JPH11254173A - 加工ツール付ロボット及び加工方法 - Google Patents

加工ツール付ロボット及び加工方法

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JPH11254173A
JPH11254173A JP10078277A JP7827798A JPH11254173A JP H11254173 A JPH11254173 A JP H11254173A JP 10078277 A JP10078277 A JP 10078277A JP 7827798 A JP7827798 A JP 7827798A JP H11254173 A JPH11254173 A JP H11254173A
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pipe
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彰弘 寺田
Toshihiko Inoue
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    • B23K2101/06—Tubes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイプ端面の切断，鞍形切断、パイプ側面へ
の穴開け加工、さらには、単一平面ではないワーク等の
３次元形状のワーク加工面に対する加工を精度よく、簡
単にできる加工ツール付ロボット及び加工方法を提供す
る。 【解決手段】 ロボット可動アームの最終軸１に加工ツ
ール１１を取り付ける。該加工ツール１１は、垂直に伸
縮する第１の付加可動軸と、水平方向に伸縮する第２の
付加可動軸を備える。最終軸１の回転によって、加工ツ
ール先端の切断ツール（レーザの加工ノズル）を回動し
てパイプ状ワークＷを切断加工する。最終軸１の回転と
同期し、第１，第２の付加可動軸を駆動することによっ
て、鞍形切断、穴明け加工を行なう。ロボットの可動ア
ームは最終軸の回転のみであるから、加工精度が向上す
る。また、簡単にパイプ状ワークを切断、鞍形切断、穴
明け加工ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボット可動アー
ム先端に取り付けられた加工ツールによってワークに加
工を行なう加工ツール付ロボット及び加工方法に関す
る。特に、パイプ端面の鞍形切断、パイプ部品の側面へ
の穴開け加工等に適した加工ツール付ロボット及び該ロ
ボットによる加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の足回り部品にパイプを使
用する場合が多くなっている。この自動車足回り部品の
パイプ化に伴い、図１１に示すようにパイプ間を接続す
るために、パイプ（Ｗ）の端面を鞍形切断する加工や、
パイプ部品のパイプ側面に穴開けを行なう加工が増加し
ている。これら鞍形切断やパイプ側面への穴開け加工
は、加工ツールを３次元空間で精度よく動作させる必要
があり、ロボットでこの加工を行なう場合にも、通常の
レベルより、高い軌跡制御能力が求められる。
【０００３】パイプ状のワーク、断面が楕円のワーク、
角柱、角錐等の単一平面ではないワークに対してこれら
の加工をロボットでおこなう場合、従来は、ロボット可
動アーム先端部に任意の角度で切断ツールを取り付け、
図１３に示すように、ロボット可動アームの複数の軸を
全体的に動作させて加工を行なっている。図１３の場
合、パイプ状のワークＷに対して、ロボット可動アーム
１先端に取り付けたレーザノズル等の切断ツール２を対
向させ、ロボットの複数の可動アームを駆動してロボッ
ト可動アームの最終軸１をワークＷに対して矢印Ａにの
ように旋回させてワークＷを切断、穴開け加工を行なっ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、ロボット
可動アームの複数の可動アームを全体的に動作させて加
工を行なうため、ロボットの振動等によって加工面の精
度が悪くなっていた。また、従来のロボットによるパイ
ブ状のワークに対する加工では、図１２（ａ）に示すよ
うにパイプであるワークＷの切断面（イ）はワークＷの
側面に対して垂直にしか切断できなく、ワークＷの切断
面（ロ）に角度をつけて図１２（ｂ）に示すように加工
することができない。図１１に示すような突き合わせ接
合して溶接するような場合、図１２（ａ）に示すように
切断面（イ）がパイプの周面と垂直の場合では、強固な
溶接が難しく、従来のロボットによるパイプ鞍形切断加
工は適していなかった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、パイプ端面の鞍
形切断や、パイプ側面への穴開け加工、さらには、単一
平面ではないワーク等の３次元形状のワーク加工面に対
する加工を精度よく、簡単にできる加工ツール付ロボッ
ト及び該ロボットを使用した加工方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、関節で結合さ
れた複数のリンクからなる可動アームを有し、該可動ア
ームはソフトウエア処理能力を有するロボット制御装置
によって制御されるロボットであり、該ロボットの前記
可動アームの先端部に加工ツールが装着され、該加工ツ
ールの加工部先端にはロボット可動アームの最終軸の回
転中心軸に対し偏位し、かつ加工ツールの先端が前記最
終軸の回転中心軸に向いて配置されている。さらには、
この加工ツールは該加工ツールの先端を直動又は／及び
回動させる可動軸を備えている。
【０００７】このロボットを用いてパイプ状のワークを
加工する際には、該パイプ状のワークの中心軸をロボッ
ト可動アームの最終軸の回転中心軸と同軸上に配置し
て、ロボット可動アームの最終軸を回転させることによ
って加工ツールによりワークを加工するようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態として加工ツー
ルの先端部に設ける加工部としての切断ツールにレーザ
ノズルを用いレーザによってワークを切断又は穴明け加
工するレーザ加工ロボットの例で以下説明する。
【０００９】図１は本発明を実施するロボット制御装置
のハードウェア構成の要部をブロック図で示したもので
あり、従来のロボット制御装置と同一の構成である。符
号１０７で示されるバスに、メインＣＰＵ（以下、単に
ＣＰＵと言う。）１０１、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メ
モリ（ＥＥＰＲＯＭなど）からなるメモリ１０２、教示
操作盤用インターフェイス１０３、外部装置用の入出力
インターフェイス１０６及びサーボ制御部１０５が接続
されている。
【００１０】教示操作盤用インターフェイス１０３に接
続される教示操作盤１０４は通常のＬＣＤ等のディスプ
レイ機能付のもので、オペレータは、この教示操作盤１
０４のマニュアル操作を通して、ロボットの動作プログ
ラムの教示、修正、登録、あるいは各種パラメータの設
定の他、教示された動作プログラムの再生運転、ジョグ
送り等を実行する。また、ディスプレイはオペレータへ
の指示、入力データの表示やシミュレーション結果の表
示に使用される。
【００１１】ロボット及びロボット制御装置の基本機能
を支えるシステムプログラムは、メモリ１０２のＲＯＭ
に格納される。また、アプリケーションに応じて教示さ
れるロボットの動作プログラム並びに関連設定データ
は、メモリ１０２の不揮発性メモリに格納される。そし
て、メモリ１０２のＲＡＭは、ＣＰＵ１０１が行なう各
種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域に使用
される。
【００１２】サーボ制御部１０５はサーボ制御器＃１〜
＃ｎ（ｎ：ロボットの総軸数に加工ツールの可動軸数を
加算した数）を備えており、ロボット制御のための演算
処理（軌道計画作成とそれに基づく補間、逆変換など）
を経て作成された移動指令を受け、ロボット各軸機構部
のアクチュエータを構成するサーボモータを各サーボア
ンプを介して制御する。
【００１３】また、入出力インターフェイス１０６の外
部入出力回路には、ロボットに設けられたセンサや周辺
機器のアクチュエータやセンサが接続され、本発明に関
係して、特に、レーザ発振器１０８が接続されている。
ロボット可動アーム先端部にはレーザノズルを備えた加
工ツールがと取り付けられており、レーザ発振器１０８
から出力されたレーザビームを加工ノズルからワークに
照射しワークを切断加工するようにしている。
【００１４】上述したロボット制御装置の構成は、従来
のロボット制御装置と何等変わりはなく、本発明におい
ては、ロボット可動アームの先端部に加工ツールが取り
付けられている点と、該加工ツールが可動部を有してい
る場合には、このロボット制御装置によってサーボ制御
部の付加軸でこの加工ツールの可動部もサーボ制御部１
０５で制御する点において相違するのみである。
【００１５】図２は本発明の第１の実施形態における要
部説明図である。
【００１６】ロボット可動アームの最終軸１の先端のロ
ボット手首１ａには、加工ツール１０の回転中心とロボ
ット手首の回転中心が一致するように加工ツール１０が
取りつれられている。加工ツール１０はロボット手首１
ａに該加工ツール１０を取り付ける取り付け部１０ａ
と、該取り付け部１０ａからロボット可動アームの最終
軸１の回転中心軸に対して垂直に伸び、その先端で屈曲
してロボット可動アームの最終軸１の回転中心軸と平行
でロボット可動アームの最終軸１とは逆方向に伸びた
「Ｌ」字型のリンク１０ｂと、該リンク１０ｂの先端に
取り付けられ、レーザ照射方向がロボット可動アームの
最終軸１の中心軸に対して垂直になるように取り付けら
れた加工ノズル２で構成されている。
【００１７】この様な加工ツール１０を備えたロボット
により、パイプ状ワークＷの端面を切断する加工を行な
う場合には、パイプ状ワークＷの中心軸とロボット可動
アームの最終軸１の中心軸（ロボット手首１ａの回転中
心）を一致させ、ワークＷの切断位置に加工ノズル３対
応させた位置にロボットを位置決めし、ロボット可動ア
ームの最終軸１を回転させながら、加工ノズル２よりレ
ーザビームをワークＷに照射することによってワークＷ
を切断する。
【００１８】このパイプ状のワークＷの切断加工におい
ては、加工中はロボット可動アームの最終軸１のみが駆
動され回転するのみであるから、加工精度がよく、また
簡単に切断加工をすることができる。
【００１９】ワークＷの軸方向における（図２において
左右方向）切断位置は、ロボット手首１ａの位置を図２
において左右方向に移動させてある程度選択できる。し
かし、この加工ツール１０を用いてロボット可動アーム
の最終軸１の回転のみでワークを切断できるワークＷの
径は制限される。加工ツール１０の回転中心軸（ロボッ
ト可動アームの最終軸の回転中心軸）と加工ノズル３の
先端間の距離、すなわち加工ノズルの偏位量より大きな
半径のパイプに対しては、上述したロボット可動アーム
の最終軸１の回転のみでワークを切断はできない。この
場合には、ロボットの複数軸を全体的に駆動して加工を
行なわねばならない。
【００２０】また、円筒形状ではない単一平面の集まり
で構成された角柱、楕円状のパイプ等のワークＷに対し
ても、また、円筒形状のパイプに対する鞍形切断も、こ
の加工ツール１０を備えるロボットでは、ロボット可動
アームの最終軸１の回転のみでは、ワークを切断するこ
とはできない。この様な加工は、ロボットの可動軸を複
数駆動しなければならない。
【００２１】そこで、加工ツールに１軸以上の可動軸を
設けることによって、様々な形状のワークに対しても加
工ができ、かつ鞍形切断、パイプ状ワークの表面に対す
る穴開け加工をも可能にする加工ツールを備えた第２の
実施形態について図３と共に説明する。
【００２２】図３においては、加工ツール１１を簡略的
に記載しているが、この加工ツール１１は、ロボット可
動アームの最終軸１の先端のロボット手首１ａに該加工
ツールを取りつける取り付け部１１ａと該取り付け部１
０ａからロボット可動アームの最終軸１の中心軸に対し
て垂直に伸縮移動する第１の付加可動軸１０ｂと該付加
可動軸１０ｂの先端に直角に接続され、ロボット可動ア
ームの最終軸１の中心軸の方向に進出する第２の付加可
動軸１０ｃと、該第２の付加可動軸１１ｃの先端に取り
付けられ、レーザ照射方向がロボット可動アームの最終
軸１の中心軸に対して垂直になるように取り付けられた
加工ノズル２で構成されている。
【００２３】上述した第１、第２の付加可動軸は、モー
タとボールネジ等を用いた直線機構や、モータの回転運
動をレバー部材等で直線運動に変換する、回転運動／直
線運動変換機構等で構成される。また、エアシリンダ
や、リニアガイド等をサーボモータ等で駆動する機構を
使用してもよい。
【００２４】上述した第１、第２の付加可動軸１１ｂ，
１１ｃを駆動するモータは、ロボット制御装置のサーボ
制御部１０５の付加軸制御用のサーボ制御器によってそ
れぞれサーボ制御されるものである。
【００２５】この第２の実施形態では、第１の付加可動
軸１１ｂが設けられることによって、種々の径のワーク
Ｗを切断することが可能となる。すなわち、第１の付加
可動軸を駆動することによって、加工ノズル２の先端
と、該加工ツール１１の回転中心軸でありロボット可動
アームの最終軸１の中心軸間の距離（偏位距離）を切断
加工しようとするパイプ状のワークＷの半径に合わせる
ように調整すればよく、切断加工する際には、上述した
第１の実施形態と同様に、ワークＷの中心軸とロボット
手首の中心（ロボット可動アームの最終軸１の中心軸で
ありかつ加工ツール１１の回転中心軸）を一致させるよ
うに、かつ、第２の付加可動軸１１ｃを駆動して加工ノ
ズルの先端が切断しようとするワークＷの位置（図３に
おける左右方向位置）に位置決めして、ロボット可動ア
ームの最終軸１を回転させながら加工ノズル２よりレー
ザビームをワークＷに照射すれば、ワークＷを切断する
ことができる。
【００２６】さらに、ロボット可動アームの最終軸１の
回転と、第２の付加可動軸１１ｃの駆動を同期して行な
えば、図３に破線で示すような鞍形切断や、ワークＷの
表面に穴開け加工を行なうことができる。すなわち、ロ
ボット可動アームの最終軸１が１回転する間に、同期し
て第２の付加可動軸１１ｃが所定ストロークを２往復す
るようにすれば、鞍形切断ができる。また、ロボット可
動アームの最終軸１が所定角度１方向に回転する間に第
２の付加可動軸１１ｃが所定ストロークだけ往復し、ロ
ボット可動アームの最終軸１が逆方向に所定角度移動す
る間に第２の付加可動軸１１ｃが逆方向に所定ストロー
クだけ往復すれば、パイプ状ワークＷの表面に穴を加工
することができる。
【００２７】また、ロボット可動アームの最終軸１の回
転と、第１の付加可動軸の移動を同期させて駆動させる
ことによって、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、断面
楕円菅状のパイプのワークＷや断面方形菅状のパイプの
ワークＷを切断加工をすることができる。
【００２８】すなわち、加工ツール１１に第１の付加可
動軸１１ｂを設けることによって、ロボットはロボット
可動アームの最終軸１の回転だけで、径の異なるの円筒
パイプ状のワークＷの切断加工、断面楕円菅状や方形菅
状のパイプの切断加工ができる。また、加工ツール１１
に第２の付加可動軸１１ｃを設けることによって、ロボ
ットはロボット可動アームの最終軸１の回転だけで、加
工ツール１１の付加可動軸１１ｃの駆動によってパイプ
表面への穴開け加工、パイプ端面の鞍形切断加工ができ
る。さらに、加工ツール１１に第１，第２のの付加可動
軸１１ｂ，１１ｃを設けることによって、ロボットはロ
ボット可動アームの最終軸１の回転だけで、径の異なる
の円筒パイプ状のワークＷの切断加工、鞍形切断加工、
断面楕円や方形のパイプの切断加工、パイプ表面への穴
開け加工が可能となる。
【００２９】この第２の実施形態の加工ツール１１を備
えたロボットを用いて、図５に示すように、ロボット可
動アームの最終軸１の中心軸（加工ツール１１の回転
軸）とパイプ状ワークＷの中心軸を所定角度に保持し
て、ロボット可動アームの最終軸１を回転させながら、
この回転に同期して第１，第２の付加可動軸１１ｂ，１
１ｃを駆動制御してパイプ状ワークＷを切断加工すれ
ば、図６（ａ）に正面図、図６（ｂ）に斜視図に示すよ
うな、端部切断したワークＷを接続する他のパイプＰに
対して斜めに組み付けることができる。すなわち、図６
に示すようなパイプＰに対してワークＷを組み付けると
きには、図５に示す加工を行ないワークＷの端部を切断
加工する。
【００３０】図７は、本発明の第３の実施形態の要部を
示す図である。この第３の実施形態は、複数の小パイプ
加工や、ユニット化されている部品の一部を切断する場
合に使用するものである。この第３の実施形態における
加工ツール１２は、ロボット手首１ａに該加工ツール１
２を取り付ける取り付け部１２ａ、該取り付け部１２ａ
からロボット手首１ａの取り付け面と平行（ロボット可
動アームの最終軸１の中心軸に対して垂直）に伸びかつ
先端で直角に屈曲したＬ字型の軸１２ｂ、該軸１２ｂの
先端に回動可能に取り付けられた付加回転軸１２ｃ、該
付加回転軸１２ｃに連結されロボット手首１ａの取り付
け面と平行の方向に伸縮する第１の付加可動軸１２ｄ、
該第１の付加可動軸１２ｄの先端に連結され、該第１の
付加可動軸１２ｄに対して直角方向に伸縮する第２の付
加可動軸１２ｅ、該第２の付加可動軸１２ｅの先端に取
り付けられレーザビームの照射方向が付加回転軸１２ｃ
の回転中心軸（ロボット可動アームの最終軸１の中心
軸）に対して直交する方向に向けられた加工ノズル２で
構成されている。
【００３１】小パイプ等のワークＷの端部を切断する際
には、切断しようとするワークＷの中心軸と付加回転軸
１２ｃの回転中心軸を一致させると共に、切断しようと
するワークＷの端面と付加回転軸１２ｃの端面を対向さ
せるようにロボットを位置決めする。そして、第１，第
２の付加可動軸１２ｄ、１２ｅを駆動して、加工ノズル
２をワークＷの切断しようとする位置に位置決めし、そ
の後、加工ノズル２からレーザビームを照射しながら付
加回転軸１２ｃを回転させれば、ワークＷの端面は切断
されることになる。
【００３２】なお、鞍形切断やワークＷの周面に穴開け
加工を行なう場合には、付加回転軸１２ｃの回転と同期
して、第２の付加可動軸１２ｅを第２の実施形態で説明
したように駆動すればよい。さらに、この小パイプ等の
ワークＷが、断面楕円菅形状や、方形菅形状等である場
合には、付加回転軸１２ｃの回転と第１の付加可動軸１
２ｄの駆動を同期して行ない切断することは、第２の実
施形態と同様である。
【００３３】この第３の実施形態においては、ワークＷ
を切断加工する際には、ロボットの可動軸は駆動される
ことなくロボット自体は停止状態であり、所定の位置、
姿勢を保持している。ロボットの可動軸が駆動されない
ので、加工精度は向上する。
【００３４】上述した各実施形態では、図５で示す加工
方法を実施したとき以外は、加工ノズル２のレーザビー
ム照射方向は、ワークＷの周面に対して垂直方向であ
り、切断面はワークＷの周面に対して垂直である。パイ
プ状ワークＷの中心軸線に対して垂直の断面しか得られ
ない。図１１に示すように、パイプを鞍形切断し、この
鞍形切断した切断面を他方のパイプの周面に当接して鞍
形溶接を行なうような場合、パイプ周面に対して垂直な
切断面しか得られない場合には、図１２（ａ）に示すよ
うな接合状態となり、溶接が困難で強固な強度を有する
溶接が得られない。しかし、切断面がパイプ表面に対し
て任意の角度を有するように切断できれば、図１２
（ｂ）に示すように、切断面と他方のパイプの周面が密
着し、この接合位置の溶接も容易で強固なものとなる。
【００３５】そこで、切断面がパイプ周面と任意の角度
を有するように切断できる第４の実施形態を図８と共に
説明する。
【００３６】加工ツール１３はロボット手首１ａに該加
工ツール１３を取り付ける取り付け部１３ａと、該取り
付け部１３ａからロボット可動アームの最終軸１に対し
て垂直に伸びる軸１３ｂと該軸１３ｂに対して第１の付
加可動軸１３ｄを回動させる付加回動軸１３ｃを備え、
前記第１の付加可動軸１３ｄは、モータ，ボールネジ等
の回転運動を直線運動に変換する機構を介してその先端
を直線移動できる構造になっている。
【００３７】さらに、第１の付加可動軸１３ｄの先端に
直角に接続され、第１の付加可動軸１３ｄと同様に回転
運動を直線運動に変換する機構によってその先端を直線
移動させる第２の付加可動軸１３ｅと、該第２の付加可
動軸１３ｅの先端に取り付けられた加工ノズル２を備え
ている。
【００３８】パイプ状のワークＷに対して鞍形切断等の
加工を行なう場合には、パイプ状のワークＷの中心軸線
とロボット可動アームの最終軸１の回転軸とを一致させ
ると共に、ロボット手首１ａとワークＷの端面が対向す
るようにロボットを位置決めし、切断開始時の切断面の
角度が得られるような回転角に回転軸１３ｃを位置決め
し、かつ、第１，第２の可動軸１３ｄ，１３ｅを駆動し
て切断開始位置に加工ノズル２を位置決めする。そし
て、教示プログラムに従って、ロボット可動アームの最
終軸１を回転させながら、この回転に同期して、回転軸
１３ｃ、第１，第２の付加可動軸１３ｄ，１３ｅを駆動
制御することによって、ワークＷを鞍形切断等の任意の
切断形状を得る切断加工、または穴開け加工を行なう。
なお、この第４の実施形態でも、断面円筒状のパイプや
断面楕円菅状のパイプ、断面方形菅状のパイプ等の単一
平面ではないワークの切断加工ができるものである。
【００３９】上述した第４の実施形態では、加工しよう
とするワークＷの大きさ（径）に制限を受ける、この制
限を緩和したものが、図９に示す第５の実施形態であ
る。この第５の実施形態において用いられるは加工ツー
ル１４は、第４の実施形態における軸１３ｂを可動軸と
したものである。この第５の実施形態は、ロボット手首
１ａに該加工ツール１４を取り付ける取り付け部１４ａ
と、該取り付け部１４ａからロボット可動アームの最終
軸１に対して垂直に伸び、先端が直線移動する第１の付
加可動軸１４ｂと該第１の付加可動軸１４ｂに対して第
２の付加可動軸１４ｄを回動させる回動軸１４ｃを備
え、さらに、第２の付加可動軸１４ｄの先端に直角に接
続され、その先端を直線移動させる第３の付加可動軸１
４ｅと、該第３の付加可動軸１４ｅの先端に取り付けら
れた加工ノズル２を備えている。上述した第１、第２、
第３の付加可動軸１４ｂ、１４ｄ，１４ｅはモータ，ボ
ールネジ等の回転運動を直線運動に変換する機構を介し
てその先端を直線移動できる構造になっている。
【００４０】この第５の実施形態と、第４の実施形態を
比較し相違する点は、上述したようにロボット手首１ａ
への取り付け部１４ａ（１３ａ）からロボット可動アー
ムの最終軸１に対して垂直に伸びる軸１４ｂ（１３ｂ）
が直線移動するか否かの差異である。図８と図９を比較
しても明らかのように、ワーク径の変化に対しても、ま
た切断面の傾きに対しても、ワーク端面から切断する位
置までの距離の自由度からも、可動軸を１つ増加した第
５の実施形態の方が加工に対する対応が容易になってい
る。
【００４１】図１０は、本発明の第６の実施形態であ
る。この第６の実施形態は、加工ツールに対して（ロボ
ット手首に対して）加工対象のパイプを位置決め保持が
容易な加工ツールを提供するものである。この第６の実
施形態では、該加工ツール１５をロボット手首１ａへの
取り付け部１５ａに、該加工ツール１５の回転中心軸
（結局、ロボット可動アームの最終軸１の回転中心軸）
と一致する中心軸をもった円錐台状のボス１５ｚを取り
付け部１５ａとは逆向き取り付け、パイプ等のワークＷ
に対向するように設ける。しかも、このボス１５ｚは加
工ツール１５の本体に対して回転自在に設けられてい
る。ワークＷのパイプの中心軸とロボット可動アームの
最終軸１の回転軸（ロボット手首１ａの中心軸、加工ツ
ール１５の回転中心軸）と一致するようにロボットを位
置決めして、この軸に沿ってロボット手首を平行移動さ
せて上記ボス１５ｚをワークのパイプＷに押付け嵌合さ
せ、パイプＷの中心軸と加工ツール１５の回転軸にずれ
が生じないようにする。そして、ロボット可動アームの
最終軸１ａを回転させ加工ツール１５を回転させながら
加工ノズル２でワークを切断、穴開け加工等を行なう。
加工ツール１５は回転しても、ボス１５ｚは加工ツール
本体に対しては相対回転するがワークＷのパイプに対し
ては回転しないから、加工ツール本体１５の回転の障害
とはならず、加工ツール１５の回転中心軸がパイプの回
転中心軸と一致するように保持しながらパイプＷの切
断、穴開け加工が行われるから、精度の高い加工を行な
うことができる。
【００４２】この図１０に示した実施形態の例では、図
３に示す第２の実施形態にボス１５ｚを付設した例を示
したが、このボス１５ｚは上述した第１〜第５の実施形
態の加工ツールに対しても適用できるものである。
【００４３】次に上述したような加工ツールが装着され
たロボットによるワークへの加工について説明する。
【００４４】まず、予めロボット制御装置のメモリ１０
２の不揮発性メモリ部にワーク種類とその加工形状に対
する加工ツール先端経路の計算式を格納しておく。例え
ば、一例としてワークＷが円菅状のパイプであり、該ワ
ークＷを図１１に示すように他のパイプＰに突き合わせ
接続するために鞍形切断を行なうような場合、加工ツー
ル先端経路の計算式は以下のようにして求められる。
【００４５】図１６、図１７はパイプＰにワーク（パイ
プ）Ｗを突き合わせて接続するためにワークＷを鞍形切
断するときの加工ツール先端経路の計算式の求め方の説
明図である。図１６，図１７に示すように、パイプ（突
き合わせの相手側）Ｐの中心軸をＸ軸、ワークＷの中心
軸をＹ軸、該Ｘ軸，Ｙ軸と直交する軸をＺ軸とする。そ
して、この直交座標系の原点をパイプＰとワークＷの当
接する最上部位置とし、Ｙ軸の＋向きは、切断面から遠
ざかる方向、Ｚ軸の＋向きは下方向とする。
【００４６】図１６に示すように、パイプＰの外径の半
径をＲ、ワークＷの外径の半径をｒとし、パイプＰにワ
ークＷが当接する最上部位置（原点位置）とパイプＰの
中心軸間の距離（Ｙ軸方向距離）をＡ、パイプＰの最上
端位置と原点位置間の距離（Ｚ軸方向の距離）をＢとす
る。
【００４７】ワークＷの切断面における任意の位置のＹ
軸、Ｚ軸の位置（ｙ，ｚ）とし、この位置パイプＰの最
上部位置からの回転量を図１６に示すようにθとする
と、 ｙ＝Ｒｓｉｎθ−Ａ ｚ＝Ｒ−Ｂ−Ｒｃｏｓθ＝Ｒ（１−ｃｏｓθ）−Ｂ よって、 ｓｉｎθ＝（ｙ＋Ａ）／Ｒ ｃｏｓθ＝１−｛（ｚ＋Ｂ）／Ｒ｝ また、 ｓｉｎ2 θ＋ｃｏｓ2 θ＝１であるから、 ［（ｙ＋Ａ）／Ｒ］2 ＋［１−｛（ｚ＋Ｂ）／Ｒ｝］2
＝１ よって、 Ｒ2 ＝（ｙ＋Ａ）2 ＋｛Ｒ−（ｚ＋Ｂ）｝2 …（１） また、図１７に示すように、ワークＷにおいて上記任意
の点（ｙ，ｚ）の原点からの回転角をαとすると、 ｚ＝ｒ−ｒｃｏｓα＝ｒ（１−ｃｏｓα） …（２） 上記１式に上記２式を代入して回転角αとＹ軸の値ｙの
関係を求めると、 ｙ＝［Ｒ2 −［Ｒ−｛ｒ（１−ｃｏｓα）＋Ｂ｝］2 ］1/2 −Ａ ＝±[[2R−{r（１−ｃｏｓα）＋Ｂ}]［r(１−ｃｏｓα）＋Ｂ]]1/2 −Ａ よって ｙ＝｜[[2R−{r（１−ｃｏｓα）＋Ｂ}]［r(１−ｃｏｓα）＋Ｂ]]1/2 −Ａ｜ …（３） 上記３式において、回転角αは加工ツールの回転角であ
り、ロボット可動アームの最終軸１ａの回転角を意味
し、この回転速度は設定された所定速度に制御されるも
のである。また、Ｙ軸の値ｙはワークＷの軸線方向の加
工ツールの移動位置を意味しており、第２の実施形態、
第３の実施形態における第２の付加可動軸（ロボット可
動アームの最終軸１ａの中心軸と平行に移動する軸）の
移動量を意味しており、上記３式は、加工ツールの回転
（ロボット可動アームの最終軸１ａの回転）に伴う加工
ツール先端経路の計算式を示している。
【００４８】そして、この３式によって加工ツール先端
経路の計算式が確定するには、パイプの半径Ｒ、ワーク
の半径ｒ、パイプＰにワークＷが当接する最上部位置と
パイプＰの中心軸間の距離Ａ、パイプＰの最上部位置と
ワークＷの最上部位置間の距離Ｂわかればよい。そこ
で、これらのデータをＲ，ｒ，Ａ，Ｂをこの鞍形加工に
おけるパラメータの一部として設定するようにする。
【００４９】なお、図１６に示すように、パイプＰの中
心軸とワークＷの中心軸が交わるように、パイプＰに対
してワークＷを突き合わせ接続する場合（パイプＰの中
央点にワークＷの中心線が来るように突き合わせる場
合）、Ｂ＝Ｒ−ｒであり、Ａ＝（Ｒ2 −ｒ2 ）1/2 であ
るから、この場合には、上述した式３は、次の４式とな
る。
【００５０】 ｙ＝｜[(Ｒ＋ｒｃｏｓα)(Ｒ−ｒｃｏｓα)]1/2 −（Ｒ2 −ｒ2 ）1/2 ｜ …（４） この場合には、パラメータＡ，Ｂを設定せずに半径Ｒ，
ｒのみを設定し、上記４式を用いて加工ツール先端経路
の計算式を用いればよい。
【００５１】また、加工予定の複数のワークに対してワ
ーク番号を与え、各ワーク番号毎に、ワークＷの種類
（断面円のパイプ、断面楕円のパイプ、断面方形のパイ
プ、等）とその形状を特定するデータをメモリ１０２の
不揮発性メモリ部に格納しておくと共に、ワーク番号と
加工形状（平面切断加工、鞍形加工、穴明け加工等）に
応じて、上述したような加工ツール先端経路の計算式を
求めてロボット制御装置のメモリ１０２の不揮発性メモ
リ部に格納ておく。さらには、ワークＷの種類に対応す
る番号、切断加工、鞍形加工、穴明け加工等加工形状
名、及びワーク番号（ワークの種類）に対するそのワー
クを加工できる（もしくはできない）加工形状をメモリ
１０２の不揮発性メモリ部に記憶しておく。
【００５２】そこで、加工を教示するときには、教示操
作盤１０４よりロボット制御装置に加工教示指令を入力
すると、ロボット制御装置のＣＰＵ１０１は、図１４に
示す教示処理を開始する。まず、教示操作盤１０４のデ
ィスプレイ表示画面にワークの種類とそれに対応する番
号を表示し、これに応じてオペレータが番号を入力する
ことによってワークの種類を選択すると（ステップＳ
１）、ＣＰＵ１０１は加工形状の種類を表示し選択を促
す（ステップＳ２）。オペレータが加工形状を選択する
と、入力されているワーク番号に対応するワーク形状に
対してこの選択形状が加工できるか、設定記憶内容に基
づいて判断し（ステップＳ３）、加工できない場合には
アラーム警告を出力し（ステップＳ７）、再度加工形状
の選択を促す。
【００５３】また、選択加工形状が妥当であれば、その
加工形状を加工するのに必要なパラメータ名を表示して
各パラメータの入力を待つ（ステップＳ４）。上述した
鞍形切断の場合では、切断ワークＷのが突き合わせられ
る相手側のパイプ等の円柱体の半径Ｒ、切断ワークの半
径ｒ、パラメータＡ，Ｂ及びレーザ出力を決めるために
ワークＷの肉厚を設定入力することになる。選択加工形
状に関する全てのパラメータ及びワークＷの肉厚を設定
し、設定完了信号が入力されると、ＣＰＵ１０１は、入
力されたワーク番号、加工形状及びパラメータをメモリ
１０２の不揮発性メモリ部に加工データとして記憶し、
加工動作の教示は終了する。
【００５４】一方、実際に加工を行なう場合には、教示
プログラム等により、ロボット手首に取り付けられた加
工ツールをワークに対して位置決めされた後、すなわ
ち、上述したワークＷの中心軸とロボット可動アームの
最終軸の回転中心軸が一致し、加工ツールの加工ノズル
２をワークＷの加工開始位置に位置決めされた後、教示
プログラムからワーク番号と加工指令が読込まれると、
図１５の加工処理をＣＰＵは開始する。
【００５５】まず、読込まれたワーク番号に対応する加
工データ（加工形状及びパラメータ）をメモリ１０２の
不揮発性メモリ部からＲＡＭに読込み（ステップＴ
１）、ワーク番号と選択加工形状から加工ツール先端経
路の計算式を選択し、設定されたパラメータの値を用い
て通常の移動指令と同様の経路計画を行ない加工ツール
先端の経路及び速度を算出する。また、設定されてるワ
ークＷの肉厚よりレーザ出力を求めレーザ発振器１０８
へ出力する（ステップＴ２）。
【００５６】次に、算出された経路がロボットの動作範
囲内か判断し、範囲外であるとアラーム警報を出力し
（ステップＴ６）、この加工処理は終了する。一方範囲
内であると、ステップＴ２の経路計画によって求められ
た経路及び速度に基づいて補間周期毎の各軸移動量を算
出して出力し各軸サーボモータを駆動する（ステップＴ
４）。すなわち、上述した鞍形切断の場合には、ロボッ
ト可動アームの最終軸１ａが設定所定速度で回転し、か
つ加工ノズル２をこの最終軸１ａの回転中心軸と平行に
移動する付加可動軸（第２の実施形態における第２の付
加可動軸１１ｃ、第３の実施形態における第２の付加可
動軸１２ｅ等）に対して補間周期毎の移動指令量を算出
し出力する。そして、目標位置に達したか判断し（ステ
ップＴ５）達するまでこの補間処理を行ない目標位置に
達するとこの加工処理を終了する。
【００５７】
【発明の効果】本発明は、ロボット可動アームの最終軸
の回転駆動のみで他のロボット可動アームを駆動せずに
パイプ状ワークの切断加工が可能となったので、加工制
度の高い加工ができる。また、加工ツールに直動軸や回
動軸を設けることによって、パイプ状ワークの穴明け加
工や鞍形切断加工、さらには、パイプ状のワークの切断
面をパイプ表面に対して任意の傾斜をもって加工するこ
とをも可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボツト制御装置の一実施形態の要部
ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における加工ツールの
説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における加工ツールの
説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における断面楕円菅，
方形菅の切断加工説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における傾斜切断加工
の説明図である。
【図６】傾斜切断加工によって切断されたワークとパイ
プとの突き合わせ接合の説明ずである。
【図７】本発明の第３の実施形態における加工ツールの
説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における加工ツールの
説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における加工ツールの
説明図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態における加工ツール
の説明図である。
【図１１】パイプの付き合わせ接合の説明図である。
【図１２】パイプ状ワークの切断面とパイプとの接合と
の関係を説明する説明図である。
【図１３】ロボットを用いてパイプ状ワークを切断する
ときの従来の加工方法の説明図である。
【図１４】本発明による加工教示処理のフローチャート
である。
【図１５】本発明による加工動作処理のフローチャート
である。
【図１６】鞍形加工における加工ツール先端経路の計算
式の求め方の説明図である。
【図１７】同加工ツール先端経路の計算式の求め方の説
明図である。
【符号の説明】
１０１ メインＣＰＵ １０２ メモリ １０４ 教示操作盤 １０５ サーボ制御部 １０８ レーザ発振器 Ｗ ワーク Ｐ パイプ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 関節で結合された複数のリンクからなる
    可動アームを有し、該可動アームはソフトウエア処理能
    力を有するロボット制御装置によって制御され、前記可
    動アームの先端部に加工ツールが装着され、該加工ツー
    ルの加工部先端はロボット可動アームの最終軸の回転中
    心軸に対し偏位し、かつ前記最終軸の回転中心軸に向い
    て配置されている加工ツール付ロボット。
  2. 【請求項２】 関節で結合された複数のリンクからなる
    可動アームを有し、該可動アームはソフトウエア処理能
    力を有するロボット制御装置によって制御され、前記可
    動アームの先端部に加工ツールが装着され、該加工ツー
    ルには該加工ツールの加工部先端をロボット可動アーム
    の最終軸の回転中心軸に対し位置若しくは方向を可変に
    する可動軸を備えている加工ツール付ロボット。
  3. 【請求項３】 上記可動軸は直動軸である請求項２記載
    の加工ツール付ロボット。
  4. 【請求項４】 上記可動軸は回動軸である請求項２記載
    の加工ツール付ロボット。
  5. 【請求項５】 上記直動軸は、ロボット可動アームの最
    終軸の回転中心軸に対して垂直方向若しくは平行方向に
    移動する直動軸であり、少なくともどちらか１方を備え
    る請求項３記載の加工ツール付ロボット。
  6. 【請求項６】 上記可動軸として、直動軸と回動軸を備
    える請求項２記載の加工ツール付ロボット。
  7. 【請求項７】 関節で結合された複数のリンクからなる
    可動アームを有し、該可動アームはソフトウエア処理能
    力を有するロボット制御装置によって制御され、前記可
    動アームの先端部に加工ツールが装着され、該加工ツー
    ルはロボット可動アームの最終軸の回転中心軸とは異な
    る回転軸回りに回転する回動軸を備え、該回動軸に対し
    て加工ツールの加工部先端は偏位し、かつ前記回動軸の
    回転中心軸に向いて配置されている加工ツール付ロボッ
    ト。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至６の内１項記載の加工ツー
    ル付ロボットを用い、パイプ状のワークの中心軸を前記
    可動アームの最終軸の回転中心軸と同軸上に配置し上記
    最終軸を回転させることによって、上記ワークに対して
    加工を行なうことを特徴とする加工ツール付ロボットに
    よる加工方法。
  9. 【請求項９】 請求項３記載の加工ツール付ロボットを
    用い、パイプ状のワークの中心軸を前記可動アームの最
    終軸の回転中心軸と同軸上に配置し上記最終軸を回転さ
    せると共に、該最終軸の回転と同期して上記直動軸を駆
    動して、ワークを鞍形切断又は穴明け加工をすることを
    特徴とする加工ツール付ロボットによる加工方法。
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