JPWO2019012685A1 - ロボットチャックのワーク姿勢判別機構 - Google Patents

Abstract

ロボットチャックにより把持したワークの姿勢を判別するロボットチャックのワーク姿勢判別機構であり、複数のチャック爪によりワークを把持するロボットチャックのチャック部に設けられた複数の組み付け穴と、前記複数の組み付け穴にエアを供給するエア流路と、各々独立して、前記ワークによる押し当て方向に移動可能な状態で前記複数の組み付け穴に挿入され、前記ワークの押し当て量により、前記エアの大気への放出状態と遮断状態に切り替えられる複数のプッシャと、前記エア流路内の前記エアの圧力を検出するエア圧検出器とで構成されたものである。

Description

本発明は、ワークの姿勢に関する把持状態を検出することが可能なロボットチャックのワーク姿勢判別機構に関する。

例えば、複数の工作機械によりワークの加工を行う場合、工作機械との間でワークの受渡しを自動で行うため、ワーク搬送を行うオートローダが使用される。工作機械やオートローダにはチャックが設けられており、互いのチャックにおける掴み替えによってワークの受渡しが行われる。下記特許文献１には、ローダチャックで把持したワークの傾きを検出するワーク傾き検出機能付きローダが開示されている。ワークの姿勢に傾きが生じていると加工不良が生じてしまうため、加工前にワークの傾きを検出できるようにしたものである。

同文献に記載のローダは、把持したワークに傾きが生じている場合、着座したワークが接するプッシャプレートにも傾きが生じ、その傾きが検出器によって検出できるようになっている。そのための検出構造は、プッシャプレートに対して先端が接するように付勢された複数のプッシャが設けられ、その付勢方向に移動可能な当該複数のプッシャに関する位置測定により、ワーク端面の傾きが検出できるようになっている。具体的には、変位センサの検出信号が信号ケーブルを介してコンピュータ等へ送信され、その検出値比較手段によってプッシャプレートの傾き、すなわちローダチャックに把持されたワークの傾き検出が行われる。

国際公開ＷＯ２０１３／０３１３７５号公報

ワークの傾き検出機能を備えたローダチャックは、工作機械の加工室に入ってワークの受渡しを行うことになるが、その受渡しが実行される加工室内はワークの切屑やクーラントが飛び散っているような環境である。そのため、従来のローダチャックは、ワークを把持する作業部付近に変位センサが設けられているので、加工室内において変位センサに切屑などが付着する可能性がある。つまり、従来の構造では、変位センサによる正確な検出が妨げられることが考えられる。また、前述したローダチャックは、工作機械の上方に設置されたガントリ式の駆動機構に設けられたものであり、左右方向、前後方向及び上下方向に移動可能なローダヘッドに対し２台取り付けられている。そして、２台のローダチャックが、それぞれ１８０°の回転が可能となっている。すなわち、変位センサの信号ケーブルを通した従来の傾き検出機構では、ローダチャックの回転が信号ケーブルによって制限されてしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ロボットチャックにより把持したワークの姿勢を判別するロボットチャックのワーク姿勢判別機構を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるロボットチャックのワーク姿勢判別機構は、複数のチャック爪によりワークを把持するロボットチャックのチャック部に設けられた複数の組み付け穴と、前記複数の組み付け穴にエアを供給するエア流路と、各々独立して、前記ワークによる押し当て方向に移動可能な状態で前記複数の組み付け穴に挿入され、前記ワークの押し当て量により、前記エアの大気への放出状態と遮断状態に切り替えられる複数のプッシャと、前記エア流路内の前記エアの圧力を検出するエア圧検出器とで構成されたものである。

前記構成によれば、複数のプッシャが挿入されたロボットチャックの組み付け穴に、エア流路を介してエアが送り込まれる。そのような状態でワークがロボットチャックの複数のチャック爪によって把持されるが、その際、ワークによってプッシャが押されて変位し、組み付け穴内に送り込まれたエアの大気への放出と遮断とが切り換えられる。そのため、エア流路内のエアの圧力が変化し、それをエア圧検出器が検出することにより、ロボットチャックにより把持したワークの姿勢を判別することができる。

多関節ロボットアームを示した側面図である。 ロボットチャックを示した外観斜視図である。 ワーク姿勢判別機構を示した簡略図である。 ロボット本体の断面斜視図である。 ワーク姿勢判別部の断面部である。 プッシャを示した外観側面図である。 プッシャを示した外観斜視図である。 プッシャを示した外観側面図である。

次に、本発明に係るロボットチャックのワーク姿勢判別機構に関する一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、多関節ロボットアームを示した側面図である。本実施形態では、この多関節ロボットアームに組み込まれたロボットチャックのワーク姿勢判別機構を例に挙げて説明する。そこで、先ず多関節ロボットアームについて簡単に説明する。この多関節ロボットアーム１は、複数の工作機械が並べられた加工機械ラインに設けられ、各工作機械との間でワークの受渡しを自動で行うためのオートローダを構成するものである。そのため、多関節ロボットアーム１は、走行台２の上に旋回機構を介して搭載され、図面を貫く方向に移動が可能な構成になっている。

多関節ロボットアーム１は、旋回可能な支持台１１に対し、上腕部材１２が第１関節機構１４を介して連結され、更に上腕部材１２に対しては、前腕部材１３が第２関節機構１５を介して連結されている。多関節ロボットアーム１は、工作機械の間を移動する走行時には、上腕部材１２と前腕部材１３とが図示するように起立した状態で重なり合っている。一方、工作機械との間でワークの受渡しを行う作業時には、上腕部材１２および前腕部材１３が第１関節機構１４や第２関節機構１５によって回動し、図面右側を前にして工作機側へ伸びるようにした動作が行われる。

多関節ロボットアーム１の先端部つまり前腕部材１３の端部には、ワークを把持することが可能なロボットチャック３が組み付けられている。また、多関節ロボットアーム１には、後方側にワークの向きを変えるための反転装置４が設けられており、ロボットチャック３と反転装置４との間でワークの受渡しができるようになっている。その反転装置４では、１８０°反転させたワークをロボットチャック３に受渡しすることができる。ロボットチャック３は、工作機械の主軸チャックや反転装置４との間でワークの受渡しを行うため、前腕部材１３に対し図面を貫く方向の回転軸をもって組み付けられている。

図２は、ロボットチャック３を示した外観斜視図である。ロボットチャック３は、そのロボット本体２５に、図面表側の第１クランプ面とその裏側の第２クランプ面とを有し、両側の面でそれぞれワークを把持することが可能になっている。すなわち両側のクランプ面には放射状に配置された３つのチャックスライド２１が設けられ、そのチャックスライド２１にチャック爪２２（図３参照）が取り付けられている。３本のチャック爪２２は１２０°の間隔で配置され、径方向に同期して往復直線運動するよう構成されている。従って、チャック爪２２が中心方向に移動することによりワークのクランプが可能になり、反対に外側へ移動することによりワークをアンプランプすることになる。

ロボットチャック３は、ロボット本体２５を挟むように同軸の軸受部材２６が一体に構成されている。その軸受部材２６を介して多関節ロボットアーム１の前腕部材１３に対し回転可能に組み付けられている。多関節ロボットアーム１側には駆動モータが取り付けられており、その回転軸とロボットチャック３側のプーリ２７との間にベルトが掛け渡される。従って、駆動モータに対する駆動制御により、工作機械などとのワークの受渡しに際して、ロボットチャック３の第１クランプ面または第２クランプ面の角度調整が可能になっている。

ロボットチャック３には、そのロボット本体２５内に、ワークのクランプとアンクランプを実行するため、チャックスライド２１を作動させるクランプ機構が構成されている。特に、このクランプ機構は油圧によって作動させるものであり、多関節ロボットアーム１の外部に設置された油圧ポンプやタンクとの間で作動油の供給や排出が行われるように構成されている。そこで、ロボットチャック３には、軸受部材２６内部にチャックスライド２１の作動をコントロールする油圧回路が構成されている。ロボットチャック３は、こうして流体である作動油が外部との間を流れているが、その他にも次に説明するワーク姿勢判別機構のためのエアも送り込まれるようにエア流路が構成されている。

図３は、ワーク姿勢判別機構を示した簡略図である。図面には、ロボットチャック３のロボット本体２５部分だけが示されている。このロボット本体２５には、作動油と同様に軸受部材２６を介してエアが供給できるようにエア流路が形成されている。ロボットチャック３には、エア配管３２を介して多関節ロボットアーム１の外部に設置されたエアコンプレッサ３１が接続されている。エアコンプレッサ３１からは所定圧のエアが供給され、エア配管３２には、流路内のエア圧を検出する圧力スイッチ３３が設けられている。多関節ロボットアーム１には、ロボットチャック３を含む各駆動の駆動制御を行うための制御装置８が設けられている。圧力スイッチ３３は、その制御装置８に対して信号ケーブル３５を介して接続されている。

ロボットチャック３は、エアによってクランプ時のワークの姿勢を判断するためのワーク姿勢判別部が構成されている。ロボットチャック３は、図３に示すように等間隔にチャック爪２２があり、その間に位置するようにして３つのワーク姿勢判別部３６が等間隔に設けられている。ロボット本体２５には、３つのワーク姿勢判別部３６の全てに連通する１本のエア供給流路３７が形成され、そこにエア配管３２が接続されて一連のエア流路が構成されている。ワーク姿勢判別部３６は、第１クランプ面と第２クランプ面の両面に設けられ、図２に示すように表面側にワークに接するプッシャ４１が突設されている。なお、第１クランプ面と第２クランプ面は同じように構成されているため、以下においては区別することなくクランプ面２５１として説明する。

ここで、図４は、ロボット本体２５の断面斜視図であり、更に図５は、ワーク姿勢判別部３６の断面部である。ワーク姿勢判別部３６は、ロボット本体２５に対してクランプ面２５１に直交する方向の組み付け穴４２が３箇所に形成され、その全てに１本のエア供給流路３７が繋がっている。３つの組み付け穴４２には、各々にプッシャ４１が挿入されている。そのプッシャ４１は、有底円筒形状の本体部４１１に対し、開放端側にフランジ部４１２が形成されたものであり、閉じた先端部側がロボット本体２５から突き出し、ワークＷと接する先端面が球面になっている。

組み付け穴４２は、図３に示すように四角い形状をしており、そこに３方に広がったフランジ部４１２が遊嵌されている。フランジ部４１２は、円筒形状の本体部４１１が円周方向に位置ずれしないように、組み付け穴４２の中でプッシャ４１を拘束するためのものである。また、組み付け穴４２には蓋部材４３が取り付けられているが、フランジ部４１２は、その蓋部材４３に引っ掛かり、プッシャ４１が抜け落ちないための機能も果たしている。蓋部材４３には中央部にガイド孔４３１が穿設され、プッシャ４１は、そのガイド孔４３１の中を摺動可能な状態で貫通している。従って、プッシャ４１は、円周方向に回転することなく姿勢を保ったまま中心線４０に沿った方向の移動が可能になっている。

ワーク姿勢判別部３６では、組み付け穴４２内の特にプッシャ内空間４６にスプリング４５が入れられている。そのため、プッシャ４１は、組み付け穴４２内から本体部４１１の先端部が突き出した方向に向けて常にスプリング４５によって付勢されている。また、図４及び図５では、図３に示すエア供給流路３７が詳しく示されていないが、エア供給流路３７に送り込まれたエアは、矢印で示すように組み付け穴４２内の特にプッシャ内空間４６に吹き込まれることとなる。そのため、プッシャ４１は、図５ではワークＷに押え付けられて組み付け穴４２内に入り込んだ状態が示されている、通常時には一点鎖線で示す位置まで本体部４１１の先端部が飛び出している。

図６は、プッシャ４１を示した外観側面図である。プッシャ４１は、プッシャ内空間４６のエアを外に出すための横孔４１５が本体部４１１の側面に形成されている。また、プッシャ４１の本体部４１１側面には、長円形状のリーク用凹部４１６が、その長手方向をプッシャ４１の中心線４０に沿うようにして形成されている。横孔４１５は、リーク用凹部４１６内のフランジ部４１２側に位置するように形成されている。従って、図５に示すように、リーク用凹部４１６の部分が他の側面部分よりも低くなり、そのリーク用凹部４１６が、ガイド孔４３１の内周面との間に隙間をつくっている。

蓋部材４３には、ガイド孔４３１に直交する方向にリーク孔４３２が穿設されている。プッシャ４１は、円周方向のずれがフランジ部４１２と組み付け穴４２との形状によって拘束され、リーク用凹部４１６がリーク孔４３２の位置と揃うようにして組み付けられている。従って、プッシャ４１が中心線４０に沿って組み付け穴４２内を移動する場合には、リーク用凹部４１６がリーク孔４３２と重なる位置を必ず通るようになっている。

続いて、ロボットチャック３のワーク姿勢判別機構について作用を説明する。まず、多関節ロボットアーム１は、第１関節機構１４や第２関節機構１５の駆動により、上腕部材１２および前腕部材１３の伸び縮み動作により先端部のロボットチャック３を所定の位置へと移動させる。そして、ロボットチャック３は、軸受部材２６を介してロボット本体２５のクランプ面２５１の角度調整が行われる。ワークＷと対面したロボットチャック３は、作動油の給排によりチャック爪２２が作動し、ワークＷのクランプ或いはアンクランプが行われる。ワークＷをクランプするロボットチャック３は、クランプ面２５１側が所定の角度を保って移動し、図５に示すようにワークＷに対してプッシャ４１の先端が押し当てられる。

従って、ワークＷに押え付けられたプッシャ４１は組み付け穴４２内に入り込むが、そうではない通常時のプッシャ４１は、常時スプリング４５の付勢力を受け、図５の一点鎖線で示す位置にまで突き出している。その場合、リーク用凹部４１６とリーク孔４３２は、図６において一点鎖線で示すように、重なった位置関係にある。ワーク姿勢判別部３６には常にエアが送り込まれているが、リーク用凹部４１６とリーク孔４３２とが重なっている通常時は、プッシャ内空間４６に吹き込まれたエアが横孔４１５からリーク孔４３２へと抜けて大気へと放出される。

ロボットチャック３へ送られているエアの圧力は、エア配管３２の圧力スイッチ３３により検出されている。ロボットチャック３がアンクランプ状態の場合には、送られたエアが大気へ放出されているため、その通常時には圧力スイッチ２２から所定の閾値よりも低い値が検出される。一方、ロボットチャック３によってワークＷをクランプする時は、ワークＷが押し当てられたプッシャ４１がスプリング４５の付勢力に抗して作動穴４２内に押し込まれ、図５に示す位置まで移動することとなる。すなわち、図５や図６に示すように、リーク用凹部４１６がリーク孔４３２の位置から外れ、プッシャ内空間４６が大気と遮断されることとなる。

このとき、クランプ面２５１にある３つのワーク姿勢判別部３６に関して、全てのプッシャ内空間４６がリーク孔４３２との間で遮断されたならば、コンプレッサ３１からエア配管３２に送り込まれたエアの流れがほぼ止められることとなる。従って、エア配管３２内の圧力が所定の閾値を上回り、その状態を検出した圧力スイッチ３３から制御装置８に検知信号が送信される。そして、検出信号を受信した制御装置８では、クランプ状態についても確認が行われ、適正な場合には次の駆動制御指示が行われる。しかし、３つのワーク姿勢判別部３６のうち、１つでもプッシャ４１が所定の位置まで押し込まれずにエアが大気へ放出されてしまえば、エア配管３２内の圧力は所定の閾値よりも低い状態のままである。

例えば、ロボットチャック３のクランプ面２５１がワークＷに対して傾いていれば、プッシャ４１のいずれかが定位置まで押し込まれない状態が生じてしまう。そのため、該当するワーク姿勢判別部３６においてエアが大気へ放出され続け、エア配管３２内の圧力は低いままである。このような場合にワークＷがクランプできたとしても、相手側チャックに対してワークＷを正しく受渡しすることができず、また搬送途中のワークＷを工作機械内部に衝突させてしまうなどの不具合が生じ得る。そのため、本実施形態では、ワークＷのクランプ状態が検出された時点で、圧力スイッチ３３から検知信号が受信されない場合には、制御装置８によってクランプエラーと判断され、当該ワークＷが加工ラインから除かれることとなる。

よって、本実施形態のワーク姿勢判別機構では、ロボットチャック３に対して作動油と同様に外部からエアが送られ、そのエア圧を検出することによりワークＷの姿勢を判別することができる。そのため、ロボットチャック３に対して信号ケーブルが引き回されることなく、ロボット本体２５の回転動作が制限を受けることはない。また、プッシャ４１の機械的動作に伴うエア圧変化を外部において検出し、それにより姿勢判断を行うものであるため、工作機械内で使用されるロボットチャック３であっても、ワーク姿勢判別機構が切屑やクーラントによる影響を受ける可能性は極めて低い。

また、ワーク姿勢判別部３６がコンパクトな構成であるため、多関節ロボット１に使用する小型のロボットチャック３などに適している。更に、本実施形態では、３つのワーク姿勢判別部３６に連通する１本のエア供給流路３７にエアを送ることにより、一箇所でもプッシャ４１の押し込み位置が適切でなければワークＷの姿勢が正しくないことが確認できる。よって、ワーク姿勢判別機構は、エア配管３２の内圧を圧力スイッチ３３で検出する簡単な構成にすることができる。

ところで、プッシャ４１には、横孔４１５に対してリーク用凹部４１６が重ねて形成されている。従って、リーク用凹部４１６とリーク孔４３２とが重なることにより、エアが横孔４１５からリーク孔４３２へと抜けて大気へと放出される。このリーク用凹部４１６は、比較的大きく形成されているため、図５に示すように、プッシャ４１が組み付け穴４２の深くにまで押し込まれることにより、エアの放出が遮断されることとなる。つまり、ロボットチャック３は、チャック爪２２によってワークＷを深く掴む掴み方となっている。

その一方で、ワークＷをチャック爪２２によって浅く掴む掴み方をする場合もある。ワーク姿勢判別部３６では、プッシャ４１の組み替えによりワークＷの掴み方が調整できる構成となっている。ここで、図７は、プッシャ４１を示した外観斜視図であり、図８は、プッシャ４１を示した外観側面図である。プッシャ４１は、前述したように３方に広がったフランジ部４１２が形成され、周方向に小側面４１２ａと大側面４１２ｂとが交互にかつ均等に並んだ６角形をしている。そして、その一つの大側面４１２ｂの位置に合わせて横孔４１５とリーク用凹部４１６が形成されている。

プッシャ４１は、更に他の二箇所の大側面４１２ｂにも横穴４１５が形成され、それぞれに異なるリーク用凹部４１７，４１８が形成されている。図７には、リーク用凹部４１６，４１７が示されているが、両者は中心線４０に沿った方向の長さが異なる長円形状である。プッシャ４１に形成された３つの横穴４１５は、中心線４０の方向の位置が全て同じであり、本体４１１の円周方向には等間隔に形成されている。そして、各々の横穴４１５に形成されたリーク用凹部４１６，４１７，４１８が、図８に示すように大きさが異なっている。図８では、リーク用凹部４１６の位置にリーク用凹部４１７，４１８を一点鎖線で重ねて示している。この図から分かるように、リーク用凹部４１６，４１７，４１８の大きさの違いはリーク孔４３２との距離の違いである。

プッシャ４１は、四角い形状の組み付け穴４２の中にフランジ４１２の向きを変えた３パターンの組み込みが可能である。すなわち、蓋部材４３のリーク孔４３２に対して、リーク用凹部４１６，４１７，４１８の何れかを任意に合わせることができるようになっている。よって、図８に示すように、通常時には一点鎖線で示す位置に先端があるプッシャ４１は、ロボットチャック３がワークＷを掴む場合に矢印で示す方向に押されて変位する。このとき、最も小さいリーク用凹部４１８の場合には僅かな変位で横穴４１５がリーク孔４３２との間で遮断される。そして、次にリーク用凹部４１８がより大きな変位で横穴４１５がリーク孔４３２との間で遮断され、リーク用凹部４１６の場合が、遮断までに最も大きくプッシャ４１が変位する。

従って、ワーク姿勢判別を検出するに当たって、プッシャ４１の変位量つまりチャック爪２２によるワークＷの掴む深さを調節することができる。ワークＷを掴む深さは多関節ロボットアーム１の駆動制御によるため予めティーチングが行われるが、例えば圧力スイッチ３３の検出信号に基づいて求められる数値の入力が行われる。

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、ロボットチャックは一例であるため、他の構造のロボットチャックに対しても本本発明の実施は可能である。
また、例えば、前記実施形態ではワーク姿勢判別部３６をロボット本体２５の３箇所に設けたが、場合によっては２箇所でもよく、或いは４箇所であってもよい。
また、例えば、前記実施形態のプッシャ４１は、その本体部４１１の断面が円形であるが、組み付け穴４２の形状に合わせた四角であってもよい。

１…多関節ロボットアーム ３…ロボットチャック ８…制御装置 ２１…チャックスライド ２２…チャック爪 ２５…ロボット本体 ２６…軸受部材 ３１…エアコンプレッサ ３２…エア配管 ３３…圧力スイッチ ３５…信号ケーブル ３６…ワーク姿勢判別部 ４１…プッシャ ４２…組み付け穴 ４３…蓋部材 ４５…スプリング ４６…プッシャ内空間 ４１５…横孔 ４１６…リーク用凹部 ４３１…ガイド孔 ４３２…リーク孔

Claims (6)

1. 複数のチャック爪によりワークを把持するロボットチャックのチャック部に設けられた複数の組み付け穴と、
   前記複数の組み付け穴にエアを供給するエア流路と、
   各々独立して、前記ワークによる押し当て方向に移動可能な状態で前記複数の組み付け穴に挿入され、前記ワークの押し当て量により、前記エアの大気への放出状態と遮断状態に切り替えられる複数のプッシャと、
   前記エア流路内の前記エアの圧力を検出するエア圧検出器と、で構成されたロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
2. 前記プッシャが、有底筒形の側部に横孔が穿設され、その有底部側を突き出すようにして前記組み付け穴内に挿入された部材であり、
   前記組み付け穴には前記プッシャを突き出す方向に付勢する付勢部材が組み込まれ、
   前記組み付け穴に対する前記プッシャの位置によって、前記プッシャの内部に送り込まれた前記エアについて前記横孔を介した大気への放出と遮断とが切り換えられるようにした請求項１に記載するロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
3. 前記組み付け穴の開口部に前記プッシャの移動を案内するガイド孔を有する蓋部材が嵌め込まれ、前記蓋部材に、前記プッシャの横孔が重なって前記エアを大気へ放出するためのリーク孔が形成された請求項２に記載するロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
4. 前記プッシャは、側部周方向に複数の前記横孔が形成され、各々の前記横孔に対して当該横孔から有底部側に向けて大きさの異なるリーク用凹部が側部外周面に形成された請求項３に記載するロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
5. 前記プッシャは、複数の前記横孔のうち任意の前記横孔を、前記リーク孔に対して位置決めして前記組み付け穴に挿入するようにした請求項４に記載するロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
6. 前記ロボット本体部分における前記エア流路は、複数の前記組み付け穴の全てに繋げられた一つのエア流路流路が形成されたものである請求項１乃至請求項５のいずれかに記載するロボットチャックのワーク姿勢判別機構。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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