JPH01140931A - ロボットにおける工具ソケットの交換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レンチ、ドライバー等のトルク伝達工具をも
った工具ソケットを、ロボット作業部に交換するための
交換機構に関する。

（従来の技術） 製造ライン等において、ボルト締め作業や、ネジ締め作
業等をロボットを利用して行うことは周知の通りであり
、この場合、ボルト頭や、ネジ頭の大きさに対応したレ
ンチやドライバーを用意する必要があるが、従来こうし
た要求には、その都度、ロボット作業部に把持させる工
具を作業員が交換するか、又は、一つのボルト頭に対応
したボルト締め作業等を専用に受は持つロボットを複数
台用意するのが一般的である。

又、１台のロボット作業部に２以上の工具を常備してお
いて、その都度、ボルト頭に合った工具を、ロボットの
位置決め制御により、使い分けするようにしたものも知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、作業員がいちいち工具交換を行う場合には、
その製造ラインに流れる加工品が数日あるいは数時間に
わたって同じでそのボルト頭が一定している場合には、
ラインの休止時間等を利用して交換作業を行えばさほど
の煩雑感はないが、同じラインにボルト頭の異なる加工
品がランダムに流れる場合等には、そのつど工具交換を
行っていたのでは側底その煩に耐えなかった。

又、一つのボルト頭に対応するボルト締め作業を専用に
受は持つロボットを複数台用意する場合には、ラインに
流れる加工品の生産量が非常に多く、−工程当たりの作
業時間を大幅節約する必要がある場合は別として、それ
だけ設備コストが嵩むし、又、ロボットの設置スペース
もその台数分必要になって製造ラインの規模も大掛かり
となってしまうのであった。

更に、ロボット作業部に２以上の工具を常備しておいて
、使い分けするものにあっては、ロボット作業部に常時
、２つ以上の工具と、これらを駆動させるランナー等の
駆動機構とを常備させる必要があって、ロボット作業部
の重量が嵩んでしまい、位置決め精度等に悪影響を及ぼ
す難点が生じるし、又、使わない方の工具を、加工品か
ら待避させる工夫も要し、実用化には多くの難点があっ
た。

本発明では、１台のロボット作業部に、ボルト頭等に対
応した工具を、ロボットによる自動制御で交換すること
として、設備上の節約を図ると共に作業員による交換の
煩を解消しながら、ボルト頭等の相違による作業対応を
図ることとしたものであって、その目的とするところは
、ロボットの自動制御で、ロボット作業部に工具ソケッ
トを、容易かつ確実に交換することのできる機構を提供
するにある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、トルク伝達工具をもった工具ソケット
（１）を、ロボット作業部に装着する把持ソケット（２
）に交換するための交換機構であって、前記工具ソケッ
ト（１）に多角形被嵌合部（３）を、又、前記把持ソケ
ット（２）に前記多角形被嵌合部（３）を挿入して嵌合
させる多角形嵌合部（４）をそれぞれ設ける一方、挿入
方向に凹凸する被係合部（５）を放射状に周設した角度
割出体（５０）を形成して、該角度割出体（５０）を、
−刃側のソケット（１又は２）に、相対回転不能で、か
つ、挿入方向に摺動自由に介装すると共に、他方側のソ
ケット（２又は１）に、前記被係合部（５）と挿入方向
に係合して、前記被嵌合部（３）の前記嵌合部（４）に
対する角度位置を修正する係合部（９）を設け、また、
前記把持ソケット（２）に、前記工具ソケット（１）の
嵌合時における挿入方向の脱落を阻止する保持機構（６
）を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 被嵌合部（５）を備える角度割出体（５０）を工具ソケ
ット（１）側に、係合部（θ）を把持ソケット（２）側
に設けたものについて作用を説明する。

第９図に示すように、工具ソケット（１）にロボット作
業部に装着した把持ソケット（２）を近づけ、把持ソケ
ット（２）側の係合部（９）を角度割出体（５０）に周
設された被係合部（５）に係合させる。この時、角度割
出体（５０）は前記係合部（９）と被係合部（５）との
保合により回転させられ、相対回転不能の関係にある工
具ソケット（１）を回転させる。

よって、把持ソケット（２）側における多角形嵌合部（
４）の角部と、工具ソケット（１）側における多角形被
嵌合部（３）の角度とに角度ずれがあっても修正され、
両ソケット（１）（２）は、多角形とされた前記被嵌合
部（３）と嵌合部（４）との角が合った状態で回転方向
に強固に結合されることになる。又、保持機構（６）に
より工具ソケット（１）は把持ソケット（２）からの脱
落が阻止されることになり、ボルト締め等の作業が可能
な状態となる。

（実施例） 第８図において、（Ｒ）は３軸ロボツトであって、架台
（Ｆ）の上部に固定するアーム基台（Ｂ）に、第１アー
ム（Ａ１）を図中Ｘ軸方向に移動可能に支持すると共に
、該第１アーム（Ａ１）に、先端部に作業部（１０）を
備える第２アーム（Ａ２）をＹ軸及びＺ軸方向に移動可
能に支持し、加工品（Ｗ）のラインコンベア（ｖ）と対
面設置している。

各アーム（Ａｔ）（Ａ２）は、コントローラ（Ｓ）から
の指令で自動制御され、その先端作業部（１０）を、三
次元空間における任意の位置に位置決め可能としている
。

作業部（１０）には、第１図及び第２図に示すように、
ブラケット（１１）を介して、ボルト締め等を行うため
のトルク駆動源となるランナー（１２）を支持し、その
回転シャフト（１３）に設けるスプラインボス部（１４
）に、下方に工具ソケット（１）を把持する把持ソケッ
ト（２）を備えたスプラインシャフト（１５）を上下移
動可能に挿嵌し、該シャフト（１５）を軸受（１６）を
介し軸支するサポー）（１７）を、ガイドロッド（１８
）とスプリング（１９）とを二対備えるフローティング
機構（２０）を介して、上下すなわちＺ軸方向に移動可
能と成して、ボルト等の螺回ストロークを上下のフロー
ティングで吸収可能とし、作業部（１０）を位置決めし
た状態でボルト締めが行えるようにしている。

フローティング機構（２０）は、その−刃側のガイドロ
ッド（１８）上端に一体化する当接体（２１）を、エア
シリンダ（２２）で進退動されるストッパーピン（２３
）に係止させることにより、そのフローティングストロ
ークを図示のミニマムストローク（ｍ）に規制できるよ
うになっている。又、マックスフローティング時におけ
る上限及び下限ストロークは、位置センサー（２４）（
２５）で検出可能である。又、フローティングサポート
（１７）には、下方に延びる支持体（２６）を介して、
把持ソケット（２）が工具ソケット（１）を装着した時
に該工具ソケット（１）の下方側に対面することとなる
ソケット装着センサー（２７）を設けている。

工具ソケット（１）は、第５図（イ）（ロ）（ハ）に明
示するように、その本体（１ａ）に、後記する把持ソケ
ット（２）に設ける１２角の多角形嵌合部（４）に嵌合
される正６角柱の多角形被嵌合部（３）を形成し、該本
体（１ａ）に、把持ソケット（２）の挿入方向に凹凸す
る全１２山の先鋭状突起から成る被係合部（５）・・・
・を放射状に周設した角度割出体（５−０）を、その中
央に設ける６角孔（５１）に前記被嵌合部（３）を構成
する６角柱を挿通させることにより相対回転不能で、か
つ、該被嵌合部（３）の軸方向上方に設ける長溝（３１
）にガイドピン（５２）を係合させることにより軸方向
に摺動自由に支持している。

前記本体（１ａ）の頭部には、多角形被嵌合部（３）の
外径寸法よりも小径の保持部（１ｂ）を一体形成してお
り、この保持部（１ｂ）の先端部にテーパ状の挿入案内
面（ＩＣ）を形成すると共に、中間部を縮径して、後記
する把持ソケ、ト（２）側の保持機構（６）を係合させ
る係合周溝（１ｄ）を形成している。一方、本体（１ａ
）の下方には、後記するソケット支持台（７）と係合し
て把持ソケット（２）からの離脱を可能にする円環状の
ストッパー（８）と、端部内方にレンチ（ｌｅ又はｌｅ
’）を形成したレンチソケット（ｉｆ又は１ｆ°）とを
一体向に取付けている。

以上構成する工具ソケット（１）は、第３図及び第４図
に示すように、ロボッ）　（Ｒ）の架台（Ｆ）等に固定
されるソケット支持台（７）に待機できるようになって
おり、該支持台（７）の受座（７０）に設ける前方開放
状のアーチ形受溝（７ａ）に、本体（１ａ）を遊嵌状に
挿入させると共に、受座（７０）の上面に、角度割出体
（５０）を載置させている。又、受座（７０）の上部に
は、第７図に示す平面形状をもっ胴巻バネ（７１）を配
設し、その開放側から角度割出体（５０）を嵌合可能に
すると共に、嵌合時、角度割出体（５０）の周側部を胴
巻き状に保持するようにしている。尚、ストッパー（８
）は、工具ソケット（１）が把持ソケット（２）に把持
された吠態で、受溝（７ａ）に本体（１ａ）が挿入され
、かつ、ロボット作業部（１０）の垂直上昇に伴って、
受座（７０）の裏面に当接されることにより、工具ソケ
ット（１）を把持ソケット（２）から離脱させるように
なっている。

支持台（７）には又、エアシリンダ等を内蔵するブツシ
ャ（７２）を、工具ソケット（１）の下方に対向配設し
、その頭部フランジ部（７３）を伸長させることにより
、工具ソケット（１）を押し上げ可能にしている。更に
、支持台（７）には、各工具ソケット（１）のストッパ
ー（８）と対向状に、該各工具ソケット（１）の待機の
有無を検出する待機センサー（２８）（２９）を設けて
いる。

尚、図面の実施例では、２種類の工具ソケット（１）を
待機させるようにしているが、３種類以上を待機させる
ようにしてもよい。

一方、把持ソケット（２）は、第６図（イ）（ロ）に明
示するように、内部に受入孔（２ａ）を形成し、その開
放側に、正６角柱の被嵌合部（３）を嵌合させる断面１
２角の星形形状の嵌合部（４）を形成している。被嵌合
部（３）の６角に対し、嵌合部（４）を２倍の１２角に
しているのは、後にも述べるが、把持ソケット（２）と
工具ソケット（１）との角部分の偏心を、少ない角度修
正で合致できるようにするためである。

把持ソケット（２）は又、角度割出体（５Ｏ）に設けた
先鋭状の被係合部（５）の谷部に係合して多角形被嵌合
部（３）の多角形嵌合部（４）に対する角度位置を修正
する突起杖の係合部（９）と、工具ソケット（１）を把
持ソケット（２）に係合した時に、その脱落を阻止する
保持機構（６）とを備える。

保持機構（６）は、把持ソケット（２）の外周に嵌合す
る嵌合孔（６１）をもった保持ブロック（６０）に、同
図（ハ）に示すように、径方向３方に等分装置するスプ
リングプランジャ（６２）・・・・を備えて成るもので
あり、各プランジャ（６２）の内蔵スプリングにより押
圧状に突出される係止ビン（６３）を、工具ソケット（
１）の頭部保持部（１ｃ）の係合周溝（１ｄ）に係合さ
せるようにしている。尚、把持ソケット（２）側には、
各プランジャ（６２）に対応させて通孔（２ｂ）を設け
ている。

次に、以上の構成を、第８図に示すコンベア（Ｖ）に流
れてくる加工品（Ｗ）のボルト締めを行う場合について
動作説明する。

尚、ここに例示するものでは、加工品（Ｗ）の機種判別
すなわちボルト頭の判別にあたり、加工品（Ｗ）を搬送
するワークパレット（Ｐ）の裏面に予め機種情報を記憶
したＩＣカードや磁気カード等の制御カード（Ｃ）をセ
ットしておき、該カード（Ｃ）から磁気ヘッド（Ｈ）等
を介して読み込む機種コードをコントローラ（Ｃ）に取
込み、該加工品（Ｗ）に使用されるボルト頭を自動識別
する方式を採っている。又、ここで説明する交換動作時
には、フローティング機構（２０）はミニマムストロー
ク（ｍ）に規制し、把持ソケット（２）の上下の自由移
動を同ミニマムストローク（ｍ）に規制している。

機種コードに基づき、現在把持ソケット（２）に把持さ
れている工具ソケット（１）と異なるソケットに交換す
る必要がある場合には、まず、現在把持している工具ソ
ケット（１）を支持台（７）に待避させる。これには、
既述したように、工具ソケット（１）の本体（１ａ）を
、支持台（７）の受溝（７ａ）に挿入させて、ロボット
作業部（１０）を垂直上昇させるのであり、ストッパー
（８）は受座（７０）の裏面に当接して、保持部（１ｃ
）を保持機構（６）から強制的に離脱させるのである。

尚、現在把持されている工具ソケット（１）の判別は、
装着センサー（２７）や待避センサー（２８）（２９）
での検出結果により行い得る。

この後、把持ソケット（２）に、正規の工具ソケット（
１）を把持するのであって、第９図（イ）（ロ）に示す
ように、その正規の工具ソケット（１）の上方側から把
持ソケット（２）を垂下していき、保持部（１ｂ）に、
１２角の嵌合部（４）を挿入させる。この時、把持ソケ
ット（２）側すなわちロボット側の軸心（Ｌｌ）と、工
具ソケット（１）側すなわち固定側の軸心（Ｌ２）とに
多少ずれ（ΔＬ）があっても、保持部（１ｂ）は、その
先端の案内面（１ｃ）により、受入孔（２ａ）の中心側
に案内され、両者の軸心（Ｌｌ）（Ｌ２）は合致される
。

更に、把持ソケット（２）が下降を続けると、同図（ハ
）に示すように、その先端の係合部（９）が角度割出体
（５０）に周設された被係合部（５）に係合することに
なる。この時、被係合部（５）は、その山と谷とを結ぶ
傾斜面を、係合部（９）の頂部に接触させながら滑り、
角度割出体（５０）すなわち工具ソケット（１）を回転
させる。従って、把持ソケット（２）側における嵌合部
（４）の角部と、工具ソケット（１）側における被嵌合
部（３）の角部との偏心量（θ）は、修正されることに
なる。

しかも、この場合、被嵌合部（３）の６角に対し、嵌合
部（４）を２倍の１２角に形成しているので、少ない角
度修正で良好に角度合わせが行えることになる。

しかる後、同図（ニ）に示すように、プッシャ（７２）
を上動せしめて、工具ソケット（１）を押し上げ、保持
機構（６）を構成するスプリングプランジャ（６２）の
係止ピン（６３）に、係合周溝（１ｄ）を係合させて、
把持ソケット（２）に工具ソケット（１）を脱落不能に
保持させる。この時、角度割出体（５０）は、ピン（５
２）を長孔（３１）に摺動させて下方に待避されること
になる。

その後は、加工品（Ｗ）におけるボルト位置まで作業部
（１０）を移動し、ボルト締め作業を行うのである。

この場合、工具ソケット（１）に形成された６角柱から
成る被嵌合部（３）は、把持ソケット（２）の１２角の
嵌合部（４）に確実に保持され、その回転方向のトルク
を伝達するのに十分強い強度が保証できるのであって、
その螺回は確実になし得るのである。

尚、上記実施例では、６角の被嵌合部（３）に対し１２
角の嵌合部（４）としたが、該嵌合部（４）の角数は、
被嵌合部（３）と同数であってもよいし、又、３倍以上
としてもよく、要は、被嵌合部（３）の整数倍にすれば
よい。ただ、角度修正のし易さと、工具ソケット（１）
へのトルク伝達強度とを勘案すると、本実施例のように
１２角とするのが最も好ましい。

又、上記実施例では、被係合部（５）をもつ角度割出体
（５０）を工具ソケット（１）側に設け、係合部（９）
を把持ソケット（２）側に設けたが、逆の関係、即ち角
度割出体（５０）を把持ソケット（２）側に、係合部（
９）を工具ソケット（１）側に設けてもよいのは云うま
でもない。

更に、上記実施例では、工具ソケット（１）側の多角形
被嵌合部（３）を柱体に、把持ソケット（２）側の多角
形嵌合部（４）を礼状にしたが、この関係も、逆にして
、工具ソケット（１）側の被嵌合部（３）を礼状に、把
持ソケット（２）側の嵌合部（４）を柱体に形成しても
よいのは勿論である。

（発明の効果） ロボット作業部に装着する把持ソケット（２）と、工具
ソケット（１）とは、−刃側のソケット（２又は１）に
設けた係合部（９）を、他方側のソケット（１又は２）
側に介装された角度割出体（５０）の被係合部（５）に
係合させるだけで、把持ソケット（２）側の多角形嵌合
部（４）と、工具ソケット（１）側の多角形被嵌合部（
３）との角部に、たとえ角度のずれがあっても両者の角
を合致させて、回転方向に強固な結合がなされるのであ
り、又、保持機構（６）により工具ソケット（１）の把
持ソケット（２）からの脱落は阻止されるのである。従
って、ロボットにより、把持ソケット（２）に工具ソケ
ット（１）を、容易かつ確実に交換することができるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明交換機構にかかるロボット作業部の正面
図、第２図はその■矢視側面図、第３図は工具ソケット
を待機させるソケット支持台周りの正面図、第４図はそ
の平面図、第５図は工具ソケットの分解説明図、第６図
は把持ソケットの分解説明図、第７図は工具ソケット待
機時に用いる胴巻バネの平面図、第８図はロボットシス
テムの外観図、第９図は動作説明図である。 （１）・・・・・・工具ソケット （２）・・・・・・把持ソケット （３）・・・・・・多角形被嵌合部 （４）・・・・・・多角形嵌合部 （５）・・・・・・被係合部 （６）・・・・・・保持機構 （９）・・・・・・係合部 （５０）・・・・・・角度割出体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルク伝達工具をもった工具ソケット（１）を、
   ロボット作業部に装着する把持ソケット（２）に交換す
   るための交換機構であって、前記工具ソケット（１）に
   多角形被嵌合部（３）を、又、前記把持ソケット（２）
   に前記多角形被嵌合部（３）を挿入して嵌合させる多角
   形嵌合部（４）をそれぞれ設ける一方、挿入方向に凹凸
   する被係合部（５）を放射状に周設した角度割出体（５
   ０）を形成して、該角度割出体（５０）を、一方側のソ
   ケット（１又は２）に、相対回転不能で、かつ、挿入方
   向に摺動自由に介装すると共に、他方側のソケット（２
   又は１）に、前記被係合部（５）と挿入方向に係合して
   、前記被嵌合部（３）の前記嵌合部（４）に対する角度
   位置を修正する係合部（９）を設け、また、前記把持ソ
   ケット（２）に、前記工具ソケット（１）の嵌合時にお
   ける挿入方向の脱落を阻止する保持機構（６）を設けた
   ことを特徴とするロボットにおける工具ソケットの交換
   機構。