JPWO2018051464A1

JPWO2018051464A1 - 工作機械用搬送アーム装置

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Abstract

ワークに対して行われる各種作業に対応したアームの姿勢の教示に係る作業について、従来に比べて効率化することを可能にした工作機械用搬送アーム装置を提供する。具体的には、第１の姿勢及び第１の姿勢とは姿勢の異なる第２の姿勢へとアーム２１の姿勢を教示する場合において、制御回路部５１は、第１の姿勢を特定（教示）する為のパラメータに基づいて、第２の姿勢を特定する為のパラメータを演算するように構成する。

Description

本発明は、工作機械においてワークの搬送等を行う工作機械用搬送アーム装置に関する。

従来より、ワークに対して穴あけ、旋盤、研磨、検査等の各種作業を行う工作機械装置について提案されている。上記工作機械装置では、一般的にワークの搬送、ワークの反転、作業位置へのワークの装着等を行うのにアームが用いられている。

ここで、アームは例えば特開２０００−２４６９６９号公報に示すように、先端にワークを固定する為のハンド（チャック）を備え、一又は複数の関節を回転駆動させることによって、ワークを任意の空間上の位置に移動させることが可能である。しかしながら、従来ではこのアームの動作に係る制御プログラムを作成する際において、特にアームの姿勢を教示する為の各種パラメータ（例えば先端部の座標、関節の角度等）の設定作業が非常に複雑な作業となっていた。具体的には、アームの姿勢を実際に教示したい姿勢へと移動させた後に、その姿勢を教示する為に必要なパラメータを取得する（姿勢を装置に記憶させる）という作業を、教示したい姿勢毎に行う必要があった。

そこで、そのような教示に係る作業を効率化するための手段として、例えば上記特開２０００−２４６９６９号公報では、アームの姿勢を初期姿勢から正規姿勢（ワークの取出し方向とアームの駆動軸が同一直線上にある状態）に移動させる場合において、初期姿勢のハンドの方向や位置座標に基づいて正規姿勢の駆動軸の位置や角度を演算し、演算した値に従ってアームの姿勢の教示を行うことが提案されている。

特開２０００−２４６９６９号公報（第３〜４頁）

ここで、上記特許文献１では正規姿勢という予め決められた姿勢へとアームを移動させる場合において、教示に係る作業を容易にすることが可能である。しかしながら、実際には工作機械装置でワークに対する各種作業を行う工程において、アームには様々な動きを行わせる必要がある。例えば、アームの動作内容としては、ワークの搬送、ワークの反転、作業位置へのワークの装着、作業位置からのワークの離脱等があり、それぞれの動作内容に応じた動きがある。具体的には、先端部に支持したワークを水平方向に移動させたり、鉛直方向に移動させる動き等である。

上記特許文献１の技術では、上記のような様々なアームの動きに対する教示については対応しておらず、アームの姿勢の教示に係る作業を十分に効率化することができなかった。

本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、ワークに対して行われる各種作業に対応したアームの姿勢の教示に係る作業について、従来に比べて効率化することを可能にした工作機械用搬送アーム装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係る工作機械用搬送アーム装置は、ベース上を移動可能に構成されたアームと、前記アームの先端部に配置されたワークを搬送する為のチャックと、前記アームの角度を変位可能とする複数の関節部と、前記複数の関節部において前記アームの角度を変位させる駆動源である複数の駆動軸と、前記アームの姿勢を特定する為のパラメータを用いて前記アームの姿勢を教示する姿勢制御手段と、を有し、前記姿勢制御手段は、第１の姿勢及び前記第１の姿勢とは姿勢の異なる第２の姿勢へと前記アームの姿勢を教示する場合において、前記第１の姿勢における前記パラメータに基づいて、前記第２の姿勢における前記パラメータを演算することを特徴とする。

前記構成を有する本発明に係る工作機械用搬送アーム装置によれば、ワークに対して行われる各種作業に対応したアームの姿勢の教示に係る作業について、従来に比べて効率化を図ることが可能となる。例えば、第１の姿勢から第２の姿勢へとアームを移動させる制御を行う場合において、第１の姿勢を教示する為のパラメータから第２の姿勢を教示する為のパラメータを演算で算出することが可能となり、アームを実際に第２の姿勢に移動させてパラメータを取得する必要が無く、第２の姿勢の教示を容易に行うことが可能となる。

図１は、本実施形態に係る工作機械装置の外観正面図である。図２は、ベースユニットの内部構造を示した図である。図３は、アームの動作態様の一例を示した図である。図４は、本実施形態に係る工作機械装置を示したブロック図である。図５は、本実施形態に係るプログラム生成処理プログラムのフローチャートである。図６は、ユーザによる各種情報の入力前のプログラム生成画面の一例である。図７は、ユーザによる各種情報の入力後のプログラム生成画面の一例である。図８は、単位制御プログラムの生成例を示した図である。図９は、工作機械装置のアームの動作制御に係る制御プログラムの生成例を示した図である。図１０は、教示値入力画面の一例である。図１１は、固定値がある場合の教示値入力画面の一例である。図１２は、アームの先端部を水平方向へと移動させる場合において、教示パラメータ値を演算する一例を示した図である。図１３は、アームの先端部を水平方向へと移動させる場合において、教示パラメータ値を演算する一例を示した図である。図１４は、アームの先端部を鉛直方向へと移動させる場合において、教示パラメータ値を演算する一例を示した図である。図１５は、アームの先端部を鉛直方向から水平方向へと移動させる場合において、教示パラメータ値を演算する一例を示した図である。

以下、本発明に係る工作機械用搬送アーム装置を具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る工作機械用搬送アーム装置を備えた工作機械装置１の全体構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係る工作機械装置１の外観正面図である。

［工作機械装置の全体構成］
本実施形態に係る工作機械装置１は、図１に示すように、複数（図１では５個）のベースユニット２Ａ〜２Ｅからなるベース３と、ベース３に対して配列された複数（図１では９個）の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉとを備えている。基本的には、一のベースユニットに対して２つの作業機モジュールが配置されるが、一のベースユニットに対して一の作業機モジュールのみ或いは３以上の作業機モジュールを配置する構成としても良い。更に、ベース３と独立して作業機モジュールを配置しても良い。例えば、図１に示す例では、最も左側に配置されたベースユニット２Ａは一の作業機モジュール４Ａが配置され、他のベースユニット２Ｂ〜２Ｅには各２個の作業機モジュール４Ｂ〜４Ｉが配置されている。尚、以下の説明では、「前後」、「左右」、「上下」を、図１の工作機械装置１の正面側から見た場合における前後、左右、上下として説明する。即ち、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉが配列されている方向は左右方向であり、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの配列方向と交差する工作機械装置１の奥行き方向が前後方向である。

また、複数の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは、１つのラインとなるように左右方向に一列に配列されている。更に、各作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは、等間隔で且つ互いの側壁が近接するように配列されている。なお、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは、後述するようにワークに対する作業内容が異なる複数種類のモジュールが存在する。但し、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの外観は、種類に関わらず基本的に同一寸法で同一外観を有している。その結果、本実施形態に係る工作機械装置１は、見た目に統一感のあるものとなっている。

また、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは、左右方向の寸法が、前後方向の寸法に対して相当に小さくされている。一方、ベースユニット２Ａ〜２Ｅは上方に載置される作業機モジュール４Ａ〜４Ｉに対応した寸法を有している。例えばベースユニット２Ａは、左右方向の寸法が１つの作業機モジュールが載置された状態における作業機モジュールの左右方向の寸法とほぼ等しくされており、ベースユニット２Ｂ〜２Ｅは、左右方向の寸法が、２つの作業機モジュールが載置された状態における作業機モジュールの左右方向の寸法とほぼ等しくされている。即ち、ベース３は、左右方向において、９つの作業機モジュール４Ａ〜４Ｉが丁度載置される大きさのものとされている。以上のような構成から、本実施形態に係る工作機械装置１は、９つの作業機モジュール４Ａ〜４Ｉが配列されているにも拘わらず、配列方向における当該装置全体の長さが比較的短いものとすることができる。

また、ベース３を構成する各ベースユニット２Ａ〜２Ｅは、それぞれ互いに固定されて一のベースを構成している。上述したように基本的にベースユニット２Ａを除くベースユニット２Ｂ〜２Ｅの各々は、２つの作業機モジュール４Ａ〜４Ｉを載置させることが可能となっている。それら４つのベースユニット２Ｂ〜２Ｅは、各々が規格化されており、互いに同じ形状、寸法、構造のものとされている。従って、ベース３を構成するベースユニットの数は適宜増減することが可能であり、それに伴って配列する作業機モジュールの数についても自由に変更することが可能となる。尚、本実施形態では、ベース３を複数のベースユニット２Ａ〜２Ｅから構成しているが、ベース３をベースユニット２Ａ〜２Ｅに分割せずに単体で構成しても良い。

次に、ベースユニット２Ａ〜２Ｅの内部構造について説明する。図２はベースユニット２Ｂの内部構造を示した図である。尚、ベースユニット２Ａ〜２Ｅは載置される作業機モジュールの数が異なるのみで、基本的に同一の構成を有しているので、他のベースユニット２Ａ、２Ｃ〜２Ｅの説明は省略する。

図２に示すように、各ベースユニット２Ｂには、上部に載置される作業機モジュールの数に応じた数のレール１１が設けられている。本実施形態ではベースユニット２Ｂは２つの作業機モジュール４Ｂ、４Ｃが載置されるので、２対のレール１１が、前後方向に並んで設けられている。レール１１は、作業機モジュールの引き出しの際の作業機モジュールが移動する軌道を画定するものとなっている。一方、作業機モジュール４Ｂ、４Ｃのベースに接する面には、レール１１と対応する車輪が設けられている。そして、レール１１上で車輪を移動させることによって、作業機モジュール４Ｂ、４Ｃをベースユニット２Ｂに対して容易に前後方向に移動させることが可能となっている。

更に、作業機モジュール４Ｂ、４Ｃは、ベースユニット２Ｂから離脱可能な位置まで移動させることが可能である。その結果、ベース３上に配列された各作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの一部の入れ替えや並べ替えを容易に行うことが可能となる。

また、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの正面側の側壁には、コントローラ５が配置されている。コントローラ５は、情報の表示手段としての液晶ディスプレイや、ユーザの操作を受け付ける操作受付手段としての各種操作ボタンを備えており、工作機械装置１に関する各種操作を受け付けたり、工作機械装置１の現在の作動状況や設定状況等を表示する。また、液晶ディスプレイの前面にはタッチパネルが配置されており、タッチパネルを用いた操作についても可能に構成されている。また、コントローラ５は後述のように工作機械装置１のアームの姿勢を教示する為の各種パラメータを入力する場合においても用いられる。図１に示す例ではコントローラ５は一部の作業機モジュール４Ｂ〜４Ｈのみに配置されているが、全ての作業機モジュール４Ａ〜４Ｉに配置しても良い。尚、コントローラ５を用いた加工制御プログラムの生成に関しては後に詳細に説明する。

［作業機モジュールの構成］
上述した工作機械装置１は、製造物であるワークに対して、各種のツールによる穴あけ、旋盤、研磨、検査等を行って、最終的な製品を製造するものである。具体的には、ラインに対して配列された各作業機モジュール４Ａ〜４Ｉが、一のワークに対して順次作業を行う。

ここで、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは複数種類あって、種類毎に作業内容が決められている。例えば本実施形態では、工作機械装置１内にワークを投入する搬入モジュール、旋盤を行う旋盤モジュール、ドリルによる孔開けやミーリング加工等を行うドリルモジュール、ワークに対して検査を行う検査モジュール、ワークの仮置きをおこなう仮置きモジュール、工作機械装置１内からワークを排出する搬出モジュールがある。旋盤モジュールやドリルモジュールはワークに対する加工作業を行う加工モジュールに相当する。

尚、ベース３に対してどの種類の作業機モジュールを配置するかは、ワークに対する作業内容によって異なる。また、ベース３に対して配置する作業機モジュールの数もワークに対する作業内容によって異なる。また、作業機モジュールの並び順については一部の作業機モジュールを除いて作業内容に応じて製造者側で任意に変更可能である。特に本実施形態では後述するように複数の作業機モジュールの内の一部の作業機モジュールのみを入れ替えたり、配置順序を並べ替えた場合であっても、対応する加工制御プログラムを容易に作成することが可能となる。

例えば作業機モジュールの配置の一例として、図１に示す例では、ベース３の最も左側の作業機モジュール４Ａとしてワークを投入する搬入モジュールが配列され、一方最も右側の作業機モジュール４Ｉとして工作機械装置１内からワークを排出する搬出モジュールが配置される。そして、搬入モジュールと搬出モジュールの間の作業機モジュール４Ｂ〜４Ｈとして左側から順に、旋盤モジュール、仮置きモジュール、ドリルモジュール、検査モジュールがそれぞれ作業順に所定数配置される。そして、工作機械装置１は、最も左側に配置された搬入モジュールによって投入されたワークが、左側にある各作業機モジュールから順に、各作業機モジュールによる作業が行われ、最終的に搬出モジュールから排出されるようになっている。

また、工作機械装置１は、ワークを作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの配列方向に移送するワークの搬送手段、ワークの反転手段、作業位置へのワークの装着手段、作業位置からのワークの離脱手段として、アーム２１を備えている。尚、工作機械装置１が備えるアーム２１の数はベースユニット２Ａ〜２Ｅの数に比例し、基本的に２台の作業機モジュールの配置された２つのベースユニット（即ち４台の作業機モジュール）に対して１のアーム２１を配置する。例えば本実施形態では搬入モジュールの載置されたベースユニット２Ａを除くと４つのベースユニット２Ｂ〜２Ｅからなるので、アーム２１は２本配置されることとなる。

ここで、アーム２１は、ベース３と略同じ高さを有するテーブル２４上に配置されており、ベース３の側面に設けられたレールに沿って、テーブル２４とともに作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの配列方向である左右方向に移動可能に構成されている。即ち、アーム２１は、ベース３と作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの外壁とによって形成された作業空間内を、左右方向に移動することが可能とされている。また、アーム２１の先端部にはワークを保持する保持具としてのチャック２５を有している。そして、チャック２５でワークを保持した状態でアーム２１を移動することによって、複数の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉ間でワークを移送することが可能である。

また、アーム２１は図２に示すように多関節型のアームであり、アーム２１の角度を変位可能とする複数の関節部を有する。具体的には、テーブル２４と第１アーム２６との接続部分にある第１関節部２７と、第１アーム２６と第２アーム２８との接続部分にある第２関節部２９と、第２アーム２８とチャック２５との接続部分にある第３関節部３０を備えている。また、各関節部にはアーム２１の角度を変位させる駆動源である駆動軸を有しており、例えば第１関節部２７の駆動軸（以下、第１駆動軸３１という）を駆動させることによって、テーブル２４に対する第１アーム２６の角度を変位させる。また、第２関節部２９の駆動軸（以下、第２駆動軸３２という）を駆動させることによって、第１アーム２６に対する第２アーム２８の角度を変位させる。また、また、第３関節部３０の駆動軸（以下、第３駆動軸３３という）を駆動させることによって、第２アーム２８に対するチャック２５の角度を変位させる。尚、各駆動軸３１〜３３は例えばサーボモータ等からなる。

従って、工作機械装置１は、各駆動軸３１〜３３の角度値を教示することによってアーム２１の姿勢を自由に制御することが可能となっている。例えば図３に示すように、アーム２１を折り畳んだり、伸ばすことによってチャック２５で保持したワーク４０を空間内で自由に移動させることが可能となる。更に、第３駆動軸３３を回転駆動させることによってワーク４０を１８０度反転させることも可能である。また、上下方向をＲＹ軸、前後方向をＲＺ軸とすると、各駆動軸３１〜３３の角度値を教示することによってワーク４０のＲＹ値を維持した状態でＲＺ値を変位させる（即ち、ワーク４０を水平方向に移動させる）ことも可能である。同じく、ワーク４０のＲＺ値を維持した状態でＲＹ値を変位させる（即ち、ワーク４０を鉛直方向に移動させる）ことも可能である。その結果、アーム２１は、そのアーム２１を作業機モジュールの作業位置まで伸ばし、チャック２５によって、作業位置にワークを装着させることや、作業位置からワークを離脱させること等も可能である。

また、テーブル２４の下方にはアーム回転装置４１を有している。アーム回転装置４１は、テーブル２４を水平方向に回転させることで、テーブル２４上にあるアーム２１についても回転させ、アーム２１全体の向きを変位させることが可能である。

［工作機械装置の制御構成］
次に、本実施形態に係る工作機械装置１の制御構成について図４を用いて説明する。図４は本実施形態に係る工作機械装置１を示したブロック図である。

図４に示すように本実施形態に係る工作機械装置１は、工作機械装置１の全体の制御を行う電子制御ユニットである制御回路部５１と、ユーザの操作を受け付けるとともに情報の表示を行うコントローラ５と、ＬＡＮ（Local Area Network）等を介して接続された上述した作業機モジュール４Ａ〜４Ｉ及びアーム２１とを基本的に有する。尚、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉやアーム２１の数は上述したようにベースユニットの数に応じた数となる。

ここで、コントローラ５は、工作機械装置１の現在の作動状況や設定状況等を表示する液晶ディスプレイ５２と、ユーザの操作を受け付ける操作受付手段として操作部５３とを備える。尚、操作部５３はハードボタンであっても良いし、液晶ディスプレイ５２の前面に配置されたタッチパネルであっても良い。そして、ユーザは液晶ディスプレイ５２の表示内容を確認するとともに操作部５３を操作することによって工作機械装置１に対する各種操作を行う。特に本実施形態では、コントローラ５は後述のように工作機械装置１の動作制御に関する加工制御プログラムを生成する場合においても用いられる。

一方、制御回路部５１は、演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ６１、並びにＣＰＵ６１が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、ＲＯＭ６３から読み出したプログラムを記憶するフラッシュメモリ６４等の内部記憶装置を備えている。

また、フラッシュメモリ６４は、ＣＰＵ６１が行う処理に必要な情報を記憶し、工作機械装置１の加工制御プログラムが格納されている。更に、後述のように加工制御プログラムを生成する為のプログラム生成処理プログラム（図５参照）や、プログラム生成処理プログラムに用いられるテンプレートデータ、アーム２１の姿勢を教示するのに用いるパラメータの演算データについても記憶されている。

そして、制御回路部５１は、フラッシュメモリ６４から加工制御プログラムを読み出し、読み出した加工制御プログラムに従って作業機モジュール４Ａ〜４Ｉやアーム２１に対して信号を出力することによって工作機械装置１の制御を行う。そして、信号を受け取った作業機モジュール４Ａ〜４Ｉやアーム２１は、受け取った信号に従って各駆動源の駆動を行う。

例えば、アーム２１は、第１関節部２７の第１駆動軸３１を回転駆動する為の第１関節モータ６５と、第２関節部２９の第２駆動軸３２を回転駆動する為の第２関節モータ６６と、第３関節部３０の第３駆動軸３３を回転駆動する為の第３関節モータ６７と、アーム回転装置４１を回転駆動させる為の回転駆動モータ６８と、アーム２１を作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの配列方向である左右方向に移動する為の搬送駆動モータ６９とを備えている。そして、工作機械装置１は、制御回路部５１から出力された信号に従って、各モータ６５〜６９を駆動することによって、アーム２１を任意の位置で任意の姿勢に制御することが可能となる。

ここで、フラッシュメモリ６４に記憶される加工制御プログラムは、工作機械装置１で実施される加工工程に応じたものである。つまり、複数の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉで実施される一連の加工工程に従った加工制御プログラムが格納されている。尚、工作機械装置１が一連の加工工程を複数種類実施可能である場合には、実施可能な一連の加工工程毎に対応する加工制御プログラムが格納されている。そして、工作機械装置１は、加工制御プログラムに従った順序で各作業機モジュール４Ａ〜４Ｉにおいてワークに対する加工を行い、ワークに対する加工を行う。

［制御プログラムの実施構成］
続いて、上記構成を有する本実施形態に係る工作機械装置１においてＣＰＵ６１が実行するプログラム生成処理プログラムについて図５に基づき説明する。図５は本実施形態に係るプログラム生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、プログラム生成処理プログラムは、コントローラ５において所定の操作を受け付けた場合に実行され、工作機械装置１の加工制御プログラムの生成を行うプログラムである。特に本実施形態では工作機械装置１の加工制御プログラムの内、アーム２１の動作制御に係る制御プログラムの生成を行う例について以下に説明する。また、以下の図５にフローチャートで示されるプログラムは、制御回路部５１が備えているフラッシュメモリ６４に記憶されており、ＣＰＵ６１により実行される。

先ず、プログラム生成処理プログラムではステップ（以下、Ｓと略記する）１において、ＣＰＵ６１は、コントローラ５の液晶ディスプレイ５２に、アーム２１の動作制御に係る制御プログラムを生成する為のプログラム生成画面７１を表示する。そして、操作部５３（例えば液晶ディスプレイ５２の前面に配置されたタッチパネル）を用いてプログラム生成画面７１に対して制御プログラムを生成する為に必要な各種情報をユーザに入力させる。

図６はユーザによる各種情報の入力前のプログラム生成画面７１の一例である。一方、図７はユーザによる各種情報の入力後のプログラム生成画面７１の一例である。図６及び図７に示すようにプログラム生成画面７１には、先ず工作機械装置１の作業機モジュールの基本構成を設定する項目７２が表示される。例えば図６及び図７に示す例では、左右両端に独立した作業機モジュールがそれぞれ設置され、独立して設置される２台の作業機モジュールを除いて、一のベースユニットに対して２つの作業機モジュールが配置されることを前提としている。そして、独立して設置される２台の作業機モジュールを除いて、２台の作業機モジュール（テーブル１台）から構成する場合と、４台の作業機モジュール（テーブル１台）から構成する場合のいずれかを選択可能となっている。尚、５台以上の作業機モジュールの構成を選択可能にしても良く、独立して設置される作業機モジュールの数も１台又は０台としても良い。

そして、Ｓ２においてＣＰＵ６１は、項目７２でユーザにより入力された情報に基づいて、先ず作業機モジュールの構成を設定する。作業機モジュールの構成が決まると、プログラム生成画面７１に表示されている入力対象となるモジュールの数も変化する。例えば、図６及び図７は独立して設置される作業機モジュールを除いて、２台の作業機モジュールから構成することを選択した場合に表示されるプログラム生成画面７１を示しており、モジュール１〜モジュール４が入力対象として表示されている。尚、モジュール１が最も搬送方向の手前側（搬送開始点側）にあるモジュールを示しており、搬送方向に従って、モジュール２、モジュール３、モジュール４の順に配置されることを示す。

また、プログラム生成画面７１には、工作機械装置１を構成する各作業機モジュールについて、モジュールの種類を設定する項目７３が表示される。作業機モジュールの種類としては、例えば工作機械装置１内にワークを投入する搬入モジュール、旋盤を行う旋盤モジュール、ドリルによる孔開けやミーリング加工等を行うドリルモジュール、ワークに対して検査を行う検査モジュール、ワークの仮置きをおこなう仮置きモジュール、工作機械装置１内からワークを排出する搬出モジュール等がある。ユーザはタブを選択することによって、モジュール１〜モジュール４に対して任意の種類のモジュールを選択することが可能となる。

そして、Ｓ３においてＣＰＵ６１は、項目７３でユーザにより入力された情報に基づいて、工作機械装置１を構成する作業機モジュール毎に作業機モジュールの種類を設定する。

更に、プログラム生成画面７１には、工作機械装置１を構成する各作業機モジュールにおいて実施する作業内容の詳細を設定する項目７４〜７７についても表示される。具体的には、項目７４はワークを保持するチャックの種類をＬＬとするかＬＵとするかを選択する。また、項目７５は作業機モジュール間においてワークを反転させるか否かを選択する。また、項目７６はワークの着座に異常があった場合に、ワークを排出するか否かを選択する。また、項目７７は品質のチェックを行うか否かを選択する。

そして、Ｓ４においてＣＰＵ６１は、各項目７４〜７７でユーザにより入力された情報に基づいて、工作機械装置１を構成する作業機モジュール毎に作業内容を設定する。

その後、Ｓ５においてＣＰＵ６１は、前記Ｓ２〜Ｓ４において設定された情報に基づいて、工作機械装置１を構成する作業機モジュール毎（例えば図７に示す例ではモジュール１〜モジュール４毎）に、アーム２１の動作制御に係る制御プログラムを生成する。具体的には、先ずＣＰＵ６１は、フラッシュメモリ６４から前記Ｓ３で設定された作業機モジュールの種類に該当するテンプレートデータ８１を読み出す。

尚、テンプレートデータ８１は、制御プログラムのベースとなるデータであり、作業機モジュールの種類毎に異なるテンプレートデータが予めフラッシュメモリ６４に記憶されている。例えば、搬入モジュール用のテンプレートデータ、旋盤モジュール用のテンプレートデータ、ドリルモジュール用のテンプレートデータ、検査モジュール用のテンプレートデータ、仮置きモジュール用のテンプレートデータ、搬出モジュール用のテンプレートデータがある。

また、テンプレートデータ８１は、アーム２１の指令座標コード、アーム２１や作業機モジュールのアクチュエータ動作コード、制御回路と装置間のインターロック信号の確認コード等を含む。更に、図８に示すようにテンプレートデータ８１は、パタメータＮを含むプログラムとなっており、Ｎに数値が代入される、或いはＮによって一部が選択的に採用されることによってプログラムとして完成形となる。そして、前記Ｓ３でユーザにより入力された作業機モジュールの配置態様に基づいて決定される値（モジュール１に配置されるのであればＮ＝１、モジュール２に配置されるのであればＮ＝２、モジュール３に配置されるのであればＮ＝３、モジュール４に配置されるのであればＮ＝４）をＮに代入し、更に前記Ｓ４でユーザにより入力された作業内容についても用いて作業機モジュール毎のアームに係る動作制御プログラム（以下、単位制御プログラム８２という）を生成する。

例えば、モジュール１として搬入モジュールが設定され、モジュール２として旋盤モジュールが設定され、モジュール３としてドリルモジュールが設定され、モジュール４として搬出モジュールが設定された場合には、ＣＰＵ６１は先ず搬入モジュールのテンプレートデータ８１を読み出して、Ｎ＝１を代入してモジュール１の単位制御プログラム８２を生成する。同様にして、旋盤モジュールのテンプレートデータ８１を読み出して、Ｎ＝２を代入してモジュール２の単位制御プログラム８２を生成し、ドリルモジュールのテンプレートデータ８１を読み出して、Ｎ＝３を代入してモジュール３の単位制御プログラム８２を生成し、搬出モジュールのテンプレートデータ８１を読み出して、Ｎ＝４を代入してモジュール４の単位制御プログラム８２を生成する。

その後、Ｓ６においてＣＰＵ６１は、前記Ｓ５で生成された工作機械装置１を構成する作業機モジュール毎（例えば図７に示す例ではモジュール１〜モジュール４）に生成された単位制御プログラム８２を組み合わせて合成し、工作機械装置１のアーム２１の動作制御に係る制御プログラム８３を生成する。例えば、図９に示すようにモジュール１〜モジュール４から構成される工作機械装置１では、モジュール１の単位制御プログラム８２と、モジュール２の単位制御プログラム８２と、モジュール３の単位制御プログラム８２と、モジュール４の単位制御プログラム８２とを合成し、工作機械装置１のアーム２１の動作制御に係る制御プログラム８３を生成する。

次に、Ｓ７においてＣＰＵ６１は、前記Ｓ６で生成されたアーム２１の動作制御に係る制御プログラムに対して、アーム２１の各動作を教示する為のより詳細なパラメータの入力を行う。具体的には、ワーク４０に対する作業中にアーム２１が取り得る各姿勢に対して、アームの姿勢を特定（教示）する為のパラメータ（以下、教示パラメータ値という）を入力する。尚、教示パラメータ値としては、第１駆動軸３１の角度値、第２駆動軸３２の角度値、第３駆動軸３３の角度値、アーム先端部の位置座標とする。ここで、図１０は教示パラメータ値を入力する教示値入力画面９１の一例である。

図１０に示すように教示値入力画面９１には、第１駆動軸３１の角度値、第２駆動軸３２の角度値、第３駆動軸３３の角度値、アーム先端部のＲＹ座標及びＲＺ座標をそれぞれ入力する為の入力スペース９２が設けられている。尚、図１０に示す全ての角度値や座標値を必ずしも入力させる必要は無く、アームの姿勢を教示できるのであれば一部の角度値や座標値のみを入力させる態様としても良い。例えば、第１駆動軸３１の角度値、第２駆動軸３２の角度値、第３駆動軸３３の角度値のみを入力する態様としても良いし、アーム先端部のＲＹ座標及びＲＺ座標のみを入力する態様としても良い。また、角度値や座標値の入力はユーザが手動操作により具体的に数値を指定して入力しても良いし、制御回路部５１により値を取得させて入力させても良い。例えば、制御回路部５１は現在や過去のアームの姿勢、或いはあらかじめ登録された基準となるアームの姿勢における角度値や座標を取得することが可能である。

また、アーム２１が取り得る姿勢の内には、上記角度値や座標値の一部又は全部が予め決まっている姿勢もある。そのような姿勢に対する教示パラメータ値の入力を行う場合には、図１１に示すように教示値入力画面９１において予め教示パラメータ値が入力されており、ユーザは値を変更することができないように構成されている。例えばグレースケールで教示パラメータ値を表示することによって、ユーザに該教示パラメータ値が変更できない固定値であることを報知する。

また、本実施形態に係る工作機械装置１では、特に第１の姿勢及び第１の姿勢とは姿勢の異なる第２の姿勢へとアーム２１の姿勢を教示する場合において、第１の姿勢における教示パラメータ値に基づいて、第２の姿勢における教示パラメータ値を演算する。即ち、ユーザは第１の姿勢の教示パラメータ値と第２の姿勢の教示パラメータ値をすべて入力する必要が無く、第１の姿勢における教示パラメータ値のみを入力すれば、第２の姿勢の教示も可能となる。

以下に具体例１〜４を挙げてより詳細に説明する。
〔具体例１〕
例えば、図１２に示すように第１の姿勢をアーム２１が折り畳まれた姿勢とする。一方、第２の姿勢はアーム２１を伸ばした姿勢であり、且つ第１の姿勢とベース３からアーム２１の先端部Ｐまでの高さＨが同一である。そして、上記第１の姿勢から第２の姿勢へとアーム２１を移動させる動作を行わせる場合の教示について説明する。このような場合には、従来では先ずアーム２１を第１の姿勢に移動させた後に、現在の角度値や座標値を制御回路部５１に取得させて第１の姿勢の教示パラメータ値として入力し、その後にアーム２１を第２の姿勢に移動させた後に、現在の角度値や座標値を制御回路部５１に取得させて第２の姿勢の教示パラメータ値として入力する必要があった。しかしながら、本実施形態では先ず第２の姿勢にアーム２１を移動させてアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を取得する。ここで、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標と第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標とは同値であるから、第１の姿勢の第２駆動軸３２の角度値は、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及び第１の姿勢の第１駆動軸３１の角度値から以下の演算式（１）により算出することが可能となる。
Ｂ＝Ａ−cos^-1（Ｌ_１cosＡ−ＲＹ＋（Ｌ_１−Ｌ_２））／Ｌ_２・・・・・（１）
尚、『Ｂ』が第１の姿勢の第２駆動軸３２の角度値、『Ａ』が第１の姿勢の第１駆動軸３１の角度値、『Ｌ_１』は第１アーム２６の長さ、『Ｌ_２』は第２アーム２８の長さ、『ＲＹ』は第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標である。尚、角度値は水平面（ベース３上面）からの角度とする。

上記演算式（１）によって、第２の姿勢におけるアーム２１の教示パラメータ値から第１の姿勢におけるアーム２１の教示パラメータ値を演算により算出することが可能となる。特に、第１の姿勢の第１駆動軸３１の角度値が固定値（例えば１００度）である場合には、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標のみから第１の姿勢の第２駆動軸３２の角度値を算出できる。従って、実際にアーム２１を第１の姿勢に移動させる必要がなくなり、教示に関する作業を効率化することが可能となる。特に、本実施形態の工作機械装置１では省スペース化を図っており、アーム２１を教示する為の作業スペースが確保し難い問題があるが、その問題点について解消することが可能となる。

そして、例えばユーザが第２の姿勢を教示する教示値入力画面９１において、アーム２１の先端部ＰのＲＹ座標を入力すれば、第１の姿勢を教示する教示値入力画面９１において第１の姿勢の第２駆動軸３２の角度値が制御回路部５１によって演算されて入力される。従って、教示に係る作業を効率化することが可能となる。

〔具体例２〕
図１３に示すように具体例１と第１の姿勢及び第２の姿勢は同一の姿勢である。そして、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐから第２の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐまでの距離（Ｄ２−Ｄ１）が決まっている場合において、上記第１の姿勢から第２の姿勢へとアーム２１を移動させる動作を行わせる場合の教示について説明する。本実施形態では先ず第１の姿勢にアーム２１を移動させてアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を取得する。ここで、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標と第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標とは同値であり、一方、ＲＺ座標は（Ｄ２−Ｄ１）のみ大きくなるから、実際にアーム２１を第２の姿勢に移動させる必要がなく、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を演算により算出することが可能となる。また、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標が算出されれば、第２の姿勢の各駆動軸の角度値も算出することが可能となる。

従って、第１の姿勢におけるアーム２１の教示パラメータ値から第２の姿勢におけるアームの教示パラメータ値を演算により算出することが可能となる。

そして、例えばユーザが第１の姿勢を教示する教示値入力画面９１において、アーム２１の先端部ＰのＲＸ座標及びＲＹ座標を入力すれば、第２の姿勢を教示する教示値入力画面９１において第２の姿勢の先端部ＰのＲＸ座標及びＲＹ座標、並びに第１駆動軸３１及び第２駆動軸３２の角度値が制御回路部５１によって演算されて入力される。従って、教示に係る作業を効率化することが可能となる。

〔具体例３〕
例えば、図１４に示すように第１の姿勢をアーム２１の先端部Ｐがベース３に近い下方に位置する姿勢とする。一方、第２の姿勢はアーム２１の先端部Ｐを水平位置は同一のまま鉛直上方へと移動させた姿勢である。そして、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐから第２の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐまでの距離（Ｎ２−Ｎ１）が決まっている場合において、上記第１の姿勢から第２の姿勢へとアーム２１を移動させる動作を行わせる場合の教示について説明する。本実施形態では先ず第１の姿勢にアーム２１を移動させてアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を取得する。ここで、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＺ座標と第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＺ座標とは同値であり、一方、ＲＹ座標は（Ｎ２−Ｎ１）のみ大きくなるから、実際にアーム２１を第２の姿勢に移動させる必要がなく、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を演算により算出することが可能となる。また、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標が算出されれば、第２の姿勢の各駆動軸の角度値も算出することが可能となる。

〔具体例４〕
具体例４は、特に第１の姿勢から第３の姿勢を経由して第２の姿勢へとアーム２１の姿勢を教示する場合について説明する。例えば、図１５に示すように第１の姿勢をアーム２１の先端部Ｐがベース３に近い下方に位置する姿勢とする。一方、第３の姿勢はアーム２１の先端部Ｐを水平位置は同一のまま鉛直上方へと移動させた姿勢である。更に、第２の姿勢はアーム２１の先端部Ｐのベース３からの高さを同一のまま第３の姿勢から水平方向へと移動させてアーム２１を縮めた姿勢である。そして、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐから第３の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐまでの距離（Ｎ２−Ｎ１）が決まっており、第３の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐから第２の姿勢におけるアーム２１の先端部Ｐまでの距離（Ｄ２−Ｄ３）が決まっている場合において、上記第１の姿勢から第２の姿勢を経由して第２の姿勢へとアーム２１を移動させる動作を行わせる場合の教示について説明する。本実施形態では先ず第１の姿勢にアーム２１を移動させてアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を取得する。ここで、第１の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＺ座標と第３の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＺ座標とは同値であり、一方、ＲＹ座標は（Ｎ２−Ｎ１）のみ大きくなるから、実際にアーム２１を第３の姿勢に移動させる必要がなく、第３の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を演算により算出することが可能となる。更に、第３の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標と第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標とは同値であり、一方、ＲＺ座標は（Ｄ２−Ｄ３）のみ小さくなるから、実際にアーム２１を第２の姿勢に移動させる必要がなく、第２の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標を演算により算出することが可能となる。また、第２の姿勢や第３の姿勢におけるアーム２１の先端部ＰのＲＹ座標及びＲＺ座標が算出されれば、第２の姿勢や第３の姿勢の各駆動軸の角度値も算出することが可能となる。

そして、例えばユーザが第１の姿勢を教示する教示値入力画面９１において、アーム２１の先端部ＰのＲＸ座標及びＲＹ座標を入力すれば、第２の姿勢を教示する教示値入力画面９１において第２の姿勢の先端部ＰのＲＸ座標及びＲＹ座標、並びに第１駆動軸３１及び第２駆動軸３２の角度値が制御回路部５１によって演算されて入力される。更に、第３の姿勢を教示する教示値入力画面９１において第３の姿勢の先端部ＰのＲＸ座標及びＲＹ座標、並びに第１駆動軸３１及び第２駆動軸３２の角度値が制御回路部５１によって演算されて入力される。従って、教示に係る作業を効率化することが可能となる。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係る工作機械装置１では、ベース３上において所定の配列方向に配列されるとともに、ベース３から着脱可能に構成された複数の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉと、ベース３上を移動可能に構成されるとともに、複数の作業機モジュール４Ａ〜４Ｉの間でワークの搬送を行うアーム２１と、を有する。そして、第１の姿勢及び第１の姿勢とは姿勢の異なる第２の姿勢へとアーム２１の姿勢を教示する場合において、制御回路部５１は、第１の姿勢を特定（教示）する為の教示パラメータ値に基づいて、第２の姿勢を特定する為の教示パラメータ値を演算するので、ワークに対して行われる各種作業に対応したアーム２１の姿勢の教示に係る作業について、従来に比べて効率化を図ることが可能となる。例えば、第１の姿勢から第２の姿勢へとアーム２１を移動させる制御を行う場合において、第１の姿勢を教示する為のパラメータから第２の姿勢を教示する為のパラメータを演算で算出することが可能となり、アーム２１を実際に第２の姿勢に移動させてパラメータを取得する必要が無く、第２の姿勢の教示を容易に行うことが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態では、作業機モジュール４Ａ〜４Ｉは基本的に１のベースユニットに対して２台ずつ設置されているが、１のベースユニットに対して１台又は３台以上設置しても良い。

また、本実施形態では、作業機モジュールの種類として工作機械装置１内にワークを投入する搬入モジュール、旋盤を行う旋盤モジュール、ドリルによる孔開けやミーリング加工等を行うドリルモジュール、ワークに対して検査を行う検査モジュール、ワークの仮置きをおこなう仮置きモジュール、工作機械装置１内からワークを排出する搬出モジュールを例に挙げて説明しているが、上記以外の種類の作業機モジュールを用いることも可能である。

また、本実施形態では、アーム２１の駆動軸として第１駆動軸３１、第２駆動軸３２、第３駆動軸３３を有しているが、アーム２１の駆動軸の数はいくつであっても良い。

また、本実施形態では、アーム２１の姿勢を教示する為のパラメータとして第１駆動軸３１の角度値、第２駆動軸３２の角度値、第３駆動軸３３の角度値、及びアーム先端部の位置座標を用いているが、その他のパラメータを用いても良い。例えば、第１関節部２７や第２関節部２９の位置座標であっても良い。

１：工作機械装置２Ａ〜２Ｅ：ベースユニット３：ベース４Ａ〜４Ｉ：作業機モジュール５：コントローラ２１：アーム２５：チャック２６：第１アーム２７：第１関節部２８：第２アーム２９：第２関節部３０：第３関節部３１：第１駆動軸３２：第２駆動軸３３：第３駆動軸４０：ワーク５１：制御回路部５２：液晶ディスプレイ５３：操作部６１：ＣＰＵ６４：フラッシュメモリ７１：プログラム生成画面８１：テンプレートデータ８２：単位制御プログラム８３：制御プログラム

Claims

ベース上を移動可能に構成されたアームと、
前記アームの先端部に配置されたワークを搬送する為のチャックと、
前記アームの角度を変位可能とする複数の関節部と、
前記複数の関節部において前記アームの角度を変位させる駆動源である複数の駆動軸と、
前記アームの姿勢を特定する為のパラメータを用いて前記アームの姿勢を教示する姿勢制御手段と、を有し、
前記姿勢制御手段は、
第１の姿勢及び前記第１の姿勢とは姿勢の異なる第２の姿勢へと前記アームの姿勢を教示する場合において、
前記第１の姿勢における前記パラメータに基づいて、前記第２の姿勢における前記パラメータを演算することを特徴とする工作機械用搬送アーム装置。
前記パラメータは、前記駆動軸の角度又は前記アームの特定箇所の位置であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記第２の姿勢は、前記第１の姿勢と前記ベースから前記アームの先端部までの高さが同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記複数の駆動軸は、第１の駆動軸と前記第１の駆動軸よりも前記アームの先端部に近い第２の駆動軸とを含み、
前記姿勢制御手段は、前記第１の姿勢における前記ベースから前記アームの先端部までの高さと前記第１の駆動軸の角度値とに基づいて、前記第２の姿勢における前記パラメータとして前記駆動軸の角度値を演算することを特徴とする請求項３に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記第２の姿勢は、前記第１の姿勢と前記アームの先端部の水平方向の位置が同一で前記ベースから高さが異なることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記複数の駆動軸は、第１の駆動軸と前記第１の駆動軸よりも前記アームの先端部に近い第２の駆動軸とを含み、
前記姿勢制御手段は、前記第１の姿勢における前記アームの先端部の位置から前記第２の姿勢における前記アームの先端部の位置までの距離と、前記第１の姿勢における前記アームの先端部の位置とに基づいて、前記第２の姿勢における前記パラメータとして前記アームの先端部の位置を演算することを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記姿勢制御手段は、
前記第１の姿勢から第３の姿勢を経由して前記第２の姿勢へと前記アームの姿勢を教示する場合において、
前記第１の姿勢における前記パラメータに基づいて、前記第３の姿勢における前記パラメータを演算するとともに、演算された前記第３の姿勢における前記パラメータに基づいて、前記第２の姿勢における前記パラメータを演算することを特徴とする請求項１に記載の工作機械用搬送アーム装置。
前記ベース上には、前記アームの移動方向に沿って複数の作業機モジュールが配置され、
前記複数の作業機モジュールの間でワークの搬送を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の工作機械用搬送アーム装置。