JPH0253199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、プログラム式の多軸マニピユレータ
に関し、特にマニピユレータの把持器のフインガ
（指）の向い合つた面にある把持用パツド即ち把
持用工具を自動的に交換するための把持用フイン
ガ工具自動交換装置に関する。 〔従来技術〕 マニピユレータの把持器は、加工片に又はそれ
に特別の動作を与えるための工具を持上げ、移送
し、方法付けし、保持するような作業を含む汎用
目的の処理機能を提供する。マニピユレータの把
持器で種々の動作及び種々の形状の物体が処理さ
れるので、把持用フインガ工具が、処理しようと
する特定の素子又は実行すべき特定の動作に常に
適するとは限らない。従つて、１サイクルの動作
後、種々のサイズの素子又は種々の形状の素子乃
至工具が処理されるときには、把持用工具が交換
される。このためにはかなりの時間に亘つてマニ
ピユレータの動作を中断する必要があることを理
解されたい。その交換のためにマニピユレータに
かなりの休止時間が生じることを覚悟しなければ
ならない。動作の中断が生じないようにするため
に、把持用工具は、種々の形状の素子を処理でき
るよう設計されている。しかし全てに適用できる
ような構造にすると、部品を保持したり処理した
りする信頼性や質が低下するし、時にはエラーが
生じたり精度が下つたりする。 今日ではマニピユレータが高速化しており、ま
た搬送しようとする物体が脆い場合にそれが壊れ
ないよう把持力をできるだけ小さくするという観
点から、マニピユレータの把持器上の所定の場所
にフインガ工具をしつかりと固定する固定手段を
設けることが安全性以外の理由からも必要と思わ
れている。更に、把持器上のフインガ工具の所望
の固定位置をモニター（監視）してパツドの場所
にしつかりと固定されていないことを表示したり
する手段が必要である。 マニピユレータの端部のところの工具を交換で
き所定の位置に固定できるということは従来技術
からも知られている。例えば、米国特許第
4056263号公報は、溶接用のガンや他の工具を自
動交換できまた所定の位置に固定できるというマ
ニピユレータ用の工具交換装置を示す。この構成
はマニピユレータアームの端部に結合された保持
構成体を開示し、幾つかのフインガ工具の中から
１つを選んで搬送するように適用される。各工具
は、開口付きの直立する板を有する。その開口
は、収斂する複数の面用の真ぐな側面で画成され
る。支持用構成体は、溝をもつピラミツド状の突
起を含む。この突起は、その開口内の側面の数に
対応する複数的の収斂する側面をもち、それらを
結合するよう適用される。その結合後、装着部材
に固着されたリニアアクチユエータは、上記の直
立板をその装着部材に締着するため上記の溝の中
に楔状部材を拡げる働きがある。この従来技術に
は、その詳細をみれば分るように、取付ける手段
が複雑であり、固定機能を行うために空気作用手
段を必要とする。この構成はまた把持器のフイン
ガ上でパツド乃至工具を工具するのには適用でき
ない。 IBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブレチ
ンの第24巻第６号（1981年11月号）には、ロボツ
トアセンブリ用の工具交換器を開示している。こ
の工具部分は、中間の径の細いデテント（止め）
部分をもつ中央結合軸を担持する。この軸はロボ
ツト部分の開口中で受止められている。その開口
には、環状のピストンと１対の保持用の球とがあ
る。上記の結合軸が開口内に、上記の球がデテン
ト用の溝内で受け止められる程度の深さまで挿入
されると、或る径路を通して引き入れられた空気
圧がピストンを下向きに駆動し、その載頭円錐面
で凹みの中へ球を押し込む。またこれは所望の結
器を生じるのに空気作用ピストンを必要とする複
雑な構成であつて、把持器のフインガにパツド乃
至工具を交換するのには適用できない。 1983年３月２日付けの米国特許出願第471569号
はマニピユレータの把持器上での交換が可能なパ
ツド即ち工具を開示している。その把持器の工具
は、把持器の面で保持される基板上に滑り込まれ
る。そしてその工具は把持器のフインガ上の所定
位置に、ばね負荷されたデテント用球が工具内の
溝と協働されるようにして、保持される。物体に
与えられる把持力はまた基板の所定の場所に工具
を保持する力の影響をうける。工具を交換するに
は、基板又はレールから工具を引離すために軸方
向の力が与えられる。この構成はあまり複雑では
ないが、把持器上に把持用工具を固定するために
本発明が必要とする固定解放手段を欠いている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 如上のとおり、従来技術はマニピユレータの端
部に工具をしつかりと固定するのに複雑な固定装
置を設けている。またフインガ工具を交換可能に
したものもあるが、これはしつかりした固定手段
も持たず、把持用工具の摩擦保持力に依存したも
のであつて、信頼性ある把持ができが、ひいては
位置決め誤差を生じるおそれがある。 従つて本発明の目的は、把持用工具を交換可能
にするとともにその固定装置を簡便なものにし、
しかも信頼性高く固定して位置決め誤差なども生
じない把持用フインガ工具自動交換装置を提供す
ることである。 〔問題点を解決するための手段〕 簡単に云えば、本発明は把持用工具の交換装置
である。面を向い合せた把持用フインガ面が担持
する鳩尾状レールに、そのような工具がそれ自体
の鳩尾状の相補的形状の開口を介し、マニピユレ
ータ用制御装置の制御下で滑り込まされる。把持
用工具を把持用フインガ上の所定の場所にしつか
りと固定するため固定手段が設けられる。実施例
では、この固定手段は、把持用パツド中の溝の中
に固定部材の外方の端部を嵌合さるようなばね片
である固定用タブから成る。マニピユレータの作
業域内で或る面に工具保持器が取付けられる。こ
れは実施例では２対の刃をもつ少なくとも１個の
ステーシヨンを具備する。これらの刃の各対は保
持器の壁部の両側に位置づけられていて、保持器
のコンピユータ等の制御手段のプログラム制御下
で刃に対して移動されると、上記固定手段による
固定状態が解除されるよう位置づけられ且つそれ
に適する形状をもつ。即ち、実施例では、固定手
段である固定用タブのばね片を刃の外側で押し開
くように上記の刃が作用し、これによつてばね片
と溝との係合状態即ち固定状態が解除される。処
理では、刃の外側がテーパ状になつているので、
ばね片の押し開き動作をより一層滑らかに行なえ
る。一旦解除されると、把持用工具を把持用フイ
ンガから取外すことができ、新しい組の工具を取
出したり別の動作サイクルを行なえる。 上記から明らかなように、レール上に把持用工
具を装着し、これを固定する手段を設けているの
で、フインガ面に対して把持用工具を動さないよ
うにするには十分である。従つてフインガ圧感知
手段を把持器の各フインガに配設させたマニピユ
レータであつても、フインガ圧感知手段は固定済
みの工具に対し、把持用フインガ面自体に対する
動作と同様に動作できる。 〔実施例〕 第２図には、IBM社から7565製造装置として
市販されたいわゆる箱型のロボツト即ち物体マニ
ピユレータの概略図を示す。詳説する把持部を除
けば、ロボツトの残りの部分は、その制御装置も
含めて当業者には知られている。本発明の自動交
換可能な把持器のパツド即ち工具は、本実施例の
マニピユレータにしか適用できないのではなく、
物体を把持するために向い合うフインガをもつ把
持器を設けた多くのロボツトに適用できる。 マニピユレータ１０は台１１と上部のキヤリツ
ジ構成体１２を含む。キヤリツジ構成体１２は台
１１上の作業領域全体をＸ、Ｙ及びＺの方向（第
１図をも参照のこと）に移動できるアーム（腕）
１３を支持する。 アーム１３はその下端に手首機構１４を支持す
る。この手首機構１４は、種々の物体や工具を把
持したり走査自由度が３、手首機構１５が取付け
られる。アーム１３の自由度が３、手首機構１４
の自由度が２以上であると、制御手段が必要とす
る把持器１５の移動や方向付けがかなり自由にで
き、種々の作業を行なえる。 把持器１５はコンピユータ１６が制御する。即
ちコンピユータ１６は、アーム１３の種々の作動
ユニツトに管１８で連結された流体圧動力源１７
を制御する。種々のスイツチやセンサを作動する
電源は、制御用のコンピユータ１６から電線１９
で与えられる。把持器１５やマニピユレータ１０
内の他の箇所にある種々のセンサからのフイード
バツク信号がケーブル２０でコンピユータ１６に
与えられる。 第３図は、把持器１５の詳細を示す。把持器１
５は第２図の手首機構１４から伸びる軸２１で支
持される。把持器１５は、板２２及び２３のよう
な枠構造と１対の対向するフインガ２４及び２５
とを含む。各フインガはその枠構造から１対の関
節状の平行なリンク機構２６によつて枠構造から
垂下つている。このリンク機構２６は、フインガ
２４及ご２５が相対移動する間も両フインガが互
いに平行に維持される態様で装着される。 リンク機構２６は、枠内に装着された流体モー
タ２７によつて作動乃至制御される。即ちこのモ
ータがラツク２８を動かして１対の扇形歯車２９
を駆動し、該歯車に結合されたリンク機構２６を
駆動することになる。流体モータ２７がコンピユ
ータ１６から流体動力源１７を介して制御され
る。フインガ２４及び２５は両者間に加わる力を
制御しつつ物体を把持できる。 各フインガ２４及び２５は、第１図に示すよう
に、フインガの対向する面に鳩尾状レール３２を
取付けさせているか又はその面の一部を構成して
いる。 フインガ３０の新規の構成は第１図に示すとお
り、鳩尾状レール３２を含む。これはフインガの
対向する面に沿つて長手方向即ちレールの軸方向
に伸びている。この鳩尾状のレールは、キー手段
及び肩付ボルト（いずれも図示せず）によつて固
定部材３４に固定される、フインガパツド即ちフ
インガ工具３６は、レール３２を内部に受取るた
め所定の位置に鳩尾状の相補形状の開口３８を具
備するよう図示している。第１図に示すように、
鳩尾状レールの面及び上記レールを受け入れる相
補形状の開口の面は、開口中にレールを挿入し易
くするためにそれらの端部を面取りしてある。例
えばレールの先端４０の部分とフインガ工具３６
の側端４２の部分が面取りしてある。このレール
３２は、その軸方向と直角な方向に適度に強く支
持できるような厚さにされる。側面片３３及び３
５がレール３２の一部分として形成され若しくは
該レール３２に取付けられているが、レール３２
に対しそのいずれかの側に沿つて平行であり、把
持用フインガ工具３６をレール３２にしつかりと
保持する。 第４Ａ図乃至第４Ｃ図に示す鳩尾状レール３２
は、フインガ工具３６がレール３２に完全に挿入
されるときストツパとして働く上部板４４を具備
する。同様に、フインガパツド又はフインガ工具
３６は底部ブロツク４６及び上面４８を具備する
が、この上面４８はフインガ工具３６がＺ方向に
完全に挿入されたときレール３２のＺ方向の移動
のためのストツパとして働く。 固定手段を、第４Ａ図乃至第４Ｃ図では詳細に
示すが、第１図ではここで示そうとするレール形
状が不明瞭になるので図示していない。この固定
手段は、鳩尾状レール部材３２の上端に取付けら
れた固定用タブ板５０を具備する。固定用タブ５
２は第４Ｃ図にもつとも分り易く図示している
が、これらは第４Ｂ図の固定用タブ板５０に取付
けられた状態が図示されている。固定用タブ５２
は金属製のばねでできているが、図示の場合に
は、レール部材３２の側面を抱き込むように互い
に向い合う方向に偏倚されている。斯して、鳩尾
状レール３２が相補形状の鳩尾状開口３８の中に
Ｚ軸方向に挿入される際、金属墳のばねタブ５２
が、フインガパツド又はフインガ工具３６の面取
りした先端４２によつて、挿入動作の終る手前の
辺りで広げられる。固定用タブ５２の固定部５４
は、内方に伸出す平坦面５６を具備し、これが溝
５８の中に係止される。溝５８はフインガ工具３
６の両側面に沿うＺ軸に直角に伸びている。溝５
８は、フインガパツド部材３６の先端の面取り端
４２から僅かに隔たつたところにあつて、固定用
タブ５２の面５６と溝５８の上面とが協働するよ
うにして固定用タブ５２が溝５８にしつかりと固
定できる。把持用フインガ工具３６の両側で面取
り端４２から溝５８まで縦方向に溝６２が伸びて
いる。これは把持用フインガ３０のレール３２上
をフインガ工具３６が滑るようにして挿入される
際、固定位置に固定用タブ５２の固定部５４を案
内するためである。この固定部５４はその内側の
底の方の端部に沿つて面取りされており、レール
３２をフインガ工具３６の中に挿入する間、外側
に変位し易いようになつている。把持用フインガ
工具３６は保持用張出部９７によつて保持器９５
中に保持される。保持用張出部９７はラツク壁部
９８の両側から対になつて伸びている。これらの
保持用張出部９７はその向い合つた面の外側に面
取りした端部を具備し、フインガ工具３６を保持
器９５中の保持位置の中へフインガ工具３６を案
内する。この保持用張出部９７はフインガ工具３
６の溝１０２（第５図）に入り、保持器９５中に
フインガ工具３６を保持するとともに整列させ
る。斯してマニピユレータが把持器をＺ方向に上
昇させるとき保持用張出部９７がフインガ工具３
６をその場所に保持する。従つてレール３２がフ
インガ工具３６から引抜かれる。 ラツク壁９８の両側に設定されたこれらの保持
位置は、ステーシヨンと考えられる。従つて、保
持器９５には複数個のステーシヨンがある。 固定解除動作では、工具ラツク即ち保持器９５
の上方の位置にロボツトを移動させる。そこでコ
ンピユータ１６を介してプログラムで把持器１５
を制御し、フインガ２４及び２５を、保持器９５
よりも大きい幅の位置に又は最大限に開かせる。
フインガが保持器９５の一方の側の１本のフイン
ガの位置まで低くされると、プログラムが、１対
の把持用フインガに互いに向い合う方向の閉じる
作用を要求する。この動作の際、工具保持器９５
の両側から伸びている対になつた刃９６固定用タ
ブ５２の内側に嵌合する。第６図に示すように、
その刃の端部の外側が面取りされているので、固
定用タブ５２とフインガ工具３６の固定部との間
で嵌合し易くし、またマニピユレータの位置付け
の許容誤差も大きくできる。刃９６の厚い部分９
６が固定用タブを広げ、刃９６がフインガ工具３
６中の固定用の溝５８を越えて外れたところに、
保持されるようにする。従つて把持用フインガを
担持するマニピユレータがＺ軸方向に上向きに移
動すると、フインガ工具３６からレール３２が移
動したり、フインガ工具３６が保持器９５に残さ
れる。 フインガに新しいフインガ工具３６を取付けた
い場合、マニピユレータは把持器１５を保持器９
５の上方の位置に移動させ、その位置でフインガ
が所望の量だけ開くよう制御される。マニピユレ
ータとそれが担持するフインガ２４及び２５とが
Ｚ方向に下向きに移動して、そのレール３２がフ
インガ工具３６の相補形状の開口に入るようにす
る。この移動が続くのは、レール３２がフインガ
工具３６の中に完全に入るまで、即ちフインガ工
具３６の上部がレール３２の上部板４４の底面に
相対し且つレール３２の底部がフインガ工具３６
の底部ブロツク４６の上面４６で停止されるまで
である。固定用タブ５２（第４Ｃ図）の固定部５
４の底面５３は面取りされている。従つて刃の上
に乗上つて、開いた状態に保持される。把持器１
５がコンピユータ１６を介して開かれていので、
表定部５４は固定用の溝５８中の所定の位置に落
込み、固定できる。この固定動作は、フインガ工
具３６が、それを保持している保持用張出部９７
を離れる前に生じるので、フインガ工具がその固
定動作前にその所望の位置から外れて落ちるとい
うことはない。フインガが開く作用は、或るプロ
グラムされた位置で停止し、その位置からマニピ
ユレータは把持器を垂直方向に移動させて保持器
から外させる。この結果、フインガはその動作に
従つて自由に移動する。 フインガパツド即ちフインガ工具３６は、種々
のサイズで種々の形状の物品を処理できるよう
種々の表面形状をとり得るばかりでなく、ドリル
等の工具をしつかりと把持するような形の面をと
り得る。 斯して、フインガ工具を把持器のフインガに対
し固定したり固定解除したりし易いよう、プログ
ラム式のマニピユレータを用いたフインガ工具自
動交換装置が提供されたことになる。 フインガ工具がフインガ３０にしつかりと固定
されるので、重い負荷を把持器で上昇させること
ができ、実用上どのように使用してもフインガ工
具３６がＺ軸方向に滑る可能性はない。従つてＺ
軸方向に下向きに引張つても、レール３２からフ
インガ工具３６を引抜くことはない。 フインガ３０は力感知手段を具備する。これは
第１図からも分るように、Ｌ字状部材であり、水
平な脚部８０と、それに取付けられたベアリング
ブロツク８２とを具備する。ベアリングブロツク
８２の枢支孔８４には、平行なリンク機構２６
（第３図参照）が枢着される。Ｌ字状部材の下向
きに伸びる脚部８６には、鳩尾状のレール３２が
装着される。ケース８８がフインガ３０を覆つて
いる。第１図ではケース８８を破断して切抜き部
８９，９０及び９１が見えるように図示してい
る。これらの切抜き部によつてＬ字状部材８１に
薄くて撓み易い部分が得られ、それらの面には歪
応答素子９２，９３及び９４が夫々装着される。
これらの歪応答素子は、鳩尾状レール３２に与え
られた多くの軸方向の力に応じて変形されるゲー
ジであり、他の物品とその素子との相互作用を感
知し、コンピユータ１６へケーブル２０でフイー
ドバツク信号を送り返すようにしている。 把持器１５には別の感知手段を設ける。これ
は、フインガ２４又は２５の一方の向い合つた面
に位置付けられた光源１０４と、他方のフインガ
の同様の位置にある受光素子とから成る。レール
３２には開孔７２が設けられ、フインガ工具３６
には、その開孔７２と整列するような開孔７０が
設けられる。そしてフインガ工具がレールに正し
く装着されたときは、レール３２とフインガ工具
３６とが整列したことを表わすように光源と受光
素子との間に真直ぐで切れ目のない光路が生じ
る。 この把持用フインガ工具自動交換装置にはエラ
ー検知手段が設けられる。これはこのマニピユレ
ータに既に存在する光ビーム感知機構及び力感知
機構を用いてその検知機能を生じる。保持器９５
の各ステーシヨンに開孔Ａ，Ｂ及びＣが位置付け
られる。これらの開孔は、各ステーシヨンのとこ
ろで壁部９８を真直ぐに貫通しており、フインガ
工具を取出したり、外したりする動作サイクルの
間、光源１０４からの光路が完成するように使用
される。保持器９５の開孔は、保持用壁部９８の
上から下にＣ，Ｂ，Ａの順序で並んでいる。例え
ば、２個のフインガ・パツド即ちフインガ工具３
６が保持器９５の１つのステーシヨンにあつてそ
れらを取出そうとすれば、把持器が下向きに移動
し且つ鳩尾状レール３２が対応するフインガ工具
３６の対応する鳩尾状開口３８の中に案内される
よう把持器の開きが予じめ設定されることになろ
う。レールが挿入されて行くと、それがフインガ
工具の底まで入り、把持器のフインガ上にフイン
ガ工具が正しく位置付けられることを表わすと
き、光感知器が開孔Ａのところで感知用ビームを
検知する。フインガ相互間の向い合う力を制御す
るようにして、把持器１５が保持器９５を押しつ
ぶすように作用し、力感知器で感知された反作用
力を用いてフインガ工具が２つ存在することを検
知する。 保持器９５から把持用フインガ３０に取付けら
れたフインガ工具３６を取出すには、把持器が最
大幅まで開かれ、保持用張出部９７を乗り越え
て、垂直方向に移動される。開孔Ｂ及びＣが光路
を完成させれば、両方のフインガ工具３６がうま
く取出せたことを表示する。 マニピユレータ感知器で検知できる工具取出し
エラー状態は、下記の表に示すとおりである。

【表】

〔発明の効果〕

本発明による把持用フインガ工具自動交換装置
は、従来のように複雑な空気作用手段を用いる必
要がなく、簡単な構成でフインガ工具をしつかり
と保持でき、またその取外しも容易であるという
ようにフインガ工具の効果的な把持機能を提供す
る。またフインガ工具がしつかりと保持できるの
で、現存する感知器を用いることができ、その感
知器でフインガ工具の把み損ねなどのエラー状態
を検知することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の把持器及び把持用フインガ
の拡大斜視図である。第２図は、マニピユレータ
とその作業領内の１つの面に位置付けられた把持
器及びその工具保持部材とを示す斜視図である。
第３図は、把持用工具を受取り且つ固定するため
の固定部材及びレールを含む把持器の拡大斜視図
である。第４Ａ図、第４Ｂ図及び第４Ｃ図は、把
持器の把持用フインガに装着される固定機構の詳
細な側面図、端面図及び線４Ｃ−４Ｃに沿つてと
つた断面図である。第５図はフインガ工具の詳細
な側面図、端面図及び平面図を示す図である。第
６図は、把持用工具を自動的に取出したり挿入し
たりするための取出し手段とエラー検知手段とを
示す斜視図である。 １０…マニピユレータ、１５…把持器、１６…
コンピユータ、２４，２５，３０…フインガ、３
２…レール、３６…フインガ工具、３８…開口、
５０…固定用タブ板、５２…固定用タブ、５８…
溝、９６…刃。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 把持器の対向する面上で把持用フインガ工具
   を交換するための制御手段を具備する型の多軸マ
   ニピユレータ用の把持用フインガ工具自動交換装
   置にして、 上記把持器の上記対向面に沿つて取付けられた
   鳩尾状レールと、 上記各把持用フインガ工具が上記鳩尾状レール
   にそのレールの軸方向に挿入されるとき該軸方向
   以外には上記把持用フインガ工具が移動できない
   ような寸法の開口であつて、上記鳩尾状レールと
   相補形状に上記把持用フインガ工具に形成された
   上記開口と、 上記マニピユレータと協働する上記制御手段が
   上記把持器ひいては上記鳩尾状レールをその軸方
   向に上記鳩尾状開口の中に摺動させる機能をもつ
   ことと、 上記把持用フインガ工具中の上記鳩尾状レール
   を固定する固定手段と、 上記把持用フインガ工具を保持するため上記マ
   ニピユレータの作業域内に配設され、そこから上
   記制御手段の制御下で上記フインガ工具を出し入
   れできるようにする工具保持器と、 上記マニピユレータが上記鳩尾状開口から上記
   鳩尾状レールを除去できるよう上記フインガ工具
   に上記鳩尾状レールが固定された状態を自動的に
   解除するため、上記工具保持器に配設された固定
   解除手段と を具備する把持用フインガ工具自動交換装置。