JPH06787A - 自動工具交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動工具交換装置において、ロボット側と工
具側とのプレートの相対的な位置を簡単に確認できるよ
うにし、教示作業等の効率化を図ること。 【構成】 ロボットハンドのアーム等に連結される固定
プレートと、工具を備えた工具プレートとを備え、これ
らの固定プレートと工具プレートとを凹凸嵌合によって
着脱可能とした自動工具交換装置において、固定プレー
トと工具プレートとの間に、嵌合方向と直交する平面内
での相互の相対位置及び結合方向の相互の相対位置を表
わす表示関係を持たせる。この表示関係により、嵌合方
向の軸線と直交する平面内での位置合わせすれば、固定
側及び工具側のプレートの干渉や接触がなくなり、嵌合
軸方向の相対位置も表示関係によって知ることにより、
嵌合開始から終了までの間の両プレートの相対的な姿勢
の判別を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンド等に利
用され工具を自動的に交換可能とした自動工具交換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】工業用ロボットのアームには、機械加工
用の工具を交換するための自動工具交換装置が取り付け
られる。この自動工具交換装置は、ロボットのアームに
連結される固定プレートに対して工具を一体化した工具
プレートを位置合わせして連結可能としたものである。

【０００３】自動工具交換装置の例としては、たとえば
本出願人が提案して特開平３−４３１７４号として出願
公開されたものがある。これは、ロボットのアームに装
着する固定プレート側に複数のロックピンを周方向に出
没可能に設け、これらのロックピンをテーパ形状を持つ
アクチュエータの動作によって外に突き出せるように
し、工具プレートの中に組み込んだ後にロックピンを工
具プレート側のロック孔に嵌め込むようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】固定プレートと工具プ
レートとを結合するときには、これらのプレートのそれ
ぞれの姿勢を互いに大まかに合わせるようにする。たと
えば、ロボットハンドの製作時における教示段階での結
合や分離の際には、熟練者であればこのような位置合わ
せは比較的速やかに行える。

【０００５】ところが、固定プレートと工具プレートと
を結合するとき、両者の間の位置合わせは、教示作業の
ような場合では目視で行う以外にない。一方、固定プレ
ートと工具プレートの締結には、結合方向の軸を含む平
面とこれに直交する平面座標とから構成される三次元の
位置合わせが必要である。このため、固定プレートと工
具プレートとの全方位の姿勢を確認することになり、こ
のような作業は面倒であるだけでなく、位置合わせも不
十分になりやすい。

【０００６】また、先に挙げた特開平３−４３１７４号
公報に記載のような装置に限らず、不十分な位置合わせ
で締結動作を行うと、固定プレートと工具プレートの間
に著しい負荷が作用し、固定プレートのみならずロボッ
ト本体の損耗を早める結果となる。

【０００７】このように、従来の自動工具交換装置で
は、固定側と工具側のプレートの位置合わせのための指
標となるべきものがないため、物差し等の測定具を必要
とし、教示作業等がし難いという問題がある。

【０００８】本発明において解決すべき課題は、自動工
具交換装置において、ロボット側と工具側とのプレート
の相対的な位置を簡単に確認できるようにし、教示作業
等の効率化を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロボットハン
ドのアーム等に連結される固定プレートと、工具を備え
た工具プレートとを備え、これらの固定プレートと工具
プレートとを凹凸嵌合によって着脱可能とした自動工具
交換装置であって、前記固定プレートと工具プレートと
の間に、嵌合方向と直交する平面内での相互の相対位置
及び結合方向の相互の相対位置を表わす表示関係を持た
せたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】固定プレートと工具プレートとを凹凸嵌合によ
って結合するとき、嵌合方向の軸線と直交する平面内で
の位置合わせをすれば、固定側及び工具側のプレートの
嵌合面などが干渉したり接触したりすることがない。こ
れに対し、この平面内での固定側と工具側のプレートの
相対的な位置関係を表示によって知るようにすれば、こ
のような位置合わせが可能となる。

【００１１】また、嵌合軸方向の固定側と工具側のプレ
ートの相対位置も表示によって知ることにより、嵌合開
始から終了までの間の両プレートの相対的な姿勢が判別
可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の自動工具交換装置に用いる固
定プレートと工具プレートとを分解して示す概略斜視図
である。

【００１３】ロボットのアーム（図示せず）の先端に装
着される固定プレート１は、従来技術の項で挙げた特開
平３−４３１７４号公報に記載されているものと同様の
内部構造を持ち、工具（図示せず）を保持した工具プレ
ート２を着脱可能である。

【００１４】図２は固定プレート１の底面図であり、ロ
ボットのアームに装着されるフランジ１ａから十字状の
横断面形状を持つ結合ブロック１ｂを同軸上で突き出し
ている。そして、先の公報の第３図に示されているよう
に、結合ブロック１ｂの４方位の端面にそれぞれロック
ピン１ｃを設け、これらのロックピン１ｃをシリンダ駆
動によって動作するアクチュエータ（図示せず）を利用
して結合ブロック１ｂから出没可能とする。なお、この
ようなロックピン１ｃの動作を可能とするため、アクチ
ュエータの軸線は各ロックピン１ｃの軸線と直交し且つ
周面をテーパ状とし、更にロックピン１ｃを内側に付勢
するスプリング等が備えられる。

【００１５】一方、工具プレート２は、固定プレート１
の結合ブロック１ｂが嵌まり込む十字状の横断面形状を
持つキャビティ２ａを形成し、固定プレート１の各ロッ
クピン１ｃに対応する位置にそれぞれロック孔２ｂを開
けたものである。

【００１６】ロックピン１ｃの先端部は先細りのテーパ
状とすると共に、ロック孔２ｂもこのテーパに整合する
テーパ孔としたものである。そして、工具プレート２の
キャビティ２ｂの中に固定プレート１を挿入し、ロック
孔２ｂにロックピン１ｃが一致したときに、アクチュエ
ータを作動させてロックピン１ｃをロック孔２ｂに嵌め
込む。これにより、工具プレート２が固定プレート１に
結合され、固定プレート１及び工具プレート２のそれぞ
れの内部に組み込んだ電気コネクタ（図示せず）等が同
時に接続される。

【００１７】固定プレート１の結合ブロック１ｂの端面
には、工具プレート２との位置合わせのための指標３を
設ける。これらの指標３は、図３に示すようにロックピ
ン１ｃのほぼ真上に位置し、図１のように固定プレート
１のコーナ部から見たとき隣接する２枚の指標３を目で
確認できるようにする。

【００１８】図４は指標３の例を示す拡大図である。

【００１９】指標３はたとえば一般に使われている粘着
シールが利用でき、その表面に表示を施したものであ
る。そして、固定プレート１と工具プレート２との結合
の際の位置決めには、図１に示すように、結合方向をＺ
軸とするＸ，Ｙ，Ｚの三次元の方向性であり、指標３に
はこれらの方向に対応する表示を設ける。

【００２０】図示の例では、シール３ａの表面にＸ−Ｙ
平面での位置の表示のためのセンターマーカ３ｂ及びそ
の左右にサイドマーカ３ｃ，３ｄを縦方向に描いてい
る。センターマーカ３ｂの幅は広く、その幅の範囲を固
定プレート１と工具プレート２との位置合わせの「目標
領域」として指定する。また、サイドマーカ３ｃ，３ｄ
の内縁どうし間の幅を「安全領域」として指定し、外縁
どうしの間の幅を「危険領域」として指定する。そし
て、センターマーカ３ｂは、ロックピン１ｃの軸線の真
上に位置するするようにシール３ａを結合ブロック１ｂ
の表面に貼り付けるものとする。

【００２１】また、Ｚ軸方向の位置合わせのため、サイ
ドマーカ３ｄの右側には目盛り３ｅを描く。この目盛り
３ｅはＺ軸方向のレベルを示す１０ｍｍの表示であり、
上端から下端に向けて「０」，「−５」，「−１０」の
数値を左側に表示している。そして、「０」の表示に対
応する目盛り３ｅを固定プレート１と工具プレート２と
の締結が完了したことを示す「締結位置」として指定す
る。

【００２２】一方、工具プレート２のキャビティ２ａを
囲む周壁の上端面には、固定プレート１の指標３に対応
させてターゲットマーカ４を設ける。これらのターゲッ
トマーカ４は各ロック孔２ｂの軸線を含む平面内に描い
たものであり、その幅はセンターマーカ３ｂとほぼ同じ
である。

【００２３】ここで、固定プレート１と工具プレート２
とを結合するとき、図３に示すように、結合ブロック１
ｂがキャビティ２ａの中に入り込んでいく。このとき、
結合ブロック１ｂの端面に設けた指標３は工具プレート
２のターゲットマーカ４と対峙するようになり、これら
によってまずＸ，Ｙ方向の位置合わせを行う。

【００２４】この位置合わせにおいては、図４で説明し
たセンターマーカ３ｂ及びサイドマーカ３ｃ，３ｄとタ
ーゲットマーカ４との相対的な位置を判別する。そし
て、センターマーカ３ｂに対してターゲットマーカ４が
ほぼ完全に一致しているときは、「目標領域」の範囲に
あると判断し、そのまま結合過程を進める。また、ター
ゲットマーカ４が左右のサイドマーカ３ｃ，３ｄ側のい
ずれか一方に相対的にずれ、「安全領域」の範囲にある
ときも、同様に結合可能な位置関係であると判断する。
そして、ターゲットマーカ４の位置が「危険領域」の範
囲内でずれているときは、固定プレート１と工具プレー
ト２との間の結合面等が干渉・接触する恐れがあると判
断するものとする。

【００２５】このような固定プレート１と工具プレート
２との相対的な位置の判断は、一組の指標３とターゲッ
トマーカ４とによって行うのではなく、４方位に配置し
た全ての組みを目視して行う。

【００２６】以上の判断基準によって固定プレート１と
工具プレート２とを結合するとき、図３に示すように、
結合ブロック１ｂがキャビティ２ａに嵌まり始める前
に、前記の要領でＸ，Ｙ方向の位置合わせを確認する。
これは、４方位の全ての指標３とターゲットマーカ４と
の相対的な位置を目視することによって行い、「危険領
域」又はそれ以上の偏差がある場合には、固定プレート
１と工具プレート２の互いの位置を修正する。

【００２７】この位置合わせの確認の後、結合ブロック
１ｂをキャビティ２ａの中に挿入していく。この挿入過
程では、４方位の指標３とターゲットマーカ４との位置
合わせが完了しているので、固定プレート１と工具プレ
ート２との間での接触はなく、速やかな結合が可能であ
る。

【００２８】結合ブロック１ｂがキャビティ２ａの中を
進むに連れて、図３で示したように、指標３もキャビテ
ィ２ａの中に埋まり込むように移動する。一方、ロック
ピン１ｃは相手のロック孔２ｂに嵌まり込む態勢にあ
り、この結合を確実に行わせるためにＺ軸方向の位置合
わせを目盛り３ｅによって行う。すなわち、結合ブロッ
ク１ｂがキャビティ２ａの中に入り込むとき、ターゲッ
トマーカ４を貼ったキャビティ２ａの上端面から目盛り
３ｅが次第に隠れていく。このため、工具プレート２に
対する固定プレート１のＺ軸方向の位置を目盛り３ｅの
数値から読み取ることができる。そして、４方位の全て
の指標３の目盛り３ｅを確認することによって、結合方
向がＺ軸に一致しているか傾きがあるかを判別すること
ができ、その判別結果に基づいて固定プレート１及び工
具プレート２の結合又は互いの姿勢の修正を行った後の
結合の処置を行う。

【００２９】このように結合方向の固定プレート１と工
具プレート２との間の位置及び姿勢関係も確認して結合
するので、ロックピン１ｃとロック孔２ｂとの間の結合
の際にはこれらが完全に整合した状態に設定できる。こ
のため、ロックピン１ｃとロック孔２ｂとによる結合も
速やかに行われ、確実なロックによる工具プレート２の
結合が可能となる。

【００３０】なお、実施例では固定プレート１側に指標
３を設け、工具プレート２側にターゲットマーカ４を設
けているが、その逆とすることもできいずれにしても固
定プレート１と工具プレート２との間の相対位置が判別
できるものであればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明では、固定プレートと工具プレー
トの相対的な位置関係を表示によって目視確認できるの
で、これらを結合する前の判別によって適正な位置関係
に簡単に設定できる。このため、自動工具交換装置の製
造の際の教示段階での作業は、熟練を要することなく一
様な精度で素早く行うことが可能となり、生産性の向上
が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固定プレートと工具プレートを分解して示す斜
視図である。

【図２】図１における固定プレートに設ける結合ブロッ
クの形状を示すための概略底面図である。

【図３】結合ブロックに設ける指標と工具プレート側の
ターゲットマーカとの相対位置を示すための要部の側面
図である。

【図４】指標の詳細図であってその表示の表す意味を合
わせて示す図である。

【符号の説明】

１ 固定プレート １ａ フランジ １ｂ 結合ブロック １ｃ ロックピン ２ 工具プレート ２ａ キャビティ ２ｂ ロック孔 ３ 指標 ４ ターゲットマーカ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年６月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットハンドのアーム等に連結される
   固定プレートと、工具を備えた工具プレートとを備え、
   これらの固定プレートと工具プレートとを凹凸嵌合によ
   って着脱可能とした自動工具交換装置であって、前記固
   定プレートと工具プレートとの間に、嵌合方向と直交す
   る平面内での相互の相対位置及び結合方向の相互の相対
   位置を表わす表示関係を持たせたことを特徴とする自動
   工具交換装置。