JPH08511477A - 工具の自動交換 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、三次元運動する工業ロボット又は類似の装置の自動的な工具交換を行う方法及び装置に関する。上記ロボットの駆動装置２０は、工具２６をクランプする締付け部材２８を有するシャンク軸２２と、上記軸２２の角度位置を割り出す割出し手段４０を有する。本装置は上記締付け部材２８の締付け及び／又は解除を行う外部の手段を有する。この締付け及び／又は解除手段３０，３２は、少なくとも上記工具交換動作中は上記ロボット動作範囲内に置かれており、ロボットの動作によって、上記締付け部材２８が上記締付け及び／又は解除手段の位置まで運ばれる。

Description

【発明の詳細な説明】 工具の自動交換 技術分野 本発明は、工具の自動交換の為の方法及びこの方法を実施する為の装置に関す るものである。本発明は、特にロボット又は類似の装置の回転工具の自動交換に 関して用いられる方法と装置に関するものである。 背景技術 ロボットにより実施される機械加工には、各種の回転工具を使用することは公 知であり、加工にはドリリング、グラインディング又はバリ取り等がある。上記 ロボットのアームには駆動手段、例えば空圧又は油圧モータが備えられ、上記駆 動手段には上記モータの回転軸又はシャフトに固定された工具が取り付けられる 。市販の工具保持システム、例えばクイックレリーズテーパーシャンクを使用し て、上記工具を上記回転軸にクランプすることは、以前から当業者に知られてい る。しかし、ロボットの万能的な動作にも拘らず、工具の交換は一般に手作業で 行われてきた。これには幾つかの理由があるが、特に、一般に使用されるロボッ トはそのアームの端で大きい荷重を支え、かつ正確に動かすことが出来ない為で あり、従って、用いられる回転装置は出来る限り簡単で軽量にされている。従っ て、旋盤の如き普通の工作機械に用いられる自動の工具保持及び緊締装置は、ロ ボットに使用するにはサイズが過大であり、複雑で、重い。更に、上記回転工具 は、更に別の運動の軸心、即ち回転の軸心を必要としており、これを上記工作機 械の場合と同じ方法でロボットアームの端末に設けることは出来ない、何故なら ば、ロボットは三次元の自由運動をしているので、別の回転運動を与える為に、 例えば旋盤に用いられるものに類似の機械的手段により回転トルクを与えること ができないからである。ロボットのコントロール手段に更に一つの運動 軸心及び上記軸心の角度位置のプログラム化された割り出しを加えることは困難 であり、又使用上もプログラミング作業が余りにも困難かつ時間がかかり過ぎる 為に、経済的に成立たない。 ドイツ特許3208621は工具の自動クランプの為の一つの解法を開示している。 その装置は、ロボットの軸心に配置された工具ホールダの周りに設けられたクラ ンプナットを有している。平行シャンクを持つ上記工具は上記ナットを通して設 置され、かつ上記ナットは、ワークシリンダにより駆動される特殊な歯を持つラ ックと、別のワークシリンダにより駆動される支持手段との協働により締め付け られる。しかし、上記文献に開示されている機構の重大な短所は、上記工具を受 け取る上記ロボットの部分の角度位置（即ち回転位置）が不明であるために、用 いられる工具が平行シャンクを持つものに限られることである。この為に近代的 な機械加工装置に要求される動力を充分に伝え得ない結果を招いている。更に、 上記ドイツ特許に開示されている機構に用いることの出来る工具は、一定のシャ ンク径を持つものに限られる。 また、上記締め付けナットのサイズが比較的大きく、これがロボットの作動を より困難にするので、上記ドイツ特許による機構の使用は困難である。更に、開 示されている機器全体がロボットの作動範囲内で極めて大きなスペースを占める 。この機構は又、極めて複雑であり、多数の部品を有し、かつこれらは極めて精 度の高い製作を必要とし、又機械加工の際に生じるチップ及び作業場の汚物等に より動きを阻止され易い。この結果、上記部品の動作が不能の状態に陥り易い。 また、上記特許に開示されている空圧又は油圧のワークシリンダを持つ装置によ り上記工具のクランプナットの正しい締め付け力をコントロールすることは困難 であることが判明した。多くの場合、工具の正確な回転位置が機械加工プロセス を開始する時に不明であるか、又は上記工具の角度位置は予め定められた位置に 自動的に割り出すことの出来ぬ重大な短所も見られる。 この様な訳で、ロボット装置に用いられる回転工具は主として手動で取り替え られる。この結果、機械の自動化の目的である利点の一部が失われる。云いかえ れば、工具の交換の頻度が高いために、ロボットは手動で上記工具を取り替える 為のオペレータを必要とすることになる。 従って本発明の目的は、従来技術の上記短所を克服し、かつロボット又は同等 物の工具の自動交換の為に全く新しい解決法を提供することにある。 更に本発明の目的は、上記工具交換が上記ロボットの運動を利用し、交換が迅 速、簡単かつ信頼性のある方法で行われる工具の自動交換システムを提供するこ とにある。 本発明の別の目的は、回転工具の為の工具ホールダとして、例えば旋盤の如き 工作機械に普通用いられる市販のあらゆる工具ホールダを使用できる工具交換シ ステムを提供することにある。 本発明の別の目的は、上記工具が単純な工具ラックに格納することが可能であ り、かつこのラックから一つの工具がロボットにより取り出され、このラックに 使用後の上記工具が戻される工具交換システムを提供することにある。 発明の開示 本発明は、回転軸の角度位置を調整することにより、即ち、上記回転軸及びこ れに設けられた工具クランブ手段の締付け部材を、特定の割出し手段により予め 定められた位置に割り出すことにより、上記締付け部材を、別個に設置された締 め付け及び／又は解除装置の作動範囲内で、上記ロボットの動作により正確に位 置決めすることが可能であるとの考え方を基礎にしている。上記適切な装置はロ ボットの外部に設けられ、かつ上記締付け部材、例えば締め付けスクリューを締 め付け、かつ解除することの出来ることが望ましい。 更に正確には、本発明による工具自動交換の方法は、主として、添付 の請求項１ないし６に開示される事項、特に請求項１及び２の特徴部分に記載の 事項を特徴としている。本発明による工具自動交換の為のシステムは、請求項７ ないし１５に開示された事項、特に請求項７の特徴部分に記載の事項を特徴とし ている。 本発明の好ましい実施形態によれば、ロボットアームの一端には適切な方法で 上部のアームに装着される駆動装置ユニットを備え、この駆動ユニットは、少な くとも反転運動（turning）、往復運動又は回転運動をシャフトに対しその中心 軸に関して与えるのに適しており、上記シャフトには工具を受け取る工具クラン プ装置を備えている。上記駆動手段は、適切な運動、大抵の場合には回転運動を 上記シャフトに与えることの出来る種々の適切なタイプとすることができる。従 ってそれは、油圧、空圧又は電動モータ又は類似の装置とすることができ、上記 駆動装置ユニットに適切な方法で装着される。更に、上記駆動装置は両方向に回 転することが可能であり、又回転の速度とトルクは適切な方法により調節され得 ることが好ましい。工具クランプ手段又は工具ホールダは、工具を受け入れる部 分を持ち、かつ、これには、受け取った工具を上記工具ホールダ内での受取位置 に強固に締め付ける為のクランプ手段が含まれる。 上記クランプ手段は、上記工具の確実な保持の為の上記ホールダの中の保持手 段及び上記ホールダの外側から操作することの出来る締付け部材を有し、この部 材は、例えば締め付けねじ、クイックレリーズアダプタ、又は油圧もしくは空圧 の締め付けシステムにおける類似の部分であって、上記ホールダの中の上記保持 手段が上記工具をその位置にロックするのに必要なクランプモーメント又はクラ ンプ力を与える。ねじにより作動するか、又は油圧もしくは空圧により作動する 好ましい工具ホールダは、市販されているので、その構造はこの中で詳述しない 。 本発明によるシステムは、更に三次元動作の可能な上記ロボット又は同等の装 置の動作範囲内に、解除及び／又は締め付け手段（以下、「解 除／締付け手段」と記述する）を備えている。上記解除／締付け手段は工具交換 が開始される時に上記ロボットの上記動作範囲内で動作し、上記工具交換が完了 した後には上記範囲外で動作するのが望ましい。解除／締付け手段は、例えば油 圧、空圧又は電動装置又は上記締付け部材を解除し及び／又は締め付ける動作、 圧力の変化又は他の機能を果たす他の適切な装置とすることができる。好ましい 実施形態では、回転締め付け運動のトルクは解除／締付動作中にコントロールす ることが可能である。 本発明の一つの実施形態によれば、解除／締付け手段は強固に装着され、かつ 適切な形状を持つツール又はレンチであり、これにより、解除又は締め付け時に 締付け部材によるクランプカが上記ロボットの手首又はアームの動作により調整 される。この構造は上記締付け部材の上記解除／締付け移動量が少ない為に、上 記ロボットアームの運動が上記締付け部材を完全に解除し、かつ締め付けるのに 充分である場合には好ましいものである。また、この種の定置工具は、そのトル ク調整が出来ない解除／締付け手段により締付け部材の反転及び回転がなされる 時にも好ましいものである。この場合には、上記締付け部材のトルクの解除及び 付加動作は、上記ロボットの動作により更に慎重に行うことが可能であり、従っ て上記工具ホールダの中の工具クランプ装置の破損が防止され、かつその後極め て長い作動範囲を持つ締付け部材を、上記と類似の調節不能の解除／締付け手段 により回転させることが出来る。 本発明の別の一つの好ましい実施形態によれば、油圧又は空圧により作動する 工具ホールダが用いられる。本発明によれば、工具クランプメンバは、その回転 軸の割り出しの後に、ロボット又はこれと同等物の運動により、上記工具クラン プメンバの液体カップリングと連動するのに適した高速カップリングを備えた解 除／締付け手段の位置にまで運ばれる。上記カップリングを通して液圧を昇降さ せることにより、上記工具はその位置で解除又はロックされる。 本発明の好ましい実施形態によれば、上記締付け部材は、工具交換システムに 含まれる割出し装置によりシャンク軸心を割り出すことにより、予め定められた 位置に移される。上記割出し装置は、好ましくは、上記シャンク軸心の外周に配 置された手段であって、上記シャンク軸心に隣接する位置に設けられて、上記シ ャンク軸心に対して接近又は離間する突出メンバを受け入れる手段を備え、この 手段により上記シャンク軸心の回転又は反転運動を予め定められた角度位置で停 止させる。更に上記シャンク軸心上に互いに隣り合う形で幾つかの停止部材を設 け、かつ上記突出メンバを上記軸心の軸方向にも動くことの出来るように設置す ることにより、停止位置の数を増やすことが望ましい。 本発明の一つの好ましい実施形態によれば、シャンク軸の外周上の停止手段は 上記軸の外周の周りに不連続の溝を設けることにより形成される。突出メンバの 幅は上記溝の幅よりも狭く、従って、突出メンバは上記溝の中に嵌入することが 出来る。上記溝の底には少なくとも一つの不連続箇所が設けられ、上記不連続箇 所の頂部の半径が、上記溝の底の半径よりも大きく、かつ上記軸の半径以下であ ることが望ましい。 本発明の別の好ましい実施形態によれば、円形スリーブが軸心上に設けられ、 このスリーブには、上記突出メンバの為の停止部材を形成する少なくとも一つの 膨らみ又はストッパが設けられている。この様なスリーブを用いることにより、 上記シャンク軸を追加的に機械加工する必要はなくなる。 本発明の第３の実施形態によれば、割出し手段は、ピン状の突出メンバと上記 シャンク軸上に設けられた孔、ノッチ又はスロットにより構成され、上記孔等の 中に上記突出メンバが、例えばスプリング又は空圧のような軽い補助力を利用し て、上記軸の中心に向かって嵌入する。 更に別の好ましい実施形態によれば、割出し手段は、角度センサ又はピックア ップが上記シャンク軸の角度位置を検出する構造を備えている。上記角度センサ は、通常、角度位置を指示する為の上記軸上に設けら れた手段と、上記角度位置を検出する為の上記軸の近傍に設けられた手段とを有 している。かかるセンサは公知であり、特に光学的、誘導型又は容量型のセンサ 又はピックアップを使用することが出来る。割り出し中に上記角度位置を検出し た後、上記軸は停止され、その後各種の方法で、例えば上記シャンク軸の外周に 作用し、かつ上記角度センサに連動する機械的ブレーキにより、または上記角度 センサに連動して作用する電界により、予め定められた位置に保持される。この 種の割り出しの持つ利点は、上記シャンク軸が、上記センサによる角度位置の出 力情報に従い、任意の角度位置に無段階に位置決めされることにある。 本発明による方法の好ましい実施形態によれば、工具解除動作サイクルは、シ ャンク軸を割り出すことにより、即ち上記シャンク軸を予め定められた角度位置 にセットすることにより開始される。割り出し中、上記軸は上記軸の駆動手段又 は外部駆動装置により低いトルクで回転する。例えば、ロボットの動作と、適切 な表面、例えば平面又は曲面とを利用することが可能であり、これにより上記シ ャンク軸と上記表面との間の相対運動及び摩擦が上記軸に回転を与える。割り出 しの後に工具ホールダ手段は、上記ロボットの動作により上記ロボットの動作範 囲内に設置された解除手段に移される。上記工具ホールダ手段に設けられた締付 け部材は、上記ロボットにより上記解除手段に適切に取り付けられ、その後、上 記解除手段の解除動作が開始され、かつ上記締め付け手段によるクランプが緩め られて、上記工具は解除される。この後、上記ホールダ中に残った解除済の工具 は、上記ロボットの動作により、工具ラックに移される。上記工具ホールダは、 解除動作中及び上記工具ラックに移される際、上記ロボットの手首により、重力 の作用で上記ホールダの開口の中に残るような位置に適切に搖動されるので、上 記工具は上記工具ホールダから落ちるのが防止される。移動中の工具は、他の適 切な方法、例えば軽度の保持力により保持され、この力は工具ラックにより解除 される。 好ましい実施形態によれば、上記工具のクランプの解除は工具ラックの中で行 われる。この場合のラックには、例えば上記工具を把持し、かつ上記工具の解除 後に上記工具を上記ラックの予め定められた場所に移す手段を設けるか又は、そ の代わりに上記工具が上記ロボットにより、予め定められた保管場所に移された 後、上記工具の上記クランプを解除する手段を設けることが出来る。 本発明の一つの実施形態によれば、工具の解除は２段階に分けて行われる。第 １段階に於いてクランプトルクは、締付け部材を適切な位置に固定された工具の 中にセットすることにより解放され、かつ締付け部材はロボットのアーム又は手 首の動作により解除される。第２段階に於いては、もはやクランプトルクは作用 しないが、なお上段の工具を保持する上記締付け部材は、適切な装置、例えば空 圧式の回転手段又は他の適切な手段により解放される。 従って本発明の方法の好ましい実施形態によれば、工具の位置決めには下記の 工程が含まれる：上述したシャンク軸の割り出し、工具ラックからの上記工具の 上記ロボットの動作による取り出し、上記工具の工具ホールダへの挿入と締付け 部材の締付け手段の動作範囲内への移動、上記締め付け手段及び締付け部材の作 動位置への移動、及び上記工具の上記締付け手段によるクランプと割り出し装置 の解除。 本発明による工具の自動交換システムは、工具を回転させ反転させることが要 求され、かつ、工具保持システムが軽量、簡単でしかも精密で信頼度が高くなけ ればならない自動化装置に使用するのに特に適している。かかるシステムは、上 述のロボット装置のほか、例えば各種のマニビュレータ、工作機械の回転工具の 交換システム等である。 図面の簡単な説明 下記に於いては、本発明並びにその目的及び利点が添付の図面を参照して実施 形態の形で記述される。図面の中では類似の構造には類似の符 号が一貫して用いられる。本発明の実施形態の下記の記述は、発明を記載の特定 の形態に限定することを意図するものではなく、添付の請求の範囲により限定さ れている本発明の思想と範囲の中に含まれるあらゆる変形、類似物及び代替物を 包含するものである。 図１は本発明による工具交換システムを用いるロボットユニットの全体的な模 式図である。 図２はロボットアームの端末に取り付けられた駆動装置ユニットの部分断面図 である。 図３は駆動装置ユニットのシャンク軸及び割り出し装置の一つの実施形態の詳 細図である。 図４は工具クランプの為の一つの締め付けシステム及びその締め付けに適した 一つの工具を示す図である。 図５ａ，５ｂ， ５ｃ，５ｄ及び５ｅは本発明による割出し手段を開示する図 である。 発明を実施するための最良の形態 特に工具の自動交換システムの好ましい実施形態が図１の原理図に於いて開示 されている。図１はロボットアーム１０を開示し、このアーム１はその一端に於 いて駆動ユニット２０を備えている。上記駆動ユニット２０はシャンク軸２２を 回転させる駆動装置を有している。上記駆動装置は空圧、油圧又は電動のいずれ かのモートのような適切なタイプのものである。工具２６を取り付ける為に適切 な工具ホールダ２４が上記シャンク軸２２に装着されている。工具締付け部材２ ８が上記シャンク軸２２に取り付けられており、この締付け部材は、この場合ね じとして示されている。上記ロボットの動作範囲の中には、締付け部材２８の解 除装置３０、締め付け装置３２及び上記解除装置に接続された固定式の解除ツー ル３１が含まれている。上記装置３０及び３２並びに上記固定 工具３１には、上記締付け部材に適合する形態を持つ締め付け工具３４が設けら れている。なお、締付け部材の解除及び締め付け装置（以下、「解除・締付け装 置」と記述する）はいずれの方向にも回転可能な単一の装置として設計すること もできるが、図１の上記装置は、判り易くする為に個別の装置の形で示されてい る。上記解除・締め付け装置３０、３２は空圧式、油圧式又は電気式のものが望 ましい。上記解除・締付け装置は、上記ロボット又は同等物のコントロール装置 に連動するものが望ましい。更に上記解除・締付け装置は、ガイドウエー３５に 沿って、上記ロボットの動作範囲の中に進出し、上記動作範囲から離脱するよう に設定されることが望ましい。図１は上記工具２６を保管するラック６０をも開 示している。 図２は、上記ロボット又は同等物に装着する為の接続面２１を持つ駆動ユニッ ト２０の部分断面図である。駆動装置（図示せず）が上記シャンク軸２２を回転 する為に設けられ、この軸２２は、ベアリング２５により上記駆動ユニット２０ のフレームに取り付けられている。上記工具ホールダ２４は、上記軸２２の反対 側端に設けられている。図２に示された実施形態に於いては、上記工具２６のク ランプは油圧又は空圧により行われる仕組みであり、従って、クイックレリーズ アダプタ３６が上記軸２２に設けられ、さらに、これに用いられる流体接続の相 手部材３７も示されている。 上記軸２２には、更に４０で示されている割り出し装置が備えられており、こ の装置４０は、実施形態では、突出メンバ４２及びこれを受け入れる不連続溝４ ４を備えている。 図３は、上記シャンク軸２２及びそれに取り付けられた上記工具クランプ手段 ２４並びに上記割出し手段４０の一つの実施形態を詳細に示す。この実施形態で は、上記割りだし手段４０は上記軸２２上に取り付けられたスリーブ４６を有し 、このスリーブ４６は、上記突出メンバ４２を受け入れる為の肩部４７、４７’ を備えている。上記突出メンバ４２ に対する好ましい駆動手段も又この図に開示され、この駆動手段は、上記軸に対 して接近及び離間するように設定され、かつ、ロボット又は同等物のコントロー ルシステムに連動している。 図４は、単なる一例として、工作機に用いられていた従来のシャンク軸２２の 放射方向の断面図と、本発明による固定的に取り付けられた締付け及び解除ツー ル３１を開示する。図４は、ロボットの手首の動作によって両端矢印５８の方向 に、上記ツール３１により締め付けねじを回転することにより、如何にクランプ ボール２９が上記工具２６をそのホールダ内でロックし、上記締付けねじ２８を 緩めることにより上記工具が解除されるかを示している。 図５ａは、図２のラインＡ−Ａに沿った軸の断面図であり、割出し装置４０の 一つの実施形態を示す。上記シャンク軸２２の外周に不連続溝４４が設けられ、 上記溝は不連続部４５を持つ。この図はまた、上記軸２２に出し入れ出来る突出 メンバ４２を示している。上記ロボット又は同等物が作動している間、上記突出 メンバは上記軸２２に相対的に最も遠い位置に在り、割り出し動作中は、図５ａ の破線で示すように、上記軸の上記不連続溝４４の中に移動する。幾つかの溝を 互いに隣接させて設けるか又は、一つの溝が幾つかの不連続部を有する構成とす ることも可能である。 図５ｂは、図３のラインＢ−Ｂに沿った軸の断面図であり、割り出し装置の別 の実施形態を示す。この実施形態ではスリーブ４６が上記軸２２の外周に取り付 けられ、このスリーブ４６には突出メンバ４２を受け入れる為の肩４７、４７’ が設けられている。 図５ｃは、割り出し装置の別の実施形態を部分断面図として示しており、この 装置では、割り出しピン４９を受け取る為の上記軸２２上の要素は、上記軸２２ に設けられた孔４８により形成される。上記割り出しピン４９は、上記軸２２に 向かい合う端が適切な形状とされ、かつスプリング５１による僅かなバイアス力 を受けている。或は上記の代わりに 上記バイアス力は、例えば小型の空圧シリンダにより与えることも出来る。図５ ｃはまた、第２及び第３の孔４８’、４８''を示しており、これらの孔は、上記 軸２２の外周上に、この軸の長手方向に互いに間隔を隔てて配置され、幾つかの 停止位置を与えるようになっている。 図５ｄは、上記軸２２上に設けられた軸位置指示器５２及びこれに連動する検 出器５３を含む角度センサ又はピックアップを示す。角度センサは光学式、誘導 式又は容量式のセンサであることが望ましい。割出し装置の一実施形態を示すこ の図はさらに、上記角度センサに連動して上記軸２２を予め定められた角度位置 に停止させる電磁石５４を開示している。 図５ｅは、図５ｄに示されたものと類似の実施形態であり、図５ｄの電気ブレ ーキが、機械的な摩擦ブレーキ５５で置き換えられている。 本発明による工具自動交換装置を使用する時、工具交換サイクルは、ロボット アーム１０の一端に設けられた駆動ユニット２０がシャンク軸２２の割り出し動 作を開始するときに始まる。上記駆動ユニット２０のシャンク軸２２は、この軸 の駆動手段又は適切な外部手段により低速で駆動され、これにより割り出し装置 ４０が作動する。図５ａ，５ｂ又は５ｃによる突出部材４２が上記軸２２に近付 き、受け入れメンバ４５、４７又は４８と連動して上記軸２２の回転運動の停止 を行う。上記突出メンバ４２は、上記軸２２に近い位置に保持されて上記受け入 れメンバに当接しており、上記軸２２のトルクの為に上記軸２２は、工具の取り 替え中この位置に保持される。 図５ｄ及び５ｅに示された別の割出し装置では、角度センサが軸の角度位置を 検出し、この角度センサに連動し、かつ電磁場又は機械的ブレーキ等を提供する 手段が、上記軸２２を予め定められた角度位置で停止させて、上記軸を、工具交 換プロセス中、この位置に保持する。この代案では、上記軸の回転トルクを、停 止手段が働いた後に直ちに解除してもよい。 こうして、停止した上記軸の角度位置は判明しているから、上記軸は割り出さ れたことになる。その位置が既に判明しており、かつ、ねじの如きクランプ手段 を締め付ける締付け部材を含む上記割り出し軸は、次に上記ロボットのアーム又 は手首の運動により、上記工具締付け部材の解除手段の位置に移され、かつ上記 締付け部材は、上記締付け部材に適合する上記解除手段のツール又はレンチ又は この目的の為の他の適切な手段に係合する。これに続いて上記解除手段が作動し 、上記締付け部材を回転又は捩ることによって開き、これにより工具を解除する 。一つの実施形態では、工具ホールド手段の内部の流体圧力を変えることにより 、上記工具が解除される。上記工具ホールダの位置は、上記解除された工具が脱 落しないように設定されることが望ましい。工具を軽く保持するか又はバイアス 力を作用させる各種の手段を使用して、上記工具が上記ホールダから滑落するご とを防止しながら、上記工具を工具ラックに移すことを容易にすることも可能で ある。 一実施形態によれば上記工具のクランプは、上記工具が上記工具ラックの中に 収まった後に初めて解除される。このラックは、上記工具を解除してラックの予 め定められた位置に移す為の適切な手段、或は上記工具が最終の保管場所に持ち 込まれた後にこの工具を初めて解除する為の手段を含む。 或は、上記の代わりに、場合によっては上記工具２６のクランプは予め部分的 に解除される。即ち、クランプカ又はトルクは、締付け部材２８を回転させて完 全に開放する装置に移される前に、除去される。この場合、上記締付け部材は、 固定的に装着されたツール３４又はレンチに係合されて連動し、上記クランプ力 が、好ましくはロボットのアーム又は手首の動作により開放される。次に、クラ ンプ力が開放された状態で上記工具２６を保持する締付け部材は、回転可能な解 除装置に移され、かつ完全に外れる迄回転される。 上記実施形態は、トルクの調節の不可能な単純な解除装置を用いる場 合に適している。かかる場合には、工具ホールダのクランプエレメントの締め付 けを解くことは出来ないが、締め付けねじのような一旦緩められた締付け部材を 回転させることの出来る程度の低いトルクしか持たない解除・締付け装置を選ぶ ことが出来る。更に大きな力を必要とする上記クランプ力の弛緩には、その動作 のコントロールが容易な上記ロボットを用いることが出来る。 更に、使用される工具ホールダのクランプシステムが、締付け部材の解除／締 付けに際してこれを１回転以内で回転することを要求している場合には、ロボッ トと、固定的に装着された解放ツールとの単なる組み合わせのみで充分である。 解除された工具はロボットにより工具ラックに移され、かつ、予め定められた 新たな工具が同時に取り上げられることが望ましい。例えば、機器が停止されて いる状態の朝の時間に運転が開始される時、工具の調節動作はシャンク軸の割り 出しから始められる。新しい工具の調節動作が前に使用されていた工具の取り外 した直後に行われる場合には上記軸の割り出しは尚、生きており、従って反復さ れる必要はない。上記取り上げられた工具の為のホールダ手段の締付け部材は、 上記ロボットの動作により、締付け手段に移される。この締付け手段は、上記解 除手段で兼用することも可能であるが、その場合、解除手段は逆方向に回転され る。上記締付け部材がクランプされ、上記割り出しが解除されることにより、上 記工具は使用可能となる。 この様に本発明は、ロボット等の工具の交換が自動的に可能となる装置と方法 を提供する。上記装置は構造的に単純であるが動作は信頼性があり正確である。 本発明の上記幾つかの実施形態は、添付の請求の範囲に定められた権利の範囲 を制約するものではない。上記説明と添付図面によれば、当業者にとって、例え ば工具のクランプを行う為に工具ホールダ又は軸と連動するように取り付けられ た少なくとも一つのＶ型の手段を含む工具締 付け部材を使用することは、自明と云える。また、当業者にとって、シャンク軸 割り出し装置は、軸の角度位置を割り出す上記効果を期待出来るどのような位置 に設置してもよいことは明白である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 三次元の運動を行うロボット又は類似の装置のシャンク軸に工具をクラン プする方法であって、 上記シャンク軸の角度位置の割り出しを行い； 上記工具を上記シャンク軸に設けられた工具ホールダに装着し； 上記割り出されたシャンク軸に関連して設けられた工具締付け部材を、三次元 の運動を行う上記ロボット又は類似の装置の動作により、上記工具締付け部材の 駆動手段の中にセットし、その際、上記締付け手段を少なくとも上記工具の装着 動作中は上記ロボット又は類似の装置の動作範囲の中に位置させておき；さらに 、 上記締付け部材を、上記工具締付け部材の駆動手段により、上記工具を上記工 具ホールダ装置にクランプする為の予め定められた緊締度に締め付ける方法。 ２． 工具を三次元の運動を行うロボット又は類似の装置のシャンク軸から取り 外す方法であって 上記シャンク軸の角度位置の割り出しを行い； 上記割り出されたシャンク軸に関連して設けられた工具締付け部材を、三次元 の運動を行う上記ロボット又は類似の装置の動作により、上記工具締付け部材の 解除手段にセットし、その際、上記解除手段を少なくとも上記工具の取外し動作 中は上記ロボット又は類似の装置の動作範囲の中に位置させておき； 上記締付け部材を上記工具を取り外す為の上記解除手段を利用して解除し；さ らに、 上記解除された工具を、三次元の運動を行う上記ロボット又は類似の装置の動 作により、上記シャンク軸から取り外す方法。 ３． 上記工具締付け部材の上記解除は、 上記締付け部材により与えられたクランプ力を、ロボット又は類似の装置の動 作と、これに連動する固定された開放装置とにより除去し、 その後クランプ力を残していない上記締付け部材を更に回転の可能な解除装置 により開放して、上記工具をその位置に尚、保持している締付け部材の一部分を 上記解除装置により回転又は揺動させて開放する、という二段階の動作により行 われる請求項２に記載の工具の取外しの為の方法。 ４． 上記シャンク軸の上記割り出しは、 割出し手段を上記シャンク軸の方向に向かってこの軸から予め定められた距離 に迄移動させ； 上記シャンク軸を低いトルクで回転させて、上記割出し手段を上記シャンク軸 に設けられた相手部材に到達させることにより、上記シャンク軸の回転を停止さ せて、このシャンク軸の角度位置を、上記割出し手段と上記相手部材との協働で 維持する、 という工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５． 上記シャンク軸の上記割り出しが、 上記シャンク軸を低いトルクにより回転させ； 上記シャンク軸の角度位置を上記軸に設けられた指示手段及び上記指示手段と 連動し、かつ上記シャンク軸に隣接して設けられた検出手段により検出し；さら に、 電界又は機械的ブレーキにより生じる停止・保持力により、上記シャンク軸の 回転を予め定められた角度位置で停止させて、この位置に保持する、 という工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ６． 上記割り出し中の上記シャンク軸の回転は、上記シャンク軸の一部を上記 ロボット又は類似の装置の動作により適切に配置された面に接触させることで、 上記ロボット又は類似の装置と上記表面との間の相対運動と摩擦の連係作用によ り行われる請求項４または５に記載の方法。 ７． 三次元の運動を行うロボット又は類似の装置のシャンク軸（２２）に装着 された工具（２６）を自動的に交換する装置であって、上記シ ャンク軸に設けられて上記工具を受け取る工具ホールダ（２４）と、上記工具ホ ールダに上記工具をクランプする締付け部材（２８）と、上記締付け部材（２８ ）の締付け及び／又は解除手段（３０、３２）とを有する装置において、 上記軸（２２）の回転位置の割り出しの為の割出し手段（４０）を備え、さら に、 三次元の運動を行う上記ロボット（１０）又は類似の装置は、上記工具（２６ ）の締付け部材（２８）を、上記締付け及び／又は解除手段（３０、３２）の位 置へ移動させることが可能であり、 上記締付け及び／又は解除手段は、少なくとも上記工具交換動作中、上記ロボ ット（１０）又は類似の装置の動作の範囲内に置かれていることを特徴とする装 置。 ８． 上記締付け部材（２８）を解除する為の上記手段は、 これに固定的に取り付けられて、上記ロボット（１０）又は類似の装置の動作 と連動し、上記締付け部材（２８）により与えられるクランピングカを除く手段 （３１）と、 上記締付け部材（２８）の残りのクランプしていない部分を更に開放する回転 可能な手段（３０）とを有する請求項７に記載の装置。 ９． 上記締付け部材は、回転することにより上記工具（２６）をクランプする ねじ（２８）である請求項７に記載の装置。 10． 上記締付け部材は油圧又は空圧により作動する部材であり、この部材が、 上記工具（２６）をクランプし、かつ、クイックレリーズアダプタ（３６）及び その相手部材（３７）に、或はこれと類似の接続方法で、流体の外部供給源に接 続されて、上記締付け部材の中の流体圧を変えるものである請求項７に記載の装 置。 11． 上記割出し手段（４０）は、 上記軸２２に隣接して配置されて、この軸の少なくとも放射方向に移動可能な 突出手段（４２、４９）と、 上記軸に関連して設けられ、上記突出手段を受け入れる少なくとも一つの溝（ ４４）、スロット、ボス又は同等の受け入れ手段とを有し、 これにより、上記突出手段と上記少なくとも一つの溝、スロット、ボス又は同 等のものとが連動して、上記回転可能な軸（２２）を一つ以上の予め定められた 角度位置に停止させる請求項７に記載の装置。 12． 上記受け入れ手段は、上記軸２２の周りに延びる少なくとも一つの不連続 的な溝（１１）を有し、この溝は、上記突出手段（４２）と連動して、上記軸の 回転を停止させる少なくとも一つの不連続部分（４５）を有する請求項１１に記 載の装置。 13． 上記受け入れ手段は、上記軸に回転不能に装着された少なくとも一つのス リーブ（４６）を備え、このスリーブ（４６）は、上記突出手段（４２）と連動 して上記軸の回転を停止させる少なくとも一つのボス又は突起（４７、４７’） を有する請求項１１に記載の装置。 14． 上記受け入れ手段は、上記軸の長手方向に延びる少なくとも一つの孔、ボ ス又はスロット（４８）を備え、かつ、上記軸に対して接近及び離間運動が可能 で、かつ好ましくは上記軸の回転を停止させるスプリング又は空圧によるバイア ス力を受けるピン（４９）が設けられた上記突出手段と連動して上記軸の回転を 停止させるように構成されている請求項７に記載の装置。 15． 上記割出し手段は、上記軸（２２）に装着された指示装置（５２）と、上 記指示装置と連動して上記軸の角度位置を検出する検出装置（５３）と、上記検 出装置（５３）及び指示装置（５２）と連動するブレーキ手段（５４、５５）と を備え、このブレーキ手段は、電気的、機械的又は他の適切な手段により駆動さ れて、上記軸を予め定められた位置に停止させ、かつ保持する請求項７に記載の 装置。