JP2003103486A

JP2003103486A - 真空マニプレータ

Info

Publication number: JP2003103486A
Application number: JP2002233941A
Authority: JP
Inventors: Schmarz Kurt; シュマルツクルト; Gernot Schmierer; シュミーラーゲールノート; Eisele Thomas; アイゼレトーマス
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2003-04-08
Also published as: US20030038491A1; US6817639B2; DE10140248A1; DE10140248B4

Abstract

(57)【要約】【課題】必要に応じて負圧を発生し、省エネルギー
的に動作する真空マニプレータを提供する。【解決手段】真空マニプレータは、負圧発生器１６
と、負圧制御装置２４と、取扱操作すべき工作物に作用
する複数の接着部１０とを備えている。各々の把持部１
０は負圧制御装置２４と、この把持部１０の状態変数を
検出するためのセンサ２６と、評価電子回路２８とを備
え、負圧制御装置２４とセンサ２６が該評価電子回路に
接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負圧発生器と、負
圧を制御する装置と、取扱操作すべき工作物に作用する
複数の把持部とを備えた真空マニプレータ（負圧取扱操
作装置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空マニプレータは一般的に、真空発生
器と、真空を制御するための弁装置と、真空を監視する
ためのセンサ装置と、少なくとも１個の空気圧式偏平把
持部とからなっている。このようなシステムは個別品物
を手動で取扱操作する分野においても自動化技術におい
ても使用される。

【０００３】自動化技術では、中央の制御兼調整装置か
ら各々の吸着把持部が別々に制御される。これは一方で
は構成部品の莫大なネットワーク化費用を必要とし、他
方では故障発生率がきわめて高い。

【０００４】この真空マニプレータの構造に伴う費用は
実質的に真空発生器の選択に依存する。偏平把持部が例
えばｋ個の単一接着（把持、Einzelgreifern）部からな
っていると、真空発生システムはｋ個のすべての単一把
持部を排気することができるように設計しなければなら
ない。

【０００５】漏れない材料の場合、適切な真空発生器の
選択は、排気すべき容積の大きさと発生すべき保持力に
基づいて簡単に可能である。

【０００６】ｋ個すべての単一把持部が接着把持工程
（Greifvorgangs）中、接着把持対象物に接触するかど
うかを確実に予測することは困難である。例えばＩ個の
単一把持部が接着把持工程中に対象物に接触しないと、
ｍ個の把持部（ｍ＝ｋ−Ｉ）だけが力の伝達に寄与す
る。これに関連して更に、真空発生器がｍ個の単一把持
部を排気しないだけでなく、Ｉ個のセットされない把持
部から空気を吸い出さなければならないという問題があ
る。この事実により、真空発生器の吸込み管に依存して
全体システムが機能しなくなる。

【０００７】漏れる材料または多孔性の材料の場合、上
記の事実は更に大きな問題を生じる。というのは、最適
な状態で既に、ｋ個のすべての単一把持部が力伝達に寄
与していると、多量の漏れ空気を吸い出さなければなら
ないからである。

【０００８】上記の問題に対処するために、今日の技術
水準では、機械式弁または開口部を有する板部材が流れ
抵抗を提供する部として使用される。この弁または板部
材はセットされなかった吸着把持部からの漏洩空気流を
制限する。

【０００９】開口部のある板部材は流れ抵抗の最も簡単
な形を提供する。小さな開口部の流れ抵抗によって空気
流を制限する。そのような板部材は例えば吸着把持部の
ニップルに直接組み込まれている。開口部のある板部材
は制御も変更もしなくてよい簡単な機械部品である。従
って、そのような板部材は比較的に低価格であり、かつ
必要スペースが狭くて済む。欠点は、漏れない吸着把持
部を排気すべきときにも吸込み空気流が常に制限され、
制御不能であることと、セットされなかった吸着把持部
でも常に漏洩空気が吸引されることにある。

【００１０】機械式弁として、接着把持対象物に接触し
たときに初めて開放する触知弁が知られている。この弁
は、吸着把持部がセットされていないときに漏れ空気を
吸引しない利点がある。しかし、平らな部品の場合だけ
しか機能しないという欠点がある。更に、ほとんどが球
シート弁として形成された流れ弁が知られている。流量
が多い場合、球が吸込み流れによって流れ方向に弁座に
対して押され、吸込み通路を閉鎖する。把持部が漏れな
い表面に載ると、流れ弁の内部のバイパス穴が、真空系
と吸着把持部の内室との間で圧力をつり合わせる働きを
する。そして、球はその出発位置に戻るように移動し、
吸込み通路を完全に開放する。この弁は、自由吸引時に
漏れ空気が制限され、吸込みが達成された後の吸込み空
気流が純粋な穴あき板の場合よりも多いという利点があ
る。これは多孔性の材料の場合有利である。しかし、こ
の弁は制御不能であり、吸着把持部がセットされないと
きに漏れ空気流が生じるという欠点がある。

【００１１】空気圧式平面把持部を備えた真空系の一部
としての真空発生器は、必要以上に大きく形成しなけれ
ばならない。というのは、すべての個々の吸着把持部を
必要に応じて制御することができないからである。これ
により、運転費用が高くつく。

【００１２】真空発生器が必要以上に大きいため、固有
の接着把持システムに至る接続管も同様に必要以上に大
きくしなければならない。これにより、自動化装置での
使用が制限されることになる。例えばロボットの運動に
対応して吸引管を案内するように、ロボットを設計する
ことができない。

【００１３】大部分が中央で行われる、真空スイッチに
よる真空監視は、システム監視には適していない。例え
ば吸着把持部に至る流入管が閉塞されると、系内の真空
値が正しい値になるが、把持部はもはや機能しない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の根底
をなす課題は、必要に応じて負圧を発生し、省エネルギ
ー的に動作する、真空マニプレータを提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この課題は、冒頭に述べ
た種類の真空マニプレータにおいて、本発明に従い、各
々の把持部が負圧を制御する装置と、この把持部の状態
変数を検出するセンサと、評価電子回路とを備え、負圧
を制御する装置とセンサが前記評価電子回路に接続され
ていることによって解決される。

【００１６】本発明による真空マニプレータの場合、各
々の把持部はそれ自体閉鎖されたユニットを形成する。
このユニットは中央圧力供給の場合負圧を供給するだけ
でよい。しかし、例えばイジェクタによって固有の負圧
供給部を各々の把持部に付設することも考えられる。そ
れによって、電気的なエネルギーを把持部に供給するだ
けでよい。このような真空マニプレータは自動化された
加工装置に問題なく使用可能である。というのは、邪魔
になる接続管が不要であるからである。そのための必要
スペースは最小限に抑えられる。

【００１７】例えば小型化された圧力センサ、小型化さ
れた弁、任意であるが小型化された評価電子回路、小型
化された通信ユニットを、インテリジェントマイクロシ
ステムに合体させることができる。他の利点は、これに
よりシステムインテリジェントが分散され、それによっ
て導線が節約されることにある。本発明による真空マニ
プレータの場合、分散された本来の場所での圧力測定、
制御およびまたは調整が行われる。同時に、このシステ
ムは維持管理しやすくなる。

【００１８】実施の形態では、把持部はプロトコル化、
遠隔診断、遠隔維持管理、その他の遠隔操作が可能であ
る。

【００１９】本発明により、真空発生器は必要に応じて
最適に設計可能である。力の伝達に寄与する真空把持部
だけが真空発生器に接続される。それによって、漏洩空
気が吸い込まれることがない。更に、管路横断面積がロ
ボットや自動化に適した寸法に縮小される。

【００２０】弁装置と対をなして原位置圧力測定を行う
と、信頼性のある測定結果とインテリジェントなサブコ
ンポーネントが生じる。

【００２１】他の実施形では、真空用途のための小型化
されたインテリジェントなセンサと弁のユニットがイン
ターネット（イーサネット（登録商標）、ＴＣＰ−Ｉ
Ｐ）に接続可能である。これにより、テレマティックス
（Telematik）の制限されない可能性、ＸＭＬ（拡張マ
ークアップ言語（構造化ＨＴＭＬ））ハードウェア−プ
ロファイルに基づくネットスケープ／エクスプローラ
（NETSCAPE / EXPLORER）を介しての接着把持システム
のパラメータ化、把持部パラメータのプロトコル化、例
えば寿命にわたっての圧力低下のような測定されたシス
テムパラメータを変更することによる、予防的な維持管
理の可能性を開く。

【００２２】平面吸着把持部の自由度が高まるという利
点がある。というのは、必要な吸着把持部だけを自動的
に作動させることができるからである。

【００２３】構成要素小型化と標準構成要素の使用は、
全体システムの最高の自由度を作り出す。それによって
更に、費用が低減される。弁とセンサのユニットは後付
け可能であるので、慣用の従来システムのユニットを問
題なく取替えることができる。更に、ＩＴ標準仕様（イ
ーサネット（登録商標）、ＸＭＬ等）を使用することが
できる。

【００２４】弁としては例えばサブミニチュア化された
双安定の３／２電磁弁（米国、CT、Westbrookのリー社
(Lee Company) 製) が使用される。電力消費は切換えサ
イクルあたり2.8mWsである。直径は7.14mmで、長さは2
8.5mmである。0.7 バールのときの流量は約6NL/分(1.10
0Lohms ) である。圧力範囲は０から１バールである。
標準供給電圧は5Vまたは24V である。

【００２５】他の実施の形態の場合、例えば米国、Ca、
San Leandroのティニ・アロイ社(TiNi Alloy Company）
の弁が使用される。この弁は薄いフィルムの形状記憶合
金をベースとしたサブミニチュア化された弁として形成
されている。電力消費は200mW であり、弁ユニットの寸
法は８×５×２mmであり、外径寸法は16×9.4 ×8mm で
ある。２バール（圧力差）のときの流量は１NL/ 分であ
る。圧力範囲は０バール乃至約６バールである。雰囲気
温度は４０°Ｃ未満である。

【００２６】センサは０から１バールの圧力範囲と最小
の電力消費を有する。弁は既に述べたように３／２方向
制御弁としてあるいは任意選択的に２／２方向制御弁と
して形成されている。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の他の効果、特徴および詳
細は、従属請求項と次の記載から明らかになる。次の記
載では、図を参照して、特に有利な実施の形態を説明す
る。その際、図に示し、特許請求の範囲および次の記載
で述べる特徴はそれぞれ単独でも任意に組み合わせても
本発明にとって重要である。

【００２８】図において、物を接着保持するのに使用さ
れる把持部が参照符号１０で示してある。本発明は図に
示した把持部に限定されず、把持部のすべての実施の形
態を含んでいる。把持部１０は、多数の把持部を備えた
真空マニプレータ（負圧取扱操作装置）の一部である。
把持部１０は平らな吸着把持部１２と、この吸着把持部
に固定されたニップル１４によって形成されている。こ
のニップルから負圧が平らな吸着把持部１２に供給され
る。この負圧は図に示した実施の形態の場合、中央の負
圧発生器１６で発生し、管１８を経てニップル１６に供
給される。更に、すべての把持部１０にとって共通のコ
ントロールセンタまたは調整センタ２０が示してある。
このコントロールセンタは線２２を介してニップル１６
に接続されている。ニップル１６内には、負圧を制御す
るための装置（負圧制御装置）２４と、把持部１０の状
態変数を検出するためのセンサ（状態変数検出センサ）
２６と、評価電子回路２８とが設けられている。負圧制
御装置２４と、把持部１０の状態変数検出センサ２６
と、評価電子回路２８は、線３０を介して互いに接続さ
れている。負圧制御装置２４は電磁弁として形成されて
いる。この電磁弁から負圧が平らな吸着把持部１２に供
給されるかまたは供給停止される。電磁弁の制御は、例
えば圧力センサとして形成された状態変数検出センサ２
６のデータに依存して行われる。このデータは電磁弁を
制御する評価電子回路２８によって処理される。評価電
子回路２８を介して更に、維持管理の指示を行うことも
できる。

【００２９】ニップル１４の構成部品には線２２を介し
て電流が供給され、そして情報を交換することができ
る。把持部１０はインターネットまたはイントラネット
を介して監視可能であるかあるいは評価電子回路２８が
情報を入手または出力可能である。線２２を使用する代
わりに、制御ユニットまたは調整ユニット２０とニップ
ル１２の構成部品の間で無線で情報交換（矢印２３）を
行うこともできる。

【００３０】図から更に明らかなように、評価電子回路
２８は通信インターフェース３１に接続されている。こ
の通信インターフェースを介して情報交換が線２２によ
ってまたは無線で（矢印２３）行われる。通信インター
フェース３１は更に、無線で（矢印３４）で視覚化兼プ
ログラミング機器３３に接続可能である。この機器３３
は例えばパームトップ等である。この機器３３には把持
部１０の状態変数を表示し、調節または変更することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】対象物の接着把持に使用される把持部を示す。

【符号の説明】

１０把持部１４ニップル１６負圧発生器２０コントロールセンタまたは
調整センタ２４負圧制御装置２６センサ２８評価電子回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲールノートシュミーラードイツ連邦共和国 71083 ヘレンベルクハインリッヒ−シュッツ−シュトラーセ 10 (72)発明者トーマスアイゼレドイツ連邦共和国 78737 フルオルン− ヴィンツェルンツヴェーレンヴェーク１Ｆターム(参考） 3C007 FS01 FU00 FU04 FU06 JS03 KS01 KS23 KS30 KS33 KS35 KS36 KT01 KT05 KV11 KX08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負圧発生器（１６）と、負圧を制御する
ための装置（２４）と、取扱操作すべき工作物に作用す
る複数の把持部（１０）とを備えた真空マニプレータに
おいて、各々の把持部（１０）が負圧および／または流
量を制御する装置（２４）と、この把持部（１０）の状
態変数を検出するセンサ（２６）と、評価電子回路（２
８）とを備え、負圧を制御する装置（２４）とセンサ
（２６）が前記評価電子回路に接続されていることを特
徴とする真空マニプレータ。
【請求項２】負圧を制御する装置（２４）が特に双安
定電磁弁であることを特徴とする請求項１記載の真空マ
ニプレータ。
【請求項３】負圧を制御する装置（２４）が薄いフィ
ルムの形状記憶合金を含む材料からなる弁であることを
特徴とする請求項１記載の真空マニプレータ。
【請求項４】センサ（２６）が負圧センサ、流量また
は流速を検出するセンサ、力センサおよび／またはトル
クセンサ、把持部（１０）の存在のための光学式セン
サ、カメラ、温度センサ、工作物の表面の構造を検出す
るための表面検出器、重量センサ、摩耗検出器、加速度
センサ、離隔距離センサまたは機械的な存在センサであ
ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一
つに記載の真空マニプレータ。
【請求項５】電子評価装置（２８）がフィールドバス
に適した通信ユニットまたは通信技術標準仕様（イーサ
ネット（登録商標）、ＴＣＰ−ＩＰ）と互換性のある通
信ユニットを備えていることを特徴とする請求項１から
請求項４のいずれか一つに記載の真空マニプレータ。
【請求項６】各々の把持部（１０）の負圧を制御する
装置（２４）とセンサ（２６）と評価電子回路（２８）
が、把持部に連結されたニップル（１４）に収納されて
いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか
一つに記載の真空マニプレータ。
【請求項７】ニップル（１４）が後付け可能であるこ
とを特徴とする請求項６記載の真空マニプレータ。
【請求項８】ニップル（１４）が電源供給部を備えて
いるかあるいは電源供給部に接続可能であることを特徴
とする請求項６または７記載の真空マニプレータ。
【請求項９】評価電子回路（２８）が外部のコントロ
ールセンタまたは調整センタと通信可能であることを特
徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の
真空マニプレータ。
【請求項１０】通信が無線で行われることを特徴とす
る請求項６記載の真空マニプレータ。