JPH08141970A - 産業用ロボットの工具取付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンドエフェクタをロボットアーム先端に取
り付けるための産業用ロボットの工具取付装置を提供す
ること。 【構成】 エンドエフェクタを産業用ロボットのロボッ
トアーム先端に取り付けるための工具取付装置におい
て、エンドエフェクタを前記工具取付装置に取り付ける
ための取付部材と、取付部材を揺動自在に支持する揺動
支持手段と、揺動支持手段を所定の直線方向に移動可能
にロボットアーム先端に支持する直動案内手段と、取付
部材を前記直線に平行な方向に付勢する付勢手段とを具
備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には産業用ロボ
ットに関し、特に、産業用ロボットにおいてエンドエフ
ェクタをロボットアーム先端に取り付けるための、フロ
ーティング機構を備えた工具取付装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、産業用ロボットのロボットア
ーム先端にシーリングガンやバリ取り工具等のエンドエ
フェクタを取り付けてプロセスを自動化することが広範
に実施されている。こうしたプロセスの自動化は、産業
用ロボットのロボットアームの動作を予め教示して、ロ
ボットアーム先端に取り付けられたエンドエフェクタを
所定の経路に沿って移動させて行われる。ワークの取付
位置や寸法が所定の位置や寸法から外れていたり或いは
ロボットアームの動作を規定するシーケンスに異常が発
生すると、ロボットアーム先端に取り付けられたエンド
エフェクタがワークや周囲の機器と衝接し、エンドエフ
ェクタが損傷することがある。

【０００３】これを防止するために、従来から、フロー
ティング機構を備えた工具取付装置を介してエンドエフ
ェクタをロボットアーム先端に取り付けている。こうし
た工具取付装置のフローティング機構には、例えば、エ
ンドエフェクタを所定の直線方向に案内するリニアガイ
ドと、工具を付勢するためのエアシリンダとを具備し、
エンドエフェクタを所定の押付力を以てワークに押し付
けるように構成されているものがある。その他に、ロボ
ットアーム先端の手首フランジに取り付けるための取付
フランジと、工具を取り付けるための工具取付部材との
間に設けられたコイルバネとテーパコーンとを具備する
フローティング機構や、取付フランジと工具取付部材と
の間をゴム製のバネにて連結する構成のフローティング
機構が利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら従来技術に
よるフロティング機構を備えた工具取付装置には以下の
ような問題がある。エアシリンダ式のフローティング機
構を備えた工具取付装置では、一定の使用時間が経過す
ると、エア漏れが大きくなりエンドエフェクタをフロー
ティング支持することができなくなる。コイルバネとテ
ーパコーンとを組み合わせたフローティング機構には、
テーパコーンの相互干渉により、フローティング機構の
動作が円滑ではない等の問題があり、ゴム製のバネを備
えたフロティング機構には、ゴム製のバネは特殊で高価
であり、かつ、ロボットの姿勢が変化したときにエンド
エフェクタの向きによってはゴム製のバネが、エンドエ
フェクタに作用する重力により変形して正確な位置決め
ができない等の問題がある。

【０００５】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、エンドエフェクタを
ロボットアーム先端に正確に位置決めして取け付ると共
に、円滑に動作するフローティング機構を備えた工具取
付装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンドエフェ
クタを産業用ロボットのロボットアーム先端に取り付け
るための工具取付装置において、エンドエフェクタを前
記工具取付装置に取り付けるための取付部材と、取付部
材を揺動自在に支持する揺動支持手段と、揺動支持手段
を所定の直線方向に移動可能にロボットアーム先端に支
持する直動案内手段と、取付部材を前記直線に平行な方
向に付勢する付勢手段とを具備する工具取付装置を要旨
とする。

【０００７】

【作用】取付部材に取り付けられたエンドエフェクタ
は、揺動支持手段と直動案内手段によりロボットアーム
先端において揺動自在かつ所定の直線方向に保持され
る。付勢手段が取付部材を前記直線方向に付勢するの
で、揺動支持手段により支持された取付部材が安定する
と共に、取付部材または取付部材に取り付けられたエン
ドエフェクタがワークまたは周辺機器に衝接して外力が
作用したときに、取付部材が揺動し、かつ、直動案内手
段により所定の直線方向に付勢手段の付勢力に対抗して
後退して、上記衝接から発生する衝撃が緩和される。衝
撃を緩和するための上記の揺動動作および後退動作は、
各々、揺動支持手段および直動案内手段によりなされる
ので円滑な動作となる。

【０００８】

【実施例】以下、図１、２を参照して本発明の実施例を
説明する。図１において、工具取付装置１０は、産業用
ロボット、好ましくは、多関節型ロボット（図示せず）
のロボットアーム先端の手首１２の手首フランジ１２ａ
に取り付けられている。手首フランジ１２は、その中心
を通過するａ1 軸を中心として回転するように構成され
ている。工具取付装置１０は、手首フランジ１２ａに取
り付けるための取付フランジ１４を具備している。取付
フランジ１４は、中空の概ね円筒形の部材の一方の開口
部（図１、２では右側の端部）を、円盤状の板部材にて
閉鎖した形状をしている。取付フランジ１４を手首フラ
ンジ１２ａに取り付けるために、板状の部材には適宜に
丸穴が形成されていてもよい。

【０００９】取付フランジ１４の反対側の開口部（図
１、２では左側の端部の開口部）には、概ね円盤状の支
持プレート１６が着脱自在に取り付けられている。支持
プレート１６の中心には貫通孔１６ｂが形成されてい
る。貫通孔１６ｂには、シャフト２８を直線方向に摺動
自在に案内、支持する直動案内手段としてのリニアガイ
ド３０が配設されている。貫通孔１６ｂは、好ましく
は、その中心が手首１２のａ1 軸上に配置され、かつ、
ａ1 軸方向に延びるように形成されている。これによ
り、リニアガイド３０はａ1 軸に沿って延設され、シャ
フト２８は、ａ1 軸に沿って図１、２において左右方向
に摺動自在に支持される。

【００１０】また、シャフト２８において手首１２に近
接した側の端部には、検知部材４２が取り付けられてい
る。他方、取付フランジ１４および支持プレート１６と
により形成される内部空間に、シャフト２８のための動
作検知センサとしてのリミットスイッチ３４が設けられ
ている。検知部材４２およびリミットスイッチ３４は、
検知部材４２がリミットスイッチ３４の検知部３４ａと
係合するように配設されている。リミットスイッチ３４
は、工具取付装置１０が取り付けられたロボットを制御
するロボット制御装置（図示せず）に電気的に接続され
ており、シャフト２８が、図１に示す位置から手首１２
の方向に移動すると、この動作はリミットスイッチ３４
により検知され、検知信号がロボット制御装置に伝達さ
れる。

【００１１】シャフト２８において、手首１２から離反
する側の先端（図１、２では左側の先端）には、揺動支
持手段としての球面軸受２６が取り付けられている。球
面軸受２６は内輪と外輪とから成る周知の軸受であり、
内輪の外周面が凸状の球面の一部より成り、外輪の内周
面が、内輪の外周面と相補形の凹状の球面の一部にて形
成されており、内輪および外輪が相対的に揺動自在に構
成された機械要素である。球面軸受２６は、図面に示す
ように、内輪を貫通するボルト３６によりシャフト２８
の先端に取り付けられている。ここで本明細書において
「揺動自在」の用語は、ある中心からあらゆる半径方向
に揺動することが可能であることを意味する。例えば、
図１、２に示す球面軸受２６では、内輪および外輪は、
ａ1 軸を中心とする如何なる半径方向にも相対的に揺動
することが可能である。更に、球面軸受２６は、その外
輪にて工具取付プレート２０の中心孔２０ａに嵌合され
ている。こうした構成により、工具取付プレート２０
は、球面軸受２６の内輪、すなわち、シャフト２８に対
して揺動自在に支持されている。

【００１２】工具取付プレート２０は、大径と小径の概
ね円盤状の部材を組み合わせた部材であり、両者間に段
部２０ｃが形成されている。また、支持プレート１６の
端面に、概ね円筒状のハウジング部材１８が取り付けら
れており、工具取付プレート２０の大径部と、球面軸受
２６と、シャフト２８と、リニアガイド３０は、ハウジ
ング部材１８の内部に収納される。ハウジング部材１８
において、支持プレート１６に取り付けられる端部と反
対側の端部（図１、２では左側の端部）には、工具取付
プレート２０の段部２０ｃと係合する当接部１８ａが設
けられている。また、ハウジング部材１８において当接
部１８ａの近傍に位置決め手段４４が取り付けられてい
る。位置決め手段４４は、先端が円錐状に形成された位
置決め部材４４ａを具備しており、その先端が、工具取
付プレート２０の端面に形成された相補形の凹部４４ｂ
（図２参照）に係合することにより、工具取付プレート
２０が周方向に位置決めされる。

【００１３】工具取付プレート２０と支持プレート１６
との間には、付勢手段としてのコイルバネ３８が配設さ
れている。図１、２には、１つのコイルバネ３８が図示
されているが、好ましくは、複数のコイルバネ３８が、
好ましくは、ａ1 軸を中心として同一円周上に等角度間
隔に配設される。更に詳細には、支持プレート１６に対
向する工具取付プレート２０の端面に、コイルバネ３８
のための凹部２０ａが設けられており、該凹部２０ａに
コイルバネ３８の一端が受承される。工具取付プレート
２０に対向する支持プレート１６の端面において、凹部
２０ａに対面する位置には凹部１６ａが形成されてお
り、凹部１６ａにコイルバネ３８の他端が受承される。
コイルバネ３８のバネ定数は、工具取付ブラケット２４
に取り付けられるエンドエフェクタの重量等により適宜
に選定される。

【００１４】また、図示する実施例では、凹部１６ａは
支持プレート１６をａ1 軸に平行に貫通するように形成
されると共に、内周面にネジ部が形成されており、これ
と整合するネジ４０をａ1 軸に沿って適宜に位置決めす
ることにより、コイルバネ３８の付勢力を調節すること
ができるように構成されている。工具取付プレート２０
は、コイルバネ３８によりａ１軸に平行に手首１２から
離反する方向に付勢され、段部２０ｃにて当接部１８ａ
に押接される。このとき、凹部４４ｂが位置決め部材４
４ａの先端と係合して、工具取付プレート２０がａ1 軸
を中心とする周方向に位置決めされる。一方、ａ1 軸を
中心とする工具取付プレート２０の半径方向の位置決め
はリニアガイド２８により維持されている。また、手首
１２が図面に示すように、水平位置にあるとき工具取付
ブラケット２４に取り付けられたエンドエフェクタ（図
示せず）の重量により工具取付プレート２０が揺動する
ことに起因する位置ズレは、コイルバネ３８のバネ定数
を適宜に選定することやネジ４０の位置を適宜に調節す
ることにより小さくすることができる。

【００１５】更に、工具取付プレート２０の端面には、
工具取付ブラケット２４が取り付けられている。図１、
２では、工具取付ブラケット２４は、その一例として概
ねＬ字形の部材にて図示されているが、ロボットアーム
先端に取り付ける工具の寸法、形状により適宜の形状に
形成される。従って、工具取付プレート２０および工具
取付ブラケット２４は、球面軸受２６と、シャフト２８
と、リニアガイド３０により、ａ1 軸を中心とするあら
ゆる半径方向に揺動し、かつ、ａ1 軸に沿う直線方向に
往復動作できるように、支持プレート１６に支持されて
いる。

【００１６】次に、図示する実施例の作用を説明する。
図２に示すように、工具取付ブラケット２４または、工
具取付ブラケット２４に取り付けられた工具（図示せ
ず）に外力Ｆが作用すると、工具取付プレート２０およ
び工具取付ブラケット２４が、コイルバネ、詳細には、
図２には示されていない位置に配設されたコイルバネの
付勢力に対抗して矢印Ａの方向に揺動する。更に詳細に
は、段部２０ｃがコイルバネ３８により当接部１８ａに
押接されていることから、取付プレート２０は両者の係
合点を支点として揺動し、球面軸受２６を介してシャフ
ト２８をａ1 軸に沿って手首１２の方向に後退させるよ
うに揺動する。

【００１７】このシャフト２８の動作は、検知部材４２
を介してリミットスイッチ３４の検知部３４ａに伝達さ
れ、リミットスイッチ３４により検知される。リミット
スイッチ３４が、シャフト２８の動作を検知すると、検
知信号がロボット制御装置（図示せず）に伝達され、ロ
ボット制御装置がロボットアーム（図示せず）の動作を
停止する。従って、工具取付ブラケット２４に取り付け
られたエンドエフェクタ（図示せず）がワークや周辺機
器と衝接したとき、工具取付ブラケット２４および工具
取付プレート２０が揺動して、上記衝接から発生する衝
撃を緩和するとともに、過度の力がエンドエフェクタに
作用する前にロボットの動作が停止され、エンドエフェ
クタの損傷が防止される。

【００１８】本発明の好ましい実施例を説明したが、こ
れは単に一例であって本発明がこれに限定されないこと
は当業者の当然とすることろである。例えば、揺動支持
手段として実施例では周知の球面軸受にて説明したが、
揺動支持手段は、エンドエフェクタまたは工具取付ブラ
ケットがワークまたは周辺機器に衝接したときに、エン
ドエフェクタまたは工具取付ブラケットを揺動させ、発
生する衝撃を緩和するために、あらゆる方向に揺動でき
る手段であればよい。従って、図３に示すように、凹状
の球面から成る球面座と球形端部とを組み合わせた連結
要素により、揺動支持手段を構成することもできる。

【００１９】

【発明の効果】既述の説明から明らかなように、本発明
による工具取付装置は揺動支持手段と、直動案内手段と
を組み合わせたフローティング機構を備えているため
に、動作が円滑で、かつ、ロボットアーム先端の手首に
対して高い位置決め精度、特に、高い半径方向の位置決
め精度を以てエンドエフェクタを取り付けることが可能
である。また、エンドエフェクタまたは工具取付ブラケ
ットがワークまたは周辺機器に衝接した際、エンドエフ
ェクタまたは工具取付ブラケットの変位が所定の変位量
を超過したときに、これをセンサにて検知しロボット制
御装置によりロボットアームを停止して、エンドエフェ
クタの損傷を防止することができる。更に、本発明の工
具取付装置は、揺動支持手段としての球面軸受や直動案
内手段としてのリニアガイド等がハウジング内に収納さ
れているので、こうした要素がエンドエフェクタへのケ
ーブルまたはエアホースと干渉することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による工具取付装置の好ましい実施例の
断面図である。

【図２】工具取付装置に外力が作用した場合の作用を示
す図１と同様の図である。

【図３】揺動支持手段の他の実施例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…工具取付装置 １６…支持プレート １８…ハウジング部材 ２０…工具取付プレート ２４…工具取付ブラケット ２６…揺動支持手段としての球面軸受 ２８…シャフト ３０…直動支持手段としてのリニアガイド ３８…付勢手段としてのコイルバネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンドエフェクタを産業用ロボットのロ
   ボットアーム先端に取り付けるための工具取付装置にお
   いて、 エンドエフェクタを前記工具取付装置に取り付けるため
   の取付部材と、 取付部材を揺動自在に支持する揺動支持手段と、 揺動支持手段を所定の直線方向に移動可能にロボットア
   ーム先端に支持する直動案内手段と、 取付部材を前記直線に平行な方向に付勢する付勢手段と
   を具備する工具取付装置。