JP6713587B2 - ワーク搬送ロボット - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を挟んで配置された一対のチャックを備えたロボットハンドを有し、そのロボットハンドにおけるワークのクランプ確認が可能なワーク搬送ロボットに関する。

工作機械では、主軸チャックにワークが把持され、回転するそのワークに対して切削工具が当てられるなどして所定の加工が行われる。そして、この工作機械においてワークの自動加工を行うには、主軸チャックに対してワークの受渡しをするワーク搬送ロボットが必要になる。そのワーク搬送ロボットには、ワークを把持することが可能なロボットハンドが備えられている。従って、ロボットハンドのチャックによってワークが確実にクランプされることにより、工作機械の主軸チャックとの間で正確なワークの受け渡しが行われ、ワークに対する自動加工が実行される。そのため、ワーク搬送ロボットによってワークが確実にクランプされているか否かを確認することが好ましい。

下記特許文献１には、ワーク固定装置によってワークを把持した場合に、その把持状態の異常を判定することができるロボットシステムが開示されている。この従来例では、ロボットハンドがワークを挟み込むようにしたクランプが行われる。その際、ワークとロボットハンドとの間に異物が挟み込まれてしまうと、ワークが傾いた姿勢でクランプされ、適切なワークの受け渡しができなくなってしまう。そこで、従来例では、ロボットハンドを回転駆動するサーボモータに関して外乱トルクが制御装置によって監視され、その値と閾値との比較からワークの把持状態の異常検出が行われるようになっている。

特開２０１６−１９３４６３号公報

ワーク搬送ロボットのロボットハンドには様々なタイプがあり、その一つに表裏両面でワークを把持することができるように、対となる２つのチャックを備えたものがある。こうしたロボットハンドでは、例えば工作機械の主軸チャックとの間でワークの受渡しが行われ、一方が加工を行うワークを供給するためのローダチャックとして機能し、他方が加工済みのワークを取り出すためのアンローダチャックとして機能する。前記従来例の場合は、把持したワークの姿勢について検出が行われているが、ワーク搬送ロボットに関しては、ロボットハンドのワークの掴み損ねによるワーク落下をゼロにすることは困難であるため、そうした状態を判定することも必要になる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、簡易な手段によりワークの掴み損ねを判定するワーク搬送ロボットを提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるワーク搬送ロボットは、保持したワークを移動させる駆動機構を備えた搬送ロボット本体と、前記搬送ロボット本体に組み付けられ、ワークを表裏両面で把持する第１チャックと第２チャックとを備えたロボットハンドと、前記第１チャックと前記第２チャックとが対称的な位置となる回転軸を介して前記ロボットハンドを前記搬送ロボット本体に軸支し、サーボモータにより前記回転軸を中心に回転する前記ロボットハンドの当該回転方向の位置決めを行うロボットハンド回転機構と、前記サーボモータを計測駆動させて得られるトルク情報に基づく前記ロボットハンドの計測状態情報と、前記ロボットハンドの作業プログラムから得られるワーク把持情報との状態比較判定を行う制御装置とを有する。

前記構成によれば、前記サーボモータの計測駆動によって前記ロボットハンドが回転軸を中心に回転し、その回転を止めた状態で得られるトルク情報から前記ロボットハンドの計測状態情報が取得され、前記ロボットハンドの作業プログラムから得られるワーク把持情報との状態比較判定が行なわれることにより、ワークの掴み損ねを確認することが可能になる。

ワーク搬送ロボットの一実施形態を示した伸びた状態の斜視図である。 ワーク搬送ロボットの一実施形態を示した折り畳み状態の側面図である。 図２に示す多関節ロボットのＡ−Ａ矢視の一部断面図である。 ロボットハンドにおけるワークの把持パターンを示した図である。 クランプ確認処理実行時のロボットハンドを示した図である。

次に、本発明に係るワーク搬送ロボット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。本実施形態では、加工機械ラインにおいてワークの搬送を行うワーク搬送ロボットを例に挙げて説明する。加工機械ラインは、ワークに対して加工を行う工作機械や検測機械などが複数台並べられて構成されたものであり、ワーク搬送ロボットは、その工作機械などの各々に対して加工工程に従ったワーク搬送を順番に行うものである。工作機械およびワーク搬送ロボットは共にチャック機構を有し、その掴み換え動作によりワークの受け渡しが行われるようになっている。

図１及び図２は、ワーク搬送ロボットを示した図であり、図１は、工作機械との間でワークの受渡しを行うために、多関節ロボット５が伸びた状態が示されている。そして、図２は、移動のために多関節ロボット５が折り畳まれた状態を示した側面図である。このワーク搬送ロボット１が搭載される加工機械ラインは、ベース１０の上に複数の工作機械などが横並びに配置される。図面では工作機械２台分のベース１０が示されているが、このベース１０を増やすことにより、ワークの加工内容に応じた数の工作機械などが並べられる。ワーク搬送ロボット１は、そうしたベース１０の前部に走行装置３を介して組み付けられている。

走行装置３は、ベース１０の前面部に水平方向に延びたラック１１やレール１２が平行に固定されている。走行台１３には、レール１２を掴んで摺動する走行スライダ１４や、駆動源となる走行用モータ１５が一体になって構成されている。走行用モータ１５の回転軸にはピニオン１６が固定され、それがラック１１に噛合している。従って、走行装置３は、走行台１３が走行用モータ１５の駆動によって加工機械ラインに沿って自由に移動し、対応する工作機械などの位置に合わせた停止が可能になっている。そして、走行台１３上には旋回テーブル１８を介して多関節ロボット５が搭載されている。ワーク搬送ロボット１は、この多関節ロボット５が自由に移動できるほか、旋回用サーボモータの駆動制御により向きを自由に変えることができる。

多関節ロボット５は、旋回テーブル１８に支持台２１が固定され、その支持台２１には第１関節機構２３を介して上腕部材２４が連結されている。更に、上腕部材２４には第２関節機構２５を介して前腕部材２６が連結されている。よって、多関節ロボット５は、第１関節機構２３および第２関節機構２５を構成する関節用モータを駆動させることにより、上腕部材２４および前腕部材２６の角度調整が行われ、図２に示す折り畳み状態と、図１に示す延びた状態とに形態を変化させることができるようになっている。

その多関節ロボット５には、先端部にワークを把持することが可能なロボットハンド７が組み付けられている。図３は、図２に示す多関節ロボット５のＡ−Ａ矢視の一部断面図である。ロボットハンド７は、前腕部材２６を構成する前腕プレート２６１の先端部分に組み付けられている。すなわち、前腕プレート２６１は左右両側に設けられ、その先端部分に軸受２８を介して本体ブロック３０が回転自在に軸支されている。そして、このロボットハンド７には、本体ブロック３０に対して図示する面の第１チャック３１と、反対側の面の第２チャック３２とが構成されている（図２参照）。

第１チャック３１と第２チャック３２は、回転軸３６（図２参照）を中心にして本体ブロック３０の表裏両面に対称的に配置され、共に１２０°の間隔で放射状に組み付けられた３本のチャック爪３５が、油圧機構によって開閉作動するチャック機構が構成されている。従って、ロボットハンド７では、第１チャック３１と第２チャック３２の各々において３本のチャック爪３５が作動し、ワークの把持と解放とが行われるようになっている。

多関節ロボット５は、ロボットハンド７の回転方向の位置決めを行うロボットハンド回転機構が設けられている。すなわち、前腕部材２６の第２関節機構２５側にサーボモータであるハンド用モータ３７が固定され、その出力軸と回転軸３６にそれぞれ固定されたプーリを介してベルト３８が掛け渡されている。こうしてハンド用モータ３７の回転出力がベルト３８を介してロボットハンド７の回転軸３６に伝達され、ロボットハンド７の回転角度、つまり第１チャック３１と第２チャック３２のチャック面を任意の角度に調節することが可能になっている。

ワーク搬送ロボット１には、全体の駆動を制御する制御装置９が設けられ（図２参照）、走行装置３の走行用モータ１５、多関節ロボット５の関節用モータ、ロボットハンド７のハンド用モータ３７および、ロボットハンド７の油圧機構などについて、所定の作業内容を実行するための駆動制御が行われるようになっている。従って、制御装置９のメモリには、その作動内容に応じた各部の駆動制御を実行するための作業プログラムが格納されている。そして、さらに本実施形態では、作業工程の合間に行われるワークのクランプ確認を実行するためのクランプ確認プログラムも格納されている。

そこで、ワーク搬送ロボット１では、制御装置９による駆動制御によって次のような作業が実行される。先ず、ワーク搬送ロボット１は、走行用モータ１５の駆動制御によりピニオン１６がラック１１を転動し、走行台１３がレール１２に沿って移動する。そして、ワークの受渡しを行う所定の位置で走行台１３が停止して多関節ロボット５の位置決めが行われる。多関節ロボット５は、移動時には図２に示すように起立し、停止位置で行われる作業、例えば供給パレットからのワークの取り出しや工作機械とのワークの受渡しでは、図１に示すように伸びるように形態が変化する。

多関節ロボット５の駆動は、第１関節機構２３及び第２関節機構２５がサーボモータである関節用モータの回転制御によって上腕部材２４や前腕部材２６の角度調整が行われ、ロボットハンド７が設定された作業位置へと移される。そして、ロボットハンド７では、第１チャック３１や第２チャック３２が３本のチャック爪３５が開閉し、ワークのクランプ或いはアンクランプが行われる。

ところで、ワーク搬送ロボット１では、ロボットハンド７により確実にワークが把持され、次の工程へとそのワークが搬送される。しかし、ロボットハンド７がワークを掴み損ねて落下させてしまうことを完全になくすことは困難である。そこで、本実施形態のワーク搬送ロボット１では、制御装置９のメモリに記憶されたクランプ確認プログラムに従ってワークのクランプ確認処理が実行される。

図４は、ロボットハンド７で行われるワークの把持パターンを示した図である。２つのチャックを備えたロボットハンド７では、このようにワークの搬送工程において４つのパターンがあり得る。つまりワークＷを一方又は双方で把持するパターン２〜４の把持状態と、ワークＷを持たないパターン１の非把持状態である。そして、こうしたロボットハンド７の各工程における把持パターンは、ワーク搬送ロボット１に対する一連の作業内容を記録した作業プログラムから取得することが可能になっている。

一方で、ロボットハンド７の回転を停止させて姿勢を保った場合、ハンド用モータ３７には静止トルクが発生し、その静止トルクに応じた電流が流れる。そこで、クランプ確認プログラムでは、計測駆動としてロボットハンド７を所定の回転角度で停止させた場合に、その電流値がトルク情報としてワーク把持の確認に使用される。特に、本実施形態の計測駆動では、図４に示すように、第１チャック３１と第２チャック３２が同じ高さになるようにロボットハンド７の回転角度が調整され、その駆動制御に従ったハンド用モータ３７のトルク情報を基にして行われる。

図４に示す各パターンでは、ほぼ釣り合い状態であるパターン１，４の場合は、静止トルクに応じた電流値は小さくなり、逆に非釣り合い状態であるパターン２，３の場合は、姿勢を保つように静止トルクが大きくなり電流値も大きくなる。そのため、このように明確に区別できる電流値をトルク情報として利用することにより、その電流値と任意に設定した閾値とを比較した計測状態情報が取得される。計測状態情報は、電流値が閾値より小さい場合に把持パターンをパターン１，４と認定するものと、電流値が閾値より大きい場合に把持パターンをパターン２，３と認定するものである。

クランプ確認処理では、作業プログラムから取得した把持パターンと、計測状態情報から得られた把持パターンとの比較を行う状態比較判定が行われる。ただし、本実施形態では、ワーク搬送ロボット１が加工機械ラインにおいてワークを搬送するなかで、特にロボットハンド７によるワークの掴み損ねが生じやすい工程が選択され、当該工程でのみ状態比較判定が行われるように設定がされている。ロボットハンド７ではワークの掴み損ねが問題なることは滅多にないが、加工処理によってワークとチャック爪との摩擦抵抗が小さくなるなど、掴み損ないが起こり易い状況が特定の工程で生じ得るからである。

図５は、選択された工程で、状態比較判定が行なわれる場面を示した図である。具体的には、工作機械との間で新たなワークＷと加工済みワークＷとの取り換え作業が行われる工程である。よって、この工程では作業プログラムから取得されるワーク把持情報がパターン４であるため、静止トルクに応じた電流値が閾値より小さければ、その計測状態情報との状態比較判定により正常状態であることが確認できる。一方で、静止トルクに応じた電流値が閾値より大きい場合には、第１チャック３１と第２チャック３２のいずれか一方でワークＷが把持されておらず、状態比較判定により正常な状態でないことが確認でき、制御装置９により警報装置を作動させた警告処理が行われる。

図５に示す状況以外について具体的に図示しないが、第１チャック３１と第２チャック３２のいずれか一方でワークＷが把持され、工作機械に対するワークＷの供給あるいは取り出しが行われる場合がある。その場合には作業プログラムから取得されるワーク把持情報がパターン２又はパターン３であるため、静止トルクに応じた電流値が閾値より大きければ、状態比較判定により正常状態であることが確認できる。一方で、静止トルクに応じた電流値が閾値より小さい場合には、ワークＷが把持されていないパターン１であるため、状態比較判定によりエラーと判定され、制御装置９によって警報装置を作動させた警告処理が行われる。

本実施形態では、前述したように、クランプ確認処理によりロボットハンド７におけるワークの掴み損ないが判定される。つまり、パターン４のワーク把持予定がパターン２又は３になってしまっているか、或いはパターン２又は３のワーク把持予定がパターン１になってしまっているかの判定である。そして、この判定が静止トルクに応じた電流値を確認するだけの簡単な処理で行うことができる。しかも、クランプ確認処理は、第１チャック３１と第２チャック３２を同じ高さにして判定するだけであるため、極めて短時間に、しかもワーク搬送ロボット１が行う一連の作業動作の中で行うことができる。更に、ワークの掴み損ねが起こり得る作業工程を選択するようにしたため、加工機械ライン上で行うワーク搬送ロボット１の作業に対して必要十分な判定を行うことができる。

ところで、本実施形態では、計測状態情報としてパターン１と４、パターン２と３がそれぞれ区別されていない。そして、パターン４のワーク把持予定がワークの掴み損ねによりパターン１になってしまう場合が想定されていない。ワークの掴み損ね自体滅多に起こることではなく、それが両チャック同時に起こる確率は極めて小さいからである。しかし、それぞれの判定を必要とするのであれば、静止トルクに応じて生じる電流値の波形から各パターンを識別するようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、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、ワーク搬送ロボットとして多関節ロボット５が搬送ロボット本体を構成するもの例を挙げて説明したが、ガントリーローダにロボットハンド７を搭載したようなものであってもよい。
前記実施形態では、必要なタイミングでワークのクランプ確認処理が行われるようにしたが、状態比較判定をロボットハンド７がワークを把持する全てのタイミングで行うようにしてもよい。

１…ワーク搬送ロボット ３…走行装置 ５…多関節ロボット ７…ロボットハンド ９…制御装置 ３１…第１チャック ３２…第２チャック ３５…チャック爪 ３６…回転軸 ３７…ハンド用モータ

Claims (3)

1. 保持したワークを移動させる駆動機構を備えた搬送ロボット本体と、
   前記搬送ロボット本体に組み付けられ、ワークを表裏両面で把持する第１チャックと第２チャックとを備えたロボットハンドと、
   前記第１チャックと前記第２チャックとが対称的な位置となる回転軸を介して前記ロボットハンドを前記搬送ロボット本体に軸支し、サーボモータにより前記回転軸を中心に回転する前記ロボットハンドの当該回転方向の位置決めを行うロボットハンド回転機構と、
   前記サーボモータを計測駆動させて得られるトルク情報に基づく前記ロボットハンドの計測状態情報と、前記ロボットハンドの作業プログラムから得られるワーク把持情報との状態比較判定を行う制御装置とを有するワーク搬送ロボット。
2. 前記制御装置は、前記サーボモータの計測駆動により前記第１チャックと前記第２チャックとを同じ高さに配置し、釣り合い状態のトルク情報または非釣り合い状態のトルク情報から、いずれか一方の状態を前記計測状態情報とする請求項１に記載のワーク搬送ロボット。
3. 前記制御装置は、複数あるワークの受渡し工程のうち一又は二以上の特定の受渡し工程に限定して前記状態比較判定を行う請求項1又は請求項２に記載のワーク搬送ロボット。
   

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