JP5705932B2

JP5705932B2 - 磁石搬送位置決め装置

Info

Publication number: JP5705932B2
Application number: JP2013180292A
Authority: JP
Inventors: 小田　勝; 小田　　勝
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: DE102014112184A1; DE102014112184B4; CN104416566B; CN104416566A; US9150358B2; US20150060235A1; JP2015047660A

Description

本発明は、磁石を対象物に位置決めして取り付ける磁石搬送位置決め装置に関する。

磁石を対象物に取り付ける場合、治具を用いて人手によって行うのが一般的である。この取付作業を精度よく行うため、例えば特許文献１には、磁石を対象物に位置決めして取り付けるための位置決め治具が記載されている。

特開平１１−１８７６２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように治具を用いて人手により磁石を対象物に取り付ける構成では、治具の着脱に多大な労力と時間を要し、磁石を効率的に取り付けることが困難である。一方、治具と人手を介さずに、ロボット等により磁石を搬送して対象物に取り付ける構成では、磁石と対象物との間の吸引力によってロボットの先端部がふらつくおそれがあり、磁石を精度よく位置決めすることが難しい。

本発明の一態様は、磁石を対象物に位置決めして取り付ける磁石搬送位置決め装置であって、搬送部と、搬送部に取り付けられ、搬送部と一体に移動する付属装置とを備える。付属装置は、対象物に押し付けられて対象物に当接し、押し付けられる方向と反対の方向の対象物からの反力を支持することにより、対象物に対して搬送部を支持する支持部と、支持部に対し移動可能に設けられ、磁石を着脱可能に保持する保持部と、支持部が対象物に当接した状態で磁石が対象物に接近するように保持部を移動する駆動部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、対象物に当接して対象物に対し搬送部を支持する支持部を設け、支持部が対象物に当接した状態で磁石を対象物に接近させるようにしたので、磁石を対象物に着座させる際に、搬送部が磁石と対象物との間の吸引力によって対象物側へ引き寄せられることを防止することができ、磁石を精度よく位置決めすることができる。

本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置の構成を概略的に示す図。本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置の制御構成を示すブロック図。図２のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。図３の磁石把持制御の具体的な処理内容を示すフローチャート。（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置の動作を説明する図。図１の変形例を示す図。

以下、図１〜図６を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置１００の構成を概略的に示す図である。この磁石搬送位置決め装置１００は、磁石１を対象物２に位置決めして取り付けるためのものである。対象物２は、例えば火力発電機のロータ等、比較的大型の磁性体構造物であり、図１では、磁石１が自己の有する磁力により対象物２の内壁面に吸着している。なお、以下では、説明の便宜上、図示のように上下方向（鉛直方向）および左右方向（水平方向）を定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。図１では、対象物２が水平方向に延在し、対象物２の上面に磁石１が取り付けられている。

図１に示すように、磁石搬送位置決め装置１００は、搬送部５と、搬送部５に取り付けられ、搬送部５と一体に移動する付属装置１０とを備える。搬送部５は、例えば多関節型の産業用ロボットにより構成され、ロボットのハンドの先端部に付属装置１０が取り付けられている。搬送部５は、サーボモータ３５（図２）の駆動により移動し、搬送部５の動作により、付属装置１０の位置および姿勢を所望の位置および姿勢に変更する。図１では、付属装置１０が下方に向かう鉛直姿勢とされている。

付属装置１０は、搬送部５に固定された基部１１と、基部１１の下方に配置されたフレーム部１２と、フレーム部１２から下方に延在する支持部１３と、基部１１とフレーム部１２とを連結する連結部１４と、磁石１を把持する把持部１５と、把持部１５を昇降する昇降機構２０とを有する。付属装置１０は、全体が左右対称形状を呈する。

基部１１は、水平方向に延在する所定厚さの円形または矩形の板部材であり、その上面中央部に搬送部５が取り付けられている。基部１１の左右両端部には、上下方向に貫通する円形断面の貫通孔１１ａが開口されている。フレーム部１２は、水平方向に延在する上板１２１および下板１２２と、上板１２１と下板１２２とを接続する左右一対の縦板１２３，１２４とを有し、全体が矩形の枠形状を呈している。下板１２２には、上下方向に貫通する円形断面の左右一対のガイド孔１２２ａが開口されている。支持部１３は、左右一対の板部材であり、下板１２２の下端面の左右両端部から下方に突出している。

連結部１４は、基部１１の貫通孔１１ａに挿入された円柱部１４１と、円柱部１４１の上端面に設けられ、円柱部１４１よりも大径のストッパ１４２とを有する。円柱部１４１の下端面は、フレーム部１２の上板１２１の上面に固定されている。円柱部１４１の長さは基部１１の板厚よりも所定長さΔＬだけ長く、基部１１はΔＬの範囲で円柱部１４１に沿って上下動可能となっている。なお、図１では、連結部１４を介してフレーム部１２が基部１１から吊持されており、基部１１の上端面がストッパ１４２に当接している。このとき、基部１１の上端面から支持部１３の下端面までの長さ、すなわち把持装置１０の全長はＬ０である。

把持部１５は、左右の支持部１３の間に配置されている。把持部１５は、左右方向に伸縮するエアシリンダ１５１と、エアシリンダ１５１の先端部に取り付けられた左右一対の把持爪１５２とを有する。エアシリンダ１５１の伸縮により、一対の把持爪１５２で磁石１を把持することができる。把持爪１５２は、ステンレス等の非磁性体により構成されている。なお、把持爪１５２以外（フレーム部１２や支持部１３等）は磁石１から離れているため、磁石１からの吸引力は小さく、鉄等の磁性体により構成することができる。

昇降機構２０は、ボールねじ２１と、ボールねじ２１を回転駆動するサーボモータ２２と、ボールねじ２１に螺合するナット２３と、ボールねじ２１の上端部および下端部に連結された上下一対の昇降プレート２４，２５と、フレーム部１２の下板１２２のガイド孔１２２ａに沿って上下動する左右一対のロッド２６とを有する。ナット２３はフレーム部１２の下板１２２に固定されている。昇降プレート２５の下端面にはエアシリンダ１５１が装着され、昇降プレート２５の左右両端部には、ロッド２６の下端部が固定されている。

サーボモータ２２の駆動によりボールねじ２１を回転させると、ボールねじ２１が上下動し、左右の支持プレート１３の間の空間１６において、昇降プレート２５と一体に把持部１５が昇降する。このとき、左右のロッド２６がガイド孔１２２ａに沿って上下動するので、昇降プレート２５は水平姿勢を保持したまま昇降できる。

本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置１００は、部品置き場等（第１位置）に配置された磁石１を対象物２まで自動搬送し、対象物２の所定位置（第２位置）に自動的に磁石１を取り付ける。図２は、本発明の実施形態に係る磁石搬送位置決め装置１００の制御構成を示すブロック図である。コントローラ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ３０には、把持爪１５２による磁石１の把持の有無を検出する把持スイッチ３１と、磁石１の搬送開始指令等を入力する入力部３２とが接続されている。

コントローラ３０のメモリには、予め、磁石１が配置された第１位置、磁石１を取り付ける第２位置、付属装置１０の全長Ｌ０等が記憶されている。コントローラ３０は、把持スイッチ３１と入力部３２からの信号とメモリに記憶された各種情報とに基づき所定の処理を実行し、ロボット駆動用のサーボモータ３５と、付属装置１０に設けられたサーボモータ２２およびエアシリンダ１５１とに制御信号を出力する。

図３は、コントローラ３０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば入力部３２から磁石１の搬送開始指令が入力されると開始される。なお、初期状態では、把持部１５は最大に上昇しており、かつ、エアシリンダ１５１は最大に伸張している。ステップＳ１では、部品置き場に配置された磁石１を把持する磁石把持制御を行う。

図４は、磁石把持制御の具体的な処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１Ａでは、予めメモリに記憶された情報に基づいてロボット駆動用のサーボモータ３５に制御信号を出力し、付属装置１０を第１位置の上方に移動する。ステップＳ１Ｂでは、サーボモータ２２に制御信号を出力し、把持部１５を磁石１に向けて下降する。ステップＳ１Ｃでは、エアシリンダ１５１に制御信号を出力し、エアシリンダ１５１を縮退して、一対の把持爪１５２間の距離を狭める。ステップＳ１Ｄでは、把持スイッチ３１がオンか否か、すなわち把持爪１５２で磁石１を把持したか否かを判定する。ステップＳ１Ｄが肯定されるとステップＳ１Ｅに進み、サーボモータ２２に制御信号を出力し、把持部１５を上昇させる。

以上の磁石把持制御が終了すると、図３のステップＳ２に進む。ステップＳ２では、予めメモリに記憶された情報に基づいてサーボモータ３５に制御信号を出力し、磁石１を把持したまま、付属装置１０を第２位置の上方に移動する。すなわち、図５（ａ）に示すように、付属装置１０の中心が対象物の上面の第２位置Ｐａの上方に位置するように、例えば支持部１３の下端面が対象物２よりも所定量Ｌ１だけ上方に位置するように、付属装置１０の全長Ｌ０を考慮して、把持部５を移動する。

次いで、ステップＳ３で、サーボモータ３５に制御信号を出力して付属装置１０を下降し、支持部１３の下端面を対象物２の上面に当接させる。このとき、付属装置１０を所定量Ｌ１だけ下降すれば、支持部１３の下端面が対象物２の上面に当接するが、本実施形態では、支持部１３から対象物２に対し十分な押し付け力が作用するように、付属装置１０の下降量をＬ１よりも所定量Ｌ２（＜ΔＬ）だけ大きくする。これにより図５（ｂ）に示すように、基部１１の上面が連結部１４のストッパ１４２から所定量Ｌ２だけ下方に位置する。図５（ｂ）の状態では磁石１が対象物２から十分に離れている。このため、磁石１と対象物２との間の吸引力は小さく、搬送部５の位置設定が容易である。

次いで、ステップＳ４で、サーボモータ２２に制御信号を出力して把持部１５を下降し、磁石１を対象物２の上面の第２位置Ｐａに吸着させる。磁石１が対象物２に接近すると、磁石１と対象物２との間の吸引力が増大するが、図５（ｃ）に示すように搬送部５は支持部１３を介して対象物２から支持されているため、吸引力によって搬送部５が対象物２側に引き寄せられることを防止でき、磁石１を対象物２の上面に精度よく位置決めして取り付けることができる。これに対し、支持部１３がないと、磁石１と対象物２との間の吸引力により搬送部５の位置および姿勢が不安定となり、磁石１を精度よく位置決めすることが困難となる。

次いで、ステップＳ５で、エアシリンダ１５１に制御信号を出力し、把持爪１５２を開放する。これにより図５（ｄ）に示すように、把持爪１５２が磁石１から離れ、磁石１が自己の有する磁力により対象物２の上面に保持される。この場合、把持爪１５２は非磁性体により構成されているため、把持爪１５２を磁石１から容易に離間することができる。

最後に、ステップＳ６で、サーボモータ２２に制御信号を出力し、把持部１５を上昇させるとともに、サーボモータ３５に制御信号を出力し、付属装置１０を上昇させる。これにより図５（ｅ）に示すように、付属装置１０が対象物２から退避し、対象物２への磁石１の取り付けが完了する。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）磁石搬送位置決め装置１００は、搬送部５と、搬送部５に取り付けられた付属装置１０とを備える。付属装置１０は、対象物２に当接して対象物２に対し搬送部５を支持する支持部１３と、支持部１３に対し移動可能に設けられ、磁石１を着脱可能に保持する把持部１５と、支持部１３が対象物２に当接した状態で磁石１が対象物２に接近するように把持部１５を昇降する昇降機構２０とを有する。これにより、磁石１を対象物２に着座させる際に、搬送部５が磁石１と対象物２との間の吸引力によって対象物２側へ引き寄せられることを防止することができ、磁石１を精度よく位置決めして取り付けることができる。

（２）基部１１に対して支持部１３が所定方向（支持部１３の延在する方向）に所定範囲ΔＬ内で移動可能となるように、基部１１とフレーム１２との間に連結部１４を設けるようにした。これにより支持部１３が対象物２に当接したときのショックを低減することができる。

（３）搬送部５を汎用のロボットにより構成すると、磁石１の自動搬送を容易かつ安価に行うことができる。

（４）昇降機構２０として、サーボモータ２２によりボールねじ２１を駆動して把持部１５を昇降するようにしたので、磁石１の対象物２への接近速度を細かく制御することができる。したがって、磁石１を対象物２にゆっくりと着座させることができ、磁石１の着座時のショックを低減できる。

（５）昇降機構２０のサーボモータ２２とロボット駆動用のサーボモータ３５を同一のコントローラ３０で制御するようにしたので、ロボットと昇降機構２０を容易に同期制御することができ、磁石１を効率的に対象物２に取り付けることができる。

なお、上記実施形態では、磁石１を把持部１５で把持するようにしたが、支持部１３に対し移動可能に設けられ、磁石１を着脱可能に保持するのであれば、保持部の構成はいかなるものでもよい。サーボモータ２２により把持部１５を昇降するようにしたが、支持部１３が対象物２に当接した状態で磁石１が対象物２に接近するように保持部（把持部１５）を移動するのであれば、駆動部の構成はいかなるものでもよい。

図６は、サーボモータ２２の代わりにエアシリンダ２７を駆動部として用いた例を示している。エアシリンダ２７は、シリンダチューブ２７１と、シリンダチューブ２７１から伸縮するシリンダロッド２７２とを有する。フレーム部１２の内側にはプレート２８が固定され、シリンダチューブ２７１はプレート２８の上面に支持されている。シリンダロッド２７２は、プレート２８および下板１２２を貫通し、その先端部に昇降プレート２５が取り付けられている。エアシリンダ２７が伸縮すると、把持部１５が昇降し、これにより支持部１３を対象物２に当接させた状態で、磁石１を対象物２に取り付けることができる。このように駆動部をエアシリンダ２７により構成すると、構成が簡素化され、安価に構成することができる。

上記実施形態では、付属装置１０に連結部１４を設け、支持部１３を対象物２に確実に当接させるようにしたが、搬送部５と支持部１３との間に設けられ、支持部１３が対象物２に当接した状態で搬送部５の移動を許容するのであれば、移動許容部の構成はこれに限らない。連結部１４を省略し、支持部１３の当接の有無を接触検出器あるいは荷重検出器等により検出してもよい。上記実施形態では、搬送部５をロボットにより構成したが、搬送部の構成はこれに限らない。昇降機構２０のサーボモータ２２（第１のサーボモータ）とロボット駆動用のサーボモータ３５（第２のサーボモータ）を同一のコントロータ３０（制御部）で制御するようにしたが、別々の制御部で制御するようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１磁石
２対象物
１０付属装置
１３支持部
１４連結部
１５保持部
２０昇降機構
２２サーボモータ
２７エアシリンダ
３０コントローラ
３５サーボモータ
１００磁石搬送位置決め装置

Claims

磁石を対象物に位置決めして取り付ける磁石搬送位置決め装置であって、
搬送部と、
前記搬送部に取り付けられ、前記搬送部と一体に移動する付属装置とを備え、
前記付属装置は、
対象物に押し付けられて対象物に当接し、押し付けられる方向と反対の方向の対象物からの反力を支持することにより、対象物に対して前記搬送部を支持する支持部と、
前記支持部に対し移動可能に設けられ、磁石を着脱可能に保持する保持部と、
前記支持部が対象物に当接した状態で磁石が対象物に接近するように前記保持部を移動する駆動部と、を有することを特徴とする磁石搬送位置決め装置。
請求項１に記載の磁石搬送位置決め装置において、
前記付属装置は、前記搬送部と前記支持部との間に設けられ、前記支持部が対象物に当接した状態で前記搬送部の移動を許容する移動許容部をさらに有することを特徴とする磁石搬送位置決め装置。
請求項１または２に記載の磁石搬送位置決め装置において、
前記搬送部はロボットであることを特徴とする磁石搬送位置決め装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁石搬送位置決め装置において、
前記駆動部は、エアシリンダであることを特徴とする磁石搬送位置決め装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁石搬送位置決め装置において、
前記駆動部は、サーボモータであることを特徴とする磁石搬送位置決め装置。
請求項３に記載の磁石搬送位置決め装置において、
前記駆動部は第１のサーボモータであり、
前記ロボットを駆動する第２のサーボモータをさらに備え、
前記第１のサーボモータと前記第２のサーボモータを制御する制御部をさらに備えることを特徴とする磁石搬送位置決め装置。