JP6735043B2 - ロボット、対象物固定装置、および機械加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットにより対象物を把持した状態で対象物を機械加工する技術に関する。

工作機械により対象物（例えばワーク）を機械加工する場合に、工作機械への対象物の取り付け作業にロボットを用いる場合がある（例えば下記の特許文献１）。この場合、まず、ロボットが、待機場所に置かれている対象物を把持し、この対象物を工作機械へ移動させる。その後、工作機械側のチャック機構で対象物を把持して固定し、ロボットは対象物を解放する。次いで、工作機械の工具により対象物を機械加工する。

特開昭５８−１６００７６号公報

このように、対象物は、ロボットに把持された後にチャック機構に把持し直される。これにより、工作機械への対象物の設置位置が正確な位置からずれる可能性があり、または、工作機械への対象物の設置に時間がかかる可能性がある。

これを回避するために、ロボットが対象物を把持した状態で、工具により対象物を機械加工することが考えられる。この場合、工具による加工力がロボットにおける低剛性の可動部（例えばロボットアームの関節部）に作用することにより、ロボットが動いてしまい、対象物の位置がずれる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、ロボットが対象物を把持した状態で工具により対象物を機械加工する時に、工具の加工力による対象物の位置ずれを抑えることにある。

上記目的を達成するために、本発明によると、対象物を機械加工する時に該対象物を把持するためのロボットであって、
前記対象物を把持する把持装置と、
該把持装置が固定されており、動作することにより前記把持装置を移動させる動作機構と、
前記把持装置または前記動作機構に固定されたロボット側着脱機構と、を備え、
該ロボット側着脱機構は、設定位置の構造体に設けた構造体側着脱機構に取り付け可能である、ロボットが提供される。

また、上記目的を達成するために、本発明によると、対象物を機械加工する時に該対象物を把持するロボットを固定するためのロボット固定装置であって、
前記ロボットにはロボット側着脱機構が固定されており、
前記ロボット固定装置は、設定位置の構造体に設けられ、前記ロボット側着脱機構が着脱可能な構造体側着脱機構を備え、
該構造体側着脱機構には、前記ロボット側着脱機構が取り付け可能である、ロボット固定装置が提供される。

さらに、本発明によると、上述のロボットと、上述のロボット固定装置とを備える対象物固定装置が提供される。

また、上記目的を達成するために、本発明によると、対象物をロボットで把持した状態で前記対象物を機械加工する方法であって、
ロボット側着脱機構が固定された前記ロボットを用意し、
前記ロボット側着脱機構が着脱可能な構造体側着脱機構を設定位置の構造体に設け、
（Ａ）前記ロボットにより前記対象物を把持し、
（Ｂ）前記ロボットの動作により、前記ロボット側着脱機構を前記構造体側着脱機構へ移動させ、前記ロボット側着脱機構を前記構造体側着脱機構に取り付け、
（Ｃ）この状態で、前記ロボットに把持された前記対象物を工具により機械加工する、対象物の機械加工方法が提供される。

本発明によると、対象物をロボットが把持し、ロボット側着脱機構を、構造体に設けた構造体側着脱機構に取り付けることができる。したがって、加工時に工具から対象物に作用する加工力を、ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構を介して構造体で支持できる。すなわち、加工力を、動作機構における低剛性の可動部を介さずに構造体で支持できる。したがって、加工力による対象物の位置ずれを防止できる。

本発明の第１実施形態による対象物固定装置を示す。 ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構の構成例１を示す。 ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構の構成例２を示す。 ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構の構成例３を示す。 構成例３の場合の対象物固定装置を示す。 ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構の構成例４を示す。 ロボット側着脱機構と構造体側着脱機構の構成例５を示す。 第１実施形態による対象物の機械加工方法を示すフローチャートである。 他の実施形態による対象物固定装置を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態による対象物固定装置１０を示す。対象物固定装置１０は、対象物１を工作機械２０により機械加工する時に対象物１を把持して固定する。対象物固定装置１０は、ロボット３０とロボット固定装置４０を備える。

工作機械２０は、工具３を有し、この工具３により対象物１を機械加工する。この機械加工は、切削、研削、せん断、またはバリ取りであってよいが、固定した対象物１に対して行う他の機械加工であってもよい。工作機械２０は、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工作機械であってよいが、これに限定されない。

ロボット３０は、対象物１を機械加工する時に対象物１を把持する。ロボット３０は、待機位置に置かれた対象物１を把持して、この対象物１を工作機械２０の工具３が機械加工できる位置へ移動させる。

ロボット３０は、把持装置５と動作機構７とロボット側着脱機構９と制御装置１１を備える。

把持装置５は対象物１を把持する。把持装置５は、第１実施形態では、開閉駆動される複数の把持部材５ａ，５ｂを有する。複数の把持部材５ａ，５ｂは、閉駆動されることにより、互いに接近して対象物１を挟み込む。これにより把持装置５は対象物１を強固に把持する。複数の把持部材５ａ，５ｂは、この状態から開駆動されると、互いに離間し、把持していた対象物１を解放する。把持装置５は、対象物１を強固に把持できる他の構成を有していてもよい。

動作機構７には把持装置５が固定されている。動作機構７は、動作することにより把持装置５を移動させる。すなわち、動作機構７の動作により、把持装置５は、待機位置に置かれた対象物１を把持できる位置から、対象物１が工作機械２０により機械加工される位置へ移動できる。本実施形態では、動作機構７は、複数の構成部材７ａ〜７ｆを有する。複数の構成部材７ａ〜７ｆは、互いに対して動作可能に連結されている。

本実施形態では、動作機構７はロボットアームであり、複数の構成部材７ａ〜７ｆはアーム構成部材である。隣接するアーム構成部材同士は、互いに対して動作（回転または併進）可能に連結されている。

ロボットアーム７は、例えば、多関節型の６自由度アームである。図１（Ａ）の例では、アーム構成部材７ａは自身の中心軸Ｃ１まわりに回転可能である。アーム構成部材７ｂはアーム構成部材７ａに対して軸Ｃ２まわりに回転可能である。アーム構成部材７ｃはアーム構成部材７ｂに対して軸Ｃ３まわりに回転可能である。アーム構成部材７ｄはアーム構成部材７ｃに対して軸Ｃ４まわりに回転可能である。アーム構成部材７ｅはアーム構成部材７ｄに対して軸Ｃ５まわりに回転可能である。アーム構成部材７ｆは、自身の中心軸Ｃ６まわりにアーム構成部材７ｅに対して回転可能である。なお、ロボットアーム７の形態は、直交座標型、スカラ型など、どのような形態であってもよい。

第１実施形態では、最先端のアーム構成部材７ｆに把持装置５が固定されている。

ロボット側着脱機構９は、把持装置５または動作機構７（図１（Ａ）では動作機構７）に固定されている。第１実施形態では、最先端のアーム構成部材７ｆにロボット側着脱機構９が固定されている。

ロボット側着脱機構９は、設定位置の構造体１５に設けた構造体側着脱機構１７に着脱可能である。図１（Ｂ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７に取り付けられて結合された状態を示す。第１実施形態において、ロボット側着脱機構９は、構造体側着脱機構１７に取り付けられると構造体側着脱機構１７に対して位置と姿勢が固定される。

ロボット固定装置４０は、対象物１を機械加工する時に対象物１を把持したロボット３０を固定する。ロボット固定装置４０は、設定位置の構造体１５に設けた構造体側着脱機構１７を備える。第１実施形態では、構造体１５は動作不能な固定体である。好ましくは、上記設定位置は、図１のように工作機械２０における位置である。例えば、構造体１５は工作機械２０の固定構造部であってよい。上記設定位置は、工作機械２０外の位置（例えば工作機械２０の近傍）であってもよい。

制御装置１１は、把持装置５と動作機構７を制御する。

制御装置１１は、把持装置５の駆動装置（図示せず）を制御することにより、把持装置５の動作が制御される。第１実施形態では、制御装置１１は、複数の把持部材５ａ，５ｂの開閉動作を制御する。

制御装置１１は、構成部材７ａ〜７ｆを駆動する駆動装置（図示せず）を制御することにより、下記（１）（２）のいずれの位置へも動作機構７を移動させることができる。
（１）待機位置に置かれた対象物１を把持装置５が把持できる位置。
（２）ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に固定できる位置。
制御装置１１は、例えば、次の（ａ）（ｂ）の一方または両方に基づいて動作機構７を移動させる。
（ａ）予め設定された把持装置５の設定軌道。
（ｂ）動作機構７や他の位置に設けられたセンサ（例えばカメラまたはレーザ距離計）を用いて認識した構造体側着脱機構１７の位置。

第１実施形態において、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成としては、例えば以下の構成例１〜５のいずれかを採用してよい。

（構成例１）
図２（Ａ）は、図１（Ｂ）の部分拡大図であり、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成例１を示す。図２（Ｂ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７から分離している状態を示す。

ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の一方は嵌合部１８を有し、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の他方は嵌合部１８が嵌合可能な被嵌合部１９を有する。以下では、図２のように、ロボット側着脱機構９が嵌合部１８を有し構造体側着脱機構１７が被嵌合部１９を有する場合を説明する。
ただし、ロボット側着脱機構９が被嵌合部１９を有し構造体側着脱機構１７が嵌合部１８を有していてもよい。

嵌合部１８は、被嵌合部１９に形成された嵌合穴１９ａに挿入されることにより被嵌合部１９に嵌合可能である。嵌合穴１９ａは図２の例では円筒形である。嵌合部１８において被嵌合部１９と嵌合する部分は、被嵌合部１９において嵌合部１８が嵌合する部分と形状および大きさが整合している。これにより、嵌合部１８は、被嵌合部１９に嵌合すると、両者の嵌合方向以外の方向には被嵌合部１９に対して位置がずれないようになっている。以下において嵌合部１８が被嵌合部１９に嵌合した状態を単に嵌合状態という。

この嵌合状態を維持するために、対象物固定装置１０は嵌合維持装置２１を備える。嵌合維持装置２１は、被嵌合部１９に嵌合した嵌合部１８が被嵌合部１９から外れることを阻止する阻止状態と、この阻止状態を解除した解除状態との間で切り替え可能である。
この切り替えは、好ましくは制御装置１１により行われる。制御装置１１は、動作機構７を制御することにより嵌合部１８を被嵌合部１９に嵌合させる。次いで、制御装置１１は、嵌合維持装置２１を制御することにより、嵌合維持装置２１を上述の阻止状態にする。

嵌合維持装置２１は、複数の球体２３と気体供給装置２５と開閉弁２６，２７を備える。

複数の球体２３は嵌合部１８に設けられている。複数の球体２３は例えば鋼球である。複数の球体２３は、嵌合部１８の外周面１８ａの周方向に間隔をおいて配置されている。嵌合部１８の内部には、各球体２３が移動可能な通路１８ｂが形成されている。この通路１８ｂにより、各球体２３は、嵌合部１８の外周面１８ａから突出した突出位置と、外周面１８ａから内側に引っ込んだ内側位置との間で移動可能になっている。また、各球体２３が上記突出位置よりも外側へ移動しないようにするストッパ構造２９が嵌合部１８に設けられている。このストッパ構造２９は、一例では、球体２３に設けた被係止部２９ａと、通路１８ｂに設けられた段差部２９ｂとからなる。段差部２９ｂは、突出位置の球体２３の被係止部２９ａを係止して、被係止部２９ａがさらに外方へ移動することを阻止する。

複数の球体２３に対応して、嵌合穴１９ａの内周面には、複数の窪み１９ｂが形成されている。これらの窪み１９ｂは、嵌合穴１９ａの内周面の周方向に間隔をおいて配置されている。各窪み１９ｂには、嵌合穴１９ａに挿入された嵌合部１８の球体２３が挿入可能になっている。

気体供給装置２５は、通路１８ｂに加圧気体（加圧エア）を供給することにより、複数の球体２３は突出位置へ移動させられて突出位置に保持される。なお、気体供給装置２５は、加圧供給源２５ａと、加圧供給源２５ａから通路１８ｂへ加圧気体を供給する気体供給路２５ｂと、気体供給路２５ｂから分岐している排気路２５ｃとを有する。

開閉弁２６は気体供給路２５ｂに設けられ、開閉弁２７は排気路２５ｃに設けられる。排気路２５ｃ（例えばチューブ）の先端は大気に開放されている。上述の嵌合状態で開閉弁２６が開き且つ開閉弁２７が閉じれば、気体供給装置２５は、上述の阻止状態になる。すなわち、加圧供給源２５ａから気体供給路２５ｂを通して通路１８ｂへ加圧気体が供給され、この加圧気体により、被係止部２９ａが段差部２９ｂに押し付けられて球体２３が窪み１９ｂに挿入された突出位置に維持される。これにより、球体２３は被嵌合部１９に上述の嵌合方向に係合する。このような阻止状態から、開閉弁２６が閉じられ開閉弁２７が開けられると、気体供給装置２５は、上述の解除状態になる。

制御装置１１は、開閉弁２６，２７の開閉を制御することにより、気体供給装置２５を阻止状態と解除状態との間で切り替える。

構成例１では、嵌合部１８を被嵌合部１９に嵌合させ、嵌合維持装置２１を阻止状態にすることにより、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に速やかに固定できる。

なお、複数の球体２３の代わりに、他の形状の移動部材が設けられてもよい。この場合、上述において、球体２３は移動部材２３に読み替えられる。

（構成例２）
図３（Ａ）は、図１（Ｂ）の部分拡大図に相当するが、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成例２を示す。図３（Ｂ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７から分離している状態を示す。

ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の一方は嵌合部３１を有し、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の他方は嵌合部３１が嵌合可能な被嵌合部３２を有する。以下で、図３のように、ロボット側着脱機構９が嵌合部３１を有し構造体側着脱機構１７が被嵌合部３２を有する場合を説明する。
ただし、ロボット側着脱機構９が被嵌合部３２を有し構造体側着脱機構１７が嵌合部３１を有していてもよい。

嵌合部３１は、被嵌合部３２に形成された嵌合穴３２ａに挿入されることにより被嵌合部３２に嵌合可能である。図３の例では、複数の嵌合穴３２ａが設けられ、各嵌合穴３２ａは円錐形であり、この円錐形の頂点は嵌合穴３２ａの下端に位置する。嵌合部３１において被嵌合部３２と嵌合する部分は、被嵌合部３２において嵌合部３１が嵌合する部分と形状および大きさが整合している。これにより、嵌合部３１は、被嵌合部３２に嵌合すると、嵌合方向以外の方向には、被嵌合部３２に対して位置がずれないようになっている。

上述の嵌合状態を維持するために、対象物固定装置１０は嵌合維持装置４１を備える。嵌合維持装置４１は、被嵌合部３２に嵌合した嵌合部３１が被嵌合部３２から外れることを阻止する阻止状態と、この阻止状態を解除した解除状態との間で切り替え可能である。
この切り替えは、好ましくは制御装置１１により行われる。制御装置１１は、動作機構７を制御することにより嵌合部３１を被嵌合部３２に嵌合させる。次いで、制御装置１１は、嵌合維持装置４１を制御することにより、嵌合維持装置４１を上述の阻止状態にする。

嵌合維持装置４１は、電磁石４３と電流供給装置４５とスイッチ４７を備える。

電磁石４３は、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の一方に固定されている。図３の例では、この一方はロボット側着脱機構９であり、電磁石４３は嵌合部３１に組み込まれている。ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の他方は、電磁石４３が発生する磁力により電磁石４３に吸引される材料（例えば強磁性体）で形成された部分を有する。この部分は図３の例では被嵌合部３２である。
電流供給装置４５は電源４５ａと電線４５ｂを有する。電線４５ｂは、電源４５ａと電磁石４３とを接続し、電源４５ａからの電流を電磁石４３へ流す。
スイッチ４７は電線４５ｂに設けられる。嵌合部３１が被嵌合部３２に嵌合した状態でスイッチ４７が閉じると、電源４５ａから電流が電磁石４３に流れて電磁石４３の磁力により、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７（図３の例では電磁石４３と被嵌合部３２）とが互いに吸引された状態になる。これにより、電流供給装置４５は上述の阻止状態になる。この状態からスイッチ４７が開くと、電流供給装置４５は上述の解除状態になる。

制御装置１１は、スイッチ４７の開閉を制御することにより、電流供給装置４５を阻止状態と解除状態との間で切り替える。

構成例２では、嵌合部３１を被嵌合部３２に嵌合させ、嵌合維持装置４１を阻止状態にすることにより、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に速やかに固定できる。

（構成例３）
図４（Ａ）は、図１（Ｂ）の部分拡大図に相当するが、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成例３を示す。図４（Ｂ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７から分離している状態を示す。

ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の一方はクランプ装置５１を有し、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の他方はクランプ装置５１に固定される被クランプ部５２を有する。以下では、図４のように、構造体側着脱機構１７がクランプ装置５１を有しロボット側着脱機構９が被クランプ部５２を有する場合を説明する。
ただし、ロボット側着脱機構９がクランプ装置５１を有し構造体側着脱機構１７が被クランプ部５２を有していてもよい。

クランプ装置５１は、被クランプ部５２を挟み込んで固定する１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを有する。

図４の例では、被クランプ部５２は、球状の少なくとも一部をなしている部分を含み、各クランプ部５１ａ，５１ｂはクランプ面５３を有し、各クランプ面５３には、被クランプ部５２の一部が挿入される窪み５４が形成されている。好ましくは、窪み５４に被クランプ部５２の一部（上記部分の一部）が挿入されることにより、この挿入方向と直交する、少なくともいずれかの方向に被クランプ部５２が位置決めされる。より好ましくは、窪み５４は、被クランプ部５２に従った形状および大きさを有する。これにより、窪み５４に被クランプ部５２の一部が挿入されることにより、この挿入方向と直交するすべての方向に被クランプ部５２が位置決めされる。例えば、窪み５４は、球の一部をなす形状であってもよいし、頂点が底部となる円錐形であってもよいし、断面がＶ字状であってもよい。なお、被クランプ部５２の形状は、上記に限定されず、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂは被クランプ部５２を挟み込んで固定できればよい。

好ましくは、クランプ部５１ａ，５１ｂの動作は、制御装置１１により制御される。この場合、クランプ装置５１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを開閉駆動する駆動装置５５を備える。図４の例では、駆動装置５５は、モータ５５ａと、モータ５５ａにより回転駆動されるネジ軸５５ｂと、ネジ軸５５ｂに螺合するスライド５５ｃと、スライド５５ｃの回転を阻止しスライド５５ｃの前後運動（すなわち図４の左右方向）を案内するガイド５５ｄとを備える。ガイド５５ｄは構造体１５に固定されている。一方のクランプ部５１ａは、スライド５５ｃに結合され、他方のクランプ部５１ｂは構造体１５に固定されている。モータ５５ａによるネジ軸５５ｂの回転によりスライド５５ｃとともに一方のクランプ部５１ａを前後運動させることにより、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂが開閉する。

なお、駆動装置５５は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを開閉駆動する構成を有していれば、上記に限定されず、エアシリンダまたは液圧シリンダを用いた構成、または、他の構成を有していてもよい。

制御装置１１は、動作機構７を制御して被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に位置させ、次いで、駆動装置５５（図４の例ではモータ５５ａ）を制御することにより１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを互いに近接させる。これにより、被クランプ部５２が１対のクランプ部５１ａ，５１ｂに挟み込まれて固定される。その後、制御装置１１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを互いに近接させる方向にクランプ部５１ａ，５１ｂの一方または両方（図４の例ではクランプ部５１ａ）を継続して駆動するように駆動装置５５を制御してよい。これにより、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂが被クランプ部５２を固定した状態が維持される。

構成例３では、被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に位置させ、クランプ部５１ａ，５１ｂで被クランプ部５２を挟み込むことにより、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に、より強固に固定できる。

図５は、被クランプ部５２が１対のクランプ部５１ａ，５１ｂに固定された状態の対象物固定装置１０の全体を示す。構成例３において被クランプ部５２が球状の少なくとも一部をなしている部分を含む場合、上述の窪み５４に被クランプ部５２を入れた状態で、被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂで強固に挟み込んで固定できる。この時、被クランプ部５２は球状の少なくとも一部をなしている部分を含むので、把持装置５で把持した対象物１の向きを所望の向きにした状態で、被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂに固定できる。例えば、図５のように、対象物１が水平に対して斜めの方向を向いた状態で被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂに固定できる。

（構成例４）
図６（Ａ）は、図１（Ｂ）の部分拡大図に相当するが、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成例４を示す。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図６（Ｃ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７から分離している状態を示す。図６（Ｄ）は図６（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。

構成例４では、駆動装置５５の代わりに後述の締結具５７が設けられ、クランプ部５１ａ，５１ｂにより対象物１を挟み込む力を締結具５７により維持する。構成例４について、以下で説明しない点は構成例３と同じである。

１対のクランプ部５１ａ，５１ｂが開閉できるように、一方のクランプ部５１ａは他方のクランプ部５１ｂに近接可能および離間可能であり、他方のクランプ部５１ｂは構造体１５に固定されている。

クランプ装置５１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂ同士を互いに締め付ける締付具５７を備える。図６の例では、締付具５７はボルト５７ａとナット５７ｂを有する。ボルト５７ａは、一端部がクランプ部５１ｂに結合され、中間部が他方のクランプ部５１ａの貫通穴を貫通し、他端部がナット５７ｂに螺合する。ナット５７ｂを、手作業により又はアクチュエータ（図示せず）により回転させてボルト５７ａに締め付ける。これにより、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂで被クランプ部５２を強固に挟む込み、この状態が締結具５７により維持される。

なお、ナット５７ｂを上記アクチュエータで回転させる場合には、制御装置１１は、動作機構７を制御して被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に位置させ、次いで、上記アクチュエータを制御することによりナット５７ｂをボルト５７ａに締め付ける。

締付具５７は、クランプ部５１ａ，５１ｂ同士を互いに締め付けてクランプ部５１ａ，５１ｂにより対象物１強固に挟み込むようにするものであれば、他の構成を有していてもよい。この場合、手作業により又はアクチュエータにより締結具５７でクランプ部５１ａ，５１ｂ同士を互いに締め付ける。当該アクチュエータを用いる場合には、制御装置１１は、動作機構７を制御して被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に位置させ、次いで、上記アクチュエータを制御することにより締付具５７を駆動して、締付具５７によりクランプ部５１ａ，５１ｂ同士を互いに締め付ける。

構成例４では、被クランプ部５２が１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に位置する状態で、締付具５７によりクランプ部５１ａ，５１ｂ同士を互いに締め付ける。これにより、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に、より強固に固定できる。

（構成例５）
図７（Ａ）は、図１（Ｂ）の部分拡大図に相当するが、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７の構成例５を示す。図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図７（Ｃ）は、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７から分離している状態を示す。図７（Ｄ）は図７（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。

構成例５では、被クランプ部５２が円柱形状の少なくとも一部をなす部分を含む。構成例５について、以下で説明しない点は構成例４と同じである。

各クランプ部５１ａ，５１ｂはクランプ面５３を有し、各クランプ面５３には、被クランプ部５２の一部（上記部分の一部）が挿入される溝５６が形成されている。好ましくは、溝５６に被クランプ部５２の一部が挿入されることにより、この挿入方向と直交するすべての方向に被クランプ部５２が位置決めされる。溝５６は、被クランプ部５２に従った形状および大きさを有する。例えば、溝５６は、円柱の一部をなす形状であってもよいし、断面がＶ字状であってもよい。被クランプ部５２が１対のクランプ部５１ａ，５１ｂで挟み込まれて固定される時に、図７（Ａ）（Ｂ）のように、各溝５６に被クランプ部５２の一部が挿入される。

なお、構成例５において、構成例３のようにクランプ部５１ａ，５１ｂの動作は、制御装置１１により制御されてもよい。この場合、制御装置１１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを開閉駆動する駆動装置（図示せず）を制御することにより、クランプ部５１ａ，５１ｂを開閉してもよい。また、この場合、制御装置１１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂで被クランプ部５２を挟み込んで固定したら、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを互いに近接させる方向にクランプ部５１ａ，５１ｂの一方または両方を継続して駆動するように上記駆動装置を制御してよい。

構成例５では、上述の溝５６に被クランプ部５２を入れた状態で、被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂで強固に挟み込んで固定できる。この時、被クランプ部５２は円柱形状の少なくとも一部をなす部分を含むので、把持装置５で把持した対象物１の向きを被クランプ部５２の軸まわりに調整した状態で、被クランプ部５２を１対のクランプ部５１ａ，５１ｂに固定できる。

図８は、上述した対象物固定装置１０を用いて対象物１を機械加工する方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、把持装置５により対象物１を把持する。すなわち、制御装置１１は、把持装置５が対象物１を把持可能となる位置へ動作機構７を移動させ、次いで把持装置５に対象物１を把持させる。

ステップＳ２において、制御装置１１は、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に取り付けられる位置へ動作機構７を移動させる。次いで、ステップＳ２において、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に取り付けて結合する。
構成例１，２の場合には、制御装置１１は、嵌合部１８，３１を被嵌合部１９，３２へ嵌合させ、この嵌合状態を嵌合維持装置２１，４１により維持させる。
構成例３〜５の場合には、制御装置１１は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの間に被クランプ部５２を位置させ、制御装置１１により又は手作業により、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂにより被クランプ部５２を挟み込んで固定させる。

ステップＳ３において、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７を互いに固定した状態で、把持装置５に把持された対象物１を工具３により機械加工する。すなわち、工作機械２０において、工具３が、対象物１の位置へ移動し、対象物１を機械加工する。この時、対象物１は、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７を介して構造体１５に強固に支持されているので、工具３から大きな加工力が対象物１に作用しても対象物１の位置はずれない。

ステップＳ４において、ロボット側着脱機構９の構造体側着脱機構１７への固定を解除する。
構成例１，２の場合には、制御装置１１は、嵌合維持装置２１，４１を解除状態にする。
構成例３〜５の場合には、制御装置１１により又は手作業により１対のクランプ部５１ａ，５１ｂを互いに離間させて、被クランプ部５２をクランプ部５１ａ，５１ｂから解放する。

ステップＳ５において、制御装置１１は、動作機構７を動作させることにより、機械加工後の対象物１を指定位置へ搬送する。次いで、ステップＳ５では、制御装置１１は、把持装置５を制御して、この対象物１を把持装置５から解放して指定位置へ置く。

その後、ステップＳ１へ戻り、新たな対象物１について上述のステップＳ１〜Ｓ５を行う。

上述した第１実施形態によると、対象物１を把持装置５が把持し、ロボット側着脱機構９を、構造体１５に設けた構造体側着脱機構１７に取り付けて結合できる。この状態では、ロボット側着脱機構９は、構造体側着脱機構１７に対して位置と姿勢が固定されるので、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７との結合部の剛性を、動作機構７の可動部（例えばロボットアーム７の関節部）よりも高くすることができる。このようなロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７との高剛性の結合部を介して、加工時に工具３から対象物１に作用する加工力を構造体１５で支持できる。すなわち、加工力を、動作機構７における低剛性の可動部を介さずに構造体１５で支持できる。したがって、加工力による対象物１の位置ずれを抑えられる。

好ましくは、最先端のアーム構成部材７ｆにロボット側着脱機構９が固定されている。これにより、機械加工時に工具３から対象物１に作用する加工力は、アーム構成部材同士の何れの連結部も介することなく、ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７との結合部を介して構造体１５で支持される。ロボット側着脱機構９と構造体側着脱機構１７との結合部は剛性が高いので、加工力による対象物１の位置ずれを防止できる。

［第２実施形態］
図９（Ａ）は、本発明の第２実施形態による対象物固定装置１０を示す。第２実施形態において、以下で説明しない点は、上述の第１実施形態と同じである。

第２実施形態では、構造体１５は、固定構造部５９（例えば工作機械２０の固定構造部）に対して移動可能に固定構造部５９に設けられている。この移動の方向は、図９（Ａ）の例では水平方向であるが、鉛直方向であっても、水平方向に対して斜めの方向であってもよい。

ロボット固定装置４０は、固定構造部５９に対して構造体１５を移動させる駆動装置６１を備える。
駆動装置６１による構造体１５の移動に追従するように動作機構７は動作する。すなわち、駆動装置６１による駆動力で動作機構７は動作する。この時、一例では、制御装置１１は、動作機構７を力制御している。この力制御では、設定方向に動作機構７に駆動力が発生している。駆動装置６１は、上述の力制御により動作機構７に発生する駆動力に抗して、構造体１５を移動させるとともに、この移動に追従するように動作機構７を動作させる。

第２実施形態では、把持装置５が対象物１を把持し、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７に結合された状態で、駆動装置６１は、構造体１５を移動させることができる。これにより、工具３と対象物１との相対位置を調整できる。例えば、工具３が対象物１を機械加工しながら、駆動装置６１により構造体１５を移動させてもよい。これにより、工具３による対象物１の加工位置を変えることができる。

［第３実施形態］
図９（Ｂ）は、本発明の第３実施形態による対象物固定装置１０を示す。第３実施形態において、以下で説明しない点は、上述の第１実施形態と同じである。

上述したように、最先端のアーム構成部材７ｆは、自身の中心軸Ｃ６まわりに回転可能である。第３実施形態では、ロボット側着脱機構９は、最先端のアーム構成部材７ｆに対して、その中心軸Ｃ６まわりの回転以外の相対動作が不能な他のアーム構成部材７ｅに固定されている。すなわち、図９（Ｂ）において、ロボット側着脱機構９は、最先端のアーム構成部材７ｆに隣接するアーム構成部材７ｅに固定されている。

把持装置５は、最先端のアーム構成部材７ｆに固定されている。

把持装置５が対象物１を把持し、ロボット側着脱機構９が構造体側着脱機構１７に結合された状態で、制御装置１１により、最先端のアーム構成部材７ｆを、自身の中心軸Ｃ６まわりに回転させることができる。これにより、例えば、中心軸Ｃ６まわりに対象物１を位置決めし、この状態で工具３により対象物１を機械加工できる。このように、最先端のアーム構成部材７ｆを、工作機械２０のインデックステーブルのように使用できる。

アーム構成部材７ｆは、上述のように自身の中心軸Ｃ６まわりに回転可能にアーム構成部材７ｅに連結されている。したがって、アーム構成部材７ｅ，７ｆとの連結部に、工具３による加工力が作用しても、アーム構成部材７ｅ，７ｆ同士の相対位置は変化しにくい構成が可能であるので、対象物１の位置ずれは起きにくい。

このような構成の一例では、アーム構成部材７ｆの根元部は中心軸Ｃ６を軸とする円筒形または円柱形であり、この根元部は、アーム構成部材７ｅに固定された円筒形の連結部に挿入されている。これにより、アーム構成部材７ｆは、アーム構成部材７ｅに対して中心軸Ｃ６まわりの回転以外の動作が不能になっている。
別の構成例では、アーム構成部材７ｆの根元部は中心軸Ｃ６を軸とする円筒形であり、この根元部に、アーム構成部材７ｅに固定された円柱形または円筒形の連結部が挿入されている。これにより、アーム構成部材７ｆは、アーム構成部材７ｅに対して中心軸Ｃ６まわりの回転以外の動作が不能になっている。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜３のいずれかを採用してもよいし、変更例１または変更例２と変更例３とを組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。

（変更例１）
上述の構成例１，２で嵌合維持装置２１，４１を省略してもよい。この場合、制御装置１１は、動作機構７を制御することにより、嵌合部１８，３１を被嵌合部１９，３２に嵌合させる（すなわち、ロボット側着脱機構９を構造体側着脱機構１７に取り付ける）。この状態で、把持装置５に把持された対象物１を工具３で機械加工する。好ましくは、この時、嵌合部１８，３１を被嵌合部１９，３２に押し付けた状態を維持するように動作機構７を制御する。

（変更例２）
上述の構成例１，２において、嵌合維持装置２１，４１を手動で阻止状態と解除状態との間で切り替えてもよい。例えば、開閉弁２６，２７を手動で開閉し、スイッチ４７を手動で開閉してもよい。

（変更例３）
上述の構成例３，４において、窪み５４は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの一方にのみ形成されていてもよい。上述の構成例５において、溝５６は、１対のクランプ部５１ａ，５１ｂの一方にのみ形成されていてもよい。

１ 対象物、３ 工具、５ 把持装置、５ａ，５ｂ 把持部材、７ 動作機構（ロボットアーム）、７ａ〜７ｆ 構成部材（アーム構成部材）、９ ロボット側着脱機構、１０ 対象物固定装置、１１ 制御装置、１５ 構造体、１７ 構造体側着脱機構、１８ 嵌合部、１８ａ 外周面、１８ｂ 通路、１９ 被嵌合部、１９ａ 嵌合穴、１９ｂ 窪み、２０ 工作機械、２１ 嵌合維持装置、２３ 球体、２５ 気体供給装置、２５ａ 加圧供給源、２５ｂ 気体供給路、２５ｃ 排気路、２６，２７ 開閉弁、２９ ストッパ構造、２９ａ 被係止部、２９ｂ 段差部、３０ ロボット、３１ 嵌合部、３２ 被嵌合部、３２ａ 嵌合穴、４０ ロボット固定装置、４１ 嵌合維持装置、４３ 電磁石、４５ 電流供給装置、４５ａ 電源、４５ｂ 電線、４７ スイッチ、５１ クランプ装置、５１ａ，５１ｂ クランプ部、５２ 被クランプ部、５３ クランプ面、５４ 窪み、５５ 駆動装置、５５ａ モータ、５５ｂ ネジ軸、５５ｃ スライド、５５ｄ ガイド、５６ 溝、５７ 締付具、５７ａ ボルト、５７ｂ ナット、５９ 固定構造部、６１ 駆動装置

Claims (7)

1. 対象物を機械加工する時に該対象物を把持するためのロボットであって、
   前記対象物を把持する把持装置と、
   該把持装置が固定されており、動作することにより前記把持装置を移動させる動作機構と、
   前記動作機構に固定されたロボット側着脱機構と、を備え、
   該ロボット側着脱機構は、設定位置の構造体に設けた構造体側着脱機構に取り付け可能であり、
   前記動作機構はロボットアームであり、該ロボットアームは互いに対して動作可能な複数のアーム構成部材を有し、
   最先端の前記アーム構成部材は、自身の中心軸まわりに回転可能であり、
   前記ロボット側着脱機構は、最先端の前記アーム構成部材に隣接する前記アーム構成部材に固定されており、
   前記把持装置は、前記最先端の前記アーム構成部材に固定されており、
   前記ロボット側着脱機構が前記構造体側着脱機構に取り付けられた状態で、前記把持装置に把持された対象物を、工作機械が機械加工できるように位置させ得るように構成された、ロボット。
2. 請求項１に記載のロボットと、ロボット固定装置とを備える対象物固定装置であって、
   前記ロボットにはロボット側着脱機構が固定されており、
   前記ロボット固定装置は、設定位置の構造体に設けられ、前記ロボット側着脱機構が着脱可能な構造体側着脱機構を備え、
   該構造体側着脱機構には、前記ロボット側着脱機構が取り付け可能である、対象物固定装置。
3. 前記構造体は、固定構造部に対して移動可能に該固定構造部に設けられており、
   前記ロボット固定装置は、前記固定構造部に対して前記構造体を移動させる駆動装置を備える、請求項２に記載の対象物固定装置。
4. 前記ロボット側着脱機構と前記構造体側着脱機構の一方は、前記ロボット側着脱機構と前記構造体側着脱機構の他方に嵌合可能な嵌合部を含み、
   前記他方は、前記嵌合部が嵌合可能な被嵌合部を含み、
   前記対象物固定装置は、前記被嵌合部に嵌合した前記嵌合部が前記被嵌合部から外れることを阻止する阻止状態と、該阻止状態を解除した解除状態との間で切り替えられる嵌合維持装置を含む、請求項２に記載の対象物固定装置。
5. 前記ロボット側着脱機構と前記構造体側着脱機構の一方は、前記ロボット側着脱機構と前記構造体側着脱機構の他方を挟み込んで固定可能な１対のクランプ部を含み、
   前記他方は、前記１対のクランプ部に挟み込まれる被クランプ部を含む、請求項２に記載の対象物固定装置。
6. 前記被クランプ部は、球状の少なくとも一部または円柱状の少なくとも一部をなしている部分を含み、
   前記クランプ部には、前記被クランプ部の一部が挿入される窪みが形成され、または、前記被クランプ部の一部が挿入される溝が形成されている、請求項５に記載の対象物固定装置。
7. 対象物をロボットで把持した状態で前記対象物を機械加工する方法であって、
   請求項１に記載の前記ロボットを用意し、
   前記ロボット側着脱機構が着脱可能な構造体側着脱機構を設定位置の構造体に設け、
   （Ａ）前記ロボットにより前記対象物を把持し、
   （Ｂ）前記ロボットの動作により、前記ロボット側着脱機構を前記構造体側着脱機構へ移動させ、前記ロボット側着脱機構を前記構造体側着脱機構に取り付け、
   （Ｃ）この状態で、前記ロボットに把持された前記対象物を工具により機械加工する、対象物の機械加工方法。

Images