JP2886326B2 - 砥石自動交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はグラインダを使用した自動作業装置、特に工
作機械やロボットのエンド・エフェクタとしてグライン
ダを使用する場合において、必要に応じて砥石を交換す
る砥石自動交換装置に係る。

（従来の技術） 現在、工作機械や産業用ロボットの汎用性を向上さ
せ、可能な限り多目的の用途に対応可能とし、且つそれ
等の省力化、自動化を推進する傾向にある。

一方、例えばマシニングセンタのように自動工具交換
機能を具え工具を順次交換して各種加工作業を行うもの
や、作業ロボットのようにそのエンド・エフェクタとし
てメカニカル・ハンド、塗装スプレー、熔接ガン、グラ
インダ等の工具を必要に応じて自動的、遠隔的に交換す
るものが開発され、使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記何れの場合にあっても工具である
グラインダの自動的、遠隔的な交換がなされるのみであ
って、消耗品である砥石を自動的、遠隔的に交換する装
置は開発されていない。

而して、グラインダの砥石は比較的速やかに消耗する
ものであり、上記のように工具であるグラインダの自動
交換がなされても、消耗の都度手作業による砥石の交換
を行っていたのでは省力化、自動化を進める上で不都合
である。

仮に、グラインダの砥石の自動的、遠隔的な交換を行
おうとすれば、砥石を固定している治具の着脱、消耗し
た砥石の除去、新規の砥石の装着が可能な装置とする必
要がある。この種の装置は要求される自由度が大きいた
め、複雑な構造、構成となり、装置全体が大型化するお
それがある。さらには、制御性、操作性の面でも問題を
生じるおそれもあった。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、砥石の
交換のために必要最小限度の機能のみを有し、消耗品で
ある砥石を自動的、遠隔的に交換することができる砥石
自動交換装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の砥石自動交換装置は、ロボットのエンド・エ
フェクタとして使用されているグラインダ本体のグライ
ンダ回転軸を切り欠き部に導いて非回動に支持する板状
に形成された回転軸固定部材と、この回転軸固定部材を
摺動可能に支持するスライド機構と、このスライド機構
を摺動可能に案内するレールを介して支持する枠構とを
有する回転軸固定機構と、前記グラインダ本体のグライ
ンダ回転軸に砥石を固定している砥石固定治具を固定す
る爪を有する爪部材と前記砥石固定治具を吸着する磁石
とを有する作動部材と、この作動部材を摺動可能に係合
する駆動軸と、この駆動軸を回転させる駆動部とを有す
る砥石固定治具回転機構と、前記グラインダ本体におい
て使用済みとなった砥石あるいは未使用の砥石を挟むク
ランプを備えた棚板を有して前記グラインダ本体の砥石
固定治具を外した後に前記砥石を前記クランプに挟み込
むことにより着脱可能に構成された砥石収納ラックと、
を有することを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明の砥石自動交換装置においては、前
記ロボットの操作によってグラインダ本体に設けられた
砥石固定治具を、回転軸固定部材の切り欠き部に押圧さ
せつつ必要に応じてスライド機構によってスライドさせ
ながら、あるいはスライド機構自身を枠構に設けられた
レールに沿って摺動させながら前記回転軸固定機構への
進入操作を行なう。

また、前記砥石固定治具回転機構の作動部材に設けら
れた爪によって前記グラインダ本体に設置されている砥
石固定治具を固定し、磁石によってこの砥石固定治具を
吸着させる。砥石固定治具を吸着後、作動部材に係合さ
れた駆動軸を駆動部によって回転させて砥石固定治具を
グラインダ本体から離脱させる。

砥石固定治具が離脱された後の砥石は、前記グライン
ダ本体から容易に取外しが可能であるため、砥石収納ラ
ックの棚板に備えられたクランプによってグラインダ本
体から砥石を取外しながら挟み込んで支持される。

さらに、これとは逆の手順に従うことによって未使用
の砥石をグラインダ本体に装着固定を行なうことができ
る。

（実施例） 第１図は本発明一実施例における砥石固定治具着脱機
構と砥石収納手段とを示す正面図、第２図は前記実施例
において砥石交換のなされるグラインダの移動、位置決
めを行うロボットの斜視図である。第１図において、１
はグラインダの砥石を固定している砥石固定治具の弛み
および締め付けを行う砥石固定治具着脱機構を示し、７
はグラインダ本体から取り外された使用済み砥石を収納
し且つ交換すべき新規の砥石を格納しておく砥石収納ラ
ックを示している。前記砥石固定治具着脱機構１と前記
砥石収納ラック７との間を、この図には現れていないグ
ラインダ本体が移動し、使用済みの砥石のグラインダ本
体からの離脱およびこれの砥石収納ラック７への収納
と、新規の砥石の砥石収納ラック７からの取出およびこ
れのグラインダ本体への装着とを行う。

而して、前記砥石固定治具着脱機構１はグラインダ本
体の回転軸固定機構２と、前記回転軸と同軸上に位置す
る砥石固定治具回転機構３と、この砥石固定治具回転機
構を駆動する駆動モータ４とを有する。さらに、前記砥
石固定治具着脱機構１の枠構1aには前記回転軸固定機構
２の位置を検知する位置センサ５と、前記砥石固定治具
回転機構３の回転数を検知する回転回数検出器６とが設
けられている。

第２図において、８はエンド・エフェクタとしてグラ
インダ本体９を使用したロボットであり、前記実施例に
よる砥石交換の対象となるものである。このロボット８
の詳細については、後に砥石交換との関連で説明する。

第１図と同一部分には同一符号を付した第３図Ａは回
転軸固定機構２および砥石固定治具回転機構３の詳細を
示す正面図、第３図Ｂは回転軸固定機構２の軸固定部材
の一部切欠平面図、第３図Ｃはその一部切欠正面図であ
る。第３図Ａにおいて、回転軸固定機構２は第３図Ｂ、
第３図Ｃに詳細を示す回転軸固定部材21と、この回転軸
固定部材を可摺動に支持し枠構1aに沿って鉛直方向に可
摺動のスライド機構22と、このスライド機構を案内する
レール23、レールガイド24とを有する。

回転軸固定部材21は砥石固定治具回転機構３の回転軸
に垂直（水平）な面を有する板状であり、その基端をス
ライド機構22に可摺動に支持され、スライド機構23内に
前記基端両側に配置したばね21aにより突出方向のばね
力を加えられている。また、前記回転軸固定部材21の先
端にはグラインダ本体９の軸に係合するＵ字状切欠21b
が設けられている。前記回転軸固定部材21にはその長手
方向の２箇の長孔21cが設けられ、各長孔は前記スライ
ド機構22に植立した案内ピン22aに係合されている。

第４図Ａは砥石固定治具回転機構３の一部切欠正面
図、第４図Ｂはその底面図、第４図Ｃは第４図ＡのＣ−
Ｃ線における断面図である。第４図Ａにおいて、駆動モ
ータ４の回転を伝える駆動軸32には中空筒状の作動部材
31が軸方向には可摺動、回転方向には拘束して係合され
ている。この作動部材31の下端には、第４図Ｂに示すよ
うに、底面に中心に関し対称位置に１対の爪31aを有す
る爪部材31bが着脱自在に取り付けられている。

第４図Ｃに示すように駆動軸32の先端部は一直径上に
突出した軸方向の突条32aを有する非円形断面とされ、
前記作動部材31の内腔断面は前記断面と相補形状のもの
とされている。作動部材31は前記非円形断面同士の係合
により、軸方向に可摺動に、回転方向には拘束して駆動
軸32と係合されることとなる。

第４図Ｂに示すように爪部材31b底面中央には爪31aよ
り内側に開口31cが設けられている。この開口には第４
図Ａに示すように段付円筒状の永久磁石34の小径部が挿
入、係合されている。さらに、前記駆動軸32端面と前記
永久磁石34の上面との間にはばね33が弾設され、前記作
動部材31に突出方向のばね力が加えられている。

第５図Ａは砥石収納ラック７の平面図、第５図Ｂはそ
の正面図、第５図Ｃは第５図ＡのＣ−Ｃ線における断面
図である。複数段（第５図Ｂにおいては２段のみ）に設
けられ円板状の砥石70を載置する棚板71の前縁には、グ
ラインダ本体との干渉を避けるための円弧上切欠71aが
設けられ、この切欠の周囲には砥石を押圧支持する３箇
のクランプ72が設けられている。

以下、第６図Ａ〜第６図Ｅを参照しながら砥石の交換
手順について説明する。これ等の図は砥石固定治具着脱
機構１におけるグラインダ本体９の動きを示している。
砥石交換の初期において、第６図Ａに示すようにロボッ
ト８は、そのエンド・エフェクタであるグラインダ本体
９を、その砥石92が上向きの状態で回転軸固定機構２に
接近させる。前記のロボット８は、第２図に示したロボ
ットアーム8aの鉛直軸方向の運動の自由度Ｚ、前記8aの
前記鉛直軸に垂直方向の伸縮の自由度Ｒ、前記アーム8a
を昇降自在に支持する支柱81のアーム8a摺動面から外れ
た位置にある鉛直軸回りの運動の自由度θ、前記アーム
8a先端にエンド・エフェクタであるグラインダ本体９を
装着する支持架（一種の雲台）8bの前記伸縮方向を軸と
する回転の自由度α、前記支持架8bの前記伸縮方向に垂
直な方向を軸とする回転の自由度γ、前記グラインダ本
体９の前記自由度γに垂直な方向を軸とする回転の自由
度β等の全ての運動の自由度を適宜活用してなされる。

上記のように砥石92を上向きにしてグラインダ本体９
を回転軸固定機構２に接近させた後、グラインダ本体９
を水平に移動させ（自由度Ｒ）てグラインダ回転軸93を
前記回転軸固定部材21の切欠21bに押圧し、グラインダ
回転軸93の中心と前記砥石固定治具回転機構３の回転中
心とが一致するまで前記グラインダ本体９を押し進め
る。この時、回転軸固定部材21はばね21aのばね力に抗
してスライド機構22内に押し込まれる。上記の状態にお
いて、前記回転軸固定部材21の切欠21bとグラインダ回
転軸93とは、接触はしているものの必ずしも完全な係合
状態にはないこともあり、グラインダ回転軸93がその回
転抑止状態にいるとは限らない。但し、第６図Ａにおい
てはグラインダ回転軸93は切欠21bに完全に係合し、そ
の位置の決定と同時に回転も抑止された状態で示されて
いる。

次いで、第６図Ｂに示すようにこの図には現れていな
いロボット８の操作（自由度Ｚ）により、グラインダ本
体９を回転軸固定機構２とともに上昇させ、砥石固定治
具91を作動部材31の最下端面に設けた１対の爪31aに接
触させる。前記グラインダ本体９等をさらに上昇させれ
ば、作動部材31はばね33のばね力に抗して上昇され、爪
部材31b下端面の爪31aは砥石固定治具91に強く圧接され
ることとなる。この圧接状態において回転軸固定機構２
は所定位置まで上昇され、位置センサ５によって検知さ
れる。

位置センサ５の検知出力により砥石固定治具回転機構
３を緩め方向に起動し、前記爪31aを砥石固定治具91上
面の前記爪と対応する位置にある前記各図に現れていな
い穴に嵌入させる（第６図Ｃ）。この嵌入状態になるに
際し前記砥石固定治具回転機構３の作動部材31は爪31a
の軸長分だけ下降する。第６図Ａに示すようにグライン
ダ回転軸93が回転抑止状態にある限り、前記砥石固定治
具回転機構３の駆動を継続すれば、砥石固定治具91を緩
めることができるわけである。

ところで、前記のようにグラインダ回転軸93と切欠21
bが完全な係合状態になく、グラインダ回転軸93の回転
が抑止されていない場合には、砥石固定治具回転機構３
の駆動によりグラインダ回転軸93が停止固定治具91とと
もに回動する。この回動の間に軸の向きが適切となった
時点で、前記グラインダ回転軸93と前記切欠21bとの完
全な係合がなされ、グラインダ回転軸93は回転抑止状態
となり、それ以後において砥石固定治具91は緩められる
こととなる。

第６図Ｄは砥石固定治具91が緩められて生じるその上
昇変位を、作動部材31がばね33に抗して駆動軸32に沿っ
て摺動し吸収している状態を示している。なお、この状
態において砥石固定治具91はこの図には現れていない前
述の段付の永久磁石34に吸着されている。

砥石固定治具回転機構３の回転により砥石固定治具91
がさらに上昇し、これがグラインダ回転軸93の砥石固定
用のねじ部から離脱し、これから砥石交換に必要なだけ
離間するとこの離間したことを回転数検出器６が検知す
る。ロボット８は前記検知出力により前記グラインダ本
体９を回転軸固定機構２とともに下降させる（第６図
Ｅ）。

ここで、ロボット８の操作によりグラインダ本体９を
前記砥石92を載置させたまま前記砥石固定治具着脱機構
１から移動させ、砥石を再使用しない場合にはグライン
ダ本体９を砥石廃棄場所にもたらして砥石を廃棄し、再
使用がなされる場合には砥石収納ラック７にもたらし砥
石を前記砥石収納ラックに収納する。

砥石収納ラック７への砥石の収納は次のようにしてな
される。すなわち、ロボット８の操作により砥石92を第
５図Ａに示すように棚板71とクランプ72との間に挟み込
んで保持させ、グラインダ本体９を鉛直下方に下降させ
てグラインダ回転軸93を砥石92の中心孔から引き抜く。
これにより、砥石92はグラインダ本体９から離脱し、砥
石収納ラック７に収納されたこととなる。

次に上記のようにして廃棄または離脱収納した砥石に
代え、グラインダ回転軸93に新規の砥石を装着する手順
について説明する。新規の砥石は第５図Ａに70で示すよ
うにして砥石収納ラック７に収納されている。先ず、前
記の使用済み砥石の収納とは逆にロボットの操作により
グラインダ本体９を新規の砥石に接近させ、これを上昇
させてグラインダ回転軸93を砥石の中心孔に係合させ
る。次いでグラインダ本体９に水平方向の運動を与える
ことにより、砥石を砥石収納ラック７から引き抜く。こ
れにより、砥石はグラインダ本体９に仮装着される。

以下、使用済み砥石の取り外し時と逆の手順で前記新
規の砥石をグラインダ回転軸93に固定する。すなわち、
ロボット８を操作して第６図Ｅに示すようにグラインダ
本体９を水平に移動させ、グラインダ回転軸93を回転軸
固定機構２の固定部材21の切欠21bに係合させ、ばね力
に抗しながら前記固定部材21とともに移動を継続し、前
記グラインダ回転軸93の軸心が砥石回転機構３の回転軸
直下に位置するようにする。

次に、ロボット８の操作により第６図Ｄに示すように
グラインダ本体９を回転軸固定機構２とともに上昇さ
せ、砥石固定治具回転機構３の永久磁石が吸着保持して
いる砥石固定治具91にグラインダ回転軸93の上端を当接
させる。そのまま前記上昇を継続させると前記回転軸固
定機構２が位置センサ５に検出され、この検出出力によ
って駆動モータ４は固定治具91取り外し時とは逆方向に
起動される。

前記駆動モータ４の起動により第６図Ｃに示すよう
に、砥石固定治具回転機構３はグラインダ回転軸93のね
じ部に沿って下降し、砥石固定治具91は砥石92に対する
締付けを開始する。グラインダ回転軸93が固定部材21の
切欠21bに完全に係合されていない場合には、前記の砥
石固定治具回転機構３の回転とともに前記グラインダ回
転軸93も回動され、砥石固定治具91の螺入、砥石92に対
する締付けはなされないが、前記グラインダ回転軸93の
回転の初期においてそれと前記固定部材21の21bとの完
全な係合が得られ、以後は砥石92に対する締付けが開始
される。上記の締付け中、前記の砥石固定治具91の締付
けトルクに比例する駆動モータ４の作動電流は監視され
ており、この作動電流が規定値に達した時点で駆動モー
タ４への給電を停止させる。これにより、一定締付けト
ルクにより砥石92を締付け固定することができる。

次いで、ロボット８の操作により第６図Ａに示すよう
にグラインダ本体９を回転軸固定機構２とともに下降さ
せ、さらに水平に移動させてグラインダ回転軸93を固定
部材21の切欠21bから離脱させる。

上記一連の操作をシーケンシャルに行わせることによ
り、グラインダ本体９の砥石92の自動交換を実施するこ
とができる。

上記のように砥石固定治具の緩め、締付け作業を専用
の砥石固定治具回転機構１によって行い、新旧砥石の交
換はロボット８の操作によって砥石収納ラック７を介し
て行わせるようにしてあるから、砥石92のグラインダ本
体９に対する装着、撤去を行う機構を特に設ける必要が
なく、簡単な構造でしかも小型な自動砥石交換装置とす
ることができる。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明の自動砥石交換装置に
おいては、砥石をグラインダ回転軸に固定している砥石
固定治具の着脱を行う専用の砥石固定治具回転機構を設
け、砥石自体の交換、撤去等はロボットによるグライン
ダ本体の移動により砥石収納ラックを介してなされるよ
うにしてあるから、砥石のグラインダ回転軸に対する着
脱を行う特段の手段を設ける必要はなく、装置全体の構
成の簡素化、小形化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例における砥石固定治具着脱機構
と砥石収納手段とを示す正面図、第２図は前記実施例に
おいて砥石交換のなされるグラインダの移動、位置決め
を行うロボットの斜視図、第３図Ａは回転軸固定機構２
および砥石固定治具回転機構３の詳細を示す正面図、第
３図Ｂは回転軸固定機構２の軸固定部材の一部切欠平面
図、第３図Ｃはその一部切欠正面図、第４図Ａは砥石固
定治具回転機構３の一部切欠正面図、第４図Ｂはその底
面図、第４図Ｃは第４図ＡのＣ−Ｃ線における断面図、
第５図Ａは砥石収納ラック７の平面図、第５図Ｂはその
正面図、第５図Ｃは第５図ＡのＣ−Ｃ線における断面
図、第６図Ａ〜第６図Ｅの砥石の交換手順について説明
するための前記実施例の要部拡大正面図である。 １……砥石固定治具着脱機構、1a……枠構 ２……回転軸固定機構、21……回転軸固定部材 22……スライド機構、３……砥石固定治具回転機構、31
……作動部材、４……駆動モータ、５……位置センサ、
６……回転数検出器、７……砥石収納ラック、70……砥
石（収納状態）、８……ロボット、９……グラインダ本
体、91……砥石固定治具、92……砥石、93……グライン
ダ回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24B 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットのエンド・エフェクタとして使用
   されているグラインダ本体のグラインダ回転軸を切り欠
   き部に導いて非回動に支持する板状に形成された回転軸
   固定部材と、この回転軸固定部材を摺動可能に支持する
   スライド機構と、このスライド機構を摺動可能に案内す
   るレールを介して支持する枠構とを有する回転軸固定機
   構と、 前記グラインダ本体のグラインダ回転軸に砥石を固定し
   ている砥石固定治具を固定する爪を有する爪部材と前記
   砥石固定治具を吸着する磁石とを有する作動部材と、こ
   の作動部材を摺動可能に係合する駆動軸と、この駆動軸
   を回転させる駆動部とを有する砥石固定治具回転機構
   と、 前記グラインダ本体において使用済みとなった砥石ある
   いは未使用の砥石を挟むクランプを備えた棚板を有して
   前記グラインダ本体の砥石固定治具を外した後に前記砥
   石を前記クランプに挟み込むことにより着脱可能に構成
   された砥石収納ラックと、 を有することを特徴とする砥石自動交換装置。