JP6787688B2

JP6787688B2 - 工作機械

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Publication number: JP6787688B2
Application number: JP2016098071A
Authority: JP
Inventors: 章一森村
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Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2020-11-18
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Description

本発明は、１以上のロボットを有した工作機械に関する。

近年、工作機械の自動化や高性能化に対する要求は、ますます高くなっている。自動化を実現するために、工具を自動的に交換するためのオートツールチェンジャ（ＡＴＣ）や、ワークが搭載されたパレットを自動的に交換するオートパレットチェンジャ（ＡＰＣ）などといった自動交換装置が提案されている。また、ローダやバーフィーダなどといったワーク供給装置などの周辺装置も広く知られている。また、高性能化を実現するために、センサを用いての機内計測や知能化などが行われている。

さらに、工作機械の自動化や高性能化を図るために、一部では、ロボットを利用することが提案されている。例えば、特許文献１には、工作機械の外に設置されたロボットを用いて、工作機械へのワークの着脱を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、工作機械の上部に取り付けられたガントリレール上に走行する多関節ロボットを設け、当該多関節ロボットで、複数の工作機械間のワークの搬送等を行う技術が開示されている。さらに、特許文献３，４には、把持器の開閉動作によりワークの搬送を行う、ワークの搬送具が開示されている。この搬送具は、アーム状であり、本体機能箱に取り付けられている。また、当該本体機能箱は、主軸を支持する主軸頭の右側部に設けられている。搬送具は、主軸の長軸と略直交する軸回りに旋回可能となっている。そして、搬送具は、旋回することで、そのアームが略水平となる状態と、略垂直となる状態と、に変化できるようになっている。

特開２０１０−３６２８５号公報特開２０１０−６４１５８号公報特開平５−３０１１４１号公報特開平５−３０１１４２号公報

しかしながら、従来の技術では、原則として、一つのロボットは、一つのエンドエフェクタしか有していなかった。そのため、異なる二種類以上の作業、例えば、センシングと物品把持等を行いたい場合には、複数のロボットを設ける必要があった。しかし、ロボットを複数設けた場合、コスト増加や工作機械のサイズアップという別の問題を招く。

そこで、本発明では、コストやサイズの増加を抑えつつ、様々な作業が行える工作機械を提供することを目的とする。

本発明の工作機械は、工作機械の接地面に対して移動可能な移動体と、前記移動体に取り付けられ、当該移動体とともに移動可能で、２自由度以上の自由度を有したシリアルマニピュレータ型の１以上のロボットと、を備え、前記ロボットは、関節を介して一列に連結される複数のアームと、１以上の関節を挟んで互いに異なる位置に設けられた２以上のエンドエフェクタを備え、前記２以上のエンドエフェクタのうちの少なくとも一つは、１以上の前記関節を介して連結された異なる２つの前記アームに設けられた一対の把持部を有し、前記一対の把持部で物品を挟持する把持装置である、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記移動体の自由度と、前記２以上のエンドエフェクタのうち最も先端側に位置するエンドエフェクタ以外のエンドエフェクタの中の少なくとも一つの前記ロボット内での自由度と、の合計が３自由度以上である。

他の好適な態様では、一つのエンドエフェクタは、当該一つのエンドエフェクタよりも先端側に位置するエンドエフェクタよりも、その出力トルクおよび重量の少なくとも一方が大きい。

他の好適な態様では、前記移動体は、加工室内に設けられ、当該加工室内で移動可能である。この場合、前記移動体は、ワークを切削加工する工具を保持する工具主軸または刃物台である、ことが望ましい。また、前記２以上のエンドエフェクタのうちの少なくとも一つは、前記工具による前記ワークの加工中に前記ワークまたは前記工具にアクセス可能である、ことも望ましい。

本発明によれば、ロボットが、１以上の関節を挟んで互いに異なる位置に設けられた２以上のエンドエフェクタを備えるため、コストやサイズの増加を抑えつつ、様々な作業が行える。また、ロボットは、移動体に取り付けられているため、エンドエフェクタのロボット内での自由度が低くても、エンドエフェクタのアクセス可能範囲を十分に確保できる。

本発明の実施形態である工作機械の構成を示す図である。機内ロボット周辺の斜視図である。機内ロボット周辺の斜視図である。他の機内ロボット周辺の斜視図である。他の機内ロボット周辺の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である工作機械１０の概略構成を示す図である。以下の説明では、ワーク主軸３２の回転軸方向をＺ軸、Ｚ軸に直交する鉛直方向をＸ軸、Ｚ軸およびＸ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。なお、以下の説明において、「アクセスする」とは、エンドエフェクタ４６が、エンドエフェクタ４６の動作の目的を達成できる位置まで対象物に接近することを意味する。したがって、エンドエフェクタ４６が、接触して温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４６が対象物に接触する位置まで接近することである。また、エンドエフェクタ４６が、非接触で温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４６が対象物の温度が検知できる位置まで対象物に接近することである。

この工作機械１０は、工具でワーク１１０を切削加工する機械である。より具体的に説明すると、工作機械１０は、ワーク１１０を回転させながら旋削工具１０２を当ててワーク１１０を切削する旋削機能と、回転工具１００でワーク１１０を切削する転削機能と、を有した複合加工機である。工作機械１０の本体部１２の周囲は、カバー（図示せず）で覆われている。このカバーで区画される空間が、ワーク１１０の加工が行われる加工室となる。カバーには、少なくとも一つの開口部と、当該開口部を開閉するドア（いずれも図示せず）と、が設けられている。オペレータは、この開口部を介して、工作機械１０の本体部１２やワーク１１０等にアクセスする。加工中、開口部に設けられたドアは、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。

本体部１２は、ワーク１１０を自転可能に保持するワーク主軸装置１４と、回転工具１００を自転可能に保持する工具主軸装置１６と、旋削工具１０２を保持する刃物台１８と、を備えている。ワーク主軸装置１４は、基台２２に設置された主軸台３０と、当該主軸台３０に取り付けられたワーク主軸３２と、を備えている。ワーク主軸３２は、ワーク１１０を着脱自在に保持するチャック３３やコレットを備えており、保持するワーク１１０を適宜、交換できる。また、ワーク主軸３２は、水平方向（図１におけるＺ軸方向）に延びるワーク回転軸Ｒｗを中心として自転する。

工具主軸装置１６は、工作機械の接地面に対して移動可能な移動体として機能する。この工具主軸装置１６は、転削用の工具（回転工具１００）、例えば、フライスやエンドミルと呼ばれる工具を自転可能に保持するもので、その内部に駆動モータ等を内蔵した主軸ヘッド３６と、当該主軸ヘッド３６に取り付けられた工具主軸３８と、を備えている。工具主軸３８は、回転工具１００を着脱自在に保持するクランパを備えており、必要に応じて保持する回転工具１００を交換できる。また、工具主軸３８は、垂直方向（図１におけるＸ軸方向）に延びる工具回転軸Ｒｔを中心として自転する。

また、主軸ヘッド３６には、機内ロボット２０が取り付けられている。この機内ロボット２０は、加工の補助や、各種センシング、補助的作業等に用いられる。この機内ロボット２０の構成や機能については、後に詳説する。

さらに、主軸ヘッド３６は、当該主軸ヘッド３６を通るとともにＹ軸方向に延びる揺動軸Ｓｔ（図２参照）回りに揺動可能となっている。そして、主軸ヘッド３６が、揺動軸Ｓｔ回りに揺動することで、回転工具１００や、機内ロボット２０の姿勢が変化する。

主軸ヘッド３６は、中台２８に取り付けられている。この中台２８は、Ｘ軸ガイドレール（図示せず）を介してコラム２６に取り付けられており、コラム２６に対して昇降自在（Ｘ方向に移動可能）となっている。また、コラム２６は、Ｙ軸ガイドレールを介してサドル２４に取り付けられており、サドル２４に対してＹ軸方向に移動可能となっている。さらに、サドル２４は、Ｚ軸ガイドレールを介して基台２２に取り付けられており、基台２２に対してＺ軸方向に移動可能となっている。そして、このサドル２４、コラム２６、中台２８を適宜、移動させることで、工具主軸装置１６、ひいては、工具主軸装置１６に取り付けられた回転工具１００や機内ロボット２０が、所望の位置に直線移動する。また、これまでの説明で明らかな通り、工具主軸装置１６は、３軸方向への平行移動と、揺動軸Ｓｔ回りの回転が可能であり、４自由度を有していると言える。

刃物台１８は、旋削工具１０２、例えば、バイトと呼ばれる工具を保持する。この刃物台１８は、Ｘ軸ガイドレールを介して下サドル１９に取り付けられ、下サドル１９に対して昇降自在（Ｘ方向に移動可能）になっている。下サドル１９は、Ｚ軸ガイドレールを介して、基台２２に取り付けられており、Ｚ軸方向に移動可能となっている。結果として、旋削工具１０２は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

制御装置３４は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。この制御装置３４は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、で構成される。また、制御装置３４は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置３４は、例えば、工具１００，１０２やワーク１１０の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置３４は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。

次に、工具主軸装置１６に取り付けられた機内ロボット２０について図２、図３を参照して説明する。図２、図３は、機内ロボット２０周辺の斜視図である。図２に示す通り、機内ロボット２０は、複数のアーム４２ａ〜４２ｃと、複数の関節４４ａ〜４４ｃを有した多関節ロボットである。別の見方をすれば機内ロボット２０は、複数のアーム４２ａ〜４２ｃと、複数の関節４４ａ〜４４ｃとが、連続して連結されたシリアルマニピュレータである。この機内ロボット２０は、連結部４０を介して主軸ヘッド３６に取り付けられている。本実施形態の主軸ヘッド３６は、略円筒形をしており、その中心軸は、工具回転軸Ｒｔと一致している。この主軸ヘッド３６は、既述した通り、３軸方向への平行移動と、揺動軸Ｓｔ回りの回転と、が可能となっている。

機内ロボット２０は、第一〜第三アーム４２ａ〜４２ｃ（以下、第一〜第三を区別しない場合は、添字のアルファベットを省略して「アーム４２」とのみ言う。他部材においても同じ）と、これらの端部に設けられた第一〜第三関節４４ａ〜４４ｃと、第一、第二エンドエフェクタ４６ａ，４６ｂと、を備えている。第一アーム４２ａの基端は、第一関節４４ａを介して連結部４０に、第二アーム４２ｂの基端は、第二関節４４ｂを介して第一アーム４２ａの先端に、第三アーム４２ｃの基端は、第三関節４４ｃを介して第二アーム４２ｂの先端に、それぞれ接続されている。第一〜第三関節４４ａ〜４４ｃは、いずれも、Ｙ軸回り（工具回転軸Ｒｔに直交する方向）の揺動軸を有しており、各アーム４２は、当該揺動軸を中心として揺動する。したがって、機内ロボット２０は、一軸回りの回転を許容する関節を三つ有しており、機内ロボット２０全体としては、３自由度を有していると言える。

第一〜第三関節４４ａ〜４４ｃには、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置３４により制御される。制御装置３４は、各関節４４ａ〜４４ｃに設けられたアクチュエータの駆動量から、後述する第一、第二エンドエフェクタ４６ａ，４６ｂの位置を算出する。

第一アーム４２ａの先端には、第一エンドエフェクタ４６ａが、第三アーム４２ｃの先端には、第二エンドエフェクタ４６ｂが、設けられている。第一エンドエフェクタ４６ａは、対象物を保持する保持装置である。保持装置は、接離自在の一対の把持部材で対象物を挟持するハンド機構でもよいし、磁力や吸引力を利用して対象物を保持する機構でもよい。図２では、第一エンドエフェクタ４６ａの一例として、ハンド機構の保持装置を図示している。

また、第二エンドエフェクタ４６ｂは、対象物や対象物の周辺環境に関する情報をセンシングするセンサである。なお、対象物としては、例えば、工具主軸装置１６で保持されている転削工具１００や、ワーク主軸装置１４で保持されているワーク１１０、刃物台１８で保持されている旋削工具１０２等が挙げられる。そして、第二エンドエフェクタ４６ｂは、例えば、対象物への接触の有無を検知する接触センサや、対象物までの距離を検知する距離センサ、対象物の振動を検知する振動センサ、対象物から付加される圧力を検知する圧力センサ、対象物の温度を検知するセンサ等である。これらセンサでの検知結果は、関節４４ａ〜４４ｃの駆動量から算出される第二エンドエフェクタ４６ｂの位置情報と関連付けて記憶され、解析される。例えば、第二エンドエフェクタ４６ｂが、接触センサの場合、制御装置３４は、対象物への接触を検知したタイミングと、そのときの位置情報と、に基づいて、対象物の位置や形状、動きを解析する。

ただし、ここで説明した構成は、一例であり、１以上の関節を挟んで互いに異なる位置に設けられた２以上のエンドエフェクタ４６を有するのであれば、各エンドエフェクタ４６の位置、構成等は、適宜、変更されてもよい。

例えば、エンドエフェクタ４６は、上述したセンサや保持装置の他、ワーク１１０に押し当てられて、当該ワーク１１０の振動を抑制するローラ装置でもよい。また、別の形態として、エンドエフェクタ４６は、加工を補助するための流体を出力する装置でもよい。具体的には、エンドエフェクタ４６は、切粉を吹き飛ばすためのエアや、工具１００，１０２またはワーク１１０を冷却するための冷却用流体（切削油や切削水等）を放出する装置でもよい。また、エンドエフェクタ４６は、ワーク造形のためエネルギまたは材料を放出する装置でもよい。したがって、エンドエフェクタ４６は、例えば、レーザやアークを放出する装置でもよいし、積層造形のために材料を放出する装置でもよい。さらに別の形態として、エンドエフェクタ４６は、対象物を撮影するカメラでもよい。

また、エンドエフェクタ４６が働きかける対象物は、加工室内にあるものであれば、特に限定されない。したがって、対象物は、工具主軸３８に保持される回転工具１００でもよいし、ワーク主軸装置１４に保持されているワーク１１０でもよい。また、対象物は、刃物台１８に保持されている旋削工具１０２でもよい。さらに、対象物は、工具１００，１０２およびワーク１１０以外のもの、例えば、加工室内に飛散した切粉や、ワーク１１０に組み付けられる部品、工作機械１０の構成部品（ワーク主軸３２のチャック３３や、工具主軸３８のコレット等）でもよい。

ただし、複数のエンドエフェクタ４６の少なくとも一つは、工具１００，１０２によるワーク１１０の加工中にワーク１１０または工具１００，１０２にアクセス可能である、ことが望ましい。かかる構成とすることで、後に説明するように、機内ロボット２０が、工具１００，１０２によるワーク１１０の加工の補助、加工中における工具１００，１０２またはワーク１１０に関するセンシングを実行できる。

一つの機内ロボット２０に搭載されるエンドエフェクタの数は、２以上であれば限定されず、３つや４つでもよい。また、２以上のエンドエフェクタの種類は、全て異なっていてもよいし、一部、または、全て同じでもよい。したがって、例えば、第一アーム４２ａの先端に設けられた第一エンドエフェクタ４６ａ、および、第三アーム４２ｃの先端に設けられた第二エンドエフェクタ４６ｂを、両方とも、保持装置（またはセンサ）としてもよい。また、第一、第二エンドエフェクタ４６ａ，４６ｂに加えて、さらに、第二アーム４２ｂにも、エンドエフェクタを設けてもよい。また、本実施形態では、三関節・三アームのロボットとしているが、関節・アームを四つ以上設け、エンドエフェクタ４６を４つ以上、設けるようにしてもよい。

また、一つのエンドエフェクタ４６は、２以上のアーム４２に跨って設けられてもよい。例えば、図４、図５に示すように、エンドエフェクタ４６は、第一アーム４２ａに設けられた第一把持部４８ａと、第二アームに設けられた第二把持部４８ｂとで、物品（図示例ではワーク１１０）を挟持する把持装置でもよい。なお、この場合、第一、第二把持部４８ａ，４８ｂが設けられる二つのアーム４２は、１以上の関節を介して連結されるのであれば、必ずしも、隣接していなくてもよい。

いずれにしても、一つの機内ロボット２０に２以上のエンドエフェクタ４６を設けることで、コストやサイズの増加を抑えつつ、様々な作業が行える。ところで、一つの機内ロボット２０に２以上のエンドエフェクタ４６を設けた場合、一部のエンドエフェクタは、基端近傍に配置されることになる。かかる機内ロボット２０の基端近傍は、どうしても、自由度が低くなる。例えば、第一エンドエフェクタ４６ａは、第一アーム４２ａに取り付けられており、機内ロボット２０内での自由度は低い。この場合、第一エンドエフェクタ４６ａのアクセス可能範囲が狭くなるおそれがある。しかし、本実施形態では、機内ロボット２０を移動体である工具主軸装置１６に設けている。そのため、第一エンドエフェクタ４６ａの自由度は、当該第一エンドエフェクタ４６ａの機内ロボット２０内での自由度（１自由度）に、工具主軸装置１６の自由度（４自由度）を加算した値となり、合計で５自由度となる。つまり、機内ロボット２０を移動体に取り付けることにより、一部のエンドエフェクタ４６が、基端近傍に配置されたとしても、その自由度を高く保つことができ、そのアクセス可能範囲を広く保つことができる。なお、十分な自由度を保つためには、複数のエンドエフェクタ４６のうち最も先端側に位置するエンドエフェクタ以外のエンドエフェクタの中の少なくとも一つのロボット内での自由度と、移動体の自由度と、の合計が３自由度以上であることが望ましい。

また、機内ロボット２０が取り付けられる移動体は、工作機械の接地面に対して移動可能な移動体であれば特に限定されない。ただし、加工室内で様々な作業を行うことを考慮すれば、機内ロボット２０が取り付けられる移動体は、加工室内に設けられ、加工室内で移動可能な移動体であることが望ましい。かかる移動体としては、例えば、オートツールチェンジ装置や、オートパレットチェンジ装置、フライス装置やマシニングセンタに設けられた工具主軸装置、旋盤装置に設けられた刃物台や対向主軸台等が挙げられる。また、工作機械が、例えば、レーザ加工機や放電装置である場合、機内ロボット２０は、レーザ加工機のレーザヘッド、放電装置の放電ヘッド等に取り付けられてもよい。また、工作機械が、材料を放射して形状を積層造形する積層造形装置の場合には、材料を放射する放射ヘッドに、工作機械が、プレス加工機や鍛造等の成形加工装置の場合には、プレス金型等を移動可能に保持した加工ヘッドに、機内ロボット２０を取り付けてもよい。

なお、機内ロボット２０が、工具１００，１０２によるワーク１１０の加工の補助、加工中における工具１００，１０２またはワーク１１０に関するセンシングを実行するためには、機内ロボット２０は、工具主軸装置１６または刃物台１８に取り付けられることが望ましい。工具主軸装置１６または刃物台１８は、いずれも、工具１００，１０２およびワーク１１０に接近可能に構成されている。そのため、かかる工具主軸装置１６に機内ロボット２０を設ければ、エンドエフェクタ４６が、工具１００，１０２またはワーク１１０にアクセスでき、加工の補助およびセンシングが可能となる。

ところで、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、第一アーム４２ａに第一エンドエフェクタ４６ａを、第三アーム４２ｃに第二エンドエフェクタ４６ｂを設けている。かかる配置としたのは、第一エンドエフェクタ４６ａのほうが、第二エンドエフェクタ４６ｂよりも、出力トルクが大きく、また、重量が大きいためである。すなわち、通常、出力トルクが大きいエンドエフェクタ４６は、その駆動機構が大型化、大重量化しやすく、また、駆動時に対象物から受ける反力も大きくなる。そのため、出力トルクが大きい、または、重量が大きいエンドエフェクタ４６は、できるだけ、剛性の高い部材で、安定して保持されることが望ましい。そして、機内ロボット２０では、基端側に近いほど、アームを太くして剛性を高くしやすく、また、モーメントが小さいため、安定している。かかる基端寄り位置に出力トルクが大きく、また、重量が大きい第一エンドエフェクタ４６ａを配置することで、より大きな力を出力することができる。一方、第二エンドエフェクタ４６ｂは、センサであり、出力トルクは、ゼロであり、また、重量は、小さい。かかる第二エンドエフェクタ４６ｂは、機内ロボット２０の先端に設けても問題ない。なお、本実施形態に限らず、複数のエンドエフェクタ４６を設ける場合には、一つのエンドエフェクタは、当該一つのエンドエフェクタよりも先端側に位置するエンドエフェクタよりも、その出力トルクおよび重量の少なくとも一方が大きい、ことが望ましい。

次に、上述したような機内ロボット２０の動作例について説明する。図１、図２に例示した機内ロボット２０は、図１に示すように、センサである第二エンドエフェクタ４６ｂで、回転工具１００の状態（例えば形状等）をセンシングすることができる。また、図２に示すように、保持装置である第一エンドエフェクタ４６ａで、ワーク１１０を保持して、搬送することもできる。

また、機内ロボット２０は、搭載するエンドエフェクタ４６の種類を変更することで、種々の用途に用いることができる。例えば、機内ロボット２０は、ワーク１１０を加工している間、当該加工を補助してもよい。具体的には、例えば、機内ロボット２０は、加工中、ワーク１１０および工具１００，１０２の少なくとも一方を、支持する。これにより、低剛性のワーク１１０／工具１００，１０２の振動等を抑制できる。回転保持されるワーク１１０／工具１００を支持する際には、当該回転を阻害しないように、エンドエフェクタ４６には、ローラが設けられることが望ましい。

また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中、ワーク主軸装置１４に替わって、ワーク１１０を保持してもよい。これにより、加工中、ワーク１１０の姿勢を自由に変化させることができ、複雑な形状の加工が可能になる。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中、ワーク１１０や工具１００，１０２に振動を付与するようにしてもよい。これにより、振動を付与しながら切削を行う特殊な加工が可能となる。さらに、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中、冷却用の流体（切削油、切削水）や、切粉除去のためのエアを放出してもよい。その位置や姿勢を自由に変更できる機内ロボット２０で冷却用流体またはエアを放出すれば、ワーク１１０および工具１００，１０２の切削性や温度を、より自由にコントロールできる。

また、機内ロボット２０は、例えば、ワーク１１０を加工している間、または、加工の前後において、各種センシングを行ってもよい。具体的には、例えば、機内ロボット２０で、切削状態（加工面精度や切粉の状態）を監視してもよい。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中に、ワーク１１０や、工具１００，１０２の状態、例えば、温度や振動、ひずみ等をセンシングし、制御装置３４に出力してもよい。この場合、制御装置３４は、機内ロボット２０で検知された情報に基づいて、必要であれば、各種加工条件（送り速度や回転速度等）を変更することが望ましい。また、機内ロボット２０は、加工の開始前、または、終了後に、ワーク１１０の形状を計測する構成としてもよい。加工開始前にワーク１１０の形状を計測することで、ワーク１１０の取付間違いを確実に防止できる。また、加工開始後にワーク１１０の形状を計測することで、加工結果の良否を判定することができる。また、別の形態として、機内ロボット２０は、例えば、加工の開始前、または、終了後に、工具１００，１０２の状態（摩耗量や突き出し量等）を計測してもよい。

さらに、機内ロボット２０は、例えば、加工に直接関係ない作業を行ってもよい。具体的には、機内ロボット２０は、加工中、または加工の完了後に、加工室内に飛散した切粉を回収する清掃作業を行ってもよい。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工を行っていない期間中に、工具の点検（摩耗の有無や突き出し量の確認等）や、工作機械１０の可動部の点検を行ってもよい。

さらに、機内ロボット２０は、従来、機外ロボットが行っていた作業を、加工中または加工の完了後に、行うようにしてもよい。例えば、機内ロボット２０は、ワーク１１０に対して付加的な加工（バリ取り加工や金型の磨き加工のような除去加工、表面改質、付加加工等）を行ってもよい。また、機内ロボット２０は、ワーク１１０や工具１００，１０２の搬送や、交換、段取等を行ってもよい。また、機内ロボット２０は、各種部品の検査や組み立て等を行ってもよい。

以上の通り、機内ロボット２０は、種々の用途に用いることができる。機内ロボット２０に設けるエンドエフェクタ４６の種類は、機内ロボット２０に要求される用途に応じて選定されればよい。

ところで、こうした機内ロボット２０を使用する場合、複数のエンドエフェクタ４６のうち少なくとも一つは、少なくとも、加工に用いられるワーク１１０および回転工具１００にアクセスできることが望ましく、加工室内の大部分にアクセスできれば、より望ましい。また、工作機械が、転削機能と旋削機能とを備えた複合加工機の場合、機内ロボット２０は、旋削工具１０２にもアクセスできることが望ましい。機内ロボット２０のアクセス範囲を広げるために、機内ロボット２０そのものの可動範囲（すなわち、連結部４０に対するエンドエフェクタ４６の可動範囲）を広げようとした場合、機内ロボット２０の可動機構が大きくなる。その結果、機内ロボット２０の大型化を招き、他部材との干渉等の問題を招く。また、機内ロボット２０が大型化することで、これを駆動するためのモータ等のアクチュエータも大型化し、機内ロボット２０全体としての大重量化、コストアップ等の問題も招く。

本実施形態では、既述した通り、機内ロボット２０を工具主軸装置１６に取り付けている。工具主軸装置１６は、周知の通り、ワーク１１０を加工するための回転工具１００を保持している。そして、通常、回転工具１００によるワーク１１０の加工を実現するために、工具主軸装置１６は、回転工具１００が、適宜、ワーク１１０にアクセスできるように、ワーク主軸装置１４に対して相対移動できる。したがって、この工具主軸装置１６に機内ロボット２０を取り付ければ、機内ロボット２０そのものの可動範囲が小さくても、機内ロボット２０を、回転工具１００およびワーク１１０の近傍に、位置させることができる。その結果、可動範囲の小さい、比較的小型の機内ロボット２０でも、加工中の回転工具１００およびワーク１１０に確実にアクセスさせることができる。また、機内ロボット２０を工具主軸装置１６に取り付けることで、機内ロボット２０そのものの可動範囲が小さくても、機内ロボット２０のワーク１１０に対する可動範囲を大きくすることができる。

さらに、本実施形態では、工具主軸装置１６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向への直線移動と、Ｙ軸方向の軸回りの揺動とが可能となっている。このように、加工室内で移動可能な工具主軸装置１６に機内ロボット２０を取り付けることで、機内ロボット２０を、ワーク１１０や工具１００，１０２だけでなく、加工室内の広い範囲にアクセスさせることができる。その結果、機内ロボット２０で、加工室の清掃や、ワーク１１０の搬入出等、様々な作業を行うことができる。さらに、加工室の端部等、加工の邪魔にならない位置に、機内ロボット２０の点検や清掃のための装置を設けておけば、必要に応じて、工具主軸装置１６ごと機内ロボット２０を移動させて、当該機内ロボット２０の点検や清掃を行うこともできる。

なお、これまで説明した機内ロボット２０の構成は、一例である。機内ロボット２０は、２以上のエンドエフェクタを備えるのであれば、その他の構成は、限定されない。したがって、機内ロボット２０の関節４４やアーム４２の数、揺動の方向等は、適宜、変更されてもよい。

また、これまでの説明では、回転工具１００を保持する工具主軸装置１６を有する複合加工機を例に挙げて説明したが、本実施形態の技術は、他の工作機械に適用されてもよい。本実施形態の機内ロボットは、刃物台やワーク主軸装置を有さない、マシニングセンタやフライス盤に搭載されてもよい。また、別の形態として、本実施形態の機内ロボットは、規定の放射軸方向に、エネルギまたは材料を放射して、ワークを造形する工作機械に設けられてもよい。エネルギを放射する工作機械としては、例えば、ウォータジェット加工機、レーザ加工機、放電加工機等が挙げられる。材料を放射する工作機械としては、３Ｄプリンタに代表される積層造形機が挙げられる。こうした工作機械は、エネルギまたは材料を規定の放射軸向に放射する放射ヘッドが設けられている。この場合、機内ロボットは、放射ヘッドに取り付けられることが望ましい。また、工具主軸装置や放射ヘッドに取り付けられる機内ロボットは、一つに限らず、複数でもよい。

１０工作機械、１２本体部、１４ワーク主軸装置、１６工具主軸装置、１８刃物台、１９下サドル、２０機内ロボット、２２基台、２４サドル、２６コラム、２８中台、３０主軸台、３２ワーク主軸、３３チャック、３４制御装置、３６主軸ヘッド、３８工具主軸、４０連結部、４２アーム、４４関節、４６ａ第一エンドエフェクタ、４６ｂ第二エンドエフェクタ、１００回転工具、１０２旋削工具、１１０ワーク。

Claims

工作機械の接地面に対して移動可能な移動体と、
前記移動体に取り付けられ、当該移動体とともに移動可能で、２自由度以上の自由度を有したシリアルマニピュレータ型の１以上のロボットと、
を備え、
前記ロボットは、関節を介して一列に連結される複数のアームと、１以上の関節を挟んで互いに異なる位置に設けられた２以上のエンドエフェクタを備え、
前記２以上のエンドエフェクタのうちの少なくとも一つは、１以上の前記関節を介して連結された異なる２つの前記アームに設けられた一対の把持部を有し、前記一対の把持部で物品を挟持する把持装置である、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械であって、
前記移動体の自由度と、前記２以上のエンドエフェクタのうち最も先端側に位置するエンドエフェクタ以外のエンドエフェクタの中の少なくとも一つの前記ロボット内での自由度と、の合計が３自由度以上である、ことを特徴とする工作機械。
請求項１または２に記載の工作機械であって、
一つのエンドエフェクタは、当該一つのエンドエフェクタよりも先端側に位置するエンドエフェクタよりも、その出力トルクおよび重量の少なくとも一方が大きい、ことを特徴とする工作機械。
請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記移動体は、加工室内に設けられ、当該加工室内で移動可能である、ことを特徴とする工作機械。
請求項４に記載の工作機械であって、
前記移動体は、ワークを切削加工する工具を保持する工具主軸または刃物台である、ことを特徴とする工作機械。
請求項５に記載の工作機械であって、
前記２以上のエンドエフェクタのうちの少なくとも一つは、前記工具による前記ワークの加工中に前記ワークまたは前記工具にアクセス可能である、ことを特徴とする工作機械。