JP3005404B2 - ロボットのハンド交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットのハンドを自
動的に交換するハンド交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットのアームに装着されたハンドを
自動的に交換する装置の例として、特開昭５９−１６６
４８６号公報や特開平４−１８９４８９号公報に記載さ
れたものを掲げることができる。すなわち、いずれの装
置も、アームあるいはマニピュレータ側に取り付けられ
たハンドの脱着部に、脱着動作を行わせるアクチュエー
タを内在させており、ハンド交換の指令により、そのア
クチュエータを駆動して脱着部からハンドを離脱させた
り、脱着部にハンドを装着させたりしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなハンドの交
換装置では、ハンドを装着した状態で各種動作を実行中
に、誤って脱着動作用アクチュエータを駆動させてしま
うと、ハンドの落下等による機器損傷の危険性がある。
従って、本発明では、決められた場所でしかハンドを交
換できない機構とし、ロボットの自動あるいは教示動作
中やロボットの点検中に、誤ってハンドを落とすことが
ないハンド交換装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【問題を解決するための手段】本発明のハンド交換装置
では、ロボットアームの先端に支持されたハンドホルダ
に着脱可能に装置され、一端にハンドホルダとの着脱部
を有するハンドと、ハンドホルダに設けられ、ハンドの
着脱部に嵌合して、ハンドホルダにハンドを保持させる
クランプ手段と、ハンドの着脱部に設けられ、クランプ
手段に係合して、クランプ手段をアンクランプ状態にさ
せるクランプ解除手段と、ロボットの傍らに位置し、ハ
ンドを複数個保管するハンド保管台と、ハンドの着脱部
に設けられ、ハンドホルダから供給されるクランプ解除
手段用エアを、ハンド保管台へ伝達するエア中継路と、
ハンド保管台の各ハンド保管場所毎に設けられ、一端
は、前記エア中継路に嵌脱し、ハンド保管台を経由し
て、他端は、クランプ解除手段に嵌脱するエア伝達路と
を備えている。そして、ハンドの着脱の際、ハンド保管
台の保管場所にハンドを位置させたうえで、エア伝達路
を、エア中継路とクランプ解除手段に嵌合させ、クラン
プ解除手段に動力を伝えて、クランプ手段にクランプを
解除させ、ハンドホルダの移動によりハンドの着脱を行
う。

【０００５】また、本発明のハンド交換装置では、前記
クランプ手段を、ハンドホルダに固着されたスリーブ内
を軸方向に摺動するクランプピン、スリーブとクランプ
ピン間に挿入され、クランプピンの軸方向移動によりハ
ンドをクランプまたはアンクランプする位置に移動する
クランプボール、クランクピンを常時特定方向に付勢し
クランプボールをクランプ位置に保持させる付勢手段で
構成し、前記クランプ解除手段を、クランプピンを軸方
向に移動させるピストン、ピストンをクランプピンに向
けて往復運動させるシリンダ部で構成し、前記クランプ
解除手段用動力を流体圧源として、動力中継路と動力伝
達路をシリンダ部への流体通路とする。

【０００６】

【作用】ハンド保管台の保管場所にハンドが到着する
と、クランプ解除手段に、ハンド保管台の動力伝達路を
経由して駆動力が伝えられ、クランプ手段がハンドのク
ランプを解除し、ハンドホルダの移動によってハンドの
着脱が行われる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について、図に基づいて説明
する。図１は本発明のロボットハンド交換装置を水平多
関節型ロボット１に適用した例を示す概略図であり、図
２はそのハンド交換装置の構成を示す一部を破断した正
面図、図３は同じくその平面図である。ハンド交換装置
は、ハンドホルダ２、ハンドホルダに設けられるクラン
プ手段３、着脱部４を有するハンド５、着脱部に設けら
れるエア中継路６とクランプ解除手段７、ハンド保管台
８、ハンド保管台に設けられるエア伝達路９からなる。

【０００８】１１はロボット１のアーム１０に回転可能
かつ昇降可能に支持されたハンド軸で、その先端に継手
１１１を固定し、継手１１１にハンドホルダ２の軸２０
をキー結合している。ハンドホルダ２は、軸２０を中心
としたフランジ形状をしており、軸２０を挟んで１８０
°対向する位置に、一対のクランプ手段３を図２で云う
下向きに保持する。２１はハンドの着脱部４にエアを供
給するエア供給用のノズルで、ハンドホルダ２に穿たれ
た軸方向の穴２２に摺動可能に嵌合され、その径小部２
１１がハンドホルダ２の下面に突出する。２１２は、ノ
ズル２１を軸方向に貫通するエア供給路で、この供給路
の中途に設ける段差部と穴２２の上部を塞ぐ栓２４間
に、圧縮コイルバネ２３がはめ込まれる。ノズル２１
は、圧縮コイルバネ２３によって常時下方に付勢され
る。ノズル２１の上面と栓２４の下面とで作られる空間
は、図示しないエア導入路によってハンドホルダ２の側
面に開口しており、ここにロボットアームからのエア配
管が接続される。従って、ロボットの空気圧源につなが
れば、ノズル２１は、圧縮コイルバネのバネ圧に加え空
気圧によりさらに下方に付勢されると共に、先端部から
圧縮空気を吹き出すことになる。

【０００９】一対のクランプ手段３は、ハンドホルダの
軸方向に穿たれた一対の段付き貫通孔にそれぞれ固定さ
れるが、同じ構造のためその片側についてのみ説明す
る。３１はその貫通孔に嵌合されたスリーブで、下部が
ハンドホルダ２の下面から突出するように、貫通孔の上
部を塞ぐ栓３０に上端部がネジ止めされ、下端には内径
を小さくする内鍔状の段差部３１１を有する。３２はス
リーブ３１内を軸方向に摺動するクランプピンで、下部
の径が段差部３１１の内径に対応し、上部の径がスリー
ブ３１の内径に対応した段差形状を有しており、先端部
はスリーブの下端より突出させる。また、段差部３１１
の直上に位置するスリーブの周囲に複数個のテーパ穴を
穿ち、このテーパ穴とクランプピン３２との間に、クラ
ンプボール３３を複数個はめ込む。クランプボール３３
は径方向に移動可能であり、クランプピン３２の径大部
によってスリーブ３１の外周よりその一部が押し出され
（クランプ状態）、径小部によってスリーブ３１の外周
より引っ込み可能とされる（アンクランプ状態）。３４
は、クランプピン３２を常時図２で云う下方に付勢する
圧縮コイルバネで、クランプピン３２の上面と栓３０の
下面間に挿入される。このクランプピンの下方付勢によ
って、複数個のクランプボール３３は、常時クランプ状
態に保持されることになる。

【００１０】４はハンド５の着脱部で、ハンドホルダ２
のフランジ部と同径の円柱形をしており、ハンドホルダ
２の下面に着脱可能に装着され、ハンド軸１１の軸心に
ハンド５の軸心を一致させている。着脱部４の、ハンド
ホルダ２のノズル２１に対面する位置に、径小部２１１
の外径に対応した座ぐり加工を施し、その中心部に軸方
向の貫通孔６を穿って、これをエア中継路とする。エア
中継路６の下端部は、後述するハンド保管台８に取り付
けられたアタッチメント９１の頭部が入り込む凹所６１
に繋がり、着脱部４の下面に開口している。

【００１１】着脱部４は、ハンドホルダ２の一対のクラ
ンプ手段３と対面する位置に、クランプ手段のスリーブ
３１の先端部を受け入れる一対の嵌合穴４１を有し、図
２に示すように嵌合穴４１は、当初スリーブ３１の外形
に対応する内径で進み、途中からクランプボール３３が
クランプ位置に保持された場合の、クランプボールの突
出量を加えた外形に対応する内径になっている。この段
差の境界点は、ハンドホルダ２の下面が着脱部４の上面
に当接したとき、スリーブに保持されたクランプボール
３３がちょうど径大部の立ち上がり部分に位置するよ
う、設定されている。そして、一対の嵌合穴４１と軸心
を同じくして、クランプ解除手段７を形成させる穴４２
を、着脱部の下面から軸方向にそれぞれ穿ち、さらに嵌
合穴４１と穴４２を、これらより小径の穴で各々連通さ
せる。この連通穴には、後述するピストンロッド７２が
嵌合される。尚、図示はしないが、ハンドホルダ２と着
脱部４の間にはハンドへの動力供給部があり、クランプ
動作と共に動力供給部の連結も行われる。

【００１２】クランプ解除手段７は、各穴４２をシリン
ダ部として一対存在し、それぞれピストン７１とそのピ
ストンロッド７２で構成され、ピストンロッド７２の先
端がクランプピン３２の先端と向かい合う。ピストン７
１は穴４２内を上下摺動可能で、図２で示すように、ピ
ストンロッド７２の先端部は嵌合穴４１内に常時進入し
ており、その進入部の所定位置に抜け止めリング７３が
はめ込まれ、ハンド交換以外のときに自重で落下してし
まわないようにしている。ピストンロッド７２は、抜け
止めリング７３で保持された位置から（図２）、クラン
プ手段のスリーブ３１を着脱部の嵌合穴４１に挿入する
際の図５に示す位置（クランプピン３２をスリーブ３１
内に押し込み、クランプボール３３をアンクランプ状態
にする位置）に至るストロークを有している。

【００１３】ハンド保管台８は、ハンド軸１１の動作領
域内に配置すべく、ロボット１を設置するベース１００
に固定し、複数個のロボットハンドを収容可能とする。
ハンド保管台８は、ひとつのハンドに図３のような１ブ
ロックが対応し、ハンドの収容数によりブロックを増設
し、それらの集合によって保管台を形成している。ここ
ではその１ブロックについて説明する。ハンド保管台８
は断面コの字形状で、天板部にハンド５を収容する切り
欠き部８１を有し、切り欠き部８１の周辺にエア伝達路
９が設けられ、着脱部４の下面が載置される。

【００１４】エア伝達路９は、ハンド５の着脱部４の下
面における、エア中継路６と各クランプ解除手段７との
位置関係に対応してハンド保管台８に配置され、フィッ
ティング９１、一対のノズル９２、これらを繋ぐ配管ホ
ース９３で構成される。フィッティング９１は、着脱部
４の凹所６１に応じて保管台８に固定しており、軸方向
の貫通孔９１１をエア通路とし、その上側開口部周囲に
エア漏れ防止リング９１２が装着される。下側開口部
は、エア配管継手９４にねじこまれる。着脱部４が保管
台８上に着座したとき、フィッティング９１の頭部が凹
所６１に進入し、エア中継路６とエア通路９１１が連通
することになる。ノズル９２は、着脱部４の一対の穴４
２に応じて保管台８にそれぞれ固定しており、軸方向の
貫通孔９２１をエア通路とし、自身の外周にエア漏れ防
止リング９２２が装着され、下側開口部がそれぞれエア
配管継手９５にねじこまれる。ノズル９２の頭部外形は
穴４２の内径よりやや小さく、着脱部４が保管台８上に
着座したとき、ノズル９２の頭部が穴４２に進入し、穴
４２の下側開口を塞ぐ。各エア通路９２１は、クランプ
解除手段７のピストン７１とノズル９２で挟まれた空間
にそれぞれ連通することになる。そして、エア配管継手
９４と各エア配管継手９５を配管ホース９３で繋ぎ、エ
ア中継路６と各エア伝達路９とを連通させる。

【００１５】図１に示す１２は、ロボット１の制御装置
であり、各アームの旋回動作、ハンド軸１１の上下移動
とその上下移動軸線まわりのθ回転動作、ハンドの着脱
動作をそれぞれ制御する。

【００１６】このような構成を有する本実施例の動作に
ついて説明する。図１においてハンド５が所定の組付け
作業等を終え、異なるハンドで次の作業を実行すると
き、制御装置１２は、各アームを駆動してハンド軸１１
を、ハンド保管台８の空き保管場所に移動させる。移動
と同時にハンド軸１１を上昇させ、その上下移動軸線ま
わりのθ回転は、収容させようとする保管場所の各ノズ
ル９２の位置座標に対応させて、所定の角度回転させて
おく。ハンド軸１１がハンド保管台８の保管位置に到着
すると、着脱部４の凹所６１の真下にフィッティング９
１が位置し、一対の穴４２の真下に一対のノズル９２が
それぞれ位置することになる。この状態で制御装置１２
は、ハンド軸１１を下降させる。（図２の状態）

【００１７】着脱部４がハンド保管台８の上面に着座す
ると、制御装置１２は、ハンド軸１１の下降を停止し、
ハンドホルダ２の図示しないエア導入路と空気圧源とを
接続し、ノズル２１の上面と栓２４の下面とで作られる
空間に、圧縮空気を供給させる。圧縮空気は、エア供給
路２１２、エア中継路６、エア伝達路９を経由して各穴
４２に至り、各ピストン７１を押し上げる。（図４の状
態）ピストン７１が圧縮コイルバネ３４に逆らって押し
上げられると、ピストンロッド７２がクランプピン３２
を突き上げ、やがてスリーブ３１内に押し込んでしま
う。クランプピン３２が押し上げられると、クランプピ
ンの径大部とスリーブのテーパ穴間に挾まれて、着脱部
４をクランプする状態にあったクランプボール３３が、
クランプピンの径小部とで挾まれることになり、ロック
が解除されてアンクランプ状態に保持される。

【００１８】クランプボール３３がアンクランプ状態に
保持されてから、制御装置１２は、ハンド軸１１を上昇
させ、着脱部４の嵌合穴４１からクランプ手段のスリー
ブ３１の先端部を抜き上げさせる。（図５の状態）この
時、エア供給用のピストンロッド２１１は、圧縮コイル
バネ２３と圧縮空気とによって下方に付勢されているた
め、ハンドホルダ２の穴２２に沿って下降し、着脱部４
のエア中継路６に圧縮空気を送り続ける。クランプボー
ル３３が着脱部４から抜け出た時点で、制御装置１２
は、エア供給路２１２と空気圧源との接続を断ち、クラ
ンプ解除手段のピストン７１を下の位置に戻させる。そ
の後さらにハンド軸１１を上昇させれば、ハンドホルダ
２からハンド５の着脱部４が離脱することになる。

【００１９】ハンドホルダ２がフリーになった後、制御
装置１２は、次の組付けに必要なハンドを装着させるべ
く、それが保管されているハンド保管台８の載置場所へ
ハンド軸１１を移動させる。装着したいハンドの真上に
移動後、ハンド軸１１を下降させ、前述したハンド離脱
と逆の順序で動作を進めてハンドを装着させる。すなわ
ち、図５に示すように、ハンドホルダ２のエア供給用ノ
ズル２１の先端が、まず着脱部４のエア中継路６に到達
すると、制御装置１２は、エア供給路２１２と空気圧源
とを接続する。圧縮空気がエア中継路６、エア伝達路９
を経由して、クランプ解除手段のピストンロッド７２
を、穴４２の上昇端に押し上げる。この状態で各スリー
ブ３１の先端部が各々嵌合穴４１に進入しはじめるが、
ピストンロッド７１が上昇端で待機しているため、クラ
ンプ手段３のクランプピン３１が、ハンド軸１１の下降
によってスリーブ３１内に押し戻される。従って、クラ
ンプボール３３はアンクランプ状態に保持され、着脱部
４の嵌合穴４１にスリーブ３１が挿入されることにな
る。

【００２０】クランプ手段３が着脱部４に挿入され、ハ
ンドホルダ２の下面が着脱部４の上面に到達してから、
制御装置１２は、エア供給路と空気圧源との接続を断
ち、クランプ解除手段７のピストンロッド７２を下の位
置に戻させる。これによって、クランプピン３１が圧縮
コイルバネ３４に押し下げられ、クランプボール３３
が、スリーブ３１のテーパ穴とクランプピン３１の径大
部とで挾まれ、クランプ状態に保持される。このため、
嵌合穴４１の内径大部に、スリーブ３１の外周面から突
出したクランプボール３３が当接して、着脱部４からス
リーブ３１が抜け出せなくなり、ハンドホルダ２に着脱
部４が装着されることになる。装着完了後、制御装置１
２は、ハント軸１１を上昇させ、新たなハンドによる組
み付け作業を実行させる。

【００２１】本実施例では、クランプ解除手段に空気圧
駆動方式を採用し、動力中継路と動力伝達路とをエア通
路としたが、電磁力駆動方式を採用して、動力中継路と
動力伝達路とをクランプ解除手段への電路としても、適
用可能である。そして、動力中継路をハンドの着脱部に
設ける例を示したが、着脱部で動力中継を行わず、直接
保管台の動力伝達路にハンドホルダからの動力を伝える
機構へ展開することもできる。また、クランプ解除手段
をハンドの着脱部に設ける例を示したが、これを保管台
側に各々設置し、同様の作用を与える機構についても展
開可能である。さらに、本発明では、ハンドホルダを水
平多関節ロボットのアームに装着することとしたが、直
角座標型ロボットや、多関節ロボットに装着してもよ
い。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、ハンド保管台の所定の位置
にハンドホルダが到達しなければ、ハンドホルダのハン
ドロック機構を解除することができず、その場所でのみ
ハンドの着脱が行われる。従って、ハンドを装着した状
態で各種動作や点検等を実行中、誤ってハンドを落下さ
せたりして、ワークや機器を損傷させる危険性がなく、
安全性を向上させることができる。また、ハンド保管台
を経由して、ハンド保管台にエア伝達路を設けることに
より、エア伝達路とエア遮断弁の作用を同時に実施で
き、簡単で、安価で、保守性が良く、確実なエア伝達路
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のハンド交換装置を使用したロボットの
一実施例を示す、概略構成図である。

【図２】ハンド交換装置の構成を示す、一部破断正面図
である。

【図３】ハンド交換装置の構成を示す、一部破断正面図
である。

【図４】ハンド交換装置の動作状態を説明する、一部破
断正面図である。

【図５】ハンド交換装置の他の動作状態を説明する、一
部破断正面図である。

【符号の説明】

１ ロボット １０ アーム（ロボットアーム） １１ ハンド軸 ２ ハンドホルダ ３ クランプ手段 ４ ハンドの着脱部 ５ ハンド ６ エア中継路 ７ クランプ解除手段 ８ ハンド保管台 ９ エア伝達路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 15/04 B23Q 3/155

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットのハンド交換装置であって、 ロボットアームの先端に支持されたハンドホルダに着脱
   可能に装置され、一端にハンドホルダとの着脱部を有す
   るハンドと、 前記ハンドホルダに設けられ、ハンドの着脱部に嵌合し
   て、ハンドホルダにハンドを保持させるクランプ手段
   と、 前記ハンドの着脱部に設けられ、前記クランプ手段に係
   合して、クランプ手段をアンクランプ状態にさせるクラ
   ンプ解除手段と、 ロボットの傍らに位置し、前記ハンドを複数個保管する
   ハンド保管台と、 前記ハンドの着脱部に設けられ、ハンドホルダから供給
   されるクランプ解除手段用エアを、ハンド保管台へ伝達
   するエア中継路と、 前記ハンド保管台の各ハンド保管場所毎に設けられ、一
   端は、前記エア中継路に嵌脱し、ハンド保管台を経由し
   て、他端は、クランプ解除手段に嵌脱するエア伝達路を
   備え、 前記ハンドの着脱の際、ハンド保管台の保管場所にハン
   ドを位置させたうえで、前記エア伝達路を、前記エア中
   継路とクランプ解除手段に嵌合させ、クランプ解除手段
   にエアを伝えて、クランプ手段にクランプを解除させ、
   ハンドホルダの移動によりハンドの着脱を行うことを特
   徴とするハンド交換装置。