JPH11221707A

JPH11221707A - 穴あけロボット

Info

Publication number: JPH11221707A
Application number: JP2415398A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tokuda; 憲一徳田; Nobuaki Oki; 信昭大木; Masazumi Nishimura; 正純西村; Konosuke Oku; 幸之介奥
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】穴あけ加工時にアームが撓むのを防止して精
度よく穴あけ加工を行うことができ且つ穴があききる瞬
間にドリルの欠け等や穴あけ工具の損傷を招く虞がない
穴あけロボットを提供する。【解決手段】穴あけロボット１に、アーム１０の先端
部に設けたＬＭガイドアクチエータ８と、このＬＭガイ
ドアクチエータ８の可動部側であるインナブロック１６
に設けＬＭガイドアクチエータ８によって被加工物であ
る鋼板３２の方向に送られると共に先端部に装着したド
リル２１を回転駆動して鋼板３２を穴あけ加工する穴あ
け工具２０と、ＬＭガイドアクチエータ８の固定部側で
ある本体１１に設け穴あけ工具２０によって鋼板３２を
穴あけ加工する際にＬＭガイドアクチエータ８の本体１
１を鋼板３２に固定する永電磁ホルダ２８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は穴あけロボットに関
し、特に鋼板等の硬い被加工物を穴あけ加工する場合に
適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の穴あけロボットの構成を示
す側面図である。同図に示すように、穴あけロボット１
００は６軸、即ち矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆのように
それぞれ回動可能な第１軸１０１、第２軸１０２、第３
軸１０３、第４軸１０４、第５軸１０５及び第６軸１０
６を有するものである。

【０００３】そして、アーム１１０の先端部（即ち第６
軸１０６）には図示しないＡＴＣ（オート・ツール・チ
ェンジ）装置によって自動交換される穴あけ工具１０７
が装着されており、この穴あけ工具１０７の先端部には
ドリル１０８が装着されている。また、各軸１０１〜１
０６の動作は図示しないロボットコントローラによって
制御されるようになっている。

【０００４】従って、上記構成の穴あけロボット１００
では、例えば図示のように載置台１１１上に載置された
被加工物１０９（板材、型鋼、プレス成型品等）を穴あ
け加工する場合、ロボットコントローラによって各軸１
０１〜１０６の動作を制御することにより、まず穴あけ
工具１０７のドリル１０８を被加工物１０９の穴あけ位
置の上方に位置決めし、続いてドリル１０８を図７中に
矢印Ｇで示す如く前記穴あけ位置へと垂直下方に送り、
そして更に垂直下方にゆっくりとドリル１０８を送りつ
つ、穴あけ工具１０７のモータ１１２によりドリル１０
８を回転駆動して被加工物１０９を穴あけ加工する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
穴あけロボット１００では、例えば上記の如く被加工物
１０９を穴あけ加工する場合、アーム１１０でドリル１
０８を上から被加工物１０９に押え付けるようにして穴
あけ加工をするため、このときに被加工物１０９から受
ける上向きの反力によってアーム１１０が撓むことにな
り、このため穴の位置がずれ易い。

【０００６】また、被加工物１０９に穴があききる瞬間
には、穴あけ加工中に上向きの反力によって撓んでいた
アーム１１０が一気に開放されてドリル１０８の先端部
が目標位置に動こうとする。上記上向きの反力は上記の
如くアーム１１０で（即ち穴あけロボット１００で）支
えることができるが（但し穴あけロボット１００の可搬
重量を適切なものに選定する必要がある）、この穴があ
ききる瞬間に生じる予めプログラムで設定された動作速
度よりも速い動作は、穴あけロボット１００によって制
御することができない。従ってドリル１０８や穴あけ工
具１０７の加工能力を超えた大きな負荷がこれらにかか
ることになり、その結果、ドリル１０８がロックした
り、欠けたり、折れたりし、また穴あけ工具１０７が損
傷したりする虞がある。

【０００７】なお、被加工物１０９が硬く厚くなるほど
前記上向きの反力は大きくなり、そして前記上向き反力
が大きいほど穴があききる瞬間にドリル１０８の先端部
が目標位置に動こうとする速度はより速くなって、より
過負荷となる。

【０００８】従って、本発明は上記従来技術に鑑み、穴
あけ加工時にアームが撓むのを防止して精度よく穴あけ
加工を行うことができ且つ穴があききる瞬間にドリルの
欠け等や穴あけ工具の損傷を招く虞がない穴あけロボッ
トを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の穴あけロボットは、アーム先端部に備えたドリル
を被加工物の穴あけ位置に位置決めし、前記ドリルで前
記被加工物を穴あけ加工する穴あけロボットであって、
前記アーム先端部に設けた送り装置と、この送り装置の
可動部側に設け、同送り装置によって前記被加工物の方
向に送られると共に、先端部に装着した前記ドリルを回
転駆動して前記被加工物を穴あけ加工する穴あけ工具
と、前記送り装置の固定部側に設け、前記穴あけ工具に
よって前記被加工物を穴あけ加工する際に、前記送り装
置の固定部側を前記被加工物又は前記被加工物の載置台
に固定する固定装置とを備えたことを特徴とする。

【００１０】従って、この第１発明の穴あけロボットに
よれば、被加工物を穴あけ加工する際には、固定装置に
よって送り装置の固定部側を被加工物又は被加工物の載
置台に固定し、この状態で送り装置により穴あけ工具と
共にドリルを送りつつ、このドリルを回転駆動して被加
工物の穴あけ加工を行う。このため、送り装置による被
加工物へのドリルの押し付け力に対して被加工物から受
ける反力は、送り装置及び固定装置を介して、又は送り
装置、固定装置及び載置台を介して被加工物へと伝わ
り、前記押し付け力とバランスすることになる。即ち送
り装置はロボット本体側の駆動軸から独立した駆動軸と
なる。

【００１１】また、第２発明の穴あけロボットは、第１
発明の穴あけロボットにおいて、前記送り装置は穴あけ
ロボットの外部軸としてロボットコントローラに接続さ
れていることを特徴とする

【００１２】従って、この第２発明の穴あけロボットに
よれば、穴あけ工具の送り装置を穴あけロボットの外部
軸としてロボットコントローラに接続することでロボッ
ト本体と同じ操作性をもたせ、ティーチングボックスで
操作することができ、プログラムにより動作を記述する
ことができ、適応制御も応用することができる。更に、
送り装置によるドリルの送り位置（送り深さ）や送り速
度をプログラムのロボット動作命令で記述できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の実施の形態に係る穴あけロ
ボットの構成を示す側面図（図２のＡ方向矢視図）、図
２は前記穴あけロボットの構成を示す平面図、図３は前
記穴あけロボットに装着したＬＭガイドアクチエータの
構成を一部破断して示す斜視図、図４は前記穴あけロボ
ットのロボットコントローラによる制御内容の要部を示
すブロック図である。

【００１５】＜構成＞図１及び図２に示すように、穴あ
けロボット１は８軸、即ち矢印Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ
のようにそれぞれ回動可能な第１軸２、第２軸３、第３
軸４、第４軸５、第５軸６及び第６軸７と、第７軸目と
なる工具送り用のＬＭガイドアクチエータ８と、第８軸
目となるロボット本体移動用の外部走行軸９とを有する
ものである。

【００１６】図３に示すように、工具送り用のＬＭガイ
ドアクチエータ８は、固定部側である本体１１の長手方
向両端部にモータブラケット１２と支持プレート１３と
が設けられており、これらのモータブラケット１２と支
持プレート１３とによってボールねじ１４が回転可能に
支持されている。

【００１７】ボールねじ１４にはモータ１５の回転軸が
結合されると共に、ＬＭガイドアクチエータ８の可動部
側であるインナブロック１６が螺合している。インナブ
ロック１６は本体１１の両側に設けられたアウタレール
１７ａ，１７ｂに係合し、このアウタレール１７ａ，１
７ｂに沿って摺動可能となっている。従って、ボールね
じ１４がモータ１５により正転又は逆転されると、イン
ナブロック１６がアウタレール１７ａ，１７ａに沿って
摺動し本体１１の長手方向の一方又は他方へと直線的に
移動する。なお、本実施の形態では工具送り用の駆動機
構にボールねじ１４を使用したが、この他にラック＆ピ
ニオンやリニアモータ等を使用することもできる。

【００１８】図１に示すように、ＬＭガイドアクチエー
タ８は、支持部材１９を介してアーム１０の先端部（即
ち第６軸７）に装着されている。詳述すると、アーム１
０の先端部には支持部材１９が固定されており、この支
持部材１９にＬＭガイドアクチエータ８の本体１１（固
定部側）が固定されている。

【００１９】そして、本体１１の先端部（図１中の下端
部）には永電磁ホルダ２８が装着されている。

【００２０】一方、ＬＭガイドアクチエータ８のインナ
ブロック１６（可動部側）には穴あけ工具２０が装着さ
れており、この穴あけ工具２０の先端部にはＡＣＣ（オ
ート・カッター・チェンジ）装置によって自動交換され
るドリル２１が装着されている。従ってドリル２１は、
ＬＭガイドアクチエータ８によりインナブロック１６と
共に直線的に送られる。また、モータ１５にはエンコー
ダ１８が設けられており、このエンコーダ１８によって
ドリル２１の位置情報が得られるようになっている。こ
こで使用するモータ１５及びエンコーダ１８はロボット
本体で使用するサーボシステムと同等の仕様になってお
り、穴あけロボット１の外部軸としてロボットコントロ
ーラ２９から制御することができるようにロボットコン
トローラ２９に接続されている。

【００２１】外部走行軸９は、２本の大型ＬＭガイドレ
ール２６ａ，２６ｂで支持されラック＆ピニオンにより
駆動される。なお、本実施の形態ではロボット本体移動
用の駆動機構にラック＆ピニオンを使用しているが、こ
の他にリニアモータ等を使用することもある。

【００２２】図２に示すように、本体２２内にはこの本
体２２に固定されたラック２４が設けられており、この
ラック２４には走行台２５に固定されたモータ２３に取
り付けられたピニオンギア（図示せず）が噛み合わされ
ている。また、走行台２５はロボット本体の両側に設け
られた大型のＬＭガイドレール２６ａ，２６ｂに係合
し、このＬＭガイドレール２６ａ，２６ｂに沿って摺動
可能となっている。従って、ピニオンギアがモータ２３
により正転又は逆転されると、走行台２５がＬＭガイド
レール２６ａ，２６ｂに沿って摺動し本体２２の長手方
向（図２中の矢印Ｐ方向）の一方又は他方へと直線的に
移動する。

【００２３】そして、この外部走行軸９の走行台２５上
には穴あけロボット１の本体が固定されている。従っ
て、この穴あけロボット本体は走行台２５と共に直線的
に走行移動する。また、モータ２３にはエンコーダ３４
が設けられおり、このエンコーダ３４によって穴あけロ
ボット本体の位置情報が得られるようになっている。

【００２４】また、走行台２５の図２中右端部上にはカ
ッター台２７が設置されており、このカッター台２７に
備えられた各種の径のドリル２１を、加工する穴径に応
じてＡＣＣにより穴あけ工具２０に付け替えることがで
きるようになっている。また、カッター台２７は走行台
２５と共に図２中の右端部に移動したときにカッター台
２７のみが図示しない安全柵から出るようになってお
り、作業者はこの状態でカッター台２７に備えられてい
るドリル２１を交換することができる。

【００２５】そして、上記の各軸２〜９、穴あけ工具２
０及び永電磁ホルダ２８の動作は、図示しないセンサか
らの角度情報やエンコーダ１８，３４からの位置情報等
に基づき、ロボットコントローラ２９によって制御され
る。穴あけロボット１によって自動的に被加工物の所定
位置に穴をあけることができるように、ロボットプログ
ラムを作成してロボットコントローラ２９にティーチン
グを行うか、又はオフラインティーチングによりロボッ
トコントローラ２９でプログラムを自動作成する。ティ
ーチング方法の具体例は後述する。なお、同一の製品
（被加工物）でも多少の誤差がある場合には、ワークず
れセンサを利用して計測することによりプログラム内で
穴あけ位置を補正して穴あけ加工を行うこともできる。

【００２６】ここで図４に基づき更に、ロボットコント
ローラ２９によるＬＭガイドアクチエータ（第７軸）
８、穴あけ工具２０及び永電磁ホルダ２８の制御につい
て説明する。

【００２７】ロボットコントローラ２９へは、ＬＭガイ
ドアクチエータ８のモータ１５及びエンコーダ１８は外
部７軸として接続されているため、ＬＭガイドアクチエ
ータ８の戻り端を原点とした位置、送り速度をプログラ
ムで記述することができる。このことにより、穴あけの
深さ、速度の設定、教示作業時の操作がティーチングボ
ックスでできるなど、ロボット本体と共用化でき、ロボ
ットコントローラの高度な適応制御も大幅なハードの追
加を伴うことなく実現することができる。

【００２８】しかも、ドリル２１の送り速度は穴あけ工
具２０のモータ３３の負荷電流値に応じて制御される。
即ち、図示しない電源からモータ３３に供給される負荷
電流の値（ドリル２１にかかる負荷に応じて増減する）
が電流計３０によって検出されるようになっており、ロ
ボットコントローラ２９では、この電流計３０によって
検出する負荷電流値を監視し、この負荷電流値に応じて
エンコーダ１８からのドリル２１の位置情報に基づきド
リル２１の送り速度を制御する。

【００２９】具体的には、本発明者の提案による特願平
８−１５９３１２号「加工ロボット装置及び連続送り速
度制御方法」に記載されている方法を応用すれば、ドリ
ル２１の送り速度を負荷電流値に応じて最適な送り速度
に設定することが自動的にできるため、ドリル２１の貫
通時の過負荷緩和や、ドリル２１のサイズの違いによる
送り速度の設定替えや、ドリル２１の磨耗による過負荷
の防止をすることができる。

【００３０】例えば、目標負荷電流Ａｓ（通常は定格負
荷電流とするが、ドリルが細い場合には当該ドリルを破
損させずに使用することができる電流とする）に対して
現在の負荷電流との偏差ΔＡｉ、偏差ΔＡｉの変化率Δ
ａｉからファジー推論により送り速度の加速度ΔＶｉを
算出し、これを積分して速度指令に変換し、この速度指
令をロボットコントローラ２９に与える。

【００３１】前記ファジー推論では、偏差ΔＡｉと偏差
ΔＡｉの変化率Δａｉの２入力によるルールを組み、偏
差ΔＡｉが大きくなるほど加速度ΔＶｉの絶対値は大き
く、偏差ΔＡｉの変化率Δａｉが大きいほど加速度ΔＶ
ｉの変化する度合が高くなるようにしている。そのた
め、負荷の変化が大きいほど敏感に反応し、目標負荷に
近いほど反応が安定する非線形制御を実現できる。この
制御も、ＬＭガイドアクチエータ８のモータ１５及びエ
ンコーダ１８がロボットコントローラ２９の外部軸とし
て接続されているため容易に実現することができる。

【００３２】また、ロボットコントローラ２９では、永
電磁ホルダ２８に出力する信号をＯＦＦにして永電磁ホ
ルダ２８の磁力をＯＮにし、また同信号をＯＮにして永
電磁ホルダ２８の磁力をＯＦＦにする。なお、ロボット
コントローラ２９から出力する信号がＯＦＦのときに永
電磁ホルダ２８の磁力がＯＮとなるようにしたのは停電
対策のためである。

【００３３】＜作用・効果＞従って、上記構成の穴あけ
ロボット１によれば、例えば図１に示すように載置台３
１上に載置された鋼板３２を穴あけ加工する場合（な
お、被加工物としては他にも型鋼やプレス成型品等があ
る）、ロボットコントローラ２９の制御によって次のよ
うに動作する。

【００３４】即ち、外部走行軸９の動作を制御すること
により、この外部走行軸９によって穴あけロボット本体
を図２中の矢印Ｐ方向の所定位置に移動させる。その
後、穴あけロボット本体の各軸２〜７の動作を制御する
ことにより、まず穴あけ工具２０のドリル２１を鋼板３
２の穴あけ位置の上方に位置決めし、更に垂直下方へ送
る。

【００３５】支持部材１９の先端に取り付けられた永電
磁ホルダ２８が鋼板３２の表面に達した時点で一旦送り
を停止し、ロボットコントローラ２９の出力信号をＯＦ
Ｆにして永電磁ホルダ２８の磁力をＯＮすることによ
り、永電磁ホルダ２８を鋼板３２の表面に吸着させる。
このことによってＬＭガイドアクチエータ８の本体１１
（固定部側）が鋼板３２に固定される。

【００３６】続いて、このようにＬＭガイドアクチエー
タ８の本体１１を鋼板３２に固定した状態で、ＬＭガイ
ドアクチエータ８により穴あけ工具２０と共にドリル２
１を矢印Ｏ方向に送りつつ、ドリル２１をモータ３３で
回転駆動して鋼板３２の穴あけ加工を行う。このときモ
ータ３３の負荷電流を常時監視してドリル２１の送り速
度を制御する。

【００３７】従ってＬＭガイドアクチエータ８による鋼
板３２へのドリル２１の押し付け力に対して鋼板３２か
ら受ける反力は、ＬＭガイドアクチエータ８及び永電磁
ホルダ２８を介して鋼板３２へと伝わり、前記押し付け
力とバランスすることになる。即ちＬＭガイドアクチエ
ータ８は穴あけロボット本体側の駆動軸２〜７から独立
した駆動軸となる。

【００３８】このため、鋼板３２のように硬い被加工物
であっても、ロボットアーム１０が穴あけ加工時の反力
によって撓むことはなく、従って鋼板３２に正確な穴あ
け加工を行うことができると共に、穴があききる瞬間に
も送り方向の大きな力がドリル２１や穴あけ工具２０に
作用することがないため、ドリル２１の欠け等や穴あけ
工具２０の損傷を招く虞もない。

【００３９】なお、永電磁ホルダ２８の吸着力は、垂直
方向（図１中上下方向）の力に対しては強いため上向き
の加工反力に対しては十分に耐えられる一方、水平方向
の力には弱い。しかし、穴あけ加工時に作用する水平方
向の反力は弱いためロボットアーム１０によって容易に
支えることができる。

【００４０】また、本実施の形態では穴あけ工具２０の
モータ３３の負荷電流を常に監視しドリル２１の送り速
度を連続的に変化させて穴あけ加工を行うため、穴あけ
工具２０の最適能力で穴あけ加工を行うことができ、鋼
板３２のように硬い被加工物であってもドリル２１に作
用する反力が小さくなることからドリル２１の寿命を長
くすることもできる。

【００４１】また、ＬＭガイドアクチエータ８を穴あけ
ロボット１の外部軸としてロボットコントローラ２９に
接続することでロボット本体と同じ操作性をもたせ、テ
ィーチングボックスで操作することができ、プログラム
により動作を記述することができ、適応制御も応用する
ことができるなどの機能向上を大幅なハードウエアの改
造を伴わずに実現できる。

【００４２】更に、ＬＭガイドアクチエータ８によるド
リル２１の送り位置（送り深さ）や送り速度をプログラ
ムのロボット動作命令で記述できるため、汎用のオフラ
インプログラムシステムに特別なソフトウエアの改良を
伴わなくても外部軸を含めた制御が可能であれば適用す
ることができ、ＣＡＤデータ等からの穴あけ位置データ
をティーチングレスで利用して効率を上げることが可能
となる。

【００４３】また、本実施の形態ではロボットコントロ
ーラ２９の制御によってドリル２１を穴あけ位置に自動
的に位置決めするため、従来のような人手で図面から製
品（被加工物）に穴あけ位置を印したり、多数の同一製
品を連続して穴あけ加工する場合には穴あけ位置を印し
たテンプレートを製品に取り付けたりして、ボール盤や
ハンドドリル等で穴あけ加工を行う方法に比べて、手間
がかからず効率よく穴あけ作業を行うことができる。

【００４４】また、穴の径に応じてドリルを交換する場
合、従来はＡＴＣによって穴あけ工具全体を交換してい
たため、５種類の異なる径の穴をあける程度であれば対
応できるが、例えば穴の径が２０種類、３０種類となっ
たときにはツール台の上に載せておける工具数にも限り
があることから作業効率が悪くてコストがかかり過ぎ
る。これに対して、本実施の形態では穴あけ工具２０の
本体はそのままとし、ＡＣＣによってドリル２１のみを
交換するため、カッター台２７に多数のドリル２１を備
えて置くことができ、効率よく作業を行うことができ
る。

【００４５】また、本実施の形態では外部走行軸９によ
って穴あけロボット本体を直線的移動させることができ
るため、製品が大きい場合にも、ハンドドリルをもって
人が移動したり、ローラコンベアに製品を載せて製品を
動かしたりして穴あけ加工を行っていた従来の方法に比
べて、容易に対応することができる。

【００４６】しかも従来のＡＴＣによる自動交換ではツ
ール台を走行台２５の上に置くことができなかったが、
本実施の形態では走行台２５の上にカッター台２７を設
置しているため、ドリル２１を交換する際にカッター台
２７までの移動時間を短縮（サイクルタイムを短縮）す
ることができる。更には、ドリル２１を交換する際には
穴あけロボット本体を図２中の右端まで移動させてカッ
ター台２７のみを安全柵から出すことにより、作業者は
安全にカッター台２７に備えたドリル２１の交換を行う
ことができる。

【００４７】なお、上記ではＬＭガイドアクチエータ８
の本体１１を永電磁ホルダ２８によって鋼板３２に吸着
固定しているが、必ずしもこれに限定するものではな
く、載置台３１の材質が鉄等であれば、この載置台３１
に永電磁ホルダ２８によってＬＭガイドアクチエータ８
の本体１１を吸着固定するようにしてもよい。この場合
には、ＬＭガイドアクチエータ８による鋼板３２へのド
リル２１の押し付け力に対して鋼板３２から受ける反力
は、ＬＭガイドアクチエータ８、永電磁ホルダ２８及び
載置台３１を介して鋼板３２へと伝わり、前記押し付け
力とバランスすることになる。

【００４８】また、上記では鋼板３２にＬＭガイドアク
チエータ８の本体１１側を吸着固定するために永電磁ホ
ルダ２８を用いているが、これに限定するものではな
く、他の吸着装置（例えば吸盤を備えた吸着装置等）で
あってもよい。つまり、ＬＭガイドアクチエータ８の本
体１１側を鋼板３２等の被加工物や被加工物の載置台に
固定することができるような固定装置であればよい。従
って本発明は、永電磁ホルダ２８を用いる場合には被加
工物又は被加工物の載置台が磁力によって吸着可能な材
質である場合に限られるが、他の固定装置を用いること
により被加工物又は被加工物の載置台の材質に係わらず
（例えばＦＲＰ製品（浴槽等）等）広く適用することが
できる。

【００４９】なお、ここで本穴あけロボット１のティー
チング方法の具体的な一例を図５及び図６に基づいて説
明する。図５は本発明の実施の形態に係る穴あけロボッ
トシステムの具体的な一例を示すシステム構成図、図６
は穴あけ工具送りユニットの送り速度設定例を示す説明
図である。図５中、図１〜図４に示す構成に相当する部
分には同一の符号を付している。

【００５０】まず、図５に示す穴あけロボットシステム
の構成について説明する。本システムにおける穴あけ工
具２０の送り速度制御は、ドリル２１にかかる負荷が常
時最適な負荷となるように穴あけ工具２０の送り速度を
負荷に追従させるため、上記のように目標負荷電流と現
在の負荷電流との偏差とこの偏差の変化率とを常時監視
し、その変化に応じてファジー推論により加速度を演算
し、これを積分して速度指令とし、この速度指令をロボ
ットコントローラ２９に与え、穴あけ工具２０の送り速
度がこの指令速度になるようにロボットコントローラ２
９によって制御することにより、負荷を自動的に調整す
るというものである。

【００５１】詳述すると、本システムでは穴あけ工具と
して電動工具を使用しており、穴あけ工具２０のドリル
駆動モータ３３は電源であるインバータ４１に接続され
ており、このインバータ４１によって駆動される。図中
の３０は負荷トランスジューサであり、本システムでは
電流変換器を使用し、穴あけ工具２０への入力電流（負
荷電流）を計測してこの負荷電流に比例した電圧を連続
送り速度制御ユニット４０へ出力する。この連続送り速
度制御ユニット４０はＣＰＵや各種入出力機器等をデー
タバスで接続した構成となっており、次のような機能を
有している。

【００５２】即ち、ＣＰＵ４０−１では、各種接続機器
の制御と信号の演算処理とを行う。ファジー演算ＣＰＵ
４０−２では、与えられた入力に対して上記のようなフ
ァジー推論を行う。アナログ信号デジタル変換器４０−
３では、アナログ信号（負荷トランスジューサ３０の出
力電圧）をデジタル化する。デジタル信号アナログ変換
器４０−４では、デジタル演算された送り速度指令を電
圧信号（アナログ信号）に変換してロボットコントロー
ラ２９に出力する。デジタル出力器４０−５では、ロボ
ットコントローラ２９及びインバータ４１に動作状態信
号（ロボット停止、穴あけ工具異常、インバータ運転）
を出力する。デジタル入力器４０−６では、ロボットコ
ントローラ２９からの動作指令（穴あけ工具起動、制御
ＯＮ／ＯＦＦ、送り速度減速指令）を受ける。

【００５３】ロボットコントローラ２９はＣＰＵや各種
入出力機器やサーボドライバ等をデータバスで接続した
構成となっており、次のような機能を有している。

【００５４】即ち、管理ＣＰＵ２９−１では、穴あけロ
ボット１を任意の位置に動かすインチング動作や教示操
作（マンマシンインターフェース）、教示データの記
憶、再生を行う機能を持つ。データメモリ２９−２で
は、教示データや制御パラメータを記憶する。制御ＣＰ
Ｕ２９−３では、管理ＣＰＵ２９−１より与えられる教
示データに基づいロボットの各軸（第１〜第８軸）を制
御する。位置検出インターフェース２９−４では、ロボ
ットの各軸（第１〜第８軸）に取り付けらているアブソ
リュート（ＡＢＳ）エンコーダからのパルス信号を入力
し、これらを制御ＣＰＵ２９−３に与える。この位置検
出インターフェース２９−４では、基本６軸分とオプシ
ョンで追加できる外部３軸分との合計９軸分のパルス信
号を入力することができるが、ここでは外部軸分として
工具送りユニットであるＬＭガイドアクチエータ８と外
部走行軸９のエンコーダ１８，３４からの２軸分のパル
ス信号を入力するようになっている。

【００５５】サーボインターフェース２９−５では、制
御ＣＰＵ２９−３からの各軸動作角度指令等を、サーボ
ドライバ２９−６，２９−１０に与えるパルスデータに
変換する。このサーボインターフェース２９−５では、
基本６軸分とオプションで追加できる外部３軸分の合計
９軸分の出力ができる。基本６軸用のサーボドライバ２
９−６では、サーボインターフェース２９−５からのパ
ルスデータに基づいてロボット本体の第１〜第６軸２〜
７の各モータを駆動する。外部軸用のサーボドライバ２
９−１０では、サーボインターフェース２９−５からの
パルスデータに基づいてＬＭガイドアクチエータ８のモ
ータ１５と外部走行軸９のモータ２３とを駆動する。

【００５６】デジタル入力器２９−７では、連続送り速
度制御ユニット４０のデジタル出力器４０−５から動作
状態信号（ロボット停止、穴あけ工具異常）を入力す
る。デジタル出力器２９−８では、連続送り速度制御ユ
ニット４０のデジタル入力器４０−６へ動作指令（穴あ
け工具起動、制御ＯＮ／ＯＦＦ、送り速度減速指令）を
出力する。アナログ信号デジタル変換器２９−９では、
連続送り速度制御ユニット４０のデジタル信号アナログ
変換器４０−４から出力された送り速度指令（アナログ
信号）をデジタル信号に変換する。また、これらのデジ
タル入力器２９−７、デジタル出力器２９−８及びアナ
ログ信号デジタル変換器２９−９では、ティーチングボ
ックス４２との信号の送受信も行う。

【００５７】ここで使用しているロボットコントローラ
２９は一般のティーチングプレイバックタイプである
が、そのＩ／Ｏインターフェースにアナログ信号デジタ
ル変換器２９−９を追加することができ、電圧信号を０
Ｖ〜フルスケールに対し０〜１００％の内部データに変
換して扱うことができる。また、データメモリ２９−２
に記憶されている教示データは、ロボット本体の座標位
置データ（制御点の座標と方向を示すベクトル）と外部
軸の位置データ（ＬＭガイドアクチエータ８、外部走行
軸９共に戻り端を原点とした距離）がセットされる。

【００５８】本システムの教示手順を下記に示す。

【００５９】ティーチングボックス４２のインチン
グキーで、ロボット本体の第１〜第６軸２〜７及び外部
走行軸９を操作し、被加工物である鋼板の穴をあける位
置の上方までドリル２１を移動し教示すると、このとき
のドリル２１の先端の位置座標及び向きと、ＬＭガイド
アクチエータ８及び外部走行軸９の位置が記憶される。
このときドリル２１は、ＬＭガイドアクチエータ８の戻
り端に移動させておく。

【００６０】ロボットアームを下方に送り、支持部
材１９の先端に取り付けた永電磁ホルダ２８が鋼板の表
面に達した時点で送りを停止させ、この位置を教示す
る。この位置で永電磁ホルダ２８の磁力をＯＮさせるＤ
／Ｏ出力命令を追加し、鋼板に固定させる。

【００６１】ロボットからドリル駆動モータ３３の
回転信号が出力されるように、Ｄ／Ｏ命令を追加する
（但し、教示時はＯＮしない）。ロボット本体の第１〜
第６軸及び外部走行軸９は動かさずに、ＬＭガイドアク
チエータ８のみをティーチングボックス４２のインチン
グキーで操作してドリル２１を送り、ドリル２１が鋼板
に当たる直前の位置を教示する。ここまでのドリル駆動
モータ３３は無負荷状態であるため、実際の加工速度の
数倍の数値を設定できる。なお、この設定はロボットの
移動速度の指定と同じ方法で行う。図６にその一例を示
す。

【００６２】更にＬＭガイドアクチエータ８をイン
チング操作してドリル２１を送り、穴があききる位置を
教示する。このときの送り速度は加工に適した速度（例
えば０．５％：５ｍｍ／ｓｅｃ）を指定する。本システ
ムでは連続送り速度制御を行うので、送り速度が速過ぎ
る場合には自動的に調整を行うため、ある程度速めに送
り速度を設定する。ＬＭガイドアクチエータ８は外部軸
として扱われるので、ストローク内の任意の位置までの
送りを指定できるため、穴あけ後の無駄送りがない。

【００６３】ドリル２１を上記での教示位置まで
戻し、この位置を教示する。このときには既に穴が開い
ているはずなので送り速度の２〜３倍の速度を指定す
る。

【００６４】ロボットからドリル駆動モータ３３の
回転信号が切れるように、Ｄ／Ｏ命令を追加する。更
に、次の移動に備え、ＬＭガイドアクチエータ８を操作
してドリル２１を戻り端に移動する。

【００６５】次の穴あけ位置に移動するように、ロ
ボットの動作命令を追加する。

【００６６】以上の手順を繰り返して教示を行う。ＬＭ
ガイドアクチエータ８の動作命令や教示時の操作も全て
ロボット本体と同じ手順で行うことができる。

【００６７】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第１発明の穴あけロボットによれば、
被加工物を穴あけ加工する際には、固定装置によって送
り装置の固定部側を被加工物又は被加工物の載置台に固
定し、この状態で送り装置により穴あけ工具と共にドリ
ルを送りつつ、このドリルを回転駆動して被加工物の穴
あけ加工を行うため、このときに送り装置による被加工
物へのドリルの押し付け力に対して被加工物から受ける
反力は、送り装置及び固定装置介して又は送り装置、固
定装置及び載置台を介して被加工物へと伝わり、前記押
し付け力とバランスすることになる。即ち送り装置はロ
ボット本体側の駆動軸から独立した駆動軸となる。

【００６８】このため、ロボットアームが穴あけ加工時
の反力によって撓むことはなく、従って正確な穴あけ加
工を行うことができると共に、穴があききる瞬間にも送
り方向の大きな力がドリルや穴あけ工具に作用すること
がないため、ドリルの欠け等や穴あけ工具の損傷を招く
虞もない。

【００６９】また、第２発明の穴あけロボットによれ
ば、穴あけ工具の送り装置を穴あけロボットの外部軸と
してロボットコントローラに接続することでロボット本
体と同じ操作性をもたせ、ティーチングボックスで操作
することができ、プログラムにより動作を記述すること
ができ、適応制御も応用することができるなどの機能向
上を大幅なハードウエアの改造を伴わずに実現できる。

【００７０】更に、送り装置によるドリルの送り位置
（送り深さ）や送り速度をプログラムのロボット動作命
令で記述できるため、汎用のオフラインプログラムシス
テムに特別なソフトウエアの改良を伴わなくても外部軸
を含めた制御が可能であれば適用することができ、ＣＡ
Ｄデータ等からの穴あけ位置データをティーチングレス
で利用して効率を上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る穴あけロボットの構
成を示す側面図（図２のＡ方向矢視図）である。

【図２】前記穴あけロボットの構成を示す平面図であ
る。

【図３】前記穴あけロボットに装着したＬＭガイドアク
チエータの構成を一部破断して示す斜視図である。

【図４】前記穴あけロボットのロボットコントローラに
よる制御内容の要部を示すブロック図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る穴あけロボットシス
テムの具体的な一例を示すシステム構成図である。

【図６】穴あけ工具送りユニットの送り速度設定例を示
す説明図である。

【図７】従来の穴あけロボットの構成を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１穴あけロボット８ＬＭガイドアクチエータ１０アーム１１ＬＭガイドアクチエータ本体１２モータブラケット１３支持プレート１４ボールねじ１５モータ１７ａ，１７ｂアウタレール２０穴あけ工具２１ドリル２８永電磁ホルダ２９ロボットコントローラ３１載置台３２鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村正純東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者奥幸之介東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アーム先端部に備えたドリルを被加工物
の穴あけ位置に位置決めし、前記ドリルで前記被加工物
を穴あけ加工する穴あけロボットであって、前記アーム先端部に設けた送り装置と、この送り装置の可動部側に設け、同送り装置によって前
記被加工物の方向に送られると共に、先端部に装着した
前記ドリルを回転駆動して前記被加工物を穴あけ加工す
る穴あけ工具と、前記送り装置の固定部側に設け、前記穴あけ工具によっ
て前記被加工物を穴あけ加工する際に、前記送り装置の
固定部側を前記被加工物又は前記被加工物の載置台に固
定する固定装置とを備えたことを特徴とする穴あけロボ
ット。
【請求項２】請求項１に記載する穴あけロボットにお
いて、前記送り装置は穴あけロボットの外部軸としてロボット
コントローラに接続されていることを特徴とする穴あけ
ロボット。