(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ホールソー及び該ホールソーの内部に残った加工対象物の切片を外部へ押し出す押し出し部が設けられたハンドを有するロボットが、前記ホールソーを用いて加工対象物に孔を開けるステップと、
前記ロボットが、前記ロボットの可動範囲内に配置された被接触部に、前記押し出し部を接触させ、前記ホールソーの内部に残った前記加工対象物の切片の下部を該ホールソーの先端から押し出すステップと、
前記切片を把持する把持部を有する排出装置が、押し出された前記切片の下部を把持するステップと、
前記ロボットが、前記ホールソーを回転させながら上方向に移動させ、前記排出装置に把持された前記切片を抜き取るステップと、を含む孔加工システムの制御方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、ホールソーの内部に残った加工対象物の切片を取り除くことができる孔加工システム、ロボット、ハンド、及び孔加工システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、加工対象物の厚み方向に孔を開けるホールソー及び該ホールソーの内部に残った加工対象物の切片を外部へ押し出す押し出し部が設けられたハンドを有するロボットと、
前記押し出し部が接触可能な位置に配置された被接触部と、
前記ホールソーから押し出された前記切片を把持する排出装置と、を備えた孔加工システムが適用される。
【0006】
また、他の観点によれば、加工対象物の厚み方向に孔を開けるホールソーと、
前記ホールソーの内部に設けられ、該ホールソーの長手方向に進退する第1の部材と、
前記ホールソーの外部に設けられた第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材とを連結する複数の連結部材と、を有し、
前記第1の部材の進退量が、前記加工対象物の厚みよりも小さいハンドを備えたロボットが適用される。
【0007】
また、他の観点によれば、加工対象物の厚み方向に孔を開けるホールソーと、
前記ホールソーの内部に設けられ、該ホールソーの長手方向に進退する第1の部材と、
前記ホールソーの外部に設けられた第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材とを連結する複数の連結部材と、を備え、
前記第1の部材の進退量が、前記加工対象物の厚みよりも小さいロボットのハンドが適用される。
【0008】
また、他の観点によれば、ホールソー及び該ホールソーの内部に残った加工対象物の切片を外部へ押し出す押し出し部が設けられたハンドを有するロボットが、前記ホールソーを用いて加工対象物に孔を開けるステップと、
前記ロボットが、前記ロボットの可動範囲内に配置された被接触部に、前記押し出し部を接触させ、前記ホールソーの内部に残った前記加工対象物の切片の下部を該ホールソーの先端から押し出すステップと、
前記切片を把持する把持部を有する排出装置が、押し出された前記切片の下部を把持するステップと、
前記ロボットが、前記ホールソーを回転させながら上方向に移動させ、前記排出装置に把持された前記切片を抜き取るステップと、を含む孔加工システムの制御方法が適用される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ホールソーの内部に残った加工対象物の切片を取り除くことができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【0012】
本発明の一実施例に係る孔加工システム10は、例えば、工場内で生産される住宅のコンクリート壁(加工対象物の一例)Wに、エアコン用のダクトを通すための孔を開けることができる。
孔加工システム10は、
図1に示すように、搬送台12、ロボットRB、ツール台14、被接触部16、センサ18、排出装置20、及び制御部22を備えている。
【0013】
搬送台12は、コンクリート壁WをロボットRBの孔開け作業位置まで搬送できる。また、搬送台12は、孔が開けられたコンクリート壁Wを孔開け作業位置から搬出できる。コンクリート壁Wは、例えばALC(Autoclaved Lightweight Concrete)で形成され、半硬化状態となっている。
【0014】
ロボットRBは、例えば6軸の垂直多関節型の産業用ロボットである。ロボットRBは、アーム38の先端部に、
図2A及び
図2Bに示すハンド40を有している。ハンド40は、ホールソー50、押し出し部54(
図3A参照)、カバー部56(
図2A及び
図2B参照)、吹き出し部58(
図3A参照)、及び押さえ部60(
図2A参照)を有している。
【0015】
ホールソー50は、搬送台12に載ったコンクリート壁Wに孔を開けることができる。孔は、コンクリート壁Wの厚み方向(上下方向)に開けられる。
ホールソー50は、
図3Aに示すように、中央部に設けられたドリル504、及び平面視してドリル504の周囲に円環状に並んだ刃506が形成された筒部508を有している。
ホールソー50は、
図2Bに示すモータ510によって駆動される。
コンクリート壁Wは、前述の通り半硬化状態であるため、孔開け直後に切断後のコンクリート片(切片の一例)CP(
図3B参照)が、ホールソー50の内部から落下せずに残る場合が多い。
【0016】
ホールソー50は、アーム38の先端部のハンド40に設けられているので、任意の姿勢をとることができる。ただし、コンクリート壁Wに孔を開ける際には、ホールソー50のドリル504の先端が下方を向く姿勢をとるので、以下、この姿勢に基いて説明する。
図3Aに示す押し出し部54は、ホールソー50の内部に残ったコンクリート片CP(
図3B参照)の先端部を外部へ押し出すことができる。
【0017】
押し出し部54は、第1の部材541、第2の部材542及び複数の連結部材544を有している。
第1の部材541は、ホールソー50の内部に設けられた板状の部材である。第1の部材541は、ホールソー50の長手方向に進退できる。
図3Bに示すように、第1の部材541の進退量(第2の部材542の進退量L1)は、コンクリート片CPの厚みL2よりも小さい。
【0018】
第2の部材542は、ホールソー50の外部に設けられた板状の部材である。第2の部材542の中央部には孔が形成されており、この孔をドリル504が貫通している。
各連結部材544は、ホールソー50の長手方向に延びている。各連結部材544は、第1の部材541と第2の部材542とを連結する。連結部材544は、互いに間隔を空けて、例えば6本設けられている。
図3Bに示すように、ホールソー50の内部にハッチングを付して示したコンクリート片CPが入り込むと、押し出し部54が押し上げられ、第2の部材542がホールソー50の上面から離れる。
なお、ホールソー50及び押し出し部54は、孔開けツールTとして構成される。
【0019】
図2A及び
図2Bに示すカバー部56は、ホールソー50を覆っている。カバー部56は、コンクリート壁Wに孔を開ける際に内部を舞うコンクリート壁Wの切り屑が外部に拡散することを抑制できる。
カバー部56は、
図2Aに示すように、上側カバー562及び側面カバー564を有している。
【0020】
上側カバー562は、平面視して矩形状であり、下側が開口した箱体形状である。上側カバー562は、例えば、金属で形成されている。上面の中央部には孔が形成され、孔の内側に、孔開けツールTが貫通して配置されている(
図2B参照)。
上側カバー562には、
図2Aに示すように、カバー部56内部の切り屑を収集するホース566を接続するための接続口567が設けられている。
【0021】
側面カバー564は、例えば、平面視して矩形の角筒状となっている。側面カバー564は、例えばビニル等の軟質プラスチックにより形成される。側面カバー564は、ホールソー50の状態が目視にて確認できるように、透明であることが好ましい。
側面カバー564の上端部は、上側カバー562の側面に固定される。
側面カバー564の下端部には、縁部に沿ってそれぞれ延びる4つの金属板568が設けられている。金属板568が錘となって、側面カバー564は下方へと垂れ下がり、側面カバー564の形状が維持される。各金属板568は、ホールソー50が孔を開けている間は、コンクリート壁Wの上面に接し、切り屑が拡散しないように、孔の周囲を覆うことができる。
【0022】
図3Aに示す吹き出し部58は、ホールソー50の先端部に向かってエアを吹き出すことができる。吹き出し部58は、平面視してホールソー50を挟んで互いに反対側に、例えば2箇所設けられる。吹き出し部58の先端は、カバー部56の内部に配置される。
吹き出し部58によって孔開け作業中に発生するコンクリート壁Wの切り屑が取り除かれるので、ホールソー50の回転を妨げる抵抗力が低減される。
【0023】
図2Aに示す押さえ部60は、カバー部56の側方に、ホールソー50を挟んで互いに反対の側に1対設けられている。
各押さえ部60は、先端に押さえ部材602を有している。押さえ部材602は、ホールソー50の長手方向に進退し、上方からコンクリート壁Wの上面を押さえることができる。
【0024】
ツール台14は、
図4A及び
図4Bに示すように、各種孔径に対応するサイズの孔開けツールTを収容できる。
ツール台14は、第1の板状部材141a、141b及び第2の板状部材142a、142bを有している。
第1の板状部材141aには、複数の孔H1a1〜H1a3が形成されている。第1の板状部材141bには、複数の孔H1b1〜H1b3が形成されている。
【0025】
第2の板状部材142a、142bは、それぞれ間隔を有して第1の板状部材141a、141bの下側に配置されている。第2の板状部材142a、142bには、それぞれ第1の板状部材141a、141bの孔H1a1〜H1a3、H1b1〜H1b3に対応して、複数の板状の位置決め部材144が設けられている。位置決め部材144には、ホールソー50の筒部508が収まる円形状の溝が形成されている。この溝の中心部には、ドリル504の先端部が貫通して収まる孔が形成されている。
【0026】
複数のサイズの孔開けツールTは、孔H1a1〜H1a3、H1b1〜H1b3によっておおよその位置が位置決めされ、位置決め部材144によって、予め決められた位置に位置決めされる。
各位置決め部材144の周囲には、1対の透過式の光学式センサ150が設けられ、孔開けツールTの有無が検出される。第1の板状部材141a、141bは、これら光学式センサ150を切り屑から保護する保護カバーの役割も果たす。
なお、第1の板状部材141a、141bは、一枚の板材により構成されてもよい。第2の板状部材142a、142bは、一枚の板材により構成されてもよい。
【0027】
被接触部16は、
図1に示すように、ロボットRBのアーム38の可動範囲内であって、ロボットRBから見て、排出装置20よりも手前側に配置されている。
被接触部16は、
図5A〜
図5Cに示すように、先端部に設けられた被接触部材162及び被接触部材162を支持する支持部材164を有している。
【0028】
被接触部材162は、一方の面が下側を向いた、円形状の板材である。被接触部材162には、
図5Bに示すように、中央部から外周方向へと向かう切欠き166が形成されている。
支持部材164は、被接触部材162の上面を支持できる。
ロボットRBは、被接触部材162に押し出し部54の第2の部材542(
図3B参照)を接触させることによって、コンクリート片CPをホールソー50から押し出すことができる。
【0029】
図1及び
図5Bに示すセンサ18は、ホールソー50の内部にコンクリート片CPが残っていることを確認するための接触式のセンサである。センサ18は、ロボットRBのアーム38の可動範囲内であって、被接触部16の近傍に設けられている。
【0030】
センサ18は、
図6に示すように、棒状の接触子182を有している。この棒状の接触子182は、一部が曲げられ、ホールソー50の内部に挿入される頂部184が形成されている。
ロボットRBがハンド40を移動させて、この頂部184をホールソー50の内部に挿入した際に、接触子182が接触したことが検出された場合には、コンクリート片CPが、途中で脱落することなくホールソー50の内部に残っているものと判断される。
【0031】
図5A〜
図5Cに示す排出装置20は、ホールソー50からコンクリート片CPを取り出し、予め決められた収集場所へと排出できる。
排出装置20は、把持部202及び案内部204を有している。
【0032】
把持部202は、一方向に進退する可動爪202aと、可動爪202aと対になり、可動爪202aに対向する位置に固定された固定爪202bとを有している。把持部202は、可動爪202a及び固定爪202bを用いて、被接触部16に接触した押し出し部54によって、ホールソー50から押し出されたコンクリート片CPの下部側面を把持できる。
案内部204は、把持部202が解放したコンクリート片CPを収集場所(不図示)に案内できる。収集場所は、例えば、平面視して、可動爪202aの進退方向と交差する方向に設けられている。
【0033】
制御部22には、
図7に示すように、ロボットRB及びセンサ18が接続される。制御部22は、ロボットRB(
図2Bに示すホールソー50を駆動するモータ510を含む)を制御できる。制御部22は、例えばロボット制御装置である。
【0034】
制御部22は、記憶部222及び回転制御部224を有している。
記憶部222は、初期回転速度設定値、第1の中間回転速度設定値、第2の中間回転速度設定値、及び最終回転速度設定値を記憶できる。
【0035】
初期回転速度設定値は、ホールソー50の筒部508の刃506がコンクリート壁Wの上面に接触する際の回転速度を定める設定値である。
第1の中間回転速度設定値は、ホールソー50の筒部508の刃506がコンクリート壁Wの上面に接触した後、コンクリート壁Wの厚み方向中央部まで刃506を送る際の回転速度を定める設定値である。
第2の中間回転速度設定値は、コンクリート壁Wの厚み方向中央部から下方へ刃506を送る際の回転速度を定める設定値である。
【0036】
最終回転速度設定値は、ホールソー50の筒部508の刃506が、コンクリート壁Wの下面側に突き出る際の回転速度を定める設定値である。コンクリート壁Wの下面は、住宅の外壁として装飾用の柄(凹凸)が形成されており、この凹凸がホールソー50の回転の抵抗となる。そこで、この抵抗を低減するためにこの最終回転速度設定値が設定される。
回転制御部224は、記憶部222に記憶された各設定値に基づいて、ホールソー50の回転を制御できる。
【0037】
次に、孔加工システム10によるコンクリート壁Wの孔開け動作について、
図8に基づいて説明する。
【0038】
(ステップS1)
図1に示す搬送台12にコンクリート壁Wが搬送される。搬送されたコンクリート壁Wは、予め決められた位置に位置決めされる。
【0039】
(ステップS2)
ロボットRBがハンド40を移動させて、
図2Bに示すホールソー50をコンクリート壁Wの孔開け位置に移動させる。ホールソー50が回転しながらコンクリート壁Wの上面に近づく。
ハンド40が有するカバー部56(
図2A参照)に設けられた各金属板568がコンクリート壁Wの上面に接触する。
また、各押さえ部60の押さえ部材602がそれぞれ進出し、コンクリート壁Wの上面に接触する。各押さえ部60の押さえ部材602がコンクリート壁Wの上面を押さえているので、ホールソー50の振れが抑制される。
【0040】
(ステップS3)
ホールソー50が孔開けを開始する。ホールソー50の回転速度は、初期回転速度設定値、第1の中間回転速度設定値、第2の中間回転速度設定値、及び最終回転速度設定値に従って制御される。
筒部508の刃506が進むと、コンクリート片CPが押し出し部54の第1の部材541を押し上げ、第2の部材542がホールソー50の上面から離れる。
【0041】
孔開けの途中で、ロボットRBが一旦、ホールソー50をコンクリート壁Wから抜いて、切り屑の詰まりを抑制することが好ましい。
なお、刃506が進むとともに、側面カバー564が撓むので、各金属板568がコンクリート壁Wの上面に接触した状態が維持され、カバー部56の内部に舞うコンクリート壁Wの切り屑が外部に拡散することが抑制される。
【0042】
(ステップS4)
孔が貫通した後、ロボットRBがホールソー50をコンクリート壁Wから抜き取る。各押さえ部60の押さえ部材602が後退する。
孔が開けられたコンクリート壁Wは、搬送台12から搬出される。
ロボットRBは、ハンド40を移動させ、
図6に示すセンサ18の接触子182の頂部184をホールソー50の内部に挿入する。
【0043】
センサ18が、ホールソー50の内部に設けられた第1の部材541に接触する前に反応した場合には、制御部22は、接触子182がコンクリート片CPの下面に接触したものと判断する。すなわち、制御部22は、コンクリート片CPが途中でホールソー50の内部で脱落することなく残っているものと判断する。
一方、センサ18が、ホールソー50の内部に設けられた第1の部材541に接触して反応した場合には、制御部22は、コンクリート片CPが脱落したものと判断し、例えば、アラーム処理等の予め定められた処理を実行する。
【0044】
(ステップS5)
ホールソー50の内部にコンクリート片CPが残っていると判断された場合には、ロボットRBは、ハンド40を移動させ、被接触部16に押し出し部54の第2の部材542を接触させ、コンクリート片CPの下部をホールソー50の先端から押し出す。
詳細には、
図9に示すように、ロボットRBは、被接触部材162に形成された切欠き166(
図5B参照)に、ドリル504の第2の部材542よりも上側の軸部を挿入する。その後、ロボットRBは、ホールソー50の被接触部材162の下面に、押し出し部54の第2の部材542の上面を下方から押し当て、第1の部材541をホールソー50の先端方向に向かって進出させる。その結果、コンクリート片CPの下部は、ホールソー50の先端から押し出される。
【0045】
(ステップS6)
図10に示すように、ロボットRBがハンド40を移動させて、コンクリート片CPの下部側面を排出装置20の固定爪202bに接触させる。可動爪202aが固定爪202bの方向に向かって進出し、排出装置20の把持部202は、ホールソー50の先端から押し出されたコンクリート片CPの下部を把持する。
【0046】
(ステップS7)
ロボットRBが、孔開けの際と同じ方向に回転させながらホールソー50を上方に移動させ、コンクリート片CPをホールソー50から抜き取る。ホールソー50が回転しながら上方に移動することにより、半硬化状態のコンクリート片CPが容易に抜き取られる。
抜き取られたコンクリート片CPは、排出装置20の把持部202の可動爪202a及び固定爪202bによって保持される。
【0047】
(ステップS8)
排出装置20が可動爪202aを後退させて把持部202を開くと、コンクリート片CPが落下する。落下したコンクリート片CPは、案内部204によって案内され、収集場所に収集される。
【0048】
以降、ステップS1〜S8が繰り返され、順次搬送されるコンクリート壁Wに孔が開けられる。ロボットRBは、必要に応じてツール台14に収容された孔開けツールTを交換し、コンクリート壁Wに予め決められた径の孔を開けることができる。
【0049】
このように、孔加工システム10は、ホールソー50の内部に残ったコンクリート片CPを取り除き、予め決められた場所に収集できる。特に、
図3Bに示す押し出し部54の進退量L1がコンクリート片CPの厚みL2よりも小さいので、一般的なホールソーを適用してハンド40を構成できる。
【0050】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施例や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【0051】
ロボットは、垂直多関節型の産業用ロボットに限定されるものではない。