JP6790819B2

JP6790819B2 - ワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP6790819B2
Application number: JP2016256120A
Authority: JP
Inventors: 淳史畑村
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: CN108247401B; JP2018108608A; CN108247401A

Description

本発明は、工作機械の開閉扉の隣に位置し、工作機械の内側及び外側を移動して、ワークを交換するワーク交換装置、並びにワーク交換方法及びコンピュータプログラムに関する。

切粉及び冷却液等の飛散を防止する為に、壁が工作機械を覆う。壁は開閉扉を有する。開閉扉の外側にロボットが位置し、ロボットは開閉扉の開閉に連動してワークを交換する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−２０５３８５号公報

開閉扉が開いた後、ロボットのアームは、開閉扉の内側に進入すべく、動作を開始する。開閉扉が開くまでロボットは動作を開始しないので、ワークの交換に長時間を要する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ワークの交換時間を短縮することができるワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るワーク交換装置は、工作機械の開閉扉の隣に配置してあり、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換装置において、台座に一端部を回転可能に支持したアームと、該アームの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行する第一回転実行部と、該第一回転実行部にて前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作が完了する前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始する第二回転実行部とを有することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記制御部は、前記第一回転実行部による前記アームの回転を実行する前に、前記アームを起立した状態に配置することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記第一回転実行部は、前記アームの回転加速度及び前記開閉扉の内側への進入時における前記アームの回転速度に基づいて定まる起立した状態の前記アームに対する角度まで前記アームの回転を実行することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記開閉扉の開動作が完了した時又は直後に、前記アームが前記開閉扉の内側に前記回転速度で進入するように、前記第二回転実行部は前記アームの回転を所定時点で開始することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記回転加速度は前記アームの最大回転加速度であることを特徴とする。

本発明に係るワーク交換装置は、前記アームは、台座に一端部を回転可能に支持した第一アームと、該第一アームの他端部に一端部を回転可能に支持し、他端部にワークを把持する把持部を設けた第二アームとを有し、前記第一回転実行部及び第二回転実行部は前記第一アームの回転を実行することを特徴とする。

本発明に係るワーク交換方法は、工作機械の開閉扉の隣に配置したワーク交換装置を使用し、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換方法において、前記ワーク交換装置は台座に一端部を回転可能に支持したアームを備え、前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行し、前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作が完了する前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始することを特徴とする。

本発明に係るコンピュータプログラムは、台座に一端部を回転可能に支持したアームを備え、工作機械の開閉扉の隣に配置してあり、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、前記ワーク交換装置に、前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行し、前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作が完了する前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始する処理を実行させることを特徴とする。

本発明においては、開閉扉の開動作を開始する時、開閉扉の外側へアームを回転する。また開閉扉の開動作が完了する前に、開閉扉の内側へアームを回転する。開閉扉の開動作が完了する前に、アームは開閉扉側に移動を開始する。

本発明においては、開閉扉の外側へアームを回転する前に、アームを起立した状態に配置する。起立した状態にすることで、工作機械に干渉しない中立位置にアームを配することができる。また起立した状態の位置、即ち中立位置をアームの回転角度を演算する為の基準位置にすることができる。

本発明においては、アームが所定回転速度で開閉扉の内側に進入するように、起立した状態の前記アームに対する所定の角度、即ち起立したアームに平行な基準線に対する所定の角度まで、アームを開閉扉の外側に回転する。その後、アームは、開閉扉側に移動し、所望の回転速度で開閉扉の内側に進入する。アームは開閉扉の内側に高速で進入し、ワークの交換時間を短縮する。

本発明においては、開閉扉の開方向への移動中に、アームは開閉扉の外側へ回転し、所定時点で開閉扉の内側へ回転する。アームの開方向への移動が完了した時又は直後に、即ち開閉扉の開動作が完了した時又は直後に、アームは所定回転速度で開閉扉の内側に進入する。

本発明においては、アームは最大加速度で動作し、開閉扉の内側に最高速で進入できる。

本発明においては、第一アームは高速で開閉扉に進入するので、第二アームも高速で開閉扉の内側に進入し、第二アームの把持部よるワーク交換を短時間で実行する。

本発明に係るワーク交換装置、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムにあっては、開閉扉の開動作を開始する時、開閉扉の外側へアームを回転する。また開閉扉の開動作が完了する前に、開閉扉の内側へアームを回転する。開閉扉の開動作が完了する前に、アームは開閉扉側に移動を開始するので、開閉扉の開動作が完了するまでアームが待機する場合に比べて、ワークの交換時間を短縮することができる。

工作機械、壁、扉ユニット、ワーク交換装置を略示する斜視図である。工作機械、壁、扉ユニットを略示する斜視図である。プランジャ及びブロックを略示する部分拡大斜視図である。プランジャを略示する縦断面図である。ワーク交換装置を略示する部分断面右側面図である。把持部付近の略示拡大縦断面図である。ワーク交換装置の上部を略示する斜視図である。第一アームの第一回転角度及び第二アームの第二回転角度を測定する基準を示す部分拡大正面図である。非係合状態のプランジャ及び係合溝を示す部分拡大正面図である。係合状態のプランジャ及び係合溝を示す部分拡大正面図である。ワーク交換装置の駆動を制御する制御装置付近の構成を略示するブロック図である。制御装置によるワーク交換処理を説明するフローチャートである。制御装置によるワーク交換処理を説明するフローチャートである。第一回転角度が０度であり且つ開閉扉が閉じた場合のワーク交換装置を略示する正面図である。第一回転角度が０度であり且つ開閉扉が閉じた場合のワーク交換装置を略示する平面図である。第一回転角度がαである場合のワーク交換装置を略示する正面図である。開閉扉の内側に第一アームが進入したワーク交換装置を略示する正面図である。開閉扉の内側に第一アームが進入したワーク交換装置を略示する平面図である。所定時間の決定方法を説明する説明図である。

以下本発明を実施の形態に係るワーク交換装置を図面に基づいて説明する。以下の説明では、図に示す上下左右前後を使用する。図１は工作機械１００、壁１０１、扉ユニット４、ワーク交換装置１を略示する斜視図、図２は工作機械１００、壁１０１、扉ユニット４を略示する斜視図である。

工作機械１００の周囲には、工作機械１００を覆う壁１０１が設けられている。壁１０１の右部には開口（図示略）が設けてあり、該開口の右側に扉ユニット４が設けてある。扉ユニット４の外側にワーク交換装置１が設けてある。ワーク交換装置１の右側にワーク９１を載置する載置台９０が設けてある。

扉ユニット４は、直方体状をなし、上下前後方向に延びた薄い筐体４１を備える。筐体４１は開口４２を備え、開口４２は、筐体４１の右側面及び左側面を左右に貫通する。筐体４１の開口４２は、壁１０１の開口に対応した位置に配してある。筐体４１は前後方向に移動な開閉扉４３を収容する。開閉扉４３は筐体４１に略平行であり、前後に移動して開口４２を開閉する。開閉扉４３の開閉方向は前後方向に対応する。開口４２の前側縁部分に開閉扉４３の閉を検知するリミットスイッチ４３ａ（図１１参照）が設けてある。なおリミットスイッチ４３ａに代えて、光センサ、ホールセンサ等、開閉扉４３の閉を検知する他のセンサを使用してもよい。

図３はプランジャ４４及びブロック４５ａを略示する部分拡大斜視図、図４はプランジャ４４を略示する縦断面図である。図２及び図３に示す如く、開閉扉４３の前端部にＬ形の取付具４６を介してプランジャ４４及びブロック４５ａが設けてある。プランジャ４４はブロック４５ａの上側に位置する。図４に示す如く、プランジャ４４は、開閉扉４３から右方に突出したケース４４ａと、該ケース４４ａ内に設けてあり、左右に延びる筒状の収容室４４ｂと、該収容室４４ｂに収容してある弾性部材４４ｃと、該弾性部材４４ｃの右端に設けたボール４４ｄとを備える。収容室４４ｂはケース４４ａの右側面を貫通しており、収容室４４ｂの右端の直径は、他の部分よりも小さい。

ボール４４ｄの直径は収容室４４ｂ右端の直径よりも大きく、収容室４４ｂの他の部分よりも小さい。故にボール４４ｄは収容室４４ｂ内を左右に移動可能であるが、収容室４４ｂから右方に飛び出ない。弾性部材４４ｃはボール４４ｄを右方に付勢する。弾性部材４４ｃは例えばばね又はゴムである。ブロック４５ａは後述する近接センサ４５ｂが検知する部材であり鉄等の金属で形成した箱状部材である。

図５はワーク交換装置１を略示する部分断面右側面図、図６は把持部６０付近の略示拡大縦断面図、図７はワーク交換装置１の上部を略示する斜視図である。図５はワーク交換装置１を縦断面で表記している。ワーク交換装置１は前後に延びた直方体状の基台１２を備える。基台１２の右側面に、前後に延びた二つの軌道１３が設けてある。二つの軌道１３は上下に離隔している。

二つの軌道１３の間に前後に延びた螺子軸１４が設けてある。二つの軸受１５が螺子軸１４の前部及び後部を夫々支持する。螺子軸１４の後端に第一モータ１１が設けてある。ナット１６が転動体（図示略）を介して螺子軸１４の中途部に連結する。ナット１６の右側に台座１８が設けてある。

台座１８は前面視逆Ｌ形をなし、上下前後に延びた右板部１８ａと、該右板部１８ａの上端から左方に突出した上板部１８ｂとを備える。右板部１８ａは取付板１７を介してナット１６に連結する。第一モータ１１の回転によってナット１６及び台座１８が前後に移動する。上部板１８ｂの壁１０１向きに近接センサ４５ｂが設けてある。近接センサ４５ｂは、例えばホールセンサ、光センサ又は超音波センサであり、物体の近接を検知する。

上板部１８ｂは、前支持体２０及び後支持体２１を備える。前支持体２０及び後支持体２１は前後に離隔し、上板部１８ｂの上面に固定してある。後支持体２１は前後方向を軸方向とした筒状をなし、後支持体２１の後部に第二モータ２２が設けてある。後支持体２１の内側に、前後方向を軸方向とした伝動円柱２４が設けてある。伝動円柱２４の軸部分に第二モータ２２の回転軸２２ａが同軸的に連結する。

前支持体２０は前後方向を軸方向とした筒状をなし、第三モータ２３（第二駆動源）を収容する。第三モータ２３の回転軸２３ａは前支持体２０から後方に突出する。

前支持体２０及び後支持体２１の間に第一アーム３１が設けてある。第一アーム３１は上下に延びた箱状をなす。第一アーム３１の下端部は前後に貫通した筒状をなす。第一アーム３１の下端部は後方に突出する。図５及び図７に示す如く、後部外周面の一部分に円弧部３１０が設けてある。円弧部３１０はプランジャ４４のボール４４ｄが係合する係合溝３１１を備える。係合溝３１１は円弧状に形成してある。前記下端部の後部には、円盤状のハブ２５を介して伝動円柱２４が同軸的に連結している。

第一アーム３１の下端部の前部には、第三モータ２３の回転軸２３ａが挿入する。第三モータ２３の回転軸２３ａにはプーリ２６が設けてある。第三モータ２３の回転軸２３ａ、第二モータ２２の回転軸２２ａ、伝動円柱２４の軸部分、第一アーム３１の下端部の軸心は、第一軸５１（図７参照）上に位置する。第二モータ２２が回転し、伝動円柱２４が第一軸５１回りに回転して、第一アーム３１は下端部を中心にして、第一軸５１回りに回転する。

第一アーム３１の上端部前側に、前後方向を軸方向とした伝動円柱３３が設けてある。伝動円柱３３は前後に突出した軸部３３ａを備える。軸部３３ａの後端部は第一アーム３１の上端部を貫通し、第一アーム３１の内側に位置する。軸部３３ａの後端部にはプーリ３３ｂが設けてある。第三モータ２３の回転軸２３ａ及び軸部３３ａに設けた二つのプーリ２６、３３ｂにベルト３８が掛架している。

伝動円柱３３の前側に第二アーム３２が設けてある。第二アーム３２は上下に延びた箱状をなす。第二アーム３２の上端部に伝動円柱３３が連結している。前記軸部３３ａは第二軸５２（図７参照）上に位置する。第三モータ２３が回転し、ベルト３８を介して軸部３３ａ及び伝動円柱３３が軸回りに回転し、第二アーム３２は上端部を中心にして、第二軸５２回りに回転する。

第二アーム３２の下端部は、第四モータ３４を収容する。第二アーム３２の下端部の後側に開口３２ａが設けてある。第四モータ３４の回転軸３４ａは開口３２ａから後方に突出している。前記回転軸３４ａにプーリ３５が設けてある。

第二アーム３２の下端部下面に前後方向を軸方向とした支持筒６６が設けてある。支持筒６６は有底円筒状をなす。支持筒６６の底部は後側に位置する。支持筒６６には伝動体６５が設けてある。伝動体６５は前後方向を軸方向とした円盤状をなす。伝動体６５の中心に回転軸６７が設けてある。回転軸６７は伝動体６５から前後に延びる。回転軸６７の後端部は支持筒６６の底部を貫通し、支持筒６６の後側に突出している。回転軸６７の後端部にプーリ３６が設けてある。第四モータ３４の回転軸３４ａ及び回転軸６７に設けた二つのプーリ３５、３６にベルト３７が掛架している。

回転軸６７の前端部には円板部６８が設けてある。該円板部６８の前側に、前面視Ｌ形の支持板６４が設けてある。円板部６８は支持板６４の角部６４ａに連結する。第四モータ３４及びプーリ３５が回転し、ベルト３７を介してプーリ３６、回転軸６７及び伝動体６５が回転し、支持板６４が回転する。支持板６４は前後方向を回転軸方向として、角部６４ａを中心に回転する。

支持板６４の両端部夫々にワーク９１を把持する把持部６０が設けてある。把持部６０は、シリンダ６１と、該シリンダ６１の駆動によって移動する移動板６２と、移動板６２に対向する受け部材６３とを備える。シリンダ６１が駆動し、移動板６２は受け部材６３に接近するか又は受け部材６３から離れる。移動板６２と受け部材６３の間にワーク９１が位置し、移動板６２が受け部材６３に接近した場合、移動板６２及び受け部材６３はワーク９１を把持する。移動板６２及び受け部材６３がワーク９１を把持し、移動板６２が受け部材６３から離れた場合、移動板６２及び受け部材６３はワーク９１を離す。

図８は第一アーム３１の第一回転角度及び第二アーム３２の第二回転角度を測定する基準を示す部分拡大正面図である。第一アーム３１の第一回転角度は、起立した状態の第一アーム３１、即ち第一軸５１から上方向に延びた第一基準線７１（鉛直線）を基準にして、右側への第一回転角度を正、左側への第一回転角度を負とする。第一アーム３１の上端部が第一基準線７１よりも右側に回転した場合、第一アーム３１と第一基準線７１とがなす角度が第一アーム３１の正の第一回転角度となる。第一アーム３１の上端部が第一基準線７１よりも左側に回転した場合、第一アーム３１と第一基準線７１とがなす角度が第一アーム３１の負の第一回転角度となる。

第二アーム３２の第二回転角度は、第一軸５１から第一アーム３１の長手方向に延びた第二基準線７２を基準にして、右側への第二回転角度を正、左側への第二回転角度を負とする。第二アーム３２の上端部が第一基準線７１よりも右側に回転した場合、第二アーム３２と第二基準線７２とがなす角度が第二アーム３２の正の第二回転角度となる。第二アーム３２の上端部が第二基準線７２よりも左側に回転した場合、第二アーム３２と第二基準線７２とがなす角度が第二アーム３２の負の第二回転角度となる。なお第一基準線７１と第二基準線７２とがなす角度は第一回転角度に対応する。

図９は非係合状態のプランジャ４４及び係合溝３１ａを示す部分拡大正面図、図１０は係合状態のプランジャ４４及び係合溝３１ａを示す部分拡大正面図である。図９に示す如く、第一アーム３１が右側（開閉扉４３から離れる側）に回転し、第一回転角度が所定角度以上になった場合、係合溝３１ａはボール４４ｄから上方に離れる。ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合しない。

図１０に示す如く、第一アーム３１が左側（開閉扉４３側）に回転し、第一回転角度が所定角度未満になった場合、係合溝３１ａは、ボール４４ｄの上側から下側に亘る範囲に位置する。換言すれば、係合溝３１ａが位置する上下範囲はボール４４ｄの上下位置を含む。このとき、係合溝３１ａ及びボール４４ｄの前後位置が略同じ場合、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合する。

図１１はワーク交換装置１の駆動を制御する制御装置８０付近の構成を略示するブロック図である。制御装置８０は、ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、不揮発性メモリ８４、入力インタフェース８５、出力インタフェース８６を備える。ＣＰＵ８１はタイマ８１ａを備える。ＣＰＵ８１はＲＯＭ８２に格納した制御プログラムをＲＡＭ８３に読み込んで、工作機械１００及びワーク交換装置の駆動を制御する。ＲＯＭ８２はワーク９１を交換する交換プログラムを格納する。ＣＰＵ８１は交換プログラムを構成する複数のブロックを順次読み込んで、ワーク交換処理を実行する。

第一モータ１１〜第四モータ３４は第一エンコーダ１１ｂ〜第四エンコーダ３４ｂを夫々備える。第一エンコーダ１１ｂ〜第四エンコーダ３４ｂは第一モータ１１〜第四モータ３４の回転角度を検出し、入力インタフェース８５を介して、検出した回転角度を制御装置８０に入力する。近接センサ４５ｂはブロック４５ａ、換言すれば開閉扉４３が近接したか否かを示す信号を制御装置８０に入力する。リミットスイッチ４３ａは開閉扉４３の閉を示す信号を制御装置８０に入力する。制御装置８０は、出力インタフェース８６を介して、第一モータ１１〜第四モータ３４及びシリンダ６１に夫々駆動信号を出力する。

制御装置８０は、第一エンコーダ１１ｂから入力した第一モータ１１の回転角度に基づいて、ワーク交換装置１の前後位置を演算し、第二エンコーダ２２ｂから入力した第二モータ２２の回転角度に基づいて、第一アーム３１の第一回転角度を演算し、第三エンコーダ２３ｂから入力した第三モータ２３の回転角度に基づいて、第二アーム３２の第二回転角度を演算し、第四エンコーダ３４ｂから入力した第四モータ３４の回転角度に基づいて、支持板６４の回転軸６７周りの位置を演算する。

図１２及び図１３は制御装置８０によるワーク交換処理を説明するフローチャート、図１４は第一回転角度が０度であり且つ開閉扉４３が閉じた場合のワーク交換装置１を略示する正面図、図１５は第一回転角度が０度であり且つ開閉扉４３が閉じた場合のワーク交換装置１を略示する平面図、図１６は第一回転角度がαである場合のワーク交換装置１を略示する正面図、図１７は開閉扉４３の内側に第一アーム３１が進入したワーク交換装置１を略示する正面図、図１８は開閉扉４３の内側に第一アーム３１が進入したワーク交換装置１を略示する平面図、図１９は所定時間の決定方法を説明する説明図である。

初期状態において、第一回転角度は所定角度未満であり、係合溝３１ａの第一軸５１周りの位置はボール４４ｄに係合する位置であるとする。ＣＰＵ８１は工作機械１００でのワークの加工が完了するまで待機する（ステップＳ１：ＮＯ）。工作機械１００でのワークの加工が完了した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は、リミットスイッチ４３ａから開閉扉４３の閉を示す信号を入力しているか否か判定する（ステップＳ２）。

開閉扉４３の閉を示す信号を入力していない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、近接センサ４５ｂから開閉扉４３が近接したことを示す信号が入力したか否かを判定する（ステップＳ３）。開閉扉４３が近接したことを示す信号が入力していない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ＣＰＵ８１はエラーを報知し（ステップＳ４）、処理を終了する。ＣＰＵ８１は例えば操作画面にエラーを表示する。この場合、開閉扉４３は開き且つワーク交換装置１は前方に位置し、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合していないか又はリミットスイッチ４３ａ、近接センサ４５ｂ等に異常が発生している可能性がある。

開閉扉４３が近接したことを示す信号が入力している場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、開閉扉４３は開き且つワーク交換装置１は後方に位置し、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合しているので、ＣＰＵ８１は、リミットスイッチ４３ａから開閉扉４３の閉を示す信号を入力するまで、第一モータ１１を駆動し、ワーク交換装置１を前方に移動し、開閉扉４３を閉じる（ステップＳ５）。

開閉扉４３を閉じた場合（ステップＳ２：ＹＥＳ、ステップＳ５）、ＣＰＵ８１は第二エンコーダ２２ｂからの入力に基づいて、第一回転角度を演算し、第一回転角度が０度であるか否か判定する（ステップＳ６）。第一回転角度が０度でない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ＣＰＵ８１は、第一回転角度が０度になるまで第一アーム３１を回転する（ステップＳ７）。０度は前記所定角度未満であり、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合する。

図１４及び図１５に示す如く、第一回転角度が０度である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ、ステップＳ７）、ＣＰＵ８１は第一モータ１１の駆動を開始し、ワーク交換装置１の後方への移動を開始して、開閉扉４３の開動作を開始し、且つ第二モータ２２の駆動を開始して第一アーム３１の右回転、即ち開閉扉４３の外側への回転を開始する（ステップＳ８）。ＣＰＵ８１は、第一回転角度が前記所定角度未満となるように、即ちボール４４ｄが係合溝３１ａに係合する範囲で第一アーム３１を右に回転する。ＣＰＵ８１は、タイマ８１ａを用いて計時を開始する（ステップＳ９）。タイマ８１ａは開閉扉４３の開動作の開始時からの経過時間を計測する。

ＣＰＵ８１は、第一回転角度が予め定めたα（α＞０）[度]以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。αは前記所定角度未満であり、ボール４４ｄは係合溝３１ａに係合する。αは例えば以下のように定める。
α＝１／２＊Ｘ²／Ｙ
Ｘ[度／ｓ]：第一アーム３１が開閉扉４３に進入する時の回転速度
Ｙ[度／ｓ²]：第一アーム３１の最大加速度
Ｙは第二モータ２２の仕様によって定まるので、所望の回転速度Ｘを設定すれば、αは定まる。回転速度Ｘは、例えば第一回転角度が０度である場合における第一アーム３１の回転速度である。第一アーム３１は最大加速度Ｙで動作するので、回転速度Ｘを最高速度にできる。

第一回転角度がα以上でない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ＣＰＵ８１はステップＳ１０に処理を戻す。図１６に示す如く、第一回転角度がα以上である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は第一アーム３１の右回転を停止する（ステップＳ１１）。

ＣＰＵ８１は開閉扉４３の開動作の開始時から所定時間が経過したか否か判定する（ステップＳ１２）。時間軸ｔを示す図１９を用いて所定時間の決定方法を説明する。図１９において、開閉扉４３の開動作開始時点を０とし、開閉扉４３の開動作によって第一アーム３１が進入可能な開口面積を扉ユニット４に形成した時点、即ち開閉扉４３の開動作が完了した時点をｔ１とし、第一回転角度がαである時点をｔ２とする。また時点ｔ２から直ちに第一アーム３１が左回転を開始したと仮定した場合に、第一回転角度が０度となる時点、即ち第一アーム３１の回転速度がＸとなる時点をｔ３としている。

０からｔ１までの時間Ｔ１と、０からｔ２までの時間Ｔ２及びｔ２からｔ３までの時間Ｔ３の和を比較し、図１９Ａに示す如く、Ｔ１＜Ｔ２＋Ｔ３の場合、Ｔ２を所定時間に決定する。図１９Ｂに示す如く、Ｔ１＞Ｔ２＋Ｔ３の場合、時点ｔ３とｔ１の間の時間Ｔ４を演算し、Ｔ２＋Ｔ４を所定時間に決定する。なおｔ４は時点０からＴ２＋Ｔ４経過した時点を示す。

ＣＰＵ８１は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を演算し、Ｔ２又はＴ２＋Ｔ４を所定時間に決定する。なお予めＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を演算し、Ｔ２又はＴ２＋Ｔ４を不揮発性メモリ８４に記憶し、ＣＰＵ８１は記憶した時間を参照してもよい。後述するように、Ｔ２又はＴ２＋Ｔ４経過後に、第一アーム３１が左側に回転することによって、開閉扉４３に干渉せずに、第一アーム３１は所望の回転速度Ｘで開閉扉４３の内側に進入する。

開閉扉４３の開動作の開始時から所定時間が経過していない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ８１はステップＳ１２に処理を戻す。開閉扉４３の開動作の開始時から所定時間が経過した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ８１は第一アーム３１の左側への回転を開始する（ステップＳ１３）。

ＣＰＵ８１は第一アーム３１が開閉扉４３の内側にワークを交換可能な位置まで進入するまで待機する（ステップＳ１４：ＮＯ）。例えば、ＣＰＵ８１は第一回転角度が−９０度以下になるまで待機する。第一アーム３１が開閉扉４３の内側にワークを交換可能な位置まで進入した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、例えば第一回転角度が−９０度以下になった場合、ＣＰＵ８１は第一アーム３１の左回転を停止する（ステップＳ１５）。なお−９０度は、第一アーム３１がワークを交換可能な位置まで進入したか否かの基準の一例に過ぎず、他の角度、例えば−８９度〜−７０度のいずれかの角度を使用してもよい。

図１７及び図１８に示す如く、ＣＰＵ８１は開閉扉４３の内側でワークを交換する処理を実行し（ステップＳ１６）、第一アーム３１を開閉扉４３から退出する処理及び開閉扉４３を閉じる処理を実行し（ステップＳ１７）、開閉扉４３の外側でワークを交換する処理を実行する（ステップＳ１８）。

実施の形態に係るワーク交換装置１、ワーク交換方法及びコンピュータプログラムにあっては、開閉扉４３の開動作を開始する時、開閉扉４３の右側（外側）へ第一アーム３１を回転する。また開閉扉４３の開動作が完了する前に、開閉扉４３の左側（内側）へ第一アーム３１を回転する（ステップＳ１３、図１９参照）。開閉扉４３の開動作が完了する前に、第一アーム３１は開閉扉４３側に移動を開始するので、開閉扉４３の開動作が完了するまで第一アーム３１が待機する場合に比べて、ワークの交換時間を短縮することができる。

また開閉扉４３の外側へ第一アーム３１を回転する前に、起立した状態の第一アーム３１に平行に、即ち上下に延びた第一基準線７１に平行に第一アーム３１を配置する（ステップＳ６、図１５参照）。起立した状態にすることで、工作機械１００に干渉しない中立位置に第一アーム３１を配することができる。また起立した状態の位置、即ち中立位置を、第一アーム３１の回転角度を演算する為の基準位置にすることができる。

また第一アーム３１が所望の回転速度Ｘで開閉扉４３の内側に進入するように、第一アーム３１を角度αまで開閉扉４３の右側（外側）に回転する。その後、第一アーム３１は、開閉扉４３側に移動し、所望の回転速度Ｘで開閉扉４３の内側に進入する。アームは開閉扉４３の内側に高速で進入し、ワークの交換時間を短縮する。

また開閉扉４３の開方向への移動中に、第一アーム３１は開閉扉４３の外側へ回転し、所定時点（ｔ２又はｔ４）で開閉扉４３の内側へ回転する。開閉扉４３の開動作が完了した時又はその直後に、第一アーム３１は所望の回転速度Ｘで開閉扉４３の内側に進入する（ステップＳ１３、図１９参照）。開閉扉４３の開動作が完了した時又はその直後に、第一アーム３１は開閉扉４３の内側に高速で進入するので、ワークの交換時間を短縮できる。

また第一アーム３１は最大加速度Ｙで動作し、開閉扉４３の内側に最高速で進入できる。また第一アーム３１は最大加速度で動作し、開閉扉４３の内側に最高速で進入できる。また第一アーム３１は高速で開閉扉４３に進入するので、第二アーム８２も高速で開閉扉４３の内側に進入し、第二アーム８２の把持部６０によるワーク交換を短時間で実行できる。

なおワークを交換する場合に、第一アーム８１と同様に、第二アーム８２を第一基準線７１に平行に配置し、開閉扉４３の右側（外側）へ第二アーム３２を回転し、開閉扉４３の開動作が完了する前に、開閉扉４３の左側（内側）へ第二アーム３２を回転してもよい。

（変更例）
図１９Ａの場合、即ちＴ１＜Ｔ２＋Ｔ３の場合、開閉扉４３の開動作が完了した時からワークの交換が完了するまでの時間を短縮する為に、ＣＰＵ８１は更に以下のような第一演算及び第二演算をしてもよい。
（第一演算）
開閉扉４３の内側におけるワークを交換する為の第一アーム３１の目標角度がＺである場合、開閉扉４３の開動作が完了した時から第一アーム３１の角度がＺになるまでの時間Ｔ５を演算する。Ｔ５は以下のように定まる。
Ｔ５＝ｔ３−ｔ１＋｜Ｚ｜／Ｘを演算する。

（第二演算）
ＣＰＵ８１は回転速度Ｘに代えて、Ｘよりも小さいＸ′を左回転時の回転速度、即ち時点ｔ１（開閉扉４３の開動作が完了した時点）での回転速度に設定する。回転速度Ｘ′は、例えば不揮発性メモリ８４に予め記憶してある。ＣＰＵ８１は、第一アーム３１が時点ｔ１に回転速度Ｘ′で開閉扉４３の内側に進入するように、第一アーム３１の右回転角度としてαよりも小さい角度βを定める。βは以下のように定まる。
β＝１／２＊Ｘ′²／Ｙ
右回転は時点ｔ２′で終了する。右回転速度はステップＳ８の場合と同じなので、時点ｔ２′は時点ｔ２よりも前の時点である。時点ｔ１において第一回転角度が０度である。ＣＰＵ８１は、開閉扉４３の開動作が完了した時から第一アーム３１の角度がＺになるまでの時間Ｔ６を演算する。Ｔ６は以下のように定まる。
Ｔ６＝｜Ｚ｜／Ｘ′
ＣＰＵ８１はＴ５又はＴ６を比較し、小さい方を採用し、第一アーム３１を駆動する（ステップＳ８以下参照）。

図１９Ｂの場合、即ちＴ１＞Ｔ２＋Ｔ３の場合、上記実施の形態は時点ｔ２から時間Ｔ４経過するまで待機しているが、これに代えて、時点０から時間Ｔ４経過するまで待機してもよい。また時点ｔ１において第一アーム３１が開閉扉４３の内側に進入するように、右回転の回転速度を遅くして、時点ｔ２から直ちに右回転を開始してもよい。

１ワーク交換装置
１８台座
３１第一アーム
３２第二アーム
４３開閉扉
６０把持部
８０制御装置（制御部）
１００工作機械

Claims

工作機械の開閉扉の隣に配置してあり、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換装置において、
台座に一端部を回転可能に支持したアームと、
該アームの駆動を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行する第一回転実行部と、
該第一回転実行部にて前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作によって前記アームが進入可能な開口面積が形成される前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始する第二回転実行部と
を有すること
を特徴とするワーク交換装置。
前記制御部は、前記第一回転実行部による前記アームの回転を実行する前に、前記アームを起立した状態に配置すること
を特徴とする請求項１に記載のワーク交換装置。
前記第一回転実行部は、前記アームの回転加速度及び前記開閉扉の内側への進入時における前記アームの回転速度に基づいて定まる起立した状態の前記アームに対する角度まで前記アームの回転を実行すること
を特徴とする請求項２に記載のワーク交換装置。
前記開閉扉の開動作が完了した時又は直後に、前記アームが前記開閉扉の内側に前記回転速度で進入するように、前記第二回転実行部は前記アームの回転を所定時点で開始すること
を特徴とする請求項３に記載のワーク交換装置。
前記回転加速度は前記アームの最大回転加速度であること
を特徴とする請求項３又は４に記載のワーク交換装置。
前記アームは、
台座に一端部を回転可能に支持した第一アームと、
該第一アームの他端部に一端部を回転可能に支持し、他端部にワークを把持する把持部を設けた第二アームと
を有し、
前記第一回転実行部及び第二回転実行部は前記第一アームの回転を実行すること
を特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のワーク交換装置。
工作機械の開閉扉の隣に配置したワーク交換装置を使用し、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換方法において、
前記ワーク交換装置は台座に一端部を回転可能に支持したアームを備え、
前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行し、
前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作によって前記アームが進入可能な開口面積が形成される前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始すること
を特徴とするワーク交換方法。
台座に一端部を回転可能に支持したアームを備え、工作機械の開閉扉の隣に配置してあり、前記開閉扉の内外を移動してワークを交換するワーク交換装置で実行可能なコンピュータプログラムにおいて、
前記ワーク交換装置に、
前記開閉扉の内側のワークを交換する場合、前記開閉扉の開動作を開始し且つ前記開閉扉の開動作中に前記開閉扉の外側への前記アームの回転を実行し、
前記アームの回転を実行した後、前記開閉扉の開動作によって前記アームが進入可能な開口面積が形成される前に、前記開閉扉の内側への前記アームの回転を開始する
処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。