JP7005146B2 - モーメントの支持を受ける切替式磁気カプラを有するロボットエンドエフェクタ迅速交換機構 - Google Patents

モーメントの支持を受ける切替式磁気カプラを有するロボットエンドエフェクタ迅速交換機構 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、概して、ロボットエンドエフェクタの連結に関し、具体的には、中心駆動インターフェース付きの駆動モータアセンブリ上に、エンドエフェクタツールを同心磁気係合させるシステムに関する。
ロボットマニピュレータは、現代の製造業の多くの局面で用いられている。同一の汎用ロボットシステムを使って種々のタスクを遂行するために、通常、マニピュレータのアームに種々のエンドエフェクタが取り付けられている。ツールヘッドまたはエンドエフェクタを迅速に交換するための既存の解決法は、エンドエフェクタを所定の位置に機械的にロックするための追加のアクチュエータを必要とする。典型的なロックシステムは、空気圧装置または電気装置を使って作動する。これらによって、マニピュレータアーム及び/またはエンドエフェクタの端部にさらなる体積と質量が付与され、エンドエフェクタとマニピュレータアームとの係合または係合解除のために、さらなる制御が必要となる。
したがって、より簡便に、少ない力で、且つさらなるアクチュエータの必要なしに、ロボットマニピュレータへのエンドエフェクタの取付及び交換を可能にする方法及びシステムを提供することが望ましい。自動化によってコストを削減することも、また望ましい。
本書で開示される実施形態によって、磁気要素及び接触壁付き開口を有する連結コンポーネントを有するロボットマニピュレータを用いた、ロボットエンドエフェクタを迅速に交換する連結装置が提供される。エンドエフェクタツールは、相手側磁気要素を有する相手側連結コンポーネントと、開口内に緊密に受容される、相手側接触壁を有する延びた突起部とを有する。エンドエフェクタを駆動モータアセンブリに連結するため、磁気要素と相手側磁気要素とが相互の磁気引力によって分離可能に係合し、それによってロボットマニピュレータとエンドエフェクタとが係合または係合解除し、接触壁と、相手側接触壁とが、エンドエフェクタに行使されるモーメントに対する抵抗力を提供する。
この実施形態によって、ロボットマニピュレータがエンドエフェクタと位置合わせされる、ロボットエンドエフェクタの連結方法が可能になる。エンドエフェクタの延びた突起部は、エンドエフェクタに行使されるモーメントに対する抵抗力を提供するため、突起部の相手側接触壁と係合する接触壁を有するロボットマニピュレータの開口に、緊密に受容される。次いで、中心駆動インターフェースと同心の駆動モータアセンブリから延びている連結コンポーネントに組み入れられている磁気要素と、エンドエフェクタツールから延びている相手側連結コンポーネントに組み入れられている相手側磁気要素とが、磁気引力によって分離可能に係合する。
これまでに説明された特徴、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態で独立して実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解され得る、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
駆動モータアセンブリ及びエンドエフェクタが用いられている、第1の実施形態の図であり、駆動モータアセンブリの連結コンポーネントの詳細が示されている。 第1の実施形態の図であり、エンドエフェクタ上の相手側連結要素の詳細が示されている。 駆動モータアセンブリとエンドエフェクタとが組み立てられて、ツールヘッドレシーバーブロックの上方に配置された図である。 ツールヘッドレシーバーブロック内に受容された、エンドエフェクタのツールヘッドの図である。 駆動モータアセンブリから解放され、ツールヘッドレシーバーブロックと係合しているエンドエフェクタの図である。 駆動モータアセンブリの接続コンポーネントの詳細図である。 エンドエフェクタの接続コンポーネントの詳細図である。 駆動モータアセンブリ及びエンドエフェクタが用いられている、第2の実施形態の図であり、駆動モータアセンブリ上の、回転可能スリーブ付き連結コンポーネントの詳細が示されている。 第2の実施形態の図であり、エンドエフェクタ上の相手側連結コンポーネントの詳細が示されている。 スリーブが第1の係合位置に回転され、エンドエフェクタがツールヘッドレシーバーブロック内に保持されている、駆動モータアセンブリの図である。 スリーブが第2の係合解除位置に回転され、エンドエフェクタがツールヘッドレシーバーブロック内に保持されている、駆動モータアセンブリの図である。 駆動モータアセンブリと係合し、ツールヘッドレシーバーブロックから抜き取られた、エンドエフェクタの第2の実施形態の図である。 エンドエフェクタのフランジ内で鉄または他の強磁性試験片と磁気的に係合する金属インサートと位置合わせするため、駆動モータアセンブリの回転可能スリーブ内に磁石が用いられている、第2の実施形態の変更形態の図である。 駆動モータアセンブリ及びエンドエフェクタが用いられている、第3の実施形態の図であり、駆動モータアセンブリの連結コンポーネントの詳細が示されている。 第3の実施形態の図であり、エンドエフェクタ上の相手側連結コンポーネントの詳細が示されている。 第3の実施形態による、駆動モータアセンブリとエンドエフェクタとが組み立てられた図である。 駆動モータアセンブリ及びエンドエフェクタが用いられている、第4の実施形態の図であり、駆動モータアセンブリの連結コンポーネントの詳細が示されている。 第4の実施形態の図であり、エンドエフェクタ上の相手側連結要素の詳細が示されている。 第4の実施形態による、駆動モータアセンブリとエンドエフェクタとが組み立てられた図である。 駆動モータアセンブリ及びエンドエフェクタが用いられている、第5の実施形態の図であり、駆動モータアセンブリの連結コンポーネントの詳細が示されている。 第5の実施形態の図であり、エンドエフェクタ上の相手側連結要素の詳細が示されている。 第5の実施形態の駆動モータアセンブリとエンドエフェクタとが組み立てられて、ツールヘッドレシーバーブロックの上方に配置された図である。 ツールヘッドレシーバーブロック内に受容された、第5の実施形態のエンドエフェクタのツールヘッドの図である。 本書で開示される実施形態を用いた、ロボットツールエンドエフェクタ操作の方法を示すフローチャートである。 開示の実施形態が用いられ得る、航空機の製造及び保守方法を示すフローチャートである。 開示の実施形態が用いられ得る、航空機のフローチャートである。
本書で開示する実施形態によって、エンドエフェクタを、ロボットマニピュレータに取り付けられた駆動モータアセンブリに磁気的に連結することを組み入れた、システムが提供される。エンドエフェクタを磁気的に取り付けることによって、駆動モータアセンブリとの間の容易な係合及び係合解除が達成され得る。エンドエフェクタ内と駆動モータアセンブリ内の相手側回転防止機構によって、モータ作動中のエンドエフェクタの回転が防止される。
図面を参照すると、図1A~1Cは、ロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置の、第1の実施形態を示している。ロボットマニピュレータに取り付けられていてよい駆動モータアセンブリ10は、中心駆動インターフェース12を有する。図1Aに示すように、連結コンポーネント、即ち第1の実施形態の第1のフランジ14が、中心駆動インターフェース12と同心の駆動モータアセンブリ10から延びている。連結コンポーネントの第1のフランジ14は、磁気要素16を支持している。磁気要素16は、後述するように様々な形態を取り得る。第1のフランジ14の開口18が、中心駆動インターフェース12の係合を可能にする。図1Bに示すように、エンドエフェクタ20は、中心駆動インターフェース12を取り外し可能に受容するように適合された、駆動接続部22を有する。エンドエフェクタ20は、穴開け機、穴埋め機、検査/走査用エンドエフェクタ、及び塗装用エンドエフェクタといったエレメントを含み得る。相手側連結コンポーネント、即ち第1の実施形態の第2のフランジ24が、駆動接続部22と同心のエンドエフェクタツール20から延びている。第2のフランジ24は、相手側磁気要素26を支持する。エンドエフェクタツール20を駆動モータアセンブリ10に接続するため、磁気要素16と、相手側磁気要素26とが、相互の磁気引力によって分離可能に係合する。第2のフランジ24内の相手側開口28によって、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22との係合が可能になり、フランジ14と、相手側の第2のフランジ24との接触によって、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22とが相互に係合する。
図1Aに戻ると、回転防止機構は、連結コンポーネントに結び付いた第1の部分と、相手側連結コンポーネントに結び付いた第2の部分とを有する。例示の実施形態では、第1の部分には、第1のフランジ14内でレリーフとして開口18を取り囲む、六角形表面30が用いられている。一方、第2の部分には、六角形肩部32(図1Bに示す)が用いられており、レリーフと肩部は、嵌合し合う六角形の機構を構成する。フランジ14と第2のフランジ24とが、磁気要素16と相手側磁気要素26とによって係合しているとき、六角形の機構同士が噛み合わさり、エンドエフェクタ20と駆動モータアセンブリ10との間の相対的な回転が防止される。
図1Cに示すように、ロボットマニピュレータ37(図1Eに示す)は、エンドエフェクタ20が駆動モータアセンブリ10と係合した状態で、製造作業のためにエンドエフェクタ20を配置し、稼働させ得る。駆動アセンブリ10がエンドエフェクタ20を受け取ったりエンドエフェクタ20を係合解除したりするために、エンドエフェクタを保持するツールホルダ34が用いられ得る。示される実施形態では、ツールホルダ34には、図1Dに示すようにエンドエフェクタ20の外形を緊密に受容するようにサイズ決めされた、レリーフ36が組み入れられている。次に、駆動モータアセンブリ10は、ロボットマニピュレータ37によって、接続軸38に沿い中央駆動インターフェースを通って後退させられ得、その結果、磁気要素16と相手側磁気要素26との間の磁気的係合は中断され、それによって、図1Eに示すようにエンドエフェクタ20は駆動モータアセンブリから解放される。
上記のように、磁気要素16及び相手側磁気要素26は、いくつかの形態を取り得る。第1の実施形態では、磁気要素16は、図1Aに示すようにフランジ14内のリング形磁石であり得る。さらに、図1Bに示すように、相手側磁気要素26は、第2のフランジ24内の、磁着性金属リングまたは反対の極性を有する第2のリング形磁石であり得る。代わりに、磁気エレメント16は、図1Fに示すように、フランジ上に同心に間隔を空けて置かれた複数の磁石17であり得る。生成された磁場を強化するため、磁石17は、磁石17上に「N」の表示で表されている共通の極性に合わせて位置合わせされた磁極を有していてよい。フランジ24がアルミニウムといった非磁性材料でできていることが有利な実施形態では、第1のフランジ14内に複数の磁石がある状態で、相手側磁気要素26は、ここでも図1Bに示すような磁着性金属リングであってよく、または図1Gに示すように、相手側磁気要素27として「S」の表示で表されるような、磁石17と反対の極性で配向された、相手側の複数の強磁性試験片もしくは磁石であってよい。
改良された第2の実施形態が、図2A及び図2Bに示されている。図2Aに示すように、磁石17は、中心駆動インターフェース12を同心に取り囲むようにして、回転可能なスリーブ40の面39上に、あるパターンで保持されていてよい。図2Bに示すように、相手側磁気要素27は、エンドエフェクタ20の第2のフランジ24上の非磁性の相手の面25内に、対になるパターンで配置される。相手側磁気要素27は、図2Cに示すように、回転可能スリーブ40が第1の回転位置にあるときには、磁石17と相手側磁気要素27とが最大磁気引力(点線31で示す)になるように位置合わせされ、また駆動モータアセンブリ10とエンドエフェクタ20がロボットマニピュレータよって接続軸38に沿って係合しているときには、磁石17と相手側磁気要素27とが磁気的に係合するように、配置される。磁気要素27は、上記のように磁石または強磁性試験片であってよい。オプションで磁気要素27が磁石である場合、面39は、非磁性材料から製造されているであろう。第1の実施形態のように、面39とフランジ24上の相手方の面25との接触は、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22とを相互に係合させる。図2Dに示すように、磁石17と相手側磁気要素27とが(点線31で示すように)もはや位置合わせされていない第2の位置へと回転可能スリーブ40を回転させることによって、磁気引力は最小になり、ロボットマニピュレータ37がエンドエフェクタと駆動モータアセンブリとを分離するのに、力はほとんどまたは全く必要とされなくなる。
図2Eに示すように、ツールホルダ34からパドル42が延びていてよく、ロボットマニピュレータによる、接続軸38に垂直な横方向軸45に沿った駆動モータアセンブリ10の横方向の動作で、回転可能スリーブ40から延びるレバー44と係合し、スリーブ40を回転させる。レバー44によって、横方向軸45に沿った第1の方向にパドル42が係合することで、磁気的係合を作動させる、磁石17と相手側磁石27との位置合わせのための、回転可能スリーブ40の回転が誘起される。一方、横方向軸45に沿った第2の方向にパドル42が係合することで、磁気的係合が解除される、磁石17と磁気要素27とのパターンを位置ずれさせる、回転可能スリーブ40の回転が誘起される。
図2A、図2C及び図2Dに示すように、第2の実施形態では、代わりに、フランジ14内に固定され、回転可能スリーブ40の第1の回転位置で磁石17と位置合わせされた、磁着性金属インサート46が用いられ得る。位置合わせされているときは、金属インサート46は、磁石17によって誘起された磁場を有するであろう。金属インサート46は、第2の回転位置にあって回転可能スリーブ40と位置合わせされていないとき、全く磁場を有さないであろう。図2Fに示すように、エンドエフェクタ20のフランジ24内の相手側磁気要素27’を金属インサート46と位置合わせするように配置することによって、回転可能スリーブ40の第1の回転位置で磁石17が金属インサート46と位置合わせされているときに、金属インサートと相手側磁気要素27’との間に磁気引力が存在するようになり、駆動モータアセンブリとエンドエフェクタ20との間に磁気的係合が提供される。しかし、回転可能スリーブ40が第2の回転位置に回転されているときには、金属インサート46には磁場がまったく存在せず、したがって相手側磁気要素27’に対する磁気引力がまったく存在しないであろう。
第1のフランジ14と第2のフランジ24との相互接続、並びにエンドエフェクタ20及び駆動モータアセンブリ10上の、六角形肩部32及びレリーフ30といった回転防止機構の造形は、特定の配列や操作上の必要に適合するために、変更され得る。図3A~図3Cは、駆動モータアセンブリ10のフランジ50及び、エンドエフェクタ20上の相手側フランジ52が変形楕円形である、代替的な実施形態を示す。(図3Aに示す)フランジ50から延びている回転防止用肩部54は、同心の変形楕円形であり、(図3Bに示す)相手側フランジ52のレリーフ56内に受容される。肩部54及びレリーフ56の形状によって、係合時の回転が防止される。フランジ50は、回転防止用肩部54とレリーフ56とが係合するためにフランジ50と相手側フランジ52とが適切に位置合わせされているときに、相手側フランジ52によって支持されている相手側磁気要素60との磁気的係合のために位置合わせして置かれている、複数の磁石58を支持している。駆動モータアセンブリ10とエンドエフェクタ20との間の係合及び係合解除は、エンドエフェクタ20用のツールホルダ34を用いた第1の実施形態に関連して上記されたように、磁石58と相手側磁気要素60とを係合/係合解除すべく、接続軸38に沿って駆動モータアセンブリ10を係合させるかまたは後退させるためにロボットマニピュレータ37を用いることによって、達成され得る。
エンドエフェクタ20と駆動モータアセンブリ10との磁気的相互係合は、図4A~図4Cの実施形態に示されるように、3点接続によっても、また達成され得る。この構成によって、図4Aに示すように、ギア64によって係合された浮動式ドライブトレイン内のトルク変換器62の実装が可能になる。トルク変換器62は、第1の実施形態のように、フランジ14内の中心開口18を通って延びる中心駆動インターフェース12と同心である。エンドエフェクタ20と駆動モータアセンブリ10との間の相互係合は、中心駆動インターフェース12と、フランジ24内の相手側開口28を通じてアクセスされる駆動接続部22との間の、第1の地点で達成される。第2の係合地点は、トルク変換器62から延びるギア64と、エンドエフェクタ20内の相手側の歯64との間である。第3の係合地点は、フランジ14の周縁から延び、相手側フランジ24の周縁25内の相手側スロット68に受容される、複数の回転防止用突起66に設けられる。例示の実施形態では複数の突起66及ぶ複数のスロット68が示されているが、単一の突起及び単一の相手側スロットも、または代わりに、円筒形である、ピン及び相手側の孔もしくはスロットも、用いられ得る。フランジ14と相手側フランジ24との接触によって、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22とが相互に係合し、回転防止機構として、突起66がスロット68内に係合する。前述した実施形態のように、磁気要素16と相手側磁気要素26とが、フランジ14と相手側フランジ24とを分離可能に係合させ、図4Cに示すように、磁気的係合でエンドエフェクタ20を駆動モータアセンブリ10に固定する。
図5A~図5Dは、エンドエフェクタ20と駆動モータアセンブリ10との間に行使されるモーメントへの抵抗力を増加させる、第5の実施形態を示している。図5Aに示すように、第1の実施形態では第1のフランジ14である連結コンポーネントが、図1Aの中心駆動インターフェース12に相当する中心駆動インターフェースと同心である、駆動モータアセンブリ10から延びている。しかしこの連結コンポーネントは、下記のように、その長さのせいで視覚不能である。連結コンポーネントの第1のフランジ14は、複数の磁石16から構成される磁気要素16を支持している。第1のフランジ14内の開口18は、内側円筒部70及び、より大きな直径で肩部用レリーフを提供する外側円筒部72を有する。図5Bに示すように、エンドエフェクタ20は、中心駆動インターフェース12を取り外し可能に受容するように適合された、駆動接続部22を有する。相手側連結コンポーネント、即ち第5の実施形態の第2のフランジ24が、駆動接続部22と同心の突起部74と共にエンドエフェクタツール20から延びている。突起部74は、第1の外側円筒部76及び、より大きな直径で肩部を提供する第2の内側円筒部78を有する。突起74は開口18内に分離可能に受容され、円筒内側部70の接触壁80は、この突起の第1の外側円筒部分76の相手側接触壁82を受容する。一方で、第2の内側円筒部分78によって作り出された肩部は、開口の外側円筒部分72によって提供される肩部用レリーフ内に受容される。第2のフランジ24は、相手側磁気要素26を支持する。この相手側磁気要素26は、フランジ上の強磁性金属面であってよい。エンドエフェクタツール20を駆動モータアセンブリ10に接続するため、磁気要素16と、相手側磁気要素26とが、相互の磁気引力によって分離可能に係合する。突起部74内の相手側開口28によって、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22との係合が可能になり、フランジ14と、相手側の第2のフランジ24との接触によって、中心駆動インターフェース12と駆動接続部22とが相互に係合する。突起74が開口18内に緊密に係合することによって、使用中に駆動モータアセンブリ10とエンドエフェクタ20との間で誘起され得る、横方向のモーメントが抵抗を受ける。このモーメント抵抗力によって、磁石16といった磁気要素と相手側磁気要素26との間で必要な磁力の低減が可能になり、エンドエフェクタがモータ駆動アセンブリに効率よく接続される。示される実施形態では、駆動モータアセンブリ内の開口18の内側円筒部70及び外側円筒部72内での係合の位置合わせをしやすくするため、突起74の第1の外側円筒部分76と第2の内側円筒部分78とは、面取りされている。
図5Aに戻ると、例示の第5の実施形態用の回転防止機構が、第2のフランジ24から延びる2つの円筒ピン84を備える第1の部分によって設けられている一方、第2の部分は、第1のフランジ14内に2つのボア86を備えている。フランジ14と第2のフランジ24とが、磁気要素16と相手側磁気要素26とによって係合しているとき、ピン84がボア86内に係合し、エンドエフェクタ20と駆動モータアセンブリ10との間の相対的な回転が防止される。示される実施形態では、ピン84(複数)は第2のフランジ24上で直径に沿って対向しており、ボア86(複数)は、第1のフランジ14上で、ピン(複数)と同じ半径で、直径に沿って対向している。例示の実施形態ではピンとボアが1対ずつ示されているが、単一のピンと単一のボア、または3以上のピンと3以上のボアも用いられ得る。
図5Cに示すように、ロボットマニピュレータ37(図1Eに示す)は、エンドエフェクタ20が駆動モータアセンブリ10と係合した状態で、製造作業のためにエンドエフェクタ20に配置し、稼働させ得る。駆動アセンブリ10がエンドエフェクタ20を受け取ったりエンドエフェクタ20を係合解除したりするために、エンドエフェクタを保持するツールホルダ34が用いられ得る。示される実施形態では、ツールホルダ34には、図5Dに示すようにエンドエフェクタ20の外形を緊密に受容するようにサイズ決めされた、レリーフ36が組み入れられている。次に、駆動モータアセンブリ10は、ロボットマニピュレータ37によって、接続軸38に沿い中央駆動インターフェース12を通って後退させられ得、その結果、磁気要素16と相手側磁気要素26との間の磁気的係合は中断され、それによって、図1Eに関連して上記されたようにエンドエフェクタ20は駆動モータアセンブリから解放される。
開示の実施形態を用いたロボットエンドエフェクタの連結方法は、図5A~図5Dの例示的な実施形態に関連して、図6に示すように、実現される。中心駆動インターフェース12を含む駆動モータアセンブリ10を有するロボットマニピュレータが、エンドエフェクタ20の駆動接続部と位置合わせされる(ステップ602)。開口18と、複数の磁石16といった磁気要素とを有し、中心駆動インターフェース12と同心に駆動モータアセンブリ10から延びる、フランジ14といった連結コンポーネントが、突起74と、相手側磁気要素26とを有し、駆動接続部22と同心にエンドエフェクタ20から延びる、第2のフランジ24といった相手側連結コンポーネントと、突起74を開口18に挿入することによって、係合する(ステップ603)。次に、磁気要素と相手側磁気要素とが係合する(ステップ604)。磁気要素と、相手側磁気要素とは、相互の磁気引力によって分離可能に係合する。エンドエフェクタツールは、ツールホルダ34内で固定され得(ステップ606)、磁気要素と相手側磁気要素とを分離させ、相互の磁気引力を切断してエンドエフェクタ20を駆動モータアセンブリ10から取り外すため、ロボットマニピュレータ37は、駆動モータアセンブリ10を後退させ得る(ステップ608)。開口内の接触壁と、突起上の相手側接触壁とによって、エンドエフェクタと駆動モータアセンブリとの間のあらゆるモーメントに対する抵抗力が提供され、それによって、エンドエフェクタツールを駆動モータアセンブリに効果的に係合させるのに必要な必要磁力は減少する。
本開示の実施形態は、図7に示す航空機の製造及び保守方法700(方法700)、並びに図8に示す航空機800の文脈で用いられ得る。製造前段階では、例示の方法700は、航空機800の仕様及び設計704と、材料の調達706とを含み得る。製造段階では、航空機800のコンポーネント及びサブアセンブリの製造708と、システムインテグレーション710とが行われる。その後、航空機800は、認可及び納品712を経て、運航714に供される。航空機800は、顧客によって運航される間に、定期的な整備及び保守716(改造、再構成、改修なども含み得る)が予定される。
方法700の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び/またはオペレーター(例えば顧客)によって実行または実施され得る。本書の目的において、システムインテグレーターは、限定されることなく任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含み得、第三者は、限定されることなく任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、且つ、オペレーターは、限定されることなく航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
図8に示すように、例示の方法700によって製造される航空機800は、複数のシステム820及び内装822を有する機体818を含み得る。高レベルシステム820の例は、推進システム824、電気システム826、油圧システム828、環境システム830、及び飛行制御システム832のうちの、1または複数を含む。任意の数の他のシステムも、また含まれてよい。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の実施形態は、他の産業にも適用され得る。本書で開示される実施形態は、図7及び図8で開示される方法及び航空機のステップまたはエレメント708、710、714、716、818で用いられ得る。
本書中で実施される装置及び方法、並びに上記された装置及び方法は、製造及び保守方法700の任意の1または複数の段階において用いられ得る。例えば、製造プロセス708に対応する構成要素またはサブアセンブリは、航空機800の運航中に、構成要素またはサブアセンブリが製造されるのと類似の方法で作製または製造され得る。加えて、本書に記載する1つ以上の装置の実施形態、本書に記載する方法の実施形態、あるいはそれらの組み合わせは、例えば、航空機800の組立てを実質的に効率化するか、または航空機800のコストを削減することにより、製造段階708及び710で利用され得る。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせのうちの1つ以上を、航空機800の運航中に、限定しないが例として、整備及び保守716に利用することができる。
こうして、要約すると、本発明の第1の態様によって下記が提供される。
A1.少なくとも1つの軸方向に制御可能な動作を行うロボットマニピュレータと、
ロボットマニピュレータに接続され、磁気要素及び接触壁付き開口を有する連結コンポーネントと、
相手側連結コンポーネントを有するエンドエフェクタであって、前記相手側連結コンポーネントは相手側磁気要素及び、開口内に緊密に受容される相手側接触壁を有する延びた突起部を有し、前記磁気要素と相手側磁気要素とが相互の磁気引力によって分離可能に係合し、それによってロボットマニピュレータがエンドエフェクタと係合または係合解除し、接触壁と相手側接触壁とがエンドエフェクタに対して行使されるモーメントへの抵抗力を提供する、エンドエフェクタと
を備える、ロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
A2.前記エンドエフェクタツールを取り外し可能に受容して固定するように適合されたツールホルダであって、それによって、少なくとも1つの軸方向へのロボットマニピュレータの動作が連結コンポーネントと相手側連結コンポーネントとを分離する、ツールホルダをさらに備える、段落A1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A3.ロボットマニピュレータに接続され、中心駆動インターフェースを有する駆動モータアセンブリであって、前記連結コンポーネントは駆動モータアセンブリから延びており、
前記エンドエフェクタは中心駆動インターフェースを取り外し可能に受容するように適合された駆動接続部を有し、前記第2の相手側コンポーネントは駆動接続部と同心である、駆動モータアセンブリ
をさらに備える、段落A2に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A4.連結コンポーネントは中心駆動インターフェースと同心の開口を組み入れた第1のフランジを備え、相手側連結コンポーネントは駆動接続部と同心の開口を有する第2のフランジを備え、それによって第1のフランジと第2のフランジとの接触が、中心駆動インターフェースと駆動接続部とを係合させる、段落A3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A5.連結コンポーネント内の開口の接触壁は第1の直径を持つ第1の部分と第2の直径を持つ第2の部分とを有し、相手側連結コンポーネントの突起上にある相手側接触壁は、第1の直径内に受容される相手側の第1の部分と、第2の直径内に受容される相手側の第2の部分とを有する、段落A4に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A6.連結コンポーネント内の開口の接触壁の第1の部分及び第2の部分と、エンドエフェクタ上の突起の、相手側接触壁の相手側の第1の部分及び第2の部分とは、同心である、段落A4に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A7.磁気要素は磁石を含み、相手側磁気要素は磁着性金属を含む、段落A3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A8.磁気要素は、フランジ上に、あるパターンで円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を含み、相手側磁気要素は強磁性の相手側フランジを含む、段落A3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A9.複数の磁石は、共通の極性を持つように配向されている、段落A6に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A10.連結コンポーネントに結び付いた第1の部分と、相手側連結コンポーネントに結び付いた第2の部分とを有する回転防止機構をさらに備える、段落A1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A11.連結コンポーネントは中心駆動インターフェースと同心の開口を組み入れた第1のフランジを備え、前記開口は肩部を有し、相手側連結コンポーネントは駆動接続部と同心の第2の開口を有する第2のフランジを備え、前記第2の開口はレリーフを有し、それによって第1のフランジと第2のフランジとの接触が中心駆動インターフェースと駆動接続部とを相互に係合させ、肩部をレリーフ内に係合させる、段落A10に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A12.第1の部分は第1のフランジから延びる少なくとも1つのピンを備え、第2の部分は前記少なくとも1つのピンを受容する相手側フランジ内の少なくとも1つのボアを備える、段落A11に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
A13.少なくとも1つのピンは、前記第1のフランジ上で直径に沿って対向する一対のピンを含み、少なくとも1つのボアは、前記第2のフランジ上で、一対のピンと同じ半径で、直径に沿って対向する一対のボアを含む、段落A12に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
本発明のさらなる態様によれば、下記が提供される。
B1.ロボットマニピュレータをエンドエフェクタツールと位置合わせすることと、
エンドエフェクタ上の延びた突起部を、接触壁を有するロボットマニピュレータの開口内に緊密に受容することと、
エンドエフェクタに対して行使されるモーメントへの抵抗力を提供するため、突起上の相手側接触壁を接触壁に係合させることと、
ロボットマニピュレータに接続された連結コンポーネント内に組み入れられた磁気要素と、エンドエフェクタツールから延びる相手側連結コンポーネント内に組み入れられた相手側磁気要素とを、磁気引力によって分離可能に係合させることと
を含む、ロボットエンドエフェクタを連結する方法。
B2.前記エンドエフェクタツールをツールホルダ内に固定することと、
磁気要素と相手側磁気要素とを分離して相互の磁気引力を切断し、エンドエフェクタを駆動モータアセンブリから取り外すため、ロボットマニピュレータを後退させることと
をさらに含む、段落B1に記載の方法もまた、提供される。
B3.方法であって、ロボットマニピュレータは、駆動接続部付きの中心駆動インターフェースを含む駆動モータアセンブリを有し、連結コンポーネントは、駆動モータアセンブリに回転可能に取り付られた環(collar)を備え、磁気要素は、環の一面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を備え、相手側連結コンポーネントは、相手側の面及び、駆動接続部と同心の開口を有する相手側フランジを備え、相手側磁気要素は、複数の磁石と共通の間隔で、相手側の面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁着性金属試験片を備え、
前記方法は、複数の磁石と磁着性金属試験片とを位置ずれさせるため環を回転させることをさらに含む、段落B2の方法もまた、提供される。
B4.方法であって、環は回転レバーを含み、ツールホルダには延びたパドルが一体化されており、環を回転するステップは、
延びたパドルを前記回転レバーと係合させるため、ロボットマニピュレータを横軸方向へ動かすことを含み、
ロボットマニピュレータを後退させるステップは、
連結コンポーネントと相手側連結コンポーネントを分離させるため、ロボットマニピュレータを接続軸方向へ動かすことを含む、段落B3の方法もまた、提供される。
B5.複数の磁石を共通の極性を持つように配向することをさらに含む、段落B1に記載の方法も提供される。
本発明のさらなる態様によれば、下記が提供される。
C1.少なくとも1つの軸方向に制御可能な動作を行うロボットマニピュレータと、
ロボットマニピュレータに接続され、磁気要素を有する連結コンポーネントと、
相手側連結コンポーネントを有するエンドエフェクタであって、前記相手側連結コンポーネントは相手側磁気要素を有し、前記磁気要素と相手側磁気要素とが相互の磁気引力によって分離可能に係合し、それによってロボットマニピュレータがエンドエフェクタと係合または係合解除する、エンドエフェクタと
を備える、ロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
C2.前記エンドエフェクタツールを取り外し可能に受容して固定するように適合されたツールホルダであって、それによって、少なくとも1つの軸方向へのロボットマニピュレータの動作が連結コンポーネントと相手側連結コンポーネントとを分離する、ツールホルダをさらに備える、段落C1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C3.ロボットマニピュレータに接続され、中心駆動インターフェースを有する駆動モータアセンブリであって、前記連結コンポーネントは駆動モータアセンブリから延びており、
前記エンドエフェクタは中心駆動インターフェースを取り外し可能に受容するように適合された駆動接続部を有し、前記第2の相手側コンポーネントは駆動接続部と同心である、駆動モータアセンブリ
をさらに備える、段落C2に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C4.連結コンポーネントは中心駆動インターフェースと同心の中央開口を有する第1のフランジを備え、相手側連結コンポーネントは駆動接続部と同心の開口を有する第2のフランジを備え、それによって第1のフランジと第2のフランジとの接触が中心駆動インターフェースと駆動接続部とを相互に係合させる、段落C3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C5.磁気要素は磁石を含み、相手側磁気要素は磁着性金属を含む、段落C3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C6.磁気要素は、フランジ上に、あるパターンで円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を含み、相手側磁気要素は、複数の磁石と対になるパターンで相手側フランジ上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の強磁性試験片を含む、段落C3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C7.複数の磁石は、共通の極性を持つように配向されている、段落C6に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C8.磁気要素は、フランジ上に、あるパターンで円周方向に間隔を空けて配置された、第1の極性を有する第1の複数の磁石を含み、相手側磁気要素は、第1の複数の磁石と共通の間隔で相手側フランジ上に円周方向に間隔を空けて配置された、第1の極性とは反対の極性を有する、第2の複数の磁石を含む、段落C3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C9.連結コンポーネントは、駆動モータアセンブリに回転可能に取り付けられた環を備え、磁気要素は、環の一面上に、あるパターンで円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を備え、
相手側連結コンポーネントは、相手側の面及び、駆動接続部と同心の開口を有する相手側フランジを備え、それによって第1の面と相手側の面との接触が中心駆動インターフェースと駆動接続部とを相互に係合させ、相手側磁気要素は、複数の磁石と対になるパターンで、相手側の面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁着性金属試験片を備え、
前記環は、磁気引力を最大にするため、複数の磁石と複数の磁着性金属試験片とを位置合わせする第1の方向から、磁気引力が最小で、複数の磁石と複数の磁着性金属試験片とが位置ずれしている第2の方向まで回転可能である、
段落C3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C10.ロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置であって、駆動モータアセンブリが、少なくとも2つの軸方向に制御可能な動作を行うロボットマニピュレータに操作可能に接続され、迅速交換式連結装置は、
環から延びた回転レバーと、
前記エンドエフェクタツールを取り外し可能に受容し固定するように適合されたツールホルダであって、ロボットマニピュレータの横軸方向の動きを受けて前記回転レバーと係合する延びたパドルを有し、それによって、ロボットマニピュレータの接続軸方向への動きが、連結コンポーネントと相手側連結コンポーネントを分離させる、ツールホルダをさらに備える、段落C9に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C11.連結コンポーネントに結び付いた第1の部分と、相手側連結コンポーネントに結び付いた第2の部分とを有する回転防止機構をさらに備える、段落C1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C12.連結コンポーネントは中心駆動インターフェースと同心の中央開口を有する第1のフランジを備え、前記開口は肩部を有し、相手側連結コンポーネントは駆動接続部と同心の第2の開口を有する第2のフランジを備え、前記第2の開口はレリーフを有し、それによって第1のフランジと第2のフランジとの接触が中心駆動インターフェースと駆動接続部とを相互に係合させ、肩部をレリーフ内に係合させる、段落3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C13.肩部とレリーフとが、対になる六角形の機構を備える、段落C12に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C14.連結コンポーネントは中心駆動インターフェースと同心の中央開口を有する第1のフランジを備え、前記フランジは少なくとも1つのスロットを有し、相手側連結コンポーネントは駆動接続部と同心の第2の開口を有する第2のフランジを備え、前記第2のフランジは少なくとも1つの突起を有し、それによって第1のフランジと第2のフランジとの接触が中心駆動インターフェースと駆動接続部とを相互に係合させ、少なくとも1つの突起を少なくとも1つのスロット内に係合させる、段落C11に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C15.少なくとも1つのスロットは、第1のフランジの周縁上にある複数のスロットを含み、少なくとも1つの突起は、第2のフランジの周縁上にある複数の突起を含む、段落C14に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
C16.中心駆動インターフェースは、トルク変換器を有する浮動式ドライブトレインを含む、段落3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置もまた、提供される。
本発明のさらなる態様によれば、下記が提供される。
D1.ロボットマニピュレータをエンドエフェクタツールと位置合わせすることと、
ロボットマニピュレータに接続された連結コンポーネントに組み入れられた磁気要素と、エンドエフェクタツールから延びた相手側連結コンポーネントに組み入れられた相手側磁気要素とを、磁気引力によって分離可能に係合させることと
を含む、ロボットエンドエフェクタを連結する方法。
D2.前記エンドエフェクタツールをツールホルダ内に固定することと、
磁気要素と相手側磁気要素とを分離して相互の磁気引力を切断し、エンドエフェクタを駆動モータアセンブリから取り外すため、ロボットマニピュレータを後退させることと
をさらに含む、段落D1に記載の方法もまた、提供される。
D3.方法であって、ロボットマニピュレータは、駆動接続部付きの中心駆動インターフェースを含む駆動モータアセンブリを有し、連結コンポーネントは、駆動モータアセンブリに回転可能に取り付られた環(collar)を備え、磁気要素は、環の一面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を備え、相手側連結コンポーネントは、相手側の面及び、駆動接続部と同心の開口を有する相手側フランジを備え、相手側磁気要素は、複数の磁石と共通の間隔で、相手側の面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁着性金属試験片を備え、
前記方法は、複数の磁石と磁着性金属試験片とを位置ずれさせるため環を回転させることをさらに含む、段落D2の方法もまた、提供される。
D4.方法であって、環は回転レバーを含み、ツールホルダには延びたパドルが一体化されており、環を回転するステップは、
延びたパドルを前記回転レバーと係合させるため、ロボットマニピュレータを横軸方向へ動かすことを含み、
ロボットマニピュレータを後退させるステップは、
連結コンポーネントと相手側連結コンポーネントを分離させるため、ロボットマニピュレータを接続軸方向へ動かすことを含む、段落D3の方法もまた、提供される。
D5.複数の磁石を共通の極性を持つように配向することをさらに含む、段落D2に記載の方法も提供される。
ここまで本開示の様々な実施形態を特許法制で要求されるように詳しく説明してきたが、当業者は、本明細書に開示された特定の実施形態に対する変形例及び代替例を認識するであろう。こうした変形例は、下記の請求項に定義された本発明の範囲および目的に含まれるものである。

Claims (12)

  1. 少なくとも1つの軸方向に制御可能な動作を行うロボットマニピュレータと、
    前記ロボットマニピュレータに接続され、磁気要素及び接触壁付き開口を有する連結コンポーネントと、
    相手側連結コンポーネントを有するエンドエフェクタであって、前記相手側連結コンポーネントは相手側磁気要素及び、前記開口内に緊密に受容される相手側接触壁を有する延びた突起部を有し、前記磁気要素と相手側磁気要素とが相互の磁気引力によって分離可能に係合し、それによって前記ロボットマニピュレータが前記エンドエフェクタと係合または係合解除し、前記接触壁と相手側接触壁とが前記エンドエフェクタに対して行使されるモーメントへの抵抗力を提供する、エンドエフェクタと、
    前記ロボットマニピュレータに接続され、中心駆動インターフェースを有する駆動モータアセンブリであって、前記連結コンポーネントは前記駆動モータアセンブリから延びている、駆動モータアセンブリと、
    を備え、
    前記エンドエフェクタは、前記中心駆動インターフェースを取り外し可能に受容するように適合された駆動接続部を有し、前記相手側連結コンポーネントは前記駆動接続部と同心であり、
    前記連結コンポーネントは、前記駆動モータアセンブリに回転可能に取り付られた環を備え、前記磁気要素は、前記環の一面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を備え、前記相手側連結コンポーネントは、相手側の面及び、前記駆動接続部と同心の開口を有する相手側フランジを備え、前記相手側磁気要素は、前記複数の磁石と共通の間隔で、前記相手側の面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁着性金属片を備え、
    前記複数の磁石と磁着性金属片とを位置ずれさせるため前記環が回転するように構成されている、ロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  2. 前記エンドエフェクタを取り外し可能に受容して固定するように適合されたツールホルダであって、それによって、前記少なくとも1つの軸方向への前記ロボットマニピュレータの動作が前記連結コンポーネントと前記相手側連結コンポーネントとを分離する、ツールホルダをさらに備える、請求項1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  3. 前記連結コンポーネントは前記中心駆動インターフェースと同心の前記開口を組み入れた第1のフランジを備え、前記相手側連結コンポーネントは前記駆動接続部と同心の開口を有する第2のフランジを備え、それによって前記第1のフランジと第2のフランジとの接触が前記中心駆動インターフェースと前記駆動接続部とを相互に係合させる、請求項1又は2に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  4. 前記連結コンポーネント内の前記開口の前記接触壁は第1の直径を持つ第1の部分と第2の直径を持つ第2の部分とを有し、前記相手側連結コンポーネントの前記突起部にある前記相手側接触壁は、前記第1の直径内に受容される相手側の第1の部分と、前記第2の直径内に受容される相手側の第2の部分とを有する、請求項3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  5. 前記連結コンポーネント内の前記開口の前記接触壁の前記第1の部分及び第2の部分、並びに前記エンドエフェクタ上の前記突起部の、前記相手側接触壁の前記相手側の第1の部分及び第2の部分は、円筒形である、請求項4に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  6. 前記磁気要素は、前記第1のフランジ上に、あるパターンで円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を含み、前記相手側磁気要素は強磁性の前記第2のフランジを含む、請求項3に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  7. 前記連結コンポーネントに結び付いた第1の部分と、前記相手側連結コンポーネントに結び付いた第2の部分とを有する回転防止機構をさらに備える、請求項1に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  8. 前記連結コンポーネントは前記中心駆動インターフェースと同心の前記開口を組み入れた第1のフランジを備え、前記開口は肩部を有し、前記相手側連結コンポーネントは前記駆動接続部と同心の第2の開口を有する第2のフランジを備え、前記第2の開口はレリーフを有し、それによって前記第1のフランジと第2のフランジとの接触が前記中心駆動インターフェースと前記駆動接続部とを相互に係合させ、前記肩部を前記レリーフ内に係合させる、請求項7に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  9. 前記第1の部分は前記第1のフランジから延びる少なくとも1つのピンを備え、前記第2の部分は前記少なくとも1つのピンを受容する前記第2のフランジ内の少なくとも1つのボアを備える、請求項8に記載のロボットエンドエフェクタの迅速交換式連結装置。
  10. ロボットエンドエフェクタを連結する方法であって、
    ロボットマニピュレータをエンドエフェクタツールと位置合わせすることと、
    前記エンドエフェクタツール上の延びた突起部を、接触壁を有する前記ロボットマニピュレータの開口内に緊密に受容することと、
    前記エンドエフェクタツールに対して行使されるモーメントへの抵抗力を提供するため、前記突起部の相手側接触壁を前記接触壁に係合させることと、
    前記ロボットマニピュレータに接続された連結コンポーネント内に組み入れられた磁気要素と、前記エンドエフェクタツールから延びる相手側連結コンポーネント内に組み入れられた相手側磁気要素とを磁気引力によって分離可能に係合させることと、
    前記ロボットマニピュレータに接続された駆動モータアセンブリの中心駆動インターフェースを、前記エンドエフェクタツールの駆動接続部によって、取り外し可能に受容することと、
    前記エンドエフェクタツールをツールホルダ内に固定することと、
    前記磁気要素と相手側磁気要素とを分離して相互の前記磁気引力を切断し、前記エンドエフェクタツールを前記駆動モータアセンブリから取り外すため、前記ロボットマニピュレータを後退させることと、
    を含み、
    前記連結コンポーネントは、前記駆動モータアセンブリに回転可能に取り付られた環を備え、前記磁気要素は、前記環の一面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁石を備え、前記相手側連結コンポーネントは、相手側の面及び、前記駆動接続部と同心の開口を有する相手側フランジを備え、前記相手側磁気要素は、前記複数の磁石と共通の間隔で、前記相手側の面上に円周方向に間隔を空けて配置された複数の磁着性金属片を備え、
    前記方法は、前記複数の磁石と磁着性金属片とを位置ずれさせるため前記環を回転させることをさらに含む、ロボットエンドエフェクタを連結する方法。
  11. 記環は回転レバーを含み、前記ツールホルダには延びたパドルが一体化されており、前記環を回転するステップは、
    前記延びたパドルを前記回転レバーと係合させるため、前記ロボットマニピュレータを横軸方向へ動かすことを含み、
    前記ロボットマニピュレータを後退させるステップは、
    前記連結コンポーネントと前記相手側連結コンポーネントを分離させるため、前記ロボットマニピュレータを接続軸方向へ動かすことを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記複数の磁石を共通の極性を持つように配向することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
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