JP2023112728A - ワーク自動搬送機 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク変更後の衝突に対応したワーク自動搬送機を提供すること。
【解決手段】ワークを把持および解放するロボットハンドと、前記ロボットハンドをサーボモータの駆動制御によって移動させる駆動機構と、複数のワークを搭載したワークストッカや工作機械との間でワークを搬送するためのワーク搬送プログラムを格納し、前記ロボットハンドおよび前記駆動機構に対する駆動制御を行う制御装置と、を有し、前記ワーク搬送プログラムは、搬送するワークが変更された直後における１回目のワーク搬送時に、前記ロボットハンドをワークの受け渡しの直前で低速移動させる衝突確認処理を含むワーク自動搬送機は。
【選択図】図３

Description

本発明は、搬送するワークの変更に伴って起こり得る衝突に対応したワーク自動搬送機に関する。

下記特許文献１には、ワーク自動搬送機のロボットハンドによってワークを把持し、工作機械の主軸チャックに対して行うワーク受け渡し方法が開示されている。その方法は、ワーク自動搬送機の送りモータの出力トルクを制限した状態で、送りモータのサーボ制御装置に与えられる位置指令と位置フィードバック信号との差信号である位置偏差を監視しながら、ロボットハンドを主軸チャックに向けて低速で移動させる。そして、ワークが主軸チャックに当接すると位置指令が増大するため、主軸チャックの閉動作およびロボットハンドの開動作が行われる。これにより、ワークを主軸チャックに確実に着座させた状態で、ワークをロボットハンドから主軸チャックへと受け渡しが行われる。

特開平６－２３８５４１号公報

前記従来例のワーク自動搬送機は、主軸チャックなどに対するワークの受け渡しの際、出力トルクを制限した状態で、しかもロボットハンドを低速で移動させるため、ワークの搬送に時間を要しサイクルタイムが長くなってしまう。こうした加工効率の低下を回避するには、一定速度でワークを搬送し主軸チャックなどに受け渡しする必要があるが、それでは衝突時の破損が大きくなってしまう。例えば、加工対象であるワークの変更に伴い主軸チャックやワーク自動搬送機のロボットハンドの段取り替えが行われるが、組付けミスなどによってティーチングに従った駆動制御であっても衝突が生じてしまうことがある。ただし、それを作業者が確認していたのでは作業負担が増え、加工効率も低下させてしまうことになる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワーク変更後の衝突に対応したワーク自動搬送機を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク自動搬送機は、ワークを把持および解放するロボットハンドと、前記ロボットハンドをサーボモータの駆動制御によって移動させる駆動機構と、複数のワークを搭載したワークストッカや工作機械との間でワークを搬送するためのワーク搬送プログラムを格納し、前記ロボットハンドおよび前記駆動機構に対する駆動制御を行う制御装置と、を有し、前記ワーク搬送プログラムは、搬送するワークが変更された直後における１回目のワーク搬送時に、前記ロボットハンドをワークの受け渡しの直前で低速移動させる衝突確認処理を含む。

前記構成によれば、ワーク搬送プログラムを格納した制御装置によるロボットハンドや駆動機構に対する駆動制御により、複数のワークを搭載したワークストッカや工作機械との間でワークを把持したロボットハンドが移動することによってワーク搬送が行われるが、ワーク搬送プログラムの衝突確認処理により、搬送するワークが変更された直後における１回目のワーク搬送時に、ロボットハンドをワークの受け渡しの直前で低速移動させた衝突の確認が行われる。

加工機ラインを示した正面図である。 ワーク自動搬送機を簡略化して示した側面図である。 衝突確認プログラムのフローチャートを示した図である。 主軸チャックに対して小さいワークを受け渡す状況を示した図である。 主軸チャックに対して大きいワークを受け渡す状況を示した図である。 確認移動受け渡しの状況を、移動位置に対する移動速度とトルクとの変化をグラフにして示した図である。

本発明に係るワーク自動搬送機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のワーク自動搬送機は、図１に示す加工機ラインの一部として構成されたものである。図１は、その加工機ライン１０を示した正面図であり、ワークストッカ１と２台の工作機械２，３から構成されている。ワークストッカ１と２台の工作機械２，３は横並びに配置され、各々の間でワークＷの受け渡しを行うワーク自動搬送機５が内部に設けられている。ワーク自動搬送機５は、多関節のワーク搬送ロボットの先端部にワークＷを把持するロボットハンドを備え、工作機械２，３の前部に構成された搬送空間内の移動が可能になっている。

ワークストッカ１は、加工が行われる前の加工前ワークＷと、工作機械２，３で加工が行われた加工済みワークＷとが積み込まれる。すなわち、ワークストッカ１には先ず加工前ワークＷが積み込まれ、ワーク自動搬送機５によって一つずつ運び出されて工作機械２，３に対し順番に搬送される。ここでの工作機械２，３は旋盤であって、その主軸装置を構成する主軸チャックに把持されたワークＷに対する切削加工などが行われる。そして、加工済みワークＷとしてワーク自動搬送機５によってワークストッカ１へと戻される。

図２は、ワークＷの受け渡しを行うワーク自動搬送機５を簡略化して示した側面図であり、工作機械２，３の機内へ進入した状態が示されている。工作機械２，３は、主軸チャック１１を備えた主軸装置のほか、ワークＷの加工を行う複数の工具を備えたタレット装置などが加工室２０内に組み込まれている。工作機械２，３の機体前面は開閉可能な前カバー１３が設けられ、その前カバー１３によってワーク自動搬送機５が配置されるワーク搬送空間３０が形成されている。

ワーク自動搬送機５は、走行台２１を移動させる走行装置２２と、走行台２１の上に旋回可能に搭載されたワーク搬送ロボット２３とによって構成されている。ワーク搬送ロボット２３は、上腕部材２５と前腕部材２６とが設けられ、サーボモータを使用した第１関節機構２７および第２関節機構２８の駆動によって形態が変化するよう構成されている。すなわち上腕部材２５と前腕部材２６とが一点鎖線で示すように折り畳まれて起立したコンパクトな移動姿勢と、実線で示すように前傾して伸びた作業姿勢とに変形可能になっている。更に、ワーク搬送ロボット２３の先端部にはチャック機構を備えたロボットハンド２９が組み付けられ、ワークＷの把持及び解放が可能になっている。

ワーク自動搬送機５は、移動姿勢のワーク搬送ロボット２３が走行装置２２の駆動により移動し、所定位置で位置決めされ、走行台２１の上で旋回することにより図１および図２に示すように、ワークストッカ１や工作機械２，３に向き合う。そして、ワーク搬送ロボット２３が作業姿勢をとることにより、ワークストッカ１や工作機械２，３に対するワークＷの受け渡しが行われる。

ところで、ワークストッカ１には異なる種類のワークＷが搭載され、途中で加工内容が切り換えられることがある。そうした場合、ワークＷの大きさや形状が異なるため、それに合わせて主軸チャック１１やロボットハンド２９の段取り替えが必要になることがある。また、ワークＷの変更後はワーク搬送ロボット２３によって適切な受け渡しを行うため、予め行われたティーチングに従ってワーク自動搬送機５における駆動制御が行われる。従って、ロボットハンド２９は設定されたティーチングポイントに従って移動し、ワークストッカ１や工作機械２，３との間でワークＷの受け渡しが正しく行われる。

しかし、段取り替えの際、例えばワークＷが着座する当て金の交換し忘れが生じたような場合は、受け渡し位置にズレが生じてしまい、本来の停止位置とは異なる位置で勢いよく突き当たってしまう衝突が起きる。また、ティーチングポイントの変更し忘れが生じたような場合にも、正規のポイントか否かの確認をする手段がないため、やはり衝突が生じてしまうことがある。

そこで、ワークＷの変更時には衝突の危険があるため、本実施形態ではそうしたワーク変更直後の衝突に対応した構成が採られている。すなわち、加工対象であるワークＷの変更があった場合には、変更直後における１回目のワーク搬送時に、ロボットハンド２９が主軸チャック１１などに対して衝突することを想定した衝突確認制御が行われるようになっている。ワーク自動搬送機５を駆動制御する制御装置にはワーク搬送プログラムが格納され、その一部に衝突確認処理が含まれている。図３は、その衝突確認プログラムのフローチャートを示した図である。

衝突確認プログラムでは、加工対象であるワークＷの変更の有無が確認される（Ｓ１０１）。ワークＷの変更確認は、ワークストッカ１に搭載されたワークＷの種類が予め登録されているため、そのワーク情報に基づいて自動で行われるほか、作業者による変更入力操作などによって行うことも可能である。よって、ワークＷの変更が無ければそのまま本処理が終了する（Ｓ１０１：ＮＯ）。一方で、加工対象であるワークＷの変更が確認された場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ロボットハンド２９を受け渡し直前で低速移動させるようにした確認移動受け渡しが実行される（Ｓ１０２）。

加工対象であるワークＷを変更したことによる衝突確認処理は、ワーク搬送ロボット２３がワークストッカ１からワークＷを取り出す場合および、工作機械２，３の主軸チャック１１に対してワークＷを受け渡す場合について行われる。反対方向の操作であるワークストッカ１へワークＷを戻す場合および、工作機械２，３の主軸チャック１１からワークＷを受け取る場合は、衝突の確認が済んでいるとして衝突確認処理は行われない。

ここで、図４および図５は、主軸チャック１１に対して異なるワークＷ１，Ｗ２を受け渡す状況を示した図である。サイズが小さい図３のワークＷ１から図５に示す大きいワークＷ２への変更では、ティーチングポイントの変更し忘れがあった場合、主軸チャック１１に対してワークＷ２が勢いよく当たってしまう。また、ティーチングポイントの問題がないとしても、段取り替えの際に当て金が間違ってしまったような場合にもやはり衝突が生じてしまう。そこで、ワークＷ２に変更した図５に示す主軸チャック１１への受け渡しでは、主軸チャック１１の着座面に到達する所定距離手前からロボットハンド２９の移動速度を大幅に下げた確認移動受け渡しが行われる。

確認移動受け渡しは、主軸チャック１１の着座面から確認移動距離Ｌだけ離れた移動領域において、ロボットハンド２９の移動速度が、衝突が生じても破損などを回避できる安全な速度（低速）に切り換えられる。その移動速度は、主軸チャック１１の中心軸Ｏに平行な移動方向の速度であり、例えば通常移動速度の１割程度にまで落とした速度とする。確認移動距離Ｌは、任意に設定される値であるが、例えばワークストッカ１に搭載された最も大きいワークＷの１．５倍の寸法とする。移動速度に関しても任意に設定が可能であって、サイクルタイムの遅延を考慮して衝突時の衝撃を抑えることができる最大速度を選択する。ストッカ１に対しても同じ値で設定するようにしてもよく、また異なる独自の値で設定してもよい。

ここで、図６は、確認移動受け渡しの状況を、移動位置に対する移動速度とトルクの変化によって示した図である。ワーク自動搬送機５では、ワークＷを把持したロボットハンド２９の移動速度は、上腕部材２５および前腕部材２６を変位させる第１関節機構２７および第２関節機構２８を構成するサーボモータの回転速度による。そのため、図６に示す移動速度は、サーボモータの回転速度を示すデータである。例えば、図６に示す移動速度は、第２関節機構２８を構成するサーボモータの計測値に基づいている。

ロボットハンド２９または把持したワークＷが突き当たった状況は、第１関節機構２７および第２関節機構２８のサーボモータについて、その負荷トルクの変化を検出することによって判断することができる。本実施形態では、第２関節機構２８のサーボモータにおける負荷トルクを検出することにより衝突位置が算出できるようにしている。しかし、その負荷トルクに関しても、また前記回転速度に関しても、第１関節機構２７のサーボモータを検出対象としてよい。

ワーク搬送ロボット２３は、サーボモータの駆動制御によってロボットハンド２９の移動速度が図６に示すようにＰ１位置で減速する。Ｐ１位置は、図５に示す主軸チャック１１の着座面から確認移動距離Ｌだけ離れた位置である。その位置からロボットハンド２９の移動速度が通常速度Ｖ１から確認移動速度Ｖ２にまで下がり、それに伴って負荷トルクが低下する。そして、Ｐ２位置から確認移動速度Ｖ２で一定になることにより負荷トルク値も安定した状態が示されることになる。

主軸チャック１１の着座面に向けてワークＷ２を把持したロボットハンド２９は、通常であればＰ４位置で主軸チャック１１にワークＷ２が突き当てられて停止し、それによって負荷トルクが上昇する。しかし、例えば段取り替えで着座面の当て金が間違がっていたような場合は、本来の停止位置であるＰ４位置の手前のＰ３位置でワークＷ２が主軸チャック１１に当たってしまい、そこで負荷トルクが急上昇することになる。同じようなことは、ティーチングポイントが図４に示すワークＷ１に対応したまま変更し忘れた場合にも起こり得る。

負荷トルクが急上昇したＰ３位置は、第１および第２関節機構２７，２８の各サーボモータのエンコーダからフィードバック信号が制御装置に送信され、それに基づく演算処理によって算出される。一方、Ｐ４位置は、変更したワークＷ２の寸法データから算出することができる。従って、その比較によって本来はロボットハンド２９がＰ４位置まで移動するはずが、その手前であるＰ３位置で衝突が生じたことを確認することができる。なお、こうした衝突の確認は、低速移動に切り換えられたＰ１位置からの移動距離のほか、移動時間を計測することで求めるようにしてもよい。

図３に示すフローチャートに戻り、衝突が確認された場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、シグナルタワー３１を点灯させるなどした警報が行われる（Ｓ１０４）。その後、衝突の原因を解消するため加工機ライン１０の駆動停止が行われ（Ｓ１０５）、衝突確認処理が終了する。一方で、衝突なしと判断された場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、工作機械２の主軸チャック１１に対する受け渡し時の移動速度が通常時の速度に戻され（Ｓ１０６）、衝突確認処理が終了する。以上のような衝突確認処理は、ワークストッカ１および工作機械３に対しても、ワーク変更直後における１回目のワーク搬送時に同様に行われる。

よって、本実施形態によれば、加工対象であるワークＷの変更があった場合、変更直後のワーク搬送において衝突確認制御が行われるため、当て金の交換し忘れやティーチングポイントの変更し忘れなどによって衝突が起きても破損などが回避できる。そして、ロボットハンド２９が本来停止するＰ４位置と実際に停止したＰ３位置との比較によって衝突が確認できる。また、衝突確認制御はワーク変更直後の１回であるため、低速でワークＷを移動させる確認移動受け渡しを実行させたとしてもサイクルタイムに大きく影響するようなことはない。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、多関節のワーク搬送ロボット２３によるワーク自動搬送機５を例に挙げて説明したが、タイプの異なるガントリ式のワーク自動搬送機などであってもよい。
また、前記実施形態では、ストッカ１と工作機械２，３に対するワーク搬送時を説明したが、本発明は、工作機械以外に仮置台などを含む加工機ラインにおいて、その仮置台などに対するワーク搬送に適用することを除くものではない。

１…ワークストッカ ２，３…工作機械 ５…ワーク自動搬送機 １０…加工機ライン １１…主軸チャック ２３…ワーク搬送ロボット ２５…上腕部材 ２６…前腕部材 ２７…第１関節機構 ２８…第２関節機構 ２９…ロボットハンド Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. ワークを把持および解放するロボットハンドと、
   前記ロボットハンドをサーボモータの駆動制御によって移動させる駆動機構と、
   複数のワークを搭載したワークストッカや工作機械との間でワークを搬送するためのワーク搬送プログラムを格納し、前記ロボットハンドおよび前記駆動機構に対する駆動制御を行う制御装置と、を有し、
   前記ワーク搬送プログラムは、搬送するワークが変更された直後における１回目のワーク搬送時に、前記ロボットハンドをワークの受け渡しの直前で低速移動させる衝突確認処理を含むワーク自動搬送機。
2. 前記衝突確認処理は、前記ロボットハンドによるワークの受け渡し直前の移動領域に確認移動距離が設定され、その確認移動距離を移動する前記ロボットハンドの移動速度を低速にする請求項１に記載のワーク自動搬送機。
3. 前記衝突確認処理は、前記サーボモータにかかる負荷トルクの変化を検出することにより衝突を確認する請求項１または請求項２に記載のワーク自動搬送機。
4. 前記衝突確認処理は、ワークが変更されたことを確認することにより、前記ロボットハンドがワークの受け渡し直前の移動速度が低速になるように駆動制御が切り換えられ、衝突が確認されなかった場合には通常の移動速度に駆動制御が戻されるようにした請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワーク自動搬送機。
   
   

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