JP5656268B2 - 産業ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアームに取り付けられて被加工物に所要の加工を施す産業ロボット、詳しくは加工ヘッドが被加工物の加工ホームポジションに位置するようにロボットアームを移動した状態で該ロボットアームを移動することなく加工具を二次元移動して被加工物に所要の加工を実行する産業ロボットに関する。

例えば特許文献1に示す産業ロボットは、支持装置に位置出しされた状態で保持された被加工物に対し、予め記憶された加工位置データに基づいてロボットアームを搖動及び回動制御して先端部に取り付けられた加工ヘッドを加工位置へ移動した後に予め記憶された加工パターンデータ等に基づいてロボットアームを搖動及び回動制御して加工ヘッドを移動しながら加工具を駆動して被加工物の周縁を切削してトリミングしたり、所定の箇所を穴開けしたりして所要の加工を行っている。

しかし、上記の産業ロボットにあっては、被加工物を高精度で加工するには、ロボットアームを高い位置精度（高分解能）で搖動及び回動制御する必要があり、加工位置データ及び加工パターンデータが大容量化し、ロボットアームを高速度で搖動及び回動制御することが困難であった。特に、これらの加工位置データ及び加工パターンデータを高分解能で教示入力する際には、教示入力作業に手間と時間がかかり、データの設定作業性が悪い問題を有している。

また、作業に被加工物の加工態様を変更する際には、被加工物の加工態様ごとに全部の加工位置データ及び加工パターンデータを設定し直す必要があり、これらデータの設定作業に時間や手間が掛かり、作業性が悪く、加工作業を効率的に実行できない問題を有している。

特開２００８−６８２７２号公報

解決しようとする問題点は、被加工物を高精度で加工するには、加工位置データ及び加工パターンデータが大容量化してデータの設定作業に時間と手間が掛かり、設定作業効率が悪い点にある。

また、被加工物の加工態様を変更する際には、加工態様ごとに全部の加工位置データ及び加工パターンデータを設定し直す必要があり、これらデータの設定作業に時間や手間が掛かって作業性が悪く、加工作業を効率的に実行できない点にある。

請求項１の発明は、基台に対して基端部が搖動及び回動するように設けられた第１ロボットアームと、上記第１ロボットアームの先端部に対して基端部が搖動及び回動するように設けられた第２ロボットアームと、該第２ロボットアームの先端部に設けられ、加工具が取り付けられる加工ヘッドと、を備えた少なくとも２本のアーム構造からなる産業ロボットにおいて、上記加工ヘッドは、第２アームの軸線と一致する方向及び直交する方向のいずれか一方へ延出する第１フレームに対してその延出方向へ移動可能に支持される第１可動体と、第１フレームに対して第１可動体を第1フレームの延出方向へ往復移動する数値制御可能な電動モータと、上記第１可動体に対して第1フレームの延出方向と直交する方向へ延出して設けられる第２フレームにその延出方向へ往復移動可能に支持される第２可動体と、第２フレームに対して上記第２可動体を第２フレームの延出方向へ往復移動する数値制御可能な電動モータと、
からなり、第１及び第２ロボットアームを搖動及び回動して上記加工ヘッドを被加工物における予め設定された加工位置へ移動した状態で各電動モータの駆動に伴ってそれぞれの方向へ移動する第１及び第２可動体により加工具を二次元方向へ移動して被加工物を加工することを最も主要な特徴とする。

本発明は、被加工物を高精度で加工する場合であって、産業ロボットの記憶手段に記憶されるデータを小容量化してロボットアームを高速度で搖動及び回動制御することができる。また、被加工物の加工態様を変更する場合であっても、簡易にデータを設定変更して加工作業を効率的に実行することができる。

産業ロボットの概略を示す全体斜視図である。 加工ヘッドの概略を示す斜視図である。 加工ヘッドを図２に示す矢示Ａ方向から視た側面図である。 加工ヘッドを図２に示す矢示Ｂ方向から視た側面図である。 加工ヘッドを加工開始位置へ移動した状態を示す説明図である。 加工ヘッドを二次元方向へ移動しながらバリ取り加工する状態を示す説明図である。 バリ取り加工時における切削屑の吸引状態を示す説明図である。

第１及び第２ロボットアームを搖動及び回動して上記加工ヘッドを被加工物における予め設定された加工位置へ移動した状態で各電動モータの駆動に伴ってそれぞれの方向へ移動する第１及び第２可動体により加工具を二次元方向へ移動して被加工物を加工することを最良の実施形態とする。

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１に示すように、産業ロボット１は、搖動及び回動する複数本（図示の例では２本とするが、これに限定されるものではない。）のロボットアーム３，５を備えた多関節型のロボットで構成される。具体的には、産業ロボット１の基台７には、上下方向に軸線を有した電動モータ（図示せず）の出力軸が連結された回動軸受台９が回動するように支持され、該回動軸受台９には、第１ロボットアーム３の基端部が搖動するように軸支される。該第１ロボットアーム３の基端部には、水平方向に軸線を有した電動モータ１１の出力軸が連結され、水平方向軸線周りに回動可能に支持され、図示しない電動モータ及び図示する電動モータ１１の駆動により第１ロボットアーム３が水平回動及び搖動される。

上記第１ロボットアーム３の先端部には、内蔵された電動モータ（図示せず）の出力軸に連結された回動軸受部材（図示せず）が第１ロボットアーム３の延出軸線周りに回動するように支持され、該回動軸受部材には、第２ロボットアーム５の基端部が搖動するように支持される。該第２ロボットアーム５の基端部には、水平方向に軸線を有して回動軸受部材に連結された電動モータ１５の出力軸が連結され、上記した図示しない電動モータ及び図示する電動モータ１５の駆動により回動及び搖動される。

上記第２ロボットアーム５の先端部には、内蔵された電動モータ（図示せず）の出力軸に連結された回動軸受部材１７が第２ロボットアーム３の延出軸線周りに回動するように支持され、該回動軸受部材１７には、加工ヘッド１９が搖動するように支持される。該加工ヘッド１９は、上記した図示しない電動モータの駆動により回動される。

上記した図示しない電動モータ及び図示する電動モータ１１，１５は、数値制御可能なサーボモータ等により構成され、産業ロボット１におけるロボット制御ユニットの記憶手段（図示せず）に記憶された加工開始位置データに基づいて駆動制御されることにより基台７に対して第１ロボットアーム３を、また第１ロボットアーム３の先端部に対して第２ロボットアーム５をそれぞれ搖動及び回動して加工ヘッド１９を被加工部材２１における加工開始位置へ移動させる。

図２〜図４に示すように、上記加工ヘッド１９の第１フレーム２３は、第２ロボットアーム５の延出直交方向（以下においては、左右方向とも称する。）へ所要の長さで延出するように形成され、該第１フレーム２３には、上記左右方向へ延出するガイドレール２５が取り付けられる。また、該第１フレーム２３における上記左右方向両端部には、上記左右方向に軸線を有した第１送りねじ２７の軸線両端部がそれぞれ回転するように軸支され、一方の軸端部には、第１フレーム２３に取り付けられた数値制御可能なサーボモータ等の第１電動モータ２９が駆動連結される。

上記ガイドレール２５には、第１可動体３１が上記左右方向へ往復移動するように支持されると共にそのナット部（図示せず）には、上記第１送りねじ２７が噛合わされ、上記第１電動モータ２９の駆動に伴って回転する第１送りねじ２７により第１可動体３１が往復移動される。上記第１電動モータ２９、ナット部、第１送りねじ２７は、第１駆動部材を構成する。

上記第１可動体３１には、上記延出方向（以下においては、前後方向とも称する。）へ所要の長さで延出する第２フレーム３３が取付けフレーム３５を介して設けられ、該第２フレーム３３には、前後方向へ延出するガイドレール３６が取り付けられる。また、該第２フレーム３３における上記前後方向の両端部には、上記前後方向に軸線を有した第２送りねじ３７の軸線両端部が回転するように軸支され、一方の軸端部には、第２フレーム３３に取り付けられた数値制御可能なサーボモータ等の第２電動モータ３９が駆動連結される。

上記ガイドレール３６には、第２可動体４１が上記前後方向へ往復移動するように支持されると共にそのナット部（図示せず）には、上記第２送りねじ３７が噛合わされ、上記第２電動モータ３９の駆動に伴って回転する第２送りねじ３７により第２可動体４１が往復移動される。上記第２電動モータ３９、ナット部、第２送りねじ３７は、第２駆動部材を構成する。

上記第１及び第２電動モータ２９，３９は、加工ヘッド制御ユニットの記憶手段（図示せず）に記憶された切削パターンデータに基づいて駆動制御され、第１可動体３１を左右方向、第２可動体４１を前後方向へそれぞれ移動してエンドミル４５を被加工物２１の周縁に沿って移動することにより切削加工を行う。

上記第２可動体４１の一部は、側方へ突出し、該突出部には、上記第２可動体４１の移動方向と直交する方向に軸線を有した加工具として被加工物２１の端縁において外側へ突出する、例えばバリ２１ａを切削除去するエンドミル４５が設けられる。

該エンドミル４５は、上記突出部に設けられた加工駆動部材としての電動モータ４７の出力軸に交換可能に取り付けられ、該電動モータ４７の駆動に伴って所要の方向へ回転して上記バリ２１ａを切削して除去する。

また、上記エンドミル４５側の突出部には、円筒状の集塵部材４９が下方へ突出して上記エンドミル４５を覆うように取り付けられる。該集塵部材４９には、ブロアー等の排気手段（図示せず）に接続された集塵ホース５１が接続され、回転するエンドミル４５により切削される切削屑を排出するように構成される。

なお、上記集塵部材４９内に位置するエンドミル４５は、その刃先が下面から所要の長さで突出し、被加工物２１を切削可能に構成される。なお、図中の符号５０は、集塵部材４９の下端部に取り付けられて被加工物２１の表面に当接する弾性パッドである。

上記第１及び第２フレーム２３，３３における第１及び第２可動体３１，４１の両側には、伸縮カバー（図示せず）を取り付け、それぞれの送りねじ２７，３７に切削屑が付着するのを防止する。

上記した産業ロボット１の図示する前方には、被加工物２１の被加工物保持手段５３が配置される。該被加工物保持手段５３としては、中心部及び両側の全部及び後部にそれぞれ立設された支持柱５３ａの上部にセットされた被加工物２１を位置出しした状態で吸引部材により吸着したり、クランプ部材により把持したりして固定するものである。

なお、被加工物保持手段５３としては、例えば本出願人の出願に係る特願２０１２-１５５１１３号に記載されたワーク支持装置としてもよい。該ワーク支持装置は、被加工物２１における中心部の下面を支持する基準支持部材に対してワークの一方側にて互いに近接する方向及び離間する方向へ移動可能に支持されると共に高さ方向へそれぞれ移動可能に設けられ、ワークの両側に位置する各支持箇所を支持する２個の支持部材を備え、ワークの中心部に対して基準支持部材を位置させると共に支持されるワークの支持箇所に応じて各支持部材を互いに離間する方向及び近接する方向と上下方向へ移動し、これら基準支持部材と２個の支持部材によりワークを安定した状態で支持することができる。

次に、上記のように構成された産業ロボット１及び加工ヘッド１９により被加工物２１としての車輛用樹脂製バンパー（以下、バンパーと称し、符号２１を付す。）の周縁に形成されたバリ２１ａをエンドミル４５により切削除去する加工作用を例に説明する。

先ず、被加工物保持手段５３に周縁のバリ２１ａが切除された図示しない教示入力用バンパーを位置決めした状態でセットした後に産業ロボット１の各電動モータ１１，１５をそれぞれ駆動して第１及び第２ロボットアーム３，５をそれぞれ搖動及び回動して加工ヘッド１９をセットされた教示入力用バンパー周縁における複数の加工開始位置へそれぞれ移動する。そして加工ヘッド１９がそれぞれの加工開始位置に位置した際に制御手段の設定ボタンをＯＮ操作すると、産業ロボット１の各電動モータ１１，１５に設けられた位置検出器（エンコーダ）からの信号を読み込んで各加工開始位置の三次元位置データをロボット制御ユニットの記憶手段に記憶することにより教示設定する。

なお、教示入力用バンパーの周縁に設定される複数の加工開始位置は、相互の間隔が第１及び第２可動体３１，４１の最大移動距離の範囲内になるように設定される。また、上記教示入力の代わりに各加工開始位置データを直接数値入力して設定する方法であってもよい。

次に、上記作業により記憶された各加工開始位置データに基づいて産業ロボット１の各電動モータ１１，１５をそれぞれ駆動して加工ヘッド１９を教示入力用バンパーの加工開始位置へ移動した後に、第１及び第２電動モータ２９，３９をそれぞれ駆動して第１可動体３１を図示する左右方向、また第２可動体４１を図示する前後方向の二次元方向へそれぞれ移動して教示入力用バンパーの周縁に沿って加工ヘッド１９のエンドミル４５を移動しながら第１及び第２電動モータ２９，３９にそれぞれ設けられた位置検出器（エンコーダ）からの信号を読み込んで加工ヘッド制御ユニットの記憶出段に記憶することによりエンドミル４５の移動データを切削パターンデータとして教示設定する。

上記した切削パターンデータの教示設定作業を加工開始位置毎に行い、教示入力用バンパーの周縁全体の切削パターンデータを設定する。上記切削パターンデータの設定は、各加工開始位置を起点とする二次元位置を直接、数値入力する方法としてもよい。

そして周縁にバリ２１ａが形成されたバンパー２１のバリ取り加工作用を説明すると、被加工物保持手段５３に上記バンパーを位置決めした状態でセットして加工開始ボタンがＯＮ操作されると、産業ロボット１は、図示しない電動モータ及び図示する電動モータ１１，１５をロボット制御ユニットの記憶手段に記憶された加工開始位置データに基づいてそれぞれ駆動制御して第１及び第２ロボットアーム３，５をそれぞれ搖動及び回動して加工ヘッド１９をバンパー２１における第１番目の加工開始位置へ移動させる。（図５参照）

この状態で第１及び第２電動モータ２９，３９を加工ヘッド制御ユニットの記憶手段に記憶された第１番目の加工開始位置に対応する切削パターンデータに基づいて駆動制御して第１可動体３１を左右方向、第２可動体４１を前後方向へそれぞれ移動することにより電動モータ４７の駆動により回転するエンドミル４５を第１番目と第２番目の加工開始位置間におけるバンパー２１の周縁の曲線や傾斜に沿って二次元方向へ移動し、突出するバリ２１ａを切削して除去する。（図６参照）

この切削時においては、駆動される排気手段により集塵部材４９内が負圧形成されるため、エンドミル４５により切削されるバリ２１ａの切削屑は、集塵部材４９内から集塵ホースを介して外部に排出されて回収される。このため、バリ２１ａの切削屑が飛散してバンパー２１や加工ヘッド１９等に付着して加工環境を汚染するのを防止する。（図７参照）

上記作用により第１番目の加工開始位置から第２番目の加工開始位置に至るバンパー２１周縁のバリ取りが終了すると、上記と同様にロボット制御ユニットの記憶手段に記憶された加工開始位置データに基づいて図示しない電動モータ及び図示する電動モータ１１，１５をそれぞれ駆動制御して産業ロボット１の第１及び第２ロボットアーム３，５をそれぞれ搖動及び回動して加工ヘッド１９をバンパー２１における第２番目の加工開始位置へ移動させた後、加工ヘッド制御ユニットの記憶手段に記憶された第２番目の加工開始位置に対応する切削パターンデータに基づいて第１及び第２電動モータ２９，３９を駆動制御して第１可動体３１を左右方向、第２可動体４１を前後方向へそれぞれ移動しながら電動モータ４７の駆動により回転するエンドミル４５を第２番目と第３番目の加工開始位置間におけるバンパー２１の周縁に沿って移動し、突出するバリ２１ａを切削して除去する。

産業ロボット１により加工ヘッド１９をそれぞれの加工開始位置へ順に移動した後に、移動した加工開始位置を起点としてエンドミル４５をバンパー２１の周縁に沿って二次元移動することによりバリ２１ａを切削して除去加工する。

本実施例は、産業ロボット１により加工ヘッド１９をバンパー２１の周縁に適宜の間隔をおいて設定されたそれぞれの加工開始位置に移動した後に、移動した各加工開始位置を起点としてエンドミル４５を二次元方向へ移動して切削加工することができるため、産業ロボット１における第１及び第２ロボットアーム３，５の搖動及び回動によりエンドミル４５を直接二次元又は三次元移動して加工を行う場合に比べてエンドミル４５を微細移動してバンパー２１を高精度に加工することができる。

また、ロボット制御ユニットの記憶手段に記憶される位置データやパターンデータ量を低減して加工時間を短縮することができる。

上記説明は、被加工物２１をバンパーとすると共に加工具をエンドミル４５とし、バンパー周縁のバリ２１ａを切削して除去する加工態様に基づいて説明したが、被加工物２１は、上記バンパーに限定されるものではないことは勿論である。

エンドミルによる加工態様しては、被加工物の周縁を切削して所望の形状に形成するトリミング加工であってもよく、また加工具としては、穿孔加工するドリル、切断加工する切断刃、レーザ光の熱エネルギーにより穿孔加工及び切断加工するレーザ光出力ヘッドや超音波振動の共鳴による振動エネルギーにより切断加工する超音波出力ヘッド等のいずれであってもよい。

上記説明は、第１可動体３１及び第２可動体４１をそれぞれの方向へ移動する往復移動機構として送りねじ機構としたが、ラック・ピニオン機構、リニアモータ機構としてもよい。

１ 産業ロボット
３ 第１ロボットアーム
５ 第２ロボットアーム
７ 基台
９ 回動軸受台
１１ 電動モータ
１５ 電動モータ
１７ 回動軸受部材
１９ 加工ヘッド
２１ 被加工部材
２１ａ バリ
２３ 第１フレーム
２５ ガイドレール
２７ 第１送りねじ
２９ 第１電動モータ
３１ 第１可動体
３３ 第２フレーム
３６ ガイドレール
３５ 取付けフレーム
３７ 第２送りねじ
３９ 第２電動モータ
４１ 第２可動体
４５ 加工具としてのエンドミル
４７ 電動モータ
４９ 集塵部材
５０ 弾性パッド
５１ 集塵ホース
５３ 被加工物保持手段
５３ａ 支持柱

Claims (3)

1. 基台に対して基端部が搖動及び回動するように設けられた第１ロボットアームと、
   上記第１ロボットアームの先端部に対して基端部が搖動及び回動するように設けられた第２ロボットアームと、
   該第２ロボットアームの先端部に設けられ、加工具が取り付けられる加工ヘッドと、
   を備えた少なくとも２本のアーム構造からなる産業ロボットにおいて、
   上記加工ヘッドは、
   第２アームの軸線と一致する方向及び直交する方向のいずれか一方へ延出する第１フレームに対してその延出方向へ移動可能に支持される第１可動体と、
   第１フレームに対して第１可動体を第1フレームの延出方向へ往復移動する数値制御可能な電動モータと、
   上記第１可動体に対して第1フレームの延出方向と直交する方向へ延出して設けられる第２フレームにその延出方向へ往復移動可能に支持される第２可動体と、
   第２フレームに対して上記第２可動体を第２フレームの延出方向へ往復移動する数値制御可能な電動モータと、
   からなり、
   第１及び第２ロボットアームを搖動及び回動して上記加工ヘッドを被加工物における予め設定された加工位置へ移動した状態で各電動モータの駆動に伴ってそれぞれの方向へ移動する第１及び第２可動体により加工具を二次元方向へ移動して被加工物を加工する産業ロボット。
2. 請求項１において、
   加工具は、切削具、切断具、穿孔具、レーザ光出力ヘッド、超音波出力ヘッドの少なくともいずれかとした産業ロボット。
3. 請求項１において、
   第２可動体には、加工具の周囲を覆い、排気手段に接続される集塵部材を設けた産業ロボット。

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