作业时，臂控制部51的电机控制部 51a基于扭矩检测部51b的检测结果，以螺钉紧固机构30压紧螺钉101的力不超过规定值 的方式来控制机器人臂10。像这样，通过控制机器人臂10,能够以螺钉紧固机构30压紧螺 钉101的力不超过规定值的方式进行螺钉紧固作业。因此，在螺钉紧固机构30中，不需要 设置沿螺钉101的轴向伸缩的主轴单元等，并能够简化机器人装置1的结构。
[0043] 另外，由于在螺钉紧固机构30中不需要设置沿螺钉101的轴向伸缩的主轴单元 等，因此机器人臂10能够掌握螺钉紧固机构30的前端位置(螺钉101的头部位置)。在这 里，在螺钉紧固机构30中设置有主轴单元的情况下，由于根据主轴单元的伸缩，螺钉紧固 机构30的前端位置会发生变化，因此仅根据机器人臂10的状态(形状)，而无法掌握螺钉紧 固机构30的前端位置。在本实施方式的机器人装置1中，由于能够掌握螺钉紧固机构30 的前端位置，因此，在对钳口部32施加很大的负荷而使钳口部32的旋转停止时，基于螺钉 紧固机构30的前端位置，能够容易地掌握螺钉101的螺钉紧固是否正常完成。由此，不需 要用于检测螺钉101是否正常拧入的传感器等，就能够进一步简化机器人装置1的结构。
[0044] 通过由把持部20把持螺钉紧固机构30而将螺钉紧固机构30安装在机器人臂10 上。像这样，通过相对于机器人臂10能够拆装螺钉紧固机构30,由此能够使用机器人臂10 进行除了螺钉紧固作业以外的其他作业，并能够提高机器人臂10的通用性。
[0045] 另外，通过控制部50,可以检测出把持部20是否把持了螺钉紧固机构30,在把持 了螺钉紧固机构30的期间，将驱动部31的电机与电机XI?X6进行调谐控制，在把持部20 放开了螺钉紧固机构30时则仅控制电机XI?X6。
[0046] 扭矩检测部51b检测出在对驱动了臂主体11的电机XI?X6进行控制时的扭矩 值，并将该扭矩值作为对机器人臂10施加的力。由此，不需要另外设置传感器等，就能够进 一步简化机器人装置1的结构，所述传感器仅用于检测对机器人臂10施加的力。
[0047] 另外，由于通过一个控制部50来控制机器人臂10和螺钉紧固机构30,所以在对 机器人臂10和螺钉紧固机构30进行控制时的控制定时能够相同，并能够以更好的精度来 控制机器人装置1。例如，也可以考虑分别设置对机器人臂10进行控制的控制部、以及对 螺钉紧固机构30进行控制的控制部，并经由可编程逻辑控制器（PLC)来连接这些控制部。 但是，如本实施方式这样，通过一个控制部50对机器人臂10和螺钉紧固机构30进行控制 (换言之，机器人臂10的控制部具有对螺钉紧固机构30进行控制的功能；或者螺钉紧固机 构30的控制部具有对机器人臂10进行控制的功能)，就能够简化控制部。
[0048] 以上，虽然对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述实施 方式。例如，基于驱动控制部52a对设置在驱动部31上的电机进行控制时的扭矩值，检测 出螺钉101的旋转已停止的情况，但也可以基于由电机控制部51a检测出的螺钉101的头 部位置，来检测螺钉101是否拧入到规定的位置，并通过螺钉紧固机构30而使螺钉101停 止抒入。
[0049] 虽然基于控制电机XI?X6时的扭矩值，检测了对机器人臂10施加的力，但也可 以另外设置力传感器等，来检测对机器人臂10施加的力。
[0050] 螺钉紧固机构30以相对于臂主体11能够由把持部20拆装的方式进行设置，但也 可以不使用把持部20,将螺钉紧固机构30固定在臂主体11上。
【权利要求】
1. 一种机器人装置，包括： 臂主体，其具有螺钉紧固机构； 检测部，其用于检测对所述臂主体施加的力； 以及控制部，其在通过所述螺钉紧固机构进行螺钉紧固作业时，基于所述检测部的检 测结果对所述臂主体进行控制。
2. 如权利要求1所述的机器人装置，其特征在于，所述螺钉紧固机构能够相对于所述 臂主体拆装，并且由所述臂主体把持。
3. 如权利要求1或2所述的机器人装置，其特征在于，在通过所述螺钉紧固机构进行螺 钉紧固作业时，所述控制部基于所述检测部的检测结果，对所述螺钉紧固机构进行控制。
4. 一种机器人装置，包括： 臂主体，其进行螺钉紧固作业； 检测部，其用于检测对所述臂主体施加的力； 以及控制部，其在所述螺钉紧固作业时，基于所述检测部的检测结果对所述臂主体进 行控制。
5. 如权利要求4所述的机器人装置，其特征在于，所述控制部具有如下功能：其在所述 螺钉紧固作业时，基于所述检测部的检测结果，对实施所述螺钉紧固作业的螺钉紧固机构 进行控制。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的机器人装置，其特征在于，所述检测部检测出对所 述臂主体进行驱动的电机的扭矩值，并将所述扭矩值作为对所述臂主体施加的力。
【文档编号】B23P19/06GK104057291SQ201410058444
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】小笠原伸二, 大川健, 原田敏行, 盐田晃大, 池田敏章 申请人:株式会社安川电机