机床系统以及储料器的制作方法

本申请要求2018年2月28日提交的日本专利申请第2018-035679号的优先权，其全部内容(包括说明书、权利要求书、附图和摘要)通过引用结合于此。

该说明书公开了一种在加工室外部提供储存空间的储料器以及包括储料器、机床和机器人的机床系统。

背景技术：

典型的机床具有由盖覆盖的加工室。由于加工室内的空间有限，可以安装用于在机床外部实现附加储存空间的储料器，例如使得加工前或加工后的工件、用于更换的工具和夹具储存在储料器中。

通常，需要机床实现进一步自动化和人力节省。鉴于此，已经提出了安装机器人用于在机床中或机床周围执行各种加工操作。例如，专利文献1公开了一种机床，该机床包括安装在机床的加工室内的用于执行各种加工操作的多关节机器人。在专利文献1中，由多关节机器人执行的各种加工操作包括例如将工件运送到加工室外部。

能够将工件移动到加工室外部的机器人，例如专利文献1中公开的机器人，能够实现进一步自动化和人力节省。特别地，例如，在跨越加工室和由储料器实现的储存空间的区域中移动的机器人可以将工件、工具和夹具搬运到加工室的内部和外部。这样可以实现进一步自动化和人力节省。

引用列表

专利文献

专利文献1:jp2017-202548a

根据法律或标准，工业机器人应为协作机器人或应通过栅栏或围栏与人物理分离。协作机器人指的是可以与人合作操作的机器人，包括例如其相对人的速度和距离可以被监控的机器人和/或其施加的转矩和压力可以被调节的机器人。

因此，当希望使机器人移动到加工室外部的储料器时，如上所述，需要将机器人移动的区域用栅栏或围栏包围起来以与人分离，或者机器人需是协作机器人。协作机器人应该配备昂贵的传感器，例如用于检测相对人的距离的激光测距仪和用于检测转矩的传感器。同时，在机床附近永久安装栅栏和围栏会妨碍操作者进入机床内部(加工室内)，这使操作者的可操作性恶化。

鉴于上述情况，本说明书公开了一种廉价的机床系统以及与机床系统一起使用的储料器，其中该机床系统配备有储料器、机床和机器人，并且不会使可操作性发生恶化。

技术实现要素：

本说明书中公开的机床系统包括：机床，其包括加工室和门，其中所述加工室由具有开口的盖覆盖，所述门用于覆盖或打开所述开口；储料器，其用于可拆卸地安装在机床上，从而在加工室外部提供储存空间；以及机器人，当储料器安装在机床上时该机器人具有跨越储存空间和加工室的移动范围，其中，

储料器包括保护构件，当储料器安装在机床上时，保护构件与机床的外表面配合限定保护空间，保护构件是围栏或围墙，保护空间用于容纳储存空间。

该结构消除了使用协作机器人的需要，可以实现廉价的结构。另外，由于储料器相对于机床是可拆卸的，在不需要保护空间和/或不需要驱动加工室外部的机器人时，可以拆卸储料器。这可以防止可操作性的恶化。

在这种情况下，可以将开口限定在机床的前侧，当将储料器安装在机床上时，可以将保护空间限定在开口的前面。保护构件可以至少覆盖保护空间的前侧、右侧和左侧。

该结构使得能够利用最初在机床上形成的开口，从而仅需要在机床的设计上做微小改变。

机床可以还包括用于至少接收指示驱动机器人的指令的输入装置，该输入装置可设置在加工室和保护空间的外部。

该结构使得操作者能够安全地指示机器人的驱动。

机床系统可以还包括：用于控制机器人的驱动的机器人控制器；用于检测门是打开还是关闭的门传感器；以及用于检测储料器是否安装在机床上的储料器传感器，其中机器人控制器可以基于门传感器的检测结果和储料器传感器的检测结果确定是否限制机器人的操作。

这种结构可以更可靠地确保机器人的安全性。

机器人可以安装在储料器中。

该结构使得即使储料器没有安装在机床上也可以在机床的门关闭的情况下驱动机器人。

机器人可以安装在储料器中。

该结构使得可以稍后在最初没有机器人的机床中安装机器人。

本说明书中公开的储料器在设置于机床中的加工室外部提供储存空间。

储料器相对于机床是可拆卸的，并且储料器包括保护构件，当储料器安装在机床上时，保护构件与机床的外表面配合限定保护空间，保护构件是围栏或围墙，保护空间用于容纳储存空间。

该结构消除了使用协作机器人的需要，从而可以实现廉价的结构。此外，由于储料器相对于机床是可拆卸的，因此在不需要保护空间和/或不需要驱动加工室外部的机器人时，可以拆卸储料器。这可以防止可操作性的恶化。

本说明书中公开的技术使得可以实现廉价的结构而无需使用协作机器人。此外，相对于机床可拆卸的储料器能够在不需要保护空间时和/或不需要驱动加工室外部的机器人时拆卸储料器。这可以防止可操作性的恶化。

附图说明

将参照以下附图描述本发明的实施例，其中：

图1为机床系统的透视图；

图2为前门打开的机床的透视图；

图3为前门关闭的机床的透视图；

图4为储料器的透视图；

图5为具有安全围栏(部分未示出)的储料器的透视图；

图6为机床的功能框图；

图7示出了门传感器和储料器传感器的检测结果与对机床和机器人的操作的限制的有效性/无效性之间的关系；

图8为不同类型的机床系统的透视图；

图9为图8中的机床系统的功能框图；和

图10示出了门传感器和储料器传感器的检测结果与对图8所示的机床系统的机床和机器人的操作的限制的有效性/无效性之间的关系。

具体实施方式

现将结合附图对机床系统10进行描述。图1为机床系统10的透视图。图2和图3为机床12的透视图。图4和图5为储料器16的透视图。图6为机床系统10的功能框图。在图1和图4中，安装在储料器16的前侧的安全围栏58有一部分未示出。

机床系统10包括机床12、机器人14和储料器16。机床12是将工件100加工成预定形状或尺寸的机器。机床12的示例包括：切削工具(例如，车床和铣床)、磨削工具(例如，磨床和表面加工机床)、铸造工具、特殊加工工具(放电加工机床和超音速加工机床)以及多任务机器，或这些加工工具的组合。在该实施例中，机床12在下面的描述中是一个车削中心。

机器人14是一种自动控制的可再编程的多功能机械手，适用于三轴编程或多轴编程。机器人14协助机床12加工，进行检测并搬运部件等。只允许在禁止人进入的区域内驱动机器人14。

储料器16是用于为机床12提供储存空间的结构，其可拆卸地安装在机床12上。储料器16具有安全围栏58，稍后将对其进行描述。当将储料器16安装在机床12上时，储料器16在机床12外部限定保护空间，该空间禁止人进入。该保护空间的形成使得能够将机器人14可以移动的区域扩展到机床12外部(保护空间内部)。

现在将描述机床系统10的各个单元的细节。机床12包括用于对工件100执行预定加工的加工机构20(参见图6)。加工机构20包括例如：用于可旋转地保持工件100的工件主轴、用于保持车刀的刀架、用于线性移动刀架的移动机构以及用于供给切削油的进给机构(这些未示出)。接收到来自操作者的指令(例如，加工程序)之后，机床12的主控制器38(后面将描述)驱动加工机构20对工件100进行加工。

对工件100的加工是在加工室22内执行的。加工室22在其圆周表面上由盖23盖住。盖23具有形成在其上的开口。在所示的实施例中，从机床12的前表面扩展到上表面的开口基本上在机床12的宽度方向的中部形成。

机床12还具有覆盖或打开开口的前门24。在该实施例中，前门24具有大致l形状，其从机床12的前侧朝向上侧延伸，使得前门24可以完全覆盖开口。前门24是沿宽度方向滑动的滑动门。然而，前门24不限于滑动门，其可以是围绕铰链轴旋转的旋转门或者部分折叠的折叠门，只要前门24可以覆盖和打开开口即可。关闭前门24使加工室22与外部隔离，从而保证了操作者的安全性。前门24由操作者手动打开或关闭，或由主控制器38自动打开或关闭。

机床12具有门传感器28(例如，安全开关)和门锁26(参见图6)。门传感器28检测前门24是打开还是关闭。门锁26禁止打开前门24。门传感器28的检测结果发送到稍后将描述的主控制器38中。

机床12还在机床12的前表面上具有操作面板30。操作面板30用作用于接收来自操作者的操作指令的输入装置，并且包括多个按钮、键盘或触控面板。操作面板30设置在不干扰前门24或储料器16的位置。操作面板30也可以在前门24关闭且储料器16安装在机床12上的情况下操作。图示的示例性操作面板30安装在机床12上。然而，这不是排他性的示例，操作面板30可以部分地或完全地与机床12分离。例如，用于与机床12进行无线电通信的信息终端(例如，智能手机、平板电脑)可以用作操作面板30。由操作者经由操作面板30输入的指令发送到主控制器38。根据操作者的指令，主控制器38和机器人控制器40分别控制加工机构20和机器人14的驱动。

机床12还在机床12的前表面的下部具有安装部分32。稍后将描述的储料器16将安装在该安装部分32上。安装部分32包括储料器传感器34(例如，安全开关)和储料器锁36(参见图6)。储料器传感器34检测是否安装了储料器16。储料器锁36禁止储料器16的拆卸。储料器传感器34和储料器锁36可以是相同结构或独立结构。例如，具有螺线管的安全开关可以用作储料器传感器34和储料器锁36。储料器传感器34的检测结果发送到主控制器38。

机器人14安装在加工室22内。机器人14具有一个或多个末端执行器42。末端执行器42是安装在机器人14上以执行预定任务的装置。末端执行器42的示例可包括手部机构、各种传感器和流体进给机构。

在该实施例中，机器人14是多关节机器人，其具有多个用于围绕各个平行轴旋转的关节。多关节机器人安装在加工室22的壁表面上。机器人14具有末端执行器42或可以保持各种构件的手部机构。机器人14在跨越加工室22的内部和外部的预定范围或移动范围内移动，使得机器人14的一部分可以位于加工室22的外部，如图1和图2所示。稍后将描述的机器人控制器40控制机器人14(包括末端执行器42)的驱动。

机床12还包括主控制器38和机器人控制器40(参见图6)。主控制器38和机器人控制器40可以由单个结构或两个或更多个结构构成。在任一情况下，构成主控制器38和机器人控制器40的任何控制器包括用于各种操作的cpu和用于存储各种程序和数据的存储器。主控制器38接收来自操作者的指令，并因此控制加工机构20的驱动。具体地，为了根据加工程序加工工件100，主控制器38控制例如工件主轴的旋转、刀架的移动以及切削油的进给。当门传感器28检测到前门24打开时，主控制器38限制加工机构20的操作。于是，禁止加工机构20的自动驱动，仅允许以限制速度手动驱动加工机构20。当自动驱动加工机构20时，主控制器38驱动门锁26以禁止打开前门24。必要时，主控制器38自动打开和关闭前门24。

机器人控制器40根据来自主控制器38的指令控制机器人14的驱动。机器人控制器40根据储料器传感器34和门传感器28的检测结果限制机器人14的操作，结果通过主控制器38通知。具体地，当机器人14位于与外部隔离的区域中时，即，当前门24关闭或者前门24打开且安装了储料器16时，机器人控制器40自动驱动机器人14而不限制机器人14的操作。同时，当机器人14位于不与外界隔离的区域时，即，当前门24打开且未安装储料器16时，机器人控制器40限制机器人14的操作。原则上，限制机器人14的操作意味着禁止机器人14的驱动。但是，当可以完全控制机器人14的速度或输出转矩时，即使机器人14的操作受到限制，也可以允许手动驱动机器人14。

当机器人14被自动驱动时，主控制器38继续驱动门锁26和储料器锁36以维持空间的当前状态。也就是说，在前门24关闭的情况下机器人14被自动驱动时，主控制器38使门锁26保持有效以禁止前门24的打开。同时，在前门24打开且安装了储料器16的情况下机器人14被自动驱动时，主控制器38使储料器锁36保持有效以禁止储料器16的拆卸。

如上所述，储料器16是可拆卸地安装在机床12上从而在加工室22外部限定附加储存空间60的装置。储料器16包括可移动基座50和安全围栏58，安全围栏58在三个方向上包围基座50上方的空间。基座50上方的空间构成用于储存各种构件(例如，工件100、工具、用于更换的卡盘以及用于更换的执行器)的储存空间60。在图4和图5中，用于储存工件100的储料器16示出在基座50的上表面上方。基座50在其前表面上具有把手52。握住把手来移动储料器16。基座50还在基座50的底表面上具有脚轮54。脚轮54帮助储料器16移动。

基座50具有安装部56，安装部56可拆卸地安装在机床12的安装部分32上。安装部56安装在机床12的安装部分32上，由此确定储料器16相对于机床12的位置。当安装在机床12上时，储料器16设置在机床12的开口的前方。因此，打开机床12的前门24使加工室22与储料器16内的储存空间60连通。

储存空间60或基座50上方的空间在三个方向上被安全围栏58包围。换言之，安全围栏58安装在储存空间60的前侧、右侧和左侧。在储存空间60的后侧和上侧没有安全围栏58，使储存空间60在这些侧面向外敞开。安全围栏58足够长以达到与机床12的上表面的高度基本相同的高度。

在储料器16安装在机床12上的情况下，安全围栏58的后端位于靠近机床12的前表面(盖23)，使安全围栏58的后端与机床12的前表面之间的间隙很小而不允许人的手通过该间隙。换言之，将储料器16安装在机床12上导致形成由安全围栏58与机床12的外表面配合限定的保护空间，该保护空间与外部隔离。储料器16的储存空间60位于该保护空间内。在机床12外部形成保护空间使得机器人14的移动范围能够扩展到机床12的外部(储料器16的储存空间60)。应注意的是，尽管在该实施例中使用具有间隙的“围栏”作为包围储存空间60的保护构件，但是当围墙可以防止人员侵入时，可以使用没有间隙的“围墙”代替“围栏”。

现在将描述如上所述为储料器16提供安全围栏58的理由。通常需要机床12实现进一步自动化和人力节省。为了满足这种需求，建议将机器人14安装在加工室22中，使得机器人14可以运送各种构件(例如，工件100和工具)。具体地，建议机器人14将已加工的工件100和/或使用过的工具搬运到加工室22的外部并将新的工件10和/或工具从加工室22的外部搬运到内部。

这里应注意，根据法律和标准，机器人14应通过围栏或栅栏与人分离，或者应是协作机器人。协作机器人指的是可以与人合作操作的机器人14，包括例如其相对人的速度和距离可以被监控的机器人和/或其施加的转矩和/或压力可以被限制的机器人。

因此，当希望将机器人14移动到加工室22的外部来搬运工件100和/或工具时，需要在机器人14周围设置围栏或栅栏。或者，机器人14应该是协作机器人。协作机器人应该配备昂贵的传感器，例如用于检测相对人的距离的激光测距仪和用于检测转矩的转矩传感器。

鉴于上述情况，本说明书中公开的机床系统10包括具有安全围栏58的储料器16，使得能够在机床12的外部形成机器人14与人分离的保护空间。该结构使得即使不使用昂贵的协作机器人也使机器人14能够自动进入加工室22的外部。因此，机器人14不必是协作机器人，这可以实现廉价的机器人14。

在该实施例中，由于储料器16相对于机床12是可拆卸的，因此只有在需要空间时才有可能在机床12外部形成保护空间。因此，例如，当安装了储料器16时，机床12用作自动更换工件100的自动工具，当未安装储料器16时，机床12用作手动更换工件100的通用装置。这使得能够以这样的方式使用机床：例如，在夜间执行无人化大规模生产，在白天执行有人化小规模生产。

从以上描述显而易见的是，在该实施例中，储料器16通过现有开口与加工室22连通。该结构消除了形成专用开口或门的需要。这有助于降低机床系统10的成本。此外，在该实施例中，当储料器16安装在机床12上时，操作面板30位于加工室22和保护空间的外部。这使得即使在加工机构20和/或机器人14被自动驱动时操作者也能够安全地操作操作面板30。

图7示出了门传感器28和储料器传感器34的检测结果与对加工机构20和机器人14的操作的限制的有效性/无效性之间的关系。如图7所示，无论是否安装了储料器16，每当前门24打开时，加工机构20的操作都会受到限制。

无论是否安装了储料器16，每当前门24关闭时，机器人14都在操作不受限制的情况下被驱动。在这种情况下，当然，机器人14的移动范围被限制在加工室22的内部。另外，当前门24打开且安装了储料器16时，机器人14也在操作不受限制的情况下被驱动。在这种情况下，机器人14的移动范围与扩展到加工室22外部的储料器16的储存空间60的范围一样大。同时，当前门24打开且未安装储料器16时，机器人14的操作受到限制(暂停驱动)。

例如，对于在夜间大批量生产的产品的无人化加工，交替并重复执行前门24关闭时加工工件100和前门24打开时更换工件100。在上文中，主控制器38自动打开和关闭前门24。

现在将参照图8至10来描述其他类型的机床系统10的一个实施例。图8是另一种类型的机床系统10的透视图。图9是机床系统10的功能框图。图10示出了机床系统10的门传感器28和储料器传感器34的检测结果与对加工机构20和机器人14的操作的限制的有效性/无效性之间的关系。

机床系统10包括机器人14、机器人控制器40、储料器传感器34以及储料器锁36，它们都安装在储料器16中，而不是安装在机床12中。在储料器16安装在机床12上的情况下，机器人控制器40可以通过有线电或无线电与机床12的主控制器38通信。然后，机器人控制器40响应于来自主控制器38的指令而驱动机器人14。基于储料器传感器34的检测结果，机器人控制器40确定是否使对机器人14的操作的限制有效。

由于在该实施例中机器人14安装在加工室22的外部，所以即使在前门24关闭的情况下，当储料器16未安装在机床12上时，机器人14的操作也会受到限制。机器人14安装在储料器16中的这种结构允许稍后将机器人14安装在最初没有机器人14的机床12中。在该情况下，储料器16可以具有用于接收机器人14的操作指令的输入单元(例如，操作面板或操作按钮)。

在另一个实施例中，机器人14可以安装在机床12的前面并且由储料器16的安全围栏58包围。也就是说，机器人14可以与储料器16和机床12均分离。

在任何一种情况下，除了提供具有保护构件(围栏或围墙)的储料器16之外的结构可以根据需要进行修改，其中，当储料器16可拆卸地安装在机床12上时，保护构件(围栏或围墙)与机床12的外表面配合限定保护空间，并且保护空间容纳储存空间60。

附图标记列表

10机床系统，12机床，14机器人，16储料器，20加工机构，22加工室，23盖，24前门，26门锁，28门传感器，30操作面板，32安装部分，34储料器传感器，36储料器锁，38主控制器，40机器人控制器，42末端执行器，50基座，52把手，54脚轮，56安装部，58安全围栏，60储存空间，100工件。