WO2002004177A1 - Dispositif de connexion d'outil pour prehenseur - Google Patents

Description

明 細 書 ロボットハンド用ツール連結装置 技術分野

本発明は、 ロボットハンド用ツール連結装置に関し、 特に、 マスタープレート とツールプレートとを連結する口ック機構の係合部材として複数のロッ ド部材を 放射状に設けたロボットハンド用ツール連結装置に関する。 背景技術

一般に、 ロボットハンドのハンド出力部に対して複数種のッ一ルを択一的に脱 着可能としたロボットハンド用ツール連結装置として、 ロボットハンドのハンド 出力部に取付けられたィンナァッセンブリ (マスタプレート) と、 ツールが取付 けられるァウタアッセンブリ (ツールプレー卜） と、 これらインナアッセンブリ とァウタアッセンプリとをロックするロック機構とを有するロボットハンド用ッ ール連結装置が知られている。

上述したロボットハンド用ツール連結装置において、 ィンナアッセンブリとァ ウタアツセンブリとの連結、 連結解除を素早く行うことができるようにしたツー ル連結装置が、 例えば米国特許第 4 6 -9 6 5 2 4号に記載されている。 このロボ ットハンド用ツール連結装置のロック機構は、 ビストン部材と、 複数の係合部材 としてのボール部材と、 被係止部としてのボール受けとを有する。

前記ビストン部材はィンナアッセンプリに支持され且つロック位置とロック解 除位置とに亙ってスライ ド可能に構成され、 ボール部材は、 インナアッセンプリ に連結されてビストン部材の出力部の外周側を囲繞する略円筒状のボールリテー ナの収容 に収容保持されると共に、 ピストン部材のスライ ド方向と直交する方 向 （以後、 単に直交方向という） に移動可能に保持されている。 即ち、 ボ一ルリ テーナの収容孔はその内径側と外径側とが直交方向に連通され、 ボール部材がこ の収容孔内に直交方向に移動可能に保持される。 ボール受けは、 ァウタアッセン プリに配設され、 ボ一ル部材をそのテ一パ面で接触可能に構成され、 ピストン部 材がロック位置に移動したとき、 ボール部材と協働してインナアッセンプリとァ ウタアッセンブリを連結保持する。

前記ボールリテーナには、収容孔を除くボールリテーナの外周面に沿って複数 の板パネが設けられ、 隣接する板パネの端部同士は、特にインナアッセンプリと ァウタアッセンプリとの連結解除時において、 ボール部材の脱落を防止しボール 部材をボールリテ一ナの内径側に付勢する機能を有する。 前記ボール部材の脱落 を防止するため、例えば特開平 4 _ 6 3 6 8 8号公報のロボットハンド用ツール 連結装置にも、 ボールリテ一ナの外周面に設けられた複数の板パネが記載され、 これら板バネによりボール部材がボ一ルリテ一ナから脱落するのを防止する。 前記ロボットハンド用ツール連結装置によれば、 ボール部材をボ一ルリテーナ の内径側に付勢して脱落を防止するために、 多数の板パネを設けなければならず 、 部品点数が多くなり構造が複雑化することから製作コストが高くなり不利とな る。 更に、 係合部材としてボール部材を適用しているので、少なくともこのボ一 ル部材の球面とボール受けの平坦面とは点接触または線接触となつてその接触面 積が小さくなることからボール部材の接触面圧は高くなる。 複数のボール部材が 全周に配置された構造であるから、 ボール部材とボール受けとの接触部分は全周 に間欠的にしか存在せず、 ロック機構全体としての接触面圧は高くなる。 それ故 、 ロック機構の寿命が短くなるという問題がある。

本発明の目的は、 係合部材の脱落を確実に防止し、 部品点数を削減して構造を 簡単化し、 製作コストを低く抑えることができ、 装置の耐久性を高めることがで きるロボッ トハンド用ツール連結装置を提供することである。 発明の開示

本発明は、 ロボットのハンドの出力部に連結されるマスタ一プレートと、 ツー ルが連結されるツールプレートと、 マスタープレートとツールプレートとを角 余 可能にロックするロック機構とを備えたロボットハンド用ツール連糸吉装置に関す るものである。 特に、 本発明のロボットハンド用ツール連結装置は、 前記ロック機構は、 前記 マスタ一プレートに支持されマスタープレート内のエアシリンダによりロック位 置と解除位置とに駆動可能な作動軸と、前記マスタープレートに固定され作動軸 の出力部の外周側を囲む環状のリテーナと、前記リテーナの内周側壁部に作動軸 のスライド方向と直交する半径方向に向けて貫通状に形成された複数のロッド揷 入穴と、 前記リテ一ナのうちの複数のロッド揷入穴の外周側に外周側開放状に形 成された環状溝と、 前記複数のロッド揷入穴に可動に装着され且つ作動軸の出力 を半径方向の外側へ伝達する複数のプッシュロッドと、前記環状溝に半径方向に スライド可能に装着されてプッシュロッドの端部に当接又は連結された複数の円 弧状ロック部材とを備えたことを特徴とするものである。

このロボットハンド用ツール連^ i吉装置では、 ツールプレートをマスタープレー 卜に連結する際には、 マスタープレートとツールプレートとを位置決めして仮連 結した後、 エアシリンダにより作動軸をロック位置に移動駆動させる。 すると、 各プッシュロッ ドが半径方向の外側へ押し出されて複数の円弧状ロック部材が半 径方向の外側にスライドしてツールプレートに係合する。 これによりツールプレ —トはマスタ一プレートに強固にロックされる。 ツールプレートのマスタープレ 一トに対する連結を解除する際には、 エアシリンダにより作動軸をロック解除位 置に移動駆動すると、 複数の円弧状ロック部材が径縮小側へ移動し、 各プッシュ ロッドが半径方向の内側へ移動する。 その後、 ツールプレートとマスタープレー トとのピン連結等を解除すると、 ツールプレートのマスタープレートに対する連 結が完全に解除される。

尚、本発明のその他の好ましい構成は、 本発明の最良の実施の形態に記載した とおりである。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施例のツール連結装置の縦断面図であり、 図 2はロック機構 の作動状態を示す図 1相当図であり、 図 3はツール連結装置の別位相の縦断面図 であり、 図 4はツール連結装置の別位相の縦断面図であり、 図 5は作動軸の解除 位置状態の横断面図であり、 図 6は作動軸のロック位置状態の横断面図であり、 図 7 'はプッシュ口ッドの平面図であり、 図 8はプッシュ口ッ ドの正面図であり、 図 9は円弧状口ック部材の部分拡大平面図であり、 図 1 0は図 9の X _ X線断面 図であり、 図 1 1は図 9の XI— XI 線断面図である。

図 1 2は変更実施例のツール連結装置の縦断面図であり、 図 1 3はロック機構 の作動状態を示す図 1 2相当図であり、 図 1 4は作動軸の解除位置状態の横断面 図であり、 図 1 5は作動軸のロック位置状態の横断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図 1〜図 4に示すように、 ロボットハンド用ツール連結装置 1は、 ロボットの ハンドの出力部 Hに連結されるマスタ一プレート 2と、 ツールプレート 3と、 こ れらマスタープレート 2とツールプレート 3とを解除可能にロックする口ック機 構 4と、 エアシリンダ 7などを有する。 ツールプレート 3には、 図示外の種々の ツールのうちの何れかのツールが連結される。

マスタープレート 2について説明すると、 図 1、 図 2に示すように、 マス夕一 プレート 2は、 略円筒形状のマスタープレート本体 5と、 マスタ一プレート本体 5の上端に固着された蓋部 6などからなる。 マスタープレート本体 5には、 その 上半部にエアシリンダ 7のシリンダ穴 8が形成され、 マスタープレート本体 5の 下半部にはシリンダ穴 8よりも大径のリテ一ナ係合穴 9が形成されている。 ツー ル側のセンサゃスィヅチ類に通電する電気配線の為のコネクタ 1 0も設けられて いる。

エアシリンダ 7について説明すると、 マスタ一プレート 2にはエアシリンダ 7 が設けられ、 そのピストン部材 1 3はシリンダ穴 8に気密摺動自在に装着されて いる。 尚、 シール部材 1 1， 1 2， 1 3 aも設けられている。 ピストン部材 1 3 の下端部には下方に延びる作動軸 1 4が固着され、作動軸 1 4はエアシリンダ 7 により図 1に示すロック位置と図 2に示す解除位置とに昇降駆動可能に構成され ている。 マスタ一プレート本体 5には、 シリンダ穴 8のうちピストン部材 1 3と 蓋部 6との間に形成された作動室 8 aに、 連通孔 1 5を通して加圧エアを給排す る為の接続金具 1 6 Aが取付けられ、 シリンダ穴 8の一部とリテーナ 1 7の凹部 1 7 aとからなる作動室 8 bに、 連通孔 1 8を通して加圧エアを給排する為の接 続金具 1 6 Bが取付けられている。 つまり、 空気圧供給源からの加圧エアをエア ホース、 接続金具 1 6 A， 1 6 B、 連通孔 1 5， 1 8を介してエアシリンダ 7へ 供給したり排出したりするように構成されている。

ツールプレ一ト 3について説明すると、 ツールプレート 3は略円筒形状のツー ルプレート本体 3 aと係合リング 2 1などからなる。 リング状の係合リング 2 1 は、 ツールプレート本体 3 aの上半部の内周部に形成された段部内に配設され、 複数本のボルト 2 2によりツールプレート本体 3 aに固定されている。 係合リン グ 2 1の内周面には、 上方程内径側へ小径化するテーパ係合面 2 1 aと、 テ一パ 係合面 2 1 aの下端から下方へ延びる円筒面 2 l bが形成されている。 この係合 リング 2 1には、 複数のテーパピン 2 8を嵌合可能な複数のピン孔 2 1 c (図 3 参照） も形成されている。 ツールプレート本体 3 aには、 ツール側のセンサゃス イッチ類に通電する電気配線の為のコネクタ 2 3であって前記コネクタ 1 0と接 続されるコネクタ 1 3も設けられている。

尚、 ロボッ ト側からッール側へ加圧ェァや油圧等の例えば 2系統の加圧流体を 供給する為に、 図 1〜図 4に示すように、 マスタープレート本体 5の外面付近部 に例えば 4つの接続金具 2 4 A〜2 4 Dが設けられ、 ッ一ルプレート本体 3 aの 外面付近部にこれら 4つの接続金具 2 4 A〜 2 4 Dに対応する 4つの接続金具 5 A〜2 5 D (但し、 2 5 B， 2 5 Cのみ図示） が設けられ、 マスタープレート 2にツールプレート 3を連結したとき、 連通路 2 6を介して上下の流体通路が連 通される構成になっている。

ロック機構 4について説明すると、 図 1、 図 2、 図 5〜図 1 1に示すように、 ロック機構 4は、 エアシリンダ 7で昇降駆動される作動軸 1 4と、 環状のリテー ナ 1 7と、 4つのロッ ド揷入穴 1 8と、 環状溝 3 1と、 4本のプッシュロッ ド 1 9と、 4つの円弧状ロック部材 2 0とを有する。

前記リテ一ナ 1 7について説明すると、 マスタープレート本体 5のリテーナ係 合穴 9には、 リテ一ナ 1 7の上半部が内嵌係合され、 複数本のボルト 2 7でマス タープレート本体 5に固定されている。 リテ一ナ 1 7には、 係合リング 2 1の複 数のピン孔 2 1 cに夫々嵌合可能な複数本のテーパピン 2 8が設けられている。 このリテーナ 1 7の上半部の内周側には、作動軸 1 4の出力部の外周側を囲むよ うに筒状に形成されたガイド筒部 2 9が設けられている。 このガイド筒部 2 9に はシール部材 3 0も設けられている。

リテ一ナ 1 7の下半部には、 外周側が開放状の環状溝 3 1が形成され、 この環 状溝 3 1の下側の環状壁部 1 7 bと環状溝 3 1の内側の内周側壁部 1 7 cも形成 されている。 内周側壁部 1 7 cはガイド筒部 2 9に一体的に連なっている。 内周 側壁部 1 7 cには、 4つのロッド揷入穴 1 8が作動軸 1 4のスライド方向と直交 する半径方向に向けて貫通状に且つ周方向 9 0度間隔おきに形成されている。 尚 、環状壁部 1 7 bの外周側端部は、 係合リング 1 1の内周面よりもやや小径に形 成されている。

プッシュロッド 1 9について説明すると、各ロッド揷入穴 1 8には、 プッシュ ロッド 1 9が前記半径方向へ可動に装着され且つ作動軸 1 4の出力を半径方向の 外側へ伝達するように構成されている。 プッシュロッド ί 9は、 図 5〜図 8に示 すように、 作動軸 1 4の出力を受ける内端部 1 9 aが部分球面状に形成され、 外 周面部には軸方向向きに 4条のグリース溝 1 9 bが周方向 9 0度間隔おきに形成 されている。

円弧状ロック部材 2 0について説明すると、 図 1、 図 2、 図 6、 図 9〜図 1 1 に示すように、環状溝 3 1には、 4つの円弧状口ック部材 2 0が半径方向にスラ ィド可能に装着されている。 各円弧状ロック部材 2 0の内周部には、 凹部 2 0 e が円弧の中央付近部に形成され、 この凹部 2 0 eにプッシュロッド 1 9の外端側 部分がルーズに嵌合し外端部が当接されている。 4つの円弧状ロック部材 2 0の 外周部には、 円弧溝 2 0 aが夫々形成され、 これら円弧溝 2 0 aに Cリング状の パネ部材 3 2が装着されている。 このパネ部材 3 2により 4つの円弧状ロック部 材 2 0を径縮小側へ弾性付勢するように構成されている。 尚、 4つの円弧状ロッ ク部材 2 0のうちの 1つには、 その外周部にパネ部材 3 2を固定する為の固定穴 2 0 bが形成されている。

各円弧状口ック部材 1 0の外周付近部には、 係合リング 1 1のテーパ係合面 2 1 aに係合可能な円弧状係合面 2 0 cであって上方程小径ィ匕した円弧状係合面 2 O cが形成されている。 作動軸 1 4が図 2に示すロック位置のとき 4つの円弧状 口ック部材 2 0の円弧状係合面 2 0 cがテ一パ係合面 2 1 aに面接触して係合す る。 作動軸 1 4が図 1に示す解除位置のとき円弧状係合面 1 0 cがテーパ係合面 1 aよりも小径化してテーパ係合面 2 1 aから離脱する。 各円弧状ロック部材 2 0の上下面には、 複数条のグリース溝 2 0 dが一定間隔おきに且つその内端か ら外端側へ放射状に所定長さ延びるように形成されている。

次に、 ロボットハンド用ツール連結装置 1の作用について説明する。

図示していないが、 マスタ一プレート 2はロボットのハンドの出力部 Hに予め連 結され、 ツールプレート 3には所望のツールが予め連結されているものとする。 ツールプレート 3をマスタープレート 1に連結する際には、 ロボットのハンドを 介してマスタ一プレ一ト 1をツールプレート 3側に接近させて両者の軸心と位相 を合致させ、 マスタープレート 2側の複数のテ一パピン 2 8をツールプレート 3 側の複数のピン孔 2 1 cに夫々嵌合させて、 マスタープレート 2とツールプレー ト 3とを位置決めして仮連結する。

次に、 図 2、 図 6に示すように、作動室 8 b内のエアを排出しつつ作動室 8 a 内に加圧エアを導入し、 ピストン部材 1 3と作動軸 1 4をロック位置に下降させ ると、各プッシュロッド 1 9が作動軸 1 4により半径方向の外側へ押し出されて 4つの円弧状ロック部材 2 0が半径方向の外側にスライドし、各円弧状係合面 2 0 cが係合リング 2 1のテ一パ係合面 2 1 aに係合する。 これによりツールプレ —ト 3はマスタープレート 2に強固にロックされる。

ツールプレート 3のマスタ一プレート 2に対する連結を解除する際には、 図 1 、 図 5に示すように、 作動室 8 a内のエアを排出しつつ作動室 8 bに加圧エアを 導入し、 ピストン部材 1 3と作動軸 1 4をロック解除位置に上昇させると、 パネ 部材 3 2の付勢力により 4つの円弧状口ック部材 2 0が径縮小側へ移動し、各プ ッシュロッド 1 9が半径方向の内側へ移動する。 従って、 円弧状ロック部材 2 0 の円弧状係合面 2 0 cは係合リング 2 1のテ一パ係合面 2 1 aから離脱し、 ツー ルプレート 3のマスタープレート 2に対する連結が解除される。 その後、 マス夕 —プレート 2を上方へ移動させてテ一パピン 2 8をピン孔 2 1 cから抜くと、 ッ —ルプレート 3のマスタ一プレート 2に対する連結が完全に解除される。

従来技術のものでは、係合部材としての複数のポール部材が全周に配置された 構造であるから、 ボール部材とボール受けとの接触部分は全周に間欠的にしか存 在せず、 ロック機構全体としての接触面圧は高くなる。 しかし、 このツール連結 装置 1では、特に係合部材として複数の円弧状口ック部材 2 0を適用したので、 これら円弧状ロック部材 2 0とテーパ係合面 2 1 aとの接触部分は全周にほぼ連 続的に存在するから、 ロック機構 4全体としての接触面圧を下げることができる 。 それ故、 ロック機構 4の寿命が長くなり、 装置の耐久性が向上する。

複数のプッシュロッド 1 9が複数のロッド揷入穴 1 8に可動に装着され、 複数 の円弧状口ック部材 2 0が環状溝 3 1に配置され且つ Cリング状のパネ部材 3 2 により径縮小側へ弾性付勢されているから、 これらプッシュロッド 1 9や円弧状 ロック部材 2 0がリテーナ 1 7から脱落するのを確実に防止することができる。 それ故、従来技術で採用されていた脱落防止用の多数の板パネ等が不要となり、 部品点数の削減が可能となり、 構造が簡単になる。

円弧状口ック部材 1 0に係合リング 1 1のテーパ係合面 2 1 aに面接触可能な 円弧状係合面 2 0 cを形成したので、 その接触面積が従来技術におけるボール部 材の接触面積に比べて格段に大きくなるから接触面圧を下げることができ、 ロッ ク機構 4の耐久性が著しく向上する。 それ故、 ロボットハンド用ツール連結装置 1の耐久性を著しく向上させることができる。

次に、本実施形態を部分的に変更した変更形態について説明する。 但し、 前記 メィン実施形態と基本的に同じものには同一符号を付して説明を省略する。

1 ) プッシュロッ ド 1 9の外端側部分を円弧状口ック部材 2 0の凹部 2 0 eに タイ卜に嵌合したり溶接接合して連結する構成にしてもよく、 接着剤や止めネジ 等を用いて連結した構成にしてもよい。 このようにプッシュロッド 1 9を円弧状 ロック部材 2 0に連結する場合には、必ずしも凹部 2 0 eを形成する必要はなく 省略することも可能である。

2 ) 図 1 2〜図 1 5に示すように、 ツール連結装置 1 Aには、 プッシュロッド 1 9 Aのうちの作動軸 1 4の出力部に接触する部分に作動軸 1 4の周面の一部に 面接触する面接触部 3 5が形成されている。 各プッシュロッド 1 9 Aの外周面の うちの外端側部分には 1対の平坦部 3 6が形成され、 これら平坦部 3 6を用いて プッシュロッド 1 9 aの外端部が円弧状ロック部材 2 0に内嵌螺合されている。 つまり、 プッシュロッ ド 1 9 Aの面接触部 3 5が作動軸 1 4の周面の一部に安 定して面接触するように構成されている。 その他前記実施形態と同様に構成され ている。 このツール連結装置 1 Aによれば、 プッシュロッド 1 9 Aと作動軸 1 4 とが面接触するように構成したから、 前記実施形態のものよりも更に接触面積が 大きくなるから接触面圧を更に下げることができ、 ツール連結装置 1 Aの耐久性 を更に向上させることができる。

3 ) 各プッシュロッドと円弧状ロック部材とを一体形成してもよい。 プッシュ ロッド 1 9 Aを断面正方形のロッドに形成してもよい。 その他ビストン部材 1 3 と作動軸 1 4を一体形成してもよい。 係合リング 2 1とツールプレート本体 3 a を一体形成してもよい。 円弧状ロック部材 2 0のパネ部材固定用の固定穴 2 O b を省略してもよい。 プッシュロッドやそのロッド揷入穴の数は 4つに限定される ものではなく、例えば 3つであってもよく 4つ以上でもよい。 プッシュロッドゃ 円弧状ロック部材のグリース溝の形状ゃ配設箇所等は適宜変更可能である。 グリ ース以外の潤滑剤を、 予め塗布しておいたり必要に応じて供給する構成にしても よい。 その他、 本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態に種々の変更を 付加した形態で実施することも可能である。

Claims

請求の範囲

1 . ロボットのハンドの出力部に連結されるマスタ一プレートと、 ツールが連結 されるツールプレートと、 マスタープレートとツールプレートとを解除可能に口 ックするロック機構とを備えたロボットハンド用ッ一ル連結装置において、 前記ロック機構は、

前記マスタープレートに支持されマス夕一プレート内のエアシリンダにより口 ック位置と解除位置とに駆動可能な作動軸と、

前記マスタープレートに固定され作動軸の出力部の外周側を囲む環状のリテー ナと、

前記リテーナの内周側壁部に作動軸のスライド方向と直交する半径方向に向け て貫通状に形成された複数の口ッド揷入穴と、

前記リテーナのうちの複数のロッド揷入穴の外周側に外周側開放状に形成され た環状溝と、

前記複数のロッド揷入穴に可動に装着され且つ作動軸の出力を半径方向の外側 へ伝達する複数のプッシュロッドと、

前記環状溝に半径方向にスライド可能に装着されてプッシュロッドの端部に当 接又は連結された複数の円弧状ロック部材と、

を備えたことを特徴とするロボットハンド用ツール連結装置。

2 . 前記複数の円弧状ロック部材の外周部に円弧溝を夫々設け、 これら複数の円 弧溝に Cリング状のパネ部材を設け、 このパネ部材により複数の円弧状ロック部 材を径縮小側へ弾性付勢したことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のロボッ トハンド用ツール連結装置。

3 . 前記ツールプレートに、複数の円弧状口ック部材の外周付近部に係合して口 ックされるテ一ノ、。係合面を形成したことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の ロボットハンド用ツール連結装置。

4 . 前記作動軸が口ック位置のとき複数の円弧状口ック部材が前記テーパ係合面 に係合し、作動軸が解除位置のとき複数の円弧状口ック部材が前記テーパ係合面 よりも小径ィヒすることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のロボットハンド用 ツール連結装置。

5 . 前記円弧状口ック部材の外周付近部にツールプレートのテーパ係合面に面接 触可能な円弧状係合面を形成したことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の口 ボットハンド用ツール連結装置。

6 . 前記プッシュロッドのうちの作動軸の出力部に接触する部分に作動軸の周面 の一部に面接触する面接触部を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項の何れかに記載のロボットハンド用ツール連結装置。