JP2017196715A - 工具交換装置及び工具交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】固定する工具に応じた連結状態の管理をすることができる工具交換装置及び工具交換システムを提供する。【解決手段】機器側に着脱自在に取り付けられる雄型部材１２と、工具１４側に着脱自在に取り付けられる雌型部材１６とを備える工具交換装置１０において、前記雄型部材１６に設けられた近接センサ２８と、前記近接センサ２８に対応して前記雌型部材１６に設けられたターゲット３０とを有し、前記ターゲット３０は、前記雄型部材１２と前記雌型部材１６を連結した状態における前記近接センサ２８との距離が、調整可能に前記雌型部材１６に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、工具交換装置及び工具交換システムに関し、特に産業用ロボットに適用されるものに関する。

各種機器、例えば産業用ロボットに適用される工具交換装置として、産業用ロボット側に取り付けられる雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型部材とを備えるものが開示されている（例えば、特許文献１）。工具交換装置は、突起部が連結穴に挿入された状態で、カムが係合部品に係合することにより、雄型部材と雌型部材が連結する。またカムと係合部品の係合を解除することにより、雄型部材と雌型部材は分離し得る。このようにして工具交換装置は、産業用ロボットに取り付ける工具を交換することができる。

このような工具交換装置には、雄型部材と雌型部材が適切に連結されていることを確認するために、近接センサが設けられている場合がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−４４９号公報

しかしながら、上記特許文献に係る工具交換装置は、雄型部材と雌型部材を連結した状態における近接センサとターゲットの距離が、画一的であるので、異なる工具に対し、画一的な管理しかすることができない、という問題があった。

本発明は、固定する工具に応じた連結状態の管理をすることができる工具交換装置及び工具交換システムを提供することを目的とする。

本発明に係る工具交換装置は、機器側に着脱自在に取り付けられる雄型部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置において、前記雄型部材に設けられた近接センサと、前記近接センサに対応して前記雌型部材に設けられたターゲットとを有し、前記ターゲットは、前記雄型部材と前記雌型部材を連結した状態における前記近接センサとの距離が、調整可能に前記雌型部材に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る工具交換システムは、上記工具交換装置を含み、１つの前記雄型部材に対し、２以上の工具毎にそれぞれ取り付けられる前記雌型部材を備え、前記雌型部材に設置された前記ターゲットは、前記工具に応じて前記近接センサとの距離が調整されていることを特徴とする。

本発明によれば、近接センサからターゲットまでの距離を、雌型部材側で調整することにより、前記距離を工具に合わせて設定しておくことができるので、固定する工具に応じた連結状態の管理をすることができる。

本実施形態に係る工具交換装置の使用状態を示す斜視図である。 本実施形態に係る工具交換装置の雄型部材の縦断面図である。 本実施形態に係る工具交換装置の雌型部材の縦断面図である。 本実施形態に係る工具交換装置の使用状態を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

工具交換システムは、図１に示す工具交換装置１０を備える。工具交換装置１０は、機器としての産業用ロボット（以下、「ロボット」という）のアーム（図示しない）の先端に固定される雄型部材１２と、複数の工具１４に固定される雌型部材１６とを備える。この場合、雌型部材１６は、工具１４ごとに固定される。

雄型部材１２は、雄型本体１７に設けられた位置決めピン１８を、雌型部材１６の雌型本体１９に形成された位置決め穴２０に挿入することにより、雌型部材１６に対し正確に位置決めされる。工具１４は特に限定されないが、本図においてはスポット溶接ガンが図示されている。雄型部材１２とアーム、及び雌型部材１６と工具１４は、図示しない締結具、例えばボルトにより、着脱自在に締結される。アームと工具１４は、工具交換装置１０を介して、連結されると共に、分離し得る。

雄型本体１７には、ロッド２２と、ロッド２２に連動する複数（本実施形態の場合３個）のカム２４と、近接センサ２８とが設けられている。ロッド２２は、雄型本体１７の厚さ方向に直線運動可能に、雄型本体１７に設けられている。図示しないが、ロッド２２は、一端にピストンが連結されており、給排気手段によって供給される圧縮気体によって直線運動、すなわち図１に示す状態において上昇及び下降するように形成されている。カム２４は、ロッド２２の直線運動によって、回転運動可能に設けられている。図示しないが、カム２４は、ロッド２２の他端に設けられた円板状部（図示しない）に接触しており、ロッド２２が下降すると突起部２３内に収容された状態（図１）となり、ロッド２２が上昇すると突起部２３から放射状に突出する状態（図示しない）となる。

近接センサ２８は、雄型本体１７の雄型接触面１７ａにセンサ面２８ａが露出するように、設置されている。近接センサ２８は、検出対象物を検知すると、検出信号を出力する。検出信号は、図示しないが、信号線によって判定部へ出力される。近接センサ２８は、例えば、金属の存在を検出する誘導形近接センサを用いることができる。

雌型本体１９には、複数（本実施形態の場合３個）の係合部品２６と、検出対象物としてのターゲット３０とが設けられている。雌型本体１９は、厚さ方向に開口した連結穴２１が形成されている。係合部品２６は、カム２４の位置に対応した連結穴２１の内周に設けられている。ターゲット３０は、前記近接センサ２８に対応する位置であって、雌型本体１９の雌型接触面１９ａにターゲット面３０ａが露出するように、設置されている。

図２を参照して、近接センサ２８を雄型本体１７に設置する手段について説明する。雄型本体１７には、厚さ方向に貫通穴３２が形成されている。貫通穴３２は、穴部３１と、当該穴部３１に対し内径が大きいザグリ部３３とからなる。ザグリ部３３は、雄型接触面１７ａ側に形成されており、ザグリ部３３の内周と近接センサ２８の間のすき間を埋める円筒部３４が圧入されている。円筒部３４は、合成樹脂製のブッシュを用いることができる。円筒部３４には、内周に第１雌ネジが形成されていると共に、半径方向に第２雌ネジが形成されている。雄型本体１７には、外表面から円筒部３４の前記雌ネジに到達する貫通穴３６が形成されている。

近接センサ２８は、センサ面２８ａが雄型接触面１７ａから突出しない範囲で、ザグリ部３３に設けられた円筒部３４に穴部３１からねじ込まれる。雄型本体１７の外表面から近接センサ２８に向かって、締結部としての止めネジ３８がねじ込まれる。止めネジ３８は、先端が近接センサ２８表面に接触することにより、近接センサ２８を雄型本体１７に固定する。このようにして近接センサ２８は、先端のセンサ面２８ａが、雄型本体１７の雄型接触面１７ａから突出しないように、本実施形態の場合、センサ面２８ａと雄型接触面１７ａとが平坦になるように、位置決めされる。近接センサ２８が検出対象物を検知し得るセンサ面２８ａから検出対象物までの距離を検出距離（Ｌ_Ｓ）と呼ぶ。

図３を参照して、ターゲット３０を雌型本体１９に設置する手段について説明する。雌型本体１９には、厚さ方向に貫通穴４０が形成されている。貫通穴４０は、穴部３９と、当該穴部３９に対し内径が大きいザグリ部４１とからなる。ザグリ部４１は、雌型接触面１９ａ側に形成されており、ザグリ部４１の内周とターゲット３０の間のすき間を埋める円筒部４２が圧入されている。円筒部４２は、上記円筒部３４と同様の構成なので、説明を省略する。雌型本体１９には、外表面から前記第２雌ネジに到達する貫通穴４４が形成されている。

ターゲット３０は、金属、例えば鉄、アルミニウム、真鍮、銅で形成された円柱状部材であって、全長に渡って外周に雄ネジが形成されており、基端にマイナス溝３５が形成されている。ターゲット３０は、ターゲット面３０ａが雌型接触面１９ａから突出しない範囲で、ザグリ部４１に設けられた円筒部４２に穴部３９からねじ込まれる。雌型本体１９の外表面からターゲット３０に向かって、締結部としての止めネジ４６がねじ込まれる。止めネジ４６は、先端がターゲット３０表面に接触することにより、ターゲット３０を雌型本体１９に固定する。このようにしてターゲット３０は、先端のターゲット面３０ａが、雌型本体１９の雌型接触面１９ａから突出しない範囲において、所望の位置に位置決めされる。

図４に示すように、雄型部材１２と雌型部材１６が連結された状態において、センサ面２８ａからターゲット面３０ａまでの距離を、設定距離（Ｌ_Ｃ）と呼ぶ。設定距離（Ｌ_Ｃ）は、上記検出距離（Ｌ_Ｓ）内において、適宜選択される。

次に、雄型部材１２と雌型部材１６を連結する動作を説明する。工具１４は、雌型部材１６が固定された状態で、図示しない工具ホルダに配置されている。雄型部材１２は、ロッド２２を下降させ、カム２４が突起部２３内に収容された状態とする。この状態で、アームを伸ばし、雄型部材１２と雌型部材１６を同軸上に配置することにより、位置決めする。

次いで、雄型部材１２の突起部２３を雌型部材１６の連結穴２１に、雄型接触面１７ａが雌型接触面１９ａに接触するまで挿入する。挿入後、ロッド２２を上昇させ、カム２４が回転することによって突起部２３から放射状に突出し、係合部品２６と係合する。このようにして雄型部材１２と雌型部材１６が連結される（図４）。近接センサ２８は、雄型部材１２が雌型部材１６に連結されると、設定距離（Ｌ_Ｃ）が、検出距離（Ｌ_Ｓ）内になるので、ターゲット３０の存在を検知し、検出信号を出力する。

次いで、アーム（図示しない）が工具交換装置１０を介して、アームを曲げたり、アームを伸ばしたりすることによって、工具１４を移動し、工具１４を所定の位置に位置決めをして、当該工具１４に所定の動作、例えばスポット溶接などをさせる。

動作終了後、ロボットは、工具１４を工具ホルダに戻す。工具交換装置１０は、ロッド２２を下降させ、カム２４が突起部２３内に収容された状態とする。カム２４が突起部２３内に収容されたことにより、カム２４と係合部品２６の係合が解除される。ロボットは、アームを引き上げることにより、雄型部材１２と雌型部材１６が分離され、別の工具１４に固定された雌型部材１６と連結し得る状態となる。

雄型部材１２と雌型部材１６が連結された状態において、アームが工具１４を引き上げる場合、雄型部材１２と雌型部材１６の間には、工具１４の重量により、引き離す方向の力が作用する。この力によって、雄型部材１２と雌型部材１６の間に、隙間が生じる場合がある。

また、例えばアームを伸ばすことによって工具１４を水平方向に向ける場合、雄型部材１２と雌型部材１６の間には、雄型部材１２と雌型部材１６の間から工具１４の重心までの距離と、工具１４の重量とに応じたモーメントが生じる。このモーメントによって、雄型部材１２と雌型部材１６の間には、傾きが生じる場合がある。

上記隙間や傾きが生じると、設定距離（Ｌ_Ｃ）は（Ｌ_Ｃ＋ΔＬ_Ｃ）に変化する。このように当初設定した設定距離（Ｌ_Ｃ）は、雌型部材１６に固定される工具１４の使用頻度、使用方法などによって変化していく。上記隙間や傾きが、精度に影響を与えない範囲を超えた場合、工具交換装置１４は、工具１４に所定の精度で動作をさせることができない。設定距離（Ｌ_Ｃ）は、上記隙間や傾きが精度に影響を与えない範囲となるように設定するのが好ましい。

近接センサ２８は、上記隙間や傾きが生じたことにより変化した設定距離（Ｌ_Ｃ＋ΔＬ_Ｃ）が検出距離（Ｌ_Ｓ）を超えた場合、ターゲット３０の存在を検知できないので、検出信号の出力を停止する。判定部（図示しない）は、検出信号が停止したことを検知すると、上記隙間や傾きが精度に影響を与えない範囲を超えたと判定する。そうするとロボットは、判定部の判定結果に基づき、工具１４を工具ホルダに戻し、カム２４や係合部品２６を交換するなど、メンテナンスをする必要があることをユーザに通知する。

ターゲット３０は、雌型部材１６に設けられた円筒部４２にねじ込むこととしたので、ロボット側ではなく工具１４側で、設定距離（Ｌ_Ｃ）を、容易に調整することができる。したがって工具交換装置１０は、上記設定距離（Ｌ_Ｃ）を工具１４ごとに設定しておくことができるので、固定する工具１４に応じた連結状態の管理をすることができる。

上記隙間や傾きは、工具１４の重量及び重心位置によって異なり、工具１４が行うスポット溶接などの動作における精度を低下させる原因となるので、工具１４ごとに厳密に管理することが望まれる。一方、上記隙間や傾きが精度に与える影響は、工具１４の大きさなどによって異なり、またスポット溶接などの動作において求められる精度も工具１４ごとに異なる。

工具交換システムは、上記設定距離（Ｌ_Ｃ）を工具１４側すなわち雌型部材１６に設けたターゲット３０の位置を調整することとしたので、工具１４ごとに設定距離（Ｌ_Ｃ）を設定することができる。したがって工具交換システムは、工具１４ごとにメンテナンス時期をより適正化することができる。

本実施形態の場合、ターゲット３０は、雌型接触面１９ａと逆側の表面１９ｂ側から、マイナスドライバーを穴部３９に差し込んで、円筒部４２にねじ込むことができる。したがって工具交換装置１０は、雄型部材１２と雌型部材１６を連結した状態で、近接センサ２８が出力する検出信号を確認しながら、ターゲット３０の位置を調整し、所望の設定距離（Ｌ_Ｃ）とすることができる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

ターゲット３０を円筒部４２にねじ込む量によって工具１４側で設定距離（Ｌ_Ｃ）を調整する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ターゲット３０を形成する材料を変更することによっても、設定距離（Ｌ_Ｃ）を調整することができる。

近接センサ２８は、誘導形近接センサである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ターゲット３０の材料に合わせて適宜選択することができる。例えば、ターゲット３０が金属又は樹脂の場合、静電容量形近接センサを用いることができる。またターゲット３０が磁石の場合、磁気式近接センサを用いることができる。

ターゲット３０は、他端にマイナス溝３５が形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他端にプラス溝や、六角穴が形成されていてもよい。

１０ 工具交換装置
１２ 雄型部材
１４ 工具
１６ 雌型部材
１７ 雄型本体
２８ 近接センサ
２８ａ センサ面
３０ ターゲット
３０ａ ターゲット面
３４ 円筒部
３８ 止めネジ（締結部）
４２ 円筒部
４６ 止めネジ（締結部）

Claims (5)

1. 機器側に着脱自在に取り付けられる雄型部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置において、
   前記雄型部材に設けられた近接センサと、
   前記近接センサに対応して前記雌型部材に設けられたターゲットと
   を有し、
   前記ターゲットは、前記雄型部材と前記雌型部材を連結した状態における前記近接センサとの距離が、調整可能に前記雌型部材に設けられていることを特徴とする工具交換装置。
2. 前記雌型部材に形成された貫通穴に設置された円筒部を有し、
   前記ターゲットは、前記円筒部に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の工具交換装置。
3. 前記円筒部は、内周に雌ネジが形成されており、
   前記ターゲットは、前記雌ネジ対応した雄ネジが外周に形成されていることを特徴とする請求項２記載の工具交換装置。
4. 前記雌型部材に、前記円筒部及び前記ターゲットを固定する締結部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の工具交換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の工具交換装置を含む工具交換システムにおいて、
   １つの前記雄型部材に対し、２以上の工具毎にそれぞれ取り付けられる前記雌型部材を備え、
   前記雌型部材に設置された前記ターゲットは、前記工具に応じて前記近接センサとの距離が調整されていることを特徴とする工具交換システム。

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