CN110303494B - 机器人加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高精度地加工被机器人保持的工件的机器人加工系统。该机器人加工系统包括：机器人，其在手臂前端安装有把持工件的机械手；加工装置，其对加工工具进行旋转驱动；力传感器，其被设置于机器人和加工装置中的至少一个，在通过加工工具加工工件时，检测作用于机器人与加工装置之间的力；以及控制装置，其根据检测到的力控制机器人和加工装置中的至少一个，在加工装置或机械手中的一个上设置有引导面，引导面沿着加工工具加工工件时的加工装置与机械手的相对移动方向延伸，在另一个上设置有引导面，引导面在加工工具加工工件时与引导面接触，控制装置以如下方式进行控制：在加工工具对工件的加工过程中，维持引导面与被引导部的接触状态。

Description

机器人加工系统
技术领域
本发明涉及一种机器人加工系统。
背景技术
一直以来，已知如下一种加工系统：当通过经由力传感器而安装于机器人的前端的机械手把持工件，并将工件按压于利用加工机而旋转的加工工具以进行工件的加工时，调节加工工具的旋转速度和机器人的工件输送速度，从而将被力传感器检测到的力控制在规定范围内(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-215359号公报
发明内容
发明所需解决的问题
然而，在保持工件的机器人的刚性比机床大幅度低，特别是工件的硬度高等的情况下，存在无法高精度地通过机器人对加工中的工件进行定位这样的问题。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够将机器人所保持的工件相对于工具高精度地定位，从而高精度地进行工件加工的机器人加工系统。
解决问题的手段
本发明的一个方案是一种机器人加工系统，包括：机器人，其在手臂前端安装有把持工件的机械手；加工装置，其对加工工具进行旋转驱动；力传感器，其被设置于所述机器人和所述加工装置中的至少一个，在通过所述加工工具加工所述工件时，检测作用于所述机器人与所述加工装置之间的力；以及控制装置，其根据力传感器检测到的所述力控制所述机器人和所述加工装置中的至少一个，在所述加工装置或所述机械手中的一个上设置有引导面，所述引导面沿着所述加工工具对所述工件进行加工时的所述加工装置与所述机械手的相对移动方向延伸，在所述加工装置或所述机械手中的另一个上设置有被引导部，所述被引导部在所述加工工具对所述工件进行加工时与所述引导面接触，所述控制装置以如下方式进行控制：在所述加工工具对所述工件的加工过程中，维持所述引导面与所述被引导部的接触状态。
根据本方案，操作机器人使被手臂前端的机械手把持的工件向加工装置的加工工具接近，当开始加工工具对工件的加工时，使被设置于加工装置或机械手中的另一个上的被引导部与被设置于加工装置或机械手中的一个上的引导面接触。由此，引导面与被引导部相互接触而产生的力作用于机器人与加工装置之间，并且被设置于机器人和加工装置中的至少一个上的力传感器检测到。
并且，控制装置基于检测到的力控制加工装置或机器人中的至少一个，从而在加工过程中维持引导面与被引导部的接触状态。由此，通过引导面与被引导部的接触，将机械手与加工工具的相对位置维持为规定的位置关系，因而能够利用引导面高精度地将工件加工成规定的形状。
即，在通过刚性低的机器人支承工件的状态下，即使工件从加工工具接受的力发生改变，也能够通过维持引导面与被引导部的接触而稳定地维持加工工具与工件之间的位置关系，从而提高加工精度。由此，能够提高使用机器人进行加工的灵活性，并且能够提高工件的加工精度。
在上述方案中，也可以为，所述加工装置是在所述手臂前端安装有所述加工工具的其它机器人。
根据该结构，作为加工装置也使用机器人，由此能够改变加工工具的位置和姿势来提高加工的灵活性。另一方面，通过维持引导面与被引导部的接触状态来弥补刚性的进一步降低，能够提高加工精度。
另外，在上述方案中，也可以为，所述加工工具是铣刀，所述引导面是在沿着所述铣刀的旋转轴的第一方向和正交于第一方向的第二方向上供所述被引导部抵接的两个正交的面。
根据该结构，工件与加工工具在沿着铣刀的旋转轴的第一方向和与其正交的第二方向上的相对移动被引导面与引导部之间的接触所限制，在正交于第一方向和第二方向的方向上的沿着引导面的工件与加工工具的相对移动被允许。
即，工件与加工工具在沿着铣刀的旋转轴的第一方向和与其正交的第二方向上的相对移动被限制，由此能够限制铣刀在两个方向上的切削深度，并且能够高精度地进行沿着引导面的方向上的铣削加工。
另外，在上述方案中，也可以为，所述加工工具是钻头，所述引导面是在沿着所述钻头的旋转轴的方向上延伸的孔的内周面，所述被引导部是呈与所述孔嵌合的形状的柱状部的外周面。
根据该结构，在进行钻头的加工时，设定为使被设置于加工装置或机械手中的另一个的柱状部与被设置于加工装置或机械手中的一个的孔嵌合的状态，由此能够通过维持孔的内周面与柱状部的外周面的接触状态，从而高精度地引导钻头与工件在沿着钻头的旋转轴的方向上的相对移动，能够高精度地进行钻头加工。
另外，在上述方案中，也可以为，所述引导面和所述被引导部具有从所述加工工具对所述工件的加工之前到加工结束之后能够接触的形状。
发明的效果
根据本发明，能够相对于工具高精度地定位被机器人保持了的工件，从而实现能够高精度地加工这样的效果。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施方式的机器人加工系统的整体构成图。
图2是表示对被设置于图1的机器人加工系统的两个机器人的前端部的加工工具和工件进行保持的机械手的局部侧视图。
图3是对图1的机器人加工系统的加工工具进行的工件的加工状态进行说明的局部侧视图。
图4是对图1的机器人加工系统的加工工具的移动方向进行说明的局部立体图。
图5是表示对被设置于图1的机器人加工系统的变形例中的两个机器人的前端部的加工工具和工件进行保持的机械手的局部侧视图。
图6是对图5的机器人加工系统的加工工具进行的工件的加工之前的状态进行说明的局部侧视图。
图7是对图5的机器人加工系统的加工工具进行的工件的加工结束时的状态进行说明的局部侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明的一个实施方式的机器人加工系统1进行说明。
根据本实施方式的机器人加工系统1，例如如图1所示，是一种对载置于载置台2的例如铸物的工件W进行处理并将其输送到机床3的路径的中途，对用于设置到机床3的基座面进行加工的系统。
机器人加工系统1包括：载置工件W的载置台2、第一机器人(加工装置)4及第二机器人(机器人)5、控制这些第一机器人4及第二机器人5的未图示的控制装置、机床3。在载置台2的上方配置有视觉传感器6，其能够检测被配置于载置台2的多个工件W的位置及姿势。
第一机器人4及第二机器人5分别是垂直多关节型的机器人，在手臂41、51的前端(手臂前端)设置有能够更换并安装各种加工工具42及机械手52的ATC(Auto ToolChanger：工具自动更换装置)43、53。
如图2所示，第一机器人4通过ATC43保持加工工具42。在图2所示的示例中，加工工具42例如是由马达旋转驱动的铣刀，并且被安装于由ATC43可拆卸地保持的平板状的托架44上。在托架44的边缘处，如图2所示，以被固定于托架44的工具坐标系x1y1z1为基准，设置有沿正交于旋转轴A的x1y1方向延伸的第一平面(引导面)45a及沿正交于第一平面45a的x1z1方向延伸的第二平面46a。铣刀42绕平行于z1方向(第一方向)的旋转轴A旋转驱动。这里，y1方向(第二方向)与沿着旋转轴A的z1方向正交。
另外，第一机器人4在手臂41的前端的手腕47与ATC43之间具有力传感器48。力传感器48能够检测正交的三个方向的力。例如，力传感器48能够分别检测x1、y1、z1方向的力。
第二机器人5通过ATC53来保持可拆卸地把持工件W的机械手52。机械手52被安装于由ATC53可拆卸地保持的平板状的托架54的前端。机械手52例如包括：按压面55a，其以固定于托架54的工具坐标系x2y2z2为基准，沿y2方向按压工件W的一个面；以及一对把持片56，其在工件W被按压于按压面55a的状态下，从沿x2方向夹持工件W的两侧接近工件W并对工件W进行把持。
如图2所示，在托架54的边缘处设置有彼此正交的两个平面(被引导部)57a、58a，并且该两个平面(被引导部)57a、58a沿着与加工工具42进行的工件W的加工方向平行的x2方向延伸。
第一机器人4在由第二机器人5实施的从载置台2到机床3的工件W的输送路径的中途位置，被配置于能够对工件W实施铣削加工的位置，其中，所述第一机器人4保持加工工具42，所述第二机器人5保持工件W。
控制装置对第一机器人4和第二机器人5进行控制，同时基于力传感器48检测到的力的大小控制第一机器人4。
具体而言，控制装置例如在通过第二机器人5的机械手52把持载置台2上的任意一个工件W后，在将第二机器人5移动为图2的姿势的状态下使第二机器人5固定，如图3所示，使第一机器人4动作并将其配置于能够同时使机械手52侧的两个平面57a、58a与加工工具42侧的托架44的第一平面45a、第二平面46a紧贴的位置。
在本实施方式中，构成被引导部的两个平面57a、58a和构成引导面的第一平面45a、第二平面46a分别沿x1方向和x2方向延伸，在加工前使被引导部57a、58a与引导面45a、46a抵接的状态下，铣刀42的刀刃与工件W以沿x1方向错开的方式配置。
从该状态，通过马达的动作使铣刀42旋转驱动，同时如图4中的箭头P所示，控制第一机器人4使加工工具42沿x1方向直线移动，从而沿着x2方向以直线状对工件W进行铣削加工。
在这种情况下中，控制装置在加工工具42进行的工件W的加工中以如下姿势控制第一机器人4：力传感器48依次检测到的力在z1方向及y1方向成为规定的大小以上，并且绕x1轴、y1轴以及z1轴的力矩的绝对值成为规定的阈值以下。
由此，能够一边维持机械手52侧的两个平面57a、58a同时与加工工具42侧的托架44的第一平面45a、第二平面46a紧贴的状态，一边进行铣削加工。
下面，对具有上述构成的根据本实施方式的机器人加工系统1的作用进行说明。
为了使用根据本实施方式的机器人加工系统1进行工件W的加工，控制装置根据被示教的程序，利用视觉传感器6拍摄被随机载置于载置台2上的工件W，并对获取的图像进行处理，从而检测把持的工件W的位置及姿势。
在检测出工件W的位置及姿势之后，控制装置控制第二机器人5并使第二机器人5动作，直到第二机器人5成为用于通过机械手52把持检测出的工件W的姿势。通过第二机器人5使机械手52移动，在将工件W按压于按压面55a的状态下，使把持片56动作并将工件W夹在把持片56之间。
在该状态下，控制装置使第二机器人5和第一机器人4动作，并通过被安装于第一机器人4的加工工具42针对工件W对基座面进行加工。
在这种情况下，使第一机器人4与停止在规定位置的第二机器人5接近，并使被设置于机械手52侧的托架54的两个平面57a、58a分别与被设置于加工工具42侧的托架44的第一平面45a、第二平面46a紧贴。
在该状态下，操作马达使铣刀42旋转，并且使第一机器人4动作，从而使加工工具42沿x1方向直线移动。由此，利用铣刀42的刀刃进行工件W的铣削加工。
在这种情况下，控制装置基于力传感器48检测到的力的大小，控制第一机器人4。即，一边以力传感器48检测到的y1方向及z1方向的力成为规定的大小以上，并且绕x1轴、y1轴以及z1轴的力矩的绝对值成为规定的阈值以下的姿势维持第一机器人4，一边使加工工具42沿x1方向直线移动。由此，在加工中，被设置于加工工具42侧的托架44的第一平面45a及第二平面46a、与被设置于机械手52侧的托架54的两个平面57a、58a一边维持着紧贴状态，一边沿x1方向移动。
即，由于铣刀42的刀刃与第一平面45a及第二平面46a被配置于相同的托架44、54，因而尺寸精度高、托架44、54的刚性也高。因此，从工件W的加工前到加工结束后维持将第一平面45a、第二平面46a按压于机械手52侧的托架54的两个平面57a、58a的状态，从而能够持续高精度地配置铣刀42的刀刃相对于机械手52侧的两个平面57a、58a的位置。其结果，通过使用刚性低于机床3的机器人4、5，则即使在加工中机器人4、5的姿势发生变化，铣刀42的刀刃相对于工件W的输送方向以外的位置也不会发生改变，具有能够高精度地加工基座面这样的优点。
并且，第一机器人4夹着ATC43而保持加工工具42，第二机器人5夹着ATC53而保持机械手52，通过第二机器人5保持的机械手52把持工件W，因而能够适当地调整第一机器人4和第二机器人5的姿势，并且能够通过机械手52更换工件W，由此能够实施对工件W的各种加工。另外，能够利用ATC43、53更换机械手52或者加工工具42，从而实施各种变化的加工。
另外，根据本实施方式的机器人加工系统1，能够在将工件W设置于机床3的输送中途，对被载置于载置台2的工件W实施用于将其安装到机床3的基座面的加工。即，由于在通过机械手52把持工件W以进行输送的状态下实施加工，因而不需要机床3中的改变设置等的劳动和时间，能够迅速地进行机床3的精密加工并缩短加工时间。
此外，在本实施方式中，虽然例示了利用机器人4、5进行由铸物构成的工件W的基座面的加工的情况，但并不限定于此。工件W的种类及加工的种类可以是任意的。另外，也可以实施在把持工件W并将其输送到机床3之前的中途的任意加工，以及在从机床3取出工件W并交付之前的输送中途的毛刺去除加工等。
另外，虽然例示了一边使保持工件W的第二机器人5固定，通过保持加工工具42的第一机器人4的动作使加工工具42相对于工件W移动，一边进行加工的情况，但也可以对保持加工工具42的第一机器人4进行固定，使保持工件W的第二机器人5动作来进行加工。
另外，虽然例示了作为加工工具使用铣刀42的铣削加工，但也可代替之，如图5至图7所示，也可以应用在使用钻头49作为加工工具的钻孔加工。在这种情况下，如图6和图7所示，也可以在把持工件W的机械手52的托架54上设置使钻头49的刀刃贯通的横剖面圆形的嵌合孔(孔)59，在加工工具49侧的托架44设置以钻头49的旋转轴B为中心的圆柱状的凸台(柱状部)60，将嵌合孔59的内周面作为引导面，将凸台60的外周面作为被引导面。
如图7所示，在通过钻头49进行钻孔加工时，使凸台60与嵌合孔59嵌合，由此能够一边使凸台60的外周面与嵌合孔59的内周面紧贴，一边使钻头49在沿着旋转轴B的方向上移动来对工件W进行钻孔加工。即，由于在钻头49钻孔时，钻头49与工件W维持着高精度对位的状态，因而能够高精度地进行加工。另外，通过加工到加工工具49侧的托架44与机械手52侧的托架44抵接的位置，因而能够高精度地实现所需的孔的深度。
另外，在本实施方式中，虽然设定为在保持加工工具42的第一机器人4上设置力传感器48，基于力传感器48检测到的力控制第一机器人4，但也可代替之，通过被设置于第一机器人4的力传感器48检测到的力控制第二机器人5。另外，也可以在保持工件W的第二机器人5上设置力传感器48，基于检测到的力控制第二机器人5或第一机器人4。
另外，也可以在第一机器人4和第二机器人5的两者上设置力传感器48。
另外，在本实施方式中，虽然例示了第一机器人4保持加工工具42，第二机器人5保持工件W，在两个机器人4、5之间加工工件W的情况，但也可代替之，将保持加工工具42的第一机器人4替换为设置型的加工装置。在这种情况下，只要保持工件W的第二机器人5使工件W相对于加工装置移动并进行加工即可。
附图标记
1：机器人加工系统
4：第一机器人(加工装置)
5：第二机器人(机器人)
42：铣刀(加工工具)
45a：第一平面(引导面)
46a：第二平面(引导面)
48：力传感器
49：钻头(加工工具)
41、51：手臂
52：机械手
57a、58a：平面(被引导部)
59：嵌合孔(孔、引导面)
60：凸台(柱状部、被引导部)
A、B：旋转轴
W：工件

Claims (5)

1.一种机器人加工系统，其特征在于，包括：
机器人，其在手臂前端安装有把持工件的机械手；
加工装置，其对加工工具进行旋转驱动；
力传感器，其被设置于所述机器人和所述加工装置中的至少一个，在通过所述加工工具加工所述工件时，检测作用于所述机器人与所述加工装置之间的力；以及
控制装置，其控制所述机器人和所述加工装置中的至少一个，
在所述加工装置或所述机械手中的一个上设置有引导面，所述引导面沿着所述加工工具对所述工件进行加工时的所述加工装置与所述机械手的相对移动方向延伸，
在所述加工装置或所述机械手中的另一个上设置有被引导部，所述被引导部在所述加工工具对所述工件进行加工时与所述引导面接触，并通过所述加工装置与所述机械手的相对移动而在所述相对移动方向上相对于所述引导面进行相对移动，
所述控制装置以如下方式进行控制：在所述加工工具对所述工件的加工过程中，根据所述力传感器检测到的所述力，维持在所述相对移动方向上进行相对移动的所述引导面与所述被引导部的接触状态。
2.根据权利要求1所述的机器人加工系统，其特征在于，
所述加工装置是在所述手臂前端安装有所述加工工具的其它机器人。
3.根据权利要求1或2所述的机器人加工系统，其特征在于，
所述加工工具是铣刀，
所述引导面是在沿着所述铣刀的旋转轴的第一方向和正交于第一方向的第二方向上供所述被引导部抵接的两个正交的面。
4.根据权利要求1或2所述的机器人加工系统，其特征在于，
所述加工工具是钻头，
所述引导面是在沿着所述钻头的旋转轴的方向上延伸的孔的内周面，
所述被引导部是呈与所述孔嵌合的形状的柱状部的外周面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人加工系统，其特征在于，
所述引导面和所述被引导部具有从所述加工工具对所述工件的加工之前到加工结束之后能够接触的形状。
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