(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１操作部または第２操作部を着脱可能に支持する装着部が設けられたエンドエフェクタにおいて、
前記装着部は、
前記第１操作部または前記第２操作部が、前記装着部内を第１の方向に通過できるように前記第１操作部または前記第２操作部を案内する案内部と、
弾性部材により第２の方向に付勢されており、前記第１操作部または前記第２操作部を、拘束または非拘束の状態にするロック機構と、
を備え、
前記ロック機構は、
前記第１操作部が前記ロック機構に拘束された状態で、前記案内部を介して前記第２操作部が前記ロック機構と接触しながら前記第１の方向に移動した際、前記ロック機構が前記第２の方向とは反対の方向に移動し、前記第１操作部を非拘束とし、
前記第１操作部が非拘束となった状態から、前記案内部を介して前記第２操作部を前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向に移動し、前記第２操作部を拘束する、
ことを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
前記ロック機構において、前記第１操作部または前記第２操作部を拘束する部位はラッチであり、
前記ラッチには、前記第１操作部または前記第２操作部が嵌め込まれる溝部が備えられていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンドエフェクタにおいて、
前記案内部として、前記装着部にメスアリ溝が前記第１の方向に貫通して設けられ、前記メスアリ溝の両端は開口しており、
前記メスアリ溝の両端の開口面積が、前記第１操作部または前記第２操作部に設けられたオスアリ溝を前記第２の方向に切断した際の断面積よりも大きいことを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のエンドエフェクタにおいて、前記案内部は、前記第１操作部または前記第２操作部を移動させる案内軌道を規制する凹または凸構造を備えたことを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のエンドエフェクタにおいて、前記案内部に設けられる前記凹または凸構造は、前記第１操作部または前記第２操作部に対して一つ設けられていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項６】
請求項４に記載のエンドエフェクタにおいて、前記案内部に設けられる前記凹または凸構造は、前記第１操作部または前記第２操作部に対して四つ設けられていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のエンドエフェクタにおいて、
前記ロック機構には傾斜部が設けられており、
前記第１操作部または前記第２操作部に前記傾斜部と互いに相補形状となる傾斜部が形成されていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のエンドエフェクタにおいて、前記第１操作部および前記第２操作部は指部であることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載のエンドエフェクタにおいて、前記第１操作部および前記第２操作部がツールであることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のエンドエフェクタをロボットアームに備えたロボット装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロボット装置を用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１２】
装着部に第１操作部または第２操作部の着脱を行う着脱装置において、
前記装着部は、
前記第１操作部または前記第２操作部が、前記装着部内を第１の方向に通過できるように前記第１操作部または前記第２操作部を案内する案内部と、
弾性部材により第２の方向に付勢されており、前記第１操作部または前記第２操作部を、拘束または非拘束の状態にするロック機構と、
を備え、
前記ロック機構は、
前記第１操作部が前記ロック機構に拘束された状態で、前記案内部を介して前記第２操作部が前記ロック機構と接触しながら前記第１の方向に移動した際、前記ロック機構が前記第２の方向とは反対の方向に移動し、前記第１操作部を非拘束とし、
前記第１操作部が非拘束となった状態から、前記案内部を介して前記第２操作部を前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向に移動し、前記第２操作部を拘束する、
ことを特徴とする着脱装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の着脱装置において、前記装着部から離脱させた前記第１操作部を回収する回収手段を備えたことを特徴とする着脱装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の着脱装置と、エンドエフェクタを備えたロボット装置および前記着脱装置を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のロボットシステムにおいて、前記制御装置は、前記ロボット装置と前記着脱装置を相対移動させることにより、前記ロボット装置に装着された前記第１操作部を前記着脱装置に保持された前記第２操作部と交換することを特徴とするロボットシステム。
【請求項１６】
装着部に第１操作部または第２操作部の着脱を行う着脱方法において、
前記装着部は、
前記第１操作部または前記第２操作部が、前記装着部内を第１の方向に通過できるように前記第１操作部または前記第２操作部を案内する案内部と、
弾性部材により第２の方向に付勢されており、前記第１操作部または前記第２操作部を、拘束または非拘束の状態にするロック機構と、
を備え、
前記第１操作部が前記ロック機構に拘束された状態で、前記案内部を介して前記第２操作部を前記ロック機構と接触しながら前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向とは反対の方向に移動し、前記第１操作部を非拘束とし、
前記第１操作部が非拘束となった状態から、前記案内部を介して前記第２操作部を前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向に移動し、前記第２操作部を拘束する、
ことを特徴とする着脱方法。
【請求項１７】
第１操作部または第２操作部を着脱可能に支持する装着部が設けられたエンドエフェクタの制御方法において、
前記エンドエフェクタを制御する制御部を備え、
前記装着部は、
前記第１操作部または前記第２操作部が、前記装着部内を第１の方向に通過できるように前記第１操作部または前記第２操作部を案内する案内部と、
弾性部材により第２の方向に付勢されており、前記第１操作部または前記第２操作部を、拘束または非拘束の状態にするロック機構と、
を備え、
前記制御部が、
前記第１操作部が前記ロック機構に拘束された状態で、前記案内部を介して前記第２操作部を前記ロック機構と接触させながら前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向とは反対の方向に移動し、前記第１操作部を非拘束とし、
前記第１操作部が非拘束となった状態から、前記案内部を介して前記第２操作部を前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向に移動し、前記第２操作部を拘束する、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の制御方法を実行可能な制御プログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の制御プログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンドエフェクタ、ロボット装置、物品の製造方法、着脱装置、ロボットシステム、着脱方法、制御方法、制御プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ、プリンタなどのように小型で複雑な構造を有する工業製品の組立、加工などの作業の自動化が行われている。この種の工業製品に使用される部品は、小型の精密部品が多く、その形状も多種にわたっている。
【０００３】
一方で、同一のロボット装置で多品種製品の生産を連続的に行うことが求められており、製造現場では、ワークの品種や工程の変更に応じてロボット装置のエンドエフェクタやツール類の交換などを含む段取り替えが必要になる場面が増えている。この種のロボット装置の構成変更を作業員が手動で行う場合には労力と作業時間を要するため、可能な限り段取り替えをロボット装置のプログラミングによって行う、いわゆる自動段取り替えへの要求が高まっている。
【０００４】
以上のような事情から、ロボット装置には、小型で簡易な構成で、かつ、多種多様なワークの把持および組立、加工などの作業ができる仕様および性能が要求されている。同時に、ワークの把持および組立や加工などの作業のためのツールを作業員の作業や補助を必要とせず自動的に交換し、最小限の装置構成の変更で自動段取り替えを行え、ロボット装置全体の稼働率を高めることが望まれている。
【０００５】
ロボット装置のツール（エンドエフェクタ）のような操作部、あるいはそれらの構成部の自動交換に関しては、ツールの小型化・軽量化と、ツールないしその構成部の交換時間の短縮、および交換時の取付け精度を高めることが要求されている。ツール（エンドエフェクタ）には、把持／搬送のための（ロボット）ハンド、塗装のためのスプレーガンや溶接機などの種々の装置が含まれ、ワークや工程に応じて（ロボット）アームに対して交換可能に構成される。また、（ロボット）ハンドのようなツールでは、ワークを取り扱うフィンガ（ピンセットなどと呼ばれる場合もある）の部位が交換できるよう構成される場合もある。
【０００６】
特にハンドのフィンガの部位を交換するために、下記の特許文献１や特許文献２に記載されるような構造が提案されている。例えば、特許文献１に記載の産業用ロボットのハンド装置では、アーム移動によりハンド先端の爪ロック機構を解除して古いフィンガを取外し、同様のロック機構およびアーム移動により、新しいフィンガを取付ける。また、特許文献２で開示されているロボットハンド用交換モジュールでは、モジュール化されたフィンガをハンドに着脱することで、複数フィンガの交換をまとめて行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２５８６７号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１に記載の構成では、フィンガの取外し、およびフィンガの装着にそれぞれアームの１挙動が必要であり、フィンガの交換動作に時間がかかるという問題があった。また、特許文献１では、結合の位置決め精度を高めるための工夫は特にされていなかった。
【０００９】
一般的に、ロボットアームの位置決め精度には限界があり、手先の操作位置には位置決め誤差が生じる。そのため、ロボットアームの動作によりツールを取付ける場合は、ツール取付け部と被取付け部の間にある程度の寸法の余裕（クリアランス）を持たせておく必要がある。特に、ツールの自動交換を繰り返し行う場合には、この寸法の余裕の範囲内で結合部に位置ずれが生じる可能性が残されていた。
【００１０】
一方、特許文献２に記載の技術によると、最初にフィンガモジュールをハンドに取付ける際にはアームの１挙動で取付けが可能である。しかしながら、複数の異なるフィンガモジュールを使用し、繰り返し交換をする際には、一度フィンガモジュールを取外してから、付け替えるという複数の動作が必要であり、交換に時間がかかるという問題がある。また、フィンガモジュールを構成するための機構が必要となり、フィンガモジュールの取付けにより、ハンド全体が大型化し、装置全体の重量が大きくなるという問題がある。
【００１１】
本発明の課題は、簡単安価で小型軽量な構成により、ロボット装置のツールないし、その構成部などの操作部を作業者の手動作業ないし補助を必要とせず容易に交換できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明においては、第１操作部または第２操作部を着脱可能に支持する装着部が設けられたエンドエフェクタにおいて、前記装着部は、前記第１操作部または前記第２操作部が、前記装着部内を第１の方向に通過できるように前記第１操作部または前記第２操作部を案内する案内部と、弾性部材により第２の方向に付勢されており、前記第１操作部または前記第２操作部を、拘束または非拘束の状態にするロック機構と、を備え、前記ロック機構は、前記第１操作部が前記ロック機構に拘束された状態で、前記案内部を介して前記第２操作部が前記ロック機構と接触しながら前記第１の方向に移動した際、前記ロック機構が前記第２の方向とは反対の方向に移動し、前記第１操作部を非拘束とし、前記第１操作部が非拘束となった状態から、前記案内部を介して前記第２操作部を前記第１の方向に移動させた際、前記ロック機構が前記第２の方向に移動し、前記第２操作部を拘束する構成を採用した。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、前記被支持部と前記案内部を相対移動させるだけで、前記ロック機構を介して前記被支持部を拘束または非拘束状態に制御し、前記操作部を前記装着部に装着、または前記装着部から離脱させることができる。従って、本発明によれば、簡単安価で小型軽量な構成により、ロボット装置のツールないし、その構成部などの操作部を作業者の手動作業ないし補助を必要とせず容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施可能なロボットシステムの概略構成の一例を示した説明図である。
【図２】図１のロボットシステムの制御系の構成を示したブロック図である。
【図３】図１のロボットシステムのハンドの正面図である。
【図４】図３のロボットシステムのハンドのＡ−Ａに沿った断面を示した断面図である。
【図５】図１のロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態の正面図である。
【図６】図５のロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態のＢ−Ｂに沿った断面を示した断面図である。
【図７】フィンガの交換装置の構成を示した正面図である。
【図８】図７の交換装置のＤ−Ｄに沿った断面を示した断面図である。
【図９】図７の交換装置の上面図である。
【図１０】図７の交換装置でハンドのフィンガ交換動作を行う前の状態の正面図である。
【図１１】図１０の交換装置のＥ−Ｅに沿った断面を示した断面図である。
【図１２】図７〜図１０の交換装置によるフィンガ交換動作に関し、第２フィンガがラッチに接触した状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１３】図７〜図１０の交換装置によるフィンガ交換動作に関し、第２フィンガが第１フィンガに接触した状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１４】図７〜図１０の交換装置によるフィンガ交換動作に関し、第１フィンガがラッチによる拘束から解放された状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１５】図７〜図１０の交換装置によるフィンガ交換動作に関し、第２フィンガがラッチにより固定された状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１６】図７〜図１０の交換装置によるフィンガ交換動作に関し、第２フィンガを装着されたハンドと、第２支持板により支持された第１フィンガの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１７】図７〜図１０の交換装置による第１フィンガの回収動作に関し、第１フィンガが保持部に乗り上がった状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１８】図７〜図１０の交換装置による第１フィンガの回収動作に関し、第１フィンガがツール交換モジュールに収納された状態で１組のフィンガ廻りの構造を図１０のＥ−Ｅに沿った断面として示した断面図である。
【図１９】本発明に係るフィンガ交換制御の手順を示したフローチャート図である。
【図２０】本発明に係る交換装置によるツール交換動作の概略構成を示した説明図である。
【図２１】本発明に係る交換装置によるハンド交換動作の概略構成を示した説明図である。
【図２２】フィンガの交換装置の異なる構成を示した正面図である。
【図２３】図２２のロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態の正面図である。
【図２４】図２２のロボットシステムのハンドのＡ−Ａに沿った断面を示した断面図である。
【図２５】図２３のロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態のＢ−Ｂに沿った断面を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１６】
＜実施例１＞
図１、図２に本発明を実施することができるロボットシステムの構成例を示す。図１において、ロボットシステム１０は、ロボット装置２０、交換装置５００、およびロボット装置２０と交換装置５００とを制御する制御装置６００とコントローラ６１０を備えている。制御装置６００およびコントローラ６１０は、図１の下部にブロック図として示してある。図２は、制御装置６００およびコントローラ６１０を含む制御系の構造を示している。
【００１７】
図１のロボット装置２０は、アーム１００の先端に装着されたハンド２００によって、操作対象物であるワークＷに対する操作を行うことができる。
【００１８】
ハンド２００はワークＷを把持するフィンガ（図１の３００）を備えており、本明細書では、ハンド２００および（または）フィンガ３００をワークＷを操作可能な「操作部」と考える。本明細書では、この操作部を交換するための構成および制御について説明するが、本実施例１では、操作部としてのフィンガ３００をハンド２００に対して着脱（交換）する例を示す。なお、後述の実施例２では、ハンド２００と同等のエンドエフェクタ（ツール）全体を操作部としてアーム１００に着脱（交換）する例を示す。
【００１９】
ロボット装置２０は、複数の関節を有する６軸の垂直多関節アーム（以下、アームと呼ぶ）１００と、エンドエフェクタとして例えばハンド２００とを備えており、ワーク置台９００に載置されたワーク（作業対象物）Ｗに対する作業を行うことができる。なお、本実施例では、アーム１００として６軸の垂直多関節アームを例示しているが、軸数やアーム構成はこれに限定されるものではなく、用途や目的に応じて適宜変更することができる。
【００２０】
アーム１００は、７つのリンク１０１〜１０７と、これらリンク１０１〜１０７を揺動または回動可能に連結する６つの関節１１１〜１１６とを備えている。本実施例のリンク１０１〜１０７には、長さが固定されたものを採用しているが、例えば、直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクを用いてもよい。
【００２１】
図２の左上、および右上は、ロボットシステム１０の制御系におけるアーム１００およびハンド２００の構造を示している。
【００２２】
図１、図２において、アーム１００の各関節１１１〜１１６を駆動するための関節機構は、関節１１１〜１１６を駆動するモータ１２１〜１２６（第１〜第６モータ）を含む。モータ１２１〜１２６には、それぞれの駆動対象の関節の回転角度（姿勢）を検出するためのエンコーダ（不図示）が設けられる。アーム制御回路１２０は、制御装置６００からの指令に応じて、上記エンコーダの出力を監視しつつ各関節のモータ１２１〜１２６を駆動する。これにより、アーム制御回路１２０はアーム１００の特定部位（たとえばハンド２００が装着されるリンク１０７の端面中心などに設定される）の位置や姿勢（各関節の姿勢）を制御する。なお、アーム１００の関節機構は、タイミングベルトやプーリなどによって構成される不図示の動力伝達機構、歯車などにより構成される不図示の減速機構と、モータ１２１〜１２６の非通電時に位置姿勢を支える不図示のブレーキ機構などを有している。
【００２３】
図１において、ハンド２００は、アーム１００の最先端のリンク１０７に装着される。ハンド２００は、本実施例では例えば作業者の手動操作により交換可能であるものとするが、後述の実施例２に示すように本実施例で説明するフィンガの交換のための機構と同様の構成によって、作業者の操作を介さずに交換することもできる。
【００２４】
リンク１０７に支持されたハンド２００は、アーム１００の動作により位置および姿勢の少なくとも一自由度を変更することができる。ハンド２００は、ハンド本体２０１、および交換可能なフィンガ（３００）を備えている。このフィンガ（３００）は、ハンド本体２０１に対して交換可能であり、アーム１００の位置姿勢およびハンド本体２０１の姿勢の制御とフィンガ（３００）の開閉操作を組合せることにより、ワークＷに対する作業（操作）を行うことができる。
【００２５】
図１の状態では、第１フィンガ（操作部）３００がハンド２００に装着されている。本実施例のハンド２００には、フィンガ（３００）は例えば２本装着することができ、この２本のフィンガ（３００）を開閉することによりワークＷを把持することができる。
【００２６】
２本の第１フィンガ（作業手段）３００は、例えば、図６に示すように互いに左右対称な形状に構成される。ハンド本体２０１の第１フィンガ３００を駆動するための駆動機構は、第１フィンガ３００を駆動するモータ２２１（図２）により構成される。モータ２２１は、第１フィンガ３００の姿勢に相当する回転角度を検出するエンコーダ（不図示）を含み、ハンド制御回路２２０（図２）はこのエンコーダの出力を監視しながら制御装置６００の指令に応じて第１フィンガ３００の開閉を制御する。
【００２７】
図１のロボット装置２０では、エンドエフェクタとしてはハンド２００以外のツールを装着することができる。即ち、ハンド２００は、他のドライバ、ドリル、溶接機などの種々の作業ツールに交換することができる。従って、ロボット装置２０は、アーム１００に装着したハンド２００によりワークＷを把持して他のワークに組み付ける、といった作業を行える。また、ネジ止め、孔あけ、溶接などの目的の作業に適したツールを装着（に交換）することにより、ワークＷに対して当該の作業を行うことができる。
【００２８】
本実施例では、ハンド２００に対して交換可能な操作部としてフィンガ（３００）を考える。例えば、図１に示す状態では、ハンド本体２０１には第１フィンガ３００を装着しているが、第１フィンガ３００を第２フィンガ３１０に交換することができる。第２フィンガ３１０は、図１の状態では、図中左側のツール交換モジュール５１０によって保持されている。
【００２９】
組み立てを行う製品を変更（段取替え）する場合、ハンド２００で把持、および組み立てするワークＷが異なるので、ワークＷや作業内容に応じて各フィンガの使い分けを行うことができる。例えば、フィンガの長さや形状の異なるものを第１、第２（第３…）のフィンガとして用意しておき、ワークＷや作業内容に応じて交換することにより、ワークＷや作業内容に最適なフィンガを用いることができる。
【００３０】
なお、ハンド本体２０１に対して、交換可能な「操作部」は把持用の「フィンガ」に限定されない。例えば、ハンド本体２０１に対して交換可能な操作部としては、フィンガ以外のドライバ、ドリル、溶接機などの作業ツール類が考えられる。これらのツール類が後述する操作部の交換のための機構を有していれば、フィンガのみならず、上記のような任意のツールを装着することもできる。操作部の交換のための機構、特にハンド２００廻りの構成の詳細については後述する。
【００３１】
図１において、交換装置５００（フィンガないしツール交換装置）は、２つのツール交換モジュール５１０を備えている。図１の２つのツール交換モジュール５１０は、交換用フィンガとして第２フィンガ３１０を保持した状態である。ツール交換モジュール５１０は、モータその他のアクチュエータ（不図示）による搬送動作により、ハンド２００が備える二本の第１フィンガ３００を並行して装着または離脱させることができる。交換装置５００の詳細な構成例については後述する。
【００３２】
ロボットシステム１０の制御部としての制御装置６００は、マイクロプロセッサ素子などを用いたコンピュータにより構成することができる。この制御装置６００により、ロボット装置２０、および交換装置５００を制御することができる。
【００３３】
制御装置６００を構成するコンピュータは、図１に示すように例えば、ＣＰＵ６０１、各部を制御するためのプログラムを記憶するＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、通信インターフェース（図中ではＩ／Ｆ）６０４などから構成される。このうち、ＲＡＭ６０３はコントローラ６１０の操作による教示点や制御指令などのデータの一時記憶に用いられる。
【００３４】
コントローラ６１０は、例えばティーチングペンダント（ＴＰ）のような操作装置が考えられるが、ロボットプログラムを編集可能な他のコンピュータ装置（ＰＣやサーバ）であってもよい。コントローラ６１０は、制御装置６００に対して有線ないし無線の通信接続手段を介して接続することができ、ロボット操作および状態表示などのユーザインターフェース機能を有する。
【００３５】
ＣＰＵ６０１は、例えばコントローラ６１０で入力された教示点データを通信インターフェース６０４から受信する。また、コントローラ６１０から入力された教示点データに基づきロボット装置２０の各軸の軌道を生成し、通信インターフェース６０４を介して制御目標値としてロボット装置２０に送信することができる。
【００３６】
次に、本実施例において、操作部としてのフィンガを着脱するためのハンド２００廻りの構成例につき説明する。本実施例では、フィンガは２本１組であり、以下ではこの２本のフィンガを着脱（さらに交換）するための装着部３０の構成を示す。
【００３７】
図３、図４に示すように、ハンド２００のハンド本体２０１には、２個のスライドガイド２０２を介して、コの字形状の２個のフィンガ基台２０３、２０３が各々設けられている。フィンガ基台２０３、２０３の下部は、図３に示すように後述の交換動作においてフィンガの上部が通過できる開口部２０３ｅ、２０３ｅが設けられている。
【００３８】
また、ハンド本体２０１の内部にはフィンガ開閉（把持制御）用のモータ２２１が配置されている。モータ２２１の駆動軸に相当するピニオンシャフト２２２の先端にはピニオンギア２２３が設けてある。
【００３９】
このピニオンギア２２３により、スライドガイド２０２、２０２のガイドブロック２０２ａ、２０２ａの側面の歯型２０２ｃ、２０２ｃ（ラック）を駆動し、ガイドブロック２０２ａ、２０２ａを移動させることができる。２個のスライドガイド２０２は、モータ２２１の回転軸に対して点対称に配置され、モータ２２１によりピニオンギア２２３を回転駆動することで、ガイドレール２０２ｂに沿って二個のガイドブロック２０２ａが各々逆方向に直動するよう動作する。
【００４０】
これにより、ガイドブロック２０２ａ、２０２ａを介してフィンガ基台２０３、２０３を図４、図６の紙面に垂直な方向（図３の左右）に沿ってそれぞれ逆の方向に移動させ、フィンガ３００、３００（図６）を開閉させることができる。この駆動機構によりフィンガ３００、３００（図６）を開閉させ、例えばワーク（Ｗ）を把持し、またその把持を解除してワーク（Ｗ）を開放することができる。
【００４１】
以下、フィンガ基台２０３、２０３に２本１組のフィンガ３００、３００を装着するための装着部３０、３０の詳細な構成につき説明する。
【００４２】
スライドガイド２０２は、ガイドレール２０２ｂと、ガイドレール２０２ｂに沿って直動するガイドブロック２０２ａから成る。各々のフィンガ基台２０３、２０３には、両端を開口する２つのメスアリ溝２０３ａ、２０３ａが互いに対称な形状で形成されており、メスアリ溝２０３ａの中央の対向する２面（図３、図４では上下の２面）には、凸部２０３ｂ、２０３ｂが各々形成されている。
【００４３】
図４は、図３のＡ−Ａに沿った断面矢視であって、図４（あるいは図６）の図示の方向は図３と丁度９０°だけ異なっている。図４に示すように、メスアリ溝２０３ａ、２０３ａは、フィンガ基台２０３、２０３を貫通しておりその両端は開口となっている。
【００４４】
図４のように、メスアリ溝２０３ａの両端の開口には傾斜部２０３ｃを形成してある。従ってこのメスアリ溝２０３ａの両端の開口面積は、フィンガを拘束（位置決め）する凸部２０３ｂ、２０３ｂの形成されたメスアリ溝２０３ａの部位の断面積よりも大きくなっている。これにより、多少の位置制御の誤差があっても、後述するフィンガ３００側のオスアリ溝３００ａを挿入しやすい形状となっている。
【００４５】
図３、図４、図６のように、フィンガ基台２０３の中央部には、２本のガイドシャフト２０６、２０６を介して上下方向に摺動可能に支持されたラッチ２０４、２０４を設けてある。ラッチ２０４に設けられた空間２０４ｂの中をガイドシャフト２０６が案内されることで、ラッチ２０４が図中上下方向に直動する。ラッチ２０４、２０４（図３）はコイルばね２０５、２０５によって図中の下方に向かって付勢されている。図４、図６のように、ラッチ２０４には傾斜部２０４ａと、固定部２０４ｃから成るカム形状が設けられている。図４、図６のように、ラッチ２０４の傾斜部２０４ａ、２０４ａは、中央の固定部２０４ｃを挟んで固定部２０４ｃよりも高いカム面となっており、この固定部２０４ｃによって、図６のようにフィンガ３００の上端部３００ｃ（被支持部）を拘束する。
【００４６】
本実施例において、メスアリ溝２０３ａは、フィンガ３００の被装着部であるオスアリ溝３００ａの案内部３１を構成する（図３）。また、上記のラッチ２０４、コイルばね２０５、ガイドシャフト２０６はフィンガ３００の被装着部であるオスアリ溝３００ａを拘束状態または非拘束状態に制御するロック機構３２を構成する。操作対象物を操作するフィンガ３００（操作部）の被支持部（オスアリ溝３００ａ）を着脱可能に支持する装着部３０、３０は、概ね上記の案内部３１、およびロック機構３２によって構成される。
【００４７】
ここで、図５、図６を参照して第１フィンガ３００の側の構造につき説明する。図５、図６は、図３、図４の機構に第１フィンガ３００を装着された状態を示している。図５、図６の図示の方向はそれぞれ図３、図４に対応している。
【００４８】
図５〜６に示すように、本実施例の第１フィンガ３００は、ほぼＳ字に近似形状に構成されている。第１フィンガ３００の先端部には、ワークＷを把持するための把持部３０１が設けられている。モータ２２１の駆動によって、２本の第１フィンガ３００を相互に近づけるよう閉じることで、２つの把持部３０１が接近してワークＷを把持することができる。２つの把持部３０１は、例えばラバー、金属、樹脂など、把持対象のワーク（Ｗ）に適した材質から構成しておく。
【００４９】
一方、第１フィンガ３００の根元部（把持部３０１と反対側の端部）には、２個のオスアリ溝３００ａ、３００ａが左右対称（図５中の左右方向）に形成されている。また、このオスアリ溝３００ａの両側（図５中での上下側）には凹部３００ｂ、３００ｂが各々形成されている。
【００５０】
図５、図６の第１フィンガ３００が拘束された状態においては、装着部３０、３０のコイルばね２０５の弾性力により、ラッチ２０４が第１フィンガ３００を図６中の下方向に押し付けることになる。これにより、固定部２０４ｃが第１フィンガ３００の根元部を押さえ、片側の凸部２０３ｂおよび凹部３００ｂが嵌合した状態となり、第１フィンガ３００が拘束（位置決め）される。一方、メスアリ溝２０３ａとオスアリ溝３００ａの間は、嵌め合いにより接触している箇所を除くと、全体に０．１ｍｍ程度の隙間が開いた状態の寸法仕様としてある。これにより、ラッチ２０４による拘束が解かれれば、大きな摺動抵抗を生じることなく、第１フィンガ３００を移動させることができる。なお、第１フィンガ３００を第２フィンガ３１０と交換する際の各フィンガおよび装着部３０の挙動については後述の図１２から図１５に詳細に図示してある。
【００５１】
次に、図７〜図９、図２を参照して、本実施例の交換装置５００の構成例につき詳細に説明する。
【００５２】
図７〜図９に示すように、交換装置５００は装置基台５１１を有する。この装置基台５１１には、２つのスライドガイド５１２を介して、それぞれ一本の第２フィンガ３１０（または第１フィンガ３００）の保持および搬送が可能な、２つのツール交換モジュール５１０、５１０が配設される。
【００５３】
２つのツール交換モジュール５１０、５１０は、ハンド２００に装着された２本のフィンガ（第１フィンガ３００）をほぼ同時に別のフィンガ（第２フィンガ３１０）に交換するためのもので、装置基台５１１の中心点に対して点対称に配置されている。各々のスライドガイド５１２は、ガイドブロック５１２ａと、ガイドレール５１２ｂとから成る。
【００５４】
ガイドブロック５１２ａには、保持板５１３ａと、保持台５１３ｂとから成る、保持部５１３が固定されている。上記の保持部５１３の全体は、モータ５２１（図２）の駆動力により、歯車などによって構成される不図示の動力伝達機構を介して、一体となり図８の左右方向に直動するよう駆動される。保持板５１３ａおよび保持台５１３ｂには、スライドガイド５１２の直動方向に対して傾斜を持つ傾斜部５１３ｃが連続的に形成されており、この役割については後述する。
【００５５】
交換装置５００の制御系は、図２に示す通りであり、ツール交換モジュール５１０、５１０の保持部５１３、５１３を駆動するモータ５２１、５２１の他、各ツール交換モジュールの位置を検出する第１距離センサ５２２、および第２距離センサ５２３を含む。また、交換装置５００の制御系は、２つのツール交換モジュール５１０、５１０の各部を制御する交換装置制御回路５２０を含む。
【００５６】
なお、第１距離センサ５２２、および第２距離センサ５２３の検出方式は任意であるが、これらのセンサは、直接の検出対象部位はいずれもフィンガであって、例えば光学式センサや小型デジタルカメラなどを用いることができる。また、フィンガの検出対象部位に磁性体などを埋め込むことができる場合には、第１距離センサ５２２、および第２距離センサ５２３として各種の磁気センサなどを利用してもよい。
【００５７】
図８に示すように、ガイドレール５１２ｂ、５１２ｂには第１距離センサ５２２が埋め込んである。この第１距離センサ５２２は、アーム１００の動作により、交換される第１フィンガ３００が接近してきた際に、第１フィンガ３００の先端との距離Ｘ１を検知する。このように、第１距離センサ５２２で検知した位置情報によって、第１フィンガ３００が正しい交換位置に来たことを確認できる。第１距離センサ５２２の検出情報は、交換動作を行うタイミングを制御するために用いることができる。
【００５８】
保持部５１３に固定された２つの保持壁５１４と、台座５１５と、第１支持板５１６とにより、２面が開口された箱状の空間が形成されている。この２面が開口された箱状の空間は、第１フィンガ３００および第２フィンガ３１０は通過できるだけの幅を持つ形状を有する保持部４０、４０となっている。即ち、これら保持部４０、４０は、ハンド２００の装着部３０に装着されている第１フィンガ３００（第１の操作部）と異なる第２フィンガ３１０（第２の操作部）を保持する保持部である。
【００５９】
装置基台５１１には、２つの第２支持板５１７、５１７が立設されている。本実施例では、これら第２支持板５１７、５１７は、交換後、ハンド２００の装着部３０から離脱させた操作部としてのフィンガ（例えば第１フィンガ３００）を回収し、保持部４０、４０の保持位置に再保持させる再保持手段を構成する。
【００６０】
この第２支持板５１７、５１７には、図８に示すように第２距離センサ５２３がそれぞれ埋め込まれている。この第２距離センサ５２３は、ツール交換モジュール５１０に保持された第２フィンガ３１０との距離Ｘ２を測定し、第２距離センサ５２３で検出した位置（距離）情報は、第２フィンガ３１０の交換動作を行うタイミングを制御するために用いることができる。第２支持板５１７の動作については、例えば後述の図１５〜図１８を参照して後述する。なお、保持部５１３の保持板５１３ａは、コの字型に一部が開口された形状となっているため、スライドガイド５１２の動作範囲に対して、第２支持板５１７との接触により動作範囲が制限されることはない。
【００６１】
次に、図１０〜図１９を参照して上記の構成において、装着部３０に装着されている第１フィンガ３００（第１の操作部）をこれと異なる第２フィンガ３１０（第２の操作部）と交換する動作（自動段取り）につき説明する。
【００６２】
図１０、図１１は、交換装置５００のツール交換モジュール５１０、５１０に２本の第２フィンガ３１０、３１０がそれぞれ保持された状態を示している。特に図１１は、アーム１００を動作させて、交換装置５００に対する相対位置を第１フィンガ３００を交換できる位置まで移動させた後の状態を示している。
【００６３】
なお、第２フィンガ３１０の先端には、ワークＷとは異なる形状のワーク（不図示）を把持するための把持部３１１が設けられているものとする。図１１のように第２フィンガ３１０は、第１フィンガ３００と同様のＳ字形状を有している。フィンガ基台２０３へ装着された状態においては、２本の第２フィンガ３１０が相互に近づくように閉じることで、２つの把持部３１１が接近してワークを把持することができる。もちろん、この構成は、第１フィンガ３００と同様である。
【００６４】
第２フィンガ３１０の根元部（把持部３１１と反対側の端部）には、二個のオスアリ溝３１０ａが左右対称（図１０中の左右方向）に形成されており、このオスアリ溝３１０ａは、第１フィンガ３００に設けられたオスアリ溝３００ａと同形状である。また、オスアリ溝３１０ａの両側（図１０中の上下側）には、オスアリ溝３００ａと同様に、凹部３１０ｂが各々形成されている。即ち、このオスアリ溝３１０ａによって構成されるフィンガの被支持部の構造は、第１フィンガ３００に設けられたオスアリ溝３００ａと同一の形状、寸法を有する。
【００６５】
第２フィンガ３１０は、台座５１５に載置され、保持壁５１４と、第１支持板５１６により、移動できる方向が制限された状態となっており、ツール交換モジュール５１０を介して移動させることができる。第２フィンガ３１０が、第２フィンガ３１０から第１支持板５１６に向かう方向に力を受ける場合は、支持板５１６が力を受けるため、第２フィンガ３１０は台座５１５に乗った状態を保つ。すなわち、ツール交換モジュール５１０を移動させ、支持板５１６と反対側の方向から第２フィンガ３１０に力を掛けても、第２フィンガ３１０は保持された状態を保つことができる。
【００６６】
図１１は、第１フィンガ３００を第２フィンガ３１０と交換する直前の状態において、アーム１００の先端の少なくともハンド２００、従ってフィンガ基台２０３が交換装置５００のツール交換モジュール５１０、５１０に対して取るべき位置姿勢を示している。すなわち、フィンガ交換動作の際、ハンド２００、従ってフィンガ基台２０３はツール交換モジュール５１０、５１０の中間に位置に移動する。また、ハンド２００、従ってフィンガ基台２０３、２０３の高さは、フィンガの装着部（３０）であるメスアリ溝２０３ａ（案内部３１）の高さと、第２フィンガ３１０のオスアリ溝３１０ａ（被支持部）の高さが一致するように制御する。また、当然ながら、装置基台５１１の平面に対して、フィンガ基台２０３、２０３の中心軸（あるいはハンド２００の中心軸）が垂直となるようにハンド２００、従ってフィンガ基台２０３の姿勢を制御する。
【００６７】
次に、図１２〜１８を参照して、交換装置５００によってハンド２００の操作部を第１フィンガ３００から第２フィンガ３１０に交換する動作につき説明する。また、図１９は、この交換動作手順を示したフローチャート図であり、経時的な制御過程についてはこの図１９を参照する。なお、図１９に示した手順は、制御装置６００のＣＰＵ６０１によって実行可能な制御プログラムとして記述することができ、例えばＲＯＭ６０２に格納しておくことができる。
【００６８】
また、以下では、説明を容易にするため、ハンド２００の一部の構成部材については参照符号の図示や記述を省略し、説明は概ね１本のフィンガについて集中して行う。しかしながら、上記のような機構の対称性によって、他方のフィンガについても同様の動作により交換が行われるのはいうまでもない。
【００６９】
まず、ロボット装置２０のアーム１００の各関節を動作させることで、ハンド２００を交換装置５００に近づける（ステップＳ０１）。このとき、第１距離センサ５２２により、ハンド２００およびハンド２００に取付けられた第１フィンガ３００の位置を検知し、正しい交換位置に来たことを確認する（ステップＳ０２）。図１１はこの時のハンド２００と交換装置５００の位置関係を示している。
【００７０】
次に、図１２に示すように、交換装置５００のモータ５２１を駆動し、第２フィンガ３１０を保持したツール交換モジュール５１０を移動させ、第２フィンガ３１０を第１フィンガ３００に近づける（ステップＳ１０）。このとき、第２距離センサ５２３により検知される第２フィンガ３１０との位置情報を用いて、交換装置５００のモータ５２１を制御することができる。
【００７１】
なお、図１２〜図１８では上記のように交換装置５００の片側に相当するツール交換モジュール５１０に関する動作を示している。反対側のツール交換モジュール５１０の動作は図１２〜図１８の図示と左右対称であり、図１２〜図１８の図示の左右を反転させれば、反対側のツール交換モジュール５１０廻りの動作を読み取ることができる。
【００７２】
ツール交換モジュール５１０によって図１２の左方から第２フィンガ３１０を移動し、第１フィンガ３００に近づける。この時、まず第２フィンガ３１０の根元部（把持部３１１と反対側の先端）がメスアリ溝２０３ａ（案内部３１）の下部の開口部２０３ｅ（図３）に進入し、先端部がラッチ２０４の傾斜部２０４ａに接触する（ステップＳ１１）。このとき、第１フィンガ３００のオスアリ溝３００ａと、第２フィンガ３１０のオスアリ溝３１０ａとは、まだ互いに非接触の状態である。なお、第１支持板５１６は、フィンガ基台２０３の中央部の空間より小さい寸法から形成されるため（図９）、開口部２０３ｅの空間を通過することができる。
【００７３】
さらに、ツール交換モジュール５１０を移動させ、第２フィンガ３１０を第１フィンガ３００に近づくと、第２フィンガ３１０の先端がラッチ２０４の左端のカム面に乗り上げ、図中上方向へ押圧する。これにより、図１２〜図１３に示すようにコイルばね２０５が圧縮され、ラッチ２０４がガイドシャフト２０６に沿って押し上げられる。これにより第１フィンガ３００は非拘束状態に移行し、フィンガ基台２０３のメスアリ溝２０３ａに沿って移動可能となる（ステップＳ１２）。そして、第１フィンガ３００のオスアリ溝３００ａと、第２フィンガ３１０のオスアリ溝３１０ａとが接触することで、第２フィンガ３１０により押圧された第１フィンガ３００が図中右方向に移動する。
【００７４】
さらに、第２フィンガ３１０が第１フィンガ３００の方向に近づくと、フィンガ交換過程は図１４、図１５のように遷移する（ステップＳ１３）。即ち、図１４〜図１５に示すように、第１フィンガ３００はフィンガ基台２０３のラッチ２０４から押し出され、非拘束状態となる。このとき、ラッチ２０４の固定部２０４ｃの内側に傾斜が設けられているため、第１フィンガ３００が引っかかることなく押し出され、離脱する。以上のようにして、第１フィンガ３００が案内部（３１）から押し出され、排出されると、ラッチ２０４の固定部２０４ｃには他のフィンガを固定できる状態となる。
【００７５】
そして、図１５のように第２フィンガ３１０の端部が固定部２０４ｃと噛み合う位置に来ると、押し上げられていたコイルばね２０５が伸長し、ラッチ２０４が押し下げられ、第２フィンガ３１０が装着位置において拘束状態に移行する（ステップＳ１４）。このとき、第１フィンガ３００の場合と同様に、コイルばね２０５の弾性力によってラッチ２０４が第２フィンガ３１０を図１５中の下方向に押圧する。これにより、凸部２０３ｂおよび凹部３１０ｂが嵌合した状態となり、第２フィンガ３１０が拘束（位置決め）状態に制御される。
【００７６】
このようにして、たかだか１自由度直動の交換装置５００とハンド２００（アーム１００）の相対移動によって、第１フィンガ３００を非拘束状態に、あるいは第１フィンガ３００を拘束状態に制御できる。即ち、この動作によって、第１フィンガ３００を第２フィンガ３１０に交換することができる。
【００７７】
ＣＰＵ６０１は、第２フィンガ３１０が装着位置で拘束状態となっているか否かを、例えば第２距離センサ５２３の検出信号の変化によって検出することができる。第２フィンガ３１０が装着位置で拘束状態、即ち、第２フィンガ３１０が正しく装着されていることを確認（ステップＳ２０）できた場合、ＣＰＵ６０１はツール交換モジュール５１０を停止させる（ステップＳ２１）。
【００７８】
その後、アーム１００の各関節を動作させ、例えば図１６のように上方に退避させることにより、ハンド２００をツール交換モジュール５１０から遠ざける（ステップＳ３０）。この動作により、第１フィンガ３００は保持されていない状態のため、図１６に示すように第２フィンガ３１０の屈曲部位によって蹴り出される形で第２支持板５１７に向かって倒れていき、第２支持板５１７に支えられた状態となる。このとき、第１フィンガ３００が倒れる方向は、第１フィンガ３００を両側からガイドする保持壁５１４、５１４により制限される（図１０参照）。
【００７９】
さらにツール交換モジュール５１０を右方に移動させると、図１７に示すように第１フィンガ３００が第２支持板５１７に支持された状態から、保持壁５１４、５１４の空間内で第１フィンガ３００の傾きが戻される（ステップＳ３１）。この動作を続けると、ツール交換モジュール５１０の第１支持板５１６に近づいていく。そして、図１８のように第１フィンガ３００と保持部５１３に設けられた傾斜部５１３ｃと当接すると、傾斜部５１３ｃによって第１フィンガ３００の傾きが保持位置の姿勢に復帰する。
【００８０】
ツール交換モジュール５１０が図１８の位置まで移動し、ツール交換モジュール５１０に第１フィンガ３００が収納された状態は第２距離センサ５２３により検出される（ステップＳ４０）。この状態を検出すると、ＣＰＵ６０１はツール交換モジュール５１０を停止させ（ステップＳ４１）、フィンガ交換手順が完了となる（ステップＳ９９）。
【００８１】
なお、ツール交換モジュール５１０を初期位置（第２支持板５１７と反対側の端部）に移動させておくことで、第１フィンガ３００に再度交換することが可能となる。上記と同様の制御および動作によって、再度、第１フィンガ３００をハンド２００に取付けることが可能である。以上のようにして、異なる操作部（フィンガ）を繰り返し交換して用いることができる。
【００８２】
図１に示したようにツール交換モジュール５１０を２つ、あるいはそれ以上用意しておくことにより、対応する数の（異なる）フィンガを交換用に用意しておくことができる。なお、この場合、上述の交換制御によって操作部としてのフィンガを次々に交換していくことにより、特定のフィンガが保持されるツール交換モジュール５１０が次々に変化していく可能性がある。これに対応するには、ツール交換モジュール５１０、５１０…と初期状態でそれらに保持されているフィンガの種類を、例えばＲＡＭ６０３などに用意したテーブルメモリなどに記録しておけばよい。そして、フィンガ交換の進行に応じて、ＣＰＵ６０１が交換された特定のフィンガの保持位置に応じてテーブルメモリのデータを更新する、といった管理によってワークや工程の進行に応じて適切なフィンガを操作部として装着することができる。
【００８３】
従来の交換装置であれば、操作部としてのツール（もしくはフィンガ）を交換するための動作として、アーム（もしくはハンド）に取付けられている操作部を取外すための動作と、異なる操作部を取付けるための複数の動作が必要であった。このため、従来構成では交換に時間がかかる問題があった。特に、垂直多関節アームを動作させる場合には、外部環境との接触や、交換装置との衝突防止などを考慮し、動作速度を制限せざるを得ないため、交換時間が増大する傾向があった。
【００８４】
これに対し、本実施例によれば、フィンガ基台２０３には、フィンガの被支持部（オスアリ溝３００ａ、３１０ａ）が通過できるように案内するメスアリ溝２０３ａによる案内部３１を設けている。さらに、案内部３１を被支持部が通過することによって、そのカム面で動作するラッチによって案内部３１の内部の装着位置でフィンガの被支持部（オスアリ溝３００ａ、３１０ａ）を拘束または非拘束状態に制御するロック機構３２を設けている。
【００８５】
そして、上記の構造により、たかだか１自由度直動の交換装置５００とハンド２００（アーム１００）の相対移動によって、操作部としてのフィンガの取外しおよび取付け、すなわち、フィンガ交換を一連の動作で行うことができる。これにより、フィンガ交換を伴う自動段取りの所要時間を大幅に短縮することができる。しかも、本実施例によれば、フィンガ基台２０３のメスアリ溝２０３ａの凸部２０３ｂと、第１、第２のフィンガ（３００、３１０）に設けたオスアリ溝（３００ａ、３１０ａ）の凹部（３００ｂ、３１０ｂ）を噛合させてフィンガの位置決めを行う。このため、繰り返し、位置決め精度の高いフィンガ交換を行うことができ、フィンガ（操作部）によって精度よくワークを取り扱うことができる。
【００８６】
なお、本実施例では、２本のフィンガを交換する作業について説明したが、アームもしくはハンドに取付けられるツールもしくはフィンガの数や、装置の設置スペースなどの制約条件が許す限り、配置する数に制限はない。また、ツールおよびフィンガの種類など、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、種々の変更または修正を加えることが可能であり、本発明は上記実施例に示した特定の構成に限定されるものではない。
【００８７】
＜実施例２＞
上記実施例では、交換する操作部としてフィンガを例示した。しかしながら、上述の操作部（フィンガ）の被支持部（オスアリ溝３１０ａ）を案内する案内部３１、操作部（フィンガ）を拘束ないし非拘束状態に制御するロック機構３２を備えた装着部３０の構造は、エンドエフェクタの交換にも用いることができる。この点は、交換装置についても同様である。
【００８８】
本実施例では、上述のハンド２００に相当するエンドエフェクタ（ツール）を交換するための構成を例示する。また、本実施例では、ツール交換動作を行う際に、アーム１００を特定の姿勢にすることで交換動作を容易に行うための構成についても述べる。なお、以下の本実施例では、上記実施例１と同一ないし相当する部材には同一参照符号を用い、その詳細な説明は省略するものとする。また、本実施例のロボットシステムにおいては、制御系などを含め、本実施例で図示しない構成についても、上記実施例１と同様の構成が設けられているものとする。
【００８９】
図２０は、ロボットシステム１０のロボット装置２０、およびツール交換モジュール５１０を備えた交換装置５００の部分を示している。図２０では、ロボット装置２０は図１の左方に相当する方向から図示されている。ロボット装置２０のアーム１００が、７つのリンク１０１〜１０７と、リンク１０１〜１０７を揺動または回動可能に連結する６つの関節１１１〜１１６から構成されている点は、本実施例においても同様である。
【００９０】
本実施例では、実施例１のエンドエフェクタ（ツール）、即ちハンド２００に相当する第１作業ツール４００がアーム１００に取付けられている。この第１作業ツール４００は、交換装置５００を用いて、交換装置５００のツール交換モジュール５１０に保持されている第２作業ツール４１０と交換することができる。即ち、本実施例では、エンドエフェクタ（ツール）としての第１作業ツール４００を交換することができる。
【００９１】
第１作業ツール４００および第２作業ツール４１０は、図２０では概略図示となっているが、例えば塗装用のスプレーガン、溶接用ノズル、電動ドライバなどであり、用途に応じて任意の構成のものを用いることができる。
【００９２】
なお、図２１に示すように、ツール交換モジュール５１０にハンド２００を保持させておき、第２作業ツール４１０の場合と同様の動作によって、ハンド２００を第１作業ツール４００と交換することもできる。
【００９３】
図２０では、第２作業ツール４１０は交換装置５００のツール交換モジュール５１０に保持されている。図２０では、ツール交換モジュール５１０の図示は概略図示となっているが、上記実施例１と同様に構成されているものとする。
【００９４】
一方、アーム１００の最先端のリンク１０７には、図３で示したフィンガ基台２０３と同様にコの字形状を成すツール基台４０１を介して、第１作業ツール４００が取付けられている。
【００９５】
ツール基台４０１は、上記実施例１におけるフィンガ基台２０３に相当するものである。このツール基台４０１は、図３で示したフィンガ基台２０３と同様の構成を有する。即ち、ツール基台４０１は、それぞれ上述のメスアリ溝（２０３ａ）、その凸部（２０３ｂ）、コイルばね（２０５）、ガイドシャフト（２０６）、ラッチ（２０４）が同様に設けられているものとする（いずれも図示省略）。即ち、ツール基台４０１には、案内部（３１）、操作部（ツール）を拘束ないし非拘束状態に制御するロック機構（３２）から成る装着部（３０）の構造が設けられているものとする。
【００９６】
一方、第１作業ツール４００、第２作業ツール４１０の被支持部の構造も上記実施例１と同様である。即ち、これらのツールの上部には、図６で示した第１フィンガ３００と同様に、それぞれ不図示のオスアリ溝（３００ａ）とその凹部（３００ｂ）が同様に設けられる。なお、第１作業ツール４００または第２作業ツール４１０は、上記ツール基台４０１の装着部（３０）を介して、これらツールの中心軸がリンク１０７を回動支持する関節１１６の回転軸と一致するよう装着される。
【００９７】
交換装置５００のツール交換モジュール５１０は、第２作業ツール４１０（または第１作業ツール４００）を保持するための保持部（５１３）の形状などは変更されるが、構成要素および動作は第１の実施例と同様であるものとする。
【００９８】
以上のような構成により、本実施例においても、ツール交換モジュール５１０をアーム１００に対して相対移動（矢印）させることにより、第１作業ツール４００を離脱させ、第２作業ツール４１０をツール基台４０１の装着部（３０）に装着することができる。すなわち、本実施例においても、１自由度直動の交換装置５００とハンド２００（アーム１００）の相対移動によって、操作部としてのツールの取外しおよび取付け、すなわち、ツール交換を一連の動作で行うことができる。
【００９９】
また、図２０は、ツール交換を行う時のツール交換モジュール５１０の移動方向と、その時のアーム１００が取る姿勢を図示している。即ち、図示のように、アーム１００は、関節１１５は、その回転軸がツール交換モジュール５１０の駆動方向に対して平行、また、関節１１６は、その回転軸がツール交換モジュール５１０の駆動方向と直交する角度を成すような姿勢を取っている。
【０１００】
一方、ツール基台４０１の案内部（３１）の案内方向は、（上記実施例１と同様に）図２０の左右方向であって、この方向（矢印）にツール交換モジュール５１０を移動させることにより、アーム１００に対するツール交換のための相対移動を行う。
【０１０１】
そして、図２０のようなアーム１００の位置姿勢で、実施例１で説明したようなツール交換動作が行えば、アーム１００は作業ツール４００およびツール基台４０１を介して、ツール交換モジュール５１０から反力を受けることになる。しかしながら、このツール交換モジュール５１０から反力の方向に対して、関節１１５の回転軸は平行であり、関節１１６の回転軸は直交しているため、上記反力の影響でアーム１００の各部の姿勢が変化してしまうことがない。
【０１０２】
即ち、アーム１００の（各）関節を、ツール基台４０１の案内部（３１）の案内方向と平行または直交するように制御する、つまり、ツール交換モジュール５１０の交換動作時の反力を（各）関節を回動させるような方向と異なる方向に取る。即ち、本実施例によれば、ツール（操作部）を装着部（３０）に装着、または装着部（３０）から離脱させる場合、案内部（３１）の案内方向がアーム１００の関節を回動させる方向と異なる方向となるようアーム１００の位置姿勢を制御する。
【０１０３】
これにより、ツール交換モジュール５１０の交換動作時の反力によって、アーム１００の各部の姿勢が変化してしまうことがなく、ツール基台４０１の装着部３０を作動誤差なく動作させ、スムーズにツール交換を行うことができる。
【０１０４】
一般に、垂直多関節アームにおいては、手先の関節ほどモーメント剛性が低い。このため、各関節が静止している状態においても、回転方向に力を受けると、ねじれによる弾性変形や、駆動機構のバックラッシュなどにより、手先位置が変化してしまう可能性があり、その場合、ツール交換を高精度で行うことが困難になる。
【０１０５】
しかしながら、ツール交換時にツール交換モジュール５１０の相対移動方向に対してアーム１００の（各）関節に図２０のような姿勢を取らせれば、ツール交換時の反力によってアームの手先位置がずれることがない。このようなアーム１００の位置姿勢の制御により、精度よくツール交換作業を行うことができる。なお、本実施例では、ツールの取付け方向とアームの手先関節の回転軸とが平行もしくは直交する構成としたが、アームの手先関節が回転しづらい姿勢を取るよう制御すればよく、本発明は上記実施例に示した特定の構成に限定されるものではない。
【０１０６】
＜実施例３＞
本実施例では、主に装着部３０の案内部３１の一部を変更した異なる構成例を示す。以下では、上述の説明済みの各部材については、以下、参照する図中においては、同一の参照符号を用い、その詳細な説明は省略する。これらの部材については、特に言及しない限り、上述の実施例の説明がそのまま通用する。
【０１０７】
例えば、上述の実施例１において、案内部３１は、フィンガ基台２０３のメスアリ溝２０３ａを含み、一方、操作部（３００、３１０、４００、４１０）の被支持部はオスアリ溝３１０ａを含む。案内部３１のメスアリ溝２０３ａは、その一方の端部から他方の端部まで、被支持部（オスアリ溝３１０ａ）が通過するよう案内する。
【０１０８】
メスアリ溝２０３ａ、オスアリ溝３１０ａの嵌合構造は、それ自体、案内部３１であるメスアリ溝２０３ａの端部から他方の端部まで、被支持部（オスアリ溝３１０ａ）が所定の軌道（案内軌道）を通って移動できるよう案内する機能を有する。
【０１０９】
そして、さらに、上述の実施例では、特に所定の装着位置（ラッチ２０４の固定部２０４ｃ）の前後において、メスアリ溝２０３ａ、オスアリ溝３１０ａの間には、凸部２０３ｂ、凹部３１０ｂの凹凸構造を設けている。このような構造により、特に所定の装着位置（ラッチ２０４の固定部２０４ｃ）の前後において、オスアリ溝３１０ａがメスアリ溝２０３ａに対して相対的に移動する軌道、即ち案内軌道をより高精度に制御することができる。
【０１１０】
上述の実施例１では、図３に示すように、フィンガ基台２０３の両側のメスアリ溝２０３ａ、２０３ａのそれぞれ上下両側に、計４箇所の凸部２０３ｂを形成していた。同様に、第１フィンガ３００、および第２フィンガ３１０のオスアリ溝３００ａ、およびオスアリ溝３１０ａのそれぞれについても、上記４つの凸部２０３ｂと噛み合う計４箇所の凹部３００ｂを設けている。
【０１１１】
しかしながら、上記実施例において、案内部（３１：メスアリ溝２０３ａ）と、被支持部（オスアリ溝３１０ａ）の間に設けた被支持部（オスアリ溝３１０ａ）のための案内軌道を画成する凹凸構造（上記の３１０ｂ、２０３ｂ）は必ずしも設けなくてもよい。例えば、メスアリ溝２０３ａ、オスアリ溝３１０ａの嵌合構造の工作精度などのコントロールによって、この両者の嵌合構造それ自体のみで、充分精度の高い案内軌道の制御が可能である場合も考えられる。
【０１１２】
また、案内部３１によって案内される被支持部（オスアリ溝３１０ａ）のための案内軌道を画成する凹凸構造（上記の３１０ｂ、２０３ｂ）は必ずしも上述の実施例ほど厳重な構成とする必要はない可能性がある。そこで、以下では、被支持部（オスアリ溝３１０ａ）のための案内軌道を画成する凹凸構造（上記の３１０ｂ、２０３ｂ）を簡略化した構成を例示する。
【０１１３】
例えば、案内部３１の構成として、少なくとも１組の凹凸構造、即ち、凹部３００ｂと、凸部２０３ｂと、が噛み合う箇所があれば、一定方向のガタツキを抑制することができ、これにより、案内部３１の案内軌道を制御する精度は充分確保できる可能性がある。このように、そして、凸部２０３ｂと凹部３００ｂを必要最低限の個数（例えば１組）にすれば、部品加工の精度を緩和し、低コストで案内機構を構成することができるという利点が生じる。
【０１１４】
ここで、図２２に、案内部３１として、凸部２０３ｂと凹部３００ｂが噛み合う箇所を１組だけとした構成を示す。また、図２３に、図２２のロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態の正面図を示す。すなわち、メスアリ溝２０３ａの凸部２０３ｂは一箇所だけにし、他の箇所は平面部２０３ｄとして構成する。また、フィンガ基台２０３についても、オスアリ溝３００ａの凹部３００ｂは一箇所だけとし、他の箇所は平面部３００ｄとする。このような構成により、案内部３１としての機能を保持した上で、例えば部品加工に係るコストダウンが可能となる。上記構成は、フィンガにかかる荷重が一定方向に限定される場合などにおいて好適に実施することができる。
【０１１５】
なお、フィンガの固定時は、ロック機構３２によりオスアリ溝３００ａがメスアリ溝２０３ａに押付けられる。そのため、図２２および図２３に示す位置（図下側）に凹部３００ｂおよび凸部２０３ｂの組を形成するのは、ガタツキを抑制しつつ案内軌道を制御できる効果があり、好ましい構成と言える。ただし、凹凸構造、即ち、凹部３００ｂおよび凸部２０３ｂの組合せの個数や配置については、案内部３１としてフィンガを案内する役割を果たすことができる範囲内で任意に当業者において変更して構わない。
【０１１６】
また、実施例１では、図４および図６に示すように、ラッチ２０４の固定部２０４ｃと、第１フィンガ３００の上端部３００ｃとが嵌合することで、第１フィンガ３００を固定するようにしている。実施例１では、このような構成によりラッチ２０４によるフィンガの交換時の移動方向（図６の左右方向）における位置決めを行っている。
【０１１７】
ラッチ２０４の固定部２０４ｃと第１フィンガ３００の上端部３００ｃとの嵌合部が直線形状の場合、嵌合部のすき間が小さすぎると、嵌合の途中で引っ掛かりが生じてしまい、端部まで嵌合ができなくなる可能性がある。このため、上述の実施例では、嵌合部に０．１ｍｍ程度の隙間（クリアランス）を設ける構成を例示したが、このように確保された隙間によって、フィンガの位置ずれが生じる可能性もある。
【０１１８】
この点に鑑み、例えば、図２４、図２５に示すように、ラッチ２０４（装着部）にすり鉢状のテーパ部２０４ｄを設け、また、第１フィンガ３００の上端部３００ｃ（被支持部）にはテーパ部３０４ｄを設ける構成が考えられる。テーパ部２０４ｄ、３０４ｄは、互いに凹、凸で嵌合できる相補形状であり、例えば図示のようにテーパ部３０４ｄは、テーパ部２０４ｄのすり鉢凹形状に沿った先細りの凸形状とする。ここで、図２４は図２２のロボットシステムのハンドのＡ−Ａに沿った断面を示した断面図、図２５は、ロボットシステムのハンドにフィンガが取付けられた状態の図２３のＢ−Ｂに沿った断面を示した断面図である。
【０１１９】
図２４、図２５のようにテーパ部２０４ｄ、３０４ｄを用いたロック機構によれば、ラッチ２０４の固定部２０４ｃと第１フィンガ３００の上端部３００ｃを、引っ掛かりを生じることなく端部まで嵌合させることが可能である。また、嵌合の完了後にはすき間が存在せず、位置ずれが生じることもなくなる。また、ラッチ２０４を取外す時も、滑らかに嵌合を解除することができる。また、ラッチ２０４によるロック、アンロックの作動がスムーズになることによって、凹部として構成された固定部２０４ｃの深さを、例えば図４、図６に示した構造よりも図２４、図２５のように大きくできる。これにより、装着時の操作部（例えばフィンガ３００）の安定性を向上することができる。
【０１２０】
なお、図２５では詳細を図示していないが、第１フィンガ３００の上端部３００ｃの角部（テーパ部の端部）に小さなＲ形状や面取り部を設けるようにしてもよい。このような構成によっても、ラッチ２０４とフィンガ（３００）のより滑らかに嵌合が可能となる。
【０１２１】
もちろん、本実施例３の構成を採用した場合でも、実施例１および実施例２で述べたようなフィンガ交換、ツール交換、またはハンド交換の動作、あるいはそのための制御は、上述の通り、同様に実施が可能である。
【０１２２】
以上、実施例１〜３で示したように、操作部（例えばフィンガ３００）を着脱するための案内部３１（メスアリ溝２０３ａ）と、被支持部（オスアリ溝３１０ａ）の嵌合構造を設けることができる。そして、この嵌合構造には、実施例１〜３で示したように、さらに案内軌道を規制する凹凸構造（凹部３１０ｂ、凸部２０３ｂ）を設けることができる。
【０１２３】
このように、操作部（例えばフィンガ３００）の着脱のため、例えば比較的規模の大きな嵌合構造（案内部３１〜被支持部（オスアリ溝３１０ａ））に、比較的規模の小さな嵌合構造（凹凸構造：凹部３００ｂ、凸部２０３ｂ）を組合せることができる。これにより、特に所定の装着位置（ラッチ２０４の固定部２０４ｃ）の前後において、案内部３１（メスアリ溝２０３ａ）によって規定される案内軌道を、高精度に制御することができる。このため、上述の交換装置の構成において、操作部（例えばフィンガ３００）をスムーズかつ確実に着脱することができる。
【０１２４】
また、例えば嵌合構造（案内部３１〜被支持部（オスアリ溝３１０ａ））に、凹凸構造（凹部３１０ｂ、凸部２０３ｂ）を組合せる場合、その配置場所や数については、本実施例３の例示から明らかなように、当業者が任意に変更可能である。また、嵌合構造（案内部３１〜被支持部（オスアリ溝３１０ａ））の工作精度などの条件によっては、凹凸構造（凹部３１０ｂ、凸部２０３ｂ）は必ずしも配置しなくてもよい。また、これら凹凸構造の凹、凸の関係は、必ずしも添付図面の例示である必要はなく、例えば図示の凹凸構造は凹、凸の形状の関係を逆転させた構造に置換することができる。この点は、例えば、ラッチ（２０４など）、フィンガの上端部（３００ｃなど）の凹凸関係についても同様である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…ロボットシステム、２０…ロボット装置、３０…装着部、３１…案内部、３２…ロック機構、１００…ロボットアーム、２００…ハンド、３００…第１フィンガ（操作部）、３１０…第２フィンガ（操作部）、４００…第１作業ツール（操作部）、４１０…第２作業ツール（操作部）、５００…交換装置、５１０…ツール交換モジュール、５１３…保持部、６００…制御装置、６１０…コントローラ、９００…ワーク置き台。
【図１】
0006771889.tif 000002
【図２】
0006771889.tif 000003
【図３】
0006771889.tif 000004
【図４】
0006771889.tif 000005
【図５】
0006771889.tif 000006
【図６】
0006771889.tif 000007
【図７】
0006771889.tif 000008
【図８】
0006771889.tif 000009
【図９】
0006771889.tif 000010
【図１０】
0006771889.tif 000011
【図１１】
0006771889.tif 000012
【図１２】
0006771889.tif 000013
【図１３】
0006771889.tif 000014
【図１４】
0006771889.tif 000015
【図１５】
0006771889.tif 000016
【図１６】
0006771889.tif 000017
【図１７】
0006771889.tif 000018
【図１８】
0006771889.tif 000019
【図１９】
0006771889.tif 000020
【図２０】
0006771889.tif 000021
【図２１】
0006771889.tif 000022
【図２２】
0006771889.tif 000023
【図２３】
0006771889.tif 000024
【図２４】
0006771889.tif 000025
【図２５】
0006771889.tif 000026