JPH078476B2 - ロボツト用ハンド交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はロボット用ハンド交換装置に関し、一層詳細に
は、ロボットに装着して、例えば、ワークの把持作業等
を行うハンドを前記ロボットに自動的に着脱可能に構成
すると共に、特に、前記ハンドが比較的重量のある場合
にも前記ハンドをロボットに対して確実に且つ正確に装
着することを可能にしたロボット用ハンド交換装置に関
する。

近年、工場内において、種々の製品を効率よく大量に生
産するために、加工作業、搬送作業および組立作業等の
種々の作業を自動的に行うロボット装置が広汎に使用さ
れている。このようなロボット装置は、一般的には単一
の作業を行うものであるが、上場内においては多種類の
異なる製品を生産している場合が多い。このため、種々
の異なる作業を単一のロボット装置により行わせる、所
謂、ロボットの多機能化が要求されるに至っている。

そこで、ワークの組立作業、加工作業等を行うハンド部
をロボット本体に対し着脱自在に構成し、種の異なる作
業に対応して前記ハンド部を所望のハンド部と交換して
前記夫々の作業を単一のロボット装置に行わせることを
可能にしたロボット用ハンド交換装置が採用されてい
る。

ところで、例えば、自動車の車体にシートを組み付ける
ために前記シートを把持するハンド等のように比較的大
型で且つ重量のあるハンドにあっては、ロボット本体と
の連結部に相当に大きな過重が負荷されるために、実際
上、ロボット用ハンド交換装置を組み込むことが極めて
困難であった。従って、比較的軽量なハンドしか交換機
構を利用することが出来ず、ロボット装置の機能が限定
されてしまうという不都合が露呈している。

さらにまた、ハンドおよび工具を駆動するための媒体を
供給する導線、光ファイバおよび管路等が外部に露出し
ているため、特に、ロボット装置の駆動時に前記導線並
びに管路に外力が作用して夫々の導線、光ファイバ並び
に管路等に損傷が惹起し易いという欠点が指摘される。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ロボット本体側に第１の結合部材を装着し、一
方、ロボット用ハンド側に第２の結合部材を装着すると
共に、前記いずれか一方の結合部材に係合手段を装着し
て前記係合手段を他方の結合部材に対して回動させるこ
とにより第１および第２結合部材を圧接させてハンド駆
動用媒体を接続し、これによって駆動用媒を供給する導
線、光ファイバあるいは管路等が外部に露呈することの
ない、しかも、比較的重量のあるハンドであってもロボ
ット本体に対して強固に且つ正確に着することが出来、
従って、極めて汎用性のあるロボット用ハンド交換装置
を提供することを目的とする。

前記の目的を成するために、本発明は、ロボットのアー
ム側に装着される第１の結合部材と、ロボットのハンド
側に装着される第２の結合部材と、前記第１および第２
結合部材を介してハンド側にハンド駆動用媒体を供給す
る手段と、前記第１および第２結合部材を互いに位置決
めする位置めピンとを有するロボット用ハンド交換装置
であって、 前記第１および第２結合部材は、夫々中空部を有する略
管状に形成されており、前記第１結合部材に第１の係合
部材が外嵌されると共に、前記第２結合部材の外周上に
複数の第２の係合部材が配設され、前記第１係合部材の
外周にピニオン部が形成されて前記ピニオン部に駆動手
段に連結されたラック部材が噛合し、前記駆動手段の作
用下に前記第１係合部材を回動動作させることにより前
記第１結合部材と第２結合部材を着脱自在に連結するこ
とを特徴とする。

次に、本発明に係るロボット用ハンド交換装置について
好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。

第１図および第２図において、参照符号10は本発明に係
るロボット用ハンド交換装置の本体部を示す。この場
合、前記本体部10はロボット本体側に装着される第１の
結合部材12と前記第１結合部材12に回転自在に外嵌する
係合部材（第１係合部材）14とハンド側に装着され前記
係合部材14を介して第１結合部材12に連結される第２の
結合部材16とを含む。

略円筒状を呈する第１結合部材12の外周一端部側にはフ
ランジ部18が形成され、前記フランジ部18には軸線方向
に指向して複数個のボルト挿通用孔部20が穿設される。
前記第１結合部材12の外周部途上にはこの第１結合部材
12の軸線方向に直交する方向に指向して延在する平行な
一対の筐体部22a、22bが膨出形成されている。また、前
記筐体部22a、22bの端部には円筒部24が形成され、この
円筒部24の端部にはこれより直径の大きな大径部26が形
成される（第２図参照）。そこで、筐体部22a、22bにシ
リンダ機構28a、28bが設けられる。

第３図に示すように、筐体部22aの両端部には夫々室30
a、30bが画成され、前記室30a、30bにはピストン部材32
a、32bが嵌合する。この場合、前記ピストン部材32a、3
2bはロッド部材34の両端部に固着されると共に、このロ
ッド部材34の外周部には軸線方向に延在してラック36が
形成される。また、筐体部22aの両端部には室30a、30b
を閉塞するように蓋体38a、38bが固着されており、前記
蓋体38a、38bには夫々流体用管路40a、40bの一端部が接
続され、前記管路40a、40bの他端部は図示しない圧力流
体供給源に接続されている。

一方、筐体部22bは前記筐体部22aと同様にラック36aが
刻設されたロッド部材34aを変位自在に嵌合しており
（第２図参照）、この筐体部22bの両端部に固着される
蓋体38c、38に夫々流体用管路40c、40dが接続されてい
る。そして、ロッド部材34、34aのラック36、36aは係合
部材14に噛合する。

前記係合部材14は円筒形状を呈しており、その外周一端
部にはラック36、36aに噛合するピニオン部42が形成さ
れる（第３図参照）。係合部材14の中央部には段付孔部
44が穿設され、前記段付孔部44の大径部側に半径方向内
方に指向して膨出る爪部46a乃至46hが等間隔に設けられ
る。前記爪部46a乃至46hの内側側面には係合部材４の締
付回転方向（矢印Ａ方向）に指向して夫々の爪部46乃至
46hの内方に切り込むように傾斜する係止面48a乃至48h
が形成される（第４図参照）。そこで、第１結合部材12
の円筒部24と大径部26に夫々ベアリング47a、47bを介装
して係合部材14を前記第１結合部材12に回動自在に外嵌
すると共に、ピニオン部42を夫々のラック36、36aに噛
合する。

さらにまた、第１結合部材12の大径部26側の中央部には
段付孔部50が形成され、前記段付孔部50に円板52が嵌合
固着される。この場合、前記円板52は複数個の流体用ポ
ート54を含むマニホールド56と、複数個の光ファイバ57
並びに接用端子58を有する保持板60とから一体に形成さ
れている。なお、第１結合部材12の大径部26側前面部に
は位置決め用ピン部材62a、62bが蝶着されている（第１
図参照）。

一方、円筒状の第２結合部材16の外周一端部には係合部
材14の爪部46a乃至46hに対応する第２係合部材である爪
部64a乃至64hが夫々等間隔離間して半径方向外方に膨出
形成される。爪部64a乃至64hには前記爪部46a乃至64hの
係止面48a乃至48hに対応して傾斜る係止面66a乃至66hが
形成される。この場合、爪部64a乃至64h外周面を結ぶ仮
想円の直径は係合部材14の段付孔部44の大径部の直径よ
りも小さく選択されている。また、爪部64cと64gに第２
結合部材16の軸線方向に指向して孔部67a、67bが穿設さ
れ、前記孔部67a、67bには第１結合部材12のピン部材62
a、62bが嵌合して前記第１結合部材12と第２結合部材16
の相対的な位置決めを行う。

さらに、第２結合部材16の中央部には段付孔部68を介し
て円板70が固着される。前記円板70は前述した円板52と
同様に、複数個の流体用ポート72を有するマニホールド
74と複数の光ファイバ75並びに接続用端子76を有する保
持板78とから一体的に形成されている。前記円板70と52
とは夫々の結合部材12、16が連結される際に当接して夫
々の流体用ポート72と54とを連動すると共に、夫々の光
ファイバ57と75および接続用端子76と58とが接続可能と
なる。

このような構成において、フランジ部18に形成された複
数個の孔部20に図示しないボルト等を挿通して第１結合
部材12をロボットのアーム80に装着し、一方、第２結合
部材16は、例えば、自動車のシート把持用ハンド82に装
着する。従って、第２結合部材16に固着されるマニホー
ルド74および保持板78には前記シート把持用ハンド82を
駆動制御するために必要数の流体用管路84、光ファイバ
75並びに導線86が接続されている。一方、第１結合部材
12側には少なくとも前記管路84、光ファイバ75並びに導
線86と同数以上の管路88、光ファイバ57並びに導線90が
マニホールド56および保持板60に接続されており、前記
管路88、光ファイバ57および導線90はこの第１結合部材
12内に収納されてアーム80から図示しないロボット本体
側に接続される。

本発明に係るロボット用ハンド交換装置は基本的には上
のように構成されるものであり、次にその作用並びに効
果について説明する。

そこで、ロボットのアーム80にシート把持用ハンド82を
装着する作業について説明する。

先ず、第１図に示すように、第１結合部材12と第２結合
部材16とを対向させて相対的に近接変位させると、係合
部材14の爪部46a乃至46hと前記第２結合部材16の爪部64
a乃至64hが夫々異なる角度位置にあるため前記第２結合
部材16は段付孔部44内に遊嵌する。従って、第１結合部
材12に螺着されているピン部材62a、62bは第２結合部材
16の孔部67a、67bに嵌合して夫々の結合部材12と16の位
置決めが行われると共に、円板52と70が当接して夫々の
マニホールド56と74並びに保持板60と78が連結する。こ
のため管路84と前記管路84対応する管路88が連通し、光
ファイバ57と前記光ファイバ57に対応する光ファイバ75
が接続すると共に、導線86と前記導線86に対応する導線
90が接続するに至る。

次いで、第３図に示すように、シリンダ機構28a、28bが
駆動される。すなわち、筐体部22aにおいて、管路40aか
ら室30a内に所定の流体を供給すると、ピストン部材32a
は矢印Ｂ方向に押圧され、前記ピストン部材32aと一体
的に連結されるロッド部材34が矢印Ｂ方向に変位する。
このため、ロッド部材34に形成されるラック36に噛合す
るピニオン部42が矢印Ａ方向に回転し、前記ピニオン部
42を形成する係合部材14が同様に矢印Ａ方向に回転する
に至る。さらに、前記係合部材14を介して爪部46a乃至4
6hが矢印Ａ方向に回転し、前記爪部46a乃至46hの内側面
に形成されている係止面48a乃至48hは第２結合部材16の
爪部64a乃至64hに形成されている係止面66a乃至66hに当
接する。この場合、前記係止面48a乃至48hは係合部材14
の締付回転方向（矢印Ａ方向）に指向して前記第２結合
部材16側に傾斜しており、一方、前記係止面66a乃至66h
は前記係止面48a乃至48hに対応して傾斜している（第図
参照）。従って、係合部材14をさらに矢印Ａ方向に回転
すれば、夫の係止面48a乃至48hと66a乃至66hは楔作用に
より強固に圧接するに至る。その際、筐体部22bに設け
られるシリンダ機構28bも前述したシリンダ機構28aと同
様に駆動され、管路40dから前記筐体部22b内に圧力流体
が供給されてロッド部材34aが矢印Ｃ方向に変位するた
め、このロッド部材34のラック36aに噛合するピニオン
部42は前述したロッド部材34の変位動作と相俟って矢印
Ａ方向に回転する。結局、係合部材14による第１結合部
材12と第２結合部材16の固定作用をより一層強固に行う
ことが出来る。

このようにして、アーム80にシート把持用ハンド82を装
着して後、管路88を介して管路84側に圧油あるいは圧力
空気等を供給して前記シート把持用ハンド82のシリンダ
等を駆動する。さらに、光ファイバ57を介して光ファイ
バ75に光信号を送給すると共に、導線90を介して導線86
に対して電気信号を送給してシート把持用ハンド82のモ
ータ等を駆動して、第５図に示すように、前記シート把
持用ハンド82によるシート92の把持作業を行う。

この場合、本発明よれば、比較的大径で且つ重量のある
シート把持用ハンド82をアーム80に対し好適に装着する
ことが可能となる。すなわち、ロボット側第１結合部材
12とハンド側第２結合部材16とは前記第２結合部材16の
外周部に設けられた複個の爪部64a乃至64hと前記第１結
合部材12に回転自在に外嵌する係合部材14の爪部46a乃
至46hを介して固定される。しかも、前記爪部64a乃至64
h並びに46a乃至46hには傾斜する係止面66a乃至66hおよ
び48a乃至48hが形成されている。従って、シート把持用
ハンド82の荷重は本体部10に対して部分的に負荷される
ことがなく、しかも、夫々の係止面48a乃至48hと66a乃
至66hの楔効果により第２結合部材16と第１結合部材12
とはがた等を生ずることなく強固に連結される。従っ
て、従来、適用不可能であった重量のあるシート把持用
ハンド82をアーム80に対して確実に且つ正確に装着する
ことが出来る。さらに、二つのシリンダ機構28a、28bに
より係合部材14を回動させるため、第１結合部材12と第
２結合部材16とをより一層強固に連結するとが可能とな
る。

さらにまた、本発明に係るロボット用ハンド交換装置で
はシート把持用ハンド82を駆動するための管路84、光フ
ァイバ75および導線86が外部に露出していない。すなわ
ち、第１結合部材12と第２結合部材16とを結合する際
に、夫々に設けられる円板52と70とが当接してマニホー
ルド56と74が連通すると共に、光ファイバ57と75が接続
し且つ接続用端子58と76とが電気的に接続される。従っ
て、第１結合部材12側の円板52にシート把持用ハンド82
に必要とされる管路84、光ファイバ75および導線86と同
数の管路88、光ファイバ57並びに導線90を設けておけ
ば、前記シート把持用ハンド82に対して容易に駆動用媒
体を供給することが出来る。結果的に、従来のように外
部に露出する管路、光ファイバおよび導線が外力により
損傷する等の不都合を回避することが可能となる。

次に、シート把持用ハンド82をアーム80側から取り外す
際には、前述した手順と逆の動作を行えばよい。

先ず、第２結合部材16側を、例えば、ハンド用載置台等
に載置した状態でシリンダ機構28a、28bを構成する管路
40b、40cから筐体部22a、22b内に圧力流体を供給する。
前記筐体部22aの室30b内に供給される圧力流体はピスト
ン部材32bを矢印Ｃ方向に押圧し、前記ピストン部材32b
とロッド部材34が一体的に矢印Ｃ方向に変位してラック
36を介してピニオン部42が矢印Ｄ方向に回転する。一
方、管路40dから供給される圧力流体を介しロッド部材3
4aは矢印Ｂ方向に変位し、ラック36aに噛合するピニオ
ン部42は同様に矢印Ｄ方向に回転する。従って、前記ピ
ニオン部42を形成する係合部14が矢印Ｄ方向に回転し、
爪部46a乃至46hは第２結合部材16の爪部64a乃至64hから
離間して夫々の係止面48a乃至48hと66a乃至66hによる楔
作用が解除される。そこで、夫々の爪部46a乃至46hと64
a乃至64hが夫々異なる角度位置に至る際にシリンダ機構
28a、28bの駆動を停止し、第１結合部材12と第２結合部
材16とを相対的に離間変位させると、前記第２結合部材
16は段付孔部44から離脱する。結局、アーム80とシート
把持用ハンド82とは分離されるに至る。そして、前述し
た工程と同様にアーム80に所望のハンドを装着し、次な
る作業を行えばよい。

以上のように、本発明によれば、ロボット本体側の結合
部材とハンド側の結合部材を一方の結合部材に外嵌する
テーパ面を有する係合部材を介して強固に固定してい
る。このため、比較的大型で重量のあるハンドであって
もロボット本体側に確実に装着することが出来、種々の
異なるハンドを容易に装着して極めて汎用性のあるロボ
ット用ハンドとして利用することが出来る。さらに、駆
動媒体用の管路、光ファイバ並びに導線が外部に露出し
ない構成を採用しているため、前記管路、光ファイバ並
びに導線の損傷を回避してハンドによる種々の作業を効
果的に行うことが可能となる利点が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るロボット用ハンド交換装置の分離
状態を示す一部省略斜視図、 第２図は本発明装置の結合状態を示す一部省略縦断面
図、 第３図は第２図のIII−III線断面図、 第４図は本発明装置の連結作用の概略説明図、 第５図は本発明装置によりロボットに装着されるシート
把持用ハンドの概略を示す斜視図である。 10……本体部、12……結合部材 14……係合部材、16……結合部材 22a、22b……筐体部 28a、28b……シリンダ機構 34、34a……ロッド部材、36、36a……ラック 40a〜40d……管路、42……ピニオン部 46a〜46h……爪部、48a〜48h……係止面 56……マニホールド 62a、62b……ピン部材、64a〜64h……爪部 66a〜66h……係止面、67a、67b……孔部 74……マニホールド、80……アーム 82……シート把持用ハンド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットのアーム側に装着される第１の結
   合部材と、ロボットのハンド側に装着される第２の結合
   部材と、前記第１および第２結合部材を介してハンド側
   にハンド駆動用媒体を供給する手段と、前記第１および
   第２結合部材を互いに位置決めする位置決めピンとを有
   するロボット用ハンド交換装置であって、 前記第１および第２結合部材は、夫々中空部を有する略
   管状に形成されており、前記第１結合部材に第１の係合
   部材が外嵌されると共に、前記第２結合部材の外周上に
   複数の第２の係合部材が配設され、前記第１係合部材の
   外周にピニオン部が形成されて前記ピニオン部に駆動手
   段に連結されたラック部材が噛合し、前記駆動手段の作
   用下に前記第１係合部材を回動動作させることにより前
   記第１結合部材と第２結合部材を着脱自在に連結するこ
   とを特徴とするロボット用ハンド交換装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、前記第１係合部材は、第１結合部材から外方に突出
   する端部に半径方向内方に膨出して一以上の第１のテー
   パ面を含む第１の突起部を形成し、一方、前記第２係合
   部材は、第２結合部材の外周端部に半径方向外方に膨出
   して前記第１テーパ面に対応する一以上の第２のテーパ
   面を含む第２の突起部であり、前記第２突起部を含む第
   ２結合部材の端部を第１係合部材の内部に挿入して前記
   駆動手段の作用下に前記第１係合部材を回動させること
   により前記夫々のテーパ面が互いに圧接することを特徴
   とするロボット用ハンド交換装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、第１結合部材と第２結合部材の端部に夫々マニホー
   ルドと光ファイバと導線接続用端子とを含む第１および
   第２の板体を装着し、前記第１結合部材と第２結合部材
   を連結する際に夫々の板体を当接して前記マニホールド
   同士、光ファイバ同士並びに端子同士を接続して前記第
   １および第２結合部材の中空部を通ってハンド側にハン
   ド駆動用媒体を供給するよう構成してなるロボット用ハ
   ンド交換装置。