JPS5944161B2 - チヤツク自動交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工業用ロボットなどのチャックを自動的に交
換するための装置に関する。

工業用ロボット特に組立ロボットは部品を把持し、それ
を所定の位置に供給する動作に用いられるが、その部品
の形態などは組立ロボットの用途によつて異なり、また
同一製造ラインでも多種多様である。

したがつて汎用型の工業用ロボットのチャックはその多
様性の要求から、必要に応じて交換できなければならな
い。一方、チャック交換装置は工作機械のチャック交換
装置をはじめ、産業用ロボットの分野においても各種開
発されているが、構造の複雑化あるいは操作性の難点か
らまだ実用化に至つていない。

ここに本発明の目的は、簡単な機械的な構造で、チャッ
クホルダーの運動との関連によりチャックの交換を迅速
かつ確実に行なえるチャックの自動交換装置を提供する
点にある。上記目的のもとに本発明は、チャックの係合
部にチャックホルダーの爪を係り合わせ、それらの爪の
係脱動作をチャックホルダーの往復運動により行ない、
またチャックの分離をチャック自体の駆動源あるいはチ
ャック支持台側の機能を利用して行なうようにしている
。

以下、本発明を図に示す一実施例にもとづいて具体的に
説明する。

本発明のチャック自動交換装置１は、第１図に示すよう
に例えば工業用ロボット２に組み込まれる。

この工業用ロボット２は、多関節型で、支持３にフレー
ム４を取り付け、このフレーム４に第１アーム５および
第２アーム６をそれぞれ軸Ｔ、８により旋回可能な状態
で取り付け、これらをモータ９、１０によりそれぞれ独
立に駆動するとともに、上記第２アーム６の先端位置に
往復軸１１を垂直方向に取り付け、これをシリンダー１
２で駆動するように構成してある。そして本発明のチヤ
ツク自動交換装置１は、第２図ないし第５図に示すよう
に基本的な部分として、チヤツクホルダ一１３，チヤツ
ク１４およびチヤツク支持台１５により構成されている
。

チヤツクホルダ一１３は、第２図および第３図に示すよ
うに、円柱状のホルダー本体１６の上方部分に形成され
ているボス１７の取付孔１８の部分で往復軸１１の下端
にスプライン１９により結合している。このボス１７は
半径方向の１つのすり溝２０を有し、またその下方の部
分に中心位置まで切り込まれた水平方向のすり溝２１を
有しており、そのすり溝２０に直行する状態の締付ボル
ト２２により往復軸１１に回り止め状態で固定されてい
る。またホルダー本体１６は、直径線上の左右位置で一
対のコ字型の切欠２３を形成しており、その部分の水平
な孔２４により支軸２５を圧入状態で支持している。そ
れぞれの支軸２５は一対の爪２６の取付孔２Ｔにそれの
回動を許す状態で挿入してあり、またその爪２６の凹部
２８の間でカラー２９およびねじりばね３０を保持して
いる。ねじりばね３０は左右対称に設けられており、左
側のそれは一方の爪２６を反時計方向に、また右側のそ
れは他方の爪２６を時計方向に、それぞれ付勢しており
、それらの最大回転角は切欠２３の部分の中心側に圧入
されているストツプ手段としてのストツパ３１により規
制されている。なお、ねじりばね３０の上端はホルダー
本体１６の上面からかぶせられた状態で取付ねじ３２に
より固定されているカバー３３の下面のスプリング受３
４にへ字状に屈曲しながら接しており、また下端は爪２
６の凹部２８の底面に形成されたスプリング受３５に当
接している。もつともこのねじりばね３０の一端は、屈
曲部の疲労を避けるために、へ字状に屈曲させないで、
スプリング受３４またはボス１７に当接させてもよい。
一対の爪２６は、第４図のようにホルダー本体１６の中
心側すなわちそれらの対向面の側でやや下向きに形成さ
れたＵ字状のクランプ面３６を有し、そのクランプ面３
６７））ら下方にかけて傾斜面３７を形成している。

この傾斜面３７は後述のチヤツクガイド４６とともに一
対の爪２６を非係合ノ方向に回動させる案内手段を構成
している。

またクランプ面３６と傾斜面３７との間の左右の稜線位
置でガイド用のテーパ面３８が形成され、かつこれらの
背面の位置で当り面３９を形成している。この当り面３
９は、第２図のように、爪ロツク部材としてのロツクリ
ング４０の内側に形成されたくさび面４１に接触してい
る。ロツクリング４０はホルダー本体１６の外周面に対
し上下方向に摺動自在に挿入してあり、ばね手段として
のコイルばね４２により一対の爪２６を閉じる方向すな
わち係合方向に付勢している。このコイルばね４２は下
端部分でロツタリング４０のばね受４３に当たり、かつ
上端部分でカバー３３の内側のばね受面４４に当たつて
いる。このばね受４３にばね係止用の突起または溝が形
成されておれば、コイルばね４２は、伸縮時に定位置か
ら外れず、安定化する。一方、チヤツク１４は、第２図
および第５図に示すように、例えばエアー駆動式のもの
であり、下端部分に一対のチヤツク爪取付部４５を有し
、また上方部分にチヤツクガイド４６を有している。

このチヤツクガイド４６は断面逆Ｔ字状で、ホルダー本
体１６の中心位置のブシユ４７の内部にはまり得る大き
さで、中心位置にエアー通路４８を有し、かつその外周
面にＯリング４９を装着しており、かつ下方の部分で左
右一対の切欠による係合部５０を形成している。この係
合部５０は中心位置に向けて形成されており、その上面
で爪２６のクランプ面３６に対応するテーパー面５８を
形成している。なお前述の往復軸１１は、その中心位置
にエアー通路４８に通じるエアー通路５１を有し、また
その外周位置でＯリング５２によりホルダー本体１６の
ブシユ４７に対し気密状態で挿入されている。ここでエ
アー通路４８，５１はチヤツク１４を駆動するために流
体つまりエアー５９を導びくが、このエアー５９は同時
にチヤツク離し手段となつている。またチヤツク支持台
１５は、第５図のように台板５３の上に一対の支持板５
４を対峙させ、これらの支持板５４の上面部分でチヤツ
ク受面５５を形成し、このチヤツク受面５５の両端部に
ガイド５６を突設し、さらにチヤツク受面５５の位置に
例えば４本の当接部としての当接ロツド５７を直立させ
て構成してある。

つぎにチヤツク交換時の動作を説明する。

上記チヤツク支持台１５は工業用ロボツト２の動作範囲
内におかれており、各種のチヤツク１４はそのチヤツク
受面５５の上にガイド５６の位置決め作用により定位置
に載置されている。

まずチヤツクホルダ一１３がチヤツク１４をつかむとき
の動作を説明する。

チヤツクホルダ一１３にチヤツク１４が装着されていな
い状態では、強いコイルばね４２ｔ）３０ツクリング４
０を下方に押し下げてロツク状態としているため、一対
の爪２６はストツパ３１にあたつた状態で停止している
。この空のチヤツクホルダ一１３が工業用ロボツト２の
第１アーム５および第２アーム６の運動によりチヤツク
支持台１５の上方に案内されてきて下降すると、まずロ
ツクリング４０が当接ロツド５７の上端に当たり、それ
をコイルばね４２の付勢力に打ち勝つて上方に押し上げ
る。これにより一対の爪２６のロツク状態が解除される
ので、一対の爪２６はねじりばね３０の付勢力のみによ
り軽くストツパ３１に接している。その状態でチヤツク
ホルダ一１３がさらに下降すると、爪２６の傾斜面３７
がチヤツクガイド４６のテーパ面５８の先端部分に当つ
て拡開する方向に案内されるため、それぞれの爪２６は
支軸２５を中心としてねじりばね３０に抗して非係合方
向に回動し、その部分を乗り越えてクランプ面３６の部
分で係合部５０のテーパ面５８にねじりばね３０の付勢
力ではまり込む。このとき爪２６にガイド用のテーパ面
３８が形成してあるため、クランプ面３６と係合部５０
とは相互の位置出し作用のもとに簡単にはまり合う。も
ちろん爪２６の幅は係合部５０の幅とほぼ等しくし、そ
れらははまり合い時にｂ≦たつかない。一方、このチヤ
ツクホルダ一１３の下降中にチヤツクガイド４６はホル
ダー本体１６のブシユ４７の部分に気密状態ではまり込
んでいる。なお、チヤツクホルダ一１３の下降下限はチ
ヤツク１４の上面より１ｍｕ程度上方に設定してあるた
め、一対の爪２６は係合部５０に完全な状態ではまり込
まず、チヤツク１４を半ばクランプ状態で保持すること
になる。この状態でチヤツクホルダ一１３を上昇させる
と、一対の爪２６は係合部５０の部分でチヤツク１４を
つかんだまま持ち上げていくが、その上昇の過程でロツ
クリング４０が当接ロツド５７から離れ、コイルばね４
２の強い弾力を受けて下降し、一対の爪２６をそのくさ
び面４１で係合方向に押し付けるため、一対の爪２６は
くさび面４１と当たり面３９とのくさび作用のもとに、
完全に係合部５０にはまり、強い力でチヤツク１４を把
持することになる。もちろんこのチヤツクホルダ一１３
の上下方向の往復運動は工業用ロボツト２のシリンダー
１２を駆動して行なう。その後工業用ロボツト２はその
チヤツク１４を装着した状態で、部品供給などの作業を
する。ここでチヤツク１４は既に述べたようにエアー駆
動式であるから、エアー通路４８からエアー５９を取り
入れてチヤツク爪取付部４５を開閉する。このエアー５
９は工業用ロボツト２の本体部分からエアー通路５１を
経て送り込まれる。次に装着中のチヤツク１４を外す場
合には、次のような動作が行なわれる。まず工業用ロボ
ツト２はその第１アーム５および第２アーム６を移動さ
せ、往復軸１１をチヤツク支持台１５の上方に案内した
後、チヤツクホルダ一１３を下降させる。このようにす
ると下降の途中で当接ロツド５７がロツクリング４０の
下面に当たり、それを押し上げて一対の爪２６のロツタ
状態を解除する。この時、一対の爪２６はねじりばね３
０の付勢力だけでチヤツク１４を保持している。もちろ
んこの場合においてもチヤツク１４はチヤツク支持台１
５のチヤツク受面５５から１ｍ１Ｌ程度高い位置で停止
しているから、チヤツク１４はチヤツク受面５５の上に
直接乗らず、また往復軸１１とチヤツク支持台１５との
間で往復軸１１による下向きの荷重を受けることもない
。ここでエアー５９がエアー通路５１，４８からチヤツ
ク１４の内部に送り込まれると、一対のチヤツク爪取付
部４５が開放し、その後にエアー圧によりチヤツク１４
のチヤツクガイド４６はホルダー本体１６の内部から押
し出される。このとき一対の爪２６はクランプ面３６の
部分で係合部５０のテーパー面５８に案内されて、その
分力によりねじりばね３０に打ち勝つて開く方向つまり
非係合方向に回動する。その開く途中でチヤツク１４は
その自重により落下し、チヤツク受面５５の上にガイド
５６により位置決めされた状態で乗る。この状態で一対
の爪２６はねじりばね３０に付勢されてその傾斜面３７
の下方部分でテーパー面５８の上方先端部分に軽く接し
ている。その後工業用ロボツト２がチヤツクホルダ一１
３を上昇させると、チヤツクホルダ一１３はチヤツク１
４から分離し、それのみで上昇することになる。この途
中でロツクリング４０はコイルばね４２の弾力を受けて
一対の爪２６を係合方向に閉じるが、この時点での閉成
動作はチヤツク１４の上方で行なわれるため、一対の爪
２６はチヤツク１４を保持しないことになる。さて上記
実施例のチヤツク支持台１５はその当接ロツド５７によ
り、一対の爪２６のロツクを解除しているが、この解除
手段は第６図に示すようにロツクリング４０の側面の左
右位置にピン６０を取り付け、このピン６０をカバー３
３の長孔６１から外部に突出させておき、このピン６０
をチヤツクホルダ一１３の上下運動と関連してチヤツク
支持台１５の当接板６２により操作するようにしてもよ
く、また第７図に示すようにこのピン６０をケース６３
のＵ字状の支持溝６５の上面に当接させるようにしても
よい。

このピン６０は１本でもよいが、２本以上対称に設けて
コイルばね４０の弾力に対し均等に作用するようにすれ
ば円滑な動作が得られる。また上記実施例でのチヤツク
離し手段はエアー５９の押圧力を用いているが、この両
者の分離は永久磁石または電磁石の磁力を用いてもよい
。例えばそのための磁石６４は、第５図および第６図に
想像線で示すように、チヤツク受面５５の位置に取付け
ればよい。なお、ロツクリング４０とコイルばね４２と
は一対の爪２６を中心方向すなわち係合方向に回動付勢
すればよいから、他のばね手段によつて置き代えること
もできる。

また係合部（切欠）５０と一対の爪２６のクランプ面３
６との関係は、負荷状態で爪２６に拡開方向すなわち非
係合方向のモーメントを発生させる関係であればよいか
ら、傾斜面３７は支点の位置によつては設けなくてもよ
く、また爪２６は回動自在ではなく水平方向に摺動自在
に設けてあつてもよい。さらにこのクランプ用の係合部
（切欠）５０はチヤツク自体に設けてもよく、さらにチ
ヤツクホルダ一１３は上下方向の往復運動でなく水平運
動とし、チヤツク交換はチヤツク支持台１５の相対的な
上下運動に連動させて行なつてもよい。そしてこのチヤ
ツク自動交換装置１は工業用ロボツト２に用いて最適で
あるが、もちろんそれに限定されない。本発明によれば
、チヤツクホルダ一の相対的な往復運動と関連して一対
の爪を開閉または閉鎖させるようにしているから、チヤ
ツク交換ｌ）巾動化でき、しかも爪の駆動手段が特に必
要とされず、チヤツクホルダ一の構造がチヤツクに比較
して簡単かつ小型に構成でき、また爪と係合部とのはま
り合い時に位置出しが行なわれるので、チヤツクとチヤ
ツクホルダ一との結合状態が確実である。

なお、チヤツク離し手段ｔ）≦エアーを利用して行なわ
れる実施例では特別な解放用補助手段が必要とされず有
効であり、またその手段が磁力である実施例ではエアー
などの制御が不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は工業用ロボツトに本発明のチヤツク自動交換装
置を組み込んだ状態の側面図、第２図は本発明のチヤツ
ク自動交換装置の要部でチヤツクホルダ一にチヤツクを
組み合わせた状態の断面図、第３図は組み合わせ状態の
チヤツクホルダ一およびチヤツクの平面図、第４図は爪
の斜面図、第５図はチヤツク支持台，およびチヤツクの
斜面図、第６図および第７図はチヤツタ支持台の他の実
施例を示す斜面図である３，１・・・・・・チヤツク自
動交換装置、２・・・・・・工業用ロボツト、１３・・
・・・・チヤツクホルダ一、１４・・・・・・チヤツク
、１５・・・・・・チヤツク支持台、１６・・・・・・
ホルダー本体、２６・・・・・・爪、３１・・・・・・
ストツプ手段としてのストツパ、３７・・・・・・案内
手段としての傾斜面、４０・・・・・・爪ロツク部材と
してのロツクリング、４２・・・・・・ばね手段として
のコイルばね、５０・・・・・・係合部、５７・・・・
・・当接部としての当接ロツド、５９・・・・・・離し
手段としてのエアー、６２・・・・・・当接部としての
当接板、６４・・・・・・離し手段としての磁石、６５
・・・・・・当接部としての支持溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の係合部を外側にもつチャック、相対的な往復
   運動をするチャックホルダー、およびこのチャックホル
   ダーの前進途中で後記の爪ロック部材に当る当接部を持
   つチャック支持台から成り、上記チャックホルダーは上
   記係合部にはまる爪を係合方向に付勢して移動自在に支
   持したホルダー本体と、上記爪の係合方向のストップ位
   置を規制するストップ手段と、上記爪のストップ状態で
   上記チャックとの当接時に上記爪を非係合方向に移動さ
   せる案内手段と、進退自在の爪ロック部材と、この爪ロ
   ック部材を上記爪の係合側に進出付勢するばね手段と、
   上記チャックの解放時に動作し上記爪の移動付勢力に打
   ち勝つチャック離し手段とで構成したことを特徴とする
   チャック自動交換装置。 ２ チャックホルダーとチャックとの密着部分に流体を
   送る手段を設けてチャック離し手段を構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のチャック自動交換
   装置。 ３ チャック支持台に磁石を設け、この磁石の磁気吸引
   力をチャック離し手段としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のチャック自動交換装置。