(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持機構に工具を保持するための保持端を備えた工具本体を有する交換可能な工具であって、前記工具本体に回転不能に連結手段を設け、保持機構から工具を内外に操作するマニピュレータを回転不能に連結したことを特徴とする工具。
【請求項２】
前記連結手段は、前記工具本体の内部に配設したことを特徴とする請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記連結手段は、回転不能な連結が、工具の一方側からのみマニピュレータを連結することによって行うように配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の工具。
【請求項４】
前記連結手段は、マニピュレータを挿入可能なキャビティを備えることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の工具。
【請求項５】
前記キャビティは、少なくとも１つのリブが延びる円筒壁を有することを特徴とする請求項４に記載の工具。
【請求項６】
前記キャビティの開口に２つの平行なリブを設けたことを特徴とする請求項５に記載の工具。
【請求項７】
前記キャビティは、挿入軸に対して垂直な、正方形又は長方形を含む、非円形断面を有することを特徴とする請求項４に記載の工具。
【請求項８】
前記連結手段は、回転不能な連結と、付加的機能手段とを提供することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の工具。
【請求項９】
前記付加的機能手段は、前記保持機構を駆動するように電気接続される少なくとも１つの端子を備えたことを特徴とする請求項８に記載の工具。
【請求項１０】
前記連結手段は、前記保持端から標準化された寸法で配設したことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の工具。
【請求項１１】
マニピュレータが、前記工具の連結手段に連結するための連結手段を備えたことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の工具と保持機構から工具を内外に操作するためのマニピュレータとの組合せ。
【請求項１２】
前記マニピュレータの連結手段は、前記工具の連結手段が備えるキャビティに係合したことを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に係る工具を備えた請求項１１に記載の組合せ。
【請求項１３】
マニピュレータは連結端を有し、該連結端は、前記キャビティの開口と、挿入方向に直交する断面が合致し、前記マニピュレータは、工具に固定するために、連結端の表面から伸長可能な、少なくとも１つの格納式カムを備えたことを特徴とする請求項５に記載の工具を備えた、請求項１２に記載の組合せ。
【請求項１４】
連結端は、キャビティの内面に係合する少なくとも１つの表面を有することを特徴とする請求項１３に記載の組合せ。
【請求項１５】
前記マニピュレータ及び前記工具の連結を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の組合せ。
【請求項１６】
前記検出手段はスイッチを備えたことを特徴とする請求項１５に記載の組合せ。
【請求項１７】
前記マニピュレータは、工具の機能を発揮させるためのアクチュエータを備えたことを特徴とする前記請求項１１から１６のいずれか１項に記載の組合せ。
【請求項１８】
前記工具の機能は、工具が保持機構から落下することを阻止するための安全装置によって提供され、前記安全装置は、第１工具固定位置と第２工具解放位置の間をアクチュエータによって移動可能であることを特徴とする請求項１７に記載の組合せ。
【請求項１９】
前記アクチュエータは、マニピュレータに一体化したことを特徴とする請求項１８に記載の組合せ。
【請求項２０】
前記工具の連結手段は、キャビティを有するブッシュを備え、前記マニピュレータの連結手段は、前記キャビティに挿入されて係合可能な連結端を備え、前記連結端は、前記ブッシュのキャビティ壁の開口に伸長可能な格納式カムを備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の組合せ。
【請求項２１】
前記カムはボールであることを特徴とする請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２２】
前記マニピュレータの連結端は、そこからカムを押し出すためにプッシャーが移動可能な中心通路を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の組合せ。
【請求項２３】
前記請求項１１から２２のいずれか１項に記載の組合せを提供し、
前記マニピュレータを前記工具に連結し、
前記保持機構から工具を取り除くか、あるいは、挿入する、
ことを特徴とする保持機構の内外に工具を操作するための方法。
【請求項２４】
前記連結は、マニピュレータの連結端を工具のキャビティ内に挿入し、マニピュレータを固定するための格納式カムを伸長することによって達成されることを特徴とする請求項１３に記載の組合せを備えた請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持機構で工具を保持するための保持端を備えた工具本体を有する交換可能な工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような工具は、例えば、欧州特許第０４９４７１４号公報で公知である。
【０００３】
工具の交換を自動化する際、ロボットアームのようなマニピュレータが、工具を装置から取り外して倉庫へと搬送し、逆に倉庫から装置へと搬送して取り付けるのに使用される。工具をマニピュレータで操作する際、工具がマニピュレータに対して回転しないという利点がある。これは、工具を確実に各装置あるいは倉庫に挿入できるように、マニピュレータのアームの端部で工具の正確な位置を認識するために制御論理を保証するのに必要である。工具を制御せずに持ち上げ、あるいは、回転できれば、マニピュレータにより、例えば、工具を保持機構に挿入する前に、再度方向付けする必要がある。
【０００４】
ある装置で、異なるサイズ、形状、及び／又は、外形寸法の工具を使用する際、特別に、マニピュレータが異なる工具に交換できるようにグリップを交換しなければならない場合、特有の方法で工具を保持することができるという利点がある。例えば、マニピュレータによって第１グリップを幅狭の工具に交換し、第２グリップを幅広の工具に交換する必要がある。これにより、装置の生産時間に逆の効果がもたらされる。そこで、工具の形状及び外形寸法から独立した工具を保持する特有の方法が望まれている。
【０００５】
さらに、グリップで工具を強固に保持することが必要とされている。工具が大きく加速されているとき、その重量とも相俟って、力は多大なものとなる。グリップと工具の間の連結は、これらの力に耐えうるものでなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、特別な方法で工具を保持し、マニピュレータに対して工具が回転することを阻止する方法を提供することを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、工具を保持機構の内外に操作するマニピュレータに、実質的に回転不能に連結する工具本体に連結手段を配設する、前述の交換可能な工具によって達成される。
【０００８】
そのような連結手段により、連結ポイントは標準化され、マニピュレータを備えた工具の連結は、もはや工具の結合構造には依存しない。実質的に回転不能な連結のため、マニピュレータに対する工具の方向が分かる。たとえマニピュレータが回転可能に連結されていたとしても、工具とマニピュレータの連結位置は固定されている。連結が工具の結合構造に依存していないので、連結手段は、マニピュレータが両側から工具に接近できるように、工具のいずれの適当な位置及び反対側でさえ配置することができる。
【０００９】
本発明に係る実施形態では、連結手段が、工具とマニピュレータの間の力の伝達を工具本体の内部で行うように配置されている。この構成により、工具の外部結合構造は工具をマニピュレータに連結するのには重要ではない。工具本体に配設した連結手段により、マニピュレータから工具、あるいは、工具からマニピュレータへの力の伝達が、工具の外表面ではなく、直接、本体に対して行われる。これは、外表面の形状が工具の種類によって相違しているので有利である。
【００１０】
本発明に係る工具の他の実施形態では、連結手段は、実質的に回転不能な連結が工具の片側のみからの連結によって達成されるように配設されている。工具に対して片側のみからマニピュレータを連結しているので、工具の反対側の形状は連結には適していない。
【００１１】
本発明に係る工具の好ましい実施形態では、連結手段は、マニピュレータを挿入可能な挿入軸を備えたキャビティを備え、このキャビティは、前記挿入軸に対して非回転対称である。マニピュレータのキャビティや、工具に配置した突出部についての逆の説明は、同様な利点を有する同様な説明を提供することは明らかである。
【００１２】
前記キャビティは、少なくともリブが貫通して延びる円筒状であるのが好ましい。このリブにより、工具とマニピュレータの間の回転が阻止される。
【００１３】
他の好ましい実施形態では、２つの平行なリブがキャビティの開口に配置されている。これら２つのリブは、マニピュレータに対して工具の角度位置をさらに固定し、付加的な回転を阻止する。
【００１４】
本発明に係る工具のさらに他の実施形態では、キャビティは、挿入軸に対して直交する、円形でない断面を有し、その断面は、例えば、正方形又は長方形である。これにより、工具に対応するマニピュレータを挿入できれば、マニピュレータに対する工具の回転が阻止される。
【００１５】
本発明に係る工具の他の実施形態では、連結手段は、常時、実質的に回転不能な連結を提供し、付加的な機能のための手段を提供する。常時連結することにより、工具の形状はマニピュレータに連結するのに不適切である。加えて、連結手段は、付加的な機能のための手段を提供する。
【００１６】
本発明に係る工具により、付加的な機能のための手段は、信号伝達又は機能活性化等の付加的な機能のために、少なくとも１つの端子を備える。接続することにより、電気信号は、例えば、工具とマニピュレータの間で交換可能である。例えば、電気信号は、工具に設けたメモリから読み出すために使用されるか、あるいは、信号が、例えば、安全装置を駆動するために工具に設けたアクチュエータを駆動するために使用される。また、この付加的な機構のための少なくとも１つの端子は、機械的スイッチ又は機構が第１の状態から第２の状態に切り替わるように機械的信号を伝達するために使用することができる。さらに、端子は、光信号を交換するために使用することができる。
【００１７】
他の好ましい実施形態では、連結手段は、保持端から標準寸法離れて配置されている。これにより、保持端に設けた工具の種類についての正確な知識なしに、マニピュレータに工具を保持させることができる。
【００１８】
さらに、本発明は、工具と、保持端へ又は保持端から工具を操作するためのマニピュレータとの組合せに関するものであり、マニピュレータは、工具の連結手段に連結するための連結手段を備える。
【００１９】
本発明に係る組合せの好ましい実施形態では、マニピュレータの連結手段は、工具の非回転対称のキャビティに係合する。
【００２０】
本発明に係る組合せの他の好ましい実施形態では、マニピュレータは、挿入方向に対して直交する断面を有する、開口にほぼ等しい連結端を有し、工具に固定するために連結端の表面から伸長可能な、少なくとも１つの格納式カムを備える。この少なくとも１つのカムは、工具がマニピュレータに固定され、カムを収縮させることなく、マニピュレータから分離できないように、キャビティ内に設けた直線状のリブの背後へと延びている。
【００２１】
さらに好ましい実施形態では、連結端は、回転不能に連結するために、キャビティの内面に係合する少なくとも１つの表面を有する。
【００２２】
また、本発明に係る組合せの他の実施形態では、組合せは、マニピュレータと工具の連結を検出するための検出手段を備える。これにより、マニピュレータの制御が安全となり、工具がマニピュレータによって確実に保持される。
【００２３】
検出手段はスイッチを備えるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る組合せの他の実施形態では、工具の連結手段が、非回転対称のキャビティを有するブッシュを備え、マニピュレータの連結手段が、キャビティに係合する、キャビティ内に挿入可能な連結端を備え、連結端が、ブッシュのキャビティ壁への開口に伸長可能な格納式カムを備えるのが好ましい。カムはボールであるのが好ましい。
【００２５】
このカムは、ブッシュにマニピュレータの連結端を固定する。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態では、マニピュレータの連結端は、プッシャーがカムを押し出すために移動可能である中心通路を有するのが好ましい。カムが連結端から延びるようにプッシャーを移動させることにより、連結端へのブッシュの固定が安定する。
【００２７】
また、本発明は、
本発明に係る組合せを提供し、
マニピュレータを工具に連結し、
保持機構から工具を取り外し、工具を保持機構に挿入する、工具を保持機構の内外に操作するための方法を備える。
【００２８】
格納式カムを有する本発明に係る組合せを備えた本発明の好ましい実施形態では、連結は、マニピュレータの連結端を工具のキャビティ内に挿入し、マニピュレータを工具に固定するために格納式カムを伸長することにより安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１Ａは、本発明に係る工具１を示す。この工具１は、装置の保持機構に挿入するのに適した保持端２を有する。保持端２では、安全装置３が、保持機構のキャビティ内に突出し、工具が保持機構から落下することを防止する安全部材４を有するように配設されている。安全部材４を保持端２内に引き込むことによってのみ、工具１を保持機構から取り出すことができる。
【００３１】
安全装置３は、スプリング５によって付勢されている。図示された安全装置３の位置はガイド６によって制限されている。このガイド６内では、安全装置３を保持端２内に引っ張り、保持機構からの工具１の取出を可能とする安全部材４を引き込むようにマニピュレータ７を挿入可能である。
【００３２】
工具本体８内には、ロボットアームの第２マニピュレータ１０用の連結手段を備えたブッシュ９が設けられている。このブッシュ９はネジ山を備え、マニピュレータ１０がブッシュ９に螺合されて実質的に回転できないように固定可能である。ブッシュ９は、本体８内で回転しないように設けられている。ブッシュ９は、固定リブを備えてもよいし、本体８に一体化してもよい。
【００３３】
ブッシュ９は、保持端２の先端から固定距離ｄで工具本体８に設けられている。これにより、第１垂直方向が既知であり、水平位置のみが決定されなければならないため、第２マニピュレータ１０の挿入が容易となる。マニピュレータ１０の端部１２の挿入深さは、エンドスイッチ１３によって決定される。このエンドスイッチ１３がブッシュの突出部６０に接触すると直ぐに、第２マニピュレータ１０の制御により、工具１と第２マニピュレータ１０の間が連結されたことが分かる。
【００３４】
突出部６０は、電気線６２に接続された電気コンタクトに設けられている。この電気接続は、電気線６１に接続されるスイッチ１３に接触し、工具とマニピュレータとの間でデータの送受信を可能とする。
【００３５】
続いて、第１マニピュレータ７は、安全装置３を保持端２に引き込み、保持機構から全工具１を引き込むために、ガイド６内に挿入可能である。
【００３６】
また、２つの分離したマニピュレータ７、１０を使用する代わりに、１つのマニピュレータで工具を持ち上げることができ、安全装置が操作できるように、これらのマニピュレータは一体化することも可能である。
【００３７】
図２には、本発明の第２実施形態が示されている。ブッシュ１４が工具本体８に設けられ、そのブッシュ１４は矩形断面を有する。マニピュレータ１５はブッシュ１４の矩形開口に挿入される端部１６を有する。このマニピュレータの端部１６は、ブッシュ１４の開口に付勢可能なボール１７を有する。
【００３８】
ここで、図３に戻って、マニピュレータ１５の第２部１８が、中央通路を介してマニピュレータの端部１６に挿入されている。この動きにより、ボール１７は、ブッシュ１４のキャビティ内へと押圧され、マニピュレータの端部１６を工具本体８に固定する。
【００３９】
さらに、マニピュレータ１５は、液圧流体又は圧縮空気を工具本体８の溝４９に供給でき、安全部材４４を工具解放位置に引き込むためにピストン５０を操作できる溝１９を備える。
【００４０】
図２及び３に示す工具は、先端に設けた安全部材４４を有する。この安全部材４４は、プッシュボタン５１によって手動操作することもできる。
【００４１】
図４は、本発明の第３実施形態に係る工具２０を示す。この工具２０は、工具本体２１と保持端２２を有する。保持端２２は、第１アクチュエータ２４によって操作可能な安全装置２３を備える。
【００４２】
工具本体２１では、第２マニピュレータ２６が工具２０を両側から把持できるように、２つの挿入部２５が設けられている。また、安全装置２３は、工具を常に手動操作できるように、プッシュボタン３２を備える。そのようなプッシュボタンは前述の他の実施形態で設けてもよい。
【００４３】
図５に示すように、挿入部２５は、キャビティ２７と２つの線形リブ２８を備える。第２マニピュレータ２６は、２つの線形リブ２８を乗り越えて固定する２つのカム２９を備える。第２マニピュレータ２６に対応する端部との組合せでは、この工具２０と第２マニピュレータ２６の組合せにより、回転不能な固定連結が得られる。
【００４４】
安全装置２３は、マニピュレータ２６の端部３１が挿入されるガイド３０を有する。ガイド３０は、マニピュレータ２６の端部３１が挿入される溝３２（図６参照）を有する。図６に示す端部３１の点線で示す位置にマニピュレータ２４を回転させることにより、マニピュレータ２４と安全装置２３の間が連結され、安全装置２３を操作可能となる。
【００４５】
図８は、保持端４１と工具本体４２を有する工具を示す。工具本体４２の挿入部４３は図１に示すガイド９と同様である。安全装置４４は、圧縮空気をチャンバー４６に供給することにより、安全装置４４を駆動可能とするシリンダ４５を備える。マニピュレータ４７をブッシュ４３に挿入することにより、回転不能な連結がマニピュレータ４７と工具４０の間に生成される。マニピュレータ４７の先端は、シリンダ４５に連続する溝４９に連結する出口４８を備える。それで、ブッシュ４３へのマニピュレータ４７の挿入後、圧縮空気をチャンバー４６に供給でき、安全部材４４が駆動可能となる。
【００４６】
空気配管を使用する代わりに、光路や電線路が電動アクチュエータを操作したり、あるいは、工具に設けたメモリを読み取ったりすることができ、又、機械的な操作を、例えば、プッシュ・ロッドにより実行することもできる。また、ポリマーをアクチュエータとして使用することもできる。
【００４７】
前記各実施形態では、引き込み式の安全部材を備えた安全装置を、例えば、保持端の先端から延び、工具固定位置と工具解放位置の間を移動可能な安全部材等、本発明と組み合わせて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る工具の断面図を示す。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る工具の断面図を示す。
【図２】本発明の第２実施形態に係る工具の断面図を示す。
【図３】本発明の第２実施形態に係る工具の断面図を示す。
【図４】本発明の第３実施形態に係る工具を示す。
【図５】図４に係る工具の背面図を示す。
【図６】図４に係る工具の詳細を示す。
【図７】図４に係る工具の詳細を示す。
【図８】本発明の第４実施形態に係る工具を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１…工具
２…保持端
３…安全装置
４…安全部材
５…スプリング
６…ガイド
７…マニピュレータ
８…工具本体
９…ブッシュ
１０…マニピュレータ
１４…ブッシュ
１５…マニピュレータ
１６…端部
１７…ボール
１８…第２部
１９…溝
２０…工具
２１…工具本体
２２…保持端
２３…安全装置
２４…アクチュエータ
２５…挿入部
２６…マニピュレータ
２７…キャビティ
２８…線形リブ
２９…カム
３０…ガイド
３１…端部
３２…プッシュボタン
４０…工具
４１…保持端
４２…工具本体
４３…挿入部
４４…安全部材
４５…シリンダ
４６…チャンバー
４７…マニピュレータ
４８…出口
４９…溝
５０…ピストン
５１…プッシュボタン
６０…突出部
６１、６２…電気線
【図１Ａ】
0005252837.tif 000002
【図１Ｂ】
0005252837.tif 000003
【図２】
0005252837.tif 000004
【図３】
0005252837.tif 000005
【図４】
0005252837.tif 000006
【図５】
0005252837.tif 000007
【図６】
0005252837.tif 000008
【図７】
0005252837.tif 000009
【図８】
0005252837.tif 000010