JP2019098479A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】制御が容易でありながら、他部材との干渉を避けつつ、様々な作業が可能なロボットを備えた工作機械を提供する。【解決手段】工作機械１０は、１以上の工具を保持する刃物台であって、Ｘ軸に平行な方向、および、Ｚ軸に平行な方向に直進移動する刃物台と、前記Ｚ軸に平行な軸周りに回転可能にワーク１１０を保持するワーク主軸３２と、加工室内に設けられ、複数の関節と、前記関節を連結する複数のリンク２６ａ〜２６ｄと、を有する機内ロボット２０と、を備え、前記機内ロボット２０の複数の関節は、前記Ｚ軸に平行な軸周りに回転する基礎関節２２と、前記基礎関節２２の回転軸に直交する軸周りに回転する３つの平行関節２４ａ〜２４ｃであって、前記基礎関節２２より先端側に配され、前記基礎関節２２と連続して並ぶ３つの平行関節２４ａ〜２４ｃと、を含み、前記基礎関節２２の回転軸は、前記ワーク主軸３２の回転軸とずれている。【選択図】図２

Description

本明細書は、第一軸に平行な方向および第二軸に平行な方向に直進移動する刃物台と、第二軸に平行な軸周りに回転可能にワークを保持するワーク主軸装置と、を備えた工作機械を開示する。
近年、工作機械の自動化や高性能化に対する要求は、ますます高くなっている。自動化を実現するために、工具を自動的に交換するためのオートツールチェンジャ（ＡＴＣ）や、ワークが搭載されたパレットを自動的に交換するオートパレットチェンジャ（ＡＰＣ）などといった自動交換装置が提案されている。また、ローダやバーフィーダなどといったワーク供給装置などの周辺装置も広く知られている。また、高性能化を実現するために、センサを用いての機内計測や知能化などが行われている。
さらに、工作機械の自動化や高性能化を図るために、一部では、ロボットを利用することが提案されている。例えば、特許文献１には、工作機械の外に設置されたロボットを用いて、工作機械へのワークの着脱を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、工作機械の上部に取り付けられたガントリレール上に走行する多関節ロボットを設け、当該多関節ロボットで、複数の工作機械間のワークの搬送等を行う技術が開示されている。また、特許文献３には、垂直軸周の関節を複数有したロボットを加工機の上面に取り付けた構成が開示されている。
特開２０１０−３６２８５号公報 特開２０１０−６４１５８号公報 特開２０１４−２４０１１１号公報
しかしながら、特許文献１のロボットは、いわゆる垂直多関節ロボットであり、その制御には、複雑な座標変換処理が必要であった。特許文献２、特許文献３のロボットは、互いに平行な軸周りに回転する複数の関節を有する。そのため、座標演算は、比較的容易であるといえる。しかし、座標演算が容易である反面、ロボットの動きが単純であり、実現できる作業が限られていた。特に、旋盤等におけるワーク加工の補助にロボットを利用する場合、当該ロボットの先端は、工具の移動に追従して移動できることが望ましい。しかし、特許文献２，３のような単純な構成のロボットでは、工具の移動に追従することは難しく、また、特許文献１のような垂直多関節ロボットでは、制御が複雑であった。
そこで、本明細書では、制御が容易でありながら、他部材との干渉を避けつつ、様々な作業、特に、工具の移動に追従した作業が可能なロボットを備えた工作機械を開示する。
本明細書で開示する工作機械は、１以上の工具を保持する刃物台であって、第一軸に平行な方向、および、前記第一軸に直交する第二軸に平行な方向に直進移動する刃物台と、前記第二軸に平行な軸周りに回転可能にワークを保持するワーク主軸装置と、加工室内に設けられ、複数の関節と、前記関節を連結する複数のリンクと、を有する機内ロボットと、を備え、前記機内ロボットの複数の関節は、前記第二軸に平行な軸周りに回転する基礎関節と、前記基礎関節の回転軸に直交する軸周りに回転する３つの平行関節であって、前記基礎関節より先端側に配され、前記基礎関節と連続して並ぶ３つの平行関節と、を含み、前記基礎関節の回転軸は、前記ワーク主軸装置の回転軸とずれている、ことを特徴とする。
かかる構成とすることで、３つの平行関節で連結されたリンクは、互いに平行な軸周りで回転する。その結果、これらのリンクの座標は、単純な計算で算出することができ、制御が容易となる。特に、平行関節の回転軸を、刃物台の移動平面に略直交する方向にすれば、リンク先端を、工具の移動平面と平行な面内で移動させることができるため、リンク先端を工具移動に容易に追従移動させることができる。その一方で、基礎関節が回転することで３つの平行関節の回転軸の向きが変更できるため、ロボットの手先を様々な向きに向けることができる。さらに、基礎関節の回転軸を、ワーク主軸装置の回転軸とずらすことで、リンク先端を工具の移動平面と平行な面内で移動させた際に、これらリンクが、ワーク主軸装置やワークと干渉しにくくなる。
この場合、前記基礎関節よりも末端側に位置する関節は、全て、互いに平行な軸周りに回転する関節であってもよい。
かかる構成とすることで、機内ロボットの手先の座標演算が容易になる。
また、前記機内ロボットは、前記基礎関節を回転させることで、前記３つの平行関節の回転軸が、前記第一軸および前記第二軸に直交する第三軸と平行になる工具追従姿勢に変化可能であり、前記複数のリンクのうち末端のリンク以外のリンクは、前記ロボットが前記工具追従姿勢をとった際に、前記刃物台および前記刃物台に保持される前記工具と干渉しない高さ位置に、取り付けられていてもよい。
かかる構成とすることで、機内ロボットと工具等との干渉をより確実に防止できる。
また、前記基礎関節の回転軸は、前記ワーク主軸装置の上方に位置している、ことが望ましい。さらに、前記加工室の内外を連通する開口部と、前記開口部を開閉するドアと、を備え、前記基礎関節は、前記ワーク主軸よりも水平方向ドア寄りに位置してもよい。
この場合、前記機内ロボットは、前記ドアが閉鎖している際には、当該機内ロボットの先端位置に関する複数の逆運動解のうち、前記３つの平行関節のうち中間の平行関節が、前記加工室のより内側に位置する解を選択してもよい。
かかる構成とすることで、機内ロボットと、ドアとの干渉をより確実に防止できる。
また、前記機内ロボットによる一つの動作の開始から完了までの間、前記基礎関節は、回転することなく固定されてもよい。
かかる構成とした場合、一つの動作が開始してから完了するまでの間、３つの平行関節で連結されたリンクの移動平面が変化しないため、機内ロボットの位置制御をより簡易化できる。
また、前記機内ロボットは、加工室内の固定部に取り付けられてもよいし、加工室内で移動する移動体に取り付けられてもよい。
本明細書で開示する工作機械によれば、機内ロボットと他部材との干渉を避けつつ、当該機内ロボットを用いて様々な作業が、簡易な制御で実行できる。
工作機械の構成を示す図である。 機内ロボット周辺の斜視図である。 機内ロボットに関する軸を説明する図である。 機内ロボットでワークの振れを抑制する様子を示す斜視図である。 図４のＺ軸方向視図である 機内ロボットでワークに冷却用流体を供給する様子を示す斜視図である。 機内ロボットでワークの取り付け位置を反転させる様子を示す図である。 機内ロボットでワークの取り付け位置を反転させる様子を示す図である。 図７のＺ方向視図である。 機内ロボットでワークを加工室外に授受する様子を示す図である。 図１０のＺ方向視図である。 機内ロボットの他の一例を示す図である。 機内ロボットの他の一例を示す図である。 機内ロボットの他の一例を示す図である。
以下、工作機械１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、工作機械１０の構成を示す図である。以下の説明では、ワーク主軸３２の回転軸Ｒｗと平行な方向をＺ軸、刃物台１８のＺ軸と直交する移動方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。また、Ｚ軸においては、ワーク主軸３２から心押台１６に近づく向きをプラス方向、Ｘ軸においては、ワーク主軸３２から刃物台１８に近づく向きをプラス方向、Ｙ軸においては、ワーク主軸３２から上に向かう向きをプラス方向とする。また、以下の説明において、エンドエフェクタ４０が「アクセスする」とは、機内ロボット２０に取り付けられたエンドエフェクタ４０が、当該エンドエフェクタ４０の目的を達成できる位置まで対象物に接近することを意味する。したがって、エンドエフェクタ４０が、接触して温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４０が対象物に接触する位置まで接近することである。また、エンドエフェクタ４０が、非接触で温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４０が対象物の温度が検知できる位置まで対象物に接近することである。
この工作機械１０は、自転するワーク１１０に刃物台１８で保持した工具１００を当てることで、ワーク１１０を加工する旋盤である。より具体的には、この工作機械１０は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具１００を保持するタレット１９を備えたターニングセンタである。工作機械１０の加工室１２の周囲は、カバーで覆われている。加工室１２の前面には、図１に示すとおり、大きな開口部が形成されており、この開口部は、ドア（図１では図示せず）により開閉される。オペレータは、この開口部を介して、加工室１２内の各部にアクセスする。加工中、開口部に設けられたドアは、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。
工作機械１０は、ワーク１１０の一端を自転可能に保持するワーク主軸装置と、工具１００を保持する刃物台１８と、ワーク１１０の他端を支える心押台１６と、を備えている。ワーク主軸装置は、駆動用モータ等を内蔵した主軸台３４（図１では他部材に隠れて見えず、図２参照）と、当該主軸台３４に取り付けられたワーク主軸３２と、を備えている。ワーク主軸３２は、ワーク１１０を着脱自在に保持するチャック３３やコレットを備えており、保持するワーク１１０を適宜、交換できる。また、ワーク主軸３２およびチャック３３は、水平方向（図１におけるＺ軸方向）に延びるワーク回転軸Ｒｗを中心として自転する。
心押台１６は、Ｚ軸方向に、ワーク主軸３２と対向して配置されており、ワーク主軸３２で保持されたワーク１１０の他端を支える。心押台１６は、その中心軸が、ワーク回転軸Ｒｗと一致するような位置に設置されている。心押台１６には、先端が円錐形に尖ったセンタが取り付けられており、加工中は、当該センタの先端を、ワーク１１０の中心点に当接させる。心押台１６は、ワーク１１０に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。
刃物台１８は、工具１００、例えば、バイトと呼ばれる工具を保持する。この刃物台１８は、Ｚ軸、すなわち、ワーク１１０の軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台１８は、Ｘ軸と平行な方向、すなわち、ワーク１１０の径方向に延びるガイドレールに載置されており、Ｘ軸と平行な方向にも進退できるようになっている。なお、図１から明らかな通り、Ｘ軸は、加工室１２の開口部からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。刃物台１８の先端には、複数の工具１００を保持可能なタレット１９が設けられている。このタレット１９は、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。そして、タレット１９が回転することで、ワーク１１０の加工に用いられる工具１００が適宜、変更できる。刃物台１８を、Ｚ軸と平行な方向に移動することで、このタレット１９に保持された工具１００は、Ｚ軸と平行な方向に移動する。また、刃物台１８をＸ軸と平行な方向に移動させることで、タレット１９に保持された工具１００は、Ｘ軸に平行な方向に移動する。そして、刃物台１８をＸ軸に平行な方向に移動させることで、工具１００によるワーク１１０の切り込み量等が変更できる。つまり、刃物台１８に取り付けられた工具１００は、ＸＺ平面と平行な平面内で移動可能となっている。以下では、この工具１００の移動平面を、「工具移動平面」と呼ぶ。
加工室１２内には、さらに、機内ロボット２０が設けられている。この機内ロボット２０は、後述するように、基礎関節２２の回転軸がＺ軸と平行になるのであれば、その取り付け位置は、特に限定されない。図１の図示例では、機内ロボット２０の根元は、加工室１２の壁面のうち、ワーク主軸３２が突出する壁面に取り付けられている。また、機内ロボット２０の根元は、後述するとおり、ワーク主軸３２より上方、かつ、ドア寄りに位置している。この機内ロボット２０は、加工の補助や、各種センシング、補助的作業等に用いられる。この機内ロボット２０の構成や機能については、後に詳説する。
制御装置３６は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。この制御装置３６は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、で構成される。また、制御装置３６は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置３６は、例えば、工具１００やワーク１１０の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置３６は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。
次に、加工室１２内に設けられた機内ロボット２０について図２、図３を参照して説明する。図２は、機内ロボット２０周辺の斜視図である。また、図３は、機内ロボット２０に関する軸を説明する図である。図２に示す通り、機内ロボット２０は、第一〜第四リンク２６ａ〜２６ｄ（以下、第一〜第四を区別しない場合は、添字アルファベットを省略して「リンク２６」という。他部材においても同じ）と、この四つのリンク２６を連結する四つの関節２２，２４ａ〜２４ｃと、を有した多関節ロボットである。各関節２２，２４ａ〜２４ｃには、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置３６により制御される。制御装置３６は、各関節２２，２４ａ〜２４ｃに設けられたアクチュエータの駆動量から、機内ロボット２０の先端、ひいては、当該先端に取り付けられるエンドエフェクタ４０の位置を算出する。
この機内ロボット２０に含まれる四つの関節２２，２４ａ〜２４ｃは、最も根元側に位置する基礎関節２２と、基礎関節２２より先端側に隣接して連続して並ぶ３つの平行関節２４と、に大別できる。基礎関節２２は、第一リンク２６ａをＺ軸と平行な軸周りに回転させる回転関節である。この基礎関節２２は、加工室１２のうち、ワーク主軸３２と同じ壁面５０に取り付けられている。ただし、基礎関節２２の回転軸Ｒｚは、ワーク主軸３２の回転軸Ｒｗよりも、上方、かつ、手前側にずれている。３つの平行関節２４は、互いに平行な軸周りに回転する回転関節である。この平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃは、基礎関節２２の回転軸Ｒｚに直交した方向に伸びている。各リンク２６は、この平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを中心として回転移動する。なお、機内ロボット２０が取り付けられている壁面５０には、当該機内ロボット２０の一部を収容する凹部５６（図４参照）を設けてもよい。
ここで、この機内ロボット２０のうち、三つの平行関節２４と、その平行関節２４に取り付けられた四つのリンク２６と、で構成される部分を「平行多関節アーム」と規定した場合、この平行多関節アームは、スカラ型ロボットと類似した構成となり、平行多関節アームの先端（第四リンク２６ｄの先端、機内ロボット２０の先端）の座標計算が容易となる。例えば、図３に示すように、平行多関節アームの基端（第一リンク２６ａの基端）を原点とし、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃと平行なＶ軸と、このＶ軸に直交するＵ軸およびＷ軸をもつ座標系を考える。この場合、平行多関節アームの先端のＶ軸座標値は、不変である。そのため、平行多関節アームの先端の座標を計算する際には、Ｕ軸座標値とＷ軸座標値とだけを計算すればよく、２次元的な計算でＵＶＷ座標系におけるアーム先端の３次元座標を算出することができる。ここで、ＵＶＷ座標系は、基礎関節２２の回転に伴い回転する。ただし、この回転は、一軸周り（Ｚ軸に平行な軸周り）の回転であるため、ＵＶＷ座標系を工作機械全体の座標系（ＸＹＺ座標系）に変換するのは、比較的容易である。つまり、本例のように、機内ロボット２０を、Ｚ軸と平行な軸周りに回転する基礎関節２２と、基礎関節２２の回転軸Ｒｚに直交かつ互いに平行な軸周りに回転する三つの平行関節２４と、が連続して並ぶような構成とすることで、座標演算を簡易化、ひいては、機内ロボット２０の位置制御を簡易化できる。その結果、ロボットの駆動制御に用いる制御装置３６の計算リソースを低減できる。
また、本例では、基礎関節２２の回転軸Ｒｚを、Ｚ軸と平行としている。したがって、基礎関節２２を回転させて平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを、Ｙ軸と平行にした場合、機内ロボット２０の先端は、ＸＺ平面、ひいては、工具移動平面と平行な面内で移動することになる。ここで、工具１００の位置や切削点の位置は、ワーク１１０の加工の進行に伴い変化する。本例のように、機内ロボット２０の先端の移動平面を、工具移動平面と平行にすれば、当該先端に取り付けられたエンドエフェクタ４０を、この工具１００や切削点の移動に、容易に追従させることができる。結果として、エンドエフェクタ４０による工具１００や切削点に対する作業や監視を常に適切な位置で行うことができる。なお、具体的な作業や監視の内容について後に詳説する。
機内ロボット２０には、エンドエフェクタ４０が取り付けられている（図４参照）。エンドエフェクタ４０は、対象物にアクセスして何らかの作用を発揮するものである。このエンドエフェクタ４０は、機内ロボット２０のうち、関節の駆動に伴い変位する位置であれば、どこに取り付けられてもよい。ただし、他部材との干渉をさけつつ対象物にアクセスするためには、エンドエフェクタ４０は、機内ロボット２０の先端（第四リンク２６ｄの先端）に取り付けることが望ましい。また、エンドエフェクタ４０は、機内ロボット２０に離脱不能に取り付けられてもよいが、機内ロボット２０の汎用性を向上するためには、エンドエフェクタ４０は、機内ロボット２０に着脱自在に取り付けられることが望ましい。したがって、機内ロボットの一部（図示例では、第四リンク２６ｄの先端）には、エンドエフェクタ４０を着脱自在に保持するツールチェンジャ２８が設けられることが望ましい。また、機内ロボット２０に取り付けられるエンドエフェクタ４０の個数は、一つに限らず、複数でもよい。例えば、第四リンク２６ｄの先端および第三リンク２６ｃの側面の双方に、ツールチェンジャ２８を設けてもよい。
また、エンドエフェクタ４０は、上述したとおり、何らかの作用を発揮するものであれば、特に限定されない。したがって、エンドエフェクタ４０は、例えば、対象物を保持する保持装置であってもよい。保持装置における保持の形式は、一対の部材で対象物を把持するハンド形式でもよいし、対象物を吸引保持する形式でもよいし、磁力等を利用して保持する形式等でもよい。
また、別の形態として、エンドエフェクタ４０は、例えば、対象物や対象物の周辺環境に関する情報をセンシングするセンサでもよい。センサとしては、例えば、対象物への接触の有無を検知する接触センサや、対象物までの距離を検知する距離センサ、対象物の振動を検知する振動センサ、対象物から付加される圧力を検知する圧力センサ、対象物の温度を検知するセンサ等とすることができる。これらセンサでの検知結果は、関節の駆動量から算出されるエンドエフェクタ４０の位置情報と関連付けて記憶され、解析される。例えば、エンドエフェクタ４０が、接触センサの場合、制御装置３６は、対象物への接触を検知したタイミングと、そのときの位置情報と、に基づいて、対象物の位置や形状、動きを解析する。
また、別の形態として、例えば、エンドエフェクタ４０は、対象物を押圧する押圧機構としてもよい。具体的には、例えば、エンドエフェクタ４０は、ワーク１１０に押し当てられて、当該ワーク１１０の振動を抑制するローラ等でもよい。また、別の形態として、エンドエフェクタ４０は、加工を補助するための流体を出力する装置でもよい。具体的には、エンドエフェクタ４０は、切粉を吹き飛ばすためのエアや、工具１００またはワーク１１０を冷却するための冷却用流体（切削油や切削水等）を放出する装置でもよい。また、エンドエフェクタ４０は、ワーク造形のためエネルギまたは材料を放出する装置でもよい。したがって、エンドエフェクタ４０は、例えば、レーザやアークを放出する装置でもよいし、積層造形のために材料を放出する装置でもよい。さらに別の形態として、エンドエフェクタ４０は、対象物を撮影するカメラでもよい。この場合、カメラで得た映像を操作パネル等に表示してもよい。
次に、こうしたエンドエフェクタ４０および機内ロボット２０を用いた各種処理の一例について説明する。本例の機内ロボット２０は、上述したとおり、三つの平行関節２４を有した平行多関節アームを、基礎関節２２でＺ軸と平行な軸周りに回転させることができる。この平行多関節アームは、スカラ型ロボットと類似した構成を有しており、基礎関節２２が固定した状態では、各リンク２６の位置制御を簡易化できる。したがって、エンドエフェクタ４０を用いて何らかの処理を実行する場合には、当該処理が完了するまで、基礎関節２２を動かすことなく、固定することが望ましい。
例えば、エンドエフェクタ４０を用いて、工具１００によるワーク１１０の切削加工を補助または監視する場合、エンドエフェクタ４０は、工具１００の移動に追従して移動することが望ましい。そこで、この場合、機内ロボット２０は、最初に、基礎関節２２を回転させて、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜ＲｃをＹ軸と平行になる状態にする。以下では、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜ＲｃとＹ軸とが平行になる状態を「工具追従状態」と呼ぶ。工具追従状態になれば、各リンク２６およびリンク２６に取り付けられたエンドエフェクタ４０は、工具移動平面と平行な面内でのみ移動することになる。その結果、エンドエフェクタ４０による、切削加工の補助または監視を正確かつ簡易に行うことができる。
エンドエフェクタ４０を用いた切削加工の補助または監視としては種々考えられる。したがって、例えば、エアや冷却用流体等の流体を噴出するノズルを具備したエンドエフェクタ４０を用いて、切削点や工具１００、ワーク１１０等に流体を供給してもよい。図６は、ワーク１１０に冷却用流体を供給する様子を示す斜視図である。また、別の形態として、温度センサを具備したエンドエフェクタ４０を用いて、切削点または工具１００の温度をモニタリングしてもよい。また、別の形態として、振動センサを具備したエンドエフェクタ４０を用いて、切削点の反対側に接触させて、ワーク１１０の振動情報を取得してもよい。また、別の形態として、押圧機構を具備したエンドエフェクタ４０を用いて、切削点の反対側においてワーク１１０を押圧し、ワーク１１０の振れを抑制してもよい。
図４は、押圧機構を具備したエンドエフェクタ４０を用いて、ワーク１１０の振れを抑制する様子を示す斜視図である。また、図５は、図４におけるＺ軸方向視図である。図４、図５の例では、第四リンク２６ｄに、押圧機構（より具体的にはサポートローラ）を具備したエンドエフェクタ４０が取り付けられている。このエンドエフェクタ４０は、ワーク周面のうち切削点と反対側の箇所を切削点側に押圧して、当該ワーク１１０の振れを抑制する。
このとき、３つの平行関節２４の回転軸は、Ｙ軸と平行となっている。また、このとき、各リンク２６は、加工室１２の壁面またはドア５２に干渉しないように、その長さが設定されている。換言すれば、機内ロボット２０を構成する複数のリンク２６は、加工室１２のドア５２を閉鎖したまま、切削加工の補助または監視ができるようなサイズに設定されている。なお、ドア５２が閉鎖している際には、機内ロボット２０とドア５２との干渉を避けるため、当該機内ロボット２０の先端位置に関する複数の逆運動解のうち、３つの平行関節２４ａ〜２４ｃのうち中間の平行関節（第二平行関節２４ｂ）が、加工室１２のより内側に位置する解を選択することが望ましい。
また、基礎関節２２の取り付け位置は、図５に示すとおり、工具追従姿勢において、第二リンク２６ｂおよび第三リンク２６ｃ、すなわち、その両端に平行関節２４が設けられたリンク２６ｂ，２６ｃが、刃物台１８および当該刃物台１８に取り付けられた工具１００と干渉しない程度の高さ位置に設定されている。換言すれば、機内ロボット２０が工具追従姿勢をとった場合、機内ロボット２０を構成するリンク２６のうち、末端のリンク２６ｄ以外のリンク２６ａ〜２６ｃは、全て、刃物台１８および当該刃物台１８に取り付けられた工具１００よりもＹ軸方向上側に位置している。
また、別の形態として、基礎関節２２を回転させて平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを、鉛直方向と平行にした状態で、エンドエフェクタ４０による各種処理を行ってもよい。平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを鉛直方向と平行にした場合、各リンク２６および当該リンク２６に取り付けられたエンドエフェクタ４０は、水平面内で移動する。以下では、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃが、鉛直方向と平行な状態を「水平移動状態」と呼ぶ。水平移動状態は、平行関節２４の回転軸方向と、重力方向とが平行となるため、重量物、例えばワーク１１０の搬送処理などに適している。
図７、図８は、水平移動状態において、機内ロボット２０およびエンドエフェクタ４０を用いてワーク１１０の取り付け向きを反転させる様子を示す斜視図である。また、図９は、図８の状態を、Ｚ方向から見た図である。
一般に、ワーク主軸３２は、ワーク１１０の根元を把持している。したがって、このままでは、ワーク１１０の根元を加工することができない。そのため、ワーク１１０の先端および中間部分の加工が終われば、当該ワーク１１０をワーク主軸３２から取り外した後、ワーク先端がワーク主軸３２で把持されるように、ワーク１１０の取り付け向きを反転させる必要がある。こうしたワーク１１０の反転を行うために、図示例では、ハンド機構を有したエンドエフェクタ４０を用いている。また、ワーク１１０の反転を行う際には、基礎関節２２を回転して、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを、鉛直方向と平行にすることが望ましい。また、こうしたワーク１１０の反転の際、機内ロボット２０は、図１０に示すように、加工室１２のドア５２に干渉しないサイズに設定されることが望ましい。かかるサイズに設定することで、加工室１２のドア５２を開けることなく、ワーク１１０を反転させることができる。その結果、例えば、ドア５２の開閉に要する時間が不要となり、また、加工室１２内に供給されたミストの外部漏洩を防止できる。
また、別の形態として、機内ロボット２０およびエンドエフェクタ４０を用いて、ワーク等を加工室１２の外部で、交換してもよい。図１０は、水平移動状態において、機内ロボット２０およびエンドエフェクタ４０を用いて、加工室１２の外部でワーク１１０の授受を行う様子を示す図である。また、図１１は、その際のＺ方向視図である。
図１０、図１１に示すように、可動の第二〜第四リンク２６ｂ〜２６ｄを加工室１２の外側方向に移動させることで、ハンド機構を具備したエンドエフェクタ４０を用いて、加工室１２の外部でワーク等を授受することができる。なお、このように、エンドエフェクタ４０を加工室１２の外部までアクセス可能とするために、機内ロボット２０の基礎関節２２は、図１１に示すように、ワーク主軸３２よりも水平方向ドア５２寄りに位置させることが望ましい。
なお、ここでは、加工室１２の外部で、ワーク１１０を授受する例を挙げたが、ワーク１１０に限らず他の物品を搬送したり、交換したりしてもよい。例えば、加工室１２の外部に、工具１００やエンドエフェクタ４０などを設けておき、必要に応じて、機内ロボット２０を加工室１２の外部まで伸ばして、エンドエフェクタ４０を交換したり、工具１００の授受を行ったりしてもよい。また、機内ロボット２０およびエンドエフェクタ４０を用いて、加工室１２の外部に設けられたワークストッカに、加工後のワーク１１０を搬送してもよい。
また、当然ながら、機内ロボット２０は、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜ＲｃがＹ軸と平行になる工具追従姿勢、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃが鉛直方向と平行になる水平移動姿勢以外の姿勢をとってもよい。例えば、基礎関節２２を回転させて、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃを水平方向と平行にしてもよい。かかる姿勢とした場合、各リンク２６は、垂直面内で移動、すなわち、上下方向に移動できる。そして、これにより、機内ロボット２０およびエンドエフェクタ４０を用いて、加工室１２の清掃を行ったり、工作機械１０の上部に用意したコンベアなどとワーク１１０の受け渡しをしたりできる。
なお、これまで説明した構成は一例であり、一つの基礎関節２２と３つの平行関節２４とが連続して並んでいれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、上述の例では、機内ロボット２０は、４つの関節２２，２４ａ〜２４ｃをもつ４自由度構成としているが、基礎関節２２よりも基端側、および／または、第三平行関節２４より先端側に、さらに、別の関節を設けて、５自由度以上の自由度を持つ構成としてもよい。
ただし、座標演算を簡易化することを考慮すれば、基礎関節２２よりも基端側に設けられる関節は、基礎関節２２の姿勢を変化させない直動関節であることが望ましい。図１２は、基礎関節２２より基端側に垂直方向に移動する直動関節６０を設けた例を示す図である。
また、座標演算を簡易化することを考慮すれば、基礎関節２２よりも先端側に設けられる関節は、全て、互いに平行な軸周りに回転する回転関節であることが望ましい。ただし、必要に応じて、３つの平行関節２４より先端側に、当該平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃと非平行な軸周りに回転する回転関節や、種々の軸に沿って直動する直動関節を設けてもよい。したがって、例えば、図１３に示すように、第四リンク２６ｄの先端に、平行関節２４の回転軸Ｒａ〜Ｒｃと平行な軸方向に直動する直動関節６２を介して第五リンク２６ｅを設けてもよい。
また、これまでの説明では、機内ロボット２０は、加工室１２の壁面、すなわち、固定物に取り付けられているが、機内ロボット２０は、移動体に取り付けられてもよい。例えば、工作機械１０の中には、ワーク主軸３２とＺ軸方向に対向配置され、当該Ｚ軸方向に移動可能なサブ主軸装置を有するものがある。図１４に示すように、工作機械１０がかかるサブ主軸装置６４を有する場合には、当該サブ主軸装置６４の一部に、機内ロボット２０を取り付けてもよい。かかる構成とすることで、機内ロボット２０の可動範囲を広げることができ、機内ロボット２０の汎用性をより向上できる。
１０ 工作機械、１２ 加工室、１６ 心押台、１８ 刃物台、１９ タレット、２０ 機内ロボット、２２ 基礎関節、２４ 平行関節、２６ リンク、２８ ツールチェンジャ、３２ ワーク主軸、３３ チャック、３４ 主軸台、３６ 制御装置、４０ エンドエフェクタ、５０ 壁面、５２ ドア、５６ 凹部、６０ 直動関節、６２ 直動関節、６４ サブ主軸装置、１００ 工具、１１０ ワーク。

Claims (9)

  1. １以上の工具を保持する刃物台であって、第一軸に平行な方向、および、前記第一軸に直交する第二軸に平行な方向に直進移動する刃物台と、
    前記第二軸に平行な軸周りに回転可能にワークを保持するワーク主軸装置と、
    加工室内に設けられ、複数の関節と、前記関節を連結する複数のリンクと、を有する機内ロボットと、
    を備え、前記機内ロボットの複数の関節は、
    前記第二軸に平行な軸周りに回転する基礎関節と、
    前記基礎関節の回転軸に直交する軸周りに回転する３つの平行関節であって、前記基礎関節より先端側に配され、前記基礎関節と連続して並ぶ３つの平行関節と、
    を含み、前記基礎関節の回転軸は、前記ワーク主軸装置の回転軸とずれている、
    ことを特徴とする工作機械。
  2. 請求項１に記載の工作機械であって、
    前記基礎関節よりも末端側に位置する関節は、全て、互いに平行な軸周りに回転する関節である、ことを特徴とする工作機械。
  3. 請求項１に記載の工作機械であって、
    前記機内ロボットは、前記基礎関節を回転させることで、前記３つの平行関節の回転軸が、前記第一軸および前記第二軸に直交する第三軸と平行になる工具追従姿勢に変化可能であり、
    前記複数のリンクのうち末端のリンク以外のリンクは、前記ロボットが前記工具追従姿勢をとった際に、前記刃物台および前記刃物台に保持される前記工具と干渉しない高さ位置に、取り付けられている、
    ことを特徴とする工作機械。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械であって、
    前記基礎関節の回転軸は、前記ワーク主軸装置の上方に位置している、ことを特徴とする工作機械。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械であって、さらに、
    前記加工室の内外を連通する開口部と、
    前記開口部を開閉するドアと、
    を備え、前記基礎関節は、前記ワーク主軸よりも水平方向ドア寄りに位置している、
    ことを特徴とする工作機械。
  6. 請求項５に記載の工作機械であって、
    前記機内ロボットは、前記ドアが閉鎖している際には、当該機内ロボットの先端位置に関する複数の逆運動解のうち、前記３つの平行関節のうち中間の平行関節が、前記加工室のより内側に位置する解を選択する、ことを特徴とする工作機械。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械であって、
    前記機内ロボットによる一つの動作の開始から完了までの間、前記基礎関節は、回転することなく固定される、ことを特徴とする工作機械。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の工作機械であって、
    前記機内ロボットは、加工室内の固定部に取り付けられている、ことを特徴とする工作機械。
  9. 請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械であって、
    前記機内ロボットは、加工室内で移動する移動体に取り付けられている、ことを特徴とする工作機械。

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