(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-01
(45)【発行日】2024-03-11
(54)【発明の名称】冶金鋳造設備
(51)【国際特許分類】
B25J 15/00 20060101AFI20240304BHJP
【ＦＩ】
B25J15/00 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021535176
(86)(22)【出願日】2019-12-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-22
(86)【国際出願番号】 EP2019085621
(87)【国際公開番号】W WO2020127244
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-11-29
(31)【優先権主張番号】18213318.1
(32)【優先日】2018-12-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】500180226
【氏名又は名称】ベスビウス グループ，ソシエテ アノニム
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100187702
【弁理士】
【氏名又は名称】福地 律生
(74)【代理人】
【識別番号】100162204
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 学
(74)【代理人】
【識別番号】100195213
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 健治
(72)【発明者】
【氏名】ダビード カロシェッリ
(72)【発明者】
【氏名】マリアーノ コッルラ
(72)【発明者】
【氏名】ダミアン デルシーネ
【審査官】神山 貴行
(56)【参考文献】
【文献】特表平０７－５０８２２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２００９０５０２１６（ＤＥ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４５１０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０７－３０８８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５０８０５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット（２０）を備える冶金鋳造設備であって、前記ロボット（２０）が、結合要素（２９）によって前記ロボットのアームに結合されたハンドリングツール（２１）を備え、前記結合要素が、・前記ハンドリングツール（２１）に剛性的に結合されたツールインターフェース（２）と、
・前記ロボットの前記アームに剛性的に結合されたロボットインターフェース（１）と、を備える冶金鋳造設備において
ａ）前記結合要素（２９）のコンプライアンスが、前記ツールインターフェース（２）に負荷を加えると、前記ツールインターフェース（２）を第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上に沿って並進させることによって、および／または第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上を中心に回転させることによって、前記ロボットインターフェース（１）に対して移動させることができるように制御することができることと、
ｂ）前記結合要素（２９）は、前記負荷が解放されると、前記ツールインターフェース（２）が、前記ツールインターフェース（２）と前記ロボットインターフェース（１）とを離隔するリセット距離Ｄｒに対応する、前記ロボットインターフェース（１）に対するリセット位置に戻るという点で弾性的であることと、
ｃ）前記結合要素（２９）が、長手軸Ｚ１に沿って延在する少なくとも１つのアンカーロッド（３）を備え、
ｉ．前記アンカーロッド（３）が、前記ロボットインターフェース（１）および前記ツールインターフェース（２）のうちの一方からなる第１のインターフェースに剛性的に固定された固定端を備え、前記第１のインターフェースが、前記アンカーロッド（３）の前記長手軸Ｚ１を横断する平面（Ｘ２、Ｘ３）を画定し、
ｉｉ．前記アンカーロッド（３）が、前記ロボットインターフェース（１）および前記ツールインターフェース（２）のうちの他方からなる第２のインターフェースの通路（４）に挿入されたアンカー端部分（３１）を備え、前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）が、前記ツールインターフェース（２）を少なくとも前記第１の直交空間軸Ｘ１に沿って前記ロボットインターフェース（１）から離れるようにおよび前記ロボットインターフェース（１）に向かうように移動させるよう、互いに対して自由に並進移動し、
ｉｉｉ．前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）が前記ロボットインターフェース（１）から最大距離Ｄ１まで離れて移動することができる距離を制限するために、前記アンカー端部分（３１）に当接するための、前記アンカー端部分（３１）の直径よりも小さい直径を有する、当接部分（４１）を備え、
ｉｖ．前記結合要素（２９）が、調整可能なコンプライアンスレベルを有するコンプライアンス要素（５）を備え、前記コンプライアンス要素が、前記ロボットインターフェース（１）と前記ツールインターフェース（２）との間に位置し、前記ロボットインターフェース（１）および前記ツールインターフェース（２）のうちの少なくとも１つに結合されていることと、
ｄ）前記結合要素の前記コンプライアンス要素が、変形可能な壁を有する密閉された膨張可能なチャンバ（５）であり、前記密閉された膨張可能なチャンバ（５）が、前記ツールインターフェース（２）と前記ロボットインターフェース（１）との間の距離が前記最大距離Ｄ１に等しい圧力までの可変圧力に膨張することができることと、
を特徴とする、冶金鋳造設備。
【請求項2】
前記コンプライアンス要素（５）が、前記ロボットインターフェース（１）に対する前記ツールインターフェース（２）の前記リセット位置が、前記第１の直交空間軸Ｘ１に沿って調整可能であるように構成されており、前記リセット位置が、前記ロボットインターフェース（１）と前記ツールインターフェース（２）との間の、前記最大距離Ｄ１以下の距離に対応する位置範囲で調整可能である、請求項１に記載の冶金鋳造設備。
【請求項3】
前記結合要素（２９）の前記コンプライアンス要素（５）は、前記リセット位置が、前記ロボットインターフェース（１）と前記ツールインターフェース（２）との間の、前記最大距離Ｄ１よりも短い距離に対応する中間位置で調整されるときに、前記第１の直交空間軸Ｘ１の両方向にコンプライアンスを提供するように構成されている、請求項２に記載の冶金鋳造設備。
【請求項4】
前記密閉された膨張可能なチャンバ（５）が、前記ロボットインターフェース（１）および前記ツールインターフェース（２）に固定されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項5】
前記結合要素が、複数のアンカーロッド（３）を備え、前記アンカーロッドが、前記コンプライアンス要素の周りに分散されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項6】
前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）がＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときに、前記第２のインターフェースの前記通路（４）が、前記第１のインターフェースに固定された前記アンカーロッド（３）に対して前記第２の直交空間軸Ｘ２に沿って自由に並進移動するように構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項7】
前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）がＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときに、前記第２のインターフェースの前記通路（４）が、前記第１のインターフェースに固定された前記アンカーロッド（３）に対して前記第３の直交空間軸Ｘ３に沿って自由に並進移動するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項8】
前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）がＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときに、前記第２のインターフェースの前記通路（４）が、前記第１のインターフェースに固定された前記アンカーロッド（３）に対して前記第１の直交空間軸Ｘ１を中心に自由に回転するように構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項9】
前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）がＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときに、前記第２のインターフェースの前記通路（４）が、前記第１のインターフェースに固定された前記アンカーロッド（３）に対して前記第２の直交空間軸Ｘ２を中心に自由に回転するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項10】
前記アンカーロッド（３）および前記通路（４）は、前記ツールインターフェース（２）がＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときに、前記第２のインターフェースの前記通路（４）が、前記第１のインターフェースに固定された前記アンカーロッド（３）に対して前記第３の直交空間軸Ｘ３を中心に自由に回転するように構成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【請求項11】
前記アンカーロッド（３）の前記長手軸Ｚ１が前記第１の直交空間軸Ｘ１に平行であり、前記通路（４）内の前記少なくとも１つのアンカーロッド（３）の前記アンカー端部分（３１）および前記当接部分（４１）は、前記ツールインターフェース（２）が前記最大距離Ｄ１まで前記第１の直交空間軸Ｘ１に沿って前記ロボットインターフェース（１）に対して並進されるときに、前記アンカーロッド（３）の前記長手軸Ｚ１が前記通路（４）の長手軸Ｚ２と自動的に整列するように、自動調心機構として構成されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の冶金鋳造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冶金鋳造設備に関する。冶金鋳造設備は、ロボットと、結合要素によってロボットのアームに結合されたハンドリングツールとを備える。
【背景技術】
【0002】
先行技術の説明
冶金産業では、ますます多くのタスクがロボットによって実行される。しかしながら、一部のタスクは、現在の冶金ロボットの能力を超えた精度と器用さとを必要とするため、依然として人間のオペレータによって実行される。しかしながら、これは厳しい労働である。高温で強度を必要とする時間的圧力下での重量物のハンドリングは、人間の労働者の健康に有害である可能性がある。さらに、人為的なエラーは、このようなストレスが多い条件下でなされ得る。冶金産業以外の産業では、ロボットのアームをハンドリングツールに結合するコンプライアンス結合要素が使用されている。アームツールの端部の位置がロボットのアームの精度を超えて微調整される必要がある場合、そのようなコンプライアンス結合要素は、ハンドリングツールとロボットによってハンドリングされる要素との間のわずかな相対的な位置ずれまたは芯ずれを補償することができる。
冶金産業では、ますます多くのタスクがロボットによって実行される。しかしながら、一部のタスクは、現在の冶金ロボットの能力を超えた精度と器用さとを必要とするため、依然として人間のオペレータによって実行される。しかしながら、これは厳しい労働である。高温で強度を必要とする時間的圧力下での重量物のハンドリングは、人間の労働者の健康に有害である可能性がある。さらに、人為的なエラーは、このようなストレスが多い条件下でなされ得る。冶金産業以外の産業では、ロボットのアームをハンドリングツールに結合するコンプライアンス結合要素が使用されている。アームツールの端部の位置がロボットのアームの精度を超えて微調整される必要がある場合、そのようなコンプライアンス結合要素は、ハンドリングツールとロボットによってハンドリングされる要素との間のわずかな相対的な位置ずれまたは芯ずれを補償することができる。
【0003】
文献ＵＳ２０１７／００４５１０６は、ワークピースにラベルを適用することなどの用途のために、ツールをロボットに結合するためのコンプライアンス結合要素を開示している。しかしながら、このようなコンプライアンス結合要素は、金属鋳造設備における用途のために使用されるように適合されていない。冶金産業は、実際には、ロボットによってハンドリングされる要素の重い重量および比較的大きいサイズによって、かつまた、金属形成プロセスによって通常必要とされる高い機械的応力および高温に起因するそのような要素の高い変形によって特徴付けられる。本先行技術文献からのコンプライアンス結合要素は、高い負荷を負担し、冶金鋳造施設の要素の大きなサイズと一致するように適合されていない。
【0004】
文献ＵＳ２０１７／００４５１０６では、結合要素は、ロボットアームに取り付けられるベース構成要素またはロボット結合インターフェースと、ベース構成要素に取り付けられるコンプライアンス構成要素またはツール結合インターフェースとを備える。コンプライアンス構成要素は、係合負荷からの機械力に応答して、ベース構成要素に対して、軸方向に、横方向に、回転方向に、および傾斜して、少なくともある程度移動することができる。負荷が係合解除されるとき、コンプライアンス構成要素は、コンプライアンス構成要素がベース構成要素から間隔を空けているが、ベース構成要素と平行である、リセット位置に戻る。
【0005】
結合要素のコンプライアンスは、ベース構成要素を押し付けるピストンによって提供され、空気圧ポートを有するチャンバ内に配置されており、コンプライアンスレベルは、ピストンの後ろのチャンバ内の空気圧を変化させることによって変更することができる。ピストンは、コンプライアンス構成要素をリセット位置の間隔をあけた位置に戻す。コンプライアンス構成要素の対応する円錐面でベース構成要素シートに固定されたショルダーボルトまたはアンカーロッドは、リセット位置の横方向および回転方向の構成要素を画定する。リセット位置では、ショルダーボルトは、空気圧チャンバ内の十分な圧力のおかげで存在する場合、およびばね付勢の下で、ピストンによって円錐面内に着座するように付勢される。ばねは、実際には、コンプライアンス構成要素の円錐面をベース構成要素に固定されたボルトのショルダー部分に押し付けるように、ベース構成要素とコンプライアンス構成要素との間に挿入される。
【0006】
この構成では、コンプライアンス要素に印加される均一な圧縮負荷の下で、結合要素の軸方向のコンプライアンスが、ばねの圧縮および空気圧チャンバ内のピストンの格納位置を同時に必要とするため、ばねおよび空気圧チャンバは、したがって平行に配置される。コンプライアンス要素に印加される不均一な圧縮負荷の下で、異なるばねは、ベース構成要素に対するコンプライアンス構成要素の非平行な位置決めを可能にするように、異なるレベルの圧縮を受けることができる。この配置では、したがって、ばねは、コンプライアンス構成要素を不均一な圧縮負荷下で、そのリセット位置に確実に戻すために不可欠な要素である。しかしながら、このようなばねは、特に冶金施設の過酷な条件下で摩耗しやすい。さらに、ボルトのショルダー部分に対してコンプライアンス構成要素の円錐面を動かすこのようなばねの存在は、引張応力の印加下での結合要素のコンプライアンスの欠如をもたらす。ボルトのショルダー部分は、実際には、コンプライアンス構成要素がベース構成要素から離れて移動するのを防止する。
【0007】
文献ＥＰ２５００１５０は、ロボットが容器から部品を選択するなどの用途のために使用することができる、ロボットのためのアームツールのコンプライアンス端部を開示している。アームのコンプライアンス端部は、ロボット結合インターフェースとツール結合インターフェースとの間に挟まれたコンプライアンスデバイスを備える。一実施形態では、コンプライアンスデバイスは、加圧空気を有するゴムチューブまたは空気袋であり得る。産業繊維またはケーブルなどのテザーは、２つの結合インターフェース間のコンプライアンスデバイスを収容するために使用され得る。テザーを使用して、アームツールのコンプライアンス端部のコンプライアンスレベルを制御することもできる。本先行技術文献による別の実施形態では、コンプライアンスデバイスは、ばねまたは圧縮性材料であってもよい。これにより、アームツールの端部の構造は明らかに簡素化されるが、一方で、これは、コンプライアンスのレベルを動的に変更する可能性を排除する。しかしながら、本先行技術文献に開示されているコンプライアンス結合要素は、高剪断応力に耐えるようには装備されていない。したがって、これらの結合要素は、アームツールの端部が重い重量で様々な要素をハンドリングすることができる必要がある冶金用途に適合していない。
【0008】
文献ＥＰ０６２１０８７は、ロボットを備える鋳造設備を開示し、ロボットは、冶金容器の摺動ゲートを保持し、その置き換えを実行するように適合されている。ロボットは、ハンドリングツールと、ハンドリングツールとロボットの本体との間のインターフェースに対応する結合プレートとを備える。ロボットとハンドリングツールとの間のインターフェースは、剛性のある結合である。したがって、ロボットは、ハンドリングツールとハンドリングされる摺動ゲートとの間の相対的な位置決めミスまたは位置合わせミスの場合に許容差がないため、ハンドリングツールを操作するときに非常に高い精度を必要とする。
【0009】
文献ＤＥ１０／２００９／０５０２１６はまた、ロボットを備える鋳造設備を開示し、ロボットは、冶金容器の摺動ゲートを保持するように適合されている。ロボットとハンドリングツールとの間のインターフェースが剛性のある結合であるので、ハンドリングツールとハンドリングされる摺動ゲートとの間の相対的な位置決めミスまたは位置合わせミスの場合に許容差がないため、またしてもロボットはハンドリングツールを操作するときに非常に高い精度を必要とする。
【発明の概要】
【0010】
ハンドリングツールを有するロボットを備えた冶金設備を提供することが本発明の目的であり、ハンドリングツールの位置をロボットのアームの精度を超えて微調整する必要がある場合、ハンドリングツールとロボットによってハンドリングされる要素との間の軽微な相対的な位置決めミスまたは位置合わせミスのための補償機構が存在する。
【0011】
本発明は、添付の独立請求項で定義される。好ましい実施形態は、従属請求項で定義される。特に、本発明は、ロボットを備える冶金鋳造設備に関するものであり、当該ロボットは、結合要素によってロボットのアームに結合されたハンドリングツールを備え、当該結合要素は、
・ハンドリングツール（２１）に剛性的に結合されたツールインターフェース（２）と、
・ロボットのアームに剛性的に結合されたロボットインターフェース（１）と、を備え、
ａ）結合要素（２９）のコンプライアンスは、ツールインターフェース（２）に負荷（荷重）を加えると、ツールインターフェース（２）を第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上に沿って並進させること、および／または第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上を中心に回転させることによって、ロボットインターフェース（１）に対して移動させることができるように制御することができ、
ｂ）結合要素（２９）は、負荷が解放されると、ツールインターフェース（２）が、ツールインターフェース（２）とロボットインターフェース（１）とを離隔するリセット距離Ｄｒに対応する、ロボットインターフェース（１）に対するリセット位置に戻るという点で弾性的であり、
ｃ）結合要素（２９）は、長手軸Ｚ１に沿って延在する少なくとも１つのアンカーロッド（３）を備え、
ｉ．アンカーロッド（３）は、ロボットインターフェース（１）またはツールインターフェース（２）からなる第１のインターフェースに剛性的に固定された固定端を備え、第１のインターフェースは、ロッドの長手軸Ｚ１を横断する平面（Ｘ２、Ｘ３）を画定し、
ｉｉ．アンカーロッド（３）は、ロボットインターフェース（１）およびツールインターフェース（２）のうちの他方からなる第２のインターフェースの通路（４）に挿入されたアンカー端部分（３１）を備え、アンカーロッド（３）および通路（４）は、ツールインターフェース（２）を少なくとも第１の軸Ｘ１に沿ってロボットインターフェース（１）から離れるように、およびロボットインターフェース（１）に向かうように移動させるよう、互いに対して自由に並進移動し、
ｉｉｉ．通路（４）は、ツールインターフェース（２）がロボットインターフェース（１）から最大距離Ｄ１まで離れて移動することができる距離を制限するために、アンカー端部分（３１）に当接するための、アンカー端部分（３１）の直径よりも小さい直径を有する当接部分（４１）を備え、
ｉｖ．結合要素（２９）は、調整可能なコンプライアンスレベルを有するコンプライアンス要素（５）を備え、当該コンプライアンス要素は、当該ロボットインターフェース（１）と当該ツールインターフェース（２）との間に位置し、当該ロボットインターフェース（１）および当該ツールインターフェース（２）のうちの少なくとも一方に結合され、
ｄ）結合要素のコンプライアンス要素は、変形可能な壁を有する密閉された膨張可能なチャンバ（５）であり、密閉された膨張可能なチャンバ（５）は、当該ツールインターフェース（２）と当該ロボットインターフェース（１）との間の距離が最大距離Ｄ１に等しい圧力までの可変圧力に膨張することができる。
・ハンドリングツール（２１）に剛性的に結合されたツールインターフェース（２）と、
・ロボットのアームに剛性的に結合されたロボットインターフェース（１）と、を備え、
ａ）結合要素（２９）のコンプライアンスは、ツールインターフェース（２）に負荷（荷重）を加えると、ツールインターフェース（２）を第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上に沿って並進させること、および／または第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上を中心に回転させることによって、ロボットインターフェース（１）に対して移動させることができるように制御することができ、
ｂ）結合要素（２９）は、負荷が解放されると、ツールインターフェース（２）が、ツールインターフェース（２）とロボットインターフェース（１）とを離隔するリセット距離Ｄｒに対応する、ロボットインターフェース（１）に対するリセット位置に戻るという点で弾性的であり、
ｃ）結合要素（２９）は、長手軸Ｚ１に沿って延在する少なくとも１つのアンカーロッド（３）を備え、
ｉ．アンカーロッド（３）は、ロボットインターフェース（１）またはツールインターフェース（２）からなる第１のインターフェースに剛性的に固定された固定端を備え、第１のインターフェースは、ロッドの長手軸Ｚ１を横断する平面（Ｘ２、Ｘ３）を画定し、
ｉｉ．アンカーロッド（３）は、ロボットインターフェース（１）およびツールインターフェース（２）のうちの他方からなる第２のインターフェースの通路（４）に挿入されたアンカー端部分（３１）を備え、アンカーロッド（３）および通路（４）は、ツールインターフェース（２）を少なくとも第１の軸Ｘ１に沿ってロボットインターフェース（１）から離れるように、およびロボットインターフェース（１）に向かうように移動させるよう、互いに対して自由に並進移動し、
ｉｉｉ．通路（４）は、ツールインターフェース（２）がロボットインターフェース（１）から最大距離Ｄ１まで離れて移動することができる距離を制限するために、アンカー端部分（３１）に当接するための、アンカー端部分（３１）の直径よりも小さい直径を有する当接部分（４１）を備え、
ｉｖ．結合要素（２９）は、調整可能なコンプライアンスレベルを有するコンプライアンス要素（５）を備え、当該コンプライアンス要素は、当該ロボットインターフェース（１）と当該ツールインターフェース（２）との間に位置し、当該ロボットインターフェース（１）および当該ツールインターフェース（２）のうちの少なくとも一方に結合され、
ｄ）結合要素のコンプライアンス要素は、変形可能な壁を有する密閉された膨張可能なチャンバ（５）であり、密閉された膨張可能なチャンバ（５）は、当該ツールインターフェース（２）と当該ロボットインターフェース（１）との間の距離が最大距離Ｄ１に等しい圧力までの可変圧力に膨張することができる。
【0012】
好ましい実施形態では、コンプライアンス要素は、ロボットインターフェースに対するツールインターフェースのリセット位置が第１の軸Ｘ１に沿って調整可能であるように構成され、リセット位置は、ロボットインターフェースとツールインターフェースとの間の、最大距離Ｄ１以下の距離に対応する位置範囲で調整可能である。
【0013】
好ましい実施形態では、結合要素のコンプライアンス要素は、リセット位置が、ロボットインターフェースとツールインターフェースとの間の、最大距離Ｄ１より短い距離に対応する中間位置で調整されるときに、第１の軸Ｘ１の両方向にコンプライアンスを提供するように構成される。
【0014】
好ましい実施形態では、密閉された膨張可能なチャンバは、当該ロボットインターフェースおよび当該ツールインターフェースに固定される。
【0015】
好ましい実施形態では、結合要素は、複数のアンカーロッドを備え、当該アンカーロッドは、コンプライアンス要素の周囲に分散される。
【0016】
好ましい実施形態では、アンカーロッドおよび通路は、ツールインターフェースがＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるとき、第２のインターフェースの通路が、第１のインターフェースに固定されたアンカーロッドに対して第２の軸Ｘ２に沿って自由に並進移動するように構成される。
【0017】
好ましい実施形態では、アンカーロッドおよび通路は、ツールインターフェースがＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるとき、第２のインターフェースの通路が、第１のインターフェースに固定されたアンカーロッドに対して第３の軸Ｘ３に沿って自由に並進移動するように構成される。
【0018】
好ましい実施形態では、アンカーロッドおよび通路は、ツールインターフェースがＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるとき、第２のインターフェースの通路が、第１のインターフェースに固定されたアンカーロッドに対して第１の軸Ｘ１を中心に自由に回転するように構成される。
【0019】
好ましい実施形態では、アンカーロッドおよび通路は、ツールインターフェースがＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるとき、第２のインターフェースの通路が、第１のインターフェースに固定されたアンカーロッドに対して第２の軸Ｘ２を中心に自由に回転するように構成される。
【0020】
好ましい実施形態では、アンカーロッドおよび通路は、ツールインターフェースがＤ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるとき、第２のインターフェースの通路が、第１のインターフェースに固定されたアンカーロッドに対して第３の軸Ｘ３を中心に自由に回転するように構成される。
【0021】
好ましい実施形態では、アンカーロッドの長手軸Ｚ１は、第１の軸Ｘ１に平行であり、ツールインターフェースが第１の軸Ｘ１に沿ってロボットインターフェースに対して最大距離Ｄ１まで並進されるときに、ロッドの長手軸Ｚ１が通路の長手軸Ｚ２とで自動的に整列するように、当該通路内の当該少なくとも１つのアンカーロッドのアンカー部分および当接部分は、自動調心機構として構成される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
本発明のこれらのおよびさらなる態様は、例として、および添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【図1】本発明による冶金鋳造設備内のロボットによって冶金容器内の摺動ゲートバルブプレートを変更するための様々なステップを示す。
【図2】結合要素およびハンドリングツールの拡大図を用いて、本発明による冶金鋳造設備内のロボットによって摺動ゲートバルブプレートをプレート支持フレームに結合するための様々なステップを示す。
【図3】ツールインターフェースが最大距離Ｄ１よりも小さい距離によって画定された中間リセット位置にあるときの、本発明による冶金設備内のハンドリングツールとロボットのアームとの間の結合要素の例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図１（ａ）は、磨耗部品や修復のためにチェックされる冶金鋳造施設の作業場において、その横に置かれたタンディッシュまたは取鍋などの冶金容器５１を示す。冶金容器は、摩耗した摺動ゲートバルブプレート１０ｔ、１０Ｌを変更し、それらを使用の準備ができた適切な場所に保管された新しい摺動ゲートバルブプレート１ｎと置き換えるために垂直に露出された摺動ゲートバルブを備える。図１（ａ）～（ｄ）に表されるように、本発明による冶金鋳造設備は、摺動ゲートバルブプレートを摺動ゲートバルブに固定するまたは摺動ゲートバルブから取り外すためのロボット２０を備えることができる。ロボット２０は、摺動ゲートバルブプレートを把持および操作するためのハンドリングツール２１を備える。
【0024】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、冶金容器５１が作業場に持ち込まれるとき、それをその側に置いて摺動ゲートバルブを露出させることができる。摺動ゲートバルブは、上部プレート支持フレーム１１ｔに対して底部プレート支持フレーム１１Ｌのヒンジを中心に回転することによってロボットによって開かれる。ロボット２０は、それぞれのプレート支持フレーム１１ｔ、１１Ｌから摺動ゲートバルブプレート１０ｔ、１０Ｌを取り外し、それらを修理または処分のために保管する（図１（ｃ）参照）。図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、ロボットは、使用のために保管された新たな摺動ゲートバルブプレート１ｎを取り出し、それらを対応するプレート支持フレーム１１ｔ、１１Ｌの受容クレードル１２に結合する。底部プレート支持フレーム１１Ｌを閉じて、上部および底部摺動ゲートバルブプレート１０ｔ、１０Ｌの摺動面１ｓを互いに摺動接触させることができる（図１（ａ）参照、ただし新たな摺動ゲートバルブプレート付き）。
【0025】
本発明で使用されるロボット２０は、冶金鋳造設備においてタスクを実行するための、例えば、５～７自由度などの十分な自由度を有し、市場で利用可能な任意のロボットであり得る。冶金容器内の摺動ゲートバルブプレートを変更するための図１（ａ）～（ｄ）に描かれる用途では、ロボット２０は、摺動ゲートバルブプレートを収集し、それを保管位置と摺動ゲートバルブとの間で移動させる動作を実行するために、および摺動ゲートバルブプレートを対応する受容クレードル１２中に位置決めするために構成される。
【0026】
本発明の重要な特徴の１つは、ロボット２０のアームの端部に設けられるハンドリングツール２１である。したがって、ハンドリングツール２１は、冶金鋳造設備の要素との機械的相互作用を生成するためにロボット２０によって使用されるアームツールの端部である。図１（ａ）～（ｄ）に示す用途では、ハンドリングツール２１は、摺動ゲートバルブプレートを把持するための把持クランプを好ましく備え、
・摺動ゲートバルブプレートの新たなユニット１ｎを収集し、対応するプレート支持フレーム１１に結合してロックするために、および／または
・対応するプレート支持フレーム１１から摺動ゲートバルブプレートの使用済みユニット１ｓをロック解除して取り外すために、ならびに
・保管位置とプレート支持フレーム１１との間で摺動ゲートバルブプレートを安全に輸送するために構成される。
・摺動ゲートバルブプレートの新たなユニット１ｎを収集し、対応するプレート支持フレーム１１に結合してロックするために、および／または
・対応するプレート支持フレーム１１から摺動ゲートバルブプレートの使用済みユニット１ｓをロック解除して取り外すために、ならびに
・保管位置とプレート支持フレーム１１との間で摺動ゲートバルブプレートを安全に輸送するために構成される。
【0027】
図１（ａ）～（ｄ）に描かれた構成の例に加えて、本発明のロボット２０およびハンドリングツール２１は、冶金鋳造設備において任意の他の有用なタスクを実行するために構成され得る。本発明によるロボット２０およびハンドリングツール２１が使用され得る他の用途の例としては、連続鋳造プラットフォームおよび／または取鍋修繕エリア内の酸素切断、バルブゲートの油圧または空気圧シリンダの設置または除去、例えば、コレクタノズル、上部ノズル、パージプラグなどの耐火性要素の設置、調節デバイスの任意の機械的部分の設置または除去、プローブ、サンプリングユニット、レベル、厚さ、または温度測定ユニットなどのような監視デバイスのハンドリングなどが挙げられる。
【0028】
各新たな冶金容器５１またはロボット２０によってハンドリングされる冶金設備内の任意の他の要素は、必ずしも全く同じ位置に配置されないため、各新たな冶金容器５１と全く同じ動きを繰り返すようにロボットを構成することは実用的ではない。したがって、ロボットには、要素、赤外線（例えば、ライダー）、レーダーなどの認識を有する光学カメラシステムなどの電磁波認識システムが提供されることが好ましい。これらのシステムは、ロボットによって実行される動作に必要な精度を有さない場合があり、光学認識システムの場合では、煙および蒸気は、可視性および動きの精度を妨げる可能性がある。
【0029】
したがって、図２に例示される実施形態では、ハンドリングツール２１は、誘導ピン２３を備えてもよい。このような誘導ピン２３は、摺動ゲートバルブプレート１ｎが把持されるときに、摺動面１ｓを含む平面を超えて突出する。プレート支持フレーム１１は、誘導ピンを受容し、受容クレードル１２と位置合わせして摺動ゲートバルブプレートを誘導するための漏斗形状の空洞１３を備える。図２に示されるように、誘導ピンは、プレート支持フレーム１１に対して摺動ゲートバルブプレートを保持するハンドリングツール２１の再位置合わせを可能にする。しかしながら、これは、ロボット２０のアームとハンドリングツール２１との間の「手首」が柔軟である場合にのみ可能になる。
【0030】
ロボット２０のアームとハンドリングツール２１との間の結合のそのような柔軟性またはコンプライアンスは、冶金鋳造設備内の多くのロボット化用途において非常に好ましいことが分かった。また、多くの冶金用途において、調整可能なコンプライアンスレベルを有する結合要素を提供することが重要であることも観察された。これは、ロボットの特定の操作中、典型的には、ロボット２０のハンドリングツール２１が冶金施設からの要素に結合される必要があるときに、比較的より高いコンプライアンスレベルが必要になるためである。一方で、ロボットによる要素の１つの場所から別の場所への安全な輸送などの他の操作は、ロボットのアームとアームツールの端部との間の比較的剛性である結合を必要とする。
【0031】
この目的のために、本発明の別の本質的な特徴は、ロボット２０のアームをハンドリングツール２１に結合する結合要素２９である。結合要素２９は、ハンドリングツール２１に剛性的に結合されたツールインターフェース２と、ロボット２０のアームに剛性的に結合されたロボットインターフェース１とを備える。結合要素２９のコンプライアンスは、ツールインターフェース２に負荷を加えると、ツールインターフェース２が、第１、第２、および第３の直交空間軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３のうちの１つ以上に沿って並進することによって、かつ／またはそれを中心に回転することによって、ロボットインターフェース１に対して移動することができるように制御することができる。
【0032】
結合要素２９はまた、負荷が解放されると、ツールインターフェース２が、ツールインターフェース２とロボットインターフェース１とを離隔するリセット距離Ｄｒに対応するリセット位置にロボットインターフェース１に対して戻るという点で弾性的である。負荷を解放すると、ツールインターフェース２は、したがって、負荷を加える前と同じロボットインターフェース１に対する位置に戻る。距離Ｄｒは、このリセット位置におけるツールインターフェース２とロボットインターフェース１との間の間隔を特徴付ける距離であり、いくつかの基準点のうちの２点間の距離に対応し、一方の基準点はロボットインターフェース１上で取得され、他方はツールインターフェース２上で取得される。２つの基準点は、それらが空間軸Ｘ１に平行な同じ軸に属するように選択されなければならず、ロボットインターフェース１とツールインターフェース２から成る２つのインターフェースのうちの１つは、平面（Ｘ２、Ｘ３）を画定する。
【0033】
図３～図５の実施形態では、結合要素２９は、ロボットインターフェース１に剛性的に固定されたアンカーロッド３を備える。ロボットインターフェース１は、平面（Ｘ２、Ｘ３）を画定し、アンカーロッド３は、この平面（Ｘ２、Ｘ３）に対して好ましくは垂直に横断する長手軸Ｚ１を有する。アンカーロッド３は、ツールインターフェース２の通路４に挿入されたアンカー端部分３１を備える。図３に表されるように、アンカーロッド３および通路３は、ツールインターフェース２を第１の軸Ｘ１に沿ってロボットインターフェース１から離れるように、およびロボットインターフェース１に向かうように移動させるよう、互いに対して自由に並進移動する。通路４は、図４に表されるように、ツールインターフェース２がロボットインターフェース１から最大距離Ｄ１まで離れて移動することができる距離を制限するために、アンカー端部分３１に当接するための、アンカー端部分３１の直径よりも小さい直径を有する、当接部分４１を備える。
【0034】
別の実施形態では、ロボットインターフェース１およびツールインターフェース２は、逆構成で配置される。そのような逆構成では、アンカーロッド３は、ツールインターフェース２に剛性的に固定され、アンカー端部分３１は、ロボットインターフェース１の通路４に挿入される。図３～図５の実施形態および逆構成の両方とも、通路４に挿入されたアンカーロッド３は、冶金用途に特に好ましいことが分かった。通路４に挿入されるこのようなアンカーロッド３は、実際には、ロボットインターフェース１に対するツールインターフェース２の軸Ｘ２およびＸ３を中心としたコンプライアンスな回転の振幅を制限する。さらに、結合要素が剛性になるようにコンプライアンスが調整されると、このようなアンカーロッド３は、結合要素２９の曲げ剛性をさらに増加させる。したがって、アンカーロッド３および通路４を伴うこの機械的構成は、そのコンプライアンスが低レベルおよび高レベルで調整されるときの両方において、高負荷が通常結合要素２９に印加される冶金用途に非常に好ましい。図２～図５の実施形態では、コンプライアンス要素２９は、コンプライアンスコンプライアンス要素の周囲に分散した複数のアンカーロッド３を備える。代替の実施形態では、単一のアンカーロッド３を提供することができ、コンプライアンス要素は、単一のアンカーロッド３の周囲にまたは隣接して位置することができる。
【0035】
結合要素２９は、調整可能なコンプライアンスレベルを有するコンプライアンス要素を備える。コンプライアンス要素は、ロボットインターフェース１とツールインターフェース２との間に位置し、これらの２つのインターフェースのうちの少なくとも一方に結合される。コンプライアンス要素は、少なくとも一部のレベルのコンプライアンスのために、ロボットインターフェース１およびツールインターフェース２の両方と接触することができるように構成されなければならない。この構成では、ツールインターフェース２に印加される十分な圧縮負荷は、コンプライアンス要素の変形を生成し、それにより、ロボットインターフェース１に対するツールインターフェース２の相対運動を可能にする。負荷が解放されると、コンプライアンス要素は、ツールインターフェース２がロボットインターフェース１に対してそのリセット位置に戻るように、その初期構成に戻る。コンプライアンス要素は、好ましくは、コンプライアンスレベルを調節するように、変形可能なチャンバ内の圧力を変化させるために、空気圧または油圧システムに接続された変形可能なチャンバを備える。変形可能なチャンバは、膨張可能なチャンバなどの単一の変形可能な壁で作られたチャンバ、または一方の壁が他方に摺動可能に取り付けられた平行六面体の空気圧または油圧チャンバなどの、一方の壁が他方に対して並進移動することができる複数の剛性壁を有するチャンバであることができる。コンプライアンス要素はまた、ロボットインターフェース１とツールインターフェース２との間に位置するばねなどの他の要素を備えてもよい。この構成では、コンプライアンス要素はまた、好ましくは、ばねによって提供されるコンプライアンスレベルを調整することができるように、ばね、およびツールインターフェース２とロボットインターフェース１との間の対応する距離を延伸または圧縮するための機械的手段を備える。
【0036】
図３～図５の実施形態では、コンプライアンス要素は、変形可能な壁を有する密閉された膨張可能なチャンバ５である。密閉された膨張可能なチャンバ５は、空気圧システムによって好ましくは、少なくともツールインターフェース２とロボットインターフェース１との間の距離が最大距離Ｄ１に等しい圧力まで、可変圧力に膨張可能であるように構成される。したがって、結合要素２９のコンプライアンスレベルは、膨張可能なチャンバ５内の圧力を変化させることによって変更される。圧力が低いほど、コンプライアンスが高くなる。密閉された膨張可能なチャンバ５内の圧力は、密閉された膨張可能なチャンバ５に動作可能に接続された空気圧または油圧システムによって提供され得る。密閉された膨張可能なチャンバ５は、ロボットインターフェース１およびツールインターフェース２のうちの少なくとも一方に好ましく固定され、好ましくは、それらの両方に固定される。密閉された膨張可能なチャンバ５は、コンプライアンス要素の単純であるが効率的かつ費用対効果の高い機械的実装である。以上、このような膨張可能なチャンバ５のメンテナンス操作は単純である。さらに、それは、広範囲の圧力に膨張することができるため、結合要素２９に対して広範囲のコンプライアンス値を提供する。好ましい実施形態では、密閉されたチャンバ５は、高圧、低圧、およびゼロ圧力の３つの圧力レベルモードで操作されることができる。一方、前述したように、アンカーロッド３の存在は、冶金用途で典型的に観察される高負荷を負担するために好ましい。
【0037】
ロボット２０とハンドリングツール２１との間の剛性結合が必要とされるとき、膨張可能チャンバ５内の圧力は、ツールインターフェース２とロボットインターフェース１との間の距離が最大距離Ｄ１に相当する圧力まで上昇する。この構成では、ロボット２０とハンドリングツール２１との間の結合は、ツールインターフェース２とロボットインターフェース１との間の距離Ｄｒが既に最大可能距離Ｄ１にあるため、引っ張り時に完全に剛性である。圧縮では、コンプライアンスのレベルに反比例する剛性のレベルは、膨張可能なチャンバ５に印加される圧力に直接依存する。図２の実施形態では、図２（ｃ）に表されるように、結合要素２９のコンプライアンスは、誘導ピン２３が対応する漏斗形状の空洞１３に接触するときにコンプライアンスな結合を提供するように調整される。誘導ペン２３と漏斗形状の空洞１３との間の接触の前および後に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に描かれるように、結合要素２９のコンプライアンスが剛性結合を提供するように好ましく調整される。
【0038】
図２（ｃ）に表されるように、密閉された膨張可能なチャンバ５の変形は、ツールインターフェース２がロボットインターフェース１と非平行になるようにすることができる。変形可能な壁を有する密閉された膨張可能なチャンバ５のこの特性は、結合要素２９が非対称負荷下で適応する必要があるときに好ましい。ツールとロボットインターフェースとのこの非平行性を達成するためには、アンカー端部分３１に、軸Ｘ２およびＸ３のうちの少なくとも１つに沿って通路４に対して移動することができるような形状と寸法とを提供することも必要である。図３～図５の実施形態では、リセット位置がＤ１よりも小さい距離によって画定されると、アンカー端部分３１の外面と通路４の内面との間に軸Ｘ２およびＸ３に沿った隙間がある。したがって、通路４の内面がアンカー端部分３１の外面に接触するまで、通路４を軸Ｘ２およびＸ３に沿ってアンカーロッド３に対して移動させることができる。アンカー端部分３１の外面と、軸Ｘ２およびＸ３に沿った通路４の内面との間の隙間はまた、軸Ｘ１、Ｘ２およびＸ３を中心としたアンカーロッド３に対する通路４のある振幅への回転を可能にする。軸Ｘ２およびＸ３を中心とした回転は、軸Ｘ１を中心とした回転がねじりのコンプライアンスのために要求される間、結合要素２９が屈曲にコンプライアンスである必要があるときに要求される。
【0039】
密閉された膨張可能なチャンバ５において圧力が変化すると、その体積は、そのコンプライアンスのレベルとともに変更する。密閉された膨張可能なチャンバ５のこの特性は、通路４内のアンカーロッド３で作られた機械的構成と組み合わせて好ましい。密閉された膨張可能なチャンバ５の体積を変更することによって、結合要素２９は、実際には、図３および図４に表されるように、ロボットインターフェース１とツールインターフェース２との間のリセット距離Ｄｒが最大距離Ｄ１よりも短い構成で設定され得る。この構成は、ロボットインターフェース１に対するツールインターフェース２のこのリセット位置から始まり、ツールインターフェース２を軸Ｘ１の両方向に移動させることができるため、好ましい。したがって、そのような構成は、結合要素２９の引っ張り時および圧縮時の両方においてコンプライアンスを提供する。代替的に、既に前述したように、結合要素２９は、図５に表されるように、ロボットインターフェース１とツールインターフェース２との間のリセット距離Ｄｒが最大距離Ｄ１に等しい構成で設定され得る。この構成では、結合要素２９によって提供される結合は、引っ張り時に完全に剛性があり、一方、圧縮時には剛性は、膨張可能なチャンバ５内の圧力に直接依存する。膨張可能なチャンバ５内に十分な圧力があると、したがって、結合要素２９は、引っ張り時および圧縮時の両方において剛性になり得る。ツールインターフェース２の調整可能なリセット位置および軸Ｘ１の両方向における潜在的なコンプライアンスのこの特性は、密閉された膨張可能なチャンバ５の存在の結果である。しかしながら、代替の実施形態では、そのような特性は、密閉された膨張可能なチャンバ５が、ロボットインターフェース１およびツールインターフェース２の両方に結合され、一部は引っ張り時に作動し、それ以外はリセット位置で圧縮時に作動する、複数のばねに置き換えられるときに、依然として得ることができる。次いで、結合要素２９のリセット距離およびコンプライアンスレベルを変更するために、バネを圧縮または延伸し、ロボットインターフェース１およびツールインターフェース２のうちの少なくとも一方からバネを結合または離隔するための機械的手段が好ましく提供される。
【0040】
図３～図５の実施形態では、アンカー端部分３１は円錐形状を有し、通路４の当接部分４１は対応する円錐面を有する。この構成では、アンカー部分３１および当接部分４１は、自動調心機構として構成される。ツールインターフェース２が第１の軸Ｘ１に沿ってロボットインターフェース１に対して最大距離Ｄ１まで並進されるとき、ロッド３の長手軸Ｚ１は、実際には、通路４の長手軸Ｚ２上で自動的に位置合わせされる。この自動調心機構は、結合要素２９のコンプライアンスが低レベルで調整されるとき、ロボットインターフェース１に対するツールインターフェース２の適切な位置合わせを可能にする。ハンドリングツール２１とロボット２０との間の剛性結合の場合、実際には、ツールインターフェース２が、ロボットによって所定のおよび既知のロボットインターフェース１に対して自動的に特定の位置に配置されることを確実にすることが好ましい。
【0041】
参照符のリスト
１．ロボットインターフェース
２．ツールインターフェース
３．アンカーロッド
４．通路
５．コンプライアンス要素：密閉された膨張可能なチャンバ
１０．摺動ゲートバルブプレート：
１０ｔ．摺動ゲート上部プレート
１０Ｌ．摺動ゲート底部プレート
１０ｎ．新たな摺動ゲートバルブプレート
１０ｓ．上部および底部摺動ゲートバルブプレートの摺動面
１１．プレート支持フレーム：
１１Ｌ．底部プレート支持フレーム
１１ｔ．上部プレート支持フレーム
１２．クレードル
１３．漏斗形状の空洞
２０．ロボット
２１．ハンドリングツール
２３．誘導ピン
２９．結合要素
３１．アンカー端部分
４１．当接部分
５１．冶金容器
１．ロボットインターフェース
２．ツールインターフェース
３．アンカーロッド
４．通路
５．コンプライアンス要素：密閉された膨張可能なチャンバ
１０．摺動ゲートバルブプレート：
１０ｔ．摺動ゲート上部プレート
１０Ｌ．摺動ゲート底部プレート
１０ｎ．新たな摺動ゲートバルブプレート
１０ｓ．上部および底部摺動ゲートバルブプレートの摺動面
１１．プレート支持フレーム：
１１Ｌ．底部プレート支持フレーム
１１ｔ．上部プレート支持フレーム
１２．クレードル
１３．漏斗形状の空洞
２０．ロボット
２１．ハンドリングツール
２３．誘導ピン
２９．結合要素
３１．アンカー端部分
４１．当接部分
５１．冶金容器
【図1(a)】
【図1(b)】
【図1(c)】
【図1(d)】
【図2(a)】
【図2(b)】
【図2(c)】
【図2(d)】
【図3】
【図4】
【図5】