JPS61111894A - 物品把持方法及びマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、高温環境内での加工片の精密且つ自動的なマ
ニピユレーションに係り、一層詳細には、加工片が載っ
ている炉床を検出するための空気圧式センサを有するロ
ボットマニピュレータ腕ニ係る。

背景技術 本発明が解決しようとする問題点は鍛造過程に必要な加
工片の移動に関する問題点を含んでいる。一般に、加工
片は鍛造に先立って最も一般的には炉内に置かれること
により高い温度に加熱される。いったん物品が高い温度
に加熱されると、物品は迅速に炉から取出されて、鍛造
装置内に置かれ、そこで所望のように鍛造されなければ
ならない。物品が迅速且つ正確に鍛造位１へ移動される
ことが重要である。この作業は、高温での不快な作業で
あることなどの理由で、ロボットマニピュレータに特に
適している。

ロボットは一般にこのような機能を正確に実行するよう
にプログラムされているけれども、ロボットがそのプロ
グラムにより告げられる想定位置に加工片が位置してい
ないならば問題がある。さらに、比較的小さな加工片で
は、加工片が正確に鍛造されるように加工片を正確に保
持することが臨界的である。温度が高いために、鍛造す
る小さな予形成物をハンドリングするのにいくつかの問
題が生ずる。これらの問題は、温度変化又は摩耗による
歪みに起因する炉の作業面の絶対位置の変化と、熱の影
響に起因するロボット腕の歪みとを含んでいる。

また、鍛造物がチタン又は他の反応性金属から成ってい
る時には、加工片は酸化に対する保護のためにしばしば
ガラス又は他の材料で被覆されている。従って、ロボッ
ト腕が加工片自体と接触すること又はそれを検出するこ
とにより加工片位置を検出するのが適当に思われるかも
しれないが、その実行は困難であり得る。他の環境では
有用な種々の光学的及び電気的センサは、温度が１１０
０℃又はそれ以上であり得る炉の内部を含む苛酷な環境
での使用には適していない。

また、ロボットが加工片をつかむ位置でガラス被覆の保
護機能が損なわれ得る。従って、劣化する範囲が加工片
の非本質的部分、典型的にはその後の製造過程で切り離
される部分に局限されるように、ロボットが正確且つ固
定的に加工片をつかむことが重要である。

もちろん、おびただしい数のロボットマニピュレータ及
びそれらと組合わされるセンサが特許明細書及び技術文
献に記載されている。しかし、本発明に特に関係する特
許は下記の二つである。第一にソ連特許第６１７．２５
７号明細書には、鍛造過程で高温の加工片のマニピユレ
ーションに使用するためのロボットハンドクランプが示
されている。

その腕は上記のように炉の環境内で劣化しやすい電気的
センサを有し、また加工片が不確定な厚みの非導電性の
ガラス被覆を施されている時には有用ではない。第二に
米国特許第４，１２９，２２０号明細書には、金属加工
機械と共に用いられるバーストツク送り装置が示されて
いる。後記のように本発明のセンサはフルイブインクに
作動する。上記米国特許には、空気圧式センサを含む空
気圧式送りシステムが記載されており、また空気圧式検
出及びつかみ装置を一般的に考察している。しかし、上
記米国特許による装置は、その構造物が多くのエラスト
マーシール及び密な嵌合を含んでいるために、高い温度
での使用には通していない。

従って、高温環境内で不正確な場所の面に置かれている
加工片を正確につかみ得る簡単で信頼性の高いマニピュ
レータが要望されている。

発明の開示 本発明の目的は、電気的及び光学的検出器のような通常
の近接検出器の作動に不利な高温及び他の環境で使用す
るのに適したマニピュレータを提供することである。本
発明の他の目的は、炉の床が粗く且つ凹凸している場合
に炉の床に対して相対的に自体を位置決めし得るマニピ
ュレータを提供することである。

本発明によれば、マニピュレータ装置は加工片をつかむ
ための構造物と、空気圧式センサのようにフルイブイン
クに作動するセンサとを含んでいる。センサはガス流路
に接続されており、センサとガス流路に沿う他の部分と
を冷却するべくセンサを通る連続的なガスの流れを許す
ように構成されている。好ましい実施例では、空気が最
も一般的に使用される。センサを冷却する空気の吐出は
加工片保持面に向けられていることが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、センサは炉に入る構造物
の下面から延びているプランジャを有する。プランジャ
は炉の床と接触し、またマニピュレータが加工片保持面
に近接するにつれて動かされる。プランジャの運動はピ
ストンを動かし、ガスの流路を絞ることによりガスの流
路に影響を与える。この影響により供給導管内の流量又
は圧力が変化する。供給導管内に設けられている適当な
検出器により発生される信号がつかみ手段を制御するた
めに用いられる。センサから連続的に吐出される空気は
プランジャが加工片保持面と接触する端に向けられてい
る。空気の流れはプランジャを低温に保ち且つ加工片に
載っている軽い粒状片を吹き飛ばす傾向を有する。典型
的には、プランジャ及びピストンはセンサ内でゆるく嵌
合しており、また空気の流れも粒状片がゆるい嵌合の範
囲に入るのを許して運動部分に機械的な妨害を与える傾
向がある。好ましくは、流路は、冷却空気が通路、溝又
は孔によりピストンを通って、またプランジャに沿って
流れるように設計されている。

好ましくは、このような通路に沿う空気の流れは、プラ
ンジャが駆動されている時に、すなわち加工片表面への
近接に起因してプランジャが最大の熱的負荷を得る条件
に於て、増大される。

本発明は、作動が簡単であり、従ってまた高温での作動
に適している点で有利である。エラストマーシールが存
在しないことは、冷却の度合が装置の連続的且つ正確な
作動にとって臨界的でないことを意味する。センサは、
加工片保持面の組織及び場所的特徴の変動にもかかわら
ず、マニピュレータに正確な情報を与える。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、鍛造する予形成物を炉から持ち上げるべく設
計された特定の構成のマニピュレータに関して説明され
ている。しかし、本発明が他の構成でも、また加工片が
高温又は他の悪環境で動かされなげればならない他の用
途にも用いられ得ることは理解されよう。特に、本発明
は成る高温押出しプロセスで有用である。

第１図には本発明の主要な要素が示されている。マニピ
ュレータ装置２０は破線で示されているように鍛造する
予形成加工片２２を取上げ、部分的に切欠いて示されて
いるように高温炉２４の内部の床４０の上に置くために
使用されている。マニピュレータ２０は、商業的によく
知られている多軸運動ロボットのように多軸運動能力を
有するベース構造物２６により支えられている。

マニピュレータ２０は、ベース２６から長手方向に延び
ている腕２８を有する。この腕の端は、加工片をつかむ
のに適したつかみ手段３６．３４の半部として形成され
ている。また、ベース及び腕には、図示されている空気
圧シリンダのようなアクチュエータ３０が取付けられて
いる。このアクチュエータに、矢印３４により示されて
いるように腕２８に対して平行に運動するのに適した支
柱３２が取付けられている。この支柱の端３８はつかみ
手段の第二の半部を成し、腕２８の端３６と向かい合っ
ている。端３８が端３６に向けて動かされる時、加工片
２２がマニピュレータ内に保持されることは明らかであ
ろう。このような位置で、マニピュレータの腕は垂直に
上昇され、次いで炉から横方向に引抜かれて、所望の鍛
造が予形成物に行われ得る他の場所に動かされ得る。

ここでは、腕２８はベースに対して運動不可能なものと
して示されており、アクチュエータがベ−スに向かって
運動する。他の用途では、アクチュエータ及び腕の双方
がそれらの中点に向かって運動するように若干具なる設
計とすることが好ましい。このことは、両部材を情動可
能に構成し、各部材に取付けられたランクを駆動する回
転歯車により駆動することによって実現される。カムシ
ステムも使用され得る。

加工片２２は耐火物から成る炉床面４０に載っている。

この表面は粗い傾向があり、またその上に種々の粒状物
が載っている可能性がある。非常に注意深く知られた位
置で加工物２２をつかむことが重要であるので、位置セ
ンサ５０が腕のなかに配置されている。プランジャ部分
４２が腕２８の下面から突出している。

センサはフルイディソク形式であり、この場合には第１
図中に示されているように一定体積の空気の供給源４４
から導管４６を経て腕２８に供給される空気により操作
される。空気は腕２８のなかを通路４８を通って流れ、
センサの位置に到達する。作動中、センサ５０は導管４
８．４６のなかの圧力（又は流量）を変化させ、その変
化が空気供給導管に沿って適当に配置された検出器５２
により検出される。検出器５２は信号を制御装置５４に
与え、制御装置５４はこの信号並びに他の供給された信
号及び指令に応答して適当にピストン３０、従ってまた
つかみ手段３６．３８を駆動する。

第２図及び第３図には、いかにしてセンサか構成される
かが一層詳細に示されている。好ましい実施例では、セ
ンサは腕の構造物に内蔵されているが、外付されていて
もよいことば明らかである。供給通路４８は、ヒストン
５８か配置されているチャンバ５６に入る。このピスト
ンはその一体部分として腕２８の下面から延びているプ
ランジャ４２を有し、従って腕２８が下げられる時にプ
ランジャ４２が最初に床面と接触する。また、より小さ
いチャネル６８がピストンチャンバ５６から延びている
。チャネル６８は周囲の雰囲気に開口していてもよいし
、冷却が必要な場合には構造物の腕又は他の部分を通っ
てループ接続されていてもよい。もちろん、供給通路４
８は場合によっては腕の外部の独立のパイプラインによ
り置換され得る。

ピストンが第２図中に示されているようにその最下位置
にある時、チャネル４８を通って（矢印６６により示さ
れているように）流入する空気は流出チャネル６８によ
りチャンバ５６を去り得る。しかし、チャネル６８はチ
ャネル４８よりも小さいので、チャンバ５６内に腕の周
囲の雰囲気よりも正の圧力が生しる。

ピストンは複数個の通路６０を有し、それを通って空気
がピストンをバイパスし得る。他の実施例では、同じ目
的を達成するため、ピストンはその周囲及び下側にスロ
ットを有する。通路６０は、空気がチャンバ内の圧力に
より加工片保持面４０の方向に吐出されるように、空気
がピストンをバイパスして、溝通路６４を経て、プラン
ジャが滑動する孔６５の長さに沿って移動することを許
す。

センサはその駆動された位置で第３図中に示されている
。この位置では、腕の下面７２が加工片保持面４０から
、第２図中に示されている距離よりも小さい距離Ｓにあ
る。プランジャ４２の端は上記の面に接触しており、ピ
ストン５８を垂直に移動させ、それにより流出チャネル
６８を閉塞し、また供給チャネル４８に沿う空気の流れ
を減する。冷却空気６６′は通路６０．６４を通って流
れ続ける。しかし、流量が減少しているため、供給＃ｉ
４４が一定体積の空気を供給するように設計されている
かぎり、チャネル４８内及び接続導管４６内の圧力は高
められる。流量又は圧力の変化が検出器５２により検出
され、腕か加工片をつかむ位置にあることを制御装置５
４に信号する。

ピストン５８及びプランジャ４２はそれぞれチャンバ５
６及び孔６５のなかにゆるく嵌合するように設計されて
いる。このことは潤滑の欠乏及び温度の変動が生じ得る
という観点で重要である。

これらの両回子は、ピストン５８及びプランジャ４２が
自由に運動してそれらの目的を達成するのを阻害する擦
り合い又は他の相互作用を生じ得る゜しかし、上記のゆ
るい嵌合の結果として使用中に粒子が孔６５に入る傾向
が生じ得る。

以上の説明から明らかなように、センサがその駆動され
た位置にある時にも駆動されない位置にある時にも、セ
ンサを通る冷却空気の連続的な流れが存在する。この冷
却空気はいくつかの役割をする。第一に、冷却空気はセ
ンサ（及び空気がセンサへ向かって又はセンサから離れ
て流れる全ての部分）を低い温度に保つ。第二に、孔６
５に沿う空気の流れは粒状片が孔又はピストンチャンバ
に入るのを阻止し、それにより破壊作用を回避する。第
三に、流れ６２はプランジャの長さに沿って、また検出
される表面に向けて流される。この流れはプランジャを
冷却して、その温度上昇による過度な寸法変化を防止す
る。第四に、冷却空気の流れは、検出される表面上に載
っている粒状片７０を掃き出す作用をし、それにより正
確な位置測定を可能にする。

チャネルに沿って且つピストンを通って流れる空気の流
量は前記目的を達成する上でのウェイトに関係する。ガ
ラス被覆された加工片のマニピユレーションを行う今の
場合には、センサから噴射される空気が粒状片を加工片
上に吹き付けることは望ましくない。従って、加工片に
衝突する速度は、この問題を避けるため比較的低い。し
かしながら、装置を低温に保つため、またセンサ内に粒
状片がたまるのを避けるため、空気を連続的に流すこと
が望ましい。

ピストン５８が上昇して通路６８に沿う流れを絞る時、
通路６６．６６′に沿って流れる空気に対する出口面積
の大きさが減ぜられるので、供給導管内の圧力は上昇す
る。このことはもちろんピストン表面のすく上の圧力に
対しても真である。

その結果として、ピストンが駆動された位置にある時に
は、ピストンが駆動されない位置にある時よりも一層大
きな量の空気が通路６０を通って流れる。このことは、
このような条件のもとて腕が炉内又は他の加熱された作
業範囲内にあり、プランジャ４２の最大の冷却を必要と
するので、望ましい。

以下に本発明の一つの実施例を説明する。空気は周囲の
雰囲気に対して約７〜１１ｋＰａ（１〜１．５ｐｓｉ）
の圧力で供給される。プランジャは約５１の直径、また
ピストンは約Ｉｆ）＋＋ｍの直径である。センサが駆動
されていない時には、空気流の約１０〜２０％が通路６
０を通って流れ、残りはチャネル６８を通って流れる。

センサが第３図中に示されているように駆動されている
時には、空気流の約５０％が通路６０を通って流れ、他
の約５０％はチャネル６８を通って流れる。

プランジャにより駆動される装置が、プランジャがそれ
よりも大きな直径のピストンに付設されているものとし
て説明されているが、（プ）ンジャを腕白に保持するた
めの適当な手段と共に）ピストンとして作用する最内端
を有する一定の直径のプランジャが本発明の目的を達成
するのに使用され得ることは明らかであろう。

他の構成及びチャネルを通る空気流の変更の度合が用い
られ得ること、また流量又は圧力の変更を検出するため
の他の手段が用いられ得ることは明らかであろう。

本発明の範囲内で、ガス流路は、腕の外部のコンジット
を含めて任意の通常の手段によりセンサに通じ得る。ま
た、ここに説明されたつかみ手段はクランプ状の装置で
あるが、他のつかみ手段として加工片受けと係合するプ
ローブのような簡単なものも、人間の手を模擬するよう
な複雑なものも使用され得る。特許請求の範囲に挙げら
れているマニピュレータの構造物は上記の可動腕状の部
分を含んでいるが、空気をセンサに供給するための任意
の手段及び腕のなかにつかみ手段を組込むための任意の
手段が用いられ得る。

他の例として、第４図には、チャネル４８ａが蛍に空気
流をオリフィス６５ａを通じて加工片表面に向けて吐出
する本発明の他の実施例が示されている。周知のように
、加工片表面４０ａに吐出オリフィス６５ａが近接する
時、導管４８ａ内の背圧が変化する。しかし、加工片表
面４０ａはその形状及び粗さ又は傾斜が変化し得るので
、また本願発明者の実験により、第４図の装置は特に大
きな距離Ｓに対して背圧の作用が生ずる場合には性能が
比較的劣ることが判明しているので、第１図〜第３図に
示されている構成が好ましい。好ましい実施例のプラン
ジャは加工片の幅寸法にわたり高さを平均化し、また一
層確実に作動する。

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は端部に位置センサを有するマニピュレータの斜
視図であり、いかにしてマニピュレータが高温炉内に置
かれた加工片をつかみ得るかを示す図である。 第２図および第３図は第１図中の線ＡＡに沿う断面図で
あり、位置センサの構成を示す図である。センサは第２
図中には駆動されていない状態で、また第３図中には駆
動されている状態で示されている。 第４図は、他の図面に示されているセンサのように粗い
表面の測定には適していないけれども−　　　　・層簡
単なセンサの断面図である。 ２０・・・マニピュレータ、２２・・・加工片、２４・
・・炉、２６・・・ベース構造物、２８・・・腕、３０
・・・アクチュエータ、３２・・・支柱、３６．３８・
・・つかみ手段、４０・・・床面、４０ａ・・・加工片
表面、４４・・・空気供給源、４８・・・供給通路、４
８ａ導管、５６・・・チャンバ、５８・・・ピストン、
６０・・・通路、６４・・・溝通路、６５・・・孔、６
５ａ・・・吐出オリフィス、６８・・・チャネル 特許出願人　　ユナイテソド・チクノロシーズ・コーポ
レイション イ七理人　弁理士　明石昌毅 （方式）（自　発） 手続補正書 昭和６０年１１月２５１ １、事イア＋の表示　昭和６０年特許願第２２９７６２
号２、発明の名称 物品移動方法及びマニビコレータ装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国コネチカット州、ハートフォ
ード、フィナンシャル・プラグ　１ 名　称　　コナイテッド・チクノロシーズ・コーポレイ
ション４、代理人 居　所　　〒１０４東京都中央区新川１丁目５番１９＠
茅場町長岡ビル３階　電話５５１−１１７１６、補正の
内容　別紙の通り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温環境内で物品を移動させるための方法であっ
   て、解除可能なマニピュレータにより物品をつかむ過程
   と、物品が置かれている面をセンサにより検出する過程
   と、前記面に対するマニピュレータの位置に従ってつか
   み手段を制御する過程とを含んでいる方法に於て、マニ
   ピュレータを通じて且つガス流路に沿って空気を連続的
   に流して、それに沿う部分を冷却する過程と、前記面へ
   のマニピュレータの近接に伴いガス流路を変更する過程
   と、マニピュレータを制御するためにガス流路の変更の
   効果を利用する過程とを含んでいることを特徴とする物
   品移動方法。
2. （２）高温環境内の加工片保持面上に置かれた加工片を
   つかむために有用なマニピュレータ装置に於て、 加工片をつかむための手段を有し、且つガスを運ぶため
   のガス流路を有する構造物と、 加工片保持面へのつかみ手段の近接を検出するためこの
   構造物に付設されているセンサとを含んでおり、センサ
   がガス流路に接続されており、センサを冷却するためセ
   ンサに沿うガスの連続的な流れを許し、また加工片保持
   面へのつかみ手段の近接に伴いガスの流れを変更するこ
   とを特徴とするマニピュレータ装置。