JP2527640Y2 - 産業用ロボットの工具交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は産業用ロボットの工具交
換装置に関する。さらに詳しくは、工具交換の際の位置
合わせが容易になしうる産業用ロボットの工具交換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工具交換により一台のロボッ
トに種々の作業を行わせることがなされている。

【０００３】この工具交換は、図８に示すように、ロボ
ット側ユニットＲとツール側ユニットＵとのボールロッ
ク機構Ｌのロックを解除し使用済みのツールをロボット
アームＡから取外したのち、ツールスタンドＳにツール
側ユニットＵを上方に向けて置かれているツールＴに対
して、ロボットアームＡを位置決めし、しかるのちこの
ロボットアームＡの先端部に取付けられたロボット側ユ
ニットＲとツール側ユニットＵとを嵌合させるとともに
ボールロック機構Ｌによりロックすることによりなされ
る。

【０００４】しかるに、最近では、工具交換時の電気配
線、制御用ケーブル、冷却水配管等のハンドリングを簡
素化するために、エア配管のみならず冷却水配管、電気
配線および制御用ケーブルをも切り離してしまう、いわ
ゆる完全縁切り形の工具交換方式が採用されてきてい
る。このため、ロボットアームＡの位置決めに関し、高
度の位置決め精度が要求されるようになってきている。

【０００５】しかしながら、現状ではこのロボットアー
ムＡの位置決め精度は前記要求を満足できるものではな
く、若干の誤差を含んでいる。このロボットアームＡの
位置決め誤差を吸収するために、ツールスタンドＳはツ
ール側ユニットＵに不要な外力が作用した際に微動し
て、その位置決め誤差を吸収できるフローティングユニ
ットＦ上に設置されている。

【０００６】この様に従来の工具交換においては、前述
の如くロボット側ユニットＲとツール側ユニットＵとの
接続を、ロボットアームＡ自身によりなしているので、
このエア配管、冷却水配管、電気配線および制御用ケー
ブルの接続部の正確な平行度を出しにくい。そのため、
例えば、冷却水配管やエア配管の接続部（水カプラやエ
アカプラ（以下、流体カプラという）の接続部）からの
水漏れやエア漏れが生じたり、電気配線の接続部や制御
用ケーブルの接続部の接続不良や、芯ずれによる接続部
の偏摩耗が生ずるという問題がある。

【０００７】なお、特開平２ー１２１７７８号公報に
は、リンク機構を用いた自動工具交換装置が開示さてい
るが、この装置においては、リンク機構は、ロボット側
ユニットとツール側ユニットとがセットされた後におけ
る単なるロック機構としてのみ利用されているので、ロ
ボットアームの位置決め誤差が吸収できず、その位置決
めを厳密に行わなければならないという問題は依然とし
て解決されていない。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】本考案はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、ロボットアー
ムの位置決めを厳密に行わなくても、接続部における所
要平行度を確保して、ロボット側ユニットとツール側ユ
ニットとの接続ができるために、フローティングユニッ
トを不要とすることができるとともに、電気配線の接続
部や制御用ケーブルの接続部の接続不良や、芯ずれによ
る接続部の偏摩耗が生ずることのない産業用ロボットの
工具交換装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案は、ロボットアー
ムに取り付けられているロボット側ユニットとツールに
取り付けられているツール側ユニットとからなる産業用
ロボットの工具交換装置であって、前記ロボット側ユニ
ットが、昇降機構と該昇降機構により駆動される複数の
保持機構とからなる保持手段を有し、前記保持機構の保
持部材が、前記昇降機構の降下により、待機位置から上
昇しながら外周方向に押し出されることにより保持位置
まで移動可能とされ、前記ツール側ユニットが前記保持
手段の進入用空洞部、および前記保持部材に保持される
被保持部材を有し、前記保持手段が前記空洞部に進入し
たのち、前記昇降機構により前記保持部材が待機位置か
ら上昇しながら外周方向に保持位置まで押し出され、そ
れにより前記保持部材の保持部が前記被保持部材を保持
位置まで引き上げ、かつ保持することを特徴とする産業
用ロボットの工具交換装置に関する。

【００１０】本考案の工具交換装置においては、前記保
持機構がトグルリンク機構であるのが好ましい。

【００１１】また、本考案の工具交換装置においては、
位置決め手段が設けられてなるのが好ましい。

【００１２】ここで、前記位置決め手段が、ロボット側
ユニットに設けられた先細の位置決めピンと、該位置決
めピンが嵌挿されるツール側ユニットに形成された孔部
と、ロボット側ユニットに設けられた第１ストッパ部材
と、該第１ストッパ部材に当接されるツール側ユニット
に設けられた第２ストッパ部材とからなるのが好まし
い。

【００１３】さらに、本考案の工具交換装置において
は、流体カプラのロボット側ユニットまたはツール側ユ
ニットに配設されている部材の接続部に漏れ防止突起が
設けられてなるのが好ましい。

【００１４】

【作用】本考案の工具交換装置は、複数の保持機構がツ
ール側ユニットを引き上げながら保持するよう構成され
ているので、ロボットアームの位置決めにおいて多少の
誤差があっても、その誤差は前記引上げ動作中における
前記複数の保持機構の恊動により自律的に修正される。
したがって、アームの位置決めに多少の誤差があって
も、ツールスタンドに置かれているツールを所定の精度
で保持してロボットア−ムとツ−ルとを接続することが
できる。

【００１５】本考案の好ましい実施例においては、ロボ
ット側ユニットに設けられた先細の位置決めピンと、該
位置決めピンが嵌挿されるツール側ユニットに形成され
た孔部と、ロボット側ユニットに設けられた第１ストッ
パ部材と、該第１ストッパ部材に当接されるツール側ユ
ニットに設けられた第２ストッパ部材とからなる位置決
め手段が設けられているので、取付け精度の向上が図ら
れる。

【００１６】本考案のさらに好ましい実施例において
は、流体カプラのロボット側ユニットまたはツール側ユ
ニットに配設されている部材の接続部に漏れ防止突起が
設けられているので、流体カプラの接続が多少傾いてな
されても漏れを生ずることがなく、漏れ防止の完全化が
図られる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本考案を実施
例に基づいて説明するが、本考案はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１８】図１は本考案の一実施例のツール側ユニッ
トの平面図、図２は図１のＡーＡ線断面図、図３はロボ
ット側ユニットの図２に対応する位置における断面図で
ある。図４は本考案の動作の説明図であって、保持機構
の保持部材が待機位置にある状態を示すものである。図
５は本考案の動作の説明図であって、保持機構の保持部
材が保持位置においてツール側ユニットの被保持部材を
保持している状態を示すものである。図６は本考案に用
いられる流体カプラの一実施例の説明図、図７は同実施
例の要部構造図である。図において、Ｒはロボット側ユ
ニット、Ｕはツール側ユニット、１はロボット側ユニッ
トＲの本体、２は昇降機構、３は保持機構、４は位置決
め機構、５はツール側ユニットＵの本体、６は流体カプ
ラを示す。

【００１９】図１〜３に示される本考案の一実施例にお
いては、ロボット側ユニットＲは、ほぼ円柱状の形態を
有する本体１と、この本体１に駆動部が内蔵されている
昇降機構２と、この昇降機構２により駆動される複数の
保持機構３とからなり、この昇降機構２と保持機構３と
により保持手段が構成される。本実施例においては、こ
の保持機構３の個数は３個とされ、本体１の軸心を中心
として１２０度間隔で、本体１の底面１ａに配設されて
いる。

【００２０】この昇降機構２としては、例えば、本体１
の内部に形成されたエアシリンダ２１と、このエアシリ
ンダ２１内を往復動するピストン２２と、一端２３ａが
このピントン２２接続されるとともに他端２３ｂが本体
１の底面１ａから突出しているピントンロッド２３と、
このピストンロッド２３の他端２３ｂと接続されている
先端部材２４とからなるものがあげられる。このピント
ンロッド２３の軸心は、本体１の軸心と一致するように
配設されている。なお、事故等によりエアが遮断されて
も保持機構３がツール側ユニットを保持し続けるよう、
ピストン２２はバネ部材２５により、図中、下方に付勢
されているのが好ましい。

【００２１】また、保持機構３としては、トグルリンク
機構があげられる。このトグルリンク機構の駆動部材３
１は、一端３１ａが前記先端部材２４に回転自在に接続
されており、他端３１ｂはトグルリンク機構３０の保持
部材３２の下端３２ｂに、同じく回転可能に接続されて
いる。保持部材３２の上端３２ａは、本体１の底面１ａ
において、前記先端部材２４の外側に配設された係止部
材１１に回転自在に接続されている。また、保持部材３
２の下端３２ｂには、外周方向に向かって突出している
保持部３３が形成されている。この様な構成とされるこ
とにより、保持部材３２の下端３２ｂは昇降機構２の降
下に伴い、駆動部材３１により外周に上昇しながら押し
出されて、待機位置から保持位置まで移動することがで
きる。

【００２２】ツール側ユニットＵは、ロボット側ユニッ
トＲの本体１と同一の外径を有する円柱部材からなる本
体５を主要構成要素としている。この本体５の上面５ａ
の中心部には、主空洞部５１が形成され、この主空洞部
５１から放射状に従空洞部５２，５２，５２が１２０度
の間隔を置いて形成されている。この主空洞部５１は、
昇降機構側２の先端部材２４が自在に昇降できるサイズ
とされている。また、従空洞部５２は、保持機構３に対
応した位置に設けられている。

【００２３】しかして、この従空洞部５２，５２，５２
の外側には、被保持部材５３，５３，５３が配設されて
いる。この被保持部材５３は、保持部材３２が保持位置
に到達したときに、保持部３３に保持される位置に配設
されている。また、この被保持部材５３の下端部５３ｂ
の内側の形状は、保持部材３２の保持部３３に対応した
形状とされている。すなわち、図に示す本実施例におい
ては、保持部３３は逆Ｌ字型とされているので、下端部
５３ｂの内側も逆Ｌ字型とされている。

【００２４】本考案の好ましい実施例においては、位置
決め機構４が設けられている。この位置決め機構４は、
例えば、ロボット側ユニットＲに設けられた円錐ピン４
１と、ダイヤピン４２と、これらに対応してツール側ユ
ニットＵに設けられた位置決め孔４３、４４と、ロボッ
ト側ユニットＲに設けられた第１ストッパ部材４５と、
これに対応してツール側ユニットＵに設けられた第１ス
トッパ部材と当接する第２ストッパ部材４６とにより構
成される。なお、この円錐ピン４１とダイヤピン４２
は、中心に関して点対称に配設されるのが好ましい。

【００２５】本考案のさらに好ましい実施例において
は、流体カプラ６のツール側ユニットＵに設けられた第
２部材６２のロボット側ユニットＲに設けられた第１部
材６１との接合部には、漏れ防止突起６３が配設されて
いる。図６はこの漏れ防止突起６３が配設されている流
体カプラ６の一実施例の説明図である。図６において、
左半分が弁体６４が降下して流路が開となった状態を示
し、右半分が弁体６４が上昇して流路が閉となった状態
を示している。図７より明らかな如く、漏れ防止突起６
３は、第１部材６１の弁座６５に食い込んで、漏れ防止
の完全化が図られている。このため、第１部材６１と第
２部材６２の平行度の設定の際に多少の誤差があって、
傾いて接続されても流体カプラ６は、その接続部から漏
れを起こすことがない。なお、漏れ防止突起６３はロボ
ット側ユニットＲに設けられた第１部材６１に配設され
てもよい。

【００２６】次に、図４〜５を参照しながら、この様に
構成された工具交換装置による工具交換について説明す
る。

【００２７】 ステップ１：ロボットアームＡがツール
スタンドに移動し、使用済みのツールＴをツールスタン
ドに戻す。

【００２８】ステップ２：図示しないエア供給源からロ
ボット側ユニットＲのエアシリンダ２１にエアが供給さ
れピストン２２が上昇し、それにつれて保持機構３の保
持部材３２が保持位置（図５参照）から待機位置（図４
参照）まで移動する。そのため、ロボット側ユニットＲ
とツール側ユニットＵとの係合が解かれ、使用済みツー
ルＴがロボットアームＡから分離される。

【００２９】ステップ３：ロボットアームＡが新たに装
着される交換用ツールＴの位置まで移動する。

【００３０】ステップ４：先端部材２４が主空洞部５１
内へ所定深さに進入するまでロボット側ユニットＲが降
下させられる。

【００３１】ステップ５：しかるのち、図示しないエア
切り替えバルブが切り替えられて、エアシリンダ２１内
に逆方向にエアが供給されてピストン２２が降下する。

【００３２】ステップ６：それに伴い先端部材２４に接
続されている駆動部材３１により保持部材３２が上昇し
ながら外周方向に押し出される。

【００３３】ステップ７：保持部材３２がある程度外周
方向に押し出されると、保持部３３の先端部が被保持部
材５３の下端部５３ｂの内側に接触する。

【００３４】ステップ８：保持部材３２は上昇を続けて
いるので、そのためツール側ユニットＵが引き上げられ
る。すなわち、ツールＴがツールスタンドから引き上げ
られる。

【００３５】ステップ９：ツール側ユニットＵはこの引
上げ中に、３個の保持部材３２，３２，３２の協動によ
り自律的に位置決めがなされ、保持部材３２が保持位置
に到達した時点においては、所定位置に保持され所定の
接続がなされる。これにより工具交換が終了する。な
お、位置決め機構４が設けられた好ましい実施例におい
ては、この引上げ動作中に円錐ピン４１とダイヤピン４
２のそれぞれが孔４３，４４に嵌挿され、また第１スト
ッパ部材４５と第２ストッパ部材４６とが当接するの
で、位置決めは、より一層正確になされる。

【００３６】

【考案の効果】以上説明したように、本考案において
は、ロボット側ユニットに設けられた保持手段により、
ツール側ユニットを引き上げるとともにその引上げ中に
位置調整がなされてツール側ユニットが所定位置に保持
され所定の接続がなされるので、工具交換時にロボット
アームの位置決めを厳密に行わなくてもよい。したがっ
て、ロボットの教示作業に要する時間を大幅に短縮する
ことができる。また、工具交換時に不要な押しつけ力が
ツール側ユニットに作用しないので、フローティングユ
ニットも不要となり、工具交換装置に関するコストの低
減も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例のツール側ユニットの平面図
である。

【図２】図１のＡーＡ線断面図である。

【図３】ロボット側ユニットの図２に対応する位置にお
ける断面図である。

【図４】本考案の動作の説明図であって、保持機構の保
持部材が待機位置にある状態を示すものである。

【図５】本考案の動作の説明図であって、保持機構の保
持部材が保持位置においてツール側ユニットの被保持部
材を保持している状態を示すものである。

【図６】本考案に用いられる流体カプラの一実施例の説
明図である。

【図７】同流体カプラの要部構造図である。

【図８】従来の工具交換装置の概略図である。

【符号の説明】

１ ロボット側ユニットの本体 ２ 昇降機構 ３ 保持機構 ４ 位置決め機構 ５ ツール側ユニットの本体 ６ 流体カプラ Ｒ ロボット側ユニット Ｕ ツール側ユニット Ａ ロボットア−ム Ｔ ツール

Claims (5)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームに取り付けられているロ
   ボット側ユニットとツールに取り付けられているツール
   側ユニットとからなる産業用ロボットの工具交換装置で
   あって、 前記ロボット側ユニットが、昇降機構と該昇降機構によ
   り駆動される、保持部材を有する放射状に等間隔で配設
   された少なくとも３つの保持機構とからなる保持手段を
   有し、 前記保持機構の保持部材が、前記昇降機構の降下によ
   り、待機位置から上昇しながら外周方向に押し出される
   ことにより保持位置まで移動可能とされ、 前記ツール側ユニットが前記保持手段の進入用空洞部、
   および前記保持部材に保持される同数の被保持部材を有
   し、 前記保持手段が前記空洞部に進入したのち、前記昇降機
   構により前記保持部材の全てが同時に待機位置から上昇
   しながら外周方向に保持位置まで押し出されて前記被保
   持部材と係合し、それによりツール側ユニットが引き上
   げられながら自律的に位置決めがなされてロボット側ユ
   ニット接続されることを特徴とする産業用ロボットの工
   具交換装置。
2. 【請求項２】 前記保持機構がトグルリンク機構である
   ことを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの工具
   交換装置。
3. 【請求項３】 位置決め手段が設けられてなることを特
   徴とする請求項１または２記載の産業用ロボットの工具
   交換装置。
4. 【請求項４】 前記位置決め手段が、ロボット側ユニッ
   トに設けられた先細の位置決めピンと、該位置決めピン
   が嵌挿されるツール側ユニットに形成された孔部と、ロ
   ボット側ユニットに設けられた前記位置決めピンと中心
   に関して点対称に配設されたダイヤピンと、該ダイヤピ
   ンが嵌挿されるツール側ユニットに形成された孔部と、
   ロボット側ユニットに設けられた第１ストッパ部材と、
   該第１ストッパ部材に当接するツール側ユニットに設け
   られた第２ストッパ部材とからなることを特徴とする請
   求項３記載の産業用ロボットの工具交換装置。
5. 【請求項５】 流体カプラのロボット側ユニットまたは
   ツール側ユニットに配設されている部材の接続部に漏れ
   防止突起が設けられ、該漏れ防止突起が相 手方部材に食
   い込んだ状態で接続されてなることを特徴とする請求項
   １記載の産業用ロボットの工具交換装置。