JP2006015429A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１・第２ユニットの連結・分離時に、第２ユニットに対する第１ユニットの移動経路が拘束されず、第１・第２ユニット相互の連結直前における第１ユニットの第２ユニットへの接近移動速度を減速しなくてもよい自動工具交換装置を提供すること。
【解決手段】 第１ユニット１の外周面には連結面側に突出することなくガイドピン２２及びその駆動部３を二個設けてあると共に、第２ユニット５の外周面には連結面側に突出することなくガイド孔６１を有するブロック６０を二個設けてあり、第１・第２ユニット１，５の連結面相互が接した状態において、駆動部３により連結面側に移動せしめられたガイドピン２２がガイド孔６１に対して挿入されるようにしてあり、一方の組のガイドピン２２及びこれに挿脱されるガイド孔６１の軸線と、他方の組のガイドピン６１及びこれに挿脱されるガイド孔６１の軸線との方向をずらしてある。
【選択図面】 図１

Description

この発明は、第１ユニットと、前記第１ユニットに分離可能に接続される第２ユニットから成る自動工具交換装置に関するものである。

この種の自動工具交換装置では、一般に連結に必要な駆動部や、位置決めに必要なガイドピンが第１ユニットや第２ユニットとの連結面から突出して配置されている（例えば、特許文献１、２。）。

上記のような駆動部やガイドピンを備える自動工具交換装置では、ロボット等が連結・分離動作を行うにあたって、ロボットは工具交換装置のガイドピン先端部の干渉、極度のコジリ、若しくは突出した駆動部ケースの干渉などによる過負荷を防止するため、ロボットを減速させて、前記干渉、コジリを避けながら、侵入、退避動作を取る必要がある。

しかしながら、上記ロボットの減速は、工具交換に要する時間の大半を占めることになり、ロボットが本来作業すべき作業時間を延長させるという問題があった。

また、同様に、ロボットの教示作業でも作業者は同上の工具交換装置へのロボットの侵入、退避位置を教示する際、慎重な作業を要し、教示作業の困難さや時間延長の要因にもなるという問題があった。
特公平７−９０４８７号公報 特開平５−３０１１８６号公報

そこで、この発明では、第１ユニットと第２ユニットとの連結・分離時において、第２ユニットに対する第１ユニットの移動経路がほとんど拘束されず且つ、第１・第２ユニット相互の連結に際して第１ユニットの第２ユニットへの接近移動速度を減速することを要しない自動工具交換装置を提供することを課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明は、第１ユニットに対して第２ユニットが連結・分離する自動工具交換装置において、第１ユニットの外周面には連結面側に突出することなくガイドピン及びその駆動部を二個設けてあると共に、第２ユニットの外周面には連結面側に突出することなくガイド孔を有するブロックを二個設けてあり、第１・第２ユニットの連結面相互が接した状態において、駆動部により連結面を越えて移動せしめられたガイドピンがガイド孔に対して挿入されるようにしてあり、一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向をずらしてある。
（請求項２記載の発明）
この発明の自動工具交換装置は、上記請求項１記載の発明に関し、一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向のずれは、３０°〜１５０°である。
（請求項３記載の発明）
この発明の自動工具交換装置は、上記請求項１記載の発明に関し、一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向のずれは、８０°〜１００°である。
（請求項４記載の発明）
この発明の自動工具交換装置は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明に関し、第１ユニットはロボット側に取り付けられ、第２ユニットには工具が取り付けられる。

この発明の自動工具交換装置では、第１ユニットと第２ユニットとの連結・分離時において、第２ユニットに対する第１ユニットの移動経路がほとんど拘束されず且つ、第１・第２ユニット相互の連結に際して第１ユニットの第２ユニットへの接近移動速度を減速することを要しない。

以下にこの発明の自動工具交換装置を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。

図１はこの発明の実施例の自動工具交換装置Ｋがロボット９の手首部分９０に取り付けられた状態を示す斜視図、図２はこの発明の実施例の自動工具交換装置Ｋにおいて、第１ユニット１に対して第２ユニット５が分離した状態を示す正面図（一部断面）、図３は前記第１ユニット１を連結面１２側から見た平面図、図４は前記第２ユニット５を連結面５２側から見た平面図、図５は前記第１ユニット１と第２ユニット５とが連結した状態の正面図（一部断面）、図６は前記第１ユニット１と第２ユニット５とが連結直前の状態の正面図を示している。
（このロボット９について）
このロボット９は、図１に示すように、その手首部分９０に第１ユニット１が取り付けられており、前記第１ユニット１には工具８を備えた第２ユニット５が分離可能に連結してある。そして、必要に応じて、現在第１ユニット１に連結されている第２ユニット５を置台Ｄ上で分離し、その後、第１ユニット１により別の第２ユニット５を連結することができるようになっている。このような第１・第２ユニット１，５相互の連結・分離は制御部からの出力信号により行われるようになっている。
（第１・第２ユニット１，５、及びこれら相互の連結・分離の構造について）
第１ユニット１は、図２や図３に示すように、周面が円弧面１０と平坦面１１とから成る平面視太鼓型の厚肉板により構成されており、前記平坦面１１，１１には、それぞれ連結面側に突出させることなくガイドピン保持部２及びガイドピン駆動部３を設けてあると共に、上記第２ユニット５との連結面１２には当該連結面１２からほとんど又は全く突出することなく水回路接続部４０、空気回路接続部４１及び電気回路接続４２を設けてある。

ガイドピン保持部２は、図２や図５に示すように、ボルトＢにより第１ユニット１に取り付けられたブロック２０と、前記ブロック２０に形成された円孔内に抜け止め状態に配されているブッシュ２１と、前記ブッシュ２１内に進退自在に設けられたガイドピン２２とから構成されている。ここで、前記ガイドピン２２は図２に示すようにその軸線Ｌ１が、第１ユニット１の連結面１２の中央部分で直交する中央軸線Ｌに対して、３０°傾斜するように設定されており、さらに、前記中央軸線Ｌと軸線Ｌ１とが交差する点Ｐが連結面１２上にあるように設定してある。また、ガイドピン２２は、図２や図５に示すように、先端部をテーパ状に形成してあり、これにより後述するガイド孔６１に確実に挿入できるようにしてある。

ガイドピン駆動部３は、図２に示すように、シリンダ本体３０内に、出力軸３２を備えたピストン３１を設けて成るシリンダー形式のものが使用されており、前記出力軸３２の軸線Ｌ２がガイドピン２２の軸線Ｌ１の方向と一致する態様で両者を一体化してある。なお、このガイドピン駆動部３の出力軸３２の突出量が少ない図２の状態では、ガイドピン２２は連結面１２側に突出していないものとなっている。

上記した如く第１ユニット１には、二つのガイドピン保持部２及びガイドピン駆動部３を備えているが、図２の実線で示された前面側に配されたものと、同図の二点鎖線で示された後面側に配されたものとは、中央軸線Ｌに対して線対称になっている。

第２ユニット５は、図２や図３に示すように、周面が円弧面５０と平坦面５１とから成る平面視太鼓型の厚肉板により構成されており、前記平坦面５１，５１には、それぞれ連結面側に突出させることなくガイド孔６１を有するブロック６０をボルトＢにより取り付けてある。なお、前記ガイド孔６１はガイドピン２２がほとんどガタつき無く挿脱される部分であり、これを実現するため前記ガイド孔６１はブッシュ６２により構成されている。 ここで上記ブロック６０における第２ユニット５への取り付け態様は、図２に示すように、ガイド孔６１の軸線Ｌ３が、第２ユニット５の連結面５２の中央部分で直交する中央軸線Ｌ’に対して、３０°傾斜するように設定されており、さらに、前記中央軸線Ｌ’と軸線Ｌ３とが交差する点Ｐ’が連結面５２上にあるように設定してある。

また、第２ユニット５の上記第１ユニット１との連結面５２には、図４に示すように、当該連結面１２からほとんど又は全く突出することなく水回路接続部７０、空気回路接続部７１及び電気回路接続７２を設けてあり、上記した連結面５２，１２相互が接触（第１・第２ユニット１，５が連結）したときには、上記水回路接続部４０は水回路接続部７０と、上記空気回路接続部４１は空気回路接続部７１と、上記電気回路接続部４２は電気回路接続部７２と、それぞれ接続状態となるようにしてある。

上記した如く第２ユニット５には、ガイド孔６１を有するブロック６０を二つ備えているが、図２の実線で示された前面側に配されたものと、同図の二点鎖線で示された後面側に配されたものとは、中央軸線Ｌ’に対して線対称になっている。

ところで、第１・第２ユニット１，２相互の連結時には上記した水回路接続部４０は水回路接続部７０と、上記空気回路接続部４１は空気回路接続部７１と、上記電気回路接続部４２は電気回路接続部７２と接続するが、これを実現するためこの実施例では例えば以下の構成を有している。すなわち、第１・２ユニット１，２相互の連結面５２，１２が接触状態にないときには上記水回路接続部４０，７０等は連結面から少し凹んだ位置又は連結面と面一となっているが、ガイド孔６１にガイドピン２２が挿入された時点で、モータ等の駆動部により水回路接続部４０，７０等が連結面から突出して、相互に接続状態になるようにしてある。
（この第１・第２ユニット１，５相互の連結・分離について）
図２に示す如く、第１・第２ユニット１，５相互が分離した状態から、図５に示す第１・第２ユニット１，５相互が連結した状態になる動作の一例を以下に説明する。
(1) ロボット９により第１ユニット１が移動せしめられて、当該第１ユニット１が図６に示すように、中央軸線Ｌ，Ｌ’が同一直線上となる態様で第２ユニット５上に載せ置かれる。この状態では、連結面１２上にある点Ｐと連結面５２上にある点Ｐ’とは一致しており、軸線Ｌ１と軸線Ｌ３とは同一直線上にある。
(2) 第２ユニット５上に第１ユニット１が載せ置かれると、図示しない近接スイッチがこれを検知し、前記検知に基づいて制御部からの指令により室３０ａ内に空気が供給されると共に室３０ｂ内の空気が大気開放される。このとき、ピストン３１が押し出されて、ガイドピン２２が図５に示すように、ブッシュ６２で構成されたガイド孔６１に挿入される。

また、前記ガイド孔６１にはガイドピン２２がほとんどガタつき無く挿入されており、且つ第２ユニット５に配されたガイドピン保持部２、ガイドピン駆動部３、及びガイド孔６１を有するブロック６０は、図２の実線で示された前面側のものと、同図の二点鎖線で示された後面側のものとは、中央軸線Ｌ，Ｌ’に対して線対称になっている。したがって、第１・第２ユニット１，５相互が連結された状態において、不用意に第２ユニット５が脱落するようなことはなく、また、第１ユニット１に対して第２ユニット５が相対回転することもない。
（この第１・第２ユニット１，５の優れた点について）
上述した如く第１・第２ユニット１，５の連結面１２，５２には連結前においては従来の自動工具交換装置の如き突出部は存在しない。

したがって、第１ユニット１と第２ユニット５との連結・分離時において、第２ユニット５に対する第１ユニット１の移動経路がほとんど拘束されず、且つ第１・第２ユニット１，５相互の連結に際して第１ユニット１の第２ユニット５への接近移動速度を減速する必要がなくなる。

図７はこの発明の実施例２の第１ユニット１の正面図（一部断面）を示している。

この実施例２の自動工具交換装置Ｋは基本的には上記実施例１と同様であるが、実施例１がガイドピン駆動部３としてシリンダー形式のものを採用しているのに対して、実施例２では図７に示すように、ラック３５、ピニオンギヤー３６及び電動モータ３７によりガイドピン駆動部３を構成させている。すなわち、このガイドピン駆動部３では、図７に示すようにラック３５の一端部をガイドピン２２の後面に固定し、第１ユニット１の平坦面１１に回転自在に軸止し、前記ピニオンギヤー３６とラック３５を歯合させる態様で、ピニオンギヤー３６を電動モータ３７により回転させるようにしている。

なお、ガイドピン２２及びラック３５は、図７に示すように、中央軸線Ｌに対して３０°傾斜させた線上に位置させてある。
（他の実施の形態について）
上記実施例１では、第１・第２ユニット１，５に配されたガイドピン保持部２、ガイドピン駆動部３、及びガイド孔６１を有するブロック６０は、図２の実線で示された前面側のものと、同図の二点鎖線で示された後面側のものとは、中央軸線Ｌ，Ｌ’に対して３０°の角度をなして線対称になっているが、これに限定されることなく、前記後面側のガイドピン保持部２及びこれが挿入されるガイド孔６１を中央軸線Ｌ，Ｌ’と平行の軸線上に配置するようにしてもよい。要するに、二つのガイドピン保持部２、ガイドピン駆動部３、及びガイド孔６１を有するブロック６０との軸線がある程度の角度（３０°〜１５０°、好ましくは８０°〜１００°）ズレていればよいのである。

この発明の実施例の自動工具交換装置がロボットの手首部分に取り付けられた状態を示す斜視図。 前記自動工具交換装置において、第１ユニットに対して第２ユニットが分離した状態を示す正面図（一部断面）。 前記第１ユニットを連結面側から見た平面図。 前記第２ユニットを連結面側から見た平面図。 前記第１ユニットと第２ユニットとが連結した状態の正面図（一部断面）。 前記第１ユニットと第２ユニットとが連結直前の状態の正面図。 この発明の実施例２の第１ユニット１の正面図（一部断面）。

符号の説明

Ｋ 自動工具交換装置
１ 第１ユニット
２ ガイドピン保持部
３ ガイドピン駆動部
９ ロボット
２０ ブロック
２１ ブッシュ
２２ ガイドピン
３０ シリンダ本体
３１ ピストン
３２ 出力軸
６０ ブロック
６１ ガイド孔
６２ ブッシュ
９０ 手首部分

Claims (4)

1. 第１ユニットに対して第２ユニットが連結・分離する自動工具交換装置において、第１ユニットの外周面には連結面側に突出することなくガイドピン及びその駆動部を二個設けてあると共に、第２ユニットの外周面には連結面側に突出することなくガイド孔を有するブロックを二個設けてあり、第１・第２ユニットの連結面相互が接した状態において、駆動部により連結面を越えて移動せしめられたガイドピンがガイド孔に対して挿入されるようにしてあり、一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向をずらしてあることを特徴とする自動工具交換装置。
2. 一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向のずれは、３０°〜１５０°であることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 一方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線と、他方の組のガイドピン及びこれに挿脱されるガイド孔の軸線との方向のずれは、８０°〜１００°であることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置。
4. 第１ユニットはロボット側に取り付けられ、第２ユニットには工具が取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動工具交換装置

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