JPH0748383Y2 - ロボットのツール着脱安全装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はロボットのツール着脱安全装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、自動車工場において、トラックキャビンのルー
フ構造組立に当ってパンチング及びスポット溶接をロボ
ットで行うには、第10図に示すように、ワークに沿って
パンチング用ロボットとスポット溶接用ロボットとを並
設し、第１のロボットで第１の加工を行ったのちワーク
を前進して第２のロボットで第２の加工を行っている。

しかしながら、このような手段では、ロボットが２台必
要であるから、設置スペース，ワークの移動スペースを
要し、コスト高となり、２種類以上の作業を行う場合は
さらに不経済となる。

そこで、同一ロボットで作業の種類によってツールを交
換することで、複数種類の作業を行うことが考えられる
が、そのためには、約100kgのツールを安全確実かつ迅
速に着脱することのできるツール着脱手段及び安全手段
の確保が重要であり、万一、ツールが落下するようなこ
とがあると、大事故となる。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案はこのような事情に鑑みて提案されたもので、同
一のロボットで、ツールを交換することで、複数種類の
作業を安全確実かつ迅速に行う経済的なロボットのツー
ル着脱安全装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本考案は、複数のツール台にそれぞれ相異す
るツールを上載し同一ロボットの作業腕に付設されたツ
ール固着装置に突設されたセンタリングピンをツール面
板に穿設されたセンタリング孔に嵌合してセンタリング
を行ったのち、左右両側にそれぞれ付設されたクランプ
フックをエアシリンダーの伸縮により一斉に起倒し、平
倒したとき上記ツール面板の両側にそれぞれ突設された
係合ピンを引っかけたのちこれを引きつけることにより
上記ツール固着装置で上記ツールを順次選択的に固着し
て複数の作業を行うようにしたロボット装置において、
上記エアシリンダーにエアを給排するエア配管に挿入さ
れパイロットエア圧が作用したときは連通し、パイロッ
トエア圧がなくなったときは遮断する安全遮断バルブ
と、パイロットエア配管にそれぞれ接続されるとともに
複数のツール台にそれぞれ分設されツールが上載された
ときはパイロット圧を出力するが、ツールが離れたとき
はパイロット圧を出力しない複数のリミットバルブとを
具えたことを特徴とする。

〔作用〕

このような構成によれば、ロボットの作業腕先端に付設
されたツール着脱装置をツール台に上載されたツールの
面板の位置に持ち来たし、そのセンタリングピンを面板
のセンタリング孔に挿入してツール着脱装置をツール面
板に重ねたのち、エアシリンダーを伸長する。

そうすると、クランク軸の約1/6回転により、左右１対
のクランプフックは起立位置から平倒位置へ回動し、そ
の際先端フックはツール面板の係合ピンに嵌まり、ツー
ル面板を引きつけることにより、ツールを着脱装置に固
着することができる。

また、エアシリンダーを縮長すれば、クランク軸は約1/
6回転反対方向へ回動し、クランプフックはツール面板
の係合ピンから外れ、ツール着脱装置はツールから離れ
ることができ、ツールはツール台上に残留する。

〔実施例〕

本考案の一実施例を図面について説明すると、第１図は
本考案をトラックキャビンのルーフ構造組立時のパンチ
ング及びスポット溶接に適用した一実施例のロボット，
ツール台ワーク等関係機器の相対位置を示す全体斜視
図、第２図は第１図のロボットのツール着脱部とツール
のフエースプレートとの関係を示す部分拡大図、第３図
は第２図のクランプフックの回動機構を示す部分拡大
図、第４図は第１図のクランプフックの側面図、第５図
は第４図の分解図、第６図，第７図はそれぞれ第２図の
クランプフックのタッチセンサーを示す斜視図，ツール
緊着構造を示す縦断面図、第８図は第１図のツール台を
示す斜視図、第９図は第１図のツール着脱部とツール台
にわたるエア圧制御回路図である。

まず、第１図において、１は本考案に係るツール着脱装
置２を備えた棚置型多軸ロボット、3,4はそれぞれロボ
ット１の両側に配設されたパンチングツール，スポット
溶接ツールを載置するツール台、５は定盤６上に載置さ
れたワークで、この場合はトラックキャビンのルーフ構
造、７はルーフのスティフナー位置決め治具である。

次に、ツール着脱装置２を説明すると、第２図におい
て、９はツール着脱装置本体（以下本体という）で、そ
の上端央部に鉛直のエアシリンダー10が立設されるとと
もに両側に横方向のクランク軸11の両端部が水平に軸支
され、クランク軸11の両端にはそれぞれ先端に下向きの
鉤を有するクランプフック12が後記するように偏心ピン
13,スライドプレート14（第４〜５図）を介して支持さ
れ、クランク軸11の央部に突設されたクランクウエブ15
の先端はピストンロッド16の下端に枢着された左右１対
のコネクチングプレート17の下端にかんぬきピン18で枢
着されている。ここで、19はクランプフック12の先端を
それぞれ下方へ付勢するスプリングである。

20は本体９の一方の対角線方向の両隅角面に凹設され複
数の皿ばねよりなる面圧付勢ぱね、21は本体９の他方の
対角線方向の両隅角面に突設された先細まりのセンタリ
ングピン、25はパンチングツール，スポット溶接ツール
にそれぞれ付設された長方形の面板で、面板の両側には
それぞれクランプフック12の鉤に係合する係合ピン26が
突設されるとともに本体９のセンタリングピン21,21に
対応する位置に先細まりのセンタリング孔27が穿設さ
れ、また下部中央には先端が上方に折れ曲がった左右１
対の安全フック28が突設されている。

また、第３〜５図において、14は一端に長円形長孔を有
するとともに他端に当接ピン22が突設されたスライドプ
レート、23はクランプフック12の一端に穿設され偏心ピ
ン13に嵌合する透孔、24はクランプフック12の透孔23寄
りに穿設された長方形のガイド孔である。

更に、第６〜８図において、29は本体の両側にそれぞれ
穿設されたアームの上端に付設されクランプフック12の
先端の下動位置を検出するタッチセンサー、30はそれぞ
れツール置場に立設されたコラムに横方向ばね，竪方向
ばねを介して二次元的に弾性支持された水平コ字状テー
ブルを有するツール台で、パンチングツール，スポット
溶接ツールはそれぞれ鎖線で示すように、開口部から挿
入されてコ字状テーブル上に面板25を前方に向けた鉛直
姿勢で載置される。

このような装置において、まず、第２図に示すように、
ロボットを操作して本体を移動し、ツール台30上でその
センタリングピン21,21を使用ツールのツール面板25の
センタリング孔27,27に挿入したのち、エアシリンダー1
0をエアにより伸長すると、そのピストンロッド16が下
動し、コネクチングプレート17及びクランクウエブ15を
介してクランク軸11を時計方向に若干回動し、同図に示
した状態となる。

その際、第４〜５図に示すように、偏心ピン13のネック
の平行部にスライドプレート14の長孔が嵌合しており、
スライドプレート14の当接ピン22はクランプフック12の
長方形ガイド孔24に緩く嵌合し、クランプフック12の取
付孔は偏心ピン13の先端に嵌合している関係で、第４図
に示すように、クランク軸の時計方向の回動に伴い、ク
ランプフックは１点鎖線位置を経て２点鎖線位置へ回動
したのち、若干左方の実線位置へ移動することで、先端
の鉤をツール面板の係合ピンに引っかけたのち、これを
面圧付勢ばね20（第７図）の弾性に抗してロボット側に
強く引きつける。ここで、面圧付勢ばね20は適宜の面圧
を面板25に与えることで、面板25と本体９との間のガタ
をなくする作用を行う。

このとき同時に、クランクウエブ15のかんぬきピン18
は、第３図に示すように、ツール面板25に突設された１
対の安全フック28に係合するとともに、第６図に示すよ
うに、クランプフック12はツール面板25を引きつけたと
きタッチセンサー29をオンとすることで、図示省略のア
ラーム灯を青とするとともに後続作業を可能とする。

また、エアシリンダー10を付勢してそのピストンロッド
16を上動すれば、コネクチングプレート及びクランクウ
エブを介してクランプフックは、スプリング19の弾性に
抗して、第２図に示す位置から反時計方向に若干回動し
て第４図の２点鎖線位置に移動し、その鉤はツール面板
の係合ピンから外れるとともに、クランクウエブ15のか
んぬきピン18は、第３図に示す係合位置から外れること
になり、この動作をツール台上で行うことにより、使用
したツールをツール台に戻し、前記と同一要領で後続作
業用のツールを本体に固着することができる。

なお、上記の一連の動作を行うためのエアシリンダーへ
のエアの給排は、第８図に示す制御回路により行われ
る。

すなわち、同図において、31はロボットの制御盤に付設
されエア源32からのエアを配管33,34を経てエアシリン
ダー10に供給する操作バルブで、そのスプールを右動し
たときは、配管35を経てエアシリンダー10を伸長してツ
ールをクランプし、また、図示のように左動したとき
は、エアシリンダー10を縮長してツールをエアクランプ
する方向にエアを供給する。

鎖線枠で囲まれた部分は、ツール台30に配設されたバル
ブ類を示し、36は安全遮断バルブで、配管34に挿入さ
れ、図示の状態では配管34,34を連通するが、スプール
が右動したときは、配管33,33を遮断する。

37,38はそれぞれパンチングツール台，スポット溶接ツ
ール台に付設されたパンチングツール側リミットバル
ブ，スポット溶接ツール側リミットバルブで、直列的に
配管39,40で配管41を経てエア源32に接続されており、
パンチングツール，スポット溶接ツールとも、対応ツー
ル台上に上載されているときは、そのタッチピース42,4
3が図示のように、押し下げられてバルブは開き、安全
遮断バルブ36のスプールは図示の位置に来て開くが、ツ
ールがそのツール台から外されると、スプールはばねに
より上動して接続するエア配管のエアを大気に排出する
ので、パイロット圧はゼロとなり安全遮断バルブ36のス
プールはばねにより右動し、安全遮断バルブは閉じるよ
うになっている。

このようなエア制御回路において、まず、両ツールがそ
れぞれ対応ツール台上にあるときは、両リミットバルブ
37,38はそれぞれ図示の位置にあり、エア源32のエアは
エア配管41,40,39を経て安全遮断バルブ36に入り、その
スプールを図示のようにばねに抗して左動している。

このような状態において、操作バルブ31を図示の位置に
シフトすれば、配管33からのエアは、操作バルブ31,配
管34,安全遮断バルブ36,配管34,クイックエキゾースト
バルブ44を経てエアシリンダー10に入り、これを縮長す
るので、クランプフックはアンクランプ方向へ回動し
て、ツールをばね20により分離し、その際、エアシリン
ダーの背圧側エアは配管35,操作バルブ31を経て大気に
排出する。

また、操作バルブ31を左動すれば、エアは配管35を経て
エアシリンダー10に入り、これを伸長するのでクランプ
フックはクランプ方向に回動してツールを本体に固着
し、その際、エアシリンダーの背圧側エアは破線で示す
パイロット回路を経てチェック弁の逆止作用を一時的に
停止するので、背圧側エアの一部はクイックエキゾース
トバルブ44を経て大気に排出し、残部は配管34,安全遮
断バルブ36,操作バルブ31を経て大気に排出すること
で、迅速にエアシリンダー10はクランプ方向にストロー
クし、本体はツールを固着する。

次に、ロボットがツール台上のパンチングツール又はス
ポット溶接ツールを固着して、そのツール台からツール
を一旦離すと、リミットバルブ37,又は38は内蔵ばねに
より上動し、配管39のエアは大気に排出するので、安全
遮断バルブ36は内蔵ばねにより右動し、配管34,34を遮
断する。

そうすると、操作バルブ31の操作いかんにかかわらず、
エアシリンダーは伸長位置に不動に保たれる。なぜなら
ば、かりに操作バルブを左動したとしても安全遮断バル
ブ36は図示のように遮断されているから、配管34のエア
はエアシリンダー10をアンロック方向へ付勢することは
不可能であるからである。

このような装置によれば、下記の効果が奏せられる。

（１）操作バルブの操作によりロボットは所望のツール
をツール台上で固着したのち、これをツール台から外し
て、ワークで所定の作業を行い、作業が終わったとき
は、ツールをツール台に戻し、次の作業用のツールを同
一要領で固着して、次の作業を行うことで、同一ロボッ
トでツールの交換により複数の作業を行うことができ
る。

（２）ロボットによるツールの固着及び解放はツール台
上で行われ、固着はまず１対のセンタリングピンをツー
ルのピン孔に挿入してセンタリングを行い、次に左右１
対のクランプフックをツールの左右１対の係合ピンにか
けて皿ばねの弾力に抗して引きつけることにより、ガタ
なく緊密に固着し、その際、クランクウエブのかんぬき
ピンをツールの安全フックに係合することで、固着は安
全のため二重に確実に行われる。

（３）こうして、クランプフックがツールをクランプし
たときは、タッチセンサーの作用により、電気回路を介
して後続工程を行うことができるが、タッチセンサーが
オンにならない限り、後続工程は始まらないようにする
ことで、クランプフックによるツールの固着の確実なも
のとすることができる。

（４）こうして、ツール台上でクランプフックが面板を
介してツールをクランプしてツールをツール台から外す
と、リミットバルブが作動し、安全遮断バルブが配管33
を遮断すから、かりに操作バルブを操作したとしてもク
ランプフックはアンクランプすることはないから、作業
中ツールがロボットから落下する惧れはなくなりフール
プルーフとなる。

つまり、ロボットがツールを固着し、これをツール台か
ら外したのちは、再びツールをツール台に戻すまで操作
バルブをどのように操作してもクランプしたツールを落
下することはない。

（５）本考案ではツールは３以上であっても少しも差支
えなく、第９図に示したと同一要領で、すべてのリミッ
トバルブを直列的に接続しておけば、そのうちのいずれ
かのツール台でツールが外されれば、対応するリミット
バルブの上流側は遮断れるとともに下流側のエアは当該
リミットバルブを経て大気に排出するので、安全遮断バ
ルブが遮断する。

〔考案の効果〕

要するに本考案によれば、複数のツール台にそれぞれ相
異するツールを上載し同一ロボットの作業腕に付設され
たツール固着装置に突設されたセンタリングピンをツー
ル面板に穿設されたセンタリング孔に嵌合してセンタリ
ングを行ったのち、左右両側にそれぞれ付設されたクラ
プフックをエアシリンダーの伸縮により一斉に起倒し、
平倒したとき上記ツール面板の両側にそれぞれ突設され
た係合ピンを引っかけたのちこれを引きつけることによ
り上記ツール固着装置で上記ツールを順次選択的に固着
して複数の作業を行うようにしたロボット装置におい
て、上記エアシリンダーにエアを給排するエア配管に挿
入されパイロットエア圧が作用したときは連通し、パイ
ロットエア圧がなくなったときは遮断する安全遮断バル
ブと、パイロットエア配管にそれぞれ接続されるととも
に複数のツール台にそれぞれ分設されツールが上載され
たときはパイロット圧を出力するが、ツールが離れたと
きはパイロット圧を出力しない複数のリミットバルブと
を具えたことにより、同一のロボットで、ツールを交換
することで、複数種類の作業を安全確実かつ迅速に行う
経済的なロボットのツール着脱安全装置を得るから、本
考案は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すロボットとツール，ツ
ール台，ワークの関係位置の斜視全体図、第２図は第１
図のロボットのツール着脱部とツールのフエースプレー
トとの関係を示す部分拡大図、第３図は第２図のクラン
プフックの回動機構を示す部分拡大図、第４図は第１図
のクランプフックの側面図、第５図は第４図の分解図、
第６図，第７図はそれぞれ第２図のクランプフックのタ
ッチセンサーを示す斜視図，ツール緊着構造を示す縦断
面図、第８図は第１図のツール台を示す斜視図、第９図
は第１図のツール着脱部とツール台にわたるエア圧制御
回路図である。 第10図は公知のパンチ作業及びスポット溶接を行うロボ
ットの配置を示す平面図である。 １…ロボット、２…ツール着脱装置、3,4…ツール台、
５…ワーク、６…定盤、７…治具、９…着脱装置本体
（本体）、10…エアシリンダー、11…クランク軸、12…
クランプフック、13…偏心ピン、14…スライドプレー
ト、15…クランクウエブ、16…ピストンロッド、17…コ
ネクチングプレート、18…かんぬきピン、19…スプリン
グ、20…面圧付勢ばね、21…センタリングピン、22…当
接ピン、23…透孔、24…ガイド孔、25…面板、26…係合
ピン、27…センタリング孔、28…安全フック、29…タッ
チセンサー、30…ツール台、31…操作バルブ、32…エア
源、33,34,35…配管、36…安全遮断バルブ、37…パンチ
ングツール側リミットバルブ、38…スポット溶接ツール
側リミットバルブ、39,40,41…エア配管、42,43…タッ
チピース、44…クイックエキゾーストバルブ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のツール台にそれぞれ相異するツール
   を上載し同一ロボットの作業腕に付設されたツール固着
   装置に突設されたセンタリングピンをツール面板に穿設
   されたセンタリング孔に嵌合してセンタリングを行った
   のち、左右両側にそれぞれ付設されたクランプフックを
   エアシリンダーの伸縮により一斉に起倒し、平倒したと
   き上記ツール面板の両側にそれぞれ突設された係合ピン
   を引っかけたのちこれを引きつけることにより上記ツー
   ル固着装置で上記ツールを順次選択的に固着して複数の
   作業を行うようにしたロボット装置において、上記エア
   シリンダーにエアを給排するエア配管に挿入されパイロ
   ットエア圧が作用したときは連通し、パイロットエア圧
   がなくなったときは遮断する安全遮断バルブと、パイロ
   ットエア配管にそれぞれ接続されるとともに複数のツー
   ル台にそれぞれ分設されツールが上載されたときはパイ
   ロット圧を出力するが、ツールが離れたときはパイロッ
   ト圧を出力しない複数のリミットバルブとを具えたこと
   を特徴とするロボットのツール着脱安全装置。