JP2017222013A

JP2017222013A - ツール交換構造

Info

Publication number: JP2017222013A
Application number: JP2016120487A
Authority: JP
Inventors: 成幸金森; Nariyuki Kanamori; 智樹北園; Tomoki Kitazono
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: JP6663566B2

Abstract

【課題】ツールの交換に掛かる時間をより短くすることが可能なツール交換構造を提供する。【解決手段】アーム側構成部材３０とツール側構成部材４０と、を備えるツールチェンジャー２０と、ツール側構成部材４０及びツール１３が保管される保管台５０と、を備え、保管台５０は、水平方向に変位可能なステージ５２と、を備え、ステージ５２には取付孔４７に対して下方から挿入可能な位置決めピン５３が設けられ、ツールチェンジャー２０は、ツール側構成部材４０に設けられた凹部４３に対して、アーム側構成部材３０に設けられた突部３４が下方から嵌合される構成とされ、突部３４には、凹部４３に対する突部３４の嵌合を案内する先端部３４Ａが設けられ、位置決めピン５３には、取付孔４７に対する位置決めピン５３の挿入を案内する先端部５３Ａが設けられていることに特徴を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ツール交換構造に関する。

従来、ツールが取り付けられた産業用ロボットとして、例えば、下記特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１においては、産業用ロボットのアームの先端にトーチ（ツール）が装着されており、トーチを交換可能な構成としたものが記載されている。

特開２００６−１５０５４４号公報

ところで、ロボットアームに取り付けられたツールを交換する際には、まず、ロボットアームの先端部に取り付けられたツールを所定の置場まで移動させた後、ロボットアームから取り外す。そして、他のツールまでロボットアームの先端部を移動させた後、他のツールをロボットアームに取り付ける。このため、ツールの交換作業を行う際には、アームの先端部の位置決めを確実に行う必要がある。ここで、アームの先端部の位置決め精度を高くするためには、アームの先端部の移動速度を低くする必要がある。しかしながら、アームの先端部の移動速度を低くすると、ツールの交換に時間が掛かる時間が長くなるという問題点がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ツールの交換に掛かる時間をより短くすることが可能なツール交換構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ツールと、ロボットアームの先端部に取り付けられるアーム側構成部材と、前記ツールが取り付けられると共に前記アーム側構成部材に対して着脱可能に取り付けられるツール側構成部材と、を備えるツールチェンジャーと、前記アーム側構成部材から取り外された前記ツール側構成部材及び前記ツールが保管される保管台と、を備え、前記保管台は、基台と、前記基台上に載置されると共に前記基台に対して水平方向に変位可能なステージと、を備え、前記ステージ及び前記ツール側構成部材のうち、いずれか一方の部材には取付孔が設けられ、他方には前記取付孔に対して下方又は上方から挿入可能な位置決めピンが設けられ、前記ツールチェンジャーは、前記アーム側構成部材及び前記ツール側構成部材のうち、いずれか一方に設けられた凹部に対して、他方に設けられた突部が下方又は上方から嵌合する構成とされ、前記突部及び前記凹部のうち、少なくともいずれか一方には、前記凹部に対する前記突部の嵌合を案内する第１ガイド部が設けられ、前記位置決めピン及び前記取付孔のうち、少なくともいずれか一方には、前記取付孔に対する前記位置決めピンの挿入を案内する第２ガイド部が設けられ、さらに、前記取付孔は、前記一方の部材に対して傾動可能に取り付けられた筒状部材によって構成されていることに特徴を有する。

上記構成によれば、凹部に対して突部を嵌合させる際（ロボットアームの先端部に対してツールを取り付ける際）には、第１ガイド部によって凹部に対して突部が案内される。また、取付孔に対して位置決めピンを挿入する際（ロボットアームからツール側構成部材を取り外し、ステージに載置する際）には、第２ガイド部によって取付孔に対して位置決めピンが案内される。そして、ステージは水平方向について変位可能な構成となっている。このため、凹部に対する突部の水平方向における位置合わせ、及び取付孔に対する位置決めピンの水平方向における位置合わせをそれぞれ行うことができる。

以上のことから、上記構成ではロボットアームに対してツールを着脱する際（ツール交換時）に、ロボットアームの先端部の位置決め精度をより低くすることが可能となる。これにより、ツール交換時におけるロボットアームの先端部の移動速度をより速くすることができ、ツール交換に掛かる時間を短くすることができる。さらに、取付孔は、一方の部材に対して傾動可能に取り付けられた筒状部材によって構成されている。これにより、取付孔に対して位置決めピンを挿入する際には、筒状部材が傾動することで、取付孔の貫通方向と位置決めピンの軸方向とを容易に一致させることができ、挿入作業をより速やかに行うことができる。このため、ツール交換に掛かる時間をより短くすることができる。

また、前記取付孔は、前記ツール側構成部材に設けられ、前記位置決めピンは、前記ステージから上方に向かって突出されているものとすることができる。このような構成とすれば、ツール側構成部材を位置決めピンに対して上方から接近させることで、位置決めピンを取付孔に挿入することができる。仮に、位置決めピンをツール側構成部材に設けた場合には、ロボットアームの駆動時にツールと位置決めピンが同時に動くこととなり、位置決めピンと他部材の干渉に留意してロボットアームを駆動させる必要が生じる。上記構成では、位置決めピンをステージに設けることでこのような事態を防止することができる。

本発明によれば、ツールの交換にかかる時間をより短くすることが可能なツール交換構造を提供することができる。

ツール交換構造を示す図図１のツール交換構造を上方から視た図ツールチェンジャーを示す断面図凹部に突部を嵌合させる過程を示す断面図保管台にツール側構成部材が載置されている状態を示す断面図図６において位置決めピン付近を拡大した断面図取付孔に対して位置決めピンが水平方向に位置ずれしている状態を示す断面図平板部が水平方向に対して傾いている場合の取付孔に対する位置決めピンの挿入過程を示す断面図

本発明の一実施形態を図１から図８によって説明する。本実施形態では、図１に示すように、車両用ドアトリムを構成するトリムボード１０（乗物用内装材）に対して作業を行うロボットアーム１１を例示し、このロボットアーム１１に係るツール交換構造１２について説明する。ツール交換構造１２は、図１及び図２に示すように、ロボットアーム１１の先端部に取り付けられるツールチェンジャー２０と、ツールチェンジャー２０を介してロボットアーム１１の先端部に取り付けられるツール１３、１４と、ツール１３，１４が保管される保管台５０と、を備える。

また、ロボットアーム１１には制御装置１６が接続されている。制御装置１６は、ＣＰＵや記憶部などを備え、記憶部に記憶されたプログラムに基づいてロボットアーム１１の動作を制御するものとされる。なお、ロボットアーム１１の動作に係るプログラムは、例えば、ティーチングによって予め設定された目標経路に基づいて生成される。

ツールチェンジャー２０は、ロボットアーム１１の先端部に取り付けられるアーム側構成部材３０と、アーム側構成部材３０に対して着脱可能に取り付けられるツール側構成部材４０と、を備える。ツール側構成部材４０には、ツール１３が固定されている。ツール側構成部材４０は、使用するツール１３，１４毎に設けられている。本実施形態では、２つのツール側構成部材４０，４０を備え、各ツール側構成部材４０，４０にそれぞれ異なる種類のツール１３，１４が取り付けられているものを例示する。

ツール１３，１４としては、例えば、支持台１５に載置されたトリムボード１０の裏面に対して部品を締結するための締結装置を例示することができ、具体的には、ビス止めを行うためのドライバー、カシメ加工（超音波カシメや熱カシメ）を行うためのカシメ機、ウェザーストリップ（図示せず）の取付爪を折り曲げてトリムボード１０に固定する押圧部材などを例示することができる。

保管台５０は、アーム側構成部材３０から取り外されたツール側構成部材４０及びツール１３，１４が保管（保持）されるもので、基台５１と、基台５１上に載置されるステージ５２と、ステージ５２に設けられた一対の位置決めピン５３，５３と、を備える。ステージ５２は、ツール１３，１４の各々に対応して設けられている。

ステージ５２は、平面視において、ロボットアーム１１側に開口された開口部５２Ａを有する略Ｕ字状をなしている。また、基台５１には、開口部５２Ａと重なる形で開口部５１Ａが形成されている。ツール１３（又はツール１４）は、開口部５１Ａ及び開口部５２Ａに対して上方から差し込まれている。

また、ステージ５２は、基台５１に対して水平方向に変位可能に取り付けられている。具体的には、ステージ５２は、その周囲に配されたガイド部５５に囲まれた範囲内で基台５１上を変位可能な構成となっている。そして、ステージ５２の周端部は、基台５１に対して複数のバネ５４によって連結されている。これにより、ステージ５２が基台５１上を水平方向に変位した場合において、バネ５４の弾性復帰によって、正規の位置に復帰する構成となっている。

次に、ツールチェンジャー２０の構成について説明する。ツールチェンジャー２０のうち、アーム側構成部材３０は、図１及び図３に示すように、マスタープレート３１と、マスタープレート３１とロボットアーム１１の先端部とを連結するブラケット３２と、を備えている。ツール側構成部材４０は、ツールプレート４１と、ツール１３とを連結するブラケット４２と、を備えている。

マスタープレート３１（ロボットアーム側プレート）は、図３に示すように、Ｌ字状をなすブラケット３２の一端部における上面に設けられている。マスタープレート３１は、図３に示すように、円板状をなす本体部３３と、本体部３３の上面から突出する略円錐状の突部３４と、を備えている。

ツールプレート４１は、ブラケット４２において水平方向に沿う平板部４６の下面に設けられている。ツールプレート４１は、円板状をなし、突部３４が下方から嵌合される凹部４３を有している。突部３４が凹部４３に嵌合されることで、アーム側構成部材３０とツール側構成部材４０が互いに結合される構成となっている。なお、突部３４及び凹部４３は、図示しないロック機構を備えており、突部３４が凹部４３から抜け止めされる構成となっている。このようなロック機構としては、突部３４の側面に対して進退可能に設けられたボール（図示せず）を凹部４３の内面に係止させる構成（いわゆるボールロック式）のロック機構や、カムを用いたロック機構などを例示することができる。

突部３４の先端部３４Ａは、上方に向かうにつれて径が小さくなるテーパ状をなしている。これにより、先端部３４Ａは、凹部４３に対する突部３４の嵌合を案内するガイド部（第１ガイド部）とされる。なお、凹部４３の開口縁をテーパ状とすることで、凹部４３に対する突部３４の嵌合を案内するガイド部としてもよい。また、マスタープレート３１及びツールプレート４１には、例えば、互いに接続される一対の端子部３５，４５が設けられている。このような端子部３５，４５は、凹部４３に対する突部３４の嵌合と同時に接続される構成となっており、端子部３５，４５が接続されることで、例えば、ロボットアーム１１とツール１３とが電気的に接続される構成となっている。なお、一対の端子部３５，４５は、電気的な接続を行うものに限定されない。例えば、ツール１３の動力源が空気圧である場合には、一対の端子部３５，４５は、ロボットアーム１１側からツール１３に対して動力を供給するエア配管を構成するものであってもよい。

平板部４６には、図５及び図６に示すように、筒状部材４８によって構成される取付孔４７が、上下方向に貫通形成されている。取付孔４７は円形状をなし、位置決めピン５３が下方から挿入可能な構成となっている。取付孔４７は、一対の位置決めピン５３，５３の各々に対応してそれぞれ設けられている。

位置決めピン５３は、図５に示すように、ステージ５２の上面から上方に向かって突出された円柱状をなしている。位置決めピン５３の先端部５３Ａは、上方に向かうにつれて径が小さくなるテーパ状をなしている。これにより、先端部５３Ａは、取付孔４７に対する位置決めピン５３の挿入を案内するガイド部（第２ガイド部）とされる。なお、取付孔４７の下側の孔縁部４７Ａは、下方に向かうにつれて孔径が大きくなるテーパ状をなしている。このため孔縁部４７Ａも取付孔４７に対する位置決めピン５３の挿入を案内するガイド部となっている。

筒状部材４８は、図６に示すように、軸方向（図６の上下方向）における一部４８Ａが全周において他の部分よりも膨出された略円筒状をなしている。平板部４６には、上下に開口された収容部４６Ａが設けられ、筒状部材４８は、収容部４６Ａに収容されている。筒状部材４８は、軸方向における一部４８Ａ（膨出部）において、収容部４６Ａの内面と当接し、それ以外の部分では、収容部４６Ａの内面との間に隙間が生じる構成となっている。

このため、筒状部材４８は、収容部４６Ａ内において収容部４６Ａの内面との当接箇所を中心として傾動可能な構成となっている。つまり、筒状部材４８は、平板部４６に対して傾動可能に取り付けられている。また、筒状部材４８の上面（及び下面）と、収容部４６Ａの内面との間には、弾性を有するウェーブワッシャ４９が介在されている。筒状部材４８が傾動した場合には、ウェーブワッシャ４９の弾性復帰によって、筒状部材４８が正規の姿勢（取付孔４７の貫通方向が平板部４６の厚さ方向（上下方向）と一致する姿勢）に復帰する構成となっている。

このような構成により、筒状部材４８によって構成される取付孔４７は、自然状態では、その貫通方向が、平板部４６の板厚方向（上下方向）と一致した状態であり、位置決めピン５３の挿入時には、その貫通方向が、位置決めピン５３の軸方向に追従するように傾動可能な構成となっている。

次に本実施形態の作用及び効果について説明する。以下の説明では、ロボットアーム１１に取り付けられているツール１３を保管台５０に保管されているツール１４に交換する場合を例示する。まず、制御装置１６は、ロボットアーム１１を動作させ、ツール１３が取り付けられたツール側構成部材４０を保管台５０まで移動させる。一対の位置決めピン５３，５３の上方にツール側構成部材４０を移動させた後、ツール側構成部材４０を下降させることで、ツール側構成部材４０の取付孔４７，４７に一対の位置決めピン５３，５３を挿入する（図１の二点鎖線参照）。

この時、仮に、図７に示すように、取付孔４７と位置決めピン５３とが水平方向において位置ずれしている場合には、位置決めピン５３の先端部５３Ａ（テーパ部）が平板部４６の下面に当接する。これ以降、ツール側構成部材４０を下降させると、先端部５３Ａと平板部４６とが摺動し、ステージ５２が水平方向に移動する結果、位置決めピン５３と取付孔４７とが水平方向について一致する。これにより、位置決めピン５３を取付孔４７に対して挿入することができる。

また、図８に示すように、平板部４６が水平方向に対して傾いている場合（水平方向に沿う状態の平板部４６を一点鎖線で示す）においては、ツール側構成部材４０を下降させることで、取付孔４７の内面に位置決めピン５３が当接する結果、筒状部材４８が平板部４６に対して傾動（揺動）し、取付孔４７の貫通方向と位置決めピン５３の軸方向が一致する状態となる。この結果、平板部４６が傾いた状態であっても位置決めピン５３を取付孔４７に対して挿入することができる。

そして、位置決めピン５３を取付孔４７に挿入すると共にツール側構成部材４０をステージ５２上に載置した後、ツールチェンジャー２０のロック機構を解除し、マスタープレート３１からツールプレート４１を取り外す。これにより、ツール１３が取り付けられたツール側構成部材４０をロボットアーム１１から取り外すことができる。

続いて、制御装置１６は、ロボットアーム１１を動作させ、アーム側構成部材３０をツール１４が取り付けられたツール側構成部材４０の下方に移動させる。その後、ツール側構成部材４０を上昇させることで、ツールプレート４１の凹部４３にマスタープレート３１の突部３４を下方から嵌合させる。

この時、仮に、図４に示すように、凹部４３と突部３４とが水平方向において位置ずれしている場合には、突部３４の先端部３４Ａ（テーパ部）が凹部４３の開口縁に当接する。これ以降、ツール側構成部材４０を上昇させると、先端部３４Ａと凹部４３の開口縁とが摺動し、ステージ５２（ひいてはツールプレート４１）が水平方向に移動する結果、凹部４３と突部３４とが水平方向について一致する。このため、凹部４３に対して突部３４を嵌合させることができる。

そして、凹部４３に対して突部３４を嵌合させるのと同時にツールプレート４１とマスタープレート３１のロック機構によって凹部４３に対して突部３４が抜け止めされる。これにより、ツール１４が取り付けられたツール側構成部材４０がロボットアーム１１に取り付けられ、ツール１３，１４の交換作業が完了する。

また、凹部４３に対して突部３４を嵌合させることで、一対の端子部３５，４５が接続される。制御装置１６は、例えば、一対の端子部３５，４５の電気的な接続を検知した後、ツール側構成部材４０をトリムボード１０の上方に移動させる。ここで、ツール側構成部材４０をステージ５２から上昇させる際には、位置決めピン５３に沿ってツール側構成部材４０を上昇させる。位置決めピン５３の長さは、取付孔４７に位置決めピン５３が挿通されている間に、制御装置１６による一対の端子部３５，４５の電気的な接続の検知が完了する値（長さ）で設定されている。このようにすれば、一対の位置決めピン５３、５３によってツール側構成部材４０が位置決めされている状態で、凹部４３に対して突部３４が嵌合されていること（一対の端子部３５，４５の電気的な接続）を確認することができ、安全性をより高くすることができる。言い換えると、一対の端子部３５，４５の電気的な接続の検知が完了する前に、ツール側構成部材４０をステージ５２から上昇させることができ、ツールの交換作業をより早く行うことができる。

本実施形態によれば、凹部４３に対して突部３４を嵌合させる際（ロボットアーム１１の先端部に対してツール１３，１４を取り付ける際）には、先端部３４Ａによって凹部４３に対して突部３４が案内される。また、取付孔４７に対して位置決めピン５３を挿入する際（ロボットアーム１１からツール側構成部材４０を取り外し、ステージ５２に載置する際）には、先端部５３Ａによって取付孔４７に対して位置決めピン５３が案内される。そして、ステージ５２は水平方向について変位可能な構成となっている。このため、凹部４３に対する突部３４の水平方向における位置合わせ、及び取付孔４７に対する位置決めピン５３の水平方向における位置合わせをそれぞれ行うことができる。

以上のことから、本実施形態ではロボットアーム１１に対してツール１３，１４を着脱する際（ツール交換時）に、ロボットアーム１１の先端部の位置決め精度をより低くすることが可能となる。これにより、ツール交換時におけるロボットアーム１１の先端部（アーム先端部）の移動速度をより速くすることができ、ツール交換に掛かる時間を短くすることができる。なお、制御装置１６によるロボットアーム１１の制御方式としては、例えば、アーム先端部の位置決め精度を重視してアーム先端部を動作するモードとアーム先端部の速度を重視してアーム先端部を動作するモードとを選択する方式のものがあるが、本実施形態では、位置決め精度をより低くすることができるから、アーム先端部の速度を重視するモードを選択して、ツール交換を実行することが可能となる。

また、取付孔４７は、筒状部材４８によって構成されている。これにより、取付孔４７に対して位置決めピン５３を挿入する際には、取付孔４７の貫通方向と位置決めピン５３の軸方向とを容易に一致させることができ、挿入作業をより速やかに行うことができる。つまり、ロボットアーム１１の先端部の角度調整を行って、取付孔４７の貫通方向と位置決めピン５３の軸方向を完全に一致させる必要がない。このため、ツール交換に掛かる時間をより短くすることができる。

また、取付孔４７は、ツール側構成部材４０に設けられ、位置決めピン５３は、ステージ５２から上方に向かって突出されている構成とされる。このような構成とすれば、ツール側構成部材４０を位置決めピン５３に対して上方から接近させることで、位置決めピン５３を取付孔４７に挿入することができる。仮に、位置決めピン５３をツール側構成部材４０に設けた場合には、ロボットアーム１１の駆動時にツール１３と位置決めピン５３が同時に動くこととなり、位置決めピン５３と他部材の干渉に留意してロボットアーム１１を駆動させる必要が生じる。上記構成では、位置決めピン５３をステージ５２に設けることで、このような事態を防止することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）ツール１３，１４の種類は上述したものに限定されず適宜変更可能である。
（２）上記実施形態では、ステージ５２に位置決めピン５３が設けられ、ツール側構成部材４０に取付孔４７が設けられる構成を例示したが、これに限定されない。ステージ５２に取付孔４７が設けられ、ツール側構成部材４０に位置決めピン５３が設けられていてもよい。つまり、取付孔４７に対して上方から位置決めピン５３を挿入する構成としてもよい。
（３）上記実施形態では、アーム側構成部材３０に突部３４が設けられ、ツール側構成部材４０に凹部４３が設けられる構成を例示したが、これに限定されない。アーム側構成部材３０に凹部４３が設けられ、ツール側構成部材４０に突部３４が設けられていてもよい。つまり、凹部４３に対して突部３４が上方から嵌合する構成としてもよい。

１１…ロボットアーム、１２…ツール交換構造、１３…ツール、２０…ツールチェンジャー、３０…アーム側構成部材、３４…突部、３４Ａ…突部の先端部（第１ガイド部）、４０…ツール側構成部材、４３…凹部、４７…取付孔、４８…筒状部材、５０…保管台、５１…基台、５２…ステージ、５３…位置決めピン、５３Ａ…位置決めピンの先端部（第２ガイド部）

Claims

ツールと、
ロボットアームの先端部に取り付けられるアーム側構成部材と、前記ツールが取り付けられると共に前記アーム側構成部材に対して着脱可能に取り付けられるツール側構成部材と、を備えるツールチェンジャーと、
前記アーム側構成部材から取り外された前記ツール側構成部材及び前記ツールが保管される保管台と、を備え、
前記保管台は、
基台と、
前記基台上に載置されると共に前記基台に対して水平方向に変位可能なステージと、を備え、
前記ステージ及び前記ツール側構成部材のうち、いずれか一方の部材には取付孔が設けられ、他方の部材には前記取付孔に対して下方又は上方から挿入可能な位置決めピンが設けられ、
前記ツールチェンジャーは、前記アーム側構成部材及び前記ツール側構成部材のうち、いずれか一方に設けられた凹部に対して、他方に設けられた突部が下方又は上方から嵌合する構成とされ、
前記突部及び前記凹部のうち、少なくともいずれか一方には、前記凹部に対する前記突部の嵌合を案内する第１ガイド部が設けられ、
前記位置決めピン及び前記取付孔のうち、少なくともいずれか一方には、前記取付孔に対する前記位置決めピンの挿入を案内する第２ガイド部が設けられ、
さらに、前記取付孔は、前記一方の部材に対して傾動可能に取り付けられた筒状部材によって構成されているツール交換構造。
前記取付孔は、前記ツール側構成部材に設けられ、
前記位置決めピンは、前記ステージから上方に向かって突出されている請求項１に記載のツール交換構造。