(57)【要約】【課題】ロボット側交換装置とツール側交換装置の連結時の繰り返し精度と回転方向のトルク強度の高い自動工具交換装置を提供する。【解決手段】位置決め部は、ロボット側交換装置の内部に押しバネを内蔵し、外面より軸心方向に突出する根元がテーパー状の形状をしているピンであり、被位置決め部は、該位置決め部を嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている凹状又は穴状の空洞部であることを特長としており、該位置決め部と被位置決め部がテーパー部分で係合することで、半径方向へのズレが抑止されるとともに、押しバネにより、軸心方向へのズレを抑止することによって、ロボット側交換装置とツール側交換装置の結合時のガタツキを限りなく無くし、繰り返し精度を向上させ、複数の位置決め分を備えることにより、回転方向のトルク強度を向上することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの先端回転軸部に固定され、ロボットの手首に固定されるロボット側交換装置と、別々のツールが固定される複数のツール側交換装置と、前記ロボット側交換装置と前記ツール側交換装置を連結する連結機構を該ロボット側交換装置に設けた自動工具交換装置であって、前記ロボット側交換装置に凸状の位置決め部と、前記ツール側交換装置に凹状又は穴状の被位置決め部を備え、前記位置決め部は、前記ロボット側交換装置の内部に押しバネを内蔵し、外面より軸心方向に突出する根元がテーパー状の形状をしているピンであり、前記被位置決め部は、該位置決め部を嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている凹状又は穴状の空洞部であることを特長とする自動工具交換装置。
【請求項２】
前記位置決め部を前記ロボット側交換装置の端部に複数備えることを特長とする請求項１に記載の自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種産業用ロボットに適用されるツールをロボットに交換可能に取り付ける自動工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から各種産業用ロボットに適用される自動工具交換装置の連結方式には、自動工具交換装置の連結状態を保持しつつ、連結時に加わる荷重に耐えうるものとして、ロックピンとカム機構とによる連結方式、ボールとフランジとによる連結方式の２種類の連結方式が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ロボットに連結可能なロボット連結部と、該ロボット連結部に連結されるフレームとを有する装置本体と、該装置本体に連結される連結部とを備え、該連結部は、ツールに取り付けられているツール接続装置の外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部に挿込可能な筒状の挿込部であって、周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴を有する挿込部と、該貫通穴に配置されるボール部材であって、一部が前記挿込部の外部に突出可能なボール部材と、該ボール部材の一部を前記挿込部の外部に突出させて当該ボール部材を前記ツール接続装置の空洞部の中心回りに配置された係止部に係止可能にした係止状態と、前記ボール部材の一部を前記挿込部内に退避させて当該ボール部材を前記係止部に係止不能にした非係止状態とに切替可能な切替機構と、係止状態を維持するためのロック機構とを有し、該切替機構は、前記挿込部内にされるとともに前記挿込部の軸線方向で移動可能なカム部を有する往復動体を備え、ロック機構は、前記装置本体内に配置される受部であって、前記挿込部の軸心方向で前記往復動体のカム部と並ぶ受部と、前記往復動体と前記受部との間に配置される付勢部材であって、、前記挿込部の軸心方向における一方向側に前記往復動体を付勢する付勢部材とを備え、前記往復動体のカム部は、挿込部の軸線方向における一方向に移動するに伴い前記ボール部材を前記挿込部の外部に押し出し、挿込部の軸線方向における他方向に移動するに伴い前記ボール部材に対する押し出しを解除するように構成されていると記載されている。
【０００４】
上記構成の工具交換装置によれば、ツール接続装置がロボット連結部から不用意に脱落することを防止しつつ、小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１７９０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献の発明では、ロボット連結部とツール接続装置を連結したとき位置決め部と被位置決め部は、脱着時にする合わされる事により磨耗し、ガタ量が大きくなり、その結果、位置決め部と被位置決め部の隙間が大きくなることで回転方向や横方向の位置決め精度が悪くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するべく、ロボット側交換装置とツール側交換装置の連結時の繰り返し精度の高い自動工具交換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ロボットの先端回転軸部に固定され、ロボットの手首に固定されるロボット側交換装置と、別々のツールが固定される複数のツール側交換装置と、前記ロボット側交換装置と前記ツール側交換装置を連結する連結機構を該ロボット側交換装置に設け、前記ロボット側交換装置の外面に凸状の位置決め部と、前記ツール側交換装置の外面に凹状又は穴状の被位置決め部を備える自動工具交換装置であって、前記位置決め部は、前記ロボット側交換装置の内部に押しバネを内蔵し、外面より軸心方向に突出する根元がテーパー状の形状をしているピンであり、前記被位置決め部は、該位置決め部を嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている凹状又は穴状の空洞部であることを特長としており、該位置決め部と被位置決め部がテーパー部分で係合することで、半径方向へのズレが抑止されるとともに、押しバネにより、軸心方向へのズレを抑止することによって、ロボット側交換装置とツール側交換装置の結合時のガタツキを限りなく無くし、繰り返し精度を向上することができる。
【０００９】
該位置決め部をロボット側交換装置の端部に複数備えることによって、中央部に備えられている連結機構とは別の部位に備えることにより装置全体の小型化を可能にし、該位置決め部を複数備えることにより、位置決め精度を向上させると共に、回転方向のトルク強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、各産業用ロボットに適用されるツールをロボットに交換可能に取り付ける自動工具交換装置において、ロボット側交換装置とツール側交換装置の結合時のガタツキを限りなく無くした繰り返し精度の高い結合を可能にし、小型で、回転方向のトルク強度が高い自動工具交換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例のロボット側交換装置の平面図
【図２】本発明の実施例のツール側交換装置の平面図
【図３】本発明の実施例の結合前のＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施例の結合後のＡ−Ａ断面図
【図５】本発明の実施例のＢ−Ｂ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の形態を図１〜７に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態に係る自動工具交換装置は、ロボットに固定されるロボット側交換装置１と、電動ハンドや溶接ガンなどのツールに固定されるツール側交換装置２を脱着可能に連結されており、必要に応じてロボット側交換装置１の連結機構３を切り替えてロボット側交換装置１とツール側交換装置２を脱着し、別のツールに固定されているツール側交換装置２と交換することができる。
【００１４】
図１、３、４に示すように、ロボット側交換装置１は、中心にシリンダを持ち、２つの位置決め部を持つロボット側ボディ４と、シリンダ内を流体圧により往復運動可能に収容されたピストン５と、ピストン５に連結され軸心方向に往復動作を行うカム６と、ボディ中心に配置されたボールホルダー７によって構成される。
【００１５】
ピストン５とカム６とボールホルダー７をボルト８で連結し、ピストン５の円形溝部分にピストンシール９、ピストン５とボールホルダー７の連結部分の溝にロッドシール１０、ロボット側ボディ４とボールホルダー７の接触部にシリンダシール１１を取り付けることによって、流体圧を加えたときのエアー漏れ対策を行いつつ、ピストン５を軸心方向に往復運動させるための圧力室Ａ１２と圧力室Ｂ１３を形成している。
【００１６】
圧力室Ａ１２に流体圧を加えることによって、ピストン５がボールホルダー７側（以下、第一方向とする）に向けて移動し、圧力室Ｂ１３に流体圧を加えることのよって、軸心方向における第一方向とは逆向き（以下、第二方向とする）に向けて移動することで、ピストン５は軸心方向に往復運動を行う。
【００１７】
ロボット側交換装置のセンサー取り付け用溝１４に外部センサーを取り付ける場合、ピストン５に取り付けられている磁石１５を検知することにより、ピストン５の位置確認をすることができる。
【００１８】
図２〜５に示すように、ツール側交換装置２は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部１６を持つツール側ボディ１７と、外面上で開放した穴状の空洞部を持つロックプレート１８によって構成されており、ツール側ボディ１７に各種ツールを固定し、ロックプレート１８にロボット側交換装置１が取り付けられる。
【００１９】
ロックプレート１８の空洞部の内径は、ツール側ボディ１７の取り付けられている端面からロボット側交換装置１が取り付けられる端面になるにつれて内径が小さくなるようテーパー状の形状に設定しており、それにより係止部１９がツール側交換装置２の内周部に構成されている。
【００２０】
ツール側交換装置２のロボット側交換装置１と連結時に接触する面には、エアージョイント２０が取り付けられており、エアージョイント２０の中心には、流体の通路として、ステンレスパイプ２１が通してあり、エアージョイント２０の溝部分にはそれぞれＯリング２２が取り付けられており、エアージョイント２０の連結時のバッファ機構を持たせると共にエアー漏れ対策をしている。
【００２１】
図３、４に示すように、連結機構３を空洞部１６に挿し込んだ時に、圧力室Ａ１２に流体圧を加えてピストン５を第一方向に向けて移動させて、ピストン５に連結しているカム６も移動することで、ボールホルダー７に周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴のそれぞれに嵌め込まれるボール部材２３の一部をボールホルダー７の外部に突出させて、ボール部材２３をツール側交換装置２の係止部１９に係止可能にした状態と、圧力室Ｂ１３に流体圧を加えてピストン５を第二方向に向けて移動させて、前述と同様にカム６が移動したことにより、ボール部材２３の一部をボールホルダー７の内部に退避させて、係止部１９に係止不能にした状態を切り替えることによって、ロボット側交換装置１とツール側交換装置２の連結を可能にしている。
【００２２】
ロボット側交換装置１とツール側交換装置２を連結する際に、ロボット側交換装置１の外面に凸状の位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５と、ツール側交換装置２の外面に凹状又は穴状の被位置決め部２６によって、連結時の繰り返し精度の向上を図っている。
【００２３】
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５は、ロボット側ボディ４から外方向に向けて延びるピン状に形成されており、先端部分から細くなるテーパー状の形状にすることで、連結時にロボット側交換装置１とツール側交換装置２の位置がずれていてもテーパー状の形状に沿って連結できるようにしている。また、位置決め部Ｂ２５は、図１に示すように、二面幅を持つ形状をしており、被位置決め部に挿し込み中でも間に隙間を作ることによって連結しやすくしている。ここで、二面幅の向きがずれるのを防ぐために、回止ピン２７を使って、ロボット側ボディ４の内部で位置決め部Ｂ２５を固定することで回転しないようにしている。
【００２４】
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５は、ロボット側ボディ４内部から押しバネ２８で軸心方向に押し上げるように設置されており、ロボット側ボディ４の外面へ出る部分から細くなるテーパー状の形状をしており、被位置決め部２６は、ツール側交換装置２のロボット側交換装置１と連結する面から内径を小さくなるような、位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５の根元部分で嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている。
【００２５】
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５と、被位置決め部２６がテーパー部分で係合することにより、半径方向でのロボット側交換装置１とツール側交換装置２のズレを抑止することができ、位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５が押しバネ２８によって、軸心方向に常に力を加えられていることにより、軸心方向でのロボット側交換装置１とツール側交換装置２のズレを抑止することができる。
【００２６】
このようにして、ロボット側交換装置１とツール側交換装置２の軸心方向と半径方向のズレを抑止することによって、結合時のガタツキを限りなく無くして、繰り返し精度を向上することができる。
【００２７】
ロボット側交換装置１の中心部に連結機構３を、端部に位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５を備えることにより、ロボット側交換装置１の部位毎に役割を振り分けることによって、ロボット側交換装置１の全体の小型化を図り、複数の位置決め部を設けることによって、回転方向に対するトルク強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    ロボット側交換装置
２    ツール側交換装置
３    連結機構
４    ロボット側ボディ
５    ピストン
６    カム
７    ボールホルダー
８    ボルト
９    ピストンシール
１０  ロッドシール
１１  シリンダシール
１２  圧力室Ａ
１３  圧力室Ｂ
１４  センサー取り付け用溝
１５  磁石
１６  空洞部
１７  ツール側ボディ
１８  ロックプレート
１９  係止部
２０  エアージョイント
２１  ステンレスパイプ
２２  Ｏリング
２３  ボール部材
２４  位置決め部Ａ
２５  位置決め部Ｂ
２６  被位置決め部
２７  回止ピン
２８  押しバネ
【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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