JP6728373B2

JP6728373B2 - ワーク自動搬送機

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Publication number: JP6728373B2
Application number: JP2018539464A
Authority: JP
Inventors: 貴史伊藤; 尚中根; 淳島田; 島田　　淳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JPWO2018051476A1; WO2018051476A1; US20190247997A1; CN109689307A; US10850387B2; CN109689307B

Description

本発明は、複数の搬送ロボットを備えたワーク自動搬送機に関する。

複数の加工機械からなる加工機械ラインは、１列に配置された複数の加工機械の間をワークが順番に送られ、各々の加工機械において加工処理や検測処理など所定の処理が実行される。下記特許文献１には、加工機械の間でワークの受渡しをするためのワーク自動搬送機が開示されている。具体的には、加工機械の前を移動可能に組み付けられた搬送ロボットである。複数の加工機械を搭載した架台の前部に搬送用レールが固定され、そこに走行台が移動可能に設けられ、その走行台の上にワークの受渡しを行うロボットアームが搭載されている。

特開２０１０−１５５３００号公報

ワーク自動搬送機は、複数の加工機械との間でワークの受渡しを行うため、搬送ロボットが所定の範囲を移動できるように構成されている。しかし、加工機械の数が多くなった加工機械ラインでは、ワーク自動搬送機に搭載される搬送ロボットの数が増加することとなる。そのため、ワーク搬送の際には搬送ロボット同士でワークの受渡しを行う必要が生じるが、互いの動きを合わせる必要が生じるのでワークの受渡し処理に時間を要してしまい、生産性を低下させてしまうおそれがある。この点、加工機械ラインにワークの仮置き台を設けることで、一方の搬送ロボットが他方の搬送ロボットに影響されることなく作業を行うことができるようになる。しかし、ワークの仮置き台のためのスペースが必要になり、しかも搬送ロボットの数に応じて仮置き台の数が増えるため、加工機械ライン全体が大型化してしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、搬送ロボット間で効率よくワークの受渡しを行うワーク自動搬送機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自動搬送機は、複数の加工部に対してワークを搬送する複数の搬送ロボットと、前記搬送ロボットの駆動を制御する制御装置とを有し、前記搬送ロボットは、前記加工部との間でワークの受渡しを行う受渡し装置と、走行台に搭載した前記受渡し装置を前記加工部に対応して移動させる走行装置と、前記走行台に搭載され、前記受渡し装置から受け取ったワークを保持するワーク保持装置とを有するものであり、前記制御装置は、隣り合う２台の前記搬送ロボットに対して、一方の搬送ロボットの前記受渡し装置が、他方の搬送ロボットの前記ワーク保持装置からワークを受け取るワーク受渡し制御部を有するものである。

本発明によれば、隣り合う２台の搬送ロボットに対して、一方の搬送ロボットの受渡し装置と、他方の搬送ロボットのワーク保持装置との間でワークの受渡しを行わせるようにしたので、一方の搬送ロボットのワーク保持装置にワークを保持しておき、所定のタイミングで他方の搬送ロボットが受渡し装置によってそのワークを取りに行くことができるため、ワークの受渡しを行うときに互いの動きを合わせる必要がなくなり、効率よくワークの受渡しを行うことができる。

ワーク自動搬送機を備える加工機械ラインを示した正面図である。加工機械ラインを構成する加工モジュール（旋盤モジュール）と前カバーを示した斜視図である。多関節ロボットアームが伸びた状態の搬送ロボットを示した斜視図である。多関節ロボットアームが折り畳まれた状態の搬送ロボットを示した斜視図である。搬送ロボット同士のワークの受渡しを示したワーク自動搬送機のイメージ図である。

次に、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。図１は、ワーク自動搬送機を備える加工機械ラインを示した正面図である。この加工機械ライン１００は、ワーク搬入部である図面右端のワーク搬入モジュール１と、ワーク搬出部である図面左端のワーク排出モジュール９との間に、旋盤やマシニングセンタ或いは検測機などの各種モジュールが横並びに設置されたものである。ワーク搬入モジュール１から送り込まれたワークはワーク自動搬送機によって搬送され、旋盤などのモジュールで切削加工が行われるなど、各種モジュールでの工程を経て図面左側のワーク排出モジュール９へと搬送される。

ワーク搬入モジュール１の隣には、旋盤モジュール２，３が設置され、更にその隣には検測モジュール４が設置されている。従って、ワークは旋盤モジュール２，３において切削などの第１加工及び第２加工が行われた後、続く検測モジュール４において加工後のワークに関する寸法精度の確認が行われる。そして、検測モジュール４の隣には、中ぐりや穴あけ加工などを行うマシニングセンタモジュール５が設置され、ワークに対する第３加工が行われる。更に、マシニングセンタモジュール５の隣には歯切り加工を行うホブ盤モジュール６が設置され、ワークに対する第４加工が行われる。

そして、ホブ盤モジュール６の隣には、前工程の加工によってワークに生じたバリを取るためのバリ取りモジュール７と、ワークに着いた切屑などを洗い落とすための洗浄モジュール８とが順番に設置され、更にその隣にワーク排出モジュール９が設置されている。加工機械ライン１００には、こうした所定の処理が行われる各種モジュール２〜８に対してワークを順番に送り込むためのワーク自動搬送機が設けられている。特に、本実施形態のワーク自動搬送機は、２台の搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂによってワークの搬送を行うように構成されている。

各種モジュール１〜９の各々（以下、「加工モジュール１０」と総称する）は、本体カバー１１によって覆われ、前部には図２に示すように前方へと突き出すようにして前カバー１２が形成されている。ここで、図２は、加工機械ライン１００を構成する加工モジュール１０（特に、旋盤モジュール２，３）と前カバー１２を示した斜視図である。加工モジュール１０は、隣同士が接近した状態でベース１３上に搭載されている。そのベース１３にはレール１３１が敷設され、各加工モジュール１０は、車輪を備えた可動ベッド上に旋盤やマシニングセンタなどの加工機本体が組み付けられている。従って、ベース１３上の加工モジュール１０は、レール１３１に沿って前後方向に移動可能な状態で搭載されている。

加工モジュール１０から前方へと突き出すようにして形成された前カバー１２は、加工機械ライン１００の前部に連続した一つの搬送空間１２０を構成している。ここで、本実施形態では、加工モジュール１０の機体前後方向をＺ軸方向、機体幅方向をＹ軸方向、そして高さ方向をＸ軸方向として説明する。従って、搬送空間１２０は、各種モジュール１〜９が並んだライン方向すなわちＹ軸方向に広がっている。この搬送空間１２０は、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂが移動する空間であり、ワーク自動搬送機は、その搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂが各種モジュール１〜９の前部に組み付けられている。

図３及び図４は、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂを示した斜視図である。特に、図３は、加工モジュール１０との間でワークの受渡しを行うため多関節ロボットアーム１７が伸びた状態が示されている。また、図４は、搬送空間１２０を移動するため多関節ロボットアーム１７が折り畳まれた状態が示されている。搬送ロボット１５は、このようにコンパクトな状態に折り畳まれる一方で、伸びた姿勢によって遠くの位置でも作業が可能な多関節ロボットアーム１７によって構成されている。なお、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂは同じ構成であるため、両者をまとめて説明する場合には「搬送ロボット１５」と記載する。

搬送ロボット１５は、ベース１３に対して走行装置１９が組み付けられ、その走行装置１９の上に多関節ロボットアーム１７が搭載されている。走行装置１９は、ベース１３の前面部に支持板２１が固定され、そこにＹ軸方向に沿って配置されたラック２２および２本のレール２３が固定されている。そして、スライダを備えた走行台２５が、レール２３に対して摺動可能に組み付けられている。その走行台２５には走行用モータ２６が設けられ、回転軸に固定されたピニオン２７がラック２２に噛合している。従って、走行用モータ２６が駆動してピニオン２７がラック２２を転動することにより、走行台２５がレール２３に沿ってベース１３の前面部をＹ軸方向に移動することになる。

次に、走行台２５の上には、旋回テーブル２８を介して多関節ロボットアーム１７が搭載されている。その多関節ロボットアーム１７は、幅方向のサイズを抑えた加工モジュール１０とワークの受渡しを可能にした設計になっている。すなわち、多関節ロボットアーム１７は、旋回テーブル２８に支持台３１が固定され、そこに上腕部材３２が第１関節３３を介して連結され、更に上腕部材３２には前腕部材３５が第２関節３６を介して連結されている。支持台３１は、一対の支持プレート３１１が加工モジュール１０の幅寸法に対応して起立し、そこに上腕部材３２の幅方向側面を構成する一対の上腕プレート３２１が第１関節３３によって連結されている。

そして、多関節ロボットアーム１７は、上腕部材３２の中に前腕部材３５が収まるように構成されている。前腕部材３５は、左右に一対の平行な前腕プレート３５１を備え、その前腕プレート３５１と上腕プレート部３２１が第２関節３５によって連結されている。従って、多関節ロボットアーム１７は、上腕部材３２が第１関節３３の駆動によりその角度調整が行われ、前腕部材３５は、第２関節３６の駆動により上腕部材３２に対する角度調整が行われる。更に、多関節ロボットアーム１７には、前腕部材３５にクランプ機構を備えたロボットハンド３８が組み付けられている。そのロボットハンド３８は、前腕プレート３５１に設けられた軸受部材を介して回転可能に取り付けられ、ハンド用モータの駆動により角度調節が行われる。

更に、搬送ロボット１５には、走行台２５の上にワークを反転させる反転装置１８が搭載されている。その反転装置１８は、旋回テーブル２８に固定された多関節ロボットアーム１７の支持台３１に対して組み付けられている。反転装置１８は、一対の把持爪３９が把持用シリンダによって開閉し、ワークを掴むことができるように構成されている。また、反転装置１８には、圧縮エアを作動流体として回転を発生させる回転アクチュエータが設けられ、把持爪３９によって把持したワークを水平面上で１８０°回転させることができるようになっている。

続いて、本実施形態の作用について説明する。加工機械ライン１００では、ワーク搬入モジュール１から搬送ロボット１５Ａによってワークが取り出され、旋盤モジュール２をはじめとする各種モジュール２〜９へのワークの搬送が順番に行われる。その際、途中で搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂの搬送に切り替えが行われる。こうした搬送ロボット１５は、走行用モータ２６の駆動によって回転するピニオン２７がラック２２を転動し、走行台２５が各種モジュール２〜８の前をＹ軸方向に移動することとなる。走行台２５の移動中、その上に搭載された多関節ロボットアーム１７は、図４に示す折りたたまれた状態である。

そして、対象となる加工モジュール１０の前に停止した搬送ロボット１５は、その加工モジュール１０との間でワークの受渡しが行われる。ワークの受渡しは、多関節ロボットアーム１７が、図４に示す折りたたみ状態から図３に示す伸び状態に変形して行われる。そして、ハンド用モータの駆動によりロボットハンド３８が回転して角度調整が行われ、そのロボットハンド３８では、作動油の供給及び排出によってクランプ機構のチャック爪が径方向に移動し、ワークの把持及び解放が行われる。

ところで、旋盤モジュール２，３においてワークに対する両面加工が行われるような場合には、本実施形態では搬送途中にワークの反転が行われる。つまり、旋盤モジュール２からワークを受け取った多関節ロボットアーム１７は、反転装置１８に対してワークの受渡しが行われる。多関節ロボットアーム１７と反転装置１８とのワークの受渡しは、折りたたみ状態になった多関節ロボットアーム３５のロボットハンド３６が一対の支持プレート３１１の間を通って行われる。反転装置１８では、把持用シリンダの駆動により左右一対の把持爪３９が開閉し、ロボットハンド３６からのワークを受け取る。そして、回転アクチュエータの駆動により把持爪３９が１８０°回転し、ワークの向きが反転する。その後、再び多関節ロボットアーム１７がワークを受け取ることにより、ロボットハンド３８が前工程の場合とは反対の面からワークを把持する掴み替えが行われる。

更に、本実施形態では、この反転装置１８を使用し、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂの間でワークの受渡しが行われる。複数ある各種モジュール１〜９の間で行われるワークの搬送は、搬送ロボット１５Ａが前半部分を担当し、後半部分を搬送ロボット１５Ｂが担当することとなる。そのため、ワークの搬送は、加工機械ライン１００の途中で搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂへと切り替えられることとなる。この点、本実施形態と同じく各種モジュール１〜９を備えた従来の加工機械ラインでは、例えば検測モジュール４とマシニングセンタモジュール５の後にそれぞれ１台ずつワーク置き台モジュールが設置されていた。そのワーク置き台モジュールは、ワークの受渡しのための仮置きや、品質チェックのための仮置きなどが行われるものであり、加工モジュール１０（例えば旋盤モジュール２，３）と同じサイズで形成されている。

しかし、加工機械ライン１００にはワーク置き台モジュールは存在しない。本実施形態のワーク自動搬送機は、搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂへのワークの受渡しが直接行われるように構成されているからである。ここで、図５は、搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂへのワークの受渡しを示したワーク自動搬送機のイメージ図である。このワーク自動搬送機５０には、図示するように搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂを駆動制御する搬送用制御装置１６が設けられている。搬送用制御装置１６は、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂを制御するコントローラであり、演算処理装置や記憶装置などが設けられている。特に、記憶装置にはワーク受渡し制御部が設けられ、ワークＷの加工ジョブに従って搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂを駆動させるためのワーク搬送プログラムが格納されている。

加工機械ライン１００は、各種モジュール２〜８の７工程に分かれてワークの加工処理や検測処理などが行われる。各種モジュール２〜８には各々に駆動制御装置が搭載され、該当する工程の処理を実行するための処理プログラムが格納されている。その際、各種モジュール２〜８で実行される加工処理や検測処理などの処理時間が各々異なるため、搬送用制御装置１６に格納されたワーク搬送プログラムは、サイクルタイムが短くなる効率の良い搬送スケジュールが組まれている。特に、搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂ同士で行うワークＷの受渡しに関しては、本実施形態の場合、ワーク搬入時に行われるように設定されている。

また、搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂへ受渡しされるワークＷは、例えば寸法精度処理が終了したものについて行われる。そこで、検測モジュール４からワークＷを受け取った搬送ロボット１５Ａは、多関節ロボットアーム１７のロボットハンド３８から反転装置１８にワークＷが受渡しされる。その反転装置１８では、把持爪３９が１８０°回転し、ワークＷの向きが反転する。そして、搬送ロボット１５Ａは、反転装置１８にワークＷを保持したままワーク搬入モジュール１へと移動し、新たなワークＷの取り出しが行われる。

そのとき、搬送ロボット１５Ａは、図示するように旋回テーブル２８の回転によって多関節ロボットアーム１７がワーク搬入モジュール１側を向き、背面側にある反転装置１８が搬送ロボット１５Ｂ側を向いた姿勢となる。そのため、搬送ロボット１５Ｂは、新たなワークＷの取り出し作業を行っている搬送ロボット１５Ａから、加工途中のワークＷを受け取ることができる。つまり、搬送ロボット１５Ｂは、搬送ロボット１５Ａ側へ移動して近づき、旋回テーブル２８の回転により向きを変え、多関節ロボットアーム１７を伸ばし、その先端部にあるロボットハンド３８により搬送ロボット１５Ａの反転装置１８からワークＷを受取る。

よって、本実施形態によれば、搬送ロボット１５Ａの反転装置１８にワークＷを保持しておき、所定のタイミングで搬送ロボット１５ＢがそのワークＷを取りに行くため、ロボットハンド３８同士で受渡しを行うときのように互いの動きを合わせる必要がなくなり、効率よくワークＷの受渡しを行うことができる。例えば、本実施形態で説明したように、搬送ロボット１５Ａの多関節ロボットアーム１７が行うワーク搬入中に、反転装置１８に保持されたワークＷを搬送ロボット１５Ｂが取りに行くため、搬送ロボット１５Ａには動作の無駄がなくなる。そして、これがサイクルタイムの短縮につながる。ただし、ワークＷの受渡しはワーク搬入中に限ることはなく、加工機械ライン１００の中央部分で行うようにしてもよい。

また、本実施形態のワーク自動搬送機は、搬送ロボット１５Ａから搬送ロボット１５Ｂへのワークの受渡しを直接行うため、従来の加工機械ラインのようにワーク置き台モジュールを設置する必要がなくなり、ラインの全長を短くすることができる。特に、処理工程が増えればそれだけ加工モジュール１０と搬送ロボット１５の数が多くなり、それに合わせてワーク置き台モジュールの台数も多くなってしまう。その点、本実施形態のワーク自動搬送機は、ワーク置き台モジュールを省略した必要最小限の加工モジュール１０からなる無駄のない加工機械ラインの構成を可能にする。

また、搬送ロボット１５同士のワーク受渡しに反転装置１８を使用することとしたため、受渡し前にワークＷを反転させることにより加工面を同一にして受渡しすることができる。ただし、加工面が切り替わる場合にはワークＷを反転させることなく搬送ロボット１５Ｂへ受渡しさせればよい。また、搬送ロボット１５Ａが反転装置１８にワークＷを保持させたとしても、直ちに次の搬送ロボット１５ＢにワークＷを受渡しする必要はなく、搬送ロボット１５ＡがワークＷを保持したまま他のワークＷの搬送作業を継続することで、反転装置１８は、ワークＷの仮置き台としての役割も果たすことができる。

また、仮置き台として使用される反転装置１８は、更に加工途中のワークＷに対する品質チェックを可能にする。加工機械ライン１００では、例えば何十個に１個の割合でワークＷを抽出し、作業者による品質チェックが行われる。その場合、作業者が操作パネルのサンプルチェックボタンを押すことで、搬送ロボット１５Ａ又は１５Ｂが所定の加工モジュール１０の前で停止する。そして、作業者は、該当する前カバー１２を開けることで反転装置１８からワークＷを取り出し、品質チェックを行った後再び反転装置１８にワークＷを戻す。特に、本実施形態では、決められた位置の仮置き台からワークＷを取り出すわけではなく、任意の工程後を選択して搬送ロボット１５Ａ，１５Ｂを停止させることができるため、各段階でのワークＷについて品質チェックを行うことができる。また、一方の搬送ロボット１５で品質チェックを行っている場合、他方の搬送ロボット１５は作業を続けることができる。

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、加工機械ラインとして９台の加工モジュール１０からなるものを示したが、更に多くの加工モジュール１０から構成されるものであってもよく、その際、ワーク自動搬送機が３台以上の搬送ロボット１５によって構成されるものであってもよい。

１…ワーク搬入モジュール２，３…旋盤モジュール４…検測モジュール５…マシニングセンタモジュール６…ホブ盤モジュール７…バリ取りモジュール８…洗浄モジュール９…ワーク排出モジュール１０…加工モジュール１５（１５Ａ，１５Ｂ）…搬送ロボット１６…搬送用制御装置１７…多関節ロボットアーム１９…走行装置１８…反転装置３８…ロボットハンド５０…ワーク自動搬送機１００…加工機械ラインＷ…ワーク

Claims

複数の加工部に対してワークを搬送する複数の搬送ロボットと、前記搬送ロボットの駆動を制御する制御装置とを有するワーク自動搬送機であり、
前記搬送ロボットは、前記加工部との間でワークの受渡しを行う受渡し装置と、走行台に搭載した前記受渡し装置を前記加工部に対応して移動させる走行装置と、前記走行台に搭載され、前記受渡し装置から受け取ったワークを保持するワーク保持装置とを有するものであり、
前記制御装置は、隣り合う２台の前記搬送ロボットに対して、一方の搬送ロボットの前記受渡し装置が、他方の搬送ロボットの前記ワーク保持装置からワークを受け取るワーク受渡し制御部を有するものであることを特徴とするワーク自動搬送機。
前記搬送ロボットのワーク保持装置は、保持したワークを反転させる反転機構を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載のワーク自走搬送機。
前記受渡し装置は、ロボットハンドを備えた多関節ロボットアームであって、所定の間隔で旋回テーブルに立設された一対の支持部材に組み付けられ、当該一対の支持部材の間を通して前記旋回テーブルに取り付けられた前記ワーク保持装置とワークの受渡しを行うものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク自動搬送機。
前記制御装置のワーク受渡し制御部は、前工程側に位置する前記搬送ロボットが前工程側に旋回したときに、後工程側に位置する前記搬送ロボットが前工程側に位置する前記搬送ロボットとの間でワークの受渡しを行わせるものであることを特徴とする請求項３に記載のワーク自動搬送機。