CN117642258A - 工具更换装置 - Google Patents

Abstract

提供一种结构简单的工具更换装置。工具更换装置(10a)具有：装置主体(20)，形成有用于收纳电动机(36)的电机收纳室(35)；圆筒部件(31)，设置于装置主体(20)，并且安装有与设置于工具单元(11)的卡合环(15)卡合的多个滚珠(41)；凸轮部件(42)，安装于圆筒部件(31)的内部，由配置于电机收纳室(35)的电动机(36)旋转驱动；以及滚珠驱动面，设置于凸轮部件(42)，并具备使滚珠(41)与卡合环卡合的锁定面、以及使滚珠(41)从卡合环(15)释放的释放面。

Description

工具更换装置

技术领域

本发明涉及一种供工具单元拆装自如地安装的工具更换装置。

背景技术

为了操作机械臂来进行工件的加工等操作，在作为移动装置的机械臂安装工具更换装置，工具单元拆装自如地安装于工具更换装置。在工具单元设置有对工件进行加工或搬运工件、夹具的工具、手等操作设备。根据针对工件、夹具的操作的种类而操作设备不同的多个工具单元配置于支承台，根据操作而将某一个工具单元安装于工具更换装置。

专利文献1公开了具有安装于机械臂的主板和供工具等安装的工具板的机械臂用的联接装置，在主板设置有使工具板相对于主板拆装的拆装机构。拆装机构具有插入到工具板的滚珠阻挡部的插入孔部的插入部，在插入部设置有与插入孔部的内周面卡合的滚珠。在主板设置有使滚珠与插入孔部卡合的活塞部件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-117868号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在像这样通过活塞部件使滚珠卡合于插入孔部的联接装置中，需要将用于对活塞部件供给压缩空气的压缩空气供给源设置于工业用机器人的臂等移动装置。在气动手指等气动设备搭载于工具板的情况下，用于向气动设备供给压缩空气的空气压力供给源设置于移动装置，因此能够从该空气压力供给源对活塞部件供给压缩空气。

然而，在工具板未搭载气动设备的情况下，为了驱动活塞部件，需要在移动装置设置压缩空气供给源。而且，需要在主板设置空气供给用的软管，需要在主板设置它们的空间。因此，作为工具更换装置的联接装置以及主板的结构变得复杂，难以进行工具更换装置的小型化。

本发明的目的在于提供一种结构简单的工具更换装置。

用于解决技术问题的方案

本发明的工具更换装置是供工具单元拆装自如地安装的工具更换装置，具有：装置主体，形成有用于收纳电动机的电机收纳室；圆筒部件，设置于所述装置主体，并且安装有与设置于所述工具单元的卡合环卡合的多个滚珠；凸轮部件，安装于所述圆筒部件的内部，由配置于所述电机收纳室的电动机旋转驱动；以及滚珠驱动面，设置于所述凸轮部件，并具备使所述滚珠与所述卡合环卡合的锁定面、以及使所述滚珠从所述卡合环释放的释放面。

发明的效果

工具更换装置具有用于收纳电动机的装置主体、以及安装有与工具单元的卡合环卡合的滚珠的圆筒部件，安装于圆筒部件的凸轮部件具有使滚珠与卡合环卡合的锁定面和使滚珠从卡合环释放的释放面，并通过电动机来对凸轮部件进行旋转驱动，因此，能够通过结构简单的工具更换装置来拆装自如地安装工具单元。

附图说明

图1是示出作为一个实施方式的工具更换装置的剖视图。

图2是示出从工具更换装置拆下工具单元后的状态的剖视图。

图3是图1的分解图。

图4是图1的A-A线处的圆筒部件的剖视图，(A)示出滚珠的锁定状态，(B)示出滚珠的释放状态。

图5是示出安装有作为操作设备的电动手的工具单元和安装于机械臂的作为另一实施方式的工具更换装置的外观的主视图。

图6是图5所示的工具更换装置的剖视图。

图7是示出作为另一实施方式的工具更换装置的俯视剖视图。

图8是图7中的B-B线剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明本发明的实施方式。如图1～图3所示，工具单元11拆装自如地安装于工具更换装置10a。工具单元11具备环状的工具块12和安装于工具块12的前表面的环状的紧固块13，工具块12的背面是抵接面14。卡合环15一体地设置于工具块12，卡合环15具有形成于沿着中心轴O1的方向的中央部的小径的贯通孔16，相对于贯通孔16，在工具块12的背面侧设置有滚珠引导面17，在前表面侧设置有滚珠卡合面18。滚珠引导面17以从工具块12的背面朝向贯通孔16而半径变小的方式倾斜，滚珠卡合面18以从贯通孔16朝向工具块12的前表面而半径变大的方式倾斜。

在工具单元11的紧固块13安装有电动手、电动螺丝刀等操作设备。并且，该操作设备经由连接器与控制器连接，由控制器驱动。为了使用安装于工具单元11的操作设备并通过作为移动装置的机械臂来进行工件的加工、搬运等，将工具更换装置10a安装于未图示的机械臂。工具更换装置10a也被称为主单元、主板。

工具更换装置10a具有装置主体20。装置主体20具备电机壳体21和安装于该电机壳体21的前端的端板22。电机壳体21具备：后端侧的基部盘21a，安装于机械臂；前端侧的安装环21b，供工具单元11拆装自如地安装；以及中央筒体21c，设置于基部盘21a与安装环21b之间。中央筒体21c的外径比基部盘21a及安装环21b的外径小，在中央筒体21c的径向外侧且基部盘21a与安装环21b之间，形成有由凹部构成的操作空间19。端板22安装于安装环21b，由安装环21b和端板22构成安装凸缘23。

如图3所示，在端板22形成有螺纹孔25a，利用与螺纹孔25a螺纹连接的螺纹部件25将端板22固定于安装环21b。在安装环21b的圆周方向上错开180度的位置也设置有未图示的螺纹部件。端板22的前表面的外周部是供工具块12的抵接面14抵接的安装面26。针对工具更换装置10a，将形成有安装面26的一侧作为前表面，针对工具单元11，将与安装面26抵接的抵接面14作为背面。

在端板22的圆周方向上错开180度而将两个锁定销27安装于端板22，各个锁定销27与安装于安装环21b的螺纹部件28螺纹连接。

圆筒部件31设置于装置主体20的端板22。圆筒部件31具有设置于基端部的凸缘32，贯通设置于端板22的安装孔的四个螺纹部件33与凸缘32螺纹连接，圆筒部件31由螺纹部件33固定于端板22。圆筒部34设置于端板22的径向中央部，由圆筒部34和中央筒体21c在装置主体20的内部形成电机收纳室35。在电机收纳室35内配置有电动机36，电动机36位于圆筒部34的内侧，并通过螺纹部件37固定于端板22。针对电动机36的电力供给是从外部经由设置于装置主体20的未图示的连接器供给的。

如图4所示，在圆筒部件31沿圆周方向等间隔地形成有三个滚珠支承孔38，滚珠支承孔38沿径向贯通圆筒部件31，并且内径随着朝向圆筒部件31的径向外部而变小。钢球即滚珠41安装于各个滚珠支承孔38，滚珠41不向滚珠支承孔38的径向外侧脱离。凸轮部件42安装于圆筒部件31的内部，凸轮部件42具备旋转自如地安装于在圆筒部件31的前端部形成的支承孔43的驱动部44、以及与该驱动部44一体的凸轮部45。

连结部件46安装于电动机36的轴39，连结部件46与形成于凸轮部件42的驱动部44的卡合孔47啮合。轴39的旋转中心轴O2与凸轮部件42的旋转中心轴同轴，电动机36以轴39成为沿着凸轮部件42的旋转中心轴线的方向的方式纵向地配置于装置主体20的电机壳体21内。引导销48向凸轮部件42突出而安装于端板22，供引导销48进入的引导孔49在凸轮部件42形成为圆弧状，凸轮部件42的往复旋转由引导销48引导。通过电动机36，凸轮部件42如图4中箭头所示在角度α的范围内往复旋转。该角度α约为80度。凸轮部件42的往复旋转角度由引导销48限制。

如图4所示，在凸轮部件42的凸轮部45的外周面形成有三个滚珠驱动面50，各个滚珠驱动面50在圆周方向上被设置为120度的范围。各个滚珠驱动面50具备距凸轮部件42的旋转中心轴的半径最大的大径的锁定面51和半径比其小的释放面52，滚珠驱动面50的半径以从锁定面51朝向释放面52而逐渐变为小径的方式变化。如图4的(A)所示，若各个滚珠41与锁定面51接触，则滚珠41的一部分从圆筒部件31的外周面向径向外侧突出而与卡合环15的滚珠卡合面18卡合。由此，工具单元11的抵接面14与工具更换装置10a的安装面26抵接，从而工具单元11被紧固于工具更换装置10a。

另一方面，如图4的(B)所示，若凸轮部件42从图4的(A)的位置向逆时针方向旋转，则各个滚珠41与释放面52接触，滚珠41不从圆筒部件31的外周面向外部突出。在该状态下，如图2所示，能够将工具更换装置10a从工具单元11分离。

如图1和图2所示，供锁定销27插入的紧固孔53形成于紧固块13，与锁定销27嵌合的套筒54移动自如地安装于紧固孔53。锁定销27是前端部的半径比基端部的半径小的锥形形状，套筒54的内周面具有内径朝向前端部变小的锥形部。压缩螺旋弹簧55安装于紧固孔53，压缩螺旋弹簧55的弹力沿朝向锁定销27的方向施加于套筒54。通过该压缩螺旋弹簧55和套筒54，工具单元11与工具更换装置10a的紧固精度提高。

为了在安装于作为移动装置的机械臂的工具更换装置10a安装工具单元11，如图2及图4的(B)所示，在三个滚珠41与释放面52接触且滚珠41未从圆筒部件31的外周面突出的状态下，将圆筒部件31插入工具单元11的贯通孔16内。由此，锁定销27被插入套筒54，从而限制了工具单元11相对于工具更换装置10a旋转的情况。在工具更换装置10a的安装面26抵接于工具单元11的抵接面14的状态下，驱动电动机36而对轴39进行旋转驱动，使凸轮部件42的锁定面51与滚珠41接触。由此，如图1及图4的(A)所示，滚珠41与卡合环15的滚珠卡合面18接触，工具单元11被紧固于工具更换装置10a。

这样，通过利用电动机36使凸轮部件42旋转，从而将工具单元11紧固于工具更换装置10a，或者通过使凸轮部件42向与紧固时的方向相反的方向旋转来解除紧固，因此能够将工具更换装置10a设为简单的结构。电动机36纵向地配置在装置主体20的电机壳体21内，能够减小装置主体20的横向的尺寸、即横穿旋转中心轴O2的方向的尺寸。

图5是示出安装有作为操作设备的电动手1的工具单元11和安装于机械臂2的作为另一实施方式的工具更换装置10b的外观的主视图，图6是图5所示的工具更换装置10b的剖视图。在图5以及图6所示的工具更换装置10b中，对与上述的工具更换装置10a具有共同性的部件标注有相同的附图标记。

如图5所示，主体侧的连接器3设置于装置主体20的安装凸缘23，工具侧的连接器4设置于工具单元11的工具块12。主体侧的连接器3通过信号线5与配置于机器人控制部的控制器6连接，工具侧的连接器4通过信号线7与电动手1连接。工具更换装置10b通过机械臂2在预定的移动路径上与电动手1一起移动。电动手1具有把持工件等的两个指状件8，指状件8能够相互接近远离地移动。预定的位置处的基于电动手1的指状件8的对工件等的把持和对所把持的工件等的释放动作是通过利用来自控制器6的信号控制电动手1来进行的。

如图6所示，在构成装置主体20的电机壳体21的基部盘21a形成有贯通孔56，与机械臂2螺纹连接的螺纹部件57安装于贯通孔56。该螺纹部件57的头部暴露于操作空间19，该操作空间19形成在中央筒体21c的径向外侧且基部盘21a与安装环21b之间。

在构成安装凸缘23的安装环21b形成有多个贯通孔58a，在端板22与贯通孔58a对应地形成有贯通孔58b。各个贯通孔58a、58b在操作空间19开口，是为了安装螺纹部件59而使用的，而该螺纹部件59用于在工具更换装置10b安装电动手1。螺纹部件59安装于在工具单元11形成的贯通孔60。

在该工具更换装置10b中，在从机械臂2拆装工具更换装置10b时，能够从凹部形状的操作空间19拆装螺纹部件57，即使在工具单元11被紧固于工具更换装置10b的状态下，也能够相对于机械臂2拆装工具更换装置10b。另外，在将电动手1等操作设备相对于工具单元11拆装时，能够从操作空间19经由贯通孔58a、58b拆装螺纹部件59。由此，即使在工具单元11被紧固于工具更换装置10b的状态下，也能够进行电动手1相对于工具单元11的拆装。

这样，设为能够从中央筒体21c的径向外侧的拆装操作用的操作空间19拆装螺纹部件的结构，因此，例如，即使在由于某种不良情况而导致工具更换装置10b与工具单元11无法分离的情况下，也能够相对于工具单元11更换电动手1等操作设备，或者将工具更换装置10b从机械臂2拆下。

在安装于端板22的圆筒部件31，与图1和图2所示的工具更换装置10a同样地安装有三个滚珠41，与各个滚珠41卡合的卡合环15设置于工具块12。而且，在由电动机36的轴39驱动的凸轮部件42的凸轮部45的外周面，形成有与图4所示的情况相同的滚珠驱动面50。另外，凸轮部件42旋转自如地经由轴承61被支承于圆筒部件31。

图7是示出作为另一实施方式的工具更换装置10c的俯视剖视图，图8是图7中的B-B线剖视图。在图7以及图8所示的工具更换装置10c中，对与上述的工具更换装置10a、10b具有共同性的部件标注有相同的附图标记。

装置主体20具备横截面形状为四边形的电机壳体21和安装于该电机壳体21的前端部的端板22。在工具单元11一体地设置有卡合环15，并且形成有紧固孔53。锁定销27安装于端板22，从安装面26突出。此外，也可以将图1及图2所示的套筒54和压缩螺旋弹簧55安装于工具更换装置10c。在该情况下，虽然构成工具更换装置10c的部件变多，但紧固精度提高。

在安装于端板22的圆筒部件31的前端壁62，旋转自如地安装有凸轮部件42。设置于凸轮部件42的支承轴63旋转自如地被轴承64支承于前端壁62。固定于前端壁62的引导销48与上述的凸轮部件42同样地插入引导孔49，凸轮部件42被引导销48引导而与上述的情况同样地在角度α的范围内往复旋转。凸轮部件42与上述情况同样地在凸轮部45的外周面形成有三个滚珠驱动面，各个滚珠驱动面具备大径的锁定面51和小径的释放面52。

驱动轴65旋转自如地被轴承66支承于端板22，旋转自如地被轴承66a支承于电机壳体21，驱动轴65的前端部与形成于凸轮部件42的卡合孔47卡合。驱动轴65的旋转中心轴O3与凸轮部件42的旋转中心轴同轴。蜗轮67安装于驱动轴65。使其位于电机收纳室35且在端板22平行地设置有主支承板68和副支承板69，在两端部由主支承板68和副支承板69支承为旋转自如的蜗杆轴71设置有与蜗轮67啮合的蜗杆72。蜗杆轴71的旋转中心轴O4相对于驱动轴65的旋转中心轴O3为直角。

电动机36安装于主支承板68，电动机36的旋转中心轴O5与蜗杆轴71的旋转中心轴O4平行，电动机36横向地配置于电机收纳室35。在安装于电动机36的轴39的滑轮73与安装于蜗杆轴71的滑轮74之间架设有带75，滑轮73、74和带75构成将电动机36的轴39的旋转传递至蜗杆72的旋转传递机构76。

这样，若将电动机36横向配置于装置主体20，则能够减小工具更换装置10b的纵向的尺寸即沿着旋转中心轴O3的方向的尺寸，能够将用于将轴39的旋转传递至蜗杆72的旋转传递机构76配置于电机收纳室35。而且，与上述的工具更换装置10a、10b同样地，通过利用电动机36使凸轮部件42旋转，从而将工具单元11相对于工具更换装置10b紧固，另一方面，通过使凸轮部件42向与紧固时的方向相反的方向旋转来解除紧固，因此能够将工具更换装置10c设为简单的结构。

本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。形成于凸轮部件42的凸轮部45的外周面的滚珠驱动面50的数量即滚珠41的数量不限于三个，如果是多个，则也可以根据圆筒部件31的半径而设为四个或四个以上。另外，对将工具更换装置安装于机械臂的情况进行了说明，但不限于机械臂，如果是具备移动工具单元的部件的移动装置，则就能够应用本发明的工具更换装置。

工业应用性

本发明的工具更换装置能够利用于通过简单的结构来拆装自如地安装工具单元的情况。

Claims (7)

1.一种工具更换装置，供工具单元拆装自如地安装，具有：

装置主体，形成有用于收纳电动机的电机收纳室；

圆筒部件，设置于所述装置主体，并且安装有与设置于所述工具单元的卡合环卡合的多个滚珠；

凸轮部件，安装于所述圆筒部件的内部，由配置于所述电机收纳室的所述电动机旋转驱动；以及

滚珠驱动面，设置于所述凸轮部件，并具备使所述滚珠与所述卡合环卡合的锁定面、以及使所述滚珠从所述卡合环释放的释放面。

2.根据权利要求1所述的工具更换装置，其中，

使所述电动机的轴朝向沿着所述凸轮部件的旋转中心轴线的方向而将所述电动机纵向配置于所述装置主体。

3.根据权利要求1或2所述的工具更换装置，其中，

在所述工具单元安装有操作设备，

所述装置主体具有：基部盘，安装于移动装置；安装凸缘，供所述工具单元安装；以及中央筒体，设置于所述基部盘与所述安装凸缘之间，且半径比所述基部盘和安装凸缘的半径小，

在所述中央筒体的径向外侧，设置将所述基部盘紧固于所述移动装置的螺纹部件和将所述操作设备紧固于所述工具单元的螺纹部件的拆装操作用的操作空间。

4.根据权利要求1所述的工具更换装置，其中，

在所述电机收纳室配置有：蜗轮，安装于所述凸轮部件的驱动轴；蜗杆，与所述蜗轮啮合；以及旋转传递机构，将所述电动机的轴的旋转传递至所述蜗杆，所述工具更换装置使所述轴相对于所述凸轮部件的旋转中心轴朝向横向从而将所述电动机横向地配置于所述装置主体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具更换装置，其中，

在所述圆筒部件沿圆周方向等间隔地安装三个所述滚珠，在所述凸轮部件形成三个滚珠驱动面，并且，所述滚珠驱动面的半径从大径的所述锁定面逐渐变化为小径的所述释放面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具更换装置，具有：

引导孔，设置于所述凸轮部件；以及

引导销，被设置为从所述装置主体向所述凸轮部件突出，

通过所述引导销进入所述引导孔来限制所述凸轮部件的旋转。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的工具更换装置，其中，

所述工具更换装置具有锁定销，所述锁定销与设置于所述工具单元的紧固孔嵌合，用于限制所述工具单元相对于所述装置主体的旋转。