JP6169625B2 - ツールをロボットアームに接続するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ツールをロボットアームに接続するための装置に関する。

本発明は、ツールをロボットのアームに接続するための装置に関する。該装置は、環状壁を有する本体を備える。その環状壁には開口部が設けられており、開口部内には１つ以上のボールが受承されている。その１つ以上のボールは各開口部内において不作動位置と作動位置との間で移動可能であり、作動位置では、ボールは、壁から突出してツールの対応部分に係合し、これをアームに締結する。該装置は、ボールと協働するとともに、第１位置と第２位置との間で流体力学的に制御されるように構成されたピストンを備える。第２位置ではピストンはボールを作動位置に押進させ、第１位置ではピストンはボールが不作動位置に移動するようにボールを解放する。

上記の装置は、特許文献１の主題を構成する。

伊国特許第１３２１０９５号明細書

本明細書において説明される装置の第１実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第１実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第２実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第２実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第３実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第３実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第４実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第４実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第５実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第５実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第６実施形態の概略図。 本明細書において説明される装置の第６実施形態の概略図。 本明細書において説明される締結装置の第７実施形態の概略図。 本明細書において説明される締結装置の第７実施形態の概略図。 さらなる種類の接続装置において使用される、本発明による安全手段の概略図。 さらなる種類の接続装置において使用される、本発明による安全手段の概略図。

本発明の目的は、そのような装置を改良することであり、詳細には、その装置をより信頼できるようにし、より安全にすることである。
上記の目的は、請求項１の特徴を有する接続装置を介して達成される。

特許請求の範囲は、本発明に関し、本明細書において提供される技術教示の不可欠な部分を構成する。
本発明は、ここで、添付の図面を参照して、非限定的な単なる例によって説明される。

以下の説明では、様々な具体的な詳細が、実施形態の完全な理解を提供することを目的として示される。実施形態は、具体的な詳細の１つ以上が存在せずに実装される場合もあれば、他の方法、構成要素、又は材料等とともに実装される場合もある。他の場合では、既知の構造、材料、又は作用は、実施形態の様々な態様が不明瞭とならないように、詳細には示されていないか又は説明されていない。

本明細書において使用される参照は、単に簡便さのために提供され、したがって、保護の範囲又は実施形態の範囲を定義しない。
図面を参照して、参照符号１０によってツール（例えば、溶接ヘッド）をロボットのアームに接続するための装置が指定される。一般に、前述した装置は、貫通する開口部を有する環状壁を有する本体を備え、開口部内には１つ以上のボールが受承されている。そのボールは各開口部に沿って不作動位置と作動位置との間で移動可能であり、作動位置ではボールは環状壁から突出してツールの対応部分に係合し、これをロボットのアームに締結する。装置は、さらに、前述したボールと協働するとともに、第１位置と第２位置との間で流体力学的に制御されるように構成されたピストンを備え、第２位置ではピストンは前述したボールを作動位置に押進させ、第１位置ではピストンはボールが不作動位置に移動するようにボールを解放する。

様々な実施形態では、図１及び図２において示されている実施形態のように、環状壁は、環状円筒本体２によって形成され、環状円筒本体２内においてピストン４が滑動する。円筒本体は、径方向に延びるラジアルスルーホール６を有し、そのスルーホール６は、前述した本体の外面から延在し、内面に開いている。様々な実施形態では、図１及び図２において示されている実施形態のように、各ラジアルホール内には２つのボール８が収容されており、その２つのボール８は、互いに直接的に接触しており、ラジアルホール内において、２つのボール８が本体の外面より内側に存在する不作動位置（図１Ｂ及び図２Ｂ参照）と、外面により近いボールが外面から突出している作動位置（図１Ａ及び図２Ａ参照）との間で移動可能である。

ピストン４は、前述したボールと協働するように設計された形状の端部を有する。特に、第１位置から第２位置へのピストンの移動の際、端部はボールを作動位置に押圧し、ピストンの第２位置では、端部はボールを作動位置に押進させる。様々な実施形態では、図１及び図２において示されている実施形態のように、円筒本体は、その底部において円板１２によって閉じられている。円板１２は、ボールが各ホールから出て行くことを妨げるように設計された拘束エッジを形成するように、盛り上がった縁部１２’を有しており、それによって自身をラジアルホールの底領域に配置する。

様々な実施形態では、図３から図６において示されている実施形態のように、締結ボールを支持する環状壁は、代わりに、中央に環状壁３２’を有する中空円筒本体によって形成される。この場合、環状壁は、ツールの接続のための中央口部を形成する。前述した壁は、ラジアルスルーホール３６を有し、そのスルーホール３６内にボール３８は収容され、そのスルーホール３６は、環状壁の内面から外面まで延在し、ボールが出て行くことを妨げるように内面に向かって減少する断面積を有する。様々な実施形態では、図３から図６において示されている実施形態のように、本体内にはピストン３４が取り付けられている。ピストン３４は、略椀状の中央部分を有する。この中央部分は、壁３２’を囲み、ボール３８に係合するように設計された外形のカム３４’を先端部のエッジにおいて有する。ボール３８は、各ホール内において、ボール３８が本体の内部に存在するとともに中央口部の外に存在する不作動位置（図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ参照）と、ボール３８が口部内に突出している作動位置（図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ参照）との間で移動可能である。ピストン３４は、円筒本体内において第１位置（図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、
図６Ｂ参照）と第２位置（図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ参照）との間で軸方向に移動可能である。第１位置から第２位置へのピストンの移動の際、カム部分３４’はボールを作動位置に押圧し、ピストンの第２位置では、カム部分３４’はボールをこの位置に押進させる。

ピストン４又は３４は、２つの封止されたチャンバを備える適切な手段を介して流体力学的に動作させられる。それらのチャンバは、ピストンの表面によって少なくとも部分的には境界が定められており、第１位置から第２位置へ、また、第２位置から第１位置へピストンの変位をもたらすためにチャンバに含まれる作動流体の圧力に応じて体積が変化する。上述したコントロール手段は、ロボット工学の分野において従来使用される任意の種類であってよいので、詳細には本明細書においていずれの場合においても説明されていない。

一般に、本明細書において説明される装置は、安全手段を備え、その安全手段は、その安全手段のアクティブ状態では、ピストン４又は３４が第２位置にあるとき、ボールが不作動位置に向かって変位することを妨げるように、ピストン４又は３４を第２位置に制止するためにピストン４又は３４に係合することを特徴とする。

これに関連して、ピストンのコントロール手段のあり得る不調、又は前述した手段の作用の中断によって、実際、作動流体における圧力の低下がもたらされることがあることに注意されるべきである。その低下によって、もはや、ツールがボールに及ぼす力にピストンが逆らうことは不可能になる。これによって、ボール自体の変位によりツールの落下がもたらされる。この可能性は、ツールや周囲の施設に損傷がもたらされることに加えて、ロボットの作業場所にいる操作者に対する明らかな危険を構成する。

本明細書において説明される締結装置の安全手段によって、代わりに、この可能性が生じることが抑制され、したがって、その装置をより安全で信頼できるようにする。
一般に、様々な実施形態では、示される実施形態のように、ピストンは、第２位置から第１位置へのピストンの変位の方向を向く受け面を有し、前述した安全手段は、アクティブ状態では、前述した受け面に対して拘束するように作用する。様々な実施形態では、示される実施形態のように、上述した安全手段は、受け面に係合するように設計された制止部材を備え、その制止部材は、前述したピストンの変位の方向に対して横方向において移動可能である。受け面及び制止部材の互いに接触する部分は、ピストンが第１位置に移動する可逆性を妨げる等の必要があり、したがって、接触面の少なくとも１つは、ピストンの変位の方向に実質的に直交する平面にある必要がある。

以下では、前述した安全手段の様々な実施形態が説明される。様々な実施形態に共通し、又はいずれの場合においても互いに実質的に類似する要素は、同じ参照符号によって指定される。

様々な実施形態では、図１に示される実施形態のように、制止部材は、リニアアクチュエータ１５の幹部１５’によって形成され、制止部材は、ピストン４の移動の方向の横方向において、不作動引込位置（幹部１５’は、ピストンの移動に干渉できない）と、作動引出位置（ピストンの第１位置に向かう移動を妨げるように、幹部は、ピストンが第２位置にあるとき受け面４’に係合する）との間で移動可能である。

様々な実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示される実施形態のように、制止部材は、また、リニアアクチュエータ１５の幹部によって形成される。しかしながら、制止部材は、ピストン４に直接作用するのではなく、ピストンの受け面４’によって支持されるボール４７を介して作用する。上述したアクチュエータは、ピストンが第２位置に存在し、幹部
１５’が引出位置に存在するとき、第１位置に向かってピストンが移動することを妨げる受け面に対し、前述した幹部がピストンによって支持されるボールを係合させるように構成されている。引込位置では、幹部は、ボールを上述した係合状態から解放し、これによって、ピストンが第１位置に移動できるようにする。様々な好適な実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示される実施形態のように、ピストン４が第１位置に存在し、幹部が引込位置に存在するとき、幹部は、いずれの場合においても、幹部自体の端部に形成された傾斜状面１５’’を介してボール４７と接触している。したがって、この構成によって、ボールと幹部とが常に接触を保たれることが可能になり、したがって、ピストンが第２位置に移動するとき、幹部による制止が即時に作用することが保証される。

様々な実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示される実施形態のように、制止部材は、本体３２の外側の壁によって支持されるボール５５によって形成される。特に、ボールは、スルーホール３２’’に配置され、スルーホール３２’’は、ピストン３４に対応する位置において、上述した壁に形成され、本体中に開いている。ボール５５は、不作動位置（ボールは、ホールの内部に存在し、ピストンの移動に干渉できない）と、作動位置（ピストンが第２位置にあるとき、ピストンが第１位置に向かって変位することを妨げるように、ボールは、本体の内部の空間に突出し、ピストンの当接エッジ又は受け面３４’’に係合する）との間でホールの軸に沿って移動可能である。

ボール５５は、リニアアクチュエータ５９によって本体３２内の作動位置において制御され、リニアアクチュエータ５９は具体的にはシリンダであり第２ボール５７に作用する。第２ボールは、第１ボール５５と互いに直接的に接触し、ホール３２’’の軸に沿って第１ボール５５とともに滑動する。アクチュエータは、ピストン５９’を備え、ピストン５９’は、第２ボール５７に係合するように第１位置と第２位置との間で移動可能であり、これによって、そのピストンが第１位置から第２位置に変位する際、第２ボール５７を介してピストンによって、第１ボール５５は、作動位置に運ばれ、その位置に押進させられる。様々な実施形態では、示される実施形態のように、ボール５５及びボール５７は、ピストン５９’とピストン３４の間において保持される。

図に示される例では、アクチュエータは、ピストン５９’がピストン３４の移動の方向に平行な方向において移動可能なように配置されている。しかし、ピストン５９’が上述の方向の横方向において移動可能な代替実施形態を考えることが可能であることは明らかである。

様々な実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示される実施形態のように、制止部材は、リニアアクチュエータ６５の幹部６５’によって構成される。幹部６５’は、ホール３２’’内を滑動でき、引込不作動位置（幹部６５’は、ピストン３４の移動に干渉できない）と、引出制止位置（ピストンが第２位置にあるとき、ピストンが第１位置に向かう移動を制止するように、幹部は本体の中に突出し、ピストンの受け面３４’’に係合する）との間で本体３２の外面壁を横断する。

様々な実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示される実施形態のように、制止部材は、また、リニアアクチュエータ６５の幹部６５’によって形成される。しかしながら、制止部材は、ピストン３４に直接的に作用するのではなく、ピストン３４’’の受け面に配置されたボール６７を介して作用する。このアクチュエータは、ピストンが第２位置に存在し、アクチュエータの幹部が引出位置に存在するとき、前述した幹部がボール６７（ピストンによって支持される）を受け面に係合させるように構成されている（ボール６７はピストンが第１位置に向かって移動することを妨げる）。引込位置では、幹部６５’は、ボールを前述した係合状態から解放し、したがって、ピストンが第１位置に移動することを可能にする。様々な好適な実施形態では、図５Ａ及び図５Ｂに示される実施形態のように、
ピストン３４が第１位置に存在し、幹部６５’が引込位置に存在するとき、幹部６５’は、いずれの場合においても、幹部自体の端部に形成された傾斜状面６５’’を介してボール６７と接触している。この構成によって、ボールと幹部とが常に接触を保たれることが可能になり、したがって、ピストンが第２位置に移動するとき、幹部による制止が即時に作用することが保証される。

様々な実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示される実施形態のように、制止部材は、リニアアクチュエータ７５の幹部７５’によって形成される。幹部７５’は、本体３２の外面壁に形成されたスルーホール３２中に挿入され、前述したホール内において、幹部がピストンの移動に干渉できない引込位置（図６Ｂに示されている）と、引出位置（（図６Ａに示されている）ピストンが第２位置にあるときに、これが第１位置に向かう移動を妨げるように、幹部は、ピストンに形成された空洞の受け面又は当接エッジ３４’’に係合する）との間で移動可能である。幹部が引込位置に戻るとき、ピストンは、また、第１位置に自由に移動し進む。

図７Ａ及び図７Ｂは、１つ以上のリニアアクチュエータ８５からなる安全手段が使用される（図１及び図２を参照して以上で説明された接続装置と同様の接続装置において使用される）２つのソリューションに関する。

図８Ａ及び図８Ｂは、スライド式移動システムを有するツール締結装置において、上記の種類の安全手段の使用を示している。装置は、ピストン１０４を有するリニアアクチュエータを備え、ピストン１０４は、作動位置（ピストンは、ツールホルダの滑動部Ｓの対応部分に係合し、滑動部Ｓを所定位置に制止する）と、不作動位置（ピストンは滑動部の移動に干渉しない）との間で移動可能である。安全手段は、幹部９５’を有するリニアアクチュエータ９５を備え、幹部９５’は、ピストンの移動の方向の横方向において、引込位置と引出位置との間で移動可能である。引出位置では、幹部９５’は、ピストンの受け面１４０’に配置されたボール１０７を介して作動位置にピストンを制止するように設計されている。特に、ピストン１０４が作動位置に存在し、幹部が引出位置に存在するとき、前述した幹部の受け面がボールに係合し、したがって、ピストンが不作動位置に向かって移動することを妨げる。幹部が引込位置に戻るとき、ピストンは、ボール１０７から解放され、不作動位置に移動でき、したがって、滑動部を自由にする。様々な好適な実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示される実施形態のように、ピストンが第１位置に存在し、幹部が引込位置に存在するとき、幹部は、いずれの場合においても、幹部自体の端部に形成された傾斜状面を介してボールと接触している。この構成によって、ボールと幹部とが常に接触を保たれることが可能になり、したがって、ピストンが第２位置に移動するとき、幹部による制止が即時に作用することが保証される。

当然、本発明の原理に不利益を与えることなく、構造の詳細及び実施形態は、非限定的な単なる例によって本明細書において示してきたものに関し、非常に変化する場合がある（添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく）。これに関連して、以上で示した実施形態は、本明細書において説明した接続装置において使用され得るアクチュエータの数例を提示するに過ぎない。一般に、以上で概説した目的に適した任意の種類のリニアアクチュエータ（例えば、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、電気機械式アクチュエータ等）を使用することがいずれの場合においても可能である。好適な実施形態では、上述したアクチュエータは、電力供給の中断の場合においてもツールの接続の維持を保証するように、制止の作動状態を制御する弾性手段を提供する。

Claims (2)

1. ツールをロボットのアームに接続するための装置であって、
   環状壁を有する本体（２；３２）であって、前記環状壁には開口部（６；３６）が設けられており、前記開口部（６；３６）内には１つ以上のボール（８；３８）が受承されており、該１つ以上のボール（８；３８）は前記開口部内において不作動位置と作動位置との間で移動可能であり、前記作動位置では、前記ボールは前記環状壁から突出して前記ツールの対応部分に係合し、これを前記アームに締結する、前記本体（２；３２）と、
   前記ボールと協働するとともに、第１位置と第２位置との間で流体力学的に制御されるように構成されたピストン（４；３４）であって、前記第２位置では、前記ピストンは前記ボールを前記作動位置に押進させ、前記第１位置では、前記ピストンは前記ボールが前記不作動位置に移動するように前記ボールを解放する、前記ピストン（４；３４）と、を備え、
   前記装置は安全手段（１５，５５，６５，７５）を備え、該安全手段（１５，５５，６５，７５）は、該安全手段（１５，５５，６５，７５）のアクティブ状態では、前記ボールが前記不作動位置に変位することを妨げるべく、前記ピストン（４；３４）を前記第２位置に制止するように前記第２位置において前記ピストン（４；３４）に係合し、
   前記ピストンは、前記第２位置から前記第１位置への前記ピストンの変位の方向を向く受け面（４’；３４’’）を有し、前記アクティブ状態では、前記安全手段（１５，５５，６５，７５）は前記受け面を拘束するように作用し、
   前記安全手段は、前記受け面に係合するように設計された制止部材（１５’，５５，６５’，７５’）を備え、該制止部材（１５’，５５，６５’，７５’）は、前記ピストンの変位の方向に対して横方向において移動可能であり、
   前記制止部材は、リニアアクチュエータの幹部（１５’，６５’，７５’）によって形成され、該幹部（１５’，６５’，７５’）は、前記受け面と直接的に、又は前記受け面上に配置されたボールを介して係合することを特徴とする、装置。
2. 前記環状壁は、中空円筒本体（３２）によって形成されており、該中空円筒本体（３２）は中心に前記環状壁（３２’）を有し、前記環状壁は、前記ツールを接続するための中央口部を形成し、前記ピストン（３４）は、前記本体の内部に取り付けられ、前記環状壁を囲み前記ボール（３８）に係合する略椀状の中央部分を有しており、作動状態では、前
   記ボール（３８）は前記中央口部内に突出している、請求項１に記載の装置。

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