JPWO2020021615A1 - ワーク自動搬送機 - Google Patents

Abstract

ワークのサイズに応じた多関節ロボットアームの姿勢制御を行うワーク自動搬送機であり、ガイドレールに沿って移動可能な走行台と、前記走行台に搭載され、支持部材に対して第１関節によって回転支持された第１アーム部材、前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転支持された第２アーム部材および、前記第２アーム部材に取り付けられたロボットハンドを備える多関節ロボットアームと、前記走行台に搭載され、前記多関節ロボットアームとの間でワークの受渡しを行う反転装置と、前記反転装置にワークを受渡しする際、ワークのサイズに応じて前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との角度調整によって、前記多関節ロボットアームの姿勢制御を行う制御装置とを有する。

Description

本発明は、ワークのサイズに応じた多関節ロボットアームの姿勢制御を行うワーク自動搬送機に関する。

複数の工作機械が並べられた加工機械ラインは、各工作機械との間でワークの受渡しを行うワーク自動搬送機が設けられている。下記特許文献１には、先端部にロボットハンドを備えた多関節ロボットアームが走行台によって移動するワーク自動搬送機が開示されている。この多関節ロボットアームは、上腕部材と前腕部材とが関節機構を介して連結され、折り畳み状態と伸び状態との変形によって、先端部のロボットハンドを所定の位置へと移動させることができる。そのため、多関節ロボットアームは、折り畳まれた状態で該当する位置へと移され、工作機械に対しては伸びて加工室内へと進入し、ロボットハンドによってワークの受渡しが行われる。

国際公開ＷＯ２０１５／１４５５７５号公報

前述した従来のワーク自動搬送機は、走行台の上に多関節ロボットアームと一緒に反転装置が搭載され、ロボットハンドが受け取ったワークを走行台の上で反転させることが可能になっている。そうした多関節ロボットアームと反転装置とのワークの受渡しは、これまで上腕部材の姿勢（角度）を一定にし、前腕部材の折り畳む角度を調節するようにした姿勢制御が行われていた。これは狭い搬送空間内での旋回や移動の際、多関節ロボットアームが壁などに接触しない安全な姿勢を維持させるためである。よって、従来のワーク自動搬送機では、取り扱うワークの大きさが変わると、それに応じて反転装置の高さを調整する段取り替えが必要になり、非常に手間であった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークのサイズに応じた多関節ロボットアームの姿勢制御を行うワーク自動搬送機を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるワーク自動搬送機は、ガイドレールに沿って移動可能な走行台と、前記走行台に搭載され、支持部材に対して第１関節によって回転支持された第１アーム部材、前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転支持された第２アーム部材および、前記第２アーム部材に取り付けられたロボットハンドを備える多関節ロボットアームと、前記走行台に搭載され、前記多関節ロボットアームとの間でワークの受渡しを行う反転装置と、前記反転装置にワークを受渡しする際、ワークのサイズに応じて前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との角度調整によって、前記多関節ロボットアームの姿勢制御を行う制御装置とを有する。

前記構成によれば、多関節ロボットアームと反転装置との間でワークの受渡しを行う際、ワークのサイズに応じて多関節ロボットアームの第１アーム部材と第２アーム部材との角度を調整する姿勢制御を行うことにより、取り扱うワークのサイズが変わったとしても同じように受渡しでき、反転装置の段取り替えを行う必要がなくなる。

加工機械ラインを示した正面図である。 加工機械ラインを構成する作業モジュール（旋盤モジュール）と前カバーを示した斜視図である。 ワーク自動搬送機の一実施形態を示した斜視図である。 ワーク自動搬送機の制御システムを簡略化して示したブロック図である。 多関節ロボットアームに対する従来の姿勢制御を示した図である。 多関節ロボットアームに対する本実施形態の姿勢制御を示した図である。

次に、本発明に係るワーク自動搬送機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、従来例と同様に加工機械ラインに組み込まれたワーク自動搬送機を例に挙げて説明する。図１は、その加工機械ラインを示した正面図である。加工機械ライン１００は、工作機械などがモジュール化された各種の作業モジュール１０１が機体幅方向に並べられている。具体的には、図面右端にワーク搬入部となるワーク搬入モジュールが設置され、図面左端のワーク搬出部であるワーク排出モジュールまでの間に、旋盤やマシニングセンタ或いは検測機など各種の作業モジュール１０１が設置されている。

加工機械ライン１００は、全ての作業モジュール１０１が同じ形状の外装カバー１０２によって覆われている。そして、外装カバー１０２の前部には開閉可能な前カバー１０３が形成され、加工機械ライン１００全体において幅方向に広がった搬送空間１０８（図２参照）が設けられている。ここで、図２は、加工機械ライン１００を構成する作業モジュール１０１（特に、旋盤モジュール）と前カバー１０３を示した斜視図である。

作業モジュール１０１は、隣同士が接近した状態でベース１０５の上に搭載されている。ベース１０５にはレール１５１が敷設され、作業モジュール１０１は、車輪を備えた可動ベッド上に旋盤やマシニングセンタなどの加工機本体が組み付けられている。従って、ベース１０５に搭載された作業モジュール１０１は、レール１５１に沿った前後方向（Ｚ軸方向）の移動が可能になっている。その作業モジュール１０１には、図示するように前方へと突き出した前カバー１０３が設けられ、加工機械ライン１００では、その前カバー１０３によってＹ軸方向に連続した一つの搬送空間１０８が構成される。そして、搬送空間１０８内にはワーク自動搬送機が組み込まれている。

図３は、本実施形態のワーク自動搬送機を示した斜視図であり、特に作業モジュール１０１との間でワークの受渡しを行う状態が示されている。ワーク自動搬送機１０は、作業モジュール１０１を搭載するベース１０５の前面部に走行装置３が組み付けられ、走行装置３の上に多関節ロボットアーム１が搭載されている。多関節ロボットアーム１は、図示するような伸びた姿勢によって作業モジュール１０１の内部にまで入り込み、一方で折り畳まれてコンパクトになった起立状態で搬送空間１０８内を移動するものである。

走行装置３は、ベース１０５の前面部に支持板２１が取り付けられ、その支持板２１には平行に配置されたラック２２と２本のレール２３とが水平方向に固定されている。走行台２５は、レール２３に対して摺動可能なスライドが設けられ、レール２３に従って横方向への移動が可能になっている。走行台２５には走行用モータ２６が固定され、回転軸に取り付けられたピニオン２７がラック２２に噛合している。よって、走行用モータ２６が駆動してピニオン２７がラック２２を転動することにより、走行台２５がレール２３に沿ってベース１３の前面部を移動することが可能になる。

次に、走行台２５の上には、旋回テーブル１８を介して多関節ロボットアーム１が搭載されている。多関節ロボットアーム１は、旋回テーブル１８に固定された支持台１９に対し、第１関節１３を介して上腕部材１１が連結され、更に上腕部材１１には、第２関節１４を介して前腕部材１２が連結されている。多関節ロボットアーム１は、第１関節１３と第２関節１４の各々の関節用モータの回転制御により、上腕部材１１と前腕部材１２の各々の角度調整が行われ、図示するような伸びた状態と、後述するように折り畳まれた状態との形態変化が可能になっている。

多関節ロボットアーム１は、折り畳まれた前腕部材１２が上腕部材１１の中に収まるよう構成されている。そのため上腕部材１１は、左右一対の上腕プレートが背面プレートによって一体になり、内側に収納空間を備えるように断面がコの字形に形成されたものである。前腕部材１２は、その収納空間側に第２関節１４を介して連結された左右一対の平行な前腕プレートによって構成され、自由端側つまり多関節ロボットアーム１の先端部にロボットハンド１５が組み付けられている。ロボットハンド１５は、第１及び第２関節１３，１４の回転軸と平行な回転軸によって、前腕部材１２に対して回転可能に軸着され、表裏両面にはワークを把持するための油圧チャックが構成されている。

更に、本実施形態のワーク自動搬送機１０は、走行台２５の上にワークを反転させる反転装置５が搭載されている。その反転装置５は、旋回テーブル１８に固定された多関節ロボットアーム１の支持台１９に対して組み付けられている。反転装置５は、一対の把持爪１７が把持用シリンダによって開閉してワークを掴むことができるように構成されたものである。また、反転装置５には、圧縮エアを作動流体として回転を発生させる回転アクチュエータが設けられ、把持爪１７によってクランプしたワークを、鉛直な回転軸を中心にして１８０°回転させることができるようになっている。

次に、ワーク自動搬送機１０は、多関節ロボットアーム１や走行装置３など駆動を制御するための制御装置７が備えられている。図４は、ワーク自動搬送機１０の制御システムを簡略化して示したブロック図である。制御装置７は、ＣＰＵ３１のほかにＲＯＭ３２やＲＡＭ４３、不揮発性メモリ３４といった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするものであり、Ｉ／０３５を介して多関節ロボットアーム１、走行装置３、反転装置５の各駆動部に接続されている。

加工機械ライン１００では、各々の作業モジュール１０１に制御装置が搭載され、詳しく図示しないが、そうした作業機側の制御装置とワーク自動搬送機１０の制御装置７が集線装置を介して接続されたＬＡＮが構築されている。また、作業モジュール１０１には、図１などに示すように、タッチパネル式やボタン式の入力手段を有し、作業情報や操作画面などの表示や作業者による設定値の入力などが可能な操作表示装置１０７が設けられ、各制御装置に対してＬＡＮによって接続されている。よって、操作表示装置１０７から、ワーク自動搬送機１０の制御に対する数値入力などが可能になっている。

ワーク自動搬送機１０の制御装置７には、複数の作業モジュール１０１に対するワークの搬送ルートや、多関節ロボットアーム１の受渡し姿勢などを制御する搬送プログラムなどがメモリに格納されている。特に、本実施形態では、反転装置５にワークを受渡しする際、ワークのサイズに応じて多関節ロボットアーム１の姿勢制御を行う姿勢制御プログラム３４１が格納されている。操作表示装置１０７からは、多関節ロボットアーム１に対して姿勢制御を行うための数値、すなわちワーク寸法などの入力が行われる。

続いて、ワーク自動搬送機１０は、加工機械ライン１００の搬送空間１０８の中を多関節ロボットアーム１が移動し、図３に示すように変形して作業モジュール１０１の内部にまで入り込み、ワークの受渡しが行われる。そして、２台の旋盤によってワークの両面に段階的な加工が行われる場合には、多関節ロボットアーム１のロボットハンド１５から反転装置５にワークが受渡しされ、把持爪１７が回転してワークの向きが１８０°反転した後、再びロボットハンド１５に戻される。

前記課題の欄でも述べたように、これまでは上腕部材１１の姿勢（角度）を一定にし、前腕部材１２の折り畳み角度を調節することにより反転装置５とのワークの受渡しが行われていた。図５は、そうした多関節ロボットアーム１に対する従来の姿勢制御を示した図である。上腕部材１１の一定角度の姿勢は、第１関節１３と第２関節１４との両回転軸を結んだ上腕軸４１がほぼ鉛直になるように設定されていた。そして、第２関節とロボットハンド１５との両回転軸を結んだ前腕軸４２の操作角度θｎ（θ１，θ２）が、ワークＷ（Ｗ１，Ｗ２）のサイズに応じて調整されていた。

図５に示すＡパターンとＢパターンでは、多関節ロボットアーム１が、厚さＴｎ（Ｔ１，Ｔ２）の異なるワークＷ１，Ｗ２を反転装置５へ受渡しする状態が示されている。反転装置５を定位置とした場合には、ワークＷのサイズに応じてロボットハンド１５の受渡し位置を変化させる必要が生じる。反転装置５におけるワークＷｎの受取りは、把持爪１７がワークＷｎの厚さＴｎの中央部分を把持するようにして行われる。そうした場合、サイズの異なるワークＷ１，Ｗ２において、前腕軸４２の操作角度θ１，θ２と、第１関節１３とロボットハンド１５の回転軸（ワークＷｎの中心）との距離（受渡し高さ）Ｈｎ（Ｈ１，Ｈ２）に関して違いが生じた。

ワークＷｎのサイズの違いがロボットハンド１５の受渡し位置の違いとなるが、これまでは前腕軸４２の操作角度θｎを調整することによって対応していた。また、操作角度θｎだけの調整では受渡し高さＨｎの違いが大きくなりすぎてしまい、ロボットハンド１５と反転装置５との間で適切な受渡しが不可能な場合もある。よって、取り扱うワークＷｎのサイズが変わった場合には、作業者は反転装置５の取り付け高さを調整する段取り替えを行う必要があった。そのため、これまでは受渡しミスが生じ得ること、また確実な受渡しには反転装置５の段取り替えが必要であることなどの問題があった。

この点、本実施形態では、操作表示装置１０７からワークサイズ（任意の厚さＴｘの数値）が入力されることにより、姿勢制御プログラム３４１に従って上腕軸４１の操作角度θｎと、その上腕軸４１に対する前腕軸４２の操作角度θｎが算出され、各々の適切な数値に基づいた多関節ロボットアーム１の姿勢制御が行われる。図６は、多関節ロボットアーム１に対する本実施形態の姿勢制御を示した図である。

姿勢制御を実行する姿勢制御プログラム３４１では、上腕軸４１と前腕軸４２の操作角度θｎの組み合わせにより、反転装置５の把持爪１７がワークＷｎを同じ状態で把持できるようにした制御が行われる。ここで、反転装置５によるワークＷの同じ把持状態とは、従来と同様に把持爪１７がワークＷｎを厚さＴｎの中央部分で把持することと、更に第１関節１３とロボットハンド１５の回転軸（ワークＷｎの中心）との距離（受渡し高さ）Ｈｘが一定になることである。受渡し高さＨｘを一定にすることにより、常に把持爪１７がワークＷｎの中心部分を把持することになるからである。

そこで、図６に例では、サイズが大きいワークＷ１の場合、鉛直な基準線４０に対する上腕軸４１の操作角度θ３２が、サイズの小さいワークＷ２の場合の上腕部材４１の操作角度θ４２より大きな前傾姿勢となった。そして、ワークＷ１の場合の上腕軸４１に対する前腕軸４２の操作角度θ３１は、ワークＷ２の場合の操作角度θ４１より小さくなった。こうした各々の操作角度θｎの調整によって、ワークサイズが異なる場合であっても、受渡し高さＨｘが常に一定になる。

そのため、実施形態のワーク自動搬送機１０では、加工機械ライン１００で行われるワークＷｎの加工に際し、作業者が操作表示装置１０７からワークサイズＴｎを入力することにより、多関節ロボットアーム１と反転装置５との安定したワークの受渡しや反転装置５の段取り替えを不要にすることができる。

ところで、ワーク自動搬送機１０では、反転装置５によるワークＷの反転のほかに、ロボットハンド１５の反転や多関節ロボットアーム１の旋回などの作業動作も行われる。しかし、多関節ロボット１の上腕軸４１が傾くことにより、その操作角度θｎの大きさによっては狭い搬送空間１０８を構成する前カバー１０３などに、前述した動作の際に動作にロボットハンド１５や多関節ロボットアーム１が干渉してしまうことになる。

そこで、搬送空間１０８の大きさを基に動作可能な上腕軸４１の傾斜角範囲θｄｎが設定されている。よって、傾斜角範囲θｄｎ内で上腕軸４１が傾斜した場合には、そのままロボットハンド１５の反転や多関節ロボットアーム１の旋回などの動作が行われる。一方で、傾斜角範囲θｄｎを超えて上腕部材１１が傾いた姿勢でワークＷの受渡しが行われた場合は、その上腕軸４１を鉛直に、或いは傾斜角範囲θｄｎ内に収まるように起立させて多関節ロボットアーム１が干渉しないようにする。

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、ワーク自動搬送機１０や加工機械ライン１００は一例であって、それぞれ異なる構成であってもよい。

１…多関節ロボットアーム ３…走行装置 ５…反転装置 ７…制御装置 １０…ワーク自動搬送機 １１…上腕部材 １２…前腕部材 １３…第１関節 １４…第２関節 １５…ロボットハンド １７…把持爪 ４０…基準線 ４１…上腕軸 ４３…前腕軸 １００…加工機械ライン １０１…作業モジュール １０８…搬送空間 ３４１…姿勢制御プログラム

Claims (3)

1. ガイドレールに沿って移動可能な走行台と、
   前記走行台に搭載され、支持部材に対して第１関節によって回転支持された第１アーム部材、前記第１アーム部材に対して第２関節によって回転支持された第２アーム部材および、前記第２アーム部材に取り付けられたロボットハンドを備える多関節ロボットアームと、
   前記走行台に搭載され、前記多関節ロボットアームとの間でワークの受渡しを行う反転装置と、
   前記反転装置にワークを受渡しする際、ワークのサイズに応じて前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との角度調整によって、前記多関節ロボットアームの姿勢制御を行う制御装置と、
   を有するワーク自動搬送機。
2. ワークのサイズを入力する入力装置を有し、前記制御装置は、前記入力装置によって入力された数値から前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との角度を算出して前記多関節ロボットアームの姿勢制御を行う請求項１に記載のワーク自動搬送機。
3. 前記多関節ロボットアームと前記反転装置は旋回装置を介して前記走行台に搭載され、前記制御装置は、前記旋回装置の駆動に応じて前記多関節ロボットアームの姿勢制御を行う請求項１又は請求項２に記載のワーク自動搬送機。
   

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