JP6693229B2

JP6693229B2 - ワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP6693229B2
Application number: JP2016069117A
Authority: JP
Inventors: 正輝渡邊
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017177286A; CN107263191A; CN107263191B

Description

本発明は、工作機械を覆う壁の内外でロボットを使用してワークを交換するワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムに関する。

切粉及び冷却液等の飛散を防止する為に、壁が工作機械を覆う。壁は開閉扉を有する。開閉扉の外側にロボットが位置し、ロボットは開閉扉の開閉に連動してワークを交換する。安全の為の柵が壁の外側に位置する。ロボットは柵と壁の間に位置し、柵の内側で交換作業を行う（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−２０５３８５号公報

ロボットの交換作業空間を柵内に確保するので、工作機械、壁、ロボット及び柵の占有面積は増大し、少数の工作機械等しか工場に配置できない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、専有面積を削減し且つ安全性を確保できるワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るワーク交換装置は、工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置しており、前記壁の内外でワークを交換するロボットを備えるワーク交換装置において、前記ロボットは、前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構を有し、前記交換機構が前記カバーの外側に位置するか否かを判定する位置判定部と、該位置判定部にて前記交換機構が前記カバーの外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定し、前記位置判定部にて前記交換機構が前記カバーの外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも遅い第二速度に設定する速度設定部と、該速度設定部で設定した速度で前記交換機構を駆動制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記交換機構は、一端部を中心に回転する第一アームと、該第一アームを回転駆動する第一駆動源と、一端部に前記把持部を有し、他端部を前記第一アームの他端部に回転可能に接続した第二アームと、該第二アームを回転駆動する第二駆動源とを備え、前記位置判定部は、前記第一アームの回転角度を演算する第一回転角度演算部と、前記第二アームの回転角度を演算する第二回転角度演算部とを備え、前記位置判定部は、前記第一回転角度演算部及び第二回転角度演算部の演算結果に基づき、前記第一アーム又は第二アームの少なくとも一部が前記カバーの外側に位置するか否かを判定することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記壁に設けた開閉扉の開閉に連動して前記ロボットは前記ワークを交換することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換方法は、工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置するロボットが前記壁の内外でワークを交換するワーク交換方法において、前記ロボットは、前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構を有し、前記交換機構が前記カバーの外側に位置するか否かを判定し、前記交換機構が前記カバーの外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定し、前記交換機構が前記カバーの外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも遅い第二速度に設定し、設定した速度で前記交換機構を駆動制御することを特徴とする。

本発明に係るコンピュータプログラムは、工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置し、前記壁の内外でワークを交換するロボットの駆動を制御する制御装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記ロボットは、前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構を有し、前記制御装置に、前記交換機構が前記カバーの外側に位置するか否かを判定させ、前記交換機構が前記カバーの外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定させ、前記交換機構が前記カバーの外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも遅い第二速度に設定させ、設定した速度で前記交換機構を駆動制御させることを特徴とする。

本発明においては、ロボットの交換機構は壁の内側及びカバーの外側の間でワークを交換する。即ち交換機構の可動範囲は、カバーがロボットを覆う範囲の外側の領域を含む。故に、交換機構がカバーの外側に位置する場合、交換機構の駆動速度を低くし、ロボット及びカバーの専有面積を小さくし且つ安全性を確保する。交換機構がカバーの外側に位置しない場合、交換機構の駆動速度を高くし、短時間でワークを交換する。

本発明においては、交換機構は、回転可能な第一アームと第二アームを備える。第一アームと第二アームの回転角度に基づき、交換機構がカバーの外側に位置するか否か、換言すれば、第一アーム又は第二アームの少なくとも一部がカバーの外側に位置するか否を判定する。

本発明においては、壁に設けた開閉扉の開閉に連動してロボットはワークを交換し、円滑なワーク交換を実現する。

本発明に係るワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムにあっては、ロボットの交換機構は壁の内側及びカバーの外側の間でワークを交換する。即ち交換機構の可動範囲は、カバーがロボットを覆う範囲の外側の領域を含む。故に、交換機構がカバーの外側に位置する場合、交換機構の駆動速度を低くし、ロボット及びカバーの専有面積を小さくし且つ安全性を確保することができる。交換機構がカバーの外側に位置しない場合、交換機構の駆動速度を高くし、短時間でワークを交換することができる。

工作機械、壁、扉ユニット、ロボット及びカバーを略示する斜視図である。工作機械、壁及び扉ユニットを略示する斜視図である。プランジャ及びブロックを略示する部分拡大斜視図である。プランジャを略示する縦断面図である。ロボットを略示する部分断面右側面図である。把持部付近の略示拡大縦断面図である。交換機構の略示斜視図である。非係合状態のプランジャ及び係合溝を示す部分拡大正面図である。係合状態のプランジャ及び係合溝を示す部分拡大正面図である。ロボットの駆動を制御する制御装置付近の構成を略示するブロック図である。第一アームの第一回転角度及び第二アームの第二回転角度を測定する基準を示す部分拡大正面図である。制御装置による速度設定処理を説明するフローチャートである。制御装置によるワーク交換処理を説明するフローチャートである。初期状態のロボットを略示する平面図である。初期状態のロボットを略示する正面図である。開閉扉が閉じ且つボールが係合溝に係合した状態のロボットを略示する平面図である。開閉扉が閉じ且つボールが係合溝に係合した状態のロボットを略示する部分断面正面図である。開閉扉が開き且つ交換機構が壁の内側に入った状態のロボットを略示する平面図である。開閉扉が開き且つ交換機構が壁の内側に入った状態のロボットを略示する部分断面正面図である。交換機構がカバーの外側でワークを交換する状態のロボットを略示する平面図である。交換機構がカバーの外側でワークを交換する状態のロボットを略示する正面断面図である。

以下本発明に係るワーク交換装置を図面に基づいて説明する。以下の説明では、図に示す上下左右前後を使用する。図１は工作機械１００、壁１０１、扉ユニット４、ロボット１及びカバー２を略示する斜視図である。

工作機械１００の周囲には、工作機械１００を覆う壁１０１が設けられている。壁１０１の右部には開口（図示略）が設けてあり、該開口の右側に扉ユニット４が設けてある。扉ユニット４の右側に平面視Ｕ状のカバー２が設けてある。

カバー２は上下左右方向に延びた前板部２ａ及び後板部２ｂと、上下前後方向に延びた右板部２ｃを備える。前板部２ａの右端と後板部２ｂの右端を右板部２ｃが連結する。右板部２ｃには開口２ｄが設けてある。

カバー２と壁１０１及び扉ユニット４との間にロボット１が設けてある。カバー２の右側にワーク９１を載置する載置台９０が設けてある。載置台９０は開口２ｄの右隣に位置する。ロボット１、カバー２及び扉ユニット４はワーク交換装置を構成する。

図２は工作機械１００、壁１０１及び扉ユニット４を略示する斜視図、図３はプランジャ４４及びブロック４５ａを略示する部分拡大斜視図、図４はプランジャ４４を略示する縦断面図である。

扉ユニット４は、直方体状をなし、上下前後方向に延びた薄い筐体４１を備える。筐体４１は開口４２を備え、開口４２は、筐体４１の右側面及び左側面を左右に貫通する。筐体４１の開口４２は、壁１０１の開口に対応した位置に配してある。筐体４１は前後方向に移動な開閉扉４３を収容する。開閉扉４３は筐体４１に略平行であり、前後に移動して開口４２を開閉する。

図２及び図３に示す如く、開閉扉４３の前端部にＬ形の取付具４６を介してプランジャ４４及びブロック４５ａが設けてある。プランジャ４４はブロック４５ａの上側に位置する。図４に示す如く、プランジャ４４は、開閉扉４３から右方に突出したケース４４ａと、該ケース４４ａ内に設けてあり、左右に延びる筒状の収容室４４ｂと、該収容室４４ｂに収容してある弾性部材４４ｃと、該弾性部材４４ｃの右端に設けたボール４４ｄとを備える。収容室４４ｂはケース４４ａの右側面を貫通しており、収容室４４ｂの右端の直径は、他の部分よりも小さい。

ボール４４ｄの直径は収容室４４ｂ右端の直径よりも大きく、収容室４４ｂの他の部分よりも小さい。故にボール４４ｄは収容室４４ｂ内を左右に移動可能であるが、収容室４４ｂから右方に飛び出ない。弾性部材４４ｃはボール４４ｄを右方に付勢する。弾性部材４４ｃは例えばばね又はゴムである。ブロック４５ａは後述する近接センサ４５ｂが検知する部材であり鉄等の金属で形成した箱状部材である。

図５はロボット１を略示する部分断面右側面図、図６は把持部６０付近の略示拡大縦断面図、図７は交換機構７０の略示斜視図である。図５は交換機構７０を縦断面で表記している。ロボット１は前後に延びた直方体状の基台１２を備える。基台１２の右側面に、前後に延びた二つの軌道１３が設けてある。二つの軌道１３は上下に離隔している。

二つの軌道１３の間に前後に延びた螺子軸１４が設けてある。二つの軸受１５が螺子軸１４の前部及び後部を夫々支持する。螺子軸１４の後端に第一モータ１１が設けてある。ナット１６が転動体（図示略）を介して螺子軸１４の中途部に連結する。ナット１６の右側に支持板１８が設けてある。

支持板１８は前面視逆Ｌ形をなし、上下前後に延びた右板部１８ａと、該右板部１８ａの上端から左方に突出した上板部１８ｂとを備える。右板部１８ａは取付板１７を介してナット１６に連結する。第一モータ１１の回転によってナット１６及び支持板１８が前後に移動する。上板部１８ｂは、ワークを交換する交換機構７０を支持する。また図５及び図７に示す如く、上板部１８ｂの壁１０１向きに近接センサ４５ｂが設けてある。近接センサ４５ｂは、例えばホールセンサ、光センサ又は超音波センサであり、物体の近接を検知する。

交換機構７０は、前支持体２０及び後支持体２１を備える。前支持体２０及び後支持体２１は前後に離隔し、上板部１８ｂの上面に固定してある。後支持体２１は前後方向を軸方向とした筒状をなし、後支持体２１の後部に第二モータ２２（第一駆動源）が設けてある。後支持体２１の内側に、前後方向を軸方向とした伝動円柱２４が設けてある。伝動円柱２４の軸部分に第二モータ２２の回転軸２２ａが同軸的に連結する。

前支持体２０は前後方向を軸方向とした筒状をなし、第三モータ２３（第二駆動源）を収容する。第三モータ２３の回転軸２３ａは前支持体２０から後方に突出する。

前支持体２０及び後支持体２１の間に第一アーム３１が設けてある。第一アーム３１は上下に延びた箱状をなす。第一アーム３１の下端部は前後に貫通した筒状をなす。第一アーム３１の下端部は後方に突出する。図５及び図７に示す如く、第一アーム３１の下端部の後部外周面にプランジャ４４のボール４４ｄが係合する係合溝３１ａが設けてある。係合溝３１ａは左右方向において、プランジャ４４の右隣に位置する。係合溝３１ａは円弧状に形成されており、前記下端部の後部外周面の一部分に設けられている。前記下端部の後部には、円盤状のハブ２５を介して伝動円柱２４が同軸的に連結している。

第一アーム３１の下端部の前部には、第三モータ２３の回転軸２３ａが挿入する。第三モータ２３の回転軸２３ａにはプーリ２６が設けてある。第三モータ２３の回転軸２３ａ、第二モータ２２の回転軸２２ａ、伝動円柱２４の軸部分、第一アーム３１の下端部の軸心は、第一軸（図７参照）上に位置する。第二モータ２２が回転し、伝動円柱２４が第一軸回りに回転して、第一アーム３１は下端部を中心にして、第一軸回りに回転する。

第一アーム３１の上端部前側に、前後方向を軸方向とした伝動円柱３３が設けてある。伝動円柱３３は前後に突出した軸部３３ａを備える。軸部３３ａの後端部は第一アーム３１の上端部を貫通し、第一アーム３１の内側に位置する。軸部３３ａの後端部にはプーリ３３ｂが設けてある。第三モータ２３の回転軸２３ａ及び軸部３３ａに設けた二つのプーリ２６、３３ｂにベルト３６が掛架している。

伝動円柱３３の前側に第二アーム３２が設けてある。第二アーム３２は上下に延びた箱状をなす。第二アーム３２の上端部に伝動円柱３３が連結している。前記軸部３３ａは第二軸（図７参照）上に位置する。第三モータ２３が回転し、ベルト３６を介して軸部３３ａ及び伝動円柱３３が軸回りに回転し、第二アーム３２は上端部を中心にして、第二軸回りに回転する。

第二アーム３２の下端部は、第四モータ３４を収容する。第二アーム３２の下端部の後側に開口３２ａが設けてある。第四モータ３４の回転軸３４ａは開口３２ａから後方に突出している。前記回転軸３４ａにプーリ３５が設けてある。

第二アーム３２の下端部下面に前後方向を軸方向とした支持筒６６が設けてある。支持筒６６は有底円筒状をなす。支持筒６６の底部は後側に位置する。支持筒６６には伝動体６５が設けてある。伝動体６５は前後方向を軸方向とした円盤状をなす。伝動体６５の中心に回転軸６７が設けてある。回転軸６７は伝動体６５から前後に延びる。回転軸６７の後端部は支持筒６６の底部を貫通し、支持筒６６の後側に突出している。回転軸６７の後端部にプーリ３６が設けてある。第四モータ３４の回転軸３４ａ及び回転軸６７に設けた二つのプーリ３５、３６にベルト３７が掛架している。

回転軸６７の前端部には円板部６８が設けてある。該円板部６８の前側に、前面視Ｌ形の支持板６４が設けてある。円板部６８は支持板６４の角部６４ａに連結する。第四モータ３４及びプーリ３５が回転し、ベルト３７を介してプーリ３６、回転軸６７及び伝動体６５が回転し、支持板６４が回転する。支持板６４は前後方向を回転軸方向として、角部６４ａを中心に回転する。

支持板６４の両端部夫々にワーク９１を把持する把持部６０が設けてある。把持部６０は、シリンダ６１と、該シリンダ６１の駆動によって移動する移動板６２と、移動板６２に対向する受け部材６３とを備える。シリンダ６１が駆動し、移動板６２は受け部材６３に接近するか又は受け部材６３から離れる。移動板６２と受け部材６３の間にワーク９１が位置し、移動板６２が受け部材６３に接近した場合、移動板６２及び受け部材６３はワーク９１を把持する。移動板６２及び受け部材６３がワーク９１を把持し、移動板６２が受け部材６３から離れた場合、移動板６２及び受け部材６３はワーク９１を離す。

図８は、非係合状態のプランジャ４４及び係合溝３１ａを示す部分拡大正面図、図９は、係合状態のプランジャ４４及び係合溝３１ａを示す部分拡大正面図である。図８に示す如く、第一アーム３１が右側（壁１０１側）に回転した場合、係合溝３１ａはボール４４ｄから上方に離れる。ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合しない。

図９に示す如く、第一アーム３１が左側（壁１０１の反対側）に回転した場合、係合溝３１ａは、ボール４４ｄの上側から下側に亘る範囲に位置する。換言すれば、係合溝３１ａが位置する上下範囲はボール４４ｄの上下位置を含む。係合溝３１ａ及びボール４４ｄの前後位置が略同じ場合、非係合状態の係合溝３１ａがプランジャ４４に接近することで、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合する。

図１０は、ロボット１の駆動を制御する制御装置８０付近の構成を略示するブロック図である。制御装置８０（位置判定部、速度設定部、制御部）は、ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、不揮発性メモリ８４、入力インタフェース８５、出力インタフェース８６を備える。ＣＰＵ８１はＲＯＭ８２に格納した制御プログラムをＲＡＭ８３に読み込んで、工作機械１００及びワーク交換装置の駆動を制御する。ＲＯＭ８２はワーク９１を交換する交換プログラムを格納する。ＣＰＵ８１は交換プログラムを構成する複数のブロックを順次読み込んで、ワーク交換処理を実行する。

第一モータ１１〜第四モータ３４は第一エンコーダ１１ｂ〜第四エンコーダ３４ｂを夫々備える。第一エンコーダ１１ｂ〜第四エンコーダ３４ｂは第一モータ１１〜第四モータ３４の回転角度を検出し、入力インタフェース８５を介して、検出した回転角度を制御装置８０に入力する。近接センサ４５ｂは交換機構７０が近接したか否かを示す信号を制御装置８０に入力する。制御装置８０は、出力インタフェース８６を介して、第一モータ１１〜第四モータ３４及びシリンダ６１に夫々駆動信号を出力する。

制御装置８０は、第一エンコーダ１１ｂから入力した第一モータ１１の回転角度に基づいて、搬送装置の前後位置を演算し、第二エンコーダ２２ｂから入力した第二モータ２２の回転角度に基づいて、第一アーム３１の回転角度を演算し、第三エンコーダ２３ｂから入力した第三モータ２３の回転角度に基づいて、第二アーム３２の第二回転角度を演算し、第四エンコーダ３４ｂから入力した第四モータ３４の回転角度に基づいて、支持板６４の回転軸６７回りの向きを演算する。

図１１は、第一アーム３１の第一回転角度及び第二アーム３２の第二回転角度を測定する基準を示す部分拡大正面図である。第一アーム３１の第一回転角度は、第一軸から上方向に延びた第一基準線（鉛直線）を基準にして、右側への第一回転角度を正、左側への第一回転角度を負とする。第一アーム３１の上端部が第一基準線よりも右側に回転した場合、第一アーム３１と第一基準線とがなす角度が第一アーム３１の正の第一回転角度となる。第一アーム３１の上端部が第一基準線よりも左側に回転した場合、第一アーム３１と第一基準線とがなす角度が第一アーム３１の負の第一回転角度となる。

第二アーム３２の第二回転角度は、第一軸から第一アーム３１の長手方向に延びた第二基準線を基準にして、右側への第二回転角度を正、左側への第二回転角度を負とする。第二アーム３２の上端部が第一基準線よりも右側に回転した場合、第二アーム３２と第二基準線とがなす角度が第二アーム３２の正の第二回転角度となる。第二アーム３２の上端部が第二基準線よりも左側に回転した場合、第二アーム３２と第二基準線とがなす角度が第二アーム３２の負の第二回転角度となる。

図１２は、制御装置８０による速度設定処理を説明するフローチャートである。制御装置８０は、後述するワーク交換処理において、交換プログラムを先読みし、第一アーム３１、第二アーム３２及び支持板６４の回転速度を設定する速度設定処理を適宜実行する。

制御装置８０のＣＰＵ８１は、次に実行する第一アーム３１の回転処理を実行するブロックを読み込み、第一回転角度を演算する（ステップＳ１）。ＣＰＵ８１は、次に実行する第二アーム３２の回転処理を実行するブロックを読み込み、第二アーム３２の第二回転角度を演算する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ８１は、演算した第一回転角度が０度未満であり且つ第二回転角度が０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。演算した第一回転角度が０度未満であり且つ第二回転角度が０度未満である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、「高速」を示す速度をＲＡＭ８３又は不揮発性メモリ８４に設定し（ステップＳ４）、処理を終了する。

演算した第一回転角度が０度未満であり且つ第二回転角度が０度未満でない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、「低速」を示す速度をＲＡＭ８３又は不揮発性メモリ８４に設定し（ステップＳ５）、処理を終了する。

図１３は、制御装置８０によるワーク交換処理を説明するフローチャートである。図１４は初期状態のロボット１を略示する平面図、図１５は初期状態のロボット１を略示する正面図である。図１４及び図１５において、交換機構７０はカバー２の開口２ｄから外側（右側）に出ている。図１６は開閉扉４３が閉じ且つボール４４ｄが係合溝３１ａに係合した状態のロボット１を略示する平面図、図１７は開閉扉４３が閉じ且つボール４４ｄが係合溝３１ａに係合した状態のロボット１を略示する部分断面正面図である。

図１８は開閉扉４３が開き且つ交換機構７０が壁１０１の内側に入った状態のロボット１を略示する平面図、図１９は開閉扉４３が開き且つ交換機構７０が壁１０１の内側に入った状態のロボット１を略示する部分断面正面図である。図２０は交換機構７０がカバー２の外側でワーク９１を交換する状態のロボット１を略示する平面図、図２１は交換機構７０がカバー２の外側でワーク９１を交換する状態のロボット１を略示する正面断面図である。

ワーク交換処理を説明する。初期状態において、開閉扉４３は閉じており、ロボット１は軌道１３の後端部に位置しているとする。また第一回転角度及び第二回転角度は０度以上であるとする（図１４及び図１５参照）。ＣＰＵ８１は速度設定処理を実行し、速度を設定する（ステップＳ１１）。ＣＰＵ８１は、加工プログラムを先読みし、次に実行する第一アーム３１及び第二アーム３２の目標角度（第一回転角度及び第二回転角度）を読み込み、速度設定処理を実行する。

ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合しない位置まで第一アーム３１を右側に回転する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂの検出値を取り込み、第二モータ２２をフィードバック制御する。ステップＳ１１において、ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合しない位置まで第一アーム３１が右側に回転する角度（第一回転角度）を読み込んでいる。故にステップＳ１２において、「低速」を示す速度を設定済みであり、第一アーム３１は低速で回転する。

ＣＰＵ８１は第一モータ１１に駆動信号を出力し、ロボット１は所定位置まで前進する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ８１は第一エンコーダ１１ｂの検出値を取り込み、第一モータ１１をフィードバック制御する。所定位置は、ボール４４ｄが係合溝３１ａに係合可能な位置である。なおロボット１が前記係合可能な位置に到達した場合、近接センサ４５ｂが開閉扉４３の前端部にＬ形の取付具４６を介して設けたブロック４５ａを検知しオンになる。近接センサ４５ｂは、ボール４４ｄが係合溝３１ａに係合可能な位置である場合、ロボット１が前進、後進してもオンの状態を保持する。

ＣＰＵ８１は近接センサ４５ｂの信号を取り込み、近接センサ４５ｂがオンになるまで待機する（ステップＳ１４：ＮＯ）。近接センサ４５ｂがオンになった場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は速度設定処理を実行し、速度を設定する（ステップＳ１５）。

ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合する位置まで第一アーム３１を左側に回転する（ステップＳ１６）。ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂの検出値を取り込み、第二モータ２２をフィードバック制御する。ステップＳ１６の処理を実行後、第一回転角度は０度以上である（図１６及び図１７参照）。

ステップＳ１５において、ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合する位置まで第一アーム３１が左側に回転する角度（第一回転角度）、すなわち０度以上の角度を読み込んでいる。故にステップＳ１６において、「低速」を示す速度を設定済みであり、第一アーム３１は低速で回転する。

ＣＰＵ８１は第一モータ１１に駆動信号を出力し、ロボット１は、所定位置（開閉扉４３の開度が、交換機構７０が壁１０１の内側に入ることが可能な開度となる位置）まで後進する（ステップＳ１７）。ボール４４ｄが係合溝３１ａに係合しているので、ロボット１の後進によって開閉扉４３は開く。ＣＰＵ８１は第一エンコーダ１１ｂの検出値を取り込み、第一モータ１１をフィードバック制御する。

ＣＰＵ８１は速度設定処理を実行し、速度を設定する（ステップＳ１８）。ＣＰＵ８１は、壁１０１の内側まで第一アーム３１及び第二アーム３２を左側に回転する（ステップＳ１９）。ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂ及び第三エンコーダ２３ｂの検出値を取り込み、第二モータ２２及び第三モータ２３をフィードバック制御する。ステップＳ１９の処理を実行後、第一回転角度は０度未満である（図１８及び図１９参照）。

ステップＳ１８において、ＣＰＵ８１は、壁１０１の内側に位置するまで第一アーム３１が左側に回転する角度（第一回転角度）、すなわち０度未満の角度を読み込んでいる。故にステップＳ１９において、「高速」を示す速度を設定済みであり、第一アーム３１及び第二アーム３２は高速で回転する。一方の把持部６０は、工作機械１００のワーク保持台に載置した加工済みのワーク９１の上側に位置する。

ＣＰＵ８１は壁１０１の内側で、加工済みのワーク９１と未加工のワーク９１を交換する（ステップＳ２０）。ＣＰＵ８１はシリンダ６１に駆動信号を出力し、一方の把持部６０で加工済みのワーク９１を把持する。ＣＰＵ８１は支持板６４を略９０度高速で回転する。ＣＰＵ８１は第四エンコーダ３４ｂの検出値を取り込み、第四モータ３４をフィードバック制御する。ＣＰＵ８１はシリンダ６１に駆動信号を出力し、他方の把持部６０で予め把持していた未加工のワーク９１を離し、前記ワーク保持台に載置する。

ＣＰＵ８１は第一アーム３１及び第二アーム３２を壁１０１の外側まで右側に回転する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂ及び第三エンコーダ２３ｂの検出値を取り込み、第二モータ２２及び第三モータ２３をフィードバック制御する。第一アーム３１及び第二アーム３２は高速で壁１０１の外側まで回転する。例えば、壁１０１の外側で第一アーム３１の第一回転角度は０度であり、第二アーム３２の第二回転角度は１８０度である。即ち、正面視において、図１７で示すような状態になる。

ＣＰＵ８１は第一モータ１１に駆動信号を出力し、ロボット１は、開閉扉４３が閉じる位置まで前進する（ステップＳ２２）。ＣＰＵ８１は第一エンコーダ１１ｂの検出値を取り込み、第一モータ１１をフィードバック制御する。ロボット１が、開閉扉４３が閉じる位置に到達した場合、近接センサ４５ｂはボール４４ｄが係合溝３１ａに係合可能な位置でありオンの状態を保持している。

ＣＰＵ８１は近接センサ４５ｂの信号を取り込み、近接センサ４５ｂがオンであることを確認するまで待機する（ステップＳ２３：ＮＯ）。近接センサ４５ｂがオンになった場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は速度設定処理を実行し、速度を設定する（ステップＳ２４）。

ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合しない位置まで第一アーム３１を右側に回転する（ステップＳ２５）。ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂの検出値を取り込み、第二モータ２２をフィードバック制御する。ステップＳ２４において、ＣＰＵ８１は、係合溝３１ａがボール４４ｄに係合しない位置まで第一アーム３１が右側に回転する角度（第一回転角度）を読み込んでいる。故にステップＳ２５において、「低速」を示す速度を設定済みであり、第一アーム３１は低速で回転する。

ＣＰＵ８１は第一モータ１１に駆動信号を出力し、ロボット１は、所定位置（把持部６０が把持した加工済みのワーク９１を載置台９０に載置可能な位置）まで後進する（ステップＳ２６）。ボール４４ｄが係合溝３１ａに係合していないので、ロボット１の後進によって開閉扉４３は開かない。ＣＰＵ８１は第一エンコーダ１１ｂの検出値を取り込み、第一モータ１１をフィードバック制御する。

ＣＰＵ８１は速度設定処理を実行し、速度を設定する（ステップＳ２７）。ＣＰＵ８１は、第一アーム３１及び第二アーム３２を右側に回転し、交換機構７０をカバー２の開口２ｄから外側（右側）に出し、ワーク９１を交換する（ステップＳ２８、図２０及び図２１参照）。

ステップＳ２７において、ＣＰＵ８１は、カバー２の外側に位置するまで第一アーム３１が左側に回転する角度（第一回転角度）、すなわち０度以上の角度を読み込んでいる。故にステップＳ２８において、「低速」を示す速度を設定済みであり、第一アーム３１及び第二アーム３２は低速で回転する。加工済みのワーク９１を把持した一方の把持部６０は載置台９０の上側に位置する。

ＣＰＵ８１は一方の把持部６０のシリンダ６１に駆動信号を出力する。カバー２の外側で一方の把持部６０は加工済みのワーク９１を離し、載置台９０に載置する。ＣＰＵ８１は支持板６４を略９０度低速で回転する。ＣＰＵ８１は第四エンコーダ３４ｂの検出値を取り込み、第四モータ３４をフィードバック制御する。ＣＰＵ８１は他方の把持部６０のシリンダ６１に駆動信号を出力し、他方の把持部６０で、載置台９０に予め載置した未加工のワーク９１を把持する。ＣＰＵ８１はワーク交換処理を終了する。

実施の形態に係るワーク交換装置にあっては、ロボット１の交換機構７０は壁１０１の内側及びカバー２の外側の間でワーク９１を交換する。即ち交換機構７０の可動範囲は、カバー２がロボット１を覆う範囲の外側の領域を含む。故に、交換機構７０がカバー２の外側に位置する場合、交換機構７０の駆動速度を低くし、ロボット１及びカバー２の専有面積を小さくし且つ安全性を確保することができる。交換機構７０がカバー２の外側に位置しない場合、交換機構７０の駆動速度を高くし、短時間でワークを交換することができる。

また交換機構７０は、回転可能な第一アーム３１と第二アーム３２を備える。第一アーム３１と第二アーム３２の回転角度に基づき、交換機構７０がカバー２の外側に位置するか否か、換言すれば、第一アーム３１又は第二アーム３２の少なくとも一部がカバー２の外側に位置するか否を判定する。また壁１０１に設けた開閉扉４３の開閉に連動してロボット１はワーク９１を交換し、円滑なワーク交換を実現する。

なお開閉扉４３に近接センサ４５ｂを設け、上板部１８ｂにブロック４５ａを設けてもよい。

１ロボット
２カバー
２２第二モータ（第一駆動源）
２３第三モータ（第二駆動源）
３１第一アーム
３２第二アーム
４扉ユニット
４３開閉扉
４４プランジャ
４５ａブロック
４５ｂ近接センサ
７０交換機構
８０制御装置（位置判定部、速度設定部、制御部）
８１ＣＰＵ
８２ＲＯＭ
８３ＲＡＭ
８４不揮発性メモリ
８５入力インタフェース
８６出力インタフェース
９１ワーク
１００工作機械
１０１壁

Claims

工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置しており、前記壁の内外でワークを交換するロボットを備えるワーク交換装置において、
前記壁に平行な方向に移動して、前記壁に形成された開口を開閉する開閉扉が前記壁に設けてあり、
前記ロボットは、
基台と、
該基台に設けてあり、前記開閉扉の開閉方向に延びる軌道と、
前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構と、
前記軌道上を移動し、前記交換機構を支持する支持部と、
該支持部に動力を供給する動力源と
を有し、
前記交換機構及び開閉扉の連結及び連結解除を行う連結機構を備え、
前記連結機構によって前記交換機構及び開閉扉を連結させた後、前記動力源の駆動によって、前記開閉扉は開閉されるようにしてあり、
前記カバーは前記基台及び軌道を覆い、
前記交換機構が前記壁の外側に位置するか否かを判定する位置判定部と、
該位置判定部にて前記交換機構が前記壁の外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定し、前記位置判定部にて前記交換機構が前記壁の外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも速い第二速度に設定する速度設定部と、
該速度設定部で設定した速度で前記交換機構を駆動制御する制御部と
を備えることを特徴とするワーク交換装置。
前記交換機構は、
一端部を中心に回転する第一アームと、
該第一アームを回転駆動する第一駆動源と、
一端部に把持部を有し、他端部を前記第一アームの他端部に回転可能に接続した第二アームと、
該第二アームを回転駆動する第二駆動源と
を備え、
前記位置判定部は、
前記第一アームの回転角度を演算する第一回転角度演算部と、
前記第二アームの回転角度を演算する第二回転角度演算部と
を備え、
前記位置判定部は、前記第一回転角度演算部及び第二回転角度演算部の演算結果に基づき、前記第一アーム又は第二アームの少なくとも一部が前記壁の外側に位置するか否かを判定すること
を特徴とする請求項１に記載のワーク交換装置。
前記開閉扉の開閉に連動して前記ロボットは前記ワークを交換すること
を特徴とする請求項１又は２に記載のワーク交換装置。
工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置するロボットが前記壁の内外でワークを交換するワーク交換方法において、
前記壁に平行な方向に移動して、前記壁に形成された開口を開閉する開閉扉が前記壁に設けてあり、
前記ロボットは、
基台と、
該基台に設けてあり、前記開閉扉の開閉方向に延びる軌道と、
前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構と、
前記軌道上を移動し、前記交換機構を支持する支持部と、
該支持部に動力を供給する動力源と
を有し、
前記交換機構及び開閉扉の連結及び連結解除を行う連結機構を備え、
前記連結機構によって前記交換機構及び開閉扉を連結させた後、前記動力源の駆動によって、前記開閉扉は開閉されるようにしてあり、
前記カバーは前記基台及び軌道を覆い、
前記交換機構が前記壁の外側に位置するか否かを判定し、
前記交換機構が前記壁の外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定し、
前記交換機構が前記壁の外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも速い第二速度に設定し、
設定した速度で前記交換機構を駆動制御すること
を特徴とするワーク交換方法。
工作機械を覆う壁の外側に配置したカバーと前記壁の間に位置し、前記壁の内外でワークを交換するロボットの駆動を制御する制御装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、
前記壁に平行な方向に移動して、前記壁に形成された開口を開閉する開閉扉が前記壁に設けてあり、
前記ロボットは、
基台と、
該基台に設けてあり、前記開閉扉の開閉方向に延びる軌道と、
前記壁の内側及び前記カバーの外側の間でワークを交換する交換機構と、
前記軌道上を移動し、前記交換機構を支持する支持部と、
該支持部に動力を供給する動力源と
を有し、
前記交換機構及び開閉扉の連結及び連結解除を行う連結機構を備え、
前記連結機構によって前記交換機構及び開閉扉を連結させた後、前記動力源の駆動によって、前記開閉扉は開閉されるようにしてあり、
前記カバーは前記基台及び軌道を覆い、
前記制御装置に、
前記交換機構が前記壁の外側に位置するか否かを判定させ、
前記交換機構が前記壁の外側に位置すると判定した場合、前記交換機構の動作速度を第一速度に設定させ、
前記交換機構が前記壁の外側に位置しないと判定した場合、前記交換機構の動作速度を前記第一速度よりも速い第二速度に設定させ、
設定した速度で前記交換機構を駆動制御させること
を特徴とするコンピュータプログラム。