JPH0688220B2

JPH0688220B2 - 工具交換装置

Info

Publication number: JPH0688220B2
Application number: JP1121742A
Authority: JP
Inventors: 幸典澤田; 政彦酒井
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH02303783A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ロボットのハンド部（マニュピレータ）に取
付けられるツールの取付けおよび取外しを自動的に行な
うようにした工具交換装置に関する。

（従来の技術）従来のロボットは、ツールを取付または取外しするハン
ド部をエアシリンダやモータ等の駆動源によって駆動す
る。そしてこのハンド部は、使用すべきツールの種類に
対応する適切なハンド部に交換する必要がある。ハンド
部の交換動作については、例えばロボットのアームの移
動によりそのアームにハンド部を交換可能に嵌合するも
の、ロボットのハンド部を他のロボットのハンド部によ
って交換するものが知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来のロボットでは、ハンド部にドリ
ル、ドライバビット等のツールを取付ける場合、ハンド
部を駆動する駆動源のほかにツールを回転駆動するため
の駆動源が別個に必要となるため、ハンド部の先端重量
が増加するので、ロボットの作業速度が遅くなるという
問題がある。また、ツールを駆動する駆動源がエアシリ
ンダ、モータである場合は、ハンド部にツール駆動用の
エア配管、電気配線等をハンド部に付加する構造になる
ので、その構造、信号の配線等が複雑になり、ロボット
の信頼性、保守性が悪化するという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、ツール交換時に駆動するハンド部駆動用の駆動
源と、ツールを駆動するためのツール駆動用の駆動源と
を同一にすることで、ハンド部およびツールの駆動系の
簡素化、小型化および高速化をはかり、信頼性および保
守性の高い工具交換装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記課題を解決するための本発明の工具交換装置は、円
筒状の外周リングと、この外周リングに収納されかつ該
外周リングに対し正回転または逆回転の切替に応じて軸
方向前方または後方に移動可能なネジ手段と、このネジ
手段に応動して前記外周リングの少なくとも径方向に移
動可能かつ工具の締付が可能な一対の把握ツメと、前記
外周リングの径方向に突出するように固定されたピンを
備えたチャック機構と、このチャック機構と連結し任意
な量だけ回転できる駆動源によって往復回転させる駆動
軸と、この駆動軸が少なくとも軸方向を含む２方向以上
の位置に移動可能なように設置されたロボットを具備
し、前記チャック機構の前記外周リングの回転を阻止す
るためのストッパ機構を工具交換位置に隣接設置したこ
とを特徴とする。

（作用）本発明の工具交換装置によれば、この装置の回転軸をツ
ールの軸線上方に移動し、ストッパにより外周リングの
回転を阻止して前記回転軸を回転すると、外周リングか
ら把握ツメを介して回転が阻止されるネジ軸が回転軸に
対し相対的に回転しかつ回転軸に沿って軸方向に下降
し、このネジ軸の下端に設けられる一対の把握ツメがネ
ジ軸に対して水平方向内側に摺動しかつテーパ内壁面に
傾斜下降方向に摺動することによって、一対の把握ツメ
の離間距離が狭められてこれらの把握ツメにツールが狭
持される。

この状態から回転軸が上昇されると、把握ツメに把握さ
れるツールも同時に上方移動される。次いで、把握ツメ
とともにツールが所定の位置に移動される。

回転軸を前記回転方向と反対方向に回転すると、前述の
動作と反対の動作によってネジ軸が上昇し、このネジ軸
の下端の把握ツメが水平方向外側に移動しかつテーパ内
壁面を傾斜上昇方向に移動し、これによって一対の把握
ツメの離間距離が増大されて把握ツメからツールが解放
される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第４図は、本発明の工具交換装置の実施例を示
している。

第１図に示すように、工具交換装置としてのロボット１
の支柱34の上端にモータ35により水平方向に揺動可能な
第１のアーム36が延び、この第１のアーム36の自由端に
モータ37により水平方向に揺動可能な第２のアーム38が
延び、この第２のアーム38の自由端にロボット先端部２
がモータ39により支持棒６に対し上下動可能に設けられ
ている。ロボット先端部２の軸受箱３には、その上端に
固定されるサーボモータ４によって回転される回転軸５
が下端3aから垂直下方向に延びている。回転軸５の下端
にはキーレスドリルチャック８が取付けられている。

このキーレスドリルチャック８は、第２図に示すよう
に、前記回転軸５に嵌合固定される内部軸12を有し、こ
の内部軸12の外周に円筒状の外周リング13が環状ツバ部
12aで脱落防止が図られて回転自在に結合されている。
内部軸12の下端内周壁に形成される雌ネジ部12bにネジ
軸14が左ネジ状に結合され、第３図に示すように、この
ネジ軸14の下端に設けられるフランジ14aの凸部17に把
握ツメ15の凹部15aが第２図に示す左右の径方向のみに
摺動可能に結合されている。

一対の把握ツメ15,16は外周リング13のテーパ内壁面13a
に摺動可能に設けられ、第４図に示すように、把握ツメ
15の側端には傾斜されるツバ15b、15cが形成されてい
る。これらのツバ15bおよび15cは、外周リング13のテー
パ内壁面13aに沿って第２図で上下方向および径方向に
摺動可能に結合されている。

したがって、外周リング13を固定した状態で内部軸12を
第２図に示す矢印Ａ方向に回転すると、ネジ軸14が雌ネ
ジ部12bに沿って軸方向下側に移動し、ネジ軸14のフラ
ンジ14aに対し径方向に摺動自在に結合される把握ツメ1
5、16は外周リング13のテーパ内壁面に13aに沿って軸方
向下側および径方向内側に向って移動する。これによっ
て一対の把握ツメ15と16の離間距離が縮小されてツール
の頭部を把握する。反対に、内部軸12を矢印Ａ方向と反
対方向に回転すると、ネジ軸14が軸方向上側に移動し、
把握ツメ15と16は軸方向上側かつ径方向外側に向って移
動し、ツールの頭部を解放する。

次に、第５図〜第７図にもとづいて把握ツメによって狭
持されるツールのツール収納装置20について説明する。
ツールホルダ21にツール22を収納するためのツール収納
穴23が開口され、この収納穴23の近傍のツールホルダ21
にストッパ27が収納穴23と対になって複数設けられてい
る。

ストッパ27は、ツールホルダ21に固定される支持部26に
対し固定ピン25を中心として揺動自在なツメ24が結合さ
れ、このツメ24は、第６図に示す点線位置に回動される
と、支持部26に一端28aが固定される板バネ28の自由端2
8bが第６図で右方向で押圧されたとき、板バネ28の弾性
力により揺動運動させられて姿勢を元の位置に保つよう
に復元力が与えられている。

いま、第１図に示すように、ツール22の軸線上方の位置
にロボット先端部２のチャック８を移動させ、次いで第
２図に示すように、チャック８の把握ツメ15と16を開状
態にして、チャック８を第５図に示す位置まで下降させ
る。

次にサーボモータ４を駆動して回転軸５を介しチャック
８の内部軸12を回転させると、外周リング13に固定され
たピン30がストッパ27のツメ24に対し第７図に示すよう
に側面24bで接触し、これにより外周リング13の回転運
動が阻止される。このとき、ピン30がストッパ27のツメ
24と干渉するときは、第６図に示すようにピン30の押圧
力によってツメ24が第６図で点線で示すようにピン25を
中心として時計方向に揺動し、チャック８等の破損が防
止される。

第５図に示す状態でサーボモータ４によって回転軸５を
回転し続けると、チャック８の内部軸12、ネジ軸14の回
転により把握ツメ15と16が径方向内側に移動し、第６図
に示すように、ツール22の頭部22aを挟持し、このツー
ル22のチャック８への取付けが完了される。

次にロボットの一連のツール交換動作について説明す
る。第８図に示すように、ロボット１により使用後のツ
ール22を挟持したチャック８は、矢印C₁に示す水平移動
によってツール22を収納すべき収納穴23の真上に移動
し、その後矢印C₂に示す鉛直下方移動によってツール22
を収納穴23に収納し、次いで第２図に示す矢印Ａと反対
方向の回転動作つまり第８図で示す矢印C₃方向に回転軸
５を作動させてツールを把握ツメ15、16から解放する。
ツール22を解放した把握ツメ15、16は、第８図に示す矢
印C₄に示す鉛直上方移動により上昇後、前記と同様に矢
印C₅に示す水平移動により使用前のツール30の真上に移
動した後、矢印C₆で示す鉛直下方移動により使用前ツー
ル30を挟持できる位置まで下降する。その後矢印C₃と逆
方向の矢印C₇で示す回転軸５の回転動作によって、把握
ツメ15、16が使用前のツール30を挟持し、矢印C₈で示す
鉛直上方移動によって使用前ツール30を収納穴31より取
出し、ツール交換を完了する。

本発明ではツールの種類は限定されないが、例えばドリ
ルの場合、そのドリルの回転動作について説明すると次
のようである。

モータ４の駆動力によって回転軸５を介して内部軸12が
回転されると、ネジ軸14および外部リング13および把握
ツメ15、16が一体となって回転し、把握ツメ15と16とで
挟まれたドリルに回転駆動力が与えられる。この場合の
回転駆動力は、内部軸12とネジ軸14とが一体に回転可能
な範囲の雌ネジ部12bのリード等によって設定される。

なお、この実施例では、キーレスドリルチャックをもつ
ロボットに本発明を適用したものであるが、本発明は、
これに限られず、通常のドリルチャック、ドリルミルチ
ャック等をもつロボットに適用することが可能であるこ
とはもちろんである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のロボットのツール交換装
置によれば、ハンド部としての把握ツメを駆動するため
の駆動源を利用してツールの駆動を行なえる構成にした
ため、ハンド部の構造の簡素化および小型化が可能とな
り、これによってロボットのハンド部の軽量化が図られ
て高速移動が可能になり、ツール取付け取外し作業の高
速化および高効率化が図れるという効果がある。

またツール駆動専用の駆動源を有しないことから、ツー
ル駆動専用の駆動源としてのエアシリンダ、モータ等の
エア配管、電気配線等をハンド部に取付けることが不要
となり、これによってロボットの信頼性および保守性が
大幅に向上されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の工具交換装置を表わす概略構
成図、第２図はそのキーレスドリルチャックを表わす部
分断面側面図、第３図は第２図に示すIII-III線断面
図、第４図は第２図に示すIV-IV線断面図、第５図は第
１図に示すキーレスドリルチャックが下降したときの工
具交換装置の状態を示す概略構成図、第６図は第５図に
示すＢ部分の拡大部分断面図、第７図は第６図に示すVI
-VI線断面図、第８図は工具交換装置のツールの交換動
作を説明するための説明図である。４……モータ（駆動源）、 12……内部軸（回転軸）、 13……外周リング、 13a……テーパ内壁面、 14……ネジ軸（ネジ手段）、 15、16……把握ツメ、 22……ツール、 27……ストッパ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の外周リングと、この外周リングに収納されかつ該外周リングに対し正回
転または逆回転の切替に応じて軸方向前方または後方に
移動可能なネジ手段と、このネジ手段に応動して前記外周リングの少なくとも径
方向に移動可能かつ工具の締付が可能な一対の把握ツメ
と、前記外周リングの径方向に突出するように固定されたピ
ンを備えたチャック機構と、このチャック機構と連結し任意な量だけ回転できる駆動
源によって往復回転させる駆動軸と、この駆動軸が少なくとも軸方向を含む２方向以上の位置
に移動可能なように設置されたロボットを具備し、前記チャック機構の前記外周リングの回転を阻止するた
めのストッパ機構を工具交換位置に隣接設置したことを
特徴とする工具交換装置。