JPH0890364A - 被加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多種少量の被加工物（形材）を経済的に、か
つ、自動的に加工する方法の提供。 【構成】 形材１０の搬入箇所と搬出箇所、ハンド７を
交換可能とした作業ロボット１、形材１０を把持する自
動着脱型の把持ハンド２５、形材１０を加工する自動着
脱型の工具ハンド２４および自動クランプ装置１１をそ
れぞれ所定位置に準備し、作業ロボット１のハンド７を
把持ハンド２５として形材１０を搬入箇所から自動クラ
ンプ装置１１および搬出箇所へと移動させ、形材１０が
自動クランプ装置１１にあるとき、作業ロボット１の把
持ハンド２５を工具ハンド２４に交換して形材１０に加
工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、押出し成形材のよう
な被加工物に、作業ロボットを用いて加工を施す加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅用、ビル用のサッシを量産する工場
では、アルミニウム合金などの押出し成形材（形材）の
切断、孔開け、端部加工などに各種の工作機械が用いら
れる。加工作業はほぼ自動化され工作機械に対する形材
の搬入、セッティング、搬出のために多くの周辺装置が
用いられている。また、多種類の加工内容を満たすた
め、例えばプレス工程の場合、多数のプレス機を準備し
ておき必要なものを選択して使用するようにしている。

【０００３】しかし、周辺装置や、選択のためにあらか
じめ種々の機器を準備しておくことで設備が大型化して
いるので、特注品のように比較的少量の形材を加工する
場合には、このように大型の設備で加工することが不経
済となっている。また、完全に自動化されているわけで
はなく、加工作業には形材の加工面や加工位置を変換す
るために人手を要する部分が残存しているので、夜間の
無人稼働を困難にしている。

【０００４】一方、この様な工場では、労力を軽減する
ために、作業ロボットを工作機の前に据え、工作機械に
対する形材の搬入、セッティングあるいは搬出の作業を
行わせる場合もある。しかし、ロボットが行う作業は形
材の搬入、セッティングあるいは搬出程度であって形材
に対する加工までは行っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、多種少量
の被加工物（形材を含む）を経済的に、かつ、自動的に
加工する方法の提供を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】被加工物の搬入箇所と搬
出箇所、ハンドを交換可能とした作業ロボット、被加工
物を把持する自動着脱型の把持ハンド、被加工物を加工
する自動着脱型の工具ハンドおよび自動クランプ装置を
それぞれ所定位置に準備しておく。作業ロボットのハン
ドを把持ハンドとして被加工物を搬入箇所から自動クラ
ンプ装置および搬出箇所へと移動させる。被加工物が自
動クランプ装置にあるとき、作業ロボットのハンドを工
具ハンドに交換して被加工物に加工を施す。作業ロボッ
トを６軸ロボットとすることがある。作業ロボットを、
これを取り囲んだ被加工物の搬入箇所と搬出箇所、被加
工物を把持する自動着脱型の把持ハンド、被加工物を加
工する自動着脱型の工具ハンドおよび被加工物を定位置
に固定する自動クランプ装置の中央に設置することがあ
る。工具ハンドは先端に回転工具を備えることがある。
工具ハンドはそれぞれに識別子を備えて複数種が準備さ
れており、加工内容に応じて作業ロボットが工具ハンド
を識別し選択する構成とすることがある。

【０００７】

【作用】被加工物の搬入箇所と搬出箇所、ハンドを交換
可能とした作業ロボット、被加工物を把持する自動着脱
型の把持ハンド、被加工物を加工する自動着脱型の工具
ハンドおよび自動クランプ装置をそれぞれ所定位置に準
備しておく構成は、作業ロボットによる作業を可能とす
る。把持ハンドは被加工物の作業ロボットによる搬送を
可能とし、工具ハンドは作業ロボットによる被加工物の
加工を可能とする。自動クランプ装置は、被加工物を所
定位置に位置決めし、ロボットによる作業を正確なもの
とする。

【０００８】

【実施例】図１は、１基の作業ロボット１に関する作業
ブース２を示している。作業ロボット１は、作業ブース
２の所定位置に定置されており、ロボット制御装置３で
制御される。この作業ロボット１はアーム４を含む本体
５において直交する３軸、アーム３先端の手首６におい
て直交する３軸の合計６軸を備えた多関節ロボットであ
り、ロボット制御装置３の制御下で手首６は作業ブース
２において、ロボット１の前面側および左右両側（後面
側に僅かに食い込む）を含む空間上の任意の位置に移動
し、さらに、手首６に装着した種々なハンド７の姿勢を
任意に決めることができる。図において、ハンド７はエ
ンドミルを備えた工具ハンドとされている（後述）。

【０００９】ロボット制御装置３は数値制御方式の通常
のもので、演算部を中心として記憶部、入出力部および
サーボドライバー等を備え、記憶部のＲＯＭにシステム
シーケンスプログラムが格納され、ＲＡＭに作業プログ
ラムが記憶される。ＲＡＭの作業プログラムは、ティー
チングによってデータを入力することにより完成させる
ことができるようになっている。

【００１０】ロボット制御装置３側から見て（以下、同
じ）作業ロボット１の右側に材料供給台車８が設置さ
れ、左側に製品搬出台車９が設置されている。これらの
台車８，９は、被加工物としての形材１０の搬入箇所と
搬出箇所を提供するもので、搬送に便利なようにキャス
ターが付いているが、作業ロボット１が稼働される時は
定位置に停止されている。

【００１１】作業ロボット１の正面側には自動クランプ
装置１１が配置され、この装置はクランプ制御装置１２
で制御される。自動クランプ装置１１は、基台１３上に
固定スタンド１４と可動スタンド１５，１６が一つの直
線に沿って配置され、右端の固定スタンド１４は基台１
３と一体であって固定されており、他のスタンド１５，
１６は基台１３上のレール１７上をボールねじ１８とナ
ット１９からなる機構で移動することができる。この機
構はクランプ制御装置１２で制御されるサーボモーター
２０で駆動される。クランプ制御装置１２はシーケンス
制御を中心としたものであるが、簡単な演算装置や記憶
装置を備え、作業プログラムの記憶とこれに関する判断
が可能なようになっている。

【００１２】固定スタンド１４の頂部には形材１０の長
手方向の一端を位置決めするためのストッパー２１と挟
持部材２２を備える。挟持部材２２は、クランプ用制御
装置１１の制御下にあるエアアクチュエーターで駆動さ
れ、前後に開閉して形材１０の側面を挟持する。可動ス
タンド１５，１６の頂部には挟持部材２２だけが配置さ
れる。なお、自動クランプ装置１１は形材１０が載置さ
れたことを検出し信号を制御装置１２に送るセンサー、
エア供給装置などその他の周辺機器を備える。また、ク
ランプ制御装置１２とロボット制御装置３は信号線で結
合され、作動のタイミングを取るために相互にデータの
やり取りが可能となっている。

【００１３】作業ロボット１の左後方にはハンド交換部
２３が配置されている。ハンド交換部２３は作業ロボッ
ト１の手首６に装着する各種のハンド７を準備し、所定
位置に所定の姿勢で配置しておくためのもので、この図
では、ドリルを備えた工具ハンド２４と把持ハンド２５
が格納されている。

【００１４】工具ハンド２４（図２）は、ハンドドリル
のようなモーター付きドリル工具２６が取付けベース２
７に固定されたもので、ドリル工具２のモーターはオン
・オフだけがロボット制御装置３で制御される。符号２
８はオートチェンジャのハンド側部分で手首６に固定さ
れた手首側部分２９と対になっており、工具ハンド２４
を自動着脱型としている。オートチェンジャ２８は周知
であって、内部の機構がエア圧や電磁力で駆動されて手
首６とハンド７を機械的に脱着すると同時に、種々のソ
ケットを備えてハンド７側で必要とするエア圧や電力あ
るいは制御装置からの信号を同時に接続可能となってい
るものがある。この例ではエアで駆動される。また、ド
リル工具に対する電力は、図示していない電線で別途、
独自に供給される。

【００１５】把持ハンド２５（図３）は、エアアクチュ
エーター３０によって駆動される可動爪３１と取付けベ
ース３２に固定された固定爪３３とからなる挟持部３４
を取付けベース３２の両側に備えた（図３では真横から
見ているために１個しか見えていない）もので、取付け
ベース３２は門形をしており（図１）、中央にオートチ
ェンジャのハンド側部分２８が固定されている。このハ
ンド側部分２８はオートチェンジャの手首側部分２９と
対になるもので、工具ハンド２４の場合と同じ構造と機
能を備えている。符号３５はゴム等の滑り防止部材であ
る。なお、エアアクチュエーター３０は復動型でロボッ
ト制御装置３によってエアポンプからのエア圧が電磁弁
で切換えられ駆動される。

【００１６】作業開始に先立って、自動クランプ装置１
１の作動が正常であるか確認されると共に、ロボット制
御装置３に作業ロボット１を用いてティーチングが行わ
れる。ティーチングはロボット制御装置３をティーチン
グモードにして、ティーチングペンダント（入力／設定
装置）を操作し、作業の手順、作業経路、ハンド７の位
置・姿勢、工具ハンド７，２４における工具の駆動タイ
ミングとハンドの移動、把持ハンド２５における挟持部
３４の開閉などを教示する。入力・設定の方法は従来の
ティーチング法と同じである。なお、この実施例では、
ハンド７の種類に付いて作業ロボット１は判断能力を有
さず、ロボット制御装置３の指令によってハンド交換部
２３の所定位置に配置されているハンド７をオートチェ
ンジャの手首側部分２９でただ装着するだけである。し
たがって、ハンド交換部２３の工具配置を間違えないよ
うにする必要がある。

【００１７】プレイバックで作業ロボット１は次のよう
に作動し、本発明の方法が実行される。ロボット制御装
置３には所定の作業プログラムにティーチングによって
必要なデータが入力され設定されている。クランプ制御
装置１２には、形材１０の長さが入力され、可動スタン
ド１５，１６の間隔が自動的に調節されている。作業ロ
ボット１はこれから扱う形材１０の断面形状に適した把
持ハンド２５を装着した状態から始動する。材料供給台
車８から竪に載置されている形材１０を把持し、自動ク
ランプ装置１１に向けて搬送し、その間に形材１０の姿
勢を横にする。

【００１８】形材１０の姿勢を自動クランプ装置１１に
一致させ、スタンド１５，１６の上に載置し、ついで、
形材１０を右方向に移動して形材１０の右端をストッパ
ー２１に当接させる。これをセンサーによって検出した
クランプ制御装置１２はロボット制御装置３に信号を伝
達し、把持ハンド２５を開放させる。開放完了信号をロ
ボット制御装置３から受けたクランプ制御装置１２はた
だちに挟持部材２２で形材１０の側面を挟持し、形材１
０をその位置に固定する。

【００１９】作業ロボット１は、把持ハンド７をいった
んハンド交換部２３の所定位置に戻し、ついで工具ハン
ド２４を装着する。工具ハンド２４の選択は作業プログ
ラムによって位置を指定することで行われる（ティーチ
ングがハンド交換部２３の位置のみを挟持する時）。

【００２０】工具ハンド２４によって形材１０に所定の
加工が行われる。加工は、形材１０が自動クランプ装置
１１で固定されているので、ブレたりせず、正確に行わ
れる。工具ハンド２４は一種だけのこともあれば複数種
類が使用されることもある。工具ハンド２４の交換はそ
の都度、手首６がハンド交換部２３に戻されて行われ
る。また、形材１０に対する工具の加工角度は、形材１
０の面に直角に維持されることが多いが、作業ロボット
１は６軸の多関節型であるから、形材１０のどの面に対
しても直角に維持することが可能である。必要によって
は、工具ハンド２４の姿勢を直角以外の角度としティー
チング通りに行うこともできる。

【００２１】一つの形材１０に対する加工がすべて終了
すると作業プログラムに基づく加工終了信号により、工
具ハンド２４が把持ハンド２５に交換される。同時に、
同じ終了信号がクランプ制御装置１２に伝達され、これ
により自動クランプ装置１１の挟持部材２２が開放され
る。把持ハンド２５で加工ずみの形材１０が把持され、
自動クランプ装置１１から持ち上げられ、姿勢を横方向
から竪方向に変換されて、製品搬出台車９の所定位置に
載置される。

【００２２】以上のサイクルを繰り返して作業が進めら
れる。形材１０の長さや断面形状が異なる場合は、その
都度、ティーチングや入力が必要であるが、あらかじめ
ティーチングし入力したデータを記憶させて蓄積してお
き、順次に取出して使用するとか、形材１０の長さや形
態をコード化して記憶させておき、連続作業プログラム
中に設定されたこのコードによって前記のプログラムの
該当するものを呼びだし、連続的に作業させることもで
きる。この場合、形材１０の断面形状が変化することで
把持ハンド２５を交換する必要が出ることもある。

【００２３】以上のようにこの実施例によれば、作業ロ
ボット１を使用して形材１０に必要な加工を自動的に、
かつ、自動クランプ１１を使用することで正確に加工を
施すことができる。また、主たる装置は作業ロボット１
と自動クランプ装置１１の程度であるから、大型の自動
設備に比べ、多少、能率が悪くなる面があっても多種、
少量生産の場合には経済性が良くなる。さらに、ティー
チングを十分に行い、形材１０の供給、搬出をスムーズ
にすれば、長時間の無人稼働を可能とする。

【００２４】この実施例では、作業ロボット１によるハ
ンド７の選択をハンド交換部２３における位置に基づい
て行い、作業ロボット１自体がハンド７の種類を判別し
て装着しているわけではないが、ハンド７にバーコード
のような識別子を付しておき、一方、作業ロボット１側
にこの識別子を読取り、作業プログラムが指令するもの
と比較し判別する機能を持たせることによって、ハンド
７の選択をより正確に行わせることができる。以上は実
施例であって、本発明は図示された具体的な構成に限定
されない。被加工物は形材に限定されない。また、クラ
ンク装置は被加工物の種類や形態に応じて適切なものが
選択される。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、多種少量の被
加工物の加工を経済的に、しかも、ほとんど自動的に達
成することができる。自動クランプ装置で位置決めした
被加工物に対して加工を施すので、精度の高い加工が可
能である。把持ハンドの交換、加工ハンドの交換も作業
ロボット自体に行わせるので、被加工物の変化や加工内
容の変化に対応でき、長時間の無人稼働を可能にする。
請求項２の構成によれば、作業ロボットの自由度が高
く、被加工物に対する加工内容を複雑、多種類にするこ
とができる。

【００２６】請求項３の構成によれば、一基の作業ロボ
ットが占有する領域を無駄なく使用することができる。
請求項４の構成によれば、一基の作業ロボットによって
直接に、被加工物に孔開け、切削、切断、研磨等の加工
を施すことができ、専用工作機械へ被加工物を移動させ
る時間や手順を省略でき、多種少量の被加工物を加工す
る場合に能率が良い。請求項５の構成によれば、作業ロ
ボットが工具ハンドを識別して適正な工具ハンドを選択
するので、工具ハンドを自由な位置に配置しても工具ハ
ンドの選択を間違えることがなく、作業前の段取りが軽
減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体の配置を示す斜視図。

【図２】工具ハンドの正面図。

【図３】把持ハンドの正面図。

【符号の説明】

１ 作業ロボット １９ ナット ２ 作業ブース ２０ サーボモー
ター ３ ロボット制御装置 ２１ ストッパー ４ アーム ２２ 挟持部材 ５ 本体 ２３ ハンド交換
部 ６ 手首 ２４ 工具ハンド ７ ハンド ２５ 把持ハンド ８ 材料供給台車 ２６ ドリル工具 ９ 製品搬出台車 ２７ 取付けベー
ス １０ 形材（被加工物） ２８ オートチェ
ンジャのハンド側部分 １１ 自動クランプ装置 ２９ オートチェ
ンジャの手首側部分 １２ クランプ用制御装置 ３０ エアアクチ
ュエーター １３ 基台 ３１ 可動爪 １４ 固定スタンド ３２ 取付けベー
ス １５ 可動スタンド ３３ 固定爪 １６ 可動スタンド ３４ 挟持部 １７ レール １８ ボールねじ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の搬入箇所と搬出箇所、ハンド
   を交換可能とした作業ロボット、被加工物を把持する自
   動着脱型の把持ハンド、被加工物を加工する自動着脱型
   の工具ハンドおよび被加工物を定位置に固定する自動ク
   ランプ装置がそれぞれ所定位置に準備されており、作業
   ロボットのハンドを把持ハンドとして被加工物を搬入箇
   所から自動クランプ装置および搬出箇所へと移動させ、
   被加工物が自動クランプ装置にあるとき、ロボットのハ
   ンドを工具ハンドに交換して被加工物に加工を施すこと
   を特徴した被加工物の加工方法。
2. 【請求項２】 作業ロボットは６軸ロボットであること
   を特徴とした請求項１に記載する被加工物の加工方法。
3. 【請求項３】 作業ロボットが、ロボットを取り囲んで
   配置された被加工物の搬入箇所と搬出箇所、被加工物を
   把持する自動着脱型の把持ハンド、被加工物を加工する
   自動着脱型の工具ハンドおよび被加工物を定位置に固定
   する自動クランプ装置の中央に設置されていることを特
   徴とした請求項１に記載する被加工物の加工方法。
4. 【請求項４】 工具ハンドは先端に回転工具を備えたも
   のであることを特徴とした請求項１に記載の被加工物の
   加工方法。
5. 【請求項５】 工具ハンドはそれぞれに識別子を備えて
   複数種が準備されており、加工内容に応じて作業ロボッ
   トが識別して選択するものであることを特徴とした請求
   項１に記載の被加工物の加工法。