WO2017212790A1

WO2017212790A1 - ツール交換装置

Info

Publication number: WO2017212790A1
Application number: PCT/JP2017/015477
Authority: WO
Inventors: 真洋内竹
Original assignee: ビー・エル・オートテック株式会社
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2017-12-14
Also published as: KR20190008902A; CN109311172A; JPWO2017212790A1

Abstract

本発明は、マスタプレート(4)へのツールプレート(1)の不十分な連結状態でのツールによる作業を抑制できるツール交換装置を提供することを課題とする。本発明は、差込凹部を有するツールプレート(1)と、筒状部を有しツールプレート(1)とが着脱可能に連結するマスタプレート(4)とを備え、マスタプレート(4)が、シリンダ室(10)及び流通路が形成されたプレート本体(7)と、筒状部の軸と垂直方向に出退可能に設けられる係止部(5)と、筒状内のシリンダ室の圧力によって筒状部の軸方向に往復動可能で係止部(5)の出退を行うピストン部材(8)とを有し、ツールプレート(1)が、差込凹部に筒状部を差し込んだ状態で係止部が出退することで係止部(5)と係脱される被係止部(21)を有するツール交換装置であって、マスタプレート(4)が、上記シリンダ室(10)の圧力を検知する検知手段(23)をさらに有することを特徴とする。

Description

ツール交換装置

　本発明は、ツール交換装置に関する。

　ツール交換装置は、例えば、ロボットのアームに種々のツールを交換して取り付けるためのものである。このようなロボットアーム用ツール交換装置は、一台のロボットがツールの交換により複数の作業を行うことができるので、ロボットの多機能化や段取り時間の短縮化を図ることができ、多品種少量生産に貢献することができる。

　このツール交換装置は、一例としてロボット側に取り付けられるマスタプレートと、ツール側に取り付けられるツールプレートとを有している。このマスタプレートとツールプレートとが、操作によって着脱できるよう設けられ、この着脱によってロボットは種々のツールに交換することができる。

　このようなツール交換装置としては、複数のボールの出退によって上記着脱がなされるものが公知である（特開２０１５－４４９号公報参照）。この公報所載のロボットアーム用ツール交換装置にあっては、ツールプレートが上面に差込凹部を有し、マスタプレートがこの差込凹部に差し込み可能な筒状部を有している。このマスタプレートは、上記筒状部を有するプレート本体にシリンダ室が形成されている。また、上記複数のボールは、上記筒状部の軸と垂直方向に出退可能に筒状部に保持されている。上記マスタプレートは、上記シリンダ室へ加圧することで上記筒状部の軸方向に筒状部内をツールプレート側に移動するピストン部材を有している。そして、このピストン部材の移動によって上記複数のボールは軸と垂直方向外側に移動する。上記ツールプレートは、上記差込凹部に上記筒状部を差し込んだ状態で複数のボールが出退することで複数のボールと係脱される被係止部を有している。

　上記ロボットアーム用ツール交換装置にあっては、ツールプレートの着動作を行う際に、まず上記差込凹部に上記筒状部を差し込む。そして、この状態でシリンダ室を加圧することで、ピストン部材がツールプレート側に移動し、複数のボールが筒状部の軸と垂直方向の外側に押し出される。このように筒状部の側面の外側に押し出されたボールは、ツールプレートの被係止部と係止し、これによりマスタプレートにツールプレートが連結される。そして、この連結状態において、ロボットアームに装着されたツールによって所望の作業がなされる。一方、ツールプレートの脱動作を行う際には、シリンダ室の反対側の室を加圧することで、ピストン部材がマスタプレート側に移動し、複数のボールが軸と垂直方向の内側の移動が許容されることで、上記被係止部との係止が解除される。

　上述のようなツールプレートの着動作におけるシリンダ室への加圧は、例えば工場のエア供給装置等によってなされ、このエア供給装置からエア供給管を介して上記シリンダ室にエアが供給される。

　しかし、上記エア供給装置によって十分なエアが供給されていても、例えばエア供給管等の不具合によってシリンダ室に十分な圧力が供給されないおそれがある。このようにシリンダ室への加圧が十分になされていない状態で、ツールの作業が開始されると、ツールの自重等によって複数のボールが意図せずに軸と垂直方向内側に移動してしまうおそれがある。このようなボールの不用意な軸と垂直方向内側への移動は、マスタプレートからのツールプレートの不用意な離脱を招くおそれがある。

特開２０１５－４４９号公報

　そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、マスタプレートへのツールプレートの不十分な連結状態でのツールによる作業を抑制できるツール交換装置を提供することを課題とする。

　本発明のツール交換装置は、上面に差込凹部を有するツールプレートと、連結状態で上記上面に接する一面と上記差込凹部に差し込み可能な筒状部とを有すると共に上記ツールプレートを着脱可能に連結するマスタプレートとを備え、上記マスタプレートが、上記筒状部を有すると共に、内部にシリンダ室及びこのシリンダ室に流体を供給する流通路が形成されたプレート本体と、上記筒状部に保持され、筒状部の側面から出退可能に設けられる少なくとも一つの係止部と、上記シリンダ室の圧力によって上記一面と略垂直方向に上記筒状部内を往復動可能に上記プレート本体に取付けられると共に往復動によって上記係止部の出退を行うピストン部材とを有し、上記ツールプレートが、上記差込凹部に上記筒状部を差し込んだ状態で上記係止部が出退することで係止部と係脱される被係止部を有するツール交換装置であって、上記マスタプレートが、上記シリンダ室の圧力を検知する検知手段をさらに有することを特徴とする。

　当該ツール交換装置は、ツールプレートの差込凹部にマスタプレートの筒状部を差し込み、この状態でシリンダ室の圧力を制御することで、ピストン部材が下方に移動し、これにより係止部が筒状部の軸と垂直方向外側に移動し、この係止部とツールプレートの被係止部が係止し、ツールプレートの着動作がなされ、マスタプレートとツールプレートとの連結状態が得られる。当該ツール交換装置は、マスタプレートが、シリンダ室の圧力を検知する検知手段をさらに有するので、シリンダ室の圧力がツールプレートの着動作に必要な圧力に達しているかを判断することができ、必要な圧力に達していない場合には例えばエラー通知を行うことや、ツールによる作業を行わないことが可能となる。このため、当該ツール交換装置は、マスタプレートへのツールプレートの不十分な連結状態での作業を行うことを抑制することができる。

　上記検知手段は、上記流通路に連結されていることで、上記シリンダ室の圧力を検知するとよい。検知手段が流通路に連結されていることで、この流通路に連通するシリンダ室の圧力を検知することができる。

　上記検知手段は圧力検知部材に設けられ、この圧力検知部材は上記プレート本体に付設されていることが好ましい。つまり、当該ツール交換装置は、上記検知手段を有する圧力検知部材が上記プレート本体と別体で設けられ、この圧力検知部材がプレート本体に付設されている構成を採用することで、従来から用いていたプレート本体に上記圧力検知部材を付設することで、不十分な連結状態での作業を抑制できると共に、既存の装置及び部材を効率よく利用することができる。

　上記係止部が、上記ピストン部材の往復動によって上記筒状部の側面より出退可能に保持される複数のボールから構成され、上記被係止部が、上記筒状部を差込凹部に差し込んだ状態で進出した上記ボールにより係止されることが好ましい。これにより、ツールプレートの差込凹部にマスタプレートの筒状部を差し込み、この状態でシリンダ室の圧力を制御することで、ピストン部材が下方に移動し、これによりボールが筒状部の軸と垂直方向外側に移動し、このボールとツールプレートの被係止部が係止し、ツールプレートの着動作がなされ、マスタプレートとツールプレートとの連結状態が得られる。

　また、当該ツール交換装置は、少なくとも上記シリンダ室への流体の供給を制御する制御部をさらに備え、上記検知手段は、検知した圧力情報を上記制御部に送信し、送信された上記圧力情報が所定の圧力以下であった場合に上記制御部は、所定の処理を行うことが好ましい。これによって、制御部でツールによる作業の停止等の所望の処理を行うことで、マスタプレートへのツールプレートの不十分な連結状態での作業を行うことを抑制することができる。

　以上説明したように、本発明のツール交換装置は、マスタプレートへのツールプレートの不十分な連結状態でのツールによる作業を抑制することができる。

本発明の一実施形態のツール交換装置のツールプレートの離脱状態の概略的断面側面図である。図１のツール交換装置のツールプレートの連結直前の状態の概略的断面側面図である。図１のツール交換装置のツールプレートの連結状態の概略的断面側面図である。図１のツール交換装置の動作を説明するための全体構成図である。

〈ツール交換装置〉
　本発明の一実施形態である図１～図３のツール交換装置は、上面に差込凹部２を有するツールプレート１と、上記差込凹部２に差し込み可能な筒状部６を有し、上記ツールプレート１を着脱可能に連結するマスタプレート４とを備える。

　上記マスタプレート４は、例えばロボットアーム（図示省略）に装着され、上記ツールプレート１にはツール（図示省略）が装着され、マスタプレート４とツールプレート１とが操作によって着脱されることでロボットアームには種々のツール（ツールプレート１）を交換して装着できる。

　上記マスタプレート４は、上記筒状部６を有するプレート本体７と、このプレート本体７に保持される複数の係止部と、プレート本体７に往復動可能に取付けられるピストン部材８とを備えている。上記係止部として、ボール５が用いられている。

　上記プレート本体７の内部には、シリンダ室１０及びこのシリンダ室１０に流体を出入する流通路１１が形成されている。具体的には、上記プレート本体７は、上記シリンダ室１０の内周壁を構成する凹部の形成された第１筒状体１２と、この第１筒状体１２の下部に固定される第２筒状体１３とを有している。すなわち、この実施形態では、第１筒状体１２と第２筒状体１３とでプレート本体７が構成されている。なお、第１筒状体１２及び第２筒状体１３は略円筒状に設けられている。

　上記流通路１１は、上記第１筒状体１２に形成され、上記シリンダ室１０のうち、後述するピストン部材８より上部に位置する上部シリンダ室１０ａに配される。上記流通路１１は、工場内のエア供給装置（図示省略）に電磁弁１４を介して接続されている（図４参照）。

　また、プレート本体７の内部には、上記上部シリンダ室１０ａとピストン部材８を挟んだ反対側の下部シリンダ室１０ｂの流体を出入する第２の流通路１５が設けられている。この第２の流通路１５は、ピストン部材８がボール５の係止状態側に移動した際（図１から図２、及び図２から図３の状態となる際）に上記下部シリンダ室１０ｂの流体を排出する。なお、ピストン部材８をボール５の係止離脱側に移動させる際（図３から図２、及び図２から図１の状態となる際）には、第２の流通路１５を介して上記下部シリンダ室１０ｂへ流体を流入する。このため、この第２の流通路１５も上記電磁弁１４に接続されている（図示省略）。なお、図１～図３にあっては、作図上、流通路１１と第２の流通路１５とが対向して形成（左右異なる側の壁に形成）されているように図示しているが、流通路１１と第２の流通路１５とは隣接して形成（同一側の壁に形成）される他、任意の箇所に形成されて良い。

　上記第１筒状体１２の下面には、第２筒状体１３の装着される段部が設けられている。この段部には、上記第２筒状体１３が固定される。上記第２筒状体１３は、上記段部に嵌着される鍔部１６と、この鍔部１６から下方に突出する上記筒状部６とを有している。このため、上記筒状部６は、上記第１筒状体１２より下方に突出するように設けられる。また、第２筒状体１３は、後述するピストン部材８のロッド１７を挿通する挿通穴が形成されている。なお、上記第１筒状体１２がロボットアーム等に装着される。

　また、上記プレート本体７及びツールプレート１は、連結状態において互いに当接する当接面７ａ，１ａを有している。具体的には、上記第１筒状体１２の下面及び上記鍔部１６の下面が、面一に設けられ、連結状態においてツールプレート１の上面である当接面１ａに当接する（図３参照）。つまり、この実施形態では、第１筒状体１２の下面及び第２筒状体１３の鍔部１６の下面で構成される面一の面が、マスタプレート４の当接面７ａとなり、マスタプレート４とツールプレート１の連結状態では、このマスタプレート４の当接面７ａがツールプレート１の当接面１ａと当接している。

　上記マスタプレート４は、上記シリンダ室１０の上壁（ピストン対向壁）を構成するプレート１８をさらに備えている。このプレート１８は、上記プレート本体７（の第１筒状体１２）の上面に固着されている。これによって、シリンダ室１０は気密に設けられている。

　上記筒状部６には、上記ボール５を保持する複数の保持穴が筒状部６の軸と垂直方向に穿設されている。この保持穴は、ボール５を筒状部６の側面から出退可能に保持している。なお、筒状部６外側の保持穴の径はボール５の径よりも小さく設けられ、ボール５が筒状部６外側に離脱することが規制されている。

　上記ピストン部材８は、上記シリンダ室１０の圧力によって上記筒状部６の軸方向、すなわち、上記当接面に対して略垂直方向に沿って筒状部６内を往復動可能に上記プレート本体７に取付けられている。このピストン部材８の往復動によって、上記複数のボール５は筒状部６の側面から出退する。

　具体的には、上記ピストン部材８は、上記第２筒状体１３の挿通穴に挿入されるロッド１７と、筒状部６に突出するロッド１７の先端（図の下端）に固着されるカム部２０とを有している。このカム部２０の側面は上記ボール５に当接し、ボール５の筒状部６の内側への移動が規制される。

　上記カム部２０は、ピストン部材８が上端に位置する際にボール５の外面が筒状部６の外面より内側に移動を許容し、ボール５の筒状部６の内側に脱落することを防止している（図１参照）。

　また、カム部２０の側面は、図の下方に従って内側に傾斜した傾斜面とされており、ピストン部材８の下方への移動によってボール５が筒状部６の外側に押し出され、ボール５と被係止部２１との係止状態が得られる。ここで、カム部２０は、傾斜角の異なる二つの傾斜面を有している。二つの傾斜面の筒状部６の軸方向とのなす角度は、図の下方の傾斜面の方が大きく、続く上方の傾斜面の方が小さい。上記ピストン部材８が上端に位置した状態（図１参照）からピストン部材８が下方に移動することで、上記傾斜の大きな面がボール５を外側に押し出し、その後、ピストン部材８が下端に至ると、上記傾斜の小さな面がボール５の筒状部６の内側への移動を規制している（図３参照）。

　上記ツールプレート１は、上記差込凹部２に上記筒状部６を差し込んだ状態で複数のボール５がロッド１７の中心軸から垂直方向に外側へ押し出されることで複数のボール５と接する被係止部２１を有している。つまり、本実施形態において、係止部は、上記ピストン部材８の往復動によって筒状部６の側面より出退可能に保持される複数のボール５から構成され、被係止部２１は、筒状部６を差込凹部２に差し込んだ状態で進出した上記ボール５により係止されるよう構成されている。

　上記被係止部２１は、上記プレート本体７の当接面７ａ，及びツールプレート１の当接面１ａが隙間をもって対向している状態で上記複数のボール５が筒状部６の外側に進出された際に少なくとも１つのボール５に当接する天面２１ａを有し、上記天面２１ａに当接するボール５をさらに外側に進出させた際に上記当接面７ａ，１ａが互いに当接するよう設けられている。具体的には、上記差込凹部２の径が、図の上方よりも下方に従って大きくなるように傾斜した上記天面２１ａが形成されている。より具体的に説明すると、上記筒状部６が差込凹部２に差し込まれ、上記当接面７ａ，１ａ同士が所定の隙間をもって配された状態で、ピストン部材８の移動によってボール５が外側に押し出された際に図２に示すように天面２１ａとボール５とが当接し、この状態からさらにボール５が外側に出ることで、天面２１ａに沿ってボール５が移動し、相対的にツールプレート１がマスタプレート４側に引き寄せられ、図３に示すツールプレート１の連結状態が得られる。

　当該ツール交換装置は、上記流通路１１に連結されシリンダ室内の圧力を検知する検知手段を備えている。この実施形態では、当該ツール交換装置は、検知手段として、上記プレート本体７と別体に設けられ、上記プレート本体７に付設された圧力検知部材２３を備える。この圧力検知部材２３は、上記流通路１１の圧力を検知することで、シリンダ室１０の圧力を検知するものである。なお、圧力検知部材２３としては、従来公知のものを種々採用することができる。例えば、ワコー電子（株）製ＰＳ－２０や、（株）テムテック研究所製ＳＥ６００ＬＰ等、所定の圧力帯を検知可能な圧力センサを好適に用いることができる。

　当該ツール交換装置は、上記シリンダ室１０への流体の供給を制御する制御部２５をさらに備えている。ツール交換装置がロボットアームに装着される場合には、この制御部２５はロボットの動作も制御する。この制御部２５には、上記検知手段が検知した圧力情報が送信される。制御部２５は、上記検知手段によってシリンダ室１０の圧力が所定圧以上であると判断した際に、ツールによる作業を開始するよう指示する。

　また、検知手段からの制御部２５への圧力情報の送信は、ツールによる作業時においてもなされている。制御部２５は、上記検知手段から送信された圧力情報が所定の圧力以下であった場合に、所定の処理を行う。ここで、所定の処理として、例えば異常時処理等があり、異常時処理として、図示しない表示部に異常であることを表示するとともに、緊急停止処理を行う、あるいは、制御部２５がエア供給装置の出力を常時制御できる場合には、その出力を調整してシリンダ室１０内の圧力を所定の圧力以上に維持する等がある。

〈動作方法〉
　次に、当該ツール交換装置の動作方法について説明する。

　当該ツール交換装置は、プレート本体７の当接面７ａとツールプレート１の当接面１ａとが隙間をもって対面した状態とし、上部シリンダ室１０ａにエアを供給する。

　上部シリンダ室１０ａにエアが供給されると、ボール５が筒状部６の外側に移動し、天面２１ａを押圧することでツールプレート１がマスタプレート４側に引き寄せられ、当接面７ａ、１ａが当接し、ツールプレート１とマスタプレート４との連結状態が得られる。

　この連結状態において、シリンダ室１０の圧力が十分であると、上記検知手段が制御部２５に情報を送信し、ツールによる作業が開始される。一方、検知手段がシリンダ室１０の圧力が不十分であると判断した場合、制御部２５は上記ツールによる作業を開始しない。このため、当該ツール交換装置は、マスタプレート４へのツールプレート１の不十分な連結状態での作業を行うことを抑制することができる。

　検知手段は、ツールによる作業時においても上記圧力情報を制御部２５に送信し、シリンダ室１０の圧力が所定の圧力未満になった場合、上述したような異常時処理を行う。なお、所定の圧力は、マスタプレート４及びツールプレート１の可搬重量等によって適宜定められるが、一例としては、０．４ＭＰａ等である。

〈利点〉
　以上のように、当該ツール交換装置は検知手段を備えることで、ツール作業中においてツールプレート１の不用意な離脱することを防止でき、また当接面同士が当接していない状態でのツールによる不正確な作業がなされることを抑制できる。

　さらに、当該ツール交換装置は、上記検知手段がマスタプレート４のプレート本体７と別体の圧力検知部材２３に設けられているので、従来から用いていたプレート本体７に上記圧力検知部材２３を付設することで、不十分な連結状態の作業を抑制できると共に、既存の装置及び部材を効率よく利用することができる。

〈その他の実施形態〉
　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。

　つまり、上記実施形態においては、圧力検知手段がマスタプレート４のプレート本体７と別体に設けられているものについて説明したが、本発明はこれに限定されず、圧力検知手段がマスタプレートに内蔵されているものであってもよい。

　また、上記実施形態においては、ピストン部材８がエアの加圧によって往復動行うものについて説明したが、その他の流体を用いることも可能である。さらに、ツールプレート１の連結状態をシリンダ室１０の加圧によって得るものについて説明したが、本発明はこれに限定されず、シリンダ室１０が負圧になることでツールプレート１の連結状態が得られるよう設計変更することも可能である。

　さらに、上記実施形態においては被係止部２１に係脱される係止部材としてボール５を用いたものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態のような筒状体にカム部材（係止部材）を軸支し、このカム部材がピストン部材の往復動によって筒状体の側面から出退し、このカム部材の出退によってカム部材と被係止部との係脱がなされるものを採用することも可能である。

　さらに、上記実施形態においては、ピストン部材８がツールプレート１側に位置するときにマスタプレート４とツールプレート１との連結状態（図３参照）が得られる構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ピストン部材がツールプレート側に位置するときにツールプレートの離脱状態（係止部と被係止部との脱状態）となり、ピストン部材がツールプレートから離反する側に移動することでツールプレートの着状態（係止部と被係止部との係止状態）となるものも本発明の意図する範囲内である。なお、このように構成するためには、上記実施形態のカム部２０の形状を上下反対とすることによって可能である。具体的には、カム部の側面を上方に従って内側に傾斜した傾斜面とすることで、ピストン部材の上方への移動によってボールが外側に押し出され、係止部（ボール）と被係止部との係止状態が得られる。

　上記実施形態にあっては、筒状部が略円筒状のものについて説明したが、筒状部が角筒状等であってもよい。

　なお、本発明におけるマスタプレートの一面には、部分的に凹凸が設けられていても良い。この場合、該一面と略垂直方向とは、上記凹凸部以外の面の部分と略垂直である方向をいう。また、マスタプレートの一面の全体に凹凸が設けられている場合には、該一面と略垂直方向とは、複数の凸部の頂点を含む面を想定し、この仮想面と略垂直である方向をいう。

　本発明のツール交換装置は、上述のようにマスタプレートへのツールプレートの不十分な連結状態でのツールによる作業を抑制することができるので、各種のツールを着脱可能に装着する各種作業に好適に用いることができる。

１　ツールプレート
１ａ　当接面
２　差込凹部
４　マスタプレート
５　ボール
６　筒状部
７　プレート本体
７ａ　当接面
８　ピストン部材
１０　シリンダ室
１０ａ　上部シリンダ室
１０ｂ　下部シリンダ室
１１　流通路
１２　第１筒状体
１３　第２筒状体
１４　電磁弁
１５　第２の流通路
１６　鍔部
１７　ロッド
１８　プレート
２０　カム部
２１　被係止部
２１ａ　天面
２３　圧力検知部材
２５　制御部

Claims

　上面に差込凹部を有するツールプレートと、連結状態で上記上面に接する一面と上記差込凹部に差し込み可能な筒状部とを有すると共に上記ツールプレートを着脱可能に連結するマスタプレートとを備え、
　上記マスタプレートが、
　上記筒状部を有すると共に、内部にシリンダ室及びこのシリンダ室に流体を供給する流通路が形成されたプレート本体と、
　上記筒状部に保持され、筒状部の側面から出退可能に設けられる少なくとも一つの係止部と、
　上記シリンダ室の圧力によって上記一面と略垂直方向に上記筒状部内を往復動可能に上記プレート本体に取付けられると共に往復動によって上記係止部の出退を行うピストン部材とを有し、
　上記ツールプレートが、上記差込凹部に上記筒状部を差し込んだ状態で上記係止部が出退することで係止部と係脱される被係止部を有する
　ツール交換装置であって、
　上記マスタプレートが、上記シリンダ室の圧力を検知する検知手段をさらに有することを特徴とするツール交換装置。
　上記検知手段が、上記流通路に連結されていることで、上記シリンダ室の圧力を検知する請求項１に記載のツール交換装置。
　上記検知手段は、上記プレート本体に付設されている圧力検知部材である請求項１又は請求項２に記載のツール交換装置。
　上記係止部が、上記ピストン部材の往復動によって上記筒状部の側面より出退可能に保持される複数のボールから構成され、上記被係止部が、上記筒状部を差込凹部に差し込んだ状態で進出した上記ボールにより係止される請求項１、請求項２又は請求項３に記載のツール交換装置。
　少なくとも上記シリンダ室への流体の供給を制御する制御部をさらに備え、上記検知手段は、検知した圧力情報を上記制御部に送信し、送信された上記圧力情報が所定の圧力以下であった場合に上記制御部は、所定の処理を行う請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のツール交換装置。