JPS61244450A - 作業ロボツト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上皇且且分！ 本発明は作業ロボット装置に関するものであり、更に詳
しくは、例えばプレス金型に仕上げ研磨加工を施す目的
で使用される自走式ロボットの本体にグラインディング
ヘッドやツールの交換装置を一体構造に連設してなる、
研磨加工用ロボット装置に関するものである。

従米坐肢血 自動車の車体組立ライン等に於いて自動溶接ロボット等
の各種の無人化装置が使用されていることは周知である
。製品の品質を良好な水準に維持しながら製造ラインの
生産性向上と省力化を図るためには、上記の如き作業ロ
ボットの導入は不可欠の要件であるが、ワークの種類や
作業の特性上、作業ロボットの使用が制約されている産
業分野も少なくない。

罵　′　しよ゛　　る　　占 例えばプレス金型は、ボールエンドミル等の切削工具に
よって荒仕上げを施した後、手動グラインダーによる手
作業で前記プレス金型の自由曲面上に残存しているピッ
クフィードマーク（切削溝）を除去して最終製品に仕上
げているが、この種の仕上げ加工は、従来、熟練作業者
の手作業によって行われているのが普通であり、プレス
金型の製造コストの低減ならびに寸法精度の向上を図る
上に大きな制約が認められていた。

即ち、自由曲面上にピンクフィードマークを有するプレ
ス金型や射出成形用金型（以下ワークと呼称する）の仕
上げ研磨加工を既存の作業ロボットによって実施しよう
としても、砥石車や砥石車駆動ヘッドの自動交換装置に
作動システム上もしくは設針上の種々の制約が付随して
いるため、上記金型の表面特性に適応した砥石車とその
駆動ヘッドを作業ロボットに迅速且つ正確に選択供給す
ることは極めて困難であった。

更に在来の作業ロボットに於いては、ロボットの本体の
みが作業ステーションに自走自在に配置されており、ツ
ール、例えば切削工具や研磨工具、測長センサのような
検査用ツールあるいはナツトランナのような組立作業用
ツールに対しては実質上自走手段が設けられておらない
。このため、ロボットの本体は、作業ステーションに別
置きされたツール交換装置と作業位置との間を頻繁に往
復しなければならず、作業能率の向上を図る上に大きな
障害が認められた。

本発明の主要な目的は、従来の自動作業ロボット、例え
ば、自由曲面を有するワークの研磨仕上げ加工用のロボ
ット装置に認められた上記の如き実用上の制約を解消し
得る、ツールの自動交換機能を向上せしめた作業ロボッ
ト装置を提供することにある。

本発明の他の主要な目的は、構造の簡易な、作動の安定
性に優れた研磨加工用多関節ロボットとそのツール交換
装置からなるワーク加工用ロボット装置を提供すること
にある。

゛　るた　の 斯かる目的に鑑みて本発明は、作業ステーションに配置
された自走式多関節ロボット（３）に、ツールヘッド（
４）の交換ステーション（５）、ならびにツール（６）
の交換ステーション（７）を一体構造に連設した作業ロ
ボット装置を要旨とするものである。

在里 本発明装置の作動要領を例えばワーク加工用の作業ロボ
ット装置の場合について説明すると、　多関節ロボット
（３）の作動アームは、その先端に取付けられた第１の
継手部材（１４）をツールヘッド（４）に取付けられた
第２の継手部材（１５）と係合させることによってワー
クの加ニブログラムに従って選択された特定のツールヘ
ッド（４）を挟持し、この状態でツール（６）の交換ス
テーション（７）に回動し、前記ツールヘッド（４）の
先端に装着されたチャック機構（４０）によって前記ワ
ークの加ニブログラム、に従って選択された特定のツー
ル（６）を挾持してワーク加工の基準工程を完了する。

災施血 第１図は多関節ロボット（３）と、ツールヘッド（４）
の交換ステーション（５）、ならびにツール（６）の交
換ステーション（７）を共通の移動架台（２）上に架装
してなる本発明装置の全体構造を例示する正面図である
。また第２図はツールヘッド（４）、例えばグラインデ
ィングヘッド（４）の交換ステーション（５）の部分拡
大正面図であり、第３図乃至第６図は前記交換ステーシ
ョン（５）と多関節ロボット（３）の作動アームとの共
働状態を説明するそれぞれの構成部材の部分断面図であ
る。そして第７図はツール（６）の交換ステーション（
７）の全体構造を例示する平面図である。

これらの図面に於いて多関節ロボット（３）は、ベース
（８）上に水平面に沿って回転自在に軸支された胴部材
（９）、該胴部材の上側部に鉛直面に沿って回転自在に
軸支された上腕部材（１０）　、該上腕部材への取付は
端を回転中心として′回転自在に軸支された下腕部材（
１１）、および該下腕部材の先端に装着された指先部材
（１３）付きの手首部材（１２）から構成されている０
手首部材（１２）は、前記下腕部材（１１）の先端部を
回転中心として回転自在に、且つ、下腕部材（１１）の
軸線に対して同一平面上で首振り運動を為し得るように
揺動自在に軸支されており、更に前記手首部材（１２）
に付設された指先部材（１３）は、前記下腕部材（１１
）の揺動運動との共働下に該指先部材（１３）の軸線を
回転中心として左右に回転し得るように構成されている
。

上記実施態様に於いて、多関節ロボット（３）は、６自
由度を有する回転部材と揺動腕材とによってその作動ア
ームが構成されているが、多関節ロボット（３）の構造
は斯かる例示説明によって限定解釈されるべきものでは
なく、ツールベッド（４）の交換ステーション（５）に
配置されている複数個のツールヘッド（４）に選択的な
交換動作を付与し得るものであれば、６以外の自由度を
持つ如何なる構造の多関節ロボットも使用することがで
きる。しかしながら、どのような多関節ロボットであっ
てもその指先部材（１３）には、ツールヘッド（４）に
取付けられている第２の継手部材（１５）と着脱自在に
係合する第１の継手部材（１４）が取付けられており、
これに対応してツールヘッド（４）の交換ステーション
（５）には、ワークの加ニブログラムに従って前記第１
の継手部材（１４）と第２の継手部材（１５）とを着脱
自在に共働させるための係合・着脱機構（１６）が設け
られている。第２図乃至第６図は、第１の継手部材（１
４）、第２の継手部材（１５）　、ならびにこれらの継
手部材の係合・着脱機構（１６）の構造と作動状態を例
示する説明図である。これらの図面に見られるように、
多関節ロボット（３）の指先部材（１３）に装着された
第１の継手部材（１４）は、内部に加圧スプリング（１
７）と前記第２の継手部材（１５）への固着動作の完了
を検出するための近接スイッチあるいは光電管装置（１
８）を組込むと共に前記加圧スプリング（１７）と軸線
を一致せしめてロックピン（１９）を上下動自在に支承
している。該ロックピンの下端部は、加圧スプリング（
１７）に付勢されて第１の継手部材（１４）の本体下面
から突出し、第２の継手部材（１５）に穿設された嵌込
み孔（２０）との係合部位を形成している。第１の継手
部材（１４）の前面には、第３図および第６図に見られ
るように軸線を略水平方向に指向せしめて２本の嵌込み
突起（２１）、（２１）が平行に固着されており（図面
では１本だけを図示）、これに対応して第１の継手部材
（１４）と対向し得るようにツールヘッド（４）の側端
面に固着されている第２の継手部材（１５）には、前記
嵌込み突起（２１）、（２１）の嵌込み孔（２２）、（
２２）が設けられている。

ツールヘッド（４）の交換ステーシラン（５）は、前記
第１の継手部材（１４）と第２の継手部材（１５）との
係合・離脱動作を利用して、ツールヘッド（４）、例え
ばブライディングヘッドを多関節ロボット（３）の作動
アームと受渡しする装置であって、基本的には前記加圧
スプリング（１７）による付勢下に上下動自在に支承さ
れているロックピン（１９）に、ツールヘッド（４）着
脱用の上下方向の変位を生せしめる押圧片（２３）付き
のピストンロッド（２４）とシリンダ（２５）とからな
る流体圧シリンダ機構（２６）、例えばエアシリンダ機
構と該エアシリンダ機構と同調しながら前記ロックピン
（１９）に対して案内部材として機能する平坦な上面（
２７）を具えたガイドブロック（２８）から構成され°
ζいる。尚、第２図に於いて、流体圧シリンダ機構（２
６）およびガイドブロック（２８）はそれぞれ１個づつ
図示されているが、実際にはこれらの構成部材は交換ス
テーション（５）に配設されている複数個のツールヘッ
ド（４）にそれぞれ多関節ロボット（３）の作動アーム
への着脱動作を伝達し得るように支持枠（２９）上で所
定の配設間隔を置いて複数組配設されている。

ツールヘッド（４）の交換ステーション（５）には、こ
のほか補助的なツールヘッド（４）の固定位置決め装置
として、加圧スプリング（３０）による付勢下に前記支
持枠（２９）に固着された枢軸（３１）を回転中心とし
て挟持・開放動作を行う２個の挟持部材（３２）、（３
２）からなるクランパ機構（３３）が設けられている。

ツールヘッド（４）の交換に際し、挟持部材（３神の上
端に形成された切欠き溝（３４）内には、ツールヘッド
（４）の本体に固設されている位置決めピン（３５）が
弾ｍ的に嵌まり込み、第１の継手部材（１４）と第２の
継手部材（１５）との係合状態が解除されたとき、多関
節ロボット（３）から切離されたツールヘッド（４）を
支持枠（２９）上に強固に係止する。

多関節ロボット（３）の指先部材（１３）には、前記の
如き構造を有する第１の継手部材（１４）が装着されて
おり、これに対応してツールヘッド（４）には第２の継
手部材（１５）が装着されている。多関節ロボット（３
）の作動アームに、ワークの加ニブログラムに従って選
択された特定のツールヘッド（４）を取付ける際には、
ロックピン（１９）の下端をガイドブロック（２８）の
上面（２７）に押し当て、第１の継手部材（１４）の本
体下面からの該ロックピンの突出長さを減少せしめた状
態で第１の継手部材（１４）をツールヘッド（４）に接
近させ、加圧スプリング（１７）による付勢下にロック
ピン（１９）の下端部を前記嵌込み孔（２０）内に嵌込
み、これと同時に嵌込み突起（２１）、（２１）を嵌込
み孔（２２）、　　（２２）内に嵌込むことによって第
１の継手部材（１４）と第２の継手部材（１５）とを一
体構造に連結する。

反対に多関節ロボット（３）から使用済みのツールヘッ
ド（４）を取外す場合には、第１の継手部材（１４）と
第２の継手部材（１５）との保合状態を解除する必要が
ある。この為、支持枠（２９）上に載置されたツールヘ
ッド（４）のロックピン（１９）をピストンロッド（２
４）の先端に固着された押圧片（２３）によって加圧ス
プリング（１７）の加圧力に抗して上方に押し上げ、第
１の継手部材（１４）の本体下面からのロックピン（１
９）の突出長さを減少させてロックピン（１９）と嵌込
み穴（２０）との係合状態を解除し、この状態でロック
ピン（１９）の下端をガイドブロック（２８）の平坦な
上面（２７）に沿って滑らせ、前記嵌込み突起（２１）
、（２１）と嵌込み穴（２２）、（２２）との係合状態
を解除する。斯くしてツールヘッド（４）は多関節ロボ
ット（３）の作動アームから切離され、交換ステーシラ
ン（５）の支持枠（２９）上に係止される。

尚、第１の継手部材（１４）には、第２の継手部材（１
５）との固着動作の完了、乃至は該第１の継手部材（１
４）に対する第２の継手部材（１５）の係止状態を検出
するための近接スイッチあるいは光電管装置（１８）が
組こまれており、これに対応してロックピン（１９）に
は、嵌込み穴（２０）内への嵌入長さの変化によって前
記近接スイッチあるいは光電管装置（１８）とロックピ
ン（１９）の側胴部との間隔を変化せしめる異径段部（
３６）が形成されている。

一方、ツール（６）の交換ステーション（７）は、第７
図に例示するように、ワークの加ニブログラムに従って
選択された複数個のツール（６）、（６）、−・例えば
直径を異にする複数個の軸付き砥石（６）、（６）、−
・を整列下に保持するための支持枠（３７）と、該支持
枠の一端に配設されツール（６）の交換装置として機能
する複動シリンダ装置（３８）、（３９）とによって構
成せられている。該複動シリンダ装置は、ツールヘッド
（４）の先端に装置された公知の自動チャック機構（４
０）の空転スリーブ（４１）とテーパ部（４２）を、軸
付き砥石（６）の締着側もしくは弛緩側に選択的に駆動
するためのチャック爪（４３）、（４４）を備えている
。

ツールヘッド（４）にツール（６）を取付ける際には、
図示しないコンピータからの指令に基づいて多関節ロボ
ット（３）の作動アームに固着されたツールヘッド（４
）を、支持枠（３７）上に載置されている使用予定ツー
ル、例えば所定の寸法的特性を有する軸付き砥石（６）
の近傍迄移動させ、自動チャック機構（４０）のチャッ
ク爪（図示省略）内に軸付き砥石（６）の軸部（６ａ）
を挿入した後、前記チャック爪を弛緩状態に維持したま
ま、該ツールヘッドを前記複動シリンダ装置（３８）、
（３９）の近傍迄移動させ、空転スリーブ（４１）とテ
ーパ部（４２）をチャック爪（４３）、（４４）と選択
的に係合させ、この状態で自動チャック機構（４０）の
前後動作あるいは回転動作を利用して軸付き砥石（６）
をツールヘッド、即ちブライディングヘッド（４）に強
固に固着する。

この状態で多関節ロボット（３）は、コンピュータから
送出されるワーク加工指令に基づいてワークに向かって
移動し、ツールヘッド（４）に内蔵されたモータを起動
して該ワークの自由曲面に仕上げ研磨加工を施す、使用
済みの軸付き砥石（６）は、前記の順序と逆の作動順序
に従って複動シリンダ装置（３８）、（３９）に復帰し
、スリーブ（４１）　、テーバ部（４２）と、チャック
爪（４３）、（４４）との選択的な係合によって自動チ
ャック機構（４０）による軸部（６ａ）の固着状態を解
除され、この後支持枠（３７）上で軸部（６ａ）を自動
チャック機構（４０）から抜き出すことによって支持枠
（３７）上の所定の位置に収納される。

以上、本発明の実施態様を軸付き砥石およびブライディ
ングヘッドの交換装置と、６自由度を有する多関節ロボ
ットとからなる金型の研磨仕上げ用ロボット装置に基づ
いて例示的に説明したが、本発明は斯かる例示説明によ
ってその権利範囲を限定解釈されるべきものではない。

例えば、４自由度乃至５自由度を有する多関節ロボット
と、ドリルおよびその駆動モータを内蔵したツールヘッ
ドからなるロボット装置を使用して、ワークの自由曲面
に対して法線を形成するように前記ドリルの軸線方向を
制御しながら、自動穴あけ作業を実施することも可能で
ある。

更にツールヘッドの交換ステーションならびにツールの
交換ステーションと一体構造を為す作業ロボットの本体
の自走方式も上記実施例の記載によって限定されるもの
ではなく、自走機能を有する無人台車を使用する方式、
無線誘導方式あるいは赤外線誘導方式あるいは自走経路
の判断機能を有する無人台車を使用する方式等から任意
に選択することができる。

血皿坐立来 以上の説明から理解し得る如く、本発明装置を使用する
ことによって、選択されたツールヘッドならびにツール
を移動式多関節ロボットに自動供給することができる。

本発明装置はまた、その全体構造が簡易であるから、故
障の発生頻度が低く、生産性ならびに精度の高い作動条
件を長期に亘って持続することができる。従うて、本発
明は、例えば複雑な自由曲面を有するプレス用金型や射
出成形用金型の研削加工や研磨仕上げ加工等に於いてワ
ーク加工コストの低減ならびに省力化に特筆すべき効果
を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節ロボット（３）と、ツールヘッド（４）
の交換ステーシラン（５）、ならびにツール（６）の交
換ステーション（７）を共通の移動架台（２）上に架装
してなる本発明装置の全体構造を例示する正面図である
。また第２図はツールヘッド（４）、例えばグラインデ
ィングヘッド（４）の交換ステーション（５）の部分拡
大正面図であり、第３図乃至第６図は前記交換ステーシ
ョン（５）と多関節ロボット（３）の作動アームとの共
働状態を説明するそれぞれの構成部材の部分断面図であ
る。そして第７図はツール（６）の交換ステーシラン（
７）の全体構造を例示する平面図である。 （３）・−多関節ロボット、（４）　−ツールヘッド、
（５）−・ツールヘッドの交換ステーション、（６）・
−・ツール、（７）　−ツールの交換ステージタン。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業ステーションに配置された自走式多関節ロボ
   ットに、ツールヘッドの交換ステーション、ならびにツ
   ールの交換ステーションを一体構造に連設したことを特
   徴とする作業ロボット装置。