CN112888533B - 工件自动搬运机 - Google Patents

Abstract

一种不附加新的机械构造地进行定心的工件自动搬运机，具有：工件把持装置，在工件把持装置与作业机的接收侧夹头之间进行工件的换抓；工件交接装置，具备移动机构，上述移动机构使上述工件把持装置在与上述接收侧夹头的中心轴正交的定心平面上移动；及控制装置，对上述工件把持装置及上述工件交接装置进行驱动控制，且通过使上述接收侧夹头及工件把持装置中的一方把持的状态下的工件由上述接收侧夹头及工件把持装置中的另一方把持及释放，基于构成上述工件交接装置的定位马达所产生的转矩来确定定心位置。

Description

工件自动搬运机

技术领域

本发明涉及在与交接工件的对象装置之间进行定心的工件自动搬运机。

背景技术

在排列有多个机床的加工机械线等中，通过工件自动搬运机对各个机床进行工件的搬运。对于该工件自动搬运机而言，例如在搭载于行驶装置的工件搬运机器人在机床之间移动并在对应的机床前停止之后，进行工件相对于主轴夹头的交接。为了通过工件搬运机器人正确地进行工件的交接，需要与在成为对象装置的主轴夹头之间进行与定心相伴的教示。以往，对于工件自动搬运机的定心而言，定位在工件搬运机器人的把持装置把持了工件的状态下的主轴夹头，并通过该把持装置进行工件的把持及释放。此时，进行一点一点移动把持装置的位置的微动动作，由作业者判断该把持装置抓住工件时的声音、振动而进行了定心调整。

另外，下述专利文献1公开有经由所装入的浮动单元进行定心的多关节型机器人。该多关节型机器人相对于夹头设置有浮动机构，因此，即便在把持工件时心部错位，夹头也以跟随工件的中心位置的方式位移。由此，该以往例的多关节型机器人作出以无负荷状态把持了工件的状态。而且，通过将把持了工件时的错位量加和于微动移动量，求出机器人坐标系中的真实夹头位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-75986号公报

发明内容

发明所要解决的课题

首先，对于由作业者判断把持装置抓住工件时的声音、振动这样的以往的定心方法而言，存在如下缺点：对于经验少的作业者而言调整作业难，导致至定心结束为止的作业时间变长。另一方面，装入有浮动机构的多关节型机器人由于通过运算处理求解工件夹紧位置，所以能够以短时间进行定心。但是，对于具备浮动机构的多关节型机器人而言，存在构造变复杂、大型化、成本上升之类的课题。而且，由于工件搬运机器人变大，也引起加工机械线大型化。

因此，本发明为了解决这样的课题，目的在于提供不附加新的机械构造地进行定心的工件自动搬运机。

用于解决课题的技术方案

本发明的一方式的工件自动搬运机具有：工件把持装置，在上述工件把持装置与作业机的接收侧夹头之间进行工件的换抓；工件交接装置，具备移动机构，上述移动机构使上述工件把持装置在与上述接收侧夹头的中心轴正交的定心平面上移动；及控制装置，对上述工件把持装置及上述工件交接装置进行驱动控制，且通过使上述接收侧夹头及工件把持装置中的一方把持的状态下的工件由上述接收侧夹头及工件把持装置中的另一方把持及释放，基于构成上述工件交接装置的定位马达所产生的转矩来确定定心位置。

发明效果

根据上述结构，由接收侧夹头及工件把持装置中的一方把持工件，并使该状态下的工件由另一方把持及释放，从而在无法定心的情况下，由于在把持工件时工件交接装置的定位马达产生转矩，因此，能够基于该转矩来确定定心位置，从而不附加新的机械构造地进行定心。

附图说明

图1是表示加工机械线的一部分的立体图。

图2是多关节机器人折叠的能够移动的状态的侧视图。

图3是多关节机器人展开的工件交接状态的立体图。

图4是图2所示的多关节机器人的A-A向视的局部剖视图。

图5是图2所示的多关节机器人的B-B向视的局部剖视图。

图6是将工件自动搬运机的控制系统简化示出的框图。

图7是表示工件自动搬运机相对于机床定心时的状态的图。

图8是表示定心位置的确定方法的图。

具体实施方式

接下来，以下参照附图对本发明所涉及的工件自动搬运机的一实施方式进行说明。在本实施方式中，以装入加工机械线的工件自动搬运机为例进行说明。图1是表示该加工机械线的一部分的立体图。在本实施方式的加工机械线1中，排列有多个机床等作业机，相对于工件执行各工序的加工。特别是，在本实施方式中将机床等模块化，多个加工模块3如图示那样在相邻的彼此接近的状态下搭载于基座5上。

加工机械线1在1台基座5上搭载有两个加工模块3，并能够根据加工内容任意增减基座5及预定的加工模块3。在加工机械线1中，加工模块3全部由相同的形状的外装罩构成，在线整体中实现外观的统一。附图示出外装罩中的成为线的前表面部的前罩7，但加工机械线1通过该前罩7形成在线方向上扩张了的搬运空间9。此外，在本实施方式中，将加工模块3的机体宽度方向作为Y轴方向、将机体前后方向作为Z轴方向、并且将机体上下方向作为X轴方向进行说明。

加工模块3在形成于基座5的导轨上搭载有可动床，在该可动床组装有车床、加工中心等加工机主体。因此，图1所示的加工模块3为加工时的配置位置，但在维护、部件更换时能够在前后方向(Z轴方向)上移动。图示的加工模块3是机床，构成相对于被主轴夹头把持的工件进行加工的加工室8。具体而言，被工具台保持的立铣刀等旋转工具、刀具等切削工具相对于被主轴夹头把持并旋转的工件移动，进行预定的加工。

由于在工件加工时切屑、冷却剂飞溅，所以加工室8构成为封闭的空间。因为，为了能够通过搬运空间9内的工件自动搬运机进行与主轴夹头之间的工件的交接，在加工室8的机体前侧形成有开口部，在此处设置有上下滑动的自动开闭门801。在自动开闭门801关闭的状态下在加工室8内进行加工，通过打开自动开闭门801，搬运机器人进入加工室8内进行工件的交接。

图2及图3是表示本实施方式的工件自动搬运机的图，特别是图2是多关节机器人折叠的能够移动的状态的侧视图，图3是多关节机器人展开的工件交接状态的立体图。工件自动搬运机6具有与主轴夹头等进行工件的交接的多关节机器人11，并设置有使搭载于行驶台45的多关节机器人11在搬运空间6内沿Y轴方向移动的行驶装置12。

多关节机器人11经由旋转台48组装在行驶台45上。在旋转台48上固定有支承台21，在该支承台21经由第一关节机构23而连结有上臂部件22，进一步在上臂部件22经由第二关节机构26而连结有前臂部件25。而且，在成为多关节机器人11的前端部的前臂部件25的端部组装有进行工件的换抓的机器人手13。

多关节机器人11针对上臂部件22及前臂部件25、进而针对机器人手13分别进行角度控制，并构成为向图3所示的作业姿势、图2所示的行驶姿势变化。此处，图4及图5是表示多关节机器人11及机器人手13的驱动机构的图，特别是，图4是图2所示的多关节机器人11的A-A向视的局部剖视图，图5同样是图2所示的多关节机器人11的B-B向视的局部剖视图。

首先，如图4所示，第一关节机构23在支承台21固定有第一关节用马达31，在该旋转轴侧的带轮与轴体32侧的带轮之间挂设有同步带33。上臂部件22相对于支承台21由左右一对支承部轴支承，构成为经由减速机34使第一关节用马达31的动力向一方的轴体32传递，进行上臂部件22相对于支承台21的角度调整。

如图5所示，第二关节机构26在前臂部件25固定有第二关节用马达35，且该旋转轴与减速机36连结。多关节机器人11以前臂部件25收入到上臂部件22的内侧的方式形成，并在宽度方向的两个部位处轴附接。在其一侧设置有减速机36，并构成为通过第二关节用马达35的驱动，进行前臂部件25相对于上臂部件22的角度调整。

接下来，机器人手13经由轴承部件39安装于前臂部件25的前端部。在该轴承部件39，且在与手用马达37的旋转轴之间经由带轮而挂设有同步带38，并构成为通过手用马达37的驱动进行机器人手13的角度调节。对于该机器人手13而言，具备夹头爪132的夹头机构形成于主体块131的表背两面。对于夹头机构而言，三个夹头爪132在周向上以等间隔配置，并构成为通过液压在径向上同步滑动。

多关节机器人11装入加工机器线1的搬运空间6内，通过行驶装置12进行向预定的加工模块3对置的移动。如图2及图3所示，该行驶装置12在基座5的前表面部固定有支承板41，在水平方向安装有齿条42、两个导轨43。行驶台45组装为一体形成的行驶滑动件44抓住导轨43而滑动。在该行驶台45固定有行驶用马达46，固定于该旋转轴的小齿轮47与齿条42啮合。因此，通过行驶用马达46的驱动使小齿轮47在齿条42滚动，行驶台45能够在沿着导轨43的Y轴方向上移动。

在行驶台45的内侧沿铅垂方向固定有旋转用马达49，在该旋转轴连结有旋转台48。多关节机器人11组装在该旋转台48上，通过上臂部件22、前臂部件25及机器人手13的姿势控制，进行工件的交接作业等。在该情况下，为了正确地进行与机床之间的工件的交接，在与主轴夹头等之间进行定心，并进行基于该定心的教示。但是，以往的定心如前述那样，由作业者基于把持装置抓住工件时的声音、振动进行判断，因此，以短时间进行需要较高的经验值。

在这一方面，本实施方式的工件自动搬运机6构成为，基于定位马达的转矩值来确定定心位置。用于定心的工件自动搬运机6的定位马达适用作为伺服马达的多关节机器人11的第一关节用马达31、第二关节用马达35、手用马达37及行驶装置12的行驶用马达46、旋转用马达49。但是，在本实施方式中，为了简化运算处理，构成为基于第二关节用马达35及行驶用马达46的转矩值来确定定心位置。

图6是将工件自动搬运机6的控制系统简化示出的框图。控制装置15以除了CPU51之外还具备ROM52、RAM53、非易失性存储器54之类的存储装置等的计算机为主体，并经由I/0(输入/输出设备)55与多关节机器人11、行驶装置12、机器人手13的定位马达等连接。而且，在控制装置15，工件相对于多个作业模块3的搬运路径、控制多关节机器人11的交接姿势等的搬运程序等储存于存储器。特别是，在本实施方式中，储存有用于进行相对于主轴夹头等的定心的定心程序541。

加工机械线1在各个加工模块3还搭载有控制装置，虽没有详细地图示，但这样的作业机侧的控制装置和工件自动搬运机6的控制装置15经由集线装置而连接，构建LAN。如图1所示，在加工模块3，设置有能够进行作业信息、操作画面等的显示、由作业者进行的设定值的输入等的操作显示装置301，通过LAN相对于各控制装置而连接。因此，除了从操作显示装置301向工件自动搬运机6的操作指令之外，还能够显示测定结果等。

图7是表示工件自动搬运机6相对于机床的定心作业时的状态的图。工件自动搬运机6进行基于控制装置15的定心程序541的驱动控制。首先，搭载于行驶台45的多关节机器人11通过行驶用马达46的驱动，以图2所示的直立姿势在搬运空间9内移动，并在加工模块3的正面停止。而且，如图3及图7所示，多关节机器人11变形为展开的状态并进入自动开闭门801打开的加工室8内。该多关节机器人11通过第一关节用马达31及第二关节用马达35的驱动来使姿势变形，另外，机器人手13通过手用马达37的驱动，进行相对于把持了工件W的主轴夹头100的角度调整。

交接时的机器人手13在配置于抓住主轴夹头100的工件W的位置时，需要三个夹头爪132的中心轴O2与主轴夹头100的中心轴O1一致。此时，中心轴O1、O2相互与Z轴方向平行。因此，在定心程序541中，进行定心控制，上述定心控制对工件自动搬运机6的XY平面坐标系(定心平面)上的中心轴O1、O2的错位进行调整。此外，在定心控制之前，作业者进行准备作业，在该准备作业中，使主轴夹头100把持工件W，并通过多关节机器人11、行驶装置12的手动操作，使机器人手13定位在抓住工件W的位置。但是，该准备作业也可以一部分自动进行。

在进行了准备作业之后，作业者按压操作显示装置301的定心功能按钮而开始定心。在定心中，进行机器人手13相对于工件W的把持及释放动作。此时，在中心轴O1、O2产生错位的情况下，机器人手13与均衡地抓住工件W的夹头爪132的把持动作对应地位移错位量的大小。而且，机器人手13以在预定方向上拉伸的方式位移，从而在多关节机器人11的第一关节用马达31、行驶装置12的行驶用马达46等产生转矩。

第一关节用马达31等定位马达由于马达电流和转矩静态地处于比例关系，所以能够通过对马达电流进行电流/电压转换来计测转矩。在本实施方式中，针对使中心轴O1、O2在XY平面坐标系中对位的定心，在X轴方向上基于第二关节用马达35的转矩值来进行，在Y轴方向上基于行驶用马达46的转矩值来进行。此处，图8是表示定心位置的确定方法的图。特别是，示出对X轴方向的定心位置进行确定的情况。

在本实施方式中，求解夹头爪132把持了工件W的情况下的转矩值与释放了工件W的情况下的转矩值之差的绝对值。在机器人手13释放了工件W的状态下，相对于定位马达即第二关节用马达35，产生用于支撑多关节机器人11、机器人手13的重量即自重的转矩。另一方面，在中心轴O1、O2的位置错位的情况下，机器人手13拉伸错位量的大小，因此，第二关节用马达35产生在自重大小的转矩加和了该拉伸载荷大小的转矩。

若中心轴O1、O2的错位量变大，则拉伸载荷变大，在第二关节用马达35产生更大的转矩。而且，随着中心轴O1、O2的位置接近，第二关节用马达35所产生的与拉伸载荷对应的转矩变小，如图8所示，把持了工件W的情况下和释放了工件W的情况下的转矩值之差变小。因此，在定心控制中，通过多关节机器人1的驱动，使机器人手13的位置在X轴方向上以一定量一点一点位移。在各个位置中重复工件W的把持及释放的动作，每次将第二关节用马达35所产生的转矩值之差的绝对值计算为检测值。作为其结果，如图8所示，能够确定出检测值成为最小的位置，该位置成为XY平面坐标系(定心平面)中的X轴方向上的定心位置。

接下来，使XY平面坐标系中的X轴方向的位置为n7，通过行驶用马达46的驱动使机器人手13的位置在Y轴方向上以一定量一点一点位移。而且，在Y轴方向上也同样，在各个位置重复工件W的把持及释放的动作，每次将行驶用马达46所产生的转矩的值之差的绝对值计算为检测值。作为其结果，在Y轴方向的情况下，也得到图8所示那样的与机器人手13的位置对应的转矩值的变化。因此，能够确定出检测值成为最小的位置，该位置成为XY平面坐标系的Y轴方向上的定心位置。

因此，根据本实施方式，通过定心控制能够在XY平面坐标系中自动确定出定心位置，因此，如至此为止那样即便作业者不是熟练者，也能够通过适当地定心后的工件自动搬运机6进行与加工模块3之间的工件W的交接。而且，通过定心控制以短时间进行自动的定心，因此，能够排除作业者的繁琐作业，能够缩短至加工开始为止的时间。另外，工件自动搬运机6由于保持以往的构造通过定位马达的转矩测定进行定心，所以不需要改进，在这方面上能够抑制成本并实现上述效果。

另外，对于定心控制而言，在X轴方向上，基于第二关节用马达35的转矩值来确定定心位置，但伴随着工件把持而作用的拉伸载荷也在第一关节用马达31及手用马达37产生转矩。而且，各马达31、32、37所产生的转矩的趋势相同。其中，选择了第二关节用马达35是由于转矩值之差明显。在这一方面，在Y轴方向上选择了行驶用马达46这方面也相同。因此，这样通过针对X轴方向及Y轴方向选择作为对象的定位马达，能够减少控制装置15中的运算处理的负担，缩短处理时间。但是，也可以是，针对所有定位马达进行转矩测定并计算差值，例如根据其平均值确定出定心位置。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限定于这些，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式中以将多关节机器人11作为工件交接装置的情况列举为例子，但作为工件自动搬运机，龙门装载机等也成为对象。

另外，例如在上述实施方式中，在定心时为了进行转矩测定而使机器人手13的位置反复位移，因此，使工件W把持于主轴夹头100侧，但也可以把持于机器人手13侧，由主轴夹头10反复工件W的把持和释放。

附图标记说明

1…加工机械线3…加工模块6…工件自动搬运机8…加工室9…搬运空间11…多关节机器人12…行驶装置13…机器人手15…控制装置22…上臂部件23…第一关节机构25…前臂部件26…上臂部件31…第一关节用马达35…第二关节用马达37…手用马达45…行驶台46…行驶用马达49…旋转用马达132…夹头爪301…操作显示装置541…定心程序

Claims (6)

1.一种工件自动搬运机，具有：

工件把持装置，在所述工件把持装置与作业机的接收侧夹头之间进行工件的换抓；

工件交接装置，具备移动机构，所述移动机构使所述工件把持装置在与所述接收侧夹头的中心轴正交的定心平面上移动；及

控制装置，对所述工件把持装置及所述工件交接装置进行驱动控制，且通过使所述接收侧夹头及工件把持装置中的一方把持的状态下的工件由所述接收侧夹头及工件把持装置中的另一方把持及释放，基于构成所述工件交接装置的定位马达所产生的转矩来确定定心位置，对所述工件把持装置在所述定心平面上进行位置调整，将由所述接收侧夹头或者工件把持装置把持及释放工件时产生的所述定位马达的转矩值之差小的位置确定为定心位置。

2.根据权利要求1所述的工件自动搬运机，其中，

控制装置通过使所述接收侧夹头所把持的工件由所述工件把持装置把持及释放，基于构成所述工件交接装置的定位马达所产生的转矩来确定定心位置。

3.根据权利要求1所述的工件自动搬运机，其中，

所述工件交接装置具有多个定位马达，所述多个定位马达用于使所述工件把持装置在所述定心平面上正交的X轴方向和Y轴方向这两个方向上移动，所述控制装置基于各方向上的各一个定位马达的转矩来确定各方向的定心位置。

4.根据权利要求2所述的工件自动搬运机，其中，

所述工件交接装置具有多个定位马达，所述多个定位马达用于使所述工件把持装置在所述定心平面上正交的X轴方向和Y轴方向这两个方向上移动，所述控制装置基于各方向上的各一个定位马达的转矩来确定各方向的定心位置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的工件自动搬运机，其中，

所述工件交接装置具有：

行驶台，能够通过所述定位马达使所述工件把持装置在所述定心平面上的水平方向上移动；及

多关节机器人，经由第一关节机构连结于所述行驶台的上臂部件和经由旋转机构组装有所述工件把持装置的前臂部件经由第二关节机构而连结，并通过所述第一关节、所述第二关节及所述旋转机构的各自的所述定位马达，能够使所述工件把持装置在所述定心平面上的上下方向及与所述接收侧夹头的中心轴平行的方向上移动。

6.根据权利要求5所述的工件自动搬运机，其中，

所述控制装置基于构成所述多关节机器人的第二关节机构的所述定位马达所产生的转矩来确定所述定心平面上的上下方向的定心位置。