(57)【要約】【課題】ロボットにより保持されたワークを精度よく加工する。【解決手段】ワークＷを把持するハンド５２をアーム５１先端に装着したロボットと、加工ツール４２を回転駆動する加工装置と、ロボットおよび加工装置の少なくとも一方に備えられ、加工ツールによってワークを加工しているときに、ロボットと加工装置との間に作用する力を検出する力覚センサ４８と、検出された力に応じてロボットおよび加工装置の少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、加工装置またはハンドの一方に、加工ツールによるワークの加工時における加工装置とハンドとの相対移動方向に沿って延びるガイド面４５ａ，４６ａが設けられ、他方に、加工ツールによるワークの加工時に、ガイド面に接触させられる被ガイド部５７ａ，５８ａが設けられ、制御装置は、加工ツールによるワークの加工中にガイド面と被ガイド部との接触状態を維持する制御を行うロボット加工システムである。【選択図】図２
2019171503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持するハンドをアーム先端に装着したロボットと、
加工ツールを回転駆動する加工装置と、
前記ロボットおよび前記加工装置の少なくとも一方に備えられ、前記加工ツールによって前記ワークを加工しているときに、前記ロボットと前記加工装置との間に作用する力を検出する力覚センサと、
該力覚センサにより検出された前記力に応じて前記ロボットおよび前記加工装置の少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、
前記加工装置または前記ハンドの一方に、前記加工ツールによる前記ワークの加工時における前記加工装置と前記ハンドとの相対移動方向に沿って延びるガイド面が設けられ、
前記加工装置または前記ハンドの他方に、前記加工ツールによる前記ワークの加工時に、前記ガイド面に接触させられる被ガイド部が設けられ、
前記制御装置は、前記加工ツールによる前記ワークの加工中に前記ガイド面と前記被ガイド部との接触状態を維持する制御を行うロボット加工システム。
【請求項２】
前記加工装置が、前記加工ツールを前記アーム先端に装着した他のロボットである請求項１に記載のロボット加工システム。
【請求項３】
前記加工ツールがフライスであり、
前記ガイド面が、前記フライスの回転軸に沿う第１方向および第１方向に直交する第２方向に前記被ガイド部を突き当てる２つの直交する面である請求項１または請求項２に記載のロボット加工システム。
【請求項４】
前記加工ツールがドリルであり、
前記ガイド面が、前記ドリルの回転軸に沿う方向に延びる孔の内周面であり、
前記被ガイド部が、前記孔に嵌合する形状の柱状部の外周面である請求項１または請求項２に記載のロボット加工システム。
【請求項５】
前記ガイド面および前記被ガイド部が、前記加工ツールによる前記ワークの加工前から加工終了後まで接触可能な形状を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボット加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット加工システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットの先端に力覚センサを経由して装着したハンドによりワークを把持し、加工機により回転させられている加工ツールにワークを押し付けて加工する際に、加工ツールの回転速度とロボットのワーク送り速度とを調節して、力覚センサにより検出される力を所定の範囲内に収める加工システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１５３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ワークを保持しているロボットの剛性が工作機械よりも大幅に低いため、特に、ワークの硬度が高い場合等に、加工中におけるロボットによるワークの位置決めを精度よく行うことができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットにより保持されたワークを工具に対して精度よく位置決めして、精度よく加工することができるロボット加工システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、ワークを把持するハンドをアーム先端に装着したロボットと、加工ツールを回転駆動する加工装置と、前記ロボットおよび前記加工装置の少なくとも一方に備えられ、前記加工ツールによって前記ワークを加工しているときに、前記ロボットと前記加工装置との間に作用する力を検出する力覚センサと、該力覚センサにより検出された前記力に応じて前記ロボットおよび前記加工装置の少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、前記加工装置または前記ハンドの一方に、前記加工ツールによる前記ワークの加工時における前記加工装置と前記ハンドとの相対移動方向に沿って延びるガイド面が設けられ、前記加工装置または前記ハンドの他方に、前記加工ツールによる前記ワークの加工時に、前記ガイド面に接触させられる被ガイド部が設けられ、前記制御装置は、前記加工ツールによる前記ワークの加工中に前記ガイド面と前記被ガイド部との接触状態を維持する制御を行うロボット加工システムである。
【０００６】
本態様によれば、ロボットの作動によって、アーム先端のハンドにより把持したワークを加工装置の加工ツールに近接させ、加工ツールによるワークの加工を開始すると、加工装置またはハンドの一方に設けられたガイド面に、加工装置またはハンドの他方に設けられた被ガイド部が接触させられる。これにより、ガイド面と被ガイド部との接触による力がロボットと加工装置との間に作用し、ロボットおよび加工装置の少なくとも一方に備えられた力覚センサにより検出される。
【０００７】
そして、制御装置は、検出された力に基づいて、加工装置またはロボットの少なくとも一方を制御することにより、加工中にガイド面と被ガイド部との接触状態が維持される。これにより、ハンドと加工ツールとの相対位置が、ガイド面と被ガイド部との接触によって所定の位置関係に維持されるので、ガイド面によって規定される形状にワークを精度よく加工することができる。
【０００８】
すなわち、剛性の低いロボットによってワークを支持した状態で、加工ツールからワークが受ける力が変動しても、ガイド面と被ガイド部との接触を維持することにより、加工ツールとワークとの位置関係を安定して維持し、加工精度を向上することができる。これにより、ロボットを用いることによる加工のフレキシビリティを向上しながら、ワークの加工精度を向上することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記加工装置が、前記加工ツールをアーム先端に装着した他のロボットであってもよい。
この構成により、加工装置としてもロボットを用いることにより、加工ツールの位置および姿勢の変更を可能として加工のフレキシビリティを向上する一方、さらなる剛性の低下をガイド面と被ガイド部との接触状態の維持によって補って、加工精度を向上することができる。
【００１０】
また、上記態様においては、前記加工ツールがフライスであり、前記ガイド面が、前記フライスの回転軸に沿う第１方向および第１方向に直交する第２方向に前記被ガイド部を突き当てる２つの直交する面であってもよい。
この構成により、フライスの回転軸に沿う第１方向およびこれに直交する第２方向へのワークと加工ツールとの相対移動が、ガイド面とガイド部との接触により規制され、第１方向および第２方向に直交する方向へのガイド面に沿うワークと加工ツールとの相対移動が許容される。
【００１１】
すなわち、フライスの回転軸に沿う第１方向およびこれに直交する第２方向へのワークと加工ツールとの相対移動が規制されることにより、フライスによる２方向の切削深さを制限しながら、ガイド面に沿う方向へのフライス加工を精度よく行うことができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記加工ツールがドリルであり、前記ガイド面が、前記ドリルの回転軸に沿う方向に延びる孔の内周面であり、前記被ガイド部が、前記孔に嵌合する形状の柱状部の外周面であってもよい。
この構成により、ドリルによる加工を行う際に、加工装置またはハンドの一方に設けられた孔に、他方に設けられた柱状部を嵌合させた状態とすることにより、ドリルとワークとのドリルの回転軸に沿う方向への相対移動が、孔の内周面と柱状部の外周面との接触状態の維持により精度よくガイドされて、精度よくドリル加工を行うことができる。
また、上記態様においては、前記ガイド面および前記被ガイド部が、前記加工ツールによる前記ワークの加工前から加工終了後まで接触可能な形状を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ロボットにより保持されたワークを工具に対して精度よく位置決めして、精度よく加工することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット加工システムを示す全体構成図である。
【図２】図１のロボット加工システムに備えられる２つのロボットの先端部に備えられた加工ツールおよびワークを保持するハンドを示す部分的な側面図である。
【図３】図１のロボット加工システムの加工ツールによるワークの加工状態を説明する部分的な側面図である。
【図４】図１のロボット加工システムによる加工ツールの移動方向を説明する部分的な斜視図である。
【図５】図１のロボット加工システムの変形例に備えられる２つのロボットの先端部に備えられた加工ツールおよびワークを保持するハンドを示す部分的な側面図である。
【図６】図５のロボット加工システムの加工ツールによるワークの加工直前の状態を説明する部分的な側面図である。
【図７】図５のロボット加工システムの加工ツールによるワークの加工終了時の状態を説明する部分的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るロボット加工システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット加工システム１は、例えば、図１に示されるように、載置台２に載置されたワークＷ、例えば、鋳物のワークＷをハンドリングして工作機械３まで搬送する経路の途中において、工作機械３に設置するための座面を加工するシステムである。
【００１６】
ロボット加工システム１は、ワークＷを載置する載置台２と、第１ロボット（加工装置）４および第２ロボット（ロボット）５と、これら第１ロボット４および第２ロボット５を制御する図示しない制御装置と、工作機械３とを備えている。載置台２の上方にはビジョンセンサ６が配置され、載置台２上に配置されている複数のワークＷの位置および姿勢を検出することができる。
【００１７】
第１ロボット４および第２ロボット５は、それぞれ、垂直多関節型ロボットであり、アーム４１，５１の先端（アーム先端）に種々の加工ツール４２およびハンド５２を取り替えて装着可能なＡＴＣ（Ａｕｔｏ  Ｔｏｏｌ  Ｃｈａｎｇｅｒ）４３，５３を備えている。
【００１８】
第１ロボット４は、図２に示されるように、ＡＴＣ４３によって加工ツール４２を保持している。加工ツール４２は、図２に示す例では、例えば、モータによって回転駆動されるフライスであり、ＡＴＣ４３によって着脱可能に保持される平板状のブラケット４４に取り付けられている。ブラケット４４の端縁には、図２に示されるように、ブラケット４４に固定されたツール座標系ｘ１ｙ１ｚ１を基準として、回転軸Ａに直交するｘ１ｙ１方向に延びる第１平面（ガイド面）４５ａと、第１平面４５ａに直交するｘ１ｚ１方向に延びる第２平面４６ａとが備えられている。フライス４２はｚ１方向（第１方向）に平行な回転軸Ａ回りに回転駆動される。ここで、ｙ１方向（第２方向）は、回転軸Ａに沿うｚ１方向に直交するようになっている。
【００１９】
また、第１ロボット４は、アーム４１の先端の手首４７とＡＴＣ４３との間に、力覚センサ４８を備えている。力覚センサ４８は、直交する３方向の力を検出することができる。例えば、力覚センサ４８は、ｘ１，ｙ１，ｚ１方向の力をそれぞれ検出することができる。
【００２０】
第２ロボット５は、ＡＴＣ５３によって、ワークＷを着脱可能に把持するハンド５２を保持している。ハンド５２は、ＡＴＣ５３によって着脱可能に保持される平板状のブラケット５４の先端に装着されている。ハンド５２は、例えば、ブラケット５４に固定されたツール座標系ｘ２ｙ２ｚ２を基準として、ワークＷの一面をｙ２方向に押し当てる押し当て面５５ａと、押し当て面５５ａに押し当てた状態のワークＷをｘ２方向に挟んだ両側からワークＷに近接させられてワークＷを把持する一対の把持片５６を備えている。
ブラケット５４の端縁には、図２に示されるように、加工ツール４２によるワークＷの加工方向に平行なｘ２方向に延び、かつ、相互に直交する２つの平面（被ガイド部）５７ａ，５８ａが設けられている。
【００２１】
加工ツール４２を保持する第１ロボット４は、ワークＷを保持する第２ロボット５による、載置台２から工作機械３までのワークＷの搬送経路の途中位置において、ワークＷにフライス加工を施すことができる位置に配置されている。
制御装置は、第１ロボット４および第２ロボット５を制御するとともに、力覚センサ４８により検出された力の大きさに基づいて第１ロボット４を制御する。
【００２２】
具体的には、制御装置は、例えば、第２ロボット５のハンド５２によって載置台２上のいずれかのワークＷを把持した後に、第２ロボット５を図２の姿勢に移動した状態で固定し、第１ロボット４を動作させて、図３に示されるように、加工ツール４２側のブラケット４４の第１平面４５ａおよび第２平面４６ａに、ハンド５２側の２つの平面５７ａ，５８ａが同時に密着させられる位置に配置する。
【００２３】
本実施形態においては、被ガイド部を構成する２つの平面５７ａ，５８ａおよびガイド面を構成する第１平面４５ａおよび第２平面４６ａが、ｘ１方向およびｘ２方向にそれぞれ延びていて、加工前にガイド面４５ａ，４６ａに被ガイド部５７ａ，５８ａが突き当てられた状態で、フライス４２の刃とワークＷとがｘ１方向にずれて配置される。
この状態から、モータの作動によってフライス４２を回転駆動しつつ、図４に矢印Ｐで示されるように、第１ロボット４を制御して、加工ツール４２をｘ１方向に直線移動させることにより、ワークＷがｘ２方向に沿って直線状にフライス加工される。
【００２４】
この場合において、制御装置は、加工ツール４２によるワークＷの加工中に、力覚センサ４８により逐次検出される力が、ｚ１方向およびｙ１方向に所定の大きさ以上となり、かつ、ｘ１軸、ｙ１軸およびｚ１軸回りのモーメントの絶対値が所定の閾値以下となる姿勢に第１ロボット４を制御する。
これにより、加工ツール４２側のブラケット４４の第１平面４５ａおよび第２平面４６ａにハンド５２側の２つの平面５７ａ，５８ａが同時に密着させられた状態に維持されつつフライス加工が行われる。
【００２５】
このように構成された本実施形態に係るロボット加工システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボット加工システム１を用いてワークＷの加工を行うには、制御装置は、教示されたプログラムに従って、載置台２にランダムに載置されたワークＷをビジョンセンサ６により撮影し、取得された画像を処理することにより、把持するワークＷの位置および姿勢を検出する。
【００２６】
ワークＷの位置および姿勢が検出された後には、制御装置は第２ロボット５を制御して、検出されたワークＷをハンド５２によって把持するための姿勢まで第２ロボット５を動作させる。第２ロボット５によってハンド５２を移動させ、押し当て面５５ａにワークＷを押し当てた状態で把持片５６を作動させワークＷを把持片５６間に挟む。
【００２７】
この状態で、制御装置は、第２ロボット５および第１ロボット４を動作させ、第１ロボット４に装着されている加工ツール４２によってワークＷに座面を加工する。
この場合には、所定の位置に停止した第２ロボット５に対して、第１ロボット４を近接させ、加工ツール４２側のブラケット４４に設けられている第１平面４５ａおよび第２平面４６ａに、ハンド５２側のブラケット５４に設けられている２つの平面５７ａ，５８ａをそれぞれ密着させる。
【００２８】
この状態で、モータを作動させてフライス４２を回転させるとともに、第１ロボット４を作動させて、加工ツール４２をｘ１方向に直線移動させる。これにより、フライス４２の刃によって、ワークＷのフライス加工が行われる。
【００２９】
この場合において、制御装置は、力覚センサ４８によって検出された力の大きさに基づいて、第１ロボット４を制御する。すなわち、力覚センサ４８によってｙ１方向およびｚ１方向の力が所定の大きさ以上となり、かつ、ｘ１軸、ｙ１軸およびｚ１軸回りのモーメントの絶対値が所定の閾値以下となる姿勢に第１ロボット４を維持しつつ、加工ツール４２をｘ１方向に直線移動させる。これにより、加工中に、加工ツール４２側のブラケット４４に設けられている第１平面４５ａおよび第２平面４６ａと、ハンド５２側のブラケット５４に設けられている２つの平面５７ａ，５８ａとが密着状態に維持されつつ、ｘ１方向に移動させられる。
【００３０】
すなわち、フライス４２の刃と第１平面４５ａおよび第２平面４６ａは同一のブラケット４４，５４に配置されているので寸法精度は高く、ブラケット４４，５４の剛性も高い。したがって、ワークＷの加工前から加工終了後まで第１平面４５ａおよび第２平面４６ａをハンド５２側のブラケット５４の２つの平面５７ａ，５８ａに押し付けた状態に維持することにより、ハンド５２側の２つの平面５７ａ，５８ａに対してフライス４２の刃の位置を精度よく配置し続けることができる。その結果、工作機械３よりも剛性の低いロボット４，５を用いることにより、加工中にロボット４，５の姿勢が変化したとしても、ワークＷに対するフライス４２の刃の送り方向以外の位置は変動せず、座面を精度よく加工することができるという利点がある。
【００３１】
そして、第１ロボット４にＡＴＣ４３を介在させて加工ツール４２を保持させ、第２ロボット５にＡＴＣ５３を介在させて保持させたハンド５２によりワークＷを把持させるので、第１ロボット４および第２ロボット５の姿勢を適宜調整するとともに、ハンド５２によってワークＷを持ち替えることにより、ワークＷに対する種々の加工を施すことができる。また、ＡＴＣ４３，５３によりハンド５２あるいは加工ツール４２を持ち替えることにより、種々のバリエーションの加工を実施することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係るロボット加工システム１によれば、載置台２に載置されたワークＷに対し、ワークＷを工作機械３に設置するまでの搬送途中において、工作機械３に取り付けるための座面の加工を実施することができる。すなわち、搬送のためにハンド５２によってワークＷを把持したままの状態で加工を行うため、工作機械３における段取り替え等の手間が不要となり、工作機械３による精密加工を迅速に行って加工時間を短縮することができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、鋳物からなるワークＷの座面加工をロボット４，５によって行う場合を例示したが、これに限定されるものではない。ワークＷの種類および加工の種類は任意でよい。また、ワークＷを把持して工作機械３まで搬送する途中における任意の加工、および、ワークＷを工作機械３から取り出して払い出すまでの搬送途中におけるバリ取り加工等を行うことにしてもよい。
【００３４】
また、ワークＷを保持する第２ロボット５を固定し、加工ツール４２を保持する第１ロボット４の動作によって加工ツール４２をワークＷに対して移動させながら加工を行うこととしたが、加工ツール４２を保持する第１ロボット４を固定し、ワークＷを保持する第２ロボット５を動作させて加工を行うことにしてもよい。
【００３５】
また、加工ツールとしてフライス４２を用いたフライス加工を例示したが、これに代えて、図５から図７に示されるように、加工ツールとしてドリル４９を用いた孔あけ加工に適用してもよい。この場合には、図６および図７に示されるように、ワークＷを把持するハンド５２のブラケット５４にドリル４９の刃を貫通させる横断面円形の嵌合孔（孔）５９を設け、加工ツール４９側のブラケット４４にドリル４９の回転軸Ｂを中心とする円柱状のボス（柱状部）６０を設け、嵌合孔５９の内周面をガイド面、ボス６０の外周面を被ガイド面としてもよい。
【００３６】
図７に示されるように、ドリル４９による孔あけ加工時に、嵌合孔５９にボス６０を嵌合させることにより、嵌合孔５９の内周面にボス６０の外周面を密着させつつドリル４９を回転軸Ｂに沿う方向に移動させてワークＷに孔あけ加工を行うことができる。すなわち、ドリル４９による孔あけ時にドリル４９とワークＷとが精度よく位置合わせされた状態に維持されるので、精度よく加工することができる。また、加工ツール４９側のブラケット４４がハンド５２側のブラケット４４に突き当たる位置まで加工することにより、所望の孔の深さを精度よく達成することができる。
【００３７】
また、本実施形態においては、加工ツール４２を保持する第１ロボット４に力覚センサ４８を設け、力覚センサ４８により検出された力に基づいて第１ロボット４を制御することとしたが、これに代えて、第１ロボット４に設けた力覚センサ４８により検出された力に基づいて第２ロボット５を制御してもよい。また、ワークＷを保持する第２ロボット５に力覚センサ４８を設け、検出した力に基づいて第２ロボット５あるいは第１ロボット４を制御してもよい。
また、第１ロボット４および第２ロボット５の双方に力覚センサ４８を設けてもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、加工ツール４２を第１ロボット４が保持し、ワークＷを第２ロボット５が保持して、２つのロボット４，５間でワークＷを加工する場合を例示したが、これに代えて、加工ツール４２を保持する第１ロボット４は、設置型の加工装置に置き換えてもよい。この場合には、ワークＷを保持する第２ロボット５が、加工装置に対してワークＷを移動させながら加工を行えばよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  ロボット加工システム
４  第１ロボット（加工装置）
５  第２ロボット（ロボット）
４２  フライス（加工ツール）
４５ａ  第１平面（ガイド面）
４６ａ  第２平面（ガイド面）
４８  力覚センサ
４９  ドリル（加工ツール）
４１，５１  アーム
５２  ハンド
５７ａ，５８ａ  平面（被ガイド部）
５９  嵌合孔（孔、ガイド面）
６０  ボス（柱状部、被ガイド部）
Ａ，Ｂ  回転軸
Ｗ  ワーク
【図１】
2019171503.tif 000003
【図２】
2019171503.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019171503.tif 000007
【図６】
2019171503.tif 000008
【図７】
2019171503.tif 000009