CN114364494A - 工件搬运机器人 - Google Patents

Abstract

工件搬运机器人具有：搬运机器人主体，具备使所把持的工件移动的驱动机构；机器人手，组装于上述搬运机器人主体，通过液压卡盘而把持及释放工件；液压机构，对上述液压卡盘进行工作油的供给及排出；液压传感器，设置于上述液压机构的流路；及控制装置，对上述搬运机器人主体、上述机器人手及上述液压机构等的各驱动部进行控制，并具备卡盘判定部，上述卡盘判定部基于由上述液压传感器检测出的上述工作油的液压变化时间来判定上述液压卡盘的工作状态。

Description

工件搬运机器人

技术领域

本发明涉及具备液压卡盘的工件搬运机器人。

背景技术

工件搬运机器人在各领域中使用，存在各种构造。例如下述专利文献1公开有构成自动装载机的工件搬运机器人。该工件搬运机器人是以能够在构成加工机械线的各种作业机之间往复的方式搭载在行驶台上的多关节机器人臂，与移动目的地的对方侧作业机进行工件的交接。对于该文献的多关节机器人臂而言，前臂部件与上臂部件经由关节机构而连结，且在前端部组装有机器人手。能够通过前臂部件与上臂部件的屈伸来调整机器人手的位置，该机器人手能够通过液压卡盘进行工件的把持及释放。

这样的工件搬运机器人存在无法通过机器人手夹持工件或使抓住的工件落下的情况等。在产生了这样的情况下，不得不使工件搬运机器人的驱动停止，并由作业者进行工件的去除等作业。因此，工件搬运机器人谋求适当地进行工件夹持和松开或者机器人手的把持状态的检测。下述专利文献2公开了接近开关设置于手部，用于检测工件是否被夹持或者松开的结构。另外，该文献公开了对用于使夹持机构工作的液压进行检测的液压传感器。

现有技术文献

专利文献1：国际公开WO2015/145576号公报

专利文献2：日本特开2014-226756号公报

发明内容

发明所要解决的课题

工件搬运机器人进入车床等机床的加工室内部而进行工件的交接。因此，安装于机器人手的接近开关有可能受到因工件的加工而产生的切屑或加工时喷射的冷却液等的影响而引起错误检测。因此，对于在机器人手安装接近开关那样的结构而言，恐怕无法进行卡盘的正确的判定，实际的使用较为困难。这样的情况不限于接近开关，观点光电开关等其他检测单元也是会相同地产生的问题。另一方面，存在如下的问题：对使液压卡盘工作的工作油的流量进行测定的检测由于从机器人手的轴承部产生漏油，所以无法进行准确的行程确认。

因此，本发明为了解决这样的课题，目的在于提供进行液压卡盘的工件把持的判定的工件搬运机器人。

用于解决课题的技术方案

本发明的一方式的工件搬运机器人具有：搬运机器人主体，具备使所把持的工件移动的驱动机构；机器人手，组装于上述搬运机器人主体，通过液压卡盘而把持及释放工件；液压机构，对上述液压卡盘进行工作油的供给及排出；液压传感器，设置于上述液压机构的流路；及控制装置，对上述搬运机器人主体、上述机器人手及上述液压机构等的各驱动部进行控制，并具备卡盘判定部，上述卡盘判定部基于由上述液压传感器检测出的上述工作油的液压变化时间来判定上述液压卡盘的工作状态。

发明效果

根据上述结构，卡盘判定部基于由液压传感器检测出的工作油的液压变化时间来判定液压卡盘的工作状态，因此，能够通过追加了液压传感器的改进而抑制成本地提供能够进行液压卡盘的工件把持的判定的工件搬运机器人。

附图说明

图1是表示工件搬运机器人的立体图。

图2是表示具备机器人手的前臂部件的图。

图3是表示工件搬运机器人的控制系统的框图。

图4是表示第一及第二液压卡盘的液压电路的电路图。

图5是表示把持工件的低温时的压力变化的曲线图。

图6是表示把持工件的高温时的压力变化的曲线图。

图7是表示卡盘判定程序的流程的流程图。

图8是表示在工件搬运时执行的卡盘判定程序的流程的流程图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明所涉及的工件搬运机器人的一实施方式进行说明。图1是表示工件搬运机器人的立体图。本实施方式的工件搬运机器人是构成图示的工件自动搬运机1的多关节机器人臂2。该工件自动搬运机1组装于加工机械线，多关节机器人臂2在多台机床等作业机之间移动，进行工件的交接。工件自动搬运机1搭载于用于使该多关节机器人臂2在多个对方侧装置之间往复的行驶装置3。

行驶装置3组装于搭载有未图示的机床的基座4的前表面部。在基座4的前表面部固定有支撑板11，在该支撑板11上固定有齿条12和两个导轨13。在行驶台14固定有卡住导轨13而滑动的行驶滑动件，并设置有使啮合于齿条12的小齿轮16旋转的行驶用马达17。并且，在行驶台14上固定有回旋用马达19，并构成为回旋台18在水平面上以180°回旋。

对于多关节机器人臂2而言，支撑台21固定在回旋台18上，上臂部22及前臂部23经由具备伺服马达的关节机构而连结于该支撑台21。这样的多关节机器人臂2的形态通过关节机构的驱动使上臂部22和前臂部23折叠而立起的行驶状态和如图示那样上臂部22和前臂部23展开而伸展的作业状态之间变化。并且，在前臂部23的前端设置有机器人手25，通过卡盘爪的开闭动作能够进行工件的把持及释放。

图2是表示具备机器人手25的前臂部23的图。前臂部23是左右一对平行的前臂板31通过横梁部件32、33而平行地连结的结构，在该前臂板31之间组装有机器人手25。机器人手25通过左右的旋转支撑部35而旋转自如地安装于前臂板31，在设置于一方的旋转轴的带轮与固定于手用马达36的带轮之间挂设有带37。因此，通过机器人手用马达36的驱动控制，机器人手25旋转而进行角度调整。

机器人手25设置有图示的第一液压卡盘251及其背侧的相同构造的第二液压卡盘252(参照图1)。第一及第二液压卡盘251、252以用于抓住工件的三个卡盘爪41等间隔且呈放射状地配置，并以沿着径向滑动的方式组装于装置主体42。在装置主体42的内部构成有使齿条活塞与夹持用齿轮啮合的卡盘爪41的开闭机构。因此，通过供给及排出的工作油的液压使齿条活塞向加压方向位移，伴随于此，夹持用齿轮以预定量旋转，由此，对于三个卡盘爪41给予同步的径向的直线运动。第一及第二液压卡盘251、252通过这样的三个卡盘爪41的开闭动作进行工件的把持及释放。

图3是表示工件自动搬运机1的控制系统的框图。控制装置5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作为主体，并经由I/055而与多关节机器人臂2、行驶装置3、后述的构成液压电路的液压机器60等的各驱动部连接。另外，在控制装置5连接有能够进行基于作业者的数据输入及操作画面、检测数据等的显示的触摸面板式的操作显示装置7。

控制装置5将与各种加工相关的加工程序、工件的种类、与工具、夹具相关的工件加工信息等储存于存储部。特别是，本实施方式将进行与第一及第二液压卡盘251、252相关的判定的卡盘判定程序541储存于非易失性存储器54。卡盘判定程序541用于进行机器人手25的工件的把持和释放的确认。

接下来，图4是表示第一及第二液压卡盘251、252的液压电路的电路图。机器人手25具有对于机床供给工件的第一液压卡盘251和从该机床取出加工后的工件的第二液压卡盘252，并设置有相对于液压缸61、62的液压电路。液压缸61、62相对于隔着齿条活塞的一对加压室，连接有供给及排出工作油的夹持侧流路631、641和松开侧流路632、642。在夹持侧流路631、641和松开侧流路632、642分别连接有先导单向阀65。

在夹持侧流路631和松开侧流路632连接有方向控制阀67，在夹持侧流路641和松开侧流路642连接有方向控制阀68。方向控制阀67、68是二位四通电磁阀，切换和罐71连接的供给流路73、排出流路74与夹持侧流路631、641或者松开侧流路632、642的连接。并且，在供给流路73连接有送出罐71内的工作油的液压泵72，在该次级侧且在将供给流路73与排出流路74连接的返回流路连接有安全阀75。另外，在夹持侧流路631、641连接有液压传感器77、78，将基于在各流路内流动的工作油的设定压的检测信号发送至控制装置5。

接着，工件自动搬运机1通过行驶用马达17的驱动而行驶台14沿着导轨13移动，在成为对象的机床前定位有多关节机器人臂2。该多关节机器人臂2以上臂部22及前臂部23折叠的状态行驶，在停止位置如图1所示地使形态变化，调整前端部的机器人手25的位置和角度，在多关节机器人臂2与机床的主轴卡盘之间进行工件的交接。具体而言，对于进入了机床内的机器人手25而言，作为卸载卡盘的第二液压卡盘252从主轴卡盘接收加工完毕的工件，接着作为装载卡盘的第一液压卡盘251向主轴卡盘交接新的工件。

此时的机器人手25通过液压泵72的驱动将罐71内的工作油向供给流路73输送。第一液压卡盘251(以下，第二液压卡盘252侧也相同)通过方向控制阀67的切换而工作，并如图示那样在供给流路73与松开侧流路632连接的状态下进行工件的释放。另一方面，当切换了方向控制阀67的方位时，供给流路73与夹持侧流路631连接，液压缸61内的齿条活塞受到液压而位移，通过三个卡盘爪41把持工件。

在第一液压卡盘251把持及释放工件的情况下，伴随着卡盘爪41的位移，工作油相对于液压缸61的压力变化。图5及图6是表示把持工件的情况下的压力变化的曲线图，在图5中示出低温时的变化，在图6中示出高温时的变化。第一液压卡盘251的卡盘爪41的最大行程(空夹持时的移动量)为12.5mm，图5所示的曲线图C1是空夹持时的压力变化。并且，曲线图A1是1mm行程时的压力变化，曲线图B1是7mm行程时的压力变化。

根据附图可知，与工作油的压力相关的液压变化时间与从卡盘爪41开始工作至停止为止的行程的差异对应。在本实施方式中，采用用于基于该液压变化时间而判定工件的把持或者释放的结构。并且，可在不受到方向控制阀67的切换动作影响的情况下准确地得到液压变化时间，因此在本实施方式中，在最小压力与最大压力之间任意地设定第一设定值P1和第二设定值P2。通过液压传感器77检测这样的第一设定值P1和第二设定值P2，在接收其检测信号的控制装置5中，例如计测图5所示的各个液压变化时间t1a、t1b、t1c。

卡盘判定程序541基于对于第一液压卡盘251供给的工作油的液压变化时间tn(n是任意的)来判定工件夹持和空夹持。例如，在作为空夹持的12.5mm的行程时从第一设定值P1到达第二设定值P2的时间与在把持工件的3～5mm左右的行程时从第一设定值P1到达第二设定值P2的时间产生100～200msec左右之差。基于该时间差，求出用于区别两行程的阈值。

然而，第一及第二液压卡盘251、252的工作油的粘度根据工厂内温度、机内温度而变化，其影响液压变化时间tn。相对于室温8℃的图5，在图6所示的室温33℃的情况下，相同的行程的压力变化成为曲线图A2、B2、C2，从第一设定值P1至第二设定值P2为止的液压变化时间变短至t2a、t2b、t2c。可知与粘度高的高温时相比，粘度低的低温时液压变化时间tn更长。在此，工作油受到因季节、气候、运转持续时间等产生的温度变化的影响，因此，需要将判断工件夹持和空夹持的液压变化时间的阈值求解为与油温的变化对应的适当的值。

关于这一点，在本实施方式的卡盘判定程序541中，在把持工件之前先在不存在工件的状态下使第一液压卡盘251进行空夹持，并以此时的液压变化时间作为基准时间ts来计算阈值。具体而言，构成为以相对于基准时间ts的百分比作为阈值决定参数来计算区别空夹持与工件夹持的阈值。并且，该阈值决定参数的决定通过实验以包含偏差的油温与行程的关系确认为基础来进行。

例如，本实施方式的阈值决定参数为75％。并且，在图5及图6的情况下，液压变化时间t1c、t2c相当于基准时间ts。因此，阈值通过(ts×0.75)来计算，在工作油的压力从达到第一设定值P1起至(ts×0.75)时间为止没有到达第二设定值P2的情况下，判断为工件夹持失败的空夹持。

在释放所把持的工件的松开的情况下也相同地产生因行程的差异引起的液压变化时间之差。图7是表示释放工件的情况下的压力变化的曲线图，示出低温时(A)和高温时(B)。在工件释放的松开中，工作油从松开侧流路632向液压缸61供给，并从夹持侧流路631排出。因此，由液压传感器77检测的压力如图示那样降低。压力的下降变化与压力上升时相同，行程的差异反映于液压变化时间，并且液压变化时间受到工作油的温度的影响。

在此，在把持判定程序541中，以把持及释放工件时的液压变化时间为基础而判定第一液压卡盘251的工件的把持及释放状况。图8是表示在工件搬运时执行的卡盘判定程序541的流程的流程图。首先，在第一液压卡盘251将工件向机床搬运的情况下，在把持储料器所准备的工件的紧前进行空夹持时间的测定(S101)。例如，若空夹持时间是图5所示的液压变化时间t1c，则将以该值作为基准时间ts而乘以阈值决定参数的值(ts×0.75)作为把持该工件时的阈值并暂时存储(S102)。

然后，第一液压卡盘251移动至工件的位置而进行把持(S103)，按照对于第一液压卡盘251的工件夹持指示，开始进行夹持侧流路631内的液压变化和液压变化时间的测定(S104)。并且，进行在预定时间内工作油的压力是否达到了第一设定值P1的确认(S105)。在没有达到第一设定值P1的情况下(S105：否)，方向控制阀67产生工作不良等，因此，停止工件自动搬运机1的驱动，执行使操作显示装置7显示压力未上升等的夹持异常警报(S106)，并使本处理结束。

另一方面，在工作油的压力达到了第一设定值P1的情况下(S105：是)，接着确认进行工件夹持的时间是否比阈值短(S107)。工件夹持时间由至到达第二设定值P2为止的时间来判断，在该时间比作为阈值而存储的时间长的情况下(S107：否)，视为工件把持失败的空夹持，进行工件自动搬运机1的驱动停止及在操作显示装置7显示夹持异常警报等(S108)，并使本处理结束。另一方面，在工件夹持时间比阈值短的情况下(S107：是)，判断为正确地把持了工件，进行把持有工件的多关节机器人臂2的搬运(S109)。

多关节机器人臂2例如在与机床的主轴卡盘之间进行工件的交接。在此，在向交接位置搬运工件的期间，针对夹持侧流路631内的液压是否能够维持比第二设定值P2大的值进行确认(S110)。这是由于在液压低于第二设定值P2的情况下(S110：否)，能够判断为由于把持力降低而使工件从第一液压卡盘251脱离。在该情况下，进行工件自动搬运机1的驱动停止及在操作显示装置7显示夹持异常警报等(S111)，并使本处理结束。另一方面，若液压大于第二设定值P2(S110)，则能够维持该值，或者重复该液压确认至工件到达交接位置为止(S110：是，S112：否)。

接下来，在工件到达了交接位置时(S112：是)，通过松开指示进行与主轴卡盘等的工件交接(S113)。此时，按照松开指示，确认夹持侧流路631内的液压是否在预定时间内变得低于第二设定值P2(S114)。在液压没有降低的情况下(S114：否)，方向控制阀67产生工作不良等，因此，进行工件自动搬运机1的驱动停止及在操作显示装置7显示松开异常警报等(S115)，并使本处理结束。另一方面，在液压降低了的情况下(S114：是)，使本处理直接结束。以上那样的工件的把持判定根据把持判定程序541，即便在第二液压卡盘252从主轴卡盘接收加工完毕的工件并向接下来的工序交接的情况下，也通过液压传感器77的检测而相同地执行。

由此，在本实施方式中，基于液压变化时间的阈值执行工件把持判定等，因此，能够通过追加了液压传感器77、78的改进而抑制成本。卡盘判定程序541针对第一液压卡盘251、252的工作油，对该液压变化时间设定阈值，因此，能够准确地进行工件夹持和空夹持的判定。另外，与在机器人手25安装接近开关那样的结构不同，不会受到切屑和冷却液等的影响，也不会妨碍机器人手25始终向相同方向旋转的驱动。

另外，在本实施方式中，在判定第一及第二液压卡盘251、252的工作状态的情况下，受到工作油的温度变化的影响，因此，在把持工件之前先进行空夹持。因此，能够基于液压变化时间得到基准时间ts，基于该值能够计算适当的阈值，能够进行工件夹持和空夹持的准确的判断。

在上述实施方式中，工件释放时的判定仅为有无压力降低(图8所示的步骤(S114))，但也能够与压力上升时相同地设定阈值而进行释放了工件的判定。因此，在图8所示的步骤(S101)中第一液压卡盘251(第二液压卡盘252的情况下也相同)进行空夹持时，不仅在夹持时，在相反方向的松开时也测定从第二设定值P2至第一设定值P1为止的液压变化时间(基准时间)，并乘以预定的阈值决定参数来计算阈值。并且，在释放工件时，根据该阈值和实际的液压变化时间，来进行释放了工件的松开和保持把持有工件的抓握状态的判定。

工件释放时的判定也可以基于来自分别安装于松开侧流路632、642的液压传感器的信号来进行。另外，在释放工件的情况下也测定下降至预定压为止的液压变化时间，由此，也能够进行是否正确地释放工件的判定。此外，在把持工件的情况下，例如通过进一步划分至第二设定值P2为止的液压变化时间并进行判定，也能够确认是否正确地把持工件。也就是说，在卡住异物的情况下，倾斜地把持工件那样的情况下与卡盘爪41的本来的行程不同，因此，决定与各自的液压变化时间对应的阈值。

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，列举工件自动搬运机1的工件搬运机器人进行了说明，但也可以是构成龙门装载机的工件搬运机器人。

附图标记说明

1...工件自动搬运机；2...多关节机器人臂；3...行驶装置；5...控制装置；25...机器人手；77、78...液压传感器；251...第一液压卡盘；252...第二液压卡盘；541...卡盘判定程序。

Claims (5)

1.一种工件搬运机器人，具有：

搬运机器人主体，具备使所把持的工件移动的驱动机构；

机器人手，组装于所述搬运机器人主体，通过液压卡盘而把持及释放工件；

液压机构，对所述液压卡盘进行工作油的供给及排出；

液压传感器，设置于所述液压机构的流路；及

控制装置，对所述搬运机器人主体、所述机器人手及所述液压机构等的各驱动部进行控制，并具备卡盘判定部，所述卡盘判定部基于由所述液压传感器检测出的所述工作油的液压变化时间来判定所述液压卡盘的工作状态。

2.根据权利要求1所述的工件搬运机器人，其中，

所述卡盘判定部测定在所述液压卡盘的工作时变化的液压从任意设定的第一设定值到达第二设定值为止的时间来作为所述液压变化时间。

3.根据权利要求2所述的工件搬运机器人，其特征在于，

所述卡盘判定部测定在所述液压卡盘的无工件空夹持的工作时从所述第一设定值到达所述第二设定值为止的所述液压变化时间来作为基准时间，并基于该基准时间来计算用于进行工件把持判断的阈值。

4.根据权利要求3所述的工件搬运机器人，其中，

所述卡盘判定部在每次把持工件时进行所述基准时间的测定及所述阈值的计算。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的工件搬运机器人，其中，

所述机器人手具备在表背两面把持工件的第一液压卡盘和第二液压卡盘，且经由旋转轴而轴支撑于所述搬运机器人主体，所述第一液压卡盘与所述第二液压卡盘相对于所述旋转轴处于对称的位置。

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