JP4284653B2

JP4284653B2 - 自動工具交換装置

Info

Publication number: JP4284653B2
Application number: JP2004065360A
Authority: JP
Inventors: 智一千代
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005254344A

Description

この発明は、ロボット側に取り付けられる第１ユニットと、前記第１ユニットに分離可能に接続される第２ユニットから成る自動工具交換装置に関するものである。

この種の自動工具交換装置では、一般に、連結に必要な駆動部や位置決めに必要なガイドピンは、第１・第２ユニット相互の接合面から突出して配置されている（例えば、特許文献１、特許文献２。）。

上記のような自動工具交換装置では、第１・第２ユニット相互の連結や分離動作を行うにあたって、ロボットは工具交換装置のガイドピン先端部の干渉、極度のコジリ、若しくは接合面から突出した駆動部ケースの干渉等による過負荷を防止するため、速度を相当落として干渉、コジリを避けながら侵入、退避動作をとる必要がある。

これらのロボット動作速度の低下により発生する時間は、工具の交換に要する時間の大半を占め、ロボットが本来作業すべき総作業時間を延長させるという問題があった。

また、ロボット教示作業においても、作業者は上記と同じように、工具交換装置へのロボットの侵入、退避位置を教示する際、慎重な作業を要し、教示作業の困難さ、教示作業時間延長が必要となる要因にもなるという問題があった。
特開平５−３０１１８７号公報特開平５−３０１１８８号公報

そこで、この発明では、工具側の第２ユニットに対するロボット側の第１ユニットの進入・退避の経路を単純化でき、且つ減速頻度を少なくできる自動工具交換装置を提供することを課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明の自動工具交換装置は、工具側の第２ユニットに対してロボット側の第１ユニットが連結・分離できる自動工具交換装置において、第１・第２ユニットの接合面が共に平面であると共に、第１ユニット側の接合面を非磁性体で、第２ユニットの接合面を磁性体で、それぞれ構成し、前記第１ユニット内に非磁性体から離反する方向にバネ付勢された電磁石を設け、第１・第２ユニット相互が接合状態において電磁石が励磁されると、当該電磁石はバネによる付勢方向と反対側に移動して非磁性体を介して第２ユニットの接合面と吸着するものである。
（請求項２記載の発明）
この発明の自動工具交換装置は、上記請求項１記載の発明に関し、第１・第２ユニットの接合面のうちいずれか一方に、第１・第２ユニットの接合面相互の滑りを抑える摩擦板で構成してある。

この発明の自動工具交換装置では、工具側の第２ユニットに対するロボット側の第１ユニットの進入・退避の経路を単純化でき、且つ減速頻度を少なくできる。

以下にこの発明の自動工具交換装置を実施するための最良の形態としての実施例について詳細に説明する。

図１はこの発明の実施例の自動工具交換装置Ｓにおいてロボット側の第１ユニット１に対して工具側の第２ユニット２が分離した状態を示す断面図、図２は第１・第２ユニット１，２の接合面相互が接触した状態であって電磁石４２が励磁状態にあるときを示す断面図、図３は第１・第２ユニット１，２の接合面相互が接触した状態であって電磁石４２が非励磁状態にあるときを示す断面図である。
（この自動工具交換装置Ｓの構成について）
この自動工具交換装置Ｓは、図１に示すように、ロボット（マニュプレータ）の先端部に取付けられる第１ユニット１と、溶接機等の工具が取付けられる第２ユニット２とから構成され、前記第１ユニット１に対して第２ユニット２を連結又は分離できるようになっている。

第１ユニット１は、図１に示すように、ユニット本体３と、前記ユニット本体３の内部空間に上下動可能に収容された移動体４と、前記移動体４を上方に付勢するコイルバネ８と、前記ユニット本体３の下面（接合面）に設けた非磁性板５とから構成されている。

ユニット本体３は、図１や図４に示すように、非磁性体で構成された二つの円板状のハウジング３０，３１をボルト３２で結合して成るものであり、その内部には上面から下面に向かって小径孔部３３、大径孔部３４、中径孔部３５が繋がった空間Ｋを形成している。なお、前記ハウジング３０の小径孔部３３の内周面には滑り軸受け３６を嵌め込んであり、また、ハウジング３１には電磁石４２が励磁位置（上位置）にあるのか、非励磁位置（下位置）にあるのかを検出する近接センサ６を設けてある。

移動体４は、図１に示すように、小径孔部３３に挿入された非磁性体製のピストン部４０と、大径孔部３４に遊挿されたフランジ部４１と、中径孔部３５に挿入された電磁石４２とを同軸上で一体化して成るものであり、上記滑り軸受け３６にピストン部４０を嵌め込むことにより移動体４はユニッタ本体３に対して進み対遇状態になっている。ここで、この移動体４は図１に示すように、ハウジング３１とフランジ部４１との間に介在させたコイルバネ８の付勢力により、通常、電磁石４２は後述する樹脂板５１から離反した位置（分離位置）で維持されている。

非磁性体５は、図２に示すように、大きな摩擦係数を有する環状の摩擦板５０と、前記摩擦板５０の孔部を塞ぐ樹脂板５１とから成るもので、前記樹脂板５１を摩擦板５０よりも薄く設定してある。このように摩擦板５０を有するものとしているのは、電磁力は垂直方向と比較して剪断力について耐力が小さいからであり、剪断力の耐力の向上のため（接合面の摩擦係数を大きくさせるため）、接合面にはブレーキ板、クラッチ板、砥石に代表される、表面に小さな凹凸があるものを配置固定している。特に砥石に代表される表面に微小な凹凸がある円盤には表面に油等の潤滑油がかかった場合も著しい摩擦係数の変化がないことから油分の多い雰囲気でも使用できる利点がある。

第２ユニット２は、図１に示すように、基板７０と、第１ユニット１との接合面となる磁性体７とを、ボルト結合させて形成したた厚肉板状のものである。
（第１・第２ユニット１，２相互の連結、分離について）
(1) 第１・第２ユニット１，２相互の連結ロボットに取り付けられている第１ユニット１が、前記ロボット自身の位置精度で図１から図２の如く第２ユニット２に接合すると、ロボットからの信号により電磁石４２は励磁状態になる。すると、電磁石４２と磁性金属板７との間に吸着力が発生し、電磁石４２はコイルバネ８の付勢力に打ち勝って図３に示すように樹脂板５１と当接するまで移動する。つまり第１・第２ユニット１，２相互は「連結状態」となる。近接センサ６が「連結状態」を検知すると、ロボットは第２ユニットを連結した状態を維持しながら次の動作を行う。
(2) 第１・第２ユニット１，２相互の分離
ロボットに取り付けられている第１ユニット１が、前記ロボット自身の位置精度で第２ユニット２を分離する位置に至ると、ロボットからの信号により電磁石４２は励磁を中止し、且つ電極を入れ替えた一定電流の消磁のため通電した後電流を遮断する（ここでは正確に残留磁力を０にする必要はない）。

励磁電流が遮断されたことにより工具交換装置は連結力はなくなり第１ユニット１から第２ユニット２が分離可能となる。次に、励磁電流が遮断された電磁石は連結力がなくなり（正確には消磁後、電流誤差により僅かに残った磁力による吸着力は存在する）、コイルバネ８の付勢力により図３に示す「連結位置」から図１に示す「分離位置」に移動する。この際、接合面と電磁石４２は大きく距離をとることとなり、連結面上の磁石吸着力は、著しく減少し、接合面での残留磁石は消滅することになる。
（この自動工具交換装置Ｓの優れた機能について）
(1) この自動工具交換装置Ｓでは、第１・第２ユニット１，２相互の接合面が平面であるから、多くの場合、最短距離（直線距離）で第１・第２ユニット１，２相互の接合ができる。したがって、工具側の第２ユニットに対するロボット側の第１ユニットの進入・退避の経路を単純化できることが明らかであり、これに伴い全体の減速頻度を少なくできる。

これに対して、背景の技術の欄に記載した自動工具交換装置では、ガイドピンとこれが挿入される孔との軸芯方向を合わす作業等が必ず必要であり、このため、工具側の第２ユニットに対するロボット側の第１ユニットの進入・退避の経路が複雑であり、全体の減速頻度が多くなっている。
(2) 電磁石２は第１ユニット１の空間Ｋ内に収容されているが、空間Ｋは樹脂板５１で閉蓋されている。したがって、大気中に浮遊している磁性粉が電磁石２に吸着することはなく、よって、大気中に浮遊している磁性粉が原因となって電磁石２の動きが悪くなような事態は生じない。
（他の実施の形態）
上記実施例では非磁性体５を第１ユニット１側に設けてあるが、これに限定されず、第２ユニット２側に設けるようにしてもよい。

上記実施例における樹脂板５１を、非磁性金属板に変えることができる。

この発明の実施例の自動工具交換装置においてロボット側の第１ユニットに対して工具側の第２ユニットが分離した状態を示す断面図。第１・第２ユニットの接合面相互が接触した状態であって電磁石４２が励磁状態にあるときを示す断面前。第１・第２ユニットの接合面相互が接触した状態であって電磁石が非励磁状態にあるときを示す断面図。前記自動工具交換装置の平面図。

符号の説明

１第１ユニット
２第２ユニット
５非磁性体
７磁性体
８コイルバネ
４２電磁石
５０摩擦板
５１樹脂板

Claims

工具側の第２ユニットに対してロボット側の第１ユニットが連結・分離できる自動工具交換装置において、第１・第２ユニットの接合面が共に平面であると共に、第１ユニット側の接合面を非磁性体で、第２ユニットの接合面を磁性体で、それぞれ構成し、前記第１ユニット内に非磁性体から離反する方向にバネ付勢された電磁石を設け、第１・第２ユニット相互が接合状態において電磁石が励磁されると、当該電磁石はバネによる付勢方向と反対側に移動して非磁性体を介して第２ユニットの接合面と吸着することを特徴とする自動工具交換装置。
第１・第２ユニットの接合面のうちいずれか一方に、第１・第２ユニットの接合面相互の滑りを抑える摩擦板で構成してあることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置。