JP6791483B2

JP6791483B2 - 工具交換装置

Info

Publication number: JP6791483B2
Application number: JP2016186145A
Authority: JP
Inventors: 西尾　英樹; 英樹西尾; 康嗣鎌田
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: CN109715351A; CN109715351B; US20190358830A1; JP2018047540A; WO2018056061A1; US11491665B2

Description

本発明は、工具交換装置に関するものである。

各種機器、例えば産業用ロボットに適用される工具交換装置として、ロボット側に取り付けられる雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型部材とを備えるものが開示されている（例えば、特許文献１）。雄型部材と雌型部材は、中央に設けられた連結部によって、連結、分離する。雄型部材は、突起部と、突起部から半径方向に突出可能なカムとを有する第１連結部が雄型本体に設けられている。雌型部材には、前記突起部が挿入可能な連結穴と、当該連結穴の内周面に設けられ前記カムが係合する係合部品とを有する第２連結部が雌型本体に設けられている。工具交換装置は、突起部が連結穴に挿入された状態で、カムが係合部品に係合することにより、雄型部材と雌型部材が連結する。またカムと係合部品の係合を解除することにより、雄型部材と雌型部材は分離し得る。このようにして工具交換装置は、産業用ロボットに取り付ける工具を交換することができる。

工具交換装置は、雄型部材と、雌型部材との連結・分離に連動して、信号線の接続、切断を行うコネクタ部を有する。コネクタ部は、雄型本体の外側に配置された第１コネクタ部と、雌型本体の外側に配置された第２コネクタ部とを有する。第１コネクタ部は、ロボット側コネクタと、第１中継コネクタとを有する。ロボット側から引き出されたケーブルは、雄型部材のロボット側コネクタに接続される。第２コネクタ部は、工具側コネクタと、第２中継コネクタとを有する。工具側コネクタは、動力供給路としてのケーブルを介して工具のサーボモジュールに接続される。第１中継コネクタと第２中継コネクタが接続されることによって、ロボットと工具が電気的に接続される。

特開２０１２−２５０３２７号公報

近年、他の機器やワークと干渉するのを防ぐため、ケーブルをロボット内部に配設したロボットが用いられるようになっている。工具交換装置は、コネクタ部が雄型本体及び雌型本体の外側に配置されているため、ロボット内部に配設されたケーブルをロボットの先端において外側に引き出してコネクタ部に接続する必要があるため、ケーブルがロボットの動作を制限してしまう、という問題があった。また工具交換装置は、ロボットの先端と雄型部材の間に、ケーブルを引き出すためのスペースが必要であり、小型化が困難であるだけでなく、ロボットに生じるモーメントが増加してしまうため、ロボットの定格出力が得られない、という問題があった。

本発明は、ロボット内部に配設された動力供給路を外部に引き出さずに連結することができる工具交換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工具交換装置は、機器の本体側に取り付けられる雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置において、前記雄型部材と前記雌型部材は、互いを機械的に接続する複数の連結部と、前記本体の内部に配置された動力供給路と前記工具を接続するコネクタ部を有し、前記複数の連結部及び前記コネクタ部は、前記雄型部材と前記雌型部材との接合面内に設けられており、前記複数の連結部は、前記コネクタ部の周囲に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、コネクタ部は前記雄型部材と前記雌型部材との接合面内に設けられているので、ケーブルやチューブなどの動力供給路が本体の外部に露出しない。工具交換装置は、機器の先端と雄型部材の間に、動力供給路を引き出すためのスペースが不要であり、容易に小型化することができる。

本実施形態に係る工具交換装置の使用状態を示す斜視図である。雄型本体の平面図である。図２におけるＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面における雄型部材の拡大断面図である。雌型本体の平面図である。図５におけるＣ−Ｃ断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示す工具交換装置１０は、産業用ロボット１２の本体としてアーム１４の先端に固定される雄型部材１６と、工具１８に固定される雌型部材２０とを備える。雄型部材１６は、固定面（本図には図示しない）がアーム１４に接触した状態で、図示しない締結具により、アーム１４に着脱自在に固定される。雌型部材２０は、固定面（本図には図示しない）が工具１８に接触した状態で、図示しない締結具により、工具１８に着脱自在に固定される。締結具は、例えばボルトを用いることができる。

工具１８は、特に限定されず、例えばマニピュレータ、バリ取り工具、ハンドリング治具やスポット溶接ガンなどが適用できる。工具１８は、１つのアーム１４に対し、雌型部材２０を取り付けた状態で、種類が異なる複数個が用意される。アーム１４と工具１８は、工具交換装置１０を介して連結されるとともに分離可能であり、工具１８が交換自在になっている。雄型部材１６には、図示しない制御部が接続されており、この制御部によって、雄型部材１６と雌型部材２０との連結・分離が制御される。

工具交換装置１０は、接合面１６Ａ，２０Ａ内にコネクタ部３８を備え、当該コネクタ部３８を介してロボットと工具１８を電気的に接続する。コネクタ部３８は、第１コネクタ部２６と第２コネクタ部３６とを有する。雄型部材１６は、接合面１６Ａの中央に第１コネクタ部２６が取り付けられている。第１コネクタ部２６は、図示しないが、固定面１６Ｂ側に配置されたロボット側コネクタと、接合面１６Ａ側に配置された第１中継コネクタとを有する。アーム１４内に配置された動力供給路としてのケーブルは、雄型部材１６の固定面１６Ｂ側において、ロボット側コネクタに接続される。第２コネクタ部３６は、図示しないが、固定面２０Ｂ側に配置された工具側コネクタと、接合面２０Ａ側に配置された第２中継コネクタとを有する。工具側コネクタは、工具側動力供給路としてのケーブルを介して工具１４のサーボモジュールに接続される。

第１コネクタ部２６と第２コネクタ部３６は、雄型部材１６と雌型部材２０の連結に伴い、第１中継コネクタと第２中継コネクタが接続されることにより、動力としての電源装置（図示しない）や上記制御部が工具１８のサーボモータ部に電気的に接続される。電気的な接続により、例えば、制御装置とサーボモータ部間でサーボモータを制御するための各種回路信号を送受信し、電源装置からサーボモータへ電力を供給する。

工具交換装置１０は、コネクタ部３８の周囲に、複数の連結部３４を備え、当該連結部３４を介してロボットと工具１８とを機械的に接続する。連結部３４は、第１連結部２４と第２連結部３２とを有する。雄型部材１６は、第１コネクタ部２６の周囲に複数（本図の場合、２個）の第１連結部２４が設けられている。雌型部材２０は、第２コネクタ部３６の周囲に第１連結部２４と同数（本図の場合、２個）の第２連結部３２が設けられている。

工具１８とアーム１４を連結する場合、アーム１４を移動し、接合面１６Ａと接合面２０Ａとが接触し、かつ第１連結部２４を第２連結部３２に挿入した状態で、カムなどで構成された係合機構を作動させることで雄型部材１６と雌型部材２０を固定する。工具１８とアーム１４を分離する場合、係合機構による固定を解除してから、雄型部材１６を雌型部材２０から離れる方向にアーム１４を移動することによって、雄型部材１６と雌型部材２０を分離する。

雄型部材１６は、図２及び図３に示すように、板状の雄型本体２２を有する。雄型本体２２は、中央に第１コネクタ設置部４０と、第１コネクタ設置部４０を挟んで両側に突起部４３とを有する。第１コネクタ設置部４０は、雄型本体２２の厚さ方向に貫通した矩形状の穴４１と、第１設置台４２とを有する。第１設置台４２は、接合面１６Ａ側から挿入された第１コネクタ部２６の底面を支持する。第１設置台４２に設置された第１コネクタ部２６は、接合面１６Ａ側に第１中継コネクタ、固定面１６Ｂ側にロボット側コネクタが露出する。

本図の場合、第１設置台４２は、穴４１の対向する内面にそれぞれ形成されており、当該内面より内側に突出した２個の突起である。第１設置台４２は、上端が雄型本体２２の厚さ方向の略中央であって、下端が固定面１６Ｂと同じである。第１設置台４２は、雌ネジが形成されており、第１コネクタ部２６を固定するボルト（図示しない）が、接合面１６Ａ側からねじ込まれる。第１コネクタ設置部４０の固定面１６Ｂ側は、通し穴４４が形成されている。ケーブルは、通し穴４４を通じて、ロボット側コネクタに接続される。

雄型本体２２は、固定面１６Ｂ側に開口した、気体導入口として第１気体導入口５０と、第２気体導入口５４とを有する。第１気体導入口５０は、第１分配流路４６に接続されている。第１分配流路４６は、雄型本体２２の接合面１６Ａと固定面１６Ｂの間に形成され、面方向に貫通した穴である。第１分配流路４６は、２個の突起部４３にそれぞれ設けられた第１給排気ポート５８に接続されている。第２気体導入口５４は、第２分配流路４８に接続されている。第２分配流路４８は、雄型本体２２の接合面１６Ａと固定面１６Ｂの間に形成され、面方向に貫通した穴である。第２分配流路４８は、２個の突起部４３にそれぞれ設けられた第２給排気ポート６０に接続されている。

図４に示すように、雄型部材１６は、係合機構としてのシリンダ部５９及びカム６１を有する。シリンダ部５９は、シリンダ室６２、このシリンダ室６２内に収容されたピストン６３、このピストン６３に連結されたピストンロッド６４を備えたエアシリンダであり、ピストンロッド６４が直線運動することにより、カム６１を回動させる。

ピストン６３は、円筒形状であり、その軸方向（図中、上下方向）に移動自在になっている。ピストン６３は、気体の圧力（以下、「空気圧」という）で往復動する。本図に示すピストン６３の位置は、第２連結部３４との係合を解除する解除位置にカム６１を移動させた位置である。ピストン６３を図中上方向に移動することにより、第２連結部３４に係合する係合位置にカム６１が移動する。

シリンダ室６２は、側壁を貫通した第１給排気ポート５８と第２給排気ポート６０とが設けられている。第１給排気ポート５８は、シリンダ室６２内で解除位置のピストン６３よりも下側に開口している。第２給排気ポート６０は、シリンダ室６２内で係合位置のピストン６３よりも上側に開口している。

第１気体導入口５０から第１分配流路４６を通じて第１給排気ポート５８、及び、第２気体導入口５４から第２分配流路４８を通じて第２給排気ポート６０の一方を介してシリンダ室６２内に気体を送り込み、他方を介してシリンダ室６２外に気体を排出することにより、ピストン６３を解除位置または係合位置に移動する。なお、図示しないが、ピストン６３を係合位置に向けて付勢するコイルバネが設けられており、解除位置にピストン６３を移動する場合には、このコイルバネの付勢力に抗してピストン６３を空気圧で移動させる。

雌型部材は、図５及び図６に示すように、板状の雌型本体３０を有する。雌型本体３０は、中央に第２コネクタ設置部７０を有する。第２コネクタ設置部７０は、雌型本体３０の厚さ方向に貫通した穴７１と、第２設置台７２とを有する。第２設置台７２は、接合面２０Ａ側から挿入された第２コネクタ部３６の底面を支持する。第２設置台７２に設置された第２コネクタ部３６は、接合面２０Ａ側に第２中継コネクタ、固定面２０Ｂ側に工具側コネクタが露出する。

本図の場合、第２設置台７２は、穴７１の対向する内面にそれぞれ形成されており、当該内面より内側に突出した２個の突起である。第２設置台７２は、上端が雌型本体３０の厚さ方向の略中央であって、下端が固定面２０Ｂと同じである。第２設置台７２は、雌ネジが形成されており、第２コネクタ部３６を固定するボルト（図示しない）が、接合面２０Ａ側からねじ込まれる。第２コネクタ設置部７０の固定面２０Ｂ側は、通し穴７４が形成されている。工具側コネクタに接続されたケーブルは、通し穴７４を通じて、サーボモータ部に接続される。

本実施形態に係る雄型部材１６は、アーム１４内部に配置したケーブルをアーム１４の先端において、接合面１６Ａの中央に設けられた第１コネクタ部２６に接続することができる。したがって工具交換装置１０は、アーム１４内部に配置したケーブルをアーム１４の外部に引き出さずに第１コネクタ部２６に連結することができる。

工具交換装置１０は、ケーブルがアーム１４の外部に露出しないため、ケーブルによって産業用ロボット１２の動作を制限することがない。また工具交換装置１０は、産業用ロボット１２の先端と雄型部材１６の間に、ケーブルを引き出すためのスペースが不要であり、容易に小型化することができ、産業用ロボット１２に余計なモーメントが生じることを防ぐことができるので、産業用ロボット１２の定格出力が得られる。

雄型本体２２が、第１気体導入口５０及び第２気体導入口５４へ供給された圧縮気体を２個の連結部３４に分配する第１分配流路４６及び第２分配流路４８を有するので、工具交換装置１０は、複数の連結部３４を、同じタイミングで、動作させることができる。

雄型本体２２及び雌型本体３０は、接合面１６Ａ，２０Ａ側から、第１コネクタ部２６及び第２コネクタ部３６を取り付け可能な第１コネクタ設置部４０及び第２コネクタ設置部７０を有する。これにより、ケーブルの変更の再に雄型部材１６をアーム１４から、及び雌型部材２０を工具１８から取り外さずに、第１コネクタ部２６及び第２コネクタ部３６を取り外すことができるので、メンテナンス性を向上することができる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

上記実施形態の場合、連結部３４は、２個である場合について説明したが、３個以上でもよい。

上記実施形態の場合、動力としての電源、動力供給路としてのケーブルを用い、コネクタ部３８は電気的に接続する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、動力としては、水や気体などの流体を圧送するポンプであってもよい。この場合、動力供給路及び工具側動力供給路としてはチューブを用いることができ、コネクタ部は管継手を用いることができる。

工具交換装置１０は、接合面の中央にコネクタ部３８を有する場合について説明したが、接合面の中央を挟んで対称に複数有することとしてもよい。

１０工具交換装置
１２産業用ロボット（機器）
１４アーム（本体）
１６雄型部材
１６Ａ，２０Ａ接合面
１８工具
２０雌型部材
３４連結部
３８コネクタ部
４６第１分配流路
４８第２分配流路
５０第１気体導入口
５４第２気体導入口

Claims

機器の本体側に取り付けられる雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置において、
前記雄型部材と前記雌型部材は、
互いを機械的に接続する複数の連結部と、
前記本体の内部に配置された動力供給路と前記工具を接続するコネクタ部と
を有し、
前記複数の連結部及び前記コネクタ部は、前記雄型部材と前記雌型部材との接合面内に設けられており、
前記複数の連結部は、前記コネクタ部の周囲に配置されており、
前記コネクタ部は、第１コネクタ部と第２コネクタ部とを有し、
前記雄型部材は、雄型本体の中央に第１コネクタ設置部を有し、
前記第１コネクタ設置部は、前記雄型本体の厚さ方向に貫通した穴と、前記雄型部材の前記接合面側から挿入された前記第１コネクタ部の底面を支持する第１設置台とを有し、
前記雌型部材は、雌型本体の中央に第２コネクタ設置部を有し、
前記第２コネクタ設置部は、前記雌型本体の厚さ方向に貫通した穴と、前記雌型部材の前記接合面側から挿入された前記第２コネクタ部の底面を支持する第２設置台とを有する
ことを特徴とする工具交換装置。
前記第１コネクタ設置部に取り付けられている前記第１コネクタ部は、前記雄型部材の前記接合面側から取り外し可能であり、
前記第２コネクタ設置部に取り付けられている前記第２コネクタ部は、前記雌型部材の前記接合面側から取り外し可能である
ことを特徴とする請求項１記載の工具交換装置。
前記雄型部材は、
前記本体に固定される固定面に開口した気体導入口と、
前記気体導入口へ供給される圧縮気体を、前記複数の連結部に分配する分配流路と
を有することを特徴とする請求項１又は２記載の工具交換装置。