WO2024122249A1 - 固定装置、対象物固定方法及び対象物固定プログラム - Google Patents

Abstract

固定装置１は、ワークＷを移動可能な補助アーム２と、ワークＷを固定可能な固定アーム３と、補助アーム２及び固定アーム３の動作を制御する制御装置５と、を備えている。制御装置５は、補助アーム２によりワークＷを把持して所定の姿勢に保持した状態で、固定アーム３により当該ワークＷを固定する。これにより、作業員（人間）の手を依らず、ワークＷを常に同じ姿勢で固定することができる。したがって、ワークＷを自動で好適に固定することができる。

Description

固定装置、対象物固定方法及び対象物固定プログラム

　本発明は、固定装置、対象物固定方法及び対象物固定プログラムに関する。

　従来、ロボットアームに工具又はワーク（作業対象物）を固定し、ワークに対して研磨や研削等の加工作業を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　この種の加工作業では、ワークが所定の姿勢でしっかりと固定されている必要があるため、一般に作業員（人間）がワークの固定を行っている。

特開２０１７－１１２２号公報

　上記加工作業において、ワークの固定を自動化できると有用である。
　本発明は、ワークを自動で好適に固定することを目的とする。

　本発明に係る固定装置は、
　作業対象物を移動可能なアーム手段と、
　前記作業対象物を固定可能な固定手段と、
　前記アーム手段及び前記固定手段の動作を制御する制御手段と、
　を備え、
　前記制御手段は、前記アーム手段により作業対象物を把持して所定の姿勢に保持した状態で、前記固定手段により当該作業対象物を固定する。

　本発明によれば、ワークを自動で好適に固定することができる。

実施形態に係る固定装置の要図を示す図である。 実施形態に係る固定装置の概略の制御構成を示すブロック図である。 実施形態に係る形状測定器を説明するための図である。 実施形態に係る形状測定器を説明するための図である。 実施形態に係るワーク固定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るワーク固定処理を説明するための図である。 実施形態に係るワーク固定処理を説明するための図である。 実施形態に係る固定装置の変形例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［固定装置の構成］
　図１は、本実施形態に係る固定装置１の要部を示す図であり、図２は、固定装置１の概略の制御構成を示すブロック図である。
　これらの図に示すように、固定装置１は、ロボットアームである補助アーム２及び固定アーム３によりワーク（作業対象物）Ｗを保持・固定する。固定装置１に固定されたワークＷは、図示しない加工工具により所定の加工（例えば研磨等）が施される。
　具体的に、固定装置１は、補助アーム２と、一対の固定アーム３と、形状測定器４と、制御装置５とを備えている。

　補助アーム２は、本発明に係るアーム手段の一例であり、特に限定はされないが、本実施形態では垂直多関節ロボットである。補助アーム２は、複数のリンク２２（図１では１つのみ図示）と、エンドエフェクタ２３と、複数の関節部２４とを有している。

　複数のリンク２２は、図示しない環境（例えば、工場の床、アーム保持台等）に固定されたベース部を基端部として、互いに直列に連結されている。
　エンドエフェクタ２３は、複数のリンク２２の先端に連結されており、本実施形態ではワークＷを把持可能なグリッパーである。ただし、エンドエフェクタ２３は、制御装置５からの制御指令に基づくワークＷの把持及びその解除が可能であれば、その具体構成は特に限定されない。
　複数の関節部２４は、複数のリンク２２とエンドエフェクタ２３とを、回動可能に連結している。各関節部２４には、当該関節部２４の先端側に連結されたリンク２２（又はエンドエフェクタ２３）を駆動するモータと、このモータの位置（速度）を検出するエンコーダとが設けられている（図示省略）。

　一対の固定アーム３は、本発明に係る固定手段の一例であり、間隔を空けて対向配置され、その間にワークＷを挟持した状態で固定する。
　各固定アーム３は、ベース台３１に連結されたリンク３２と、リンク３２の先端側に連結されたエンドエフェクタ３３と、これらを回動可能に連結する関節部３４とを有している。一対の固定アーム３は、制御装置５からの制御指令に基づいて関節部３４が回動することにより、各々のエンドエフェクタ３３が互いに接離する方向（図１の左右方向）に自由度を有するように構成される。

　各固定アーム３のエンドエフェクタ３３には、ワークＷを固定する固定部３５が設けられている。固定部３５は、他方の固定アーム３の固定部３５と対向するように、一対の固定アーム３における内側向きに配置されている。
　固定部３５は、制御装置５の制御指令に基づいて、ワークＷを固定する固定状態と、当該固定状態が解除された固定解除状態と、を取り得るように構成されている。固定部３５は、後述するように、常態で固定解除状態とされており、一対の固定アーム３の間で所定の姿勢に保持されたワークＷに当接した後に固定状態とされる。

　具体的に、固定部３５は、ワークＷの被固定部Ｆを固定するときには、被固定部Ｆに当接することでその形状に倣って自身の形状を変化させ、当該被固定部Ｆを覆うように密着して固定する。
　このような固定部３５としては、例えば、過冷却流体ハンド、ＭＲ流体（Magneto Rheological Fluid：磁気粘性流体）流体把持機構、吸着ハンド、ならいハンド等が挙げられる。
　過冷却流体ハンドは、過冷却流体（例えば、酢酸ナトリウム水溶液、過冷却液体グリセリン等）が封入された流体封入部と、流体封入部に物理的刺激を与える加振装置とを有しており、流体封入部をワークＷの被固定部Ｆに密着させた状態で加振装置により振動を与えることで流体封入部が固化し、被固定部Ｆを固定する。
　ＭＲ流体把持機構は、ＭＲ流体が封入された流体封入部と、流体封入部に磁場を作用させる磁場発生手段とを有しており、流体封入部をワークＷの被固定部Ｆに密着させた状態で磁場を発生させることで流体封入部が固化し、被固定部Ｆを固定する。
　吸着ハンドは、ドラえもんハンドとも呼ばれ、真ん中の層に粉体が封入された多重構造のゴム膜を有しており、被固定部Ｆに密着した状態で減圧することにより、その形状を維持したまま固化し、被固定部Ｆを固定する。
　ならいハンドは、エンドエフェクタ３３の接離方向に出没可能な複数のシャフトを有する倣い機構を備え、複数のシャフトを被固定部Ｆに当接させてその形状に倣わせた状態で固定することにより、被固定部Ｆを固定する。

　作業対象物であるワークＷは、本実施形態では金属製の棒状体であり、例えばタービンブレードである。ワークＷの両端部は、段付き状に細くなっており、一対の固定アーム３に固定される被固定部Ｆとなっている。被固定部Ｆは、本実施形態では、加工対象部位ではなく、比較的に複雑な形状に形成されている。
　なお、ワークＷは、補助アーム２により把持可能であり、かつ、固定アーム３により固定可能なものであれば、その形状や材質等は特に限定されない。

　形状測定器４は、ワークＷの形状を計測し、取得した形状情報を制御装置５に出力する。形状測定器４は、例えば、固定前のワークＷが載置されるワーク載置台と固定アーム３との間に配置される。
　なお、形状測定器４は、補助アーム２に把持された状態のワークＷの形状を計測可能であれば、その種類等は特に限定されない。例えば、形状測定器４は、図３Ａに示すように、非接触での計測が可能な光学センサ等であってもよいし、図３Ｂに示すように、接触式のタッチプローブ等であってもよい。

　図２に示すように、制御装置５は、補助アーム２、一対の固定アーム３、形状測定器４の動作を制御するコンピュータである。具体的に、制御装置５は、操作部５２、表示部５３、記憶部５６、制御部５７を備える。

　操作部５２は、ユーザが制御装置５を動作させるための各種操作を行う操作手段であり、例えばマウス等のポインティングデバイスやキーボードを含む。
　表示部５３は、例えば液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイその他のディスプレイであり、制御部５７からの表示信号に基づいて各種情報を表示する。なお、表示部５３は、操作部５２の一部を兼ねるタッチパネルであってもよいし、音声出力を行ってもよい。

　記憶部５６は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成されるメモリであり、各種のプログラム及びデータを記憶するとともに、制御部５７の作業領域としても機能する。本実施形態の記憶部５６には、後述のワーク固定処理（図４参照）を実行するためのプログラムが予め記憶されている。
　また、記憶部５６には、ワークＷの形状情報（例えば設計情報）であるワーク形状データ５６２が予め記憶されている。

　制御部５７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えて構成され、制御装置５各部の動作を制御する。具体的に、制御部５７は、操作部５２の操作内容に基づいて、表示部５３に各種情報を表示させたり、記憶部５６に予め記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。

［ワーク固定処理］
　続いて、固定装置１においてワークＷを固定するワーク固定処理について説明する。
　図４は、ワーク固定処理の手順を示すフローチャートであり、図５Ａ及び図５Ｂは、ワーク固定処理を説明するための図である。
　ワーク固定処理は、ワークＷの加工作業に先立って、この作業用にワークＷを自動で固定する処理である。このワーク固定処理は、例えばユーザ操作に基づいて、制御装置５の制御部５７が記憶部５６から該当するプログラムを読み出して展開することで実行される。

　図４に示すように、ワーク固定処理が実行されると、まず制御装置５の制御部５７は、補助アーム２により作業対象のワークＷをつまみ上げる（ステップＳ１）。
　より詳しくは、ワークＷは、例えば所定のワーク載置台上に複数が予め並べられている。制御部５７は、補助アーム２の動作を制御してそのうち１つのワークＷを把持して持ち上げる。ワーク載置台上のワークＷは凡そ所定の向き及び位置で配置されており、補助アーム２は、ワークＷのうち凡そ決められた所定位置（例えば長手方向中央部あたり）を把持する。
　なお、例えば補助アーム２のエンドエフェクタ２３にカメラを搭載するなどして、補助アーム２がより正確にワークＷの所定位置を把持するようにしてもよい。

　次に、制御部５７は、形状測定器４によりワークＷの被固定部Ｆの形状を計測する（ステップＳ２）。
　ここでは、制御部５７は、ワークＷを補助アーム２に把持させた状態のまま、補助アーム２を制御してワークＷを形状測定器４の位置に移動させ、形状測定器４によりワークＷ両端の被固定部Ｆの形状を計測する（図３Ａ、図３Ｂ参照）。制御部５７は、必要に応じて、補助アーム２によりワークＷを移動させながら計測を行う。形状測定器４により取得されたワークＷの形状情報は、制御装置５に出力される。

　次に、制御部５７は、ステップＳ２で取得した計測結果に基づいて、補助アーム２によりワークＷを一対の固定アーム３の間の位置で所定の姿勢に保持する（ステップＳ３；図５Ａ）。
　補助アーム２により保持されるワークＷの位置及び姿勢は、一対の固定アーム３で固定するためのワークＷの位置及び姿勢であり、予め設定されている。
　このステップでは、まず制御部５７は、ステップＳ２で取得したワークＷの形状情報に基づいて、補助アーム２に対する相対的なワークＷの姿勢を推定する。このとき、制御部５７は、必要に応じて、ワーク形状データ５６２に格納されたワークＷの形状情報を参照する。そして、制御部５７は、補助アーム２を制御して、ワークＷを一対の固定アーム３の間の所定位置において所定の姿勢に保持させる。

　次に、制御部５７は、ステップＳ３で所定の姿勢に保持されたワークＷを、一対の固定アーム３により挟持する（ステップＳ４；図５Ｂ）。
　このステップでは、制御部５７は、補助アーム２によりワークＷを所定の位置及び姿勢に保持したまま、一対の固定アーム３の各エンドエフェクタ３３を互いに接近する方向に移動させ、各固定部３５をワークＷ両端の被固定部Ｆに両側から当接させる。

　次に、制御部５７は、各固定アーム３の固定部３５を固定状態にしてワークＷの被固定部Ｆを固定する（ステップＳ５）。
　これにより、ワークＷは一対の固定アーム３に強固に固定される。

　次に、制御部５７は、補助アーム２によるワークＷの把持を解除する（ステップＳ６）。そして、制御部５７は、例えば補助アーム２のエンドエフェクタ２３を所定の初期位置（初期状態）に戻す。
　以上でワーク固定処理が終了する。

［本実施形態の技術的効果］
　以上のように、本実施形態によれば、補助アーム２によりワークＷが把持されて所定の姿勢に保持された状態で、固定アーム３により当該ワークＷが固定される。
　これにより、作業員（人間）の手を依らず、ワークＷを常に同じ姿勢で固定することができる。したがって、ワークＷを自動で好適に固定することができる。

　また、本実施形態によれば、補助アーム２によりワークＷを把持した状態で形状測定器４によりワークＷの形状が計測され、この形状測定器４の計測結果に基づいて補助アーム２によりワークＷが所定の姿勢に保持される。
　これにより、ワークＷの形状計測も自動化することができる。

　また、本実施形態によれば、固定アーム３の固定部３５は、ワークＷを固定する固定状態と、当該固定状態が解除された固定解除状態とを、制御装置５の制御指令に基づいて取り得るように構成される。そして、制御装置５は、固定部３５を常態で固定解除状態にしておき、補助アーム２によりワークＷを所定の姿勢に保持させて固定アーム３を当該ワークＷに当接させた状態で、固定部３５を固定状態にする。
　これにより、ワークＷの被固定部Ｆが複雑な形状であっても、例えば専用の治具等を必要とすることなく、当該被固定部Ｆを好適に固定することができる。
　また、このような固定部３５は柔軟に変形してワークＷを固定するため、加工作業で発生する切粉や研磨粉等が当該固定部３５に混入するおそれが少ない。

　また、本実施形態によれば、一対の固定アーム３は所定間隔を空けて対向配置され、ワークＷを固定する固定部３５が互いに接離する方向に自由度を有するように構成される。
　これにより、固定アーム３を１自由度の簡便なロボットアームとして構成できる。

　また、本実施形態によれば、補助アーム２により一対の固定アーム３の間の位置でワークＷが所定の姿勢に保持され、一対の固定アーム３により各々の固定部３５が互いに接近する方向に移動されてワークＷが挟持される。
　これにより、一対の固定アーム３でワークＷを挟持しつつ、各固定部３５でワークＷ両端の被固定部Ｆを固定するため、ワークＷを強固に固定することができる。

［その他］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
　例えば、上記実施形態では、補助アーム２と一対の固定アーム３とが１つずつの場合について説明した。しかし、例えば図６に示すように、複数のワークＷを個別に固定可能な複数対の固定アーム３を設け、当該複数対の固定アーム３に対して１つの補助アーム２が機能するように構成してもよい。
　また、補助アーム２は、ワークＷを把持して移動可能なものであればよい。

　また、上記実施形態では、２つの固定アーム３が一対をなしてワークＷを固定することとした。しかし、固定アーム３は、ワークＷを固定可能であればその数量は特に限定されない。例えば、ワークＷが三角形の場合等には、３つの固定アーム３で一組をなしてワークＷを固定してもよい。
　また、固定アーム３を多自由度に構成し、ワークＷが所定の姿勢になるよう固定アーム３を柔軟に動作させてもよい。
　また、固定アーム３は、エンドエフェクタ３３（固定部３５）を１自由度で移動させるものであればよく、例えばロボットアームではなくスライダー等で構成してもよい。さらに言えば、固定アーム３は、ワークＷを固定可能なものであればよい。

　また、上記実施形態では、補助アーム２がワークＷを把持した後に形状測定器４でワークＷ（被固定部Ｆ）の形状を計測することとしたが、ワークＷの形状計測は、ワークＷを所定の姿勢に保持する（ステップＳ３）前であれば、どのタイミングで行ってもよい。
　また、ステップＳ３では、ワークＷ形状の計測結果と、ワーク形状データ５６２とに基づいて、ワークＷを所定の姿勢に保持することとしたが、これに必要な情報がワークＷ形状の計測結果だけで足りるのであれば、ワーク形状データ５６２は用いなくともよい。

　また、上記実施形態では、加工作業に先立つワークＷの固定を行う固定装置１について説明したが、当該固定装置１は、加工作業自体を行う加工ロボットとともにロボットシステムとして構成してもよい。これにより、加工作業を含めて完全自動化を図ることができる。
　例えば、固定アーム３に固定されたワークＷに対して、工具を把持した加工ロボットが加工作業を行い、その作業完了後のワークＷを補助アーム２が固定アーム３から所定の位置に移動させるように構成してもよい。この場合、固定装置１（ワークＷの固定位置）と加工ロボットとは離れていてもよく、例えば固定アーム３がコンベア上に配置されており、補助アーム２によるワークＷの固定と、加工ロボットによる加工作業との間で、固定アーム３がコンベアで移動するように構成してもよい。

　また、上記実施形態では、固定装置１でのワークＷの固定後に行われる機械加工（加工作業）として、研磨工具によりワークを研磨する「研磨（加工）」を例に挙げて説明した。しかし、当該加工は、ワークと加工工具を接触させてワークを削る（加工する）機械加工を広く含み、例えば「研削（加工）」等も含む。
　その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　以上のように、本発明は、ワークを自動で好適に固定するのに有用である。

１　　　固定装置
２　　　補助アーム（アーム手段）
３　　　固定アーム（固定手段）
４　　　形状測定器（計測手段）
５　　　制御装置（制御手段）
２３　　エンドエフェクタ
３５　　固定部
５６２　ワーク形状データ
Ｗ　　　ワーク（作業対象物）
Ｆ　　　被固定部

Claims (9)

1. 　作業対象物を移動可能なアーム手段と、
   　前記作業対象物を固定可能な固定手段と、
   　前記アーム手段及び前記固定手段の動作を制御する制御手段と、
   　を備え、
   　前記制御手段は、前記アーム手段により作業対象物を把持して所定の姿勢に保持した状態で、前記固定手段により当該作業対象物を固定する、
   　固定装置。
2. 　前記作業対象物の形状を計測する計測手段を備え、
   　前記制御手段は、
   　前記アーム手段により前記作業対象物を把持した状態で、前記計測手段により前記作業対象物の形状を計測し、
   　前記計測手段の計測結果に基づいて、前記アーム手段により前記作業対象物を前記所定の姿勢に保持する、
   　請求項１に記載の固定装置。
3. 　前記固定手段は、前記作業対象物を固定可能な固定部を有し、
   　前記固定部は、前記作業対象物を固定する固定状態と、当該固定状態が解除された固定解除状態とを、前記制御手段の制御指令に基づいて取り得るように構成され、
   　前記制御手段は、
   　前記固定部を常態で前記固定解除状態にしており、
   　前記アーム手段により前記作業対象物を所定の姿勢に保持させ、前記固定手段を当該作業対象物に当接させた状態で、前記固定部を前記固定状態にする、
   　請求項１に記載の固定装置。
4. 　前記固定手段は、複数の前記作業対象物を個別に固定可能なように、複数設けられている、
   　請求項１に記載の固定装置。
5. 　前記固定手段は、一対をなす少なくとも２つが設けられ、
   　前記一対の固定手段は、
   　所定間隔を空けて対向配置され、
   　前記作業対象物を固定する固定部が互いに接離する方向に自由度を有するように構成される、
   　請求項１に記載の固定装置。
6. 　前記制御手段は、
   　前記アーム手段により、前記一対の固定手段の間の位置で前記作業対象物を前記所定の姿勢に保持し、
   　前記一対の固定手段により、各々の前記固定部を互いに接近する方向に移動させて前記作業対象物を挟持する、
   　請求項５に記載の固定装置。
7. 　作業対象物を把持して所定の姿勢に保持可能な多関節ロボットのアーム手段と、
   　前記所定の姿勢に保持された前記作業対象物を固定可能な固定部を有する固定手段と、
   　を備える固定装置。
8. 　作業対象物を移動可能なアーム手段と、前記作業対象物を固定可能な固定手段と、を備える固定装置の対象物固定方法であって、
   　制御手段が、
   　前記アーム手段により、作業対象物を把持して所定の姿勢に保持する工程と、
   　前記固定手段により、前記所定の姿勢に保持された当該作業対象物を固定する工程と、
   　を実行する対象物固定方法。
9. 　作業対象物を移動可能なアーム手段と、前記作業対象物を固定可能な固定手段と、を備える固定装置の対象物固定プログラムであって、
   　コンピュータを、
   　前記アーム手段により、作業対象物を把持して所定の姿勢に保持する手段、
   　前記固定手段により、前記所定の姿勢に保持された当該作業対象物を固定する手段、
   　として機能させる対象物固定プログラム。

Images