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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024005547
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】ツール取替装置および調心機構
(51)【国際特許分類】
B25J 15/04 20060101AFI20240110BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
B25J15/04
B23K9/12 331H
B23K9/12 331L
B23K9/12 331R
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022105762
(22)【出願日】2022-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮原 寿朗
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS11
3C707BS12
3C707CY03
3C707CY04
3C707CY12
3C707CY32
3C707GS04
3C707GS05
3C707GS12
(57)【要約】
【課題】このツール取替装置は、ロボットアームへの不要な外力を加えることなく、ロボットアームへの動作負荷を軽減させることができるとともに、ショックセンサが動作した後の復帰作業時間を低減する。
【解決手段】このツール取替装置１は、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間には、静止状態に対してスイングシャフト６０が揺動し、弾性力付与部材４０が円筒状ハウジング２１側に所定量移動した状態を検知する検知装置３０が設けられ、円筒状ハウジング２１とスイングシャフト６０との間には、スイングシャフト６０の揺動状態から静止状態に戻った際に、スイングシャフト６０の中心と円筒状ハウジング２１の中心とを一致させ、中心軸ＣＬ回りの位置決めを行なう調心機構が設けられている。
【選択図】図４
【解決手段】このツール取替装置１は、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間には、静止状態に対してスイングシャフト６０が揺動し、弾性力付与部材４０が円筒状ハウジング２１側に所定量移動した状態を検知する検知装置３０が設けられ、円筒状ハウジング２１とスイングシャフト６０との間には、スイングシャフト６０の揺動状態から静止状態に戻った際に、スイングシャフト６０の中心と円筒状ハウジング２１の中心とを一致させ、中心軸ＣＬ回りの位置決めを行なう調心機構が設けられている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ツールが装着される装着面と、ロボットアームに取り付けられる取付面とを備えるツール取替装置であって、
中心軸に対して環状に設けられ、前記取付面を有し、前記中心軸を中心とする第１貫通孔が設けられる円盤状の環状アダプタと、
前記環状アダプタに対して同軸に取り付けられ、前記中心軸を中心とする第２貫通孔を有する円筒状ハウジングと、
前記円筒状ハウジングの内側に揺動可能に配置され、静止状態において前記円筒状ハウジングと同軸に設けられ、前記装着面および前記中心軸を中心とする第３貫通孔が設けられスイングシャフトと、
前記円筒状ハウジングと前記スイングシャフトとの間に設けられ、前記スイングシャフトが揺動状態において、前記スイングシャフトを前記円筒状ハウジングから遠ざかる方向に付勢して、前記スイングシャフトを静止状態にするための弾性力を発揮する弾性力付与部材と、
を備え、
前記円筒状ハウジングと前記弾性力付与部材との間には、前記静止状態に対して前記スイングシャフトが揺動し、前記弾性力付与部材が前記円筒状ハウジング側に所定量移動した状態を検知する検知装置が設けられ、
前記円筒状ハウジングと前記スイングシャフトとの間には、前記スイングシャフトの揺動状態から静止状態に戻った際に、前記スイングシャフトの中心と前記円筒状ハウジングの中心とが一致し、前記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構が設けられている、
ツール取替装置。
中心軸に対して環状に設けられ、前記取付面を有し、前記中心軸を中心とする第１貫通孔が設けられる円盤状の環状アダプタと、
前記環状アダプタに対して同軸に取り付けられ、前記中心軸を中心とする第２貫通孔を有する円筒状ハウジングと、
前記円筒状ハウジングの内側に揺動可能に配置され、静止状態において前記円筒状ハウジングと同軸に設けられ、前記装着面および前記中心軸を中心とする第３貫通孔が設けられスイングシャフトと、
前記円筒状ハウジングと前記スイングシャフトとの間に設けられ、前記スイングシャフトが揺動状態において、前記スイングシャフトを前記円筒状ハウジングから遠ざかる方向に付勢して、前記スイングシャフトを静止状態にするための弾性力を発揮する弾性力付与部材と、
を備え、
前記円筒状ハウジングと前記弾性力付与部材との間には、前記静止状態に対して前記スイングシャフトが揺動し、前記弾性力付与部材が前記円筒状ハウジング側に所定量移動した状態を検知する検知装置が設けられ、
前記円筒状ハウジングと前記スイングシャフトとの間には、前記スイングシャフトの揺動状態から静止状態に戻った際に、前記スイングシャフトの中心と前記円筒状ハウジングの中心とが一致し、前記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構が設けられている、
ツール取替装置。
【請求項2】
前記円筒状ハウジングは、
環状プレートと、
前記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、前記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、
前記環状プレートの外側に、前記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、
を含み、
前記弾性力付与部材は、
前記環状空間に配置される弾性部材と、
前記弾性部材を前記スイングシャフト側から前記環状プレートと共に挟み込み、前記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、
を含み、
前記検知装置は、
前記第２円筒状部材の外面側に設けられ、スイッチレバーを有するスイッチ本体と、
前記環状ガイドの外周面には、前記第２円筒状部材に設けられた開口部の内側から外側に向けて突出し、前記スイッチレバーの第１状態と第２状態とを切替える押圧レバーと、
を含み、
前記スイングシャフトが静止状態においては、前記環状ガイドに設けられた前記押圧レバーは、前記スイッチ本体の前記第１状態を選択し、
前記スイングシャフトの揺動に応じて前記弾性力付与部材が前記円筒状ハウジング側に所定量移動した場合には、前記環状ガイドに設けられた前記押圧レバーは、前記スイッチ本体の前記第２状態を選択する、
請求項１に記載のツール取替装置。
環状プレートと、
前記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、前記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、
前記環状プレートの外側に、前記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、
を含み、
前記弾性力付与部材は、
前記環状空間に配置される弾性部材と、
前記弾性部材を前記スイングシャフト側から前記環状プレートと共に挟み込み、前記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、
を含み、
前記検知装置は、
前記第２円筒状部材の外面側に設けられ、スイッチレバーを有するスイッチ本体と、
前記環状ガイドの外周面には、前記第２円筒状部材に設けられた開口部の内側から外側に向けて突出し、前記スイッチレバーの第１状態と第２状態とを切替える押圧レバーと、
を含み、
前記スイングシャフトが静止状態においては、前記環状ガイドに設けられた前記押圧レバーは、前記スイッチ本体の前記第１状態を選択し、
前記スイングシャフトの揺動に応じて前記弾性力付与部材が前記円筒状ハウジング側に所定量移動した場合には、前記環状ガイドに設けられた前記押圧レバーは、前記スイッチ本体の前記第２状態を選択する、
請求項１に記載のツール取替装置。
【請求項3】
前記円筒状ハウジングは、
環状プレートと、
前記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、前記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、
前記環状プレートの外側に、前記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、
前記第２円筒状部材の前記環状プレートとは反対側の位置において、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートと、
を含み、
前記弾性力付与部材は、
前記環状空間に配置される弾性部材と、
前記弾性部材を前記スイングシャフト側から前記環状プレートと共に挟み込み、前記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、
を含み、
前記スイングシャフトは、
前記第３貫通孔を規定するシャフト部材と、
前記シャフト部材の前記弾性力付与部材側の一端に設けられ、前記第１環状受プレートと前記環状ガイドとに挟み込まれる位置に内側から外側に向かって延在する環状の第２環状受プレートと、
を含み、
前記調心機構として、
前記第１環状受プレートと前記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、
前記第１環状受プレートの前記第２環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、
前記第２環状受プレートの前記第１環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、
前記第１環状ガイド溝は、前記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、
前記第２環状ガイド溝は、前記第１環状ガイド溝に対して対向配置した場合に、前記第１環状ガイド溝に対して、前記中心軸を中心にして点対称となる位置に偏心して設けられ、
前記位置決め環状リングが前記第１環状ガイド溝と前記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることで、前記スイングシャフトの中心軸と前記円筒状ハウジングの中心軸とが一致し、前記スイングシャフトと前記円筒状ハウジングとの前記中心軸回りの位置決めが行なわれる、
請求項１に記載のツール取替装置。
環状プレートと、
前記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、前記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、
前記環状プレートの外側に、前記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、
前記第２円筒状部材の前記環状プレートとは反対側の位置において、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートと、
を含み、
前記弾性力付与部材は、
前記環状空間に配置される弾性部材と、
前記弾性部材を前記スイングシャフト側から前記環状プレートと共に挟み込み、前記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、
を含み、
前記スイングシャフトは、
前記第３貫通孔を規定するシャフト部材と、
前記シャフト部材の前記弾性力付与部材側の一端に設けられ、前記第１環状受プレートと前記環状ガイドとに挟み込まれる位置に内側から外側に向かって延在する環状の第２環状受プレートと、
を含み、
前記調心機構として、
前記第１環状受プレートと前記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、
前記第１環状受プレートの前記第２環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、
前記第２環状受プレートの前記第１環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、
前記第１環状ガイド溝は、前記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、
前記第２環状ガイド溝は、前記第１環状ガイド溝に対して対向配置した場合に、前記第１環状ガイド溝に対して、前記中心軸を中心にして点対称となる位置に偏心して設けられ、
前記位置決め環状リングが前記第１環状ガイド溝と前記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることで、前記スイングシャフトの中心軸と前記円筒状ハウジングの中心軸とが一致し、前記スイングシャフトと前記円筒状ハウジングとの前記中心軸回りの位置決めが行なわれる、
請求項１に記載のツール取替装置。
【請求項4】
円筒状の第１シャフトと、
前記第１シャフトの内側に配置され、前記第１シャフトの一端側に連結される第２シャフトと、
前記第１シャフトと前記第２シャフトとの中心軸が一致するとともに、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの前記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構であって、
前記第１シャフトの一端側は、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートを含み、
前記第２シャフトの前記第１シャフト側は、前記第１環状受プレートの内側から外側に向かって延在する環状に設けられた第２環状受プレートを含み、
前記第１環状受プレートと前記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、
前記第１環状受プレートの前記第２環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、
前記第２環状受プレートの前記第１環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングを外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、
前記第１環状ガイド溝は、前記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、
前記第２環状ガイド溝は、前記第１環状ガイド溝に対して、前記中心軸を中心にして点対称となる位置に設けられ、
前記位置決め環状リングが前記第１環状ガイド溝と前記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることにより、前記第１シャフトの中心と前記第２シャフトの中心とが一致し、前記第１シャフトと前記第２シャフトの前記中心軸回りの位置決めが行なわれる、
調心機構。
前記第１シャフトの内側に配置され、前記第１シャフトの一端側に連結される第２シャフトと、
前記第１シャフトと前記第２シャフトとの中心軸が一致するとともに、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの前記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構であって、
前記第１シャフトの一端側は、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートを含み、
前記第２シャフトの前記第１シャフト側は、前記第１環状受プレートの内側から外側に向かって延在する環状に設けられた第２環状受プレートを含み、
前記第１環状受プレートと前記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、
前記第１環状受プレートの前記第２環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、
前記第２環状受プレートの前記第１環状受プレートが対向する面には、前記位置決め環状リングを外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、
前記第１環状ガイド溝は、前記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、
前記第２環状ガイド溝は、前記第１環状ガイド溝に対して、前記中心軸を中心にして点対称となる位置に設けられ、
前記位置決め環状リングが前記第１環状ガイド溝と前記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることにより、前記第１シャフトの中心と前記第２シャフトの中心とが一致し、前記第１シャフトと前記第２シャフトの前記中心軸回りの位置決めが行なわれる、
調心機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ツール取替装置および調心機構に関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットアームの先端に取り付けられるツールの取替えに用いられるツール取替装置を開示した先行技術文献として、特開２００９－２４８１４８号公報（特許文献１）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－２４８１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年ロボットアームが高速で動作することから、ロボットアームの手首軸回転近くにツール取替装置を設けることが望ましい。ロボットアームの動作中に、ツールに想定以上の外力が加わった場合には、ツールおよびロボットアームを保護する観点から、ツールおよびロボットアームに、不要な外力が加わらないようにするためのショックセンサをツール取替装置に設ける必要もある。
【0005】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ロボットアームへの不要な外力が加わることを抑制して、ロボットアームへの動作負荷を軽減させることができるとともに、ショックセンサが動作した後の復帰作業時間を低減することが可能な構成を備える、ツール取替装置および調心機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
［１］本開示のツール取替装置においては、ツールが装着される装着面と、ロボットアームに取り付けられる取付面とを備えるツール取替装置であって、以下の構成を備える。
【0007】
中心軸に対して環状に設けられ、上記取付面を有し、上記中心軸を中心とする第１貫通孔が設けられる円盤状の環状アダプタと、上記環状アダプタに対して同軸に取り付けられ、上記中心軸を中心とする第２貫通孔を有する円筒状ハウジングと、上記円筒状ハウジングの内側に揺動可能に配置され、静止状態において上記円筒状ハウジングと同軸に設けられ、上記装着面および上記中心軸を中心とする第３貫通孔が設けられスイングシャフトと、上記円筒状ハウジングと上記スイングシャフトとの間に設けられ、上記スイングシャフトが揺動状態において、上記スイングシャフトを上記円筒状ハウジングから遠ざかる方向に付勢して、上記スイングシャフトを静止状態にするための弾性力を発揮する弾性力付与部材と、を備える。
【0008】
上記円筒状ハウジングと上記弾性力付与部材との間には、上記静止状態に対して上記スイングシャフトが揺動し、上記弾性力付与部材が上記円筒状ハウジング側に所定量移動した状態を検知する検知装置が設けられ、上記円筒状ハウジングと上記スイングシャフトとの間には、上記スイングシャフトの揺動状態から静止状態に戻った際に、上記スイングシャフトの中心と上記円筒状ハウジングの中心とが一致し、上記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構が設けられている。
【0009】
［２］：［１］に記載のツール取替装置において、上記円筒状ハウジングは、環状プレートと、上記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、上記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、上記環状プレートの外側に、上記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、を含む。
【0010】
上記弾性力付与部材は、上記環状空間に配置される弾性部材と、上記弾性部材を上記スイングシャフト側から上記環状プレートと共に挟み込み、上記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、を含む。
【0011】
上記検知装置は、上記第２円筒状部材の外面側に設けられ、スイッチレバーを有するスイッチ本体と、上記環状ガイドの外周面には、上記第２円筒状部材に設けられた開口部の内側から外側に向けて突出し、上記スイッチレバーの第１状態と第２状態とを切替える押圧レバーと、を含む。
【0012】
上記スイングシャフトが静止状態においては、上記環状ガイドに設けられた上記押圧レバーは、上記スイッチ本体の上記第１状態を選択し、上記スイングシャフトの揺動に応じて上記弾性力付与部材が上記円筒状ハウジング側に所定量移動した場合には、上記環状ガイドに設けられた上記押圧レバーは、上記スイッチ本体の上記第２状態を選択する。
【0013】
［３］：［１］または［２］のいずれかに記載のツール取替装置において、上記円筒状ハウジングは、環状プレートと、上記環状プレートの内側に円筒状に設けられ、上記第２貫通孔を規定する第１円筒状部材と、上記環状プレートの外側に、上記第１円筒状部材と環状空間を隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材と、上記第２円筒状部材の上記環状プレートとは反対側の位置において、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートと、を含む。
【0014】
上記弾性力付与部材は、上記環状空間に配置される弾性部材と、上記弾性部材を上記スイングシャフト側から上記環状プレートと共に挟み込み、上記第２円筒状部材の内壁に内接する環状ガイドと、を含む。
【0015】
上記スイングシャフトは、上記第３貫通孔を規定するシャフト部材と、上記シャフト部材の上記弾性力付与部材側の一端に設けられ、上記第１環状受プレートと上記環状ガイドとに挟み込まれる位置に内側から外側に向かって延在する環状の第２環状受プレートと、を含む。
【0016】
上記調心機構として、上記第１環状受プレートと上記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、上記第１環状受プレートの上記第２環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、上記第２環状受プレートの上記第１環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングの外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、上記第１環状ガイド溝は、上記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、上記第２環状ガイド溝は、上記第１環状ガイド溝に対して対向配置した場合に、上記第１環状ガイド溝に対して、上記中心軸を中心にして点対称となる位置に偏心して設けられる。
【0017】
上記位置決め環状リングが上記第１環状ガイド溝と上記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることで、上記スイングシャフトの中心軸と上記円筒状ハウジングの中心軸とが一致し、上記スイングシャフトと上記円筒状ハウジングとの上記中心軸回りの位置決めが行なわれる。
【0018】
［４］：本開示の調心機構においては、円筒状の第１シャフトと、上記第１シャフトの内側に配置され、上記第１シャフトの一端側に連結される第２シャフトと、上記第１シャフトと上記第２シャフトとの中心軸が一致するとともに、上記第１シャフトと上記第２シャフトとの上記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構であって、以下の構成を備える。
【0019】
上記第１シャフトの一端側は、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートを含み、上記第２シャフトの上記第１シャフト側は、上記第１環状受プレートの内側から外側に向かって延在する環状に設けられた第２環状受プレートを含み、上記第１環状受プレートと上記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、上記第１環状受プレートの上記第２環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、上記第２環状受プレートの上記第１環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングを外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられ、上記第１環状ガイド溝は、上記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、上記第２環状ガイド溝は、上記第１環状ガイド溝に対して、上記中心軸を中心にして点対称となる位置に設けられる。
【0020】
上記位置決め環状リングが上記第１環状ガイド溝と上記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることにより、上記第１シャフトの中心と上記第２シャフトの中心とが一致し、上記第１シャフトと上記第２シャフトの上記中心軸回りの位置決めが行なわれる。
【発明の効果】
【0021】
本開示のツール取替装置によれば、ロボットアームへの不要な外力が加わることを抑制し、ロボットアームへの動作負荷を軽減させることができるとともに、ショックセンサが動作した後の復帰作業時間を低減する。また、本開示の調心機構によれば、第１シャフトに対する第２シャフトの復帰作業時間を低減する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施の形態のツール取替装置を装着した産業用ロボット装置の全体構成図である。
【図2】実施の形態のツール取替装置の全体斜視図である。
【図3】実施の形態のツール取替装置の分解斜視図である。
【図6】実施の形態のツール取替装置に採用される検知装置の第１部分拡大図である。
【図7】実施の形態のツール取替装置に採用される検知装置の第２部分拡大図である。
【図8】実施の形態のツール取替装置に採用されるスイングシャフトの平面図である。
【図10】実施の形態のツール取替装置に採用されるスイングシャフトのシャフト部材を外した状態の平面図である。
【図12】実施の形態のツール取替装置に採用されるスイングシャフトのシャフト部材を見上げた状態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本実施の形態のツール取替装置および調心機構について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【0024】
以下に示すツール取替装置には、本開示に基づいた調心機構が採用されているが、この中心軸回り位置決機構は、以下に示すツール取替装置に限定して適用されるものでなく。第１シャフトの中心と第２シャフトの中心とを一致させ、第１シャフトと２シャフトの中心軸回りの位置決めが行なう場合に広く適用可能な機構である。
【0025】
（産業用ロボット装置１００の全体構成）
図１を参照して、本実施の形態のツール取替装置１が採用された産業用ロボット装置１００の全体構成について説明する。図１は、ツール取替装置１を装着した産業用ロボット装置１００の全体構成図である。
図１を参照して、本実施の形態のツール取替装置１が採用された産業用ロボット装置１００の全体構成について説明する。図１は、ツール取替装置１を装着した産業用ロボット装置１００の全体構成図である。
【0026】
産業用ロボット装置１００は、６軸方向に自在に移動できるロボットアーム２の先端部にツール取替装置１が設けられている。ツール取替装置１には、溶接トーチ３が装着されている。ロボットアーム２は、各アームの関節部位が、図１中に示す矢印の方向に回動することで、ツール取替装置１に装着された溶接トーチ３を、３次元空間の所定位置へ移動させることができる。ロボットアーム２の内部は中空に形成されており、溶接ワイヤやケーブル４が挿通されている。ツール取替装置１に装着された溶接トーチ３は、加工対象物に対しアーク溶接等を行なう。溶接トーチ３に供給される電力、シールドガス、冷却水及び溶接ワイヤは、ロボットアーム２内に挿通されたケーブル４を通じて供給される。
【0027】
（ツール取替装置１）
次に、図２から図４を参照して、本実施の形態のツール取替装置１の構成について説明する。図２は、ツール取替装置１の全体斜視図、図３は、ツール取替装置１の分解斜視図、図４は、図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視における第１断面図である。
次に、図２から図４を参照して、本実施の形態のツール取替装置１の構成について説明する。図２は、ツール取替装置１の全体斜視図、図３は、ツール取替装置１の分解斜視図、図４は、図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視における第１断面図である。
【0028】
図２に示すように、ツール取替装置１は、溶接トーチ３が装着される装着面６０Ａと、ロボットアーム２に取り付けられる取付面１０Ａとを備える。ツール取替装置１は、環状アダプタ１０と、ハウジング２０と、スイングシャフト６０とを備える。
【0029】
環状アダプタ１０は、中心軸ＣＬに対して環状に設けられ、上記取付面１０Ａを有し、中心軸ＣＬを中心とする第１貫通孔１０ｈが設けられる円盤状の形態を有している。ハウジング２０は、環状アダプタ１０に対して同軸に取り付けられ、中心軸ＣＬを中心とする第２貫通孔２０ｈを有する。スイングシャフト６０は、ハウジング２０の内側に揺動可能に配置され、静止状態においてハウジング２０と同軸に設けられ、装着面６０Ａおよび中心軸ＣＬを中心とする第３貫通孔６０ｈが設けられている。揺動の詳細については、後述する。
【0030】
図３を参照して、ツール取替装置１の全体的な構成部材について説明する。ツール取替装置１は、環状アダプタ１０、ハウジング２０、弾性力付与部材４０、および、スイングシャフト６０を含む。ハウジング２０は、円筒状ハウジング２１、および、第１環状受プレート２２を含む。弾性力付与部材４０は、弾性部材として多重巻型のウェーブスプリング４１、および、環状ガイド４２を有する。円筒状ハウジング２１は、環状アダプタ１０に対してボルト等を用いて固定されている。第１環状受プレート２２は、円筒状ハウジング２１に対してボルト等を用いて固定されている。
【0031】
スイングシャフト６０は、シャフト部材６１、位置決め環状リング６２、アダプタ６３、および、連結部材６４を有する。連結部材６４は、シャフト部材６１に対してボルト等を用いて固定されている。アダプタ６３は、連結部材６４の外表面に設けられたネジ等を用いて螺合されている。
【0032】
円筒状ハウジング２１には、検知装置３０が設けられている。さらに、円筒状ハウジング２１とスイングシャフト６０との間には、中心軸回り位置決機構が設けられている。以下、弾性力付与部材４０、検知装置３０、および、中心軸回り位置決機構の詳細について説明する。
【0033】
（弾性力付与部材４０）
図４および図５を参照して、弾性力付与部材４０の詳細構成、および、その機能について説明する。図４および図５は、図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視における第１および第２断面図である。図４は、スイングシャフト６０の静止状態を示し、図５は、スイングシャフト６０が最も揺動した状態を示す。
図４および図５を参照して、弾性力付与部材４０の詳細構成、および、その機能について説明する。図４および図５は、図２中のＩＶ－ＩＶ線矢視における第１および第２断面図である。図４は、スイングシャフト６０の静止状態を示し、図５は、スイングシャフト６０が最も揺動した状態を示す。
【0034】
弾性力付与部材４０は、円筒状ハウジング２１とスイングシャフト６０との間に配置され、スイングシャフト６０が揺動状態において、スイングシャフト６０を円筒状ハウジング２１から遠ざかる方向（図４中の矢印Ｆ１方向）に付勢して、スイングシャフト６０を静止状態にするための弾性力を発揮する。
【0035】
図４を参照して、円筒状ハウジング２１は、環状プレート２１ａと、環状プレート２１ａの内側に円筒状に設けられ、第２貫通孔２０ｈを主として規定する第１円筒状部材２１ｂと、環状プレート２１ａの外側に、第１円筒状部材２１ｂと環状空間２１ｃを隔てて円筒状に設けられる第２円筒状部材２１ｄを含む。中心軸ＣＬが延びる方向に沿って、第１円筒状部材２１ｂよりも第２円筒状部材２１ｄの方が、スイングシャフト６０側に長くなるように設けられている。
【0036】
弾性部材としてのウェーブスプリング４１は、上記環状空間２１ｃに配置される。ウェーブスプリング４１のスイングシャフト６０側には、ウェーブスプリング４１を、環状プレート２１ａと共に挟み込み、第２円筒状部材２１ｄの内壁に内接する環状ガイド４２が設けられている。環状ガイド４２は、環状プレート２１ａに対向する位置に配置される環状当接プレート４２ａと第２円筒状部材２１ｄの内壁側に配置される円筒部材４２ｂとを有する。図４の断面形状において、環状ガイド４２は、環状プレート２１ａと円筒部材４２ｂとによりＬ字形状を有し、ウェーブスプリング４１をスイングシャフト６０側から支持する形態を有している。
【0037】
本実施の形態では、中心軸ＣＬが延びる方向において、ツール取替装置１の外形のコンパクト化を図るため、必要な弾性力を得ながら、弾性方向の長さを小さくできるものとして、ウェーブスプリング４１を採用している。しかし、同等の機能が得られるものであれば、複数のコイルスプリングを環状空間２１ｃに並べてもよい。
【0038】
ここで、円筒状ハウジング２１は、第２円筒状部材２１ｄの環状プレート２１ａとは反対側(スイングシャフト６０側)の位置において、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレート２２を含む。
【0039】
スイングシャフト６０は、第３貫通孔６０ｈを主として規定するシャフト部材６１と、シャフト部材６１の弾性力付与部材４０側の一端に設けられ、第１環状受プレート２２と環状ガイド４２とに挟み込まれる位置に内側から外側に向かって延在する環状の第２環状受プレート６１ｂを含む。
【0040】
この構成により、スイングシャフト６０の第２環状受プレート６１ｂが、第１環状受プレート２２と環状ガイド４２とに挟み込まれた状態となるため、スイングシャフト６０が、ハウジング２０から脱落することはない。また、スイングシャフト６０は、中心軸ＣＬを回転中心として回動することができる。さらに、円筒状ハウジング２１の環状空間２１ｃに配置された環状ガイド４２は、隙間Ｓを有するように、ウェーブスプリング４１が収容されていることから、ウェーブスプリング４１は、隙間Ｓでの弾性移動（収縮）が可能である。
【0041】
（揺動の定義）
スイングシャフト６０に外力が加わった場合には、ウェーブスプリング４１が収縮可能な範囲で、スイングシャフト６０は、中心軸ＣＬの周りにおいて、図中の矢印Ｓに示す方向に傾斜することができるとともに、中心軸ＣＬの軸方向（図中の矢印Ｖに示す方向）に移動することができる。このように、スイングシャフト６０が、中心軸ＣＬに対して、回動、傾斜、移動できる状態を揺動と呼ぶ。
スイングシャフト６０に外力が加わった場合には、ウェーブスプリング４１が収縮可能な範囲で、スイングシャフト６０は、中心軸ＣＬの周りにおいて、図中の矢印Ｓに示す方向に傾斜することができるとともに、中心軸ＣＬの軸方向（図中の矢印Ｖに示す方向）に移動することができる。このように、スイングシャフト６０が、中心軸ＣＬに対して、回動、傾斜、移動できる状態を揺動と呼ぶ。
【0042】
図５を参照して、スイングシャフト６０が最も円筒状ハウジング２１側に移動した状態を示している。この状態は、スイングシャフト６０に装着された溶接トーチ３に想定外の外力が加わった状態である。このような状態になる前は、溶接トーチ３に加わった外力は、ウェーブスプリング４１の弾性力に応じてスイングシャフト６０が揺動することで、外力を吸収することができる。しかし、図５の状態では、ウェーブスプリング４１は最も圧縮されているために、外力（図中の矢印Ｆ２で示す力）を吸収することはできない。したがって、このような状態になった場合を、産業用ロボット装置１００は、検知することが必要となる。
【0043】
（検知装置３０）
次に、図６および図７を参照して、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間に設けられる検知装置３０について説明する。図６および図７は、ツール取替装置１に採用される検知装置３０の第１および図２部分拡大図である。
次に、図６および図７を参照して、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間に設けられる検知装置３０について説明する。図６および図７は、ツール取替装置１に採用される検知装置３０の第１および図２部分拡大図である。
【0044】
ツール取替装置１に採用される検知装置３０は、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間に、静止状態に対してスイングシャフト６０が揺動し、弾性力付与部材４０が円筒状ハウジング２１側に所定量移動した状態を検知する装置である。
【0045】
図３を参照して、円筒状ハウジング２１の外周面に、検知装置３０が固定されている。円筒状ハウジング２１の外周面には、検知装置３０を固定するためのベース部２１ｙが設けられている。また、このベース部２１ｙには、開口部２１ｘが設けられている。他方、環状ガイド４２の外周面には、開口部２１ｘの内側から外側に向けて突出する押圧レバー４２ｔが設けられている。
【0046】
【0047】
検知装置３０のカバー３０Ｃ（図３参照）の内部には、取付ベース３１、この取付ベース３１に支持されたスイッチ本体３２が収容されている。この取付ベース３１は、円筒状ハウジング２１に固定されている。スイッチ本体３２には、本実施の形態ではリミットスイッチが用いられている。スイッチ本体３２には、ＯＮ状態（第１状態）およびＯＦＦ状態（第２状態）を切替えるためのスイッチレバー３３が設けられている。スイッチ本体３２のＯＮ／ＯＦＦ状態の信号は、産業用ロボット装置１００の制御部に送られる。
【0048】
図６に示す状態は、図４で示したスイングシャフト６０が静止状態であり、ツール取替装置１に装着された溶接トーチ３に外力が加わっていない状態である。この状態においては、環状ガイド４２に設けられた押圧レバー４２ｔにより、スイッチレバー３３が押さえ込まれており、スイッチ本体３２は、ＯＮ状態が選択されていることとなる。
【0049】
図７に示す状態は、図５に示したスイングシャフト６０がスイングシャフト６０が最も円筒状ハウジング２１側に移動した状態を示している。この状態は、スイングシャフト６０に装着された溶接トーチ３に想定外の外力が加わった状態である。この状態においては、環状ガイド４２に設けられた押圧レバー４２ｔが、円筒状ハウジング２１側に所定量移動し、その結果、押圧レバー４２ｔによるスイッチレバー３３の押さえ込みが開放された状態である。スイッチ本体３２は、ＯＦＦ状態が選択されていることとなる。
【0050】
このように、円筒状ハウジング２１と弾性力付与部材４０との間に検知装置３０を設けておくことで、スイングシャフト６０の揺動状態を産業用ロボット装置１００が検知することが可能となり、溶接トーチ３に想定以上の外力が加わった場合には、産業用ロボット装置１００は、運転を停止して、溶接トーチ３およびロボットアーム２を保護することが可能となる。
【0051】
図５に示すスイングシャフト６０が円筒状ハウジング２１側に所定量移動した後、スイングシャフト６０に加わっていた外力が開放された場合、ウェーブスプリング４１の復元力に基づき、スイングシャフト６０は、円筒状ハウジング２１から遠ざかる方向（図４参照）に押されることとなる。この際、スイングシャフト６０には、溶接トーチ３が装着されていることから、スイングシャフト６０の中心と円筒状ハウジング２１の中心とを一致させ、中心軸ＣＬ回りの位置決めを行なう必要がある。以下、この調心機構について説明する。
【0052】
（調心機構）
図８から図１３を参照して、ツール取替装置１に採用される調心機構について説明する。図８は、スイングシャフト６０の平面図、図９は、図８中のＩＸ－ＩＸ線矢視断面図、図１０は、スイングシャフト６０のシャフト部材を外した状態の平面図、図１１は、図１０中のＸＩ－ＸＩ線矢視断面図、図１２は、スイングシャフト６０のシャフト部材６１を見上げた状態の平面図、図１３は、図１２中のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線矢視断面図である。図１２において、視認し易くするために、第２環状ガイド溝６１ｍには、ドットハッチングを付している。
図８から図１３を参照して、ツール取替装置１に採用される調心機構について説明する。図８は、スイングシャフト６０の平面図、図９は、図８中のＩＸ－ＩＸ線矢視断面図、図１０は、スイングシャフト６０のシャフト部材を外した状態の平面図、図１１は、図１０中のＸＩ－ＸＩ線矢視断面図、図１２は、スイングシャフト６０のシャフト部材６１を見上げた状態の平面図、図１３は、図１２中のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線矢視断面図である。図１２において、視認し易くするために、第２環状ガイド溝６１ｍには、ドットハッチングを付している。
【0053】
ツール取替装置１に採用される調心機構は、円筒状ハウジング２１とスイングシャフト６０との間において、スイングシャフト６０の揺動状態から静止状態に戻った際に、スイングシャフト６０の中心と円筒状ハウジング２１の中心とを一致させ、中心軸ＣＬ回りの位置決めを行なう機構である。
【0054】
図８および図９を参照して、スイングシャフト６０について説明する。なお、連結部材６４、および、アダプタ６３の図示は省略する。スイングシャフト６０は、第３貫通孔６０ｈを規定するシャフト部材６１と、シャフト部材６１の弾性力付与部材４０側の一端に設けられ、第１環状受プレート２２と環状ガイド４２とに挟み込まれる位置に内側から外側に向かって延在する環状の第２環状受プレート６１ｂと、を含む。第１環状受プレート２２と第２環状受プレート６１ｂとの間には、位置決め環状リング６２が保持されている。
【0055】
第１環状受プレート２２の第２環状受プレート６１ｂが対向する面には、位置決め環状リング６２の内面側を支持する第１環状ガイド溝２２ｍが設けられている。第２環状受プレート６１ｂの第１環状受プレート２２が対向する面には、位置決め環状リング６２の外面側を支持する第２環状ガイド溝６１ｍが設けられている。
【0056】
図１０に示すように、位置決め環状リング６２の内面側を支持する第１環状ガイド溝２２ｍは、中心軸Ｃｌに対して偏心する位置に設けられている。本実施の形態では、中心軸ＣＬに対して左側にずれた位置に第１環状ガイド溝２２ｍが設けられている。その結果、図１０に示すように、第１環状受プレート２２においては、貫通孔２２ｈを規定する内壁面２２ｈ１と第１環状ガイド溝２２ｍと間の壁２２ｒの厚さ（ｔ１１＞ｔ１２）は、中心軸ＣＬから見て左側が厚く、右側が薄く設けられる。
【0057】
次に、図１２および図１３を参照して、シャフト部材６１において、第２環状受プレート６１ｂの第１環状受プレート２２が対向する面には、位置決め環状リング６２の外面側を支持する第２環状ガイド溝６１ｍ（ドットハッチングを付した領域）が設けられている。
【0058】
この第２環状ガイド溝６１ｍは、第１環状ガイド溝２２ｍに対して対向配置した場合に、第１環状ガイド溝２２ｍに対して、中心軸Ｃｌを中心にして点対称となる位置に偏心して設けられている。本実施の形態では、中心軸ＣＬに対して右側にずれた位置に第２環状ガイド溝６１ｍが設けられている。その結果、図１２および図１３に示すように、シャフト部材６１においては、シャフト部材６１の外面を規定する外壁面６１ｇと第２環状ガイド溝６１ｍと間の壁６１ｒの厚さ（ｔ２１＜ｔ２２）は、中心軸ＣＬから見て左側が薄く、右側が厚く設けられる。
【0059】
これにより、再び、図４を参照して、ウェーブスプリング４１の復元力に基づき、環状ガイド４２によりスイングシャフト６０が、円筒状ハウジング２１から遠ざかる方向（図４中の矢印Ｆ１方向）に押さえ付けられると、位置決め環状リング６２が第１環状ガイド溝２２ｍと第２環状ガイド溝６１ｍとに挟み込まれることになる。
【0060】
この場合、第１環状ガイド溝２２ｍと第２環状ガイド溝６１ｍとは中心軸Ｃｌを中心にして点対称となる位置に偏心して設けられていることから、図４に示す状態に至るまで、シャフト部材６１が中心軸Ｃｌの回りを徐々に回転しながら調心する。最終的には、スイングシャフト６０の中心軸と円筒状ハウジング２１の中心軸とが一致し。さらに、スイングシャフト６０と円筒状ハウジング２１との中心軸ＣＬ回りの位置決めが行なわれる（図４に示す状態）。
【0061】
以上、本実施の形態におけるツール取替装置１によれば、ロボットアーム２への不要な外力が加わることを抑制して、ロボットアーム２への動作負荷を軽減させることができる。さらに、検知装置３０（ショックセンサ）が動作した後の復帰作業であるスイングシャフト６０の中心と円筒状ハウジング２１の中心とを一致させ、中心軸ＣＬ回りの位置決めを行なう作業が、上記した調心機構で実施されることから、復帰作業時間を低減することが可能となる。
【0062】
（調心機構）
上記した調心機構は、上記したツール取替装置１への採用に限定されるものでなく、第１環状受プレート２２を第１シャフトとし、シャフト部材６１を第２シャフトとした場合には、以下に示すように、広く上記した調心機構を他の構成に適用することができる。
上記した調心機構は、上記したツール取替装置１への採用に限定されるものでなく、第１環状受プレート２２を第１シャフトとし、シャフト部材６１を第２シャフトとした場合には、以下に示すように、広く上記した調心機構を他の構成に適用することができる。
【0063】
この調整機構は、円筒状の第１シャフトと、上記第１シャフトの内側に配置され、上記第１シャフトの一端側に連結される第２シャフトと、上記第１シャフトと上記第２シャフトとの中心軸が一致するとともに、上記第１シャフトと上記第２シャフトとの上記中心軸回りの位置決めを行なう調心機構であって、以下の構成を備える。
【0064】
上記第１シャフトの一端側は、内方に向かって環状に設けられた第１環状受プレートを含み、上記第２シャフトの上記第１シャフト側は、上記第１環状受プレートの内側から外側に向かって延在する環状に設けられた第２環状受プレートを含む。
【0065】
上記第１環状受プレートと上記第２環状受プレートとの間には、位置決め環状リングが保持され、上記第１環状受プレートの上記第２環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングの内面側を支持する第１環状ガイド溝が設けられ、上記第２環状受プレートの上記第１環状受プレートが対向する面には、上記位置決め環状リングを外面側を支持する第２環状ガイド溝が設けられる。
【0066】
上記第１環状ガイド溝は、上記中心軸に対して偏心する位置に設けられ、上記第２環状ガイド溝は、上記第１環状ガイド溝に対して、上記中心軸を中心にして点対称となる位置に設けられ、上記位置決め環状リングが上記第１環状ガイド溝と上記第２環状ガイド溝とに挟み込まれることにより、上記第１シャフトの中心と上記第２シャフトの中心とが一致する、上記第１シャフトと上記第２シャフトの上記中心軸回りの位置決めが行なわれる。
【0067】
上記調心機構によれば、第１シャフトに対する第２シャフトの復帰作業時間を低減することができる。
【0068】
以上、実施の形態において本開示のツール取替装置および調心機構について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0069】
１ ツール取替装置、２ ロボットアーム、３ 溶接トーチ、４ ケーブル、１０ 環状アダプタ、１０Ａ 取付面、１０ｈ 第１貫通孔、２０ ハウジング、２０ｈ 第２貫通孔、２１ 円筒状ハウジング、２１ａ 環状プレート、２１ｂ 第１円筒状部材、２１ｃ 環状空間、２１ｄ 第２円筒状部材、２１ｘ 開口部、２１ｙ ベース部、２２ 第１環状受プレート、２２ｈ 貫通孔、２２ｈ１ 内壁面、２２ｍ 第１環状ガイド溝、２２ｒ，６１ｒ 壁、３０ 検知装置、３０Ｃ カバー、３１ 取付ベース、３２ スイッチ本体、３３ スイッチレバー、４０ 弾性力付与部材、４１ ウェーブスプリング、４２ 環状ガイド、４２ａ 当接プレート、４２ｂ 円筒部材、４２ｔ 押圧レバー、６０ スイングシャフト、６０Ａ 装着面、６０ｈ 第３貫通孔、６１ シャフト部材、６１ｂ 第２環状受プレート、６１ｇ 外壁面、６１ｍ 第２環状ガイド溝、６２ 位置決め環状リング、６３ アダプタ、６４ 連結部材、１００ 産業用ロボット装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】