(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームに装着されたツール本体にツール先端部材を螺合した状態で作業を行うロボットの前記ツール先端部材を交換するためのロボット用ツール先端部材自動交換装置において、
先端部材交換治具を前記ロボットの動作領域内に備え、
前記先端部材交換治具は、ベース部材と、該ベース部材に対して所定軸線の周りに回転自在に支持される回転部材と、該回転部材の前記所定軸線から偏心した所定位置に、前記螺合のための前記ツール本体と前記ツール先端部材間の相対回転動作の中心軸線が前記所定軸線と平行な姿勢で前記ツール先端部材の前記回転部材に対する回転がロックされるように前記ツール先端部材を保持する先端部材保持手段とを有し、
前記ツール先端部材が前記先端部材保持手段に保持され、且つ、前記ツール本体が前記ツール先端部材と接触した状態を保ちながら、前記ロボットアームの動作により前記ツール本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ツール本体と前記ツール先端部材間に相対回転を生じさせて前記ツール先端部材の脱着を行うことを特徴とする、ロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項２】
前記回転部材に回転位相検出用の手段が設けられている、請求項１に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項３】
前記先端部材保持手段は、前記ツール先端部材との相対回転をロックする回転ロック部材を有し、
該回転ロック部材は、弾性体を介して前記回転部材に支持されている、請求項１または請求項２に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項４】
前記回転ロック部材は、一定値以上のトルクが該回転ロック部材の軸芯回りに作用した場合には該回転ロック部材の軸芯回りでの回転が許容される状態で、前記回転部材に対して支持されている、請求項３に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項５】
前記回転ロック部材の外径は、前記ツール先端部材の内径より小さく、前記ツール先端部材を前記回転ロック部材に装着した状態で該ツール先端部材を交換する、請求項３又は請求項４に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項６】
前記回転部材にツール清掃手段が設けられており、前記ロボットアームの動作により前記ツール本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ツールを清掃する、請求項５に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【請求項７】
前記ロボットがアーク溶接ロボットであり、前記ツールがノズルを備えたアークトーチであり、前記ツール先端部材がコンタクトチップであり、前記ツール清掃手段がノズル清掃手段であり、
前記コンタクトチップと前記ノズルの間の円筒状の隙間に前記ノズル清掃手段を挿入し、該挿入した状態を保ちながら、前記ロボットアームの動作により前記アークトーチ本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ノズルと前記ノズル清掃手段間に相対回転を生じさせ、前記ノズルの内壁を清掃する、請求項６に記載のロボット用ツール先端部材自動交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームに装着されたツール本体にツール先端部材を螺合した状態で作業を行うロボットの前記ツール先端部材を交換するためのロボット用ツール先端部材自動交換装置に関し、例えば、アーク溶接やレーザ加工を行うツールの先端に装着されるツール先端部材の自動交換装置に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボット（以下、単に「ロボット」という）を用いてアーク溶接やレーザ加工を行う場合、ツールの先端にツール先端部材が装着されている。一般に、このツール先端部材の装着は、ツール先端部材をツール本体に螺合する形で行われている。ところで、ツール先端部材は使用を重ねる内に消耗が進み、やがて交換が必要となる。そこで、ロボットによる省力化の効果を高めるためにツール先端部材の自動交換技術が開発・提案されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、ロボットを用いた３次元レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッド（ツール）の先端に装着されるノズルチップ（レーザ加工におけるツール先端部材）を自動的に脱着する手法が記されている。この手法では、パワーチャックを備えたノズルチップ保持装置でノズルチップを固定し、レーザ加工機の５軸制御によりノズルチップが装着された（あるいはされるべき）加工ヘッドを、ノズルチップの軸心の周りで公転させることで、ノズルチップの脱着を行うようになっている。また、手首部駆動用のモータについて、手首２軸のモータは手首後部に収納し、ドライブシャフト等の動力伝達手段を用いて、手首部の動作範囲を確保している。
なお、本発明に関連する従来技術としては、後述の実施形態で言及される柔らかいサーボ制御について、下記特許文献２、３がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−４３８７９号公報
【特許文献２】
特開平７−２０９４１号公報
【特許文献３】
特開平８−２２７３２０号公報
【特許文献４】
特開平６−１７０５４０号公報
【特許文献５】
特開２００２−２８３０５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような方法では、ツール先端部材の脱着を自動交換装置で行うに際して、自動交換装置にツール先端部材を固定する為のアクチュエータを駆動する駆動源が必要となり、ランニングコストが高くなる問題があった。また、ツール先端部材の脱着時には、ロボットの動作で螺合の実行／解除を行うために、螺合の回転動作の中心軸線回りでの連続回転が要求されることになる。
【０００６】
ところが、通常のアーク溶接やレーザ加工を行うロボットシステムでは、ロボット自身にモータ制御用線、ツール用のエネルギー供給線、センサ信号線、アシストガス配管等各種の配線・配管類が装着されており、これらの配線・配管による運動範囲制限の為に、ロボットの手首軸の動作は無限ではなく、ツール先端部材の螺合とその解除のために必要な連続的回転は許容されない場合が殆どである。
【０００７】
例えば、加工ヘッドにアシストガスを供給する配管のことだけ考えても、それをいわゆる外這わしで装着することは、上記のような連続的回転の要求とは相入れない。また、特許文献１の例で見られるように、手首部の動作範囲を確保するために特別の機構が必要であった。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、ツール先端部材の交換のために別途の駆動源を用意する必要がなく、構造が簡素で、作業の立上げに要する工数も少なく、一般的なアーク溶接やレーザ加工を行うロボットシステムにも好適に使用できるツール先端部材交換装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベース部材に対して回転自在に支持され、回転部材の回転中心から偏心した位置にツール先端部材をロックして保持するツール先端部材保持手段を設けたツール先端部材交換治具を準備し、ロボットが、ツール先端部材保持手段でツール先端部材の回転をロックした状態を保ちながら、ツール本体を公転させることにより、ツール先端部材の着脱を行うことができるようにすることで、ツール先端部材交換治具の駆動源およびロボットの連続回転を不要することができるロボット用ツール先端部材自動交換装置を提供したものである。更に具体的に言えば、本発明は、ロボットアームに装着されたツール本体にツール先端部材を螺合した状態で作業を行うロボットの前記ツール先端部材を交換するためのロボット用ツール先端部材自動交換装置に適用されるもので、下記の基本的特徴を備えている。
【００１０】
即ち、本発明に係るロボット用ツール先端部材自動交換装置は、先端部材交換治具を前記ロボットの動作領域内に備え、この先端部材交換治具は、ベース部材と、該ベース部材に対して所定軸線の周りに回転自在に支持される回転部材と、該回転部材の前記所定軸線から偏心した所定位置に、前記螺合のための前記ツール本体と前記ツール先端部材間の相対回転動作の中心軸線が前記所定軸線と平行な姿勢で前記ツール先端部材の前記回転部材に対する回転がロックされるように前記ツール先端部材を保持する先端部材保持手段とを有している。
【００１１】
そして、前記ツール先端部材が前記先端部材保持手段に保持され、且つ、前記ツール本体が前記ツール先端部材と接触した状態を保ちながら、前記ロボットアームの動作により前記ツール本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ツール本体と前記ツール先端部材間に相対回転を生じさせて前記ツール先端部材の脱着を行うようになっている。
【００１２】
ここで、前記回転部材に回転位相検出用の手段が設けることができる。また、前記先端部材保持手段に、前記ツール先端部材との相対回転をロックする回転ロック部材を、弾性体を介して前記回転部材に支持されるように設けることもできる。この回転ロック部材は、一定値以上のトルクが該回転ロック部材の軸芯回りに作用した場合には該回転ロック部材の軸芯回りでの回転が許容される状態で、前記回転部材に対して支持されるようにすることができる。
【００１３】
ここで、回転ロック部材の外径を、前記ツール先端部材の内径よりも小さくして、前記ツール先端部材を前記回転ロック部材に装着した状態で該ツール先端部材を交換するようにすることができる。更には、前記回転部材にツール清掃手段を設け、前記ロボットアームの動作により前記ツール本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ツールを清掃するようにしても良い。
【００１４】
例えば、前記ロボットがアーク溶接ロボットであり、前記ツールがノズルを備えたアークトーチであり、前記ツール先端部材がコンタクトチップである場合、前記ツール清掃手段をノズル清掃手段として、前記コンタクトチップと前記ノズルの間の円筒状の隙間に前記ノズル清掃手段を挿入し、該挿入した状態を保ちながら、前記ロボットアームの動作により前記アークトーチ本体を前記回転部材と共に前記所定軸線の周りに回転させることにより、前記ノズルと前記ノズル清掃手段間に相対回転を生じさせ、前記ノズルの内壁を清掃するように構成することができる。
【００１５】
上記のように、本発明で用いられるツール先端部材交換治具はそのための新たな駆動源を要するものでないため、追加のランニングコストが発生しない。また、設置においてもツール先端部材交換治具を設置するだけで、配線・配管作業は不要なので、立上げ工数も最小で済む。更に、アシストガス等の配線がツールに配管されている場合であっても、ツール先端部材交換時に、上記ツール先端部材交換治具を用いることで、ロボットの手首軸に連続回転を要求することなくツール先端部材の交換を行うことが可能となる。従って、一般的なアーク溶接やレーザ加工を行うロボットシステムに使用されるロボットについて、ツール先端部材の自動交換が簡単に実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態におけるアプリケーションとシステム構成の概要を記した図である。同図から明らかなように、システムはアーク溶接ロボットを用いたもので、システムの制御部として機能するロボット制御装置１、溶接電源２、ワイヤ送給装置６、溶接ワイヤ７、トーチケーブル８、ロボット機構部１０、溶接トーチ（ツール本体；以下、同じ）２０を含み、ロボット制御装置１とロボット機構部１０はロボット制御ケーブル３で結ばれ、ロボット制御装置１と溶接電源２は溶接電源制御ケーブル４で結ばれている。なお、図１中で、ロボット制御ケーブル３は溶接電源２の裏側を通るように描かれている。
【００１７】
溶接トーチ２０は、ロボット機構部１０の手首要素１２に装着されている。溶接トーチ２０には、ロボット機構部１０の前腕１１の上部に搭載されたワイヤ送給装置６を介して溶接ワイヤドラム（図示省略）から引き出された溶接ワイヤ７が給送される。但し、溶接ワイヤ７はワイヤ送給装置６以降では、図示を省略したアシストガス配管、及び溶接用給電線とともにトーチケーブル８内に束ねられて溶接トーチ２０まで延びている。
【００１８】
本実施形態においてツール本体を構成する溶接トーチ２０には、その先端部にツール先端部材としてコンタクトチップ（単に、「チップ」とも言う）２１が螺合により装着されている。本実施形態では、このコンタクトチップ２１の脱着を符号３０で全体を示したツール先端部材交換機構とロボット機構部１０の動作を利用して実行する。ここで、本例におけるアーク溶接ロボットは、６軸の自由度を持つロボットである。
【００１９】
ロボット機構部１０の各軸は、周知の態様で、ロボット制御装置１によって制御されるサーボモータによって駆動される。ロボット制御装置１には動作プログラムが教示されており、手首部１２の先端付近に装着された溶接トーチ２０は、動作プログラムに従って目標位置まで移動し、指定された姿勢でワーク（例えば継手：図示は省略）に対してアーク溶接を行う。ロボット制御装置１によるサーボモータの駆動制御は、ロボット制御装置１と各サーボモータを接続するロボット制御ケーブル３を介して周知の態様で行われる。
【００２０】
また、ロボット制御装置１は、各軸のサーボモータへの動作指令と同時に溶接電源２への溶接指令も出力し、溶接電源２はロボットの動作と同期し、溶接卜ーチ２０の先端の溶接ワイヤ部の溶接電圧、溶接電流を制御することができる。上記したように、溶接トーチ２０はロボットの手首先端部に装着され、溶接トーチ２０の先端部にツール先端部材（コンタクトチップ）２１が螺合され、溶接卜ーチ２０には、卜ーチケーブル８を介してワイヤ送給装置６経由でロボット制御装置１からの指令に従って、溶接ワイヤ７が送給されてくる。
【００２１】
一方、溶接トーチ２０に対しては、トーチケーブル８に含まれた溶接用給電線を介して、溶接電源２から送られる溶接電圧と溶接電流が与えられる。コンタクトチップ２１は、溶接ワイヤ７に接触してこれを溶接ワイヤ７に供給する。その為、コンタクトチップ２１は導電性に優れた材料（通常は銅）で構成されている。
【００２２】
溶接ワイヤ７との接触による摩耗、放電に伴うスパッタによる破損等の要因により、コンタクトチップ２１は定期的な交換（標準的には１日に数回の交換）が必要となる。これと類似した事態（ツール先端部に装着されたツール先端部材の交換の必要性）は、他のアプリケーションでも起る。例えばレーザ加工ロボットでは、加工ヘッド先端のノズルチップの交換が必要になる。
【００２３】
以下、図２〜図７を適宜参照図に加えながら、ツール先端部材交換機構３０とロボット機構部１０の動作を利用してツール先端部材（ここではコンタクトチッップ）２１の交換の仕方について説明する。図２は、ツール先端部材２１の脱着について説明する一般的な説明図で、（ａ）は取外し、（ｂ）は装着の様子を右側面図で示している。
【００２４】
先ず、ロボット制御装置１に、ツール先端部材２１の交換指令命令が入力されるとツール先端部材の交換動作に入る。この交換指令の入力は、例えばロボット制御装置１に接続されたオペレータ操作盤（図示省略）の交換指令命令ボタンをオペレータが押し、その入力信号がロボット制御装置１に送信されることで実行される。なお、ロボットはツール先端部材２１の交換終了後には、この入力信号をキャンセルする。
【００２５】
図２に示したように、交換機構側には、いくつかの先端部材保持手段（ここではチップフォルダ）Ｂと位置出し部材Ｃを回転自在に支持された回転部材Ａ上に設けた先端部材交換治具が用意されている。ロボットには予め、ツール先端部材交換開始のための位置（以後、「初期位置」という）が教示されており、この位置は、回転部材Ａの回転軸線Ｚから所定距離離れた位置で、且つ、回転部材Ａの少し上方とする。ここで、「所定距離」は、回転部材Ａと先端部材保持手段Ｂまでの距離に対応するように設定される。
【００２６】
ロボットはツール先端部材交換の入力信号を受け付けると、ツール先端部材（ここではコンタクトチップ）２１の交換作業に入り、先ず初期位置へ移動する。ここで、先端部材２１を先端部材保持手段Ｂに保持させるために、一般に、ロボットは回転部材Ａの回転の位相を予め認識する必要がある。もしも、交換前の位相が前回交換終了時の位相と同じであることが保証されていれば位相検出の作業は必要がないが、前回の交換時以後、オペレータが交換用新規のツール先端部材をセットする際に、回転部材を不用意に回転させてしまうケースに備えるには、位置出し手段が必要となる。
【００２７】
上記の位置出し部材Ｃは、その例として利用できる。例えば、ロボットを回転部材Ａの上方（初期位置）からツールを回転部材Ａに向けて接近し、ツール先端部材が位置出し部材Ｃの上端より下に到達した時に、今度は、該回転部材の回転軸線Ｚの周りに１周以上回転し、所定の位置で動作を停止し、回転部材Ａの位置出しを行う。
【００２８】
位置出し部材Ｃは、ツールが真上から接近した場合に回転方向に逃げられるようにするのが望ましい。また、位置出し部材Ｃの代わりに、回転部材Ａの回転位置を検出するパルスコーダを用いた位置出し手段を設けることも可能である。  更に、回転部材Ａに割出し用の溝を設け、該溝をプランジャで押す構造を用いた割出し手段を設け、前回交換終了時の位相が不用意に回転されないよう工夫することも可能である。
【００２９】
なお、ロボットはツール先端部材２１の交換前に、溶接ワイヤによりツール先端部材２１の交換に支障がでなくするため、溶接電源２に指令して溶接ワイヤ７を後退させ、ツール先端部材２１の付近に溶接ワイヤ７が残らないようにする。なお、溶接ワイヤ７の先端部に溶接終了時に形成される溶球がツール先端部材２１の内径より大きく、溶接ワイヤ７が後退できない場合には、事前に溶接ワイヤ７の先端をワイヤカッタで切断することが望ましい。
【００３０】
次に、ロボットは位置出し結果に基づいて、空のツール先端部材保持手段Ｂの１つの真上に移動し、下方に予め設定された距離下降する。これにより、ツール先端部材２１を先端部材交換治具の先端部材保持手段Ｂに挿入する。ここで下降距離は、適正な挿入に必要な距離である。
【００３１】
ツール先端部材２１がツール先端部材保持手段Ｂに挿入されると、ツール先端部材２１はロックされ、先端部材保持手段（チップフォルダ）Ｂ内では動けない状態となる。このロック状態を確実にするために、例えば先端部材保持手段Ｂに摩擦体が設けられる。ロボットは、ツール先端部材２１がロックされた状態で、ロボットアームを動作させ、ツール本体を回転部材Ａと共に回転軸線Ｚの周りで回転させる。回転の向きは、螺合を解除する向きであり、回転量は螺合の噛み合い回転を適量上回る量として予め設定しておく。
これにより、ツール本体とツール先端部材間に相対回転が生じ、ツール先端部材２１の取外しが達成される。
【００３２】
ツール先端部材を取付ける場合は、ロボットは、先ず初期位置に移動する。そして、再度、上述の位置出しにより、ツール先端部材２１が摩擦でロックされた状態で保持されているツール先端部材保持手段Ｂ上方に移動し、予め設定された適距離下降する。そして、ツールを上記とは逆の向きに回転軸線Ｚの周りで回転させる。回転量は、螺合の噛み合い回転量を適量上回るように予め設定しておく。
なお、回転部材Ａには複数の先端部材保持手段Ｂを設けることで、無人運転中に複数回転位置でツール先端部材の自動交換を行うことが可能となる。
【００３３】
また、上記のツール先端部材２１をツール先端部材保持手段Ｂにロックするには摩擦の他に、ツール先端部材２１にローレットや２面巾などによるツール先端部材締付け用の固定手段を設けることが好ましい。ローレットと摩擦体を併用すれば、ロックはより確実になる。
【００３４】
図３は、図２に示した方式で脱着を行うツール先端部材自動交換装置のツール先端部材交換機構の一例を、上面図（ａ）、側断面図（ｂ）で示したものである。図示されているように、ツール先端部材交換機構は、先端部材交換治具を有し、この先端部材交換治具は、ベース部材（架台）３１と、該ベース部材３１に対して軸線Ｚの周りに回転自在に支持される回転部材３２と、該回転部材３２の軸線Ｚから偏心した所定位置に設けられた複数（ここでは６個）の先端部材保持手段３３とを有している。
【００３５】
ここで、回転部材３２は図２における符号Ａで表わされた回転部材の例であり、先端部材保持手段３３は図２における符号Ｂで表わされた先端部材保持手段の例である。また、図２における位置出し部材Ｃに対応する部材として、位置出し部材３４が設けられている。この図３に示した機構とロボット動作を用いて、ツール先端部材２１を脱着する手順は、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明したものと同様なので、繰り返し説明は省く。
【００３６】
図４は、図２に示した脱着を行うツール先端部材自動交換装置の機構の別の例について、回転部材及び先端部材保持手段の要部を上面図で示したものである。また図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）は、図４に示した機構で使用される先端部材保持部材について、取外し用先端部材保持部材と取付用先端部材保持部材を各々右側面図と部分上面図で示したものである。
【００３７】
本例の機構では、回転部材４２が図２（ａ）、（ｂ）における回転部材Ａに相当し、先端部材保持手段４３、４４が図２（ａ）、（ｂ）における先端部材保持手段Ｂに対応し、位置出し部材４５が図２（ａ）、（ｂ）における位置出し部材Ｃに対応している。但し、先端部材保持手段については、取外し用先端部材保持手段４３と取付用先端部材保持手段４４の２種類のものが採用され、各々２個づつ設けられている。また、後述する態様で溶接トーチに備わっているノズルの内壁（ツールの一部）を清掃するためのノズル清掃手段４６が設けられている。
【００３８】
図５（ａ）に示したように、取外し用先端部材保持手段４３は、基板５１上に圧縮バネ５２を介して２面巾固定部材５３とガイドピン５４を取付けた構造を示している。図５（ｂ）は、２面巾固定部材５３を上方から見た上面図である。一方、取付用先端部材保持手段４４は、図６（ａ）に示したように、テーブル６１に対して軸受６２と止めナット（ファインＵナット）を用いて２面巾固定部材（先端部材保持手段）３３を取付けるとともに、テーブル６１上に複数（ここでは４本）のプランジャ６４を設けたクラッチ機構を有している。図６（ｂ）は、２面巾固定部材６３を上方から見た上面図である。
これにより、ツール先端部材の取付け時に一定以上のトルクが作用した場合には、クラッチが作動し、２面巾固定部材６３が回転できるようにし、一定トルクでの締付けを可能とする構造としている。
【００３９】
これら取外し用先端部材保持手段４３及び取付用先端部材保持手段４４を用いたツール先端部材の脱着動作の手順の概略は次のようになる。なお、回転部材の位置出しについては、位置出し部材Ｃ、３４（図２、図３）に代えて位置出し部材４５を使用する以外は前述の例と同様なので繰り返し説明は省く。
【００４０】
脱着動作では、ロボットは前述の例と同様に、位置出し部材４５を利用して回転部材４２の位置を把握した後、ツールに装着されたツール先端部材を取外し用先端部材保持手段４３の１つに挿入する。ツールである溶接卜ーチの先端には、ツール先端部材（コンタクトチップ）が装着されており、このツール先端部材（コンタクトチップ）の２面巾断面形状は、２面巾固定部材５３（及び６３）によるツール先端部材締付けに適合している。即ち、取外し用先端部材保持手段４３の先端部は、図５（ａ）に示すように、円筒状に突き出ており、円筒内部はツール先端部材の所定の断面形状に略一致する形状でツール先端部材をロックできるような空間が設けられている。
【００４１】
さて、ツール先端部材を取外し用先端部材保持手段４３の１つに挿入するに際しては、上記２面巾の位相（軸周りの方向）が問題になるが、一般に個々のトーチ毎に上記２面巾の位相は様々であるから、個々の位相を予めロボット側で知ることはできない。しかし、取外し用先端部材保持手段４３は、圧縮バネ（弾性体）５２を介して２面巾固定部材５３を支持しているので、ロボットが一定の力でツールを押付けることで、ツール先端部材の２面巾位相合せが可能となっている。即ち、ロボットは、ツール先端部材を取外し用先端部材保持手段４３に押し付けた状態を保持したまま（圧縮バネ５２の弾性力に対する反力による）、ロボットアームの動作により、ツール先端部材と取外し用先端部材保持手段４３との軸線を略合致させた状態で、相対回転運動を１回転程度行う。その過程で位相が一致するので、ロボットは所定の位置までツール先端部材を挿入し、前述のロボットアームによる回転動作により、ツール先端部材の取外しを行う。
【００４２】
なお、バネに代えて別の手段として、ロボットのサーボ制御を活用する方法もある。その場合、ロボットは、ツール先端部材を取外し用先端部材保持手段４３に押し付けた状態を保持したまま、ロボットアームの動作により、ツール先端部材と取外し用先端部材保持手段４３との軸線を略合致させた状態で、相対回転運動を１回転程度行う。ロボットはツール先端部材と取外し用先端部材保持手段の間に過大な押付け力が発生しないよう、柔軟なサーボ制御により、作業座標上で予め指定された柔らかさで、あたかも弾性体がツール先端部材と先端部材保持手段間に設けられているように、ツール先端部材を一定の押付け力で柔らかく押し付けることができる。柔軟なサーボ制御については周知なので詳細の説明は省く（前記特許文献２、３を参照）。
【００４３】
この手法においても、２面巾の位相が合致すると、ツール先端部材は取外し用先端部材保持手段４３に嵌合し、ロボットは所定の位置まで、ツール先端部材を挿入し、前述のロボットアームによる回転動作により、ツール先端部材の取外しを行う。
【００４４】
次にツール先端部材の取付けについて簡単に説明する。図６（ａ）、（ｂ）を参照して上述したように、取付用先端部材保持手段４４には、回転機構とプランジャを用いたクラッチ機構が設けられ、ツール先端部材の取付時に一定以上のトルクが作用した場合には、クラッチが作動し、２面巾固定部材６３が回転できるようにし、一定トルクでの締付けが可能となっている。
【００４５】
取付けについては、取外し時と同様に位置出し部材４５を用いて回転部材４２の位置出しを行った後、ツールをツール先端部材（コンタクトチップ）を保持した取付用先端部材保持手段４４の１つの真上に移動させる。そして、予め設定した所定距離ロボットを下降させた後、ロボットアームによる回転動作により、ツール先端部材の螺合・取付を行う。ここで、回転の向きは螺合解除時（取外し時）と逆である。回転量は螺合に必要な量を多少上回る量とする。上記したクラッチ機構により、螺合が実質的に完了するとトルクが急増し、２面巾固定部材６３が回転し、過大な負荷が各部にかからないようになっている。
【００４６】
なお、この取付けについても、別の手段として、ロボットのサーボ制御を活用する方法もある。この方法を用いた場合、ロボットは、制御軸に作用する外乱トルクを測定し、該外乱トルクが予め設定した値になった時点で回転を停止し、ツール先端部材は一定の締付けトルクでツールに固定することが可能である。外乱トルクが予め設定した値になった時点で動作を停止する技術については周知なので詳細の説明は省く（前記特許文献４、５を参照）。
【００４７】
最後に、ノズル清掃手段４６について説明する。このノズル清掃手段４６は、先端部材交換治具の回転部材にツール清掃手段を設けた例であり、その要部及び使用態様は図７に示されている。
【００４８】
このノズル清掃手段４６は、円筒部材からなる本体の外側に清掃用のブラシ４７を付けた構造を有している。使用に際しては、前述の位置出し結果に基づき、ロボットを動作させ、ツールをノズル清掃手段４６の真上に移動させ、そこから所定距離下降させる。これにより、図７に示した状態となる。即ち、ツール（溶接トーチ）の先端に備わっているノズル２２とツール先端部材（コンタクトチップ）２１の間にはアシストガスを流すための円筒状の隙間２３が存在し、同隙間２３の径方向位置に設けられている円筒部材とブラシ４７が、同隙間２３に入り込む。円筒部材とブラシ４７のサイズは、ブラシ４７がノズル２２の内壁に適度に当接するように設計されている。
【００４９】
図７の状態で、上述のツール先端部材取外しと同様のロボット動作で回転部材４２を回転させれば、ブラシ４７がノズル２２の内壁を擦ることになり、アーク放電に伴ってノズル２２の内壁にスパッタ付着した物質が除去される。なお、ブラシ４７を円筒部材の内側にも設ければ、コンタクトチップ２１の清掃を行うことも可能である。また、スパッタ付着物質を除去する効果があれば、ブラシ４７以外の手段、例えばリーマ等を用いても良い。
【００５０】
更に、ノズル清掃手段専用に回転部材および回転部材を回転可能に支える架台を先端部材交換治具とは別に設け、ツール交換とノズル清掃を分けて準傭し、落下したスパッタ０）除去がし易くすることも可能である。このノズル清掃は通常ツール先端部材の交換前にノズル内壁のスパッタを取除いた方が望ましいので、ツール先端部材の交換前に行うことが好ましい。
また、いうまでもなく、上記の各例で説明した先端部材保持手段の外周はノズル内径よりも小さくなっており、ツール先端部材の交換は、ノズル内壁の清掃と同様、ノズルを外すことなく可能となっている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、駆動源を用意する必要のないツール先端部材交換治具を利用するため、追加のランニングコストが発生しない。また、交換装置の設置においてもツール先端部材交換治具を設置すれば済み、めんどうな配線・配管作業は不要なので、立上げ工数も最小で済む。更に、アシストガス等の配線がツールに配管されている場合でも、ツール先端部材交換時に上記ツール先端部材交換治具を用いることで、ロボットの手首軸に連続回転が要求されることがない。従って、一般的なアーク溶接やレーザ加工を行うロボットシステムに使用されるロボットについて、ツール先端部材の交換が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったアーク溶接ロボットシステムの全体構成を正面図（ａ）、右側面図（ｂ）で示した図である。
【図２】ツール先端部材の脱ツール先端部材の脱着について説明する一般的な説明図で、（ａ）は取外し、（ｂ）は装着の様子を右側面図で示している。
【図３】図２に示した脱着を行うツール先端部材自動交換装置の機構の一例を、上面図（ａ）、側断面図（ｂ）で示したものである。
【図４】図２に示した脱着を行うツール先端部材自動交換装置の機構の別の例について、回転部材及び先端部材保持手段の要部を上面図で示したものである。
【図５】図４に示した機構で使用される取外し用先端部材保持部材について説明する右側面図（ａ）及び部分上面図（ｂ）である。
【図６】図４に示した機構で使用される取付用先端部材保持部材について説明する右側面図（ａ）及び部分上面図（ｂ）である。
【図７】先端部材交換治具の回転部材にツール清掃手段を設けた例について説明する図である。
【符号の簡単な説明】
１  ロボット制御装置（ロボットシステムの制御部）
２  溶接電源
３  ロボット制御ケーブル
４  溶接電源制御ケーブル
５  給電ケーブル
６  ワイヤ送給装置
７  溶接ワイヤ
８  トーチケーブル
１０  ロボット機構部
１１  前腕
１２  手首要素
２０  溶接トーチ（ツール本体）
２１  コンタクトチップ（ツール先端部材）
２２  ノズル
２３  隙間
３０  ツール先端部材交換機構
３１  架台（ベース）
３２、４２、Ａ  回転部材
３３、Ｂ  先端部材保持手段
３４、４５、Ｃ  位置出し部材
３５  摩擦体
４３  先端部材保持手段（取外し用）
４４  先端部材保持手段（取付用）
４６  ノズル清掃手段
４７  ブラシ
５１  基板
５２  圧縮バネ
５３、６３  ２面巾部材
５４  ガイドピン
６１  テーブル
６２  軸受
６４  プランジャ
６５  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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