JPH0785856B2 - ロボットにおける工具ソケットの交換機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レンチ、ドライバー等のトルク伝達工具をも
った工具ソケットを、ロボット作業部に交換するための
交換機構に関する。

（従来の技術） 製造ライン等において、ボルト締め作業や、ネジ締め作
業等をロボットを利用して行うことは周知の通りであ
り、この場合、ボルト頭や、ネジ頭の大きさに対応した
レンチやドライバーを用意する必要があるが、従来こう
した要求には、その都度、ロボット作業部に把持させる
工具を作業員が交換するか、又は、一つのボルト頭に対
応したボルト締め作業等を使用に受け持つロボットを複
数台用意するのが一般的である。

又、１台のロボット作業部い２以上の工具を常備してお
いて、その都度、ボルト頭に合った工具を、ロボットの
位置決め制御により、使い分けするようにしたものも知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、作業員がいちいち工具交換を行う場合には、
その製造ラインに流れる加工品が数日あるいは数時間に
わたって同じでそのボルト頭が一定している場合には、
ラインの休止時間等を利用して交換作業を行えばさほど
の煩雑感はないが、同じラインにボルト頭の異なる加工
品がランダムに流れる場合等には、そのつど工具交換を
行っていたのでは到底その煩に耐えなかった。

又、一つのボルト頭に対応するボルト締め作業を専用に
受け持つロボットを複数台用意する場合には、ラインに
流れる加工品の生産量が非常に多く、一工程当たりの作
業時間を大幅節約する必要がある場合は別として、それ
だけ設備コストが嵩むし、又、ロボットの設備スペース
もその台数分必要となって製造ラインの規模も大掛かり
となってしまうのであった。

更に、ロボット作業部に２以上の工具を常備しておい
て、使い分けするものにあっては、ロボット作業部に常
時、２つ以上の工具と、これらを駆動させるランナー等
の駆動機構とを常備させる必要があって、ロボット作業
部の重量が嵩んでしまい、位置決め精度等に悪影響を及
ぼす難点が生じるし、又、使わない方の工具を、加工品
から待避させる工夫も要し、実用化には多くの難点があ
った。

本発明では、１台のロボット作業部に、ボルト頭等に対
応した工具を、ロボットによる自動制御で交換すること
として、設備上の節約を図ると共に作業員による交換の
煩を解消しながら、ボルト頭等の相違による作業対応を
図ることとしたものであって、その目的とするところ
は、ロボットの自動制御で、ロボット作業部に工具ソケ
ットを、容易かつ確実に交換することのできる機構を提
供するにある。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、トルク伝達工具をもった工具ソケット
（１）を、ロボット作業部に装着する把持ソケット
（２）に交換するための交換機構であって、前記工具ソ
ケット（１）に多角形被嵌合部（３）を、又、前記把持
ソケット（２）に前記多角形被嵌合部（３）を挿入して
嵌合させる多角形嵌合部（４）をそれぞれ設ける一方、
挿入方向に凹凸する被係合部（５）を放射状に周設した
角度割出体（50）を形成して、該角度割出体（50）を、
一方側のソケット（１又は２）に、相対回転不能で、か
つ、挿入方向に摺動自由に介装すると共に、他方側のソ
ケット（２又は１）に、前記被係合部（５）と挿入方向
に係合して、前記被嵌合部（３）の前記嵌合部（４）に
対する角度位置を修正する係合部（９）を設け、また、
前記把持ソケット（２）に、前記工具ソケット（１）の
嵌合時における挿入方向の脱落を阻止する保持機構
（６）を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 被嵌合部（５）を備える角度割出体（50）を工具ソケッ
ト（１）側に、係合部（９）を把持ソケット（２）側に
設けたものについて作用を説明する。

第９図に示すように、工具ソケット（１）にロボット作
業部に装着した把持ソケット（２）を近づけ、把持ソケ
ット（２）側の係合部（９）を角度割出体（50）に周設
された被係合部（５）に係合させる。この時、角度割出
体（50）は前記係合部（９）と被係合部（５）との係合
により回転させられ、相対回転不能の関係にある工具ソ
ケット（１）を回転させる。

よって、把持ソケット（２）側における多角形嵌合部
（４）の角部と、工具ソケット（１）側における多角形
被嵌合部（３）の角度とに角度ずれがあっても修正さ
れ、両ソケット（１）（２）は、多角形とされた前記被
嵌合部（３）と嵌合部（４）との角が合った状態で回転
方向に強固に結合されることになる。又、保持機構
（６）により工具ソケット（１）は把持ソケット（２）
からの脱落が阻止されることになり、ボルト締め等の作
業が可能な状態となる。

（実施例） 第８図において、（Ｒ）は３軸ロボットであって、架台
（Ｆ）の上部に固定するアーム基台（Ｂ）に、第１アー
ム（A1）を図中Ｘ軸方向に移動可能に支持すると共に、
該第１アーム（A1）に、先端部に作業部（10）を備える
第２アーム（A2）をＹ軸及びＺ軸方向に移動可能に支持
し、加工品（Ｗ）のラインコンベア（Ｖ）と対面設置し
ている。

各アーム（A1）（A2）は、コントローラ（Ｓ）からの指
令で自動制御され、その先端作業部（10）を、三次元空
間における任意の位置に位置決め可能としている。

作業部（10）には、第１図及び第２図に示すように、ブ
ラケット（11）を介して、ボルト締め等を行うためのト
ルク駆動源となるランナー（12）を支持し、その回転シ
ャフト（13）に設けるスプラインボス部（14）に、下方
に工具ソケット（１）を把持する把持ソケット（２）を
備えたスプラインシャフト（15）を上下移動可能に挿嵌
し、該シャフト（15）を軸受（16）を介し軸支するサポ
ート（17）を、ガイドロッド（18）とスプリング（19）
とを二対備えるフローティング機構（20）を介して、上
下すなわちＺ軸方向に移動可能と成して、ボルト等の螺
回ストロークを上下のフローティングで吸収可能とし、
作業部（10）を位置決めした状態でボルト締めが行える
ようにしている。

フローティング機構（20）は、その一方側のガイドロッ
ド（18）上端に一体化する当接体（21）を、エアシリン
ダ（22）で進退動されるストッパーピン（23）に係止さ
せることにより、そのフローティングストロークを図示
のミニマムストローク（ｍ）に規制できるようになって
いる。又、マックスフローティング時における上限及び
下限ストロークは、位置センサー（24）（25）で検出可
能である。又、フローティングサポート（17）には、下
方に延びる支持体（26）を介して、把持ソケット（２）
が工具ソケット（１）を装着した時に該工具ソケット
（１）の下方側に対面することとなるソケット装着セン
サー（27）を設けている。

工具ソケット（１）は、第５図（イ）（ロ）（ハ）に明
示するように、その本体（1a）に、後記する把持ソケッ
ト（２）に設ける12角の多角形嵌合部（４）に嵌合され
る正６角柱の多角形被嵌合部（３）を形成し、該本体
（1a）に、把持ソケット（２）の挿入方向に凹凸する全
12山の先鋭状突起から成る被係合部（５）‥‥を放射状
に周設した角度割出体（50）を、その中央に設ける６角
孔（51）に前記被嵌合部（３）を構成する６角柱を挿通
させることにより相対回転不能で、かつ、該被嵌合部
（３）の軸方向上方に設ける長溝（31）にガイドピン
（52）を係合させることにより軸方向に摺動自由に支持
している。

前記本体（1a）の頭部には、多角形被嵌合部（３）の外
径寸法よりも小径の保持部（1b）を一体形成しており、
この保持部（1b）の先端部にテーパ状の挿入案内面（1
c）を形成すると共に、中間部を縮径して、後記する把
持ソケット（２）側の保持機構（６）を係合させる係合
周溝（1d）を形成している。一方、本体（1a）の下方に
は、後記するソケット支持台（７）と係合して把持ソケ
ット（２）からの離脱を可能にする円環状のストッパー
（８）と、端部内方にレンチ（1e又は1e′）を形成した
レンチソケット（1f又は1f′）とを一体的に取付けてい
る。

以上構成する工具ソケット（１）は、第３図及び第４図
に示すように、ロボット（Ｒ）の架台（Ｆ）等に固定さ
れるソケット支持台（７）に待機できるようになってお
り、該支持台（７）の受座（70）に設ける前方開放状の
アーチ形受溝（7a）に、本体（1a）を遊嵌状に挿入させ
ると共に、受座（70）の上面に、角度割出体（50）を載
置させている。又、受座（70）の上部には、第７図に示
す平面形状をもつ胴巻バネ（71）を配設し、その開放側
から角度割出体（50）を嵌合可能にすると共に、嵌合
時、角度割出体（50）の周側部を胴巻き状に保持するよ
うにしている。尚、ストッパー（８）は、工具ソケット
（１）が把持ソケット（２）に把持された状態で、受溝
（7a）に本体（1a）が挿入され、かつ、ロボット作業部
（10）の垂直上昇に伴って、受座（70）の裏面に当接さ
れることにより、工具ソケット（１）を把持ソケット
（２）から離脱させるようになっている。

支持台（７）には又、エアシリンダ等を内臓するプッシ
ャ（72）を、工具ソケット（１）の下方に対向配設し、
その頭部フランジ部（73）を伸長させることにより、工
具ソケット（１）を押し上げ可能にしている。更に、支
持台（７）には、各工具ソケット（１）のストッパー
（８）と対向状に、該各工具ソケット（１）の待機の有
無を検出する待機センサー（28）（29）を設けている。

尚、図面の実施例では、２種類の工具ソケット（１）を
待機させるようにしているが、３種類以上を待機させる
ようにしてもよい。

一方、把持ソケット（２）は、第６図（イ）（ロ）に明
示するように、内部に受入孔（2a）を形成し、その開放
側に、正６角柱の被嵌合部（３）を嵌合させる断面12角
の星形形状の嵌合部（４）を形成している。被嵌合部
（３）の６角に対し、嵌合部（４）を２倍の12角にして
いるのは、後にも述べるが、把持ソケット（２）と工具
ソケット（１）との角部分の偏心を、少ない角度修正で
合致できるようにするためである。

把持ソケット（２）は又、角度割出体（50）に設けた先
鋭状の被係合部（５）の谷部に係合して多角形被嵌合部
（３）の多角形嵌合部（４）に対する角度位置を修正す
る突起状の係合部（９）と、工具ソケット（１）を把持
ソケット（２）に係合した時に、その脱落を阻止する保
持機構（６）とを備える。

保持機構（６）は、把持ソケット（２）の外周に嵌合す
る嵌合孔（61）をもった保持ブロック（60）に、同図
（ハ）に示すように、径方向３方に等分配置するスプリ
ングプランジャ（62）‥‥を備えて成るものであり、各
プランジャ（62）の内蔵スプリングにより押圧状に突出
される係止ピン（63）を、工具ソケット（１）の頭部保
持部（1c）の係合周溝（1d）に係合させるようにしてい
る。尚、把持ソケット（２）側には、各プランジャ（6
2）に対応させて通孔（2b）を設けている。

次に、以上の構成を、第８図に示すコンベア（Ｖ）に流
れてくる加工品（Ｗ）のボルト締めを行う場合について
動作説明する。

尚、ここに例示するものでは、加工品（Ｗ）の機種判別
すなわちボルト頭の判別にあたり、加工品（Ｗ）を搬送
するワークパレット（Ｐ）の裏面に予め機種情報を記憶
したICカードや磁気カード等の制御カード（Ｃ）をセッ
トしておき、該カード（Ｃ）から磁気ヘッド（Ｈ）等を
介して読み込む機種コードをコントローラ（Ｃ）に取込
み、該加工品（Ｗ）に使用されるボルト頭を自動識別す
る方式を採っている。又、ここで説明する交換動作時に
は、フローティング機構（20）はミニマムストローク
（ｍ）に規制し、把持ソケット（２）の上下の自由移動
を同ミニマムストローク（ｍ）に規制している。

機種コードに基づき、現在把持ソケット（２）に把持さ
れている工具ソケット（１）と異なるソケットに交換す
る必要がある場合には、まず、現在把持している工具ソ
ケット（１）を支持台（７）に待避させる。これには、
既述したように、工具ソケット（１）の本体（1a）を、
支持台（７）の受溝（7a）に挿入させて、ロボット作業
部（10）を垂直上昇させるのであり、ストッパー（８）
は受座（70）の裏面に当接して、保持部（1c）を保持機
構（６）から強制的に離脱させるのである。尚、現在把
持されている工具ソケット（１）の判別は、装着センサ
ー（27）や待避センサー（28）（29）での検出結果によ
り行い得る。

この後、把持ソケット（２）に、正規の工具ソケット
（１）を把持するのであって、第９図（イ）（ロ）に示
すように、その正規の工具ソケット（１）の上方側から
把持ソケット（２）を垂下していき、保持部（1b）に、
12角の嵌合部（４）を挿入させる。この時、保持ソケッ
ト（２）側すなわちロボット側の軸芯（L1）と、工具ソ
ケット（１）側すなわち固定側の軸心（L2）とに多少ず
れ（ΔＬ）があっても、保持部（1b）は、その先端の案
内面（1c）により、受入孔（2a）の中心側に案内され、
両者の軸心（L1）（L2）は合致される。

更に、把持ソケット（２）が下降を続けると、同図
（ハ）に示すように、その先端の係合部（９）が角度割
出体（50）に周設された被係合部（５）に係合すること
になる。この時、被係合部（５）は、その山と谷とを結
ぶ傾斜面を、係合部（９）の頂部に接触させながら滑
り、角度割出体（50）すなわち工具ソケット（１）を回
転させる。従って、把持ソケット（２）側における嵌合
部（４）の角部と、工具ソケット（１）側における被嵌
合部（３）の角部との偏心量（θ）は、修正されること
になる。

しかも、この場合、被嵌合部（３）の６角に対し、嵌合
部（４）を２倍の12角に形成しているので、少ない角度
修正で良好に角度合わせが行えることになる。

しかる後、同図（ニ）に示すように、プッシャ（72）を
上動せしめて、工具ソケット（１）を押し上げ、保持機
構（６）を構成するスプリングプランジャ（62）の係止
ピン（63）に、係合周溝（1d）を係合させて、把持ソケ
ット（２）に工具ソケット（１）を脱落不能に保持させ
る。この時、角度割出体（50）は、ピン（52）を長孔
（31）に摺動させて下方に待避されることになる。

その後は、加工品（Ｗ）におけるボルト位置まで作業部
（10）を移動し、ボルト締め作業を行うのである。

この場合、工具ソケット（１）に形成された６角柱から
成る被嵌合部（３）は、把持ソケット（２）の12角の嵌
合部（４）に確実に保持され、その回転方向のトルクを
伝達するのに十分強い強度が保証できるのであって、そ
の螺回は確実になし得るのである。

尚、上記実施例では、６角の被嵌合部（３）に対し12角
の嵌合部（４）としたが、該嵌合部（４）の角数は、被
嵌合部（３）と同数であってもよいし、又、３倍以上と
してもよく、要は、被嵌合部（３）の整数倍にすればよ
い。ただ、角度修正のし易さと、工具ソケット（１）へ
のトルク伝達強度とを勘案すると、本実施例のように12
角とするのが最も好ましい。

又、上記実施例では、被係合部（５）をもつ角度割出体
（50）を工具ソケット（１）側に設け、係合部（９）を
把持ソケット（２）側に設けたが、逆に関係、即ち角度
割出体（50）を把持ソケット（２）側に、係合部（９）
を工具ソケット（１）側に設けてもよいのは云うまでも
ない。

更に、上記実施例では、工具ソケット（１）側の多角形
被嵌合部（３）を柱体に、把持ソケット（２）側に多角
形嵌合部（４）を孔状にしたが、この関係も、逆にし
て、工具ソケット（１）側の被嵌合部（３）を孔状に、
把持ソケット（２）側の嵌合部（４）を柱体に形成して
もよいのは勿論である。

（発明の効果） ロボット作業部に装着する把持ソケット（２）と、工具
ソケット（１）とは、一方側のソケット（２又は１）に
設けた係合部（９）を、他方側のソケット（１又は２）
側に介装された角度割出体（50）の被係合部（５）に係
合させるだけで、把持ソケット（２）側の多角形嵌合部
（４）と、工具ソケット（１）側の多角形被嵌合部
（３）との角部に、たとえ角度のずれがあっても両者の
角を合致させて、回転方向に強固な結合がなされるもの
であり、又、保持機構（６）により工具ソケット（１）
の把持ソケット（２）からの脱落は阻止されるのであ
る。従って、ロボトにより、把持ソケット（２）に工具
ソケット（１）を、容易かつ確実に交換することができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明交換機構にかかるロボット作業部の正面
図、第２図はそのII矢視側面図、第３図は工具ソケット
を待機させるソケット支持台周りの正面図、第４図はそ
の平面図、第５図は工具ソケットの分解説明図、第６図
は把持ソケットの分解説明図、第７図は工具ソケット待
機時に用いる胴巻バネの平面図、第８図はロボットシス
テムの外観図、第９図は動作説明図である。 （１）……工具ソケット （２）……把持ソケット （３）……多角形被嵌合部 （４）……多角形嵌合部 （５）……被係合部 （６）……保持機構 （９）……係合部 （50）……角度割出体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トルク伝達工具をもった工具ソケット
   （１）を、ロボット作業部に装着する把持ソケット
   （２）に交換するための交換機構であって、前記工具ソ
   ケット（１）に多角形被嵌合部（３）を、又、前記把持
   ソケット（２）に前記多角形被嵌合部（３）を挿入して
   嵌合させる多角形嵌合部（４）をそれぞれ設ける一方、
   挿入方向に凹凸する被係合部（５）を放射状に周設した
   角度割出体（50）を形成して、該角度割出体（50）を、
   一方側のソケット（１又は２）に、相対回転不能で、か
   つ、挿入方向に摺動自由に介装すると共に、他方側のソ
   ケット（２又は１）に、前記被係合部（５）と挿入方向
   に係合して、前記被嵌合部（３）の前記嵌合部（４）に
   対する角度位置を修正する係合部（９）を設け、また、
   前記把持ソケット（２）に、前記工具ソケット（１）の
   嵌合時における挿入方向の脱落を阻止する保持機構
   （６）を設けたことを特徴とするロボットにおける工具
   ソケットの交換機構。