CN108573088A - 夹具设计辅助装置以及机器人模拟装置 - Google Patents

夹具设计辅助装置以及机器人模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种夹具设计辅助装置以及机器人模拟装置，其能够以简单的操作制作大致的夹具假想模型而辅助设计者。辅助装置具备显示部、储存工件以及夹具的三维模型的存储部、指定工件种类的工件指定部、以将所指定的工件安装于安装板的状态自动地配置于三维空间内的工件配置部、选择定位块的种类以及配置方法的块选择部、选择夹钳的种类的夹钳选择部、指定工件模型部位的模型部位指定部、基于所指定的部位以及选择内容将定位块或夹钳配置于三维空间内的夹具配置部、根据所指定的工件的尺寸或形状自动地调整定位块或夹钳的三维模型的尺寸或形状的调整部。

Description

夹具设计辅助装置以及机器人模拟装置
技术领域
本发明涉及夹具设计辅助装置以及机器人模拟装置。
背景技术
在机床等的机械加工中，存在使用用于将加工对象物(工件)固定于预定位置的夹具的情况，通过近年来的CAD·CAM技术的发展，由CAD进行该夹具的设计的需求增加。如在日本专利2779180号公报中记载：“如以上说明，本发明是在对工件进行作业时所使用的夹具的自动设计装置，其特征为具备将关联作业对象工件的作业部位的数据作为出发点依次生成构成该夹具的部件的构造模型的机构、存储与构成该夹具的多个部件对应的标准部件数据的库的机构、基于上述部件的构造模型并检索上述数据库内而确定与各部件对应的标准部件的机构”。
另外，也熟知在CAD中将以夹具不会干涉于工件的方式再次配置的技术、将标准夹持夹具的形状数据作为基础自动地设计夹持夹具的技术(例如，参照日本特开平08-050601号公报、日本特开昭63-119987号公报)。
为了设计在机床等中固定工件的夹具，关于构成夹具的定位块、夹钳的尺寸、配置位置的确定，需要对CAD等的操作熟练的设计者的经验。因此，期望以简单的操作就能制作大致的夹具假想模型而辅助设计者的技术。
发明内容
本发明的一方案是具有定位块以及夹钳、辅助固定工件的夹具的设计的夹具设计辅助装置，具备画面显示假想的三维空间的显示部、存储上述工件、上述定位块、上述夹钳以及能安装上述工件的安装板的三维模型的存储部、指定被上述夹具固定的工件的种类的工件指定部、从上述存储部中读取由上述工件指定部指定的工件的三维模型且从上述存储部中读取能安装所指定的上述工件的安装板的三维模型并以在读取的安装板上安装所指定的上述工件的状态自动地配置于上述三位空间内的工件配置部、选择上述定位块的种类以及配置方法的定位块选择部、选择上述夹钳的种类的夹钳选择部、指定所指定的上述工件三维模型中的上述定位块或上述夹钳所抵接的模型部位的模型部位指定部、基于所指定的上述模型部位以及上述定位块选择部或上述夹钳夹钳选择部的选择内容从上述存储部读取上述定位块或上述夹钳的三维模型并配置于上述三维空间内的夹具配置部、根据所指定的上述工件的尺寸或形状自动地调整由上述夹具配置部配置的定位块或夹钳的三维模型的尺寸或形状的调整部。
本发明的其他方案是构成为将利用上述夹具设计辅助装置设计或制作的夹具的三维模型配置在配置有机器人的假想三维模型的假想空间内并进行上述机器人的动作模拟的机器人模拟装置。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过附图所关联的以下实施方式的说明而更加清晰，在该附图中，
图1是表示涉及一实施方式的夹具设计辅助装置的一构成例的图。
图2是图1的夹具设计辅助装置中的处理的一例的流程图。
图3是表示指定工件种类时的画面显示例的图。
图4是表示将工件与安装该工件的板自动地配置于假想空间内的示例的图。
图5是表示选择定位块种类时的画面显示例的图。
图6是表示选择定位块的配置方法时的画面显示例的图。
图7a是表示指定定位块的配置位置时的画面显示例的图。
图7b是表示将定位块配置于指定位置的状态的画面显示例的图。
图7c是表示配置多个定位块的状态的画面显示例的图。
图8a是表示自动地调整配置于工件的侧面的定位块的高度的示例的图。
图8b是表示自动地调整配置于工件的下面的定位块的高度的示例的图。
图9a是表示自动地调整配置于圆柱形状的工件的侧面的V字块的高度的示例的图。
图9b是表示自动地调整配置于长方体形状的工件的侧面的L字块的高度的示例的图。
图10是表示在圆柱形状的工件的孔内配置销块状态的画面显示例的图。
图11是表示选择夹钳的种类时的画面显示例的图。
图12a是表示选择夹钳的配置位置时的画面显示例的图。
图12b是表示将夹钳配置于指定位置的状态的画面显示例的图。
图13是表示进行关于夹钳的可动部的移动的定义·设定时的画面显示例的图。
图14a是表示将通过图1的夹具设计辅助装置设计·制作的夹具适用于机器人模拟的情况的画面显示例、夹钳关闭的状态的图。
图14b是表示从图14a的状态打开夹钳的状态的图。
具体实施方式
图1是表示涉及本发明的适宜的实施方式的夹具设计辅助装置(以后，仅称为辅助装置)的一构成示例的图。辅助装置是在进行用于将由机床等(未图示)加工的工件固定于预定位置的夹具的详细设计之前用于制成大致的夹具的三维模型、辅助设计者的详细设计的装置，更具体的说，为了研究构成夹具的部件(后述的定位块、夹钳等)之间的干涉、进行工件的夹持等的作业的机械手与夹具的干涉等，制作大致的夹具模型。
辅助装置10可提供作为具备如个人电脑等的计算处理装置(处理器)以及存储装置(内存)的装置，具备显示后述的三维图像(假想三维空间)的显示器12、接收设计者(作业者)的输入操作的输入部14。并且，作为输入部14可使用如个人电脑的鼠标16、键盘18或触摸面板(未图示)等，显示器12可以具备接收设计者的触摸输入的触摸面板的功能。
辅助装置10具备进行在显示器12上显示假想的三维空间的处理的显示(处理)部19、存储工件、定位块、夹钳以及可安装工件的安装板的三维模型的存储部20、接收用于指定被夹具固定的工件种类的输入的工件指定部22、从存储部20中读取由工件指定部22指定的工件的CAD模型且从存储部20读取可安装所指定的工件的安装板的三维模型并以在读取的安装板上安装指定的工件的状态自动地配置于三维空间内的工件配置部24、接收用于选择定位块的种类以及配置方法的输入的定位块选择部26、接收用于选择夹钳的种类的输入的夹钳选择部28、接收用于指定在所指定工件的三维模型中的定位块或夹钳抵接的模型部位(模型表面)的输入的模型部位指定部30、基于指定的模型部位以及定位块选择部26或夹钳选择部28的选择内容从存储部20中读取定位块的三维模型或夹钳的三维模型并配置于三维空间内的夹具配置部32、根据所指定的工件的尺寸或形状自动地调整由夹具配置部32配置的定位块的三维模型或夹钳的三维模型的尺寸或形状的调整部34。
并且，在本实施方式中，存储部20的功能由上述存储装置(内存)承担，工件指定部22、定位块选择部26、夹钳选择部28以及模型部位指定部30的功能由上述输入部(鼠标16、键盘18、触摸面板等)承担，显示部19、工件配置部24、夹具配置部32以及调整部34的功能由上述计算处理装置(处理器)承担，但这只是一例。另外，存储装置(存储部20)与构成辅助装置10的个人电脑等在外观上也能作为不同的装置，如此的方式也包含于本发明中。
以下，关于辅助装置10的作用，参照图2的流程图等进行说明。首先，如图3所示，菜单画面(导航设备)36显示于显示器12上，设计者(作业者)操作鼠标16等，指定工件的种类(步骤S1)。在此作为一例，工件为如图4所示的连杆(连杆)38。
其次，从存储部20中读取所指定的工件38的三维模型(CAD模型数据)(步骤S2)，而且，自动地从存储部20中读取适于工件38的大小、形状的安装板40的三维模型(数据)，如图4所示，以工件38安装于安装板40的状态配置·显示于假想三维空间(显示器12上)(步骤S3)。并且，安装板40的种类可基于所指定的工件38的种类自动地从存储部20中抽出，但作业者也可以从图3所示的菜单画面36中选择·指定。
其次，在步骤S4中，作业者从图4所示的菜单画面36判断所配置的安装板40的位置以及尺寸是否合适。在判断为不合适的情况下，作业者操作鼠标16、键盘18能够适当地修正安装板40的位置、形状以及尺寸中的至少一个(步骤S5)。
在接下来的步骤S6中，如图5所示的块选择菜单42显示于显示器12上，作业者操作鼠标16等选择定位块的种类。并且，各块可以是圆柱形状或V字、L字或T字形状等所熟知的形状，并不限于此。
在接下来的步骤S7中，如图6所示的块配置菜单44显示于显示器12上，作业者操作鼠标16等，选择定位块的配置方法。在此，不能适用于步骤S6中选择的定位块种类的配置方法可以以不能选择的方式设定。
在接下来的步骤S8中，作业者操作鼠标16等指定定位块的配置位置。例如，如图7a的箭头所示，通过作业者指定工件(连杆)38的大径部分46的外侧面上的一位置，如图7b所示，从存储部20中读取在步骤S6中作为定位块选择的销块38的三维模型数据，以抵接于大径部分46的所指定的位置的方式配置·显示(步骤S9)。
定位块有多个的情况如图7c所示，通过作业者指定工件(连杆)38的大径部分46的外侧面上的多个位置(在此，四个位置)，能够以将四个销块48分别抵接于大径部分46的所指定的多个位置的方式配置·显示。同样，通过作业者指定工件38的小径部分50的内侧面，配置·显示嵌合于工件38的小径部分50中的销块52。而且，通过作业者指定工件38下面的多个位置，能够配置支撑工件38的多个T字块54。
或者，也能只通过作业者指定大径部分46等的工件的一个位置，如图7c所示，自动地配置抵接于大径部分46等的多个位置的定位块。该情况下，通过预先确定如以怎样的间隔(在此，90度的等角度间隔)在工件的各部(例如，大径部分46)上配置几个定位块(在此，销块48)那样的、多个定位块的配置规则，只要作业者指定大径部分46的一位置，便基于该配置规则在含有该指定位置的多个部位上自动配置销块。同样，关于后述的夹钳，也通过预定多个夹钳的配置规则，只要作业者指定应该用夹钳夹持的工件的一个位置，便能够在含有该指定位置的多个部位上自动配置夹钳。
图8a以及图8b是在步骤S9中关于根据所指定的工件表面的位置自动地调整定位块的形状或尺寸的处理进行说明的图。例如，如图8a所示，若在为了配置销块48，作业者指定工件38的外侧面(步骤S8)之前，作为销块48的配置方法预先选择“与(工件的)高度相应”(步骤S7)，则销块48的高度能自动地调整为与工件38的大径部分46相同的高度。
同样，如图8b所示，在为了配置T字块54，作业者指定工件38的下面(步骤S8)之前，若作为T字块54的配置方法预先选择“与(工件的)面相应”(参照图6)(步骤S7)，则以T字块54的上面抵接于工件38的下面的方式自动地调整T字块54的高度。如此，即使作业者未输入具体的数值等，也能够将定位块的形状以及尺寸中至少一项自动地调整为作业者所打算的形状、尺寸。
图9a以及图9b是在步骤S9中关于根据指定工件的面或棱边的位置以及形状自动地调整定位块的配置位置的处理进行说明的图。如图9a所示，在为了配置V字块56，作业者指定圆盘状或圆柱状的工件58的外侧面(箭头60所示)(步骤S8)之前，若作为V字块56的配置方法选择“曲面支撑”(步骤S7)，则V字块56的配置位置以自动地抵接于工件58的曲面(外周面)的方式调整。
同样，如图9b所示，在为了配置L字块62，作业者指定大致长方体形状的工件64的侧面(步骤S8)之前，若作为L字块62的配置方法选择“与(工件的)面相应”(参照图6)(步骤S7)，则以L字块62抵接于工件64的角部(箭头66所示)的方式自动地调整L字块62的位置。如此，即使作业者没有手动地改变定位块的位置也能够将定位块的配置位置自动地调整为作业者所打算的位置。
并且，在图9a或图9b的示例中，可以根据工件的形状、尺寸自动地调整定位块的形状以及尺寸中的至少一项，例如，与图8a的示例相同，能够以与工件的高度相同的方式自动地调整V字块56或L字块64的高度。
图10是在步骤S9中的关于指定圆形形状(在此为圆形的孔)的面或棱边并根据所指定的位置以及形状自动地调整定位块的配置位置的示例进行说明的图。在工件68至少具备一个孔70的情况下，能在孔70内插入销块72并对工件68进行定位，在该情况下，在作业者指定孔70(步骤S8)之前，若作为销块72的配置方法选择“与孔相应”(参照图6)(步骤S7)，则销块72以自动地插入孔70内的状态配置。另外，在步骤S7中，若选择“直径也相应”，则以销块72的外径等于孔70的内径的方式自动地调整(扩径或缩径)并配置于孔70内。
其次，在步骤S10中，作业者从如图7a-图10所示的显示画面中判断所配置的定位块的位置以及尺寸是否合适。在判断为不合适的情况下，作业者操作鼠标16、键盘18并改变定位块的位置、尺寸(步骤S11)。并且，步骤S6-S11的处理在具有多个定位块的情况下能够只以与其个数相同的次数进行反复(步骤S12)。
在接下来的步骤S13中，如图11所示的夹钳选择菜单74显示于显示器12上，作业者操作鼠标16等选择夹钳的种类。并且，作为夹钳的种类举例钩式夹钳(夹钳1)、带导向件气缸(夹钳2)、摆动式夹钳(夹钳3)、气缸(夹钳4)等，但并不限于此。
在接下来的步骤S14中，作业者操作鼠标16等，指定所选择的夹钳的配置位置。如图12a所示，通过作业者指定工件38的被把持部位(杆部)76，如图12b所示，以把持杆部76的方式自动地配置·显示从存储部20读取的夹钳(在此为摆动式夹钳)78的三维模型(步骤S15)。
在步骤S14中，作业者可以由输入部等进行关于夹钳的可动部的移动的定义(设定)。例如，图12b所示的摆动式夹钳78如图13所示具备主体80、相对于主体80可前进以及旋转的轴82、安装于轴82的前端的可动部(爪)84，该情况下，作业者能够操作输入部14(鼠标16、键盘18等)，定义·设定轴82的旋转轴及旋转角度、前进移动量、相对于工件38(的杆部76)的爪84的抵接位置(在图示示例中爪84的下面)86等。如果这样设置，则如图12b所示，能够以杆部76与爪84的抵接位置86一致的方式自动地调整(如改变爪84的长度)夹钳78的尺寸、形状。
其次，在步骤S16中，作业者从图12b所举例的显示画面判断所配置的夹钳的位置以及尺寸是否合适。在判断为不合适的情况下，作业者操作鼠标16、键盘18改变夹钳的位置、尺寸(步骤S17)。并且，步骤S13-S17的处理在具有多个夹钳的情况下，能够只以与其个数相同的次数进行反复(步骤S18)。
根据涉及本实施方式的辅助装置，由于不但夹具的配置位置，而且夹具的尺寸以及形状中的一项或两项也基于所指定的工件的形状、夹具的配置方法能自动地调整，因此即使是比较不习惯的作业者也能够恰当地把握将什么样的尺寸的夹具(定位块以及夹钳)配置于哪个位置上。因此，该辅助装置由于在大体上能制作对夹具的整体结构的把握充分的夹具模型，因此在夹具的详细设计之前利用尤其有用。
图14a以及图14b是表示适于将由辅助装置10设计或制作的夹具的三维模型配置于配置机器人的假想三维模型的假想空间内，进行该机器人的动作模拟的机器人模拟装置(机器人模拟程序)88(图1中概略图示)的示例的图。在该示例中，进行使夹钳的开闭动作与由机器人进行的工件的装卸动作连动的模拟，更具体的说，能够模拟使用两个图13所示的摆动式夹钳78夹持如图9所示的长方体形状的工件64的操作即“夹钳关闭”的状态(图14a)、从图14a的状态旋转夹钳78的爪84的操作即“夹钳打开”的状态(图14b)、从图14b的状态中通过假想显示的机器人90的机械手92把持工件64并取出的操作(未图示)。
在将夹钳的开闭动作与机器人的装卸动作连动并进行的情况下，需要考虑机械手的形状、由手部进行的工件的把位置、手部的开闭动作、再加上夹钳的开闭动作等地设计与机器人不干涉的夹具，这即使对于熟练的作业者来说也需要很多的时间。可是，通过使用如上述的模拟程序，能够容易地进行干涉校验，能够容易地进行夹具的设计。
并且，机器人模拟装置88可提供作为与辅助装置10相同、具备如个人电脑等的计算处理装置(处理器)以及存储装置(内存)的装置，能够画面显示如图14a以及图14b所示的假想三维空间。另外，机器人模拟装置88与辅助装置10可通信地构成，以信号等的形态读取关于由辅助装置10制作的夹具的形状、动作的数据，能够利用于如上述的机器人的动作模拟中。或者可在机器人模拟程序中组装辅助装置10的功能(处理器、内存等)。
根据本发明，在进行夹具的详细设计之前，能够以简单的操作将构成夹具的部件配置于假想空间内，并根据需要自动地调整夹具的形状、尺寸。

Claims (4)

1.一种夹具设计辅助装置，其具有定位块以及夹钳，辅助对工件进行固定的夹具的设计，该夹具设计辅助装置的特征在于，
具备：
对假想的三维空间进行画面显示的显示部；
存储上述工件、上述定位块、上述夹钳以及能安装上述工件的安装板的三维模型的存储部；
指定由上述夹具固定的工件的种类的工件指定部；
工件配置部，其从上述存储部读取由上述工件指定部指定的工件的三维模型，并且从上述存储部读取能安装所指定的上述工件的安装板的三维模型，以在所读取的安装板上安装了所指定的上述工件的状态自动地配置于上述三维空间内；
选择上述定位块的种类以及配置方法的定位块选择部；
选择上述夹钳的种类的夹钳选择部；
指定所指定的上述工件的三维模型中的上述定位块或上述夹钳所抵接的模型部位的模型部位指定部；
夹具配置部，其基于所指定的上述模型部位以及上述定位块选择部或上述夹钳选择部的选择内容，从上述存储部读取上述定位块或上述夹钳的三维模型并配置于上述三维空间内；以及
调整部，其根据所指定的上述工件的尺寸或形状自动地调整由上述夹具配置部配置的定位块或夹钳的三维模型的尺寸或形状。
2.根据权利要求1所述的夹具设计辅助装置，其特征在于，
上述夹具配置部构成为，在基于预先设定的多个定位块或夹钳的配置规则，指定上述定位块或上述夹钳所抵接的模型部位的一个位置时，基于上述配置规则在包括所指定的一个位置的多个部位自动配置销块或夹钳。
3.根据权利要求1或2所述的夹具设计辅助装置，其特征在于，
具备能输入关于上述夹钳的可动部的移动的设定、与上述工件抵接的上述可动部的抵接位置的输入部，上述调整部基于所指定的上述工件的尺寸或形状、已输入的上述抵接位置自动地调整上述可动部的尺寸。
4.一种机器人模拟装置，其特征在于，
构成为，将利用权利要求1～3任一项所述的夹具设计辅助装置设计或制作的夹具的三维模型配置于假想空间内，进行上述机器人的动作模拟，其中，在该假想空间内配置有机器人的假想三维模型。
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