JP6559418B2 - ツール交換機構 - Google Patents

Description

本発明は、作業用ツールが付設されるロボットのツール交換機構に関する。

垂直多関節ロボット等のロボットにおいてはツール（作業用ツール）を交換する場合がある。このツール交換方法としては、エア圧を用いたツールチェンジャーが一般的である。また、このようなエア圧を用いることなく、簡易な方法であるバネ機構を使用してツールである爪部材の着脱を行うもの（特許文献１）、さらには、爪部材の回転にて固定を行うもの（特許文献２）等がある。

特許文献１では、保持機構からの落下を防止する安全部材と、この安全部材を駆動するためのエネルギーを付与するスプリングからなる駆動手段と、この駆動手段にエネルギーを付与する圧電素子等からなるエネルギー付与手段とを備えたものである。また、特許文献２では、フィンガーベースとフィンガーとを相対的に回転させることにより、フィンガーの固定ピンをフィンガーベースの凹部に嵌合させて、フィンガーがフィンガーベースにバネ固定されるものである。

特開２０１４−２５５８６号公報 特開２０１３−９４９３０号公報

ツールチェンジャーでは、エア配管を必要とし、複雑な動きが可能なロボットに用いれば、この動きにエア配管等が規制をかけるおそれがある。さらには、交換機構全体が大型化するおそれもある。前記特許文献１及び特許文献２に記載のものでは、可搬重量や把持力に限界があり、ツールである爪部材を外すために、エアや電気等の動力源による外力付与を必要し、装置全体が大型化するとともに、コスト高となる。

そこで、本発明は、エア配管等を必要とせず、ロボットの本来の動作を規制することなくツール交換が可能で、しかも装置としてコンパクト化を図ることが可能なツール交換機構を提供する。

本発明のツール交換機構は、作業用ツールが付設されるロボットのツール交換機構であって、ロボット本体側に設けられる突起部と、作業用ツール側に設けられて前記突起部が嵌合する円弧状に延びる溝部とを備え、前記溝部は、一方の端部に形成されて前記突起部の抜き差し可能な突起部嵌入口と、他方の端部に形成されて前記突起部が密嵌する突起部密嵌合部と、作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動による突起部嵌入口と突起部密嵌合部との間の突起部の移動を許容する摺動可能部とを有し、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、突起部嵌入口に突起部が対応した状態で、作業用ツールとロボット本体とが分離し、前記作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動はロボット側の既存の駆動手段で行うものである。

本発明のツール交換機構によれば、作業用ツール側の溝部に対して、その突起部嵌入口にロボット本体側に設けられる突起部を挿入（嵌入）し、その状態で、作業用ツール側とロボット本体側とを相対的に回動させることによって、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態となる。この状態では、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、作業用ツールのロボット本体への取付が完了する。また、この取付状態から、作業用ツール側とロボット本体側とを相対的に回動させることによって、突起部嵌入口に突起部が対応する状態とすれば、突起部の溝部から抜き出すことができて作業用ツールとロボット本体とを分離することができる。

突起部は首部と大径頭部を有し、溝部の摺動可能部は突起部の大径頭部が嵌合する幅広部と突起部の首部が嵌合する幅狭部とを有するものが好ましい。このように設定することによって、溝部の摺動可能部では、突起部が溝部からの抜けを有効に防止できる。

作業用ツールは、一対のツール側分割基板部と、各ツール側分割基板部に設けられる爪部材とを有し、ロボット本体側と一体化した状態でのツール側分割基板部の相互の接近・離間が可能となるように設定できる。このため、ツール側分割基板部の相互の接近・離間によって、爪部材の接近・離間が可能となる。

本発明の他のツール交換機構は、作業用ツールが付設されるロボットのツール交換機構であって、ロボット本体側に設けられる突起部と、作業用ツール側に設けられて前記突起部が嵌合する円弧状に延びる溝部とを備え、前記溝部は、一方の端部に形成されて前記突起部の抜き差し可能な突起部嵌入口と、他方の端部に形成されて前記突起部が密嵌する突起部密嵌合部と、作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動による突起部嵌入口と突起部密嵌合部との間の突起部の移動を許容する摺動可能部とを有し、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、突起部嵌入口に突起部が対応した状態で、作業用ツールとロボット本体とがロボット側の既存の駆動手段を用いて分離するものであり、作業用ツールは、一対のツール側分割基板部と、各ツール側分割基板部に設けられる爪部材とを有し、ロボット本体側と一体化した状態でのツール側分割基板部の相互の接近・離間が可能であり、前記ロボット本体はその軸心廻りに回転するアームを有するとともに、このアームには、相互の接近・離間が可能である一対のロボット側分割基板部が付設され、各ロボット側分割基板部には、内側の突起部と外側の突起部とが形成され、各ロボット側分割基板部の内側及び外側の突起部は、それぞれ、アーム回転中心に関して１８０°反対側に配設され、かつ、前記各ツール側分割基板部は、ツール側分割基板部の対向面に開口する一対の半割内側溝部と、前記半割内側溝部よりも外径側に配設される外側の溝部とを有し、ツール側分割基板部の対向面同士を突き合わせた状態で、相対向する半割内側溝部で内側に配設される一対の前記溝部を構成し、各溝部の突起部嵌入口に突起部が嵌入された状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面とは直交する状態となり、ツール側分割基板部とロボット側分割基板部との相対的回動により、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面が対応する状態となって、一方のロボット側分割基板部と一方のツール側分割基板部とが一体化するとともに、他方のロボット側分割基板部と他方のツール側分割基板部とが一体化するものである。

各溝部の突起部嵌入口に突起部が嵌入された状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面とは直交する状態となり、作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動により、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面が対応する状態となる。この状態から、ツール側分割基板部とロボット側分割基板部との相対的回動により、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面が対応する状態となる。この状態では、一方のロボット側分割基板部と一方のツール側分割基板部とが一体化するとともに、他方のロボット側分割基板部と他方のツール側分割基板部とが一体化する。

前記ロボットが、垂直多関節ロボット、双腕ロボット、又は水平多関節ロボットのいずれかのロボットである。

本発明では、突起部を挿入（嵌入）し、その状態で、作業用ツール側とロボット本体側との相対的に回動により、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、また、この取付状態から、作業用ツール側とロボット本体側とを相対的に回動させることによって、突起部を溝部から抜き出すことができて、作業用ツールとロボット本体とを分離することができる。このため、ロボットの本来の動作を規制することなくツール交換が可能で、しかも装置としてコンパクト化を図ることが可能となる。また、作業用ツール側とロボット本体側とを相対的に回動としては、作業用ツール側を静止させた状態でロボット本体側を駆動、つまり回転させることができるので、作業用ツール側を駆動するためのエアや電気等の動力源を必要としない。すなわち、別途交換のための駆動手段を設けることなく、ロボット側の既存の駆動手段を用いて、作業用ツールの交換作業を簡単かつ確実に行うことができ、低コスト化およびコンパクト化を図ることができる。

突起部が首部と大径頭部を有し、溝部の摺動可能部が幅広部と幅狭部とを有するものでは、溝部の摺動可能部では、突起部が溝部からの抜けを有効に防止でき、作業用ツールの交換操作（動作）が安定する。

ツール側分割基板部の相互の接近・離間な可能なものとすることによって、爪部材の接近・離間が可能となって、爪部材でのワークのチャック動作を安定して行うことができる。

ツール側分割基板部とロボット側分割基板部とを備えたものでは、作業用ツールの交換の操作性に優れ、熟練することなく、確実かつ迅速に動作が安定する。

垂直多関節ロボット、双腕ロボット、又は水平多関節ロボットのいずれのロボットにも適用でき、汎用性に優れる。

本発明のツール交換機構の要部斜視図である。 前記ツール交換機構の作業用ツール装着前の状態を示し、（ａ）は下方から見た斜視図であり、（ｂ）は上方から見た斜視図である。 前記ツール交換機構の作業用ツール装着前の状態の斜視図である。 作業用ツールの下面側の斜視図である。 作業用ツールの上面側の斜視図である。 一対のロボット側分割基板部の平面図である。 一方のロボット側分割基板部を示し、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 他方のロボット側分割基板部を示し、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 ロボット側分割基板部の要部断面図である。 ツール側分割基板部の第１部材を突き合わせた状態の底面図である。 一方のツール側分割基板部の第１部材を示し、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 他方のツール側分割基板部の第１部材を示し、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 ツール交換機構の作業用ツールの装着工程を示し、（ａ）は作業用ツールをロボット本体に取り付ける前の状態の斜視図であり、（ｂ）は一対のツール側分割基板部を一対のロボット側分割基板部に重ね合せた状態の斜視図であり、（ｃ）は対のツール側分割基板部と一対のロボット側分割基板部とを相対的に回転させている状態の斜視図であり、（ｄ）はツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面が対応する状態の斜視図であり、（ｅ）は作業用ツールがロボット本体に装着された状態の斜視図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１３に基づいて説明する。このツール交換機構は、図１等に示すように、ロボットのロボット本体２に付設される作業用ツール１を交換するものである。この場合のロボット本体２は、その先端にガイド部材３にガイドされつつ、相互に接近・離間する一対のスライダ４ａ，４ｂが付設されるロボットアーム５を備える。このロボットアーム５としては、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の移動が可能であって、さらには、Ｚ軸回り（ロボットアーム軸心廻り）の回転も可能とされる。

ガイド部材３は、下方開口状のガイド溝６を有するブロック体からなり、スライダ４ａ，４ｂは、ガイド溝６に嵌合する基部７と、この基部７から垂下される延設部８とを有するＴ字状部材からなる。また、このスライダ４ａ，４ｂは、ロボットアーム５に設けたアクチュエータ等の駆動機構１０を介して、相互に接近・離間する一対のスライダ４ａ，４ｂは相互に接近・離間する構成である。

このスライダ４ａ，４ｂには、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂが取付られる。この場合、各ロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂは取付片部材１３，１３を介してスライダ４ａ，４ｂに取付られる。取付片部材１３は、基部１３ａと、この基部１３ａから上方への延びる延設部１３ｂとからなり、延設部１３ｂがスライダ４ａ，４ｂの延設部８の外面にボルト部材１５を介して取り付けられる。そして、取付片部材１３の基部１３ａにロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂがボルト部材１５を介して取り付けられる。この一対のロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂは、その対向面１９ａ，１９ｂ（図６及び図７参照）の突き合わせが可能である。なお、この一対のロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂにてロボット側基板部３０を構成することになる。

この場合、一方のロボット側分割基板部１１ａは、図６と図７に示すように、一対の突起部１６（１６ａ，１６ｂ）（図２（ａ）及び図３参照）を配置するための一対の孔部１７（１７ａ、１７ｂ）と、廻り止めの機構を配置するためのねじ孔１８ａ、１８ｂとが形成されている。他方のロボット側分割基板部１１ｂは、図６と図８に示すように、一対の突起部１６ｃ，１６ｄ（図２（ａ）及び図３参照）を配置するための一対の孔部１７ｃ、１７ｄと、廻り止めの機構を配置するためのねじ孔１８ｃ、１８ｄとが形成されている。さらには、一方のロボット側分割基板部１１ａの対向面１９ａと反対側の面、つまり、反対向面２０ａには前記ボルト部材１５が螺着されるねじ孔２１ａ、２１ａが形成されている。また、他方のロボット側分割基板部１１ｂの対向面１９ｂと反対側の面、つまり、反対向面２０ｂには前記ボルト部材１５が螺着されるねじ孔２１ｂ、２１ｂが形成されている。

孔部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）には、図９に示すように、突起部１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を構成するためのねじ部材２２が装着される。この場合のねじ部材２２は、軸本体部２２ａと、この軸本体部２２ａの先端面から突出する先端ねじ部２２ｂと、軸本体部２２ａに連設される大径頭部２２ｃとからなる。

また、孔部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）は、大径本体部２３と、小径部２４とからなり、ねじ部材２２がこの孔部１７ａ等に、下面２６側から挿入された際には、軸本体部２２ａの先端面２２ａ１が、孔部１７の段付部１４に当接した状態で、大径本体部２３に軸本体部２２ａが嵌入されるとともに、先端ねじ部２２ｂが小径部２４を介して上面２５から突出する。そして、この上面２５から突出した先端ねじ部２２ｂに図２（ｂ）に示すようにナット部材２７を螺着する。これによって、孔部１７にねじ部材２２が装着されて、突起部１６が形成される。このため、この突起部１６は、図９に示すように、首部２２ｄと大径頭部２２ｃを有することになる。

ねじ孔１８ａ等に配置される廻り止めの機構Ｍは、例えば、ボールプランジャ２８からなる。ここで、ボールプランジャ２８とは、外周面に雄ねじ部が形成されたケース２８ａと、このケース２８ａに収納されるコイルスプリングと、コイルスプリングに弾性的に付勢されてケース先端開口部からその一部が突出しているボール２８ｂとを備えるものである。

このため、ボールプランジャ２８のケース２８ａの雄ねじ部をねじ孔１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）に螺合するとともに、ロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂの上面２５から突出したボールプランジャ２８のケース２８ａの雄ねじ部にナット部材２９を螺着することによって、ロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂにボールプランジャ２８を取り付けることができる。ボールプランジャ２８の取付状態では、図２（ａ）に示すように、ボールプランジャ２８のボール２８ｂの一部がロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂの下面２６から突出している。

一対のロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂにて構成されるロボット側基板部３０に、作業用ツール１が着脱自在に装着される。作業用ツール１は、図１に示すように、一対のツール側分割基板部３２ａ，３２ｂからなる構成されるツール側基板部３３を備える。一対のツール側分割基板部３２ａ，３２ｂは、それぞれ、重ね合される第１部材３４ａ、３４ｂと第２部材３５ａ、３５ｂと有し、第２部材３５ａ、３５ｂに爪部材７０，７０が付設されている。

一対のツール側分割基板部３２ａ，３２ｂは、図５と図１０に示すように、その対向面に開口する一対の半割内側溝部３８ａ，３９ａ、３８ｂ，３９ｂと、図１１（ａ）（ｂ）と図１２（ａ）（ｂ）等に示すように、前記半割内側溝部よりの外径側に配設される外側の溝部４０ａ，４０ｂとを有する。この場合、第１部材３４ａ、３４ｂには、半割内側溝部３８ａ、３９ａ、３８ｂ，３９ｂを構成する内側スリット４３ａ，４４ａ、４３ｂ、４４ｂ、および外側の溝部４０ａ，４０ｂを構成する外側スリット４５ａ，４５ｂが形成されている。

内側スリット４３ａ，４４ａ、４３ｂ、４４ｂは、それぞれ、円弧状であって、その内部に鍔部４６，４７が設けられている。また、外側スリット４５ａ，４５ｂも、それぞれ、円弧状であって、その内部に鍔部４８，４８が設けられている。そして、第１部材３４ａ、３４ｂと第２部材３５ａ、３５ｂとが重ね合された状態で、内側スリット４３ａ，４３ｂと、内側スリット４４ａ，４４ｂとがそれぞれ内側の溝部４０ａ、４０ｃを構成するとともに、外側スリット４５ａ，４５ｂがそれぞれ外側の溝部４０ｂ，４０ｄを構成する。

このため、溝部４０ａ，４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、一方の端部には、鍔部４６，４７、４８，４９が形成されず、その内径寸法が前記突起部１６の大径頭部２２ｃよりも大径の孔部が形成されて突起部１６の抜き差し可能な突起部嵌入口５０が設けられる。また、他方の端部には、円弧状となっている鍔部４６，４７、４８，４９の内径が突起部１６の首部２２ｄの外径と同一乃至突起部１６の首部２２ｄの外径よりも僅かに大きく設定される。このため、前記突起部１６がこの他端部に位置した際に密嵌する突起部密嵌合部５１が設けられる。

溝部４０ａ，４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの端部間においては、前記突起部１６の首部２２ｄの外径よりも鍔部４６，４７、４８，４９間寸法を僅かに大きくする。この場合、鍔部４６，４７、４８，４９間寸法として、突起部１６の大径頭部２２ｃよりも小さく設定する必要がある。これによって、突起部嵌入口５０と突起部密嵌合部５１との間の突起部１６の移動を許容する摺動可能部５２が形成されることになる。すなわち、摺動可能部５２は、溝内部に鍔部４６，４７、４８，４９が形成されることによって、突起部１６の大径頭部２２ｃが嵌合する幅広部５５と突起部１６の首部２２ｄが嵌合する幅狭部５６とが形成されるものである。

この場合、溝部４０ａ、４０ｃはツール側分割基板部３２ａ、３２ｂの合わせ面に跨って形成され、溝部４０ｂは一方のツール側分割基板部３２ａの反合わせ面側に形成され、溝部４０ｄは他方のツール側分割基板部３２ｂの反合わせ面側に形成されている。また、溝部４０ａ、４０ｃの突起部嵌入口５０、５０は、ツール側基板部３３の中心に関して１８０°反対位置に配設され、溝部４０ｂ、４０ｄの突起部嵌入口５０、５０は、ツール側基板部３３の中心に関して１８０°反対位置に配設されている。

そして、第２部材３５ａ、３５ｂの反合わせ面側のコーナ部に貫通孔が設けられ、第１部材３４ａ、３４ｂの反合わせ面側のコーナ部にねじ孔５６，５６（図２（ｂ）参照）が設けられる。このため、第２部材３５ａ、３５ｂの貫通孔を介して第１部材３４ａ、３４ｂのねじ孔５６，５６にネジ部材５７，５７を螺着することによって、第１部材３４ａ、３４ｂと第２部材３５ａ、３５ｂとが一体化される。

また、図２（ｂ）に示すように、第１部材３４ａ、３４ｂの上面（ロボット側基板部３０との合わせ面）６０に開口して、前記ボールプランジャ２８のボール２８ｂが嵌合する孔部６１が形成されている。この孔部６１の配置位置としては、後述するように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂとロボット側基板部３０の合わせ面Ｆａが対応する状態で、ボールプランジャ２８のボール２８ｂに対応する位置である。

各ツール側分割基板部３２ａ、３２ｂの第２部材３５ａ、３５ｂには、それぞれ、爪部材７０が設けられている。すなわち、爪部材７０は、図１と図４に示すように、基台部７１と、この基台部７１から垂下される爪部材本体７２とを備える。なお、爪部材７０の基台部７１がボルト部材７３を介してツール側分割基板部３２ａ，３２ｂの第２部材３５ａ，３５ｂに取付けられている。

次に、前記のように構成されたツール交換構造を介して、作業用ツール１を装着する方法を説明する。まず、図２（ａ）（ｂ）に示すように、作業用ツール１を支持台８０に載置する。この状態では、図１３（ａ）に示すように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂ（作業用ツールの合わせ面）がロボット側基板部３０の合わせ面Ｆａと直交し、かつ、作業用ツール１とロボット側基板部３０とが所定の間隔に維持された状態とする。

この状態で、ロボット本体２のアーム５を図１３（ａ）の矢印のように、その軸線方向に沿って作業用ツール１側へ変位（下降）させる。これによって、作業用ツール１の溝部４０ａの突起部嵌入口５０に突起部１６ａが嵌入し、作業用ツール１の溝部４０ｂの突起部嵌入口５０に突起部１６ｂが嵌入し、作業用ツール１の溝部４０ｃの突起部嵌入口５０に突起部１６ｃが嵌入し、作業用ツール１の溝部４０ｄの突起部嵌入口５０に突起部１６ｄが嵌入する。この状態では、図１３（ｂ）に示すように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂがロボット側基板部３０の合わせ面Ｆａと直交した状態で、ロボット側基板部３０の下面に、作業用ツール１の上面が当接した状態となる。

この図１３（ｂ）に示す状態から、ロボット本体２のアーム５を図１３（ｂ）（ｃ）の矢印のように、その軸線廻りに回転させる。この際、突起部１６ａが溝部４０ａの摺動可能部５２を摺動し、突起部１６ｂが溝部４０ｂの摺動可能部５２を摺動し、突起部１６ｃが溝部４０ｃの摺動可能部５２を摺動し、突起部１６ｄが溝部４０ｄの摺動可能部５２を摺動する。そして、図１３（ｄ）に示すように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂがロボット側基板部３０の合わせ面Ｆａと一致した状態で、突起部１６ａが溝部４０ａの突起部密嵌合部５１に嵌合し、突起部１６ｂが溝部４０ｂの突起部密嵌合部５１に嵌合し、突起部１６ｃが溝部４０ｃの突起部密嵌合部５１に嵌合し、突起部１６ｄが溝部４０ｄの突起部密嵌合部５１に嵌合する。この状態では、ボールプランジャ２８のボール２８ｂが作業用ツール１の位置決め用の孔部６１に嵌合する。

これによって、作業用ツール１とロボット側基板部３０とが一体化する。このため、図１３（ｅ）に示すように、スライダ４ａ，４ｂを相互に離間する方向にスライドさせることによって、作業用ツール１とロボット側基板部３０とは、それぞれ、分離した状態となり、この図１３（ｅ）に示す状態から、スライダ４ａ，４ｂを相互に接近する方向にスライドさせことによって、図１３（ｄ）に示すように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂとロボット側基板部３０は合わせ面Ｆａが一致した状態となる。このため、爪部材７０，７０の相互の接近・離間動作が可能となって、このロボット本体２の作業用ツール１によるワークのチャック動作が可能となる。

爪部材７０，７０の接近状態である図１３（ｄ）に示す状態において、ロボット本体２のアーム５を図１３（ｂ）（ｃ）の矢印と反対方向に回転させれば、各溝部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの突起部密嵌合部５１に嵌合していた突起部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが各溝部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの摺動可能部５２が摺動して、突起部嵌入口５０に位置する状態となる。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、ツール側基板部３３の合わせ面Ｆｂがロボット側基板部３０の合わせ面Ｆａと直交した状態で、ロボット側基板部３０の下面に、作業用ツール１の上面が当接した状態とする。

この状態で、ロボット本体２のアーム５を作業用ツール１から離間するように、移動させれば、図１３（ａ）に示すように、作業用ツール１をロボット本体２のアーム５から取り外すことができる。

ツール交換機構によれば、作業用ツール１側の溝部４０に対して、その突起部嵌入口５０にロボット本体２側に設けられる突起部１６を挿入（嵌入）し、その状態で、作業用ツール１側とロボット本体２側との相対的に回動させることによって、突起部密嵌合部５２に突起部１６が密嵌した状態となる。この状態では、作業用ツール１とロボット本体２とが一体化し、作業用ツール１のロボット本体２への取付が完了する。また、この取付状態から、作業用ツール１側とロボット本体２側との相対的に回動させることによって、突起部嵌入口５０に突起部１６が対応する状態とすれば、突起部１６の溝部４０から抜き出すことができて作業用ツール１とロボット本体２とを分離することができる。

このように、本発明では、突起部１６を挿入（嵌入）し、その状態で、作業用ツール２側とロボット本体２側との相対的な回動により、作業用ツール１とロボット本体２とが一体化し、また、この取付状態から、作業用ツール１側とロボット本体２側とを相対的に回動させることによって、突起部１６を溝部４０から抜き出すことができて、作業用ツール１とロボット本体２とを分離することができる。このため、エア配管を備えたエア圧機構を設ける必要がなく、ロボット本体２の本来の動作を規制することなくツール交換が可能で、しかも装置としてコンパクト化を図ることが可能となる。また、作業用ツール１側とロボット本体２側との相対的な回動としては、作業用ツール１側を静止させた状態でロボット本体２側を駆動、つまり回転させることができるので、作業用ツール１側を駆動するためのエアや電気等の動力源を必要としない。すなわち、別途交換のための駆動手段を設けることなく、ロボット側の既存の駆動手段を用いて、作業用ツールの交換作業を簡単かつ確実に行うことができ、低コスト化およびコンパクト化を図ることができる。

また、突起部１６が首部２２ｄと大径頭部２２ｃを有し、溝部４０の摺動可能部５１が幅広部５５と幅狭部５６とを有するので、溝部４０の摺動可能部５１では、突起部１６が溝部４０からの抜けを有効に防止でき、作業用ツール１の交換操作（動作）が安定する。

ツール側分割基板部３２ａ、３２ｂの相互の接近・離間が可能であるので、爪部材７０，７０の接近・離間が可能となって、爪部材７０，７０でのワークのチャック動作を安定して行うことができる。さらには、ツール側分割基板部３２ａ、３２ｂとロボット側分割基板部１１ａ、１１ｂとを備えたものでは、作業用ツール１の交換の操作性に優れ、熟練することなく、確実かつ迅速に動作が安定する。

ところで、本発明におけるロボットとしては、垂直多関節ロボット、双腕ロボット、又は水平多関節ロボットのいずれのロボットにも適用できる。このため、このツール交換機構は汎用性に優れる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、前記実施形態では、ロボットアームとしては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向移動、及びＺ軸回り（ロボットアーム軸心廻り）の回転が可能とされたものであったが、少なくとも、Ｚ軸方向移動、及びＺ軸回り（ロボットアーム軸心廻り）の回転が可能であればよい。爪部材７０の形状としても、チャックするワークに応じて、種々変更できる。また、作業用ツール１を装着する際のロボット側の回転方向としては、時計廻りであっても、反時計廻りであってもよい。時計廻りと反時計廻りとは、各溝部４０の突起部嵌入口５０と起部密嵌合部５２との配置位置を相違させればよい。

作業用ツール１側とロボット本体２側との相対的な移動として、前記実施形態では、作業用ツール側を駆動するためのエアや電気等の動力源を必要としない等の利点を有するので、作業用ツール１側を静止させて、ロボット本体２側を移動させるものであった。しかしながら、本願発明としては、逆に、ロボット本体２側を静止させて、作業用ツール１側を移動させるものであっても、両者を相対的に移動させてもよい。また、ロボットが、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の移動が可能であって、Ｚ軸廻りの回転ができないものであれば、作業用ツール１側をその中心軸廻りに回転させるものであってもよい。

１ 作業用ツール
２ ロボット
５ ロボットアーム
１１ａ，１１ｂ ロボット側分割基板部
１６（１６ａ，１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ） 突起部
１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ） 孔部
３０ ロボット側基板部
３２ａ，３２ｂ ツール側分割基板部
３３ ツール側基板部
３８ａ，３９ａ 半割内側溝部
４０ａ，４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 溝部
５０ 突起部嵌入口
５１ 突起部密嵌合部
５２ 摺動可能部
５５ 幅広部
７０ 爪部材

Claims (5)

1. 作業用ツールが付設されるロボットのツール交換機構であって、
   ロボット本体側に設けられる突起部と、作業用ツール側に設けられて前記突起部が嵌合する円弧状に延びる溝部とを備え、前記溝部は、一方の端部に形成されて前記突起部の抜き差し可能な突起部嵌入口と、他方の端部に形成されて前記突起部が密嵌する突起部密嵌合部と、作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動による突起部嵌入口と突起部密嵌合部との間の突起部の移動を許容する摺動可能部とを有し、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、突起部嵌入口に突起部が対応した状態で、作業用ツールとロボット本体とが分離し、前記作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動はロボット側の既存の駆動手段で行うことを特徴とするツール交換機構。
2. 突起部は首部と大径頭部を有し、溝部の摺動可能部は突起部の大径頭部が嵌合する幅広部と突起部の首部が嵌合する幅狭部とを有することを特徴とする請求項１に記載のツール交換機構。
3. 作業用ツールは、一対のツール側分割基板部と、各ツール側分割基板部に設けられる爪部材とを有し、ロボット本体側と一体化した状態でのツール側分割基板部の相互の接近・離間が可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のツール交換機構。
4. 作業用ツールが付設されるロボットのツール交換機構であって、
   ロボット本体側に設けられる突起部と、作業用ツール側に設けられて前記突起部が嵌合する円弧状に延びる溝部とを備え、前記溝部は、一方の端部に形成されて前記突起部の抜き差し可能な突起部嵌入口と、他方の端部に形成されて前記突起部が密嵌する突起部密嵌合部と、作業用ツール側とロボット本体側との相対的回動による突起部嵌入口と突起部密嵌合部との間の突起部の移動を許容する摺動可能部とを有し、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、作業用ツールとロボット本体とが一体化し、突起部嵌入口に突起部が対応した状態で、作業用ツールとロボット本体とがロボット側の既存の駆動手段を用いて分離するものであり、
   作業用ツールは、一対のツール側分割基板部と、各ツール側分割基板部に設けられる爪部材とを有し、ロボット本体側と一体化した状態でのツール側分割基板部の相互の接近・離間が可能であり、前記ロボット本体はその軸心廻りに回転するアームを有するとともに、このアームには、相互の接近・離間が可能である一対のロボット側分割基板部が付設され、各ロボット側分割基板部には、内側の突起部と外側の突起部とが形成され、各ロボット側分割基板部の内側及び外側の突起部は、それぞれ、アーム回転中心に関して１８０°反対側に配設され、かつ、前記各ツール側分割基板部は、ツール側分割基板部の対向面に開口する一対の半割内側溝部と、前記半割内側溝部よりも外径側に配設される外側の溝部とを有し、ツール側分割基板部の対向面同士を突き合わせた状態で、相対向する半割内側溝部で内側に配設される一対の前記溝部を構成し、各溝部の突起部嵌入口に突起部が嵌入された状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面とは直交する状態となり、ツール側分割基板部とロボット側分割基板部との相対的回動により、突起部密嵌合部に突起部が密嵌した状態で、ツール側分割基板部の合わせ面とロボット側分割基板部の合わせ面が対応する状態となって、一方のロボット側分割基板部と一方のツール側分割基板部とが一体化するとともに、他方のロボット側分割基板部と他方のツール側分割基板部とが一体化することを特徴とするツール交換機構。
5. 前記ロボットが、垂直多関節ロボット、双腕ロボット、又は水平多関節ロボットのいずれかのロボットであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のツール交換機構。