(57)【要約】【課題】  表面処理のためのロボット支援装置用の改良された吸引装置を提供する。【解決手段】  表面処理用のロボット支援工作機械のための吸引装置について記載される。一実施形態によれば、この吸引装置は、真空ノズルと、ホースを接続するための排出口とを有するハウジングを有する。さらに、この吸引装置は、前記ハウジングを取付板に接続する吊り下げ部であって、軸を中心に旋回可能に前記取付板上に取り付けられる吊り下げ部を有する。カウンターウエイトが、前記ハウジングの重量と前記カウンターウエイトの重量とが前記軸に関して実質的に釣り合うように前記吊り下げ部に接続されている。【選択図】図２
2020537597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ノズル（４８）と、ホース（４４）を接続するための排出口（４５）とを有するハウジング（４０）と、
四辺形カップリング（５１、５２）を有し、前記ハウジング（４０）を取付板（３３）に接続する吊り下げ部であって、軸（Ｒ１）を中心に旋回可能に前記取付板（３３）上に取り付けられた吊り下げ部と、
カウンターウエイト（４１）であって、前記ハウジング（４０）の重量と前記カウンターウエイト（４１）の重量とが前記軸（Ｒ１）に関して実質的に釣り合うように前記吊り下げ部に接続されたカウンターウエイト（４１）と、
を有する吸引装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸引装置であって、
前記四辺形カップリングは、前記ハウジング（４０）と前記取付板（３３）とを接続している。
【請求項３】
請求項１に記載の吸引装置であって、
前記吊り下げ部は、前記軸（Ｒ１）を中心に旋回可能であるように前記取付板（３３）に取り付けられた第１のカップリングロッド（５１）を有する。
【請求項４】
請求項３に記載の吸引装置であって、
前記吊り下げ部は、更なる軸（Ｒ２）を中心に旋回可能であるように前記取付板（３３）に取り付けられた第２のカップリングロッド（５２）を有し、
前記第１のカップリングロッド（５１）と、前記第２のカップリングロッド（５２）は、四辺形カップリングを構成するように前記ハウジング（４０）に旋回可能に取り付けられている。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の吸引装置であって、
前記カウンターウエイト（４１）は、前記第１のカップリングロッド（５１）に固定されている。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の吸引装置であって、
前記ハウジング（４０）又は前記吊り下げ部に結合され、前記取付板（３３）と前記ハウジング（４０）との間に直接的又は間接的にバネ力（ＦＳ）を発生させるバネ要素を更に有する。
【請求項７】
請求項６に記載の吸引装置であって、
前記バネ要素は、前記排出口（４５）に接続されたホース（４４）である。
【請求項８】
請求項７に記載の吸引装置であって、
前記ホース（４４）が直接又は間接的に前記取付板（３３）に取り付けられている。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の吸引装置であって、
前記ハウジング（４０）は、動作中にワークピース表面に接触するように構成されたローラ（４２）を有し、前記バネ要素は、前記ローラ（４２）を前記ワークピース表面に押し付ける。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の吸引装置であって、
前記吸引装置は、前記ハウジング（４０）上に配置され、動作中にワークピース表面に接触するように構成された刷毛をさらに有する。
【請求項１１】
真空ノズル（４８）と、ホース（４４）を接続するための排出口（４５）とを有するハウジング（４０）と、
前記ハウジング（４０）を取付板（３３）に接続し、軸（Ｒ１）を中心に旋回可能に前記取付板（３３）上に取り付けられた吊り下げ部と、
前記吊り下げ部に接続されたカウンターウエイト（４１）と、
を有する吸引装置であって、
前記ハウジング（４０）の重量は、前記軸（Ｒ１）の回りに第１の回転モーメントを発生させ、前記カウンターウエイト（４１）は、前記軸（Ｒ１）の回りに前記第１の回転モーメントを少なくとも部分的に補償する第２の回転モーメントを発生させる。
【請求項１２】
ワークピースの表面を処理するための装置であって、
マニピュレーター（１）に搭載可能であるホルダ（３）と、
回転工具（１１）を有し、前記ホルダ（３）に機械的に結合された工作機械（１０）と、
前記取付板（３３）が、前記ホルダ（３）の一部である請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の吸引装置と、
を有する装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
前記吸引装置の前記ハウジングは、前記工作機械（１０）の送り方向に関して前記回転工具（１１）の前または後ろに配置されている。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の装置であって、
前記回転工具（１１）は研削板である。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の装置であって、
前記工作機械（１０）を前記ホルダ（３）に結合し、前記工作機械（１０）を前記ホルダ（３）に対して移動させるように構成されたリニアアクチュエータ（２０）を更に有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここで説明する例示的な実施形態は、工作物表面から除去された材料を吸引するための、マニピュレータ（例えば、産業用ロボット）によって操作される工作機械用の吸引装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークピースを加工する場合、例えば、研削と研磨のプロセスはますます重要な役割を果たしている。自動化されたロボット支援の生産では、産業用ロボットが使用され、例えば研削工程が自動化される。
【０００３】
ロボット支援の機械加工装置の場合、回転工具を備えた工作機械（たとえば、研削板または放射状ブラシを備えた研削機械）は、たとえば産業用ロボットなどのマニピュレータによってガイドされる。マニピュレータのいわゆるＴＣＰ（Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）は、加工中にティーチインなどで事前にプログラム可能な定義されたパス（軌跡）に沿って移動する。ＴＣＰの指定されたパスは、各時点におけるＴＣＰの位置と向きを決定し、その結果、工作機械の位置と向きを決定する。したがって、マニピュレータの動きを制御するロボット制御には通常、位置制御が含まれる。さらに、特定の力で工具を工作物の表面に押し付けるばねまたは追加のアクチュエータを設けることができる。
【０００４】
多くの場合、ワークピースの表面から除かれた材料（研削粉など）の吸引が望まれるか、又は、必要である。このため、工作機械には、ワークピースの表面から除かれた材料を吸引する吸引装置が装備され得る。既知の吸引装置は、工具を部分的に取り囲む吸引フードを有している。吸引フードは吸引ラインに接続されており、吸引ラインを介して吸引フード内に負圧が生成され、除かれた材料が吸引される。吸引フード付きの吸引装置はそれ自体知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＡＴ  ３９９４６６  Ｂ
【特許文献２】ＵＳ  １３５９７１８  Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小さい又は狭いワークピース又は曲面のあるワークピースの処理の場合、吸引装置は取り扱いが複雑であるか、単に大きすぎてワークピースを適切に処理できないことがよくある。一部の吸引装置では、「逆さま」の加工（ワークピースの表面の下にある工具）にも問題がある。
【０００７】
発明者は、表面処理のためのロボット支援装置用の改良された吸引装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の装置によって達成される。本発明の様々な例示的な実施形態およびさらなる展開は、従属請求項の主題である。
【０００９】
表面処理用のロボット支援工作機械のための吸引装置について記載される。一実施形態によれば、この吸引装置は、真空ノズルと、ホースを接続するための排出口とを有するハウジングを有する。さらに、この吸引装置は、前記ハウジングを取付板に接続する吊り下げ部であって、軸を中心に旋回可能に前記取付板上に取り付けられる吊り下げ部を有する。カウンターウエイトが、前記ハウジングの重量と前記カウンターウエイトの重量とが前記軸に関して実質的に釣り合うように前記吊り下げ部に接続されている。一実施形態では、前記吊り下げ部は、四辺形カップリングを有する。
【００１０】
一実施形態によれば、この吸引装置は、真空ノズルと、ホースを接続するための排出口とを有するハウジングと、前記ハウジングを取付板に接続し、軸を中心に旋回可能に前記取付板上に取り付けられる吊り下げ部と、を有する。カウンターウエイトが前記吊り下げ部に接続され、前記ハウジングの重量は、前記軸の回りに第１の回転モーメントを発生させ、前記カウンターウエイトは、前記軸の回りに前記第１の回転モーメントを少なくとも部分的に補償する第２の回転モーメントを発生させる。
【００１１】
さらに、ワークピースの表面をロボット支援により処理するための装置が記載される。一実施形態によれば、この装置は、マニピュレータに搭載可能であるホルダと、回転工具を有し、前記ホルダに機械的に結合された工作機械と、取付板に旋回可能に搭載され吸引装置とを有し、前記取付板が、前記ホルダの一部である。
【発明の効果】
【００１２】
表面処理のためのロボット支援装置用の改良された吸引装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】力制御された線形アクチュエータによって産業用ロボットに結合された研削機械を備えたロボット支援研削装置の例示的な概略図である。
【図２】マニピュレータに搭載可能な吸引装置を備えた研削装置の側面図である。
【図３】図２の側面図に対応する正面図である。
【図４】図２または図３の吸引装置の一部を示す詳細図である。
【図５】吸引装置のバランスされた吊り下げ部の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、図に示される例を参照して以下により詳細に説明される。図は必ずしも縮尺通りではなく、本発明は示された態様に限定されない。むしろ、本発明の基礎となる原理を提示することに重点が置かれている。
【００１５】
様々な実施形態を詳細に説明する前に、ロボット支持研削装置の全体的な例について最初に説明する。また、ここでは、研削装置を例に挙げて説明したが、研削装置に限定されるものではなく、フライス加工、研削、研磨等の工作機械等のように表面を研磨加工するための装置であれば、どのようなものにも適用可能である。
【００１６】
図１に示すれ例は、（例えば産業用ロボットである）マニピュレータ１と、回転研削板１１を備えた研削機械１０を備え、研削機械１０は、リニアアクチュエータ２０を介してマニピュレータ１のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）に連結され得る（ただし、すべての実施形態でそうである必要は無い）。６自由度の産業用ロボットの場合、マニピュレータは、それぞれジョイント３ａ、３ｂ、３ｃで接続された４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成される。通常、最初のセグメントは基礎Ｂにしっかりと接続されている（ただし、必ずしもそうである必要はない）。ジョイント３ｃは、セグメント２ｃとセグメント２ｄとを接続する。ジョイント３ｃは２軸とすることができ、水平回転軸（仰角）および垂直回転軸（方位角）の周りでセグメント２ｃの回転を可能にする。ジョイント３ｂは、セグメント２ｂとセグメント２ｃとを接続し、セグメント２ｃの位置に対するセグメント２ｂの旋回運動を可能にする。ジョイント３ａは、セグメント２ａとセグメント２ｂとを接続する。ジョイント３ａは２軸とすることができ、したがって（ジョイント３ｃと同様に）２つの方向への旋回運動を可能にする。ＴＣＰはセグメント２ａに対して固定された相対位置を持ち、セグメント２ａは、通常は、回転ジョイント（図示せず）を含み、これにより、セグメント２ａの長軸Ａ（図１に点線で示されている）を中心とした回転運動が可能になる。ジョイントの各軸には、それぞれのジョイント軸を中心に回転運動を引き起こすアクチュエータが対応付けられている。ジョイント内のアクチュエータは、ロボットプログラムに従ってロボットコントローラ４によって制御される。ＴＣＰは、（特定の制限内で）どこにでも配置できる（軸Ａの方向は任意）。
【００１７】
マニピュレータ１は通常、位置制御されており、ロボットコントローラはＴＣＰの姿勢（位置と方向）を設定し、ＴＣＰを事前定義された軌道に沿って移動できる。アクチュエータ２０がエンドストップに当接したとき、ＴＣＰの姿勢により研削工具の姿勢が定義される。アクチュエータ２０は、研削加工中に、工具（研削板１１）とワークピースＷとの間の接触力（加工力）を所望の値に設定するために使用され得る。マニピュレータ１のセグメント２ａ−ｃの慣性が大きく、信頼できる制御を困難にするので、マニピュレータ１による直接的な加工力の制御は、通常は、困難であるか、又は望ましくない。このため、ロボットコントローラはＴＣＰの姿勢（位置と向き）を制御するように構成され、一方、接触力（図２、接触力ＦＫも参照）の制御は、研削機械１０とマニピュレータ１の間に接続されているアクチュエータ２０によって専ら実行される。既に述べたように、アクチュエータ２０は、すべての用途で必要であるわけではなく、省略することもできる。一部の用途では、アクチュエータを単純なばねで置き換えることができる。
【００１８】
本実施形態では、アクチュエータ２０は、例えば、複動空気圧シリンダなどの空気圧アクチュエータである。ただし、ベローズシリンダとエアマッスルなど他の空気圧アクチュエータも使用できる。代替として、電気ダイレクトドライブ（ギアレス）が考慮される。空気圧アクチュエータの場合、制御バルブ、コントローラ（コントローラ４に実装された）、および圧縮空気リザーバによる従来の方法で力制御を実現できる。ただし、具体的な実装は以下の説明では重要ではないため、詳細には説明しない。
【００１９】
図２は、マニピュレータに取り付けられ、吸引装置を備えた研削機械１０の例示的な実施形態示す側面図である。図３は、これに対応する正面から見た図である。図１の例と同様に、研削機械１０は、リニアアクチュエータ２０を介してマニピュレータに結合されている。図２に示された例では、図１とは異なり、アクチュエータ２０の動作方向は、マニピュレータのセグメント２ａの長手方向軸Ａ（図２では右側に示されているが、図１も参照）に平行ではなく、それに対して直角である。アクチュエータ２０と研削機械１０とをマニピュレータに結合するために、アングル３（取付アングル）が設けられ、アングル３は、互いに直角に配置された第１の取付板３１（フランジ）と第２の取付板３２とを有している。取付板３１は、マニピュレータに取り付けられるように形成されている。この例では、マニピュレータのＴＣＰは、軸Ａ上の取付板３２の表面にある。アクチュエータ２０の第１の端部は（例えばネジによって）取付板３２に接続され、研削機械１０は（例えば同様にネジによって）アクチュエータ２０の第２の端部に接続される。図示の例では、研削機械１０のモータ１２のモータ軸の回転軸Ａ´は、アクチュエータ２０の動作方向に垂直であり、ロボットの末端のセグメント２Ａの長手方向軸Ａに平行である。したがって、アクチュエータ２０の偏位は、軸Ａと軸Ａ´との間の通常の距離を決定する。研削機械１０のモータ１２のモータ軸には回転する工具１１が接続されている。この例では、これは放射状ブラシ（剛毛ブラシ）である。それぞれの用途に応じて、別の工具（例えば、研削板、研磨ベルトなど）も提供されてもよい。
【００２０】
なお、軸Ａと軸Ａ´は必ずしも平行である必要はない。さらに、取付板３１、３２を直角に配置する必要はない。図２において、研削機械１０の位置は、ＴＣＰの位置（その向きを含む）とアクチュエータ２０の偏位のみに依存していることがわかる。コントローラ（例えばロボットコントローラ）は、取付板３１、３２間の任意の既知の角度および任意の既知の距離に対して、ＴＣＰの位置およびアクチュエータ２０の偏位から、研削機械１０のモータ軸の回転軸Ａ´の位置（方向を含む）を決定することができる。アクチュエータ２０を用いない実施形態では、研削機械のモータ軸の位置は、ＴＣＰの位置から単純な座標変換により決定することができる。
【００２１】
吸引装置は、本実施例ではアングル３として構成されたホルダに取り付けられている。前述の取付板は、ホルダの（例えば、一体型の）一部とすることができる。示された例では、アングル３は、吸引装置が取り付けられる別の取付板３３を有している。吸引装置は、比較的狭いハウジング４０から構成されており、これは、電気掃除機の隙間吸引用ノズルに類似した形状とすることができる。これは、真空ノズル４８がハウジングの下端に配置されていることを意味し、それを通してダストおよび他の粒子が吸引され得る。ハウジング４０の詳細図は、図４に示されている。また、ハウジング４０の下端部に、ノズルの他にローラ４２がハウジング４０に取り付けられても良い。ローラ４２は、動作中にワークピース表面上を転がり、ハウジング４０とワークピースＷとの間が規定された距離ｄとなることが保証されるように配置することができる。刷毛４７は、ハウジングの片側に配置することができ、すでに機械加工されたワークピース表面をさらに洗浄する。ローラ４２と刷毛４７はオプションであり、用途によっては省略することもできる。ハウジング４０は、真空ノズル４８の反対側（上側）の端部に、吸引された材料を排出するための排出口４５を有する。この目的のために、ホース４４が排出口４５に接続されており、ホース４４は、アングル（例えば、取付板３２）に固定することもできる。ホース４４は、ハウジング４０から送風機（図示せず）の吸引側に接続されている。適切な送風機はそれ自体が知られているので、ここではそれ以上説明しない。
【００２２】
図２では、アングル３からハウジング４０を吊り下げる吊り下げ部（サスペンション）が示されている。従って、吸引ユニットのハウジング４０は、平面状の四辺形カップリング（Ｋｏｐｐｅｌｖｉｅｒｅｃｋｓ、ｆｌａｔ  ｆｏｕｒ−ｂａｒ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって取付板３３に取り付けられている。この四辺形カップリングは、実質的に、取付板３３に回転可能に取り付けられたカップリングロッド５１、５２（回転軸Ｒ１、Ｒ２）によって形成されている。カップリングロッド５１および５２のそれぞれの一端もまた、ハウジング４０（回転軸Ｒ３およびＲ４）に回転可能に取り付けられ、本実施形態では、回転軸Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、カップリングロッド５１および５２が本質的に平行になるように配置される。カップリングロッドの１つ（この例ではカップリングロッド５２）は、カウンターウエイト４１（カウンターウエイトの重心はＲ５で示される）に接続される。このカウンターウエイト４１は、回転軸Ｒ１についてハウジング４０とは反対側に配置され、ハウジング４０の重量と釣り合うようなサイズにされる。つまり、四辺形カップリングに外力が加わらなければ、カップリングロッド５１、５２には回転モーメントがかからない。四辺形カップリングは、研削装置が逆さで動作しても、任意の位置でバランスが取られる。換言すれば、研削装置（ホース４４なし）の重量によって生じる四辺形カップリング（例えば回転軸Ｒ１の周り）の回転モーメントは、カウンターウエイトの重量によって生じる四辺形カップリングの回転モーメントによって実質的に補償される。
【００２３】
図５では、カップリング四辺形に作用する力を再び示しており、ハウジング４０とカウンターウエイト４１の質量がそれぞれ一点（重心）に集中し、カップリングロッドの質量がハウジングとカウンターウエイトの質量に加算されることを、一般性を制限することなく想定している。ハウジング４０の自重Ｆ４０によって生じる軸Ｒ１に関する回転モーメントはＦ４０・（Ｌ０＋Ｌ１）・ｃｏｓ（α）であり、カウンターウエイト４１の自重Ｆ４１によって生じる軸Ｒ１に関する回転モーメントはＦ４１・Ｌ２・ｃｏｓ（α）であり、ここでＬ０は軸Ｒ３と力Ｆ４０が作用する重心との間の距離である。Ｌ１は軸Ｒ１と軸Ｒ３との間の距離であり、Ｌ２は軸Ｒ１とカウンターウエイト４１の重心との間の距離である。四辺形カップリングは、Ｆ４０・（Ｌ０＋Ｌ１）・ｃｏｓ（α）−Ｆ４１・Ｌ２・ｃｏｓ（α）＝０のときにバランスがとれている。この方程式は、角度αに関わらず成り立ち、Ｆ４１＝Ｆ４０・（Ｌ０＋Ｌ１）／Ｌ２が得らる。
【００２４】
ハウジング４０がワークピース表面に対して、例えばローラ４２と共に押し付けられるためには、（重力とは異なり）ワークピース表面の方向の任意の位置に作用する非常に小さな力で十分である。この小さな力は、例えば、（例えば取付板３３の）アングル３と四辺形カップリングと間に直接または間接的に作用するバネ要素によって引き起こされ得る。図２に示す例では、このバネ力Ｆｓは、ハウジング４０の排出口４５に接続され、アングル３の取付板３２に固定されているホース４４によって発生する。ホース４４によって生じるバネ力は、このようにして取付板３２とハウジング４０との間に作用し、したがって取付板３３（またはアングル３）と四辺形カップリングの間にも間接的に作用する。この状態は、図５にも示されている。三角形として記号化された支持点は、すべてアングル３に剛性的に接続されている（すなわち、支持点は取付板３２、３３のいずれか一方にある）。
【符号の説明】
【００２５】
１…マニピュレータ
３…アングル
１０…研削機械
１１…工具
２０…リニアアクチュエータ
３１、３２、３３…取付板
４０…ハウジング
４１…カウンターウエイト
４２…ローラ
４４…ホース
４５…排出口
４８…真空ノズル
５１、５２…カップリングロッド
ＦＳ…バネ力
Ｒ１、Ｒ２…軸
【図１】
2020537597.tif 000003
【図２】
2020537597.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020537597.tif 000006
【図５】
2020537597.tif 000007
【国際調査報告】
2020537597.tif 000008
2020537597.tif 000009
2020537597.tif 000010
2020537597.tif 000011
2020537597.tif 000012