JPH09267285A - ハンドリング装置のツール自動交換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ツール交換作業の自動化を図ることにある。 【解決手段】 被加工物をエア吸引により把持するツー
ル２，２’をロボットアーム先端に装着し、被加工物を
複数の加工機間で移送するハンドリング装置において、
ロボットアーム先端のツール着脱部２４に被加工物の形
状に適合したツール２，２’を着脱するツール自動交換
機構であって、ツール着脱部２４は、被加工物を吸着す
る吸着パッドとエア吸引路で連通する口金３が挿入され
る開口孔３４をエア吸引源と連通させた筒状部３３を具
備し、その一部に内外径面に突出退入するボール３７を
設け、筒状部３３の外径面に接するように形成された密
閉空間部３８にエア供給により筒状部３３の外径面で摺
動するピストン４２を収納配置し、ロック時、ピストン
４２によりボール３７を筒状部３３の内径面から突出さ
せて口金３と嵌合させ、アンロック時、ボール３７から
のピストン４２の離脱によりボール３７を筒状部３３の
内径面から退入させて口金３を開口孔３４から抜脱可能
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハンドリング装置の
ツール自動交換機構に関し、例えば、自動車製造などに
おいて、プレス機などの複数の加工機間で被加工物を移
送するハンドリング装置で、被加工物の形状に適合した
ツールをロボットアームの先端に着脱するツール自動交
換機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車の製造においては、プレ
ス機などの加工機が製造ライン上に複数配置され、自動
車部品である被加工物に対して各加工機で順次所定の加
工を施すようにしているのが一般的である。また、各加
工機間で被加工物を移送するハンドリング装置が設置さ
れ、このハンドリング装置は、被加工物をエア吸引によ
り把持するツールをロボットアームの先端に装着した構
造を有する。

【０００３】各加工機間に設置されたハンドリング装置
では、前段の加工機で被加工物の処理が完了すると、ロ
ボットアームの先端のツールでその被加工物をエア吸引
により把持し、後段の加工機まで移送する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したハ
ンドリング装置では、形状が異なる複数種類の被加工物
を移送する必要があり、その場合、ロボットアームの先
端のツールが被加工物をエア吸引により把持する構造の
ため、被加工物の形状が変更されると一つのツールでは
変更された被加工物を把持することが困難となる。

【０００５】そのため、通常は、被加工物の形状に適合
した複数種類のツールを用意しておき、被加工物が変更
されるごとにその被加工物の形状に適合したツールをロ
ボットアームに付け替えるというツール交換作業を必要
としている。

【０００６】しかしながら、このツール交換作業は、作
業者がロボットアームの先端の使用済みツールを取り外
し、新たなツールをそのロボットアームの先端に取り付
けることにより行なわれるため、非常に手間がかかり作
業者の熟練度を必要とし、その交換作業中には加工機を
停止させておかなければならないので稼働効率が悪く生
産性の向上を図ることを困難であるというのが現状であ
る。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、ツール交換作
業の自動化を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、被加工物をエア吸引に
より把持するツールをロボットアームの先端に装着し、
前記被加工物を複数の加工機間で移送するハンドリング
装置において、前記ロボットアームの先端に設けられた
ツール着脱部に被加工物の形状に適合したツールを着脱
するツール自動交換機構であって、前記ツール着脱部
は、被加工物を吸着する吸着パッドとエア吸引路で連通
するツール口金が挿入される開口孔をエア吸引源と連通
させた筒状部を具備し、その筒状部の一部にその内外径
面に突出退入する口金係止部材を設け、前記筒状部の外
径面に接するように形成された密閉空間部にその密閉空
間部へのエア供給により筒状部の外径面で摺動する押え
込み部材を収納配置し、ツールのロック時、押え込み部
材により口金係止部材を筒状部の内径面から突出させて
ツール口金と嵌合させ、アンロック時、口金係止部材か
らの押さえ込み部材の離脱により口金係止部材を筒状部
の内径面から退入させてツール口金を開口孔から抜脱可
能としたことを特徴とする。

【０００９】尚、本発明では、前記押え込み部材をロッ
ク方向へ弾性的に付勢してエア遮断時に押え込み部材に
より口金係止部材が筒状部の内径面から突出する状態を
維持させる弾性部材を前記密閉空間部に収納配置するこ
とが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係るハンドリング装置の
ツール自動交換機構の実施形態を図１乃至図１４に示し
て説明する。

【００１１】このハンドリング装置で使用するツールと
しては、被加工物の形状に適合した複数種のものが用意
される。例えば、図５（ａ）に示すように被加工物１が
直状のプレス成形品である場合、ツール２は、口金３か
ら延びる支持杆４の先端に直状のブラケット５を直交さ
せて取り付け、そのブラケット５の両端に吸着パッド６
を設け、口金３と吸着パッド６とを支持杆４及びブラケ
ット５に沿わせて配置したエア吸引路の一部であるエア
ホース７により連通させた構造を有する。

【００１２】また、例えば、図５（ｂ）に示すように被
加工物１’が屈曲状のプレス成形品である場合、ツール
２’は、前述のツール２と同様、口金３から延びる支持
杆４の先端にブラケット５’を直交させて取り付け、そ
のブラケット５’の両端に吸着パッド６を設けた構造を
有するが、前述のツール２と異なる点はブラケット５’
の形状にある。即ち、ブラケット５’の両端は、被加工
物１’の形状に合わせて下方へ屈曲させた形状を有す
る。

【００１３】これらツール２、２’を具体的に説明する
と、口金３は、図６乃至図９に示すようにロボットアー
ムの先端に嵌着される小径部８と、フランジ９（図１０
及び図１１参照）を介して支持杆４が固着された大径部
１０とで構成され、小径部８には更にテーパ面を有する
縮径部１１が形成される。

【００１４】この口金３には小径部８の端面に開口する
エア吸引路１２を屈曲させた形状で大径部１０の端面の
一部に開口させている。また、大径部１０の端面中央に
は凹部１３が形成され、その凹部１３に支持杆４を挿入
してフランジ９の中央孔１４の周縁でその支持杆４の基
端部を溶接によりフランジ９に一体的に固着し、支持杆
４が固着されたフランジ９をネジ孔１５を利用してボル
トにより口金３に固定する。この口金３の大径部１０の
端面に位置するエア吸引路１２の開口部１６には、フラ
ンジ９の貫通孔１７を介してエアホース７〔図５（ａ）
参照〕が接続される。

【００１５】また、大径部１０の外周面底部位には、ツ
ールスタンドの架台（後述）に設けた位置決めピンが挿
入配置されるピン孔１８を形成している。また、大径部
１０の外周面斜め上方部位には、ロボットアームの先端
に設けられたツール識別センサ（後述）によりツール
２，２’の有無を検出するためのセンサ感知用プレート
１９を突設する。更に、大径部１０の外周面上方部位に
は、ロボットアームの先端に対して口金３を位置決めす
るための位置決めピン２０を突設する。

【００１６】尚、この口金３はツール２，２’の種類に
関係なく共通して使用されるので、その口金３以外の部
分を取り替えるに際しては、フランジ９の取り付け孔２
１にボルトを挿通して口金３のネジ孔１５でボルト締め
する場合に生じるフランジ９のがたつきを防止するた
め、口金３に対してフランジ９をノックピン２２により
位置合わせするようにしている。このフランジ９は、ツ
ールスタンドの架台上に載置した時の位置決め用とし
て、その外周端面の一部にフラット面２３が形成され
る。

【００１７】次に、前述したツール２，２’が装着され
るロボットアームの先端構造について詳述する。図１乃
至図４に示すようにロボットアームの先端に設けられた
ツール脱着部２４は、アダプタ２５、ホルダ２６及びシ
リンダ２７の３つの部材を主要部として構成される。

【００１８】まず、アダプタ２５は，ロボットアームの
先端に貫通孔２８を利用したボルト締めにより固着され
たほぼ円板状部材で、その中央部から側端面に向けてエ
ア吸引路２９が形成され、その側端面での開口部３０に
エアホースを介してエア吸引源（図示せず）が接続され
る。尚、このアダプタ２５には、ロボットアームの先端
に貫通孔２８にボルトを挿通して締着する場合に生じる
がたつきを防止するため、ロボットアームの先端に対し
てアダプタ２５をノックピン３１により位置合わせする
ようにしている。

【００１９】次に、ホルダ２６は、アダプタ２５に接合
するフランジ部３２とそのフランジ部３２から一体的に
突設された筒状部３３とからなり、その筒状部３３の開
口孔３４にツール２，２’の口金３が挿入される。この
開口孔３４の後方部位にはエアカプラ３５が内嵌され、
このエアカプラ３５を介して開口孔３４とアダプタ２５
のエア吸引路２９とを連通させている。また、筒状部３
３の前端には、内径方向へ向けて縮径したテーパ状の丸
穴３６が貫通形成され、その丸穴３６に口金係止部材で
あるボール３７を嵌入させる。尚、丸穴３６の筒状部内
径面での開口径をボール３７の外径よりも小さくしてい
るので、ボール３７が丸穴３６から抜脱することはな
い。

【００２０】また、シリンダ２７は、ホルダ２６のフラ
ンジ部３２に接合すると共に筒状部３３の前端で接合
し、ホルダ２６との間で密閉空間部３８を形成する。ま
た、シリンダ２７の前端上方部位には、ツール２，２’
の口金３の位置決めピン２０が嵌入して位置合わせする
ための位置決めブロック３９が固着されている。尚、シ
リンダ２７を、ホルダ２６を挾み込んだ状態でアダプタ
２５にネジ孔４０を利用してボルト４１により締着する
ことにより、シリンダ２７、ホルダ２６及びアダプタ２
５の三者が接合一体化される。

【００２１】ホルダ２６及びシリンダ２７により形成さ
れた密閉空間部３８には、押え込み部材である筒状のピ
ストン４２がホルダ２６の筒状部３３の外周面とシリン
ダ２７の内周面との間で摺動自在に収納配置される。こ
のピストン４２は、密閉空間部３８を後方に位置するロ
ック側と前方に位置するアンロック側とに分断する。ま
た、密閉空間部３８のロック側には、ピストン４２の後
端部とホルダ２６のフランジ部３２との間で筒状部３３
に外挿する弾性部材であるばね４３が収納配置され、そ
のばね４３の弾性力によりピストン４２を前方へ付勢し
ている。

【００２２】尚、シリンダ２７の一部には、密閉空間部
３８のロック側及びアンロック側と連通するエア流路
（図示せず）がそれぞれ形成され、両エア流路を側端面
の前端及び後端にそれぞれ開口させ、それぞれの開口部
４４，４５にエアホース４６，４７を接続してエア供給
源（図示せず）に接続する。

【００２３】また、シリンダ２７の前端面にはツール識
別センサ４８が配設され、前述したようにツール２，
２’の口金３に設けられたセンサ感知用プレート１９の
近接によりツール２，２’の有無を検出する。更に、シ
リンダ２７の前端部の下部には、ピストン４２が前進端
位置にあってボール３７によりツール２，２’の口金３
が係止された状態にあることを検出するロックセンサ４
９が配設される。尚、シリンダ２７の一部からは、前述
したセンサ等のための電気コード５０が導出されてい
る。

【００２４】以上の構成からなるハンドリング装置のツ
ール自動交換機構によるツール交換作業を以下に説明す
る。

【００２５】ここで、被加工物１，１’の品種変更によ
り使用済みとなったツール２と新たに使用するツール
２’との交換は、図１２乃至図１４に示すように所定ポ
ジションに配置されたツールスタンド５１により行なわ
れる。使用済みとなった不要なツール２は、支柱５２に
設けられた架台５３に吊り下げ状態で支持される。即
ち、ツール２は、架台５３にツール２のフランジ９を係
止させた状態で架台５３に設けられた切り欠き部５４に
ツール２の支持杆４を挿通させることにより垂下保持さ
れる。尚、架台５３に設けられた押さえ部材５５にツー
ル２のフランジ９が嵌まり込むことにより、ツール２が
上方へ移動することを規制している。

【００２６】一方、新たに使用するツール２’は、支柱
５２に設けられた架台５６に水平状態で支持される。即
ち、ツール２’は、架台５６上のＶ字状支持部５７，５
８にツール２’の口金３の大径部１０及び支持杆４がそ
れぞれ載置されることにより水平保持される。この時、
Ｖ字状支持部５７に突設された位置決めピン５９がツー
ル２’の口金３の大径部１０に形成されたピン孔１８に
嵌合することにより位置決めされる。

【００２７】尚、フランジ９の外周端面の一部に形成さ
れたフラット面２３（図１０及び図１１参照）が架台５
６の載置面と一致することによっても、ツール２’が位
置決めされると共に安定した状態で載置される。また、
架台５６上に設けられた押さえ板６０にツール２’のフ
ランジ９が当接することにより、ツール２’が先端側へ
移動することを規制している。

【００２８】尚、前述の場合、使用済みのツール２に関
しては、スペース的な制約などによりスペースの有効利
用のため、ツールスタンド５１の架台５３に吊り下げ状
態で支持するようにしているが、新たなツール２’と同
様に水平状態で支持することも可能である。使用済みの
ツール２を新たなツール２’と同様に水平状態で支持す
るようにすれば、使用済みのツール２を再使用する場合
には架台上で位置決めされているために好適である。

【００２９】まず、ツール２，２’の使用中、ロボット
アームの先端のツール着脱部２４にはツール２，２’が
装着された状態にある。この時、ツール２，２’の口金
３はツール着脱部２４のホルダ２６の開口孔３４に挿入
された状態にあってその小径部８の縮径部１１にボール
３７が嵌まり込んだ状態にある（図１参照）。ホルダ２
６とシリンダ２７との密閉空間部３８のロック側にエア
が供給されていることにより、ピストン４２が前進端位
置にあってそのピストン４２でボール３７を内径方向へ
押さえ込んで位置規制し、このようにしてボール３７が
ツール２，２’の口金３の縮径部１１に係止された状態
により、ツール２，２’がロボットアームのツール着脱
部２４に装着された状態を保持する。

【００３０】このツール２，２’で被加工物１，１’を
吸着するに際しては、ツール着脱部２４のアダプタ２５
のエア吸引路２９から、エアカプラ３５、ツール２，
２’の口金３、エアホース７を介して吸着パッド６へ至
る経路でもってエア吸引により被加工物１，１’を吸着
パッド６でもって吸着保持する。

【００３１】ツールの使用後、その使用済みのツール２
を新たなツール２’に交換するに際して使用済みのツー
ル２をロボットアームのツール着脱部２４から取り外
す。この使用済みのツール２の取り外しは、以下の要領
でもって行なわれる。

【００３２】まず、使用済みのツール２をツールスタン
ド５１の架台５３までロボットアームにより移送し、そ
のツール２を鉛直方向に垂下させた状態で支持杆４を架
台５３の切り欠き部５４に挿通させてフランジ９を架台
５３上に載置する（図１２及び図１３参照）。この状態
で、ロボットアームのツール着脱部２４では、ホルダ２
６とシリンダ２７との密閉空間部３８のアンロック側に
エアを供給することにより、ピストン４２をエア圧によ
りばね４３の弾性力に抗して後退させる。このピストン
４２の後退により、ボール３７からピストン４２が離脱
してそのボール３７が筒状部３３の内径面から退入可能
となってツール２の口金３を筒状部３３の開口孔３４か
ら抜脱することが可能となる（図１参照）。

【００３３】このボール３７からピストン４２を解除し
た状態でロボットアームを上昇させれば、架台５３上に
ツール２は押さえ部材５５により規制されているので
（図１２及び図１３参照）、ツール２が持ち上げられる
ことなく、ツール２の口金３がホルダ２６の開口孔３４
からスムーズに抜脱し、これによりツール２がツール着
脱部２４から取り外される。

【００３４】使用済みのツール２の取り外し後、新たな
ツール２’をロボットアームのツール着脱部２４に取り
付ける。この新たなツール２’の取り付けは、以下の要
領でもって行なわれる。

【００３５】まず、ツールスタンド５１の架台５６上に
位置決め載置された新たなツール２’に対して、ロボッ
トアームの先端のツール着脱部２４を接近させ、ツール
２’の口金３にツール着脱部２４の開口孔３４を対向さ
せる。この時、ツール着脱部２４のシリンダ２７の前端
面に設けられたツール識別センサ４８により、ツール
２’の口金３の大径部１０に設けられたセンサ感知用プ
レート１９（図７及び図８参照）を検出してツール２’
の有無を識別することができる。

【００３６】その後、ツール着脱部２４の開口孔３４に
ツール２’の口金３を挿入する。この挿入時、ツール
２’の口金３の大径部１０に設けられた位置決めピン２
０（図６乃至図８参照）がツール着脱部２４のシリンダ
２７に設けられた位置決めブロック３９（図１乃至図４
参照）に嵌入することによりツール着脱部２４に対して
ツール２’を位置合わせすることができる。

【００３７】一方、ツール着脱部２４のホルダ２６の開
口孔３４では、ホルダ２６とシリンダ２７との密閉空間
部３８のアンロック側にエアを供給していることによ
り、ピストン４２がばね４３の弾性力に抗して後退して
ボール３７がフリーな状態となっている。そのため、開
口孔３４に挿入される口金３の先端はボール３７を押し
退けながら進入して最終的に口金３の小径部８の縮径部
１１にボール３７が嵌まり込んだ状態で挿入が完了す
る。

【００３８】尚、このツール２’の口金３へのツール着
脱部２４の押し込み時には、ツールスタンド５１の架台
５６上でツール２’のフランジ９が押さえ板６０（図１
２乃至図１４参照）により規制されているので、ツール
２’がその押し込み方向へ移動することはない。

【００３９】その上で、ホルダ２６とシリンダ２７との
密閉空間部３８のロック側にエアを供給することによ
り、ピストン４２をエア圧により前進させ、このピスト
ン４２の先端でボール３７を押さえ込むことによりボー
ル３７が筒状部３３の内径面から突出して口金３の縮径
部１１に係止した状態を確保する。この時、ロックセン
サ４９によりピストン４２が前進端位置にあることを検
出して口金３がロックされたことを確認することができ
る（図１参照）。

【００４０】口金３のロックが完了した時点でロボット
アームによりツール２’を架台５６上から持ち上げて離
脱させる。そして、ツール着脱部２４のアダプタ２５の
エア吸引路２９から、エアカプラ３５、ツール２’の口
金３、エアホース７を介して吸着パッド６へ至る経路で
もってエア吸引により被加工物１’を吸着パッド６でも
って吸着保持する。尚、ツール２’の使用時、何等かの
原因により、密閉空間部３８のロック側へのエア供給が
遮断された場合であっても、ばね４３の弾性力によりピ
ストン４２が前進端位置にある状態を維持することがで
きるので、口金３のロック状態は確実で安全性を確保す
ることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係るハンドリング装置のツール
自動交換機構によれば、ロボットアームの先端からの使
用済みツールの取り外しと、そのロボットアームの先端
への新たなツールの取り付けとからなるツール交換作業
を、ツール着脱部及びツール口金の構造により、人手を
介することなく自動的に行なうことができるので、作業
性が飛躍的に改善されて加工機の稼働効率もよくなり生
産性の大幅な向上が図れる。また、ツール着脱部でのツ
ール口金をロックするエア圧が遮断された場合であって
も、その口金のロック状態を維持する手段を具備してい
るので、安全性に優れて信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハンドリング装置のツール自動交換機
構におけるロボットアーム先端のツール着脱部を示す断
面図

【図２】図１のツール着脱部の左側面図

【図３】図１のツール着脱部の右側面図

【図４】図３のツール着脱部の底面図

【図５】（ａ）はツールの一例を示す斜視図 （ｂ）はツールの他例を示す部分斜視図

【図６】ツールの口金を示す一部断面を含む正面図

【図７】図６の口金の右側面図

【図８】図６の口金の左側面図

【図９】口金のエア吸引路を示す部分断面図

【図１０】口金に固定されるフランジを示す側面図

【図１１】図１０のフランジを示す一部断面を含む正面
図

【図１２】ツールスタンドを示す正面図

【図１３】ツールスタンドを示す平面図

【図１４】新たなツールを載置した架台を示す部分拡大
側面図

【符号の説明】

１，１’ 被加工物 ２，２’ ツール ３ 口金 ６ 吸着パッド ２４ ツール着脱部 ３３ 筒状部 ３４ 開口孔 ３７ 口金係止部材（ボール） ３８ 密閉空間部 ４２ 押え込み部材（ピストン） ４３ 弾性部材（ばね）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物をエア吸引により把持するツー
   ルをロボットアームの先端に装着し、前記被加工物を複
   数の加工機間で移送するハンドリング装置において、前
   記ロボットアームの先端に設けられたツール着脱部に被
   加工物の形状に適合したツールを着脱するツール自動交
   換機構であって、 前記ツール着脱部は、被加工物を吸着する吸着パッドと
   エア吸引路で連通するツール口金が挿入される開口孔を
   エア吸引源と連通させた筒状部を具備し、その筒状部の
   一部にその内外径面に突出退入する口金係止部材を設
   け、前記筒状部の外径面に接するように形成された密閉
   空間部にその密閉空間部へのエア供給により筒状部の外
   径面で摺動する押え込み部材を収納配置し、ツールのロ
   ック時、押え込み部材により口金係止部材を筒状部の内
   径面から突出させてツール口金と嵌合させ、アンロック
   時、口金係止部材からの押さえ込み部材の離脱により口
   金係止部材を筒状部の内径面から退入させてツール口金
   を開口孔から抜脱可能としたことを特徴とするハンドリ
   ング装置のツール自動交換機構。
2. 【請求項２】 前記押え込み部材をロック方向へ弾性的
   に付勢してエア遮断時に押え込み部材により口金係止部
   材が筒状部の内径面から突出する状態を維持させる弾性
   部材を前記密閉空間部に収納配置したことを特徴とする
   請求項１記載のハンドリング装置のツール自動交換機
   構。