JP7656820B2 - How to remove the screws - Google Patents
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Description
本発明は、締め込まれた状態のビスをロボットアームに持たせたビス緩め用工具を用いて緩めて取り外す作業において、ビスのネジ山(例えば雄ネジ)と締め込まれ側部材のネジ山(例えば雌ネジ)が引っ掛かったり、ビスを緩め方向に回すだけでは取り外すことができず締め込まれ側部材の雌ネジ穴に残ったビスを取り外す、ビス外し方法に関するものである。 This invention relates to a method for removing screws that, when using a screw loosening tool held by a robot arm to loosen and remove a screw that has been tightened, can be used when the screw's threads (e.g., male threads) get caught on the threads of the component being tightened (e.g., female threads), or when the screw cannot be removed by simply turning it in the loosening direction and remains in the female threaded hole of the component being tightened.
ビスを緩めて外すという作業は、組立て作業又は解体作業において使用頻度の高い作業であり、作業の効率化及び高速化のために、ロボットを用いた自動化が進んでいる。 Loosening and removing screws is a task that is frequently used in assembly and disassembly work, and automation using robots is becoming more common to make work more efficient and faster.
ロボットを用いてビスを緩める方法として、ロボットアームに電動ドライバ又はエアーインパクトドライバ等のビス緩め工具を保持させ、画像認識カメラで撮像した画像情報から位置情報を算出する。又は、ビスの位置情報をティーチングすることで位置合わせを行い、ビスを緩め方向に回転させてビスを緩めるという方法が一般的である。 A common method for loosening screws using a robot is to have the robot arm hold a screw-loosening tool such as an electric screwdriver or air impact driver, and calculate position information from image information captured by an image recognition camera. Alternatively, the screw's position information is taught to align it, and the screw is then rotated in the loosening direction to loosen it.
図7Aは、雄ネジ部101cの直径が一定なビス101により板状部材102が固定部103に締結されている状態を示した図である。図7Bは、ドライバ104をビス101の頭部101aに加工された駆動部(例えばプラス形状の溝)101bに差し込み、緩め方向に回転させることでビス101が固定部103の雌ネジ103bから抜け出て来る状態を示した図である。図7Cはビス101が固定部103から抜け出て自立できずに倒れてビス101が外れた状態を示す図である。
Figure 7A shows a state in which a plate-
ビス101のように雄ネジ部101cの直径が一定のビス101は、ビス101が固定部103の雌ネジ103bのネジ山とビス101の雄ネジ部101cのネジ山が、固定部103からビス101が抜け出るまで噛合った状態を維持しているため、ビス101は緩める方向に回転した分だけ抜け出てくる。
In the case of a
図8Aは雄ネジ部105cの直径が先端に向かうほど小さくなるタッピングビス105により板状部材102が固定部103に締結されている状態を示した図である。タッピングビス105は、薄い金属板材料で製作される筐体又は外装カバーの固定に用いられる。
Figure 8A shows the state in which the plate-
図8Bは、ドライバ104をタッピングビス105の駆動部105bに差し込み、緩める方向に回転させて、タッピングビス105が固定部103から抜け出て来る状態を示した図である。このとき、ドライバ104の先端が、タッピングビス105の駆動部105bから外れてタッピングビス105が空回りすることを防止するため、ドライバ104は押し付け力106でタッピングビス105の駆動部105bに密着している状態で緩める方向に回転させることが必要である。
Figure 8B shows the state in which the
ネジ山噛合い部107は、タッピングビス105の雄ネジ部105cのネジ山と、固定部3の雌ネジ部103bのネジ山が噛合っている部分を示す。緩め初期は噛合っているネジ山数が十分にあるため、押し付け力106で、タッピングビス105を押し付けても、緩める方向に回転させることでタッピングビス105は抜け出て来るが、図8Cに示すように、タッピングビス105が抜け出て来る量に比例して、ネジ山噛合い部107も減少する。加えて、タッピングビス105は先端に向かうほど直径が小さくなる形状のため、ある時点で、ネジ山が噛合うことにより発生する、抜け出て来る力108が、ドライバ104の押し付け力106より小さくなる状態になり、緩める方向に回転させても、タッピングビス105が抜け出てこずに押し戻されて、空回りする状態が発生する。
The
図8Cは、タッピングビス105が空回りして抜け出られず、固定部103の雌ネジ穴103bに取り残された状態を示す図である。板状部材102と固定部103との締結状態は解除されても、固定部103の雌ネジ部103bにタッピングビス105が取り残された状態では、板状部材102と固定部103とを分離することができない。
Figure 8C shows the state in which the tapping
このようなタッピングビス105により締結された部材を分離するような作業を人間が行う場合は、取り残されたタッピングビス105を、指先で摘まんで取り除くことで容易に次の作業へ移ることが可能である。しかしながら、ロボットを用いて作業を行う場合は、取り残されたタッピングビス105を取り除くために、タッピングビス105の状態を画像認識カメラで撮像して位置情報を取得した後に、タッピングビス105の頭部105aが摘まめるような工具に持ち替えて作業を継続する追加作業が発生する。また、タッピングビス105の頭部105aを摘まんで引き抜くときも、タッピングビス105の軸方向に直線的に引き抜こうとしても、タッピングビス105の雄ネジ部105cのネジ山と、固定部103の雌ネジ部103bのネジ山が干渉して引っ掛かった状態になるため、タッピングビス105を摘まんだ状態で、左右に揺動させたり、軸方向に押したり引いたり、複雑なロボット動作をプログラミングする必要があり、自動化における作業時間の短縮に対して課題となる。
When a human being performs a task of separating members fastened by such a tapping
特許文献1に、ロボットとカメラとを用いてビスを検出し、自動的にビスを緩める固定部材解体システムが記載されている。しかしながら、図7Aで説明した、雄ネジ部の直径が一定なビス101を対象として開発されたシステムであり、図8Cに示すような、タッピングビス105が取り残されるという課題に対しては、解決手段を持たない。
Patent Document 1 describes a fixed member dismantling system that uses a robot and a camera to detect screws and automatically loosen them. However, this system was developed for
ロボットを用いてビス外し作業を自動化する手段には、上記特許文献1の手法を適用することで可能ではあるが、雌ネジ穴に残ったタッピングビス105を抜き取るためには、ロボットが持つ工具を入れ替える、あるいは後工程で作業者が取り除くといった追加の工程が必要となり、自動化における作業時間の短縮に対して課題が残る。
Although it is possible to automate the screw removal process using a robot by applying the method described in Patent Document 1, in order to remove the tapping
そこで、本発明は、工具を持ち替えることなく、緩んで抜け出てきたビスを把持して引き抜くことを実現し、ロボットを用いたビス外し作業時間を短縮し、ロボット導入における省人化及び作業効率向上が可能なビス外し方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for removing screws that allows the user to grasp and pull out loose screws without changing tools, shortening the time required to remove screws using a robot, and reducing the number of workers required when introducing robots, while improving work efficiency.
すなわち、本発明の1つの態様にかかるビス外し方法は、
係合部の雌ネジ穴にねじ込まれたビスの頭部の駆動部にビットの先端を接触させ、前記ビスを緩める方向に前記ビットを回転させ、
前記係合部の前記雌ネジ穴から抜け出て来た前記ビスの前記頭部をコレットチャックで把持し、
前記ビスの前記頭部の前記駆動部と前記ビットの前記先端とが接触した状態で、前記コレットチャックが把持した前記ビスを緩める動作と、抜け出て来て前記コレットチャックで把持した前記ビスを前記係合部の前記雌ネジ穴から抜き取る動作とを連続して行う、ビス外し方法において、
ロボットアームの先端に前記ビットと前記コレットチャックとが取り付けられておりかつ前記ビスの前記頭部を前記コレットチャックで把持した状態で、前記ビスを引き抜くときに前記ビスの引き抜き方向に対して、前記ロボットアームによる前記コレットチャックの揺動動作と前記ビスの引き抜き方向に対して軸方向に前進後退動作とを繰り返しながら前記ビスを引き抜く。
本発明の別の態様にかかるビス外し方法は、
係合部の雌ネジ穴にねじ込まれたビスの頭部の駆動部にビットの先端を接触させ、前記ビスを緩める方向に前記ビットを回転させ、
前記係合部の前記雌ネジ穴から抜け出て来た前記ビスの前記頭部をコレットチャックで把持し、
前記ビスの前記頭部の前記駆動部と前記ビットの前記先端とが接触した状態で、前記コレットチャックが把持した前記ビスを緩める動作と、抜け出て来て前記コレットチャックで把持した前記ビスを前記係合部の前記雌ネジ穴から抜き取る動作とを連続して行う、ビス外し方法において、
ロボットアームの先端に前記ビットと前記コレットチャックとが取り付けられておりかつ前記ビスの前記頭部を前記コレットチャックで把持した状態で、前記ビスを引き抜くときに前記ビスの雄ネジ山と、前記係合部の雌ネジ山とが引っ掛かることにより発生する引き抜き抵抗力をセンサで測定し、
規定値以下の抵抗力の範囲で前記ビスの引き抜き方向に対する前記ロボットアームの前記先端の揺動動作と前進後退動作とを繰り返しながら所定の位置まで引き抜き動作を行う。
That is, a screw removal method according to one aspect of the present invention includes the following steps:
The tip of the bit is brought into contact with the driving portion of the head of the screw screwed into the female screw hole of the engagement portion, and the bit is rotated in a direction to loosen the screw,
The head of the screw coming out of the female screw hole of the engagement portion is gripped by a collet chuck,
A screw removal method, comprising the steps of: loosening the screw held by the collet chuck while the driving portion of the head of the screw and the tip of the bit are in contact with each other; and removing the screw held by the collet chuck from the female thread hole of the engagement portion.
The bit and the collet chuck are attached to the tip of a robot arm, and the head of the screw is held by the collet chuck. When pulling out the screw, the robot arm repeatedly swings the collet chuck in the direction in which the screw is pulled out and moves it forward and backward in the axial direction relative to the direction in which the screw is pulled out, thereby pulling out the screw.
A screw removal method according to another aspect of the present invention includes the steps of:
The tip of the bit is brought into contact with the driving portion of the head of the screw screwed into the female screw hole of the engagement portion, and the bit is rotated in a direction to loosen the screw,
The head of the screw coming out of the female screw hole of the engagement portion is gripped by a collet chuck,
A screw removal method, comprising the steps of: loosening the screw held by the collet chuck while the driving portion of the head of the screw and the tip of the bit are in contact with each other; and removing the screw held by the collet chuck from the female thread hole of the engagement portion.
the bit and the collet chuck are attached to a tip of a robot arm, and the head of the screw is gripped by the collet chuck. When the screw is pulled out, a pull-out resistance force generated by the male thread of the screw and the female thread of the engagement portion getting caught is measured by a sensor;
The pulling out operation is performed to a predetermined position by repeating the swinging motion of the tip of the robot arm in the pulling out direction of the screw and the forward and backward movements within the range of resistance force below a specified value .
本発明の前記態様にかかるビス外し方法を用いることで、部材同士を締結する締結力が無いにも関わらず、ビスのネジ山同士が引っ掛かって分離することができない、中途半端に緩んだ状態で雌ネジ部に取り残された、ビスをロボットハンドの交換を行うことなく抜き取ることが可能になる。その結果、ビス外し作業時間を短縮し、ロボット導入における省人化及び作業効率を向上させることが実現できる。 By using the screw removal method according to the above aspect of the present invention, it is possible to remove screws that are left partially loose in the female threads because the threads of the screws are caught and cannot be separated, even though there is no fastening force to fasten the components together, without replacing the robot hand. As a result, it is possible to shorten the time required for screw removal work, and to reduce the number of people required and improve work efficiency when introducing robots.
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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態におけるビス外し方法を実施可能なビス外し機構40の図である。
Figure 1 is a diagram of a
ビス外し機構40は、ロボットアーム9の先端に取り付けられた力覚センサ21に、ロボットアーム緩衝機構10を介して取り付けられている。ロボットアーム緩衝機構10は、一例として、ビス外し機構40の軸方向の移動を案内するガイド軸10aと、そのガイド軸10aの周りに配置されかつ上端は力覚センサ21に固定されるとともに下端は下記のビス外し機構連結部材11に固定されたバネ10bとを備えている。
The
ビス外し機構40は、少なくとも、ビス5を回転させるビス回転駆動装置例えばエアーインパクトドライバ12と、ビット13と、コレットチャック41と、コレットチャック用エアーシリンダ19とを備えている。
The
より具体的には、ビス外し機構40の上端には、上下逆さまのL字状の側面を持つ板状部材のビス外し機構連結部材11を備えて、このビス外し機構連結部材11の横板の上面がロボットアーム緩衝機構10のバネ10bと連結されている。
More specifically, the upper end of the
ビス外し機構連結部材11の横板の下面には、ビス5を緩めるための工具として、エアーインパクトドライバ12の上端が取り付けられている。本発明の実施の形態では、ビス回転駆動装置の例として、圧縮空気を動力とする、エアーインパクトドライバ12を使用しているが、緩めるときに、ビット13の回転速度を細かく微調整する必要がある場合は、エアーインパクトドライバ12の代わりに、サーボモータを動力源とする電動式ドライバを使用してもよい。
The upper end of an
エアーインパクトドライバ12の下端には、ビス5の頭部5aの駆動部5bの形状に合致した、例えば、プラス凸部形状(すなわちプラスドライバー形状の)のビット13の基端部が差し込まれている。ビット13は、使用中の折損のため、又は、長時間の使用によるビス頭部5aと駆動部5bとの接触により摩耗するため、エアーインパクトドライバ12の先端に対して交換が容易な取り付け方式であることが望ましい。
The base end of a
ビット13の先端部には、ビス5の頭部5aを把持するためのコレットチャック41として、複数の爪部材が合わさった円錐筒部材状のコレット16と、その外側に部分的に重なった円筒部材状のフランジボディ15とが、ビット13の周囲に対して同軸上に軸方向に移動可能に配置されている。コレットチャック41がビス5の頭部5aを把持する手順については後述する。
At the tip of the
図2Aは、フランジボディ15とコレット16とで構成される、コレットチャック41が開いた状態の図である。
Figure 2A shows the
フランジボディ15は、円筒部材の底部の上面(例えば図2Aでは上端面)の中心部開口15cをビット13が軸方向に進退自在に貫通し、先端開口縁(例えば図2Aでは下端開口縁)の内側には、軸方向沿いの外縁から内部に向かうに従い狭くなるような円錐傾斜面15aが形成されたリング状の凸部15bを有している。
The
コレット16は、円錐筒部材の中心部に軸方向にビット13が相対的に移動自在に貫通して構成されている。円錐筒部材は、円周方向に対して径方向に複数の切れ込み部16eが設けられて、円周方向に対して複数(例えば図2Aでは3つ)の爪部材16aに分割されている。各爪部材16aの内側の先端(例えば図2Aでは下端)には、径方向内向きに部分円環状に突出した爪部16bがある。爪部16bは、内周面が軸方向沿いの湾曲面であり、中心に向けて互いに対向するように配置されて、後述するように、ビス5の頭部5aの側部を把持可能としている。各爪部材16aの外周面は、フランジボディ15の円錐形斜面15aが摺動可能でかつ軸方向沿いの下端から上端に向かうに従い中心に接近するような円錐傾斜面16c有している。各爪部材16aの基端部(例えば図2Aでは上端部)はビット13と接触しないように離れており、各爪部材16aはビット13に対して軸方向に移動自在としている。
The
フランジボディ15の中心部開口15cの内側の周面とコレット16の爪部材16aの上端部との間でかつビット13の周囲に、コイルスプリングのフランジボディ用スプリング14を配置している。ビット13に対してフランジボディ15が下降するとき、フランジボディ用スプリング14を介してコレット16に下降する力を弾性的に作用させるようにしている。
A coil spring for the
また、ビット13の先端近傍のリング状のストッパ18とコレット16の爪部材16aの上端部との間でかつビット13の周囲に、コイルスプリングのコレット用スプリング17を配置している。ビット13に対してコレット16が下降するとき、コレット用スプリング17は縮む一方、下降する力が作用しなくなると、コレット用スプリング17の付勢力で元の位置まで復帰できるようにしている。
A coil spring for
コレット16とフランジボディ15とをビット13の同軸上でビス5に対して進退方向にスライドさせるため、ビス外し機構連結部材11の縦板の外面には、コレットチャック用エアーシリンダ19が設置されている。すなわち、コレットチャック用エアーシリンダ19は、ピストンロッド19aの先端が板状のコレットチャック連結部材20を介して、フランジボディ15の上端の底部と連結されており、図1では、ピストンロッド19aが下降すると、フランジボディ15がコレット16に対して下降してコレット16に接触するとともに、フランジボディ15とコレット16とが下降するように構成されている。
In order to slide the
フランジボディ15を軸方向の先端側に移動すなわち図1では下降させることで、コレット16の切れ込み部16eが中心方向に閉じることで、切れ込み部16eの内側にある対象物(例えばビスなど)を強固に把持することが可能である。図2Bは、コレットチャック41を閉じた状態の図である。
By moving the
図3は、本発明の実施の形態における、ビス外し装置50の図である。ビス外し装置50は、図1にて説明したビス外し機構40と、ロボットアーム9とを備えている。ビス外し機構40は、ロボットアーム9の先端に取り付けられる。ロボットアーム9としては、ワーク23の正面、側面、及び上面に配置されたビス5を取り外すために、垂直多関節を有するロボットが使用されている。
Figure 3 is a diagram of a
また、ワーク23は、回転機構を有するワーク設置台24の上に固定されているため、ビス5のある面をロボットアーム9に対して対向させるようにワーク23の向きを変えることで、右側面、左側面、及び背面のビス5を取り外すことが可能である。
In addition, since the
ビス緩め作業を実施するときには、ビス5の駆動部5bの中心と、ビス外し機構40のビット13の中心とを合致させる必要がある。その方法は、ワーク23を90度ずつ回転させて、正面、左右側面、背面、及び上方からの平面を、それぞれ、ビス位置認識用カメラ22で撮像する。ビス位置認識用カメラ22は、ロボットアーム9の先端に配置されている。ビス位置認識用カメラ22で撮像した画像情報からビス5の座標を制御部60演算処理することで、各ビス5の位置を割り出すことが可能である。例えば、ワーク23が、薄い板金部材で構成される筐体構造の場合、ビス5の取り外しが進むにつれて筐体としての剛性が低下して、取外し時の衝撃又は振動により筐体の形状が変化して、ビス5の位置がビス位置認識用カメラ22で撮像したときの位置から変化することがある。このため、筐体の形状変化に合わせて(例えば各面のビスを外す前(直前)のタイミングで、又は、例えばワーク23を90度ごとに回転させるときの回転動作終了後に)、適宜、ビス位置確認撮像を実施することが望ましい。
When loosening a screw, it is necessary to align the center of the
制御部60は、ビス外し動作を制御するために備えられており、力覚センサ21と、ビス位置認識用カメラ22と、ロボットアーム9と、エアーインパクトドライバ12となどからの入力情報に基づき、ロボットアーム9とコレットチャック用エアーシリンダ19とエアーインパクトドライバ12とのそれぞれの動作を制御する。
The
次に、ビス外しの手順について図面を参照しながら説明する。 Next, we will explain the screw removal procedure with reference to the diagram.
図4Aは、本発明の実施の形態におけるビット13とタッピングビス5の駆動部5bとの位置合わせ後の図である。図4Aは、雄ネジ部5cの直径が先端に向かうほど小さくなるタッピングビス5により板状部材2が、組立又は解体対象物の係合部の一例の固定部3に締結されている状態を示した図である。タッピングビス5は、例えば、薄い金属板材料で製作される筐体又は外装カバーの固定に用いられる。制御部60の制御の下に、ビス位置認識用カメラ22による撮像情報からロボットアーム9が駆動制御されて、ビット13の中心とタッピングビス5の駆動部5bの中心位置とを合致させ、ビット13をタッピングビス5の上方で待機した後、ロボットアーム9を前進(すなわち、図4Aでは下降)させて、ビット13の先端をタッピングビス5の駆動部5bに接触させる。
Figure 4A is a diagram after alignment of the
図4Bは、本発明の実施の形態におけるビット13の先端とタッピングビス5の駆動部5bとが接触した状態の図である。図4Cは、本発明の実施の形態におけるタッピングビス5を緩めている状態の図である。ビット13の先端とタッピングビス5の駆動部5bとが接触した状態で、制御部60の制御の下に、エアーインパクトドライバ12にエアーを供給し、ビット13をタッピングビス5が緩む方向に回転させると、図4Cのように、タッピングビス5は係合部の一例としての固定部3から上方に抜け出て来る。タッピングビス5が抜け出て来ることにより、ビス外し機構40全体が押し上げられることになるが、ロボットアーム緩衝機構10のバネ10bが、その押上ストロークと同量だけ縮むことにより、ロボットアーム9は、ビス5を緩める前の位置を保持することが可能になる。
Figure 4B is a diagram showing the state in which the tip of the
なお、本発明の実施の形態においては、ロボットアーム緩衝機構10に、バネ10bを使用しているが、バネ10bの代わりに、押上ストロークを吸収しつつ、反発力を発生する弾性体、例えば、ゴム材料を用いてもよい。
In the embodiment of the present invention, the
次に、固定部3から抜け出てきたタッピングビス5を固定部3の雌ネジ穴3aから抜き取る工程について図面を参照しながら説明する。
Next, the process of removing the tapping
タッピングビス5は緩める方向に回転させることで固定部3から抜け出て来るが、先述したように、タッピングビス5を緩めることで発生する、抜け出て来る力が、タッピングビス5の雄ネジ山5cと固定部3の雌ネジ山3cとの噛合い山数の減少により、ビット13をタッピングビス5の駆動部5bと密着させる力より小さくなると、タッピングビス5を緩める方向に回転させてもビス5が抜け出てこない状態になる。
The tapping
この状態を検出する方法としては、ロボットアーム9とビス外し機構40との間に設置されている力覚センサ21を用いる。タッピングビス5が抜け出て来る量に比例して、ロボットアーム緩衝機構10のバネ10bが縮められるため、バネ10bの反力を力覚センサ21で検出し、一定時間、ビット13を回転しているにも関わらず反力が増えない。あるいは、タッピングビス5が押し戻されることにより反力が減少するような挙動があると制御部60で検出した場合は、タッピングビス5が抜け出られずに空回りしていると、制御部60で判断できる。
To detect this state, a
このようなタッピングビス5の空回り状態を制御部60で検出したら、制御部60での制御の下に、コレットチャック用エアーシリンダ19を駆動させて、コレットチャック41を前進(すなわち図4Cで下降)させる。
When the
図5Aは、本発明の実施の形態におけるコレットチャック41を前進(すなわち、図5Aでは下降)させている状態の図である。コレットチャック連結部材20には、コレットチャック用エアーシリンダ19のシリンダーロッド19aとフランジボディ15とが連結されている。コレットチャック用エアーシリンダ19のシリンダーロッド19aの下降ストロークと連動して、フランジボディ15がタッピングビス5に向かって下降する。フランジボディ15とコレット16とは、別部品であるが、フランジボディ15の内部に組み込まれているフランジボディ用スプリング14がフランジボディ15に押されることにより、フランジボディ15と一体となってコレット16も下降する。
Figure 5A is a diagram showing a state in which the
コレット16が下降すると、コレット16の内部に組み込まれているコレット用スプリング17が、コレット16の下降ストロークに連動して圧縮される。コレット用スプリング17は、ビット13の先端部近傍にストッパ18が取り付けられているため、コレット用スプリング17は、コレット16の下降により、ビット13から脱落することなく、下降端の位置を保持することで、コレット16は所定の下降位置で停止する。
When the
コレット16の下降位置については、コレット16が閉じた状態で、ビット13の先端よりも下方、且つ、タッピングビス5の頭部5aを把持できる位置に停止できるようストッパ18の厚み、又はコレット用スプリング17の長さを変更して調整する。
The lowering position of the
コレット16が、タッピングビス5の頭部5aを把持する位置まで下降した状態で、更にフランジボディ15を下降させるとことで、コレット16の切れ込み部16eが閉じられ、コレット16がタッピングビス5の頭部5aを把持した状態となる。
When the
図5Bは、本発明の実施の形態におけるコレットチャック41がタッピングビス5の頭部5aを把持した状態の図である。タッピングビス5の駆動部5bとビット13の先端が、しっかりと密着した状態で、コレット16でタッピングビス5の頭部5aを把持する。このため、コレット16の複数ある切れ込み部16eのそれぞれが閉じて爪部材16aでタッピングビス5の頭部5aを把持するタイミングにズレが生じても、タッピングビス5が弾け飛ぶような現象を起こすことなく確実に把持できる。
Figure 5B is a diagram of the
次に、コレット16でタッピングビス5の頭部5aを把持した状態のまま、ロボットアーム9の先端を引き抜き方向に後退(すなわち図5Bの上方向に移動)させる。このとき、タッピングビス5の雄ネジ山5cが固定部3の雌ネジ山3cに引っ掛かったり、あるいは、タッピングビス5の雄ネジ山5cが板状部材2と引っ掛かって、タッピングビス5を真っすぐ上方に引き抜くと引っ掛かり抵抗が発生する場合がある。このような引っ掛かりがある場合は、力任せにロボットアーム9の先端を後退(すなわち図5Bの上方向に移動)させると、過負荷でビス外し装置全体が異常を発令して停止したり、板状部材2とタッピングビス5とが引っ掛かった状態で一体となって持ち上げられたり、ビス外し機構40の破損を引き起こす恐れがある。このため、ロボットアーム9の先端を後退(すなわち図5Bの上方向に移動)させるときの引き抜き抵抗力を、力覚センサ21で検出し、規定値以上の引き抜き抵抗力を検出したと制御部60で検出した場合は、制御部60での制御の下に、一旦、ロボットアーム9の先端の後退(すなわち図5Bの上方向に移動)を停止させて、ビス5の引き抜き方向に対してロボットアーム9の先端を左右に小刻みに揺動させながら後退(すなわち図5Bの上方向に移動)させる。あるいは、ロボットアーム9の先端を引き抜きと前進(すなわち図5Bの下方向に移動)を小刻みに繰り返しながら、少しずつ後退(すなわち図5Bの上方向に移動)させる。このときも、力覚センサ21による引き抜き抵抗力の測定は連続して行い、引き抜き抵抗が引き抜き量に対して増加する傾向であると制御部60で検出すれば、左右の揺動及び/又は前進後退(すなわち図5Bの下方向又は上方向への移動)を更に繰り返し、タッピングビス5と固定部3又は板状部材2との引っ掛かりを解除しながら、タッピングビス5を引き抜く。図5Cは、本発明の実施の形態における、タッピングビス5を引き抜く状態の図である。
Next, with the
次に、タッピングビス5の引き抜きが完了し、ロボットアーム9の先端を図5Dに示す待機位置(引き抜き動作時の所定の位置の一例)まで戻すことができたら、コレットチャック用エアーシリンダ19を作動させて、フランジボディ15を元の位置まで引き戻すことで、コレット16の切れ込み部16eが開き、タッピングビス5の把持も解除され、タッピングビス5が脱落し、タッピングビス5の取外しは完了となる。更に、コレットチャック用エアーシリンダ19を作動させ、フランジボディ15を引き戻すことで、コレット用スプリング17の圧縮も開放され、コレット16も元の位置まで押し戻される。
Next, when the tapping
図5Dは、本発明の実施の形態におけるコレットチャック41がタッピングビス頭部5aの把持を開放した状態の図である。コレット16によるタッピングビス5の頭部5aの把持を開放すると同時に、タッピングビス5は下方へ脱落するケースがほとんどであると想定する。しかしながら、ビット13の先端の偏摩耗、又は、タッピングビス5の駆動部5bのプラス溝穴に異物が付着して、ビット13の先端とタッピングビス5の駆動部5bとが噛み込み現象を起こしている場合は、コレット16の把持を開放してもタッピングビス5が脱落せず残ったままとなる。このように、ビット13の先端にタッピングビス5がくっついたままの状態では、別位置のタッピングビス5を取り外すことができないため、ビット13の先端付近をビス位置認識用カメラ22で撮像し、ビス位置認識用カメラ22での撮像情報を基にパターンマッチングなどの公知の手法により制御部60にてビット13の先端のビス有無を確認する。ここでのパターンマッチングの例としては、撮像位置又は撮影角度を決めて、その位置で、予め、ビス有り/ビス無しの状態を撮像して、その撮像データとの比較で、ビス残りを判断する。ビスが有ると制御部60で判断した場合は、制御部60での制御の下に、エアーインパクトドライバ12を作動させてビット13を回転させて、タッピングビス5を振り落とす。ワーク設置台24の近傍に、ビス回収用の磁石を配置(図示せず)し、タッピングビス5を近づけて磁力吸着で回収する等のビス回収作業を追加で行う。
Figure 5D is a diagram showing the state in which the
次に、本発明の実施の形態におけるビス外し方法の手順についてフローチャートを用いて説明する。 Next, the steps of the screw removal method in an embodiment of the present invention will be explained using a flowchart.
図6は、本発明の実施の形態におけるビス外し方法のフローチャートである。ビス外し方法は、制御部60での制御の下に実施できる。
Figure 6 is a flowchart of a screw removal method according to an embodiment of the present invention. The screw removal method can be performed under the control of the
先ず、ステップS1において、ロボットアーム9の先端の移動によりロボットアーム9の先端に取り付けたビス位置認識用カメラ22をワーク23の対向面まで移動させて撮像を行い、ビス5の位置情報を取得する。
First, in step S1, the tip of the
次いで、ステップS2で、ロボットアーム9の先端の移動により、エアーインパクトドライバ12に差し込まれたビット13の先端の中心と、タッピングビス5の駆動部5bの中心との位置合わせを行う。
Next, in step S2, the tip of the
次いで、ステップS3で、ロボットアーム9を前進(すなわち、図4Aでは下降)させてビット13の先端をタッピングビス5の駆動部5bに挿入したのち、エアーインパクトドライバ12を作動させ、所定時間、ビット13を回転させてタッピングビス5を緩める。
Next, in step S3, the
次いで、ステップS4で、ビット13の先端付近をビス位置認識用カメラ22で撮像し、ビス位置認識用カメラ22での撮像情報を基にパターンマッチングなどの公知の手法により制御部60にてビット13の先端のビス有無を確認したとき、ビス残りを確認したときにビス残りが確認された場合、従来ではハンドの交換を行う等の付加的な工程が必要であった。しかしながら、本発明の実施の形態では、ビス5を緩める機能とビス5を摘まんで引き抜く機能との両方を持った、ビス外し機構40をロボットアーム9に取り付けてあるため、ハンドの交換を行うことなく、ステップS5にてタッピングビス5の頭部5aを把持するため、コレットチャック用エアーシリンダ19のシリンダーロッド19aを下降させ、フランジボディ15と共に、フランジボディ用スプリング14を介してコレット16を前進すなわち下降させる。この結果、コレット16によりタッピングビス5の頭部5aが把持される。
Next, in step S4, the vicinity of the tip of the
次いで、ステップS6にて、タッピングビス5の頭部5aをコレット16により把持したままの状態で、ステップS7のビス5を引き抜く動作を行う。このときの引き抜き抵抗力を力覚センサ21でリアルタイムに測定を行う。引き抜き時の抵抗力が、規定値Xニュートン以下であると制御部60で検出された場合は、タッピングビス5の雄ネジ山5cが引っ掛かってないと制御部60で判断して、ステップS9の引き抜き完了ポイントまでロボットアーム9を上方向に移動させる。引き抜き時の抵抗力が規定の値Xニュートンを越えると制御部60で検出された場合は、タッピングビス5の雄ネジ山5cが、ワーク23の固定部3の雌ネジ山3c又は板状部材2などに引っ掛かっていると制御部60で判断して、制御部60での制御の下に、ステップS8でコレット16によりビス頭部5aを把持したまま、ロボットアーム9によりビス外し機構40を左右揺動又は前進後退させたり、又は、ビス5を緩める方向にビット13を回転させながら、引き抜き動作を行う。引き抜き量と並行して、力覚センサ21による引き抜き抵抗力の測定は連続して行い、引き抜き抵抗の抵抗力が増加する傾向があると制御部60で判断した場合は、制御部60での制御の下に、引き抜き動作を一旦、停止して、更に左右揺動、前進後退を小刻みに繰り返し、ネジ山3c,5c同士の引っ掛かりを解除しながら、ステップS9の引き抜き完了ポイントまで引き抜きを行う。
Next, in step S6, while the
そして、ステップS10で、ステップS4と同様にビス残り確認を制御部60で行い、ビス残りが無ければ、ビス5の取り外しが完了したと制御部60で判断し、制御部60での制御の下に、別位置のビス外しを継続する。ステップS10でビス残りが確認された場合は、制御部60での制御の下に、異常事態としてステップS11のエラー発令を実行し、ビス外し装置50を停止させ、作業者が手作業でビス5を取り除くなどの対処を行う。
Then, in step S10, the
本発明によれば、ロボット作業にて、ビス外しを行う場合、部材同士を締結する締結力が無いにも関わらず、ビス5のネジ山3c,5c同士が引っ掛かることで分離することができない。あるいは、中途半端に緩んだ状態で雌ネジ穴3aに取り残されたビス5をロボットアーム9のハンド交換を行うことなく抜き取ることが可能になり、ビス外し作業時間を短縮し、ロボット導入における省人化及び作業効率向上させることが実現できる。
According to the present invention, when removing screws using a robot, the
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 In addition, by appropriately combining any of the various embodiments or modifications described above, it is possible to achieve the effects of each. In addition, it is possible to combine embodiments with each other, or to combine examples with each other, and it is also possible to combine features of different embodiments or examples.
本発明の前記態様にかかるビス外し方法は、例えば、家電リサイクル工場等における、回収した廃家電を解体する作業において、解体対象物の例としての筐体のカバーを自動で解体する工程に好適に用いられる。 The screw removal method according to the above aspect of the present invention is suitable for use in the process of automatically dismantling housing covers, which are an example of items to be dismantled, during the dismantling of collected discarded home appliances at home appliance recycling plants, etc., for example.
1 ビス
2 板状部材
3 固定部
3c 雌ネジ山
4 ドライバ
5 タッピングビス
5a 頭部
5b 駆動部
5c 雄ネジ山
6 押し付け力
7 ネジ山噛合い部
8 抜け出て来る力
9 ロボットアーム
10 ロボットアーム緩衝機構
10a ガイド軸
10b バネ
11 ビス外し機構連結部材
12 エアーインパクトドライバ
13 ビット
14 フランジボディ用スプリング
15 フランジボディ
15a 円錐傾斜面
15b 中心部開口
16 コレット
16a 爪部材
16b 爪部
16e 切れ込み部
17 コレット用スプリング
18 ストッパ
19 コレットチャック用エアーシリンダ
19a ピストンロッド
20 コレットチャック連結部材
21 力覚センサ
22 ビス位置認識用カメラ
23 ワーク
24 ワーク設置台
40 ビス外し機構
41 コレットチャック
50 ビス外し装置
1 Screw 2 Plate-
Claims (3)
前記係合部の前記雌ネジ穴から抜け出て来た前記ビスの前記頭部をコレットチャックで把持し、
前記ビスの前記頭部の前記駆動部と前記ビットの前記先端とが接触した状態で、前記コレットチャックが把持した前記ビスを緩める動作と、抜け出て来て前記コレットチャックで把持した前記ビスを前記係合部の前記雌ネジ穴から抜き取る動作とを連続して行う、ビス外し方法において、
ロボットアームの先端に前記ビットと前記コレットチャックとが取り付けられておりかつ前記ビスの前記頭部を前記コレットチャックで把持した状態で、前記ビスを引き抜くときに前記ビスの引き抜き方向に対して、前記ロボットアームによる前記コレットチャックの揺動動作と前記ビスの引き抜き方向に対して軸方向に前進後退動作とを繰り返しながら前記ビスを引き抜く、ビス外し方法。 The tip of the bit is brought into contact with the driving portion of the head of the screw screwed into the female screw hole of the engagement portion, and the bit is rotated in a direction to loosen the screw,
The head of the screw coming out of the female screw hole of the engagement portion is gripped by a collet chuck,
A screw removal method, comprising the steps of: loosening the screw held by the collet chuck while the driving portion of the head of the screw and the tip of the bit are in contact with each other; and removing the screw held by the collet chuck from the female thread hole of the engagement portion .
This screw removal method comprises the steps of: attaching the bit and the collet chuck to the tip of a robot arm; gripping the head of the screw with the collet chuck; and repeating a swinging motion of the collet chuck by the robot arm in the direction in which the screw is pulled out, and a forward and backward motion in the axial direction relative to the direction in which the screw is pulled out, to pull out the screw .
前記係合部の前記雌ネジ穴から抜け出て来た前記ビスの前記頭部をコレットチャックで把持し、
前記ビスの前記頭部の前記駆動部と前記ビットの前記先端とが接触した状態で、前記コレットチャックが把持した前記ビスを緩める動作と、抜け出て来て前記コレットチャックで把持した前記ビスを前記係合部の前記雌ネジ穴から抜き取る動作とを連続して行う、ビス外し方法において、
ロボットアームの先端に前記ビットと前記コレットチャックとが取り付けられておりかつ前記ビスの前記頭部を前記コレットチャックで把持した状態で、前記ビスを引き抜くときに前記ビスの雄ネジ山と、前記係合部の雌ネジ山とが引っ掛かることにより発生する引き抜き抵抗力をセンサで測定し、
規定値以下の抵抗力の範囲で前記ビスの引き抜き方向に対する前記ロボットアームの前記先端の揺動動作と前進後退動作とを繰り返しながら所定の位置まで引き抜き動作を行う、ビス外し方法。 The tip of the bit is brought into contact with the driving portion of the head of the screw screwed into the female screw hole of the engagement portion, and the bit is rotated in a direction to loosen the screw,
The head of the screw coming out of the female screw hole of the engagement portion is gripped by a collet chuck,
A screw removal method, comprising the steps of: loosening the screw held by the collet chuck while the driving portion of the head of the screw and the tip of the bit are in contact with each other; and removing the screw held by the collet chuck from the female thread hole of the engagement portion.
the bit and the collet chuck are attached to a tip of a robot arm, and the head of the screw is gripped by the collet chuck. When the screw is pulled out, a pull-out resistance force generated by the male thread of the screw and the female thread of the engagement portion getting caught is measured by a sensor;
A screw removal method comprising repeating swinging motion and forward and backward motion of the tip of the robot arm in the direction of pulling out the screw within a range of resistance force below a specified value, thereby pulling out the screw to a predetermined position.
規定値以下の抵抗力の範囲で前記ビスの引き抜き方向に対する前記ロボットアームの前記先端の揺動動作と前進後退動作とを繰り返しながら所定の位置まで引き抜き動作を行う、請求項1に記載のビス外し方法。 a sensor is used to measure a pull-out resistance force generated when the male thread of the screw and the female thread of the engagement portion are caught when the screw is pulled out while the head of the screw is held by the collet chuck;
2. The screw removing method according to claim 1 , further comprising repeating swinging and forward and backward movements of the tip of the robot arm in the screw pulling direction within a range of resistance force equal to or less than a specified value to pull out the screw to a predetermined position.
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