JP4632058B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、工具側の第２ユニットとロボット側の第１ユニットとの着脱を磁着力により行う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は、例えば特許文献１に示されたものがある。

この自動工具交換装置は、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て成るものであり、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。

上記自動工具交換装置では、従来の長いエアーチューブからの空気力により工具を交換するものではないので、第１・第２ユニット相互の着脱動作に要する時間が短いというメリットがある。

しかしながら、この自動工具交換装置では、電磁石が第２ユニットを吸着(磁着)している状態において、電力供給の停止が一瞬であったとしても、第２ユニットが落下するという極めて危険な状態になってしまう。
特開２００５−２５４３４４

そこで、この発明では、第１・第２ユニット相互の着脱動作に要する時間が短く、電力供給の停止があった場合でも不用意に第２ユニットが落下するという事態が生じない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）
この発明は、第１ユニットに設けた駆動部により軸部を前進又は後退させて当該軸部に係合するカムを回動せしめ、第１ユニットに対して第２ユニットを着脱させる形式の自動工具交換装置において、駆動部は、モータによって回転せしめられる第１永久磁石板と、前記第１永久磁石板に対して対向配置され且つ上記軸部の軸線方向に進退のみ可能に設けられた第２永久磁石板を有し、前記第１・第２永久磁石板相互が、同極で対向したときには反発力により軸部が第２永久磁石板と共に前進し、異極で対向したときには吸着力により軸部が第２永久磁石と共に後退する。
（請求項２記載の発明）
この発明は、上記請求項１記載の発明に関し、第１・第２永久磁石板相互が吸着状態にあるときにおいて、その両者間には隙間が形成されている。
（請求項３記載の発明）
この発明は、上記請求項１又は２記載の発明に関し、第１・第２永久磁石は、それぞれ等角度間隔でＳ極、Ｎ極が交互に配列されている。
（請求項４記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに関し、隣合うS極とＮ極との間は極性を持たない部材で構成してある
（請求項５記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに関し、モータは、ブレーキ付きのサーボモータである。

この発明の自動工具交換装置によると、第１・第２ユニット相互の着脱動作に要する時間が短く、電力供給の停止があった場合でも不用意に第２ユニットが落下するという事態が生じない。

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はマニピュレータＭに工具交換装置Ｊ及び工具Kが取り付けられた状態を示す側面図、図２は前記自動工具交換装置Ｊを構成する第１ユニット１と第２ユニット８が結合した状態を示す断面図、図３は前記自動工具交換装置Ｊを構成する第１ユニット１と第２ユニット８が分離した状態を示す断面図、図４は第１永久磁石板４の平面図、図５は第２永久磁石板５の平面図を示している。

（この自動工具交換装置Ｊの基本的構成について）
この自動工具交換装置Ｊは、図１〜図３に示すように、マニピュレータＭと工具Ｋとの間に取り付けられる、第1・第2ユニット１，８から成るものであり、第１ユニット１に設けた駆動部３により軸部６を前進又は後退させて当該軸部６に係合するカム７，７を回動せしめ、第２ユニット８の係合ピン８０に係脱させるようにしている。

ここで、上記駆動部３は、図２や図３に示すように、ブレーキ付きのサーボモータ３０によって回転せしめられる第１永久磁石板４と、前記第１永久磁石板４に対して対向配置され且つ上記軸部６の軸線方向に進退のみ可能に設けられた第２永久磁石板５を有し、前記第１・第２永久磁石板４，５相互が、同極で対向したときには反発力により軸部６が第２永久磁石板５と共に前進し、異極で対向したときには吸着力により軸部６が第２永久磁石５と共に後退するものとしている。
以下に、上記自動工具交換装置Ｊを構成する第１ユニット１、第２ユニット８等について詳述する。

(第１ユニット１の具体的構成について)
第１ユニット１は、図１〜図３に示すように、ケーシング２内に収容された駆動部３と、前記ケーシング２に突設したカム取付板２０と、前記カム取付板２０に取り付けられたカム７，7と、前記駆動部３とカム７，7とを連動させる軸部６とから構成されている。

「ケーシング２について」
ケーシング２は、図2や図３に示すように、円筒状に形成されており、その一端面側をマニピュレータＭのフランジ部ｍへの固定端とすると共に、他端面側に軸部６を貫通突出させる貫通孔２１を穿設している。また、前記ケーシング２の下端部には上述した如く一対のカム取付板２０を具備させてある。なお、
ケーシング２の内壁には１８０°間隔で案内突条２２を設けてある。

「駆動部３について」
駆動部３は、図2や図３に示すように、ブレーキ付きのサーボモータ３０と、第１永久磁石板４と、第２永久磁石板５とから構成されている。

サーボモータ３０は、図２や図３に示すように、ケーシング２の天板に取り付けられており、その回転軸には第１永久磁石板４が取り付けられている。

第１永久磁石板４は、図４に示すように、略１８０°間隔でＳ極部４０，Ｎ極部４１を配置すると共に前記Ｓ・Ｎ極部４０，４１相互間の直線部４２を樹脂材や非磁性金属材で構成して成る円盤形状のものであり、その片面には補強板４３を貼設してある。なお、この第１永久磁石板４の永久磁石側面には第２永久磁石５との隙間を確保するための薄板材４４（例えば０.５ｍｍ程度の厚みの滑動板）を取り付けてある。

第２永久磁石板５は、図５に示すように、略１８０°間隔でＳ極部５０、Ｎ極部５１を配置すると共に前記Ｓ・Ｎ極部５０，５１相互間の直線部５２を樹脂材や非磁性金属材で構成して成る円盤形状のものであり、その片面には補強板５３を貼設してある。なお、この第２永久磁石５には、上記第１永久磁石板４の回転に伴って回転するのを阻止すべく図２に示すように、厚み方向に切欠かれた凹み部５４を設けてあり、前記凹み部５４に上記案内突条２２を嵌入してある。

ここで、上記第１永久磁石板４と第２永久磁石板５とは、永久磁石側の面が対向する態様で設けられている。

「軸部６について」
軸部６は、図２や図３に示すように、上記サーボモータ３０の回転中心上であって補強板５３の下面に一体化され、その下端側は貫通孔２１から突出し、カム取付板２０部分へと至っている。ここで、この軸部６の先端部側には、一定の間隔を設けて二つの拡大径部６０，６１を設けており、カム取付板２０の配設域で拡大径部６０，６１が移動できるようになっている。

「カム７，７について」
カム７は、図２や図３に示すように、ピン７３を介して上記カム取付板２０に回動自在に取り付けられており、その一部である尖り部７０を拡大径部６０、６１に挿入する態様で軸部６に係合させてある。これにより、第２永久磁石板５の移動域において、図２に示す如き、当該第２永久磁石板５が第１永久磁石板４に対して最接近したときにはカム７は上記第２ユニット８の係合ピン８０に係合状態となり、図３に示す如き、当該第２永久磁石板５が第１永久磁石板４に対して最大に離れたときにはカム７は上記第２ユニット８の係合ピン８０に非係合状態となるようにしてある。

(第２ユニット８の具体的構成について)
第２ユニット８は、図１〜図３に示すように、上側開放の有底筒状のものであり、カム７，７と対応する一対の係合ピン８０，８０を掛け渡して構成してある。なお、この第２ユニット８には、工具Ｋを接続するフランジ部を備えている。

（この自動工具交換装置Ｊの第１・第２ユニット１，８相互の着脱について）
（１）第１・第２ユニット１，８相互が接続状態にあるときには、図２に示すように、第１・第２永久磁石板４，５相互は異極で対向して吸着力が作用している。この吸着力により第２永久磁石板５及び軸部６が第１永久磁石板４に向かって上昇し、カム７，７が外側方向に回動して係合ピン８０と係止状態になっている。
（２）上記（１）の状態からブレーキ付きのサーボモータ３０の出力軸を１８０°回転せしめると、図３に示すように、第１・第２ユニット１，８相互で同極が対向することになる。すると、第１・第２永久磁石板４，５相互の反発力により第２永久磁石板５及び軸部６が降下し、カム７，７が内側方向に回動して係合ピン８０に対する係止状態が解除される。つまり、第１・第２ユニット１，８相互が分離可能状態となる。
（３）上記（２）の状態から更にブレーキ付きのサーボモータ３０の出力軸を１８０°回転(逆に１８０°の回転でもよい)せしめると、図２に示すように、第１・第２ユニット１，８相互で異極が対向することになる。すると、第１・第２永久磁石板４，５相互の吸引力により第２永久磁石板５及び軸部６が上昇し、カム７，７が外側側方向に回動して係合ピン８０に対する係止状態になる。つまり、第１・第２ユニット１，８相互が接続状態となる。
（４）上記（１）〜（３）に示した内容から、この自動工具交換装置Ｊによると、第１・第２ユニット１，８相互の着脱動作はブレーキ付きのサーボモータ３０の回転軸を１８０°回転させるだけでできるから着脱に要する時間が短く、また電磁石の使用により電力供給の停止があった場合でも不用意に第２ユニット側が落下するという事態が生じない、という優れた効果を有することが明らかである。

（他の実施の形態について）
上記実施例１では、この第１永久磁石板４の永久磁石側面には第２永久磁石５との隙間を確保するための薄板材４４（例えば０.５ｍｍ程度の厚みの滑動板）を取り付けてあるが、これに限定されるものではなく、第１永久磁石板４と第２永久磁石５との間に第０.５ｍｍ程度の隙間ができるものであれば、具体的手段を問わない。例えばケーシング２の内壁面にストッパーを設けるようにしてもよい。

上記実施例１では、二個のカム７を１８０°間隔で設けたものとしているが、これに限定されるものではなく、三個のカム７を１２０°間隔で設けたものでもよい。

上記実施例１では、第１・第２永久磁石板４，５のＳ極部，Ｎ極部を略１８０°間隔で配置しているが、この角度だけに限定されることはない。

マニピュレータに工具交換装置及び工具が取り付けられた状態を示す側面図。 前記自動工具交換装置を構成する第１ユニットと第２ユニットが結合した状態を示す断面図。 前記自動工具交換装置を構成する第１ユニットと第２ユニットが分離した状態を示す断面図。 前記自動工具交換装置に使用されている第１永久磁石板の平面図。 前記自動工具交換装置に使用されている第２永久磁石板の平面図

符号の説明

M マニピュレータ
m フランジ部
Ｊ 自動工具交換装置
Ｋ 工具
１ 第１ユニット
２ ケーシング
２０ カム取付板
３ 駆動部
３０ サーボモータ
４ 第１永久磁石板
４０ Ｓ極部
４１ Ｎ極部
５ 第２永久磁石部
５０ Ｓ極部
５１ Ｎ極部
６ 軸部
６０ 拡大径部
６１ 拡大径部
７ カム
７０ 尖り部
７３ ピン
８ 第２ユニット
８０ 係合部

Claims (5)

1. 第１ユニットに設けた駆動部により軸部を前進又は後退させて当該軸部に係合するカムを回動せしめ、第１ユニットに対して第２ユニットを着脱させる形式の自動工具交換装置において、駆動部は、モータによって回転せしめられる第１永久磁石板と、前記第１永久磁石板に対して対向配置され且つ上記軸部の軸線方向に進退のみ可能に設けられた第２永久磁石板を有し、前記第１・第２永久磁石板相互が、同極で対向したときには反発力により軸部が第２永久磁石板と共に前進し、異極で対向したときには吸着力により軸部が第２永久磁石と共に後退することを特徴とする自動工具交換装置。
2. 第１・第２永久磁石板相互が吸着状態にあるときにおいて、その両者間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の自動工具交換装置。
3. 第１・第２永久磁石は、それぞれ等角度間隔でＳ極、Ｎ極が交互に配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の自動工具交換装置。
4. 隣合うS極とＮ極との間は極性を持たない部材で構成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動工具交換装置。
5. モータは、ブレーキ付きのサーボモータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動工具交換装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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