CN101264605A - 机器人手臂的联结装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的机器人手臂的联结装置即使在手臂侧配件以及刀具侧配件的结合面朝向水平方向以外的方向的情况下，也能够使刀具侧配件自动地从手臂侧配件上脱离。在更换刀具时，能够自动地进行刀具更换，并能够简单、并且在短时间内进行更换作业。随着凸轮部件(17)从锁定解除位置相对于锁定位置的移动，将(17a)锁定用球(13)卡合在卡合用倾斜槽(23a)中，将手臂侧配件(3)以及刀具侧配件(5)相互连结在一起；随着凸轮部件(17)从锁定位置相对于锁定解除位置的移动，能够解除锁定用球(13)相对于卡合用倾斜槽(23a)的卡合，并且锁定解除用球(15)在脱离用倾斜槽(23b)上滑动接触，能够使刀具侧配件(3)从手臂侧配件(5)上突出。

Description

机器人手臂的联结装置
技术领域
本发明涉及一种例如在多关节机器人的机器人手臂上装卸各种刀具，或者在成形品取出机的上下臂、旋转臂上装卸卡盘等的机器人手臂的联结装置。
背景技术
作为能够相对于机器人手臂进行刀具等的装卸的联结装置，公知的有如特开平4-63688号公报所示，由安装在机器人手臂上的主板(内组件)，安装刀具等的刀具板(外组件)，以及连结该两板并锁定的锁定机构构成的装置。
这种装置的锁定机构由下述结构构成：设置能够在锁定位置与设定解除位置之间滑动地支承在主板上的圆板形状的凸轮部件，配置在该凸轮部件的周围、能够在与凸轮部件的滑动方向大致正交的方向上移动地支承在上述主板上的多个球部件，以及配置在上述刀具板上、在上述凸轮部件移动到锁定位置时连结两板并进行保持地与球部件卡合的环状的球承座，在凸轮部件的外周上形成手臂侧锥面(凸轮面)，在球承座的内周上形成向与手臂侧锥面相反方向倾斜的刀具侧锥面(凸轮面)。
锁定机构在凸轮部件位于锁定位置的状态下抵接成球部件被手臂侧锥面推压在刀具侧锥面上，将主板和刀具板相互牢固地连结。
而且，特开平4-63688号公报所示的锁定机构在凸轮部件向锁定解除位置一侧移动后，解除手臂侧锥面对球部件的推压，而解除球部件相对于刀具侧锥面的卡合，能够将刀具板从主板上取下。
但是，在解除主板与刀具板的锁定时，要想仅通过解除球部件相对于刀具侧锥面的推压而从主板上取下刀具板，则需要对主板以及刀具板进行姿势控制，使其结合面为水平状态，通过刀具板的自重使其从主板上脱离。
因此，在不能够姿势控制成主板以及刀具板的结合面为水平状态的机器人或作业环境下，则不能够使刀具板自动地脱离。即，对于主板以及刀具板的结合面朝向水平方向以外的方向的机器人手臂，操作者要进行强制地将刀具板从解除了锁定状态的主板上拉出并取下的更换作业。此时，存在费时费力的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人手臂的联结装置，即使在手臂侧配件以及刀具侧配件的结合面朝向水平方向以外的方向，也能够使刀具侧配件自动地从手臂侧配件上脱离并取下。本发明的另一个目的在于提供一种机器人手臂的联结装置，在更换刀具时，操作者无需将刀具侧配件从手臂侧配件上强制地拉出并取下，也能够自动地进行刀具更换，更换作业简单，并且能够在短时间内进行。
附图说明
图1为表示机器人手臂的联结装置的概略的立体图。
图2为表示将刀具侧配件与刀具侧配件分离后的状态的机器人手臂的联结装置的中央纵向剖视图。
图3为从刀具侧配件上取下球支承部件，表示凸轮部件的立体图。
图4为球承座环的立体图。
图5为表示刀具侧配件与刀具侧配件的连结初期的状态的纵向剖视图。
图6为表示使压力缸部件动作时的状态的纵向剖视图。
图7为表示锁定状态的纵向剖视图。
图8为表示锁定解除的初期状态的纵向剖视图。
图9表示随着锁定解除的突出状态的纵向剖视图。
图10为表示突出用倾斜槽的变更例的说明图。
图11为表示脱离用倾斜槽的变更例的说明图。
图12为表示锁定用倾斜槽的变更例的说明图。
具体实施方式
[实施例1]
在图1至图4中，机器人手臂的联结装置1由通过螺纹件等固定在机器人手臂(未图示)的末端部的手臂侧配件3，和通过螺纹件等固定有卡盘等各种工具的刀具侧配件5构成。
在手臂侧配件3的手臂侧固定盘7图示的下面侧中央部上，形成有构成后述的压力缸部件9的压力缸室的横截面为圆状的中空部7a。而且，在中空部7a的周缘的手臂侧固定盘7上，通过螺纹件等固定有圆筒状的球支承部件11的基端部。
在球支承部件11上，朝向圆周方向等间隔地形成有在与圆筒的轴线正交的方向上具有轴线的6个球支承孔11a。各球支承孔11a形成为内周面一侧的直径比后述的锁定用球13以及解除用球15的外径稍大，并且外周面一侧的直径比锁定用球13以及锁定解除用球15的外径稍小。支承在各球支承孔11a内的锁定用球13以及锁定解除用球15以一部分能够从外周面突出、并且能够防止脱落的方式得到支承。
而且，锁定用球13能够向半径方向移动地支承在相隔一个的3个球支承孔11a内。而且，锁定解除用球15能够向半径方向移动地支承在其他的球支承孔11a内。
压力缸部件9的活塞9a在轴线方向的锁定解除位置与锁定位置之间滑动地支承在中空部7a内。而且，在活塞9a的图示的下部设有凸轮部件17。该活塞9a在装设在中空部7a内的作为弹性部件的压缩弹簧19的作用下始终朝向锁定位置一侧受力。
另外，在手臂侧固定盘1上分别形成有连通到中空部的第一以及第二空气通路(未图示)，在对应于各空气通路的手臂侧固定盘7上分别连接有用于供给空气或排出空气的喷嘴(未图示)。
凸轮部件17为圆柱状，在活塞9a移动到锁定解除位置后，其末端部由位于支承在球支承部件11的各球支承孔11a内的锁定用球13以及锁定解除用球15的大致中心的轴线长度构成。在凸轮部件17的外周面上，与装设了锁定用球13的球支承孔11a相对地形成作为锁定用倾斜槽的锁定用倾斜锥面17a。而且，在凸轮部件17的外周面上，与装设了锁定解除用球15的球支承孔11a相对地形成作为突出用倾斜槽的突出用倾斜锥面17b。
锁定用倾斜锥面17a形成倾斜的锥面，深度为凸轮部件17的末端侧收纳对应的锁定用球13的一部分，以使锁定用球13不从球支承部件11的外周面突出，其深度随着朝向轴线方向基端侧(活塞侧)而逐渐变浅。相反，突出用倾斜锥面17b形成为倾斜的锥面，深度为凸轮部件17的基端侧收纳对应的锁定解除用球15的一部分，以使锁定解除用球15不从球支承部件11的外周面突出，其深度随着朝向轴线方向末端而逐渐变浅。
在位于上述球支承部件11的两侧的手臂侧固定盘7上固定有在压力缸部件9的动作方向上具有轴线的一对导轴20。导轴20形成为其末端部随着朝向末端而直径逐渐变小的锥状。
另一方面，在刀具侧配件5的刀具侧固定盘21的中心部形成有大小为嵌插后述的球承座部件23的开口部21a。在刀具侧固定盘21的开口部21a中，嵌插固定有具有大小为能够嵌插球支承部件11的中空部的球承座部件23。
在该球承座部件23的内周面上，与锁定用球13相对地形成有作为卡合用倾斜槽的卡合用倾斜锥面23a。而且，在卡合用倾斜锥面23a之间的球承座部件23的内周面上，于支承在球支承孔11a内的锁定解除用球15相对地形成有作为脱离用倾斜槽的脱离用倾斜锥面23b。
上述卡合用倾斜锥面23a的深度为手臂侧配件3的相反面一侧(图示的下面一侧)收纳被移动到锁定位置的凸轮部件17的锁定用倾斜锥面17a推压而从球支承部件11的外周面突出的锁定用球13的一部分，手臂侧配件3的相对一侧(图示的上面一侧)形成弯曲状。相反，脱离用倾斜锥面23b形成为弯曲状，深度为手臂侧配件3的相对一侧收纳被移动到锁定解除位置的突出用倾斜锥面17b推压而从球支承部件11的外周面突出的锁定解除用球15的一部分，其深度随着朝向手臂侧配件3的相反一侧而逐渐变浅。
在位于球承座部件23的两侧的刀具侧固定盘21上，与导轴20一致地安装有在与导轴20的轴线一致的方向上具有轴支承孔25a的一对轴支承部件25。该一对轴支承部件25与嵌插在轴支承孔25a内的导轴20一起动作，对手臂侧配件3以及刀具侧配件5进行定位。
另外，在手臂侧配件3上设有连接在电缆以及电气信号线上的电气插头(未图示)、连接在空气回路上的流体插头(未图示)。而且，在刀具侧配件5上设有插入电气插头而连接电气回路的电气连接器(未图示)、插入流体插头而连接流体回路的流体连接器(未图示)。
以下，对手臂侧配件3以及刀具侧配件5的连结作用以及连结解除作用加以说明。
在刀具放置台(未图示)上，以水平状态设置安装了各自工具的刀具侧配件5。而且，控制机器人手臂移动，使手臂侧配件3移动成与刀具侧配件5相对，并且导轴20与轴支承部件25的轴线相互一致。
此时，手臂侧配件3的凸轮部件7移动到其下端位于支承在球支承孔11a内的锁定用球13以及锁定解除用球25的中心稍下方的位置的锁定解除位置。
在上述状态下，将机器人手臂向下方移动，一边使导轴20嵌插到轴支承孔25a内一边使球支承部件11嵌插到球承座部件23的中空部内。这样一来，随着导轴20相对于轴支承孔25a内的嵌插，对手臂侧配件3以及刀具侧配件5进行定位。
在上述状态中，锁定用球13位于凸轮部件17的锁定用倾斜锥面17a的倾斜深槽一侧，不从球支承部件11的外周面突出。而且，锁定解除用球15位于凸轮部件17的突出用倾斜锥面17b的倾斜浅槽一侧，向半径方向外侧被推压，一部分从球支承部件11的外周面突出，能够收纳在球承座部件23的脱离用倾斜锥面23b的倾斜深槽内(参照图5)。
接着，在上述状态下，如图6所示，在随着球支承部件11相对于球承座部件23的中空部的嵌插，锁定用球13位于卡合用倾斜锥面23a的倾斜浅槽一侧，而且锁定解除用球15位于脱离用倾斜锥面23b的倾斜浅槽一侧时，压力缸部件9动作，使凸轮部件17从锁定解除位置向锁定位置移动。
此时，锁定用球13如图7所示，通过从深槽一侧到浅槽一侧滑动接触而将朝向锁定位置移动的凸轮部件17的锁定用倾斜锥面17a向半径方向外侧推压，一部分从球支承部件11的外周面突出，卡合在卡合用倾斜锥面23a的深槽一侧。
而且，在凸轮部件17向锁定位置移动时，锁定用球13随着相对于锁定用倾斜锥面17a的浅槽一侧的滑动接触而压接在卡合倾斜锥面23a的浅槽一侧，并将刀具侧配件5以向手臂侧配件3一侧拉近的方式卡合，使两者以没有间隙的紧密贴合状态连结。
而且，在凸轮部件17从图6所示的状态移动到图7所示的状态时，锁定解除用球15随着凸轮部件17的移动而位于突出用倾斜锥面17b的深槽一侧，推压被解除，能够向半径方向内侧移动。在这种状态下，锁定解除用球15随着刀具侧配件5向手臂侧配件3一侧拉近，在脱离用倾斜锥面23b的浅槽一侧滑动接触，向半径方向内侧移动，收纳在突出用倾斜锥面17b的深槽内。
在上述的作用下，手臂侧配件3以及刀具侧配件5通过被移动到锁定位置的凸轮部件17的锁定用倾斜锥面17a推压、而以压接在卡合用倾斜锥面23a的浅槽一侧的状态卡合的3个锁定用球13连结。
另外，在上述连结时，手臂侧配件3的电气插头以及流体插头分别嵌插连接在刀具侧配件5的电气连接器以及流体连接器上，能够向刀具侧供给电气或流体。而且，在上述锁定状态下，虽然控制成继续空气向活塞9a的正压室内的供给，保持连结状态，但即使在因空气压缩机的故障等空气相对于压力缸部件9的供给中断的情况下，在压缩弹簧19的弹性力作用下也能维持凸轮部件17相对于锁定位置一侧的移动状态，保证手臂侧配件3以及刀具侧配件5的连结状态。
另一方面，例如在为了刀具更换等而将刀具侧配件5从手臂侧配件3上取下的情况下，控制机器人手臂例如在刀具放置台上移动刀具侧配件5为水平状态之后，经由另一个喷嘴对活塞9a的正压室内的空气进行排气，并且向背压室内供给空气，使凸轮部件17克服压缩弹簧19的弹性力从锁定位置向锁定解除位置移动。
此时，如图8上述，压接在卡合用倾斜锥面23a的浅槽一侧的锁定用球13随着凸轮部件17相对于锁定解除位置的移动而位于锁定用倾斜锥面17a的深槽一侧，锁定用倾斜锥面17a的推压被解除，能够向半径方向内侧移动。
而且，收纳在突出用倾斜锥面17b的深槽内的锁定解除用球15如图9所示，随着凸轮部件17从锁定位置相对于锁定解除位置的移动而从突出用倾斜锥面17b的深槽一侧向浅槽一侧滑动接触，从而向半径方向外侧移动，通过在相对的球承接部件23的脱离用倾斜锥面23b的浅槽一侧到深槽一侧的范围内滑动接触，使刀具侧配件5向离开手臂侧配件3的方向突出。
这样一来，强制地使刀具侧配件5相对于手臂侧配件3突出而离开，随着该突出，锁定用球13通过从卡合用倾斜锥面23a的浅槽一侧在球承座部件23a的内周面上滑动接触而向半径方向内侧移动，位于锁定用倾斜锥面17a的深槽内，能够进行刀具侧配件5相对于手臂侧配件3的连结解除。
而且，从手臂侧配件3突出的刀具侧配件5在其自重的作用下朝向刀具放置台一侧下落，从手臂侧配件3上完全取下。特别是，即使在手臂侧配件3以及刀具侧配件5的连结面朝向垂直方向的状态下，由于刀具侧配件5相对于手臂侧配件3是突出的，所以能够简单并且在短时间内进行刀具侧配件5的取下作业。
本发明能够如下所述变更实施。
1.虽然形成在凸轮部件17的外周面上的突出用倾斜锥槽以及形成在球承座部件23的内周面上的脱离用倾斜槽为朝向所要的方向倾斜的锥面，但也可以如图10以及图11所示，为凸轮部件17的移动正交方向的截面为圆弧状的槽。
2.虽然形成在凸轮部件17上的锁定用倾斜槽为倾斜的锥面，但也可以如图12所示，为两面组合了三角面的倾斜棱锥槽121。在该例子中，还可以使与倾斜棱锥槽121相对的卡合用倾斜槽为与倾斜棱锥槽对称的倾斜棱锥槽，或者是轴线正交方向截面为圆弧状的倾斜圆弧槽。
3.在形成在凸轮部件17的外周面上的突出用倾斜槽以及形成在球承座部件23的内周面上的脱离用倾斜槽为向所要的方向倾斜的锥面或者凸轮部件17的移动正交方向截面为圆弧状的情况下，还可以将深度较浅的槽的倾斜顶部一侧形成弯曲状。

Claims (8)

1. 一种机器人手臂的联结装置，具备锁定机构，所述锁定机构由下述部件构成：手臂侧配件，安装在机器人手臂上；刀具侧配件，刀具安装在其上；凸轮部件，设置在所述手臂侧配件上，绕外周面的轴线形成有多个锁定用倾斜槽；动作部件，使该凸轮部件在锁定位置与锁定解除位置之间移动；球支承部件，设置在该凸轮部件的外周面一侧，支承与锁定用倾斜槽相对地配置的锁定用球，使其能够向与凸轮部件的移动方向正交的方向移动；球承座部件，设置在刀具侧配件上，具有卡合在移动到锁定位置的凸轮部件的锁定用倾斜槽上滑动接触的锁定用球的多个卡合用倾斜槽；其特征是，
具备：锁定解除用球，支承在位于锁定用球之间的球支承部件上，能够向与凸轮部件的移动方向正交的方向移动；多个突出用倾斜槽，设置在位于锁定用倾斜槽之间的凸轮部件的外周面上，向与锁定用倾斜槽相反的方向倾斜；多个脱离用倾斜槽，设置在位于卡合用倾斜槽之间的球承座部件上，向与卡合用倾斜槽相反的方向倾斜；
随着凸轮部件从锁定解除位置相对于锁定位置的移动，将在锁定用倾斜槽上滑动接触、向半径方向外侧移动的锁定用球卡合在卡合用倾斜槽中，将手臂侧配件以及刀具侧配件相互连结在一起；
随着凸轮部件从锁定位置相对于锁定解除位置的移动，能够解除锁定用球相对于卡合用倾斜槽的卡合，并且在突出用倾斜槽上滑动接触、向半径方向外侧移动的锁定解除用球在脱离用倾斜槽上滑动接触，能够使刀具侧配件从手臂侧配件上突出。
2. 如权利要求1所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，锁定用倾斜槽以及卡合用倾斜槽为朝向所要的方向倾斜的锥面。
3. 如权利要求1所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，锁定用倾斜槽以及卡合用倾斜槽为朝向所要的方向倾斜的平面状，浅槽一侧为弯曲状。
4. 如权利要求1所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，锁定用倾斜槽以及卡合用倾斜槽中至少锁定用倾斜槽为组合了两面的三角形的倾斜棱锥槽。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，突出用倾斜槽以及脱离用倾斜槽向所要的方向倾斜，凸轮部件的移动正交方向截面为圆弧状。
6. 如权利要求5所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，突出用倾斜槽以及脱离用倾斜槽是凸轮部件的移动正交方向截面为圆弧状，浅槽一侧形成弯曲状。
7. 如权利要求1至4中任一项所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，突出用倾斜槽以及脱离用倾斜槽为向所要的方向倾斜的平面状的锥面。
8. 如权利要求1所述的机器人手臂的联结装置，其特征是，凸轮部件在弹性部件的弹性力作用下向锁定位置一侧受力。
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Application publication date: 20080917

Assignee: Star Precision Machinery (Shanghai) Co., Ltd.

Assignor: Star Micronics Co., Ltd.

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Denomination of invention: Robot arm coupling device

Granted publication date: 20120111

License type: Exclusive License

Record date: 20170420

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