(57)【要約】      （修正有）【課題】垂れ性のあるプライの搬送を行うロボットのエンドエフェクタを提供する。【解決手段】材料のプライ（１７０）のピックアップ及び配置を改善するシステム及び方法が提供される。一実施形態は、ロボットのエンドエフェクタ（１３２）を含む装置に関する。エンドエフェクタ（１３２）は、フレーム（２２０）と、このフレーム（２２０）に取り付けられたカップアセンブリ（２５０）と、を含む。各カップアセンブリ（２５０）は、シャフト及びヘッド部を含む。エンドエフェクタは、また、カップアセンブリ（２５０）のヘッド部に取り付けられたベルヌーイカップと、カップアセンブリ（２５０）のヘッド部に取り付けられたグリッパと、を含む。【選択図】図４
2019038101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクタを含む装置であって、前記エンドエフェクタは、
フレームと、
前記フレームに取り付けられているとともに、各々がシャフト及びヘッド部を含むカップアセンブリと、
前記カップアセンブリの前記ヘッド部に取り付けられたベルヌーイカップと、
前記カップアセンブリの前記ヘッド部に取り付けられたグリッパと、を含む、装置。
【請求項２】
前記カップアセンブリは、フローティングカップアセンブリであり、
各フローティングカップアセンブリは、
前記ベルヌーイカップのうちの少なくとも１つと、
前記グリッパのうちの少なくとも１つと、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップに、正圧に加圧されたガスを印加する空気圧ラインと、
前記フローティングカップアセンブリの遠位表面に、前記少なくとも１つのグリッパと流体連通して配置されたポートと、
前記少なくとも１つのグリッパに負圧を印加して、前記ポートに吸引力を発生させる圧力レギュレータと、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップに連結されており、前記少なくとも１つのベルヌーイカップが垂直方向に並進移動することを可能にするシャフトと、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップが、前記シャフトを中心として枢動して表面に沿うことを可能にするベアリングと、を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
圧力レギュレータを介して印加される圧力を制御するコントローラをさらに含み、
前記コントローラは、負圧を減少させることに応答して、前記ベルヌーイカップを作動させる、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記圧力レギュレータによって印加される圧力を制御し、当該制御において、前記エンドエフェクタが材料のプライを搬送する間は、負圧を維持し、前記プライがマンドレル上方に配置された後は、負圧を緩和し、
前記ベルヌーイカップは、当該ベルヌーイカップを含むフローティングカップアセンブリに対して前記プライが浮動することを可能にする、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加することによって、前記ベルヌーイカップを作動させる、
請求項３に記載の装置。
【請求項６】
各ベルヌーイカップは、レバーアームとして機能するエクステンダを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記エクステンダは、前記ベルヌーイカップを枢動させて新たな配向にするために必要な力を減少させる、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記エクステンダが取り付けられたフローティングカップアセンブリにおける遠位表面に配置されたポートをさらに含む、
請求項６に記載の装置。
【請求項９】
各フローティングカップアセンブリにおける加熱部材と
各フローティングカップアセンブリにおいて、対応する加熱部材を制御して作動させて材料のプライに接触させる空気圧アクチュエータと、をさらに含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記フレームに取り付けられた固定カップアセンブリをさらに含み、当該固定カップアセンブリは、
プライを保持するための吸引カップと、
前記吸引カップの内部に負圧を印加する空気圧ラインと、
前記吸引カップに連結されているとともに、前記空気圧ラインを収容するシャフトと、を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
休止状態において、前記固定カップアセンブリの前記吸引カップは、前記ベルヌーイカップと同一平面にある、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持することと、
前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置することと、
前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させることと、
前記カップアセンブリのベルヌーイカップに、正圧を印加することと、
前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせることと、を含む方法。
【請求項１３】
前記グリッパは、フローティングカップアセンブリに配置されており、前記プライに形をつけることなく真空圧を印加する、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記プライを滑らせることにより、前記プライが変形するのに伴って、前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップを前記プライに沿って浮動させ、枢動させ、垂直方向に変位させる、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
圧力レギュレータを介して前記グリッパに印加される圧力を制御することをさらに含み、当該制御において、
前記エンドエフェクタが前記プライを搬送する間は、負圧を維持し、
前記プライが前記マンドレル上方に配置された後は、負圧を減少させる、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
負圧を減少させることに応答して、前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加し、これにより、前記プライが前記カップアセンブリの各々に対して浮動することを可能にすることをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
負圧を減少させることは、前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加することと同時に実行される、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記カップアセンブリの前記グリッパを介して前記プライを保持することは、前記ベルヌーイカップのエクステンダにおいて前記プライに対向するポートに前記グリッパを通して負圧を印加することを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記保持すること、配置すること、及び、滑らせることは、前記エンドエフェクタの操作を指示する数値制御（ＮＣ）プログラムにしたがって実行される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に沿わせることは、前記エンドエフェクタを介して、前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に押し当てることを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記プライを保持することは、さらに、前記プライの中心部に接触する吸引カップを介して実行され、前記カップアセンブリは、前記プライの前記中心部を取り囲んで配置されている、
請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
プロセッサによって実行されると方法を遂行させるためプログラム命令が記録された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、当該方法は、
各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持することと、
前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置することと、
前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させることと、
前記カップアセンブリのベルヌーイカップに、正圧を印加することと、
前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせることと、を含むものである、媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロボット工学の分野に関し、より具体的には、ロボット用のエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、様々な目的及び作業に利用することができる。製造及び組立の環境では、材料のプライをピックアップし、マンドレルに搬送して成形するために用いられるロボットもある。このようなロボットは、プライをピックアップし、また、そのプライに力を印加してプライをマンドレルに沿わせるエンドエフェクタを含む場合がある。
【０００３】
例えば、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）を製造する環境では、ロボットは、エンドエフェクタを用いてプライをピックアップし、プライの表面形状を規定するマンドレルにそのプライを配置する。この処理は、複数のプライについて複数回繰り返される場合もあり、これによってドライ炭素繊維の複合材プリフォームが生成される。次いで、この複合材プリフォームに硬化性樹脂を含浸させ、硬化させることで、ＣＦＲＰが成形される。どのＣＦＲＰ製品においても皺は望ましくないので、プライをマンドレルに積層するレイアップ処理の際は、各プライにおける皺の発生を防止することが望ましい。さらに、ドライ炭素繊維のプライは繊細なため、搬送や配置の際に、エンドエフェクタが、プライに不要な変形を生じさせうる力を加えないことも重要である。
【０００４】
この問題は、ロボットを垂れ性のあるプライの搬送に利用する場合に特に懸念される。そのような材料の例として、一方向炭素繊維体の複数列（rows of unidirectional carbon fiber）を縫合したものがある。一方向炭素繊維の各列は、その長さ方向には高い剛性を有するが、それぞれの列を縫合しているステッチは、各列自体よりも剛性が低い。それぞれの列を繋ぎ合わせているステッチが各列そのものよりも剛性が低いので、各列を個々に支えていないと、他の列から垂れ下がった状態（hang limp）になる。これは、マンドレルに配置するプライを搬送する際に問題となる。なぜならば、プライをマンドレルに配置する時に、プライにおける垂れ下がり部分が、プライの他の部分の下に折り返される可能性があり、この結果、１層のみ配置すべきところに複数の層が重なることになりうる。このような重なりがあると、プライは、マンドレルによって規定される所望の最終形状に対して基本的に逸脱することになる。また、プライの垂れ下がり部分が折り返されると、複数の皺、屈曲及び／又は反りも発生する。これらは、いずれも望ましいものではなく、マンドレルによる成形後のプライが使用できないものになる可能性がある。
【０００５】
よって、ＣＦＲＰの製造者は、有用でコスト効率のよいエンドエフェクタ技術、とりわけ、垂れ性があり、自重を支えることができない材料に関する技術の追求を続けている。したがって、上述した問題のうちの少なくともいくつかと、その他の考えられる問題を考慮に入れた方法及び装置を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載の実施形態は、改良されたエンドエフェクタを提供し、前記エンドエフェクタは、複数のフローティングカップアセンブリを含み、前記フローティングカップアセンブリは、各々が、材料のプライを搬送するための真空グリッパを含み、また、各々が、前記材料プライが配置された後に前記プライを成形するためのベルヌーイカップを含む。前記グリッパは、吸引力を利用して、搬送中のプライがたるんだり、あるいは、垂れ下がったりすることを防ぐ。これに対し、前記ベルヌーイカップは、ベルヌーイの定理を利用して、前記プライが前記エンドエフェクタに保持された状態で、前記プライの一部を水平方向に浮動させることができ、また、前記プライを配置するマンドレルの表面に対して前記プライを沿わせるために、枢動及び垂直方向に変位することができる。前記ベルヌーイカップが前記プライに対して浮動することにより、前記エンドエフェクタは、前記マンドレルの前記表面に沿って前記プライを変形させる際も含め、成形中に、前記プライを損傷させたり、皺を形成したりすることはなく、前記プライを固定保持することができる。
【０００７】
一実施形態は、ロボットのエンドエフェクタを含む装置に関する。前記エンドエフェクタは、フレーム、及び、当該フレームに取り付けられたカップアセンブリを含む。前記カップアセンブリは、各々がシャフト及びヘッド部を含む。前記エンドエフェクタは、さらに、前記カップアセンブリの前記ヘッド部に取り付けられたベルヌーイカップ、及び、前記カップアセンブリのヘッド部に取り付けられたグリッパを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態は、方法に関する。前記方法は、各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持することと、前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置することと、を含む。前記方法は、さらに、前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させることと、前記カップアセンブリのベルヌーイカップに正圧を印加することと、前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせることと、を含む。
【０００９】
さらに別の実施形態は、プロセッサによって実行されると方法を遂行させるためプログラム命令が記録された非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。前記方法は、各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持することと、前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置することと、を含む。前記方法は、さらに、前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させることと、前記カップアセンブリのベルヌーイカップに、正圧を印加することと、前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせることと、を含む。
【００１０】
他の例示的な実施形態（例えば、上述の実施形態に関する方法及びコンピュータ可読媒体）については後述する。上述した特徴、機能及び効果は、様々な実施形態によって個別に達成可能であり、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせることが可能である。そのような他の実施形態の詳細は、以下の説明及び図面を参照することにより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下に、添付図面を参照して、本開示のいくつかの実施形態を説明するが、これらは、あくまでも例である。すべての図面において、同一の要素又は同一の種類の要素については、同一の参照符号を用いる。
【００１２】
【図１】例示的な実施形態における製造セル内で動作するロボットを示すブロック図である。
【図２−３】例示的な実施形態におけるドライ炭素繊維のプライの搬送及び成形に使用されるロボットのエンドエフェクタを示す図である。
【図４−５】例示的な実施形態における炭素繊維のプライをマンドレルに配置する様子を示す図である。
【図６−７】例示的な実施形態におけるエンドエフェクタのフローティングカップアセンブリを示す図である。
【図８−９】例示的な実施形態におけるエンドエフェクタの固定カップアセンブリを示す図である。
【図１０】例示的な実施形態におけるロボットのエンドエフェクタの操作方法を示すフローチャートである。
【図１１】例示的な実施形態におけるドライ炭素繊維のプライの搬送及び成形に使用されるロボットを示すブロック図である。
【図１２】例示的な実施形態における航空機の製造及び使用方法を示すフロー図である。
【図１３】例示的な実施形態における航空機を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面及び下記の記載は、本開示の特定の例示的な実施形態を示す。当業者であれば、本明細書に明確な記載や図示がなくても、本開示の原理を実現する様々な変形を考案することが可能であるが、そのような変形も本開示の範囲に含まれることは理解されよう。加えて、本明細書に記載の実施例は、いずれも本開示の原理の理解を助けることを目的としており、記載した具体的な実施例や状況に限定するものではないと認識されるべきである。よって、本開示は、以下に記載する特定の実施形態又は実施例に限定されるのではなく、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ限定される。
【００１４】
図１は、例示的な実施形態において、製造セル（manufacturing cell）１００内で、ドライ炭素繊維のプライ１７０をマンドレル１６０上に配置するよう動作するロボット１５０を示す図である。製造セル１００は、ＣＦＲＰ部品の製造、作製及び／又は組立を補助するロボット１５０が動作するための任意の空間１０２を構成する。例えば、製造セル１００は、工場のフロアにおいて囲まれた空間、又は、開放された空間を有する。図１によれば、製造セル１００は、空間１０２、ベース１１０、ベース１１０に取り付けられたロボット１５０、プライ１７０及びマンドレル１６０を含む。ベース１１０は、製造セル１００内の固定位置に設置された構造部品を含んでもよく、あるいは、工場のフロアを走行して、ロボット及び／又はツールを様々な構成に配置できる移動体（例えば、カート）を含んでもよい。したがって、実施形態によっては、ベース１１０、プライ１７０及びマンドレル１６０は、工場のフロアを移動及び／又は走行可能な構成である。ロボット１５０は、ベース１１０に取り付けられており、また、作動機構（kinematic chain）１５６を構成する複数のアクチュエータ１１２、１１４、１１６、１１８及び剛性のボディ１２０、１３０を含む。ロボット１５０は、配索構造（dressing）１４０（例えば、配線）を含むとともに、プライ１７０を搬送し、マンドレル１６０でプライ１７０を成形するエンドエフェクタ１３２も含む。搬送中、エンドエフェクタ１３２は、プライ１７０に皺や反りが生じないようにプライ１７０を保持する。
【００１５】
コントローラ１５２は、エンドエフェクタ１３２及び撮像システム１３４を含めたロボット１５０の動作を指示する。コントローラ１５２は、例えば、カスタム回路によって実現してもよいし、プログラムされた命令を実行するプロセッサとして実現してもよいし、その組み合わせによって実現してもよい。
【００１６】
プライ１７０は、ドライ炭素繊維のプライとして説明する。例えば、プライ１７０は、四辺形に形成するように一方向炭素繊維体の複数列を縫合したものである。このような実施形態において、複数列間を縫合しているステッチは、隣接する列を互いに平坦に維持するには剛性が不十分な場合があり、プライ１７０の各列は、支えがないと垂れ下がった（たるんだ）状態になりうる。さらに他の実施形態において、プライ１７０は、任意の適当な乾燥繊維のプリフォームを構成し、これに硬化性樹脂を含浸させて、複合部品に成形される。例えば、プライ１７０は、ファイバーグラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、木繊維などを含み、場合によっては、「プリプレグ」よりも少ない量の粘着付与剤（例えば、熱硬化性または熱可塑性の粘着付与剤）を含む。
【００１７】
図２〜図３は、エンドエフェクタ１３２を示しており、真空及び／又は空気圧の差を利用してプライ１７０をエンドエフェクタ１３２に固定している。具体的には、図２は、図１の矢印２で示す方向から見たエンドエフェクタ１３２の斜視図であり、図３は、図２の矢印３の方向から見たエンドエフェクタ１３２の底面図である。本実施形態において、エンドエフェクタ１３２は、ロボット１５０の剛性ボディに取り付けられた支持体２１０を含む。フレーム２２０は、支持体２１０に取り付けられているとともに、部材２３０及び部材２４０を含む。フローティングカップアセンブリ２５０は、連結部材２５２を介して部材２４０の軌条２４２に取り付けられている。また、搬送の際にプライ１７０を各フローティングカップアセンブリに固定するための吸引力を作用させるグリッパ２７０を含む。エンドエフェクタ１３２は、さらに、フレーム２２０に、フローティングカップアセンブリ２５０と類似の態様で固着された固定カップアセンブリ２６０を含む。
【００１８】
図３は、部材２３０に固定された部材２４０を示す。図３は、さらに、支持体２１０及び部材２３０が取り付けられた部材３２０も示している。部材３２０には、空気圧マニホールド３３０が取り付けられており、またエゼクタ３４０も取り付けられている。空気圧マニホールド３３０は、フローティングカップアセンブリ２５０のベルヌーイカップ３７０には、正圧に加圧したガス（例えば、空気）を供給し、フローティングカップアセンブリ２５０の空気圧アクチュエータ（後述する）には空気を供給し、及び／又は、グリッパ２７０には、図２の圧力レギュレータ２７５を介して（例えば、負圧にしたガスによって）負圧を供給する。一実施形態では、エゼクタ３４０は、ガスを介してグリッパ２７０に負圧を供給する。本実施形態のエゼクタ３４０は、固定カップアセンブリ２６０が利用する負圧を発生させるベンチュリ真空発生器である。本明細書において、「負圧」なる用語は、エンドエフェクタ１３２の動作環境における周囲圧力より低い圧力を意味する。
【００１９】
ポート３９０も、図３に示されている。ポート３９０は、グリッパ２７０と流体連通しており、グリッパ２７０から吸引力を作用させて、プライ１７０が水平方向に浮動できないように固定保持する。ポートは、搬送中のプライ１７０のすべての列を物理的に支持することができるように、遠位表面３９２（即ち、フレームから遠い側の面であり、搬送時にプライ１７０に対向する面）全体に分散して配置されている。これにより、プライ１７０のたるみが防止され、よって、マンドレル１６０でプライ１７０を成形する時に、望ましくない重なりや皺が発生する可能性を排除することができる。
【００２０】
空気圧マニホールド３３０を経由して正圧の空気流がフローティングカップアセンブリ２５０に供給されると、フローティングカップアセンブリ２５０のベルヌーイカップ３７０から空気流３５０が排出される。これにより、プライ１７０を引き付けてフローティングカップアセンブリ２５０に接触させる圧力が生成されるが、マンドレル１６０の表面に対するプライ１７０のモールドの際に、プライ１７０が水平方向に浮動することは可能である。固定カップアセンブリ２６０のインレット３６２も図示されている。一実施形態では、このインレットを使って、固定カップアセンブリ２６０から空気を吸い出して、プライ１７０をエンドエフェクタ１３２に固定保持するための負圧（即ち、吸引力）を発生させる。
【００２１】
各フローティングカップアセンブリは、グリッパ２７０、ポート３９０及びベルヌーイカップ３７０を含むので、ピックアップ及び搬送時におけるプライ１７０の固定と、配置時とで異なる技術を用いることができる。例えば、ピックアップ及び搬送時には、グリッパ２７０及びポート３９０を動作させ、配置時にはベルヌーイカップ３７０を動作させる。
【００２２】
記載したエンドエフェクタ１３２のアーキテクチャに基づいて、プライ１７０の搬送時及び成形時におけるエンドエフェクタ１３２の動作を図４〜図５に示し、説明する。
【００２３】
図４は、図１の矢印４で示した方向から見たマンドレル１６０の側面図である。具体的には、図４は、マンドレル１６０の上方でプライ１７０を平坦に保持するエンドエフェクタ１３２を示している。プライ１７０の表面１７２は、フローティングカップアセンブリ２５０及び固定カップアセンブリ２６０に接触している。搬送時には、各グリッパ２７０が、ポート３９０を介してプライ１７０の複数個所に真空圧／吸引力を印加する。これにより、搬送中のプライ１７０の浮動を抑制することができ、また、搬送中のプライ１７０を充分に支持して垂れ下がりを防止することができる。この後、プライ１７０を、マンドレル１６０上に配置し、湾曲表面１６２に沿った形状に成形する。プライ１７０の中点１７４を固定カップアセンブリ２６０と整列させるとともに、マンドレル１６０の表面１６２の中点１６４と整列させる。エンドエフェクタ１３２をマンドレル１６０に向かって移動させると、固定カップアセンブリ２６０が、プライ１７０をマンドレル１６０に接触させる最初の部材になる。
【００２４】
プライ１７０を最初にマンドレル１６０に接触させた後にプライ１７０を成形／モールディングする間、圧力レギュレータ２７５を介してグリッパ２７０に印加される負圧を、コントローラ１５２によって、減少させるか、経時的に減少させるか、あるいは、停止させてもよい。グリッパ２７０に対する負圧を減少させると、ベルヌーイの定理によって、ベルヌーイカップ３７０に圧力差を発生させることができる。よって、フローティングカップアセンブリ２５０は、成形の際に、（グリッパ２７０を介した）吸引力を用いてプライ１７０を固定保持して浮動を許容しない状態（ただし、垂直方向の変位（vertical deflection）は許容）から、ベルヌーイの定理を（ベルヌーイカップ３７０により）利用してプライ１７０を固定保持しつつも、（例えば、横方向）の浮動を許容する状態へ移行する。このプロセスの間、固定カップアセンブリ２６０により生成される吸引力は、維持される。これにより、プライ１７０のうち、フローティングカップアセンブリ２５０に位置する部分については、滑り移動／スライド移動を可能にしつつ、プライ１７０の中心については、固定カップアセンブリ２６０によって所望の位置に固定することができる。
【００２５】
図４に対応する図５に示すように、エンドエフェクタ１３２を方向５１０に沿ってマンドレル１６０に向かって降下させると、プライ１７０は表面１６２に沿った形状に成形され、湾曲形状になる。成形中にグリッパ２７０は無効にされ、この間、フローティングカップアセンブリ２５０は、プライ１７０の表面１７２に対してＸ及びＹに沿って水平方向に摺動（即ち、浮動）する。さらに、フローティングカップアセンブリ２５０は、表面１６２の形状に沿うように、Ｚ沿いの位置変位が可能であり、また、枢動も可能である。これにより、成形プロセスを通じて、マンドレル１６０の表面１６２によりプライ１７０に輪郭形状を押し付ける際も、プライ１７０がフローティングカップアセンブリ２５０に接触した状態を維持することができる。さらに、皺を発生させることなく、マンドレル１６０によってプライ１７０に湾曲形状を成形できる。仮に、成形時において、プライ１７０が（表面に沿って）自在に浮動できない状態でフローティングカップアセンブリ２５０に固定されているような場合は、プライ１７０に湾曲形状を押し付けると、プライ１７０に皺が発生することになる。固定カップアセンブリ２６０とフローティングカップアセンブリ２５０との間の距離は、プライ１７０がマンドレル１６０に配置され、フローティングカップアセンブリ２５０が表面１６２に沿うに連れて、大きくなる。この結果、プライ１７０は引っ張られるが、フローティングカップアセンブリ２５０に対しては引き続き浮動可能な状態である。したがって、プライ１７０の材料をエンドエフェクタ１３２に対して摺動させることで、この距離の増加に対応することができる。つまり、プライ１７０は、グリッパ２７０に対して摺動することで、マンドレル１６０の形状に適合することができる。このように、フローティングカップアセンブリ２５０により、皺を発生させることなくプライ１７０を表面１６２に沿わせることができるとともに、グリッパ２７０を用いて、マンドレル１６０に配置する前のプライ１７０の垂れ下がり、あるいは、たるみの発生を防止することができる。加えて、仮に、エンドエフェクタ１３２がフローティングカップアセンブリ２５０のみを用いるものであると、プライ１７０全体がエンドエフェクタ１３２に対して水平方向に滑る可能性がある。この結果、成形時にプライ１７０の位置ずれ及び角度ずれが生じうる。エンドエフェクタ１３２は、１つの固定カップアセンブリ２６０を複数のフローティングカップアセンブリ２５０と組み合わせて用いるので、成形時には、プライ１７０を適切な位置及び配向に配置することができ、マンドレル１６０に押し当てる際には、皺を発生させることなくプライをマンドレル１６０の形状に沿わせることができる。
【００２６】
上述の概念をまとめると、フローティングカップアセンブリ２５０に対してプライ１７０が滑ることができる構成にすることで、大きな効果が得られる。プライ１７０は、持ち上げる前の初期状態では平坦である。また、プライ１７０は、持ち上げられた状態でも、実質的に平坦なままである。よって、フローティングカップアセンブリ２５０間の距離は、直線距離である。ただし、マンドレル１６０に配置されると、プライ１７０は湾曲形状に追従するので、フローティングカップアセンブリ２５０間の距離が直線距離よりも長くなる。つまり、皺を発生させることなく形状を適合させるには、フローティングカップアセンブリ２５０間のプライ１７０の量を増やす必要が生じるが、フローティングカップアセンブリとプライ１７０間の滑り移動によって、これが達成される。
【００２７】
図６〜図７は、さらに、フローティングカップアセンブリ２５０の部材を示す。具体的には、図６は、図４の領域６に対応し、図７は、領域６の斜視図である。図６に示すように、フローティングカップアセンブリ２５０は、先端部６００及び空気圧ライン６９５を含む。空気圧ライン６９５は、空気圧マニホールド３３０を介して加圧ガス（例えば、空気）の供給を受ける。この加圧ガスは、フローティングカップアセンブリ２５０のベルヌーイカップ３７０から噴出される。フローティングカップアセンブリ２５０は、さらに、開口６１２を有するブラケット６１０を含み、開口に、連結部材を挿入することで、フローティングカップアセンブリ２５０を図２の軌条２４２に固定することができる。
【００２８】
図６〜図７は、さらに、レギュレータ２７５から別の空気圧ライン（図示せず）を経由して負圧が供給されるグリッパ２７０を示している。グリッパ２７０が負圧を受けている間、負圧がポート３９０からベンチュリエクステンダ６５０の領域全体に印加される。これにより、フローティングカップアセンブリ２５０は、プライ１７０の殆どの部分を把持／吸着する。プライ１７０の把持により、プライ１７０の並進／浮動が抑止され、ベルヌーイ効果は利用されない。成形時には、圧力レギュレータ２７５がグリッパ２７０に印加する負圧を減少させるので、ベルヌーイカップ３７０は、空気圧ライン６９５から空気流を受け、これにより、プライ１７０の垂直方向の支持は維持したまま、フローティングカップアセンブリ２５０に対するプライ１７０の横方向の浮動を許容することができる。さらに他の実施形態では、ベルヌーイカップ３７０は、プライ１７０のピックアップ時、搬送時、及び、配置時のすべてにおいてオンにしておく。
【００２９】
シャフト６３２は、伸縮自在であり、ヘッド部６７０を支持する。ばね６３４によって、シャフト６３２は、プライ１７０が押圧されて表面１６２の形状に適合して変形するのに伴ってＺ方向に収縮することができ、休止時は、シャフト６３２は、初期位置及び／又は長さに戻ることができる。本実施形態では、圧縮ばね６２０である付勢デバイスは、休止時には、ヘッド部６７０を枢動させて初期の（例えば、平坦な）配向に戻して、ヘッド部６７０を水平に保つ。カラー６３０は、圧縮ばね６２０を固定保持する。ピボット６６０（例えば、自在継手の一種）は、ヘッド部６７０をシャフト６３２に対して１つ以上の軸に沿って枢動させる。
【００３０】
ヘッド部６７０は、ベンチュリエクステンダ６５０も含む。ベンチュリエクステンダ６５０は、レバーアーム（lever arm）として機能し、表面と接触した場合に、当該表面との接触点において、ヘッド部６７０（よって、ベルヌーイカップ３７０）を当該表面に直角な配向に枢動させるのに必要な力を減少させることができる。ベルヌーイカップ３７０をプライ１７０の表面１７２に対して直角に保持することにより、ベルヌーイカップ３７０が意図通りに動作し、プライ１７０に対して力を均一に印加することができる。
【００３１】
本実施形態では、ヘッド部６７０は、さらに、加熱部材６９０（たとえは、熱遮蔽された加熱部材）を含む。空気圧アクチュエータ６９２が加熱部材６９０を作動させて、ベンチュリエクステンダ６５０に設けられた穴６９４を介して、加熱部材６９０をプライ１７０に接触させたり、離間させたりするように、加熱部材６９０を駆動する。空気圧ライン６８０は、空気圧マニホールド３３０から空気圧アクチュエータ６９２に空気を供給する。プライ１７０の成形時には、エンドエフェクタ１３２は、加熱部材６９０を作動させて、加熱部材６９０を表面１７２に接触させる。これにより、プライ１７０を、少なくとも華氏１８０度を超える粘着温度（tacking temperature）（例えば、１９０°Ｆ）に加熱する。この温度になると、プライ１７０は（例えば、先にマンドレル１６０に設置されたプライ１７０、あるいは、マンドレル１６０そのものに対して）粘着する。つまり、粘着することで、先に配置されたプライに対するプライの滑りの防止を助けることができる。これにより、レイアップの際に、仮にプライ１７０がマンドレル１６０に対して実質的に垂直の配向でレイアップする場合でも、エンドエフェクタ１３２を外した後にプライ１７０がマンドレル１６０から滑り落ちたり、離脱したりしないようにできる。よって、エンドエフェクタ１３２は、次のプライを取得し、マンドレル１６０で成形して、複数層からなる複合部品用のプリフォームを形成することができる。加熱部材６９０はヘッド部６７０に一体化されているので、プライ１７０の成形時に、プライ１７０の表面に対して直角な配向に変位することができる。また、この動作は、別個のベアリングや支持構造を必要とすることなく実現できる。
【００３２】
図７は、図６に示したものと類似の特徴を示す。具体的には、図７は、フローティングカップアセンブリ２５０の斜視図であり、グリッパ２７０、圧力レギュレータ２７５及び加熱部材６９０が明確に示されている。また、この斜視図は、アクチュエータ６９２の動作によって、加熱部材６９０の位置が方向Ｚに沿って物理的にどのように変化するかをより明確に示している。つまり、図７は、図６と組み合わせて、上述した図６の様々な部材について、状況に応じたより詳細な理解を促すものである。
【００３３】
図８〜図９は、さらに、固定カップアセンブリ２６０の部材を示す。具体的には、図８は、図４の領域６に対応し、図９は、領域８の斜視図である。固定カップアセンブリ２６０は、図３の部材３２０に固定して取り付けられたブラケット８２０を含む。空気圧ライン８１０は、固定カップアセンブリ２６０における圧力を制御する。よって、吸引カップ８３０に吸引力を作用させて、エンドエフェクタ１３２に接触した状態でプライ１７０を固定保持するための負圧を（例えば、負圧の空気を介して）印加するのに利用される。この実施形態では、固定カップアセンブリ２６０は、吸引カップ８３０を螺合により固定するフィッティング８４０をさらに含む。シャフト８５０は、ばね８５２と協働し、プライ１７０をマンドレル１６０で成形する間、吸引カップ８３０が垂直方向（即ち、Ｚ方向）に並進移動できるようにする。
【００３４】
エンドエフェクタ１３２の技術的な部材の詳細は十分に説明したので、以下に、エンドエフェクタ１３２の動作について図１０を参照して説明する。この実施形態では、エンドエフェクタ１３２は、ドライ炭素繊維のプライをマンドレル１６０にレイアップして、成形用積層体（multi-layer charge）を形成し、これに硬化性樹脂を含浸させ、硬化させてＣＦＲＰを成形するものとする。
【００３５】
図１０は、例示的な実施形態においてエンドエフェクタ１３２を操作してドライ炭素繊維のプライをレイアップさせる方法１０００を示すフローチャートである。方法１０００のステップは、図１のエンドエフェクタ１３２及びロボット１５０を参照して説明されるが、方法１０００は、他のシステムでも実行可能なことは、当業者には理解されよう。本明細書で説明するフローチャートは、必ずしもすべてのステップを網羅するものではなく、図示しない他のステップも含まれうる。また、本明細書に記載のステップは、別の順序で実行することも可能である。
【００３６】
エンドエフェクタ１３２を、プライ１７０（例えば、積層された多くのプライ１７０のうちの１つ）の上方の位置に移動させる。エンドエフェクタ１３２の配置は、例えば、コントローラ１５２のメモリに格納された数値制御（ＮＣ）プログラムの命令にしたがって行うことができる。次いで、エンドエフェクタ１３２をプライ１７０に接触させる。プライ１７０をエンドエフェクタ１３２に接触させた状態で確実に保持するため、固定カップアセンブリ２６０及び複数のフローティングカップアセンブリ２５０を動作させて、圧力差を発生させる。具体的には、グリッパ２７０に印加された負圧によってプライ１７０が引き寄せられて、フローティングカップアセンブリ２５０に対して摺動しない状態で接触する。これにより、フローティングカップアセンブリ２５０に対するプライ１７０の横方向の移動が抑制され、プライ１７０がポート３９０によって固定保持され、フローティングカップアセンブリ２５０の領域全体にわたりプライ１７０のたるみが抑制される。この間、固定カップアセンブリ２６０は、例えば、プライ１７０の中心点においてプライ１７０に吸引力を印加して、プライ１７０の位置をさらに固定する。このようにして、フローティングカップアセンブリ２５０の複数のグリッパ２７０によって、垂れ性のあるドライ炭素繊維のプライ１７０に形をつけることなく（例えば、プライ１７０を平坦な形状から逸脱させることなく）、プライ１７０をエンドエフェクタ１３２に接触させて保持する（ステップ１００２）。
【００３７】
次いで、プライ１７０を保持したままのエンドエフェクタ１３２をマンドレル１６０まで移動させる。例えば、エンドエフェクタ１３２は、固定カップアセンブリ２６０をプライ１７０の中点１７４と整列するように移動させてもよい。プライ１７０をエンドエフェクタ１３２に接触させて保持したまま、エンドエフェクタ１３２を移動させて、プライ１７０の中点／中心部１７４を、湾曲表面１６２を有するマンドレル１６０の中点１６４上方に位置させる（ステップ１００４）。このステップは、フローティングカップアセンブリ２５０の作用によって、プライ１７０に形をつけないように実行される。つまり、エンドエフェクタ１３２は、プライ１７０をマンドレル１６０に配置する前に、プライ１７０を平坦な形状から逸脱させることはない。つまり、プライ１７０は、エンドエフェクタ１３２によってマンドレル１６０に押し当てられて変形するまでは、扁平及び平坦なままであり、プライ１７０はその状態でマンドレル１６０まで移動される。
【００３８】
プライ１７０が整列配置されると、図５に示すように、エンドエフェクタ１３２をマンドレル１６０まで降下させる。固定カップアセンブリ２６０がマンドレル１６０に接触すると、コントローラ１５２は、グリッパ２７０に印加される負圧を減少（即ち、真空を解除）させ、これとともに、ベルヌーイカップ３７０に正圧に加圧したガスを印加する（増加させる）（ステップ１００６）。例えば、グリッパ２７０への負圧の減少は、ベルヌーイカップ３７０への正圧の増加と同時に実行してもよい。これらの遷移は、実質的に瞬時に完了してもよいし、ある期間（例えば、１〜３秒）をかけて線形的に行わせてもよい。この遷移のタイミングは、ＮＣプログラムで示される既知の位置から予め定めることもできるし、一実施形態では、マンドレル１６０による固定カップアセンブリ２６０に対する押し返しを検出するセンサ（図示せず）からのフィードバックにより定めることもできる。
【００３９】
また、コントローラ１５２は、エンドエフェクタ１３２に指示して、プライ１７０をマンドレル１６０の表面１６２で成形するために十分な力を印加させる。この間は、ベルヌーイカップ３７０が有効にされ、グリッパ２７０が無効にされるので、力が印加されるにつれて、フローティングカップアセンブリ２５０は表面１６２に沿って変位し（即ち、表面１６２に対して滑り移動し）、また、表面１６２に対して直角な配向に向く。よって、エンドエフェクタ１３２は、プライ１７０をマンドレル１６０の湾曲表面１６２に沿わせて、プライ１７０をベルヌーイカップ３７０に対して滑らせる（ステップ１００８）。このプロセスの間、ベルヌーイカップ３７０は、湾曲表面との接触に応じて３軸方向に沿って移動し、また、湾曲表面との接触に応じて枢動する。つまり、フローティングカップアセンブリ２５０は、プライ１７０を表面１６２に沿わせる下向きの圧力を印加しつつ、プライ１７０の表面１７２のＸ軸及びＹ軸方向に沿って自在に滑り移動及び／又は浮動する。さらに、圧縮ばね６２０はベルヌーイカップ３７０がＺ軸に沿って変位することを可能にし、また、フローティングカップアセンブリ２５０のベアリング７１０がベルヌーイカップ３７０を枢動可能にしているので、表面１６２の傾斜部分に確実に適応することができる。つまり、プライ１７０を湾曲表面１６２に沿わせると、プライ１７０の変形にともなって、ベルヌーイカップ３７０がプライ１７０に沿って浮動し、枢動し、垂直方向に変位する。これにより、ベルヌーイカップ３７０は、マンドレル１６０の表面と係合し、ベルヌーイカップ３７０は、マンドレル１６０の表面との接触点において直角な配向になる（ステップ１０１０）。このようにフローティングカップアセンブリ２５０を使用することで、プライ１７０は、エンドエフェクタ１３２に確実に保持された状態で、マンドレル１６０により変形する。さらに、ベルヌーイカップ３７０がプライ１７０に沿って浮動及び枢動するので、プライ１７０は、皺を発生させることなく成形される。
【００４０】
この方法は、さらに、プライ１７０の成形後に加熱部材６９０を作動させること、及び、プライ１７０を加熱して、プライ１７０の温度を、プライ１７０がマンドレル１６０に粘着する粘着温度（例えば、１９０°Ｆ）まで上昇させることを含みうる。さらに、方法１０００を繰り返して、複数のドライ炭素繊維プライをレイアップし、ドライプリフォームを成形することができる。上記保持すること、配置すること、及び、沿わせること、滑らせること、また、その他のステップは、すべて、エンドエフェクタの操作を指示する数値制御（ＮＣ）プログラムにしたがって実行されうる。
【００４１】
本明細書に記載のエンドエフェクタは、安価且つ軽量であるので、プライを搬送するための他の設計にくらべて大幅な効果が実現される。つまり、プライの搬送に、重量の大きいロボット（例えば、数トンの重量のロボット）の代わりに、軽量なロボットを利用できることを意味する。軽量なロボット（例えば、２０ポンド、あるいは、２００ポンドよりもずっと少ない重量のみを搬送可能なコラボレーション・ロボット）を使用すると、技術者とロボットとが同じスペースで協働して作業することが可能になる。軽量のロボットは、技術者と衝突するような事態になっても、技術者にけがを負わせる可能性を大幅に低減させるような態様で使用することができる。小型で軽量なロボットの使用により、高価で場所を取るトラックの必要性を排除することができ、工場環境における床面積をさらに節約することができる。
【実施例】
【００４２】
以下の実施例では、改良型のエンドエフェクタを用いてドライ炭素繊維のプライをレイアップするロボットに関連させて、追加のプロセス、システム及び方法を説明する。
【００４３】
図１１は、例示的な実施形態におけるドライ炭素繊維のプライの搬送及び成形に使用されるロボットを示すブロック図である。図１１によれば、製造セル１１００は、ベース１１０２に取り付けられたロボット１１１０を含む。ロボット１１１０は、プライ１１７０をマンドレル１１６０に沿わせるために使用され、この際、位置１１７４が位置１１６４と整列するように表面１１７２を表面１１６２に沿わせる。ロボット１１１０は、コントローラ１１１１を含み、このコントローラは、剛性のボディ１１１５及び１１１７を調整するアクチュエータ１１１３、１１１４及び１１１６の動作を制御して、エンドエフェクタ１１２０の位置及び／又は配向を調整する。ロボット１１１０は、電力及び／又は加圧ガス（例えば、空気）をエンドエフェクタ１１２０に供給する配索構造１１１２をさらに含む。
【００４４】
エンドエフェクタ１１２０は、支持体１１２１及びフレーム１１５５を含む。フレーム１１５５は、固定カップアセンブリ１１５０と部材１１２３とが取り付けられた部材１１２２を含む。部材１１２３には、エゼクタ１１５６及び空気圧マニホールド１１５７も取り付けられている。フローティングカップアセンブリ１１４０は、部材１１２４の軌条１１２５に沿って摺動する。なお、１つのフローティングカップアセンブリ１１４０が図示されているが、これは明瞭性のためであり、そのようなデバイスの複数をエンドエフェクタ１１２０に使用することができる。
【００４５】
本実施形態では、フローティングカップアセンブリ１１４０は、連結部材１１２６を介して軌条１１２５に取り付けられており、連結部材は、開口１１２７を介してブラケット１１２８に取りけられており、これによりフローティングカップアセンブリ１１４０が固定して取り付けられる。空気圧ライン１１２９は、空気を供給し、シャフト１１３０は、ベルヌーイカップ１１３５を物理的に支持する。カラー１１３１は、圧縮ばね１１３２を固定保持し、フィッティング１１３３は、必要な場合にベルヌーイカップ１１３５を取り外すことを可能にする。ベアリング１１３４は、ベルヌーイカップ１１３５を意図通りに枢動させることを可能にする。ベルヌーイカップ１１３５は、アダプタ１１３６及びエクステンダ１１３７を含む。
【００４６】
把持を可能にするため、グリッパ１１９０、圧力レギュレータ１１９２及びポート１１９４が設けられている。具体的には、圧力レギュレータ１１９２は、グリッパ１１９０に吸引力を付与し、次いで、これがポート１１９４に吸引力を作用させて、プライ１１７０を固定保持する。
【００４７】
フローティングカップアセンブリ１１４０は、さらに、遮蔽加熱部材１１４１、空気圧アクチュエータ１１４２及びライン１１４３を含む。図１１は、固定カップアセンブリ１１５０をさらに示しており、これは、空気圧ライン１１５１、固定カップアセンブリ１１５０を部材１１２２に取り付けるブラケット１１５２、及び、カップ１１５４の取り外し及び交換を可能にするフィッティング１１５３を含む。
【００４８】
より具体的に図面を参照して、本開示の実施形態は、図１２に示す航空機の製造及び使用方法１２００と、図１３に示す航空機１２０２とに関連して説明する。生産開始前の工程として、例示的な方法１２００は、航空機１２０２の仕様決定及び設計１２０４及び材料調達１２０６を含む。生産中の工程としては、航空機１２０２の部品及び小組立品（subassembly）の製造１２０８及びシステム統合１２１０が行われる。その後、航空機１２０２は、認証及び納品１２１２の工程を経て、就航１２１４に入る。顧客による就航の期間中は、航空機１２０２は、定例の整備及び保守１２１６（改良、再構成、改修、などを含みうる）のスケジュールに組み込まれる。本明細書で具体化した装置及び方法は、製造及び使用方法１２００における１つ以上の任意の適当な段階（例えば、仕様決定及び設計１２０４、材料調達１２０６、部品及び小組立品の製造１２０８、システム統合１２１０、認可及び納品１２１２、就航１２１４、整備及び保守１２１６）、及び／又は、航空機１２０２の任意の適当なコンポーネント（例えば、機体１２１８、システム１２２０、内装１２２２、推進系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８、環境系１２３０）において、採用することができる。
【００４９】
方法１２００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実行または実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレータは、航空機メーカ及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。
【００５０】
図１３に示すように、例示的な方法１２００によって製造される航空機１２０２は、例えば、複数のシステム１２２０と内装１２２２とを備えた機体１２１８を含む。高水準システム１２２０の例には、駆動系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８、環境系１２３０のうちの１つ以上が含まれる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。また、航空宇宙産業の例について説明したが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業にも適用可能である。
【００５１】
上述したように、本明細書で具体化した装置及び方法は、製造及び使用方法１２００における１つ以上の任意の段階において採用することができる。例えば、製造段階１２０８において作製される部品又は小部品は、航空機１２０２の就航期間中に作製される部品又は小部品と同様に作製することができる。また、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせの１つ以上を、例えば、製造段階１２０８及び１２１０で用いてもよく、これにより航空機１２０２の組み立ての大幅な迅速化やコスト削減を実現することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせの１つ以上を、航空機１２０２の就航期間中の整備及び保守１２１６に用いてもよいが、これに限定されない。例えば、本明細書に記載の技術及びシステムを、ステップ１２０６、１２０８、１２１０、１２１４及び／又は１２１６に用いることができ、及び／又は、機体１２１８及び／又は内装１２２２に用いることができる。これらの技術及びシステムは、推進系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８及び／又は環境系１２３０を含むシステム１２２０にも用いることができる。
【００５２】
一実施形態において、プライ１７０は、機体１２１８の一部を構成するために使用され、また、部品及び小組立品の製造１２０８で製造される複合部品の層を構成する。複合部品は、システム統合１２１０において航空機に組み付けられ、その複合部品が摩耗によって使用に耐えなくなるまで、就航１２１４において使用される。次に、整備及び保守１２１６において、その複合部品は、廃棄され、新たに製造された部品と交換される。エンドエフェクタ１３２は、部品及び小組立品の製造１２０８全体を通じて、プリフォームをレイアップし、樹脂を含浸させ、硬化して複合部品を作製するために利用されうる。
【００５３】
図示あるいは本明細書に記載した様々な制御要素（例えば電気又は電子部品）はいずれも、ハードウェア、ソフトウェアを実現するプロセッサ、ファームウェアを実現するプロセッサ、又は、これらの何らかの組み合わせとして実現することができる。例えば、ある要素を、専用ハードウェアとして実現することができる。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は、他の同様の用語で呼ばれる場合がある。プロセッサによって実現される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は、共有可能な複数の個別プロセッサによって実現することができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」なる用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを指すと解釈されるべきではない。限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア格納用の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、又は、他の物理的なハードウェア部品若しくはモジュールを暗黙的に含みうる。
【００５４】
また、制御要素は、当該要素の機能を実行するようにプロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として実現することができる。命令の例をいくつか挙げると、ソフトウェア、プログラムコード及びファームウェアがある。これらの命令は、プロセッサにより実行されると、当該プロセッサに命令して要素の機能を実行させるように働く。命令は、プロセッサで読み取り可能な記憶装置に格納することができる。記憶装置の例としては、デジタルメモリ若しくは固体メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は、光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体などが挙げられる。
【００５５】
本発明は、以下の付記においても言及されるが、これらの付記は請求の範囲と混同されるべきではない。
【００５６】
Ａ１．  ロボット（１５０）のエンドエフェクタ（１３２）を含む装置であって、前記エンドエフェクタは、
フレーム（２２０）と、
前記フレームに取り付けられているとともに、各々がシャフト（６３２）及びヘッド部（６７０）を含むカップアセンブリ（２５０、２６０）と、
前記カップアセンブリの前記ヘッド部に取り付けられたベルヌーイカップ（３７０）と、
前記カップアセンブリの前記ヘッド部に取り付けられたグリッパ（２７０）と、を含む、装置。
【００５７】
Ａ２．  前記カップアセンブリは、フローティングカップアセンブリ（２５０）であり、
各フローティングカップアセンブリは、
前記ベルヌーイカップのうちの少なくとも１つと、
前記グリッパのうちの少なくとも１つと、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップに、正圧に加圧されたガスを印加する空気圧ライン（６９５）と、
前記フローティングカップアセンブリの遠位表面（３９２）に、前記少なくとも１つのグリッパと流体連通して配置されたポート（３９０）と、
前記少なくとも１つのグリッパに負圧を印加して、前記ポートに吸引力を発生させる圧力レギュレータ（２７５）と、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップに連結されており、前記少なくとも１つのベルヌーイカップが垂直方向に並進移動することを可能にするシャフト（６３２）と、
前記少なくとも１つのベルヌーイカップが、前記シャフトを中心として枢動して表面（１６０）に沿うことを可能にするベアリング（７１０）と、を含む、
付記Ａ１に記載の装置。
【００５８】
Ａ３．  圧力レギュレータ（２７５）を介して印加される圧力を制御するコントローラ（１５２）をさらに含み、
前記コントローラは、負圧を減少させることに応答して、前記ベルヌーイカップを作動させる、
付記Ａ１に記載の装置。
【００５９】
Ａ４．  前記コントローラは、前記圧力レギュレータによって印加される圧力を制御し、当該制御において、前記エンドエフェクタが材料のプライ（１７０）を搬送する間は、負圧を維持し、前記プライがマンドレル上方に配置された後は、負圧を緩和し、
前記ベルヌーイカップは、当該ベルヌーイカップを含むフローティングカップアセンブリに対して前記プライが浮動することを可能にする、
付記Ａ３に記載の装置。
【００６０】
Ａ５．  前記コントローラは、前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加することによって、前記ベルヌーイカップを作動させる、
付記Ａ３に記載の装置。
【００６１】
Ａ６．  各ベルヌーイカップは、レバーアームとして機能するエクステンダ（６５０）を含む、
付記Ａ１に記載の装置。
【００６２】
Ａ７．  前記エクステンダは、前記ベルヌーイカップを枢動させて新たな配向にするために必要な力を減少させる、
付記Ａ６に記載の装置。
【００６３】
Ａ８．  前記エクステンダが取り付けられたフローティングカップアセンブリ（２５０）における遠位表面（３９２）に配置されたポート（３９０）をさらに含む、
付記Ａ６に記載の装置。
【００６４】
Ａ９．  各フローティングカップアセンブリにおける加熱部材（６９０）と、
各フローティングカップアセンブリにおいて、対応する加熱部材を制御して作動させて材料のプライ（１７０）に接触させる空気圧アクチュエータ（６９２）と、をさらに含む、
付記Ａ１に記載の装置。
【００６５】
Ａ１０．  前記フレームに取り付けられた固定カップアセンブリ（２６０）をさらに含み、当該固定カップアセンブリは、
プライ（１７０）を保持するための吸引カップ（８３０）と、
前記吸引カップの内部に負圧を印加する空気圧ライン（８１０）と、
前記吸引カップに連結されているとともに、前記空気圧ラインを収容するシャフト（８５０）と、を含む、
付記Ａ１に記載の装置。
【００６６】
Ａ１１．  休止状態において、前記固定カップアセンブリの前記吸引カップは、前記ベルヌーイカップと同一平面にある、
付記Ａ１０に記載の装置。
【００６７】
Ｂ１．  各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持すること（１００２）と、
前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置すること（１００４）と、
前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させること（１００６）と、
前記カップアセンブリのベルヌーイカップに、正圧を印加すること（１００６）と、
前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせること（１００８）と、
を含む方法。
【００６８】
Ｂ２．  前記グリッパは、フローティングカップアセンブリに配置されており、前記プライに形をつけることなく真空圧を印加する、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００６９】
Ｂ３．  前記プライを滑らせることにより、前記プライが変形するのに伴って、前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップを前記プライに沿って浮動させ、枢動させ、垂直方向に変位させる、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７０】
Ｂ４．  圧力レギュレータを介して前記グリッパに印加される圧力を制御することをさらに含み、当該制御において、
前記エンドエフェクタが前記プライを搬送する間は、負圧を維持し、前記プライが前記マンドレル上方に配置された後は、負圧を減少させる、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７１】
Ｂ５．  負圧を減少させることに応答して、前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加し、これにより、前記プライが前記カップアセンブリの各々に対して浮動することを可能にすることをさらに含む、
付記Ｂ４に記載の方法。
【００７２】
Ｂ６．  負圧を減少させることは、前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加することと同時に実行される、
付記Ｂ４に記載の方法。
【００７３】
Ｂ７．  前記カップアセンブリの前記グリッパを介して前記プライを保持することは、前記ベルヌーイカップのエクステンダにおいて前記プライに対向するポートに前記グリッパを通して負圧を印加することを含む、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７４】
Ｂ８．  前記保持すること、配置すること、及び、滑らせることは、前記エンドエフェクタの操作を指示する数値制御（ＮＣ）プログラムにしたがって実行される、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７５】
Ｂ９．  前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に沿わせることは、前記エンドエフェクタを介して、前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に押し当てることを含む、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７６】
Ｂ１０．  前記プライを保持することは、さらに、前記プライの中心部に接触する吸引カップを介して実行され、前記カップアセンブリは、前記プライの前記中心部を取り囲んで配置されている、
付記Ｂ１に記載の方法。
【００７７】
Ｃ１．  プロセッサによって実行されると方法を遂行させるためプログラム命令が記録された非一時的なコンピュータ可読媒体であって、当該方法は、
各々が少なくとも１つのグリッパ及び少なくとも１つのベルヌーイカップを有するカップアセンブリを介して、垂れ性のあるプライをロボットのエンドエフェクタに接触させて保持すること（１００２）と、
前記プライに形をつけることなく、湾曲表面を有するマンドレルの上方に前記プライを配置すること（１００４）と、
前記カップアセンブリの前記グリッパに印加された負圧を減少させること（１００６）と、
前記カップアセンブリのベルヌーイカップに、正圧を印加すること（１００６）と、
前記プライを前記マンドレルに沿わせる際に、前記プライを前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに対して滑らせること（１００８）と、を含むものである、媒体。
【００７８】
Ｃ２．  前記方法は、圧力レギュレータを介して前記グリッパに印加される圧力を制御することをさらに含み、
当該制御において、
前記エンドエフェクタが前記プライを搬送する間は、負圧を維持し、
前記プライが前記マンドレル上方に配置された後は、負圧を減少させる、ものである、
付記Ｃ１に記載の媒体。
【００７９】
Ｃ３．  前記方法は、負圧を減少させることに応答して、前記カップアセンブリの前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加し、これにより、前記プライが前記カップアセンブリの各々に対して浮動することを可能にすることをさらに含むものである、
付記Ｃ２に記載の媒体。
【００８０】
Ｃ４．  負圧を減少させることは、前記ベルヌーイカップに正圧に加圧されたガスを印加することと同時に実行される、
付記Ｃ１に記載の媒体。
【００８１】
Ｃ５．  前記カップアセンブリの前記グリッパを介して前記プライを保持することは、
前記ベルヌーイカップのエクステンダにおいて前記プライに対向するポートに前記グリッパを通して負圧を印加することを含む、
付記Ｃ１に記載の媒体。
【００８２】
Ｃ６．  前記保持すること、配置すること、及び、滑らせることは、前記エンドエフェクタの操作を指示する数値制御（ＮＣ）プログラムにしたがって実行される、
付記Ｃ１に記載の媒体。
【００８３】
Ｃ７．  前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に沿わせることは、前記エンドエフェクタを介して、前記プライを前記マンドレルの前記湾曲表面に押し当てることを含む、
付記Ｃ１に記載の媒体。
【００８４】
本明細書では、特定の実施形態について説明したが、本開示の範囲は、これら特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、下記の請求の範囲及びその均等範囲によって定義される。
【図１】
2019038101.tif 000003
【図２】
2019038101.tif 000004
【図３】
2019038101.tif 000005
【図４】
2019038101.tif 000006
【図５】
2019038101.tif 000007
【図６】
2019038101.tif 000008
【図７】
2019038101.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019038101.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
2019038101000001.pdf
2019038101000002.pdf
2019038101000003.pdf
2019038101000004.pdf