JPH0343024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は作業ロボツ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ツトの
本体にグラインデイングヘツドやツールの交換装
置を一体構造に連接してなる、研磨加工用ロボツ
ト装置に関するものである。

従来の技術 自動車の車体組立ライン等に於いて自動溶接ロ
ボツ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ツトの導入は不可
欠の要件であるが、ワークの種類や作業の特性
上、作業ロボツトの使用が制約されている産業分
野も少なくない。

発明が解決しようとする問題点 例えばプレス金型は、ボールエンドミル等の切
削工具によつ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ツクフイードマーク（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
よつ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、自由曲面上にピツクフイードマークを有
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ツ
トによつて実施しようとしても、砥石車や砥石車
駆動ヘツドの自動交換装置に作動システム上もし
くは設計上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ツ
ドを作業ロボツ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つた。

更に在来の作業ロボツトに於いては、ロボツト
の本体のみが作業ステーシヨ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、ロボツトの本体は、作業ステーシヨンに別置
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ツ
ト、例えば、自由曲面を有するワークの研磨仕上
げ加工用のロボツ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ツ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関節ロボツトとそ
のツール交換装置からなるワーク加工用ロボツト
装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 斯かる目的に鑑みて本発明は、作業ステーシヨ
ンに自走機能をもつ移動架台を介して配置され、
この移動架台上のベースに旋回可能に支持された
胴部材を有し、この胴部材夫々関節構造で連結さ
れた複数の腕部材を備え、最先端の腕部材の先端
に関節構造で連結された手首部材及び指先部材を
有し、この指先部材の先端に第１の継手部材を装
着した自走式多関節ロボツトと、ツールの自動チ
ヤツク機構及びツールの駆動機構並びに上記第１
の継手部材に係合離脱可能な第２の継手部材を
夫々有する複数のツールヘツドを上記ロボツトの
移動架台の一部にツールヘツドの支持枠を介して
係合離脱機構と共に配設し、かつ、上記ロボツト
の動作によつて上記ツールヘツドの支持枠と上記
ロボツトの指先部材との間でツールヘツドの１つ
を選択的に交換可能としたツールヘツドの交換ス
テーシヨンと、ツールヘツドの自動チヤツク機構
に交換される複数個のツールを上記ロボツトの移
動架台の一部にツールの支持枠を介してツール交
換機構と共に配設し、かつ、上記ロボツトの動作
によつて上記ロボツトに装着されたツールヘツド
の自動チヤツク機構と上記ツールの支持枠との間
でツールの１つを選択的に交換可能としたツール
の交換ステーシヨンと、ツールヘツドの交換、ツ
ールの交換及びワークの加工に必要な動作を上記
ロボツト、ツールヘツドの交換ステーシヨン及び
ツールの交換ステーシヨンにプログラム指令する
コンピユターとを具備したことを特徴とする作業
ロボツト装置を要旨とするものである。

作用 本発明装置の作動要領を例えばワーク加工用の
作業ロボツト装置の場合について説明すると、多
関節ロボツト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をツールヘツド４に
取付けられた第２の継手部材１５と係合させるこ
とによつてワークの加工プログラムに従つて選択
された特定のツールヘツド４を挾持し、この状態
でツール６の交換ステーシヨン７に回動し、前記
ツールヘツド４の先端に装着されたチヤツキ機構
４０によつて前記ワークの加工プログラムに従つ
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。

実施例 第１図は多関節ロボツト３と、ツールヘツド４
の交換ステーシヨン５、ならびにツール６の交換
ステーシヨン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図はツールヘツド４、例えばグライ
ンデイングヘツド４の交換ステーシヨン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
ステーシヨン５と多関節ロボツト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
シヨン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ツト３は、ベ
ース８上に水平面に沿つ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つて回
転自在に軸支された上腕部材１０、該上腕部材へ
の取付け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。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、多関節ロボツト３は、
６自由度を有する回転部材と揺動腕材とによつて
その作動アームが構成されているが、多関節ロボ
ツト３の構造は斯かる例示説明によつて限定解釈
されるべきものではなく、ツールヘツド４の交換
ステーシヨン５に配置されている複数個のツール
ヘツド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
関節ロボツ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ツトであつてもその
指先部材１３には、ツールヘツド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
対応してツールヘツド４の交換ステーシヨン５に
は、ワークの加工プログラムに従つて前記第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
１４、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、多関節ロボツト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１７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近接スイツチあるいは光電
管装置１８を組込むと共に前記加圧スプリング１
７と軸線を一致せしめてロツクピン１９を上下動
自在に支承している。該ロツクピンの下端部は、
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
ようにツールヘツド４の測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。

ツールヘツド４の交換ステーシヨン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、ツールヘツド４、例え
ばグライデイングヘツドを多関節ロボツト３の作
動アームと受渡しする装置であつて、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ツクピン１９に、ツールヘ
ツド４着脱用の上下方向の変位を生ぜしめる押圧
片２３付きのピストンロツド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
ら前記ロツクピン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ツク２
８から構成されている。尚、第２図に於いて、流
体圧シリンダ機構２６およびガイドブロツク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ヨン５に配設さ
れている複数個のツールヘツド４にそれぞれ多関
節ロボツト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。

ツールヘツド４の交換ステーシヨン５には、こ
のほか補助的なツールヘツド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
して挾持・開放動作を行う２個の挾持い部材３
２、３２からなるクランパ機構３３が設けられて
いる。ツールヘツド４の交換に際し、挾持部材３
２の上端に形成された切欠き溝３４内には、ツー
ルヘツド４の本体に固設されている位置決めピン
３５が段撥的に嵌まり込み、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、多関節ロボツト３から切離されたツールヘ
ツド４を支持枠２９上に強固に係止する。

多関節ロボツト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ツド４には第２
の継手部材１５が装着されている。多関節ロボツ
ト３の作動アームに、ワークの加工プログラムに
従つて選択された特定のツールヘツド４を取付け
る際には、ロツクピン１９の下端をガイドブロツ
ク２８の上面２７に押し当て、第１の継手部材１
４の本体下面からの該ロツ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
ツド４に接近させ、加圧スプリング１７による付
勢下にロツクピン１９の下端部を前記嵌込み孔２
０内に嵌込み、これと同時に嵌込み突起２１、２
１を嵌込み孔２２、２２内に嵌込むことによつて
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。

反対に多関節ロボツト３から使用済みのツール
ヘツド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との係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
ールヘツド４のロツクピン１９をピストンロツド
２４の先端に固着された押圧片２３によつて加圧
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ツク
ピン１９の突出長さを減少させてロツクピン１９
と嵌込み穴２０との係合状態を解除し、この状態
でロツクピン１９の下端をガイドブロツク２８の
平坦な上面２７に沿つて滑らせ、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。斯くしてツールヘツド４は多関節ロボ
ツト３の作動アームから切離され、交換ステーシ
ヨン５の支持枠２９上に保持される。尚、第１の
継手部材１４には、第２の継手部材１５との固着
動作の終了、乃至は該第１の継手部材１４に対す
る第２の継手部材１５の係止状態を検出するため
の近接スイツチあるいは光電管装置１８が込まれ
ており、これに対応してロツクピン１９には、嵌
込み穴２０内への嵌入長さの変化によつて前記近
接スイツチあるいは光電管装置１８とロツクピン
１９の側胴部との間隔を変化せしめる異径段部３
６が形成されている。

一方、ツール６の交換ステーシヨン７は、第７
図に例示するように、ワークの加工プログラムに
従つ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庫の軸付き砥石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とによつ
て構成せられている。該複動シリンダ装置は、ツ
ールヘツド４の先端に装置された公知の自動チヤ
ツク４０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
駆動するためのチヤツク爪４３、４４を備えてい
る。 ツールヘツド４にツール６を取付ける際に
は、図示しないコンピユータからの指令に基づい
て多関節ロボツト３の作動アームに固着されたツ
ールヘツド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、自動チヤツク
機構４０のチヤツク爪（図示省略）内に軸付き砥
石６の軸部６ａを挿入した後、前記チヤツク爪を
弛緩状態に維持したまま、該ツールヘツドを前記
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をチヤツク爪４
３、４４と選択的に係合させ、この状態で自動チ
ヤツク機構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をツールヘツド、即ちグライ
デイングヘツド４に強固に固着する。

この状態で多関節ロボツト３は、コンピユータ
から送出されるワーク加工指令に基づいてワーク
に向かつて移動し、ツールヘツド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つて複動シリンダ装置
３８、３９に復帰し、スリーブ４１、テーパ部４
２と、チヤツク爪４３、４４との選択的な係合に
よつて自動チヤツク機構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
を自動チヤツク機構４０から抜き出すことによつ
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グ
ライデイングヘツドの交換装置と、６自由度を有
する多関節ロボツトとからなる金型の研磨仕上げ
用ロボツ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つてその権利範囲を
限定解釈されるべきものではない。例えば、４自
由度５自由度を有する多関節ロボツトと、ドリル
およびその駆動モータを内蔵したツールヘツドか
らなるロボツ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。

更にツールヘツドの交換ステーシヨンならびに
ツールの交換ステーシヨンと一体構造を為す作業
ロボツトの本体の自走方式も上記実施例の記載に
よつ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。

発明の効果 本発明の装置によれば、加工中、ツールの回転
軸線を任意の方向に変化させて加工することがで
き、ワークの自由曲面等を最適姿勢で短時間に能
率よく加工できる。そして、ツールを交換する場
合及びツールヘツドを交換する場合のいずれかの
場合においても、ロボツトの移動架台を移動させ
る必要がなく、このため作業時間のロスを省略す
ることができ、その分作業能率を向上させること
ができる。

また、ツールの自動チヤツク機構及びツールの
駆動機構を各ツールヘツドに設けたから、ロボツ
トの指先部材側の構造を簡素化でき、縦型と横型
のいずれのツールヘツドでも簡単な継手構造を採
用することができる。

さらに、ツールの交換のみならずツールヘツド
の交換も可能にしたため、加工作業内容の多様化
及び汎用性をもたせることができる。

また、ツールの交換時及びツールヘツドの交換
時、ロボツトの胴部材、腕部材、手首部材及び指
先部材を移動させて目的位置へ移動させるため、
夫々のマガジン構造及び交換装置の構造を簡素化
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多関節ロボツト３と、ツールヘツド４
の交換ステーシヨン５、ならびにツール６の交換
ステーシヨン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図はツールヘツド４、例えばグライ
ンデイグヘツド４の交換ステーシヨン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
テーシヨン５と多関節ロボツト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
テーシヨン７の全体構造を例示する平面図であ
る。 ３……多関節ロボツト、４……ツールヘツド、
５……ツールヘツドの交換ステーシヨン、６……
ツール、７……ツールの交換ステーシヨン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作業ステーシヨンに自走機能をもつ移動架台
   を介して配置され、この移動架台上のベースに旋
   回可能に支持された胴部材を有し、この胴部材に
   夫々関節構造で連結された複数の腕部材を備え、
   最先端の腕部材の先端に関節構造で連結された手
   首部材及び指先部材を有し、この指先部材の先端
   に第１の継手部材を装着した自走式多関節ロボツ
   トと、ツールの自動チヤツク機構及びツールの駆
   動機構並びに上記第１の継手部材に係合離脱可能
   な第２の継手部材を夫々有する複数のツールヘツ
   ドを上記ロボツトの移動架台の一部にツールヘツ
   ドの支持枠を介して係合離脱機構と共に配設し、
   かつ、上記ロボツトの動作によつて上記ツールヘ
   ツドの支持枠と上記ロボツトの指先部材との間で
   ツールヘツドの１つを選択的に交換可能としたツ
   ールヘツドの交換ステーシヨンと、ツールヘツド
   の自動チヤツク機構に交換装着される複数個のツ
   ールを上記ロボツトの移動架台の一部にツールの
   支持枠を介してツール交換機構と共に配設し、か
   つ、上記ロボツトの動作によつて上記ロボツトに
   装着されたツールヘツドの自動チヤツク機構と上
   記ツールの支持枠との間でツールの１つを選択的
   に交換可能としたツールの交換ステーシヨンと、
   ツールヘツドの交換、ツールの交換及びワークの
   加工に必要な動作を上記ロボツト、ツールヘツド
   の交換ステーシヨン及びツールの交換ステーシヨ
   ンにプログラム指令するコンピユターとを具備し
   たことを特徴とする作業ロボツト装置。