特開 2024-163967 ホルダ送出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163967

(43)【公開日】2024-11-25

(54)【発明の名称】ホルダ送出装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20241118BHJP

   G01N 1/10 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 A

G01N1/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【公開請求】

(21)【出願番号】P 2024133389

(22)【出願日】2024-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】302004942

【氏名又は名称】大谷製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002712

【氏名又は名称】弁理士法人みなみ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】釣 宏充

(72)【発明者】

【氏名】田村 雅人

(72)【発明者】

【氏名】若生 昌光

【テーマコード（参考）】

2G052

3C707

【Ｆターム（参考）】

2G052AA11

2G052AB02

2G052AC24

2G052AD06

2G052AD26

2G052BA17

2G052CA02

2G052CA46

2G052HA17

2G052JA21

3C707AS14

3C707BS10

3C707DS01

3C707ES03

3C707ET08

3C707EU16

3C707EV08

3C707EV28

3C707EW00

3C707GS04

3C707GS11

3C707HS14

3C707HS27

3C707LV04

3C707LV05

3C707LV06

(57)【要約】

【課題】ロボットアームに取り付けられ、溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するものであって、ロボットアームに対してホルダを移動可能とするホルダ送出装置を提供する。
【解決手段】溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するものであってロボットアームに取り付けられるホルダ送出装置であって、前記ホルダは、長尺状であってその先端に前記測定採取器具が装着されるものであり、前記ホルダを挟む少なくとも１組のローラを備え、前記ローラ同士の間隔が可変であって、前記ホルダを把持した状態と前記ホルダを解放した状態とに切り替え可能であり、前記ホルダを把持した状態で少なくとも１つの前記ローラが回転して前記ホルダをその長手方向に沿って進退させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するものであってロボットアームに取り付けられるホルダ送出装置であって、
前記ホルダは、長尺状であってその先端に前記測定採取器具が装着されるものであり、
前記ホルダを挟む少なくとも１組のローラを備え、
前記ローラ同士の間隔が可変であって、前記ホルダを把持した状態と前記ホルダを解放した状態とに切り替え可能であり、
前記ホルダを把持した状態で少なくとも１つの前記ローラが回転して前記ホルダをその長手方向に沿って進退させることを特徴とするホルダ送出装置。

【請求項2】

複数組の前記ローラを備え、各組の前記ローラが前記ホルダの長手方向に離隔した複数箇所で前記ホルダを挟むことを特徴とする請求項１記載のホルダ送出装置。

【請求項3】

前記ロボットアームに対して着脱自在であることを特徴とする請求項１または２記載のホルダ送出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するホルダ送出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属の精錬工程においては、溶融金属の温度や酸素濃度を測定する作業や、少量の溶融金属を採取して分析装置に供する作業が行われる。従来、これらの測定や採取の作業は、手作業により行われていた。より詳しくは、長尺状のホルダとよばれる器具の先端に測定や採取のための器具（測定採取器具）を装着し、作業者がホルダを手に持ち操作して、先端の器具を溶融金属に浸漬していた。この作業は、作業者が高温の溶融金属に接近して行うため、危険で作業負荷が大きいものであった。

【0003】

そこで、特許文献１に示すように、ロボットアームにホルダを装着して、人手を介さずに作業を行うことが提案されている。この場合、ロボットアームの先端に長尺状のホルダの一端が固定され、ホルダの他端に装着されたプローブが溶融金属に浸漬される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－４４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このようにロボットアームの先端に長尺状のホルダの一端が取り付けられる場合、以下のような問題が生じ得る。まず、こうしたロボットアームを稼働させる際には、ロボットアームの周囲に作業者の立ち入りを制限する区域（制限区域）を設定する必要がある。制限区域は、ロボットアームを中心とし、ロボットアームを最大に伸ばした長さと把持するホルダの長さを合わせた長さを半径とする領域となる。よって、ロボットアームの先端に長尺状のホルダの一端を取り付けた場合、制限区域が非常に広くなってしまう。また、長尺状のホルダを適切に操作するには、ロボットアーム自体が十分な自由度や可動域を有するものでなければならず、大型のロボットアームでなければ対応できないおそれがある。

【0006】

本発明は、このような事情を鑑みたものであり、ロボットアームに取り付けられ、溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するものであって、ロボットアームに対してホルダを移動可能とするホルダ送出装置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】

【0007】

本発明は、溶融金属に浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダを把持するものであってロボットアームに取り付けられるホルダ送出装置であって、前記ホルダは、長尺状であってその先端に前記測定採取器具が装着されるものであり、前記ホルダを挟む少なくとも１組のローラを備え、前記ローラ同士の間隔が可変であって、前記ホルダを把持した状態と前記ホルダを解放した状態とに切り替え可能であり、前記ホルダを把持した状態で少なくとも１つの前記ローラが回転して前記ホルダをその長手方向に沿って進退させることを特徴とする。測定採取器具とは、溶融金属の温度や酸素濃度などを測定する器具、溶融金属を採取する器具および測定と採取の両方を行う器具の何れも含む。

【0008】

また、本発明は、複数組の前記ローラを備え、各組の前記ローラが前記ホルダの長手方向に離隔した複数箇所で前記ホルダを挟むものであってもよい。

【0009】

また、本発明は、前記ロボットアームに対して着脱自在であってもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ローラによりホルダを挟み把持した状態でホルダを進退させられるので、ホルダの長手方向の中間部を把持してロボットアームを動かすものとすれば、ホルダの端部を把持する場合と比べて、制限区域は狭くて済む。すなわち、たとえばホルダの長手方向の中心を把持するものとすれば、制限区域は、ロボットアームを中心とし、ロボットアームを最大に伸ばした長さと把持するホルダの１／２の長さを合わせた長さを半径とする領域となる。また、ホルダがロボットアームに対して移動可能なので、ホルダがロボットアームに固定されている場合と比べて、ロボットアーム自体の自由度や可動域が小さくても、ホルダを適切に操作できる。適切に操作するとは、測定採取器具が装着されたホルダの先端を、所定の位置へ所定の方向から配置することである。

【0011】

また、複数組のローラによりホルダを挟むものであれば、より安定してホルダを把持することが可能であって、ホルダを進退させる際の直進性が向上する。

【0012】

また、ロボットアームに対して着脱自在なものであれば、本発明のホルダ送出装置と他の装置とを適宜交換して、ロボットアームを種々の目的のために活用できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ホルダ送出装置の解放状態の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はＡ－Ａ線断面図である。

【図2】ホルダ送出装置の把持状態の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＢ－Ｂ線断面図である。

【図3】ホルダの説明図である。

【図4(a)】溶融金属の測定採取を行う際の動作の説明図である。

【図4(b)】溶融金属の測定採取を行う際の動作の説明図である。

【図4(c)】溶融金属の測定採取を行う際の動作の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の具体的な内容について説明する。図４（ａ）～（ｃ）に示すように、本発明のホルダ送出装置１００は、溶融金属Ｍに浸漬される測定採取器具を装着可能なホルダ２００を把持するものであって、ロボットアーム３００に取り付けられる。

【0015】

まず、ホルダ２００について説明する。図３に示すように、ホルダ２００は、長尺状であって円筒形状のホルダ本体２０１を備える。ホルダ本体２０１は、たとえば、外径が３ｃｍ程度であって、長さが３ｍ～６ｍ程度である。ホルダ本体２０１の先端（一方の端部）には、測定採取器具を装着するための接続部（不図示）が設けられ、接続部に測定採取器具が装着される。ここでは、測定採取器具は、溶融金属の温度を測定する測温プローブ２０２である。測温プローブ２０２は、略円柱形状である。接続部からケーブル２０３が延びており、ケーブル２０３はホルダ本体２０１の内部を通過する。ホルダ本体２０１の基端（他方の端部）には、通信装置２０４が設けられる。通信装置２０４は、ホルダ本体２０１より太い略円筒形状であって、ケーブル２０３が接続される。通信装置２０４は、ホルダ２００やロボットアーム３００を含むシステムの制御部（図示省略）と無線で接続される。なお、通信装置２０４を有さず、ケーブル２０３が延長されて制御部と有線で接続されてもよい。

【0016】

次に、このようなホルダ２００を把持するホルダ送出装置１００について説明する。なお、ホルダ送出装置１００の説明において、上下左右とは図１（ｂ）の上下左右を示す。また、図１（ｂ）の手前側を前側、奥側を後側とする。図１および図２に示すように、ホルダ送出装置１００は、基礎板１と、固定フレーム２と、可動フレーム３と、２組（４つ）のローラ４を備える。

【0017】

基礎板１は、略正方形の平板からなる。基礎板１は、その厚さ方向が前後方向に一致し、４辺が上下方向または左右方向に平行となる向きである。固定フレーム２と可動フレーム３は、何れも略長方形の平板からなり、基礎板１より左右に長く上下に短い。固定フレーム２と可動フレーム３は、何れもその厚さ方向が前後方向に一致し、４辺が上下方向または左右方向に平行となる向きである。固定フレーム２は、基礎板１の前面の下部に固定されている。可動フレーム３は、基礎板１の前面の上部に、上下動可能に取り付けられている。固定フレーム２と可動フレーム３は、前後方向位置が一致している。可動フレーム３の前面の中央部には、前側に突出する突起部３２が設けられている。そして、基礎板１の上端部には、台座板３３が取り付けられている。台座板３３は、上面視して略長方形の平板からなり、基礎板１より左右幅が狭く、基礎板１の上端の左右方向中央から前側に突出している。台座板３３には、エアシリンダ３４が取り付けられている。エアシリンダ３４は、シリンダ本体３４１と、シリンダ本体３４１に対して進退するロッド３４２を有している。シリンダ本体３４１は、台座板３３の上面に固定されている。ロッド３４２は、台座板３３に形成された孔を通って下向きに突出している。そして、ロッド３４２の先端が突起部３２に接続されている。よって、エアシリンダ３４のロッド３４２を進退させることで、可動フレーム３が上下に動く。

【0018】

ローラ４は、固定フレーム２と可動フレーム３に２つずつ取り付けられており、前後方向軸周りに回転する。固定フレーム２に取り付けられた２つのローラ４を駆動ローラ４ａ、可動フレーム３に取り付けられた２つのローラ４を押圧ローラ４ｂと称する。２つの駆動ローラ４ａは、固定フレーム２の左右の両端部の前面にそれぞれ設けられる。固定フレーム２の後面には、２つの駆動ローラ４ａにそれぞれ対応する位置にモータ４２が設けられている。それぞれのモータ４２の軸と駆動ローラ４ａの回転軸が接続されており、モータ４２によって駆動ローラ４ａが回転駆動可能となっている。２つの押圧ローラ４ｂは、可動フレーム３の左右の両端部の前面にそれぞれ設けられる。押圧ローラ４ｂは、可動フレーム３に対して回転自在である。左側の駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂ同士、右側の駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂ同士は、前後方向位置および左右方向位置が一致する。２つの駆動ローラ４ａ同士の間隔および２つの押圧ローラ４ｂ同士の間隔は、基礎板１の左右長さと略同じである。ローラ４は、外周面に形成された断面Ｖ字状の溝部４１を有する。溝部４１は周方向に延びておりローラ４の外周面を１周している。

【0019】

このように構成されたローラ４において、左側の駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂが、ホルダ２００を挟む１組のローラ４であり、右側の駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂが、ホルダ２００を挟む他の１組のローラ４である。すなわち、このホルダ送出装置１００はホルダ２００を挟む２組のローラ４を備える。押圧ローラ４ｂは、可動フレーム３とともに上下に動くので、上下に位置する駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂの間隔が可変である。図１に示すように、可動フレーム３が最も上側に位置するとき、駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂの間隔は、ホルダ２００のホルダ本体２０１の外径よりも広い。この状態では、ホルダ２００はローラ４に把持されないので、ホルダ２００を解放した解放状態と称する。一方、図２に示すように、可動フレーム３が最も下側に位置するとき、駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂの間隔は、ホルダ２００のホルダ本体２０１の外径よりも狭い。この状態では、ホルダ２００はローラ４に把持される。すなわち、駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂが上下からホルダ本体２０１を挟み込む。この際、２組のローラ４が、ホルダ本体２０１の長手方向（左右方向）に離隔した箇所で、それぞれホルダ本体２０１を挟む。そして、ホルダ本体２０１がローラ４の溝部４１に嵌まるので、把持された状態においてホルダ本体２０１が前後方向に動かない。この状態を、ホルダ２００を把持した把持状態と称する。可動フレーム３を動かすことで、ローラ４の状態を、解放状態と把持状態とに切り替え可能である。

【0020】

ローラ４によりホルダ２００を把持した状態で、モータ４２により駆動ローラ４ａを駆動すると、ホルダ２００がその長手方向（左右方向）に沿って移動する。駆動ローラ４ａを時計回りに回転させれば、ホルダ２００は右へ移動し、駆動ローラ４ａを反時計回りに回転させれば、ホルダ２００は左へ移動する。

【0021】

基礎板１の後面には、着脱装置６のオス部６１が取り付けられている。着脱装置６の詳細は後述する。

【0022】

次に、このホルダ送出装置１００が取り付けられるロボットアーム３００について説明する。このロボットアーム３００は、多関節ロボットアームであり、制御部の制御により回転・伸縮する。

【0023】

図１および図２に示すように、このロボットアーム３００の先端側に、着脱装置６のメス部６２が取り付けられている。着脱装置６は、このメス部６２と、ホルダ送出装置１００に取り付けられたオス部６１から構成される。着脱装置６により、ホルダ送出装置１００がロボットアーム３００に対して着脱自在である。着脱装置６は、オス部６１とメス部６２とを容易に着脱可能、すなわち締結状態と離脱状態とに切り替え可能であって、締結状態において、オス部６１とメス部６２とを物理的かつ電気的に接続する。オス部６１をホルダ送出装置１００以外の各種の装置に取り付けておけば、ホルダ送出装置１００と他の装置とを適宜交換できる。

【0024】

次に、このように構成されたホルダ送出装置１００、ホルダ２００およびロボットアーム３００により、溶融金属の測定や採取を行う場合の手順を説明する。ここでは、図４（ａ）～（ｃ）に示すように、溶解炉４００内の溶融金属Ｍの温度を測定する場合を想定する。溶解炉４００の炉壁４０１に、開口部４０２が形成されており、この開口部４０２からホルダ２００を差し入れる。なお、開口部４０２は、溶融金属Ｍの液面から２ｍの高さに直径３００ｍｍの孔が形成されたものである。開口部４０２の位置が低すぎると、溶融金属Ｍにより閉塞するおそれがあるため、開口部４０２はある程度以上の高さ位置に設けられる。また、溶融金属Ｍの液面と溶解炉４００外の床面の高さが同じであるとする。そして、当初、ホルダ送出装置１００がロボットアーム３００に取り付けられており、ホルダ２００はホルダ送出装置１００に把持されておらず、さらに測温プローブ２０２がホルダ本体２０１に取り付けられていない状態とする。ホルダ本体２０１と測温プローブ２０２は、それぞれ所定の位置に載置されている。ホルダ本体２０１の長さは５ｍとする。

【0025】

まず、ロボットアーム３００を駆動して、ホルダ送出装置１００をホルダ本体２０１の長手方向の中央部に位置させる。ローラ４を解放状態とし、駆動ローラ４ａと押圧ローラ４ｂでホルダ本体２０１を挟み、ローラ４を把持状態として、ホルダ本体２０１を把持する。次に、ロボットアーム３００を駆動して、ホルダ本体２０１の先端に測温プローブ２０２を取り付ける。所定の位置に載置された測温プローブ２０２に対してホルダ本体２０１を挿脱することで、測温プローブ２０２を着脱できる。次に、ロボットアーム３００を駆動して、開口部４０２を通して測温プローブ２０２を溶融金属Ｍに浸漬し、温度を測定する。この際の詳細な動作は後述する。次に、測定が完了したら、測温プローブ２０２を溶融金属Ｍから引き揚げる。そして、所定の位置においてホルダ本体２０１から測温プローブ２０２を取り外す。以上で、温度測定の一通りの手順が完了する。

【0026】

この後、所定時間経過後に、ホルダ本体２０１に再び測温プローブ２０２を取り付けて、溶融金属Ｍの温度を測定してもよい。また、測温プローブ２０２に替えて他の器具を取り付けてもよい。たとえば、酸素濃度を測定するためのプローブを取り付けて溶融金属Ｍの酸素濃度を測定してもよいし、採取器具を取り付けて溶融金属Ｍを採取してもよい。溶融金属Ｍの熱によりホルダ本体２０１が損傷した場合、ホルダ本体２０１を交換してもよい。ホルダ送出装置１００をロボットアーム３００から取り外し、他の装置を取り付けて、ロボットアーム３００を他の用途に用いてもよい。

【0027】

ここで、ロボットアーム３００により溶解炉４００の開口部４０２を通して測温プローブ２０２を溶融金属Ｍに浸漬する際の動作について詳述する。まず、図４（ａ）に示すように、ロボットアーム３００に取り付けられたホルダ送出装置１００が、測温プローブ２０２が取り付けられたホルダ本体２０１を把持した状態とする。このとき、ホルダ送出装置１００はホルダ本体２０１の長手方向の中央部を把持している。次に、図４（ｂ）に示すように、ロボットアーム３００を駆動して、ホルダ本体２０１の先端（測温プローブ２０２が取り付けられた側）を、開口部４０２の前に位置させる。溶融金属Ｍの液面は開口部４０２より下方なので、ホルダ本体２０１の先端が液面の方を向くように、先端に対して基端が上になる姿勢（ホルダ本体２０１の中心軸が図中の一点鎖線と一致する姿勢、以下において導入姿勢とする）とする。開口部４０２とロボットアーム３００との位置関係によっては、ホルダ本体２０１の中央部を把持したままで導入姿勢とすることができない場合もある。その場合、ホルダ送出装置１００の駆動ローラ４ａを駆動して、ホルダ本体２０１をその基端方向に移動させればよい。次に、図４（ｃ）に示すように、ホルダ送出装置１００の駆動ローラ４ａを駆動して、ホルダ本体２０１をその先端方向に移動させる。このとき、ロボットアーム３００は静止している。ホルダ本体２０１の先端に取り付けられた測温プローブ２０２が溶融金属Ｍに浸漬したら、駆動ローラ４ａを停止することで、ホルダ本体２０１も停止する。その状態で溶融金属Ｍの温度を測定し、測定が完了したら、浸漬時とは逆の動作により、測温プローブ２０２を溶融金属Ｍから引き揚げ、ホルダ本体２０１を溶解炉４００の外に取り出す。

【0028】

このように、本発明のホルダ送出装置１００によれば、ローラ４によりホルダ２００のホルダ本体２０１を挟み把持した状態でホルダ本体２０１を進退させられるので、ホルダ本体２０１の長手方向の中間部を把持してロボットアーム３００を動かせば、ホルダ本体２０１の端部を把持する場合と比べて、制限区域は狭くて済む。すなわち、たとえばロボットアーム３００を最大に伸ばした長さを３ｍとし、ホルダ本体２０１の長さを５ｍとして、ホルダ本体２０１の長手方向の中心を把持すれば、制限区域は、ロボットアーム３００の根元を中心として、ロボットアーム３００の長さ３ｍとホルダ本体２０１の１／２の長さ２．５ｍを合わせた長さ５．５ｍを半径とする領域となる。比較例として、従来のようにロボットアームがホルダ本体の端部を把持する場合は、ロボットアームの長さ３ｍとホルダ本体の長さ５ｍを合わせた長さ８ｍを半径とする領域となるので、面積比では半分以下となる。また、図４（ｂ）に示すように、本発明による場合に必要とされるロボットアーム３００の到達高さＨ１は、従来のようにロボットアームがホルダ本体の端部を把持する場合に必要とされるロボットアームの到達高さＨ２と比べて、低くて済む。そして、ホルダ本体２０１がロボットアーム３００に対して移動可能なので、ホルダ本体２０１がロボットアーム３００に固定されている場合と比べて、ロボットアーム３００自体の自由度や可動域が小さくても、ホルダ２００を適切に操作できる。本発明によれば、図４（ｂ）に示すように、高さＨ１においてホルダ本体２０１を保持すれば、後はロボットアーム３００を動かす必要はなく、ホルダ送出装置１００によってホルダ本体２０１を移動させることができるが、従来のようにロボットアームがホルダ本体の端部を把持する場合、単に高さＨ２においてホルダ本体を把持すればよいのではなく、そこからホルダ本体を長手方向に沿って移動させるための自由度や可動域がなければならないので、より大型のロボットアームが必要とされる。すなわち、本発明によれば、より小型のロボットアーム３００により溶融金属Ｍの測定採取が可能であるから、費用が抑えられる。また、２組のローラ４によりホルダ本体２０１を挟むので、より安定してホルダ本体２０１を把持することが可能であって、ホルダ本体２０１を進退させる際の直進性が向上する。また、固定フレーム２と可動フレーム３のうち、固定フレーム２のローラ４にモータ４２を接続して駆動ローラ４ａとしてあるので、モータ４２が可動フレーム３の動作による振動の影響を受けず、安定して動作する。また、ホルダ送出装置１００はロボットアーム３００に対して着脱自在なので、ホルダ送出装置１００と他の装置とを適宜交換して、ロボットアーム３００を種々の目的のために活用できる。

【0029】

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲内で各部の形状・構造を適宜変更できる。たとえば、ホルダ送出装置は、ホルダを挟む少なくとも１組のローラを有するものであればよい。１組のローラと、ホルダが長手方向に移動するように案内するガイド部材を有するものであってもよい。また、少なくとも１つのローラが駆動ローラであればよい。可動フレームのローラが駆動ローラであってもよいし、全てのローラが駆動ローラであってもよい。ホルダ送出装置が取り付けられるロボットアームは、一例を示したものであり、使用場所の環境に応じて適宜選択できる。

【符号の説明】

【0030】

４ ローラ
１００ ホルダ送出装置
２００ ホルダ
２０２ 測温プローブ（測定採取器具）
３００ ロボットアーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図4(c)】