(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が着脱される工具保持部材（８）を保持して、工具着脱のために工具保持部材（８）を移動させるとともに、工具保持部材（８）に保持されるべき工具が回転工具か非回転工具かを認識しているとともに、認識結果に対応する工具保持部材を有している産業用ロボットを有し、複数個の工具を支承する工具支承部材（１２）が基体（１１）の所定位置に設けられてあるとともに、工具抜き取り部材（１３）が基体（１１）の所定位置に設けられてあり、工具抜き取り部材（１３）よりも上方の所定位置にフローティング支持された、駆動源としての交流モータ（１４ａ）、工具保持部材（８）に対する工具の保持のためのねじ締め付け時に作用する進相用のコンデンサ（１４ａ５）、進相用のコンデンサ（１４ａ５）と並列接続され、工具保持部材（８）からの工具の取り外しのためのねじ緩め時にのみ作用する進相用のコンデンサ（１４ａ７）を含むねじ駆動機構（１４）が設けられてあるとともに、ねじ駆動機構（１４）に近接する所定位置に、工具の種別により特徴付けられる構成部分の有無を検出することにより工具の着脱を識別し、かつ工具保持部材（８）をねじ駆動機構（１４）に押圧する動作に伴う前記構成部分の有無の検出信号が一定のまま連続するか反転するかに応じて工具の種別を識別する工具脱着識別部材（１５）が設けられてあり、さらに、工具支承部材（１２）、工具抜き取り部材（１３）、ねじ駆動機構（１４）の何れからも離れた所定位置に、上下方向に互いに近接状態で配置された１対の工具検出センサ（１６ａ）（１６ｂ）を含み、工具保持部材（８）を所定位置まで移動させた状態において工具先端が１対の工具検出センサ（１６ａ）（１６ｂ）の間に対応する上下範囲に位置するか否かをチェックする工具長さチェック部材（１６）が設けられてあることを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は自動工具交換装置に関し、さらに詳細にいえば、産業用ロボットの手先部などに把持される工具を自動的に交換するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から工具交換装置として実開平３−１２０３８６号公報に示すものが提案されている。
この工具交換装置は、産業用ロボットのハンドに装着された工具保持機構により、工具の把持状態、非把持状態を選択し、非把持状態を選択することにより釈放された工具を工具受け枠体に支承させ、その後、産業用ロボットを動作させて新たな工具を把持する。そして、産業用ロボットのハンドに装着された工具保持機構により把持された工具をセンサに接触させた後にセンサを押圧すべく工具を移動させ、所定位置から検出器が動作するまでの産業用ロボットの動作ストロークに基づいて工具の適否を判別する。
【０００３】
したがって、工具を自動的に交換することができ、しかも、工具の適否を判別することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この工具交換装置を採用する場合には、産業用ロボットのハンドに装着された工具保持機構により、工具の把持状態、非把持状態を選択するのであるから、交換の対象となる全ての工具の形状、構成を工具保持機構に適したものにする必要があり、例えば、回転力が伝達される必要がなく、全体構成を簡単化することができる工具であっても、回転力が伝達される工具と同じ形状を持たせ、かつ回転力を伝達しない構成を採用しなければならない。この結果、工具が大型化してしまい、交換対象となる工具を支持し、あるいは釈放された工具を支持するための装置が大型化してしまうという不都合がある。また、前者の工具を必要以上に大型化し、複雑化することになるので、工具もコストアップしてしまう。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、工具を必要以上に大型化、複雑化することなく、多種類の工具の自動交換を達成することができる自動工具交換装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の自動工具交換装置は、工具が着脱される工具保持部材を保持して、工具着脱のために工具保持部材を移動させるとともに、工具保持部材に保持されるべき工具が回転工具か非回転工具かを認識しているとともに、認識結果に対応する工具保持部材を有している産業用ロボットを有し、複数個の工具を支承する工具支承部材が基体の所定位置に設けられてあるとともに、工具抜き取り部材が基体の所定位置に設けられてあり、工具抜き取り部材よりも上方の所定位置にフローティング支持された、駆動源としての交流モータ、工具保持部材に対する工具の保持のためのねじ締め付け時に作用する進相用のコンデンサ、進相用のコンデンサと並列接続され、工具保持部材からの工具の取り外しのためのねじ緩め時にのみ作用する進相用のコンデンサを含むねじ駆動機構が設けられてあるとともに、ねじ駆動機構に近接する所定位置に、工具の種別により特徴付けられる構成部分の有無を検出することにより工具の着脱を識別し、かつ工具保持部材をねじ駆動機構に押圧する動作に伴う前記構成部分の有無の検出信号が一定のまま連続するか反転するかに応じて工具の種別を識別する工具脱着識別部材が設けられてあり、さらに、工具支承部材、工具抜き取り部材、ねじ駆動機構の何れからも離れた所定位置に、上下方向に互いに近接状態で配置された１対の工具検出センサを含み、工具保持部材を所定位置まで移動させた状態において工具先端が１対の工具検出センサの間に対応する上下範囲に位置するか否かをチェックする工具長さチェック部材が設けられてある。
【０００８】
【作用】
請求項１の自動工具交換装置であれば、工具が着脱される工具保持部材を保持して、工具着脱のために工具保持部材を移動させるとともに、工具保持部材に保持されるべき工具が回転工具か非回転工具かを認識しているとともに、認識結果に対応する工具保持部材を有している産業用ロボットを有し、複数個の工具を支承する工具支承部材が基体の所定位置に設けられてあるとともに、工具抜き取り部材が基体の所定位置に設けられてあり、工具抜き取り部材よりも上方の所定位置にフローティング支持された、駆動源としての交流モータ、工具保持部材に対する工具の保持のためのねじ締め付け時に作用する進相用のコンデンサ、進相用のコンデンサと並列接続され、工具保持部材からの工具の取り外しのためのねじ緩め時にのみ作用する進相用のコンデンサを含むねじ駆動機構が設けられてあるとともに、ねじ駆動機構に近接する所定位置に、工具の種別により特徴付けられる構成部分の有無を検出することにより工具の着脱を識別し、かつ工具保持部材をねじ駆動機構に押圧する動作に伴う前記構成部分の有無の検出信号が一定のまま連続するか反転するかに応じて工具の種別を識別する工具脱着識別部材が設けられてあり、さらに、工具支承部材、工具抜き取り部材、ねじ駆動機構の何れからも離れた所定位置に、上下方向に互いに近接状態で配置された１対の工具検出センサを含み、工具保持部材を所定位置まで移動させた状態において工具先端が１対の工具検出センサの間に対応する上下範囲に位置するか否かをチェックする工具長さチェック部材が設けられてあるので、工具がねじ機構により保持されている場合には、このねじ機構をねじ駆動機構と係合させた状態でねじ駆動機構を動作させることによりねじ機構による工具の保持を解除し、次いで、工具抜き取り部材により工具を抜き取ることができる。その後、工具支承部材に支承されている工具を保持させてから、ねじ機構をねじ駆動機構と係合させてねじ駆動機構を上記と逆に動作させることにより、工具をねじ機構により確実に保持させる。そして、工具の基部を予め設定した所定位置まで移動させて工具長さチェック部材により工具長さをチェックする。逆に、工具がねじ機構によることなく保持されている場合には、ねじ機構による動作を除いて上記の動作を行う。ただし、この場合には、工具保持側において、工具の保持、保持解除を行うための機構を動作させることにより同様の作用を達成することができる。したがって、ねじ機構により保持されているか否かに拘らず工具の自動交換を簡単に達成することができ、しかも工具を必要以上に大型化する必要がないのであるから、全体としての小型化を達成することができる。
また、ねじ駆動機構が、駆動源としての交流モータ、工具保持部材に対する工具の保持のためのねじ締め付け時に作用する進相用のコンデンサ、進相用のコンデンサと並列接続され、工具保持部材からの工具の取り外しのためのねじ緩め時にのみ作用する進相用のコンデンサを含むのであるから、ねじ締め込み時に、交流モータの回転トルクを制御することなくねじ機構を締め込むことができ、ねじ機構を緩める場合には、進相用のコンデンサを並列に接続することにより回転トルクを大きくすることができるので何ら不都合なくねじ機構を緩めることができる。
さらに、工具長さチェック部材が、上下方向に互いに近接状態で配置された１対の工具検出センサを含み、工具保持部材を所定位置まで移動させた状態において工具先端が１対の工具検出センサの間に対応する上下範囲に位置するか否かをチェックするのであるから、工具把持部材を所定位置に移動させるだけで工具のチェックを行うことができ、工具チェックのための動作および処理を簡素化することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例を示す添付図面によってこの発明を詳細に説明する。
図１は工具を工具保持部材８に装着した状態を示す縦断面図である。なお、工具保持部材８が図示しない産業用ロボットの所定位置に支持されている。また、以下の説明において工具としてみがき工具を採用し、工具保持部材８としてみがき工具保持部材を採用した場合を例にとって説明する。
【００１２】
このみがき工具は、みがき工具基部１と、六角棒状のシャンク部材２と、砥石部材３と、角筒体４と、筒状のスペーサ部材５と、コイルバネ６と、筒状カバー部材７とから構成されている。
みがき工具基部１は、中央部に大径フランジ部１ａを有し、大径フランジ部１ａを基準として一方の側にシャンク部材２を挿通保持するための筒体部１ｂを有し、他方の側に、みがき装置のみがき工具保持部材に挿通するための連結用軸部１ｃを有している。そして、筒体部１ｂは先端部に２つの段部を有し、先端に向かって２段階に小径化されている。さらに、最も小径部分の中央部に全周にわたって凹溝１ｂ１が形成されている。また、筒体部１ｂの最も大径の部分の側壁を貫通する止めねじ（図示せず）が螺進退可能に設けられている。大径フランジ部１ａは互いにほぼ対象位置の外周部に位置決め用の切欠部１ａ１を有している。連結用軸部１ｃは全体がシャンク部材２よりもやや大径であり、ほぼ中央部および先端寄り部に段部を有し、段部どうしの間が小径化されている。そして、図２に示すように、小径部のほぼ全長範囲および先端の大径部にわたって互いに反対側の２面を切欠して平坦面１ｃ１，１ｃ２を形成している。一方の平坦面１ｃ１は他方の平坦面１ｃ２よりもやや広幅に形成されている。また、大径フランジ部１ａの所定位置（所定の直径線上よりも一方側にややずれた所定位置）に後述する工具支持部材１２の１対の上向き突部１２ｂと係合する凹所１ａ１が形成されている。そして、幅が狭い平坦面１ｃ２の所定位置にみがき工具保持部材のボール部材を受け入れるための凹所１ｃ３が形成されている。
【００１３】
砥石部材３は、上端部が解放され、下端部が閉塞された砥石装着用筒体３ａの下端面に砥石３ｂが接着剤などにより一体化されてなるものである。
角筒体４は最も下端部を小径にして砥石装着用筒体３ａを嵌合可能にしているとともに、上端寄り部の全周にわたって凹溝４ａが形成されている。この角筒体４としては、内面が六角筒状に形成されていればよく、外面は任意の形状にすることができる。また、内面を十二角筒状にしてもよい。
【００１４】
筒状のスペーサ部材５は、みがき工具基部１の筒体部１ｂの先端面と筒体４の上端面との間隔よりもやや短い長さのスペーサ部材であり、ウレタンなどからなるものが採用される。
コイルバネ６は、みがき工具基部１の筒体部１ｂの先端面と角筒体４の上端面との間に位置するようにシャンク部材２を包囲する状態で装着されている。
【００１５】
筒状カバー部材７はゴムなどからなるものであり、一方の端部が筒体部１ｂの最も小径部分に嵌合されているとともに、他方の端部が筒体４に嵌合されている。そして、凹溝１ｂ１、４ａに対応する位置で筒状カバー部材７が変形し、または復元することにより、両者間に確実に保持される。換言すれば、筒体４が筒状カバー部材７を介して筒体部１ｂに連結されている。
【００１６】
上記の構成のみがき工具を用いてみがき動作を行う場合に、高周波振動であるビビリ振動が発生し得る状態になれば、コイルバネ６の緩衝作用によりビビリ振動の発生を大幅に抑制することができる。したがって、騒音の発生を大幅に抑制することができる（Ａスケールで３〜４ｄＢ程度騒音を抑制することができる）。また、上記振動に起因して砥石３ｂをみがき対象面にたたきつける動作を大幅に抑制することができ、ひいてはみがき除去能率を著しく高めることができ（従来のみがき工具と比較してみがき除去能率を３〜４倍程度に高めることができ）、みがき品質をも高めることができる。さらに、砥石３ｂに作用する剪断力も大幅に抑制することができ、砥石３ｂの剥離を防止することができる。
【００１７】
みがき工具保持部材８は、本体部８１と、一端部が本体部８１に連結され、他端部にみがき工具基部１を連結する連結部材８２とを有している。
連結部材８２は、一端部に孔８２ａを有するとともに、他端部にみがき工具基部１を挿入するための孔８２ｂを有し、連結部材本体８２ｃと、孔８２ａと孔８２ｂとの中間において直径方向に貫通する状態でねじ込まれたねじ軸８２ｄと、他端寄りの外周所定位置に回動可能に連結され、かつ先端部がねじ軸８２ｄの頭部８２ｄ１と係合して連結部材本体８２ｃから離れる方向の回動が規制される回動アーム８２ｅと、回動アーム８２ｅの中央部に一端部が回動可能に連結され、かつ側壁を貫通して孔８２ｂ内に侵入可能な作用軸８２ｆと、作用軸８２ｆと反対側において側壁を貫通して孔８２ｂに臨むねじ軸８２ｇと、ねじ軸８２ｇの先端部に位置するボール部材８２ｈとを有している。なお、ねじ軸８２ｄの他方の端部にも頭部８２ｄ２が形成されており、ねじ軸８２ｄの抜き取りを阻止している。また、連結部材本体８２ｃの一端側所定位置に、１つの半径方向および軸方向と直交する方向に延びる凹溝８２ｉが形成されている。そして、この凹溝８２ｉの上記一端側のみをテーパ面に形成して凹溝８２ｉを外方漸拡状にしている。したがって、みがき工具基部１の連結用軸部１ｃを挿入し、一方の平坦面１ｃ１を作用軸８２ｆとほぼ正対させた状態でねじ軸８２ｄをねじ込むことにより、作用軸８２ｆの先端部を平坦面１ｃ１に圧接することができる。この場合に、連結用軸部１ｃのうち、段部どうしの間の小径部分が作用軸８２ｆにより押圧されるので、小径部分がやや湾曲し、みがき工具基部１の連結用軸部１ｃが孔８２ｂ内に強固に保持される。また、ボール部材８２ｈが凹所１ｃ３と係合するので、連結用軸部１ｃの保持を確実化できる。もちろん、ねじ軸８２ｄを逆方向に移動させれば連結用軸部１ｃを簡単に抜き取ることができる。また、ねじ軸８２ｄを回転させるための機構を準備しておけば、みがき工具の自動交換に簡単に対処することができる。
【００１８】
本体部８１は、連結部材本体８２ｃの一端側を収容する収容部材８１ａと、収容された連結部材本体８２ｃを抜け止め状に保持する保持部材８１ｂと、収容部材８１ａを連結部材本体８２ｃの軸方向に進退可能に支持するフローティング部８１ｃとを有している。なお、収容部材８１ａの先端部所定位置に位置決め用の凸軸８１ａ２が設けられており、連結部材本体８２ｃの所定位置に形成された凹所と係合させることにより連結部材本体８２ｃの位置決めを達成できる。
【００１９】
保持部材８１ｂは、収容部材８１ａの側壁を貫通して内部に侵入可能な楔部材８１ｂ１と、楔部材８１ｂ１の基部に一体的に設けられた雄ねじ部材８１ｂ２と、雄ねじ部材８１ｂ２の延長上に一体的に設けられた軸部材８１ｂ４と、雄ねじ部材８１ｂ２と螺合する雌ねじ部材８１ｂ５と、雌ねじ部材８１ｂ５を回転のみ可能に収容する規制部材８１ｂ６とを有している。なお、楔部材８１ｂ１は連結部材本体８２ｃの凹溝８２ｉの形状に対応する形状を有している。
【００２０】
したがって、雌ねじ部材８１ｂ５を回転させることにより楔部材８１ｂ１を前進させ、連結部材本体８２ｃの凹溝８２ｉと係合させることにより連結部材本体８２ｃを抜け止め状に保持することができる。また、楔部材８１ｂ１を凹溝８２ｉに強圧接することにより連結部材本体８２ｃの位置決めを達成することができる。また、軸部材８１ｂ４の突出状態を見ることにより、楔部材８１ｂ１が前進状態か後退状態かを簡単に確認することができる。
【００２１】
フローティング機構８１ｃは、ピストン室８１ｃ２を有する移動体８１ｃ１と、ピストン室８１ｃ２にスライド移動可能に収容されたピストン８１ｃ３と、一端部がピストン８１ｃ３に連結され、かつ他端部が所定の固定部位に連結されたピストンロッド８１ｃ４とを有している。なお、ピストン８１ｃ３により区画される各室に圧力空気を供給するための空気供給部（図示せず）が設けられている。また、移動体８１ｃ１の所定位置に収容部材８１ａの所定位置が連結されている。
【００２２】
したがって、みがき工具の砥石部材３に軸方向の力が作用した場合には、この力がシャンク部材２、みがき工具基部１、連結部材本体８２ｃ、収容部材８１aを介してフローティング機構８１ｃに伝達され、ピストン８１ｃ３に対して移動体８１ｃ１が相対的に移動することにより外力を吸収することができる。
なお、図１中、８３は図示しない回転駆動源からの回転力を受けて回転する従動車（スプロケットホイールなど）であり、８４は回転軸であり、８５はベアリングである。そして、回転軸８４は、一端側が従動車８３に対してスプライン係合されているとともに、他端部が収容部材８１aの基部を貫通して連結部材本体収容用の孔８１a１に侵入して抜け止め状に保持されている。したがって、連結部材本体８２ｃに代えて回転工具などを孔８１a１に収容、保持することにより、回転軸８４の回転を回転工具に伝達することができる。
【００２３】
したがって、図１の構成を採用すれば、みがき工具のコイルバネ６により高周波のビビリ振動を吸収することができ、フローティング機構８１ｃによりみがき装置の工具保持部とみがき面の相対位置が変化しても一定押し付け力で磁石をみがき面に押し付けられる。
したがって、みがき除去能率、みがき品質を一層高めることができる。
【００２４】
図３はこの発明の自動工具交換装置の一実施例を示す平面図、図４は正面図、図５は左側面図、図６は右側面図である。
この自動工具交換装置は、基体１１の上部前面所定位置に工具支承部材１２を取外し可能に設けているとともに、工具支承部材１２に隣接する状態で工具抜き取り部材１３を設けている。そして、工具抜き取り部材１３よりも側方かつ上方の所定位置にねじ駆動機構１４を設けているとともに、ねじ駆動機構１４の突出端部と対応する所定位置に工具脱着識別用センサ１５（工具脱着識別部材に相当する）を設けている。さらに、工具支承部材１２よりも前方かつ側方の所定位置に工具長識別装置１６（工具長さチェック部材に相当する）を設けている。
【００２５】
工具支承部材１２は、工具のフランジ部（みがき工具基部１の大径フランジ部１ａに相当する）を係合させることにより工具を吊り下げ状に保持するとともに、前方に向かって工具の抜き取りを可能とすべく、複数個のＵ字状の凹所１２ａを有しているとともに、各Ｕ字状の凹所１２ａに対応させて工具番号が施されている。この工具支承部材１２は、各Ｕ字状の凹所１２ａに対応させて１対ずつの上向き突部１２ｂを有している。ただし、この上向き突部１２ｂは、工具が図１に示すように方向性を有している場合にはＵ字状の凹所１２ａの内奥部に対応する位置に配置され、工具が方向性を有していない場合には、図７に示すように、Ｕ字状の凹所１２ａの開口端部に対応する位置に配置される。また、工具支承部材１２の一方の側部所定位置および後面のほぼ中央部に位置決め用の凹所１２ｃ，１２ｄが形成されているとともに、後面の他方の側寄りの所定位置に位置決め部材１２ｅが設けられている。この位置決め部材１２ｅは、後面に開口するように中央部に凹所が形成された部材であり、互いに対向する位置において後退可能に突出されたボール部材を有している。したがって、基体１１の所定位置に設けられたピン１１ａに凹所１２ｃを係合させた状態で工具支承部材１２を後方に向かって回動させれば、基体１１の所定位置に設けたピン１１ｂが凹所１２ｄに係合するとともに、基体１１の所定位置に設けた被挟持体１１ｃが位置決め部材１２ｅの１対のボール部材により挟持され、工具支承部材１２が確実に所定位置に装着される。なお、上記と逆の動作を行うことにより工具支承部材１２を基体１１から取外すことができる。また、工具支承部材１２は所定位置に支脚１２ｆを有しており、基体１１から取外された工具支承部材１２に対して工具を保持させる場合のゲージの機能を達成する。さらに、工具支承部材１２は上面に高密度ポリエチレンなどからなる樹脂層を有しており、工具のすべりを良好にすることができる。
【００２６】
工具抜き取り部材１３は、工具のフランジ部よりも狭幅で、工具の本体部（みがき工具基部１の筒体部１ｂに相当する）よりも広幅のＵ字状の凹所１３ａを有しているとともに、凹所１３ａが形成された部材よりも下方の所定位置に抜き取られた工具を案内する案内溝部材１３ｂを有している。尚、Ｕ字状の凹所１３ａが形成された部材と案内溝部材１３ｂとの間隙は、工具のフランジ部が挿入可能であり、かつ抜き取られた工具が確実に案内溝に導かれるように設定されている。したがって、工具のフランジ部が、Ｕ字状の凹所１３ａが形成された部材の下面に係合するように工具を位置決めし、この状態で工具保持部材８を上方に移動させることにより工具を抜き取ることができ、抜き取られた工具を案内溝を通して所定位置（例えば、取り出し位置）まで案内することができる。
【００２７】
ねじ駆動機構１４は、正逆転可能な交流モータ１４ａと、交流モータ１４ａにより回転駆動される原動車１４ｂと、無端ベルトなどからなる回転力伝達部材１４ｃにより回転力が伝達されることにより回転する従動車１４ｄと、従動車１４ｄの中心に軸方向に進退可能に設けられた角軸部材１４ｅと、角軸部材１４ｅを突出方向に付勢するコイルバネなどからなる付勢部材１４ｆとを有している。なお、１４ｇはベアリングであり、また、角軸部材１４ｅは付勢部材１４ｆによる付勢方向における移動距離を規制すべく抜け止め状に従動車１４ｄと係合する。さらに、１４ｈは原動車１４ｂ、回転力伝達部材１４ｃおよび従動車１４ｄを包囲するカバー部材である。また、角軸部材１４ｅは突出端部に六角軸部などからなる係合部を有している。したがって、交流モータ１４ａを動作させることにより、原動車１４ｂ、回転力伝達部材１４ｃおよび従動車１４ｄを介して角軸部材１４ｅを回転させることができ、この場合に、角軸部材１４ｅの係合部がねじ軸の係合部と係合していれば、ねじ軸を締め込み、または緩めることができる。また、角軸部材１４ｅは付勢部材１４ｆによりフローティング支持されているのであるから、工具が押し付けられた場合に角軸部材１４ｅが付勢部材１４ｆに抗して移動し、角軸部材１４ｅのこの移動に伴なって押圧力が大きくなるので、角軸部材１４ｅの係合部とねじ軸の係合部とを確実に係合させることができる。
【００２８】
工具脱着識別用センサ１５は、例えば近接センサからなるものであり、工具の種別により特徴付けられる構成部分の有無を検出する。この構成部分とは、例えば、ねじ軸により締め付け保持が行われる工具であれば、回転アームまたはねじ軸の頭部が例示できるが、脱着識別のために特別に設けられた構成部分（例えば所定形状の突部）であってもよい。また、近接センサに代えて光電センサなどを採用してもよい。
【００２９】
工具長識別装置１６は、図８および図９にも示すように、上下方向に互いに近接する状態で配置された１対のセンサ１６ａ，１６ｂを有しているとともに、両センサ１６ａ，１６ｂからの出力信号に基づいて工具長を識別する識別部（図示せず）を有している。このセンサ１６ａ，１６ｂとしては近接センサ、光電センサなど種々の構成のものを採用することができる。したがって、工具保持部材８を所定位置まで移動させた状態において、両センサ１６ａ，１６ｂが工具を検出しているか、一方のセンサ１６ａのみが工具を検出しているか、何れのセンサ１６ａ，１６ｂも工具を検出していないかにより、工具長識別部により工具長が長すぎるか、適正であるか、短すぎるかを識別することができる。そして、工具長が長すぎるにも拘らず適正に長さに基づいて工具保持部材８を動作させて工具を加工対象物に衝突させてしまうという不都合、工具長が短すぎるにも拘らず適正に長さに基づいて工具保持部材８を動作させて工具を加工対象物に接触させることができないという不都合の発生を防止することができる。
【００３０】
図１０は交流モータ１４ａを動作させるための電気回路図である。
交流モータ１４ａの１対の固定子巻線１４ａ１，１４ａ２を互いに直列接続して、両固定子巻線１４ａ１，１４ａ２の接続点を交流電源１４ａ３の一方の端子に接続しているとともに、両固定子巻線１４ａ１，１４ａ２の他方の端部をスイッチ１４ａ４を介して選択的に交流電源１４ａ３に接続している。そして、両固定子巻線１４ａ１，１４ａ２の他方の端部どうしの間に第１コンデンサ１４ａ５を接続しているとともに、スイッチ１４ａ６を介して第２コンデンサ１４ａ７を接続している。なお、スイッチ１４ａ６はねじを緩めるべくねじ駆動機構１４を動作させる場合にＯＮとなるものであり、スイッチ１４ａ６がＯＮになることにより第１コンデンサ１４ａ５と第２コンデンサ１４ａ７とが並列接続されるので、交流モータ１４ａの発生トルクを大きくすることができる。
【００３１】
図１１はねじ駆動機構１４によりねじ軸８２ｄを緩める動作の開始またはねじ軸８２ｄの締め付け完了状態を示す縦断面図であり、角軸部材１４ｅの係合部とねじ軸８２ｄの頭部８２ｄ１とが係合している。
また、ねじ軸８２ｄの頭部、回動アーム８２ｅの所定位置は、工具脱着識別用センサ１５では検出できない位置にある。
【００３２】
ねじ駆動機構１４によりねじ軸８２ｄを緩める動作においては、この状態でスイッチ１４ａ６をＯＮにして、交流モータ１４ａを動作させれば、締め込み時における発生トルクよりも大きいトルクを発生させ、ねじ軸を緩めることができる。ねじ軸の緩みによる回動アーム８２ｅを工具脱着識別用センサ１５で検出した後、抜き取りを阻止している頭部８２ｄ２が連結部材８２と接触しない状態で、モータを停止させる。ねじ軸８２ｄが完全に緩められれば、工具１は作用軸８２ｆの拘束がなくなり、ボール部材８２ｈのみによって保持されるので、工具のフランジ部を抜き取り部材の下面に係合させた状態で工具保持部８を上方に移動させることにより、図１２に示すように簡単に工具を抜き取ることができる。なお、この抜き取られた工具は、工具案内溝を通って移動させられる。
【００３３】
以上のようにして工具を抜き取った後は、工具保持部材８を工具支承部材１２により支持されている工具の上方から下降させることにより、ボール部材８２ｈによる仮保持を行うことができ、その後、ねじ軸８２ｄの頭部８２ｄ１を角軸部材１４ｅの係合部と係合させ、交流モータ１４ａを逆向きに回転させることによりねじ軸８２ｄを締め込んで工具を強固に保持することができる。締め込み動作においても、工具脱着識別用センサ１５により、回動アーム８２ｅの作動（センサのＯＮからＯＦＦへの変化）を検出することで、無駄な動作時間の排除や、締め付け不良の防止が図れ、確実に自動交換を行なえる。次いで、工具保持部材８を所定位置まで移動させた状態において、工具長識別装置１６により、保持している工具の長さが適正であるか否かを識別することができる。
【００３４】
図１３は回転工具とこの回転工具を保持する工具保持部材との装着前の示す縦断面図である。
図１３の構成が図１の構成と異なる点は、工具基部１の連結用軸部１ｃとして、六角柱状部と、小径の円柱部とがこの順に一体形成されてなるものを採用し、円柱部の所定位置にボール部材と係合する凹所を形成している点、および工具保持部材２の連結部材８２として、一端部に孔８２aを有するとともに、他端部に基部収容部材８２ｊの軸部を挿入するための孔８２ｂを有し、全体がほぼ円柱体に形成された連結部材本体８２ｃと、この連結部材本体８２ｃを回転自在に収容する筒体８２ｍと、連結部材本体８２ｃと筒体８２ｍとの間に介在させられたベアリング８２ｎとを有し、筒体８２mの一端側所定位置に、一つの半径方向および軸方向と直交する方向に延びる凹溝８２iが形成され、この凹溝８２iの上記一端側のみをテーパ面に形成して凹溝８２iを外方漸拡状にしてなるものを採用した点のみである。ただし、基部収容部材８２ｊは工具基部１を収容するものであり、８２dは基部収容部材８２ｊを抜け止め状に保持する止めねじであり、８２ｋは筒対８２ｍの所定位置に設けられた突出部であり、工具脱着識別用センサ１５による検出が行われるものである。したがって、回転軸８４の回転を工具に伝達することができる。また、工具保持部材８を移動させて、連結部材８２を角軸部材１４eを押圧する位置にした場合に、工具脱着識別用センサで突出部８２ｋの検出により脱着動作が可能であることを識別できる。従って、ねじ駆動機構１４による処理を受けることなく、直ちに工具抜き取り部材１３を用いて工具の抜き取りを行ない、その後は新たな工具の装着を行なえばよい。なお、突出部８２ｋには、角軸部材１４との接触が無いように切り欠きが設けてある。
【００３５】
また、図１に示す非回転工具であるか、図１３に示す回転工具であるかは、図示しないロボットコントローラにおいて予め認識しており、間違った工具を選択した場合、回動アーム８２ｅと突出部８２ｋの形状的特性を利用し、以下の方法で判別可能であり、自動交換の中断が行なえる。これにより、装置や金型の損傷防止ができる。
＜判別方法＞
工具保持部材８を移動させて連結部材８２を角軸部材１４ｅを押圧する所定の位置に移動完了する前から、工具脱着識別センサのＯＮ−ＯＦＦを調べる。回転工具の突起８２ｋを検出する場合、所定位置からセンサはＯＮのままとなる。これに対して、非回転工具の回動アームを検出する場合は、センサの状態はＯＮからＯＦＦ、またはＯＦＦからＯＮとなる。これを利用することで両者を識別できる。なお、両者以外の工具については、センサがＯＮとならないようにする。
【００３６】
また、以上の説明から明らかなように、産業用ロボットが工具保持部材に保持されるべき工具の種別を認識し、しかも回転工具か非回転工具かの識別を行うことができ、間違った工具の自動交換の中断を行うことができるのであるから、回転工具の交換においては、筒体８２ｍは交換されず、同様に非回転工具においても、連結部材８２は交換されず、工具のみが交換されるのであるから、交換対象部分を少なくすることができるとともに、小形化することができ、ひいては自動工具交換装置を小形化することができる。また、工具支承部材１２に多くの工具を支持させることができるにも拘らず工具脱着識別用センサ１５、工具長識別装置１６を1つずつにすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ねじ機構により保持されているか否かに拘らず工具の自動交換を簡単に達成することができ、しかも工具を必要以上に大型化する必要がないのであるから、全体としての小型化を達成でき、また、ねじ締め込み時に、交流モータの回転トルクを制御することなくねじ機構を締め込むことができ、ねじ機構を緩める場合には、進相用のコンデンサを並列に接続することにより回転トルクを大きくすることができるので何ら不都合なくねじ機構を緩めることができ、さらに、工具把持部材を所定位置に移動させるだけで工具のチェックを行うことができ、工具チェックのための動作および処理を簡素化することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具を工具保持部材に装着した状態を示す縦断面図である。
【図２】工具の平面図である。
【図３】この発明の自動工具交換装置の一実施例を示す平面図である。
【図４】同上正面図である。
【図５】同上左側面図である。
【図６】同上右側面図である。
【図７】工具支承部材の変更例を示す平面図である。
【図８】工具長識別装置を示す正面図である。
【図９】同上側面図である。
【図１０】交流モータを動作させるための電気回路図である。
【図１１】ねじ駆動機構によりねじ軸を緩める状態を示す縦断面図である。
【図１２】工具抜き取り状態を示す概略図である。
【図１３】回転工具とこの回転工具を保持する工具保持部材との装着前の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１  基体    １２  工具支承部材
１３  工具抜き取り部材    １４  ねじ駆動機構
１４ａ５  第１コンデンサ    １４ａ７  第２コンデンサ
１５  工具種別識別用センサ    １６  工具長識別部材
１６ａ，１６ｂ  センサ
【図１】
0003641845.tif 000002
【図２】
0003641845.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003641845.tif 000006
【図６】
0003641845.tif 000007
【図７】
0003641845.tif 000008
【図８】
0003641845.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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