JP2018118333A - Automatic tool changer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種産業用ロボットに適用されるツールをロボットに交換可能に取り付ける自動工具交換装置に関する。 The present invention relates to an automatic tool changer for attaching a tool applied to various industrial robots to a robot so as to be exchangeable.
従来から各種産業用ロボットに適用される自動工具交換装置の連結方式には、自動工具交換装置の連結状態を保持しつつ、連結時に加わる荷重に耐えうるものとして、ロックピンとカム機構とによる連結方式、ボールとフランジとによる連結方式の２種類の連結方式が知られている。 Conventionally, the automatic tool changer connection method applied to various industrial robots has a lock pin and cam mechanism that can withstand the load applied during connection while maintaining the connection state of the automatic tool changer. Two types of connection methods are known, a connection method using a ball and a flange.
特許文献１には、ロボットに連結可能なロボット連結部と、該ロボット連結部に連結されるフレームとを有する装置本体と、該装置本体に連結される連結部とを備え、該連結部は、ツールに取り付けられているツール接続装置の外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部に挿込可能な筒状の挿込部であって、周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴を有する挿込部と、該貫通穴に配置されるボール部材であって、一部が前記挿込部の外部に突出可能なボール部材と、該ボール部材の一部を前記挿込部の外部に突出させて当該ボール部材を前記ツール接続装置の空洞部の中心回りに配置された係止部に係止可能にした係止状態と、前記ボール部材の一部を前記挿込部内に退避させて当該ボール部材を前記係止部に係止不能にした非係止状態とに切替可能な切替機構と、係止状態を維持するためのロック機構とを有し、該切替機構は、前記挿込部内にされるとともに前記挿込部の軸線方向で移動可能なカム部を有する往復動体を備え、ロック機構は、前記装置本体内に配置される受部であって、前記挿込部の軸心方向で前記往復動体のカム部と並ぶ受部と、前記往復動体と前記受部との間に配置される付勢部材であって、、前記挿込部の軸心方向における一方向側に前記往復動体を付勢する付勢部材とを備え、前記往復動体のカム部は、挿込部の軸線方向における一方向に移動するに伴い前記ボール部材を前記挿込部の外部に押し出し、挿込部の軸線方向における他方向に移動するに伴い前記ボール部材に対する押し出しを解除するように構成されていると記載されている。 Patent Document 1 includes a device main body having a robot connecting portion connectable to a robot, a frame connected to the robot connecting portion, and a connecting portion connected to the device main body, A cylindrical insertion part that can be inserted into a concave or hole-like cavity that is open on the outer surface of the tool connection device attached to the tool, and has a plurality of penetrations formed at intervals in the circumferential direction An insertion part having a hole; a ball member disposed in the through hole, a part of which is protruded to the outside of the insertion part; and a part of the ball member of the insertion part A locking state in which the ball member is protruded to the outside so that the ball member can be locked to a locking portion arranged around the center of the cavity of the tool connection device, and a part of the ball member is retracted into the insertion portion. Unlocked state in which the ball member cannot be locked to the locking portion And a locking mechanism for maintaining the locked state, and the switching mechanism includes a cam portion that is placed in the insertion portion and movable in the axial direction of the insertion portion. A reciprocating body having a reciprocating body, wherein the lock mechanism is a receiving portion disposed in the apparatus main body, the receiving portion being aligned with the cam portion of the reciprocating body in the axial direction of the insertion portion, the reciprocating body, An urging member disposed between the receiving portion and an urging member for urging the reciprocating body on one side in the axial direction of the insertion portion; and a cam portion of the reciprocating body Pushes the ball member to the outside of the insertion portion as the insertion portion moves in one axial direction, and releases the ball member from being pushed in the other direction of the insertion portion in the axial direction. It is described that it is configured to.
上記構成の工具交換装置によれば、ツール接続装置がロボット連結部から不用意に脱落することを防止しつつ、小型化を図ることができる。 According to the tool changer having the above-described configuration, it is possible to reduce the size while preventing the tool connection device from inadvertently dropping from the robot coupling portion.
しかしながら、特許文献の発明では、ロボット連結部とツール接続装置を連結したとき位置決め部と被位置決め部は、脱着時にする合わされる事により磨耗し、ガタ量が大きくなり、その結果、位置決め部と被位置決め部の隙間が大きくなることで回転方向や横方向の位置決め精度が悪くなるという問題がある。 However, in the invention of the patent document, when the robot connecting portion and the tool connecting device are connected, the positioning portion and the positioned portion are worn by being attached at the time of attachment and detachment, and the backlash increases. There is a problem in that the positioning accuracy in the rotational direction and the lateral direction is deteriorated due to an increase in the clearance between the positioning portions.
そこで、本発明は、上記の問題を解決するべく、ロボット側交換装置とツール側交換装置の連結時の繰り返し精度の高い自動工具交換装置を提供する。 Accordingly, the present invention provides an automatic tool changer with high repeatability when connecting the robot side changer and the tool side changer in order to solve the above problem.
本発明は、ロボットの先端回転軸部に固定され、ロボットの手首に固定されるロボット側交換装置と、別々のツールが固定される複数のツール側交換装置と、前記ロボット側交換装置と前記ツール側交換装置を連結する連結機構を該ロボット側交換装置に設け、前記ロボット側交換装置の外面に凸状の位置決め部と、前記ツール側交換装置の外面に凹状又は穴状の被位置決め部を備える自動工具交換装置であって、前記位置決め部は、前記ロボット側交換装置の内部に押しバネを内蔵し、外面より軸心方向に突出する根元がテーパー状の形状をしているピンであり、前記被位置決め部は、該位置決め部を嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている凹状又は穴状の空洞部であることを特長としており、該位置決め部と被位置決め部がテーパー部分で係合することで、半径方向へのズレが抑止されるとともに、押しバネにより、軸心方向へのズレを抑止することによって、ロボット側交換装置とツール側交換装置の結合時のガタツキを限りなく無くし、繰り返し精度を向上することができる。 The present invention relates to a robot-side changer fixed to the robot's tip rotation shaft and fixed to the wrist of the robot, a plurality of tool-side changers to which different tools are fixed, the robot-side changer, and the tool A connecting mechanism for connecting the side exchange device is provided in the robot side exchange device, and a convex positioning portion is provided on the outer surface of the robot side exchange device, and a concave or hole-like positioning portion is provided on the outer surface of the tool side exchange device. In the automatic tool changer, the positioning unit is a pin having a built-in push spring inside the robot side changer and having a taper-shaped base projecting in the axial direction from the outer surface, The positioned part is characterized by a concave or hole-like cavity having a tapered shape capable of fitting the positioning part, and the positioning part and the positioned part are tapered. By engaging in minutes, the displacement in the radial direction is suppressed, and the displacement in the axial direction is suppressed by the push spring, so that the backlash at the time of coupling of the robot side changer and the tool side changer is reduced. The repetition accuracy can be improved without limit.
該位置決め部をロボット側交換装置の端部に複数備えることによって、中央部に備えられている連結機構とは別の部位に備えることにより装置全体の小型化を可能にし、該位置決め部を複数備えることにより、位置決め精度を向上させると共に、回転方向のトルク強度を向上させることができる。 By providing a plurality of positioning portions at the end of the robot-side exchange device, it is possible to reduce the size of the entire device by providing it at a site different from the coupling mechanism provided at the central portion, and including a plurality of positioning portions. As a result, the positioning accuracy can be improved and the torque strength in the rotational direction can be improved.
上述したように、本発明によれば、各産業用ロボットに適用されるツールをロボットに交換可能に取り付ける自動工具交換装置において、ロボット側交換装置とツール側交換装置の結合時のガタツキを限りなく無くした繰り返し精度の高い結合を可能にし、小型で、回転方向のトルク強度が高い自動工具交換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in an automatic tool changer that attaches a tool applied to each industrial robot to the robot so as to be exchangeable, there is no limit in rattling when the robot side changer and the tool side changer are combined. It is possible to provide an automatic tool changer that can be connected with high repetition accuracy, is small, and has high torque strength in the rotational direction.
以下、本発明の形態を図１〜７に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態に係る自動工具交換装置は、ロボットに固定されるロボット側交換装置１と、電動ハンドや溶接ガンなどのツールに固定されるツール側交換装置２を脱着可能に連結されており、必要に応じてロボット側交換装置１の連結機構３を切り替えてロボット側交換装置１とツール側交換装置２を脱着し、別のツールに固定されているツール側交換装置２と交換することができる。 The automatic tool changer according to the present embodiment is detachably connected to a robot-side changer 1 fixed to a robot and a tool-side changer 2 fixed to a tool such as an electric hand or a welding gun. Accordingly, the connecting mechanism 3 of the robot-side changer 1 can be switched to detach the robot-side changer 1 and the tool-side changer 2 to replace the tool-side changer 2 fixed to another tool.
図１、３、４に示すように、ロボット側交換装置１は、中心にシリンダを持ち、２つの位置決め部を持つロボット側ボディ４と、シリンダ内を流体圧により往復運動可能に収容されたピストン５と、ピストン５に連結され軸心方向に往復動作を行うカム６と、ボディ中心に配置されたボールホルダー７によって構成される。 As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the robot-side exchanging device 1 has a cylinder at the center, a robot-side body 4 having two positioning portions, and a piston accommodated in a reciprocating motion in the cylinder by fluid pressure. 5, a cam 6 connected to the piston 5 and reciprocating in the axial direction, and a ball holder 7 disposed at the center of the body.
ピストン５とカム６とボールホルダー７をボルト８で連結し、ピストン５の円形溝部分にピストンシール９、ピストン５とボールホルダー７の連結部分の溝にロッドシール１０、ロボット側ボディ４とボールホルダー７の接触部にシリンダシール１１を取り付けることによって、流体圧を加えたときのエアー漏れ対策を行いつつ、ピストン５を軸心方向に往復運動させるための圧力室Ａ１２と圧力室Ｂ１３を形成している。 Piston 5, cam 6 and ball holder 7 are connected by bolt 8, piston seal 9 is formed in the circular groove portion of piston 5, rod seal 10 is formed in the groove at the connection portion of piston 5 and ball holder 7, robot side body 4 and ball holder The pressure chamber A12 and the pressure chamber B13 for reciprocating the piston 5 in the axial direction are formed by attaching the cylinder seal 11 to the contact portion 7 while taking measures against air leakage when fluid pressure is applied. Yes.
圧力室Ａ１２に流体圧を加えることによって、ピストン５がボールホルダー７側（以下、第一方向とする）に向けて移動し、圧力室Ｂ１３に流体圧を加えることのよって、軸心方向における第一方向とは逆向き（以下、第二方向とする）に向けて移動することで、ピストン５は軸心方向に往復運動を行う。 By applying fluid pressure to the pressure chamber A12, the piston 5 moves toward the ball holder 7 (hereinafter referred to as the first direction), and by applying fluid pressure to the pressure chamber B13, the piston 5 moves in the axial direction. The piston 5 reciprocates in the axial direction by moving in the direction opposite to the one direction (hereinafter referred to as the second direction).
ロボット側交換装置のセンサー取り付け用溝１４に外部センサーを取り付ける場合、ピストン５に取り付けられている磁石１５を検知することにより、ピストン５の位置確認をすることができる。 When an external sensor is attached to the sensor attachment groove 14 of the robot-side exchange device, the position of the piston 5 can be confirmed by detecting the magnet 15 attached to the piston 5.
図２〜５に示すように、ツール側交換装置２は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部１６を持つツール側ボディ１７と、外面上で開放した穴状の空洞部を持つロックプレート１８によって構成されており、ツール側ボディ１７に各種ツールを固定し、ロックプレート１８にロボット側交換装置１が取り付けられる。 As shown in FIGS. 2 to 5, the tool-side changer 2 includes a tool-side body 17 having a concave or hole-like cavity portion 16 opened on the outer surface, and a lock having a hole-like cavity portion opened on the outer surface. The plate 18 is configured to fix various tools to the tool-side body 17, and the robot-side exchange device 1 is attached to the lock plate 18.
ロックプレート１８の空洞部の内径は、ツール側ボディ１７の取り付けられている端面からロボット側交換装置１が取り付けられる端面になるにつれて内径が小さくなるようテーパー状の形状に設定しており、それにより係止部１９がツール側交換装置２の内周部に構成されている。 The inner diameter of the hollow portion of the lock plate 18 is set in a tapered shape so that the inner diameter decreases from the end surface to which the tool-side body 17 is attached to the end surface to which the robot-side exchange device 1 is attached. The locking part 19 is configured on the inner peripheral part of the tool side changer 2.
ツール側交換装置２のロボット側交換装置１と連結時に接触する面には、エアージョイント２０が取り付けられており、エアージョイント２０の中心には、流体の通路として、ステンレスパイプ２１が通してあり、エアージョイント２０の溝部分にはそれぞれＯリング２２が取り付けられており、エアージョイント２０の連結時のバッファ機構を持たせると共にエアー漏れ対策をしている。 An air joint 20 is attached to the surface of the tool side changer 2 that contacts the robot side changer 1 when connected, and a stainless steel pipe 21 is passed through the center of the air joint 20 as a fluid passage. O-rings 22 are respectively attached to the groove portions of the air joint 20 to provide a buffer mechanism when the air joint 20 is connected and to prevent air leakage.
図３、４に示すように、連結機構３を空洞部１６に挿し込んだ時に、圧力室Ａ１２に流体圧を加えてピストン５を第一方向に向けて移動させて、ピストン５に連結しているカム６も移動することで、ボールホルダー７に周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴のそれぞれに嵌め込まれるボール部材２３の一部をボールホルダー７の外部に突出させて、ボール部材２３をツール側交換装置２の係止部１９に係止可能にした状態と、圧力室Ｂ１３に流体圧を加えてピストン５を第二方向に向けて移動させて、前述と同様にカム６が移動したことにより、ボール部材２３の一部をボールホルダー７の内部に退避させて、係止部１９に係止不能にした状態を切り替えることによって、ロボット側交換装置１とツール側交換装置２の連結を可能にしている。 As shown in FIGS. 3 and 4, when the coupling mechanism 3 is inserted into the hollow portion 16, fluid pressure is applied to the pressure chamber A <b> 12 to move the piston 5 in the first direction and connect to the piston 5. The cam 6 is also moved, so that a part of the ball member 23 fitted into each of the plurality of through holes formed at intervals in the circumferential direction in the ball holder 7 is protruded to the outside of the ball holder 7. The state in which the member 23 can be locked to the locking portion 19 of the tool side changer 2, and the fluid pressure is applied to the pressure chamber B13 to move the piston 5 in the second direction, and the cam 6 is the same as described above. The robot-side exchange device 1 and the tool-side exchange device 2 are switched by retracting a part of the ball member 23 inside the ball holder 7 and switching the state in which the ball member 23 cannot be locked to the locking portion 19. Enables connection To have.
ロボット側交換装置１とツール側交換装置２を連結する際に、ロボット側交換装置１の外面に凸状の位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５と、ツール側交換装置２の外面に凹状又は穴状の被位置決め部２６によって、連結時の繰り返し精度の向上を図っている。 When the robot side changer 1 and the tool side changer 2 are connected, a convex positioning part A24 and a positioning part B25 are formed on the outer surface of the robot side changer 1, and a concave or hole shape is formed on the outer surface of the tool side changer 2. The positioned portion 26 improves the repeatability during connection.
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５は、ロボット側ボディ４から外方向に向けて延びるピン状に形成されており、先端部分から細くなるテーパー状の形状にすることで、連結時にロボット側交換装置１とツール側交換装置２の位置がずれていてもテーパー状の形状に沿って連結できるようにしている。また、位置決め部Ｂ２５は、図１に示すように、二面幅を持つ形状をしており、被位置決め部に挿し込み中でも間に隙間を作ることによって連結しやすくしている。ここで、二面幅の向きがずれるのを防ぐために、回止ピン２７を使って、ロボット側ボディ４の内部で位置決め部Ｂ２５を固定することで回転しないようにしている。 The positioning portion A24 and the positioning portion B25 are formed in a pin shape extending outward from the robot-side body 4, and are formed into a tapered shape that becomes narrower from the tip portion, so that the robot-side exchange device 1 can be Even if the position of the tool side changer 2 is shifted, it can be connected along a tapered shape. Further, as shown in FIG. 1, the positioning portion B25 has a shape having a two-sided width, and is easily connected by creating a gap between the positioning portions B25 even when the positioning portion B25 is inserted into the positioning portion. Here, in order to prevent the orientation of the two surfaces from deviating, a rotation pin 27 is used to fix the positioning portion B25 inside the robot side body 4 so as not to rotate.
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５は、ロボット側ボディ４内部から押しバネ２８で軸心方向に押し上げるように設置されており、ロボット側ボディ４の外面へ出る部分から細くなるテーパー状の形状をしており、被位置決め部２６は、ツール側交換装置２のロボット側交換装置１と連結する面から内径を小さくなるような、位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５の根元部分で嵌め合い可能なテーパー状の形状をしている。 The positioning part A24 and the positioning part B25 are installed so as to be pushed up from the inside of the robot-side body 4 in the axial direction by the pressing spring 28, and have a tapered shape that becomes narrower from the part that goes out to the outer surface of the robot-side body 4. The positioned portion 26 has a tapered shape that can be fitted at the base portion of the positioning portion A24 and the positioning portion B25 so that the inner diameter becomes smaller from the surface connected to the robot side changing device 1 of the tool side changing device 2. I am doing.
位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５と、被位置決め部２６がテーパー部分で係合することにより、半径方向でのロボット側交換装置１とツール側交換装置２のズレを抑止することができ、位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５が押しバネ２８によって、軸心方向に常に力を加えられていることにより、軸心方向でのロボット側交換装置１とツール側交換装置２のズレを抑止することができる。 Since the positioning portion A24, the positioning portion B25, and the positioned portion 26 are engaged with each other at the taper portion, it is possible to suppress a deviation between the robot side exchange device 1 and the tool side exchange device 2 in the radial direction. Since the positioning portion B25 is constantly applied with a force by the push spring 28 in the axial direction, it is possible to suppress the deviation between the robot-side exchange device 1 and the tool-side exchange device 2 in the axial direction.
このようにして、ロボット側交換装置１とツール側交換装置２の軸心方向と半径方向のズレを抑止することによって、結合時のガタツキを限りなく無くして、繰り返し精度を向上することができる。 In this way, by suppressing the deviation between the axial direction and the radial direction of the robot-side exchange device 1 and the tool-side exchange device 2, it is possible to eliminate backlash at the time of coupling and to improve the repeatability.
ロボット側交換装置１の中心部に連結機構３を、端部に位置決め部Ａ２４と位置決め部Ｂ２５を備えることにより、ロボット側交換装置１の部位毎に役割を振り分けることによって、ロボット側交換装置１の全体の小型化を図り、複数の位置決め部を設けることによって、回転方向に対するトルク強度を向上させることができる。 By providing the connecting mechanism 3 at the center of the robot-side exchange device 1 and positioning portions A24 and B25 at the end portions, the roles of the robot-side exchange device 1 can be assigned to different parts. By reducing the overall size and providing a plurality of positioning portions, the torque strength in the rotational direction can be improved.
１ ロボット側交換装置
２ ツール側交換装置
３ 連結機構
４ ロボット側ボディ
５ ピストン
６ カム
７ ボールホルダー
８ ボルト
９ ピストンシール
１０ ロッドシール
１１ シリンダシール
１２ 圧力室Ａ
１３ 圧力室Ｂ
１４ センサー取り付け用溝
１５ 磁石
１６ 空洞部
１７ ツール側ボディ
１８ ロックプレート
１９ 係止部
２０ エアージョイント
２１ ステンレスパイプ
２２ Ｏリング
２３ ボール部材
２４ 位置決め部Ａ
２５ 位置決め部Ｂ
２６ 被位置決め部
２７ 回止ピン
２８ 押しバネ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot side changer 2 Tool side changer 3 Connection mechanism 4 Robot side body 5 Piston 6 Cam 7 Ball holder 8 Bolt 9 Piston seal 10 Rod seal 11 Cylinder seal 12 Pressure chamber A
13 Pressure chamber B
14 Sensor mounting groove 15 Magnet 16 Cavity 17 Tool side body 18 Lock plate 19 Locking part 20 Air joint 21 Stainless steel pipe 22 O-ring 23 Ball member 24 Positioning part A
25 Positioning part B
26 Positioned portion 27 Stop pin 28 Push spring
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