WO2021049003A1 - ワーク搬送ロボット - Google Patents

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WO2021049003A1
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WO
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hydraulic
chuck
work
transfer robot
time
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PCT/JP2019/036093
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English (en)
French (fr)
Inventor
合津秀雄
森雅彦
Original Assignee
株式会社Fuji
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08Gripping heads and other end effectors having finger members

Definitions

  • the present invention relates to a work transfer robot provided with a hydraulic chuck.
  • Patent Document 1 discloses a work transfer robot that constitutes an autoloader.
  • the work transfer robot is an articulated robot arm mounted on a traveling table so that it can move back and forth between various work machines constituting the processing machine line, and transfers the work to the other side work machine to which it has been moved. Is to do.
  • a forearm member and an upper arm member are connected via a joint mechanism, and a robot hand is attached to the tip portion. The position of the robot hand can be adjusted by bending and stretching the forearm member and the upper arm member, and the robot hand can grip and release the work by the hydraulic chuck.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a proximity switch is provided in the hand portion and for detecting whether or not the work is clamped or unclamped. Further, the same document discloses a hydraulic sensor that detects a hydraulic pressure for operating a clamp mechanism.
  • the work transfer robot enters the processing chamber of a machine tool such as a lathe and delivers the work. Therefore, the proximity switch attached to the robot hand may be affected by chips generated by machining the workpiece, coolant injected during machining, and the like, which may cause erroneous detection. Therefore, it is difficult to actually use the configuration in which the proximity switch is attached to the robot hand because there is a concern that the chuck cannot be accurately determined. This is a problem that can occur not only in proximity switches but also in other detection means such as photoelectric switches. On the other hand, the detection by measuring the flow rate of the hydraulic oil that operates the hydraulic chuck has a problem that an accurate stroke cannot be confirmed because oil leaks from the bearing portion of the robot hand.
  • an object of the present invention is to provide a work transfer robot that determines work gripping in a hydraulic chuck in order to solve such a problem.
  • the work transfer robot includes a transfer robot main body provided with a drive mechanism for moving the gripped work, a robot hand that is assembled to the transfer robot main body and grips and releases the work by a hydraulic chuck, and the hydraulic pressure. It controls a hydraulic mechanism that supplies and discharges hydraulic oil to the chuck, a hydraulic sensor provided in the flow path of the hydraulic mechanism, and each drive unit such as the transfer robot main body, the robot hand, and the hydraulic mechanism.
  • the robot has a control device including a chuck determination unit that determines the operating state of the hydraulic chuck based on the hydraulic change time of the hydraulic oil detected by the hydraulic sensor.
  • the chuck determination unit determines the operating state of the hydraulic chuck based on the hydraulic change time of the hydraulic oil detected by the hydraulic sensor, the work transfer capable of determining the work grip in the hydraulic chuck.
  • the robot can be provided at a low cost by improving it by adding a hydraulic sensor.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a work transfer robot.
  • the work transfer robot of the present embodiment is an articulated robot arm 2 that constitutes the illustrated automatic work transfer machine 1.
  • the work automatic transfer machine 1 is incorporated in a processing machine line, and an articulated robot arm 2 moves between working machines such as a plurality of machine tools to deliver the work.
  • the work automatic transfer machine 1 is mounted on a traveling device 3 for allowing the articulated robot arm 2 to move back and forth between a plurality of mating devices.
  • the traveling device 3 is assembled on the front surface of the base 4 on which a machine tool (not shown) is mounted.
  • a support plate 11 is fixed to the front surface of the base 4, and a rack 12 and two rails 13 are fixed to the support plate 11.
  • a traveling slide that grips the rail 13 and slides is fixed to the traveling table 14, and a traveling motor 17 that rotates the pinion 16 meshed with the rack 12 is provided.
  • a swivel motor 19 is fixed to the traveling table 14, and the swivel table 18 is configured to swivel 180 ° on a horizontal plane.
  • the support base 21 is fixed on the swivel table 18, and the upper arm portion 22 and the forearm portion 23 are connected to the support base 21 via a joint mechanism provided with a servomotor.
  • Such an articulated robot arm 2 has a traveling state in which the upper arm portion 22 and the forearm portion 23 are folded and stood up by driving the joint mechanism, and a working state in which the upper arm portion 22 and the forearm portion 23 expand and extend as shown in the figure.
  • a robot hand 25 is provided at the tip of the forearm portion 23, and the work can be gripped and released by opening and closing the chuck claws.
  • FIG. 2 is a diagram showing a forearm portion 23 provided with a robot hand 25.
  • the forearm portion 23 is formed by connecting a pair of left and right parallel forearm plates 31 in parallel by cross beam members 32 and 33, and a robot hand 25 is assembled between the forearm plates 31.
  • the robot hand 25 is rotatably attached to the forearm plate 31 by the left and right rotation support portions 35, and the belt 37 is hung between the pulley provided on one of the rotation shafts and the pulley fixed to the hand motor 36. Has been passed. Therefore, the drive control of the hand motor 36 causes the robot hand 25 to rotate and adjust the angle.
  • the robot hand 25 is provided with a first hydraulic chuck 251 (shown) and a second hydraulic chuck 252 (see FIG. 1) having the same structure on the back side thereof.
  • the first and second hydraulic chucks 251 and 252 are assembled to the apparatus main body 42 so that three chuck claws 41 for gripping the work are arranged radially at equal intervals and slide in the radial direction.
  • an opening / closing mechanism of a chuck claw 41 in which a rack piston is meshed with a clamp gear is configured inside the apparatus main body 42.
  • the rack piston is displaced in the pressurizing direction by the hydraulic pressure of the hydraulic oil supplied and discharged, and the clamping gear is rotated by a predetermined amount accordingly, so that the three chuck claws 41 are synchronized with each other in the radial direction. Linear motion is given.
  • the first and second hydraulic chucks 251 and 252 grip and release the workpiece by opening and closing the three chuck claws 41.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the control system of the automatic workpiece transfer machine 1.
  • the control device 5 is mainly a computer equipped with a storage device such as a ROM 52, a RAM 53, and a non-volatile memory 54 in addition to the CPU 51, and an articulated robot arm 2 and a traveling device 3 via I / 055, which will be described later. It is connected to each drive unit such as the hydraulic device 60 constituting the hydraulic circuit. Further, a touch panel type operation display device 7 capable of inputting data by an operator and displaying an operation screen, detection data, etc. is connected to the control device 5.
  • the control device 5 stores machining programs related to various machining, types of workpieces, workpiece machining information related to tools and jigs, and the like in a storage unit.
  • the chuck determination program 541 for determining the first and second hydraulic chucks 251,252 is stored in the non-volatile memory 54.
  • the chuck determination program 541 is for confirming that the work is gripped and released by the robot hand 25.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the hydraulic circuits of the first and second hydraulic chucks 251,252.
  • the robot hand 25 has a first hydraulic chuck 251 that supplies a work to a machine tool and a second hydraulic chuck 252 that takes out a work after machining from the machine tool, and a hydraulic circuit for hydraulic cylinders 61 and 62 is provided. It is provided.
  • the hydraulic cylinders 61 and 62 are connected to a pair of pressurizing chambers sandwiching the rack piston with clamp-side flow paths 631, 641 and unclamp-side flow paths 632, 642 for supplying and discharging hydraulic oil. Pilot check valves 65 are connected to the clamp-side flow paths 631, 641 and the unclamp-side flow paths 632, 642, respectively.
  • a directional control valve 67 is connected to the clamp side flow path 631 and the unclamp side flow path 632, and a directional control valve 68 is connected to the clamp side flow path 641 and the unclamp side flow path 642.
  • the directional control valves 67 and 68 are 2-position 4-port solenoid valves, and are a supply flow path 73 and a discharge flow path 74 connected to the tank 71, and a clamp side flow path 631, 641 or an unclamp side flow path 632. It switches the connection with 642.
  • a hydraulic pump 72 that sends out the hydraulic oil in the tank 71 is connected to the supply flow path 73, and a relief valve 75 is connected to the return flow path that connects the supply flow path 73 and the discharge flow path 74 on the secondary side thereof.
  • the hydraulic sensors 77 and 78 are connected to the clamp-side flow paths 631, 641 so that the detection signal according to the set pressure of the hydraulic oil flowing in each flow path is transmitted to the control device 5.
  • the traveling table 14 moves along the rail 13 by driving the traveling motor 17, and the articulated robot arm 2 is positioned in front of the target machine tool.
  • the articulated robot arm 2 travels in a folded state of the upper arm portion 22 and the forearm portion 23, changes its shape as shown in FIG. 1 at the stop position, and adjusts the position and angle of the robot hand 25 at the tip portion. Then, the work is delivered to and from the spindle chuck of the machine tool.
  • the second hydraulic chuck 252 which is an unloader chuck, receives the machined work from the spindle chuck, and then the first hydraulic chuck 251 which is the loader chuck receives the processed workpiece from the spindle chuck. Deliver new work to.
  • the robot hand 25 is driven by the hydraulic pump 72 to send the hydraulic oil in the tank 71 to the supply flow path 73.
  • the first hydraulic chuck 251 (hereinafter, the same applies to the second hydraulic chuck 252 side) operates by switching the directional control valve 67, and in a state where the supply flow path 73 is connected to the unclamp side flow path 632 as shown in the figure. The work is released.
  • the supply flow path 73 is connected to the clamp side flow path 631, the rack piston in the hydraulic cylinder 61 receives hydraulic pressure and is displaced, and the work is displaced by the three chuck claws 41. Is gripped.
  • FIG. 5 and 6 are graphs showing the pressure change when gripping the work, FIG. 5 shows the change at low temperature, and FIG. 6 shows the change at high temperature.
  • the first hydraulic chuck 251 has a maximum stroke (movement amount at the time of empty clamping) of the chuck claw 41 of 12.5 mm, and the graph C1 shown in FIG. 5 shows the pressure change at the time of empty clamping.
  • the graph A1 is the pressure change at the time of 1 mm stroke
  • the graph B1 is the pressure change at the time of 7 mm stroke.
  • the hydraulic pressure change time related to the hydraulic oil pressure corresponds to the difference in stroke from the start of operation to the stop of the chuck claw 41.
  • a configuration is adopted for determining gripping or releasing of the work based on the hydraulic pressure change time. Then, in order to accurately obtain the oil pressure change time without being affected by the switching operation of the directional control valve 67, the first set value P1 and the second set value P2 are arbitrary between the minimum pressure and the maximum pressure in this embodiment. Is set to.
  • the first set value P1 and the second set value P2 are detected by the oil pressure sensor 77, and the control device 5 that receives the detection signal measures, for example, the respective oil pressure change times t1a, t1b, and t1c shown in FIG. To.
  • the chuck determination program 541 determines the work clamp and the empty clamp based on the hydraulic change time nt (n is arbitrary) of the hydraulic oil supplied to the first hydraulic chuck 251. For example, the time from the first set value P1 to the second set value P2 at the time of a stroke of 12.5 mm, which is an empty clamp, and the time from the first set value P1 to the second set value P1 at the time of a stroke of about 3 to 5 mm for gripping the work. 2 The time to reach the set value P2 has a difference of about 100 to 200 msec. Based on this time difference, a threshold value for distinguishing between both strokes is obtained.
  • the viscosity of the hydraulic oils of the first and second hydraulic chucks 251,252 changes depending on the factory temperature and the machine temperature, which affects the hydraulic pressure change time tun.
  • the pressure change of the same stroke becomes graphs A2, B2, and C2 with respect to FIG. 5 at room temperature of 8 ° C., and the oil pressure from the first set value P1 to the second set value P2.
  • the change time is as short as t2a, t2b, and t2c. It can be seen that the oil pressure change time tn becomes longer at a low temperature when the viscosity is low than at a high temperature when the viscosity is high. Therefore, since the hydraulic oil is affected by temperature changes due to the season, weather, operating duration, etc., the threshold value of the oil pressure change time for determining the work clamp and the empty clamp should be an appropriate value corresponding to the change in oil temperature. It is necessary to ask.
  • the first hydraulic chuck 251 is once subjected to an empty clamp in a state where there is no work before gripping the work, and the threshold value is calculated with the hydraulic change time at that time as the reference time ts. I try to do it. Specifically, the threshold value for distinguishing between the empty clamp and the work clamp is calculated by using the percentage with respect to the reference time ts as the threshold value determination parameter. Then, the determination of the threshold value determination parameter is performed based on the confirmation of the relationship between the oil temperature and the stroke including the variation by the experiment.
  • the threshold value determination parameter of this embodiment is 75%. Then, in the case of FIGS. 5 and 6, the oil pressure change times t1c and t2c correspond to the reference time ts. Therefore, the threshold value is calculated by (ts ⁇ 0.75), and if the pressure of the hydraulic oil does not reach the second set value P2 within the time (ts ⁇ 0.75) after reaching the first set value P1, It is now judged that the work clamp is an empty clamp that has failed.
  • FIG. 7 is a graph showing a pressure change when the work is released, and represents a low temperature (A) and a high temperature (B).
  • A low temperature
  • B high temperature
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the chuck determination program 541 executed during work transfer.
  • the empty clamp time is measured immediately before gripping the work prepared in the stocker (S101). For example, assuming that the empty clamp time is the hydraulic change time t1c shown in FIG. 5, the value (ts ⁇ 0.75) obtained by multiplying this value by the threshold value determination parameter with the reference time ts as the reference time is the value when gripping the work. Is temporarily stored as the threshold value of (S102).
  • the first hydraulic chuck 251 moves to the position of the work and is gripped (S103), but the hydraulic change in the clamp side flow path 631 and the hydraulic change time are determined according to the work clamp instruction for the first hydraulic chuck 251.
  • the measurement is started (S104). Then, it is confirmed whether or not the pressure of the hydraulic oil has reached the first set value P1 within a predetermined time (S105). If the first set value P1 is not reached (S105: NO), the directional control valve 67 is malfunctioning, so the automatic workpiece transfer machine 1 is stopped and the operation display device 7 is informed that the pressure has not risen.
  • a clamp abnormality alarm such as a display is executed (S106), and this process ends.
  • the articulated robot arm 2 transfers the work to and from the spindle chuck of the machine tool, for example. Therefore, it is confirmed whether or not the oil pressure in the clamp-side flow path 631 can maintain a value larger than the second set value P2 while the work is being carried to the delivery position (S110). This is because when the oil pressure falls below the second set value P2 (S110: NO), it can be determined that the work is disengaged from the first hydraulic chuck 251 due to the decrease in gripping force. In that case, the drive of the automatic workpiece transfer machine 1 is stopped, the operation display device 7 is displayed with a clamp abnormality alarm (S111), and this process is completed. On the other hand, if the oil pressure is larger than the second set value P2 (S110), the oil pressure confirmation is repeated until the value can be maintained or the work reaches the delivery position (S110: YES, S112: NO).
  • the gripping determination of the work as described above is performed in the same manner by the detection of the hydraulic sensor 77 when the second hydraulic chuck 252 receives the machined workpiece from the spindle chuck and delivers it to the next process according to the grip determination program 541. Is executed.
  • the work gripping determination or the like is executed based on the threshold value of the oil pressure change time, the cost can be suppressed by the improvement by adding the oil pressure sensors 77 and 78. Since the chuck determination program 541 sets a threshold value for the hydraulic change time of the hydraulic oil of the first hydraulic chucks 251,252, the work clamp and the empty clamp can be accurately determined. Further, unlike the configuration in which the proximity switch is attached to the robot hand 25, the robot hand 25 is not affected by chips, coolant, or the like, and does not interfere with the driving in which the robot hand 25 always rotates in the same direction.
  • the reference time ts can be obtained for the hydraulic pressure change time, an appropriate threshold value can be calculated based on the value, and a correct judgment between the work clamp and the empty clamp can be made.
  • the determination at the time of releasing the work is only the presence / absence of the pressure decrease (step (S114) shown in FIG. 8), but the determination that the work is released by setting the threshold value is performed as in the case of the increase in the pressure. It is also possible.
  • the first hydraulic chuck 251 (the same applies to the second hydraulic chuck 252) is empty-clamped in the step (S101) shown in FIG.
  • the oil pressure change time (reference time) from the value P2 to the first set value P1 is measured, and a predetermined threshold value determination parameter is multiplied to calculate the threshold value. Then, when the work is released, it is determined from this threshold value and the actual hydraulic pressure change time that the unclamp that has released the work and the hold state while holding the work are determined.
  • the determination at the time of releasing the work may be made based on the signals from the oil pressure sensors attached to the unclamp side flow paths 632 and 642, respectively. Further, even when the work is released, it is possible to determine whether or not the work is released correctly by measuring the time for changing the hydraulic pressure to drop to a predetermined pressure. In addition, when gripping the work, it is possible to confirm whether or not the work is gripped correctly, for example, by further dividing and determining the oil pressure change time up to the second set value P2. That is, when a foreign object is bitten or the work is tilted and gripped, the stroke is different from the original stroke of the chuck claw 41, so the threshold value is determined according to each hydraulic pressure change time.

Abstract

把持したワークを移動させる駆動機構を備えた搬送ロボット本体と、前記搬送ロボット本体に組み付けられ、油圧チャックによってワークを把持および解放するロボットハンドと、前記油圧チャックに対する作動油の供給および排出を行う油圧機構と、前記油圧機構の流路に設けられた油圧センサと、前記搬送ロボット本体、前記ロボットハンドおよび前記油圧機構などの各駆動部を制御するものであり、前記油圧センサによって検出された前記作動油の油圧変化時間を基に前記油圧チャックの作動状態を判定するチャック判定部を備えた制御装置とを有するワーク搬送ロボット。

Description

ワーク搬送ロボット
 本発明は、油圧チャックを備えたワーク搬送ロボットに関する。
 ワーク搬送ロボットは、各分野で使用され様々な構造のものが存在する。例えば下記特許文献1には、オートローダを構成するワーク搬送ロボットが開示されている。そのワーク搬送ロボットは、加工機械ラインを構成する各種作業機の間を行き来できるように、走行台の上に搭載された多関節ロボットアームであり、移動した先の相手側作業機とワークの受渡しを行うものである。同文献の多関節ロボットアームは、前腕部材と上腕部材とが関節機構を介して連結され、先端部にはロボットハンドが組み付けられている。前腕部材と上腕部材との屈伸によってロボットハンドの位置を調整することができ、そのロボットハンドは油圧チャックによってワークの把持および解放が可能になっている。
 こうしたワーク搬送ロボットは、ロボットハンドによるワークの掴み損ねや、掴んだワークを落下させてしまうことなどがある。そのような事態が生じた場合には、ワーク搬送ロボットの駆動を停止させ、作業者がワークの取り除きなどの作業を行わなければならない。そこで、ワーク搬送ロボットには、ワーククランプやアンクランプが適切に行われているか、ロボットハンドにおける把持状態の検出が求められる。下記特許文献2には、近接スイッチがハンド部に設けられ、ワークがクランプ又はアンクランプされたか否かを検出するための構成が開示されている。また、同文献には、クランプ機構を作動させるための油圧を検出する油圧センサが開示されている。
国際公開WO2015/145576号公報 特開2014-226756号公報
 ワーク搬送ロボットは、旋盤など工作機械の加工室内部に入り込んでワークの受渡しを行う。そのため、ロボットハンドに取り付けた近接スイッチは、ワークの加工によって発生した切屑や、加工時に噴射されたクーラントなどの影響を受け、誤検出を引き起こしてしまう可能性がある。従って、ロボットハンドに近接スイッチを取り付けるような構成は、チャックの正確な判定ができなくなることが懸念され、実際の使用は困難であった。こうしたことは近接スイッチに限らず、光電スイッチなど他の検出手段についても同じように起こり得る問題である。一方、油圧チャックを作動させる作動油の流量を測定した検出は、ロボットハンドの軸受部から油漏れが生じるため、正確なストローク確認ができないという問題があった。
 そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、油圧チャックにおけるワーク把持の判定を行うワーク搬送ロボット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搬送ロボットは、把持したワークを移動させる駆動機構を備えた搬送ロボット本体と、前記搬送ロボット本体に組み付けられ、油圧チャックによってワークを把持および解放するロボットハンドと、前記油圧チャックに対する作動油の供給および排出を行う油圧機構と、前記油圧機構の流路に設けられた油圧センサと、前記搬送ロボット本体、前記ロボットハンドおよび前記油圧機構などの各駆動部を制御するものであり、前記油圧センサによって検出された前記作動油の油圧変化時間を基に前記油圧チャックの作動状態を判定するチャック判定部を備えた制御装置とを有する。
 前記構成によれば、チャック判定部が、油圧センサによって検出された作動油の油圧変化時間を基に油圧チャックの作動状態を判定するようにしたため、油圧チャックにおけるワーク把持の判定が可能なワーク搬送ロボットを、油圧センサを追加した改良によってコストを抑えて提供することができる。
ワーク搬送ロボットを示した斜視図である。 ロボットハンドを備えた前腕部材を示した図である。 ワーク搬送ロボットの制御システムを表すブロック図である。 第1および第2油圧チャックの油圧回路を示した回路図である。 ワークを把持する低温時の圧力変化を示したグラフである。 ワークを把持する高温時の圧力変化を示したグラフである。 チャック判定プログラムの流れを示したフローチャート図である。 ワークの搬送時に実行されるチャック判定プログラムの流れを示したフローチャート図である。
 本発明に係るワーク搬送ロボット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。図1は、ワーク搬送ロボットを示した斜視図である。本実施形態のワーク搬送ロボットは、図示するワーク自動搬送機1を構成する多関節ロボットアーム2である。このワーク自動搬送機1は、加工機械ラインに組み込まれ、複数台ある工作機械など作業機の間を多関節ロボットアーム2が移動し、ワークの受渡しを行うものである。ワーク自動搬送機1は、その多関節ロボットアーム2が複数の相手側装置の間を行き来するための走行装置3に搭載されている。
 走行装置3は、不図示の工作機械を搭載したベース4の前面部に組み付けられている。ベース4の前面部に支持板11が固定され、その支持板11にラック12や2本のレール13が固定されている。走行台14にはレール13を掴んで摺動する走行スライドが固定され、ラック12に噛合したピニオン16を回転させる走行用モータ17が設けられている。そして、走行台14には旋回用モータ19が固定され、旋回テーブル18が水平面上を180°旋回するよう構成されている。
 多関節ロボットアーム2は、支持台21が旋回テーブル18上に固定され、その支持台21に対して上腕部22および前腕部23がサーボモータを備えた関節機構を介して連結されている。こうした多関節ロボットアーム2は、関節機構の駆動によって上腕部22と前腕部23とが折りたたまれて起立した走行状態と、図示するように上腕部22と前腕部23とが広がって伸びる作業状態とに形態が変化する。そして、前腕部23の先端にはロボットハンド25が設けられ、チャック爪の開閉動作によってワークの把持及び解放が可能になっている。
 図2は、ロボットハンド25を備えた前腕部23を示した図である。前腕部23は、左右一対の平行な前腕プレート31が横梁部材32,33によって平行に連結されたものであり、その前腕プレート31の間にロボットハンド25が組み付けられている。ロボットハンド25は、左右の回転支持部35によって前腕プレート31に回転自在に取り付けられ、一方の回転軸に設けられたプーリと、ハンド用モータ36に固定されたプーリとの間にベルト37が掛け渡されている。従って、ハンド用モータ36の駆動制御により、ロボットハンド25が回転して角度調整が行われる。
 ロボットハンド25は、図示する第1油圧チャック251と、その裏側に同じ構造の第2油圧チャック252(図1参照)が設けられている。第1および第2油圧チャック251,252は、ワークを掴むための3本のチャック爪41が等間隔で放射状に配置され、径方向にスライドするように装置本体42に組み付けられている。装置本体42の内部には、クランプ用ギヤにラックピストンを噛合させたチャック爪41の開閉機構が構成されている。そのため、供給および排出される作動油の油圧によってラックピストンが加圧方向に変位し、それに伴ってクランプ用ギヤが所定量回転することにより、3本のチャック爪41に対して同期した径方向の直線運動が与えられる。第1および第2油圧チャック251,252は、そうした3本のチャック爪41の開閉動作によってワークの把持および解放が行われる。
 図3は、ワーク自動搬送機1の制御システムを表すブロック図である。制御装置5は、CPU51のほかにROM52やRAM53、不揮発性メモリ54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/055を介して多関節ロボットアーム2や走行装置3、後述する油圧回路を構成する油圧機器60などの各駆動部に接続されている。また、制御装置5には作業者によるデータ入力および、操作画面や検出データなどの表示が可能なタッチパネル式の操作表示装置7が接続されている。
 制御装置5は、各種加工に関する加工プログラムやワークの種類、工具や治具に関するワーク加工情報などが記憶部に格納されている。特に、本実施形態は、第1および第2油圧チャック251,252に関する判定を行うチャック判定プログラム541が不揮発性メモリ54に格納されている。チャック判定プログラム541は、ロボットハンド25におけるワークの把持や解放の確認を行うためのものである。
 次に、図4は、第1および第2油圧チャック251,252の油圧回路を示した回路図である。ロボットハンド25は、工作機械に対してワークを供給する第1油圧チャック251と、その工作機械から加工後のワークを取り出す第2油圧チャック252とを有し、油圧シリンダ61,62に対する油圧回路が設けられている。油圧シリンダ61,62は、ラックピストンを挟んだ一対の加圧室に対し、作動油を供給および排出するクランプ側流路631,641とアンクランプ側流路632,642とが接続されている。クランプ側流路631,641とアンクランプ側流路632,642には、それぞれパイロットチェック弁65が接続されている。
 クランプ側流路631とアンクランプ側流路632には方向制御弁67が接続され、クランプ側流路641とアンクランプ側流路642には方向制御弁68が接続されている。方向制御弁67,68は、2ポジションの4ポート電磁弁であり、タンク71に接続された供給流路73や排出流路74と、クランプ側流路631,641またはアンクランプ側流路632,642との接続を切り換えるものである。そして、供給流路73にはタンク71内の作動油を送り出す油圧ポンプ72が接続され、その二次側には供給流路73と排出流路74を接続する戻り流路にリリーフ弁75が接続されている。また、クランプ側流路631,641に油圧センサ77,78が接続され、各流路内を流れる作動油の設定圧に従った検出信号が制御装置5へと送信されるようになっている。
 続いて、ワーク自動搬送機1は、走行用モータ17の駆動により走行台14がレール13に沿って移動し、対象となる工作機械前に多関節ロボットアーム2が位置決めされる。その多関節ロボットアーム2は、上腕部22および前腕部23が折りたたまれた状態で走行し、停止位置では図1に示すように形態を変化させ、先端部のロボットハンド25の位置や角度を調整し、工作機械の主軸チャックとの間でワークの受け渡しが行われる。具体的には、工作機械内に進入したロボットハンド25は、アンローダーチャックである第2油圧チャック252が主軸チャックから加工済みワークを受け取り、次にローダチャックである第1油圧チャック251が主軸チャックへと新たなワークを受け渡しする。
 そのときのロボットハンド25は、油圧ポンプ72の駆動によってタンク71内の作動油が供給流路73へと送られる。第1油圧チャック251(以下、第2油圧チャック252側も同じ)は、方向制御弁67の切り換えによって作動し、図示するように供給流路73がアンクランプ側流路632に接続された状態ではワークの解放が行われる。一方、方向制御弁67のポジションが切り換えられると、供給流路73がクランプ側流路631に接続され、油圧シリンダ61内のラックピストンが油圧を受けて変位し、3本のチャック爪41によってワークが把持される。
 第1油圧チャック251がワークを把持および解放する場合、チャック爪41の変位に伴って油圧シリンダ61に対する作動油の圧力が変化する。図5および図6は、ワークを把持する場合の圧力変化を示したグラフであり、図5には低温時の変化が、図6には高温時の変化がそれぞれ示されている。第1油圧チャック251は、チャック爪41の最大ストローク(空クランプ時の移動量)が12.5mmであり、図5に示すグラフC1が空クランプ時の圧力変化である。そして、グラフA1が1mmストローク時の圧力変化であり、グラフB1が7mmストローク時の圧力変化である。
 図から分かるように、作動油の圧力に関する油圧変化時間は、チャック爪41が作動開始から停止するまでのストロークの違いに対応している。本実施形態では、その油圧変化時間を基にワークの把持あるいは解放を判定するための構成が採られている。そして、方向制御弁67の切り換え動作に影響受けることなく油圧変化時間を正確に得るため、本実施形態では最小圧力と最大圧力との間に第1設定値P1と第2設定値P2とが任意に設定される。こうした第1設定値P1と第2設定値P2とは油圧センサ77によって検出され、その検出信号を受信する制御装置5では、例えば図5に示す各々の油圧変化時間t1a,t1b,t1cが計測される。
 チャック判定プログラム541は、第1油圧チャック251に対して供給される作動油の油圧変化時間tn(nは任意)を基に、ワーククランプと空クランプとを判定するものである。例えば、空クランプである12.5mmのストロークの際に第1設定値P1から第2設定値P2に達する時間と、ワークを把持する3~5mm程度のストロークの際に第1設定値P1から第2設定値P2に達する時間は、100~200msec程度の差が生じる。この時間差を基に、両ストロークを区別するための閾値が求められる。
 ところで、第1および第2油圧チャック251,252の作動油は、工場内温度や機内温度によって粘度が変化し、それが油圧変化時間tnに影響する。室温8℃の図5に対し、図6に示す室温33℃の場合には、同様のストロークの圧力変化がグラフA2,B2,C2となり、第1設定値P1から第2設定値P2までの油圧変化時間がt2a,t2b,t2cと短くなっている。油圧変化時間tnは、粘度が高い高温時に比べ、粘度が低くなる低温時の方が長くなってしまうことが分かる。そこで、作動油が季節や天候、稼働継続時間などによる温度変化に影響を受けるため、ワーククランプと空クランプとを判断する油圧変化時間の閾値は、油温の変化に対応させた適切な値を求めることが必要である。
 この点、本実施形態のチャック判定プログラム541では、ワークを把持する前に一旦ワークの無い状態で第1油圧チャック251に空クランプを行わせ、その時の油圧変化時間を基準時間tsとして閾値を算出するようにしている。具体的には、空クランプとワーククランプとを区別する閾値を、基準時間tsに対するパーセンテージを閾値決定パラメータとして算出するように構成されている。そして、その閾値決定パラメータの決定は、実験によってバラツキを含めた油温とストロークとの関係確認を基に行われる。
 例えば、本実施形態の閾値決定パラメータは75%である。そして、図5および図6の場合は、油圧変化時間t1c,t2cが基準時間tsに相当する。そのため、閾値は(ts×0.75)によって算出され、作動油の圧力が第1設定値P1に達してから(ts×0.75)時間までに第2設定値P2に達しない場合は、ワーククランプに失敗した空クランプと判断されるようになっている。
 ストロークの違いによる油圧変化時間の差は、把持したワークを解放するアンクランプでも同じように生じる。図7は、ワークを解放する場合の圧力変化を示したグラフであり、低温時(A)と高温時(B)とが表されている。ワーク解放のアンクランプでは、アンクランプ側流路632から油圧シリンダ61へ作動油が供給され、クランプ側流路631からは排出される。そのため、油圧センサ77によって検出される圧力は図示するように低下する。圧力の下降変化は、圧力上昇時と同様に、ストロークの違いが油圧変化時間に反映され、且つ、油圧変化時間は作動油の温度に影響を受けている。
 そこで、把持判定プログラム541では、ワークを把持および解放する際の油圧変化時間を基に、第1油圧チャック251におけるワークの把持および解放状況が判定される。図8は、ワーク搬送時に実行されるチャック判定プログラム541の流れを示したフローチャート図である。先ず、第1油圧チャック251がワークを工作機械へと搬送する場合、ストッカに用意されたワークを把持する直前で空クランプ時間の測定が行われる(S101)。例えば、空クランプ時間が図5に示す油圧変化時間t1cであるとしたならば、この値を基準時間tsとして閾値決定パラメータを乗算した値(ts×0.75)が、当該ワークを把持する際の閾値として一時記憶される(S102)。
 その後、第1油圧チャック251がワークの位置まで移動して把持が行われるが(S103)、第1油圧チャック251に対するワーククランプ指示に従い、クランプ側流路631内の油圧変化と、油圧変化時間の測定が開始される(S104)。そして、所定時間内に作動油の圧力が第1設定値P1に達したか否かの確認が行われる(S105)。第1設定値P1に達しない場合は(S105:NO)、方向制御弁67に作動不良などが生じているため、ワーク自動搬送機1の駆動を停止し、操作表示装置7に圧力未上昇を表示するなどのクランプ異常警報が実行され(S106)、本処理が終了する。
 一方、作動油の圧力が第1設定値P1に達した場合は(S105:YES)、次にワーククランプが行われた時間が閾値より短いか否かの確認が行われる(S107)。ワーククランプ時間は第2設定値P2に達するまでの時間で判断され、その時間が閾値として記憶された時間より長くなってしまった場合は(S107:NO)、ワーク把持に失敗した空クランプとして、ワーク自動搬送機1の駆動停止および、操作表示装置7にクランプ異常警報の表示などが行われ(S108)、本処理が終了する。一方、ワーククランプ時間が閾値より短い場合は(S107:YES)、ワークが正確に把持されたと判断され、ワークを把持した多関節ロボットアーム2における搬送が行われる(S109)。
 多関節ロボットアーム2は、例えば工作機械の主軸チャックとの間でワークの受け渡しが行われる。そこで、受け渡し位置へとワークが運ばれる間、クランプ側流路631内の油圧が第2設定値P2より大きい値を維持できているか否かについて確認が行われる(S110)。油圧が第2設定値P2を下回ってしまった場合は(S110:NO)、把持力低下によって第1油圧チャック251からワークが外れていると判断できるからである。その場合は、ワーク自動搬送機1の駆動停止および、操作表示装置7にクランプ異常警報の表示などが行われ(S111)、本処理が終了する。一方、油圧が第2設定値P2より大きければ(S110)、その値が維持できているか、ワークが受け渡し位置に到達するまで当該油圧確認が繰り返される(S110:YES,S112:NO)。
 次に、ワークが受け渡し位置に到達したところで(S112:YES)、アンクランプ指示により主軸チャックなどとのワーク受け渡しが行われる(S113)。このとき、アンクランプ指示に従い、クランプ側流路631内の油圧が所定時間内に、第2設定値P2を下回ったか否かの確認が行われる(S114)。油圧が下がらない場合は(S114:NO)、方向制御弁67に作動不良などが生じているため、ワーク自動搬送機1の駆動停止および、操作表示装置7にアンクランプ異常警報の表示などが行われ(S115)、本処理が終了する。一方、油圧が下がった場合は(S114:YES)、そのまま本処理が終了する。以上のようなワークの把持判定は、把持判定プログラム541に従い、第2油圧チャック252が主軸チャックから加工済みワークを受け取り、次の工程へ受け渡す場合にも、油圧センサ77の検出によって同じようにして実行される。
 よって、本実施形態では、油圧変化時間の閾値に基づいたワーク把持判定などを実行するようにしたため、油圧センサ77,78を追加した改良によってコストを抑えることができる。チャック判定プログラム541は、第1油圧チャック251,252の作動油について、その油圧変化時間に閾値を設定するようにしたため、ワーククランプと空クランプとの判定を正確に行うことができる。また、ロボットハンド25に近接スイッチを取り付けるような構成とは異なり、切屑やクーラントなどの影響を受けることなく、ロボットハンド25が同一方向に常に回転する駆動の妨げにもならない。
 また、本実施形態では、第1および第2油圧チャック251,252の作動状態を判定する場合、作動油の温度変化に影響を受けるので、ワークを把持する前に一旦空クランプを行わせている。そのため、油圧変化時間について基準時間tsを得ることができ、その値に基づいて適切な閾値を算出することができ、ワーククランプと空クランプとの正しい判断を行うことができる。
 前記実施形態では、ワーク解放時の判定が圧力低下の有無(図8に示すステップ(S114))だけであるが、圧力上昇時と同様に閾値を設定してワークを解放したことの判定を行うことも可能である。そのためには図8に示すステップ(S101)で第1油圧チャック251(第2油圧チャック252の場合も同じ)が空クランプする際、クランプ時だけではなく、反対方向のアンクランプ時でも第2設定値P2から第1設定値P1までの油圧変化時間(基準時間)を測定し、所定の閾値決定パラメータを乗算して閾値を算出する。そして、ワークを解放する際は、この閾値と実際の油圧変化時間とから、ワークを解放したアンクランプとワークを把持したままのホールド状態との判定が行われるようにする。
 ワーク解放時の判定は、アンクランプ側流路632,642にそれぞれ取り付けた油圧センサからの信号に基づいて行うようにしてもよい。また、ワークを解放する場合でも所定圧にまで下降する油圧変化時間を測定することにより、ワークを正しく解放しているか否かの判定を行うようにすることも可能である。そのほか、ワークを把持する場合には、例えば第2設定値P2までの油圧変化時間を更に区切って判定することにより、ワークを正しく把持しているか否かの確認も可能である。つまり、異物を噛んでしまっている場合、ワークを傾けて把持しているような場合は、チャック爪41の本来のストロークと異なるため、それぞれの油圧変化時間に応じた閾値を決定する。
 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、前記実施形態では、ワーク自動搬送機1におけるワーク搬送ロボットを挙げて説明したが、ガントリーローダを構成するワーク搬送ロボットであってもよい。
1…ワーク自動搬送機 2…多関節ロボットアーム 3…走行装置 5…制御装置 25…ロボットハンド 77,78…油圧センサ 251…第1油圧チャック 252…第2油圧チャック 541…チャック判定プログラム
 
 

Claims (5)

  1.  把持したワークを移動させる駆動機構を備えた搬送ロボット本体と、
     前記搬送ロボット本体に組み付けられ、油圧チャックによってワークを把持および解放するロボットハンドと、
     前記油圧チャックに対する作動油の供給および排出を行う油圧機構と、
     前記油圧機構の流路に設けられた油圧センサと、
     前記搬送ロボット本体、前記ロボットハンドおよび前記油圧機構などの各駆動部を制御するものであり、前記油圧センサによって検出された前記作動油の油圧変化時間を基に前記油圧チャックの作動状態を判定するチャック判定部を備えた制御装置と、
    を有するワーク搬送ロボット。
  2.  前記チャック判定部は、前記油圧チャックの作動時に変化する油圧が任意に設定された第1設定値から第2設定値に達するまでの時間を前記油圧変化時間として測定する請求項1に記載のワーク搬送ロボット。
  3.  前記チャック判定部は、前記油圧チャックがワークのない空クランプの作動時に、前記第1設定値から前記第2設定値に達するまでの前記油圧変化時間を基準時間として測定し、その基準時間を基にワークの把持判断を行うための閾値を算出する請求項2に記載のワーク搬送ロボット。
  4.  前記チャック判定部は、前記基準時間の測定および前記閾値の算出をワークの把持毎に行う請求項3に記載のワーク搬送ロボット。
  5.  前記ロボットハンドは、ワークを表裏両面で把持する第1油圧チャックと第2油圧チャックとを備え、前記第1油圧チャックと前記第2油圧チャックとが対称的な位置となる回転軸を介して前記搬送ロボット本体に軸支された請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のワーク搬送ロボット。
     
     
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