JP2006116604A - 曲げ加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置が小型で、設置スペースも小さい曲げ加工装置を得る。
【解決手段】被加工物4を把持するチャック機構46を取り付けた固定台48を備えると共に、曲げ機構30が取り付けられ、曲げ機構30を移動する関節型ロボット2を備える。関節型ロボット2は、揺動動作を行う揺動関節6,8,10と、旋回動作を行う旋回関節12,14、15とをそれぞれ複数有する。被加工物4を曲げ型32と締め型42とにより挟持し、関節型ロボット2により曲げ機構30を移動して、被加工物4をチャック機構46に把持させると共に、関節型ロボット2により曲げ機構30を移動して、複数箇所で曲げ加工する。加工終了後に被加工物4を曲げ型32と締め型42とにより挟持した状態でチャック機構46による把持を解放させ、関節型ロボット2により曲げ機構30を移動して、被加工物4を搬出させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、長尺状の被加工物、例えばパイプや棒状材を所定の方向に曲げ加工する際に、曲げ機構を被加工物の廻りに移動させて曲げ加工する曲げ加工装置に関する。
従来より、被加工物をチャック機構により把持して、被加工物の軸方向と平行な軸の廻りで回動する関節を3個有する関節型ロボットの先端に曲げ機構を取り付け、各関節を回動させて曲げ機構を所定の位置に移動させると共に、チャック機構を被加工物の軸方向に移動機構により移動させて、複数箇所で曲げ加工するものが知られている(特許文献1参照)。
特開2001−212624号公報
しかしながら、こうした従来のものでは、チャック機構を移動機構により移動させて、被加工物を軸方向に移動する構成であるので、移動機構は、被加工物を把持したチャック機構を所定距離だけ移動することができるスペースを必要とし、装置が大型化し、設置スペースが大きくなるという問題があった。
本発明の課題は、装置が小型で、設置スペースも小さい曲げ加工装置を提供することにある。
かかる課題を達成すべく、本発明は、曲げ加工装置であって、長尺状の被加工物を把持するチャック機構と、曲げ型と該曲げ型の周りを公転可能な締め型とにより被加工物を挟持し、締め型を公転させ被加工物を曲げ加工する曲げ機構と、一端に前記曲げ機構が取り付けられた旋回自在な関節型ロボットと、関節型ロボットを制御し、曲げ機構を前記被加工物に沿って移動させる制御手段とを備えている。
チャック機構は、移動しないように固定されていてもよい。しかしながら、関節型ロボットの先端に取り付けられた曲げ機構が、ロボットアームの動作だけでは被加工物上の目標の位置に到達しないときに、チャック機構が関節型ロボットに対して近づくあるいは遠ざかることができるように相対的に移動できるように構成してもよい。
関節型ロボットは、関節で接続された2つの部材が揺動する揺動(曲げ)関節と、関節で接続された一方の部材に対して他方の部材が旋回動作を行うことができる旋回(ひねり)関節とをそれぞれ複数有する構成でもよい。また、制御手段は、関節型ロボットにより曲げ機構を移動させて、複数箇所で曲げ加工する曲げ制御手段を備えた構成でもよい。更に、制御手段は、被加工物を曲げ型と締め型とにより挟持し、関節型ロボットにより曲げ機構を移動させて、被加工物をチャック機構に把持させる搬入制御手段を有する構成でもよい。あるいは、制御手段は、加工終了後に被加工物を曲げ型と締め型とにより挟持した状態でチャック機構による把持を解放させ、関節型ロボットにより曲げ機構を移動させて、被加工物を搬出させる搬出制御手段を有する構成でもよい。
本発明の曲げ加工装置は、旋回自在な関節型ロボットが曲げ機構を移動して曲げ加工するので、小型で、設置スペースも小さいという効果を奏する。
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1〜図4に示すように、曲げ加工装置の機台1上には関節型ロボット2が載置されている。関節型ロボット2の先端には、パイプ等の長尺状の被加工物4を曲げ加工する後述する曲げ機構30が取り付けられている。関節型ロボット2は、関節で接続された2つの部材が揺動つまり曲げ動作を行うことができる3個の第1〜第3揺動関節6,8,10と、関節で接続された一方の部材に対して他方の部材が旋回動作を行うことができる3個の第1〜第3旋回関節12,14,15とを備えている。揺動関節の軸の方向は、2つの部材のリンク方向に対して直角であり、旋回関節の軸の方向は、2つの部材のリンク方向と同じである。
関節型ロボット2は、機台1に取り付けられた固定部16を備え、固定部16と第1旋回台18とは、第1旋回関節12により接続されている。第1旋回関節12は、鉛直な軸CV1(図4参照)の廻りで第1旋回台18を所定角度で回動駆動する機構を有するものである。図4に、第1旋回台18の回動方向を矢印Aで示す。
第1旋回台18には、第1アーム20の一端が第1揺動関節6を介して接続されている。第1揺動関節6は水平な軸CH1(図4参照)の廻りで第1アーム20を所定角度で回動駆動する機構を有するものである。第1揺動関節6の水平な軸CH1と第1旋回関節12の鉛直な軸CV1とは直交している。図4に、第1アーム20の回動方向を矢印Bで示す。
第1アーム20の他端と第2アーム22の一端とが第2揺動関節8を介して接続されている。第2揺動関節8は第1揺動関節6の水平な軸CH1と平行な軸CH2(図4参照)の廻りで第2アーム22を所定角度で回動駆動する機構を有するものである。図4に、第2アーム22の回動方向を矢印Cで示す。
第2アーム22の他端には、第2旋回台24(図3参照)が第2旋回関節14を介して接続されている。第2旋回関節14は、第1、第2揺動関節6,8の水平な軸CH1,CH2と直交する軸CV2(図4参照)の廻りで第2旋回台24を所定角度で回動駆動する機構を有するものである。図3に、第2旋回台24の回動方向を矢印Dで示す。第2旋回台24には、先端アーム26の一端が第3揺動関節10を介して接続されている。第3揺動関節10は、先端アーム26を軸CH3(図4参照)の廻りに回動するものである。図4に、先端アーム26の回動方向を矢印Eで示す。
第2アーム22には、第3旋回関節15が設けられており、旋回軸17(図4参照)を中心として、第2アーム22の後部22bは前部22aに対してひねり運動を行うことができる。図4に、後部22bの回動方向を矢印Fで示す。
尚、図3に示す第2旋回関節14及び第2旋回台24は、図4には隠れているため、現れていないことに留意されたい。
また、図4に示すように、先端アーム26の先端に回転可能な補助関節28が設けられており、補助関節28に曲げ機構30が取り付けられている。補助関節28は、第3揺動関節10と図示しないギア機構により機械的に接続されている。第3揺動関節10により先端アーム26を360度旋回させると、補助関節28により曲げ機構30は360度旋回するように構成されている。
以上のような構成により被加工物4を障害とすることなく曲げ機構30を被加工物4の廻りに回動させることが可能となっている。尚、上記例では補助関節28は、第3揺動関節10と図示しないギア機構により機械的に接続されていたが、これに限るものではない。補助関節28は、例えば別の駆動モータにより、第3揺動関節10と独立して旋回する構成でもよい。
曲げ機構30は、図5、図6に示すように、曲げ型32を備え、曲げ型32はその軸方向に3種類の曲げ半径に応じた3つの溝部34,36,38が積み重ねられて形成されている。また、曲げ型32と協働して被加工物4を挟持する締め型42が設けられており、締め型42はシリンダ40により駆動されて曲げ型32に向かって移動する。締め型42は、被加工物4を挟持した状態で曲げ型32の廻りを公転し、被加工物4を所定の角度曲げ加工できる。そして、この締め型42に並んで曲げ加工時の反力を受ける圧力型44が設けられている。図6に、締め型42の公転方向を矢印Gで示す。
また、被加工物4の後端を把持するチャック機構46が設けられており、チャック機構46は固定台48に取り付けられている。チャック機構46は、これに把持された被加工物4が、水平な状態つまり、第1旋回関節12の鉛直な軸CV1と直交するように構成されている。更に、関節型ロボット2の両側には、搬入用受け台50と搬出用受け台52とがそれぞれ設けられている。
関節型ロボット2は、第1〜第3揺動関節6,8,10、第1〜第3旋回関節12,14,15を旋回することにより、図10(a),(b)並びに図11(a),11(b),11(c),11(d)及び11(e)に示すように、曲げ機構30の姿勢や移動位置を制御することができる。
例えば、図10(a)及び10(b)に示すように、被加工物4の曲げ方向に応じて、被加工物4の曲げ方向と曲げ型32の溝部34の方向とが一致するように曲げ機構30を移動できる。つまり、曲げ方向に対応させて、曲げ機構30の姿勢を変えることができる。本実施形態では、第3揺動関節10と補助関節28とは同期した一定の関係があるので、曲げ方向が定まれば、先端アーム26及び第3揺動関節10の位置は定まる。
第2揺動関節8の位置は、第1揺動関節6を中心とし、第1揺動関節6と第2揺動関節8との間の距離を半径とする円弧上にあると共に、第3揺動関節10を中心とし、第2揺動関節8と第3揺動関節10との間の距離を半径とする円弧上にある。よって、第2揺動関節8はこれらの両円弧の交点にあれば、曲げ型32の位置が定まる。このとき、交点は2点存在する場合があるが、その場合には、第2アーム22が被加工物4と干渉したり、曲げ加工後の被加工物4の先端が第2アーム22と干渉したりしない交点を選択する。
こうして、各第1〜第3揺動関節6,8,10の位置が定まることにより、固定部16と第1アーム20とのなす角度、第1アーム20と第2アーム22とのなす角度、第2アーム22と先端アーム26とのなす角度が各々求められる。この求めた各角度に応じて、各第1〜第3揺動関節6,8,10により第1アーム20、第2アーム22、先端アーム26を所定の角度に旋回する。これにより、曲げ型32の溝部34が被加工物4に当接するように移動される。
図11(a)に示すように、被加工物4と直交する平面内に、関節型ロボット2の第1アーム20、第2アーム22、先端アーム26がある場合には、第1〜第3揺動関節6,8,10を旋回して、図10(a),10(b)に示すように、曲げ方向が所定の方向となるように、曲げ機構30を被加工物4の廻りに移動することができる。
また、図11(b)に示すように、チャック機構46と反対側の被加工物4の先端側に曲げ加工位置がある場合、第1旋回関節12を駆動すると共に、第2旋回関節14を第1旋回関節12の回転方向と反対方向に駆動して、先端アーム26の軸方向が被加工物4と直交するように移動すると共に、第1〜第3揺動関節6,8,10を駆動する。第1旋回関節12を旋回させると、曲げ機構30が被加工物4から離れることになるので、その分、第2旋回関節14と第1〜第3揺動関節6,8,10を駆動して、曲げ型32の溝部34を被加工物4と当接させるようにする。他の溝部36,38と当接させることにより、曲げ形状を変えることができるのは勿論である。
また、図11(c)に示すように、チャック機構46に接近した曲げ加工位置で曲げ加工する場合も、同様に、第1旋回関節12を駆動して、曲げ加工位置に曲げ機構30を移動させる。その際、第2旋回関節14を第1旋回関節12の回転方向と反対方向に駆動して、先端アーム26の軸方向が被加工物4と直交するように移動させると共に、第1〜第3揺動関節6,8,10を駆動する。
複数箇所で曲げ加工する場合には、図11(b)に示すように、チャック機構46と反対側の被加工物4の先端側の曲げ加工位置から、チャック機構46に接近する曲げ加工位置に向かって、前述した動作を繰り返して被加工物4を順に曲げ加工する。尚、曲げ型32と締め型42とにより被加工物4を掴んだ状態で、被加工物4の廻りに曲げ機構30を旋回させて、被加工物4をひねり、曲げ方向を変えるようにしてもよい。これにより、曲げた被加工物4が装置や床と干渉しないようにすることもできる。
図7を参照して、曲げ加工装置は、ホストコンピュータ100及び制御装置104によって、駆動制御されて被加工物4の加工を行う。ホストコンピュータ100は、CPU106,ROM108及びRAM110を、論理演算回路の主たる構成として備えている。CPU106,ROM108及びRAM110は、キーボード112及びTFT表示装置113との間の信号の入出力を行う入出力回路114に、コモンバス116を介して、接続されている。
被加工物4に対して行われる加工或いは処理に関するデータは、オペレータにより操作されるキーボード112からホストコンピュータ100に入力される。ホストコンピュータ100では、関節型ロボット2、曲げ機構30及びチャック機構46を作動させるためのプログラムが作成され、作成されたプログラムがホストコンピュータ100から制御装置104に送信される。
制御装置104は、CPU150,ROM152及びRAM154を論理演算回路の主たる構成として備えている。CPU150,ROM152及びRAM154は、コモンバス158を介して、入出力回路156に接続され、この入出力回路156には、関節型ロボット2、曲げ機構30及びチャック機構46が接続されている。
図8を参照して、制御装置104に記憶されるソフトウエア200は、曲げ加工の前に、被加工物4に対してユーザーが適宜必要な処理を行うための曲げ前制御プログラム210と、曲げ加工を行うための曲げ加工制御プログラム220と、曲げ加工後に、被加工物4に対してユーザーが適宜必要な処理を行うための曲げ後制御プログラム230とから構成される。
曲げ前制御プログラム210及び曲げ後制御プログラム230は、ユーザーによって設定されるが、必要な動作をティーチングすることによりプログラムが自動的に作成されるようにするとよい。なお、曲げ前制御プログラム、曲げ加工制御プログラム及び曲げ後制御プログラムは、被加工物4に対する動作が開始してから動作が終了するまで一連の動作をスムーズに行うように、ホストコンピュータ100において適宜必要な設定や修正が行われて、1つのプログラムとして制御装置104に送信される。
次に、前述した本実施形態の曲げ加工装置の作動について、制御装置104において行われる曲げ制御処理と共に、図9に示すフローチャートによって説明する。
まず、所定の長さに予め切断された被加工物4が搬入受け台50上に搬送される。そして、図11(d)に示すように、関節型ロボット2の第1旋回関節12を駆動して、関節型ロボット2を搬入受け台50の被加工物4と対向させる。また、関節型ロボット2の第1〜第3揺動関節6,8,10を駆動して、曲げ機構30を移動し、被加工物4が曲げ型32の溝部34に当接するように移動する(ステップ100)。
次に、締め型42を移動して、曲げ機構30により被加工物4を挟持する(ステップ110)。曲げ機構30により被加工物4を挟持した後、関節型ロボット2を制御して、各第1〜第3揺動関節6,8,10及び第1〜第3旋回関節12,14,15を駆動して、図11(a))に示すように、被加工物4をチャック機構46に移動する(ステップ120)。
被加工物4の移動は、被加工物4の端をチャック機構46で把持できるように、搬入受け台50上の被加工物4をチャック機構46に向かって移動する。そして、被加工物4の端をチャック機構46に移動した後、チャック機構46を制御して、被加工物4の端をチャック機構46により把持する(ステップ130)。
続いて、関節型ロボット2を制御して、曲げ機構30を被加工物4の曲げ加工位置に移動する(ステップ140)。曲げ加工箇所が複数ある場合には、チャック機構46と反対側の、被加工物4の先端側から曲げ加工を開始する。曲げ機構30を曲げ加工位置に移動した後、締め型42、圧力型44を駆動して、被加工物4に突き当て、締め型42を圧力型44の廻りに所定の曲げ角度に応じて公転させる(ステップ150)。
曲げ加工終了後、締め型42、圧力型44を解放し、次の曲げ加工を行なう場合には(ステップ160)、ステップ140,150の処理を繰り返して、関節型ロボット2を制御して、次の曲げ加工位置に曲げ機構30を移動し、曲げ機構30により被加工物4を曲げ加工する。
なお、曲げ機構30を移動させる際には、被加工物4に沿って曲げ機構30が直線的に移動するように各関節の動きを制御する。つまり、アームの旋回範囲内でアーム端が直線運動するように制御するのである。
全ての曲げ加工を終了した際には(ステップ160)、関節型ロボット2を制御して、曲げ加工した後の被加工物4の左右のバランスが取れる位置に曲げ機構30を移動する。そして、曲げ機構30の締め型42を駆動して、被加工物4を締め型42と曲げ型32とにより挟持する(ステップ170)。
被加工物4を挟持した後、チャック機構46を制御して、被加工物4の把持を解放する(ステップ180)。そして、関節型ロボット2を制御して、図11(e)に示すように、曲げ機構30を移動して、被加工物4を搬出受け台52上に移動し、曲げ機構30による被加工物4の挟持を解放して、被加工物4を搬出受け台52上に乗せる(ステップ190)。
このように、固定されたチャック機構46に被加工物4を把持させて、関節型ロボット2が曲げ機構30を移動し、被加工物4を曲げ加工するので、小型で、設置スペースを小さくできる。また、関節型ロボット2を制御すると共に、チャック機構46を制御して、被加工物4の搬入、搬出を行わせることができる。
尚、図11(a)〜11(e)においては、図面を簡単にするために、第1アーム20と第2アーム22については、それらの重複部分のみが参照符号22として描かれており、また、第2旋回台24を省いた状態で図が描かれていることにご留意願いたい。
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
例えば、上記実施例では、チャック機構46は移動しないように固定されているが、移動可能であってもよい。また、逆に関節型ロボット2を移動可能に構成してもよい。更に、両方を移動可能に構成してもよい。いずれにせよ、チャック機構46と関節型ロボット2とが互いに相対的に移動できればロボットアームの到達位置を広げることができ、被加工物上の曲げ加工を行うべき位置についての制限を緩和することができるのである。
次に、図12に示すように、ゴムホース300の両端にかしめ金具310よって長尺の金属パイプ320を接続したものを曲げ加工する場合に本発明を適用してみる。従来は、2本の金属パイプをそれぞれ曲げ加工した後に、曲げ加工した2本の金属パイプをゴムホースに組み付ける作業を行っていたが、曲げ加工された2本のパイプの取り付け方向(配向)を調整するのが煩雑であった。
本発明では、曲げ加工すべきパイプ320をはじめからゴムホース300に組み付けてかしめ金具310で固定しておく。そして、かしめ金具310の部分をチャック機構46によって挟持して、2本の金属パイプ320を、外側の部分からチャック機構46によって挟持された部分(内側)に向かって順次曲げ加工を行う。このとき、一方のパイプに対してすべての曲げ加工を行った後に、曲げ機構30を反転させて、他方のパイプに対して曲げ加工を行うとよい。これにより、上記のような問題なく、所定の方向にそれぞれ曲げられた2本のパイプが中間パイプで接続された構造を得ることができる。
本発明の一実施形態としての曲げ加工装置の正面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の左側面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の平面図である。 本実施形態の関節型ロボットの左側面図である。 本実施形態の曲げ機構の拡大側面図である。 本実施形態の曲げ機構の拡大平面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の制御系統を示すブロック図である。 本実施形態の曲げ加工装置で用いられるプログラム構造を示す概略図である。 本実施形態の制御装置で行われる曲げ加工制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の関節型ロボットを横方向から見た場合の動作説明図である。 本実施形態の関節型ロボットの上から見た場合の動作説明図である。 被加工物の真ん中部分を挟持して被加工物の両外側から曲げ加工を行う態様を説明するための概略図である。
符号の説明
1…機台 2…関節型ロボット
4…被加工物 6…第1揺動関節
8…第2揺動関節 10…第3揺動関節
12…第1旋回関節 14…第2旋回関節
15…第3旋回関節 16…固定部
17…旋回軸 18…第1旋回台
20…第1アーム 22…第2アーム
24…第2旋回台 26…先端アーム
28…補助関節 30…曲げ機構
32…曲げ型 34,36,38…溝部
42…締め型 44…圧力型
46…チャック機構 48…固定台
50…搬入用受け台 52…搬出用受け台
104…制御装置

Claims (14)

  1. 曲げ加工装置であって、
    長尺状の被加工物を把持するチャック機構と、
    曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とにより前記被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構と、
    一端に前記曲げ機構が取り付けられた旋回自在な関節型ロボットと、
    前記関節型ロボットを制御し、前記曲げ機構を前記被加工物に沿って移動させる制御手段と、
    を備えた、曲げ加工装置。
  2. 前記チャック機構は移動できないように固定されている、請求項1記載の曲げ加工装置。
  3. 前記チャック機構と前記関節型ロボットとは相対的に移動可能である、請求項1記載の曲げ加工装置。
  4. 前記関節型ロボットは、揺動動作を行う揺動関節と、旋回動作を行う旋回関節とをそれぞれ複数有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の曲げ加工装置。
  5. 前記制御手段は、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、複数箇所で曲げ加工する曲げ制御手段を備えた、請求項4に記載の曲げ加工装置。
  6. 前記制御手段は、前記被加工物を前記曲げ型と前記締め型とにより挟持し、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、前記被加工物を前記チャック機構に把持させる搬入制御手段を有する、請求項5に記載の曲げ加工装置。
  7. 前記制御手段は、加工終了後に前記被加工物を前記曲げ型と前記締め型とにより挟持した状態で前記チャック機構による把持を解放させ、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、前記被加工物を搬出させる搬出制御手段を有する、請求項5に記載の曲げ加工装置。
  8. 曲げ加工装置であって、
    長尺状の被加工物を把持するチャック機構と、
    曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とにより前記被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構と、
    一端に前記曲げ機構が取り付けられた旋回自在な関節型ロボットであって、該関節型ロボットは、
    前記機台に旋回可能に取り付けられた第1旋回台と、
    前記旋回台に、第1揺動関節を介して、一端が回動自在に接続された第1アームと
    前記第1アームの他端に、第2揺動関節を介して、一端が接続された第2アームと、
    前記第2アームの他端に、第1旋回関節を介して、旋回可能に接続された第2旋回台と、
    前記第2旋回台に、第3揺動関節を介して、一端が取り付けられた先端アームと、
    前記先端アームの他端に取り付けられ、前記先端アームを回転することにより前記曲げ機構を回転させるための補助関節と、を有し、
    前記関節型ロボットを制御し、前記曲げ機構を前記被加工物に沿って移動させる制御手段と、
    を備えた、曲げ加工装置。
  9. 前記第2アームは、旋回軸を有しひねり運動可能に構成されている、請求項8記載の曲げ加工装置。
  10. 前記チャック機構は移動できないように固定されている、請求項8又は9に記載の曲げ加工装置。
  11. 前記チャック機構と前記関節型ロボットとは相対的に移動可能である、請求項8又は9に記載の曲げ加工装置。
  12. 前記制御手段は、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、複数箇所で曲げ加工する曲げ制御手段を備えた、請求項8ないし11のいずれかに記載の曲げ加工装置。
  13. 前記制御手段は、前記被加工物を前記曲げ型と前記締め型とにより挟持し、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、前記被加工物を前記チャック機構に把持させる搬入制御手段を有する、請求項12に記載の曲げ加工装置。
  14. 前記制御手段は、加工終了後に前記被加工物を前記曲げ型と前記締め型とにより挟持した状態で前記チャック機構による把持を解放させ、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動させて、前記被加工物を搬出させる搬出制御手段を有する、請求項12に記載の曲げ加工装置。
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