JPH09272091A - ロボットハンド自動交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットハンドの交換を少ない時間で行うロ
ボットハンドの自動交換装置を提供する。 【解決手段】 ロボットの各種作業内容に対応し用意さ
れた複数の作業工具であるロボットハンドの自動交換装
置を、ロボットの昇降及び回転を行う軸の先端に取り付
けられたロボットハンドの保持部１と、ロボットハンド
３を搭載し保持部１に着脱自在に連結固定される交換部
２とから構成する。上記保持部１には先部側を大径にし
た段付き形状の引き込み軸１８を設け、シリンダ１４に
より上下方向へ一定量の移動を可能にする。上記交換部
２には上溝を小幅とした段差のある溝３１を水平方向に
設け、上記引き込み軸１８を水平方向に移動して上記溝
３１内に挿入可能にする。引き込み軸１８を溝３１内に
挿入後、引き込み軸１８のみをシリンダ１４により上動
して引き込み軸１８と溝３１とを係止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットアームの
先端に取り付けて使用する作業ハンド、作業工具等のロ
ボットハンドを自動交換するロボットハンド自動交換装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットハンド自動交換装置とし
ては特開平３−２５６６８６号公報に開示されている。
図１４は上記ロボットハンド自動交換装置を示す断面図
で、保持部６０と、この保持部６０に連結される交換部
７０からなっており、交換部７０の先端にはロボットハ
ンド８０が取り付けられている。

【０００３】保持部６０を構成するハウジング６１は図
示を省略したロボットアームに連結され、３次元的に移
動自在となっている。ハウジング６１内には、下部に複
数個の剛球組込み用穴を設けた玉受けハウジング６２が
上記穴に剛球６３を組み込んだ状態ではめ込み締結され
ており、玉受けハウジング６２の内部は交換部７０との
嵌合部６２ａとなっている。剛球６３は嵌合部６２ａに
対して出没自在となっており、剛球６３の上方には下端
開口部にテーパ部６４ａを設けたテーパピストン６４が
上下方向へ摺動自在に配置されている。テーパピストン
６４はバネ６５により常時下方に押されており、ハウジ
ング６１の側面に連結したエアー配管６７を介してハウ
ジング６１とテーパピストン６４とにより形成されるシ
リンダ部６６に加圧エアーを供給、停止することで、テ
ーパピストン６４を上動、下動させるようになってい
る。

【０００４】交換部７０を構成する交換台７１には、玉
受けハウジング６２の嵌合部６２ａと嵌合する嵌合部７
１ａが上部に設けられ、玉受けハウジング６２の嵌合部
６２ａより内側に突出した剛球６３を受けるテーパ部７
１ｂが嵌合部７１ａの下方に設けられている。

【０００５】次に、図１４〜図１６を用いて保持部６０
と交換部７０との連結動作を説明する。図１４の状態は
保持部６０が交換部７０の軸上に位置したところであ
る。この状態では、図示しないエアー供給源からエアー
配管６７を通じてシリンダ部６６に供給されるエアーの
圧力によりバネ６５の力に反してテーパピストン６４は
上がっている。この状態で図１５に示すように、交換部
７０の交換部材７１の嵌合部７１ａが玉受けハウジング
６２の嵌合部６２ａと嵌合するように保持部６０が下降
する。

【０００６】嵌合部６２ａと嵌合部７１ａが嵌合した状
態で、図１６に示すようにシリンダ部６６に供給されて
いるエアーの圧力を解除すると、バネ６５の力によって
テーパピストン６４が下降する。この時、テーパピスト
ン６４のテーパ部６４ａが剛球６３を玉受けハウジング
６２の内側に押し出して嵌合部７１ａの下に設けたテー
パ部７１ｂと噛み合わせることにより、交換台７１とハ
ウジング６１を連結固定する。以上のように、テーパピ
ストン６４を上下することにより保持部６０と交換部７
０の連結及び連結の解除を行う。

【０００７】次に、従来のロボットハンド自動交換装置
によるロボットハンドの交換動作を図１７に基づいて説
明する。図において、交換部７０は保持部６０に連結固
定され、交換部７０と交換する交換部７０ａ、７０ｂが
図示しないハンドストッカのＣ、Ｄの位置に置かれてい
る。ロボットハンド８０を連結した保持部７０は、Ａの
位置から矢印９０のように移動しＢの位置で止まる。こ
こで連結を解除し保持部６０は矢印９１のように上昇
し、ロボットハンド８０を取り付けた交換部７０はハン
ドストッカ（図示省略）に置かれる。次に、矢印９２の
ように保持部６０は水平にＣの位置まで移動する。その
後、矢印９３のように保持部６０は下降し、Ｃの位置で
他のロボットハンド８０ａを取り付けた交換部７０ａを
連結固定する。次に、矢印９４のように交換部７０ａを
連結固定した保持部６０は移動し、ロボットハンド８０
ａは何らかの作業を行う。同様に、保持部６０はＤの位
置でロボットハンド８０ｂを取り付けた交換部７０ｂと
の連結固定を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来は
一つのロボットハンドを交換するために、保持部６０は
その上下動を含む矢印９０から矢印９４まで５回の工程
動作をしなければならない。従って、頻繁にロボットハ
ンドを交換しなければならない場合には交換時間がかさ
み、ロボット本来の作業をしている時間が少なくなって
しまう欠点があった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、ロボットハンドの交換が頻繁になって
も交換の時間が少なくて済むロボットハンド自動交換装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のように構成した。請求項１の発明
は、ロボットの各種作業内容に対応し用意された複数の
作業工具であるロボットハンドの自動交換装置におい
て、ロボットの昇降及び回転を行う軸の先端に取り付け
られたロボットハンドの保持部と、上記ロボットハンド
を搭載し上記保持部に着脱自在に連結固定される交換部
とからなり、上記保持部には先部側を大径にした複数の
軸径を有し、その軸方向に一定量の移動が可能な段付き
形状の引き込み軸を設け、上記交換部には上記引き込み
軸が水平方向に挿入移動でき、かつ上記引き込み軸と係
止可能な段差のある溝を設けた。

【００１１】請求項２の発明は、上記交換部には先部側
を大径にした複数の軸径を有する段付き形状の軸を設
け、上記保持部には上記段付き形状の軸を水平方向に挿
入移動可能で、上記段付き形状の軸と係止可能な段差の
ある溝を設けた引き込み軸を軸方向に一定量移動可能に
設けた。

【００１２】請求項１の構成によると、ロボットハンド
の交換時には、所定の位置に交換しようとするロボット
ハンドをもって行き、保持部の引き込み軸のみを下げて
交換部の溝との係止を解消し、保持部と交換部の連結を
解除する。この状態で保持部の引き込み軸を交換部の溝
に沿って水平方向に移動させ、上記引き込み軸を交換部
の溝内から出す。次に、新しいロボットハンドを搭載し
た交換部の段差のある溝内に上記保持部の引き込み軸を
水平方向に移動して挿入する。この状態で引き込み軸の
みを軸方向に引き込むことによって引き込み軸と交換部
の溝とが係止し、交換部すなわち新しいロボットハンド
の連結がなされる。このように、本発明は交換の時に保
持部の全体が上下方向（Ｚ方向）に移動しなくてもロボ
ットハンドの交換が可能なため、サイクルタイムの短い
ロボットハンドの交換が可能となる。

【００１３】請求項２の構成によると、ロボットハンド
の交換時には、所定の位置に交換しようとするロボット
ハンドをもって行き、保持部の引き込み軸のみを下げて
引き込み軸の溝と交換部の段付き形状の軸との係止を解
消し、保持部と交換部の連結を解除する。この状態で引
き込み軸を水平方向に移動させ、引き込み軸の溝内から
交換部の軸を出す。次に、新しいロボットハンドを搭載
した交換部の軸に対して上記保持部の引き込み軸の溝を
水平方向に移動し、引き込み軸の溝内に交換部の軸を挿
入する。この状態で引き込み軸のみを軸方向に引き込む
ことによって引き込み軸の溝と交換部の軸とが係止し、
ロボットハンドの連結がなされる。このように、本発明
は交換の時に保持部の全体が上下方向（Ｚ方向）に移動
しなくてもロボットハンドの交換が可能なため、サイク
ルタイムの短いロボットハンドの交換が可能となる。さ
らに、交換部には段付き形状の軸を設ける構成であり、
交換部の軽量化、小型化を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

［発明の実施の形態１］本発明の実施形態１を図１〜図
８に基づいて説明する。本実施形態１のロボットハンド
自動交換装置は、図１〜図４に示すロボットハンドの保
持部と、図５〜図８に示すロボットハンドを搭載する交
換部からなっている。

【００１５】まず、図１〜図４を用いてロボットハンド
の保持部を説明する。図１は保持部の斜視図、図２は保
持部の正面図、図３は保持部の一部を断面にした側面
図、図４は保持部の底面図である。

【００１６】図１に示す通り、ロボットハンドの保持部
１は、ロボットアダプタ本体１１とシリンダ１４とベー
ス２０等からなっている。ロボットアダプタ本体１１は
保持部１の上部に備えられ、ロボット（図示省略）の昇
降及び回転を行う軸１０（以下、Ｚ・θ軸１０という）
に接続可能なロボットアダプタオサエ１２が設けられて
いる。ロボットアダプタオサエ１２は、Ｚ・θ軸１０が
挿入可能な内径部を有する円筒状に形成されるととも
に、すり割りが形成されている。そして図２に示すよう
に、すり割りを跨ぐようにロボットアダプタオサエ１２
の外側に設けたボルト１３を締め込むことにより、ロボ
ットオサエ１２でＺ・θ軸１０を挟み込んで固定してい
る。これにより、保持部１はロボットの動きによって自
由に移動される。

【００１７】また、図３に示す通り、ロボットアダプタ
本体１１の下面には図示省略したボルトによりシリンダ
１４が取り付けられている。シリンダ１４は、その軸１
５が、エアにより図３中上下方向に動作するように配置
されている。そして、軸１５の下面軸中心位置には引き
込み軸１８が取り付けられている。引き込み軸１８は図
５〜図８に示す交換部２を保持するためのもので、図３
に示す通り径の異なる円筒を２つ上下に重ねた上円筒部
１８ａと下円筒部１８ｂからなる段付き形状をしてお
り、側面から見ると逆Ｔ字形状をしている。また、シリ
ンダ１４の駆動源となるエアーは、図３に示す通り上下
に設けた２つの継ぎ手１６を介しエアーチューブ１６ａ
より供給される。以上により、シリンダ１４の作用によ
って、引き込み軸１８はその軸方向に移動自在となる。

【００１８】ベース２０は、引き込み軸１８で保持した
交換部２と結合するためのもので、シリンダ１４の下面
に取り付けられている。ベース２０には図２、図３に示
すように、交換部２に供給するエアーのための複数のエ
アー配管用孔２３と各エアー配管用孔２３に設けた継ぎ
手１７が備えられており、各継ぎ手１７には各々エアー
チューブ１７ａが接続されている。また、ベース２０の
下面には、交換部２と連結する際に位置決めの案内とな
る案内用穴１９と位置決め用ピン穴２４が形成されてい
る。なお、図１においては継ぎ手１７の図示を、図２に
おいてはエアチューブ１７ａの図示をしてある。

【００１９】次に、図５〜図８を用いてロボットハンド
を搭載した交換部を説明する。図５は交換部とロボット
ハンドの斜視図、図６は交換部の半截正面図、図７は図
８のＤ−Ｄ矢視図、図８は交換部の平面図である。

【００２０】交換部２は図６、図７に示すように、ボル
ト３５によりロボットハンド３を取り付けたツールアダ
プタ３０からなっている。ツールアダプタ３０は保持部
１に着脱自在に連結される部品であり、その上面には幅
溝が異なる上溝３１ａと下溝３１ｂからなる逆Ｔ字形状
をした段差のある溝３１がツールアダプタ３０を直線的
に横断して設けられている。この溝３１は、上溝３１ａ
及び下溝３１ｂの幅が、図２、図３に示した引き込み軸
１８の上円筒部１８ａ及び下円筒部１８ｂの径より各々
大きく形成されるとともに、上溝３１ａの幅より下円筒
部１８ｂの径が大きく形成されている。これにより、上
溝３１ａに上円筒部１８ａを、及び下溝３１ｂに下円筒
部１８ｂをツールアダプタ３０の側面方向から挿入可能
で、引き込み軸１８が溝３１の中を溝３１に沿って自由
に移動可能になるとともに、シリンダ１４により引き込
み軸１８を上動したときに下円筒部１８ｂの上面（引き
込み部）１８ｃと上溝１８ａの下面３１ｃとが係止し、
保持部１と交換部２が連結保持されようになっている。

【００２１】また、図６に示すツールアダプタ３０の上
面には、円弧状の案内部３２と、位置決めピン３４とが
設けれらている。案内部３２は図１〜図３に示した保持
部１のベース２０に設けた案内用穴１９と嵌合する部位
であって、上記保持部１に対して図５、６にて示す交換
部２を連結保持する際の案内となる。また位置決めピン
３４は、上記保持部１のベース２０に設けた位置決め用
穴２４（図２および図４参照）と嵌合する部位であっ
て、上記保持部１に対して交換部２を連結保持する際の
位置決めを行うものである。尚、上記位置決め用穴２４
の内周面下端および位置決め用ピン３４の外周先端に
は、挿入が容易になるように、テーパ状の面取りが施さ
れている（図２、図４、図５、図６参照）。

【００２２】さらに、図６に示したツールアダプタ３０
の上面には、上記保持部１と交換部２が連結保持される
際に、保持部１のエアー配管用孔２３と接続するように
配管用孔３３が複数設けられている（図８参照）。各配
管用孔３３にはツールアダプタ３０の側面に配設した継
ぎ手３７が各々接続されており、複数の継ぎ手３７に
は、交換部２を保持部１に連結保持したときに、複数の
エアーチューブ１７ａを通してエアーが複数の継ぎ手１
７、エアー配管用孔２３及び配管用孔３３により供給さ
れ、この継ぎ手３７を介してロボットハンド３で行う種
々の作業のためのエアーが供給されるようになってい
る。なお、図５においては、配管用孔３３及び継ぎ手３
７の図示を省略してある。

【００２３】次に、保持部１と交換部２の連結動作を図
９及び図１０に基づいて説明する。図９は保持部１と交
換部２との連結が解除されている状態を、図１０は両部
が連結されたときの状態を各々示す一部断面図である。

【００２４】図９において、交換部２は略図のハンドス
トッカ４に置かれている。そして、ツールアダプタ３０
の溝３１の高さ位置に引き込み軸１８がくるようにシリ
ンダ１４の軸１５を下げた状態で、引き込み軸１８を溝
３１内にツールアダプタ３０の側面方向から挿入し、位
置決め用ピン穴２４と位置決め用ピン３４を対向させ
る。この状態で、シリンダ１４にエアーを送り込んでシ
リンダ１４の軸１５を引き込むと、図１０に示すように
引き込み軸１８の引き込み部１８ｃと上溝３１ａの下面
３１ｃが係止し、ロボットハンド３を搭載した交換部２
を保持部１の方向に引き上げる。このとき、案内部３２
が案内用穴１９に嵌合するとともに、位置決め用ピン３
４が位置決め用穴２４に嵌合し、保持部１と交換部２が
位置決めされつつ連結される。同時に、保持部１のエア
ー用配管孔２３と交換部２の配管用孔３３も連結される
ので、エアーチューブ１７ａを介して継ぎ手１７に送ら
れるエアーが継ぎ手３７にも供給される。

【００２５】次に、図１１を用いて、保持部１に連結す
る交換部の交換、すなわちロボットハンドの交換をする
ときの動作について説明する。図１１において、交換部
２、２ａ、２ｂには各々ロボットハンド５、６、７が取
り付けられて、交換部２ａ、２ｂは図示しないハンドス
トッカに置かれている。今、Ａの位置において、保持部
１は図１０に示す状態で交換部２を介してロボットハン
ド５を保持している。次に、保持部１は矢印４０に示す
ように移動し、Ｂの位置で停止する。ここで、シリンダ
１４を作動させ引き込み軸１８のみを下げることによっ
て図１０の状態から図９に示す状態にする。ここで保持
部１と交換部２との連結が解除され、ロボットハンド５
は交換部２と一緒に図示しないハンドストッカに置かれ
る。

【００２６】次に、交換部２の保持を解除した保持部１
は矢印４１に示すように横方向へ移動し、図９に示すよ
うに引き込み軸１８が溝３１内に挿入された状態となる
Ｃの位置で停止する。ここで、シリンダ１４を動作させ
引き込み軸１８のみを引き込んで交換部２ａを保持部１
に連結させ、図１０の状態とする。この時、交換部２ａ
にはハンドロボット６が取り付けられており、保持部１
に保持されたロボットハンド６によって可能な所定の作
業が可能になる。この後、矢印４２で示すようにロボッ
トハンド６によってなされる所定の任意の作業を行う位
置でまで移動し、作業を行うことができる。同様に、保
持部１をＥの位置まで移動して交換部２ｂに取り付けた
ロボットハンド７と交換する。

【００２７】本発明の実施形態１によれば、ロボットハ
ンドを交換する際に、図１７に示す従来の交換動作にお
ける矢印９１及び矢印９３の動作、すなわち保持部１の
全体を上下に動かすことなく交換作業を行うことが可能
となるので、ロボットハンドを交換するための時間を短
縮することができ、ひいてはロボットハンドによる作業
効率を向上させることができる。

【００２８】［発明の実施の形態２］本発明の実施形態
２を図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２は保
持部と交換部との連結が解除された状態を示す一部断面
図、図１３は保持部と交換部とを連結した状態を示す一
部断面図である。

【００２９】本発明の実施形態２は、実施形態１の引き
込み軸１８を溝付き引き込み軸５０に変更するととも
に、交換部材２のツールアダプタ３０に設けた溝３１を
ツールアダプタ５５に設けた段付き軸５６に変更して構
成されている。その他の構成は実施形態１と同様であ
り、同一部分には同一番号を付して説明を省略する。

【００３０】溝付き引き込み軸５０には、溝幅が大きい
上溝５１ａと溝幅が小さい下溝５１ｂからなる段差のあ
る溝５１が形成され、溝５１がＴ字形状となるようにシ
リンダ１４の軸１５の先端に取り付けられている。一
方、段付き軸５６は大径の上軸部５６ａと小径の上軸部
５６ｂからなり、ツールアダプタ５５と一体加工して形
成されている。

【００３１】次に、保持部１と交換部２の連結動作を説
明する。実施形態１と同様に、溝付き引き込み軸５０の
溝５１内に段付き軸５６を挿入する。その後、シリンダ
１４を作動させて溝付き引き込み軸５０を引き込むと、
溝付き引き込み軸５０の下溝５１ａの上面５１ｃと段付
き軸５６の上軸部５６ａの下面５６ｃが係止し、保持部
１に交換部２が連結固定される。ロボットハンド３を搭
載した交換部２を交換する動作は実施形態１と同様であ
る。

【００３２】本発明の実施形態２によれば、実施形態１
の効果に加え、使用するロボットハンド３の種類の数だ
け必要となるツールアダプタ５５を実施形態１に比べて
小型化できるため、製作費が実施形態１に比べ安価にな
る。更に、ツールアダプタ５５が軽量化されるため、ロ
ボットハンド３をストックしておくハンドストッカの剛
性を小さくできる。よって、ハンドストッカをコンパク
トでき、ロボットの動作範囲を有効に使用することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項
１、２の発明によれば、ロボットハンドの保持部を水平
方向に移動するのみでロボットハンドを搭載した交換部
を交換することができ、従来の上下動と伴う交換工程に
比べ、ロボットハンドの交換時間を減少することができ
る。また、交換に要する時間を短くすることで、ロボッ
トによる作業効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の保持部を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の実施形態１の保持部を示す正面図であ
る。

【図３】本発明の実施形態１の保持部を一部断面にして
示す側面図である。

【図４】本発明の実施形態１の保持部を示す底面図であ
る。

【図５】本発明の実施形態１の交換部を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明の実施形態１の交換部を示す半截断面図
である。

【図７】図８のＤ−Ｄ矢視図である。

【図８】本発明の実施形態１の交換部を示す平面図であ
る。

【図９】本発明の実施形態１の保持部と交換部との連結
を解除した状態を示す一部断面図である。

【図１０】本発明の実施形態１の保持部と交換部を連結
をした状態を示す一部断面図である。

【図１１】本発明の実施形態１によるロボットハンドの
交換動作を説明する図である。

【図１２】本発明の実施形態２を示す一部断面図で、保
持部と交換部との連結を解除した状態を示している。

【図１３】本発明の実施形態２を示す一部断面図で、保
持部と交換部を連結した状態を示している。

【図１４】従来技術を示す断面図である。

【図１５】従来技術を示す断面図である。

【図１６】従来技術を示す断面図である。

【図１７】従来技術によるロボットハンドの交換動作を
説明する図である。

【符号の説明】

１ 保持部 ２ 交換部 ３ ロボットハンド １０ Ｚ・θ軸 １１ ロボットアダプタ本体 １２ ロボットアダプタオサエ １４ シリンダ １５ シリンダの軸 １８ 引き込み軸 ２０ ベース ３０ ツールアダプタ ３１ 溝 ５０ 溝付き引き込み軸 ５１ 溝 ５５ ツールアダプタ ５６ 段付き軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの各種作業内容に対応し用意さ
   れた複数の作業工具であるロボットハンドの自動交換装
   置において、ロボットの昇降及び回転を行う軸の先端に
   取り付けられたロボットハンドの保持部と、上記ロボッ
   トハンドを搭載し上記保持部に着脱自在に連結固定され
   る交換部とからなり、上記保持部には先部側を大径にし
   た複数の軸径を有し、その軸方向に一定量の移動が可能
   な段付き形状の引き込み軸を設け、上記交換部には上記
   引き込み軸が水平方向に挿入移動でき、かつ上記引き込
   み軸と係止可能な段差のある溝を設けたことを特徴とす
   るロボットハンド自動交換装置。
2. 【請求項２】 上記交換部には先部側を大径にした複数
   の軸径を有する段付き形状の軸を設け、上記保持部には
   上記段付き形状の軸を水平方向に挿入移動可能で、上記
   段付き形状の軸と係止可能な段差のある溝を設けた引き
   込み軸を軸方向に一定量移動可能に設けたことを特徴と
   する請求項１記載のロボットハンド自動交換装置。