特開 2024-63501 着脱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024063501

(43)【公開日】2024-05-13

(54)【発明の名称】着脱装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240502BHJP

   B23Q 7/04 20060101ALI20240502BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

B23Q7/04 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022171512

(22)【出願日】2022-10-26

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年６月３０日（木）～２０２２年７月２日（土）にＲＯＢＯＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＪＡＰＡＮ ２０２２にて公開。

(71)【出願人】

【識別番号】391003668

【氏名又は名称】トーヨーエイテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 省二

(72)【発明者】

【氏名】坊田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】高田 昌明

(72)【発明者】

【氏名】井口 雄貴

【テーマコード（参考）】

3C033

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C033HH05

3C033HH30

3C707AS05

3C707KS03

3C707KS17

3C707KS31

3C707KV20

3C707KX19

3C707LT12

(57)【要約】

【課題】加工機に対する被着脱具の着脱位置のずれを抑制する。
【解決手段】ワーク着脱装置１は、ワークＷを加工機２に着脱するロボットアーム１０と、ロボットアームに対するワークの保持位置Ｐｒを測定する位置センサ２０と、ロボットアームを制御するコントローラ３０と、を備える。コントローラは、ワークを加工機に着脱するときの加工機に対するロボットアームの到達位置Ｑｒを、基準到達位置Ｑｒ１として記憶する。コントローラは、ロボットアームに対するワークの保持位置を、基準到達位置に対応する基準保持位置Ｐｒ１として記憶する。コントローラは、位置センサにより測定されるロボットアームに対するワークの実保持位置Ｐｒ２が基準保持位置からずれる場合、ワークを加工機に着脱するときの加工機に対するロボットアームの実到達位置Ｑｒ２を、実保持位置と基準保持位置との差分Ｈに基づいて、基準到達位置から補正する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク及び工具の少なくとも一方である被着脱具を加工機に着脱するロボットアームと、
前記ロボットアームに対する前記被着脱具の保持位置を測定する位置センサと、
前記ロボットアームを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記被着脱具を前記加工機に着脱するときの前記加工機に対する前記ロボットアームの到達位置を、基準到達位置として、記憶しており、
前記コントローラは、前記ロボットアームに対する前記被着脱具の前記保持位置を、前記基準到達位置に対応する基準保持位置として、記憶しており、
前記コントローラは、前記位置センサにより測定される前記ロボットアームに対する前記被着脱具の実際の前記保持位置である実保持位置が前記基準保持位置からずれる場合、前記被着脱具を前記加工機に着脱するときの前記加工機に対する前記ロボットアームの実際の前記到達位置である実到達位置を、前記実保持位置と前記基準保持位置との差分に基づいて、前記基準到達位置から補正する、着脱装置。

【請求項2】

請求項１に記載の着脱装置であって、
前記被着脱具は、円柱状又は円筒状であり、
前記位置センサは、接触式センサであって、前記被着脱具の外径及び内径の少なくとも一方である被検知径との接触を検知しており、
前記保持位置は、前記位置センサが前記被検知径の径方向一方側に接触したときの前記ロボットアームの絶対位置と、前記位置センサが前記被検知径の径方向他方側に接触したときの前記ロボットアームの絶対位置と、の中間位置から得られる、着脱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、着脱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークを加工機に着脱するためのロボットアームを備えるワーク着脱装置が、知られている（例えば特許文献１）。

【0003】

この種のワーク着脱装置は、これまで作業者により手動で行われてきた加工機に対するワークの着脱作業を、ロボットアームによって自動で行うことができるので、省人化や生産効率の観点で有利である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－７０１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ロボットアームを用いたワーク着脱装置では、ユーザは、加工機の停止中に、ワークを加工機に着脱するときの加工機に対するロボットアームの到達位置を、基準到達位置としてコントローラに教示する。

【0006】

ロボットアームは、加工機の稼働中、加工機の停止中に教示された基準到達位置に基づいて、自動的に加工機に到達して、ワークを加工機に着脱する。具体的には、ロボットアームは、保持したワークを加工機に取り付けたり、反対にワークを加工機から取り外したりする。

【0007】

しかしながら、気温の変化、ロボットアームのハンドの取付誤差、又は当該ハンドの摩耗などに起因して、ロボットアームに対するワークの保持位置が、当初の位置から変化してしまうことがある。この場合、加工機の停止中に教示された基準到達位置に基づいてロボットアームを加工機に到達させたとしても、ロボットアームに対するワークの保持位置の変化に起因して、加工機に対するワークの着脱位置がずれてしまう。

【0008】

上記課題は、工具を加工機に着脱するためのロボットアームを備える工具着脱装置にも、当てはまる。

【0009】

本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットアームを用いた着脱装置において、加工機に対する被着脱具の着脱位置のずれを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係る着脱装置は、ワーク及び工具の少なくとも一方である被着脱具を加工機に着脱するロボットアームと、前記ロボットアームに対する前記被着脱具の保持位置を測定する位置センサと、前記ロボットアームを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記被着脱具を前記加工機に着脱するときの前記加工機に対する前記ロボットアームの到達位置を、基準到達位置として、記憶しており、前記コントローラは、前記ロボットアームに対する前記被着脱具の前記保持位置を、前記基準到達位置に対応する基準保持位置として、記憶しており、前記コントローラは、前記位置センサにより測定される前記ロボットアームに対する前記被着脱具の実際の前記保持位置である実保持位置が前記基準保持位置からずれる場合、前記被着脱具を前記加工機に着脱するときの前記加工機に対する前記ロボットアームの実際の前記到達位置である実到達位置を、前記実保持位置と前記基準保持位置との差分に基づいて、前記基準到達位置から補正する。

【0011】

位置センサにより測定されるロボットアームに対する被着脱具の実保持位置が、基準保持位置からずれる場合、何も策を講じなければ、すなわち加工機に対するロボットアームの実到達位置が、基準到達位置と同じままであれば、加工機に対する被着脱具の着脱位置がずれてしまう。

【0012】

かかる構成によれば、位置センサにより測定されるロボットアームに対する被着脱具の実保持位置が、基準保持位置からずれる場合、加工機に対するロボットアームの実到達位置を、実保持位置と基準保持位置との差分に基づいて、基準到達位置から補正する。

【0013】

換言すると、ロボットアームによる被着脱具の実保持位置の基準保持位置に対するずれ量、すなわち加工機に対する被着脱具の着脱位置のずれ量を、加工機へのロボットアームの実到達位置を基準到達位置に対してずらすことによって、緩和する。

【0014】

このように、ロボットアームを用いた着脱装置において、加工機に対する被着脱具の着脱位置のずれを抑制することができる。

【0015】

一実施形態では、前記被着脱具は、円柱状又は円筒状であり、前記位置センサは、接触式センサであって、前記被着脱具の外径及び内径の少なくとも一方である被検知径との接触を検知しており、前記保持位置は、前記位置センサが前記被検知径の径方向一方側に接触したときの前記ロボットアームの絶対位置と、前記位置センサが前記被検知径の径方向他方側に接触したときの前記ロボットアームの絶対位置と、の中間位置から得られる。

【0016】

かかる構成によれば、ロボットアームに対する被着脱具の保持位置の基準を、被着脱具の中心軸に一致させることができるので、ロボットアームの制御を簡易にすることができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、ロボットアームを用いた着脱装置において、加工機に対する被着脱具の着脱位置のずれを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、ワーク着脱装置を示す（基準到達位置の教示）。

【図2】図２は、ワーク着脱装置を示す（基準保持位置の教示）。

【図3】図３は、ワーク着脱装置を示す（実保持位置の測定）。

【図4】図４は、ワーク着脱装置を示す（実到達位置の補正）。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0020】

（ワーク着脱装置の構成）
図１，２は、着脱装置としてのワーク着脱装置１を示す。詳細は後述するが、図１は、被着脱具としてのワークＷが内面研削盤２側に位置する状態を示し、図２は、ワークＷが位置センサ２０側に位置する状態を示す。

【0021】

図１に示すように、ワーク着脱装置１は、加工機（工作機械）としての内面研削盤２に適用されている。ワークＷは、円筒状である。内面研削盤２は、チャック機構２ａと、砥石２ｂと、スピンドル２ｃと、を備える。チャック機構２ａは、ワークＷをチャックする。砥石２ｂは、スピンドル２ｃに回転一体に取り付けられている。内面研削盤２は、砥石２ｂが取り付けられたスピンドル２ｃを回転させることによって、チャック機構２ａにチャックされたワークＷの内周面（内径）を、研削する。内面研削盤２は、ベース３に固定されている。

【0022】

ワーク着脱装置１は、ロボットアーム１０と、位置センサ２０と、コントローラ３０と、を備える。ロボットアーム１０は、ワークＷを、内面研削盤２のチャック機構２ａに着脱する。具体的には、ロボットアーム１０は、保持したワークＷを内面研削盤２のチャック機構２ａに取り付けたり、反対にワークＷを内面研削盤２のチャック機構２ａから取り外したりする。ロボットアーム１０は、ワークＷを、内面研削盤２と位置センサ２０との間で移動させる。

【0023】

ロボットアーム１０は、ボディ部１１と、アーム部１２と、ハンド部１３と、を含む。ボディ部１１は、ベース３に固定されている。アーム部１２は、多関節構造であり、互いに関節式且つ直列に連結された複数の部材で構成されている。アーム部１２の基端部は、ボディ部１１に関節式で固定されている。ハンド部１３は、アーム部１２の先端部に固定されている。ハンド部１３は、ロボットアーム１０の先端部を構成する。ロボットアーム１０のハンド部１３は、ワークＷを保持する。

【0024】

位置センサ２０は、接触式センサである。具体的には、位置センサ２０は、タッチプローブセンサである。位置センサ２０は、保持部材４を介してベース３に固定されている。位置センサ２０は、ロボットアーム１０（特にボディ部１１）よりも内面研削盤２から離れた位置にある。

【0025】

図２に示すように、位置センサ２０は、ロボットアーム１０のハンド部１３に対するワークＷの径方向Ｒにおける保持位置Ｐｒを、測定する。位置センサ２０は、円筒状のワークＷの内径ｄを、被検知径とする。位置センサ２０は、円筒状のワークＷの内径ｄとの接触を検知する。

【0026】

ロボットアーム１０に対するワークＷの径方向Ｒにおける保持位置Ｐｒは、位置センサ２０がワークＷの内径ｄの径方向Ｒの一方側ｄ１に接触したときのロボットアーム１０のハンド部１３の第１絶対位置Ｒ１と、位置センサ２０がワークＷの内径ｄの径方向Ｒの他方側ｄ２に接触したときのロボットアーム１０のハンド部１３の第２絶対位置Ｒ２と、の中間位置Ｒ０から得られる。中間位置Ｒ０は、ワークＷの中心軸に一致する。径方向Ｒにおける保持位置Ｐｒは、ロボットアーム１０のハンド部１３に対するワークＷの中心軸の相対位置である。

【0027】

ロボットアーム１０のハンド部１３の絶対位置Ｒ１，Ｒ２は、例えば、ロボットアーム１０に内蔵された位置センサ（図示せず）によって、測定される。ロボットアーム１０のハンド部１３の絶対位置Ｒ１，Ｒ２は、例えば、アーム部１２の送り量などから得られる。

【0028】

なお、径方向Ｒは、図１における左右方向で例示されているが、図１における紙面垂直方向でもよいし、図１における左右方向と紙面垂直方向との間の方向でもよいし、図１における左右方向及び紙面垂直方向の両方でもよい。なお、実際のところ、図１における左右方向を第１径方向、図１における紙面垂直方向を第２径方向として、第１径方向及び第２径方向の両方について、測定及び制御がなされることが好ましい。

【0029】

また、軸方向Ｚについても、測定及び制御がなされることが好ましい。詳細に図示しないが、ワークＷの軸方向Ｚにおける保持位置は、位置センサ２０がワークＷの軸方向Ｚの端面Ｗａに接触したときのロボットアーム１０のハンド部１３の絶対位置から、得られてもよい。

【0030】

コントローラ３０は、マイコン及びプログラム等で構成されており、ロボットアーム操作ボックスなどと呼ばれる。コントローラ３０は、ロボットアーム１０に接続されている。コントローラ３０は、ロボットアーム１０を制御する。

【0031】

（ワーク着脱装置の制御）
以下、ワーク着脱装置１の制御について、図１～４を参照しながら説明する。また、制御方向として、半径方向Ｒを例示する。

【0032】

先ず、図１に示すように、コントローラ３０は、ワークＷを内面研削盤２（具体的にはチャック機構２ａ、以下同じ）に着脱するときの内面研削盤２に対するロボットアーム１０（具体的にはハンド部１３、以下同じ）の到達位置Ｑｒを、基準到達位置Ｑｒ１として、記憶する。到達位置Ｑｒは、内面研削盤２のチャック機構２ａに対するロボットアーム１０のハンド部１３の相対位置である。到達位置Ｑｒは、保持位置Ｐｒの場合と同様に、ロボットアーム１０の絶対位置から得られる。

【0033】

基準到達位置Ｑｒ１は、ユーザによって、コントローラ３０に対して教示される。基準到達位置Ｑｒ１の教示は、内面研削盤２の停止中に行われる。コントローラ３０は、ユーザにより教示された基準到達位置Ｑｒ１を、記憶する。

【0034】

次に、図２に示すように、コントローラ３０は、ロボットアーム１０に対するワークＷの保持位置Ｐｒを、基準保持位置Ｐｒ１として、記憶する。基準保持位置Ｐｒ１は、基準到達位置Ｑｒ１に対応する。保持位置Ｐｒは、上述したように、中間位置Ｒ０から得られる（図２参照）。

【0035】

基準保持位置Ｐｒ１は、ユーザによって、コントローラ３０に対して教示される。基準保持位置Ｐｒ１の教示は、内面研削盤２の停止中に行われる。コントローラ３０は、ユーザにより教示された基準保持位置Ｐｒ１を、記憶する。以上で、内面研削盤２の稼働準備が完了する。

【0036】

次に、内面研削盤２を稼働する。図３に示すように、内面研削盤２の稼働中、位置センサ２０は、ロボットアーム１０に対するワークＷの実際の保持位置Ｐｒである実保持位置Ｐｒ２を、測定する。

【0037】

位置センサ２０による実保持位置Ｐｒ２の測定は、内面研削盤２によるワークＷの加工前、又は内面研削盤２によるワークＷの加工後、に行われる。換言すると、位置センサ２０による実保持位置Ｐｒ２の測定は、複数のワークＷの加工サイクルの中で、内面研削盤２に対してワークＷを入れ替える途中で行われる。

【0038】

図４に示すように、コントローラ３０は、位置センサ２０により測定されるロボットアーム１０に対するワークＷの実保持位置Ｐｒ２が基準保持位置Ｐｒ１からずれる場合（図３参照）、ワークＷを内面研削盤２に着脱するときの内面研削盤２に対するロボットアーム１０の実際の到達位置Ｑｒである実到達位置Ｑｒ２を、実保持位置Ｐｒ２と基準保持位置Ｐｒ１との差分Ｈに基づいて、基準到達位置Ｑｒ１から補正する。

【0039】

例えば、コントローラ３０は、実保持位置Ｐｒ２が基準保持位置Ｐｒ１に対してＨ[μｍ]ずれた場合、実到達位置Ｑｒ２を基準到達位置Ｑｒ１に対してＨ[μｍ]ずらす（補正する）。なお、実到達位置Ｑｒ２を基準到達位置Ｑｒ１に対してＨ[μｍ]ぴったりにずらす必要はなく、多少差異があってもよい。

【0040】

（作用効果）
位置センサ２０により測定されるロボットアーム１０に対するワークＷの実保持位置Ｐｒ２が、基準保持位置Ｐｒ１からずれる場合、何も策を講じなければ、すなわち内面研削盤２に対するロボットアーム１０の実到達位置Ｑｒ２が、基準到達位置Ｑｒ１と同じままであれば、内面研削盤２に対するワークＷの着脱位置がずれてしまう。

【0041】

内面研削盤２に対するワークＷの着脱位置がずれると、ワークＷを内面研削盤２に上手く着脱できなくなるので、再び内面研削盤２を停止して、ユーザによるコントローラ３０に対する基準保持位置Ｐｒ１及び基準到達位置Ｑｒ１の再教示を行う必要がある。

【0042】

基準保持位置Ｐｒ１及び基準到達位置Ｑｒ１の再教示は、その時間に内面研削盤２によるワークＷの加工ができないので、生産効率の観点で非効率である。また、基準保持位置Ｐｒ１及び基準到達位置Ｑｒ１の再教示は、ユーザにより行われる必要があるので、ユーザの負担が大きい。

【0043】

本実施形態によれば、位置センサ２０により測定されるロボットアーム１０に対するワークＷの実保持位置Ｐｒ２が、基準保持位置Ｐｒ１からずれる場合、内面研削盤２に対するロボットアーム１０の実到達位置Ｑｒ２を、実保持位置Ｐｒ２と基準保持位置Ｐｒ１との差分Ｈに基づいて、基準到達位置Ｑｒ１から補正する。

【0044】

換言すると、ロボットアーム１０によるワークＷの実保持位置Ｐｒ２の基準保持位置Ｐｒ１に対するずれ量、すなわち内面研削盤２に対するワークＷの着脱位置のずれ量を、内面研削盤２へのロボットアーム１０の実到達位置Ｑｒ２を基準到達位置Ｑｒ１に対してずらすことによって、緩和する。

【0045】

このように、ロボットアーム１０を用いたワーク着脱装置１において、内面研削盤２に対するワークＷの着脱位置のずれを抑制することができる。

【0046】

これにより、基準保持位置Ｐｒ１及び基準到達位置Ｑｒ１の再教示を極力行わなくて済むようになるので、内面研削盤２によるワークＷの加工時間を長くして生産効率を向上させることができるとともに、ユーザによる再教示の負担を低減することができる。

【0047】

気温の変化、ロボットアーム１０のハンド部１３の取付誤差、又はハンド部１３の摩耗などに起因して、ロボットアーム１０に対するワークＷの保持位置Ｐｒが当初の位置から変化した場合に、特に有効である。

【0048】

また、複数の種類のワークＷを加工する場合において、ロボットアーム１０のハンド部１３に対して、互いに径の異なるワークＷを前後で入れ替える場合（段替えの場合）にも、有効である。

【0049】

本実施形態では、ロボットアーム１０に対するワークＷの保持位置Ｐｒを、ワークＷの内径ｄの一方側ｄ１と他方側ｄ２との中間に、設定している。これにより、ロボットアーム１０に対するワークＷの保持位置Ｐｒの基準を、ワークＷの中心軸に一致させることができるので、ロボットアーム１０の制御を簡易にすることができる。

【0050】

位置センサ２０が、ロボットアーム１０よりも内面研削盤２から離れた位置にあるので、内面研削盤２がワークＷを加工した際に生じる切粉等は、位置センサ２０に当たりにくくなる。このため、位置センサ２０の測定精度を高める上で有利に働く可能性がある。

【0051】

（その他の実施形態）
以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

【0052】

位置センサ２０は、ワークＷの外径Ｄを、被検知径としてもよい。すなわち、位置センサ２０は、ワークＷの外径Ｄとの接触を検知してもよい。また、位置センサ２０は、ワークＷの内径ｄ及び外径Ｄの両方を、被検知径としてもよい。

【0053】

基準到達位置Ｑｒ１の教示及び基準保持位置Ｐｒ１の教示は、内面研削盤２の稼働中に行われてもよい。

【0054】

ワークＷは、円筒状に限定されず、円柱状でもよい。ワークＷは、多角形状でもよい。ワークＷは、その他の種々の形状が適用され得る。

【0055】

位置センサ２０は、ロボットアーム１０よりも内面研削盤２の近くに位置してもよい。この場合、位置センサ２０は、内面研削盤２によりワークＷを加工する際の熱影響をも考慮することによって、高い測定精度を得ることができる可能性がある。

【0056】

位置センサ２０は、タッチプローブセンサに限定されず、その他の接触式センサでもよい。また、位置センサ２０は、非接触式センサでもよい。

【0057】

軸方向ＺにおけるワークＷの測定位置は、１箇所でもよい。ワークＷの位置を３箇所以上測定することによって、ワークＷの傾きを、測定、計算、補正してもよい。

【0058】

加工機２は、内面研削盤に限定されず、外面研削盤でもよい。加工機２は、旋盤でもよい。加工機２は、フライス盤でもよい。加工機２は、その他の種々の工作機械が適用され得る。

【0059】

本開示は、工具（図示せず）を加工機２に着脱するためのロボットアーム１０を備える工具着脱装置にも、適用され得る。この場合、被着脱具は、工具である。すなわち、被着脱具は、ワーク及び工具の少なくとも一方であればよい。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本開示は、着脱装置に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。

【符号の説明】

【0061】

Ｗ ワーク（被着脱具）
Ｒ 径方向
Ｐｒ 保持位置
Ｐｒ１ 基準保持位置
Ｐｒ２ 実保持位置
Ｑｒ 到達位置
Ｑｒ１ 基準到達位置
Ｑｒ２ 実到達位置
Ｒ０ 中間位置
Ｒ１ 第１絶対位置
Ｒ２ 第２絶対位置
ｄ 内径（被検知径）
ｄ１ 一方側
ｄ２ 他方側
Ｄ 外径（被検知径）
Ｈ 差分
１ ワーク着脱装置（着脱装置）
２ 内面研削盤（加工機）
１０ ロボットアーム
２０ 位置センサ
３０ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】