(57)【要約】　　　（修正有）【課題】インタフェースユニットの分解・再組立てを伴わずに、接点を簡単に交換できるロボット工具交換システムを提供する。【解決手段】ロボット工具交換システム１０用の高電力電気インタフェースユニット３０は、ハウジング内の導電性を有する高電力電気コネクタ、および電気コネクタに着脱自在に取り付けられる交換可能高電力電気接点１０５を備える。電気接点１０５は、ハウジング中の開口部内にわたり、インタフェースユニット３０の他の部分を分解することなく開口部を介して交換可能である。接点１０５はコネクタにねじ込まれる形で取り付けられ、インタフェースユニット３０は、接点１０５が電気コネクタにねじ込まれる際にコネクタが回転することを防ぐための部材を備えるものとする。接点１０５は、球面又は回転楕円面の接触面と、ソケットレンチのような手工具により容易に係合するための形状を持つ側面を有するヘッド部分を備えるものとする。【選択図】　図１
2004001177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、高電力ケーブルへ接続する前記ハウジング内に収容された導電性を有する高電力電気コネクタ、および、前記電気コネクタに着脱自在に取り付けられ得る交換可能な高電力電気接点とを有し、前記接点が、ハウジングの接触面の開口部にアクセス可能であって前記コネクタの取替えをすることなく交換可能である高電力電気インタフェースユニットを具備し、高電力要求量が、典型的に１０，０００ワットを超えることを特徴とするロボット工具交換システム。
【請求項２】
前記交換可能高電力電気接点が、前記接触面の外側から前記開口部において交換可能である請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項３】
前記接点が前記コネクタにねじ込む形で取り付けられる請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項４】
前記交換可能高電力電気接点がねじ付ステムを具備し、前記電気コネクタが前記電気接点の前記ねじ付ステムをねじ込まれる形で受けるねじ孔を具備する、請求項３に記載のロボット工具交換システム。
【請求項５】
前記交換可能高電力電気接点が、前記ハウジングの前記開口部内へ引っ込んでいる請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項６】
前記交換可能高電力電気接点が、前記ハウジングの前記開口部を越えて伸長している請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項７】
前記交換可能高電力電気接点がさらに、前記ねじ付ステムの一端にヘッド部分を有し、このヘッド部分が、接触面およびこの接触面から前記ねじ付きステムに向かって伸びる側面を有することを特徴とする請求項４に記載のロボット工具交換システム。
【請求項８】
前記接触面が球面形状を有する請求項７に記載のロボット工具交換システム。
【請求項９】
前記接触面が回転楕円面形状を有する請求項７に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１０】
前記ヘッド部分の前記側面が、手工具により係合されるような形状を有し、それにより前記高電力電気接点が、前記手工具を用いて前記電気コネクタに容易に取付け・取り外しができる請求項７に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１１】
前記ヘッド部分が六角形の形状を有する請求項１０に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１２】
前記交換可能電気接点が前記高電力電気コネクタにねじ込まれる際、前記高電力電気コネクタが前記ハウジング内で回転することを防止する手段を、さらに具備する請求項３に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１３】
前記電気コネクタが回転することを防止する前記手段が、部材を、前記ハウジングに固定し、前記電気コネクタが前記部材に接触すると、前記電気コネクタの回転が防止できるように配置することを特徴とする請求項１２に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１４】
前記部材が、前記ハウジングの一体的に形成された壁面からなることを特徴とする請求項１３に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１５】
前記部材が、前記ハウジングに取り付けられた細長いピンからなることを特徴とする請求項１３に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１６】
前記部材が、実質的に長方形の本体を有するプレートからなることを特徴とする請求項１３に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１７】
前記コネクタが回転することを防止する前記手段が、前記コネクタに取り付けられたノックピンと前記ハウジングに設けられた前記ノックピンを受けるオリフィスからなり、前記ノックピンが前記オリフィスの壁面に接触すると、前記コネクタの回転が防止できる請求項１２に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１８】
前記ハウジングが電気絶縁材料で構成される請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項１９】
前記ハウジング内に収容された複数の高電力電気コネクタと、複数の交換可能な高電力電気接点とを具備し、前記複数の接点の各々が前記複数の電気コネクタの対応する１つに着脱自在に取り付けられ、前記接触面の対応する１つの開口部にアクセス可能であって、前記複数の電気コネクタの対応する一つの取替えをすることなく交換可能である請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項２０】
前記インタフェースユニットを第１インタフェースユニットとし、さらに、第２インタフェースユニットと結合して、前記第１、第２インタフェースユニット間に高電力電気伝導接合を形成する、請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項２１】
前記結合における第２インタフェースユニットが、第２ハウジング、第２高電力ケーブルへ接続する前記第２ハウジング内に収容された第２高電力電気コネクタ、および、前記第２電気コネクタに着脱自在に取り付けられる第２交換可能高電力電気接点とを有し、前記第２交換可能高電力電気接点が、前記第２ハウジングの接触面の開口部にアクセス可能であって、前記第２コネクタの取替えをすることなく交換可能であることを特徴とする請求項２０に記載のロボット工具交換システム。
【請求項２２】
前記ロボット工具交換システムが、ロボットアダプタとツーリングアダプタとを具備し、前記インタフェースユニットが、前記ロボットアダプタ及び前記ツーリングアダプタのうち１つの着脱可能なモジュールを具備する、請求項１に記載のロボット工具交換システム。
【請求項２３】
前記交換可能高電力電気接点が着脱自在に、ねじ付きステムを介して前記コネクタに接続しており、前記電気コネクタが前記ねじ付きステムと螺合するねじ付き孔を具備していることを特徴とする請求項２に記載のロボット工具交換システム。
【請求項２４】
さらに、前記ねじ付きステムの一端にヘッド部分を有し、このヘッド部分が、前記高電力電気接点が手工具によって電気コネクタに容易に取付け・取り外し可能に係合するように形成されていることを特徴とする請求項２３記載のロボット工具交換システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
技術分野
この発明は一般にロボット工具交換システム用の高電力インタフェースユニットに関するものである。より詳細には、この発明はロボット工具交換システム用の交換可能な高電力電気接点に関するものである。
【０００１】
背景情報
過去数十年にわたり、ロボット技術に対する依存は、顕著に増加している。一時期、ロボットの使用は電子機械製造および自動車製造の分野に最も集中したものの、ロボット技術の用途は今や、原子力発電、海底開発、災害防止のような多様な分野、および困難な、または危険な条件下で、遠隔制御ロボットシステムがその機能を迅速かつ正確に果たすような分野に及んでいる。より特定的には、ロボットは今や、コンクリート仕上げ、高い建築物の塗装、および医療にさえ及ぶような多様な仕事に用いられている。ロボットの経済的および社会的役割は、ロボット技術の進歩が、工業的生産性と製品品質において、より広範な商業的用途とより大きな改善を可能にするにつれ、今後発展し続ける傾向にある。
【０００２】
他の分野への進出にもかかわらず、ロボット技術は、自動車製造のような工業用途で依然として重要な存在である。例えば、ロボットは、自動車スポット溶接用途で主要な役割を果たし続けている。スポット溶接用途では、ポータブルスポット溶接ガンが、ロボットに設置されている又は取り付けられており、ロボットがオペレータの必要なしに、ガンを所要の場所に位置決めし、自動的にスポット溶接を行うようにプログラムされている。ロボットは、スポット位置の均一性と溶接の完全性を伴ってスポット溶接を行う。
【０００３】
ロボット工具交換システムは、ロボットが種々の異なる任務を果たすことを可能にする。例えば、ロボット工具交換システムは、一体のロボットがスポット溶接を行い、重い荷重をパレットに載せ、苛酷な金属除去作業に従事することを可能にする。工具交換システムは、異なる仕事の要求に応じて、工具の自動交換を行うように考えられている。ロボット工具交換システムは主として、ロボットアダプタとツーリングアダプタの、２つのアセンブリから構成されている。ロボットアダプタはロボットに連結され、一方、ツーリングアダプタは工具に連結される。ロボットアダプタとツーリングアダプタが一緒に連結されると、機械的連結と信号インタフェース（電気的、空気的等）を形成し、それによってロボットが特定の任務を果たすことができる。
【０００４】
ロボット工具交換システムは、特定の用途に必要な高電気エネルギー移送用の高電力電気インタフェースユニットを備えている。これらの電気インタフェースユニットは、ロボットとツーリングアダプタユニットに一体とするか、アダプタユニットに着脱自在に取り付けるようにすることができる。ロボットスポット溶接は、高電力の移送を必要とするロボット用途の一例である。高電力電気インタフェースユニットを使用することによって、アーク溶接のような用途；スポット溶接（トランスガンおよび遠隔トランス作業の双方）やアルミニウム抵抗溶接やスタッド溶接を含む、抵抗溶接用途；および種々の抵抗加熱用途に、必要な高電力を流すことができる。高電力要求量は、典型的に１０，０００ワットを超え、下記の表に幾つかの特定用途に対する電力要求量が要約されている。
2004001177.tif 000003
【０００５】
スポット溶接のような高電力ロボット用途に対する高電力電気移送を行うため、高電力電気接点が高電力電気インタフェースユニットに一体化されている。典型的には、各インタフェースユニットが、電気絶縁ハウジング内の開口部内にわたる多数の電気接点を備えている。作動の間、ロボットとツーリングアダプタの高電力電気インタフェースユニット同士が連結され、それにより両インタフェースユニットの接点の対が整合して接触する。電気接点が強力電気ケーブルと電気的および機械的に接触しているため、高電力の移送が実現可能となる。
【０００６】
ロボットおよびツーリングアダプタにおける高電力電気接点は、ハウジングにより保護されているものの、限られた寿命サイクルを有する。接点の汚染がない環境下では、電気接点の平均寿命サイクルは、約１００万サイクルである。接点はこの時に交換されなければならない。しかしながら、通常使用の間は、高電力電気接点は数多くの環境汚染物質にさらされ、その寿命サイクルを極端に短縮する可能性がある。例えば、高電力電気接点は埃、塵、グリス、水、その他外からの汚染物にさらされる可能性がある。スポット溶接作業では、高電力電気接点は溶接スラグにもさらされる。溶接スラグは、スポット溶接工程で生ずる溶接金属である。溶融状態で、溶接スラグは、多重接点電気絶縁ハウジング内に収容された高電力電気接点に、接着する可能性がある。この状態で、溶接スラグは凝固するか、高電力電気接点に溶着し得る。溶融した溶接スラグは空気中で凝固し、その後、硬化した状態で高電力電気接点上に落ちることもある。
【０００７】
ロボットアダプタとツーリングアダプタが結合し、電気的接触が起きる時、接点上の溶接スラグによる汚染によって、電気接点がアークやピットを形成したり、腐食したりする可能性がある。より特定的には、一旦溶接スラグが電気接点に接着し、汚染された接点が別の接点に結合されると、接点接続部を通過するすべての電流が、硬化した接合溶接スラグを通るように流れを変える傾向がある。このように集中して高電力が溶接スラグをよぎると、電気接点がアークを形成してピットができる可能性がある。次いでこのピットおよびアークの形成によって、接合された電気接点にわたって短路が発生し得る。
【０００８】
一旦電気接点が汚染され破損すると、接点は交換されなければならない。現在のところ、汚染された電気接点を交換するときは、高電力電気インタフェースユニット全体を分解し、電気ケーブルの接続を外し、高電力電気接点部品全体を取外して交換し、ケーブルを再接続し、ユニットを再組立することが必要となっている。従って、交換することは時間浪費であり、労働集約的であり、単調かつ費用のかかる工程となる。交換の労働集約的性質により、さらに、インタフェースユニットや電気接点が人的過失によって破損する可能性がある。
【０００９】
このように、高電力電気接点を収容するインタフェースユニットの分解および再組立の困難を伴わずに、接点の簡単で容易な交換ができるロボット工具交換システムのインタフェースユニットが必要とされている。
【００１０】
発明の概要
簡単に言うと、この発明は、ハウジング、高電力電気ケーブルへの取付のためのハウジング内の導電性を有する高電力電気コネクタ、および電気コネクタに着脱自在に取り付けられる交換可能高電力電気接点を備え、高電力要求量が、典型的に１０，０００ワットを超えるロボット工具交換システム用の高電力電気インタフェースユニットを提供することで、そのような要求を満足させ、先行技術のもつ欠点を克服するものである。電気接点は、ハウジング中の開口部内にわたり、インタフェースユニットの他の部分を分解することなく開口部を介して交換可能である。
【００１１】
好ましくは、接点はねじ込まれる形でコネクタに取り付けられるものとし、さらにインタフェースユニットは、接点が電気コネクタにねじ込まれる時にコネクタが回転することを防ぐ手段を備える。接点は、球面または回転楕円面の接触面と、ソケットレンチのような手工具により容易に係合できるような形の側面を有するヘッド部分を備えることができる。
【００１２】
典型的に、インタフェースユニットは、ハウジング内に収容された対応するコネクタに着脱自在に取り付けることのできる数個の接点を備える。各接点はそれぞれのハウジング開口部内にわたり、開口部を介して交換可能である。スポット溶接のような高電力用途において、２つのインタフェースユニット内の軸方向に整合した接点が接触して、ロボットから工具への高電力電気移送を容易にする。従ってこの発明の目的は、改善されたロボット工具交換システムを提供することにある。
【００１３】
この発明のまた別の目的は、ロボット工具交換システム用の改善された高電力電気インタフェースユニットを提供することにある。
【００１４】
この発明のさらに別の目的は、容易に交換可能な高電力電気接点を有するロボット工具交換システム用の改善された高電力電気インタフェースユニットを提供することにある。
【００１５】
この発明のより別の目的は、ロボット工具交換システムの維持を簡素化する、容易に交換可能な高電力電気接点を提供することにある。
【００１６】
この発明のまた別の目的は、汚染され破損した高電力電気接点を交換する費用を節減する、容易に交換可能な高電力電気接点を提供することにある。
【００１７】
この発明の、上記の目的及び他の目的、特徴ならびに長所は、添付図面と組み合わせたこの発明の好ましい実施例の、以下に述べる詳細な説明から明らかとなる。
【００１８】
詳細な説明
以下、添付図面を参照する。より特定的には、図１は、この発明のロボット工具交換システム１０を示したものである。ロボット工具交換システムはロボットアダプタ１５と、相補的・自動的に結合可能なツーリングアダプタ３５を備える。ロボットアダプタ１５はロボットのロボットアーム２０にロボットアダプタプレート２５により機械的に固定されている。ロボットアダプタ１５はそれに着脱自在に取り付けられた第１高電力電気インタフェースユニット３０を備える。インタフェースユニット３０は分離可能なモジュールとして示されているが、代わりに、ロボットアダプタ１５と一体化してもよい。
【００１９】
同様に、ツーリングアダプタ３５は工具にツーリングアダプタプレート４０により機械的に固定されている。図１において、工具はスポット溶接ガン４５である。スポット溶接ガン４５はスポット溶接を施すために開閉ジョー５１を有する。第２高電力電気インタフェースユニット５０はツーリングアダプタ３５に着脱自在に取り付けられている。第１インタフェースユニット３０と同様に、第２インタフェースユニット５０はアダプタ３５の分離可能なモジュールとして示されているものの、構造的にツーリングアダプタ３５と一体化することができる。
【００２０】
ツーリングアダプタプレート４０はツーリングアダプタ３５をスポット溶接ガン４５に取り付ける手段を提供する。スポット溶接ガン４５はツーリングアダプタプレート４０の底部に、スポット溶接ガン４５上にある複数のアーム５８により機械的に固定されている。スポット溶接ガン４５用の変圧器４９もまたツーリングアダプタプレート４０に取り付けることができる。
【００２１】
ツーリングアダプタプレート４０、ツーリングアダプタ３５、溶接ガン４５、および変圧器４９は支持固定具４８の上部にすべて設置されている。支持固定具４８は、複数の脚６３の頂部にあるコイルバネ５９によって取り付けられた平らでおおむねＵ字形のプレート６１を備える。ツーリングアダプタプレート４０は長方形であり、支持固定具４８に重なるプレート６１のサイズに合わされている。スポット溶接ガン４５のアーム５８がツーリングアダプタプレート４０の底部に取り付けられているので、支持取付具４８のプレート６１のＵ字形の形状によってスポット溶接ガン４５が作動中に支持固定具４８より上方に持ち上げられる。アダプタプレート４０の形状は、特定のロボット用途により変わり得る。ツーリングアダプタ３５と相手方ロボットアダプタ１５とのかみ合わせにおいて、繰り返し精密性と正確性を得ることが困難であるので、アダプタ同士のかみ合せ時に特定量の「遊び」を設け、それによりアダプタ間のかみ合い不良がうめあわされるようにするため、コイルバネ５９が支持固定具４８に用いられている。
【００２２】
当該技術で周知のように、ロボットアダプタ１５とツーリングアダプタ３５の双方から種々のコネクタとケーブルが延びている。トリプルカムラッチ掛け機構５２はツーリングアダプタ３５をロボットアダプタ１５にロックする。作動の間、係合されたラッチ掛け機構５２は殆どのロボットのペイロード要求量を超えるペイロード容量を備える。空気連結管５３はラッチ掛け機構５２の取り外しのためのロボットアダプタ１５のシリンダ（図示せず）駆動のために空気流を供給する。
【００２３】
ロボット工具交換システム１０は種々の用途のために、電気的、空気的、および他のインタフェース接続に必要なものを取り入れることもできる。例えば、複数の冷却流体管５７は、ロボット工具交換システム１０のロボットアダプタ１５に流体冷却剤、好ましくは冷却水の流入出を提供する。ロボットアダプタ１５とツーリングアダプタ３５上のポート６８と６８’は、それぞれ、ロボットアダプタ１５とツーリングアダプタ３５間の流体冷却剤の通路を形成する。同様の冷却流体管５７’がツーリングアダプタ３５に取り付けられていてそこから延び、冷却気体がスポット溶接ガン４５、変圧器４９、およびジョー５１に循環するようにしている。電気ケーブルアセンブリ２７はロボットアダプタ１５に対して入力／出力制御信号接続を行う。アダプタ同士の連結の間、ロボットアダプタ１５の電気ピン２８がツーリングアダプタ３５上の対応する電気ピン２８’につながり、アダプタ間の電気制御信号の移送を促進する。電気ケーブルアセンブリ２７’は、ツーリングアダプタ３５とスポット溶接ガン４５間の中央信号の相互接続を行う。ロボットアダプタ１５から延びる空気管３３は、工具交換システムの全体を通ってスポット溶接ガン４５の空気シリンダ１４５へ空気を供給するために用いられ、それによりジョー５１が開閉できるようにしている。ロボットアダプタ１５上のインタフェースポート３４およびツーリングアダプタ３５上の対応するポート３４’が、ロボットアダプタ１５の空気管３３から出てツーリングアダプタ３５と通り、ツーリングアダプタ３５の空気管３３’から出てスポット溶接ガン４５の空気シリンダ１４５に至る空気の通路を供給する。
【００２４】
ロボット工具交換システムの相互接続と作動に関するより詳細については、この発明の譲受人であるアプライド　ロボティックス　インコーポレーテッドにより共同所有されている「中央制御源に対する遠隔素子を接続交換するための交換装置及び方法」と題する、ニュウェルその他により発行されたアメリカ特許第４，６６４，５８８号を参照のこと。又、その開示は本明細書に完全な形で参照することによって述べられている。より特定的には、スポット溶接用途のためのロボット工具交換システムに関するより詳細について１２３０５　ニューヨーク　シェネクタディ　ノット　ストリート　３０１のアプライド　ロボティックス　インコーポレーテッドのオメガＩＩＩ　交換トランスガンシステムに関する製品文献ＡＲ１８０−６／９２
を参照のこと。又、その開示は本明細書に完全な形で参照することによって述べられている。
【００２５】
この発明のロボット工具交換システム用の改善された高電力インタフェースユニットの好ましい実施例を以下に述べる。図２〜４において、ロボットアダプタ１５の第１高電力電気インタフェースユニット３０がより詳細に示されている。インタフェースユニット３０は、好ましくは、ロボットアダプタ１５に着脱自在に取り付けられる。インタフェースユニット３０はロボットアダプタ１５に、例えば、インタフェースユニットハウジング５５の開口部１９に締めるねじ１８により取り付けられる。インタフェースユニット３０のハウジング５５はその中に収容されている種々の構成要素を取り囲み、それら構成要素に対して構造的に完全な状態を与える。好ましくは、ハウジング５５は絶縁材料から組み立てられるものとする。ガラス充填エポキシが、優れた絶縁品質と熱した溶接スラグの汚染に耐える能力を備えているためにハウジング５５用の好ましい絶縁材料とされる。しかしながら、他の適切な材料も、選択された材料がハウジング内にある電気伝導性要素間に電気絶縁をもたらす限り、ハウジング５５用に選ぶことができる。所望するなら、ハウジング内に収容された導電性要素の周囲に絶縁鎧装を設置する限り、軽金属をハウジング５５用に選ぶことができる。ハウジング５５は図３Ａに示されるようなパイスライス形態を有することができ、また他の形状を選ぶこともできる。
【００２６】
ハウジング５５内部には複数の第１高電力電気コネクタ６０がある。図３Ａにおいて、３つのこのような高電力電気コネクタ６０Ａ、６０Ｂ、および６０Ｃが示されている。説明を簡単にするために、これらのコネクタは本明細書で時として一般的に単数のコネクタ６０として文字記号を付さずに述べられる。各コネクタ６０は好ましくは図３Ａおよび３Ｂにおいて上から見た状態でカム形状とし、高電流がそれを通って流れるように伝導性の高い材料で構成されている。例えば、銀メッキ溶接銅、またはＲＷＭＡクラス二銅合金がコネクタ６０用の適切な導電材料である。電気コネクタ６０はらせん型コイルバネ７０（図２）を受ける内孔６５を有する。バネ７０はコネクタ６０及び部分的にハウジング５５の開口部１２５に、バネを利用して力を加えている。ハウジング５５は開口部１２５に対する接触面１２７を備える。
【００２７】
空洞７５が電気コネクタ６０の片側に形成されている。空洞７５には高電力電気ケーブルワイヤ８０が入る（図３Ａ）。図３および４に示されるように、３つの高電力電気コネクタ６０Ａ、６０Ｂ、および６０Ｃは、３本のケーブルワイヤ８０Ａ、８０Ｂ、および８０Ｃのそれぞれ、すなわち１本の接地線か２本の電流線の内の１本につながっている。第１ケーブルアセンブリ８５は３本のケーブルワイヤ８０Ａ、８０Ｂ、および８０Ｃを収容している。各ケーブルワイヤ８０は、空洞７５を形成する壁面を通して設けられたねじ孔９５にねじ込まれる止めねじ９０（図２）により、その対応する高電力電気コネクタ６０に着脱自在に取り付けられる。ケーブルワイヤ８０をコネクタ６０の空洞７５内部に置き、止めねじ９０を、空洞７５内にケーブルワイヤ８０を押し込んで固定する為に、ねじ孔９５にねじ込むことができる。そこに収容された第１ケーブルアセンブリ８５およびワイヤ８０はその他端で高エネルギー電源（図示せず）に接続される。
【００２８】
図２にもどって、円筒部分１１０は高電力電気コネクタ６０の底部を形成する。図２に示されるように、円筒部分１１０の外面は電気コネクタ６０のカム形状部分の最外縁までわたっていない。むしろ、円筒部分１１０の外面は、ハウジング５５の円筒形開口部１２５へ挿入できるサイズの円筒を形成している。円筒形開口部１２５の直径は円筒部分１１０の直径より僅かに大きめに作られ、それによりコネクタ６０の円筒部分１１０が開口部１２５の内側にしっくりとはめられる。円筒部分１１０は空洞で、軸方向にそれを通るように内側にねじ山を形成した孔１００を有する。コネクタ６０のねじ孔１００は着脱自在に第１交換可能高電力電気接点１０５を受ける。
【００２９】
第１高電力電気コネクタ６０のように、第１交換可能高電力電気接点１０５は電流がそれを通過できるように導電性材料から成る。好ましくは、コネクタ６０用に選択されたものと同一の材料が接点１０５用に望ましい。従って、銀メッキ溶接銅、またはＲＷＭＡクラス二銅合金が示唆される。
【００３０】
図２に示されるように、電気接点１０５の一端はねじ付ステム１１１、他端はヘッド部分１１５で構成されることができる。コネクタ６０のねじ孔１００に電気接点１０５のねじ付ステム１１１をねじ込む。ヘッド部分１１５は、好ましくは球面（図９）または回転楕円面（図１０）型の接触面１１６を有するものとし、その意義は以後明らかとなる。さらに、ヘッド部分１１５は接触面１１６からねじ付ステム１１１にわたる側面１１８を有する。好ましい実施例では、側面１１８は多面形であり、それによりヘッド部分１１５は横断面で六角形状を呈する。この六角形状は、例えばソケットレンチ（図示せず）のような一般的な手工具による素早い係合を容易にし、ハウジング５５の開口部１２５を介してコネクタ６０に電気接点１０５を簡単に着脱させる。他の手工具が容易に適合可能であるような、ヘッド部分１１５に対する他の形状を選択することもできる。ヘッド部分１１５は開口部１２５より小さい横断面を有し、それにより接点１０５はインタフェースユニット３０の他の部分を分解することなく開口部１２５を介して交換できる。開口部１２５はこのような交換を容易にするため１２６に提示されるような朝顔形に張り出されていることが好ましい。
【００３１】
好ましい実施例では電気接点１０５が電気コネクタ６０にねじ込む形で取り付けられるように図示されてはいるが、電気コネクタ６０と接点１０５は相互に別の機械的方法、例えば、摩擦適合や銀エポキシのような非定着化学的物質により取り付け可能であることが理解される筈である。コネクタ６０と接点１０５を接続するため化学的取付け手段が用いられる場合、汚染された接点は化学的結合シールを破ることで交換できる。
【００３２】
好ましくは、ハウジング５５の開口部１２５を十分に深くし、それにより電気接点１０５が開口部１２５を介して電気コネクタ６０にねじ込まれる際に、電気接点１０５のヘッド部分１１５が開口部１２５を突き出ないようにする。むしろ、電気接点１０５のヘッド部分１１５が開口部１２５の内側に引っ込んでいるようにする。この構造が好ましい理由は多様であるが、その中でも最も重要なことはロボット工具交換システム１０に対する安全な環境を設けることである。ケーブルアセンブリ８５が高電力電源（図示せず）に取り付けられるため、システムが通電される際、電気コネクタ６０と電気接点１０５を通って電流が流れる。従って、偶発的であれ意図的であれ、人が電気接点１０５のヘッド部分１１５に触れることを防ぐため、電気接点１０５は開口部１２５の内側に引っ込んでいるようにする。
【００３３】
好ましい実施例において、高電力電気インタフェースユニット３０のハウジング５５の内部に位置する３つの電気コネクタ６０Ａ、６０Ｂ、および６０Ｃがある。コネクタ６０Ａ、６０Ｂ、および６０Ｃの各々はハウジング５５のそれぞれの開口部１２５内に置かれ、その中で回転可能であり、この回転によって２つの隣接したコネクタが接触する結果となる。例えば、コネクタ６０Ａは回転することで、コネクタ６０Ｂまたはコネクタ６０Ｃと接触する。このような接触ロボットシステムの電気的故障をもたらす可能性があるため望ましくない。電気コネクタ６０の回転は、接点１０５が孔１００にねじ込まれる時に（すなわち、取り付け・取り外しされる時に）最も起こりやすい。これは、このようなねじ込みに伴う回転トルクがコネクタ６０を回転させる傾向があるためである。対応する電気ワイヤ８０に取り付けられたコネクタ６０が回転することによって、取り付けられたワイヤ８０が緩んだり外れたりする可能性もある。従って、各コネクタ６０に対して回転防止手段を設けることが最も望ましい。ハウジング５５内で、隣接する電気コネクタが回転して接触することを防ぐため、図３Ａで最も良く示されるように、非導電性プレート１３０Ａが隣接するコネクタ６０Ａと６０Ｂの間に配置され、プレート１３０Ｂがコネクタ６０Ａと６０Ｃの間に配置されている。プレート１３０Ａと１３０Ｂをインタフェースユニット３０の内部に固定するために、それらをハウジング５５に形成された対応する溝（図示せず）に入れ、接着剤でそこに固定することができる。別の方法として、プレート１３０をハウジング５５と一体的に形成することができる。
【００３４】
電気コネクタ６０は２方向の内の１つ、すなわち時計方向または反時計方向で回転し得る。前述のように、この回転は電気接点１０５が電気コネクタ６０にねじ込まれるか、ねじ戻されるかする時に最も起こりやすい。プレート１３０Ａと１３０Ｂは、各電気コネクタ６０が、プレート１３０Ａと１３０Ｂが置かれている方向にそれ以上回転することを防ぐものの、これらのプレートは、電気コネクタ６０がこのような回転防止プレートが配置されていない方向に回転することを防ぐものではない。従って、好ましい実施例には、細長いピン１３５Ａおよび１３５Ｂの設置による、このような回転を防ぐための第２の回転防止手段がある。細長いピン１３５Ａおよび１３５Ｂは、ハウジング５５のカバー１４０にネジ１４１により固定されている。ピン１３５Ａおよび１３５Ｂは好ましくは横断面が円形で、絶縁体で構成されている。カバー１４０がハウジング５５に取り付けられる際、図３Ａに示されるように、細長いピン１３５Ａは電気コネクタ６０Ｂの隣に置かれ、細長い１３５Ｂはコネクタ６０Ｃの隣に置かれる。
【００３５】
インタフェースユニット３０の組立は、カバー１４０が好ましくはネジ１４３のような機械的手段により、ハウジング５５に取り付けられて完了する。好ましい実施例において、３組の第１電気コネクタ６０および電気接点１０５の連結された対がある。各電気コネクタ６０は、対応する内孔６５内にある対応するらせん型コイルバネ７０を備えている。カバー１４０はハウジング５５に固定されると、コイルバネ７０は開口部１２５内で、取り付けられた接点１０５に加え電気コネクタ６０にも、下向きに力を加える。このようにバネを置くことが、結合した電気コネクタ６０と電気接点１０５にバネを利用して力を加える結果となり、その意義は以後明らかとなる。
【００３６】
ツーリングアダプタの高電力インタフェースユニットを以下説明する。図１にもどって、ツーリングアダプタ３５は、ツーリングアダプタプレート４０に着脱自在に取り付けられ、それによりスポット溶接ガン４５に着脱自在に取り付けられるように示されている。第２高電力電気インタフェースユニット５０は、ツーリングアダプタ３５に着脱自在に取り付けられ、図５〜７でその詳細が示されている。第２インタフェースユニット５０は、第１インタフェースユニット３０のハウジング５５に類似する構造のハウジング１７５を有する。ハウジング１７５は複数の第２高電力電気コネクタ１５５を収容する。図６において、３つの電気コネクタ１５５が示されている。第２電気コネクタ１５５は、好ましくは第１電気コネクタ６０と同じ高導電性材料から成るものとする。各第２電気コネクタ１５５に取り付けられ、各々に対応するものは、第２交換可能高電力電気接点１６０である。最終的に、ツーリングアダプタ３５の３つの第２高電力接点１６０が、ロボットアダプタ１５の第１高電力接点１０５と結合する。
【００３７】
第２電気コネクタ１５５は円筒形の形状を有し、その一端近くに一体的に形成された同心円筒形ウイング１７０を外部に備える。電気コネクタ１５５を第２ハウジング１７５に固定するために、円筒形チャンネル１８０がハウジング１７５に一体的に形成され、円筒形ウイング１７０の外周を受けている。電気コネクタ１５５の円筒形ウイング１７０が、円筒形チャンネル１８０に挿入され、次いでスナップリング１８５がコネクタ１５５の本体の周囲に置かれ、円筒形チャンネル１８０の同心溝１８２にはめ込まれる。スナップリング１８５は溝１８２の中で外側に拡がって、第２電気コネクタ１５５をハウジング１７５のチャンネル１８０内に確実に固定する。第２コネクタ１５５の回転を防ぐため、ノックピン１９０が、円筒形ウイング１７０に取り付けられ、ハウジング１７５のチャンネル１８０の上壁に一体的に形成されたオリフィス１９５を貫通する。好ましくは、ノックピン１９０は円筒形ウイング１７０の孔１７３を通して取り付けられ、延びるものとする。ノックピン１９０がオリフィス１９５内に配置されることで、第２電気コネクタ１５５が時計方向および反時計方向の両方向に回転することを防止する。
【００３８】
好ましい実施例において、第２電気コネクタ１５５は軸方向にそれを通る垂直内孔１６５を有する。垂直内孔１６５の内壁の両端部分には、ねじが切られている。垂直内孔１６５のねじ山のある上端部分１６６は、第２交換可能高電力電気接点１６０のねじ付ステム１１１を受けるようにねじが切られている。垂直内孔１６５のねじ山のある下端部分１６７は、コネクタ１５５の側面開口通路２００内にケーブルワイヤ２０５を固定する為の止めねじ９０を受けるようにねじが切られている。
【００３９】
第１電気接点１０５は、好ましくは第１ハウジング５５の開口部１２５内に入り込んでいるが、第２交換可能高電力電気接点１６０は第２ハウジング１７５に形成された開口部１２８を通り、それを越えて延びている。第２ハウジング１７５は開口部１２８に対する接触面１７７を備える。このような形状は、引っ込んだ第１接点１０５が、過度に伸長する第２接点１６０と結合することを可能にしている。一般的に、その非作動状態で、ツーリングアダプタ３５の第２電気接点１６０の接触面１１６は、図１に示されるように実際的に上方を向いている。従って、第２電気接点１６０の過度の伸長によって、第２接点１６０が開口部１２８で引っ込んでいる場合に起こる可能性がより大きい汚染物および磨耗屑の堆積が防止される。第２接点１６０を通る電流の移送は、第１接点１０５と第２接点１６０が結合する時にのみ起こるので、過度に伸びている第２接点１６０には安全性への不安はない。
【００４０】
好ましくは、第２交換可能高電力電気接点１６０は第１交換可能高電力電気接点１０５と、構造的および材料的に同一とする。構造的に一致させることで、破損した高電力電気接点を取り外して交換する際に、同一性と簡易性が与えられる。従って、同一接点の使用が好ましい。第１電気接点１０５と同様、第２電気接点１６０は接触面１１６を含むヘッド部分１１５と有する。ヘッド部分１１５は、多面形である側面１１８を有し、そのためヘッド部分１１５の横断面は、ソケットレンチのような一般的な手工具による係合に適する六角形状を有する。接点１６０はこのように、インタフェースユニット５０の別の部分を分解することなく、ハウジング開口部１２８を介して交換可能である。
【００４１】
接点１６０の接触面１１６は、球面または回転楕円面型を有する。球面または回転楕円面の形状は、第１高電力電気接点１０５と第２高電力電気接点１６０の結合に対して、確実な電気的接触面を提供する。ロボットアダプタ１５とツーリングアダプタ３５間の完璧な整合を果たすことが困難であるために、球面または回転楕円面にすることで、第１接点１０５と第２接点１６０の非整合を補正する。前述のように、第１電気コネクタ６０と取り付けられた第１接点１０５が、バネによる力を加えられており、それはまた第１交換可能高電力接点１０５と第２交換可能高電力接点１６０が結合する時に、それらの接触面に対してより精密でより確実な接合を与えることになる。
【００４２】
側面が開口している通路２００は、第２ケーブルワイヤ２０５が着脱自在に電気コネクタ１５５に取り付けられるように、第２電気コネクタ１５５内に形成されている。ケーブルワイヤ２０５が通路２００に挿入されれば、止めねじ９０を垂直内孔１６５の下端のねじ部分にねじ込み、通路２００内にワイヤ２０５を係合して固定することができる。それぞれのコネクタ１５５にケーブルワイヤ２０５を接続後、カバー２１５が、好ましくはねじ２１７により、ハウジング１７５に機械的に固定される。
【００４３】
好ましい実施例において、対応する第１電気コネクタ６０にねじ込む形で固定されている３つのはめ込まれた第１高電力電気接点１０５が、第１高電力電気インタフェースユニット３０に含まれている。第１電気コネクタ６０のそれぞれは、対応するケーブルワイヤ８０Ａ、８０Ｂまたは８０Ｃ、すなわち１本の接地線または２本の電流線の内の１本に取り付けられている。ケーブルワイヤ８０と収容するケーブルアセンブリ８５は、第１インタフェースユニット３０に、互いに異なったねじ９２と止めねじ９３を組み合わせてアダプタ８８により機械的に取り付けられている。ケーブルアセンブリ８５の他端は電源（図示せず）に接続されている。
【００４４】
第１インタフェースユニット３０と同様に、対応する第２電気コネクタ１５５にねじ込む形で固定されている３つのはめ込まれた第２高電力電気接点１６０が、第２高電力電気インタフェースユニット５０に含まれている。第２電気コネクタ１５５のそれぞれは、対応するケーブルワイヤ２０５、すなわち１本の接地線または２本の電流線の内の１本に取り付けられている。ケーブルワイヤ２０５は好ましくは第２ケーブルアセンブリ２０８内に収容される。アセンブリ２０８は第２インタフェースユニット５０に、互いに異なるねじ１９２と止めねじ１９３を組み合わせてファスナ１８８により機械的に取り付けられている。ケーブルアセンブリ２０８の遠方端末とその中のケーブルワイヤ２０５はスポット溶接ガン４５に接続されている。
【００４５】
作動中、ロボットアダプタ１５は機械的にツーリングアダプタ３５と結合し、トリプルカムラッチ掛け機構５２が係合する。ラッチ掛け機構５２によってツーリングアダプタ３５がロボットアダプタ１５に固定される時、高電力電気接合が、第１電気接点１０５と対応する第２電気接点１６０の間で行われる。第１接点１０５にバネを利用した力がかけられることに加え、第１、第２接点双方の球面または回転楕円面型の接触面が、対応する第１、第２高電力接点間の良好な接触を確実にする。
【００４６】
一旦第１および第２接点間に高電力接合が行われると、本システムは、スポット溶接ガン４５の作動に備えて通電されることができる。この時、電流は電源（図示せず）から、アセンブリ８５に収容されたワイヤ８０を通って、第１コネクタ６０および第１接点１０５へ流れる。次いで、電流は第１接点１０５から、第２接点１６０と第２コネクタ１５５を通って、ケーブルワイヤ２０５へ流れ、最終的にスポット溶接ガン４５に通電する。
【００４７】
高電力電気接点が汚染されて破損すると、修理係は破損した交換可能高電力電気接点を、その付随するハウジング開口部を介して交換するために、ソケットレンチのような一般的な手工具を簡単に使用することができる。このような交換はロボット工具交換システム１０の他の部分の分解を要せず、一般的な手工具のみを必要とする。
【００４８】
この発明の好ましい実施例がここで説明、図示されているものの、同じ目的を達成するため、別の構造が当業者により作られ得る。例えば、この発明の交換可能高電力電気接点は、その対応する高電力電気コネクタへの取り付けのためのねじ付ステムを必要としない。その連結がアダプタまたはシステムの分解なしに交換が可能であるなら、任意の機械的、化学的、その他の連結手段が適合する。このような一例には、伸長ピンの使用がある。同様に、インタフェースユニットの部品の数量、位置、構成および形状も変化し得る。従って、添付の請求事項はこの発明の真の精神および範囲内にあるすべてのこのような代替態様を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットスポット溶接工具と組み合わせて用いられるこの発明のロボット工具交換システムの斜視、部分分離図。
【図２】この発明の第１高電力電気インタフェースユニットの分解側面断面図。
【図３Ａ】図２の高電力電気インタフェースユニットの、一部分を仮想線で示した、平面図。
【図３Ｂ】１個の第１高電力電気コネクタの拡大平面図。
【図４】図２および３の高電力電気インタフェースユニットに対する高電力ケーブルと付随ケーブルアセンブリの側面図。
【図５Ａ】
【図５Ｂ】この発明の第２高電力電気インタフェースユニットの分解側面断面図。
【図６】図５Ａと５Ｂの第２高電力電気インタフェースユニットの、一部分を仮想線で示した、平面図。
【図７】図５および６の第２高電力電気インタフェースユニットに対する第２高電力ケーブルと付随第２ケーブルアセンブリの側面図。
【図８】図５Ａと５Ｂの第２高電力電気インタフェースユニットの一部分の拡大図。
【図９】高電力電気接点の１つの実施例を図示する拡大側面図。
【図１０】高電力電気接点の別の実施例を図示する拡大側面図。
【図１】
2004001177.tif 000004
【図２】
2004001177.tif 000005
【図３Ａ】
2004001177.tif 000006
【図３Ｂ】
2004001177.tif 000007
【図４】
2004001177.tif 000008
【図５Ａ】
2004001177.tif 000009
【図５Ｂ】
2004001177.tif 000010
【図６】
2004001177.tif 000011
【図７】
2004001177.tif 000012
【図８】
2004001177.tif 000013
【図９】
2004001177.tif 000014
【図１０】
2004001177.tif 000015