(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な第１電池と、
被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に給電する給電部と、
前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、を具備する給電装置であって、
前記周辺装置は、前記給電部からの電力を受電する受電部と、充電可能な第２電池と、を備え、
前記給電部は、前記電源制御部の指令に基づき、前記第１電池からの電力を、前記受電部を介して、前記第２電池に非接触給電し、
前記電源制御部は、前記第２電池の残容量が所定の閾値以下となったとき、前記第１電池からの電力で前記第２電池を充電するように前記走行台車部および前記給電部を制御し、
前記電源制御部は、前記周辺装置の工程管理スケジュールに基づいて予測された前記第２電池の残容量が所定の閾値以下となる給電要求タイミングと、前記給電装置の稼働状況と、に基づいて、前記走行台車部および前記給電部を制御する、給電装置。
【請求項２】
前記周辺装置は、
前記第２電池の残容量をモニタする容量センサと、
モニタされた前記第２電池の残容量を前記電源制御部に通信する通信部と、を有する、請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
充電可能な第１電池と、
被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に給電する給電部と、
前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、を具備し、
更に、ロボット機構を含み、
前記ロボット機構が前記給電部を備える、給電装置。
【請求項４】
前記周辺装置は、前記給電部からの電力を受電する受電部を備え、
前記給電部は、前記電源制御部の指令に基づき、前記第１電池からの電力を、前記受電部を介して、前記周辺装置に非接触給電する、請求項３に記載の給電装置。
【請求項５】
被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に設けられた電池を交換する交換装置と、
前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置の前記電池を交換するように前記交換装置を制御する交換制御部と、を具備し、
前記交換装置が、ロボット機構を含む、給電装置。
【請求項６】
給電装置、被加工物を機械加工する工作機械、前記工作機械の周辺装置、並びに、前記給電装置、前記工作機械および前記周辺装置を制御するシステム制御部を具備し、
前記給電装置は、 
充電可能な第１電池と、
前記周辺装置に給電する給電部と、
前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、を備え、
前記周辺装置は、
充電可能な第２電池と、
前記給電部からの電力を受電する受電部と、
前記第２電池の残容量をモニタするセンサと、
モニタされた前記第２電池の残容量を、前記システム制御部と通信する通信部と、を備え、
前記システム制御部は、前記第２電池の残容量に基づいて、前記電源制御部を介して、前記走行台車部、前記給電部および前記受電部を制御し、
前記給電部は、前記電源制御部の指令に基づき、前記第１電池からの電力を、前記受電部を介して、前記第２電池に非接触給電し、
前記システム制御部は、前記残容量が所定の閾値以下となったとき、前記第２電池を充電するように、前記電源制御部を介して、前記走行台車部、前記給電部および前記受電部を制御し、
前記システム制御部は、前記周辺装置の工程管理スケジュールに基づいて予測された前記第２電池の残容量が所定の閾値以下となる給電要求タイミングと、前記給電装置の稼働状況と、に基づいて、前記電源制御部を介して、前記走行台車部および前記給電部を制御する、給電システム。
【請求項７】
給電装置、被加工物を機械加工する工作機械、前記工作機械の周辺装置、並びに、前記給電装置、前記工作機械および前記周辺装置を制御するシステム制御部を具備し、
前記給電装置は、
充電可能な第１電池と、
前記周辺装置に給電する給電部と、
前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、
前記給電部を有するロボット機構と、を備え、
前記周辺装置は、
充電可能な第２電池と、
前記給電部からの電力を受電する受電部と、
前記第２電池の残容量をモニタするセンサと、
モニタされた前記第２電池の残容量を、前記システム制御部と通信する通信部と、を備え、
前記システム制御部は、前記第２電池の残容量に基づいて、前記電源制御部を介して、前記走行台車部、前記給電部および前記受電部を制御する、給電システム。
【請求項８】
給電装置、被加工物を機械加工する工作機械、前記工作機械の周辺装置、並びに、前記給電装置、前記工作機械および前記周辺装置を制御するシステム制御部を具備し、
前記周辺装置は、
電池と、
前記電池の残容量をモニタするセンサと、
モニタされた前記電池の残容量を、前記システム制御部と通信する通信部と、を備え、
前記給電装置は、
ロボット機構を含み、前記周辺装置に設けられた前記電池を交換する交換装置と、
前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、
前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置の前記電池を交換するように前記交換装置を制御する交換制御部と、を具備し、
前記システム制御部は、前記電池の残容量に基づいて、前記交換制御部を介して、前記走行台車部および前記交換装置を制御する、給電システム。
【請求項９】
前記システム制御部は、前記残容量が所定の閾値以下となったとき、前記電池を交換するように、前記交換制御部を介して、前記走行台車部および前記交換装置を制御する、請求項８に記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の周辺装置に給電する移動可能な給電装置および給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の周辺装置として、これまでに多くの提案がなされている。例えば、加工後のワークのバリ取り装置、ワークの反転装置、計測装置、洗浄装置等が周辺装置の例として知られている。こうした周辺装置および工作機械間のワークの移動は工場内に設置された搬送装置が担っている。工場内には搬送装置を移動させるためのガイドまたはレールが設けられ、これらに沿って周辺装置および工作機械が配置されている。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献１は、複数の工作機械の間で被加工物を搬送する自走ロボットの使用を提案している。自走ロボットは、被加工物の搬送作業の他、工具搬送、切りくずの搬出等を所定の優先順位に基づいて実行する。こうした自走ロボットは、工場全体のデジタル化の実現に貢献すると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０９２２２２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、周辺装置を駆動するには電力が必要である。通常、電力は工場内の備え付け電源から電源ケーブルを介して周辺装置に供給される。周辺装置が増えると、電源ケーブルの配線量も増加する。このような電源ケーブルは、自走ロボットの走行の障害になり得る。また、工場内において、工作機械と周辺装置の配置は常に一定ではなく、適時に配置換えが行われる。自走ロボットの走行の障害を無くすには、配置換えの度に電源ケーブルの整備が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面は、充電可能な第１電池と、被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に給電する給電部と、前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、を具備する、給電装置に関する。
【０００７】
本発明の別の側面は、被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に設けられた電池を交換する交換装置と、前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置の前記電池を交換するように前記交換装置を制御する交換制御部と、を具備する、給電装置に関する。
【０００８】
本発明の更に別の側面は、給電装置、被加工物を機械加工する工作機械、前記工作機械の周辺装置、並びに、前記給電装置、前記工作機械および前記周辺装置を制御するシステム制御部を具備し、前記給電装置は、充電可能な第１電池と、前記周辺装置に給電する給電部と、前記第１電池および前記給電部を搭載して前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置に前記第１電池からの電力を給電するように前記給電部を制御する電源制御部と、を備え、前記周辺装置は、充電可能な第２電池と、前記給電部からの電力を受電する受電部と、前記第２電池の残容量をモニタするセンサと、モニタされた前記第２電池の残容量を、前記システム制御部と通信する通信部と、を備え、前記システム制御部は、前記第２電池の残容量に基づいて、前記電源制御部を介して、前記走行台車部、前記給電部および前記受電部を制御する、給電システムに関する。
【０００９】
本発明の更に別の側面は、給電装置、被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置、並びに、前記給電装置、前記工作機械および前記周辺装置を制御するシステム制御部を具備し、前記周辺装置は、電池と、前記電池の残容量をモニタするセンサと、モニタされた前記電池の残容量を、前記システム制御部と通信する通信部と、を備え、前記給電装置は、前記周辺装置に設けられた前記電池を交換する交換装置と、前記工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、前記工場内で移動するように前記走行台車部を制御するとともに前記周辺装置の前記電池を交換するように前記交換装置を制御する交換制御部と、を具備し、前記システム制御部は、前記電池の残容量に基づいて、前記交換制御部を介して、前記走行台車部および前記交換装置を制御する、給電システムに関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る上記側面によれば、工場内の電源ケーブルの配線を減らすことができるため、給電装置もしくは自走ロボット（無人搬送車）の走行の障害を低減でき、生産効率の高い生産システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る給電システムの一例の構成を示す概略図である。
【図２Ａ】給電システムの一部を示す概略図である。
【図２Ｂ】給電装置および周辺装置の構成を示すブロック図である。
【図３】多軸ロボットアームを具備する給電装置の一例の構成を示す斜視図である。
【図４Ａ】給電システムの一部を示す概略図である。
【図４Ｂ】給電装置および周辺装置の構成を示すブロック図である。
【図５】給電装置および周辺装置の別の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明に係る給電装置および給電システムの実施形態を説明する。実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「鉛直方向」、「水平方向」、「長手方向」等）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。なお各図面において、工作機械、周辺装置および給電装置の各構成部品の形状または特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示し、必ずしも同一の縮尺比で表したものではない。また、各図面において同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。
【００１３】
（第１実施形態）
本実施形態に係る給電装置は、全体として、自走ロボットもしくは無人搬送車の形態を成す。具体的には、給電装置は、充電可能な第１電池と、被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に給電する給電部と、第１電池および給電部を搭載して工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、工場内で移動するように走行台車部を制御するとともに周辺装置に第１電池からの電力を給電するように給電部を制御する電源制御部とを具備する。
【００１４】
また、本実施形態に係る給電システムは、上記給電装置を具備する給電システムであり、更に、被加工物を機械加工する工作機械、工作機械の周辺装置、並びに、給電装置、工作機械および周辺装置を制御するシステム制御部を具備する。
【００１５】
本実施形態に係る給電装置は、無人で走行して対象の周辺装置の近傍まで自動的に移動し、対象の周辺装置に電力を供給する機能を有する。このような給電装置を利用すれば、周辺装置に受電部を設けることで、給電装置から周辺装置への電力供給が可能である。その場合、必ずしも工場内の備え付け電源から電源ケーブルを介して周辺装置に電力を供給することを要さない。よって、工場内における電源ケーブルの配線量を低減でき、給電装置の走行の障害が少なくとも低減する。また、工場内において、工作機械と周辺装置の配置換えが行われる場合でも、配置換えの度に電源ケーブルを整備する必要がなくなる。
【００１６】
工作機械は、金属、樹脂等の様々な素材に切断、穿孔、研削、研磨等の加工を施すための機械であればよい。工作機械として、例えば、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、研削盤などが挙げられる。通常は数値制御によって機械加工が自動化され、そのような工作機械はマシニングセンタ、ターニングセンタとも称される。
【００１７】
周辺装置とは、工作機械以外の被加工物を取り扱う装置全般をいう。周辺装置として、例えば、被加工物のバリを除去するバリ除去装置、被加工物の表面に刻印する刻印装置、被加工物にエアを吹きつけるエアブロー装置、被加工物を洗浄液で洗浄する洗浄装置などが挙げられるが、特に限定されない。また、複数の給電装置が稼働する工場内においては、特定の給電装置に対し、別の給電装置は周辺装置に該当する。この場合、ある給電装置が別の給電装置に給電してもよい。
【００１８】
給電部は、電源制御部の指令に基づき、第１電池からの電力を、受電部を介して周辺装置に非接触給電（ワイヤレス給電）してもよい。非接触給電の方式は、特に限定されないが、例えば、電磁誘導方式もしくは磁界共鳴方式であってよい。このとき、給電部は、送電コイル（一次コイル）を具備し、受電部は受電コイル（二次コイル）を具備する。
【００１９】
周辺装置は、電源として第２電池を具備してもよく、具備しなくてもよい。周辺装置が第２電池を具備しない場合、周辺装置は、第１電池からの電力供給を受けながら稼働する装置であればよい。この場合、周辺装置内もしくはその近傍に第２電池を設置するスペースを確保する必要がなく、周辺装置およびシステムの小型化が可能である。
【００２０】
周辺装置が充電可能な第２電池を備える場合、給電部は、電源制御部の指令に基づき、第１電池からの電力を、受電部を介して第２電池に非接触給電してもよい。給電装置は、周辺装置の第２電池を適時に自動的に充電し得る構成であればよい。この場合、周辺装置は、第１電池により充電された第２電池からの電力供給を受けながら稼働する。
【００２１】
周辺装置が充電可能な第２電池を備える場合、周辺装置は、第２電池の残容量をモニタするセンサと、モニタされた第２電池の残容量をシステム制御部と通信する通信部とを備えてもよい。システム制御部は、第２電池の残容量に基づいて、電源制御部を介して、走行台車部、給電部および受電部を制御する。例えば、システム制御部は、残容量が所定の閾値以下となったとき、第２電池を充電するように、電源制御部を介して、走行台車部、給電部および受電部を制御する。
【００２２】
通信部は、無線通信を行い得るものであることが望ましい。無線通信は、例えばIEEE 802.11の通信規格を利用した無線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）を利用してもよく、光伝送装置などを介して行ってもよい。
【００２３】
電源制御部は、例えば、第２電池の残容量が所定の閾値以下となったときに、第１電池からの電力で第２電池を充電するように走行台車部および給電部を制御してもよい。ここで、所定の閾値とは、例えば、稼働中の周辺装置を停止させない下限容量であればよい。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る給電システムの一例の構成を示す概略図である。
給電システム１０は、被加工物（ワーク）を機械加工するワーク加工システム２０と一体に構成されている。給電システム１０は、ワーク加工システム２０と、第１給電装置３００Ａと、第２給電装置３００Ｂとを具備する。
【００２５】
ワーク加工システム２０は、ワークストッカ２１０、第１工作機械１００Ａ、反転装置２２０、第２工作機械１００Ｂ、計測装置２３０および完成品ストッカ２４０を具備する。ワークストッカ２１０、反転装置２２０、計測装置２３０および完成品ストッカ２４０は、いずれも周辺装置２００に分類される。また、第１給電装置３００Ａにとって、第２給電装置３００Ｂは周辺装置の一つであり、第２給電装置３００Ｂにとって、第１給電装置３００Ａは周辺装置の一つである。
【００２６】
第１工作機械１００Ａ、第２工作機械１００Ｂ、第１給電装置３００Ａ、第２給電装置３００Ｂおよび各周辺装置２００は、無線通信によりシステム制御部４００と連絡しており、システム制御部４００からの指令により制御される。
【００２７】
ワーク加工システム２０において、ワークストッカ２１０から取り出されたワークは、まず第１工作機械１００Ａで加工され、反転装置２２０で方向を反転させたワークが第２工作機械１００Ｂで更に加工される。計測装置２３０では、加工後のワークの寸法が測定され、ＮＧが無ければ完成品ストッカ２４０に収納される。ワーク加工システム２０は、図示しないローダとローダビームによって連結されていてもよい。この場合、工作機械および周辺装置に対するワークの出し入れはローダによって行われる。装置間のワークの搬送はローダビームを利用して行われる。また、ワークの移動の少なくとも一部は、第１給電装置３００Ａおよび第２給電装置３００Ｂが担ってもよい。
【００２８】
第１給電装置３００Ａおよび第２給電装置３００Ｂは、それぞれ非接触給電が可能な給電部３０１Ａおよび３０１Ｂを有し、少なくとも、周辺装置に給電する機能を有する。また、第１給電装置３００Ａおよび第２給電装置３００Ｂは、給電以外にワークの搬送等を行い得る。
【００２９】
一方、ワークストッカ２１０、反転装置２２０、計測装置２３０および完成品ストッカ２４０は、それぞれ非接触受電が可能な受電部２１１、２２１、２３１および２４１を有する。
【００３０】
各給電部は、給電コイル、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＬＣ共振回路などで構成され、各受電部は、受電コイル、ＬＣ共振回路、ＡＣ／ＤＣコンバータなどで構成されている。給電部のＬＣ共振回路および受電部のＬＣ共振回路は、その共振周波数が一致するように構成されている。給電装置３００Ａおよび３００Ｂは、給電コイルに高周波電流を供給することにより、給電部３０１Ａおよび３０１Ｂから受電部２１１、２２１、２３１および２４１に非接触給電（磁界共鳴方式）し、各周辺装置２００の第２電池２１２を充電することができる。
【００３１】
図２Ａに、給電システムの一部（給電装置およびワークストッカ）を概略図で示す。図２Ｂに、給電装置および周辺装置の構成をブロック図で示す。給電装置３００Ａ、３００Ｂ（以下、給電装置３００）は、第１電池３０４を搭載し、第１電池３０４は、給電部３０１および受電部３０２と電気的に接続され、電源制御部３０５とともに電源回路を構成している。電源制御部３０５および補助制御部３３０は、第１無線通信アンテナ３０３と連絡しており、第１無線通信アンテナ３０３はシステム制御部４００と連絡している。
【００３２】
ワークストッカ２１０は、第２電池２１２を搭載し、第２電池２１２の残容量をモニタする容量センサ２１３と、その残容量を電源制御部３０５もしくはシステム制御部４００に通信する第２無線アンテナ２１４を有する。これにより、電源制御部３０５は、第２電池２１２の残容量を常時もしくは適時に把握することができる。
【００３３】
電源制御部３０５は、第２電池２１２の残容量に基づいて、走行台車部３１０および給電部３０１を制御するように構成されている。すなわち、電源制御部３０５は、容量センサ２１３からの通信により第２電池２１２の残容量を把握しており、残容量が少なく、充電が必要な第２電池２１２を備えた周辺装置２００の設置場所に移動するように走行台車部３１０を制御する。そして、電源制御部３０５は、充電が必要な第２電池２１２に給電するように給電部３０１を制御する。電源制御部３０５に第２電池２１２の残容量を把握させることで、自動的に第２電池２１２が充電されるようになり、周辺装置２００の電力不足を回避できるようになる。
【００３４】
電源制御部３０５は、第２電池２１２の残容量が所定の閾値以下となる給電要求タイミングと、給電装置３００の稼働状況とに基づいて走行台車部３１０および給電部３０１を制御するように構成されていてもよい。給電要求タイミングは、周辺装置２００の工程管理スケジュールに基づいて予測可能である。工程管理スケジュールは、例えば、少なくとも、周辺装置２００の稼働のタイミングおよび稼働時間のスケジュールを定めている。工程管理スケジュールは、工作機械１００と周辺装置２００のそれぞれの稼働のタイミングもしくは稼働の順序および稼働時間を定めるものであってもよい。また、工程管理スケジュールは、更に、給電装置３００が担う様々なタスクの稼働のタイミングおよび稼働時間、並びに給電装置３００の所定の時点におけるポジションを定めるものであってもよい。
【００３５】
第２電池２１２の残容量は、電力消費量から予測可能であり、電力消費量は周辺装置２００のトータルの稼働時間から算出できる。従って、工程管理スケジュールに基づいて、第２電池２１２の残容量が所定の閾値に達するタイミング、すなわち給電要求タイミングを算出することができる。同様に、工程管理スケジュールに基づいて、任意のタイミングにおける第２電池２１２の残容量の予測値を算出することができる。よって、電源制御部３０５は、給電要求タイミングもしくは将来の第２電池２１２の残容量の予測値に基づいて、充電すべき第２電池２１２の順序を決定することができる。電源制御部３０５は、その順序に沿って、給電装置３００の移動を制御する。
【００３６】
ただし、給電装置３００の稼働状況に応じて給電装置３００の移動は制限される。具体的には、既に給電装置３００が給電もしくはその他のタスクを実行しているときは、そのタスクを完了してから給電装置３００の移動を開始する。あるいは、工場内に複数の給電装置３００が存在する場合、待機中の給電装置またはタスク完了の早い給電装置３００を優先的に移動させる。
【００３７】
より具体的には、複数の給電装置３００が工場内に存在するときは、例えば、システム制御部４００が所定の周辺装置２００（周辺装置Ｘとする。）の給電要求タイミングを電源制御部３０５に伝達すると、その時点を時刻０として、電源制御部３０５は、給電装置３００が給電のために移動を開始できる移動開始タイミング（時刻ｔ）から給電要求タイミング（時刻Ｔ）までの時間差（Ｔ−ｔ）を算出する。Ｔ−ｔの値が大きい給電装置３００ほど、早期に周辺装置Ｘの第２電池２１２への給電が可能である。システム制御部４００は、Ｔ−ｔの値が最も大きい給電装置３００を優先的に周辺装置Ｘの給電に割り当て、電源制御部３０５を介して、周辺装置Ｘの第２電池２１２へ給電するように走行台車部３１０および給電部３０１を制御する。なお、Ｔ−ｔの値がマイナスの場合、Ｔ−ｔの絶対値が小さい給電装置３００ほど、早期に周辺装置Ｘの第２電池への給電が可能である。よって、システム制御部４００は、Ｔ−ｔの絶対値が最も小さい給電装置３００を優先的に周辺装置Ｘの給電に割り当て、電源制御部３０５を介して、周辺装置Ｘの第２電池２１２へ給電するように走行台車部３１０および給電部３０１を制御する。
【００３８】
以上の制御では、電源制御部３０５は、次に充電が必要な周辺装置２００の設置場所に給電装置３００ができるだけ早期に到達できるように走行台車部３１０を制御できる。このような制御を行えば、例えば、次に充電が必要な第２電池２１２を備える周辺装置２００の設置場所に給電装置３００を予め到達させて待機させることも可能である。
【００３９】
給電装置３００は、周辺装置２００への給電を行う専用装置であってもよいが、給電以外の様々なタスクを行う複合装置であってもよい。給電以外の代表的なタスクとして、ワークの搬送が挙げられるが、これに限定されない。
【００４０】
給電装置３００は、ロボット機構を備えてもよい。ロボット機構の種類は、特に限定されないが、例えば、多軸ロボットアームのようなシリアルリンクロボットでもよく、パラレル機構を利用したパラレルリンクロボットでもよい。ロボット機構は、給電装置が担う様々なタスクを補助する。
【００４１】
図３は、多軸ロボットアームを具備する給電装置の一例の構成を示す斜視図である。図３の給電装置３００は、走行台車部３１０（ＡＧＶ（Auto-Guided Vehicle））と、ＡＧＶ３１０に固定された筐体３１２と、筐体３１２に固定された多軸ロボットアーム３４０と、ロボットアーム３４０の先端部に着脱自在に取り付けられたエンドエフェクタ３５０とを備える。図３のエンドエフェクタ３５０は、コラム３５２（筒状体）、コラム３５２に取り付けられたビジョンセンサ３５４（２次元または３次元の撮像デバイス）および電動ハンド３５８を含む。
【００４２】
ロボットアーム３４０は、筐体３１２に固定された基台部３４１、ベース３４２、第１アーム３４３、第２アーム３４４およびリスト３４５を有する。ベース３４２は、略鉛直方向に延びる旋回軸Ｊ１の周りを旋回可能に基台部３４１に取り付けられている。第１アーム３４３は、旋回軸Ｊ１と直交する略水平方向に延びる旋回軸Ｊ２の周りを揺動可能にベース３４２に固設され、第２アーム３４４は、旋回軸Ｊ２と平行な方向に延びる水平軸Ｊ３の周りを揺動可能に第１アーム３４３に固設されている。リスト３４５は、第２アーム３４４の長手方向に略垂直な方向に延びる旋回軸Ｊ４の周りを旋回可能に第２アーム３４４に取り付けられている。また、エンドエフェクタ３５０は、旋回軸Ｊ４と略直交する方向に延びる旋回軸Ｊ５の周りを旋回可能にリスト３４５に固設されている。
【００４３】
ロボットアーム３４０には、旋回軸Ｊ１〜Ｊ５の周りにそれぞれ旋回させるサーボモータが設けられている（図示せず）。エンドエフェクタ３５０は、リスト３４５に旋回可能に固設されたコラム３５２に取り付けられている。ロボットアーム３４０の上記各構成部分の位置および向きは、給電装置３００に内蔵された補助制御部３３０によって正確に制御される。
【００４４】
ビジョンセンサ３５４は、３次元画像を撮像するステレオカメラ（互いに離間した一対の撮像デバイス）として構成されている。電動ハンド３５８は、ワークＷ等の被保持物を保持するための一対のチャック３５６と、被保持物を保持または解放するために一対のチャック３５６を互いに接近または離間させるように駆動するサーボモータ（図示せず）とを有する。
【００４５】
給電装置３００は、タスクに応じて、コラム３５２を含むエンドエフェクタ３５０の全体を置換するか、またはエンドエフェクタ３５０のチャック３５６のみを置換するツールチェンジャを備えていてもよい。
【００４６】
筐体３１２の内部には、第１電池３０４と、第１電池３０４の電力を周辺装置に給電するための給電部３０１と、第１電池３０４に給電するための受電部３０２と、給電部３０１および受電部３０２を制御する電源制御部３０５とが内蔵されている。
【００４７】
給電装置３００が具備する給電部３０１は、電源制御部３０５の指令に基づき、第１電池３０４からの電力を周辺装置に非接触給電する。なお、第１電池３０４は、更に、走行台車部３１０およびロボットアーム３４０の少なくとも一方に電力を供給してもよい。
【００４８】
給電装置３００が具備する受電部３０２は、第１電池３０４を別の給電装置３００もしくは専用の給電部からの電力供給により充電する際に利用される。
【００４９】
ロボットアーム３４０は、給電装置３００の給電以外のタスクを補助する。例えば、ワークＷの搬送においては、ワークＷを工作機械内に搬入し、もしくは工作機械から搬出する。ロボットアーム３４０によって、ワークＷを工作機械に着脱してもよい。このとき、筐体３１２の上には、複数のワークＷを格納するワークトレイ３１４を設けてもよい。
【００５０】
なお、ロボットアーム３４０に給電部を設けてもよい。この場合、給電装置３００のロボットアーム３４０は給電をサポートする。例えば、エンドエフェクタ３５０の代わりにロボットアーム３４０の先端部に着脱自在に給電部を取り付けてもよい。ロボットアーム３４０を用いることで、給電部を周辺装置２００の受電部の位置に容易に移動させることができ、より容易に非接触給電を行うことができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本実施形態に係る給電装置は、周辺装置に設けられた電池を交換する交換装置と、工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、工場内で移動するように走行台車部を制御するとともに周辺装置の電池を交換するように交換装置を制御する交換制御部と、を具備する。電池は、一次電池でもよく、充電可能な二次電池でもよい。
【００５２】
交換装置は、例えば、多軸ロボットアームもしくはパラレルリンクロボットを含む構成とすればよい。例えば、第１実施形態で示したロボットアームのエンドエフェクタを電池交換に適したものに交換すればよい。ただし、エンドエフェクタの基本的構成は、第１実施形態と同様でよく、ビジョンセンサおよび電動ハンドを含むエンドエフェクタであれば、電池を把持することができ、電池交換が可能である。
【００５３】
次に、本実施形態に係る給電システムは、上記給電装置を具備する給電システムであり、更に、被加工物を機械加工する工作機械、工作機械の周辺装置、並びに、給電装置、工作機械および周辺装置を制御するシステム制御部を具備する。
【００５４】
交換制御部は、電池の残容量に基づいて、走行台車部および交換装置を制御するように構成してもよい。つまり、交換制御部は、電池の残容量を把握して、残容量が少なく、交換が必要な電池を備えた周辺装置の設置場所に移動するように走行台車部を制御し、電池を交換するように交換装置を制御してもよい。
【００５５】
交換制御部は、例えば、周辺装置が備える電池の残容量が所定の閾値以下となったときに、残容量の少ない電池を残容量の多い電池と交換するように走行台車部および交換装置を制御してもよい。ここでも所定の閾値とは、例えば、稼働中の周辺装置を停止させない下限容量であればよい。
【００５６】
交換制御部は、第１実施形態と同様、どのような手段で電池の残容量を把握してもよい。例えば、周辺装置は、電池の残容量をモニタする容量センサと、モニタされた電池の残容量を交換制御部もしくはシステム制御部に通信する通信部とを有してもよい。
【００５７】
図４Ａに、本実施形態に係る給電システムの一部を概略図で示す。図４Ｂは、本実施形態に係る給電装置および周辺装置の構成を示すブロック図である。
【００５８】
システム制御部４００は、電池２１２Ａの残容量に基づいて、交換制御部３０５Ａを介して、走行台車部３１０および交換装置３４０Ａを制御する。例えば、システム制御部４００は、残容量が所定の閾値以下となったとき、電池２１２Ａを交換するように、交換制御部３０５Ａを介して、走行台車部３１０および交換装置３４０Ａを制御する。
【００５９】
ここでは、給電装置３００は、無人で自動的に走行して対象の周辺装置２００の近傍まで移動し、対象の周辺装置２００が具備する電池２１２Ａを交換する機能を有する。この場合も、工場内の備え付け電源から電源ケーブルを介して周辺装置２００に電力を供給することを要さない。よって、工場内における電源ケーブルの配線量を低減でき、かつ工作機械１００と周辺装置２００の配置換えが行われる場合でも、配置換えの度に電源ケーブルを整備する必要がなくなる。
【００６０】
図４Ａ、図４Ｂに示す給電装置３００は、第１実施形態と同様に、受電部３０２を有する。受電部３０２は、第１電池３０４を別の給電装置３００もしくは専用の給電部からの電力供給により充電する際に利用される。
【００６１】
交換制御部３０５Ａは、第１実施形態と同様、周辺装置２００の工程管理スケジュールに基づいて予測された電池２１２Ａの給電要求タイミングに基づいて、走行台車部３１０および交換装置３４０Ａを制御してもよい。交換制御部３０５Ａは、予測された給電要求タイミングに基づいて、交換すべき電池２１２Ａの順序を決定し、その順序に沿って、給電装置３００の移動を制御する。
【００６２】
給電装置３００は、残容量の多い電池（もしくは満充電の電池）２１２Ｂを搭載して、交換が必要な電池２１２Ａを備える周辺装置２００の設置場所に移動する。交換装置３００は、残容量の少ない電池と周辺装置２００との電気的接続を切り離し、残容量の少ない電池２１２Ａを給電装置３００が備える収納スペース（例えばトレイ）に搭載する。一方、交換装置３４０Ａは、給電装置３００に搭載された残容量の多い電池２１２Ｂを周辺装置２００の内外の所定箇所に設置し、残容量の多い電池２１２Ｂと周辺装置２００とを電気的に接続する。
【００６３】
ここで、電気的な接続は、非接触（ワイヤレス）な接続でもよい。例えば、電池２１２Ｂに非接触給電が可能な給電部を装備させ、周辺装置２００に非接触受電が可能な受電部を設けてもよい。この場合、残容量の少ない電池２１２Ａを回収し、残容量の多い電池２１２Ｂを周辺装置２００の内外の所定箇所に載置するだけでよい。
【００６４】
図５に、給電装置３００および周辺装置２００の別の構成をブロック図で示す。電池２１２Ａおよび２１２Ｂは、それぞれ非接触給電が可能な給電部２１５Ａおよび２１５Ｂを装備している。一方、周辺装置２００は非接触受電が可能な受電部２１６を有する。この場合、周辺装置２００は、給電部２１５Ａ、Ｂおよび受電部２１６を介して、電池２１２Ａ、Ｂからの電力供給を受けながら稼働する装置であればよい。
【００６５】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る給電装置および給電システムは、工場全体のデジタル化および生産効率の高い生産システムの実現に貢献するものである。
【符号の説明】
【００６７】
１０…給電システム、２０…ワーク加工システム
１００Ａ，１００Ｂ…工作機械
２１０…ワークストッカ、２１１…ワークストッカの受電部、２１２…第２電池、２１３…容量センサ、２１４…第２無線アンテナ、２２０…反転装置、２２１…反転装置の受電部、２３０…計測装置、２３１…計測装置の受電部、２４０…完成品ストッカ、２４１…完成品ストッカの受電部
３００，３００Ａ，３００Ｂ…給電装置、３０１Ａ，３０１Ｂ…給電部、３０２…給電装置の受電部、３０３…第１無線通信アンテナ、３０４…第１電池、３０５…電源制御部、３１０…走行台車部、３１２…筐体、３３０…補助制御部
３４０…ロボットアーム、３４１…基台部、３４２…ベース、３４３…第１アーム、３４４…第２アーム、３４５…リスト、３５０…エンドエフェクタ、３５２…コラム（筒状体）、３５４…ビジョンセンサ、３５６…チャック、３５８…電動ハンド
４００…システム制御部、
Ｗ…ワーク
【要約】
【課題】工場内の電源ケーブルの配線を減らし、生産効率の高い生産システムを提供することができる。
【解決手段】充電可能な第１電池と、被加工物を機械加工する工作機械の周辺装置に給電する給電部と、第１電池および給電部を搭載して工作機械が設置された工場内で移動可能な走行台車部と、工場内で移動するように走行台車部を制御するとともに周辺装置に第１電池からの電力を給電するように給電部を制御する電源制御部とを具備する給電装置。
【選択図】図１【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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