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JP2012020345A - Fastening device and fastening method - Google Patents

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JP2012020345A
JP2012020345A JP2010157770A JP2010157770A JP2012020345A JP 2012020345 A JP2012020345 A JP 2012020345A JP 2010157770 A JP2010157770 A JP 2010157770A JP 2010157770 A JP2010157770 A JP 2010157770A JP 2012020345 A JP2012020345 A JP 2012020345A
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JP
Japan
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axis direction
reaction force
fastening
force value
coordinates
Prior art date
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Application number
JP2010157770A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Ikejiri
匡隆 池尻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Abstract

【課題】締結穴の位置を広範囲において効率よく探索して位置ズレを修正でき、斜め噛み込みなどの不完全締結を防止できる締結装置を提供する。
【解決手段】自動ネジ締め装置100は、ネジ20を目的座標に移動させるXYZ軸方向駆動ロボット14と、上記目的座標を算出しXYZ軸方向駆動ロボット14に送信するロボット制御用コンピュータ17と、ネジ20が受けている、X−Y平面方向に働く反力値を計測し、ロボット制御用コンピュータ17に送信する力センサー16と、を備え、ロボット制御用コンピュータ17は、スパイラル演算部及び力制御演算部を備え、スパイラル演算部は、締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、目的座標のうちX−Y平面上の座標を算出するものであり、力制御演算部は、上記反力値が小さくなるように、目的座標のうちX−Y平面上の座標を算出するものである。
【選択図】図1
A fastening device capable of efficiently searching a position of a fastening hole over a wide range to correct a positional deviation and preventing incomplete fastening such as oblique biting.
An automatic screw tightening apparatus 100 includes an XYZ-axis direction driving robot 14 that moves a screw 20 to a target coordinate, a robot control computer 17 that calculates the target coordinate and transmits the target coordinate to the XYZ-axis direction driving robot 14, a screw 20, and a force sensor 16 that measures a reaction force value acting in the XY plane direction received by the robot 20 and transmits the reaction force value to the robot control computer 17. The robot control computer 17 includes a spiral calculation unit and a force control calculation. The spiral calculation unit calculates coordinates on the XY plane among the target coordinates so that the moving locus of the fastening part becomes a spiral track, and the force control calculation unit includes the reaction force Among the target coordinates, coordinates on the XY plane are calculated so that the value becomes small.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、締結装置、及び締結方法に関するものである。例えば、ネジなどの締結部品を、ワーク上にある締結穴に挿入して締め付けを行うことで、二つの部品を締結させるための締結装置、及び締結方法に関する。   The present invention relates to a fastening device and a fastening method. For example, the present invention relates to a fastening device and a fastening method for fastening two parts by inserting a fastening part such as a screw into a fastening hole on a workpiece and performing fastening.

近年、家電製品及び自動車の製造をはじめ、製造工程における各種組立工程は複雑化、精密化の一途をたどる傾向にある。現状では組立工程の大半は人手による作業に頼っているため、自動組立工程の実現は産業界から強く求められている。   In recent years, various assembly processes in the manufacturing process, including the manufacture of home appliances and automobiles, tend to be increasingly complicated and precise. At present, since most of the assembly process relies on manual work, the realization of an automatic assembly process is strongly demanded by the industry.

自動組立工程における自動化手段としては、従来から産業用ロボットが利用されている。自動組立工程において、組み立てられる部品同士の位置合わせには、主に、位置決め機構もしくは治具によって部品の位置を規制する、またはカメラと画像認識手段によってワーク位置を測定する方法が使用されている。しかしながら、これらの方法では、締結部品の外形で部品の位置を規制する、または締結部品の特定部分で位置測定をするため、部品内部の寸法公差による部品の挿入部での位置の誤差などを把握することはできず、位置合わせの精度が不十分となる場合がある。   Conventionally, industrial robots have been used as automation means in the automatic assembly process. In the automatic assembly process, a method of regulating the position of a part by a positioning mechanism or a jig or measuring a work position by a camera and an image recognition unit is mainly used for positioning the parts to be assembled. However, with these methods, the position of the part is regulated by the outer shape of the fastening part, or the position is measured at a specific part of the fastening part, so that the position error at the part insertion part due to the dimensional tolerance inside the part is grasped. Cannot be performed, and the alignment accuracy may be insufficient.

位置合わせの精度を向上させるためには、部品のいくつかの点において、それぞれ測定を行い、測定結果に基づき部品の位置を補正する方法が用いられているが、しかしながら、測定回数が増えるに伴い、作業時間が長時間化し、作業効率が悪化してしまうという問題点が存在する。   In order to improve the accuracy of alignment, a method is used in which measurement is performed at several points on the part, and the position of the part is corrected based on the measurement results. However, as the number of measurements increases, There is a problem that the working time is prolonged and the working efficiency is deteriorated.

自動組立工程の代表的な工程として、例えば、ネジなどの締結部品を、ワーク上の締結穴に挿入して、締め付けを行う「ネジ締め」工程が挙げられる。自動式のネジ締めドライバと、直動式のロボットとを組み合わせた自動ネジ締め装置が製品化され、従来から使用されている。しかしながら、このようなネジ締め装置を使用した場合、ワークのばらつきなどによって締結穴の位置が設計位置からズレが生じると、適切に位置補正してネジを締めることはできない。例えば、ネジ径の約1/10程度以上の位置ズレが生じると、斜め噛み込みなどの不完全なネジ締めとなり、またはエラー停止して人手による補正作業を必要とする。   As a typical process of the automatic assembly process, for example, there is a “screw tightening” process in which a fastening component such as a screw is inserted into a fastening hole on the workpiece and tightened. An automatic screw tightening device that combines an automatic screw tightening driver and a direct-acting robot has been commercialized and used conventionally. However, when such a screw tightening device is used, if the position of the fastening hole is deviated from the design position due to workpiece variation or the like, it is not possible to properly correct the position and tighten the screw. For example, when a positional deviation of about 1/10 or more of the screw diameter occurs, incomplete screw tightening such as oblique biting, or an error stop and manual correction work is required.

特許文献1〜3では、締結穴位置にズレが生じた場合に、締結部品の位置を自動的に補正する技術について開示している。   Patent Documents 1 to 3 disclose a technique for automatically correcting the position of a fastening component when a displacement occurs in the fastening hole position.

特開2002−331428号公報(2002年11月19日公開)JP 2002-331428 A (published on November 19, 2002) 特開昭62−102928号公報(1987年05月13日公開)JP 62-102928 A (published May 13, 1987) 特開平7−160336号公報(1995年06月23日公開)JP 7-160336 A (released on June 23, 1995)

特許文献1において、力制御ロボットによりネジの締付を行う方法について記載している。雄ネジを保持するソケットを送信軸に備えたナットランナーを、力センサーを介してロボット本体に設け、力センサーの送信結果に基づいてロボット制御部によって行われるロボット本体の力制御による位置決め動作と、前記ロボット制御部からの指令に基づいてナットランナー制御部によって行われるナットランナーの回転制御により、雄ネジとワークに取り付けられた雌ネジを締め付けることで、ネジが斜め噛み込みになることなく、確実にネジ締めすることができる。   Patent Document 1 describes a method of tightening screws by a force control robot. Positioning operation by force control of the robot body performed by the robot controller based on the transmission result of the force sensor, a nut runner equipped with a socket holding the male screw on the transmission shaft is provided in the robot body via the force sensor; By tightening the male screw and the female screw attached to the workpiece by the rotation control of the nut runner performed by the nut runner control unit based on the command from the robot control unit, the screw does not become obliquely caught and is surely Can be screwed on.

上記方法では、ネジが受けている反力を力センサーによって感知することによって位置補正を行っている。この方法では、ネジ先端が締結穴に入りかかっている場合は、力センサーによって反力の方向を検知して位置補正をすることができる。しかしこの方法では、図9に示すような状況では、位置補正を行うことはできない。図9は、従来からある力制御技術により位置補正が不可能な状況について示した模式図である。図9(a)に示すように、ネジ92のネジ先端93は締結穴91内部になく、ネジ先端93の平坦面がワーク90の締結穴91周辺の平坦面に接触している場合、挿入方向と垂直な面方向においてネジ92が受ける反力によって位置ズレの方向を感知することはできず、位置補正することはできない。また、図9(b)に示すように、ネジ先端93が締結穴91の周囲にあるバリ95に乗り上げた場合、ネジ92を動かすことに対し大きな摩擦抵抗が生じてしまい、ネジ92を締結穴91へ位置補正することは不可能である。このように、特許文献1では、初期時にネジ先端93が締結穴91内部に入っていなければ、位置補正をすることができないとの問題点が存在する。   In the above method, position correction is performed by sensing a reaction force received by a screw with a force sensor. In this method, when the screw tip is about to enter the fastening hole, the direction of the reaction force can be detected by the force sensor to correct the position. However, in this method, position correction cannot be performed in the situation shown in FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing a situation in which position correction is impossible by a conventional force control technique. As shown in FIG. 9A, when the screw tip 93 of the screw 92 is not inside the fastening hole 91 and the flat surface of the screw tip 93 is in contact with the flat surface around the fastening hole 91 of the workpiece 90, the insertion direction The direction of displacement cannot be detected by the reaction force received by the screw 92 in the plane direction perpendicular to the direction, and the position cannot be corrected. Further, as shown in FIG. 9B, when the screw tip 93 rides on the burr 95 around the fastening hole 91, a large frictional resistance is generated when the screw 92 is moved, and the screw 92 is attached to the fastening hole. It is impossible to correct the position to 91. As described above, in Patent Document 1, there is a problem that the position cannot be corrected unless the screw tip 93 is in the fastening hole 91 at the initial stage.

また、未知の目標位置を探索する方法として、スパイラル軌跡に従って探索する方法が開示されている。特許文献2では、大寸法ボルトの締付において、締結トルクを調べ、締結トルクが閾値を超える度に、ボルト保持部をスパイラル軌跡に従って動かし、斜め噛み込みなどの不完全な締結を防ぐ技術について記載している。また、特許文献3では、ロケートピンを所定の位置に位置決めした際、ロケート穴の検出ができなかったときは、ロケート穴形状判定部は化合データ記憶部からロケート穴の形状に関する情報を読み込み、ロケートピン駆動部によってロケートピンをスクロール動作させ、ロケート穴を探索することによって、多少の位置ズレが生じている場合でも、ロケートピンを挿入できる技術について記載している。   As a method for searching for an unknown target position, a method for searching according to a spiral trajectory is disclosed. Patent Document 2 describes a technique for checking a fastening torque in tightening a large-sized bolt, and moving a bolt holding portion according to a spiral locus every time the fastening torque exceeds a threshold value to prevent incomplete fastening such as oblique engagement. is doing. In Patent Document 3, when the locate pin is positioned at a predetermined position and the locate hole cannot be detected, the locate hole shape determination unit reads information on the shape of the locate hole from the compound data storage unit and drives the locate pin. A technique is described in which a locating pin can be inserted even when a slight misalignment occurs by scrolling a locating pin by a portion and searching for a locating hole.

しかしながら、特許文献2と特許文献3に記載の技術は、いずれも多少の位置ズレが生じた際に位置修正を行うことを目的としたものであり、広範囲において位置ズレが生じた際には、位置修正することはできずに、エラーとして出力してしまう。   However, both of the techniques described in Patent Document 2 and Patent Document 3 are intended to perform position correction when a slight positional shift occurs. When a positional shift occurs over a wide range, The position cannot be corrected and output as an error.

本発明はこのような事情に鑑みて、締結部品を締結穴に挿入して締結するための締結装置であって、締結穴の位置を広範囲において効率よく探索して位置ズレを修正でき、斜め噛み込みなどの不完全締結を防止できる、締結装置を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention is a fastening device for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole, which can efficiently search a position of the fastening hole in a wide range and correct a positional deviation, and is obliquely engaged. An object of the present invention is to provide a fastening device that can prevent incomplete fastening such as intrusion.

上記の課題を解決するために、本発明に係る締結装置は、締結部品を締結穴に挿入し締結するための締結装置であって、上記締結部品を目的座標に移動させる駆動手段と、上記目的座標を算出し上記駆動手段に送信する制御手段と、上記締結部品が受けている、挿入方向と垂直な面方向に働く反力値を計測し上記制御手段に送信する計測手段と、を備え、上記制御手段は、スパイラル演算手段及び力制御演算手段を備え、上記スパイラル演算手段は、上記締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであり、上記力制御演算手段は、上記反力値が小さくなるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a fastening device according to the present invention is a fastening device for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole, and driving means for moving the fastening part to a target coordinate; Control means for calculating coordinates and transmitting to the driving means; and measuring means for measuring a reaction force value received in the fastening part and acting in a surface direction perpendicular to the insertion direction and transmitting to the control means, The control means includes a spiral calculation means and a force control calculation means, and the spiral calculation means is on a plane perpendicular to the insertion direction of the target coordinates so that the movement locus of the fastening part is a spiral locus. Coordinates are calculated, and the force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the reaction force value becomes small. .

上記構成によれば、締結部品と締結穴との間に大きな位置ズレが生じた際でも、スパイラル演算手段によって、締結穴の位置を広範囲において効率よく探索することができ、位置ズレを修正することが可能である。また、力制御演算手段によって、挿入方向と垂直な面方向に働く反力値が小さくなるよう位置補正をすることによって、斜め噛み込みなどの不完全な締結を防止できる。   According to the above configuration, even when a large misalignment occurs between the fastening component and the fastening hole, the position of the fastening hole can be efficiently searched in a wide range by the spiral calculation means, and the misalignment can be corrected. Is possible. Further, by performing position correction so that the reaction force value acting in the surface direction perpendicular to the insertion direction is reduced by the force control calculation means, incomplete fastening such as oblique biting can be prevented.

また、本発明に係る締結装置において、上記制御手段は、演算制御手段を備え、上記演算制御手段は、上記反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、上記反力値が上記締結穴接触閾値より小さければ、上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するのが好ましい。   Further, in the fastening device according to the present invention, the control means includes calculation control means, and the calculation control means compares the reaction force value with a preset fastening hole contact threshold value, and the reaction force value is If the fastening hole contact threshold is smaller than the fastening hole contact threshold, the spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and if the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold, the force control. It is preferable that the computing means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates.

上記構成によれば、演算制御手段は、計測手段によって測定された反力値と、予め設定された締結穴接触閾値とを比較することによって、締結部品の先端が締結穴内部に入っているかを判定することができる。反力値が締結穴接触閾値より小さければ、締結部品の先端は、まだ締結穴内部に入っていないと判定し、反力値が締結穴接触閾値より大きければ、締結部品の先端は、締結穴内部に入っていると判定する。締結部品の先端が締結穴内部に入っていない場合は、引き続きスパイラル演算手段によって次の目的座標を算出し、その目的座標まで締結部品を移動させ、締結部品の先端が締結穴内部に入っている場合は、力制御演算手段によって次の目的座標を算出し、その目的座標まで締結部品を移動させることができる。   According to the above configuration, the arithmetic control means compares the reaction force value measured by the measuring means with a preset fastening hole contact threshold value to determine whether the tip of the fastening part is inside the fastening hole. Can be determined. If the reaction force value is smaller than the fastening hole contact threshold, it is determined that the tip of the fastening part has not yet entered the fastening hole. If the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold, the tip of the fastening part is It is determined that it is inside. If the tip of the fastening part is not inside the fastening hole, the next target coordinate is calculated by the spiral calculation means, the fastening part is moved to the target coordinate, and the tip of the fastening part is inside the fastening hole. In this case, the next target coordinate can be calculated by the force control calculation means, and the fastening part can be moved to the target coordinate.

また、本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測するものであり、上記駆動手段は、上記X軸方向及びY軸方向に、上記締結部品を移動させるものであるのが好ましい。   Further, in the fastening device according to the present invention, the measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are directions parallel to each of two straight lines orthogonal to each other on a plane perpendicular to the insertion direction. It is preferable to measure an axial reaction force value and a Y-axis reaction force value, and the driving means preferably moves the fastening component in the X-axis direction and the Y-axis direction.

上記構成によれば、計測手段は、X軸方向反力値及びY軸方向反力値をそれぞれ独立に計測することができ、駆動手段は、X軸方向及びY軸方向に、それぞれ独立に上記締結部品を移動させることができ、より精密に目的座標の計算と位置の制御を行うことが可能となる。   According to the above configuration, the measuring means can measure the X-axis direction reaction force value and the Y-axis direction reaction force value independently, and the driving means can independently measure the X-axis direction and Y-axis direction. Fastening parts can be moved, and it becomes possible to calculate target coordinates and control positions more precisely.

また、本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、上記X軸方向反力値及び上記Y軸方向反力値から、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、上記力制御演算手段は、上記平面内反力値が小さくなるように、上記目的座標のうちX軸方向の座標及びY軸方向の座標を算出するのが好ましい。   Further, in the fastening device according to the present invention, the measuring means calculates an in-plane reaction force value from the X-axis direction reaction force value and the Y-axis direction reaction force value according to the following formula (1), and the control means: Preferably, the force control calculation means calculates the coordinate in the X-axis direction and the coordinate in the Y-axis direction among the target coordinates so that the in-plane reaction force value becomes small.

平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
上記構成によれば、力制御演算手段は、計測手段によって算出された平面内反力値がなるべく小さくなるよう、目的座標のうちX軸方向の座標及びY軸方向の座標を算出する。これによって、挿入方向と垂直な面内において、力の釣り合う地点の目的座標をより効率よく探索することができる。
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
According to the above configuration, the force control calculation unit calculates the X-axis direction coordinate and the Y-axis direction coordinate among the target coordinates so that the in-plane reaction force value calculated by the measurement unit is as small as possible. As a result, it is possible to more efficiently search for the target coordinates of the point where the forces are balanced in a plane perpendicular to the insertion direction.

また、本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、さらに、上記挿入方向と平行な方向に働くZ軸方向反力値を計測するものであり、上記駆動手段は、上記Z軸方向に上記締結部品を移動させるものであるのが好ましい。   Further, in the fastening device according to the present invention, the measuring means further measures a Z-axis direction reaction force value acting in a direction parallel to the insertion direction, and the driving means is the Z-axis direction. It is preferable to move the fastening part.

上記構成によれば、計測手段によって計測されたZ軸方向反力値の大きさによって、駆動手段はZ軸方向上において上記締結部品を移動させることができ、締結部品とワークとのZ軸方向上における距離を調整することが可能である。   According to the above configuration, the driving means can move the fastening part in the Z-axis direction according to the magnitude of the Z-axis direction reaction force value measured by the measuring means, and the Z-axis direction between the fastening part and the workpiece. It is possible to adjust the distance above.

また、本発明に係る締結装置において、上記制御手段は、Z軸方向座標演算手段を有し、上記Z軸方向座標演算手段は、上記Z軸方向反力値が、予め設定されたZ軸方向反力基準値と同じになるよう、上記目的座標のうち上記Z軸方向の座標を算出するのが好ましい。   Further, in the fastening device according to the present invention, the control unit includes a Z-axis direction coordinate calculation unit, and the Z-axis direction coordinate calculation unit has a preset Z-axis direction in which the Z-axis direction reaction force value is set. It is preferable to calculate the coordinate in the Z-axis direction among the target coordinates so as to be the same as the reaction force reference value.

上記構成によれば、Z軸方向反力値が予め設定されたZ軸方向反力基準値と同じになるように、Z軸方向座標演算手段がZ軸方向の座標を算出し、駆動手段が締結部品を上記座標に移動させることで、常に締結部品をワークに接地させた状態にさせ、ワークの表面に段差があればそれを検出することが可能である。   According to the above configuration, the Z-axis direction coordinate calculation means calculates the Z-axis direction coordinates so that the Z-axis direction reaction force value is the same as the preset Z-axis direction reaction force reference value, and the drive means By moving the fastening part to the above-mentioned coordinates, it is possible to always keep the fastening part in contact with the work and to detect any step on the surface of the work.

また、本発明に係る締結装置において、上記スパイラル状軌道は、アルキメデスの螺旋であるのが好ましい。   In the fastening device according to the present invention, the spiral track is preferably an Archimedean spiral.

上記構成によれば、アルキメデスの螺旋は隣接する円周間の距離が等間隔であるため、効率よく探索することができ、より短時間で探索を終えることができる。   According to the above configuration, the Archimedean spiral can be searched efficiently because the distance between adjacent circles is equal, and the search can be completed in a shorter time.

また、本発明に係る締結装置において、上記スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離は、上記締結部品の直径と上記締結穴の直径との差より小さいのが好ましい。   In the fastening device according to the present invention, it is preferable that a distance between adjacent circumferences of the spiral track is smaller than a difference between a diameter of the fastening part and a diameter of the fastening hole.

上記構成によれば、スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離は締結部品直径と締結穴直径との差より小さく、探索範囲を漏れなく探索することができ、スパイラル状軌道に沿って移動する締結部品は必ず締結穴上方を通過することになる。   According to the above configuration, the distance between the adjacent circumferences of the spiral track is smaller than the difference between the fastening part diameter and the fastening hole diameter, and the search range can be searched without omission and moves along the spiral track. The fastening parts always pass over the fastening holes.

また、本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、上記X軸方向反力値及び上記Y軸方向反力値から、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信するものであり、平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
上記駆動手段は、上記X軸方向及びY軸方向に、上記締結部品を移動させるものであり、上記制御手段は、演算制御手段と原点復帰演算手段とを備え、上記原点復帰演算手段は、上記締結部品の移動軌跡が、上記スパイラル状軌道の原点に向かう直線となるよう、上記目的座標のうちX軸方向及びY軸方向の座標を算出するものであり、上記演算制御手段は、上記平面内反力値と予め設定された誤判定排除閾値とを比較し、上記平面内反力値が上記誤判定排除閾値より小さければ、原点復帰演算手段が、上記目的座標のうちX軸方向及びY軸方向の座標を算出するのが好ましい。
Further, in the fastening device according to the present invention, the measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are directions parallel to each of two straight lines orthogonal to each other on a plane perpendicular to the insertion direction. The axial reaction force value and the Y-axis reaction force value are measured, and the in-plane reaction force value is calculated from the X-axis direction reaction force value and the Y-axis direction reaction force value according to the following formula (1). In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
The drive means moves the fastening part in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the control means includes calculation control means and origin return calculation means, and the origin return calculation means includes Among the target coordinates, coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction are calculated so that the moving locus of the fastening part is a straight line toward the origin of the spiral-shaped trajectory. When the reaction force value is compared with a preset erroneous determination exclusion threshold value and the in-plane reaction force value is smaller than the erroneous determination exclusion threshold value, the origin return calculation means includes the X-axis direction and the Y-axis among the target coordinates. It is preferable to calculate the coordinates of the direction.

上記構成によれば、締結部品が一度締結穴内部に入ったが、また外れてしまった場合、または締結部品が締結穴周辺のバリに乗り上げた場合など、誤って締結部品が締結穴に入ったと判定された場合は、平面内反力値と誤判定排除閾値とを比較することにより、その誤判定を検出することができる。平面内反力値が誤判定排除閾値より小さければ、原点復帰演算手段によって、上記締結部品の移動軌跡が、上記スパイラル状軌道の原点に向かう直線となるよう、上記目的座標のうちX軸方向及びY軸方向の座標を算出し、駆動手段によって締結部品を移動させる。原点復帰演算手段を備えることによって、バリへの乗り上げなど探索の継続が不可能になった場合でも、スパイラル状軌道の原点に戻ることが可能であるため、エラー停止とならない。   According to the above configuration, if the fastening part once enters the fastening hole, but has come off again, or if the fastening part gets on the burr around the fastening hole, the fastening part has entered the fastening hole by mistake. When the determination is made, the erroneous determination can be detected by comparing the in-plane reaction force value with the erroneous determination exclusion threshold. If the in-plane reaction force value is smaller than the misjudgment exclusion threshold value, the origin return calculation means causes the moving locus of the fastening part to be a straight line toward the origin of the spiral trajectory. The coordinates in the Y-axis direction are calculated, and the fastening part is moved by the driving means. By providing the return-to-origin calculation means, even when the search cannot be continued, such as riding on a burr, it is possible to return to the origin of the spiral trajectory, so that an error stop does not occur.

本発明に係る締結装置において、上記締結部品はネジであり、上記締結装置は締付手段を備える構成であってもよい。   In the fastening device according to the present invention, the fastening component may be a screw, and the fastening device may include a fastening unit.

上記構成によれば、広範囲において位置ズレを修正でき、斜め噛み込みなどの不完全締結を防止でき、効率よくかつ確実にネジの締め付けを行うことができる。   According to the above configuration, the positional deviation can be corrected in a wide range, incomplete fastening such as oblique biting can be prevented, and the screw can be tightened efficiently and reliably.

本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
さらに、上記挿入方向と平行な方向に働くZ軸方向反力値を計測するものであり、
上記駆動手段は、上記X軸方向、上記Y軸方向、及び上記Z軸方向に上記締結部品を移動させるものであり、
上記制御手段は、さらに演算制御手段、力制御演算手段、原点復帰演算手段を備え、
上記演算制御手段は、上記Z軸方向反力値と予め設定されたZ軸方向反力基準値とを比較し、上記Z軸方向反力値が上記Z軸方向反力基準値より大きければ、上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記駆動手段は、上記スパイラル演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記スパイラル演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、上記平面内反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記力制御演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記力制御演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と予め設定された誤判定排除閾値とを比較し、上記平面内反力値が上記誤判定排除閾値より小さければ、上記原点復帰演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記原点復帰演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記原点復帰演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と上記締結穴接触閾値とを比較し、上記平面内反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記力制御演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記力制御演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記力制御演算手段により算出された座標から上記スパイラル状軌道の原点までの距離と予め設定された原点接近閾値とを比較し、上記スパイラル状軌道の原点までの距離が上記原点接近閾値より小さければ、上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記スパイラル演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させる構成であるのが好ましい。
In the fastening device according to the present invention, the measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are directions parallel to the two straight lines orthogonal to each other on a plane perpendicular to the insertion direction. Measure the reaction force value and the Y-axis direction reaction force value, calculate the in-plane reaction force value according to the following equation (1), and send it to the control means.
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
Furthermore, the Z-axis direction reaction force value acting in a direction parallel to the insertion direction is measured,
The drive means moves the fastening component in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction,
The control means further includes a calculation control means, a force control calculation means, and an origin return calculation means,
The arithmetic control means compares the Z-axis direction reaction force value with a preset Z-axis direction reaction force reference value, and if the Z-axis direction reaction force value is larger than the Z-axis direction reaction force reference value, The spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the spiral calculation means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with a preset fastening hole contact threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the spiral calculation means, If the in-plane reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold value, the force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means calculates the force control Move the fastening part to the coordinates calculated by the computing means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with a preset erroneous determination exclusion threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the force control calculation means. If the in-plane reaction force value is smaller than the erroneous determination exclusion threshold, the origin return calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the drive means Move the fastening part to the coordinates calculated by the return calculation means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with the fastening hole contact threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the origin return calculation means, and If the internal reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold, the force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the drive means is the force control calculation means Move the above fastening parts to the coordinates calculated by
The calculation control means is configured to move from the coordinates calculated by the force control calculation means to the origin of the spiral trajectory after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the force control calculation means. Comparing the distance with a preset origin approach threshold, and if the distance to the origin of the spiral trajectory is smaller than the origin approach threshold, the spiral calculation means is on a plane perpendicular to the insertion direction of the target coordinates. Preferably, the driving means is configured to move the fastening part to the coordinates calculated by the spiral calculation means.

上記構成によれば、初期時において締結部品が締結穴の内部、または締結穴の外部のどちらかに位置しても、効率よくかつ確実に締結を行うことができる。また、バリへの乗り上げなどにより、探索が継続不可能となっても、原点復帰演算手段によって、スパイラル原点付近に戻り再度スパイラル探索を行うことが可能である。原点までの移動中において、スパイラル状軌道の原点までの距離が予め設定された原点接近閾値より小さければ、二回目のスパイラル探索を開始する。   According to the above configuration, even when the fastening component is located either inside the fastening hole or outside the fastening hole at the initial stage, the fastening can be performed efficiently and reliably. Further, even if the search cannot be continued due to climbing on the burr or the like, it is possible to return to the vicinity of the spiral origin and perform the spiral search again by the origin return calculation means. During the movement to the origin, if the distance to the origin of the spiral trajectory is smaller than a preset origin approach threshold, a second spiral search is started.

本発明に係る締結装置において、上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
上記締結穴接触閾値は、予め、締結穴に締結部品が入らない条件で、予め設定した距離をスパイラル状に移動させて測定した上記平面内反力値の最大値より大きい値であるのが好ましい。
In the fastening device according to the present invention, the measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are directions parallel to the two straight lines orthogonal to each other on a plane perpendicular to the insertion direction. Measure the reaction force value and the Y-axis direction reaction force value, calculate the in-plane reaction force value according to the following equation (1), and send it to the control means.
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
The fastening hole contact threshold is preferably a value larger than the maximum value of the in-plane reaction force value measured by moving a preset distance in a spiral shape under the condition that a fastening part does not enter the fastening hole in advance. .

上記構成によれば、適切な締結穴接触閾値を使用することによって、締結部品が締結穴に入っているか否かについて正確に判定することができる。   According to the above configuration, it is possible to accurately determine whether or not the fastening part is in the fastening hole by using an appropriate fastening hole contact threshold.

本発明に係る締結装置において、上記誤判定排除閾値が、予め、締結穴に締結部品の一部が入っている条件で、上記平面内反力値が小さくなるように、目的座標を算出しながら締結部品を移動させて測定した上記平面内反力値の平均値より小さい値であって0より大きい値のうち任意の値であるのが好ましい。   In the fastening device according to the present invention, while calculating the target coordinates so that the in-plane reaction force value is reduced under the condition that the false determination exclusion threshold is previously a part of the fastening part in the fastening hole. It is preferable that the value is smaller than the average value of the in-plane reaction force values measured by moving the fastening part, and is an arbitrary value among values larger than zero.

上記構成によれば、適切な誤判定排除閾値を使用することによって、誤判定があったか否かについて正確に判定することができる。   According to the above configuration, it is possible to accurately determine whether or not there is an erroneous determination by using an appropriate erroneous determination exclusion threshold.

本発明に係る締結装置において、上記原点接近閾値は、上記スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離の半分であるのが好ましい。   In the fastening device according to the present invention, it is preferable that the origin approach threshold is half of the distance between adjacent circumferences of the spiral track.

上記構成によれば、一回目のスパイラル探索の原点と、二回目のスパイラル探索の原点とを異なる位置にすることで、二回目のスパイラル探索では以前と同じ軌道を通ることなく、再度同じ位置で誤判定を引き起こす可能性を減らすことができる。   According to the above configuration, by setting the origin of the first spiral search and the origin of the second spiral search to different positions, the second spiral search does not pass the same trajectory as before, but again at the same position. The possibility of causing erroneous determination can be reduced.

上記の課題を解決するために、本発明に係る締結方法は、締結部品を締結穴に挿入し締結するための締結方法であって、上記締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記締結部品を上記目的座標まで移動させるスパイラル探索工程と、上記締結部品が挿入方向と垂直な平面内において受ける反力値を計測し、上記反力値が小さくなるように上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記締結部品を上記目的座標まで移動させる力制御探索工程とを含み、上記反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、上記反力値が上記締結穴接触閾値より小さければ、上記スパイラル探索工程を実行し、上記反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御探索工程を実行することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fastening method according to the present invention is a fastening method for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole, and the movement locus of the fastening part is a spiral orbit, Calculates the coordinates on the plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the spiral search process to move the fastening part to the target coordinate, and measures the reaction force value that the fastening part receives in the plane perpendicular to the insertion direction And calculating a coordinate on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the reaction force value is small, and a force control search step of moving the fastening part to the target coordinates. If the reaction force value is smaller than the fastening hole contact threshold value, the spiral search process is executed, and if the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold value. , And executes the serial power control searching step.

上記構成によれば、締結部品と締結穴との間に大きな位置ズレが生じた際でも、スパイラル探索工程によって、締結穴の位置を広範囲において効率よく探索することができ、位置ズレを修正することが可能である。また、力制御探索工程によって、挿入方向と垂直な面方向に働く反力値が小さくなるよう位置補正をすることによって、斜め噛み込みなどの不完全な締結を防止できる。   According to the above configuration, even when a large positional deviation occurs between the fastening component and the fastening hole, the position of the fastening hole can be efficiently searched in a wide range by the spiral search process, and the positional deviation is corrected. Is possible. In addition, by performing the position correction so that the reaction force value acting in the surface direction perpendicular to the insertion direction is reduced by the force control search step, incomplete fastening such as oblique biting can be prevented.

本発明に係る締結装置は、締結部品を締結穴に挿入し締結するための自動締結装置であって、上記締結部品を目的座標に移動させる駆動手段と、上記目的座標を算出し上記駆動手段に送信する制御手段と、上記締結部品が受けている、挿入方向と垂直な面方向に働く反力値を計測し上記制御手段に送信する計測手段とを備え、上記制御手段は、スパイラル演算手段及び力制御演算手段を備え、上記スパイラル演算手段は、上記締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであり、上記力制御演算手段は、上記反力値が小さくなるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであることを特徴とし、締結穴の位置を広範囲において効率よく探索して位置ズレを修正でき、斜め噛み込みなどの不完全締結を防止できる、という効果を奏する。   The fastening device according to the present invention is an automatic fastening device for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole, and driving means for moving the fastening part to a target coordinate, and calculating the target coordinate to the driving means. Control means for transmitting, and measuring means for measuring a reaction force value received in the fastening part and acting in a surface direction perpendicular to the insertion direction and transmitting the reaction force value to the control means, the control means comprising: a spiral computing means; Force control calculating means, wherein the spiral calculating means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the moving locus of the fastening part is a spiral orbit, The force control calculation means calculates the coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the reaction force value is small, and the position of the fastening hole is efficiently determined over a wide range. Ku can modify the search to the positional deviation, it is possible to prevent the incomplete conclusion of such biting diagonally, an effect that.

本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置の構成を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the structure of the automatic screw fastening apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置の機能構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the function structure of the automatic screw fastening apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置の作動の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the action | operation of the automatic screw fastening apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るスパイラル演算におけるスパイラルの形状の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the shape of the spiral in the spiral calculation which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る一回目のスパイラル状軌道と二回目のスパイラル状軌道の様子を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the mode of the 1st spiral track | orbit and the 2nd spiral track | orbit which concern on one Embodiment of this invention. 接地時ネジ先端が締結穴内部にある場合の、ネジの移動軌跡を示した図である。It is the figure which showed the movement locus | trajectory of a screw | thread when a screw front-end | tip is in a fastening hole at the time of grounding. 接地時ネジ先端が締結穴外部にある場合の、ネジの移動軌跡を示した図である。It is the figure which showed the movement locus | trajectory of a screw | thread when a screw front-end | tip is in the exterior of a fastening hole at the time of grounding. 本発明の一実施形態に係る樹脂ピン自動挿入装置を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the resin pin automatic insertion apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 従来技術による位置補正が不可能な状況について示した模式図である。It is the schematic diagram shown about the situation where position correction by a prior art is impossible.

〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について、図1〜図7に基づいて説明すると以下のとおりである。
Embodiment 1
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(1.自動ネジ締め装置の構成)
まず、図1を用いて本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置(締結装置)の構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置100の構成を示した模式図である。図1(a)は、自動ネジ締め装置100全体を示したものであり、図1(b)は、点線で囲まれている範囲110の拡大図である。
(1. Configuration of automatic screw tightening device)
First, the configuration of an automatic screw fastening device (fastening device) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an automatic screw tightening device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows the entire automatic screw tightening apparatus 100, and FIG. 1B is an enlarged view of a range 110 surrounded by a dotted line.

本発明に係る自動ネジ締め装置100は、XYZ軸方向駆動ロボット14(駆動手段)、ネジ締めドライバ15(締付手段)、力センサー16(計測手段)、ロボット制御用コンピュータ17(制御手段)、ワーク載置部18、ビット19を備えている。   An automatic screw tightening apparatus 100 according to the present invention includes an XYZ axial direction driving robot 14 (drive means), a screw tightening driver 15 (tightening means), a force sensor 16 (measurement means), a robot control computer 17 (control means), A work placement unit 18 and a bit 19 are provided.

自動ネジ締めを行う際、自動ネジ締め装置100におけるビット19は、ビット先端にネジ20(締結部品)を保持し、ワーク載置部18には、上下2枚のワーク21、22が載置される。自動ネジ締め装置100は、ネジ20を、ワーク21及び22を貫通している締結穴23に挿入し締め付ける(締結する)ための装置である。   When performing automatic screw tightening, the bit 19 in the automatic screw tightening apparatus 100 holds a screw 20 (fastening component) at the tip of the bit, and two workpieces 21 and 22 are placed on the workpiece placement unit 18. The The automatic screw fastening device 100 is a device for inserting and fastening (fastening) the screw 20 into a fastening hole 23 penetrating the workpieces 21 and 22.

この明細書中において、X軸方向及びY軸方向とは、ネジの挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であり、Z軸方向とは、ネジの挿入方向と平行な方向である。X−Y平面方向とは、ネジの挿入方向と垂直な面方向である。   In this specification, the X-axis direction and the Y-axis direction are directions parallel to two straight lines perpendicular to each other on a plane perpendicular to the screw insertion direction, and the Z-axis direction is the direction of the screw. The direction is parallel to the insertion direction. The XY plane direction is a plane direction perpendicular to the screw insertion direction.

XYZ軸方向駆動ロボット14は、X軸方向駆動アーム11(X軸方向駆動手段)、Y軸方向駆動アーム12(Y軸方向駆動手段)、Z軸方向駆動アーム13(Z軸方向駆動手段)を備えている。X軸方向駆動アーム11、Y軸方向駆動アーム12、Z軸方向駆動アーム13は、それぞれ独立に制御することができ、ネジ20をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向においてそれぞれ移動させることができる。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ロボット制御用コンピュータ17から目的座標(X,Y,Z)を受け取ると、X軸方向駆動アーム11、Y軸方向駆動アーム12、Z軸方向駆動アーム13を制御してビット19を制御して、ビット19に保持されているネジ20を目的座標(X,Y,Z)まで移動させる。 The XYZ axis direction drive robot 14 includes an X axis direction drive arm 11 (X axis direction drive means), a Y axis direction drive arm 12 (Y axis direction drive means), and a Z axis direction drive arm 13 (Z axis direction drive means). I have. The X-axis direction drive arm 11, the Y-axis direction drive arm 12, and the Z-axis direction drive arm 13 can be controlled independently, and the screw 20 is moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively. Can do. Upon receiving the target coordinates (X n , Y n , Z n ) from the robot control computer 17, the XYZ axis direction drive robot 14 receives the X axis direction drive arm 11, the Y axis direction drive arm 12, and the Z axis direction drive arm 13. And the bit 19 is controlled to move the screw 20 held in the bit 19 to the target coordinates (X n , Y n , Z n ).

力センサー16は、XYZ軸方向駆動ロボット14の先端部に備えられている。力センサー16は、ネジ20がX軸方向、Y軸方向、Z軸方向において受けている反力の大きさ、すなわちX軸方向反力値F、Y軸方向反力値F、Z軸方向反力値Fをそれぞれ独立に測定することができる。 The force sensor 16 is provided at the tip of the XYZ axial direction driving robot 14. The force sensor 16 has the magnitude of the reaction force that the screw 20 receives in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, that is, the X-axis direction reaction force value F x , the Y-axis direction reaction force value F y , and the Z-axis. The direction reaction force value Fz can be measured independently.

ネジ締めドライバ15は、力センサー16を介してXYZ軸方向駆動ロボット14先端部に連結している。ビット19は、ネジ締めドライバ15の先端部に装着されている。ビット19は、真空吸着機能を有し、ネジ20を保持することができる。ネジ締めドライバ15は、ロボット制御用コンピュータ17から回転開始信号を受け取るとビット19を回転させ、トルクアップに伴いロボット制御用コンピュータ17から回転停止信号を受け取るとビット19の回転を停止させる。   The screw tightening driver 15 is connected to the tip of the XYZ axial direction driving robot 14 via a force sensor 16. The bit 19 is attached to the tip of the screw tightening driver 15. The bit 19 has a vacuum suction function and can hold the screw 20. The screw tightening driver 15 rotates the bit 19 when receiving a rotation start signal from the robot control computer 17, and stops the rotation of the bit 19 when receiving a rotation stop signal from the robot control computer 17 as the torque increases.

(2.自動ネジ締め装置の機能構成)
次に、図2を参照して機能的な観点から自動ネジ締め装置100の構成を説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る自動ネジ締め装置100の要部構成を示した機能ブロック図である。
(2. Functional configuration of automatic screw tightening device)
Next, the configuration of the automatic screw fastening apparatus 100 will be described from a functional viewpoint with reference to FIG. FIG. 2 is a functional block diagram showing the main configuration of the automatic screw tightening apparatus 100 according to one embodiment of the present invention.

自動ネジ締め装置100は、力センサー16、ロボット制御用コンピュータ17、XYZ軸方向駆動ロボット14、ネジ締めドライバ15を備えている。   The automatic screw tightening device 100 includes a force sensor 16, a robot control computer 17, an XYZ axial drive robot 14, and a screw tightening driver 15.

力センサー16は、ネジ(締結部品)が受けている反力値を測定するための手段である。力センサー16は、X軸方向反力値計測部211、Y軸方向反力値計測部212、Z軸方向反力値計測部213、平面反力値算出部214を備えている。X軸方向反力値計測部211、Y軸方向反力値計測部212、Z軸方向反力値計測部213は、ネジがX軸方向、Y軸方向、Z軸方向において受けているX軸方向反力値計F、Y軸方向反力値F、Z軸方向反力値Fをそれぞれ計測する。平面反力値算出部214は、下記式(1)に従って平面内反力値Fx−yを算出する。
平面内反力値Fx−y=(X軸方向反力値F +Y軸方向反力値F 0.5・・・(1)
力センサー16は、平面内反力値Fx−yとZ軸方向反力値Fとをロボット制御用コンピュータ17に送信する。
The force sensor 16 is a means for measuring a reaction force value received by a screw (fastening component). The force sensor 16 includes an X-axis direction reaction force value measurement unit 211, a Y-axis direction reaction force value measurement unit 212, a Z-axis direction reaction force value measurement unit 213, and a planar reaction force value calculation unit 214. The X-axis direction reaction force value measurement unit 211, the Y-axis direction reaction force value measurement unit 212, and the Z-axis direction reaction force value measurement unit 213 are the X-axis that the screw receives in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The direction reaction force value meter F x , the Y-axis direction reaction force value F y , and the Z-axis direction reaction force value F z are measured. The plane reaction force value calculation unit 214 calculates an in-plane reaction force value F xy according to the following equation (1).
In-plane reaction force value F xy = (X-axis direction reaction force value F x 2 + Y-axis direction reaction force value F y 2 ) 0.5 (1)
The force sensor 16 transmits the in-plane reaction force value F xy and the Z-axis direction reaction force value F z to the robot control computer 17.

ロボット制御用コンピュータ17は、目的座標(X,Y,Z)を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信するための手段である。ロボット制御用コンピュータ17は、演算制御部221(演算制御手段)、スパイラル演算部(スパイラル演算手段)222、力制御演算部223(力制御演算手段)、原点復帰演算部224(原点復帰演算手段)、Z軸方向座標演算部225(Z軸方向座標演算手段)、記憶部226を備えている。各部分の詳細については後述する。 The robot control computer 17 is a means for calculating target coordinates (X n , Y n , Z n ) and transmitting them to the XYZ axial drive robot 14. The robot control computer 17 includes an arithmetic control unit 221 (calculation control unit), a spiral calculation unit (spiral calculation unit) 222, a force control calculation unit 223 (force control calculation unit), and an origin return calculation unit 224 (origin return calculation unit). , A Z-axis direction coordinate calculation unit 225 (Z-axis direction coordinate calculation means), and a storage unit 226 are provided. Details of each part will be described later.

XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを目的座標まで移動させるための手段である。XYZ軸方向駆動ロボット14は、X軸方向駆動アーム11(X軸方向駆動手段)、Y軸方向駆動アーム12(Y軸方向駆動手段)、Z軸方向駆動アーム13(Z軸方向駆動手段)を備えている。X軸方向駆動アーム11、Y軸方向駆動アーム12、Z軸方向駆動アーム13は、それぞれX軸方向、Y軸方向、Z軸方向においてネジを移動させることができる。ロボット制御用コンピュータ17が目的座標(X,Y,Z)をXYZ軸方向駆動ロボット14に送信すると、X軸方向駆動アーム11、Y軸方向駆動アーム12、Z軸方向駆動アーム13はネジを目的座標(X,Y,Z)まで移動させる。 The XYZ axial direction driving robot 14 is a means for moving the screw to the target coordinates. The XYZ axis direction drive robot 14 includes an X axis direction drive arm 11 (X axis direction drive means), a Y axis direction drive arm 12 (Y axis direction drive means), and a Z axis direction drive arm 13 (Z axis direction drive means). I have. The X-axis direction drive arm 11, the Y-axis direction drive arm 12, and the Z-axis direction drive arm 13 can move screws in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively. When the robot control computer 17 transmits the target coordinates (X n , Y n , Z n ) to the XYZ axis direction driving robot 14, the X axis direction driving arm 11, the Y axis direction driving arm 12, and the Z axis direction driving arm 13 are object coordinates screws (X n, Y n, Z n) is moved to.

ネジ締めドライバ15は、ネジを締め付けるための手段である。ネジ締めドライバ15は、ロボット制御用コンピュータ17から締付開始信号を受け取るとネジを回転させ、締付停止信号を受け取ると回転を停止させる。また、ネジ締めドライバ15は、回転に伴いトルクアップを検知すると、ロボット制御用コンピュータ17に対してネジ締め完了信号を送信する。   The screw tightening driver 15 is a means for tightening a screw. The screw tightening driver 15 rotates the screw when receiving a tightening start signal from the robot control computer 17, and stops the rotation when receiving a tightening stop signal. Further, when the screw tightening driver 15 detects a torque increase accompanying the rotation, the screw tightening driver 15 transmits a screw tightening completion signal to the robot control computer 17.

(3.自動ネジ締め装置の作動フロー)
ここで、自動ネジ締め装置100の作動について、図3を参照して説明する。図3は、自動ネジ締め装置100の作動の流れを示したフローチャートである。
(3. Operation flow of automatic screw tightening device)
Here, the operation of the automatic screw fastening apparatus 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation flow of the automatic screw tightening apparatus 100.

(3−1.初期化工程)
まず、ネジを取得して、予め定められた締結穴位置に移動させる初期化工程(ステップS0〜ステップS2)について説明する。
(3-1. Initialization process)
First, an initialization process (steps S0 to S2) for acquiring a screw and moving it to a predetermined fastening hole position will be described.

ワーク載置部18に締結穴23のある上下2枚のワーク21、22を設置して、自動ネジ締め動作を開始する(ステップS0)。   The upper and lower two workpieces 21 and 22 having the fastening holes 23 are installed on the workpiece placing portion 18 and the automatic screw tightening operation is started (step S0).

ロボット制御用コンピュータ17の演算制御部221は、記憶部226から予め定められたネジ供給位置座標(X,Y,Z)を取得して、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14はビットを(X,Y,Z)に移動させる。ビットは、真空吸引でネジを取得し、保持する(ステップS1)。 The arithmetic control unit 221 of the robot control computer 17 acquires predetermined screw supply position coordinates (X 1 , Y 1 , Z 1 ) from the storage unit 226 and transmits them to the XYZ axial direction driving robot 14. The XYZ axial drive robot 14 moves the bit to (X 1 , Y 1 , Z 1 ). The bit acquires and holds the screw by vacuum suction (step S1).

ロボット制御用コンピュータ17の演算制御部221は、記憶部226から予め定められたネジ締結穴座標(X,Y,Z)を取得して、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14はネジを(X,Y,Z)に移動させる(ステップS2)。 The arithmetic control unit 221 of the robot control computer 17 obtains predetermined screw fastening hole coordinates (X 2 , Y 2 , Z 2 ) from the storage unit 226 and transmits them to the XYZ axial direction driving robot 14. The XYZ axial direction driving robot 14 moves the screw to (X 2 , Y 2 , Z 2 ) (step S2).

(3−2.接地確認工程)
次に、Z軸方向において、ネジが接地していることを確認する接地確認工程について説明する(ステップS3〜ステップS4)。
(3-2. Grounding confirmation process)
Next, a grounding confirmation process for confirming that the screw is grounded in the Z-axis direction will be described (steps S3 to S4).

力センサー16は、Z軸方向反力値計測部213によってネジがZ軸方向において受けている反力値の大きさを測定し、Z軸方向反力値Fをロボット制御用コンピュータ17に送信する。ロボット制御用コンピュータ17の演算制御部221は、記憶部226から、予め設定してある接地判定閾値Fcontactを取得し、Z軸方向反力値Fと接地判定閾値Fcontactとを比較する。ネジがワークに接地している場合、ネジはワークからの反力(挿入方向と平行な軸方向における反力)を受ける。これによって、Z軸方向反力値F>接地判定閾値Fcontactであれば、ネジはワークに接地していると判定することができる(ステップS3)。 The force sensor 16 measures the magnitude of the reaction force value received by the screw in the Z-axis direction by the Z-axis direction reaction force value measuring unit 213, and transmits the Z-axis direction reaction force value Fz to the robot control computer 17. To do. The arithmetic control unit 221 of the robot control computer 17 acquires a preset ground contact determination threshold value F contact from the storage unit 226, and compares the Z-axis direction reaction force value F z with the ground contact determination threshold value F contact . When the screw is in contact with the workpiece, the screw receives a reaction force from the workpiece (a reaction force in an axial direction parallel to the insertion direction). Accordingly, if the Z-axis direction reaction force value F z > the contact determination threshold value F contact, it can be determined that the screw is in contact with the workpiece (step S3).

演算制御部221は、比較の結果、Z軸方向反力値F>接地判定閾値Fcontactであれば、接地していると判定して、ステップS5に進む。一方、演算制御部221は、Z軸方向反力値Fz1<接地判定閾値Fcontactであれば、接地していないと判定して、Z軸方向座標演算部225に次の目的座標を算出するように指示する。 If the Z-axis direction reaction force value F z > the contact determination threshold value F contact is determined as a result of the comparison, the arithmetic control unit 221 determines that the contact is grounded and proceeds to step S5. On the other hand, if the Z-axis direction reaction force value F z1 <the ground determination threshold value F contact , the arithmetic control unit 221 determines that the ground is not in contact , and calculates the next target coordinate to the Z-axis direction coordinate calculation unit 225. To instruct.

Z軸方向座標演算部225は、ネジをワークに近づけるようX,Y軸方向の座標をそのままに、ネジの高度を降下させる次の目的座標(X,Y,Z2‘)を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを目的座標(X,Y,Z2‘)に移動させる(ステップS4)。次に、再度接地判定(ステップS3)を行う。 The Z-axis direction coordinate calculation unit 225 calculates the next target coordinates (X 2 , Y 2 , Z 2 ′ ) for lowering the altitude of the screw while keeping the coordinates in the X and Y axes so that the screw approaches the workpiece. , Transmitted to the XYZ axial direction drive robot 14. The XYZ axis direction drive robot 14 moves the screw to the target coordinates (X 2 , Y 2 , Z 2 ′ ) (step S4). Next, the ground contact determination (step S3) is performed again.

なお、接地が確認できたステップS4以後において、演算制御部221は、記憶部226から予め設定されたZ軸方向反力基準値Zstandardを取得し、Z軸方向反力値FzとZ軸方向反力基準値Zstandardとを比較する。Z軸方向座標演算部225は、Z軸方向反力値Fzが常にZ軸方向反力基準値Zstandardと同じになるように、目的座標のうちZ軸方向の座標を算出する。Z軸方向座標演算部225は、算出されたZ軸方向の座標をXYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。すなわち、Z軸方向反力値Fz>Z軸方向反力基準値Zstandardであれば、ネジをワークから遠ざける方向に、Z軸方向反力値Fz<Z軸方向反力基準値Zstandardであれば、ネジをワークに近づける方向に、目的座標のうちZ軸方向の座標を算出する。これ以後の説明では、Z軸方向座標演算部225によるZ軸方向の座標の算出、及びXYZ軸方向駆動ロボット14によるネジのZ軸方向における移動については説明を省略する。 After step S4 in which the ground contact is confirmed, the calculation control unit 221 acquires a preset Z-axis direction reaction force reference value Z standard from the storage unit 226, and the Z-axis direction reaction force value Fz and the Z-axis direction. The reaction force reference value Z standard is compared. The Z-axis direction coordinate calculation unit 225 calculates the coordinates in the Z-axis direction among the target coordinates so that the Z-axis direction reaction force value Fz is always the same as the Z-axis direction reaction force reference value Z standard . The Z-axis direction coordinate calculation unit 225 transmits the calculated coordinates in the Z-axis direction to the XYZ-axis direction driving robot 14. That is, if Z-axis direction reaction force value Fz> Z-axis direction reaction force reference value Z standard , Z-axis direction reaction force value Fz <Z-axis direction reaction force reference value Z standard is set in the direction in which the screw is moved away from the workpiece. For example, the coordinates in the Z-axis direction among the target coordinates are calculated in the direction in which the screw is brought closer to the workpiece. In the following description, description of the calculation of the Z-axis direction coordinate by the Z-axis direction coordinate calculation unit 225 and the movement of the screw in the Z-axis direction by the XYZ-axis direction driving robot 14 will be omitted.

(3−3.スパイラル探索工程)
次に、締結穴の位置を探索して、ネジ先端を探索穴に入るようにするためのスパイラル探索工程(ステップS5〜ステップS7)について説明する。
(3-3. Spiral search process)
Next, the spiral search process (steps S5 to S7) for searching for the position of the fastening hole and causing the screw tip to enter the search hole will be described.

演算制御部221は、X−Y平面内におけるネジの現地点の座標(X,Y)を第一スパイラル原点として、記憶部226に記憶させる(ステップS5)。 The arithmetic control unit 221 stores the coordinates (X 2 , Y 2 ) of the local point of the screw in the XY plane as the first spiral origin in the storage unit 226 (step S5).

次に、第一スパイラル原点において、ネジの先端が締結穴内部に入っているかどうかを判定する(ステップS6)。力センサー16は、ネジが受けている平面内反力値Fx−yをロボット制御用コンピュータ17に送信する。演算制御部221は、記憶部226から、予め設定してある締結穴接触閾値Fin−holeを取得し、平面内反力値Fx−yと締結穴接触閾値Fin−holeとを比較する。 Next, it is determined whether the tip of the screw is in the fastening hole at the first spiral origin (step S6). Force sensor 16 transmits the plane reaction force value F x-y the screw is received in the robot control computer 17. The arithmetic control unit 221 acquires a preset fastening hole contact threshold value F in-hole from the storage unit 226, and compares the in- plane reaction force value F xy with the fastening hole contact threshold value F in-hole. .

ネジ先端が締結穴内部に入っている場合、ネジは締結穴の壁に衝突して、挿入方向と垂直な面方向において反力を受けるため、平面内反力値Fx−yが締結穴接触閾値Fin−holeより大きければ、ネジ先端は締結穴内部に入っていると判定することができる。(ステップS6)
演算制御部221は、比較の結果、平面内反力値Fx−y>締結穴接触閾値Fin−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にあると判定して、ステップS8に進む。一方、平面内反力値Fx−y<締結穴接触閾値Fin−holeであれば、ネジ先端は締結穴の外部にあると判定して、ステップS7に進む。
When the screw tip is inside the fastening hole, the screw collides with the wall of the fastening hole and receives a reaction force in the plane direction perpendicular to the insertion direction. Therefore, the in-plane reaction force value F xy is the contact with the fastening hole. If it is larger than the threshold value F in-hole, it can be determined that the screw tip is inside the fastening hole. (Step S6)
As a result of the comparison, if the in-plane reaction force value F xy > fastening hole contact threshold value F in-hole , the arithmetic control unit 221 determines that the screw tip is inside the fastening hole, and proceeds to step S8. On the other hand, if the in-plane reaction force value F xy <fastening hole contact threshold value F in-hole, it is determined that the screw tip is outside the fastening hole, and the process proceeds to step S7.

ステップS7において、スパイラル演算部222は、ネジがX−Y平面方向において等速に移動し、かつその移動軌跡が第一スパイラル原点(X,Y)を中心とする、外に広がるアルキメデスの螺旋(スパイラル)状軌道となるように、X−Y平面上の目的座標(XSpiral,YSpiral)を算出するものである。スパイラル演算部222は、算出した目的座標(XSpiral,YSpiral)を、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを目的座標(XSpiral,YSpiral)に移動させる。 In step S7, the spiral calculation unit 222 moves the screw at a constant speed in the XY plane direction, and the movement trajectory of Archimedes spreading outward is centered on the first spiral origin (X 2 , Y 2 ). The target coordinates (X Spiral , Y Spiral ) on the XY plane are calculated so as to form a spiral trajectory. The spiral calculation unit 222 transmits the calculated target coordinates (X Spiral , Y Spiral ) to the XYZ axial direction driving robot 14. The XYZ axis direction driving robot 14 moves the screw to the target coordinates (X Spiral , Y Spiral ).

次に、再度ステップS5を実施して、ネジ先端が締結穴内部に入っているかについて判定を行う。   Next, Step S5 is performed again to determine whether the screw tip is inside the fastening hole.

なお、スパイラル状軌道について、図4を参照して説明すると以下の通りである。図4は、スパイラル演算におけるスパイラルの形状の例を示した図である。本実施形態においては、図4(a)に示すように、原点40を中心とした、アルキメデスの螺旋となるようにしているが、この他にも、例えば図4(b)、図4(c)に示す、原点41、42を中心としたスパイラルとすることもでき、軌道はスパイラル形状であればよく、特に限定されない。また、図4(a)に示すように、隣接する円周間の距離L1は、ネジ(締結部品)直径と締結穴直径との差より小さいのが好ましい。これによって、効率よくかつ漏れなく探索を行うことが可能となり、ネジは必ず締結穴上方を通過することになる。   The spiral trajectory will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a spiral shape in the spiral calculation. In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, an Archimedean spiral centering on the origin 40 is used, but other than this, for example, FIG. 4B and FIG. ) And a spiral centering on the origins 41 and 42, and the trajectory is not particularly limited as long as it has a spiral shape. Moreover, as shown to Fig.4 (a), it is preferable that the distance L1 between the circumferences which adjoin is smaller than the difference of a screw (fastening part) diameter and a fastening hole diameter. This makes it possible to search efficiently and without leakage, and the screw always passes over the fastening hole.

(3−4.力制御探索工程)
ネジ先端が締結穴内部にある場合でも、ネジの中心位置と締結穴の中心位置とに位置のズレがあれば、斜め噛み込みなどの不完全な締付が発生しやすくなる。次に、ネジと締結穴の軸線を平行、かつ重ねるようにするための力制御探索工程について説明する。
(3-4. Force control search process)
Even when the screw tip is inside the fastening hole, if there is a misalignment between the center position of the screw and the center position of the fastening hole, incomplete tightening such as oblique bite tends to occur. Next, a description will be given of a force control search step for making the screw and the fastening hole axes parallel and overlap.

ステップS8において、演算制御部221は、カウンタ変数cntを0として、記憶部226に記憶させる。   In step S8, the arithmetic control unit 221 sets the counter variable cnt to 0 and stores it in the storage unit 226.

ステップS9において、力制御演算部223は、平面内反力値Fx−yが、ゼロに近づくよう、X−Y平面方向における目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)を算出する。具体的には、例えば、現地点(Xfcontrol 0,Yfcontrol 0)におけるX軸方向反力値F及びY軸方向反力値Fの大きさに比例して、下記の式(2)によりX軸方向における変位量△x、およびY軸方向における変位量Δyを算出する。 In step S <b> 9, the force control calculation unit 223 calculates target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ) in the XY plane direction so that the in-plane reaction force value F xy approaches zero. Specifically, for example, the following equation (2) is proportional to the magnitudes of the X-axis direction reaction force value F x and the Y-axis direction reaction force value F y at the local point (X fcontrol 0 , Y fcontrol 0 ). Is used to calculate the displacement amount Δx in the X-axis direction and the displacement amount Δy in the Y-axis direction.

△x=α×F △y=β×F ・・・・(2)
なお、式中において、α、βは定数である。
Δx = α × F x Δy = β × F y (2)
In the formula, α and β are constants.

次に、目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)を、下記の式(3)により算出する。 Next, target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ) are calculated by the following equation (3).

fcontrol=Xfcontrol 0+△x
fcontrol=Yfcontrol 0+△y・・・・(3)
力制御演算部223は、算出された目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)をXYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)に移動させる。
X fcontrol = X fcontrol 0 + Δx
Y fcontrol = Y fcontrol 0 + Δy (3)
The force control calculation unit 223 transmits the calculated target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ) to the XYZ axis direction driving robot 14. The XYZ axial direction drive robot 14 moves the screw to the target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ).

つづいて、演算制御部221は記憶部226からカウンタ変数cntを取得し、cnt=cnt+1として更新し、更新されたカウンタ変数値を再度記憶部226に記憶させる(ステップS10)。   Subsequently, the arithmetic control unit 221 acquires the counter variable cnt from the storage unit 226, updates it as cnt = cnt + 1, and stores the updated counter variable value in the storage unit 226 again (step S10).

次に、現時点でネジ先端が締結穴内部にあるかどうかを再度判定する、すなわち誤判定排除を行う(ステップS11)。演算制御部221は、記憶部226から、予め設定してある誤判定排除閾値Fout−holeを取得し、平面内反力値Fx−yと誤判定排除閾値Fout−holeとを比較する。 Next, it is determined again whether the screw tip is currently inside the fastening hole, that is, erroneous determination is eliminated (step S11). The arithmetic control unit 221 acquires a preset erroneous determination exclusion threshold value F out-hole from the storage unit 226, and compares the in-plane reaction force value F xy with the erroneous determination exclusion threshold value F out-hole. .

ネジ先端は締結穴内に入っている場合、ネジは締結穴の壁に衝突して、平面内反力(挿入方向と垂直な平面上方向に働く反力)を少なからず受けるため、平面内反力値Fx−yが完全に0になることはない。平面内反力値Fx−yが誤判定排除閾値Fout−holeより小さければ、ネジ先端は締結穴内部に入っていないと判定することができる(ステップS11)。 When the screw tip is in the fastening hole, the screw collides with the wall of the fastening hole and receives in-plane reaction force (reaction force acting on the plane perpendicular to the insertion direction). The value F xy will never be zero. If the in-plane reaction force value F xy is smaller than the erroneous determination exclusion threshold F out-hole, it can be determined that the screw tip does not enter the fastening hole (step S11).

例えば、ネジ先端が一度は締結穴内部に入ったが、また締結穴からはずれて締結穴周辺の平坦部と接触している場合、またはネジ先端は締結穴に入っていないが、締結穴周辺のバリと接触していたためステップS6で締結穴内部にあると誤判定された場合は、この時点において平面内反力値Fx−yはほぼ0であり、誤判定排除閾値Fout−holeより小さいため、これらを検出することができる。 For example, if the screw tip has once entered the inside of the fastening hole but has come off the fastening hole and is in contact with the flat part around the fastening hole, or the screw tip is not in the fastening hole but is If it is erroneously determined that it is inside the fastening hole in step S6 because it is in contact with the burr, the in-plane reaction force value F xy is almost 0 at this time and is smaller than the erroneous determination exclusion threshold F out-hole. Therefore, these can be detected.

演算制御部221は、比較の結果、平面内反力値Fx−y>誤判定排除閾値Fout−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にあると判定して、ステップS12に進む。一方、平面内反力値Fx−y<誤判定排除閾値Fout−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にないと判定して、ステップS13に進む。 As a result of the comparison, if the in-plane reaction force value F xy > the erroneous determination exclusion threshold value F out-hole , the arithmetic control unit 221 determines that the screw tip is inside the fastening hole, and proceeds to step S12. On the other hand, if the in-plane reaction force value F xy <the erroneous determination exclusion threshold F out-hole, it is determined that the screw tip is not inside the fastening hole, and the process proceeds to step S13.

次に、演算制御部221は記憶部226からカウンタ変数閾値Cthrを取得し、カウンタ変数cntとカウンタ変数閾値Cthrとを比較する。比較の結果カウンタ変数cnt>カウンタ変数閾値Cthrであれば、充分に長い時間にわたりネジ先端は締結穴内部にあり、かつ充分に力制御による位置調整が行われたと判定して、ステップS16に進む。一方、カウンタ変数cnt<カウンタ変数閾値Cthrであれば、まだ充分に長い時間にわたりネジ先端は締結穴内部に入っていない、充分に力制御による位置調整が行われていないと判定して、ステップS9に進む(ステップS12)。 Next, the arithmetic control unit 221 acquires the counter variable threshold value C thr from the storage unit 226 and compares the counter variable cnt with the counter variable threshold value C thr . If counter variable cnt> counter variable threshold value C thr as a result of comparison, it is determined that the screw tip has been inside the fastening hole for a sufficiently long time and the position adjustment by force control has been sufficiently performed, and the process proceeds to step S16. . On the other hand, if counter variable cnt <counter variable threshold value C thr, it is determined that the screw tip has not entered the fastening hole for a sufficiently long time, and the position adjustment by force control has not been performed sufficiently. The process proceeds to S9 (step S12).

(3−5.原点復帰工程)
ステップS11において、比較の結果、平面内反力値Fx−y<誤判定排除閾値Fout−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にないと判定して、ステップS13に進む。平面内反力値Fx−y<誤判定排除閾値Fout−holeである理由は、ネジ先端は一度締結穴内部に入ったもののまたすぐに外れてしまった、または締結穴周辺のバリ部分に衝突してしまった、などの理由が考えられる。この場合は、第一スパイラル原点に移動して、再度スパイラル探索工程、力制御探索工程を行う必要がある。
(3-5. Origin return process)
If it is determined in step S11 that the in-plane reaction force value F xy <the erroneous determination exclusion threshold value F out-hole as a result of the comparison, it is determined that the screw tip is not inside the fastening hole, and the process proceeds to step S13. The reason why the in-plane reaction force value F xy <the misjudgment exclusion threshold value F out-hole is that although the screw tip once entered the fastening hole, it was immediately removed, or the burr around the fastening hole Possible reasons such as a collision. In this case, it is necessary to move to the first spiral origin and perform the spiral search process and the force control search process again.

ステップS13において、演算制御部221は、原点復帰演算部224に目的座標を算出するよう指示する。原点復帰演算部224は、ネジが現在地点から、ステップS5で記録された第一スパイラル原点(X,Y)に向かって、等速かつ直線的に接近するように、目的座標のうちX−Y平面方向における座標(Xreturn,Yreturn)を算出する。原点復帰演算部224は、算出された座標(Xreturn,Yreturn)を、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを(Xreturn,Yreturn)まで移動させる。 In step S <b> 13, the calculation control unit 221 instructs the origin return calculation unit 224 to calculate target coordinates. The origin return calculation unit 224 makes X of the target coordinates so that the screw approaches the first spiral origin (X 2 , Y 2 ) recorded in step S5 from the current point at a constant speed and linearly. -Calculate the coordinates in the Y plane direction (X return , Y return ). The origin return calculation unit 224 transmits the calculated coordinates (X return , Y return ) to the XYZ axis direction driving robot 14. The XYZ axial direction drive robot 14 moves the screw to (X return , Y return ).

次に、ネジの先端が締結穴中に入っているかどうかを判定する(ステップS14)。演算制御部221は、記憶部226から、予め設定してある締結穴接触閾値Fin−holeを取得し、平面内反力値Fx−yと締結穴接触閾値Fin−holeとを比較する。 Next, it is determined whether or not the tip of the screw is in the fastening hole (step S14). The arithmetic control unit 221 acquires a preset fastening hole contact threshold value F in-hole from the storage unit 226, and compares the in- plane reaction force value F xy with the fastening hole contact threshold value F in-hole. .

ネジ先端が締結穴内部に入っている場合、ネジは締結穴の壁に衝突して、挿入方向と垂直な面方向において反力を受けるため、平面内反力値Fx−yが締結穴接触閾値Fin−holeより大きければ、ネジ先端は締結穴内に入っていると判定することができる。(ステップS14)
演算制御部221は、比較の結果、平面内反力値Fx−y>締結穴接触閾値Fin−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にあると判定して、ステップS8に進む。一方、平面内反力値Fx−y<締結穴接触閾値Fin−holeであれば、ネジ先端は締結穴内部にないと判定して、ステップS15に進む。
When the screw tip is inside the fastening hole, the screw collides with the wall of the fastening hole and receives a reaction force in the plane direction perpendicular to the insertion direction. Therefore, the in-plane reaction force value F xy is the contact with the fastening hole. If it is larger than the threshold value F in-hole, it can be determined that the screw tip is in the fastening hole. (Step S14)
As a result of the comparison, if the in-plane reaction force value F xy > fastening hole contact threshold value F in-hole , the arithmetic control unit 221 determines that the screw tip is inside the fastening hole, and proceeds to step S8. On the other hand, if the in-plane reaction force value F xy <fastening hole contact threshold value F in-hole, it is determined that the screw tip is not inside the fastening hole, and the process proceeds to step S15.

次に、現在の位置が第一スパイラル原点と接近しているかについて判定する(ステップS15)。演算制御部221は、現位置と第一スパイラル原点(X,Y)との間の距離Dを算出する。演算制御部221は、記憶部226から、予め設定した原点接近閾値Dthrを取得し、原点までの距離Dと原点接近閾値Dthrとを比較する。演算制御部221は、比較の結果、距離D>原点接近閾値Dthrであれば、原点までまだ距離があると判定して、ステップS13に進む。一方、距離D<原点接近閾値Dthrであれば、原点に接近していると判定して、ステップS5に進む。 Next, it is determined whether the current position is close to the first spiral origin (step S15). The arithmetic control unit 221 calculates a distance D between the current position and the first spiral origin (X 2 , Y 2 ). The arithmetic control unit 221 acquires a preset origin approach threshold value D thr from the storage unit 226 and compares the distance D to the origin point with the origin approach threshold value D thr . If the distance D> the origin approach threshold D thr as a result of the comparison, the calculation control unit 221 determines that there is still a distance to the origin, and proceeds to step S13. On the other hand, if distance D <origin approach threshold D thr , it is determined that the origin is approached, and the process proceeds to step S5.

(締め付け工程)
ステップS15で比較の結果カウンタ変数cnt>カウンタ変数閾値Cthrであれば、充分に長い時間にわたりネジ先端は締結穴内部に入っている、かつ充分に力制御による位置調整が行われたと判定して、締め付け工程に入る。締め付け工程は、力制御をしながらネジを回転させ、締め付けを行う工程である。
(Tightening process)
If the comparison result is counter variable cnt> counter variable threshold C thr in step S15, it is determined that the screw tip has been in the fastening hole for a sufficiently long time and that the position adjustment by force control has been sufficiently performed. Enter the tightening process. The tightening step is a step of performing tightening by rotating a screw while controlling force.

演算制御部221は、ネジ締めドライバ15に対して、回転開始指令を送信する(ステップS16)。ネジ締めドライバ15は、ネジの回転を開始させる。   The arithmetic control unit 221 transmits a rotation start command to the screw tightening driver 15 (step S16). The screw tightening driver 15 starts rotation of the screw.

力制御演算部223は、平面内反力値Fx−yが、なるべくゼロに近づくよう、目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、ネジを目的座標(Xfcontrol,Yfcontrol)に移動させる(ステップS17)。 The force control calculation unit 223 calculates target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ) so that the in-plane reaction force value F xy approaches zero as much as possible, and transmits the target coordinates to the XYZ axial direction driving robot 14. The XYZ axial direction driving robot 14 moves the screw to the target coordinates (X fcontrol , Y fcontrol ) (step S17).

演算制御部221は、ネジ締め完了信号があるか否かについて検出する。ネジ締め完了信号とは、回転に伴いトルクアップを検知すると、締め付け手段240が演算制御部221に対して送信するものである。演算制御部221がネジ締め完了信号を検出できなければ、ステップS17に進む。演算制御部221がネジ締め完了信号を検出できれば、演算制御部221は、締め付け手段240に回転停止指令を送信し、ステップS19に進む。   The arithmetic control unit 221 detects whether there is a screw tightening completion signal. The screw tightening completion signal is a signal transmitted from the tightening means 240 to the arithmetic control unit 221 when a torque increase is detected with rotation. If the arithmetic control unit 221 cannot detect the screw tightening completion signal, the process proceeds to step S17. If the calculation control unit 221 can detect the screw tightening completion signal, the calculation control unit 221 transmits a rotation stop command to the tightening unit 240 and proceeds to step S19.

ステップS19において、演算制御部221は、ネジ締めドライバ15の高度を上昇させ、ネジ締めドライバが移動してもワークに衝突しないよう高度まで、ネジ締めドライバを退避させる。   In step S19, the arithmetic control unit 221 increases the altitude of the screw tightening driver 15, and retracts the screw tightening driver to an altitude so as not to collide with the workpiece even if the screw tightening driver moves.

これで、自動ネジ締め装置100によるネジ締め動作は終了する(ステップS20)。   This completes the screw tightening operation by the automatic screw tightening device 100 (step S20).

(使用される各種閾値)
なお、本実施形態で使用する各種閾値は、予め設定した数値であり、例えば、以下のような予備実験を行うことにより決定されたものを使用することができる。
(Various thresholds used)
Note that the various threshold values used in the present embodiment are preset numerical values, and for example, those determined by performing the following preliminary experiment can be used.

ネジ20の先端が、締結穴23の内部に入っていない状態で、ネジ20とワーク21とを、Z軸方向において接触させる。Z軸方向において接触したまま、スパイラル演算部222は、目的座標のうちX−Y平面上の座標を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、スパイラル演算部222が算出した座標にネジ20を移動させる。演算制御部221は、XYZ軸方向駆動ロボット14がスパイラル演算部222により算出された座標上にネジ20を移動させた後の、平面内反力値Fx−yの記録する。記録された平面内反力値Fx−yの最大値より大きな値を、締結穴接触閾値Fin−holeと設定することができる。これによって、正確に締結穴に接触しているか否かの判定が可能となる。 The screw 20 and the work 21 are brought into contact with each other in the Z-axis direction in a state where the tip of the screw 20 is not inside the fastening hole 23. While being in contact in the Z-axis direction, the spiral calculation unit 222 calculates coordinates on the XY plane among the target coordinates and transmits them to the XYZ-axis direction driving robot 14. The XYZ axial direction drive robot 14 moves the screw 20 to the coordinates calculated by the spiral calculation unit 222. Arithmetic control unit 221, XYZ axis driving robot 14 after moving the screw 20 on coordinates calculated by the spiral operation unit 222 records in a plane reaction force value F x-y. A value larger than the recorded maximum value of the in-plane reaction force value F xy can be set as the fastening hole contact threshold value F in-hole . As a result, it is possible to determine whether or not the contact with the fastening hole is accurate.

また、ネジ20の先端が、締結穴23の内部に入っている状態で、ネジ20とワーク21とを、Z軸方向において接触させる。Z軸方向において接触したまま、スパイラル演算部222は、目的座標のうちX−Y平面上の座標を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、スパイラル演算部222が算出した座標にネジ20を移動させる。演算制御部221は、XYZ軸方向駆動ロボット14がスパイラル演算部222により算出された座標上にネジ20を移動させた後に、上記平面内反力値Fx−yと予め設定された締結穴接触閾値Fin−holeとを比較する。上記平面内反力値Fx−yが上記締結穴接触閾値Fin−holeより大きければ、力制御演算部223は、目的座標のうちX−Y平面上の座標を算出し、XYZ軸方向駆動ロボット14に送信する。XYZ軸方向駆動ロボット14は、力制御演算部223が算出した座標にネジ20を移動させる。演算制御部221は、XYZ軸方向駆動ロボット14が力制御演算部223により算出された座標上にネジ20を移動させた後の、平面内反力値Fx−yの記録する。記録された平面内反力値Fx−yの平均値より小さな値を、誤判定排除閾値Fout-holeと設定することができる。これによって、誤判定か否かの判定が可能となる。 Further, the screw 20 and the workpiece 21 are brought into contact with each other in the Z-axis direction in a state where the tip of the screw 20 is inside the fastening hole 23. While being in contact in the Z-axis direction, the spiral calculation unit 222 calculates coordinates on the XY plane among the target coordinates and transmits them to the XYZ-axis direction driving robot 14. The XYZ axial direction drive robot 14 moves the screw 20 to the coordinates calculated by the spiral calculation unit 222. The calculation control unit 221 moves the screw 20 on the coordinates calculated by the spiral calculation unit 222 by the XYZ axial direction drive robot 14 and then contacts the in-plane reaction force value F xy with a preset fastening hole contact. The threshold value F in-hole is compared. If the in-plane reaction force value F xy is larger than the fastening hole contact threshold value F in-hole , the force control calculation unit 223 calculates coordinates on the XY plane among the target coordinates and drives in the XYZ axial directions. Transmit to the robot 14. The XYZ axial direction drive robot 14 moves the screw 20 to the coordinates calculated by the force control calculation unit 223. Arithmetic control unit 221, XYZ axis driving robot 14 after moving the screw 20 on coordinates calculated by the force control calculating unit 223, and records in a plane reaction force value F x-y. A value smaller than the average value of the recorded in-plane reaction force values F xy can be set as the erroneous determination exclusion threshold F out-hole . Thereby, it is possible to determine whether or not the determination is erroneous.

原点接近閾値Dthrは、スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離の半分とすることができる。次に、図5を参照してこのように原点接近閾値を設定する理由について説明する。図5は、一回目のスパイラル探索軌道と二回目のスパイラル探索軌道の様子を示した模式図である。 The origin approach threshold D thr may be half of the distance between adjacent circumferences of the spiral trajectory. Next, the reason why the origin approach threshold is set in this way will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the state of the first spiral search trajectory and the second spiral search trajectory.

図5に示すように、一回目のスパイラル探索では、ネジは地点50を中心として、外向きに広がるアルキメデスのスパイラル状軌道51に沿って移動する。地点53付近において、ネジ先端が締結穴内部に入ったと判定され、力制御探索に切り替わる。力制御による位置探索の結果、地点54付近で誤判定と判定され、原点復帰探索によって地点54から地点55まで移動する。地点55と地点50との間の距離はスパイラル状軌道の隣接する円周間の距離の半分(原点接近閾値Dthr)より小さいため、二回目のスパイラル探索を開始する。二回目のスパイラル探索では、ネジは地点55を中心として、外向きに広がるアルキメデスのスパイラル状軌道56に沿って移動する。これによって、一回目のスパイラル状軌道の原点となる地点50と、二回目のスパイラル原点となる地点55は重ならないため、一回目のスパイラル状軌道51と二回目のスパイラル状軌道56は重ならず、二回目のスパイラル探索時に一回目に遭遇した誤判定を起こした地点53を通らない軌跡となる。このため、二回目のスパイラル探索で誤判定が起こる可能性は低くなる。 As shown in FIG. 5, in the first spiral search, the screw moves along the Archimedean spiral path 51 that spreads outward from the point 50. In the vicinity of the point 53, it is determined that the screw tip has entered the fastening hole, and the control is switched to the force control search. As a result of the position search by force control, it is determined that there is an erroneous determination in the vicinity of the point 54, and the point 54 to the point 55 are moved by the origin return search. Since the distance between the point 55 and the point 50 is smaller than half of the distance between adjacent circumferences of the spiral trajectory (the origin approach threshold D thr ), the second spiral search is started. In the second spiral search, the screw moves along Archimedes' spiral spiral track 56 that spreads outward about the point 55. As a result, the point 50 serving as the origin of the first spiral orbit and the point 55 serving as the second spiral origin do not overlap, so the first spiral orbit 51 and the second spiral orbit 56 do not overlap. The trajectory does not pass through the point 53 where the erroneous determination encountered first time during the second spiral search. For this reason, the possibility of erroneous determination occurring in the second spiral search is reduced.

次に、図6と図7を用いて、本実施形態に係る自動ネジ締め装置100を使用してネジ締めを行う際、ネジがワークに接地した時、ネジ先端が締結穴内部にある場合と、締結穴外部にある場合とを想定して、それぞれについて説明する。   Next, referring to FIG. 6 and FIG. 7, when performing screw tightening using the automatic screw tightening device 100 according to the present embodiment, when the screw is grounded to the workpiece, the screw tip is inside the tightening hole. Each of them will be described assuming the case of being outside the fastening hole.

図6は、接地時ネジ先端が締結穴内部にある場合の、ネジの移動軌跡を示した図である。図6(a)に示すように、ネジ20先端がワークに接地する際、ネジ20先端は締結穴23内部にある。図6(b)は締結穴23を上面から見たようすを示した模式図である。
図6(b)に示すように、ネジ先端は地点60に位置している。スパイラル探索によって、地点60を中心とするスパイラル状軌道61に沿って、ネジ20は移動する。地点62において、ネジ20は締結穴23と衝突する。力制御探索によって、ネジは地点63まで移動する。地点63において、締付装置はネジを回転させ、締め付けを行う。
FIG. 6 is a diagram showing the movement trajectory of the screw when the screw tip at the time of grounding is inside the fastening hole. As shown in FIG. 6A, when the tip of the screw 20 contacts the workpiece, the tip of the screw 20 is inside the fastening hole 23. FIG. 6B is a schematic view showing the fastening hole 23 as seen from above.
As shown in FIG. 6B, the screw tip is located at the point 60. By the spiral search, the screw 20 moves along the spiral path 61 centered on the point 60. At the point 62, the screw 20 collides with the fastening hole 23. The screw moves to point 63 by force control search. At point 63, the tightening device rotates the screw and tightens.

図7は、接地時ネジ先端が締結穴内部にある場合の、ネジの移動軌跡を示した図である。図7(a)に示すように、ネジ20先端がワークに接地する際、ネジ20先端は締結穴23外部にある。図7(b)は締結穴23を上面から見た様子を示した模式図である。
図7(b)に示すように、ネジ先端は地点70に位置している。スパイラル探索によって、地点70を中心とするスパイラル状軌道71に沿って、ネジ20は移動する。地点72において、ネジ20は締結穴23と衝突する。力制御探索によって、ネジは地点73まで移動する。地点73において、締付装置はネジを回転させ、締め付けを行う。
FIG. 7 is a diagram showing the movement trajectory of the screw when the tip of the screw at the time of grounding is inside the fastening hole. As shown in FIG. 7A, when the tip of the screw 20 contacts the workpiece, the tip of the screw 20 is outside the fastening hole 23. FIG. 7B is a schematic view showing a state in which the fastening hole 23 is viewed from the upper surface.
As shown in FIG. 7B, the screw tip is located at the point 70. By the spiral search, the screw 20 moves along the spiral track 71 centered on the point 70. At the point 72, the screw 20 collides with the fastening hole 23. The screw moves to point 73 by force control search. At point 73, the tightening device rotates the screw and tightens.

(4.自動ネジ締め方法)
また、本発明に係る自動ネジ締め方法は、ネジ(締結部品)を締結穴に挿入し締結するための方法である。上記自動ネジ締め方法は、ネジの移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、ネジを目的座標まで移動させるスパイラル探索工程と、ネジが挿入方向と垂直な平面内において受ける反力値を計測し、この反力値が小さくなるように挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、ネジを目的座標まで移動させる力制御探索工程とを含み、反力値と予め設定した締結穴接触閾値とを比較し、反力値が締結穴接触閾値より小さければ、スパイラル探索工程を実行し、反力値が締結穴接触閾値より大きければ、力制御探索工程を実行する。
(4. Automatic screw tightening method)
The automatic screw tightening method according to the present invention is a method for inserting a screw (fastening component) into a fastening hole and fastening it. The above-described automatic screw tightening method calculates a coordinate on a plane perpendicular to the insertion direction so that the movement locus of the screw becomes a spiral orbit, and moves the screw to the target coordinate. A force control search step of measuring a reaction force value received in a vertical plane, calculating coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction so that the reaction force value is small, and moving a screw to a target coordinate; The reaction force value is compared with a predetermined fastening hole contact threshold value. If the reaction force value is smaller than the fastening hole contact threshold value, a spiral search process is executed. If the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold value, a force control search is performed. Execute the process.

〔実施形態2〕
次に、図8を用いて、本発明に係るもう一つの実施形態について説明する。図8は、実施形態2に係る樹脂ピン自動挿入装置800を示した模式図である。なお、実施形態1に係る自動ネジ締め装置と同一な部分は説明を省略し、異なる部分のみについて説明する。
[Embodiment 2]
Next, another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a resin pin automatic insertion device 800 according to the second embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the part same as the automatic screw fastening apparatus which concerns on Embodiment 1, and only a different part is demonstrated.

樹脂ピン自動挿入装置800は、ネジの替わりに樹脂ピン81(締結部品)を使用し、ネジ締めドライバの替わりに樹脂ピン把持部80を備えている。樹脂ピン81を、ワーク82とワーク83を貫通している挿入穴84(締結穴)に挿入することで、樹脂ピン81の爪85が挿入穴84周辺に引っかかり、ワーク82とワーク83は固定(締結)される。樹脂ピン自動挿入装置800は、締付手段を備えない以外は、計測手段、制御手段、駆動手段については自動ネジ締め装置100と同じである。   The resin pin automatic insertion device 800 uses a resin pin 81 (fastening component) instead of a screw, and includes a resin pin grip 80 instead of a screw tightening driver. By inserting the resin pin 81 into the insertion hole 84 (fastening hole) penetrating the workpiece 82 and the workpiece 83, the claw 85 of the resin pin 81 is caught around the insertion hole 84, and the workpiece 82 and the workpiece 83 are fixed ( Conclusion). Resin pin automatic insertion device 800 is the same as automatic screw tightening device 100 in terms of measurement means, control means, and drive means, except that it does not include tightening means.

樹脂ピン自動挿入装置800を使用することによって、接地時に樹脂ピン81が挿入穴84から位置ズレして、挿入穴内部に入っていない場合でも、スパイラル探索と力制御探索を行うことにより位置修正できる。これによって、効率よくかつ確実に樹脂ピンを挿入することができる。   By using the resin pin automatic insertion device 800, the position can be corrected by performing a spiral search and a force control search even when the resin pin 81 is displaced from the insertion hole 84 and does not enter the insertion hole during grounding. . As a result, the resin pin can be inserted efficiently and reliably.

本発明は、家電製品及び自動車の製造をはじめ、各種の自動組立工程に好適に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for various automatic assembly processes including manufacturing of home appliances and automobiles.

11 X軸方向駆動アーム(X軸方向駆動手段)
12 Y軸方向駆動アーム(Y軸方向駆動手段)
13 Z軸方向駆動アーム(Z軸方向駆動手段)
14 XYZ軸方向駆動ロボット(駆動手段)
15 ネジ締めドライバ(締付装置)
16 力センサー(計測手段)
17 ロボット制御用コンピュータ(制御手段)
18 ワーク載置部
19 ビット
20 ネジ(締結部品)
21 ワーク
22 ワーク
23 締結穴
80 樹脂ピン把持部
81 樹脂ピン(締結部品)
82 ワーク
83 ワーク
84 挿入穴(締結穴)
85 爪
100 自動ネジ締め装置(自動締結装置)
211 X軸方向反力値計測部
212 Y軸方向反力値計測部
213 Z軸方向反力値計測部
214 平面反力値算出部
221 演算制御部(演算制御手段)
222 スパイラル演算部(スパイラル演算手段)
223 力制御演算部(力制御演算手段)
224 原点復帰演算部(原点復帰演算手段)
225 Z軸方向座標演算部(Z軸方向座標演算手段)
226 記憶部
800 樹脂ピン自動挿入装置(自動締結装置)
11 X-axis direction drive arm (X-axis direction drive means)
12 Y-axis direction drive arm (Y-axis direction drive means)
13 Z-axis direction drive arm (Z-axis direction drive means)
14 XYZ axial drive robot (drive means)
15 Screw tightening driver (Tightening device)
16 Force sensor (measuring means)
17 Robot control computer (control means)
18 Workpiece mounting part 19 Bit 20 Screw (fastening part)
21 Work 22 Work 23 Fastening hole 80 Resin pin gripping part 81 Resin pin (fastening part)
82 Workpiece 83 Workpiece 84 Insertion hole (fastening hole)
85 Claw 100 Automatic screw fastening device (automatic fastening device)
211 X-axis direction reaction force value measurement unit 212 Y-axis direction reaction force value measurement unit 213 Z-axis direction reaction force value measurement unit 214 Plane reaction force value calculation unit 221 Calculation control unit (calculation control means)
222 Spiral calculation unit (spiral calculation means)
223 Force control calculation unit (force control calculation means)
224 Origin return calculation unit (origin return calculation means)
225 Z-axis direction coordinate calculation unit (Z-axis direction coordinate calculation means)
226 Storage unit 800 Resin pin automatic insertion device (automatic fastening device)

Claims (15)

締結部品を締結穴に挿入し締結するための締結装置であって、
上記締結部品を目的座標に移動させる駆動手段と、
上記目的座標を算出し上記駆動手段に送信する制御手段と、
上記締結部品が受けている、挿入方向と垂直な面方向に働く反力値を計測し上記制御手段に送信する計測手段と、
を備え、
上記制御手段は、スパイラル演算手段及び力制御演算手段を備え、
上記スパイラル演算手段は、上記締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであり、
上記力制御演算手段は、上記反力値が小さくなるように、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出するものであることを特徴とする締結装置。
A fastening device for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole,
Driving means for moving the fastening part to a target coordinate;
Control means for calculating the target coordinates and transmitting them to the driving means;
Measuring means for measuring the reaction force value acting in the surface direction perpendicular to the insertion direction received by the fastening part and transmitting it to the control means;
With
The control means includes a spiral calculation means and a force control calculation means,
The spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the moving locus of the fastening part is a spiral orbit,
The fastening device according to claim 1, wherein the force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the reaction force value becomes small.
上記制御手段は、演算制御手段を備え、
上記演算制御手段は、
上記反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、上記反力値が上記締結穴接触閾値より小さければ、
上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、
上記反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出することを特徴とする請求項1に記載の締結装置。
The control means includes calculation control means,
The arithmetic control means is
Compare the reaction force value with a preset fastening hole contact threshold, and if the reaction force value is smaller than the fastening hole contact threshold,
The spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates,
2. The fastening according to claim 1, wherein if the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold, the force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to an insertion direction among the target coordinates. apparatus.
上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測するものであり、
上記駆動手段は、上記X軸方向及びY軸方向に、上記締結部品を移動させるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の締結装置。
The measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction and acts in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are parallel to each of two orthogonal lines on a plane perpendicular to the insertion direction. Measuring force values,
The fastening device according to claim 1, wherein the driving unit moves the fastening part in the X-axis direction and the Y-axis direction.
上記計測手段は、上記X軸方向反力値及び上記Y軸方向反力値から、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、
上記力制御演算手段は、上記平面内反力値が小さくなるように、
上記目的座標のうちX軸方向の座標及びY軸方向の座標を算出することを特徴とする請求項3に記載の締結装置。
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
The measuring means calculates an in-plane reaction force value from the X-axis direction reaction force value and the Y-axis direction reaction force value according to the following formula (1), and transmits the calculated value to the control means.
The force control calculation means is configured to reduce the in-plane reaction force value.
The fastening device according to claim 3, wherein coordinates in the X-axis direction and coordinates in the Y-axis direction are calculated among the target coordinates.
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
上記計測手段は、さらに、上記挿入方向と平行な方向に働くZ軸方向反力値を計測するものであり、
上記駆動手段は、上記Z軸方向に上記締結部品を移動させるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の締結装置。
The measurement means further measures a Z-axis direction reaction force value acting in a direction parallel to the insertion direction,
The fastening device according to any one of claims 1 to 4, wherein the driving means moves the fastening part in the Z-axis direction.
上記制御手段は、Z軸方向座標演算手段を有し、
上記Z軸方向座標演算手段は、上記Z軸方向反力値が、予め設定されたZ軸方向反力基準値と同じになるよう、上記目的座標のうち上記Z軸方向の座標を算出することを特徴とする請求項5に記載の締結装置。
The control means includes Z-axis direction coordinate calculation means,
The Z-axis direction coordinate calculation means calculates the Z-axis direction coordinate of the target coordinates so that the Z-axis direction reaction force value is the same as a preset Z-axis direction reaction force reference value. The fastening device according to claim 5.
上記スパイラル状軌道は、アルキメデスの螺旋であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の締結装置。   The fastening device according to claim 1, wherein the spiral track is an Archimedean spiral. 上記スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離は、
上記締結部品の直径と上記締結穴の直径との差より小さいことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の締結装置。
The distance between adjacent circumferences of the spiral trajectory is
The fastening device according to claim 1, wherein the fastening device is smaller than a difference between a diameter of the fastening part and a diameter of the fastening hole.
上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、上記X軸方向反力値及び上記Y軸方向反力値から、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信するものであり、
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
上記駆動手段は、上記X軸方向及びY軸方向に、上記締結部品を移動させるものであり、
上記制御手段は、演算制御手段と原点復帰演算手段とを備え、
上記原点復帰演算手段は、上記締結部品の移動軌跡が、上記スパイラル状軌道の原点に向かう直線となるよう、上記目的座標のうちX軸方向及びY軸方向の座標を算出するものであり、
上記演算制御手段は、上記平面内反力値と予め設定された誤判定排除閾値とを比較し、上記平面内反力値が上記誤判定排除閾値より小さければ、
原点復帰演算手段が、上記目的座標のうちX軸方向及びY軸方向の座標を算出することを特徴とする請求項1〜8に記載の締結装置。
The measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction and acts in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are parallel to each of two orthogonal lines on a plane perpendicular to the insertion direction. A force value is measured, an in-plane reaction force value is calculated from the X-axis direction reaction force value and the Y-axis direction reaction force value according to the following formula (1), and is transmitted to the control means.
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
The driving means moves the fastening part in the X-axis direction and the Y-axis direction,
The control means includes calculation control means and origin return calculation means,
The origin return calculation means calculates coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction among the target coordinates so that the movement locus of the fastening part is a straight line toward the origin of the spiral track,
The arithmetic control means compares the in-plane reaction force value with a preset erroneous determination exclusion threshold, and if the in-plane reaction force value is smaller than the erroneous determination exclusion threshold,
The fastening device according to any one of claims 1 to 8, wherein the origin return calculation means calculates coordinates in the X-axis direction and the Y-axis direction among the target coordinates.
上記締結部品はネジであり、
上記締結装置は締付手段を備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の締結装置。
The fastening part is a screw,
The fastening device according to any one of claims 1 to 9, wherein the fastening device comprises fastening means.
上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
さらに、上記挿入方向と平行な方向に働くZ軸方向反力値を計測するものであり、
上記駆動手段は、上記X軸方向、上記Y軸方向、及び上記Z軸方向に上記締結部品を移動させるものであり、
上記制御手段は、さらに演算制御手段、力制御演算手段、原点復帰演算手段を備え、
上記演算制御手段は、上記Z軸方向反力値と予め設定されたZ軸方向反力基準値とを比較し、
上記Z軸方向反力値が上記Z軸方向反力基準値より大きければ、
上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記駆動手段は、上記スパイラル演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記スパイラル演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、
上記平面内反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、
上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記力制御演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記力制御演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と予め設定された誤判定排除閾値とを比較し、
上記平面内反力値が上記誤判定排除閾値より小さければ、
上記原点復帰演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記原点復帰演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記原点復帰演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記平面内反力値と上記締結穴接触閾値とを比較し、
上記平面内反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、
上記力制御演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記力制御演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させ、
上記演算制御手段は、上記駆動手段が上記力制御演算手段により算出された座標上に上記締結部品を移動させた後に、上記力制御演算手段により算出された座標から上記スパイラル状軌道の原点までの距離と予め設定された原点接近閾値とを比較し、上記スパイラル状軌道の原点までの距離が上記原点接近閾値より小さければ、
上記スパイラル演算手段が、上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出して、上記駆動手段は、上記スパイラル演算手段が算出した座標に上記締結部品を移動させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の締結装置。
The measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction and acts in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are parallel to each of two orthogonal lines on a plane perpendicular to the insertion direction. Measure the force value, calculate the in-plane reaction force value according to the following formula (1) and send it to the control means,
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
Furthermore, the Z-axis direction reaction force value acting in a direction parallel to the insertion direction is measured,
The drive means moves the fastening component in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction,
The control means further includes a calculation control means, a force control calculation means, and an origin return calculation means,
The arithmetic control means compares the Z-axis direction reaction force value with a preset Z-axis direction reaction force reference value,
If the Z-axis direction reaction force value is larger than the Z-axis direction reaction force reference value,
The spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the spiral calculation means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with a preset fastening hole contact threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the spiral calculation means,
If the in-plane reaction force value is greater than the fastening hole contact threshold,
The force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the force control calculation means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with a preset erroneous determination exclusion threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the force control calculation means. ,
If the in-plane reaction force value is smaller than the erroneous determination exclusion threshold,
The origin return calculating means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the origin return calculating means,
The calculation control means compares the in-plane reaction force value with the fastening hole contact threshold after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the origin return calculation means,
If the in-plane reaction force value is greater than the fastening hole contact threshold,
The force control calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the force control calculation means,
The calculation control means is configured to move from the coordinates calculated by the force control calculation means to the origin of the spiral trajectory after the driving means moves the fastening part on the coordinates calculated by the force control calculation means. Compare the distance and the preset origin approach threshold, and if the distance to the origin of the spiral trajectory is smaller than the origin approach threshold,
The spiral calculation means calculates coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates, and the driving means moves the fastening part to the coordinates calculated by the spiral calculation means. The fastening device as described in any one of Claims 1-10.
上記計測手段は、上記挿入方向と垂直な平面上の互いに直交する2本の直線のそれぞれに平行な方向であるX軸方向及びY軸方向に働く、X軸方向反力値及びY軸方向反力値を計測し、下記式(1)に従って平面内反力値を計算して上記制御手段に送信し、
平面内反力値=(X軸方向反力値+Y軸方向反力値0.5・・・(1)
上記締結穴接触閾値は、
予め、締結穴に締結部品が入らない条件で、予め設定した距離をスパイラル状に移動させて測定した上記平面内反力値の最大値より大きい値であることを特徴とする請求項2に記載の締結装置。
The measuring means works in the X-axis direction and the Y-axis direction and acts in the X-axis direction and the Y-axis direction, which are parallel to each of two orthogonal lines on a plane perpendicular to the insertion direction. Measure the force value, calculate the in-plane reaction force value according to the following formula (1) and send it to the control means,
In-plane reaction force value = (X-axis direction reaction force value 2 + Y-axis direction reaction force value 2 ) 0.5 (1)
The fastening hole contact threshold is
3. A value larger than a maximum value of the in-plane reaction force value measured by moving a predetermined distance in a spiral shape under a condition that a fastening part does not enter the fastening hole in advance. Fastening device.
上記誤判定排除閾値が、予め、締結穴に締結部品の一部が入っている条件で、上記平面内反力値が小さくなるように、目的座標を算出しながら締結部品を移動させて測定した上記平面内反力値の平均値より小さい値であって0より大きい値のうち任意の値であることを特徴とする請求項9に記載の締結装置。   The misjudgment exclusion threshold was measured by moving the fastening part while calculating the target coordinates so that the in-plane reaction force value was reduced under the condition that a part of the fastening part was already in the fastening hole. The fastening device according to claim 9, wherein the fastening device is an arbitrary value among values smaller than an average value of the in-plane reaction force values and larger than 0. 上記原点接近閾値は、上記スパイラル状軌道の隣接する円周間の距離の半分であることを特徴とする請求項11に記載の締結装置。   The fastening device according to claim 11, wherein the origin approach threshold is half of a distance between adjacent circumferences of the spiral track. 締結部品を締結穴に挿入し締結するための締結方法であって、
上記締結部品の移動軌跡がスパイラル状軌道となるように、目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記締結部品を上記目的座標まで移動させるスパイラル探索工程と、
上記締結部品が挿入方向と垂直な平面内において受ける反力値を計測し、上記反力値が小さくなるように上記目的座標のうち挿入方向と垂直な平面上の座標を算出し、上記締結部品を上記目的座標まで移動させる力制御探索工程とを含み、
上記反力値と予め設定された締結穴接触閾値とを比較し、
上記反力値が上記締結穴接触閾値より小さければ、上記スパイラル探索工程を実行し、
上記反力値が上記締結穴接触閾値より大きければ、上記力制御探索工程を実行することを特徴とする締結方法。
A fastening method for inserting and fastening a fastening part into a fastening hole,
A spiral search step of calculating coordinates on a plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the moving locus of the fastening parts is a spiral path, and moving the fastening parts to the target coordinates;
Measure the reaction force value that the fastening component receives in a plane perpendicular to the insertion direction, calculate the coordinates on the plane perpendicular to the insertion direction among the target coordinates so that the reaction force value is small, and Including a force control search step of moving to the target coordinates,
Compare the reaction force value and a preset fastening hole contact threshold,
If the reaction force value is smaller than the fastening hole contact threshold, execute the spiral search step,
If the reaction force value is larger than the fastening hole contact threshold, the force control search step is executed.
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