JP2503085B2 - 産業用ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工作機械に対して被加工物（以下ワークと称
する）のローディング・アンローディングを行う工作機
械用ロボット（以下単にロボットと称する）に関するも
のである。

従来の技術 複数台の自動工作機械を含み、各工作機械においてワ
ークの異なる部分を順次加工する自動加工ラインは既に
よく知られている。また、これらの加工ラインにおいて
各工作機械に対するワークのローディング・アンローデ
ィングをロボットによって行うことも特開昭59−24940
号公報等によって知られている。

しかし、従来の自動加工ラインにおいては、前工程の
工作機械から後工程の工作機械へのワークの搬送はコン
ベア，シュータ等の搬送装置によって行われ、ロボット
はそれら搬送装置からワークを受け取って工作機械にロ
ーディングし、加工後にそのワークをアンローディング
して搬送装置に引き渡すのみとされていた。

発明が解決しようとする課題 そのため、工作機械の周辺にロボットに加えて搬送装
置を設置することが必要であり、余分なスペースが必要
となるうえ、搬送装置が作業者の工作機械やロボットに
対する接近の妨げとなり易い問題があった。

また、搬送装置による搬送の途中において、ワークが
円滑に移動しない事態が発生することがあり、そのため
に自動加工ラインの稼働率が低下し、またそのようなト
ラブルを解消するために作業者が余分な作業を行わなけ
ればならなくなる問題もあった。

本発明は、これらの問題点を解消し得るロボットを得
ることを課題として為されたものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明に係るロボット
は、（ａ）水平に配設される直線状ガイド、（ｂ）その
ガイドに沿って移動する基台、（ｃ）その基台に支持さ
れて垂直軸線回りに旋回する旋回台、（ｄ）その旋回台
に支持されて水平軸線回りに旋回するアーム、および
（ｅ）そのアームに支持されてアームの長手方向に平行
な回転軸線回りに回転する回転軸を備えた４自由度のロ
ボット本体部と、 前記回転軸の前記アームの先端側の端部に、その回転
軸の回転軸線に対して軸対称に互いに背中合わせにかつ
同心的に設けられた２個の三つ爪チャックとを含み、か
つ、前記旋回台が前記水平軸線が前記直線状ガイドの長
手方向に平行となる位置と直角となる位置とへ旋回可能
であり、前記アームが斜め下向きの姿勢まで旋回可能で
あるとともに、前記回転軸が少なくとも180度回転可能
であるように構成される。

作用 このように構成されたロボットにおいては、旋回台
が、アームの旋回軸線である水平軸線が直線状ガイドの
長手方向に直角となる位置へ旋回可能であるため、アー
ムが直線状ガイドの長手方向に平行な第一垂直面内で旋
回可能である。しかも、旋回台を支持している基台は直
線状ガイドに沿って直線移動するため、アームの第一垂
直面内の回動と基台の直線移動との組合わせによって、
直線状ガイドの長手方向におけるＡ位置においてワーク
を受け取り、そのＡ位置から直線状ガイドの長手方向に
おいて離れたＢ位置へ搬送してそのワークを引き渡すこ
とができる。

Ａ位置およびＢ位置にあるのがそれぞれ加工前ワーク
の供給装置および加工後ワークの収容装置であれば、ロ
ボットは加工前のワークを供給装置から受け取って搬送
し、加工後のワークを収容装置へ引き渡すことになる。
また、Ａ位置やＢ位置にあるのが別のロボットであれ
ば、その別のロボットとの間でワークの受渡しを直接行
うことができる。この場合、上記のようにアームが直線
状ガイドの長手方向に平行な第一垂直面内で旋回可能で
あり、かつ、斜め下向きの姿勢まで旋回可能であるた
め、第一垂直面内において、１台のロボットのアームを
斜め下向き、別のロボットのアームを斜め上向きの姿勢
として互いにほぼ平行とし、それらロボットの２つの三
つ爪チャックを互いに正対（同心的に対向）する状態と
してそれら三つ爪チャック間で直接ワークの受渡しを行
うことができ、かつ、チャック装置が少なくとも180度
回転可能であるため、ワークの受渡しをチャック装置の
２個の三つ爪チャックのいずれにおいても行うことがで
きる。

しかも、旋回台が、アームの旋回軸線である水平軸線
が直線状ガイドの長手方向に平行となる位置へ旋回可能
であるため、アームが直線状ガイドの長手方向に直角な
第二垂直面内で旋回可能である。したがって、工作機械
のチャックの軸線を直線状ガイドの長手方向に平行に
し、かつ、アームの長さを適切に定めておくことによっ
て、Ａ位置とＢ位置との中間位置であるＣ位置において
アームを第二垂直平面内で旋回させ、その先端部に支持
されているチャック装置を工作機械のチャックと同心的
に対向する位置へ移動させることができる。

そして、工作機械の軸線が直線状ガイドの長手方向と
平行である場合には、この状態で基台を直線状ガイドに
沿って往復移動させれば、ロボットの三つ爪チャックを
工作機械のチャックの軸線に平行な方向に接近・離間さ
せることができ、ローディング・アンローディングを正
確に行うことができる。

さらに、チャック装置は、アームの長手方向に平行な
回転軸線回りに回転し、かつ、その回転軸線に対して軸
対称に互いに背中合わせに同心的に設けられた２個の三
つ爪チャックを備えているため、これら２個の三つ爪チ
ャックが回転軸線回りの回転によって特定の位置に選択
的に位置決めされ得る。したがって、この特定位置を、
例えば工作機械のチャックに同心的に対向する位置とす
れば、旋回台やアームを旋回させることなく単にチャッ
ク装置を180度回転させるのみで、２個の三つ爪チャッ
クを選択的に工作機械のチャックに同心的に対向する状
態とすることができる。一方の三つ爪チャックを工作機
械のチャックに同心的に対向させた状態で基台を直線状
ガイドに沿って往復移動させることにより、三つ爪チャ
ックを工作機械のチャックに接近・離間させて加工後の
ワークを工作機械から取り外し、その後、チャック装置
を回転させて加工前のワークを保持している三つ爪チャ
ックを工作機械のチャックに同心的に対向させ、再び基
台を往復運動させることによって、その加工前のワーク
を工作機械に取り付けることができるのである。

また、直線状ガイドに沿った基台の移動距離を適宜決
定することによってロボットに搬送装置の機能をも果た
せることができる。

発明の効果 このように、本発明に従えば、１台のロボットにより
ワークを１台の工作機械の一方の外れから他方の外れへ
搬送することができ、また、複数台のロボット同士の直
接的なワークの受渡しによって複数台の工作機械の列の
一方の外れから他方の外れまで搬送することができる。

したがって、加工前ワークの供給装置や加工後ワーク
の収容装置を工作機械の前方の空間から側方へ外れたス
ペースに配置することができ、また、従来のように工作
機械の前面にローディング・アンローディング装置の他
にワーク搬送装置を設ける必要がないため、工作機械の
前方に作業者による保守，点検用のスペースを確保する
ことが容易である。

その上、上記直線状ガイドに平行な搬送経路の途中に
おいて、アームの第二垂直平面内での旋回とチャック装
置と回転との組合わせ（工作機械のチャックの軸線が直
線状ガイドに平行である場合は基台の直線移動も組み合
わせることが望ましい）により工作機械に対するワーク
のローディング・アンローディングを迅速かつ正確に行
うことができる。

本発明に係るロボットは基台の直線移動，旋回台の旋
回，アームの旋回およびチャック装置の回転という４つ
の運動の組合わせによって、工作機械に対してワークを
供給し排出するために必要な全ての運動を行うことがで
きるのであり、ロボット自体の構造が簡単である上、ワ
ーク搬送装置を兼ねるため、設備費を従来に比較して大
幅に低減させることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明に係るロボットを含む自動加工ライ
ンを示す図である。このラインは複数台の数値制御旋盤
（以下NC旋盤と称する）により１個のワークに順次異な
る切削加工を施し、製品として完成させるものであり、
各NC旋盤に対するワークのローディングおよびアンロー
ディングのみならず、NC旋盤間におけるワークの搬送も
ロボットによって行われる。

第１図において符号10はNC旋盤を示す。NC旋盤10の主
軸ヘッド12には、主軸14が水平な軸線回りに回転可能に
支持されている。主軸14の先端にはチャック16が取り付
けられており、チャック16はワークを把持して主軸14に
より回転させられる。

また、18は第一スライドであり、ガイド20に案内さ
れ、図示しない駆動モータと送りねじとによって水平方
向に移動させられるようになっている。第一スライド18
上には第二スライド22が設けられ、上下方向に延びると
ともに後傾したガイド23に案内されて、モータ24と図示
しない送りねじとによって昇降させられるようになって
いる。この第二スライド22には図示しない刃物台を介し
てバイト等の切削工具が取り付けられ、主軸14により回
転させられるワークを切削加工することとなる。この自
動加工ラインの左端にはワーク供給装置26が、また右端
にはワーク搬出装置28がそれぞれ設けられ、さらに中央
のNC旋盤10と右側のNC旋盤10との間にはワーク仮置台29
が設けられている。

各NC旋盤10のベース30には、主軸14の軸線に平行なガ
イド32,34が設けられており、これらガイド32,34に沿っ
て移動可能に旋回アーム式のロボット36が設けられてい
る。第１図においては、左側のNC旋盤10に設けられたロ
ボット36と、中央のNC旋盤10に設けられたロボット36と
がワーク38の受渡しを行う状態にあり、右側のNC旋盤10
に設けられたロボット36は、ワーク38のローディングを
行う状態にある。

ロボット36は、第２図に更に明瞭に示されているよう
に、水平なガイド32,34に沿って移動可能な基台40を備
えており、この基台40上に垂直直線回りに旋回可能な旋
回台42が設けられている。この旋回台42には更に水平軸
線回りに旋回可能にアーム44が取り付けられており、そ
のアーム44の先端部にチャック装置46が設けられてい
る。チャック装置46は、互に背中合わせとされた２個の
三つ爪チャック48を備えている。旋回台42は、第３図に
矢印で示すように、アーム44がガイド32の長手方向に平
行な鉛直面内に位置する状態と直角な鉛直面内に位置す
る状態とに旋回するようにされており、アーム44は、第
２図に実線で示すように、チャック装置46がNC旋盤10の
チャック16に正対する位置から二点鎖線で示す垂直に立
ち上がった位置と経て210゜旋回し得るようにされてい
る。また、チャック装置46は、アーム44の長手方向に平
行な軸線の回りに正逆両方向へ回転可能とされており、
それによって二個の三つ爪チャック48の軸線が水平とな
っていずれかの三つ爪チャック48がNC旋盤10のチャック
16と正対し得るとともに、その位置から90゜回転して、
第３図に示すように、三つ爪チャック48の軸線がほぼ上
下方向となる姿勢をも取り得るようにされている。以
下、各部の詳細を順を追って説明する。

第４図に基台40の内部を示す。基台40内には交流サー
ボモータである走行用モータ50が設けられており、その
出力軸に固定されたピニオン52がラック54と噛み合わさ
れている。このラック54はNC旋盤10のベース30に水平に
固定されているため、走行用モータ50の回転に伴って基
台40が主軸14の軸線に平行な方向に移動させられること
となる。そして、基台40の絶対位置が第５図に示す２個
のレゾルバ56,58によって検出されるようになってい
る。レゾルバ56は走行用モータ50の出力軸と一体的に回
転するように連結されており、一方、レゾルバ58はハー
モニックドライブの商品名で市販されている減速比の大
きい減速機60とギヤ62,64とを介して走行用モータ50の
出力軸に連結されている。したがって、レゾルバ56が多
数回転してもレゾルバ58は一回転以上することがなく、
これら２個のレゾルバ56および58の出力信号から基台40
の絶対位置を知ることができる。この点に関しては既に
特願昭59−19231号の明細書に詳細に記載されており、
かつ本発明の理解に直接必要がないため詳細な説明は省
略する。

基台40内には更に揺動形油圧モータである旋回台駆動
モータ66が設けられている。この旋回台駆動モータ66の
出力軸には駆動アーム68が固定され、この駆動アーム68
の自由端部に回転可能に取り付けられた角駒70が従動ア
ーム72の溝74に嵌入させられている。そして、従動アー
ム72は旋回台42の下面から垂下させられた軸76に固定さ
れており、上記溝74はその軸76の半径方向に延びるよう
に形成されているため、旋回台駆動モータ66が一定の速
度で一定角度回軸するとき、旋回台42は滑らかに旋回を
開始して増速し、旋回範囲の中央においてもっとも高速
となり、その後減速して滑らかに停止することとなる。
そのため、旋回台42に取り付けられているアーム44は、
短時間で90゜旋回するにもかかわらず、旋回範囲の両端
において衝撃少なくしかも正確に停止し得る。なお、旋
回台42の旋回位置は図示いないドッグとリミットスイッ
チとによって検出される。

上記旋回台42には、第４図に示すように、交流サーボ
モータであるアーム旋回用モータ80が取り付けられてい
る。このモータ80の回転は、タイミングベルトを介し
て、第６図に示すタイミングプーリ82に伝達される。こ
のタイミングプーリ82は、旋回台42に水平な軸線回りに
回転可能に支持された回転軸84に固定されており、この
回転軸84は減速機（商品名：ハーモニックドライブ）86
を介してアーム44に連結されている。アーム44は軸受88
および90を介して旋回台42に水平軸線回りに旋回可能に
支持されており、アーム旋回用モータ80を制御すること
によって任意の角度旋回させることができる。なお、92
は回転継手であり、アーム44の先端に設けられているチ
ャック装置46を作動させるための作動油をアーム44がい
かなる旋回位置にあっても供給し得るようにするために
設けられている。また、94はレゾルバであり、アーム44
の旋回角度を検出するめに設けられているものである。
アーム44は第７図を示すように中空とされており、その
中心部を貫通して回転軸100が配設されている。この回
転軸100は前記チャック装置46を回転させるためのもの
であり、そのために交流の電動モータであるチャック回
転用モータ102がアーム44に取り付けられている。この
モータ102の回転はピニオン104,ギヤ106および108を介
してゼネバ機構110の原動車112に伝達される。このゼネ
バ機構110は原動車112が２分の１回転するとき従動車11
4を４分の１回転させるものである。そして、従動車114
は前記回転軸100に固定されているため、回転軸100は正
確に90゜ずつ回転して停止し得ることとなる。回転軸10
0の回転位置はドッグ116とリミットスイッチ118とによ
って検出される。

上記回転軸100のアーム44から突出した端部には第８
図に示すようにフランジ120が設けられており、このフ
ランジ120にチャック装置46が取り付けられている。チ
ャック装置46は前述のように２個の三つ爪チャック48を
備えているが、これら２個の三つ爪チャック48は第９図
に示すようにチャック本体122を共通にして互に背中合
わせに、かつ、同心的に配設されている。各三つ爪チャ
ック48は中心軸124のまわりに回転可能で外周面の一部
に歯を備えたギヤ126を備えており、このギヤ126の端面
には第８図に明瞭に示されているような渦巻状の溝128
が形成されている。一方、チャック本体122に固定され
た２枚のプレート130,132によって３個の爪部材134が半
径方向に移動可能に保持されており、各爪部材134の突
起136が上記溝128に嵌入させられている。また、チャッ
ク本体122に形成されたシリンダボア138にラックとピス
トンとが一体的に形成されたラックピストン140が液密
かつ摺動可能に嵌合され、上記ギヤ126と噛み合わせれ
ている。したがって、ラックピストン140の両側の油圧
室のいずれか一方が圧力源に接続され、他方がタンクに
接続されれば、ラックピストン140が移動してギヤ126を
回転させ、それに伴って３個の爪部材134が中心軸124の
軸線に対する対称性を保ちつつ一斉に半径方向へ移動さ
せられる。すなわち、三つ爪チャック48が拡開，収縮さ
せられるのである。なお、142はプッシャプレートであ
り、三つ爪チャック48が拡開させられたときプッシャピ
ストン144を介して加えられるスプリング146の付勢力に
よってワーク38を押し出す役割を果たす。148は回転継
手であり、回転軸100がいかなる回転位置にあってもシ
リンダボア138へ作動油を供給し得るようにするために
設けられているものである。

次に作動を説明する。

第１図において左側に設けられているNC旋盤10のロボ
ット36が左方へ移動し、ワーク供給装置26からワーク38
を受け取る。この際にはチャック装置46が２個の三つ爪
チャック48のうちの１個が下向きとなる位置に回転させ
られるとともに、基台40とアーム44とはその下向きの三
つ爪チャック48がちょうどワーク38を把持し得る状態と
なる位置に停止させられる。基台40を駆動する走行用モ
ータ50もアーム44を旋回させるアーム旋回用モータ80も
共に交流サーボモータであり、また、基台40とアーム44
との位置はそれぞれレゾルバ56,58と94とによって検出
されるようになっているため、基台40とアーム44とは所
望の位置に正確に停止させることができるのである。

ワーク供給装置26からワーク38を受け取った後、ロボ
ット36は右方へ移動させられるとともに、アーム44が第
２図に示す位置へ旋回させられる。この場合、チャック
装置46は、２個の三つ爪チャック48のうちワーク38を把
持していないものがNC旋盤10のチャック16に正対する位
置へ回転させられる。また、チャック16に正対した三つ
爪チャック48は拡開状態とされる。

その状態においてロボット36が左方へ小距離移動させ
られれば、チャック16に把持されているワーク38が三つ
爪チャック48の３個の爪部材134の間に嵌入する。その
後、チャック16が拡開させられてワーク38を解放すると
ともに、三つ爪チャック48が収縮させられてワーク38を
把持する。

基台40が小距離右方へ移動させられた後、チャック装
置46が180゜回転させられ、ワーク供給装置26からワー
ク38を受け取って来た三つ爪チャック48がNC旋盤10のチ
ャック16に正対した状態となる。

続いて基台40が再び左方へ小距離移動させられればワ
ーク38がチャック16の爪の間に嵌入するため、三つ爪チ
ャック48が拡開されるとともにチャック16が収縮させら
れることによってワーク38はチャック16に把持された状
態となる。したがって、基台40が右方へ小距離移動させ
られるとともにアーム44が垂直姿勢まで回動させられれ
ば、NC旋盤10に対するワーク38のローディングおよびア
ンローディングが完了することとなる。

以上のようにしてNC旋盤10からアンロードされたワー
ク38は、そのワーク38を取り外したロボット36自体によ
って隣接するNC装置10に設けられたロボット36に引き渡
される。すなわち、基台40が第１図に示す位置まで右方
へ移動させられ、アーム44が下方へ旋回させられるとと
もにチャック装置46が90゜回転させられてワーク38を把
持した三つ爪チャック48が下向きとされ、第１図に示す
位置に待機している中央のロボット36の上向きとされて
いる三つ爪チャック48と正対（同心的に対向）する状態
とされて、ワーク38が引き渡されるのである。なお、こ
れによって、中央のNC旋盤10に対してはワーク38が左側
の旋盤にローディングされたときとは180゜反転してロ
ーディングされることとなる。

以上とほぼ同様なことが中央のNC旋盤10においても右
側のNC旋盤10においても行われ、ワーク38は各NC旋盤10
においてそれぞれ異なる部分を加工される。ただし、右
側のNC旋盤10においてはワーク38の中央のNC旋盤10にお
いて加工される側と同じ側の部分が加工されるため、ワ
ーク38は中央のロボット36によってワーク仮置台29に置
かれた後、右側のロボット36によって把持されるように
なっている。また、ワーク38は最終的には右側のNC旋盤
10に設けられたロボット36によって右端のワーク搬出装
置28に引き渡され、搬出される。

以上、本発明の一実施例を詳細に説明したが、これは
文字通り例示であって、本発明はこれ以外の態様でも実
施可能である。

例えば、上記実施例においてはロボットはNC旋盤に対
するローディング・アンローディングと搬送とを行うも
のとされていたが、研削盤等他の装置に対するローディ
ング・アンローディングと装置とを行うものとする可能
である。

また、上記実施例においてはNC旋盤10が水平な主軸を
備えたものとされ、しかもその主軸の軸線の方向に沿っ
て一列に並べられていたが、主軸が垂直な工作機械が主
軸に直角な方向に一列に並べられた自動加工ライン等に
おいても本発明に係るロボットを使用することができ
る。

その他、いちいち例示することはしないが、本発明の
主旨を逸脱することなく種々の変形，改良を施した態様
で本発明を実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるロボットを備えた自動
加工ラインを示す正面図である。第２図および第３図は
上記ラインに設けられたロボットの側面図および平面図
である。第４図は上記ロボットの基台内部を示す側面断
面図である。第５図は同じ基台を異なる切断面において
切断した場合の側面断面図である。第６図は第１図にお
けるVI−VI断面図である。第７図は第６図におけるVII
−VII断面図である。第８図および第９図はそれぞれ上
記ロボットのアーム先端に設けられたチャック装置を部
分的に断面にして示す正面図および側面図である。 10:NC旋盤、12:主軸ヘッド 14:主軸、16:チャック 30:ベース、32,34:ガイド 36:ロボット、38:ワーク 40:基台、42:旋回台 44:アーム、46:チャック装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−107838（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−24940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−56781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−89577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−27687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−181541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−30681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−109283（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平に配設される直線状ガイド、そのガイ
   ドに沿って移動する基台、その基台に支持されて垂直軸
   線回りに旋回する旋回台、その旋回台に支持されて水平
   軸線回りに旋回するアーム、およびそのアームに支持さ
   れてアームの長手方向に平行な回転軸線回りに回転する
   回転軸を備えた４自由度のロボット本体部と、 前記回転軸の前記アームの先端側の端部に、その回転軸
   の回転軸線に対して軸対称に互いに背中合わせにかつ同
   心的に設けられた２個の三つ爪チャックと を含み、かつ、前記旋回台が前記水平軸線が前記直線状
   ガイドの長手方向に平行となる位置と直角となる位置と
   へ旋回可能であり、前記アームが斜め下向きの姿勢まで
   旋回可能であるとともに、前記回転軸が少なくとも180
   度回転可能であることを特徴とする工作機械用ロボッ
   ト。