CN101554729A - 工具更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有外壳部件的工具更换装置，在外壳部件内，被支承于保持部件和可动部件之间的卡合滚珠，在被第二弹簧推压的可动部件上形成的推出面的作用下，卡合滚珠向保持部件内突出而能够与工具卡合。另外，通过克服第二弹簧的施力来按压可动部件，卡合滚珠在可动部件内可以移动。另外，由于设有检测保持工具的保持部件的移动距离的冲击传感器，所以能够检测出工具的碰撞等。根据本发明的工具更换装置，即使停止电力供给也能够保持工具，且容易对工具进行装拆，也能够提高使工具移动的机械臂的动作的正确性。

Description

工具更换装置

技术领域

本发明是一种涉及安装于工业用机器人装置上的工具更换装置的发明，尤其涉及一种具有冲击传感器(shock sensor)的中空形状(圆筒)的工具更换装置。

背景技术

在进行焊接/切割作业的工业用机器人装置中，在位于机械臂的前端部的工具支架上安装焊枪或切割工具等各种工具，从而进行焊接或切割等作业。

在这里，由于利用工业用机器人装置进行的焊接/切割作业的工具会接触/碰撞作业对象物上等原因，所以存在焊枪等破损或对机器人装置产生负荷的问题。

另外，例如日本特开平5-192890号专利文献所示，工具的接触/碰撞等不仅会造成焊枪的破损，而且会产生相对于工具支架的安装位置被定位而安装后的工具从安装位置错开的问题。

而且，如果工具的安装位置错位，则由于不能进行正确的作业，从而会带来需要中断作业并再次进行定位安装的麻烦。另外，由于该安装作业也通过螺栓等将工具固定于工具支架，所以不容易进行装拆。

关于所述的工具的接触/碰撞等问题，通常公知的结构是通过将冲击传感器安装于机械臂的前端部上，从而感知工具的接触/碰撞等并进行改善。

另外，在日本特开平9-330125号专利文献中，公开了一种工具支架，为了防止因接触/碰撞等引起工具的安装位置错位，在连接焊枪等的工具支架上设有多个弹簧，即使工具接触也能够吸收/修正位置或斜度的误差。

另一方面，在日本特开2003-117868号专利文献中，公开了一种为了实现装拆容易化而在工具的安装中使用加压空气的支架的发明。

在这里，安装在机械臂上的焊枪等工具的重量大，为了使焊枪等正确移动向要移动的位置，优选将焊枪等配置于机械臂的长度方向的轴线上。

但是，如果根据所述日本特开平9-330125号专利文献，由于所述支架在支架内部具有吸收位置及斜度的误差的弹簧，所以无法使工具插入并保持于支架内部，即不能将工具收容在机械臂内，而必须将工具保持在机械臂的外侧。

因此，其会产生如下问题，即：不能将工具配置在机械臂的长度方向的轴线上，从而有损于使焊枪等工具移动的机械臂的动作的正确性。

另外，由于利用螺丝或螺栓来安装工具，所以没有解决工具装拆变得麻烦的问题。

如果根据日本特开2003-117868号专利文献，通过空气加压而使滚珠(参照图1的“滚珠47”)卡合于工具板(参照图1的“工具板30”)，以此来保持工具，因此，在因停电等电力供给停止的情况下会存在如下问题，即：加压空气的供给停止，工具板解除与滚珠的卡合，焊枪等也从工具支架上脱落。

另外，如果根据日本特开2003-117868号专利文献，在焊枪等从工具板脱落下来的情况下，即使具有自动保险机构，但若基于空气的加压停止，由于滚珠和工具板不卡合，所以仍不能解决焊枪等从工具支架上的定位安装位置错开的问题。

另外，在现有的中空形状的支架中，不存在具有冲击传感器的支架。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的课题是提供一种工具更换装置，该工具更换装置能够检测工具的碰撞等，即使电力供给停止也能够保持工具，且容易实现工具的装拆，也能够提高使工具移动的机械臂的动作的正确性。

为了解决所述课题，本第一发明的工具更换装置在其前端侧形成有插入工具用的工具安装孔，基端侧安装于机械臂的前端部，其中，所述工具更换装置具有外壳部件、保持部件以及可动部件，所述外壳部件大致呈圆筒状，且在前端侧、基端侧以及前端侧和基端侧之间形成有朝向内径侧延伸的第一延伸部、第二延伸部以及第三延伸部，所述保持部件大致呈圆筒状并位于所述外壳部件的内侧，并且形成有第四延伸部，所述第四延伸部朝向所述第二延伸部和所述第三延伸部之间的所述外壳部件的内圆周面延伸，所述可动部件大致呈圆筒状并位于所述保持部件的前端侧，其被支承于所述保持部件和所述外壳部件之间，并且形成有第五延伸部，所述第五延伸部朝向所述第一延伸部和所述第三延伸部之间的所述外壳部件的内圆周面延伸，所述外壳部件通过第一弹性体将所述保持部件支承在所述第二延伸部和所述第四延伸部之间，并使所述保持部件在所述外壳部件的圆筒的轴向上移动自如，同时通过第二弹性体将所述可动部件支承在所述第三延伸部和所述第五延伸部之间，并使所述可动部件在所述外壳部件的所述圆筒的轴向上移动自如，在所述第三延伸部的基端侧端面具有抵接于所述第四延伸部而检测所述保持部件的移动的冲击传感器，在所述第一延伸部的基端侧端面形成有流体供给孔，通过该流体供给孔向所述第五延伸部的前端侧端面供应流体，而使所述可动部件向第二弹性体的施力方向的相反方向移动，所述保持部件上形成有突出孔，通过该突出孔，被保持在所述保持部件与所述可动部件之间的卡合滚珠可自如地朝着所述保持部件的内圆周面侧突出，所述可动部件具有推出面，在被所述第二弹性体推压的所述第五延伸部的前端侧端面与所述第一延伸部的基端侧端面抵接时，所述推出面通过抵接于与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面，而使所述卡合滚珠从所述突出孔向所述保持部件的内圆周面侧突出，同时，在利用从所述流体供给孔供应的流体克服所述第二弹性体的施力来按压所述第五延伸部，使得所述可动部件向所述基端侧移动时，与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面上形成有槽部，所述卡合滚珠从所述突出孔向所述可动部件的内圆周面侧移动而被收容在所述槽部中。

根据所述结构，通过将焊枪等工具插入到位于外壳部件内的保持部件之中，使工具的被卡合部和向保持部件内突出的卡合滚珠卡合，从而能够将工具保持在工具更换装置上。

因此，保持在工具更换装置上的工具位于机械臂的长度方向的轴线上，能够解决有损于机械臂的动作的正确性的问题。

另外，根据所述结构，由于配置在外壳部件上的冲击传感器抵接于保持部件，所以通过工具接触于外部的部件，并使保持工具的保持部件移动向基端侧时，通过利用冲击传感器检测出保持部件的移动，就能够检测出工具接触于外部的部件这一情况。

另外，由于可动部件的突出面按压卡合滚珠部件，使得工具的被卡合部和卡合滚珠部件卡合，所以即使电力供给停止也能够将工具保持在保持部件上，而且，也不会产生工具的安装位置错位的问题。另外，在卸下工具时，由于仅通过克服第二弹簧的施力并利用流体对可动部件进行加压，卡合滚珠部件向保持部件的外侧移动，成为可以卸下工具的状态，所以容易对工具进行装拆。

为了解决所述课题，本第二发明的工具更换装置，在其前端侧形成有插入工具用的工具安装孔，基端侧安装于机械臂的前端部，其中，所述工具更换装置具有外壳部件、保持部件以及可动部件，所述外壳部件大致呈圆筒状，并在前端侧和基端侧形成有向外径方向延伸的第一延伸部和第二延伸部，所述保持部件大致呈圆筒状并位于所述外壳部件的前端侧，并且形成有第三延伸部、第四延伸部和第五延伸部，所述第三延伸部的基端侧朝向内径侧延伸且位于所述外壳部件的所述第一延伸部和所述第二延伸部之间，所述第四延伸部的前端侧朝向内径侧延伸，所述第五延伸部在所述第三延伸部和第四延伸部之间向内径侧延伸，所述可动部件位于所述保持部件的内侧，并且形成有在前端侧和基端侧之间朝向外径侧延伸且位于所述第四延伸部和所述第五延伸部之间的第六延伸部，所述外壳部件通过第一弹性体将所述保持部件支承在所述第二延伸部和所述第三延伸部之间，并使所述保持部件在所述外壳部件的圆筒的轴向上移动自如，同时所述外壳部件还具有冲击传感器，该冲击传感器配置于所述第二延伸部的前端侧端面，并且通过抵接于在圆筒的轴向上移动的所述保持部件的所述第三延伸部的基端侧端面，来检测所述保持部件的移动，所述保持部件通过第二弹性体将所述可动部件支承在所述第五延伸部和所述第六延伸部之间，并使所述可动部件在所述保持部件的所述圆筒的轴向上移动自如，同时在所述第四延伸部的基端侧端面上形成有流体供给孔，通过该流体供给孔向所述第六延伸部的前端侧端面供应流体，使所述可动部件向所述第二弹性体的施力方向的相反方向移动，所述保持部件上形成有从所述第五延伸部的内径侧端面向前端侧延伸的第七延伸部，而且，在所述第七延伸部上形成有突出孔，通过该突出孔，被保持在所述保持部件与所述可动部件之间的卡合滚珠可自如地朝着所述保持部件的内圆周面侧突出，所述可动部件具有推出面，在被所述第二弹性体推压的所述第六延伸部的前端侧端面与所述第四延伸部的基端侧端面抵接时，所述推出面抵接于与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面，使所述卡合滚珠从所述突出孔向所述保持部件的内圆周面侧突出，同时在利用从所述流体供给孔供应的流体克服所述第二弹性体的施力来按压所述第六延伸部，使得所述可动部件向所述基端侧移动时，与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面上形成有槽部，所述卡合滚珠从所述突出孔向所述可动部件的内圆周面侧移动而被收容在所述槽部中。

根据所述结构，通过将焊枪等工具插入到位于外壳部件的前端侧的保持部件中，且使工具的被卡合部和向保持部件内突出的卡合滚珠卡合，从而能够将工具保持在工具更换装置上。

因此，保持在工具更换装置上的工具位于机械臂的长度方向的轴线上，能够解决有损于机械臂的动作的正确性的问题。

另外，根据所述结构，由于在外壳部件和保持部件之间配置有冲击传感器，所以通过工具接触于外部的部件，而使保持工具的保持部件移动向基端侧时，通过冲击传感器检测出保持部件的移动，从而能够检测出工具接触于外部的部件这一情况。

另外，由于可动部件的突出面按压卡合滚珠部件，使得工具的被卡合部和卡合滚珠部件卡合，所以即使电力供给停止，也能够保持工具，而且也不会产生工具的安装位置错位的问题。另外，在取下工具时，由于仅通过克服第二弹簧的施力而利用流体对可动部件进行加压，由此卡合滚珠部件向保持部件外侧移动，变成可以卸下工具的状态，所以容易对工具进行装拆。

在上述第一发明和第二发明的工具更换装置中，所述第一弹性体和所述第二弹性体是弹簧，该弹簧可以沿所述外壳部件的圆周方向以规定间隔配置。

在所述结构的工具更换装置中，利用基于弹簧这样的机械力而产生的作用力，能够卡合工具。

根据本发明的工具更换装置，能够检测出工具的碰撞等，即使电力供给停止，也能够保持工具，而且容易对工具进行装拆，也能够提高使工具移动的机械臂的动作的正确性。

附图说明

图1是表示具有实施方式的工具更换装置的工业用机器人装置的整体的侧视图；

图2是表示实施方式的工具更换装置的整体的立体图；

图3是将图2所示的工具更换装置沿A-A线切开的剖面图；

图4是将图3所示的工具更换装置的框B的局部放大后的剖面放大图；

图5是表示相对于工具更换装置插入焊枪的方法的立体图；

图6是表示焊枪的被保持部件和保持部件之间的卡合过程的放大剖面图；

图7是表示保持部件恢复到原来的位置的过程的图；

图8是表示变形例的工具更换装置的剖面的剖面图。

图中：

1-工具更换装置；2-机械臂；3-焊枪；4-电缆；5-槽部；6-被卡止部；7-被保持部件；10-外壳部件；11-安装孔；12a-第一延伸部；12b-第二延伸部；12c-第三延伸部；13a-可动部件收容孔；13b-保持部件收容孔；14-第一弹簧深孔；15a-位置修正滚珠；15b-滚珠保持部件；16-冲击传感器收容空间；17-第二弹簧深孔；18-引导面；19-凸缘；20-保持部件；21-保持部；22-第四延伸部；23-突出孔；24-突起部；25-第一弹簧浅孔；26-第一弹簧；27-位置修正槽；28-滑动面；29-卡合滚珠；30-可动部件；31-第五延伸部；32-第二弹簧浅孔；33-加压室；34-槽部；35-推出面；36-制止面；39-第二弹簧；40-冲击传感器；51-加压空气供给孔；52-O形环；100-工业用机器人装置；101-工具更换装置；110-外壳部件；111-第一延伸部；112-第二延伸部；120-保持部件；121-第三延伸部；122-第四延伸部；123-第五延伸部；124-第七延伸部；126-第一弹簧；129-卡合滚珠；130-可动部件；131-第六延伸部；134-槽部；135-推出面；136-制止面；139-第二弹簧；151-加压空气供给孔；

具体实施方式

接下来，参照图1～图7对本发明的一个实施方式的工具更换装置进行说明。并且，图1是表示保持了焊枪的工业用机器人装置的侧视图。图2是表示工具更换装置的立体图。图3是表示将图2所示的工具更换装置沿A-A线切开的剖面图。图4是表示扩大图3所示的工具更换装置的框B的局部后的剖面放大图。图5是表示相对于工具更换装置插入焊枪的方法的立体图。图6是表示焊枪和工具更换装置卡合的过程的放大剖面图。图7是表示保持部件回到原来位置的过程的图。

工业用机器人装置100如图1所示，在能够在六轴方向自由移动的机械臂2的前端部设有工具更换装置1，通过该工具更换装置1来保持焊枪3。

机械臂2通过各臂的关节部位分别如图1所示的箭头方向转动，可以使通过工具更换装置1而保持于前端部的焊枪3向三次元空间的规定位置移动。

另外，机械臂2的内部以中空的方式形成，并且其中插入焊线或电缆4。

保持于工具更换装置1的焊枪3是对加工的对象物进行电弧焊等的工具。供应给该焊枪3的电力、屏蔽气体、冷却水以及焊线通过插入在机械臂2内的电缆4供应。

接下来，参照图2～图4对工具更换装置1进行说明。

工具更换装置1如图2所示，包括：基端侧安装于机械臂2的前端侧、并从前端侧到基端侧形成有安装孔11的圆筒状的外壳部件10；位于该外壳部件10内部的圆筒状的保持部件20；以及位于外壳部件10和保持部件20之间的可动部件30。

另外，在保持部件20和可动部件30之间以向保持部件20的内圆周面侧自由突出的方式保持有卡合滚珠29，通过该卡合滚珠29向保持部件20的内圆周面侧突出且与插入在保持部件20中的焊枪3的被卡合部卡合，从而构成将焊枪3保持于保持部件20的结构。

另外，在外壳部件10上设有用来检测保持部件20的移动的冲击传感器40(参照图3)。而且，外壳部件10通过后述的第一弹簧26支承保持部件20并使保持部件20在圆筒方向上移动自如，通过第二弹簧39支承可动部件30并使其在圆筒方向上移动自如。

外壳部件10如图3所示，大致为圆筒状，且从前端侧到基端侧形成有可以插入工具的安装孔11，并沿圆周方向形成有朝向内径侧延伸出的第一延伸部12a、第二延伸部12b以及第三延伸部12c。另外，在外壳部件10的基端部上形成有安装于机械臂2的前端部上的凸缘19。

第一延伸部12a如图4所示，是在外壳部件10的前端侧，外壳部件10的内圆周面朝向内径侧延伸的部位，该第一延伸部12a的内径形成为与后述的可动部件30的前端侧的外径大致相同的直径。

另外，在第一延伸部12a的基端侧端面上形成有后述的加压空气供给孔51。该加压空气供给孔51可以是在圆周方向上连续形成的结构，或者也可以是在圆周方向上隔开规定间隔而形成的结构。

第二延伸部12b是在外壳部件10的基端侧中外壳部件10的内圆周面朝向内径侧延伸出的部位，且在圆周方向上连续而形成。另外，该第二延伸部12b的内径形成得小于保持部件20的内径。

另外，在第二延伸部12b的前端侧端面上，呈环状地形成有多个朝向基端侧形成的作为槽的第一弹簧深孔14，所述多个第一弹簧深孔14以圆筒轴作为中心并在圆周方向上隔开规定的间隔。而且，第一弹簧26的一端侧固定于第一弹簧深孔14。并且，实施方式的第一弹簧26虽然使用螺旋弹簧，但是也可以是板弹簧。

第三延伸部12c是在外壳部件10的前端侧和基端侧之间，外壳部件10的内圆周面朝向内径侧在圆周方向上连续延伸出的部位，该第三延伸部12c的内径形成得大于后述的保持部件20的保持部21的外径。

另外，在第三延伸部12c的前端侧端面上，以圆筒轴为中心里环状地形成有多个朝向基端侧形成的作为槽的第二弹簧深孔17。并且，多个第二弹簧39的一端侧被固定于第二弹簧深孔17。而且，实施方式的第二弹簧39虽然使用螺旋弹簧，但是也可以是使用板弹簧。

另外，在第三延伸部12c的基端侧端面上，如图3所示，沿圆周方向形成有槽。而且，在形成于圆周方向上的槽中隔开规定间隔配置有位置修正滚珠15a，并使位置修正滚珠15a在其球面向基端侧突出的状态下被保持于滚珠保持部件15b。而且，位置修正滚珠15a的球面形成为比第三延伸部12c的基端侧端面更向基端侧突出。

另外，在第三延伸部12c的基端侧端面上，如图4所示，形成有用来收容后述的冲击传感器40的冲击传感器收容空间16。另外，在圆周方向上以相等间隔形成有四个冲击传感器收容空间16，在每个冲击传感器收容空间16中固定冲击传感器40。另外，冲击传感器40是一种通过将其前端部抵接于对象物而检测对象物的位移的公知传感器。

在第一延伸部12a和第三延伸部12c之间沿圆周方向形成有作为槽的可动部件收容孔13a，可动部件收容孔13a是通过外壳部件1 0的内圆周面朝向外径方向而形成的。该可动部件收容孔13a形成为具有与形成于后述的可动部件30上的第五延伸部31的外径大致相同的直径。

在第二延伸部12b和第三延伸部12c之间，朝向外径方向且沿圆周方向形成有保持部件收容孔13b。该保持部件收容孔13b的基端侧的直径形成得大于后述的保持部件20的第四延伸部22的外径。

另外，保持部件收容孔13b的前端侧形成有引导面18，该引导面18形成为相对于外壳部件10的第三延伸部12c倾斜。

接下来，对可动部件30进行说明。

可动部件30如图4所示，是插入到外壳部件10的前端侧中的圆筒状的部件，其内径形成得大于焊枪3的被保持部件的外径，这样能够插入保持的焊枪3。

在可动部件30上，沿圆周方向形成有被收容于可动部件收容孔13a的第五延伸部31。而且，外壳部件10的可动部件收容孔13a的圆筒的轴向的长度形成得比第五延伸部31的圆筒的轴向的长度长。另外，形成于第三延伸部12c前端侧的槽的圆筒的轴向的长度形成为第五延伸部31的基端侧端面能够与第三延伸部的前端侧端面抵接的程度的长度。因此，可动部件30在能够在外壳部件10的圆筒轴方向上滑动的状态下被支承于外壳部件10。

另外，在可动部件30的第五延伸部31上，沿圆周方向且以规定的间隔形成有第二弹簧浅孔32，在第二弹簧浅孔32固定第二弹簧39的一端，而该第二弹簧39的另一端固定于一端侧形成在第三延伸部12c的前端侧端面上的第二弹簧深孔17中。并且，第二弹簧39施加第五延伸部31的前端侧端面通常抵接于外壳部件10的第一延伸部12a的前端侧端面的程度的作用力，始终向前端侧推压可动部件30。

另外，可动部件30的内圆周面基端侧从基端侧朝向前端侧形成槽。该槽的圆筒的轴向的长度是通过供给加压空气使可动部件30向基端侧移动，从而使得第五延伸部31的基端侧端面和第三延伸部12c的前端侧端面能够抵接的程度的长度。

另外，在可动部件30上，加压室33形成于第五延伸部31的前端侧端面。该加压室33形成于加压空气供给孔51和第五延伸部的前端侧端面相面对的之间的空间，其中该加压空气供给孔51形成于第一延伸部12a的基端侧端面。

因此，由于形成有加压室33，所以如果供应给加压空气供给孔51的加压空气流入加压室33，则第五延伸部31向基端侧移动。即，可动部件30克服第二弹簧39的作用力而向基端侧移动。

而且，如果可动部件30抵抗第二弹簧39的作用力而向基端侧移动，则后述的卡合滚珠29不与制止面36抵接而被收纳于槽部34。

并且，供应的加压空气只要是被第二弹簧39推压向前端侧的可动部件30能够向基端侧移动的程度的加压空气即可。另外，为了不使送入加压室33的加压空气泄露，在外壳部件10和可动部件30之间安装有O形环52。

另外，在可动部件30的内圆周面按照从前端侧朝向基端侧的顺序顺次形成有槽部34、推出面35、制止面36。

槽部34是从可动部件30的内圆周面朝向外径且沿圆周方向形成的槽。制止面36是比槽部34的外径部分更靠向内侧的平面。另外，推出面35是位于槽部34和制止面36之间的倾斜面。而且，槽部34是用于收纳后述的卡合滚珠29、且不使卡合滚珠29从突出孔23突出的槽。另外，推出面35是用于使位于槽部34的卡合滚珠29向突出孔23移动并使卡合滚珠29的一部分从突出孔23突出的斜面。并且，制止面36是用于将卡合滚珠29的一部分维持为从突出孔23突出的状态的平面。

接下来，对保持部件20进行说明。

保持部件20如图4所示，具有：大致圆筒状的保持部21；第四延伸部22，该第四延伸部收容于保持部件收容孔13b中并沿圆周方向形成；以及突出孔23，该突出孔23是后述的卡合滚珠29在保持部件20的内圆周面侧突出自如的孔。

外壳部件10的保持部件收容孔13b的直径形成得大于第四延伸部22的外径，同时外壳部件10的第三延伸部12c的内径形成得大于保持部21的外径，保持部件20被支承在外壳部件10内。另外，由于外壳部件10的内径比保持部件20的外径大，所以保持部件20在外壳部件10内能够向外径方向(与圆筒的轴向正交的方向)移动。

保持部21大致呈圆筒状，其内径形成得与工具的被保持部件的外径大致相同，使得工具能够插入其内侧。

另外，保持部21的外径小于位于保持部21的外圆周面侧的第三延伸部12c、可动部件30的制止面36的内径，而且，形成为第四延伸部22的后述的滑动面28与形成在保持部件收容孔13b上的引导面18相抵接的状态。

另外，在第四延伸部22的基端侧端面上形成有第一弹簧浅孔25。第一弹簧26的一端侧固定于外壳部件10的第二延伸部12b的第一弹簧深孔14，而第一弹簧26的另一端侧通过用来固定该第一弹簧26的工程塑料被固定于上述第一弹簧浅孔25。

并且，第一弹簧26施加使第四延伸部22的前端侧端面始终抵接于外壳部件10的第三延伸部12c的前端侧端面上的程度的作用力。

由此，保持部件20被设置于外壳部件10内的多个第一弹簧26始终沿圆筒方向被推压向前端侧方向，而且，形成第四延伸部22的前端侧端面抵接于外壳部件10的第三延伸部12c的基端侧端面的状态。

另外，在保持部件20向基端侧移动之后，在第一弹簧26的作用力的作用下，在向前端侧恢复之际，在保持部件20在圆筒轴的径向上错位的情况下，由于第四延伸部22的滑动面28沿外壳部件10的引导面18移动向前端侧，所以能够修正保持部件20的圆筒轴的径向的错位。

另外，由于在被第一弹簧26推向前端侧的第四延伸部22的前端面侧形成有位置修正槽27，所以通过该位置修正槽27和从外壳部件10的第三延伸部12c的基端侧端面突出配置的位置修正滚珠15a卡合，修正保持部件20的圆筒轴的圆周方向的错位。

在这里，收容于外壳部件10内的冲击传感器收容空间16中的冲击传感器40被安装成：冲击传感器40的前端部抵接于第四延伸部22的前端侧端面。因此，在保持部件20所保持的焊枪3与外部的部件接触、且保持部件20移动向基端侧的情况下，冲击传感器40的前端部检测出保持部件20的移动。

另外，在第四延伸部22的前端侧端面上形成有作为斜面的滑动面28，滑动面28与外壳部件10的引导面18抵接。

保持部21的突出孔23如图4所示，以沿圆周方向隔开规定间隔的方式形成。另外，突出孔23的上下方向的位置形成为如下的位置：在第四延伸部22的前端侧端面抵接于外壳部件10的第三延伸部12c的基端侧端面，且可动部件30的第五延伸部31的前端侧端面抵接于外壳部件10的第一延伸部12a的基端侧端面的状态下(以下称为“通常状态”)，与可动部件30的制止面36相对置的位置。

另外，突出孔23以随着从保持部21的内圆周面侧朝向外圆周面侧直径扩大的方式贯通该孔，内圆周面侧的孔的直径比插入该突出孔23的卡合滚珠29的直径小，外圆周侧的孔的直径比卡合滚珠29的直径大。

卡合滚珠29配置于突出孔23和可动部件30的槽部34、推出面35、制止面36之间。另外，卡合滚珠29的直径在与位于保持部21的外圆周面侧的制止面36抵接的状态下嵌入突出孔23，且形成为向保持部21的内圆周面侧突出的直径。而且，作为卡合滚珠29的材料，列举了钢材等硬质部件的例子，但是其并不限于此。

由此，在通常状态(没有供给空气的状态)下，插入到保持部21内的焊枪3的被卡合部和向保持部2 1的内圆周面侧突出的卡合滚珠29能够卡合。

另外，卡合滚珠29由于与可动部件30的制止面36抵接，所以其不会向保持部2 1的外径方向移动，可以维持卡合滚珠29和焊枪3的被卡合部之间的卡合状态。

并且，在焊枪3没有插入到保持部21内的状态下，由于突出孔23的内圆周侧的孔的直径比卡合滚珠29的直径小，所以卡合滚珠29不会脱落到保持部21的内圆周面侧。

另外，在向可动部件30的加压室33供应加压空气、且可动部件30克服第二弹簧39而向基端侧移动的情况下，由于可动部件30的槽部34位于形成于保持部21上的突出孔23的外圆周面侧，所以被支承于突出孔23内的卡合滚珠29可以向槽部34移动。另外，槽部34由于是以卡合滚珠29从保持部件20的突出孔23向保持部件20的内圆周面侧突出的部分朝向外径方向形成的槽，所以在槽部34内移动的卡合滚珠29也不会向保持部件20的内圆周面侧突出。

接下来，对将焊枪3安装在具有实施方式的工具更换装置1的工业用机器人装置100上的顺序进行说明。

工具更换装置1具有两种类型，一种是从工具更换装置1的前端侧的安装孔11侧插入安装作为工具的焊枪3的类型，另一种是从在工具更换装置1的基端侧的机械臂2上形成的安装用的孔来收容焊枪3，并从工具更换装置1的基端侧朝向前端侧安装的类型。

焊枪3如图5所示，具有：被保持部件7，该被保持部件7被保持于工具更换装置1且大致呈圆筒状；槽部5，该槽部5从被保持部件7的外周基端侧朝向前端侧形成；被卡止部6，该被卡止部6是在被保持部件7的外圆周面的圆周方向上形成的槽；以及电缆4，该电缆4从被保持部件7的基端侧端面被布线到电缆馈送装置。

在是从工具更换装置1的基端侧朝向前端侧安装焊枪3的类型的情况下，如图5所示，将焊枪3的前端侧朝向形成于机械臂2内的孔来插入焊枪3。此时，以能够与形成于工具更换装置1的内圆周面侧上的突出部24卡合的方式插入焊枪3的槽部5。

另外，在是从工具更换装置1的前端侧的安装孔11侧插入并安装焊枪3的类型的情况下，焊枪3在将电缆4暂时从馈送装置上卸下的状态下，朝向工具更换装置1的安装孔11插入焊枪3的基端侧。此时，使电缆4插入机械臂2内，并连接于馈送装置。

接下来，利用图6对焊枪3的被保持部件7和工具更换装置1的保持部件20卡合的过程进行说明。在这里，图6所示的图是图3所示的工具更换装置1的剖面图的框C所包围的部位的放大图。

如图6(a)所示，在没有向加压室33供应加压空气的状态下，由于卡合滚珠29向保持部件20的内圆周面侧突出，所以，焊枪3的被保持部件7与卡合滚珠29发生干涉，从而不能将焊枪3插入到保持部件20的内部。

因此，如图6(b)所示，当插入焊枪3时，如果将加压空气送入加压空气供给孔51、且向加压室33供应加压空气，则可动部件30的第五延伸部3 1被加压空气压向基端侧，可动部件30抵抗第二弹簧39而向基端侧移动。

而且，通过插入保持部件20内的焊枪3的被保持部件7，卡合滚珠29被推出向保持部件20的外侧而开始向槽部34内移动。进而当焊枪3的被保持部件7移动向基端侧时，由于卡合滚珠29进入槽部34内，变成没有从保持部件20的内圆周面突出的状态，所以不妨碍被保持部件7的插入。

接下来，如图6(c)所示，在焊枪3的被保持部件7被插入到保持部件20内的状态下，当停止加压空气的供给时，由于第二弹簧39对可动部件30向前端侧施力，所以卡合滚珠29被推出面35推出向保持部件20的内圆周面侧。

而且，如图6(d)所示，被推出面35推出的卡合滚珠29通过突出并卡合到形成于焊枪3的被保持部件7上的被卡止部6内，从而将焊枪3保持在保持部件20上。另外，在卡合滚珠29卡合的状态下，卡合滚珠29与制止面36抵接，不能向保持部件20的外周方向移动。

通过以上的过程，焊枪3的被保持部件7被保持在保持部件20内，焊枪3被安装在工具更换装置1上。

接下来，对于焊枪3与加工对象物等外部的部件接触的状态进行说明。保持焊枪3的保持部件20通过接触时的碰撞而移动向基端侧。

此时，如图7(a)所示，移动向基端侧的保持部件20被第一弹簧26推压向前端侧。

另外，保持部件20有时不仅在轴向上移动，也存在在径向上移动的情况。图7(b)所示的图是保持部件20在径向上错位的情况的图。在这种情况下，保持部件20的滑动面28与外壳部件10的引导面18抵接。而且，被第一弹簧26推压的保持部件20一边沿引导面18修正径向的错位，一边移动向前端侧。

另外，即使沿引导面18回到原来的位置，如图7(c)所示，保持部件20也有可能在圆周方向上错位。

在这种情况下，形成于保持部件20上的位置修正槽27的前端侧与外壳部件10的位置修正滚珠15a抵接。而且，位置修正槽27的前端侧在作为球状的位置修正滚珠15a的表面上滑动，位置修正滚珠15a的球面被收容在位置修正槽27内。由此，如图7(d)所示，保持部件20能够修正圆周方向的错位并恢复到原来的位置。

另外，如图4所示，冲击传感器40的前端部由于在其抵接于保持部件20的第四延伸部22上的状态下被安装，所以在焊枪3接触的情况下，检测出保持部件20向基端侧移动的情况。因此，冲击传感器40能够判断出焊枪3与其他的部件在进行不必要的接触。因此，机械臂2能够根据冲击传感器40的信号而停止动作。另外，由于在外壳部件10内的圆周方向上以相等间隔安装有四个冲击传感器40，所以通过利用四个冲击传感器40检测出保持部件20在哪个方向上移动多大程度，从而不但能够检测出在外壳部件10内的保持部件20朝向基端侧的移动，也能够检测出保持部件20向径向和圆周方向的移动。

另外，如图6(d)所示，由于卡合滚珠29与可动部件30的制止面36抵接而不能在径向上移动，所以在焊接作业中，即使在因停电等而停止供电的情况下，焊枪3也不会从工具更换装置1上脱落。

如上所述，根据实施方式的工具更换装置，由于能够将焊枪等工具保持在工具更换装置内，所以能够解决位于机械臂的长度方向的轴上而有损于机械臂的动作的正确性的问题。另外，由于被保持于保持部件的工具除非供应加压空气否则就不能脱落，所以即使停止电力的供给，工具也不能从工具更换装置1上取下来。

另外，作为本发明的变形例，如图8所示，其例示了工具更换装置101。工具更换装置101和工具更换装置1的不同点在于：在所述工具更换装置1中，保持部件20被配置于外壳部件10的内侧，而在图8所示的变形例中，保持部件120配置于外壳部件110的外侧，在该保持部件120的内侧安装可动部件130，同时形成有加压空气供给孔151。

外壳部件110呈圆筒状，在其圆筒状的外圆周面的前端侧和基端侧上形成有朝外径方向延伸出的第一延伸部111和第二延伸部112。

而且，在保持部件120的基端侧形成朝内径侧延伸出的第三延伸部121，该第三延伸部121位于在外壳部件110的外圆周面侧形成的第一延伸部111和第二延伸部112之间。

另外，在保持部件120的前端侧形成有朝内径侧延伸出的第四延伸部122，在该第四延伸部122和形成于基端侧的第三延伸部121之间形成有朝内径侧延伸出的第五延伸部123。

在可动部件130上形成有向外径方向延伸出的第六延伸部131，且该第六延伸部131位于保持部件120的第四延伸部122和第五延伸部123之间。

在外壳部件110的第二延伸部112的前端侧端面和保持部件120的第三延伸部121的基端侧端面之间配置有第一弹簧126。第一弹簧126容易动作，也容易使工具更换装置101碰撞到物体之后直到停止的惰性的力分散。

而且，在保持部件120的第五延伸部123的前端侧端面和可动部件130的第六延伸部13 1的基端侧端面之间配设有第二弹簧139，可动部件130以在圆筒的轴向上自由移动的方式被支承在保持部件120的内侧。另外，在保持部件120的第四延伸部122的基端侧端面上形成有加压空气供给孔151。

另外，在保持部件120的第五延伸部123的内径侧端面上形成向前端侧延伸出的第七延伸部124，与焊枪3的被卡合部卡合的卡合滚珠129被支承在第七延伸部124上。另外，可动部件130在其内圆周面侧形成有：槽部134，该槽部134收纳卡合滚珠129；推出面135，该推出面用来使卡合滚珠129向保持部件120的内圆周面侧突出；制止面136，该制止面用来维持卡合滚珠129向保持部件120的内圆周面侧突出的状态。

另外，虽然没有图示，但是冲击传感器被配置在外壳部件110的第二延伸部112的前端侧端面和保持部件120之间。由此，如果未图示的冲击传感器检测到保持部件120的移动，则能够判断出保持部件120所保持的焊枪3已经接触。

Claims (4)

1.一种工具更换装置，在其前端侧形成有插入工具用的工具安装孔，基端侧安装于机械臂的前端部，其中，

所述工具更换装置具有外壳部件、保持部件以及可动部件，

所述外壳部件大致呈圆筒状，且在前端侧、基端侧以及前端侧和基端侧之间形成有朝向内径侧延伸的第一延伸部、第二延伸部以及第三延伸部，

所述保持部件大致呈圆筒状并位于所述外壳部件的内侧，并且形成有第四延伸部，所述第四延伸部朝向所述第二延伸部和所述第三延伸部之间的所述外壳部件的内圆周面延伸，

所述可动部件大致呈圆筒状并位于所述保持部件的前端侧，其被支承于所述保持部件和所述外壳部件之间，并且形成有第五延伸部，所述第五延伸部朝向所述第一延伸部和所述第三延伸部之间的所述外壳部件的内圆周面延伸，

所述外壳部件通过第一弹性体将所述保持部件支承在所述第二延伸部和所述第四延伸部之间，并使所述保持部件在所述外壳部件的圆筒的轴向上移动自如，同时通过第二弹性体将所述可动部件支承在所述第三延伸部和所述第五延伸部之间，并使所述可动部件在所述外壳部件的所述圆筒的轴向上移动自如，

在所述第三延伸部的基端侧端面具有抵接于所述第四延伸部而检测所述保持部件的移动的冲击传感器，

在所述第一延伸部的基端侧端面形成有流体供给孔，通过该流体供给孔向所述第五延伸部的前端侧端面供应流体，而使所述可动部件向第二弹性体的施力方向的相反方向移动，

所述保持部件上形成有突出孔，通过该突出孔，被保持在所述保持部件与所述可动部件之间的卡合滚珠可自如地朝着所述保持部件的内圆周面侧突出，

所述可动部件具有推出面，在被所述第二弹性体推压的所述第五延伸部的前端侧端面与所述第一延伸部的基端侧端面抵接时，所述推出面通过抵接于与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面，而使所述卡合滚珠从所述突出孔向所述保持部件的内圆周面侧突出，

同时，在利用从所述流体供给孔供应的流体克服所述第二弹性体的施力来按压所述第五延伸部，使得所述可动部件向所述基端侧移动时，与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面上形成有槽部，所述卡合滚珠从所述突出孔向所述可动部件的内圆周面侧移动而被收容在所述槽部中。

2.一种工具更换装置，在其前端侧形成有插入工具用的工具安装孔，基端侧安装于机械臂的前端部，其中，

所述工具更换装置具有外壳部件、保持部件以及可动部件，

所述外壳部件大致呈圆筒状，并在前端侧和基端侧形成有向外径方向延伸的第一延伸部和第二延伸部，

所述保持部件大致呈圆筒状并位于所述外壳部件的前端侧，并且形成有第三延伸部、第四延伸部和第五延伸部，所述第三延伸部的基端侧朝向内径侧延伸且位于所述外壳部件的所述第一延伸部和所述第二延伸部之间，所述第四延伸部的前端侧朝向内径侧延伸，所述第五延伸部在所述第三延伸部和第四延伸部之间向内径侧延伸，

所述可动部件位于所述保持部件的内侧，并且形成有在前端侧和基端侧之间朝向外径侧延伸且位于所述第四延伸部和所述第五延伸部之间的第六延伸部，

所述外壳部件通过第一弹性体将所述保持部件支承在所述第二延伸部和所述第三延伸部之间，并使所述保持部件在所述外壳部件的圆筒的轴向上移动自如，

同时所述外壳部件还具有冲击传感器，该冲击传感器配置于所述第二延伸部的前端侧端面，并且通过抵接于在圆筒的轴向上移动的所述保持部件的所述第三延伸部的基端侧端面，来检测所述保持部件的移动，

所述保持部件通过第二弹性体将所述可动部件支承在所述第五延伸部和所述第六延伸部之间，并使所述可动部件在所述保持部件的所述圆筒的轴向上移动自如，

同时在所述第四延伸部的基端侧端面上形成有流体供给孔，通过该流体供给孔向所述第六延伸部的前端侧端面供应流体，使所述可动部件向所述第二弹性体的施力方向的相反方向移动，

所述保持部件上形成有从所述第五延伸部的内径侧端面向前端侧延伸的第七延伸部，而且，在所述第七延伸部上形成有突出孔，通过该突出孔，被保持在所述第七延伸部与所述可动部件之间的卡合滚珠可自如地朝着所述保持部件的内圆周面侧突出，

所述可动部件具有推出面，在被所述第二弹性体推压的所述第六延伸部的前端侧端面与所述第四延伸部的基端侧端面抵接时，所述推出面抵接于与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面，使所述卡合滚珠从所述突出孔向所述保持部件的内圆周面侧突出，

同时在利用从所述流体供给孔供应的流体克服所述第二弹性体的施力来按压所述第六延伸部，使得所述可动部件向所述基端侧移动时，与所述卡合滚珠相对置的所述可动部件的内圆周面上形成有槽部，所述卡合滚珠从所述突出孔向所述可动部件的内圆周面侧移动而被收容在所述槽部中。

3.如权利要求1所述的工具更换装置，其特征在于，

所述第一弹性体和所述第二弹性体是弹簧，且沿所述外壳部件的圆周方向以规定间隔配置所述弹簧。

4.如权利要求2所述的工具更换装置，其特征在于，

所述第一弹性体和所述第二弹性体是弹簧，且沿所述外壳部件的圆周方向以规定间隔配置所述弹簧。

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