JP2020506810A

JP2020506810A - ２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット

Info

Publication number: JP2020506810A
Application number: JP2018555648A
Authority: JP
Inventors: 豊羽徐; 敏肖; 国平蒋
Original assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: WO2019140762A1; DE112018000026B4; CN108405667B; US20200101622A1; JP6709857B2; DE112018000026T5; CN108405667A; US10773393B2

Abstract

本発明に係る２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットは、リニアベーススライドレール、スライダー、可動大アーム、可動小アーム、前アーム、揺動アームおよび追加の第七軸を備え、スライダーはリニアベーススライドレールに摺動接続されており、スライダーとリニアベーススライドレールとは第１軸を構成しており、スライダーの頂部は第２軸を介して直接または間接的に可動大アームの後端にヒンジ接続されており、可動大アームの前端は第３軸を介して可動小アームの後端にヒンジ接続されており、可動小アームの前端は第４軸を介して前アームの後端にヒンジ接続されており、前アームの前端は第５軸を介して揺動アームの中部と回転接続されており、追加の第７軸の数は2本であり、２本の追加の第７軸は第５軸の両側の揺動アームに対称設置されており、各追加の第７軸は揺動アームと回転接続されている。本発明によれば、２つの板金部品を同時に折り曲げることができ、効率を倍に向上させ、真に自動化曲げ加工における効率問題を解決できる。【選択図】図１

Description

本発明は、板金加工分野に関し、特に２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットに関する。

近年、板金加工分野において、自動化加工技術の応用が普及しつつある。板金加工自動化のコア技術は、板材折り曲げの自動化である。特に大きいサイズや比較的重いパーツの加工に対しては、作業者の労働強度が高く、通常２名ひいては複数名の作業者により行う必要があり、労働強度が高く、作業環境が悪い。このため、板材折り曲げ自動化の解決方法は、すでに業界のコンセンサスをとり、巨大な市場潜在性および発展空間を有する。

従来技術として、主に以下のような２種類の板材折り曲げ自動化の解決方法がある。
一つの方法は、６つの関節を有する通用ロボットを採用する方法であり、具体的には、出願番号が２０１７１０５１３０６１．１であり、発明の名称が「自動曲げする際に用いる板金と本体とが互いに干渉しないロボット」である中国特許出願を参照できる。６つの関節を有する産業用ロボットであって、小アーム部材の長さおよび手首部材の長さの和Ｘと大アーム部材の長さＹとの商（Ｘ／Ｙ）は２〜３であり、曲げ機のダイの刃口高さと回転座Ｊ２軸の地面からの距離Ｈとの差は５００〜６００ｍｍである。また、回転座Ｊ２軸からＪ１軸までの距離Ｚは、ロボットの最大アーム展開幅と設定された板金最大辺の長さとの商から、小アーム部材の長さと手首部材の長さとの和Ｘ、および大アーム部材の長さＹを引いた値である。Ｊ４軸とＪ１軸との間に距離をオフセット設定し、Ｊ３軸モーターは大アームの外側に設置されている。

上記従来技術の文献では、合理的なアーム部材の長さの比例関係により、大きいサイズの板金折り曲げに用いられ、板金と本体とは互いに干渉せず、折り曲げ応用における通用産業ロボットの多くの欠点を回避している。しかしながら、制御軸数が多すぎるため（６軸、自由度が冗長）、コストが高く、移動範囲が小くて、最大アーム展開幅によって制限される。

他の一つの方法は、直角座標系を有するロボットを採用する方法であり、具体的には、出願番号が２０１７１０１１００２９．９であり、発明の名称が「ガントリー式折り曲げロボット」である中国特許出願を参照できる。互いに垂直するＸ軸ガイドレールと、Ｙ軸ガイドレールと、Ｚ軸ガイドレールとを備え、Ｘ軸ガイドレールは本体に固定接続され、Ｘ軸ガイドレールとＺ軸ガイドレールとは第１スライダーを介して垂直接続され、第１スライダーにはＸ軸ガイドレールおよびＺ軸ガイドレールのそれぞれに対して相対的に摺動接続されたＸ方向スライダーレールおよびＺ方向スライダーレールが設けられ、Ｚ軸ガイドレールの下端には第２スライダーが設置され、第２スライダーの上にはＹ軸ガイドレールに摺動接続されたＹ軸スライダーレールが設置され、Ｙ軸ガイドレールの前端はＡ軸に回転接続され、Ａ軸にはＡ軸と垂直するＢ軸が回転接続され、Ｂ軸にはＢ軸と垂直するＣ軸が回転接続され、Ｃ軸の前端には末端執行機構が設置されている。当該従来技術の文献に係る発明のメリットは、低コストおよびび強い負荷容量である。しかしながら、構造サイズが大きく、床面積が大きく、速度が遅く、柔軟性が足りないという欠点も非常に目立つ。

上記２種類の板材折り曲げ自動化の解決方法はともに以下のような欠点を有する。
手首関節の端における２つの軸の軸線が互いに交差しているが、主には運動学方程式の答えを求めやすくするためである。また、大きいサイズのワークを折り曲げる場合には適用できるが、小さいサイズのワークを折り曲げた場合には曲げ機との干渉が発生しやすいため、小さいサイズのワークの折り曲げに全く適用できず、かつ一回につき一つの部品のみ加工できる。

本発明は、上記従来技術における欠点に鑑みてなされたものであって、２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットを提供することを目的とする。該２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットは、２つの板金部品を同時に折り曲げることができ、効率を倍に向上させ、真に自動化曲げ加工における効率問題を解決する。

上記目的と達成するための本発明に係る２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットは、リニアベーススライドレール、スライダー、可動大アーム、可動小アーム、前アーム、揺動アーム、および追加の第七軸を備え、
スライダーは、リニアベーススライドレールに摺動接続されており、スライダーとリニアベーススライドレールとは第１軸を構成しており、
スライダーの頂部は第２軸を介して直接または間接的に可動大アームの後端にヒンジ接続されており、可動大アームの前端は第３軸を介して可動小アームの後端にヒンジ接続されており、可動小アームの前端は第４軸を介して前アームの後端にヒンジ接続されており、前アームの前端は第５軸を介して揺動アームの中部と回転接続されており、
追加の第７軸の数は２つあり、２つの追加の第７軸は第５軸の両側の揺動アームに対称設置されており、各追加の第７軸は揺動アームと回転接続されており、
第１軸、第２軸、第３軸および第４軸は互いに平行であり、各追加の第７軸と第５軸とは互いに平行であり、第５軸は第４軸に垂直であり、各追加の第７軸の頂部には板金ワークを挟持できる挟持具が設置されている。

回転ホルダーをさらに含み、回転ホルダーの底部は追加の第６軸を介してスライダーの頂部に回転接続されており、回転ホルダーの頂部は第２軸を介して可動大アームの後端に回転接続されている。

第５軸の軸線と第４軸の軸線とは交差点がない。

原点は第２軸の軸線に設けられており、第２軸の軸線に垂直する水平方向をＸ軸として、垂直方向をＹ軸として直交座標系を構成すると、前記直交座標系における第４軸の中心の座標は（ｄ_ｘ，ｄ_ｙ）であり、ｄ_ｘおよびｄ_ｙの計算式は、数１のとおりであり、
数１において、Ｘ_０は曲げ機における金型の中心線のＸ軸方向距離値であり、Ｙ_０は曲げ機におけるダイの高さであり、Ｌ_１０は挟持具の垂直オフセットであり、Ｌ_２０は挟持具の水平オフセットであり、βは曲げ工程における板金と水平面との間の角度である。

第２軸、第３軸および第４軸は互いに連動しており、第２軸の駆動角がθ_２であり、第３軸の駆動角がθ_３であり、第４軸の駆動角がθ_４であると仮定すると、θ_２、θ_３、θ_４は数２を満たしており、
数２において、ａ_２は可動大アームとＸ軸との間の角度であり、ａ_３は可動小アームとＸ軸との間の角度であり、ａ_４は前アームとＸ軸との間の角度であり、Ｌ_２は可動大アームの長さであり、Ｌ_３は可動小アームの長さであり、Ｌ_４は前アームの長さ、Ｃ_ｘおよびＣ_ｙは中間変数である。

曲げ過程における板金と水平面との間の角度βは、数３により計算され、
数３において、Ｂは曲げ機におけるダイスロットの幅、ｄは曲げ機におけるパンチのストロークである。

２つの移動軸をさらに備え、移動軸は追加の第７軸と揺動アームとの間に設置されており、移動軸は揺動アームに摺動接続されており、追加の第７軸の底部は移動軸に回転接続されている。

本発明は、以下のような有益な効果を有する。

１、上記２本の追加の第７軸および第５軸を設置することにより、２つの板金部品を同時に折り曲げることが実現できる。

２、本発明は、必要に応じて６軸に設置されることができ、即ち、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸およびび２つの追加の第７軸を含み、または７軸に設置されることができ、即ち、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸、追加の第６軸および２つの追加の第７軸を含む。６関節を有する従来の技術に比べて、移動範囲が大きく、また直角座標系を有する従来技術に比べて、柔軟性が高い。ブランク材棚および完成品棚の位置は変化可能であり、数も変化可能であり、人を介在しなくても全自動化の折り曲げを実現できる。

３、２つの追加の第７軸および第５軸を設置することにより、板金の位置決め精度を調整でき、位置決めおよび角度決めの偏差を防止できる。

本発明に係る２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットの構造を示す図である図１における第５軸および追加の第７軸の局部拡大図である。回転ホルダーおよびスライダーの半分断面構造を示す図である。移動軸を有する場合における局部拡大図である。移動軸の移動方向および追加の第７軸の回転方向を示す図である。第５軸と二つの追加第７軸との関係を示す図である。第５軸が回転されることにより板金に対し位置決めの調整を行うプロセスを示す図である。第５軸と追加の第７軸とが連動して板金に対し位置決めおよび角度調整を行うプロセスを示す図である。可動大アーム、可動小アームおよび前アームのサイズを示す図である。直交座標系における折り曲げ動作に対する解析を示す図である。折り曲げプロセスにおける板金と水平面との間の角度βと、曲げ機ダイとの関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら具体的な実施形態により、本発明についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボットは、リニアベーススライドレール１０、スライダー２０、回転ホルダー３０、可動大アーム４０、可動小アーム５０、前アーム６０、揺動アーム７０、追加の第七軸８０を備える。

リニアベーススライドレールは、曲げ機９０の折り曲げ入口側に設置されており、リニアベーススライドレールと曲げ機の折り曲げ口とは、互いに平行であることが好ましい。曲げ機の折り曲げ入口には、２つのセンサ組が設けられていることが好ましく、各センサ組はいずれも２つの図５に示すような変位センサ９２を含むことが好ましい。各センサ組は、いずれも対応する板金に対して位置決めを測定でき、ベンディングロボットによる位置決めおよび角度調整を便利に行える。

ブランク材棚１００および完成品１１０はリニアベーススライドレールの外側に設置されており、位置が変化可能であり、数も変化可能であり、人が介在しなくても板金の板材１２０に対する全自動化の折り曲げを実現できる。

スライダーはリニアベーススライドレール上に摺動接続されており、スライダーとリニアベーススライドレールとは第１軸を構成する。

スライダーの上部は第２軸４１を介して直接または間接的に可動大アームの後端にヒンジ接続されており、好ましくは、以下の２つの設置方法を有する。

実施例１としては、可動大アームの後端は、第２軸を介して直接スライダーの頂部とヒンジ接続され、即ち、回転ホルダーを必要としない。この場合、本発明に係るベンディングロボットは５軸ロボットであり、６軸ロボットに比べて、移動範囲が大きく、かつ第１軸がリニア移動軸であるため、ロボットの移動範囲が広げられる。

実施例２としては、可動大アームの後端は、第２軸４１を介して間接的にスライダーの頂部とヒンジ接続され、図３に示すように、回転ホルダーの底部は追加の第６軸３１を介してスライダーの頂部に回転接続され、回転ホルダーの頂部は第２軸を介して可動大アームの後端に回転接続されている。回転ホルダーを使用することにより、本発明に係るベンディングロボットは６軸ロボットであって、移動範囲が大きく、ブランク材棚および完成品棚の位置は変化可能であり、数も変化可能であるため、人が介在しなくても全自動化の折り曲げを実現できる。

可動大アームの前端は第３軸５１を介して可動小アームの後端にヒンジ接続され、可動小アームの前端は第４軸６１を介して前アームの後端にヒンジ接続され、前アームの前端は第５軸７１を介して揺動アームの中部と回転接続されている。

図２に示すように、追加の第７軸の数は２本であり、２つの追加の第７軸は第５軸の両側の揺動アームに対称設置されており、各追加の第７軸はいずれも揺動アームと直接または間接的に回転接続されており、具体的には以下のような設置方法であることが好ましい。

方法一としては、図２に示すように、各追加の第７軸の底部はいずれも揺動アームと直接回転接続されている。

方法二としては、各追加の第７軸の底部はいずれもハンドと間接的に回転接続されている。具体的には、図４に示すように、本発明に係るベンディングロボットは二つの移動軸８１をさらに備えており、移動軸は追加の第７軸と揺動アームとの間に設置されており、移動軸と揺動アームとは摺動接続されており、追加の第７軸の底部と移動軸とは回転接続されている。

各移動軸の揺動アームに沿う滑り方向は、揺動アームの長さ方向に対して垂直である

第１軸、第２軸、第３軸、及び第４軸は互いに平行であり、各追加の第７軸はいずれも第５軸と互いに平行であり、第５軸は第４軸に垂直であり、好ましくは、第５軸の軸線と第４軸の軸線とは交差点がない。このため、本発明によれば、第４軸と曲げ機との機械干渉を回避でき、小型部品の折り曲げに適合する。

当然ながら、置き換えとして、第５軸の軸線と第４軸の軸線とは互いに交差してもよい。本発明は、折り曲げの特殊工程に対し、運動学の特性が異なるため、互いに交差しなくても完全に逆運動学により答えが求められる。

各追加の第７軸の頂部にはいずれも板金の板材ワークを挟持できる挟持具が設置されており、挟持具の設置方法が複数あり、好ましくは、以下の三つの設置方法である。

設置方法一としては、追加の第７軸と挟持具とは一体に設置されており、即ち、追加の第７軸がフランジシャフトであり、フランジシャフトにおけるフランジが挟持具を形成し、フランジは金属板材にねじ連続される。

設置方法二としては、挟持具は真空チャックである。

設置方法三としては、挟持具は電磁石である。

当然ながら、置き換えとして、挟持具は従来技術における周知のその他の設置方法であってもよい。

原点は第２軸の軸線に設けられ、第２軸の軸線と垂直する水平方向をＸ軸として、垂直方向をＹ軸として直交座標系を構成すると、該直交座標系における第４軸の中心の座標は（ｄ_ｘ，ｄ_ｙ）であり、ｄ_ｘおよびｄ_ｙの計算式は、次の数４とおりである。

数４において、図１０に示すように、Ｘ_０は曲げ機における金型の中心線のＸ軸方向距離値であり、Ｙ_０は曲げ機におけるダイの高さであり、Ｌ_１０は挟持具の垂直オフセットであり、Ｌ_２０は挟持具の水平オフセットであり、βは曲げ工程における板金と水平面との間の角度である。

第２軸、第３軸および第４軸は互いに連動し、第２軸の駆動角がθ_２であり、第３軸の駆動角がθ_３であり、第４軸の駆動角がθ_４であると仮定すると、θ_２、θ_３、θ_４は以下の数５を満たす。

数５において、ａ_２は可動大アームとＸ軸との間の角度であり、ａ_３は可動小アームとＸ軸との間の角度であり、ａ_４は前アームとＸ軸との間の角度である。図９に示すように、Ｌ_２は可動大アームの長さであり、Ｌ_３は可動小アームの長さであり、Ｌ_４は前アームの長さであり、Ｃ_ｘおよびＣ_ｙは中間変数である。

曲げ過程における板金と水平面との間の角度βは、以下の数６による計算される。

数６において、図１１に示すように、Ｂは曲げ機におけるダイスロットの幅であり、ｄは曲げ機におけるパンチのストロークである。数６では、板金の厚さが無視されている。

当然ながら、置き換えとして、折り曲げる過程における金属板材と水平面との間の角度βは、角度センサを用いて計測するようなその他の周知方法によって測定してもよいが、これらはいずれも本発明の保護範囲内である。

上記追加の第７軸は、一枚の板金に対して、位置決めおよび角度偏差を調整できる。

第５軸と二つの追加の第７軸との関係は、図６に示すように、第５軸が回転され、追加の第７軸が小角度で回転修正する場合、二つの板金の位置決め精度に対して調整を行うことができ、調整過程は図７に示すとおりである。

第５軸と二つの追加の第７軸とは連動し、図８に示すように、二枚の板材の位置決め精度および角度精度を調整できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態における具体的なことに限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、本発明の解決方法に対して種々な均等な変換を行う可能であるが、これらの均等な変換はすべて本発明の保護範囲内に属する。

１０リニアベーススライドレール、２０スライダー、３０回転ホルダー、３１追加の第６軸、４０可動大アーム、４１第２軸、５０可動小アーム、５１第３軸、６０前アーム、６１第４軸、７０揺動アーム、７１第５軸、８０追加の第７軸、８１移動軸、９０曲げ機、１０１金型中心線、９２変位センサ、１００ブランク材棚、１１０完成品棚、１２０板金。

Claims

リニアベーススライドレール、スライダー、可動大アーム、可動小アーム、前アーム、揺動アーム、および追加の第七軸を備え、
スライダーはリニアベーススライドレールに摺動接続されており、スライダーとリニアベーススライドレールとは第１軸を構成しており、
スライダーの頂部は第２軸を介して直接または間接的に可動大アームの後端にヒンジ接続されており、可動大アームの前端は第３軸を介して可動小アームの後端にヒンジ接続されており、可動小アームの前端は第４軸を介して前アームの後端にヒンジ接続されており、前アームの前端は第５軸を介して揺動アームの中部と回転接続されており、
追加の第７軸の数は２本であり、２本の追加の第７軸は第５軸の両側の揺動アームに対称設置されており、各追加の第７軸は揺動アームと回転接続されており、
第１軸、第２軸、第３軸および第４軸は互いに平行であり、各追加の第７軸と第５軸とは互いに平行であり、第５軸は第４軸に垂直であり、各追加の第７軸の頂部には板金ワークを挟持できる挟持具が設置されている、
ことを特徴とする、２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
回転ホルダーをさらに含み、回転ホルダーの底部は追加の第６軸を介してスライダーの頂部に回転接続されており、回転ホルダーの頂部は第２軸を介して可動大アームの後端に回転接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
第５軸の軸線と第４軸の軸線とは交差点がない、
ことを特徴とする請求項１に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
原点は第２軸の軸線に設けられており、第２軸の軸線に垂直する水平方向をＸ軸として、垂直方向をＹ軸として直交座標系を構成すると、前記直交座標系における第４軸の中心の座標は（ｄ_ｘ，ｄ_ｙ）であり、ｄ_ｘおよびｄ_ｙの計算式は、数１のとおりであり、
数１において、Ｘ_０は曲げ機における金型の中心線のＸ軸方向距離値であり、Ｙ_０は曲げ機におけるダイの高さであり、Ｌ_１０は挟持具の垂直オフセットであり、Ｌ_２０は挟持具の水平オフセットであり、βは曲げ工程における板金と水平面との間の角度である、
ことを特徴とする請求項１に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
第２軸、第３軸および第４軸は互いに連動しており、第２軸の駆動角がθ_２であり、第３軸の駆動角がθ_３であり、第４軸の駆動角がθ_４であると仮定すると、θ_２、θ_３、θ_４は数２を満たしており、
数２において、ａ_２は可動大アームとＸ軸との間の角度であり、ａ_３は可動小アームＸ軸との間の角度であり、ａ_４は前アームとＸ軸との間の角度であり、Ｌ_２は可動大アームの長さであり、Ｌ_３は可動小アームの長さであり、Ｌ_４は前アームの長さであり、Ｃ_ｘおよびＣ_ｙは中間変数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
曲げ過程における板金と水平面との間の角度βは、数３により計算され、
数３において、Ｂは曲げ機におけるダイスロットの幅、ｄは曲げ機におけるパンチのストロークである、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。
２つの移動軸をさらに備え、移動軸が追加の第７軸と揺動アームとの間に設置されており、移動軸は揺動アームに摺動接続されており、追加の第７軸の底部は移動軸に回転接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の２つのワークを同時に加工できる補助ベンディングロボット。