JPH0343174A - 自動工具交換装置 - 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、ロボットハンド等に利用され工具を自動的に
交換可能とした自動工具交換装置に関する。

〔従来の技術〕

工業用ロボットのアームには、機械加工用の工具を交換
するための自動工具交換装置が取り付けられる。この自
動工具交換装置は、ロボットのアームに連結される固定
プレートに対して工具を一体化した工具プレートとを位
置合わせして連結可能としたものである。

第６図は従来から採用されている固定プレート５０と工
具プレート５１との着脱構造を示す概略図である。同図
（ａ）のものは、固定プレート５０に装着孔５２を開け
、工具プレート５１にはこの装着孔５２に嵌まり込む軸
５３を設けた例である。これらの装着孔５２及び軸５３
は固定プレート５０と工具プレート５１の着脱方向と平
行な軸線を持ち、複数組みを備えることによって固定プ
レート５０に対する工具プレー）５１の位置を決めるこ
とができる。そして、装着孔５２と軸５３との位置合わ
せをしてからの嵌め込み後に、工具プレート５１を固定
プレート５０側へ拘束する機構によってこれらのプレー
）５０．５１を一体化する。また、同図（ｂ）は工具５
４のシャンク５４ａを固定プレート５０のシャンク受け
５０ａに挿入し、−対の装着孔５２と軸５３によって工
具５４を固定プレート５０に位置合わせして装着する例
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、工具プレートや工具自体をロボットハンド
側の固定プレートに着脱するには、装着孔５２と軸５３
との嵌め合いを利用するので、これらの装着孔５２と軸
５３とを結合する前にそれぞれの位置合わせが必要とな
る。ところが、位置合わせが不十分であると、結合時に
装着孔５２と軸５３とに大きな負荷がかかり、固定プレ
ート５０や工具プレー）５１及び工具５４自体が破損す
る恐れがある。このように、従来構造では工具側との結
合前の位置合わせの良否が重要な問題となっていた。

一方、自動工具交換装置では、様々な工具を取り替えて
使うために、工具側との結合機能及び結合後に工具を精
度良く位置決めするための位置決め機能が重要である。

これらの機能のうち、位置決め機能では、その位置決め
要素に対して工具側との結合時及び加工時にかなり大き
な負荷が作用する。また、結合機能は一般に小型化する
ことが好ましいため、位置決め機能と結合機能とはそれ
ぞれ別々の部品要素によって構成されている。このため
、部品数の増加や構造が複雑になり、重量も大きくなっ
てしまう。

また、自動工具交換装置における固定側と工具側との位
置決めは、固定側の軸線方向及びこの軸線上に原点を持
つ平面座標の三次元的な結合が精度良く行えるようにす
ることを目的としている。

このような三次元な結合精度を高くするため、従来では
各位置決め軸に相当して位置決め用の部材を設けること
が一般的であった。したがって、構造がかなり複雑にな
り、結合及び位置決めの機能を別々に設けることも含め
て重量が更に大きくなってしまう。

そこで、本発明は、簡単な構造によって工具側と固定側
との位置合わせのずれを吸収°して結合できしかも精度
の高い位置決めができるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、以上の目的を達成するために、ロボットハン
ドのアーム等に連結される固定プレートと、工具を備え
た工具プレートとを着脱自在とした自動工具交換装置で
あって、工具プレートへの着脱方向と直交する方向へ進
退するロックピンを固定プレートに設け、前記工具プレ
ートには該ロックピンが嵌まり込むロック孔を備え、こ
れらのロックピン及びロック孔をテーパ嵌合式としたこ
とを特徴とする。

〔作用〕

第１図は本発明の自動工具交換装置の締結を示す要部の
縦断面図、第２図は横断面図であり、これらによって本
発明の詳細な説明する。

図において、ロボットハンドのアームＡの先端に固定プ
レート１が連結され、この固定プレート１に対して工具
プレート２が着脱自在に装着される。

固定プレート１は、第２図に示すように円形の横断面持
ち、中心から半径方向に進退可能な３本のロックピン３
を備えている。これらのロックピン３の先端は先細りの
テーパ状に形成されると共に弾性手段によって中心側へ
付勢され、工具プレート２を装着しないときは第２図（
ａ）のように先端が突き出さない位置に設定される。更
に、固定プレート１の内部には、ロックピン３を押し出
すためのシリンダ４が形成され、そのアクチュエータ５
の先端のテーパ部が３本のロックピン３の基端部の中に
嵌まり込む。このアクチュエータ５の動作によって、第
１図ら）及び第２図（ｂ）に示すようにロックピン３が
外側へ押し出される。

一方、工具プレート２は必要な工具２ａを一面に取り付
けたもので、固定プレート１が嵌まり込む凹状の断面形
状を持っている。そして、その周壁２ｂにはロックピン
３が嵌まり込むロック孔６が設けられる。このロック孔
６はロックピン３のテーパ部に合わせたテーパ孔であり
、テーパ嵌合のロックピン３とロック孔６とによって工
具プレート２が固定プレー）１に連結保持される。

工具プレート２へ固定プレート１を嵌め込んだ後、シリ
ンダ４を作動させてアクチュエータ５を図において下降
させると、これがロックピン３の基端部を押し広げ、第
１図（ｂ）及び第２図（ロ）のようにロックピン３の先
端をロック孔６に差し込む。

このとき、ロックピン３及びロック孔６はテーバ嵌合す
るので、これらの軸心がずれていてもロックピン３をロ
ック孔６よりやや上方に位置合わせしてその先端がロッ
ク孔６の開口内に含まれていれば、嵌合が進むにつれロ
ックピン３は工具プレート２を持ち上げながら進行し、
これに対応してロック孔６はロックピン３に倣って嵌ま
り込む。

このため、位置合わせが十分でなくても、ロックピン３
とロック孔６とによる接合が簡単に行われる。また、工
具プレート２と固定プレート１とはロックピン３とロッ
ク孔６とのテーパ嵌合によって互いに引き寄せられ、着
脱方向に拘束する機構がなくても位置決めと連結とが同
時に確実に行われる。

〔実施例〕

本発明の自動工具交換装置の概要は第１図及び第２図に
示したとおりであり、第３図に要部の具体的な構造を示
す。

固定プレート１にはシリンダ４と同軸上に作動孔７が形
成され、この中をアクチンエータ５が移動する。また、
作動孔７を中心としてロックピン３の保持孔８が半径方
向に貫設されている。この保持孔８は、先端部のガイド
部８ａ及びこれより大径のスプリング収納部８ｂを同軸
上に配置したものとして形成されている。

ロックピン３は、スプリング収納部８ｂの内周壁を摺動
する７ランジ３ａを基端側に形成し、先端は先細り状の
テーパ部３ｂとなっている。７ランジ３ａの背面は図示
のように円錐面３Ｃの尖頭状に形成され、アクチュエー
タ５の動きと直交する進退動作が円滑になるようにして
いる。また、スプリング収納部８ｂには、フランジ３ａ
に一端が突き当たるスプリング８Ｃが配置され、ロック
ピン３は中心側に付勢されている。このスプリング８Ｃ
の付勢力により、アクチーエータ５が第３図の一点鎖線
の位置にあるときは、ロックピン３は図中の一点鎖線の
位置に後退し、その先端は保持孔の中に納まっている。

シリンダ４は固定プレート１の内部に組み込まれ作動流
体給排用のポー）４ａ、　４ｂを備えている。

そして、内部にはアクチュエータ５を一体にしたピスト
ン５ａが設けられ、作動流体の給排によってアクチンエ
ータ５が図において昇降駆動される。

アクチュエータ５の周面には、下端からテーパ部５ｂ、
直線部５Ｃ及び増し締めテーパ部５ｄがそれぞれ形成さ
れている。そして、テーパ部５ｂ及び増し締めテーパ部
５ｄの傾斜は、フランジ３ａの背面の円錐面の傾斜にほ
ぼ等しく設定されている。

更に、工具プレート２に設けたロック孔６はロックピン
３の位置に合わせて設けられ、これらによる拘束を利用
して固定プレートｌと工具プレート２とが位置決めされ
る。そして、ロック孔６はロックピン３のテーパ部３ｂ
の傾斜に合わせたテーパ孔として形成され、ロックピン
３と共にテーバ嵌合する。

以上の構成において、固定プレート１と工具プレート２
との連結は次のようにして行われる。まず、３本のロッ
クピン３と工具プレート２のロック孔６の位置を概略合
わせた後、第１図（ａ）のように固定プレートｌを工具
プレート２の中に差し込む。この後、外部の作動油供給
系を利用してポート４ａから作動流体を送り込み、アク
チュエータ５を下降させる。このアクチュエータ５の移
動により、テーパ部５ｂ、直線部５Ｃ及び増し締めテー
パ部５ｄの順にフランジ３ａの背面が衝き当たり、ロッ
クピン３は外側へ押される。そして、ロックピン３の先
端部のテーパ部３ｂは、固定プレート１の周面から突き
出て工具プレート２の内周壁のロック孔６に嵌まり込む
。

ここで、第５図（ａ）及び（ｂ）に示すように、ロック
孔６の中心に対して嵌合初期のロックピン３の軸心が、
横にｅ及び縦にＥずれていた場合でも、最終的にはロッ
クピン３をロック孔６にきっちりと嵌め込むことができ
る。すなわち、ロックピン３及びロック孔６がテーパ嵌
合するので、ロックピン３の先端がロック孔６の開口部
に含まれ且つロック孔６をロックピン３が持ち上げられ
る位置にあれば、テーパ面を利用してロック孔６は次第
にロックピン３に調心しながら嵌まり込む。したがって
、ロックピン３とロック孔６の位置合わせが正確でなく
ても、これらの嵌合が無理なく良好に行われる。

ロックピン３がロック孔６に嵌まり込むと、固定プレー
ト１と工具プレート２との位置合わせが完了すると同時
に、これらのプレート１．２が互いに拘束し合う。すな
わち、ロックピン３とロック孔６とはテーバ嵌をなので
、嵌合度が強まるにつれて固定プレート１と工具プレー
ト２とを引きつける作用力がテーバ軸と直交するこれら
の結合方向に作用する。このため、固定プレート１と工
具プレート２との着脱方向に嵌合軸を設けていなくても
、テーパ嵌合によっ強固にこれらの部材が連結され、工
具２ａを利用した機械加工も良好に行われる。

また、シリンダ４への作動流体供給系が故障して作動流
体による圧力保持ができなくなった場合でも、ロックピ
ン３とロック孔６に嵌め込んだままに維持することがで
きる。すなわち、第３図においてポー）４ａから供給さ
れた作動流体の作動圧が低下すると、ピストン５ａに外
力が作用すると上に移動する。一方、プランジ３ａの円
錐面３Ｃは図示のように増し締めテーパ部５ｄに衝き当
たっているので、アクチーエータ５を上に移動させよう
とする分力が働く。これにより、アクチュエータ５は上
に移動し始めるが、フランジ３ａの円錐面３Ｃの頂点３
ｄが増し締めテーパ部５ｄから離れて直線部５Ｃに当た
ると、ロックピン３はアクチュエータ５の軸線と直交す
る方向のみに押圧力を与える。このためアクチュエータ
５を上に移動させようとする分力はなくなり、アクチュ
エータ５はその直線部５Ｃに円錐面３Ｃの頂点３ｄを衝
き当てたままの位置に保持される。したがって、直線部
５Ｃに頂点３ｄが当たるまで移動したときに、先端のテ
ーパ部３ｂがロック孔６の中に停まる寸法関係としてお
けば、作動流体供給系やシリンダ４自体が故障しても、
固定プレート１と工具プレート２とはロックされたまま
となる。このように−旦ロツクしてしまうと、シリンダ
４を作動して解除しない限り固定プレート１から工具プ
レート２は分離せず、加工中に作動流体供給系等が故障
しても工具プレート２が落下する等の事故がなく、安全
に作業できる。

第４図は他の実施例を示す断面図である。

図において、保持孔８は等径の孔として貫設されこの中
に先端にテーパ部３ｂを形成したロックピン３が摺動自
在に収納されている。そして−アクチュエータ５とロッ
クピン３との間は、コネクティングロッド９によって連
接されている。このコネクティングロッド９はピン１１
．１２によってアクチュエータ５及びロックピン３を２
関節として連接し、トグル機構を利用したロックが行わ
れる。

すなわち、アクチュエータ５が下降すると保持孔８内で
摺動するロックピン３がスライダクランク機構により外
側へ移動し、図示のようにピン１１゜１２が一直線とな
ったときに、ロックピン３がロック孔６に深く嵌まり込
み、トグル機構による強固なロックが可能となる。

また、作動流体供給系が故障したときにはアクチュエー
タ５が上昇しようとするが、これもコネクティングロッ
ド９によって阻止される。すなわち、第４図のロックで
は関節に相当するピン１１゜１２が一直線上に並んだ死
点の状態にあるため、ロック孔３への拘束反力がアクチ
ュエータ５の軸線と直交する方向へ作用する。そして、
この作用力はトグル機構を利用しているためかなり大き
く、アクチュエータ５はその軸線方向への移動も拘束さ
れてその移動が抑えられる。したがって、−旦ロツクし
ておけば、アクチュエータ５を作動させない限り第３図
の場合と同様にロックは解除されず、工具プレート２を
固定プレート１に保持したままの加工が可能となる。

なお、シリンダ４の中にスプリングＩＯを備えてアクチ
ュエータ５を下に付勢すれば、死点の状態に近似的に近
づけることもできる。

このように、第３図のテーパ構造を利用したり第４図の
トグル機構を利用することにより、作動流体供給系やシ
リンダ４に故障が生じても、工具プレート２のロックが
外れることはなく、安全な加工が行える。

なお、ロックピン３の先端はテーパ状とするのに代えて
、球体状としてもよい。球体状とする場合でも、その外
径がロック孔６の開放端の径よりも小さくして十分にロ
ック孔６の中に嵌まり込めるようにすることは無論であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、固定プレート及び工具プレ
ートの着脱方向と直交して進退するロックピンをテーパ
嵌合式によってロック孔に嵌め込むようにしている。こ
のため、従来構造のように工具側と固定側との着脱方向
の軸及び結合孔との嵌合部がないので、結合前の位置合
わせが不良であっても許容度の大きな結合が可能となる
。したがって、位置合わせに時間を費やすことなく結合
作業が速やかに行え、またロボットの教示作業時間も大
幅に短縮することができる。

また、固定プレートと工具プレートとをロックピン及び
ロック孔の組み合わせのみによって結合及び位置決めが
行えるので、従来のように結合と位置決め機能を別々に
備える場合に比べて、構造が簡単になり重量も低減され
ると共に、コスト面でも有利になる。

更に、ロックした後にロックピンを移動させるアクチエ
エータや作動流体供給系等が故障した場合でも、ロック
ピンの尖頭形状とアクチュエータのテーパ部中途に直線
部を設けることの組み合わせ及びトグル機構を構成する
コネクティングロッドを用いることによって、アクチュ
エータを駆動しない限りロックが解除されることがない
。このため、加工作業の間に作動流体供給系が故障した
りしても、工具プレートが固定プレートから離脱するこ
とはなく、安全作業も達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は固定プレートと工具プレートの結合前を
示す概略断面図、第１図わ）は結合後を示す概略断面図
、第２図（ａ）は結合前の概略横断面図、第２図（ｂ）
は結合後の概略横断面図、第３図はアクチ）エータによ
るロックピンの駆動構造を示す要部断面図、第４図はト
グル機構を利用した例を示す要部の断面図、第５図はテ
ーパ嵌合式によるロックピンの嵌め込み状況を説明する
ための図、第６図は従来例の概略図である。 １：固定プレート　　２：工具プレート２ａ：工具　　
　　　　２ｂ二周壁 ３：ロツクビン　　　３ａ：フランジ ３ｂ：テーパ部　　　　３Ｃ：円錐面 ３ｄ：頂点 ４ニジリンダ　　　　４ａ、　４ｂ　：ポート５：アク
チュエータ　５ａ：ピストン ５ｂ：テーパ部　　　　５Ｃ：直線部 ５ｄ：増し締めテーパ部 ６：ロック孔　　　　７：作動孔 ８：保持孔　　　　　８ａ＝ミニガイ ドｂニスプリング収納部 ８Ｃニスプリング ９：コネクティングロッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットハンドのアーム等に連結される固定プレー
   トと、工具を備えた工具プレートとを着脱自在とした自
   動工具交換装置であって、工具プレートへの着脱方向と
   直交する方向へ進退するロックピンを固定プレートに設
   け、前記工具プレートには該ロックピンが嵌まり込むロ
   ック孔を備え、これらのロックピン及びロック孔をテー
   パ嵌合式としたことを特徴とする自動工具交換装置。 ２、前記ロックピンは、固定プレート側に設けたシリン
   ダによって駆動されるアクチュエータの周面に当接可能
   に組み込まれ、該アクチュエータのテーパ形状によって
   前記ロック孔方向へ進退可能としたことを特徴とする請
   求項１記載の自動工具交換装置。 ３、前記ロックピンがアクチュエータの周面に突き当た
   る面を尖頭状とし、アクチュエータテーパ形状の中途に
   軸線と平行な周面を形成していることを特徴とする請求
   項２記載の自動工具交換装置。 ４、前記アクチュエータとロックピンとをトグル機構を
   構成する２本のコネクティングロッドによって連接した
   ことを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置。