(57)【要約】【課題】装置の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステムを提供する。【解決手段】多関節アームと、第１フィンガ６１と、多関節アームの側に配設されるフィンガマウント６３と、第１フィンガ６１側に配設されるフィンガアタッチメント６８と、を有するロボット装置と、第１フィンガ６１を保持可能なクランプ機構２５，１２５を有する保持台２１と、を備え、フィンガアタッチメント６８は磁性体であり、フィンガマウント６３は、フィンガアタッチメント６８を吸着してフィンガマウント６３及びフィンガアタッチメント６８を磁力により連結する永久磁石６４を備え、保持台２１は、永久磁石６４の磁力を弱める磁力を通電により発生し、フィンガマウント６３及びフィンガアタッチメント６８の磁力による連結を解除可能な電磁コイル２６を備える。【選択図】図７
2016030320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節アームと、前記多関節アームに取り付けられ、作業対象物に対して作業可能な作業手段と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記多関節アームの側に配設される第１の連結部と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記作業手段の側に配設されて、前記第１の連結部に着脱自在に連結される第２の連結部と、を有するロボット装置と、
前記作業手段を保持可能な保持部を有するツール交換装置と、を備え、
前記第１の連結部及び前記第２の連結部のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を備え、他方の連結部は、前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備え、
前記ツール交換装置は、前記永久磁石の磁力を弱める磁力を通電により発生し、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除可能な消磁部を備える、
ことを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記第１の連結部は、第１の嵌合部を備え、
前記第２の連結部は、前記第１の嵌合部に対して嵌合することにより、前記第１の連結部と前記第２の連結部とを位置決めする第２の嵌合部を備える、
ことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記第１の嵌合部及び前記第２の嵌合部のうち少なくとも一方の嵌合部は、他方の嵌合部を嵌合方向に交差する方向に付勢して前記一方の嵌合部に押し付けることで、前記第１の連結部及び前記第２の連結部を位置決めする付勢手段を備える、
ことを特徴とする請求項２記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記嵌合方向に並んで複数配置される、
ことを特徴とする請求項３記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記永久磁石は、前記第１の連結部に設けられる、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記永久磁石の周囲に、前記磁性体に磁束を誘導するヨークを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記第１の連結部は、前記多関節アームに配設され、
前記第２の連結部は、前記作業手段に配設され、
前記作業手段は、エンドエフェクタである、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記第１の連結部は、前記多関節アームに取り付けられたハンド本体に配設され、
前記第２の連結部は、前記作業手段に配設され、
前記作業手段は、フィンガ又は作業ツールである、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記保持部が前記作業手段を保持する保持位置に、前記作業手段が位置したことを検出するセンサと、
前記センサにより前記作業手段が前記保持位置に位置したことが検出された場合に、前記消磁部に通電して前記永久磁石の磁力を弱めて、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除する制御装置と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記保持部は、前記作業手段を挟持して保持可能なクランプを備え、
前記制御装置は、前記センサにより前記作業手段が前記保持位置に位置したことが検出された場合に、前記クランプにより前記作業手段を挟持し、前記消磁部に通電して前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除し、前記多関節アームを駆動して前記第１の連結部を前記第２の連結部から離隔させる、
ことを特徴とする請求項９記載のロボットシステム。
【請求項１１】
多関節アームと、前記多関節アームに対して直接的に又は間接的に着脱自在に連結され、作業対象に対して作業可能な作業手段と、の間に介在され、前記多関節アームの側に設けられた第１の連結部と、前記作業手段の側に設けられて前記第１の連結部に着脱可能に装着された第２の連結部と、のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を有し、他方の連結部は前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備えるロボット装置の前記作業手段を保持可能な保持部と、
前記永久磁石の磁力を弱める磁力を通電により発生し、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除可能な消磁部と、を備える、
ことを特徴とするツール交換装置。
【請求項１２】
前記保持部が前記作業手段を保持する保持位置に、前記作業手段が位置したことを検出するセンサを備え、
前記センサにより前記作業手段が前記保持位置に位置したことが検出された場合に、前記消磁部に通電して前記永久磁石の磁力を弱めて、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除する、
ことを特徴とする請求項１１記載のツール交換装置。
【請求項１３】
前記保持部は、前記作業手段を挟持して保持可能なクランプを備え、
前記センサにより前記作業手段が前記保持位置に位置したことが検出された場合に、前記クランプにより前記作業手段を挟持し、前記消磁部に通電して前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除し、前記第１の連結部を前記第２の連結部から離隔可能にする、
ことを特徴とする請求項１２記載のツール交換装置。
【請求項１４】
多関節アームと、前記多関節アームに取り付けられ、作業対象物に対して作業可能な作業手段と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記多関節アームの側に配設される第１の連結部と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記作業手段の側に配設されて、前記第１の連結部に着脱自在に連結される第２の連結部と、を備え、
前記第１の連結部及び前記第２の連結部のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を備え、他方の連結部は、前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備え、
前記永久磁石が外部から消磁されることにより、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結が解除される、
ことを特徴とするロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節アームを利用するロボットシステムと、それを構成するツール交換装置及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直多関節アーム（以下、アームと呼ぶ）及びエンドエフェクタ（以下、ロボット本体と呼ぶ）と、ロボット本体を制御する制御装置とを備えたロボット装置が普及している。エンドエフェクタの位置姿勢を高精度に制御するために、ロボット本体の各部の軽量化が望まれている。また、このようなロボット装置を利用した組立工程等の対象になるワークとしては、小型の精密部品が多く、その形状も多種に亘っている。それに対応するために、ロボット本体には、多種多様なワークに対して把持や加工等の作業を行うことが要求されている。即ち、ワークの把持や加工等の作業のためのツールを自動的に交換し、最小限の装置構成の変更で自動段取り替えを行い、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。
【０００３】
このようなアームを用いたロボット装置において、アームに連結した第１ユニットに内蔵した電磁石を励磁して結合力を生成することで、ツールに連結した磁性体を有する第２ユニットと連結する技術が知られている（特許文献１参照）。このロボット装置では、電磁石を非励磁状態にすることで磁性体との結合を解除し、第１ユニットと第２ユニットとを切り離すようになっている。
【０００４】
また、アームを用いたロボット装置において、アームに連結したマスタボディと、ツールに連結したツールボディと、を嵌合する技術が知られている（特許文献２参照）。このロボット装置では、空圧によりピストンを移動させて、ボールをテーパ面に押し付けることでマスタボディとツールボディとを結合してロックするようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７７５６９号公報
【特許文献２】特開平４−１８３５８５号公報
【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１に記載されたロボット装置では、アームに連結した第１ユニットが電磁石を内蔵するので、ユニット自体が大型化して重量も増加してしまう。また、アームがツールを保持している間は常に電磁石により結合しなければならず、ロボットの駆動中に結合力を得るために常に電磁石が電力を消費していた。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたロボット装置では、空圧によりピストンを駆動して結合をロックするため、ピストンの配置及び空気流路の形成のための空間がボディ内に必要となり、装置の大型化を招いていた。
【０００８】
本発明は、装置の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステム、ツール交換装置及びロボット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のロボットシステムは、多関節アームと、前記多関節アームに取り付けられ、作業対象物に対して作業可能な作業手段と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記多関節アームの側に配設される第１の連結部と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記作業手段の側に配設されて、前記第１の連結部に着脱自在に連結される第２の連結部と、を有するロボット装置と、前記作業手段を保持可能な保持部を有するツール交換装置と、を備え、前記第１の連結部及び前記第２の連結部のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を備え、他方の連結部は、前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備え、前記ツール交換装置は、前記永久磁石の磁力を弱める磁力を通電により発生し、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除可能な消磁部を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のツール交換装置は、多関節アームと、前記多関節アームに対して直接的に又は間接的に着脱自在に連結され、作業対象に対して作業可能な作業手段と、の間に介在され、前記多関節アームの側に設けられた第１の連結部と、前記作業手段の側に設けられて前記第１の連結部に着脱可能に装着された第２の連結部と、のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を有し、他方の連結部は前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備えるロボット装置の前記作業手段を保持可能な保持部と、前記永久磁石の磁力を弱める磁力を通電により発生し、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結を解除可能な消磁部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のロボット装置は、多関節アームと、前記多関節アームに取り付けられ、作業対象物に対して作業可能な作業手段と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記多関節アームの側に配設される第１の連結部と、前記多関節アームと前記作業手段との間に介在されると共に、前記作業手段の側に配設されて、前記第１の連結部に着脱自在に連結される第２の連結部と、を備え、前記第１の連結部及び前記第２の連結部のうち、いずれか一方の連結部は磁性体を備え、他方の連結部は、前記磁性体を吸着して前記第１の連結部及び前記第２の連結部を磁力により連結する永久磁石を備え、前記永久磁石が外部から消磁されることにより、前記第１の連結部及び前記第２の連結部の磁力による連結が解除される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一方の連結部に磁性体を備え、他方の連結部に永久磁石を備え、ツール交換装置に消磁部を備えている。このため、永久磁石と磁性体との吸着により連結された第１の連結部及び第２の連結部に対して、消磁部が永久磁石の磁力を弱める磁力を通電により発生することで、両連結部の磁力による連結を解除することができる。しかも、消磁部への通電は両連結部の磁力による連結を解除する場合に実行すればよく、両連結部の連結を維持するためには通電は必要ない。これにより、装置の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るロボット装置のフィンガマウントを示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るロボット装置の各フィンガを示す説明図であり、（ａ）は第１フィンガの正面図、（ｂ）は第１フィンガの側面図、（ｃ）は第２フィンガの正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るロボット装置の保持台を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係るロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係るロボット装置において、各ツール交換装置を用いて第１フィンガを第２フィンガに交換する動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るロボット装置において、第１ツール交換装置を用いて第１フィンガを離脱する動作を示す説明図である。（ａ）は第１フィンガを保持位置に接近させる状態、（ｂ）は第１フィンガを保持位置で保持して消磁する状態、（ｃ）はフィンガマウントを離脱し始めた状態、（ｄ）はフィンガマウントを第１フィンガからほぼ離脱した状態である。
【図８】本発明の実施形態に係るロボット装置において、第２ツール交換装置を用いて第２フィンガを装着する動作を示す説明図である。（ａ）はフィンガマウントを第２フィンガに接近させる状態、（ｂ）はフィンガマウントを更に下降させた状態、（ｃ）はフィンガマウントに第２フィンガを装着した状態、（ｄ）は第２フィンガを解放して引き抜く状態である。
【図９】本発明の実施形態に係るロボット装置のフィンガマウント及び第３フィンガを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、ロボットシステム１０は、ロボット装置１と、第１ツール交換装置２と、第２ツール交換装置３と、これらロボット装置１と第１ツール交換装置２と第２ツール交換装置３とを制御する制御装置４とを備えている。ロボット装置１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）５と、エンドエフェクタであるハンド６とを備えており、ワーク置台７に載置されたワーク（作業対象物）Ｗに対して作業可能になっている。本実施形態では、アーム５として６軸の垂直多関節アームを適用しているが、軸数は用途や目的に応じて適宜変更してもよい。
【００１６】
アーム５は、７つのリンク７１〜７７と、各リンク７１〜７７を揺動又は回動可能に連結する６つの関節８１〜８６とを備えている。各リンク７１〜７７としては、長さが固定されたものを採用している。但し、例えば、直動アクチュエータにより伸縮可能なリンクを採用してもよい。
【００１７】
アーム５の各関節８１〜８６を駆動するための関節機構は、関節８１〜８６を駆動するモータ５１〜５６（図５参照）と、モータ５１〜５６の回転角度を検知する不図示のエンコーダとを備えている。また、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と、歯車等によって構成される不図示の減速機構と、モータ５１〜５６の非通電時に位置姿勢を支える不図示のブレーキ機構等とを備えている。
【００１８】
ハンド６は、アーム５の最先端のリンク７７に取り付けられて支持され、アーム５の動作により位置及び姿勢の少なくとも一自由度が調整されるようになっている。ハンド６は、ハンド本体６０と、ハンド本体６０に対して移動可能に配設されて、ワークＷに対して作業可能な第１フィンガ（作業手段）６１とを備えている。本実施形態では、第１フィンガ６１は複数、例えば２本設けられ、２本の第１フィンガ６１，６１によってワークＷを把持可能になっている。２本の第１フィンガ６１，６１は、例えば、互いに左右対称な形状にされている。ハンド本体６０の第１フィンガ６１を駆動するための駆動機構は、第１フィンガ６１を駆動するモータ６２（図５参照）と、モータ６２の回転角度を検知する不図示のエンコーダとを備えている。
【００１９】
ロボット装置１では、エンドエフェクタとして、ハンド６の代わりに他のドライバ、ドリル、溶接等の作業ツールを取り付けることもできる。このため、ロボット装置１は、アーム５に取り付けたハンド６によりワークＷを把持して他のワークに組み付けたり、あるいはアーム５に取り付けた各種の作業ツールによりワークＷに作業を行ったりすることができる。
【００２０】
また、ハンド６は、ハンド本体６０に対して各種の作業手段を交換可能になっている。例えば、図１に示す状態では、ハンド本体６０には第１フィンガ（図３（ａ）（ｂ）参照）６１を装着しているが、第１フィンガ６１を第２フィンガ（図３（ｃ）参照）１６１に交換可能になっている。組み立てを行う製品を変更（段取替え）する際等は、ハンド６で把持及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。更には、ハンド本体６０に対して、作業手段として、フィンガ以外のドライバ、ドリル、溶接等の作業ツール等を装着することもできる。尚、ハンド６の構成の詳細は後述する。
【００２１】
第１ツール交換装置（ツール交換装置）２は、基台２０と、この基台２０の上側に設けられ、上方に開口して１本のフィンガ６１（フィンガ）を収容して保持可能な２つの保持台２１と、保持台２１の上方を覆うカバー２２とを備えている。これにより、第１ツール交換装置２は、ハンド６が備える２本の第１フィンガ６１をハンド本体６０に対して、２本並行して装着又は離脱することができる。２つの保持台２１は、同様の構成を有している。カバー２２は、保持台２１の上方に設けられて、開閉可能になっている。そして、保持台２１に第１フィンガ６１を出し入れする時は、カバー２２を開放し、それ以外の時はカバー２２を閉塞するようになっている。これにより、保持台２１にゴミ等が落下して付着することを防止できる。保持台２１の構成の詳細は後述する。
【００２２】
第２ツール交換装置（ツール交換装置）３は、基台３０と、この基台３０の上側に設けられ、上方に開口して１本の第２フィンガ（フィンガ）１６１を収容して保持可能な２つの保持台３１と、保持台３１の上方を覆うカバー３２とを備えている。その他の構成は第１ツール交換装置２と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００２３】
制御装置４は、コンピュータにより構成され、ロボット装置１と、第１ツール交換装置２と、第２ツール交換装置３とを制御可能になっている。制御装置４を構成するコンピュータは、例えば、ＣＰＵ４０と、各部を制御するためのプログラムを記憶するＲＯＭ４１と、ＲＡＭ４２と、通信制御部（Ｉ／Ｆ）４３とを備えている。ＲＡＭ４２は、ティーチングペンダント４４の操作による教示点や制御指令等のデータを一時的に記憶するようになっている。ＣＰＵ４０は、教示点データからロボット装置１の各軸の軌道を生成し、通信制御部４３を介して制御目標値として送信するようになっている。ティーチングペンダント４４は、制御装置４に対して通信線により着脱可能に接続されており、ロボット操作及び状態表示等のユーザインターフェース機能を有する。
【００２４】
次に、本実施形態のロボットシステム１０の特徴的な構成について説明する。
【００２５】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、ハンド本体６０の先端部には、ガイドレール６０ａと、ブロック６０ｂと、フィンガマウント（第１の連結部）６３とが設けられている。ガイドレール６０ａは、例えば、ハンド本体６０の先端面に、ハンド本体６０の軸方向と直交する方向を長手方向として設けられている。ブロック６０ｂは、ガイドレール６０ａに沿って摺動可能になっており、ハンド本体６０に内蔵されたモータ６２（図５参照）によって摺動されるようになっている。フィンガマウント６３は、ブロック６０ｂに固定されている。フィンガマウント６３に第１フィンガ６１が取り付けられた状態でモータ６２が駆動されることにより、第１フィンガ６１がワークＷを把持あるいは解放するようになっている。
【００２６】
フィンガマウント６３は、アーム５と第１フィンガ６１との間に介在されると共に、アーム５の側に配設されている。フィンガマウント６３は、強磁性体により形成され、基部６３ａと、嵌合軸（第１の嵌合部）６３ｂと、永久磁石６４と、第１付勢部（付勢手段）６５と、第２付勢部（付勢手段）６６とを備えている。基部６３ａは、ブロック６０ｂに固定されている。嵌合軸６３ｂは、基部６３ａから先端に向けて突出し、基部６３ａよりも細い円柱形状となっている。永久磁石６４は、基部６３ａの先端部に埋め込まれ、嵌合軸６３ｂの周囲における基部６３ａの水平な先端面に露出している。永久磁石６４と基部６３ａとの間には、径方向に隙間Ｓを設けている。永久磁石６４は、円環形状で、例えば基端側をＮ極、先端側をＳ極にして配置されている。このため、磁束線は、図中点線で示すように、基部６３ａの内部及び基部６３ａの先端面から基部６３ａの外部において連続的に形成されている。
【００２７】
第１付勢部６５は、嵌合軸６３ｂの基端部の近傍に形成された径方向に貫通する透孔６５ａと、透孔６５ａ内に設けられたボール６５ｂ及び付勢ばね６５ｃと、透孔６５ａの付勢ばね６５ｃ側の開口部を閉塞するキャップ６５ｄと、を備えている。透孔６５ａは、軸方向に垂直な貫通孔で、内径はボール６５ｂの直径より僅かに大きくされている。透孔６５ａのボール６５ｂ側の開口部はボール６５ｂの直径よりも僅かに縮径されており、ボール６５ｂが一部のみ突出するようになっている。付勢ばね６５ｃは圧縮コイルばねにより形成され、ボール６５ｂとキャップ６５ｄとの間に圧縮されて設けられている。このため、ボール６５ｂは、縮径された開口部から一部を突出させて露出し、ボール６５ｂを押し込もうとする外力により付勢ばね６５ｃに抗して押し込まれるようになっている。
【００２８】
これにより、フィンガマウント６３に後述するフィンガアタッチメント６８が嵌合された際に（図７（ａ）参照）、ボール６５ｂはフィンガアタッチメント６８の嵌合孔６８ａの係合孔６８ｃの内面を押圧する。そして、嵌合軸６３ｂのキャップ６５ｄ側が、嵌合孔６８ａの内周面を押圧し、フィンガマウント６３に対してフィンガアタッチメント６８を片寄せして位置決めする。尚、本実施形態では、透孔６５ａの形成方向を軸方向に垂直としているが、これには限られず、軸方向に交差した方向であればよい。この場合も、ボール６５ｂが係合孔６８ｃの内面を押圧することで、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とを片寄せにより位置決めすることができる。
【００２９】
第２付勢部６６は、嵌合軸６３ｂの先端部の近傍に形成された透孔６６ａと、透孔６６ａ内に設けられたボール６６ｂ及び付勢ばね６６ｃと、透孔６６ａの付勢ばね６６ｃ側の開口部を閉塞するキャップ６６ｄと、を備えている。第２付勢部６６は、第１付勢部６５よりも嵌合軸６３ｂの先端側に配置される点と、図２（ｃ）に示すように、ボール６６ｂの突出方向が第１付勢部６５のボール６５ｂと嵌合軸６３ｂの周方向で９０°ずれている点とで、第１付勢部６５とは構成を異にする。他の構成については、第１付勢部６５と同様であるので、同じサブ符号ａ〜ｄを付して詳細な説明は省略する。このように、第１付勢部６５及び第２付勢部６６が軸方向にずれた位置に配置されているので、お互いに干渉することが防止される。
【００３０】
次に、図３（ａ）（ｂ）に示すように、第１フィンガ６１は、指先部６７と、フィンガアタッチメント（第２の連結部）６８とを備えている。尚、本実施形態では、作業手段は広義では第１フィンガ６１であるが、狭義では指先部６７となる。第１フィンガ６１は、アーム５に対して直接的に又は間接的に着脱自在に連結され、ワークＷに対して作業可能になっている。指先部６７は、中心孔６７ａを有する円筒形状で、先端部の一部にはワーク把持部６７ｂが設けられている。ワーク把持部６７ｂは、例えば、摩擦係数の高いゴム部材からなり、ワークＷを把持した際に滑り落とすことを防止するようになっている。
【００３１】
フィンガアタッチメント６８は、アーム５と第１フィンガ６１の指先部６７との間に介在されると共に、指先部６７の側に配設されて、フィンガマウント６３に着脱自在に連結されるようになっている。フィンガアタッチメント６８は、指先部６７と同径の円筒形状で、フィンガマウント６３の嵌合軸６３ｂが嵌合可能な嵌合孔（第２の嵌合部）６８ａを備えている。フィンガアタッチメント６８は、指先部６７に対して端部同士が凹凸により嵌合して一体化されている。フィンガアタッチメント６８の嵌合孔６８ａとフィンガマウント６３の嵌合軸６３ｂとの直径の関係は、これらが隙間嵌めとなるように設定している。また、嵌合孔６８ａと中心孔６７ａとは連続して、１本の透孔を形成している。このため、第１フィンガ６１の内部において、後述する距離センサ２７で使用する光線を通過させることができる。フィンガマウント６３に対してフィンガアタッチメント６８が嵌合されている時は、フィンガアタッチメント６８の基端側の水平な端面６８ｂがフィンガマウント６３の基部６３ａに当接する。これにより、フィンガアタッチメント６８が、フィンガマウント６３の永久磁石６４に吸着され磁力により連結されるようになっている。
【００３２】
本実施形態では、フィンガマウント６３の基部６３ａの永久磁石６４が露出する端面と、フィンガアタッチメント６８の端面６８ｂとが、いずれも水平面であるので、永久磁石６４の良好な吸着を実現することができる。但し、永久磁石６４と端面６８ｂとは水平面であることには限られず、例えば円錐面や嵌合可能な凹凸面等であってもよい。
【００３３】
フィンガアタッチメント６８は、例えばケイ素鋼等の軟質磁性材料からなる。即ち、フィンガアタッチメント６８は軟質磁性材料からなるので、磁性体を備えていることになる。尚、ここでの軟質磁性材料は、数十Ａ／ｍ以下の保磁力を有するものとしている。軟質磁性材料は磁界を取り去った時に磁性が残りにくいので、フィンガアタッチメント６８を利用して複数回のフィンガ又はツールの交換を経ても磁力が残ることがなく、鉄粉等の磁性を持つゴミが固着するのを防ぐことができる。尚、本実施形態では、フィンガアタッチメント６８は軟質磁性材料からなることで磁性体を備えているものとしているが、これには限られない。例えば、フィンガアタッチメント６８は磁性材料からならないものとし、永久磁石６４に吸着される磁性体を、フィンガアタッチメント６８に別部材として備えるようにしてもよい。この場合も、磁性体は軟質磁性材料であることが好ましい。
【００３４】
また、フィンガアタッチメント６８の嵌合孔６８ａの内周面には、嵌合した嵌合軸６３ｂの２つのボール６５ｂ，６６ｂが係合する２つの係合孔６８ｃ，６８ｃが形成されている。このため、フィンガマウント６３にフィンガアタッチメント６８が嵌合されている時は、嵌合軸６３ｂの２つのボール６５ｂ，６６ｂが嵌合孔６８ａの各係合孔６８ｃ，６８ｃに係合する。これにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とが、互いの周方向の位置決め及び軸方向への抜け防止を図ることができる。このため、フィンガアタッチメント６８は、フィンガマウント６３に対して、永久磁石６４の磁力による連結力の他に、第１付勢部６５及び第２付勢部６６の付勢力による連結力によって、強固に連結されるようになる。尚、係合孔６８ｃの形成位置は、ボール６５ｂ，６６ｂが係合する際に、ハンド本体６０に対して第１フィンガ６１が適正な向きに取り付けられるように設定している。
【００３５】
また、図３（ｃ）に示すように、第２フィンガ１６１は、指先部１６７と、フィンガアタッチメント（第２の連結部）６８とを備えている。第２フィンガ１６１は、指先部１６７の先端部１６７ｃが細長い形状である点と、ゴム製のワーク把持部６７ｂを有しない点とで、第１フィンガ６１とは構成を異にしている。他の構成については、第１フィンガ６１と同様であるので、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。第２フィンガ１６１は、指先部１６７の先端部１６７ｃが細長い形状であるので、小さいワークＷの把持及び組み立てに適している。
【００３６】
次に、図４に示すように、保持台２１は、上方に開口したフィンガ６１の収容空間を有するフレーム２４と、フレーム２４の側壁に設けられたクランプ機構（保持部）２５，１２５と、電磁コイル（消磁部）２６と、距離センサ（センサ）２７とを備えている。尚、保持台３１は、図８（ａ）に示すように、保持台２１と同様に、上方に開口したフィンガ１６１の収容空間を有するフレーム３４と、フレーム３４の側壁に設けられたクランプ機構３５，１３５と、電磁コイル３６と、距離センサ３７とを備えている。このため、保持台３１については、詳細な説明を省略する。
【００３７】
クランプ機構２５，１２５は、フレーム２４の周方向に９０°ごとの４箇所に配置されており、それぞれ第１クランプ機構２５、第２クランプ機構（不図示）、第３クランプ機構１２５、第４クランプ機構（不図示）となっている。各クランプ機構２５，１２５は同様の構成となっているので、ここでは第１クランプ機構２５について説明する。第１クランプ機構２５は、フレーム２４の径方向Ｄの内側に開口したクランプ収容部２５ａに設けられている。クランプ機構２５は、ガイドレール１１と、ブロック１２と、スリーブ１３と、クランプ本体（クランプ）１４と、付勢ばね１５とを備えている。
【００３８】
ガイドレール１１は、クランプ収容部２５ａの内側の上下面、必要に応じて径方向Ｄに沿った側面に、フレーム２４の径方向Ｄを長手方向として設けられている。ブロック１２は、ガイドレール１１によってフレーム２４の径方向Ｄに摺動可能に支持されており、第１モータ（図５参照）２１ａの駆動によって摺動するようになっている。スリーブ１３は、ブロック１２の径方向Ｄの内側から径方向Ｄに突出して設けられており、内側の端部にはストッパ（不図示）が形成されている。クランプ本体１４は、スリーブ１３の内周面によって径方向Ｄに摺動可能に支持されており、スリーブ１３のストッパに当接するまで径方向Ｄの内側に移動可能になっている。付勢ばね１５は、スリーブ１３の内部のブロック１２とクランプ本体１４との間に圧縮して設けられ、クランプ本体１４をブロック１２から離隔する方向に付勢している。
【００３９】
ハンド本体６０に装着された第１フィンガ６１が保持台２１に収容された時に、第１クランプ機構２５を作動させ、ブロック１２を径方向Ｄの内側に移動させる。これにより、クランプ本体１４を第１フィンガ６１に当接させて、付勢ばね１５に抗して押圧することができる。そして、第１〜第４クランプ機構２５，１２５を同時に作動させ、各ブロック１２を径方向Ｄの内側に移動させることにより、各クランプ本体１４によって第１フィンガ６１を保持することができる。
【００４０】
電磁コイル２６は、フレーム２４の上端部に設けられており、軸方向を中心に周方向に巻き回されている。電磁コイル２６は、通電されることにより磁界を発生する。そして、ハンド本体６０に装着された第１フィンガ６１が保持台２１に収容された時に、電磁コイル２６に通電される。これにより、永久磁石６４の磁力を弱める（相殺する）磁力を発生し、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を解除可能になっている。
【００４１】
距離センサ２７は、フレーム２４の底部に設けられており、真上に位置するフィンガマウント６３との距離を計測可能になっている（図７（ｂ）参照）。即ち、距離センサ２７は、クランプ機構２５が第１フィンガ６１を保持する保持位置に、第１フィンガ６１が位置したことを検出するようになっている。距離センサ２７としては、例えばＬＥＤ等の発光部とフォトダイオード等の受光部とを利用した光学式センサ等、適宜なセンサを適用することができる。また、距離センサ２７により第１フィンガ６１が保持位置に位置したことが検出された場合には、制御装置４によって電磁コイル２６に通電して永久磁石６４の磁力を弱める（相殺する）。そして、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を、解除するようになっている。
【００４２】
次に、図５に示すように、制御装置４は、アーム５に備えられたアーム制御回路５７に接続されており、アーム制御回路５７にアーム５の制御目標値を送信するようになっている。また、制御装置４は、ハンド６に備えられたハンド制御回路６９に接続されており、ハンド制御回路６９にハンド６の制御目標値を送信するようになっている。
【００４３】
更に、制御装置４は、第１ツール交換装置２に備えられた第１ツール交換装置制御回路２３に接続されており、第１ツール交換装置制御回路２３に第１ツール交換装置２の制御目標値を送信するようになっている。例えば、制御装置４は、距離センサ２７により第１フィンガ６１が保持位置に位置したことが検出された場合には、第１モータ２１ａ〜第４モータ２１ｄを駆動し、各クランプ本体１４を内周側に突出させ、第１フィンガ６１を保持するようになっている。これと並行して、制御装置４は、電磁コイル２６に通電して永久磁石６４の磁力を弱めて（相殺し）、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を解除するようになっている。尚、第２ツール交換装置制御回路３３の制御も第１ツール交換装置制御回路２３と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４４】
上述したロボット装置１の制御方法の手順について、図６に示すフローチャートと図７及び図８に沿って説明する。ここでは、ハンド本体６０に装着された第１フィンガ６１を第１ツール交換装置２で離脱して格納し、続いて第２ツール交換装置３に保持される第２フィンガ１６１をハンド本体６０に装着する一連の動作を実行するものとする。また、以下では各種の判断や動作は、第１フィンガ６１及び第２フィンガ１６１はいずれも１本だけについて説明するが、実際にはいずれの場合もハンド本体６０に対して２本同時に並行して別個に行われるものとする。また、図７及び図８中、点線は、永久磁石６４又は電磁コイル２６からの磁束線を示す。
【００４５】
制御装置４は、ハンド本体６０に装着した第１フィンガ６１を第１ツール交換装置２に向けて移動させる（ステップＳ１）。制御装置４は、ハンド本体６０に装着した第１フィンガ６１を第１ツール交換装置２の真上に位置させ、第１ツール交換装置２のカバー２２を開放する。そして、制御装置４は、各第１フィンガ６１を垂直にして各保持台２１に同時に挿入し、保持位置に接近させる（ステップＳ２、図７（ａ））。制御装置４は、第１フィンガ６１が第１ツール交換装置２の保持位置に位置しているか否かを判断する（ステップＳ３）。ここでの判断は、距離センサ２７が検出したフィンガマウント６３との距離に基づいて実行する。制御装置４は、第１フィンガ６１が第１ツール交換装置２の保持位置に位置していないと判断した場合は、各第１フィンガ６１を各保持台２１に更に深く挿入して保持位置に接近させる（ステップＳ２）。
【００４６】
制御装置４は、第１フィンガ６１が第１ツール交換装置２の保持位置に位置していると判断した場合は、４つのクランプ機構２５，１２５を駆動させ、第１フィンガ６１を保持する（ステップＳ４、図７（ｂ））。そして、制御装置４は、電磁コイル２６に通電し、第１フィンガ６１の永久磁石６４の磁力を弱める（相殺する）磁力を発生し、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を解除可能にする（ステップＳ５、図７（ｂ））。この時、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とは、第１付勢部６５及び第２付勢部６６の付勢力のみによって連結され、容易に離隔可能になっている。
【００４７】
ここで、電磁コイル２６に通電する電流量を、永久磁石６４が生成する磁力とほぼ同一の強さとなるように設定することで、永久磁石６４とフィンガアタッチメント６８との結合力はキャンセルされ、容易にフィンガの取り外しが可能となる。例えば、各構成要素の持つ物理量が、以下のような値であったと仮定する。
永久磁石６４が生成する磁束密度：Ｂ１＝０．６［Ｔ］
フィンガアタッチメント６８の透磁率：μ１＝０．００２５［Ｈ／ｍ］
電磁コイル２６の長さ：Ｌ１＝０．０５［ｍ］
電磁コイル２６が生成する起磁力：Ａ１＝１５［ＡＴ（アンペアターン）］
【００４８】
この場合、電磁コイル２６が生成する磁束密度：Ｂ２＝μ１×Ａ１／Ｌ１＝０．７５［Ｔ］となり、Ｂ２＞Ｂ１となるため、永久磁石６４による磁気結合力を電磁コイル２６の磁力によりキャンセルすることが十分に実現できる。
【００４９】
制御装置４は、多関節アーム５によってフィンガマウント６３を引き上げ、第１フィンガ６１から離脱させる（ステップＳ６、図７（ｃ））。この時、第１付勢部６５では、ボール６５ｂ（図２参照）が、係合孔６８ｃ（図３参照）から外れ、付勢ばね６５ｃ（図２参照）が圧縮される。同様に、第２付勢部６６では、ボール６６ｂ（図２参照）が、係合孔６８ｃから外れ、付勢ばね６６ｃ（図２参照）が圧縮される。これにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との連結が、解除される。また、制御装置４は、距離センサ２７の検出結果に基づき、フィンガマウント６３がフィンガアタッチメント６８から離れたと判断した時に、電磁コイル２６への通電を停止する（ステップＳ７、図７（ｃ））。これにより、不必要な電力消費を防ぐことができる。制御装置４は、多関節アーム５によってフィンガマウント６３を更に引き上げ（図７（ｄ））、第１ツール交換装置２から離脱させ、第１ツール交換装置２のカバー２２を閉じる。
【００５０】
次に、制御装置４は、ハンド本体６０を第２ツール交換装置３に向けて移動させる（ステップＳ８）。制御装置４は、ハンド本体６０を第２ツール交換装置３の真上に位置させ、第２ツール交換装置３のカバー３２を開き、各フィンガマウント６３を垂直にして各保持台３１に同時に挿入し、保持位置に接近させる（ステップＳ９、図８（ａ））。即ち、ここでの保持位置とは、第２ツール交換装置３で保持された第２フィンガ１６１に対して、フィンガマウント６３が連結する位置としている。制御装置４は、フィンガマウント６３が第２ツール交換装置３の保持位置に位置しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。ここでの判断は、距離センサ３７が検出したフィンガマウント６３との距離に基づいて実行する。制御装置４は、フィンガマウント６３が第２ツール交換装置３の保持位置に位置していないと判断した場合は、各フィンガマウント６３を各保持台３１に更に深く挿入して保持位置に接近させる（ステップＳ９、図８（ｂ））。
【００５１】
制御装置４は、フィンガマウント６３が第２ツール交換装置３の保持位置に位置していると判断した場合は（図８（ｃ））、４つのクランプ機構３５，１３５を駆動させ、第２フィンガ１６１を解放する（ステップＳ１１）。この時、フィンガアタッチメント６８は永久磁石６４の近傍に位置することで、図中点線で示すような磁界が生成されて磁気結合する。この結合力は、永久磁石６４の磁力により生成されるため、電力等の外部からの結合のためのエネルギは不要である。尚、ここでは、制御装置４は電磁コイル３６に通電しない。
【００５２】
また、同時に、第１付勢部６５では、ボール６５ｂ（図２参照）が、係合孔６８ｃ（図３参照）に係合し、付勢ばね６５ｃ（図２参照）によりボール６５ｂが係合孔６８ｃを押圧して片寄せする。同様に、第２付勢部６６では、ボール６６ｂ（図２参照）が、係合孔６８ｃに係合し、付勢ばね６６ｃ（図２参照）によりボール６６ｂが係合孔６８ｃを押圧して片寄せする。各ボール６５ｂ，６６ｂが係合孔６８ｃに係合することにより、第２フィンガ１６１が何らかの障害物に衝突する等、脱落するような外力が作用した場合でも、脱落防止を図ることができる。そして、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とは、永久磁石６４の磁力による連結力と、第１付勢部６５及び第２付勢部６６の付勢力による連結力とによって、強固に連結される。
【００５３】
ここでの第１付勢部６５及び第２付勢部６６による片寄せ動作は、フィンガマウント６３がフィンガアタッチメント６８に挿入される度に行われるため、繰り返し精度の高い取り付けが可能となる。また、２つの付勢ばね６５ｃ，６６ｃにより弾性力を生成することで、取り付けられるフィンガ６１，１６１の回転を抑制し、フィンガ６１，１６１の軸方向に対して鉛直に片寄せしやすくなる効果を得られ、取り付け精度の向上につながる。
【００５４】
制御装置４は、多関節アーム５によって第２フィンガ１６１を引き上げ（図８（ｄ））、第２ツール交換装置３から離脱させ、第２ツール交換装置３のカバー３２を閉じ、目標位置に移動させる（ステップＳ１２）。
【００５５】
このように、従来のツール交換装置であれば、フィンガや作業ツールを結合するための機構を、ツールやフィンガの内部に搭載する必要があった。そのため、小型化・軽量化を実現することが困難であり、また、交換時間と取付けの繰り返し位置決め精度の両立が難しかった。それに対し、上述した通り、本実施形態のロボットシステム１０では、永久磁石６４による結合力の生成と、電磁コイル２６による結合力のキャンセルを行うことで、小型・軽量な構成で、かつ、短時間でフィンガ６１，１６１の交換を実現できる。また、第１付勢部６５及び第２付勢部６６によるフィンガ６１，１６１の片寄せ動作の後に取り付けを行うことで、繰り返し位置決め精度の高い取り付けを行うことが可能となる。
【００５６】
上述したように本実施形態のロボットシステム１０によれば、フィンガアタッチメント６８に磁性体を備え、フィンガマウント６３に永久磁石６４を備え、各ツール交換装置２，３に電磁コイル２６，３６を備えている。このため、磁性体であるフィンガアタッチメント６８と永久磁石６４との吸着により連結されたフィンガアタッチメント６８及びフィンガマウント６３に対して、電磁コイル２６，３６が永久磁石６４の磁力を弱める（相殺する）磁力を通電により発生する。これにより、電磁コイル２６，３６への通電により、フィンガアタッチメント６８及びフィンガマウント６３の磁力による連結を解除することができる。しかも、電磁コイル２６，３６への通電は、フィンガアタッチメント６８及びフィンガマウント６３の磁力による連結を解除する場合に実行すればよく、フィンガアタッチメント６８及びフィンガマウント６３の連結を維持するためには通電は必要ない。よって、ロボット装置１や各ツール交換装置２，３の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステム１０を得ることができる。
【００５７】
また、本実施形態のロボットシステム１０によれば、フィンガマウント６３は嵌合軸６３ｂを備えている。また、フィンガアタッチメント６８は、嵌合軸６３ｂに対して嵌合することにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とを位置決めする嵌合孔６８ａを備えている。このため、嵌合軸６３ｂと嵌合孔６８ａとが嵌合することにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とが、少なくとも軸方向に交差する方向に位置決めされる。従って、ハンド本体６０に対する各フィンガ６１，１６１の装着において、永久磁石６４により軸方向に精度が向上されると共に、嵌合軸６３ｂと嵌合孔６８ａとにより軸方向に交差する方向に精度が向上されるようになる。
【００５８】
更に、本実施形態のロボットシステム１０によれば、嵌合軸６３ｂは、第１付勢部６５及び第２付勢部６６を備えている。第１付勢部６５及び第２付勢部６６は、嵌合孔６８ａを嵌合方向に交差する方向に付勢して中心軸を挟んだ反対側を嵌合軸６３ｂに押し付ける。これにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とを、少なくとも軸方向に交差する方向に高精度に位置決めすることができる。従って、ハンド本体６０に対する各フィンガ６１，１６１の装着において、永久磁石６４により軸方向に精度が向上されると共に、各付勢部６５，６６と係合孔６８ｃとにより軸方向に交差する方向に精度が向上されるようになる。
【００５９】
ここで、一般的に、アーム５の位置決め精度には限界があり、アーム５の先端の操作位置には位置決め誤差が生じてしまう。そのため、アーム５の動作によりエンドエフェクタを自動的に装着する場合は、エンドエフェクタとアームとの連結部及び被連結部の間に、ある程度の間隙を持たせておく必要がある。特に、エンドエフェクタの自動交換を繰り返し行う際には、この間隙の範囲内で連結部及び被連結部に位置ずれが生じる可能性が残されていた。これに対し、本実施形態のロボットシステム１０によれば、ハンド本体６０に対する各フィンガ６１，１６１の装着において、永久磁石６４により軸方向に精度が向上される。更に、本実施形態のロボットシステム１０によれば、各付勢部６５，６６と係合孔６８ｃとにより軸方向に交差する方向に精度が向上されるようになる。このため、フィンガ６１，１６１の自動交換を繰り返し行っても取付精度が確保されているので、交換速度を向上することができ、生産性を高めることができる。
【００６０】
また、本実施形態のロボットシステム１０によれば、第１付勢部６５及び第２付勢部６６は、嵌合方向に並んで複数配置されている。このため、１つのみ設けられている場合に比べて、２箇所で片寄せできることから軸方向に対するフィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との傾斜の発生を、より確実に抑えることができる。
【００６１】
更に、本実施形態のロボットシステム１０によれば、嵌合孔６８ａの内周面の第１付勢部６５及び第２付勢部６６により押圧される部位には、係合孔６８ｃが形成されている。このため、各ボール６５ｂ，６６ｂが各係合孔６８ｃに入り込んで押圧されることにより、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８とが軸方向を中心とする回転方向にも位置決めされるようになる。従って、ハンド本体６０に対する各フィンガ６１，１６１の装着において、永久磁石６４により軸方向に精度が向上されると共に、各付勢部６５，６６と係合孔６８ｃとにより軸方向に交差する方向及び回転方向に精度が向上されるようになる。
【００６２】
また、本実施形態のロボットシステム１０によれば、永久磁石６４は、フィンガマウント６３に設けられている。このため、永久磁石６４がフィンガアタッチメント６８に設けられている場合に比べて、ロボット装置１の先端部の重量を軽減することができ、慣性力を小さくすることでロボット装置１の制御の精度を向上することができる。
【００６３】
また、本実施形態のロボットシステム１０によれば、クランプ機構２５，１２５が各フィンガ６１，１６１を保持する保持位置に、いずれかのフィンガ６１，１６１が位置したことを検出する距離センサ２７，３７を備えている。そして、制御装置４は、距離センサ２７，３７によりいずれかのフィンガ６１，１６１が保持位置に位置したことを検出した場合に、電磁コイル２６，３６に通電するようになっている。これにより、制御装置４は、通電した電磁コイル２６，３６により永久磁石６４の磁力を弱めて（相殺し）、フィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を解除するようになっている。このため、ロボット装置１や各ツール交換装置２，３の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステム１０を得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態のロボットシステム１０によれば、各クランプ機構２５，１２５は、フィンガ６１，１６１を挟持して保持可能なクランプ本体１４を備えている。また、制御装置４は、距離センサ２７，３７によりフィンガ６１，１６１が保持位置に位置したことが検出された場合に、クランプ本体１４によりフィンガ６１，１６１を挟持する。また、この場合に、制御装置４は、電磁コイル２６，３６に通電してフィンガマウント６３とフィンガアタッチメント６８との磁力による連結を解除し、アーム５を駆動してフィンガマウント６３をフィンガアタッチメント６８から離隔させる。付勢ばね１５により付勢されたクランプ本体１４によってフィンガ６１，１６１を保持可能であるので、十分な保持力を得ながらもフィンガ６１，１６１の位置ずれを吸収できる。このため、フィンガ６１，１６１を保持するための位置の微調整が不要になるので、フィンガ６１，１６１の交換速度を速めることができる。
【００６５】
尚、上述した実施形態では、ハンド本体６０に対して作業手段としてフィンガ６１，１６１が着脱される場合について説明したが、これには限定されず、作業手段として、例えばドライバ、ドリル、溶接等の作業ツールが着脱されるようにしてもよい。この場合、作業ツールに、フィンガアタッチメント６８に相当する第２の連結部を設けるようにする。
【００６６】
また、上述した実施形態では、第１の連結部であるフィンガマウント６３はアーム５に取り付けられたハンド本体６０に配設され、第２の連結部であるフィンガアタッチメント６８はフィンガ６１，１６１に配設される場合について説明した。但し、これには限定されず、例えば、第１の連結部はアーム５に配設され、第２の連結部はハンドや作業ツール等の作業手段としてのエンドエフェクタに配設されるようにしてもよい。この場合も、ロボット装置１や各ツール交換装置２，３の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステム１０を得ることができる。
【００６７】
また、上述した実施形態では、永久磁石６４を１個のみ使用した場合について説明したが、これには限定されず、永久磁石を複数個用いてもよい。この場合、例えば、全ての永久磁石について、フィンガマウント６３の軸方向の一方側をＮ極、他方側をＳ極として配置してもよく、あるいは、一部の永久磁石は極性の向きを異ならせてもよい。一部の永久磁石は極性の向きを異ならせた場合は、電磁コイルも複数設け、各永久磁石の磁力を打ち消すように配置する。
【００６８】
また、上述した実施形態では、フィンガマウント６３に溝を設けて永久磁石６４を埋め込んでいるが、これには限定されない。例えば、図９に示すように、永久磁石６４の周囲に、フィンガアタッチメント（第２の連結部）２６８に磁束を誘導するヨーク６４ａを備えるようにしてもよい。この場合、フィンガマウント（第１の連結部）２６３は、基部２６３ａと、嵌合軸（第１の嵌合部）２６３ｂと、を備え、嵌合軸２６３ｂの基端部に円筒形状の永久磁石６４を径方向に隙間なく設ける。そして、永久磁石６４の基端側から外周側の先端側に向けて、永久磁石６４に対して径方向に隙間Ｓを有するヨーク６４ａを設けるようにする。ヨーク６４ａは、例えばＳＫ材等の硬質磁性材料からなる。ここでの硬質磁性材料は、数百〜数千Ａ／ｍ以上の保磁力を有するものとしている。硬質磁性材料は磁界を取り去っても磁性が残るので、永久磁石６４の磁力を維持するために好ましい。
【００６９】
永久磁石６４とヨーク６４ａとに隙間Ｓを設けることにより、永久磁石６４が生成する磁束で外側に漏れる量が少なくなり、磁気結合力を強化することができる。また、嵌合軸２６３ｂの先端部には、後述するボール２６５ｂが係合可能な係合孔２６３ｃが形成されている。また、フィンガマウント２６３は、アルミ等の非磁性体からなるものとしている。
【００７０】
このフィンガマウント２６３に装着される第３フィンガ（フィンガ）２６１は、円柱形状の指先部２６７と、該指先部２６７と一体形成された円筒形状のフィンガアタッチメント（磁性体）２６８と、を備えている。指先部２６７は、先端の一部にワーク把持部２６７ｂを備えている。フィンガアタッチメント２６８は、中心軸に沿って形成された嵌合孔（第２の嵌合部）２６８ａと、付勢部（付勢手段）２６５とを備えている。
【００７１】
付勢部２６５は、フィンガアタッチメント２６８に形成された径方向に貫通する透孔２６５ａと、透孔２６５ａ内に設けられたボール２６５ｂ及び付勢ばね２６５ｃと、透孔２６５ａの付勢ばね２６５ｃ側の開口部を閉塞するキャップ２６５ｄと、を備えている。付勢部２６５の構成は、上述した第１付勢部６５や第２付勢部６６と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
第３フィンガ２６１によれば、嵌合軸２６３ｂの外周面の付勢部２６５により押圧される部位には、係合孔２６３ｃが形成されている。このため、ボール２６５ｂが係合孔２６３ｃに入り込んで押圧されることにより、フィンガマウント２６３とフィンガアタッチメント２６８とが軸方向を中心とする回転方向にも位置決めされるようになる。従って、ハンド本体６０に対する第３フィンガ２６１の装着において、ヨーク６４ａの使用により強固な連結を実現できると共に、付勢部２６５と係合孔２６３ｃとにより軸方向に交差する方向及び回転方向に精度が向上されるようになる。
【００７３】
また、上述した実施形態では、保持部は各クランプ機構２５，１２５であり、フィンガ６１，１６１を挟持して保持可能なクランプ本体１４を備えているが、これには限定されない。即ち、クランプ機構２５，１２５以外の構成によりフィンガ６１，１６１を保持する保持部を構成するようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、センサとして光学的な距離センサ２７を適用した場合について説明したが、これには限定されず、例えば、センサとして機械的なスイッチを適用してもよい。即ち、センサは、制御装置４によりクランプ機構２５，１２５や電磁コイル２６，３６の動作をオンオフするためのトリガーであることから、オンオフスイッチでも十分に機能可能である。この場合、センサは、フィンガマウント６３あるいはハンド本体６０が保持位置に位置しているか否かを検出可能な位置に設けられるようにする。あるいは、センサは必ずしも設けなくてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、永久磁石６４はフィンガマウント６３に設けられる場合について説明したが、これには限定されない。例えば、永久磁石６４がフィンガアタッチメント６８に設けられるようにしてもよい。即ち、フィンガマウント６３及びフィンガアタッチメント６８のうち、いずれか一方が磁性体を備え、いずれか他方が該磁性体を吸着してフィンガマウント６３及びフィンガアタッチメント６８を磁力により連結する永久磁石６４を備えるようにできる。
【００７６】
また、上述した実施形態では、嵌合孔６８ａの内周面の第１付勢部６５及び第２付勢部６６により押圧される部位には、係合孔６８ｃが形成される場合について説明したが、これには限定されない。例えば、係合孔６８ｃは、必ずしも設けなくてもよい。
【００７７】
また、上述した実施形態では、第１付勢部６５及び第２付勢部６６がフィンガマウント６３に設けられる場合について説明したが、これには限られず、図９に示すように付勢部２６５がフィンガアタッチメント６８に設けられるようにしてもよい。
【００７８】
また、上述した実施形態では、第１付勢部６５及び第２付勢部６６が軸方向を中心に９０°ずれた方向を指向して配置される場合について説明したが、これには限定されない。例えば、軸方向を中心に同じ向きを指向して配置されるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、第１付勢部６５及び第２付勢部６６が嵌合方向に並んで複数配置される場合について説明したが、これには限定されない。例えば、図９に示す第３フィンガ２６１のように、付勢部２６５が１つのみ設けられるようにしてもよく、あるいは付勢部を３つ以上設けるようにしてもよい。更には、第１付勢部６５及び第２付勢部６６は、必ずしも設けなくてもよい。
【００７９】
また、上述した実施形態では、フィンガマウント６３は嵌合軸６３ｂを備え、フィンガアタッチメント６８は嵌合孔６８ａを備えている場合について説明したが、これには限定されない。即ち、このロボットシステム１０は、少なくとも、フィンガアタッチメント６８に磁性体を備え、フィンガマウント６３に永久磁石６４を備え、各ツール交換装置２，３に電磁コイル２６，３６を備えていればよく、嵌合軸６３ｂや嵌合孔６８ａは必ずしも必要ではない。少なくとも、この構成により、ロボット装置１や各ツール交換装置２，３の大型化や消費電力の増加を抑制しながらも、エンドエフェクタ等の作業手段を自動交換できるロボットシステム１０を得ることができる。
【００８０】
また、上述した実施形態では、２つのツール交換装置２，３を用いた交換作業について説明したが、これには限定されない。即ち、各装置の設置スペースや、ロボット装置１の動作範囲等の制約条件が許す限り、配置する数に制限はなく、多品種の自動段取り替えに対応できる。また、作業ツール及びフィンガの種類等、種々の変更又は修正を加えることが可能であり、本発明はこれらの実施形態に限定されないのは勿論である。
【符号の説明】
【００８１】
１…ロボット装置、２…第１ツール交換装置（ツール交換装置）、３…第２ツール交換装置（ツール交換装置）、４…制御装置、５…アーム（多関節アーム）、６…ハンド（エンドエフェクタ）、１０…ロボットシステム、１４…クランプ本体（クランプ）、２５…第１クランプ機構（保持部）、２６…電磁コイル（消磁部）、２７…距離センサ（センサ）、３５…第１クランプ機構（保持部）、３６…電磁コイル（消磁部）、３７…距離センサ（センサ）、６０…ハンド本体、６１…第１フィンガ（作業手段、フィンガ）、６３，２６３…フィンガマウント（第１の連結部）、６３ｂ，２６３ｂ…嵌合軸（第１の嵌合部）、６４…永久磁石、６４ａ…ヨーク、６５…第１付勢部（付勢手段）、６６…第２付勢部（付勢手段）、６８，２６８…フィンガアタッチメント（第２の連結部、磁性体）、６８ａ，２６８ａ…嵌合孔（第２の嵌合部）、１２５…第３クランプ機構（保持部）、１３５…第３クランプ機構（保持部）、１６１…第２フィンガ（作業手段、フィンガ）、２６１…第３フィンガ（作業手段、フィンガ）、Ｗ…ワーク（作業対象物）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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