JP2022167131A

JP2022167131A - エンドエフェクタ交換装置

Info

Publication number: JP2022167131A
Application number: JP2021072709A
Authority: JP
Inventors: 太平佐藤; Tahei Sato
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-11-04
Also published as: EP4082727A1; TW202247967A; US11679513B2; CN115229822A; EP4082727B1; US20220339797A1; KR20220145774A

Abstract

【課題】エンドエフェクタの手動による交換時にエンドエフェクタが不意に離脱するおそれがないエンドエフェクタ交換装置を提供する。【解決手段】第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２に嵌合し、スライド部に設けられたカム部材２２とスロットを構成する開口縁部３６ｂとの間にボール３２が配置され、カム部材の移動によってボールが開口縁部に設けられた係合溝４４に向けて進出し、または後退可能となり、カム部材と一体の解除ボタン２４の操作を行うとともに第１アダプタと第２アダプタを相対的にスライドさせることによってボールが後退し、第１アダプタと第２アダプタが分離する。【選択図】図８

Description

本発明は、ロボットアームや搬送装置（以下「ロボットアーム等」という）に取り付ける工具、治具、チャック、グリッパ等の部材（以下「エンドエフェクタ」という）を手動で交換するためのエンドエフェクタ交換装置に関する。

従来から、産業用ロボットが行う作業に応じてロボットアームの先端に種々のエンドエフェクタを取り付けることができるように、ロボットアームの先端にエンドエフェクタを着脱自在に取り付ける技術が知られている。

例えば、特許文献１には、ロボットに連結される第１部分とグリッパに連結される第２部分とを分離可能なヒンジで連結し、第１部分と第２部分との係合を解除する押しボタンを設けたコネクタが記載されている。

国際公開第２０１９／１１４８９５号

このようなエンドエフェクタ交換に係る装置において、エンドエフェクタを手動でロボットアーム等から外す際に、エンドエフェクタが不意に離脱するおそれがある。特に、エンドエフェクタの重量が大きい場合は、作業者の安全性に配慮する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、エンドエフェクタの交換時にエンドエフェクタが不意に離脱するおそれがないエンドエフェクタ交換装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエンドエフェクタ交換装置は、第１アダプタと第２アダプタを含み、第１アダプタおよび第２アダプタの一方がロボットアーム等に取り付けられ、他方にエンドエフェクタが取り付けられ、第１アダプタのスライド部が第２アダプタのスロットに嵌合する。そして、スライド部に設けられたカム部材とスロットを構成する開口縁部との間にボールが配置され、カム部材の移動によってボールが開口縁部に設けられた係合溝に向けて進出し、または後退可能となり、カム部材と一体の解除ボタンの操作を行うとともに第１アダプタと第２アダプタを相対的にスライドさせることによってボールが後退し、第１アダプタと第２アダプタが分離する。

上記エンドエフェクタ交換装置によれば、解除ボタンを操作してから第１アダプタと第２アダプタを相対的にスライドさせることで、第１アダプタと第２アダプタを分離することができ、解除ボタンを押しただけでは、第１アダプタと第２アダプタを分離することができない。したがって、エンドエフェクタが取り付けられたアダプタが不意に離脱することがなく、作業者の安全性が向上する。

本発明に係るエンドエフェクタ交換装置は、解除ボタンの操作を行うとともに第１アダプタと第２アダプタを相対的にスライドさせることによって、第１アダプタと第２アダプタを分離できる構成となっているので、エンドエフェクタが取り付けられたアダプタが不意に離脱することがなく、作業者の安全性が向上する。

本発明の第１実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置の外観図である。図１のエンドエフェクタ交換装置の使用例を示す図である。図１のエンドエフェクタ交換装置の第１アダプタの外観図である。図１のエンドエフェクタ交換装置の第２アダプタの外観図である。図１のエンドエフェクタ交換装置の平面図である。図５のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図５のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。図７のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図８のＡ部拡大図である。図７のＢ部拡大図である。図１０のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。解除ボタンを操作したときの図８に対応する図である。図２の使用例において第２アダプタを第１アダプタから分離した状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置を説明するための図８に対応する図である。図１４のエンドエフェクタ交換装置の係合溝について説明するための図１０に対応する図である。図１５のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。

本発明に係るエンドエフェクタ交換装置について、複数の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上下の方向に関する言葉を用いたときは、便宜上、図面上での方向をいうものであって、各部材の実際の配置等を限定するものではない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置１０について、図１～図１３を参照しながら説明する。図１に示すように、エンドエフェクタ交換装置１０は、平面視で同一の円盤形状を有する第１アダプタ１２および第２アダプタ３４を含む。図２に示すように、エンドエフェクタ交換装置１０は、例えば、所望のエンドエフェクタ４８を取り付けた第２アダプタ３４を、ロボットアーム４６に取り付けた第１アダプタ１２に連結して使用するものである。

図３に示すように、第１アダプタ１２は、円盤状の本体部１４と、本体部１４から下方に突出するスライド部１８とを有する。断面Ｔ字形状のスライド部１８は、本体部１４の直径に沿う方向に延びている。図６および図８に示すように、スライド部１８の内部にはガイドロッド２０が配設されている。ガイドロッド２０の一端部および他端部は、それぞれスライド部１８の内部に設けられた第１ガイド溝１８ａおよび第２ガイド溝１８ｂに配置され、ガイドロッド２０は、スライド部１８の長手方向（Ｘ方向）に移動可能に支持されている。

ガイドロッド２０の中央には、カム部材２２が第１ねじ２６ａにより連結され、ガイドロッド２０の端部には、解除ボタン２４が第２ねじ２６ｂにより連結されている。第１アダプタ１２には、その外周の一部をスライド部１８の長手方向と直交する向きに切り欠いた形状の凹面１２ａが設けられており、解除ボタン２４は、この凹面１２ａから外部に露出する。

カム部材２２の端部には、上方に立ち上がり本体部１４内に延びるスプリング受け部２２ｃが一体に形成されている。本体部１４の内部に設けられたスプリング受け３０とカム部材２２のスプリング受け部２２ｃとの間にコイルスプリング２８が配設される。相互に一体的に連結されたカム部材２２、ガイドロッド２０および解除ボタン２４は、コイルスプリング２８の付勢力を受け、解除ボタン２４は、凹面１２ａから外部に突出する方向に付勢される。

カム部材２２の両側面には、カム部２２ａが形成されているほか、カム部２２ａよりも解除ボタン２４寄りの位置にボール受容溝２２ｂが形成されている。カム部２２ａは、ガイドロッド２０の移動方向（Ｘ方向）に対して角度αをなして傾斜する傾斜部２２ａ１と、ガイドロッド２０の移動方向と平行な平行部２２ａ２とからなり、平行部２２ａ２は、傾斜部２２ａ１とボール受容溝２２ｂとの間に形成されている（図９参照）。スライド部１８には、カム部材２２と隣接する位置に、一対のボール溝１８ｃが設けられている。各ボール溝１８ｃにボール（鋼球）３２が配置される。

本体部１４の上部には、円形の嵌合部１４ａが突設されており、ガイドロッド２０、カム部材２２およびコイルスプリング２８の上方を覆う円形のカバー部材１６が嵌合部１４ａに装着されている。嵌合部１４ａは、第１アダプタ１２をロボットアーム４６に取り付ける際に、位置決めとしての役割を果たす。なお、参照符号１４ｂで示されるのは、第１アダプタ１２をロボットアーム４６に取り付けるためのボルト挿通孔である。

図４に示すように、第２アダプタ３４は、開口部３６ａを有する上プレート部３６と、円形の孔部３８ａを有する下プレート部３８とを含む。上プレート部３６のＵ字形状の開口縁部３６ｂは、垂直壁部４０を経て下プレート部３８と繋がっている。これら開口縁部３６ｂ、垂直壁部４０および下プレート部３８は、Ｔ字形状のスロット４２を構成している。

第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２に嵌合することで、第２アダプタ３４は、第１アダプタ１２に対して水平方向にスライド可能に支持される。このとき、第２アダプタ３４の上プレート部３６の上面は、第１アダプタ１２の本体部１４の下面と平行であり、両者は、僅かな隙間をもって対向するか、面同士で接触している。なお、参照符号３４ａで示されるのは、エンドエフェクタ４８を第２アダプタ３４に取り付けるためのボルト挿通孔である。

第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２の奥まで挿入されると、第２アダプタ３４の中心軸が第１アダプタ１２の中心軸と一致し、第２アダプタ３４の側面が第１アダプタ１２の側面と面一になる（図２参照）。スライド部１８がスロット４２から完全に離脱したとき、第２アダプタ３４が第１アダプタ１２から分離する（図１３参照）。

図８に示すように、第１アダプタ１２のスライド部１８のボール溝１８ｃに配置されたボール３２は、スライド部１８に配設されたカム部材２２と第２アダプタ３４の上プレート部３６の開口縁部３６ｂとの間に位置する。開口縁部３６ｂには、ボール３２が当接可能な壁面を有する係合溝４４が設けられている。第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２の奥まで挿入されたとき、ボール３２が係合溝４４と向き合う。

図７および図１０に示すように、係合溝４４の最も深い地点を結ぶ線、すなわち谷線４４ａは、下方に向かうほど開口部３６ａから離れるように、カム部材２２の移動方向に沿う方向から見て上プレート部３６の上面に対して角度βだけ傾斜している。換言すれば、係合溝４４の谷線４４ａは、ボール３２の進出・後退方向（Ｙ方向）に対して角度βだけ傾斜している。

図１１には、ボール３２が係合溝４４の壁面に当接した状態において、ボール３２の中心を含み上記谷線４４ａに垂直な面で切断したときの係合溝４４の外形線が示されている。この外形線は、ボール３２の半径よりも大きい半径を有する二つの円弧４４ｂ、４４ｃを対称的に組み合わせたものとなっている。

具体的には、係合溝４４の壁面形状は、９０度より小さい中心角θの範囲で切り取った二つの同一の円筒面をそれらの母線同士で継ぎ合わせ、該継合線が係合溝４４の谷線４４ａとなるようにしたものである。ボール３２は、上記二つの円筒面からなる係合溝４４の壁面に点Ｐ１および点Ｐ２の二点で当接する。なお、参照符号Ｏ１で示される点は、円弧４４ｂを構成する円の中心であり、参照符号Ｏ２で示される点は、円弧４４ｃを構成する円の中心である。

本実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置１０は、以上のように構成されるものであり、以下、その作用について説明する。第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２の奥まで挿入され、解除ボタン２４が第１アダプタ１２の凹面１２ａから突出している状態を初期状態とする（図８参照）。

上記初期状態では、カム部材２２は、コイルスプリング２８の付勢力を受け、その傾斜部２２ａ１によってボール３２を押圧しており、ボール３２は、スライド部１８のボール溝１８ｃから突出して係合溝４４の壁面に当接している。このため、第２アダプタ３４は、その係合溝４４において、ボール３２を介して第１アダプタ１２のスライド部１８に係合した状態にあり、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２に対してスライドさせることができない。

この場合、ボール３２は、ボール３２の進出・後退方向に対して角度βだけ傾斜した係合溝４４の壁面に当接するので、第２アダプタ３４の上面を第１アダプタ１２の本体部１４の下面に密着させる力が作用し、第２アダプタ３４は、ガタツキなく第１アダプタ１２に支持される。また、ボール３２は、円筒面からなる係合溝４４の壁面に点Ｐ１および点Ｐ２の二点で当接するので、平面からなる係合溝４４の壁面に当接する場合と比べて面圧を緩和することができるほか、第２アダプタ３４に大きな外力が加わってもガタつくことがない。

また、カム部材２２の傾斜部２２ａ１は、平行部２２ａ２を経てボール受容溝２２ｂに繋がっているので、解除ボタン２４が押圧されない状態で第２アダプタ３４をスライドさせようとする外力が作用した場合、ボール３２が移動しようとしても、ボール３２は平行部２２ａ２に留まり、ボール受容溝２２ｂまで移動することがない。したがって、解除ボタン２４を操作しない限り、第２アダプタ３４をスライドさせることができない。

作業者が解除ボタン２４を押圧すると、解除ボタン２４と一体のガイドロッド２０およびカム部材２２がコイルスプリング２８の付勢力に抗して移動する。これにより、ボール３２が係合溝４４からボール受容溝２２ｂに向けて後退できるようになる。そして、第１アダプタ１２のスライド部１８を第２アダプタ３４のスロット４２から抜出する方向に作業者が第２アダプタ３４に力を加えると、ボール３２がボール受容溝２２ｂに落ちてスライド部１８から突出しない位置まで後退する（図１２参照）。したがって、作業者は、第２アダプタ３４をスライドさせて、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２から分離することができる（図１３参照）。

分離した第２アダプタ３４に取り付けられたエンドエフェクタ４８を別のエンドエフェクタに取り換えた後、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２に連結するときは、例えば、以下の手順で行えばよい。

まず、作業者は、第２アダプタ３４を両手で支えながら第２アダプタ３４のスロット４２に第１アダプタ１２のスライド部１８を嵌合させ、スロット４２の入口における開口縁部３６ｂがスライド部１８から突出しているボール３２に突き当たるまで、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２に対してスライドさせる。この状態になれば、スライド部１８がスロット４２に所定長さ嵌合しているので、作業者が第２アダプタ３４から手を放しても、第２アダプタ３４が落下することはない。

次に、作業者は、一方の手で解除ボタン２４を押しながら、第１アダプタ１２のスライド部１８が第２アダプタ３４のスロット４２の奥に挿入されるまで、他方の手で第２アダプタ３４をスライドさせる。そして、解除ボタン２４から手を放せば、ボール３２がコイルスプリング２８の付勢力により係合溝４４の壁面に当接し、初期状態に戻る。

本実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置１０によれば、解除ボタン２４の操作を行うとともに第１アダプタ１２と第２アダプタ３４を相対的にスライドさせることによって、第１アダプタ１２と第２アダプタ３４を分離できる構成となっているので、エンドエフェクタ４８が取り付けられた第２アダプタ３４が不意に離脱して落下することがなく、作業者の安全性が向上する。

本実施形態では、第１アダプタ１２をロボットアーム４６に取り付け、第２アダプタ３４にエンドエフェクタ４８を取り付けて使用するものとして説明したが、第２アダプタ３４をロボットアーム４６に取り付け、第１アダプタ１２にエンドエフェクタ４８を取り付けて使用することもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るエンドエフェクタ交換装置５０について、図１４～図１６を参照しながら説明する。第２実施形態は、係合溝の形状が第１実施形態と異なる。なお、上述したエンドエフェクタ交換装置１０と同一の構成には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１４に示すように、第１アダプタ１２のスライド部１８のボール溝１８ｃに配置されたボール３２は、スライド部１８に配設されたカム部材２２と第２アダプタ３４の上プレート部３６の開口縁部３６ｂとの間に位置する。開口縁部３６ｂには、ボール３２が当接可能な壁面を有する係合溝５２が設けられている。図１５に示すように、係合溝５２の谷線５２ａは、下方に向かうほど開口部３６ａから離れるように、ボール３２の進出・後退方向（Ｙ方向）に対して角度βだけ傾斜している。

図１６には、ボール３２が係合溝５２の壁面に当接した状態において、ボール３２の中心を含み上記谷線５２ａに垂直な面で切断したときの係合溝５２の外形線が示されている。この外形線は、二つの直線部５２ｂ、５２ｃを含むＶ字形状となっている。係合溝５２の壁面形状は、二つの平面を略９０度の角度で交差させ、その交差部にアールを施したものであり、係合溝５２の谷線５２ａは、このアールにおいて最深部を通る線となる。ボール３２は、上記二つの平面を含む係合溝５２の壁面に点Ｐ３および点Ｐ４の二点で当接する。本実施形態では、係合溝５２の壁面形状を構成する二つの平面を略９０度の角度で交差させたが、９０度より大きい角度で交差させてもよいし、９０度より小さい角度で交差させてもよい。

解除ボタン２４が操作されないとき、カム部材２２は、コイルスプリング２８の付勢力を受け、その傾斜部２２ａ１によってボール３２を押圧しており、ボール３２は係合溝５２の壁面に当接している。このため、第２アダプタ３４は、その係合溝５２において、ボール３２を介して第１アダプタ１２のスライド部１８に係合した状態にあり、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２に対してスライドさせることができない。

一方、作業者が解除ボタン２４を押圧すると、カム部材２２がコイルスプリング２８の付勢力に抗して移動し、ボール３２が係合溝５２からボール受容溝２２ｂに向けて後退できるようになる。そして、作業者が第２アダプタ３４に所定方向の力を加えると、ボール３２がスライド部１８から突出しない位置まで後退するので、作業者は、第２アダプタ３４をスライドさせて、第２アダプタ３４を第１アダプタ１２から分離することができる。したがって、エンドエフェクタ４８が取り付けられた第２アダプタ３４が不意に離脱して落下することがなく、作業者の安全性が向上する。

ボール３２は、ボール３２の進出・後退方向に対して角度βだけ傾斜した係合溝５２の壁面に当接するので、第２アダプタ３４の上面を第１アダプタ１２の本体部１４の下面に密着させる力が作用し、第２アダプタ３４は、ガタツキなく第１アダプタ１２に支持される。また、ボール３２は、二つの平面を含む係合溝５２の壁面に点Ｐ３および点Ｐ４の二点で当接するので、第２アダプタ３４に大きな外力が加わってもガタつくことがない。また、係合溝５２の壁面形状を二つの平面を組み合わせたものとしているので、係合溝５２の加工が容易である。

本発明に係るエンドエフェクタ交換装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０…エンドエフェクタ交換装置
１２…第１アダプタ１８…スライド部
２０…ガイドロッド２２…カム部材
２２ａ…カム部２２ａ１…傾斜部
２２ａ２…平行部２２ｂ…ボール受容溝
２４…解除ボタン３２…ボール
３４…第２アダプタ３６ｂ…開口縁部
４２…スロット４４、５２…係合溝
４４ａ、５２ａ…谷線４６…ロボットアーム
４８…エンドエフェクタ

Claims

第１アダプタと第２アダプタを含み、前記第１アダプタおよび前記第２アダプタの一方がロボットアーム等に取り付けられ、他方にエンドエフェクタが取り付けられるエンドエフェクタ交換装置であって、
前記第１アダプタのスライド部が前記第２アダプタのスロットに嵌合し、前記スライド部に設けられたカム部材と前記スロットを構成する開口縁部との間にボールが配置され、前記カム部材の移動によって前記ボールが前記開口縁部に設けられた係合溝に向けて進出し、または後退可能となり、前記カム部材と一体の解除ボタンの操作を行うとともに前記第１アダプタと前記第２アダプタを相対的にスライドさせることによって前記ボールが後退し、前記第１アダプタと前記第２アダプタが分離するエンドエフェクタ交換装置。
請求項１記載のエンドエフェクタ交換装置において、
断面Ｔ字形状の前記スライド部がＴ字形状の前記スロットに嵌合するエンドエフェクタ交換装置。
請求項１記載のエンドエフェクタ交換装置において、
カム部材は、前記スライド部の長手方向に移動可能に支持されるガイドロッドに連結されるエンドエフェクタ交換装置。
請求項３記載のエンドエフェクタ交換装置において、
前記カム部材には、カム部およびボール受容溝が形成され、前記カム部は、前記ガイドロッドの移動方向に対して傾斜する傾斜部と前記ガイドロッドの移動方向と平行な平行部とからなり、前記平行部は、前記傾斜部と前記ボール受容溝との間に形成されるエンドエフェクタ交換装置。
請求項１記載のエンドエフェクタ交換装置において、
前記係合溝の壁面形状は、所定の中心角の範囲で切り取った二つの円筒面をそれらの母線同士で継ぎ合わせ、該継合線が谷線となるようにしたものであるエンドエフェクタ交換装置。
請求項１記載のエンドエフェクタ交換装置において、
前記係合溝の壁面形状は、二つの平面を交差させ、その交差部にアールを施したものであるエンドエフェクタ交換装置。
請求項５または６記載のエンドエフェクタ交換装置において、
前記係合溝の谷線は、前記ボールの進出・後退方向に対して傾斜しているエンドエフェクタ交換装置。