JP7036709B2 - 交換システム - Google Patents

Description

本発明は、砥石の交換システムに関する。

鋼片の疵を研削するためのグラインダーに用いられる砥石は、表面が摩耗して径が小さくなると、新品の砥石に交換する必要がある。砥石の交換の際には、グラインダーの研削位置に位置する砥石軸を交換場所まで移動させる。砥石軸は、たとえば、２つのフランジ部材と、当該２つのフランジ部材に挟まれた砥石を有している。砥石を交換する際には、２つのフランジ部材のうち、１つのフランジ部材を砥石軸から取り外して、使用済みの砥石を新たな砥石に付け替えている。

上述した砥石の交換作業を人手で行うと作業者の負担が大きいため、砥石の交換作業を機械化することが望まれている。しかし、鋼片の疵を研削するグラインダーなど、大型の重研削機の場合、砥石軸をグラインダーでの研削位置から砥石を交換する交換位置まで移動させる際の移動距離が大きい。そのため、短距離を移動する場合のように位置精度を高めにくく、交換位置での砥石軸の実際の位置が設計した位置に対してずれたり、砥石軸の移動間で位置ズレが生じたりする可能性がある。そのため、砥石軸の位置ズレに起因して、砥石の交換作業を行うロボットが移動した設計上の位置が、砥石やフランジ部材の位置に対してズレが生じて、砥石の交換作業の機械化、自動化が困難となっている。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みて、砥石軸の位置ズレが生じたとしても、ロボットによって砥石の交換を容易に行うことができる、砥石の交換システムを提供することを目的とする。

本発明の交換システムは、鋼片の研削に用いられるグラインダーの砥石の交換システムであって、前記交換システムが、前記グラインダーの研削位置から、前記砥石を交換する際の交換位置まで移動可能な砥石軸と、アーム部と、前記アーム部の先端に設けられたハンド部とを備え、前記交換位置にある前記砥石軸の前記砥石を交換可能な交換ロボットと、前記交換ロボットを制御する制御部とを備え、前記砥石軸は、砥石軸本体と、前記砥石軸本体に設けられ、前記砥石の第１の端面に対向する第１フランジと、前記砥石を挿通して支持する挿通軸を有する第１フランジ部材と、前記砥石の第２の端面に対向する第２フランジを有し、前記第１フランジ部材に複数の締結部材によって固定されて、前記第１フランジ部材とともに前記砥石を挟持する第２フランジ部材とを備え、前記交換ロボットの前記ハンド部は、前記第２フランジ部材を前記第１フランジ部材に対して着脱する際に、前記第２フランジ部材と係合可能な係合部と、前記第２フランジ部材の位置を検知可能なセンサ部とを有し、前記第２フランジ部材は、前記第２フランジの、前記砥石の前記第２の端面と対向する面とは反対側の面から突出して設けられ、前記ハンド部の前記係合部と前記挿通軸の軸方向で係合可能な少なくとも３つの被係合部を備え、前記被係合部の外縁を前記センサ部が検知することによって前記第２フランジ部材の位置が検知され、検知された前記第２フランジ部材の位置情報に基づいて前記ハンド部が前記第２フランジ部材に向かって移動して、前記ハンド部の前記係合部と前記第２フランジ部材の前記被係合部とを係合させて、前記第２フランジ部材が前記第１フランジ部材から取り外されることを特徴とする。

また、前記ハンド部は、前記締結部材を弛緩および／または締結する弛緩・締結機構を有し、前記弛緩・締結機構は、前記締結部材と係合して前記締結部材を軸周りに回転させる回転部材を有し、前記回転部材は、前記センサ部により検知された第２フランジ部材の位置情報に基づいて、前記締結部材の位置へと移動して前記締結部材を弛緩および／または締結することが好ましい。

また、前記第２フランジ部材は中央に貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に、前記締結部材のそれぞれが挿入される複数の締結孔を有し、前記制御部は、前記回転部材により前記複数の締結部材のそれぞれを弛緩させる際に、前記締結部材を所定の弛緩状態まで回転させた後、所定のトルクで当該１つの締結部材を締結方向に回転させ、前記複数の締結部材のそれぞれを徐々に弛緩させるように前記回転部材を制御することが好ましい。

また、前記第２フランジ部材の前記被係合部が前記ハンド部の前記係合部に対して、前記挿通軸の軸周りに回転することにより、または、前記ハンド部の前記係合部が前記第２フランジ部材の前記被係合部に対して、前記挿通軸の軸周りに回転することにより、前記係合部と前記被係合部とが係合するように構成されていることが好ましい。

また、前記第２フランジ部材は中央に貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に、前記締結部材のそれぞれが挿入される複数の締結孔を有し、前記ハンド部は、前記係合部が設けられた基部と、前記基部に対して所定の軸周りに回転可能な回転部とを有し、前記回転部は、前記回転部が前記挿通軸の軸周りに回転することにより、前記第２フランジ部材が前記挿通軸の軸周りに回転し、前記係合部と前記被係合部とが係合することが好ましい。

また、前記センサ部は、接触により位置情報を取得するプローブを有するタッチセンサであり、前記被係合部は、前記第２の端面に対して垂直に延びる第１基準面と、前記第２の端面に対して垂直、かつ、前記第１基準面に対して垂直に延びる第２基準面と、前記第２の端面と平行に延びる第３基準面とを有し、前記制御部は、前記センサ部の前記プローブを、３つの前記被係合部それぞれの前記第３基準面に当接させて、前記第２フランジ部材の姿勢を検出し、前記プローブを、少なくとも１つの前記被係合部の前記第１基準面、前記第２基準面および前記第３基準面に当接させて、前記第２フランジ部材の、前記挿通軸の軸方向に平行な方向となるＸ方向におけるＸ位置、水平方向のうち、前記Ｘ方向に垂直な方向であるＹ方向におけるＹ位置、鉛直方向であるＺ方向におけるＺ位置を検出するように構成されていることが好ましい。

また、前記制御部が、前記プローブを、前記第１基準面のうちの異なる２点、前記第２基準面のうちの異なる２点、または、前記第３基準面のうちの異なる２点に接触するように制御して、前記挿通軸の軸周り方向での前記第２フランジ部材の回転角度を検出することが好ましい。

また、前記ハンド部が、前記砥石軸から前記砥石を取り外すように構成された砥石取り外し機構を有し、前記砥石取り外し機構は、前記砥石を支持する支持部と、前記砥石軸から前記支持部へと前記砥石を移動させる砥石移動部とを有していることが好ましい。

また、前記砥石移動部は、前記挿通軸の軸方向に平行な方向となるＸ方向に移動し、水平方向のうち前記Ｘ方向に垂直なＹ方向で互いに離間して配置された一対の砥石移動アームを有し、前記一対の砥石移動アームは、前記砥石の前記第１の端面に当接可能な当接部を有し、前記砥石軸の前記第１フランジ部材から離れる方向に移動する際に前記砥石を前記支持部へと移動させることが好ましい。

また、前記砥石移動部は、前記一対の砥石移動アームのそれぞれに荷重センサを有し、前記制御部が、前記荷重センサにより検知された荷重に応じて、前記一対の砥石移動アームのそれぞれの移動量を制御するように構成されていることが好ましい。

また、前記砥石移動部は、前記荷重センサに加わる荷重を緩衝するために、前記荷重センサに接続されたバネ部材を有していることが好ましい。

また、前記ハンド部が、交換用の新品砥石を支持し、前記新品砥石を前記砥石軸へと移動可能な新品砥石取り付け機構を有し、前記新品砥石取り付け機構は、前記新品砥石を支持する新品砥石支持部と、前記新品砥石支持部から前記砥石軸へと前記新品砥石を押し出す押圧部とを備えていることが好ましい。

また、前記ハンド部は、異なる機能を有する複数のハンドユニットを有し、前記複数のハンドユニットのうちの１つが前記アーム部に対して着脱自在に取り付けられることが好ましい。

また、前記ハンド部が、前記係合部と、前記センサ部と、前記締結部材を弛緩および／または締結する弛緩・締結機構とを備えた第１ハンドユニットと、前記砥石を支持する支持部と、前記砥石軸から前記支持部へと前記砥石を移動させる砥石移動部とを有する、前記砥石軸から前記砥石を取り外すように構成された砥石取り外し機構を備えた第２ハンドユニットと、新品砥石を支持する新品砥石支持部と、前記新品砥石支持部から前記砥石軸へと前記新品砥石を押し出す押圧部とを有する、交換用の新品砥石を支持し、前記新品砥石を前記砥石軸へと移動可能な新品砥石取り付け機構を備えた第３ハンドユニットとを備え、前記第１ハンドユニット、前記第２ハンドユニットおよび前記第３ユニットのうちの１つが前記アーム部に対して着脱自在に取り付けられることが好ましい。

本発明の交換システムによれば、砥石軸の位置ズレが生じたとしても、ロボットによって砥石の交換を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態の交換システムの概略全体図である。 図１の交換システムに用いられる砥石軸の斜視図である。 第１フランジ部材および第２フランジ部材が固定された状態を示す側面図である。 第２フランジ部材の斜視図である。 砥石保管部の正面図である。 砥石保管部の新品砥石保管部の動作を説明する概略図である。 本発明の一実施形態の交換システムに用いられる第１ハンドユニットのセンサ部および第２フランジ部材着脱機構を示す斜視図である。 図７に示される第１ハンドユニットにおいて、センサ部、第２フランジ部材着脱機構および弛緩・締結機構を側方から見た側面図である。 図７に示される第１ハンドユニットにおいて、第２フランジ部材着脱機構を軸方向に見た正面図である。 図７に示される第１ハンドユニットにおいて、弛緩・締結機構を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の交換システムに用いられる第２ハンドユニットの斜視図である。 図１１に示される第２ハンドユニットの側面図である。 図１１に示される第２ハンドユニットの正面図である。 図１１に示される第２ハンドユニットに設けられた荷重センサを示す概略図である。 本発明の一実施形態の交換システムに用いられる第３ハンドユニットの斜視図である。 図１５に示される第３ハンドユニットの側面図である。 図１５に示される第３ハンドユニットの正面図である。 第１ハンドユニットのセンサ部が、第２フランジ部材の第３基準面に向かって移動して当接する状態を示す概略図である。 第１ハンドユニットのセンサ部が、第２フランジ部材の第１基準面および第２基準面に向かって移動して当接する状態を示す概略図である。 第１ハンドユニットの弛緩・締結機構の動作を示す概略図である。 第１ハンドユニットによるボルトの弛緩動作の順序の一例を示す図である。 第２フランジ部材の被係合部と第１ハンドユニットの係合部とが係合する前の状態を示す概略図である。 第２フランジ部材の被係合部と第１ハンドユニットの係合部とが係合した状態を示す概略図である。 第２フランジ部材の被係合部と第１ハンドユニットの係合部とが係合し、挿入ピンが第２フランジ部材の締結孔に挿入された状態を示す概略図である。 第２ハンドユニットによる砥石の取り外し工程において、第２ハンドユニットの砥石移動アームが砥石の上方に位置する状態を示す概略図である。 第２ハンドユニットによる砥石の取り外し工程において、第２ハンドユニットの砥石移動アームの当接部が砥石の端面に当接している状態を示す概略図である。 図２６の状態からさらに、第２ハンドユニットの連結部が第１フランジ部材のドッキング部に連結された状態を示す概略図である。 図２７の状態から、砥石が第２ハンドユニットの支持部に移動した状態を示す概略図である。 第３ハンドユニットから第１フランジ部材に新品砥石が取り付けられる前の状態を示す概略図である。 第３ハンドユニットから第１フランジ部材に新品砥石が移し変えられた状態を示す概略図である。 新品砥石が取り付けられた第１フランジ部材に第２フランジ部材が取り付けられた状態において、被係合部と係合部とが係合した状態を示す概略図である。 新品砥石が取り付けられた第１フランジ部材に第２フランジ部材が取り付けられた状態において、被係合部と係合部との間の係合が解除された状態を示す概略図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態の交換システムを説明する。なお、以下の実施形態で示す交換システムはあくまで一例であり、本発明の交換システムは、以下の例に限定されるものではない。

図１に示されるように、本実施形態の交換システム１は、鋼片の研削に用いられるグラインダーＧの砥石ＧＳ（図２参照）を交換するシステムである。交換システム１は、図１に示されるように、グラインダーＧの研削位置Ｐ１から、砥石ＧＳを交換する際の交換位置Ｐ２まで移動可能な砥石軸２と、交換位置Ｐ２にある砥石軸２の砥石ＧＳを交換可能な交換ロボット３と、交換ロボット３を制御する制御部４とを備えている。また、本実施形態では、交換システム１はさらに、図１に示されるように、後述する第２フランジ部材２３を保管するフランジ保管部５と、砥石ＧＳを保管する砥石保管部６と、後述するハンド部３２を格納するハンド部格納装置７とを備えている。

砥石ＧＳは、グラインダーＧの砥石軸２に回転可能に支持され、グラインダーＧでの鋼片の研削時に回転するように構成されている。砥石ＧＳは、グラインダーＧでの鋼片の研削による磨耗によって径が小さくなった場合に新品の砥石ＧＳに交換される。砥石ＧＳの交換時には、グラインダーＧの砥石軸２は、図１に二点鎖線で示される研削位置Ｐ１から、砥石ＧＳを交換する際の実線で示される交換位置Ｐ２まで移動する。

砥石軸２は、本実施形態では、砥石ＧＳを回転可能に支持する部材全体をいい、図２および図３に示されるように、砥石軸本体２１（図２参照）と、第１フランジ部材２２（図３参照）と、第２フランジ部材２３とを備えている。

第１フランジ部材２２および第２フランジ部材２３は、鋼片の研削時には、砥石ＧＳを挟持した状態で、砥石軸本体２１に対して回転するように構成されている。なお、砥石ＧＳの交換時には、砥石軸本体２１の裏側から砥石軸本体２１および第１フランジ部材２２に図示しない固定ピンが挿し込まれて、第１フランジ部材２２が砥石軸本体２１に対して回転しないようにされている。

なお、本実施形態の交換システム１における砥石ＧＳの交換作業の一例は以下のとおりである。
１）砥石軸２を研削位置Ｐ１から交換位置Ｐ２まで移動させる。
２）砥石軸２から第２フランジ部材２３を交換ロボット３によって取り外す。
３）砥石軸２から砥石ＧＳを交換ロボット３によって取り外す。
４）新品砥石ＧＳを交換ロボット３によって砥石軸２に取り付ける。
５）第２フランジ部材２３を交換ロボット３によって砥石軸２に取り付ける。
６）砥石軸２を交換位置Ｐ２から研削位置Ｐ１まで移動させる。

本実施形態の交換システム１は、以上の工程を交換システム１によって自動化している。なお、上記工程のそれぞれは適宜変更が可能であり、工程の順序も適宜変更が可能である。また、上記各工程の間に他の工程が含まれていてもよい。また、少なくとも一部の工程を交換システム１以外によって行うようにしてもよく、必ずしも全ての工程が完全に自動化される必要はない。以下、本実施形態の交換システム１の各構成を説明する。

第１フランジ部材２２は、図３に示されるように、砥石軸本体２１に設けられ、砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１に対向する第１フランジ２２１と、砥石ＧＳを挿通して支持する挿通軸２２２とを有している。第１フランジ２２１は中央部に開口を有する円盤状に形成されている。挿通軸２２２は、第１フランジ２２１の、砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１と対向する面２２１ａの中央部から垂直方向に延びている。挿通軸２２２は、略円筒状に形成されている。挿通軸２２２の外側に、砥石ＧＳの中央部に設けられた貫通孔ＧＳａを介して砥石ＧＳが挿通されて、砥石ＧＳが第１フランジ部材２２に支持される。

図３に示されるように、挿通軸２２２の一端（第１フランジ２２１と繋がっている端部とは反対側の端部）２２２ａにおいて、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に取り付けられる。第１フランジ部材２２と第２フランジ部材２３との間の接続方法は特に限定されないが、本実施形態では、第１フランジ部材２２の挿通軸２２２の一端２２２ａの外径が、第２フランジ部材２３の中央部に形成された貫通孔２３２の内径とほぼ同じかわずかに小さくなるように形成され、第２フランジ部材２３が貫通孔２３２を介して挿通軸２２２の一端２２２ａの外側に嵌め込まれるように構成されている。第１フランジ部材２２に第２フランジ部材２３が取り付けられると、第２フランジ部材２３は、第１フランジ部材２２に締結部材Ｂにより固定される。締結部材Ｂはたとえば、ボルトとすることができるが、締結部材はボルトに限定されない。なお、以下の説明において、締結部材をボルトＢと呼ぶ場合がある。本実施形態では、第１フランジ部材２２の挿通軸２２２は、挿通軸２２２の軸Ｘ方向にボルトＢを締結可能な締結孔Ｈ１を有している。締結孔Ｈ１は第２フランジ部材２３の締結孔Ｈ２の数および位置に対応して形成されている。

また、第１フランジ部材２２の挿通軸２２２の一端２２２ａには、後述する交換ロボット３のハンド部３２とドッキング可能なドッキング部Ｄを有している。ドッキング部Ｄは、ハンド部３２とドッキングすることにおり、各工程でのハンド部３２の動作時にハンド部３２と砥石軸２との間の動きを規制し、ハンド部３２の各動作を行いやすくしている。ドッキング部Ｄは、本実施形態では、第１フランジ部材２２と第２フランジ部材２３とが取り付けられたときに、第２フランジ部材２３の面２３１ｂから突出している。

第２フランジ部材２３は、第１フランジ部材２２に取り付けられた砥石ＧＳを第１フランジ部材２２とともに挟持することにより、砥石ＧＳを砥石軸２に支持する。第２フランジ部材２３は、砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２に対向する第２フランジ２３１を有している。第２フランジ２３１は、第１フランジ２２１と略平行に配置され、第１フランジ２２１とともに砥石ＧＳを軸Ｘ方向に挟持する。砥石ＧＳは、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に複数のボルトＢによって固定されることにより、第１フランジ２２１および第２フランジ２３１に挟持された状態で支持される。

第２フランジ部材２３は、本実施形態では、図３および図４に示されるように、第１フランジ部材２２の挿通軸２２２の一端２２２ａが貫通する貫通孔２３２を中央に有している円盤状の部材である。第２フランジ部材２３は、貫通孔２３２の周囲に、ボルトＢのそれぞれが挿入される複数の締結孔Ｈ２を有している。本実施形態では、第２フランジ部材２３は、図４に示されるように、貫通孔２３２の開口縁に沿って、軸Ｘ周り方向に８つの締結孔Ｈ２が等間隔で設けられている。この締結孔Ｈ２にボルトＢが挿通される。第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に取り付けられて、第１フランジ部材２２の締結孔Ｈ１と第２フランジ部材２３の締結孔Ｈ２とが軸Ｘ方向で並んだ状態で、ボルトＢが締結孔Ｈ２および締結孔Ｈ１に挿通されて締結される。これにより、砥石ＧＳが第１フランジ部材２２および第２フランジ部材２３に挟持された状態で固定される。

第２フランジ部材２３は、図４に示されるように、さらに被係合部２３３を有している。被係合部２３３は、第２フランジ２３１の砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２と対向する面２３１ａとは反対側の面（以下、正面という）２３１ｂから突出して設けられている。被係合部２３３は、後述するハンド部３２の係合部Ｅと挿通軸２２２の軸Ｘ方向で係合可能である。被係合部２３３は、少なくとも３つの被係合部２３３を備えていることが好ましい。本実施形態では、第２フランジ２３１に３つの被係合部２３３が設けられているが、被係合部２３３の数は特に限定されず、４つ以上の被係合部２３３が設けられていてもよい。なお、被係合部２３３の詳細については後述する。

図１に示されるフランジ保管部５は、砥石ＧＳの交換に際して、第２フランジ部材２３を保管する部位である。本実施形態では、砥石ＧＳの交換の際に使用済みの第２フランジ部材２３は廃棄され、砥石ＧＳの交換後に新品の第２フランジ部材２３が取り付けられる。そのため、図示は省略するが、フランジ保管部５は、使用済みの第２フランジ部材２３を保管する廃棄フランジ保管部と、新品の第２フランジ部材２３を保管する新品フランジ保管部とを有している。後述するように、砥石ＧＳの交換の際に、砥石軸２から交換ロボット３によって取り外された使用済みの第２フランジ部材２３は、廃棄フランジ保管部に保管される。また、新品の第２フランジ部材２３は、砥石ＧＳを交換した後に交換ロボット３によって新品フランジ保管部から取り出され、その後、砥石軸２に取り付けられて第１フランジ部材２２とともに砥石ＧＳを挟持する。なお、砥石ＧＳの交換後に交換前と同じ第２フランジ部材２３が再度第１フランジ部材２２に取り付けられても構わない。なお、フランジ保管部５の第２フランジ部材２３の保管の方法は特に限定されない。たとえば、フランジ保管部５は、第２フランジ部材２３を吊り下げて支持することができる。

砥石保管部６は、砥石ＧＳを保管する部位である。砥石保管部６は、本実施形態では、図５に示されるように、砥石軸２から外された使用済みの廃棄用砥石ＧＳを保管する廃棄砥石保管部６１と、砥石軸２から使用済みの砥石と交換して砥石軸２に取り付けられる新品砥石ＧＳを保管する新品砥石保管部６２とを有している。

廃棄砥石保管部６１は、本実施形態では、鉛直方向に立設した、砥石保管部６の基台６ａから水平方向に突出する支持体６ｂを有している。支持体６ｂは、砥石ＧＳを支持することができれば特に限定されないが、本実施形態では互いに平行に延びる一対の支持ロッド（以下、支持体６ｂを支持ロッド６ｂと呼ぶ）である。廃棄される砥石ＧＳは、交換ロボット３によって砥石軸２から取り外された後、廃棄砥石保管部６１まで交換ロボット３によって移動して、一対の支持ロッド６ｂに吊り下げられる。

また、新品砥石保管部６２は、基台６ａから水平方向に突出する支持体（支持ロッド）６ｂを有しており、新品砥石ＧＳが支持されている。また、新品砥石保管部６２は、図６に示されるように、新品砥石ＧＳを取り出すために新品砥石保管部６２の前へ移動した交換ロボット３に向かって、支持ロッド６ｂに支持された砥石ＧＳを押し出すように構成されている。具体的には、新品砥石保管部６２は、図５および図６に示されるように、新品砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１に当接して、新品砥石ＧＳを交換ロボット３に向かって押し出す環状の押出部材６ｃを有している。押出部材６ｃは、図６に示されるように、電動シリンダー等の駆動機構によって交換ロボット３に向かって移動して、新品砥石保管部６２に保管された新品砥石ＧＳを交換ロボット３に向かって押し出して交換ロボット３に移している。なお、砥石保管部６は制御部４と接続されており、押出部材６ｃの動作は、制御部４によって制御される。

交換ロボット３は、砥石ＧＳの交換を行うロボットである。交換ロボット３は、図１に示されるように、交換システム１の各種動作を制御する制御部４に接続されており、制御部４の制御によって動作を行うように構成されている。なお、制御部４は、交換ロボット３以外に、グラインダーＧ、砥石保管部６およびハンド部格納装置７などに接続され、交換システム１の各種の動作を制御している。

交換ロボット３は、図１に示されるように、アーム部３１と、アーム部３１の先端に設けられたハンド部３２とを備えている。アーム部３１は、交換ロボット３が交換動作を行う際に、ハンド部３２を所定の位置に移動させる。本実施形態では、アーム部３１は、ハンド部３２を、砥石軸２の交換位置Ｐ２、フランジ保管部５、砥石保管部６、ハンド部格納装置７へと移動させることができるように構成されている。アーム部３１は、所定の自由度を有して移動するものであれば、特にその構造は限定されない。

交換ロボット３のハンド部３２は、本実施形態では、交換ロボット３による砥石ＧＳの交換作業を行うために、複数の機能を備えている。なお、本実施形態では、ハンド部３２は後述するように、異なる機能を有する複数のハンドユニット３２１、３２２、３２３（図７～図１７参照）を有し、複数のハンドユニット３２１、３２２、３２３のうちの１つがアーム部３１に対して着脱自在に取り付けられる。具体的には、本実施形態では、ハンド部３２は、第１ハンドユニット３２１（図７～図１０参照）、第２ハンドユニット３２２（図１１～図１４参照）および第３ハンドユニット３２３（図１５～図１７参照）を備えている。第１ハンドユニット３２１、第２ハンドユニット３２２および第３ハンドユニット３２３のうちの１つがアーム部３１に取り付けられて所定の動作を行う。なお、アーム部３１に取り付けられていないハンドユニットは、ハンド部格納装置７に格納される。ハンド部格納装置７は、アーム部３１に取り付けるハンドユニットを変更する際に、制御部４によって制御されて、図１に示されるように、ドロワを引き出して、付け替えられるハンドユニットを取り出す。付け替えられるハンドユニットは、ドロワに入った状態でアーム部３１の先端とドッキングして、交換ロボット３によって使用される。本実施形態のように、アーム部３１に取り付けられる複数のハンドユニットを取り替えて用いる場合、交換ロボット３のハンド部３２が大型化せず、砥石ＧＳの交換作業時の取扱いが容易となり、ハンド部３２の制御が複雑化しない。

なお、ハンド部３２は１つのハンド部によって後述する全ての機能を実現しても構わない。なお、本明細書において単に「ハンド部」という場合、アーム部３１に接続されて用いられるハンド部全般の総称であり、ハンド部の個数は限定されない。したがって、本実施形態のように、複数のハンドユニット３２１、３２２、３２３がアーム部３１に付け替えられて用いられる場合、複数のハンドユニット３２１、３２２、３２３の全てが「ハンド部」となる。

つぎに、ハンド部３２の機能について説明する。なお、以下で説明する本実施形態のハンド部３２の機能はあくまで一例であり、ハンド部３２は以下の機能を全て有している必要はなく、また、以下の機能以外の他の機能を有していてもよい。

ハンド部３２は、本実施形態では、第２フランジ部材２３の位置検知機能、締結部材Ｂの弛緩機能、第２フランジ部材２３の取り外し機能、砥石ＧＳの取り外し機能、砥石ＧＳの取り付け機能、第２フランジ部材２３の取り付け機能、締結部材Ｂの締結機能、砥石軸２の清掃機能等を有している。なお、以下では、締結部材Ｂの弛緩機能と締結機能とを合わせて、弛緩・締結機能と呼び、第２フランジ部材２３の取り外し機能と取り付け機能とを合わせて第２フランジ部材２３の着脱機能と呼び、砥石ＧＳの取り外し機能と取り付け機能とを合わせて砥石ＧＳの着脱機能と呼ぶ場合がある。

以下、これらの機能について本実施形態の交換システム１を用いて説明する。なお、以下の実施形態では、３つの第１ハンドユニット３２１（図７～図１０参照）、第２ハンドユニット３２２（図１１～図１４参照）および第３ハンドユニット３２３（図１５～図１７参照）がアーム部３１に接続されて用いられる。本実施形態では、第１ハンドユニット３２１は、第２フランジ部材２３の位置検知機能、締結部材Ｂの弛緩・締結機能、第２フランジ部材２３の着脱機能、清掃機能を有している。また、第２ハンドユニット３２２は、砥石ＧＳの取り外し機能を有し、第３ハンドユニット３２３は、砥石ＧＳの取り付け機能を有している。なお、以下の説明はあくまで一例であり、本発明の交換システム１は以下の実施形態によって限定されない。

＜清掃機能＞
本実施形態では、ハンド部３２の第１ハンドユニット３２１は、清掃機能を有している。具体的には、第１ハンドユニット３２１は、図８および図９に示されるように、砥石軸２に向かってエアを吹きつけ、フラッシングするためのエアーノズルＮを有している。このようにハンド部３２が清掃機能を有していることにより、砥石ＧＳの交換作業前に第２フランジ部材２３などに付着した汚れを取り除くことができ、汚れに起因したセンシングの誤検知や、ハンド部３２による交換作業の失敗を防ぐことができる。また、ハンド部３２の清掃機能によって、砥石ＧＳを取り外した後の挿通軸２２２周りの汚れを取り除くこともできる。なお、エアーノズルＮを設ける位置は、エアーノズルＮによって砥石軸２の汚れを除去することができれば、特に限定されない。本実施形態では、エアーノズルＮは、第１ハンドユニット３２１の弛緩・締結機構の連結部Ｍ１２に取り付けられている。

＜第２フランジ部材の位置検知機能＞
図７および図８に示されるように、ハンド部３２は、第２フランジ部材２３の位置を検知可能なセンサ部ＳＳを有し、ハンド部３２はセンサ部ＳＳによって第２フランジ部材２３の位置検知機能を奏する。図７は、ハンド部３２のうち、アーム部３１に着脱自在に取り付けられる第１ハンドユニット３２１を示しており、センサ部ＳＳは第１ハンドユニット３２１に設けられている。第１ハンドユニット３２１は、アーム部３１と接続されるジョイント部３２１ａと、第１ハンドユニット３２１の各要素が設けられる本体３２１ｂとを備えている。本体３２１ｂは略直方体状にフレームが組まれることにより形成されている。センサ部ＳＳは、本体３２１ｂの１つの面からフレームを介して突出している。センサ部ＳＳは、本体３２１ｂの複数の面のうち、後述する第２フランジ部材着脱機構Ｍ２と同じ面に設けられているが、センサ部ＳＳを設ける位置は特に限定されない。なお、第２ハンドユニット３２２および第３ハンドユニット３２３も、第１ハンドユニット３２１と同様にジョイント部３２２ａ、３２３ａ、および、本体３２２ｂ、３２３ｂを有している。

センサ部ＳＳは、第２フランジ部材２３に設けられた被係合部２３３の外縁を検知することによって第２フランジ部材２３の位置を検知するように構成されている（図１８および図１９参照）。具体的には、センサ部ＳＳは、グラインダーＧの研削位置Ｐ１から交換位置Ｐ２まで移動した砥石軸２の第２フランジ部材２３の位置情報を取得するためにセンシングを行う。取得された位置情報は、制御部４によって所定の記憶部（図示せず）に記憶される。センサ部ＳＳの構造や種類は特に限定されないが、本実施形態では、センサ部ＳＳは、接触により位置情報を取得するプローブＳＳ１を有するタッチセンサである。

センサ部ＳＳによってセンシングされる被係合部２３３は、本実施形態では、図２および図４に示されるように、第２フランジ部材２３の第２フランジ２３１の周方向に等間隔で３か所設けられている。被係合部２３３は、本実施形態では、図４、図１８および図１９に示されるように、少なくとも第１基準面２３３ａ、第２基準面２３３ｂおよび第３基準面２３３ｃを有している。

第１基準面２３３ａは、砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２（または第２フランジ２３１の面２３１ｂ）に対して垂直に延びている面である。本実施形態では、第１基準面２３３ａは、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に固定されているときに、鉛直方向に延び、かつ、第２フランジ２３１の面２３１ｂに垂直な方向（砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２に垂直な方向）に延びている面である。

第２基準面２３３ｂは、砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２（または第２フランジ２３１の面２３１ｂ）に対して垂直、かつ、第１基準面２３３ａに対して垂直に延びている面である。本実施形態では、第２基準面２３３ｂは、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に固定されているときに、水平方向に延び、かつ、第２フランジ２３１の面２３１ｂに垂直な方向（砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２に垂直な方向）に延びている面である。

また、第３基準面２３３ｃは、砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２（または第２フランジ２３１の面２３１ｂ）と平行に延びている面である。第１基準面２３３ａ、第２基準面２３３ｂおよび第３基準面２３３ｃはいずれも平坦面であり、互いに対して垂直に設けられている。なお、被係合部２３３の形状は、ハンド部３２の係合部Ｅと軸Ｘ方向で係合でき、センサ部ＳＳによって第２フランジ部材２３の位置情報を取得することができれば、図示する形状に限定されない。本実施形態では、被係合部２３３は、図４に示されるように、略直方体状のブロックと、該ブロックから突出する板状部とを有し、板状部は第２フランジ２３１の面２３１ｂとの間に係合部Ｅが係合する隙間を有している。なお、被係合部２３３は、第２フランジ２３１に固定部材Ｂ２によって固定されている。

つぎに、センサ部ＳＳによる第２フランジ部材２３の位置情報の取得方法の一例を説明する。本実施形態では、制御部４によって第１ハンドユニット３２１が駆動されて、図１８および図１９に示されるように、センサ部ＳＳを第１基準面２３３ａ、第２基準面２３３ｂ、第３基準面２３３ｃに当接させる。これによって、第２フランジ部材２３の位置情報（たとえば、第２フランジ部材２３の鉛直面に対する傾き、Ｘ方向におけるＸ位置、Ｙ方向におけるＹ位置、Ｚ方向におけるＺ位置など）が取得される。具体的には、制御部４は、図１８に示されるように、センサ部ＳＳのプローブＳＳ１を、３つの被係合部２３３それぞれの第３基準面２３３ｃに当接させて、第２フランジ部材２３の姿勢を検出する。

また、プローブＳＳ１を、少なくとも１つの被係合部２３３の第１基準面２３３ａ、第２基準面２３３ｂおよび第３基準面２３３ｃに当接させることによって、第２フランジ部材２３の、挿通軸２２２の軸Ｘ方向に平行な方向となるＸ方向におけるＸ位置、水平方向のうち、Ｘ方向に垂直な方向であるＹ方向におけるＹ位置、鉛直方向であるＺ方向におけるＺ位置が検出される。

以上のように、センサ部ＳＳによって、第２フランジ部材２３の姿勢、Ｘ位置、Ｙ位置およびＺ位置を把握することができ、図示しない記憶装置にこれらの位置情報が記憶される。そして、その位置情報に基づいて交換ロボット３を制御部４が動作させることによって、砥石ＧＳの交換作業時に、ハンド部３２が必要な場所に正確に移動することができ、砥石軸２に位置ズレが生じた場合であっても、砥石ＧＳの交換作業を確実かつ正確に行うことができる。

また、本実施形態では、制御部４は、図１９に示されるように、プローブＳＳ１を、第２基準面２３３ｂのうちの異なる２点ＰＴ１、ＰＴ２に接触するように制御して、挿通軸Ｘの軸Ｘ周り方向での第２フランジ部材２３の回転角度を検出する。これにより、第２フランジ部材２３の姿勢、Ｘ位置、Ｙ位置およびＺ位置に加えて、第２フランジ部材２３の軸Ｘ周りの回転角度も算出することができ、より精度良く砥石ＧＳの交換作業を行うことができる。なお、本実施形態では、軸Ｘ周りの回転角度を算出するために、プローブＳＳ１を第２基準面２３３ｂのうちの異なる２点に接触させているが、プローブＳＳ１を第１基準面２３３ａのうちの異なる２点、第３基準面２３３ｃのうちの異なる２点に接触させてもよい。また、第１基準面２３３ａは、被係合部２３３のうち、第１基準面２３３ａに平行で第１基準面２３３ａに対向する面２３３ｄ（図４参照）としてもよい。また、第２基準面２３３ｂは、被係合部２３３のうち、第２基準面２３３ｂに平行で第２基準面２３３ｂに対向する面２３３ｅ（図４参照）としてもよい。

＜締結部材の弛緩機能＞
本実施形態では、ハンド部３２は締結部材（ボルト）Ｂを弛緩させる弛緩機能を有し、センサ部ＳＳによって第２フランジ部材２３の位置情報が取得された後、その位置情報を利用して、第２フランジ部材２３に締結されたボルトＢを弛緩させる。

本実施形態では、図８および図１０に示されるように、第１ハンドユニット３２１は、ボルトＢを弛緩および／または締結する弛緩・締結機構Ｍ１を有している。弛緩・締結機構Ｍ１は、ボルトＢと係合してボルトＢを軸周りに回転させる回転部材Ｍ１１と、回転部材Ｍ１１の回転時にドッキング部Ｄとドッキングする連結部Ｍ１２とを有している。

回転部材Ｍ１１は、ボルトＢにボルトＢの軸周り方向で係合するように構成されており、モータの駆動力によって正逆回転して、ボルトＢを弛緩および締結することができるように構成されている。また、回転部材Ｍ１１は、図２０に示されるように、第２フランジ部材２３に対して軸方向に移動することができ、ボルトＢと係合する係合位置（図２０における二点鎖線参照）と非係合位置（図２０における実線参照）との間で移動することができる。なお、本実施形態では、回転部材Ｍ１１は連結部Ｍ１２に対して軸方向に移動するように構成されており、連結部Ｍ１２がドッキング部Ｄにドッキングした後に（図２０における二点鎖線参照）、ボルトＢに向かって前進してボルトＢの頭部と係合する。

回転部材Ｍ１１は、センサ部ＳＳにより検知された第２フランジ部材２３の位置情報に基づいて、ボルトＢの位置へと移動してボルトＢを弛緩および／または締結する。具体的には、センサ部ＳＳによって、第２フランジ部材２３の位置情報が検出されることによって、予め記憶されたボルトＢの位置データと合わせて、ボルトＢそれぞれのＸ、Ｙ、Ｚ位置が算出される。このＸ、Ｙ、Ｚ位置に基づいて、交換ロボット３および回転部材Ｍ１１が移動して、ボルトＢを弛緩・締結することができる。

具体的には、センサ部ＳＳによってセンシングされた第２フランジ部材２３の位置情報に基づいて把握された１つのボルトＢの位置に、回転部材Ｍ１１の軸Ｘ周りでの回転方向の位置を合わせる。回転部材Ｍ１１の回転方向での位置を合わせた後、同様に第２フランジ部材２３の位置情報を元に、回転部材Ｍ１１をボルトＢに向かって軸Ｘ方向に移動させる。回転部材Ｍ１１が軸Ｘ方向に移動してボルトＢと係合すると、回転部材Ｍ１１を駆動してボルトＢを緩めることができる。このように、センサ部ＳＳの位置情報を用いて回転部材Ｍ１１がボルトＢと係合し、ボルトＢを緩めることによって、砥石軸２に多少の位置ズレが生じたとしてもボルトＢを自動で弛緩させることができ、砥石ＧＳの交換の作業性を向上することができる。

なお、ボルトＢを回転部材Ｍ１１によって弛緩させる際には、連結部Ｍ１２は第１フランジ部材２２のドッキング部Ｄとドッキングしており、ボルトＢを緩める際に第１ハンドユニット３２１を砥石軸２に対して安定して保持することができる。

回転部材Ｍ１１によって１つのボルトＢを緩め終わると、制御部４によって、回転部材Ｍ１１は次のボルトＢの位置へと移動される。このときにも、同様にセンサ部ＳＳによってセンシングされた第２フランジ部材２３の位置情報と、予め入力された第２フランジ部材の情報が用いられ、正確な位置へと回転部材Ｍ１１が移動して、ボルトＢを順次自動で弛緩させることができる。

複数のボルトＢを緩める場合、１つのボルトＢを緩めた後は、その緩め終わったボルトＢに対して、複数のボルトＢを結ぶことによって得られる多角形の対角状に位置するボルトを次に緩めるように制御することが好ましい。対角状に位置するボルトＢが既に緩められている場合は、緩め終わったボルトＢと、緩め終わったボルトＢの対角状に位置するボルトとの間の中央に位置するボルトＢを緩めるようにする。たとえば、図２１において、ボルトＢａ、ボルトＢｂ、ボルトＢｃ、ボルトＢｄ、ボルトＢｅ、ボルトＢｆ、ボルトＢｇ、ボルトＢｈの順に緩めるようにする。このようにすることで、ボルトＢを緩めやすく、ボルトＢの破損を抑制して、ボルトＢの破損に起因する作業性の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、回転部材Ｍ１１によってボルトＢを緩める際に、第２フランジ部材２３が力の偏りによって変形してボルトＢが外れにくくなることを抑制するために、上述したボルトＢを緩める順序のほかに、ボルトＢの締め付けトルクを制御している。具体的には、制御部４が、回転部材Ｍ１１により複数のボルトＢのそれぞれを弛緩させる際に、１つのボルトＢを所定の弛緩状態まで回転させた後、所定のトルクで当該１つのボルトＢを締結方向に回転させ、複数のボルトＢのそれぞれを徐々に弛緩させるように回転部材Ｍ１１を制御している。すなわち、ボルトＢを緩める場合は各ボルトＢの締め付けトルクの制御は困難であるが、ボルトＢを一旦緩めた後、所定の締め付けトルクでボルトＢを締め付けることにより、各ボルトＢの締め付けトルクを均等にしながら緩めていくことができる。したがって、各ボルトＢの締め付けトルクを制御してほぼ一定にすることによって、ボルトＢの弛緩工程において第２フランジ部材２３にボルトＢから加わる力の偏りを低減することができ、力の偏りに起因する第２フランジ部材２３の変形を抑制することができる。したがって、第２フランジ部材２３の変形によるボルトＢの外れにくさやボルトＢの破損を抑制することができ、ボルトＢの弛緩動作を容易かつ円滑に進めることができる。

全てのボルトＢを緩め終わると、ボルトＢが第２フランジ部材２３から取り外される。このボルトＢを外す工程は、交換ロボット３により行われてもよいし、マニュアルで行われてもよい。ボルトＢが第２フランジ部材２３から全て取り外されると、第１フランジ部材２２から第２フランジ部材２３を取り外すことが可能になる。

＜第２フランジ部材の取り外し機能＞
ハンド部３２は、砥石軸２において第２フランジ部材２３を第１フランジ部材２２から取り外す、第２フランジ部材取り外し機能を有している。本実施形態では、第１ハンドユニット３２１が第２フランジ部材取り外し機能を有しており、第２フランジ部材２３を着脱するための第２フランジ部材着脱機構Ｍ２を有している。第１ハンドユニット３２１の第２フランジ部材着脱機構Ｍ２は、図７、図２２および図２３に示されるように、第２フランジ部材２３を第１フランジ部材２２に対して着脱する際に、第２フランジ部材２３と係合可能な係合部Ｅを有している。

本実施形態では、第１ハンドユニット３２１の第２フランジ部材着脱機構Ｍ２は、図７～図９に示されるように、第１ハンドユニット３２１の本体３２１ｂの一面側に設けられ、係合部Ｅが設けられた基部Ｍ２１と、基部Ｍ２１に対して所定の軸周りに回転可能な回転部Ｍ２２とを有している。回転部Ｍ２２は、ボルトＢが取り外された複数の締結孔Ｈ２の少なくとも１つに挿通されて第２フランジ部材２３と係合する挿入ピンＭ２２１を有している。

本実施形態では、基部Ｍ２１は、図７に示されるように、板状の部材であり、本体３２１ｂに対して移動可能である。基部Ｍ２１は、第１ハンドユニット３２１が第２フランジ部材２３に対向する位置に位置付けられたときに、軸Ｘ方向に進退可能に構成されている。基部Ｍ２１の表面には、本実施形態では、３つの係合部Ｅが設けられている。基部Ｍ２１は、係合部Ｅが被係合部２３３と係合することができる位置まで軸Ｘ方向に前進できるように構成されている。

係合部Ｅは、図７に示されるように、被係合部２３３と軸Ｘ方向に係合可能な係合片Ｅ１を有している。本実施形態では、係合部Ｅは、略Ｆ字形状に形成されているが、係合部Ｅの形状は、被係合部２３３と係合して第２フランジ部材２３を取り外すことができれば、特に限定されない。また、係合部Ｅの数は、被係合部２３３の数に対応した数で設けられていればよく、特に限定されない。

回転部Ｍ２２は、第１ハンドユニット３２１が第２フランジ部材２３に対向する位置に位置付けられたときに、軸Ｘ周りに回転できるように構成されている。回転部Ｍ２２は、基部Ｍ２１に対して回転できるように構成されており、回転部Ｍ２２の挿入ピンＭ２２１が軸Ｘ周りに回転したときに、基部Ｍ２１および係合部Ｅは回転しないように構成されている（図２２および図２３参照）。回転部Ｍ２２は、基部Ｍ２１の中央部に基部Ｍ２１に対して回転可能に設けられており、回転部Ｍ２２の周囲に３つの係合部Ｅが等間隔に配置されている。回転部Ｍ２２は、本実施形態では、回転部Ｍ２２の回転中心に対して対称な位置に配置された一対の挿入ピンＭ２２１を有している。挿入ピンＭ２２１は、第２フランジ部材２３の締結孔Ｈ２に挿入可能な大きさで形成されている。なお、挿入ピンＭ２２１の個数は１つであっても、３つ以上であってもよい。

本実施形態では、第２フランジ部材着脱機構Ｍ２は、検知された第２フランジ部材２３の位置情報に基づいて第１ハンドユニット３２１が第２フランジ部材２３に向かって移動する。そして、第１ハンドユニット３２１の係合部Ｅと第２フランジ部材２３の被係合部２３３とを係合させて（図２３および図２４参照）、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２から取り外される。このように、本実施形態では、センシングされた第２フランジ部材２３の位置情報に基づいて第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２から取り外される。したがって、グラインダーＧのように大型の重研削機において、砥石軸２を移動させた際に生じてしまう各方向での位置ズレがあったとしても、第２フランジ部材２３の位置情報を把握して、第２フランジ部材２３の取り外しを自動化することができる。したがって、砥石ＧＳの交換作業の自動化が容易になる。さらに、本実施形態では、センシング対象は第２フランジ部材２３の被係合部２３３であり、被係合部２３３がセンシングでの基準となるとともに、ハンド部３２の係合部Ｅと係合する部位となる。そのため、センシング用に別の部位を第２フランジ部材２３に設ける必要がないので、第２フランジ部材２３の構造が複雑にならない。

なお、係合部Ｅと被係合部２３３との係合方法は特に限定されない。本実施形態では、図２２および図２３に示されるように、第２フランジ部材２３の被係合部２３３が第１ハンドユニット３２１の係合部Ｅに対して、挿通軸２２２の軸Ｘ周りに回転することにより、係合部Ｅと被係合部２３３とが係合するように構成されている。より具体的には、挿入ピンＭ２２１が締結孔Ｈ２に挿通された状態で、回転部Ｍ２２が挿通軸２２２の軸Ｘ周りに回転することにより、第２フランジ部材２３が挿通軸２２２の軸Ｘ周りに回転し、図２３および図２４に示されるように、係合部Ｅと被係合部２３３とが係合する。このように係合部Ｅと被係合部２３３とが係合した後に、第１ハンドユニット３２１を軸Ｘ方向で後退（図２４において右側に移動）させることによって、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２から取り外される。

なお、第１ハンドユニット３２１の係合部Ｅが第２フランジ部材２３の被係合部２３３に対して、挿通軸２２２の軸Ｘ周りに回転することにより、係合部Ｅと被係合部２３３とが係合するように構成されていてもよい。

＜砥石取り外し機能＞
第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２から取り外されると、砥石ＧＳを第１フランジ部材２２から取り外すことが可能になる。使用済みの砥石ＧＳは、ハンド部３２によって第１フランジ部材２２から取り外される。本実施形態では、第２ハンドユニット３２２が、砥石軸２から砥石ＧＳを取り外すように構成された砥石取り外し機構Ｍ３を有している。なお、第１フランジ部材２２から第２フランジ部材２３が取り外された後、交換ロボット３はフランジ保管部５まで移動して、第２フランジ部材２３を保管する。その後、交換ロボット３はハンド部格納装置７まで移動して、第１ハンドユニット３２１を第２ハンドユニット３２２に取り替える。

砥石取り外し機構Ｍ３は、砥石ＧＳを砥石軸２から取り外すことができれば、特にその構造は限定されないが、本実施形態では、図１１～図１３に示されるように、砥石ＧＳを支持する支持部Ｍ３１と、砥石軸２から支持部Ｍ３１へと砥石ＧＳを移動させる砥石移動部Ｍ３２とを有している。

支持部Ｍ３１は、砥石軸２から取り外された砥石ＧＳを砥石保管部６に移動させるまで砥石ＧＳを支持する部位である。本実施形態では、支持部Ｍ３１は、図１１および図１３に示されるように、砥石ＧＳの貫通孔ＧＳａの形状に沿って湾曲した板状部材として形成されている。湾曲した板状の支持部Ｍ３１の下方にはドッキング部Ｄとドッキング可能な連結部Ｍ３３を有している。

砥石移動部Ｍ３２は、挿通軸２２２の軸Ｘに平行な方向となるＸ方向に移動し、水平方向のうちＸ方向に垂直なＹ方向で互いに離間して配置された一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２と、砥石移動アームＡ１、Ａ２をＸ方向に移動させる駆動部ＤＲを有している。一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２は、アーム本体Ａ１１、Ａ２１と、砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１に当接可能であり、アーム本体Ａ１１、Ａ２１の先端に設けられた当接部Ａ１２、Ａ２２を有している。

アーム本体Ａ１１、Ａ２１は、第２ハンドユニット３２２の本体３２２ｂに対してＸ方向に移動可能に取り付けられている。アーム本体Ａ１１、Ａ２１の先端には略台形形状で板状に形成された当接部Ａ１２、Ａ２２を有し、アーム本体Ａ１１、Ａ２１の後端は、接続部Ｃを介して駆動部ＤＲに接続されている。なお、当接部Ａ１２、Ａ２２の形状は、砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１と係合して、砥石ＧＳを支持部Ｍ３１へと移動させることができれば特に限定されない。

駆動部ＤＲは、本実施形態では電動シリンダーであり、シリンダー部材ＤＲ１から砥石ＧＳから離れる方向となる後方側に向かってロッドＤＲ２が突出可能に構成されている。駆動部ＤＲは、砥石移動アームＡ１、Ａ２と略平行に配置され、ロッドＤＲ２が後方に突出したときに、砥石移動アームＡ１、Ａ２をＸ方向で後方に移動させる。また、駆動部ＤＲは、ロッドＤＲ２がシリンダー部材ＤＲ１内に収容されるように駆動させることによって、砥石移動アームＡ１、Ａ２をＸ方向で前方に移動させる。

砥石ＧＳを第２ハンドユニット３２２によって第１フランジ部材２２から取り外す場合、まず、第２フランジ部材２３が取り外された砥石軸２の前に、第２ハンドユニット３２２を移動させる。つぎに、図２５に示されるように、一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２の当接部Ａ１２、Ａ２２（図２５においてはアーム本体Ａ２１、当接部Ａ２２のみが図示されている。以下同様）を砥石ＧＳの上方において、Ｘ方向で砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１の後方側に移動させる。つぎに、図２６に示されるように、第２ハンドユニット３２２を下方に移動させて、砥石移動アームＡ１、Ａ２の当接部Ａ１２、Ａ２２が砥石ＧＳの第１の端面Ｓ１とＸ方向で対向するように配置させる。さらに、図２７に示されるように、駆動部ＤＲを駆動させて砥石移動アームＡ１、Ａ２を本体３２２ｂに対して後方側に移動させるとともに、本体３２２ｂを第１フランジ部材２２のドッキング部Ｄに向かって移動させる。これにより、図２７に示されるように、ドッキング部Ｄと連結部Ｍ３３とを連結させるとともに、支持部Ｍ３１の先端が砥石ＧＳの貫通孔ＧＳａに部分的に挿入される。

つぎに、図２８に示されるように、駆動部ＤＲを駆動させて、当接部Ａ１２、Ａ２２に係合した砥石ＧＳを砥石軸２の第１フランジ部材２２から離れる方向に移動させて、砥石ＧＳを第１フランジ部材２２の挿通軸２２２から第２ハンドユニット３２２の支持部Ｍ３１へと移動させる。これにより、砥石ＧＳが第２ハンドユニット３２２によって支持されて、砥石ＧＳが砥石軸２から取り外される。取り外された砥石ＧＳは、廃棄砥石保管部６１まで、交換ロボット３によって移動され、廃棄砥石保管部６１で支持部Ｍ３１から取り外され、砥石ＧＳの取り外し工程が完了する。

なお、本実施形態では、砥石ＧＳを第１フランジ部材２２から円滑に取り外すことができるように、制御部４は砥石移動アームＡ１、Ａ２を制御している。具体的には、図１４に示されるように、砥石移動部Ｍ３２は、一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２のそれぞれに荷重センサＬを有し、制御部４が、荷重センサＬにより検知された荷重に応じて、一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２に加わる荷重のズレを抑制するように砥石移動アームＡ１、Ａ２を制御するように構成されている。

荷重センサＬは、本実施形態では、駆動部ＤＲと砥石移動アームＡ１、Ａ２とを接続する接続部Ｃに設けられている。本実施形態では、荷重センサＬはロードセルであり、シャフトＳＨによって固定された一対のプレートＰＬ１、ＰＬ２の間に設けられている。荷重センサＬは、駆動部ＤＲのロッドＤＲ２が動作したときの荷重を検知できるように構成されている。たとえば、ロッドＤＲ２が所定量突出したときに、その突出量と砥石移動アームＡ１、Ａ２の移動量とがほぼ一致している場合に比べて、ロッドＤＲ２の突出量よりも砥石移動アームＡ１、Ａ２の移動量が小さい場合に荷重センサＬで検知される荷重が大きくなる。本実施形態では、砥石移動部Ｍ３２は、荷重センサＬに加わる荷重を緩衝するために、荷重センサＬに接続されたバネ部材ＳＰＲを有している。バネ部材ＳＰＲは、荷重センサＬに大きな負荷が加わった際など、荷重センサＬに加わる力を変形することによって干渉して、荷重センサＬを保護することができる。なお、バネ部材ＳＰＲは、一対のプレートＰＬ１、ＰＬ２の間に、荷重センサＬに直列的に接続されている。なお、荷重センサＬが設けられる位置や接続部Ｃの構造は、図示するものに限定されない。

本実施形態では、荷重センサＬによって一対の砥石移動アームＡ１、Ａ２に加わる荷重を検知して、左右の砥石移動アームＡ１、Ａ２に加わる荷重が異なると、制御部４が砥石移動アームＡ１、Ａ２の駆動部ＤＲを制御して、砥石ＧＳを円滑に取り外すことができる。

なお、砥石取り外し機構Ｍ３の構造は砥石ＧＳを第１フランジ部材２２から取り外すことが可能であれば、図示する構造に限定されない。たとえば、砥石取り外し機構Ｍ３は、砥石ＧＳを外側から把持するものであってもよいし、内側から把持するものであってもよいし、砥石ＧＳを下方から支持して取り外すものであってもよい。

＜新品砥石取り付け機能＞
砥石ＧＳが砥石軸２から取り外されると、次に、新品砥石ＧＳを第１フランジ部材２２に取り付ける。新品砥石ＧＳは、上述したように、新品砥石保管部６２から第３ハンドユニット３２３に移し替えられる。新品砥石ＧＳが第３ハンドユニット３２３に移動すると、交換ロボット３は、第３ハンドユニット３２３を砥石軸２の第１フランジ部材２２の前へと移動させる。

ハンド部３２は、新品砥石ＧＳを砥石軸２の第１フランジ部材２２に取り付ける新品砥石取り付け機能を有している。本実施形態では、第３ハンドユニット３２３が、図１５～図１７に示されるように、交換用の新品砥石ＧＳを支持し、新品砥石ＧＳを砥石軸２へと移動可能な新品砥石取り付け機構Ｍ４を有している。新品砥石取り付け機構Ｍ４は、新品砥石ＧＳを支持する新品砥石支持部Ｍ４１と、新品砥石支持部Ｍ４１から砥石軸２へと新品砥石ＧＳを押し出す押圧部Ｍ４２とを備えている。

新品砥石支持部Ｍ４１は、本実施形態では、図１５に示されるように、第３ハンドユニット３２３の本体３２３ｂから延びる略円筒状の部材である。新品砥石ＧＳは、廃棄用の砥石ＧＳよりも径が大きいため重量が大きく、略円筒状とすることによって、安定して重量の大きい新品砥石ＧＳを支持することができる。また、略円筒状の新品砥石支持部Ｍ４１の内側には、ドッキング部Ｄと連結可能な連結部Ｍ４１１を有し、新品砥石ＧＳを砥石軸２に移動させる際に連結部Ｍ４１１がドッキング部Ｄとドッキングする。

押圧部Ｍ４２は、押圧部駆動部Ｍ４３によってＸ方向に進退移動できるように駆動され、第３ハンドユニット３２３が砥石軸２の前に位置するときに、押圧部Ｍ４２を砥石軸２に向かって移動させる。本実施形態では、押圧部Ｍ４２は新品砥石支持部Ｍ４１の周囲に複数（３か所）設けられている。なお、押圧部Ｍ４２の位置や個数は特に限定されない。押圧部駆動部Ｍ４３は、第２ハンドユニット３２２の駆動部ＤＲと同様の構成とすることができ、シリンダー部材とロッドとを有している。押圧部Ｍ４２は、砥石ＧＳの第２の端面Ｓ２に当接する当接部位を有しており、砥石ＧＳの取り付け時の衝撃を吸収するための押圧部用バネ部材ＳＰＲ２を有している。

また、複数の押圧部Ｍ４２のそれぞれは、図１５および図１６に示されるように、荷重センサＬ２を有している。荷重センサＬ２は、それぞれの押圧部Ｍ４２に対応した位置に設けられ、それぞれの位置において加わる荷重を検知している。それぞれの荷重センサＬ２によって検知された荷重に応じて、複数の押圧部Ｍ４２のそれぞれの移動量が制御部４によって制御される。荷重センサＬ２は、押圧部Ｍ４２による砥石ＧＳの押圧時に加わる荷重を検知することができれば、その位置や構造は特に限定されない。本実施形態では、荷重センサＬ２はロードセルである。本実施形態では、押圧部Ｍ４２の先端側に一対のプレートＰＬ３、ＰＬ４との間にバネ部材ＳＰＲ２が配置され、バネ部材ＳＰＲ２の後部側において、プレートＰＬ４とプレートＰＬ５の間に荷重センサＬ２が設けられている。荷重センサＬ２は、第２ハンドユニット３２２の荷重センサＬと同様のものとすることができる。

本実施形態では、荷重センサＬ２によって押圧部Ｍ４２に加わる荷重を検知して、複数の押圧部Ｍ４２間で加わる荷重が異なると、制御部４が押圧部駆動部Ｍ４３を制御して、押圧部Ｍ４２それぞれの移動量を変化させる。これにより、押圧部Ｍ４２に加わる荷重に応じて、押圧部Ｍ４２それぞれの移動量を調整して、円滑に砥石ＧＳを第１フランジ部材２２に移動させることができる。

第３ハンドユニット３２３によって、新品砥石ＧＳを第１フランジ部材２２に取り付ける場合、図２９に示されるように、新品砥石ＧＳを支持した第３ハンドユニット３２３を砥石軸２の第１フランジ部材２２の前に移動させる。つぎに、第３ハンドユニット３２３を第１フランジ部材２２に向かってＸ方向に移動させて、新品砥石支持部Ｍ４１と第１フランジ部材２２の挿通軸２２２とを連結する。さらに、図３０に示されるように、押圧部Ｍ４２を押圧部駆動部Ｍ４３によって駆動して、新品砥石ＧＳをＸ方向に押圧して、挿通軸２２２へと移し変える。

＜第２フランジ部材取り付け機能＞
新品砥石ＧＳが第１フランジ部材２２に取り付けられると、交換ロボット３のハンド部３２によって第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に取り付けられる。第２フランジ部材２３を第１フランジ部材２２に取り付ける際には、第１ハンドユニット３２１の第２フランジ部材着脱機構Ｍ２が用いられる。第２フランジ部材２３を第１フランジ部材２２に取り付ける動作は、第２フランジ部材２３を取り外す動作と逆の動作によって行われる。具体的には、第１ハンドユニット３２１によってフランジ保管部５から新品の第２フランジ部材２３を取り出した後、第１フランジ部材２２の前まで移動した後、図３１に示される被係合部２３３と係合部Ｅとが係合した状態から、第２フランジ部材２３を挿入ピンＭ２２１によって回転させる（図３２参照）。これにより、被係合部２３３と係合部Ｅとの間の係合が解除されて、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に仮固定される。

＜締結部材締結機能＞
第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に仮固定されると、ボルトＢによって第２フランジ部材２３を第１フランジ部材２２に固定する。このボルトＢの締結は、ボルトＢの弛緩時に用いられた第１ハンドユニット３２１の弛緩・締結機構Ｍ１によって行われる。

締結孔Ｈ１、Ｈ２に挿入されたボルトＢの締結は、センサ部ＳＳによって取得された第２フランジ部材２３の位置情報に基づいて行われる。ボルトＢの締結は、所定のトルクで弛緩動作と同様に、所定の順序で締結していく。これにより、第２フランジ部材２３が第１フランジ部材２２に固定され、砥石ＧＳの交換作業が完了する。砥石ＧＳの交換作業が完了すると、砥石軸２がグラインダーＧに戻される。

なお、上記実施形態では、交換ロボット３のハンド部３２が３つのハンドユニットによって構成されているが、１つのハンド部３２によって上述した全ての機能を実現してもよい。また、上述したハンド部３２の機能は、本実施形態とは異なる組み合わせで実現されていてもよい。具体的には、本実施形態では、第２フランジ部材着脱機能と弛緩・締結機能とが第１ハンドユニット３２１によって実現されているが、変形例として、たとえば、１つのハンドユニットが、第２フランジ部材着脱機能と、砥石取り外し機能とを有するなど、複数の機能が複数のハンドユニットによって別の組み合わせで実現されていてもよい。

また、本実施形態では、交換ロボット３は先端のハンド部３２を取り替え可能な１つのロボットによって実現されているが、交換ロボットは、それぞれがアーム部とハンド部を有する複数のロボットによって構成されていてもよい。

１ 交換システム
２ 砥石軸
２２ 第１フランジ部材
２２２ 挿通軸
２３ 第２フランジ部材
２３３ 被係合部
２３３ａ 第１基準面
２３３ｂ 第２基準面
２３３ｃ 第３基準面
３ 交換ロボット
３１ アーム部
３２ ハンド部
３２１ 第１ハンドユニット
３２２ 第２ハンドユニット
３２３ 第３ハンドユニット
４ 制御部
５ フランジ保管部
６ 砥石保管部
６ａ 基台
６ｂ 支持部（支持ロッド）
６ｃ 押出部材
６１ 廃棄砥石保管部
６２ 新品砥石保管部
７ ハンド部格納装置
Ａ１、Ａ２ 砥石移動アーム
Ａ１１、Ａ２１ アーム本体
Ａ１２、Ａ２２ 当接部
Ｂ 締結部材（ボルト）
Ｄ ドッキング部
ＤＲ 駆動部
ＤＲ１ シリンダー部材
ＤＲ２ ロッド
Ｅ 係合部
Ｇ グラインダー
ＧＳ 砥石
Ｈ１、Ｈ２ 締結孔
Ｌ、Ｌ２ 荷重センサ
Ｍ１ 弛緩・締結機構
Ｍ１１ 回転部材
Ｍ１２ 連結部
Ｍ２ 第２フランジ部材着脱機構
Ｍ２１ 基部
Ｍ２２ 回転部
Ｍ２２１ 挿入ピン
Ｍ３ 砥石取り外し機構
Ｍ３１ 支持部
Ｍ３２ 砥石移動部
Ｍ３３ 連結部
Ｍ４ 新品砥石取り付け機構
Ｍ４１ 新品砥石支持部
Ｍ４２ 押圧部
Ｍ４３ 押圧部駆動部
Ｎ エアーノズル
Ｓ１ 砥石の第１の端面
Ｓ２ 砥石の第２の端面
ＳＰＲ バネ部材
ＳＰＲ２ 押圧部用バネ部材
ＳＳ センサ部
ＳＳ１ プローブ

Claims (14)

1. 鋼片の研削に用いられるグラインダーの砥石の交換システムであって、前記交換システムが、
   前記グラインダーの研削位置から、前記砥石を交換する際の交換位置まで移動可能な砥石軸と、
   アーム部と、前記アーム部の先端に設けられたハンド部とを備え、前記交換位置にある前記砥石軸の前記砥石を交換可能な交換ロボットと、
   前記交換ロボットを制御する制御部と
   を備え、
   前記砥石軸は、
   砥石軸本体と、
   前記砥石軸本体に設けられ、前記砥石の第１の端面に対向する第１フランジと、前記砥石を挿通して支持する挿通軸を有する第１フランジ部材と、
   前記砥石の第２の端面に対向する第２フランジを有し、前記第１フランジ部材に複数の締結部材によって固定されて、前記第１フランジ部材とともに前記砥石を挟持する第２フランジ部材と
   を備え、
   前記交換ロボットの前記ハンド部は、
   前記第２フランジ部材を前記第１フランジ部材に対して着脱する際に、前記第２フランジ部材と係合可能な係合部と、
   前記第２フランジ部材の位置を検知可能なセンサ部と
   を有し、
   前記第２フランジ部材は、前記第２フランジの、前記砥石の前記第２の端面と対向する面とは反対側の面から突出して設けられ、前記ハンド部の前記係合部と前記挿通軸の軸方向で係合可能な少なくとも３つの被係合部を備え、
   前記被係合部の外縁を前記センサ部が検知することによって前記第２フランジ部材の位置が検知され、検知された前記第２フランジ部材の位置情報に基づいて前記ハンド部が前記第２フランジ部材に向かって移動して、前記ハンド部の前記係合部と前記第２フランジ部材の前記被係合部とを係合させて、前記第２フランジ部材が前記第１フランジ部材から取り外される、交換システム。
2. 前記ハンド部は、前記締結部材を弛緩および／または締結する弛緩・締結機構を有し、
   前記弛緩・締結機構は、前記締結部材と係合して前記締結部材を軸周りに回転させる回転部材を有し、
   前記回転部材は、前記センサ部により検知された第２フランジ部材の位置情報に基づいて、前記締結部材の位置へと移動して前記締結部材を弛緩および／または締結する、請求項１に記載の交換システム。
3. 前記第２フランジ部材は中央に貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に、前記締結部材のそれぞれが挿入される複数の締結孔を有し、
   前記制御部は、前記回転部材により前記複数の締結部材のそれぞれを弛緩させる際に、前記締結部材を所定の弛緩状態まで回転させた後、所定のトルクで当該１つの締結部材を締結方向に回転させ、前記複数の締結部材のそれぞれを徐々に弛緩させるように前記回転部材を制御する、請求項２に記載の交換システム。
4. 前記第２フランジ部材の前記被係合部が前記ハンド部の前記係合部に対して、前記挿通軸の軸周りに回転することにより、または、
   前記ハンド部の前記係合部が前記第２フランジ部材の前記被係合部に対して、前記挿通軸の軸周りに回転することにより、
   前記係合部と前記被係合部とが係合するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の交換システム。
5. 前記第２フランジ部材は中央に貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に、前記締結部材のそれぞれが挿入される複数の締結孔を有し、
   前記ハンド部は、前記係合部が設けられた基部と、前記基部に対して所定の軸周りに回転可能な回転部とを有し、前記回転部は、前記回転部が前記挿通軸の軸周りに回転することにより、前記第２フランジ部材が前記挿通軸の軸周りに回転し、前記係合部と前記被係合部とが係合する、請求項４に記載の交換システム。
6. 前記センサ部は、接触により位置情報を取得するプローブを有するタッチセンサであり、
   前記被係合部は、
   前記第２の端面に対して垂直に延びる第１基準面と、
   前記第２の端面に対して垂直、かつ、前記第１基準面に対して垂直に延びる第２基準面と、
   前記第２の端面と平行に延びる第３基準面とを有し、
   前記制御部は、
   前記センサ部の前記プローブを、３つの前記被係合部それぞれの前記第３基準面に当接させて、前記第２フランジ部材の姿勢を検出し、
   前記プローブを、少なくとも１つの前記被係合部の前記第１基準面、前記第２基準面および前記第３基準面に当接させて、前記第２フランジ部材の、前記挿通軸の軸方向に平行な方向となるＸ方向におけるＸ位置、水平方向のうち、前記Ｘ方向に垂直な方向であるＹ方向におけるＹ位置、鉛直方向であるＺ方向におけるＺ位置を検出するように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の交換システム。
7. 前記制御部が、前記プローブを、前記第１基準面のうちの異なる２点、前記第２基準面のうちの異なる２点、または、前記第３基準面のうちの異なる２点に接触するように制御して、前記挿通軸の軸周り方向での前記第２フランジ部材の回転角度を検出する、請求項６に記載の交換システム。
8. 前記ハンド部が、前記砥石軸から前記砥石を取り外すように構成された砥石取り外し機構を有し、
   前記砥石取り外し機構は、
   前記砥石を支持する支持部と、
   前記砥石軸から前記支持部へと前記砥石を移動させる砥石移動部と
   を有している、請求項１～７のいずれか１項に記載の交換システム。
9. 前記砥石移動部は、前記挿通軸の軸方向に平行な方向となるＸ方向に移動し、水平方向のうち前記Ｘ方向に垂直なＹ方向で互いに離間して配置された一対の砥石移動アームを有し、
   前記一対の砥石移動アームは、前記砥石の前記第１の端面に当接可能な当接部を有し、前記砥石軸の前記第１フランジ部材から離れる方向に移動する際に前記砥石を前記支持部へと移動させる、請求項８に記載の交換システム。
10. 前記砥石移動部は、前記一対の砥石移動アームのそれぞれに荷重センサを有し、
    前記制御部が、前記荷重センサにより検知された荷重に応じて、前記一対の砥石移動アームのそれぞれの移動量を制御するように構成されている、請求項９に記載の交換システム。
11. 前記砥石移動部は、前記荷重センサに加わる荷重を緩衝するために、前記荷重センサに接続されたバネ部材を有している、請求項１０に記載の交換システム。
12. 前記ハンド部が、交換用の新品砥石を支持し、前記新品砥石を前記砥石軸へと移動可能な新品砥石取り付け機構を有し、
    前記新品砥石取り付け機構は、
    前記新品砥石を支持する新品砥石支持部と、
    前記新品砥石支持部から前記砥石軸へと前記新品砥石を押し出す押圧部と
    を備えている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の交換システム。
13. 前記ハンド部は、異なる機能を有する複数のハンドユニットを有し、
    前記複数のハンドユニットのうちの１つが前記アーム部に対して着脱自在に取り付けられる、請求項１～１２のいずれか１項に記載の交換システム。
14. 前記ハンド部が、
    前記係合部と、前記センサ部と、前記締結部材を弛緩および／または締結する弛緩・締結機構とを備えた第１ハンドユニットと、
    前記砥石を支持する支持部と、前記砥石軸から前記支持部へと前記砥石を移動させる砥石移動部とを有する、前記砥石軸から前記砥石を取り外すように構成された砥石取り外し機構を備えた第２ハンドユニットと、
    新品砥石を支持する新品砥石支持部と、前記新品砥石支持部から前記砥石軸へと前記新品砥石を押し出す押圧部とを有する、交換用の新品砥石を支持し、前記新品砥石を前記砥石軸へと移動可能な新品砥石取り付け機構を備えた第３ハンドユニットと
    を備え、
    前記第１ハンドユニット、前記第２ハンドユニットおよび前記第３ユニットのうちの１つが前記アーム部に対して着脱自在に取り付けられる、請求項１に記載の交換システム。

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