JPH07246584A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工業用ロボットによりパーツを位置決め挿入
するような場合に、組立作業時に生じる位置や姿勢の誤
差を補正できる自動工具交換装置を提供すること。 【構成】 パルスモータ３及び係止機構４を有する第１
ユニット１と、引掛部５を有する第２ユニット２とから
成る自動工具交換装置であって、前記パルスモータ３の
出力軸３０の回転により係止機構４が引掛部５に係止状
態となるようにしてあると共に、前記出力軸３０の回転
量の制御により前記係止状態を維持しつつ、第１・第２
ユニット１，２の接合面相互が密着した状態と、微小の
隙間ができた状態とになし得るようにしてあり、第１・
第２ユニット１，２の接合面間に隙間ができた状態で第
２ユニット２側に一定以上の力が作用したときのみ第２
ユニット２が第１ユニット１に対して三次元方向に変位
するようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、所謂マニュプレータ
等の工業用ロボットの出力部に取付けられる自動工具交
換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置を具備した工業用ロボ
ットによりパーツを位置決め挿入するような場合、組立
作業時に生じる位置や姿勢の誤差を補正するためのディ
バイス（以下、フローティング装置という）をロボット
本体と工具交換装置との間に設ける必要があった。

【０００３】ここで、フローティング装置とは、ロボッ
ト本体側に取付けられる板材と、自動工具交換装置側に
取付けられる板材と、これら二枚の板材相互間に設けら
れた変位吸収部材とから成り、前記変位吸収部材の存在
により板材相互間の三軸方向の誤差を吸収補正できるよ
うにしたものである。

【０００４】しかしながら、前記フローティング装置は
一定の厚みを有することからロボット本体からワークま
での長さが大きくなり、また、工業用ロボットを高速移
動させるために上記した二枚の板材の変位を阻止するロ
ック機構を備える必要があった。したがって、ロボット
本体に作用する慣性力が大きくなると共に装置自体が高
価なものとなるという問題があった。

【０００５】近年、上記のような問題を有しているフロ
ーティング装置を使用しなくても、工業用ロボットによ
りパーツを位置決め挿入するような場合に、組立作業時
に生じる位置や姿勢の誤差を補正できる自動工具交換装
置の開発が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、工業用ロボットによりパーツを位置決め挿入するよ
うな場合に、組立作業時に生じる位置や姿勢の誤差を補
正できる自動工具交換装置を提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、駆動機構及
び係止機構を有する第１ユニットと、引掛部を有する第
２ユニットとから成る自動工具交換装置であって、前記
駆動機構の出力部の変位により係止機構が引掛部に係止
状態となるようにしてあると共に、前記出力部の変位量
の制御により前記係止状態を維持しつつ、第１・第２ユ
ニットの接合面相互が密着した状態と、微小の隙間がで
きた状態とになし得るようにしてあり、第１・第２ユニ
ットの接合面間に隙間ができた状態で第２ユニット側に
一定以上の力が作用したときのみ第２ユニットが第１ユ
ニットに対して三次元方向に変位するようにしてある。

【０００８】また、この発明は、パルスモータ及び係止
機構を有する第１ユニットと、引掛部を有する第２ユニ
ットとから成る自動工具交換装置であって、前記パルス
モータの出力軸の回転により係止機構が引掛部に係止状
態となるようにしてあると共に、前記出力軸の回転量の
制御により前記係止状態を維持しつつ、第１・第２ユニ
ットの接合面相互が密着した状態と、微小の隙間ができ
た状態とになし得るようにしてあり、第１・第２ユニッ
トの接合面間に隙間ができた状態で第２ユニット側に一
定以上の力が作用したときのみ第２ユニットが第１ユニ
ットに対して三次元方向に変位するようにしてある。

【０００９】更に、上記自動工具交換装置に関して、第
１・第２ユニットの接合面のうち少なくとも一方に、他
方のユニットの接合面を押圧する弾性付勢手段を具備さ
せてあり、第１・第２ユニットの接合面間に隙間ができ
た状態における第２ユニットの第１ユニットに対する三
次元方向に変位が、前記弾性付勢手段の付勢力に抗して
行われるようにしてある。

【００１０】

【作用】この発明は次のように作用する。

【００１１】この発明の自動工具交換装置では、駆動手
段（パルスモータ）を駆動状態にすることにより係止機
構と引掛部とが係止状態となり、第２ユニットが第１ユ
ニットに対して接続状態となる。

【００１２】そして、前記装置は、出力部の変位量（出
力軸の回転量）の制御により前記係止状態を維持しつ
つ、第１・第２ユニットの接合面相互が密着した状態
（以下、密着状態という）と、微小の隙間ができた状態
（以下、隙間状態という）とになし得るようにしてある
から、ロボットによりパーツを位置決め挿入するような
場合には隙間状態にし、ロボットを高速移動させる場合
や前記位置決め挿入以外の作業を行う場合には前記密着
状態にすればよい。つまり、上記間隙状態のときには、
装置自体がフローティング装置の補正機能を有し、ま
た、密着状態のときには、装置自体がロック機能を有す
るのである。

【００１３】したがって、この自動工具交換装置を使用
した場合、高価なフローティング装置を設ける必要はな
くなり、したがって、ロボットに作用する慣性力が大き
くなるようなこともない。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の構成を実施例として示した
図面に従って説明する。

【００１５】この実施例の自動工具交換装置は、マニュ
プレータのアーム端に取付けるようにして使用され、図
１に示すように、基本的には、パルスモータ３及び係止
機構４を有し且つロボット側に取付けられる第１ユニッ
ト１と、引掛部５を有し且つ工具が取付けられたワーク
側の第２ユニット２とから構成されている。この第１・
第２ユニット１，２の接合面には、図示しない電気・空
気・油・水経路接続用の雄・雌コネクタを具備させてあ
り、また、前記雄・雌コネクタを適正に接続させるた
め、図１や図５に示す如くガイド孔７とこれに挿入され
るテーパピン６を設けてある。

【００１６】尚、この種の装置では、工具が相違する第
２ユニット２は多数用意され、一つの工程が終了し次の
工程に移る際に、今まで使用していた第２ユニット２を
第１ユニット１から取り外し、他の種類の工具を有する
第２ユニット２を結合させるようにしてある。

【００１７】以下に、この自動工具交換装置の主要部の
構成について説明する。〔第１ユニット１の構成について〕 第１ユニット１は、
図１に示すように、厚肉円盤状に形成されており、その
内部にパルスモータ３を収容すると共にその下面に係止
機構４を設け、図２や図３に示すように、前記パルスモ
ータ３の出力軸３０の正逆回転により係止機構４が後述
する引掛部５と係止・係止解除状態となるようにしてあ
る。

【００１８】上記パルスモータ３は、これに入力される
パルスの数と対応する分だけ出力軸３０が回転するもの
で、図２や図３に示すように、前記出力軸３０には雌ネ
ジ部を形成させてある。

【００１９】係止機構４は、図１や図４に示すように、
第１ユニット１の下面から垂下する一対の垂下片４０，
４０と、前記垂下片４０，４０における両端近傍部分相
互間に架設された固定ピン４１，４１と、前記垂下片４
０，４０相互間に配置された平面視Ｈ型の昇降体４２
と、前記昇降体４２にピンを介して揺動自在に取付けら
れた一対の係止レバー４３，４３とから構成されてお
り、前記係止レバー４３に形成された長孔４３ａに固定
ピン４１を挿通させてあると共に、上記昇降体４２の中
央に形成された雌ネジ部に上記出力軸３０の雄ネジ部を
螺入させて構成してある。

【００２０】また、この第１ユニット１の下面側には、
図１や図５に示すように、上記したテーパピン６を１８
０°間隔で二本設けてあり、前記テーパピン６は上記ガ
イド孔７の直径よりも僅かに小径の同径部６０とこれに
繋がるテーパ部６１とから構成してある。尚、図５にお
いて示される如く、テーパピン６の同径部６０とガイド
孔７との間にはギャップｇが形成されるが、前記テーパ
ピン６がガイド孔７に挿入されているときには前記ギャ
ップｇの形成位置に関わらず、電気・空気・油・水経路
接続用の雄・雌コネクタは適正に接続されるようになっ
ている。 更に、この第１ユニット１の下面側には、図
２や図３に示すように、プランジャ８を１２０°間隔で
三個設けてあり、このプランジャ８は下面から出没可能
に設けた鋼球８０をバネ８１により突出す方向に付勢す
るようにして構成してある。〔第２ユニット２の構成について〕 第２ユニット２は、
図１に示すように、上下面に開放する平面視長方形状の
貫通孔２０を設けてあると共にこの貫通孔２０は上記係
止機構４を十分に収容できる大きさとしてあり、短辺と
対応する貫通孔２０の構成壁には、引掛部５をそれぞれ
設けてある。

【００２１】尚、この第２ユニット２の下面には、各種
の工具が取付け得る構成としてある。〔第１・第２ユニット１，２相互の接続／離反／隙間を
有する接続について〕 （１）第１・第２ユニット１，２相互の接続 パルスモータ３の入力部に所定数のパルスを印加して出
力軸３０を逆回転（反時計方向）させると、昇降体４２
は垂下片４０，４０にガイドされて回転することなく下
へ移動する。これに伴い、係止レバー４３，４３は、図
２に示す如くハ字状から図３に示す一直線上の状態とな
り、図３に示すように、係止レバー４３，４３とそれぞ
れ引掛部５とが係止状態となり、第１・第２ユニット
１，２の接合面が接触した状態となる。

【００２２】したがって、この状態にしておけば、ロボ
ットを高速移動させることができる。 （２）第１・第２ユニット１，２相互の離反 パルスモータ３の入力部に所定数のパルスを印加して出
力軸３０を正回転（時計方向）させると、昇降体４２は
垂下片４０，４０にガイドされて回転することなく上へ
移動する。これに伴い、係止レバー４３，４３は、図３
に示す一直線上の状態から図２に示す如くハ字状にな
り、係止レバー４３，４３とそれぞれ引掛部５との係止
が解除された状態となって、第１・第２ユニット１，２
相互が離反可能な状態となる。

【００２３】したがって、他の種類の工具を有する第２
ユニット２との交換が可能となる。 （３）第１・第２ユニット１，２相互の微小隙間を有す
る接続 上記（２）の状態からパルスモータ３の入力部に上記し
た所定数よりも少ない数のパルスを印加して出力軸３０
を逆回転させると、昇降体４２は（１）の状態よりも少
し上方で停止する。この状態では、係止レバー４３，４
３は、図６にしめす如く一直線上の状態とはなっていな
いが、第２ユニット２は第１ユニット１のプランジャ８
の鋼球８０によって押し下げられて係止レバー４３，４
３とそれぞれ引掛部５とは係止状態となっている。つま
り、第１・第２ユニット２の接合面相互は図６に示すよ
うに全周にわたって均等に微小隙間Ｇができた状態とな
っている。尚、第２ユニット２は第１ユニット１側のプ
ランジャ８の鋼球８０によって三点で押し下げられてい
ることから、前記第２ユニット２は第１ユニット１に対
してガタつきはないものとなっている。

【００２４】したがって、パーツＰを位置決め挿入する
ような場合において、図７に示す如くパーツＰの軸心と
孔Ｈの中心軸とがズレていたとしても、図８に示す如く
第２ユニット２が第１ユニット１に対して傾いて、図９
に示す如く無理なくパーツＰを孔Ｈに挿入できることと
なる。尚、第１ユニット１に対する第２ユニット２の変
位は三次元方向に可能である。

【００２５】尚、上記実施例の係止機構４を、図１０や
図１１に示す係止機構にかえることができる。

【００２６】この係止機構は、図１０や図１１に示すよ
うに、ラック・ピニオン機構９０を介してパルスモータ
３によりカム９１，９１を同期して正逆回転させる形式
のものであり、前記カム９１のカム面は、回転中心から
の距離を徐々に変化（ａ寸法＜ｂ寸法）するものとして
ある。

【００２７】したがって、この形式の係止機構では、パ
ルスモータ３の回転量によりカム９１，９１の回転角度
が変化してカム面とピン状の引掛部５との距離関係が変
化し、これにより、第１ユニット１と第２ユニット２と
の間に微小隙間Ｇが形成されるようにしてある。

【００２８】また、上記実施例では駆動機構としてパル
スモータを使用したが、これに限定されることなく空気
圧又は油圧を利用したシリンダーを使用してもよい。要
するに、駆動機構の出力部の変位量を制御することによ
り、第１・第２ユニットの接合面相互が密着した状態
と、微小隙間ができた状態とをなし得るようにしてあれ
ばよいのである。シリンダーを駆動機構とする場合には
これの出力軸の伸長・縮短量をセンサー等を利用して制
御するようにすればよい。

【００２９】

【発明の効果】この発明は上記のような構成であるか
ら、次の効果を有する。

【００３０】上記した作用の欄の内容から、工業用ロボ
ットによりパーツを位置決め挿入するような場合に、組
立作業時に生じる位置や姿勢の誤差を補正できる自動工
具交換装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の自動工具交換装置の外観斜
視図。

【図２】前記自動工具交換装置の断面図であり、第１ユ
ニットと第２ユニットとが離反している状態を示す図。

【図３】前記自動工具交換装置の断面図であり、第１ユ
ニットと第２ユニットとが接続した状態を示す図。

【図４】前記第１ユニットを下方から見た図。

【図５】前記第１ユニットの下面に設けたテーパピン
と、前記第２ユニットの上面に形成したガイド孔との関
係を示した図。

【図６】前記自動工具交換装置の断面図であり、第１ユ
ニットと第２ユニットとの接合面相互間に微小隙間が形
成されている状態を示す図。

【図７】前記自動工具交換装置を利用してパーツを孔に
挿入する前の正面図。

【図８】前記第１ユニットに対して第２ユニットが傾斜
した状態を示す正面図。

【図９】前記パーツが孔に挿入された状態を示す正面
図。

【図１０】この発明の他の実施例の自動工具交換装置の
断面図。

【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視図。

【符号の説明】

１ 第１ユニット ２ 第２ユニット ３ パルスモータ ４ 係止機構 ５ 引掛部 Ｇ 微小隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動機構及び係止機構を有する第１ユニ
   ットと、引掛部を有する第２ユニットとから成る自動工
   具交換装置であって、前記駆動機構の出力部の変位によ
   り係止機構が引掛部に係止状態となるようにしてあると
   共に、前記出力部の変位量の制御により前記係止状態を
   維持しつつ、第１・第２ユニットの接合面相互が密着し
   た状態と、微小の隙間ができた状態とになし得るように
   してあり、第１・第２ユニットの接合面間に隙間ができ
   た状態で第２ユニット側に一定以上の力が作用したとき
   のみ第２ユニットが第１ユニットに対して三次元方向に
   変位するようにしてあることを特徴とする自動工具交換
   装置。
2. 【請求項２】 パルスモータ及び係止機構を有する第１
   ユニットと、引掛部を有する第２ユニットとから成る自
   動工具交換装置であって、前記パルスモータの出力軸の
   回転により係止機構が引掛部に係止状態となるようにし
   てあると共に、前記出力軸の回転量の制御により前記係
   止状態を維持しつつ、第１・第２ユニットの接合面相互
   が密着した状態と、微小の隙間ができた状態とになし得
   るようにしてあり、第１・第２ユニットの接合面間に隙
   間ができた状態で第２ユニット側に一定以上の力が作用
   したときのみ第２ユニットが第１ユニットに対して三次
   元方向に変位するようにしてあることを特徴とする自動
   工具交換装置。
3. 【請求項３】 第１・第２ユニットの接合面のうち少な
   くとも一方に、他方のユニットの接合面を押圧する弾性
   付勢手段を具備させてあり、第１・第２ユニットの接合
   面間に隙間ができた状態における第２ユニットの第１ユ
   ニットに対する三次元方向に変位が、前記弾性付勢手段
   の付勢力に抗して行われるようにしてあることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の自動工具交換装置。