JPH0482610A - 組立ロボット用ドリリングユニット - Google Patents

組立ロボット用ドリリングユニット

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JPH0482610A
JPH0482610A JP2194200A JP19420090A JPH0482610A JP H0482610 A JPH0482610 A JP H0482610A JP 2194200 A JP2194200 A JP 2194200A JP 19420090 A JP19420090 A JP 19420090A JP H0482610 A JPH0482610 A JP H0482610A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は組立ロボット用ドリリングユニットに係り、特
に航空機等の組立工程においてロボットハンドとして組
立ロボットのアーム先端に取着される組立ロボット用ド
リリングユニットに関する。
〔従来の技術〕
近年、航空機等の組立ラインでは構造部材や外板にアル
ミニウムの他、炭素繊維等の新素材が使用されるように
なってきている。
これらの部材は多数のファスナーにより互いに接合され
ている。使用されるファスナーには先頭リベットや皿頭
リベット等各種のものがあるが、これらのリベット孔の
穿孔作業や皿取り作業には高い精度が要求されている。
このため一般に前記リベットの穿孔、皿取り作業はスピ
ンドル自動送り機構を有する「ポジティブフィードドリ
ルモータ」及び「スペースマチックドリルモータ」と称
する特殊エアードリルモータを使用するか、又はあらか
じめ作業工程がプログラミングされた組立ロボットに装
着されたドリリングユニットより行われている。
この種の組立ロボットに装着されたドリリングユニット
としては米国特許第４，３３２，０６６号が知られてい
る。
このドリリングユニットは多自由度組立ロボットにリモ
ートコンプライアンス機構を導入したドリリングユニッ
トで、穿孔作業時に生じる位置決め誤差をドリル側で吸
収補正し、所定の精度を確保しようとするものである。
このためのリモートコンプライアンス機構として同一平
面内に同心円状に内外２つの環状案内板を配置し、側面
か太鼓状に加工された内側案内板を弾性材で揺動可能に
外側案内板に連結するとともに、所定ピッチに配置され
た弾性ビンで外側案内板の全周を支持するようにしたも
のである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述のドリリングユニットではリモート
コンプライアンス機構かシングル方式のため位置決め誤
差を吸収補正できる範囲が小さく、誤差が累積する場合
には穿孔板のブシュにドリリングユニットのノーズピー
ス先端が挿入できないおそれがある。
また、前記ドリリングユニットでは穿孔板のブシュとド
リリングユニットのノーズピース先端が多少ずれていて
もコンプライアンス機構により穿孔板のブシュにドリリ
ングユニットのノーズピース先端が挿入することができ
るが、このとき前記コンプライアンス機構に吸収誤差を
除去するためのアンロック機構が設けられていないので
、ドリリングユニット及びロボット本体側に無理な曲げ
応力等が作用し、ドリリングユニット、穿孔板及びロボ
ット本体を損傷する可能性があると共に穿孔皿取り精度
が低下する等の問題がある。
さらに前記ドリリングユニットでは穿孔、皿取り作業時
にノーズピースの先端が穿孔板に固定保持できないので
、穿孔皿取りの際、ドリル先端に生じる反力によりアー
ムが被加工物から逃げてしまうという問題がある。この
ため皿取り加工時に皿取り深さを精度良く確保できない
という問題がある。
加えて、前記ドリリングユニットを横向き姿勢で作動さ
せると前記コンプライアンス機構から先端の部分がその
自重により撓んでしまい、ノーズピースを穿孔板に挿入
できないというおそれも生じる。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、組立ロボットのアーム移動時及びロボ
ット本体を走行させる場合のロボット移動時において発
生した誤差を吸収補正し、高い精度の穿孔、皿取り作業
を行えるようにした組立ロボット用ドリリングユニット
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明は駆動装置に連結さ
れたスピンドルの先端にドリルチャックを装着し、この
スピンドルをドリル穿孔方向に摺動可能な穿孔送り用ア
クチュエータで保持し、さらに前記ドリルチャックを内
部に収容したノーズピースを前記穿孔送り用アクチュエ
ータに取着してドリリングユニット本体を構成し、この
ドリリングユニット本体を組立ロボットのアーム先端の
ドリル支持体で支持するようにした組立ロボット用ドリ
リングユニットにおいて、前記ドリリングユニット本体
は、ドリル穿孔方向に移動可能にノーズピース差込用ア
クチュエータを介して前記ドリル支持体に支持される一
方、第１の外筒と第２の外筒とを備え、前記ノーズピー
スに連設された第１の外筒は前記ノーズピースの先端を
頂点とする台形リンクを形成するように配設された複数
の弾性支持材により第２の外筒に連結されるとともに、
その移動を抑止する第１のロック機構を備え、また前記
第２の外筒には後端に形成された環状のスライド板とこ
のスライド板の平行移動を案内するガイド板と前記スラ
イド板の移動を規制するストッパ及び第２のロック機構
とにより平行リンク機構が形成されるとともに前記ノー
ズピースを回動させるノーズピース回動機構とが設けら
れ、さらに前記ノーズピース先端に係止部を有するフラ
ンジが形成された穿孔ブシュが装着され、前記ノーズピ
ース回動機構の回動により前記穿孔ブシュのフランジを
前記穿孔板の被係止部に係止てきるようにしたことを特
徴とするものである。
〔作　用〕
本発明によれば、ドリリングユニット本体をドリル穿孔
方向に移動可能にノーズピース差込用アクチュエータを
介して前記ドリル支持体に固着支持させ、このドリリン
グユニット本体を第１の外筒と第２の外筒とで形成し、
前記ノーズピースに第１の外筒を連設し、この第１の外
筒を前記ノーズピースの先端を頂点とする台形リンクを
形成するように配設された複数の弾性支持材により第２
の外筒に連結し、この連結部に前記第〕の外筒の移動を
抑止する第１のロック機構を備え、また前記第２の外筒
に後端に形成された環状のスライド板とこのスライド板
の平行移動を案内するガイド板と前記スライド板の移動
を規制するストッパ及び第２のロック機構とにより平行
リンク機構を形成するとともに前記ノーズピースを回動
させるノーズピース回動機構を設け、さらにノーズピー
ス先端に係止部を有するフランジが形成された穿孔ブシ
ュを装着し、前記ノーズピース回動機構の回動により前
記穿孔ブシュのフランジを前記穿孔板の被係止部に係止
できるようにしたことにより、吸収補正できるロボット
の位置決め誤差範囲が大きくても許容することが可能で
あり、また穿孔ブシュを穿孔位置に固定保持することか
できるので、穿孔精度や皿取り精度を高くすることによ
り航空機の構造等、機体の信頼性を向上させることがで
きる。
〔実施例〕
以下本発明による組立ロボット用ドリリングユニットの
一実施例を第１図乃至第１１図を参照して説明する。
第１図において、図中符号１は６軸条自由度組立ロボッ
トの一例を示しており、この組立ロボット１のアーム２
の先端には本発明によるドリリングユニット３が装着さ
れている。このドリリングユニット３は前記組立ロボッ
ト１のアーム２先端にアダプター４を介して取着されて
いる。また、このドリリングユニット３は前記組立ロボ
ット１との相互信号を交信することにより図示しない被
加工物の穿孔、皿取り作業をマニュアル制御またはオフ
ラインで作成されたプログラム制御方式による自動制御
で作動することができる。
このとき、前記組立ロボット１は第１図に示したように
本体の旋回によりｘ、ｙ、ｚ方向の回動か可能であり、
また前記ドリリングユニット３を取付けるアダプタ位置
でＢ、　　Ｃ方向の回動が可能となっている。
次に前記ドリリングユニットの構造を第２図及び第３図
を参照して説明する。
第２図において、図中符号４はアダプタを示しており、
このアダプタ４は第１図に示したように図示しないケー
ブル等によりＣ方向に旋回可能となっている。そしてこ
のアダプタ４にはＬ字形のホルダ５が軸受６を介して揺
動可能に取着されている。またこのホルダ５の背面の上
部には駆動モータ７が固着されており、この駆動モータ
７のスピンドル８が前記ホルダ５を貫通して突設されて
いる。さらにこのスピンドル８の先端には減速用のギヤ
ボックス９が装着されており、このギヤボックス９を介
して前記スピンドル８の回転はドリル回転軸１０に伝達
されるようになっている。
このドリル回転軸１０は先端にドリルチャック１１が取
着されており、このドリルチャック１１にドリル刃１２
を把持させるようになっている。
また、前記ドリル回転軸１０はこの穿孔送り用アクチュ
エータ１４のシリンダ１５の中心軸を貫通するように装
着保持され、穿孔送り用アクチュエータ１４により被加
工板１３．１３の方向に所定の速度で送り出されるよう
になっている。さらに前記穿孔送り用アクチュエータ１
４の前方でドリル回転軸１０にはスリーブ１６が嵌着さ
れており、前記ドリル回転軸１０を案内するようになっ
ている。このスリーブ１６は周面につば部１６ａが突設
され、コイルバネ１７により後方に付勢されながら第１
の外筒１８の内部に嵌挿されている。この第１の外筒１
８は後端部に幅広の環状フランジ１９が形成される一方
、前方にノーズピース２０が連設されている。このノー
ズピース２０は前記第１の外筒１８に堅固に螺着された
円筒形をなし、回転するドリルチャック１１を覆うよう
に配置されている。
また、その先端には穿孔ブシュ２１が取付けられており
、この穿孔ブシュ２１は前記ドリル刃１２を所定位置に
案内すると共に穿孔板２２のガイドブシュ２３に挿入さ
れ、固定ボルト２４と係合してドリル先端を穿孔位置に
固定保持できるようになっている。なお、この穿孔ブシ
ュ２１を固定保持させる方法については後述する。
次に前記第１の外筒１８と第２の外筒２５との連結部に
ついて説明する。第２の外筒２５は前記穿孔送り用アク
チュエータ１４の外周に遊嵌された円筒でこの円筒の後
端には第１の外筒１８に形成された環状フランジ１９よ
り大きな径を有する環状スライド板２６が形成されてい
る。
また、前記円筒の外周には環状のノーズピース回動機構
２７が円筒に対して回動可能に嵌着されている。このノ
ーズピース回動機構２７は内部に回動用のギヤトレイン
（図示せず）が内蔵されており、このギヤトレインを図
示しないＤＣモータで駆動し、前記第２の外筒２５の側
面に沿って所定角度だけ正逆方向に回動てきるようにな
っている。なお、前記ギヤトレインに代えて前記ノーズ
ピース回動機構２７を環状の油圧揺動シリンダとするこ
とも可能である。
このノーズピース回動機構２７の一面を構成するベース
プレート２８と環状フランジ１９との間には第４図に示
したような円筒形状の弾性支持材２９が環状フランジ１
９の円周方向に等間隔に配設され、さらにこの弾性支持
材２９の両端には断面形状が台形の固定板３０．３０が
固着されている。この固定板３０の傾斜角度は前記弾性
支持材２９が前記ベースプレート２８と環状フランジ１
９の間で前記ノーズピース２０の先端を仮想の頂点とす
る台形リンクの斜辺を形成するように設定されている。
前記弾性支持材２９は薄層板状のゴムとメタルシムとを
積層して形成されているので、円筒形軸方向の圧縮弾性
係数とせん断弾性係数とを大きくすることができ、前記
台形リンクにより前記ノーズピース２０の先端を中心と
した回転運動により微小変位を生じさせることができる
。この台形リンク機構は本発明の第１のリモートコンプ
ライアンス機構（以下、第１のＲＣＣ機構と記す）を構
成している。また、この第１のＲＣＣ機構の変位を抑止
するために第１のロック機構３１が前記ベースプレート
２８に固着されている。この第１のロック機構３１は固
定ビン３２を直線運動させる油圧シリンダから構成され
ていて、この油圧シリンダは図示しない油圧源からホー
スを介して送られる圧油により作動できるようになって
いる。この油圧シリンダに圧油が送られると前記固定ビ
ン３２が前方に伸長し、その先端が環状フランジ１９に
嵌着されているガイドブシュ１９ａに嵌合し、前記第１
の外筒１８の移動を抑止することができる。
第５図は固定ビン３２のロックを解除し、前記環状フラ
ンジ１９を変位可能にした状態を示したものである。
なお、前記第１の外筒１８の変位に追従できるようにス
リーブ１６と穿孔送り用アクチュエータ１４との間の前
記ドリル回転輪１０にはユニバーサルジヨイント３３が
形成されている。また、前記穿孔送り用アクチュエータ
１４の外側には前記環状スライド板２６の平行移動を案
内するガイド板３４が遊嵌されており、このガイド板３
４は前記環状スライド板２６の直径より僅かにおおきな
円板で、第６図に示したような断面形が２字形で環状の
ストッパ３５により環状スライド板２６を摺動可能に保
持している。また、このストッパ３５は前記環状スライ
ド板２６の移動量を規定する役目を有し、前記環状スラ
イド板２６はこのストッパ３５に当接するまで外周縁の
両面に装着されたスチールボール３６．３６により滑ら
かに前記ガイド板３４に沿って摺動できる。
この平行リンク機構は第２のリモートコンプライアンス
機構（以下、第２のＲＣＣ機構と記す）を構成しており
、この第２のＲＣＣ機構を抑止するために第２のロック
機構３７が前記ガイド板３４に嵌着されている。この第
２のロック機構３７は第１のロック機構３１と同様に固
定ビン３８を直線運動させる油圧シリンダから構成され
ている。この油圧シリンダは図示しない油圧源からホー
スを介して送られる圧油により作動できるようになって
いる。前記固定ビン３８は環状スライド板２６を貫通す
るように装着されており、前記固定ビン３８が縮退する
と、皿状の頭部３８ａで前記環状スライド板２６を押圧
し、前記第２の外筒２５の平行移動を抑止することがで
きる。
さらに前記ガイド板３４の一端にはノーズピース差込用
アクチュエータ３９のラムの先端か嵌着されている。こ
のノーズピース差込用アクチュエータ３９の本体は前記
ホルダ５に固着されており、組立ロボット１のアームが
旋回し、前記ノーズピース２０の先端を所定の穿孔位置
にセットすると、第３図に示したように図示しない加圧
源の作動により前記ラムが伸長して前記穿孔ブシュ２１
の先端を前記穿孔板２２のガイドブシュ２３に差込むこ
とができる。
次に前記穿孔ブシュ２１を前記穿孔板のガイドブシュ２
３に差込み、固定保持する機構について第７図乃至第１
０図を参照して説明する。
第７図において、図中符号２０はノーズピースの先端を
示しており、このノーズピース２０には第９図に示した
ような穿孔ブシュ２１が螺着されている。この穿孔ブシ
ュ２１には略円形のフランジ２１ａが突設されている。
このフランジ２１ａの外周部は第１０図（ａ）に示した
ように一部が切欠かれており、その側方部２１ｂが傾斜
面を形成するように緩い角度で面取りされている。また
、この穿孔ブシュ２１の先端外側には接触検知センサ４
０が装着されていて、前記ノーズピース回動機構２７を
起動させるためのスイッチの役目を果たしている。
一方、被加工物１３の上面には穿孔板２２が展着され、
被加工物１３の穿孔位置に相当する穿孔板２２にはガイ
ドブシュ２３が嵌着されており、このガイドブシュ２３
の両端近傍には固定ボルト２４が取付けられている。こ
の状態でノーズピース２０差込用アクチユエータが作動
し、ノーズピース２０が下降する。そして前記接触検知
センサ４０が前記ガイドブシュ２３の面取りの一部に接
触すると、前記第１のロック機構３１と第２のロック機
構３７とが解除され、前記第１のＲＣＣ機構と第２のＲ
ＣＣ機構とが作動して前記穿孔ブシュ２１をガイドブシ
ュ２３に確実に挿入することができる。そして所定位置
まで前記穿孔ブシュ２１が挿入されると、ノーズピース
回動機構２７によりノーズピース２０は第１０図（ｂ）
に示したように反時計回りに６０’ロ動する。この結果
、第８図に示したように前記固定ボルトの頭部と穿孔板
との間に前記フランジが係合され、前記穿孔ブシュ２１
はガイドブシュ２３に確実に固定される。
これにより穿孔、皿取り作業時にドリリングユニット及
びロボット本体に生じる反力を穿孔板が負担できるので
、ロボットアームが穿孔板から離脱するのを防止及びド
リリングユニットが反力により逃げる（後退する）のを
防止し、穿孔精度と皿取り深さ精度を確保することがで
きる。　次に前記組立ロボット用ドリリングユニット３
を利用した被加工物の下向き姿勢穿孔作業の手順を第１
１図を参照して説明する。
まず、被加工物１３の穿孔位置、寸法等の穿孔条件を組
立ロボットに装備されている制御盤に入力する（ステッ
プ１０１）。このときドリリングユニット３はあらかじ
め設定されている定位置に停止しており、組立ロボット
１のアームが旋回する前に第１、第２０ツク機構３１．
３７により第１、第２ＲＣＣ機構をロックしくステップ
１０２）、アーム２の旋回によりドリリングユニット３
の穿孔ブシュ２１の先端を穿孔位置の直上まで移動し、
停止させる（ステップ１０３）。
次いでノーズピース差込用アクチュエータ３つによりノ
ーズピース２０を下降させ（ステップ１０４）、穿孔ブ
シュ２１の先端が穿孔板２２のガイドブシュ２３の頂部
に接触したら、第１、第２０ツク機構３１．３７を解除
しくステップ１０５）、さらにノーズピース２０を下降
させ、第１、第２ＲＣＣ機構により穿孔ブシュ２１をガ
イドブシュ２３に挿入する（ステップ１０６）。
この状態で第１ＲＣＣ機構３１をロックしてノーズピー
ス回動機構２７によりノーズピース２０を所定角度だけ
回動して穿孔ブシュ２１のフランジ２１ａを穿孔板２２
の被係止部に係止させ、穿孔ブシュ２１を穿孔位置に固
定する（ステップ１０７）。
さらに第２ＲＣＣ機構３７をロックして（ステップ１０
８）駆動モータ７によりドリル回転軸１０を回転させな
からドリリングユニット本体を下降させて被加工板１３
を穿孔皿取りしくステップ１０９）、穿孔皿取り作業後
、ドリル回転を停止しくステップ１１０）、ノーズピー
ス２０を逆方向に回動し、穿孔ブシュ２１のロックを解
除するとともに、第１、第２０ツク機構３１．３７を解
除してノーズピース２０を上昇させた後（ステップ１１
１．１．１２）、この第１、第２０ツク機構３１．３７
を再びロック状態に置き、現位置を確認して前記制御盤
に位置信号を出力する（ステップ１１３）。
このとき、プログラム制御の場合には次工程の穿孔位置
の有無を判断し、次の穿孔位置がある場合には（ステッ
プ１０３）ヘループし、穿孔位置がない場合には穿孔作
業を終了する（ステップ１１４）。
なお、この作業はマニュアル制御またはオフラインで作
成されたプログラム制御方式による自動制御のいずれの
方法によっても実施することができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ドリ
リングユニット本体をドリル穿孔方向に移動可能にノー
ズピース差込用アクチュエータを介して前記ドリル支持
体に固着支持させ、このドリリングユニット本体を第１
の外筒と第２の外筒とで形成し、この第１の外筒と第２
の外筒との間の連結部にロック機構を備えた第１のＲＣ
Ｃ機構を形成するとともに、前記第２の外筒の外周にロ
ック機構を備えた第２のＲＣＣ機構を形成する一方、ノ
ーズピースを回動させるノーズピース回動機構を設け、
さらにノーズピース先端の穿孔ブシュに穿孔板との係止
機構を設けたことにより穿孔、皿取り及びファスニング
作業等にロボットを使用し、ロボットの位置決め誤差が
大きい場合においても、ロボットの位置決め誤差を吸収
補正できる。
また穿孔ブシュを穿孔位置に確実に固定保持することが
できるので、穿孔皿取り精度やファスニング精度が向上
し、高い品質の航空機用構造部材や外板部材を製造、供
給することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるドリリングユニットを装着した組
立ロボットの一例を示した斜視図、第２図及び第３図は
本発明による組立ロボット用ドリリングユニットの一実
施例を示した横断面図、第４図は本発明による第１のＲ
ＣＣ機構と第１のロック機構の一実施例を示した横断面
図、第５図は本発明による第１のロック機構の解除状態
を示した一部横断面図、第６図は本発明による第２のＲ
ＣＣ機構を示した一部横断面図、第７図及び第８図は本
発明にかかる穿孔ブシュを穿孔位置に固定する手順を示
した一部横断面図、第９図は本発明にかかる穿孔ブシュ
を示した正面図、第１０図（ａ）、（ｂ）は第９図のＸ
−Ｘ線断面図、第１１図は本発明にかかる組立ロボット
用ドリリングユニットを使用して被加工板の下向き姿勢
穿孔作業を行う手順を示したフローチャートである。 １・・・組立ロボット、２・・・アーム、３・・・ドリ
リングユニット、５・・・ホルダ、７・・・駆動モータ
、８・・・スピンドル、９・・・ギヤボックス、１０・
・・ドリル回転軸、１１・・・ドリルチャック、１３・
・・被加工板、１４・・・穿孔送り用アクチュエータ、
１５・・・シリンダ、１６・・・スリーブ、１８・・・
第１の外筒、１９・・・環状フランジ、２０・・・ノー
ズピース、２１・・・穿孔ブシユ、２２・・・穿孔板、
２３・・・ガイドブシュ、２４・・・固定ボルト、２５
・・・第２の外筒、２６・・・環状スライド板、２７・
・・ノーズピース回動機構、２８・・・ベースプレート
、２９・・・弾性支持材、３１・・・第１のロック機構
、３２．３８・・・固定ピン、３４・・・ガイド板、３
５・・・ストッパ、３７・・・第２のロック機構、３９
・・・ノーズピース差込用アクチュエータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 駆動装置に連結されたスピンドルの先端にドリルチャッ
    クを装着し、このスピンドルをドリル穿孔方向に摺動可
    能な穿孔送り用アクチュエータで保持し、さらに前記ド
    リルチャックを内部に収容したノーズピースを前記穿孔
    送り用アクチュエータに取着してドリリングユニット本
    体を構成し、このドリリングユニット本体を組立ロボッ
    トのアーム先端のドリリングユニット支持体で支持する
    ようにした組立ロボット用ドリリングユニットにおいて
    、前記ドリリングユニット本体は、ドリル穿孔方向に移
    動可能にノーズピース差込用アクチュエータを介して前
    記ドリリングユニット支持体に支持される一方、第１の
    外筒と第２の外筒とを備え、前記ノーズピースに連設さ
    れた第１の外筒は前記ノーズピースの先端を頂点とする
    台形リンクを形成するように配設された複数の弾性支持
    材により第２の外筒に連結されるとともに、その移動を
    抑止する第１のロック機構を備え、また前記第２の外筒
    には後端に形成された環状のスライド板とこのスライド
    板の平行移動を案内するガイド板と前記スライド板の移
    動を規制するストッパ及び第２のロック機構とにより平
    行リンク機構が形成されるとともに前記ノーズピースを
    回動させるノーズピース回動機構とが設けられ、さらに
    前記ノーズピース先端に係止部を有するフランジが形成
    された穿孔ブシュが装着され、前記ノーズピース回動機
    構の回動により前記穿孔ブシュのフランジを前記穿孔板
    の被係止部に係止できるようにしたことを特徴とする組
    立ロボット用ドリリングユニット。
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