特許 7194175 シャフトを自動的に交換する方法およびシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-13

(45)【発行日】2022-12-21

(54)【発明の名称】シャフトを自動的に交換する方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20221214BHJP

   B23B 31/107 20060101ALI20221214BHJP

   B23Q 3/12 20060101ALI20221214BHJP

【ＦＩ】

B25J15/04

B23B31/107 Z

B23Q3/12 C

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020514723

(86)(22)【出願日】2018-09-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-19

(86)【国際出願番号】 EP2018074799

(87)【国際公開番号】W WO2019053155

(87)【国際公開日】2019-03-21

【審査請求日】2021-06-30

(31)【優先権主張番号】102017121171.3

(32)【優先日】2017-09-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515315521

【氏名又は名称】フェルロボティクス コンプライアント ロボット テクノロジー ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｆｅｒｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ Ｒｏｂｏｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110000718

【氏名又は名称】弁理士法人中川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ナデラー ロナルド

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第００５２５６９９（ＥＰ，Ａ１）

【文献】国際公開第９３／０１７８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４８９７０１４（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５００２５００（ＵＳ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２５６４９９４（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

Ｂ２３Ｂ ３１／１０７

Ｂ２３Ｑ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトカップリングであって、
シャフト（３３０）と、円錐形シャフト部分（３２１）とを有する第１のカップリング部（３１０）であって、前記シャフト（３３０）の第１の端部には、工具（１１）が固定可能であり、前記シャフトの第２の端部には、シャフト肩部（３３９）が配置されている第１のカップリング部（３１０）と、
円錐形ハブ（３６２）を有する第２のカップリング部（３５０）であって、前記円錐形ハブ（３６２）には、前記円錐形シャフト部分（３２１）が円錐形座部を形成するために挿入可能で、前記第２のカップリング部（３５０）は、前記シャフトカップリング（３０）の回転軸を横切る方向に変位可能なロック要素（３５２）を有し、前記ロック要素（３５２）が、前記シャフト（３３０）の前記シャフト肩部（３３９）に係合可能となるように配置される第２のカップリング部（３５０）と、
前記ロック要素（３５２）の係合の際に、前記円錐形座部に対し軸方向に作用するように付勢するバネ力を発生させるように配置されている少なくとも１つのバネ（３３４、３３４´）と、
を有するシャフトカップリング。

【請求項2】

請求項１に記載のシャフトカップリングであって、
前記ロック要素（３５２）の外側端部が前記第２のカップリング部（３５０）から突出しているシャフトカップリング。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のシャフトカップリングであって、
前記第１のカップリング部（３１０）は、前記シャフト（３３０）に軸方向に変位可能に取り付けられた中空シャフト（３２０）を有し、
前記円錐形シャフト部分（３２１）が前記中空シャフト（３２０）の一部であり、
前記バネが前記第１のカップリング部（３１０）内に含まれ、前記円錐形シャフト部分（３２１）が前記円錐形ハブ（３６２）内に挿入されたときに、前記中空シャフト（３２０）が前記バネ（３３４）のバネ力に抗して前記シャフト（３３０）上で変位するように前記バネが配置されているシャフトカップリング。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載のシャフトカップリングであって、
前記第１のカップリング部（３１０）は、前記シャフト（３３０）に軸方向に変位可能に取り付けられた中空シャフト（３２０）を有し、
前記円錐形シャフト部分（３２１）が前記中空シャフト（３２０）の一部であり、
前記バネが前記第１のカップリング部（３１０）内に含まれ、前記円錐形シャフト部分（３２１）が前記円錐形ハブ（３６２）内に挿入されたときに、前記中空シャフト（３２０）が前記バネ（３３４）のバネ力に抗して前記シャフト（３３０）上で変位するように前記バネが配置され、前記シャフト（３３０）の前記シャフト肩部（３３９）は、前記ロック要素（３５２）が前記シャフト肩部（３３９）に係合してロックを形成するまで、前記第２のカップリング部（３５０）に侵入するシャフトカップリング。

【請求項5】

請求項３又は請求項４に記載のシャフトカップリングであって、
前記シャフト（３３０）は、前記中空シャフト（３２０）のためのエンドストップを形成する更なるシャフト肩部（３３８）を有し、前記バネ（３３４）のバネ力は、前記エンドストップに対して前記中空シャフト（３２０）を押圧するシャフトカップリング。

【請求項6】

請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載のシャフトカップリングであって、
前記シャフト（３３０）と前記中空シャフト（３２０）との間に配置され、前記シャフト（３３０）と前記中空シャフト（３２０）との間の軸方向の変位は可能であるが、回転は阻止するフェザーキー（３３６）を更に有するシャフトカップリング。

【請求項7】

請求項１又は請求項２に記載のシャフトカップリングであって、
前記第２のカップリング部（３５０）は、下側部分（３５１）と、下側部分（３５１）に対して軸方向に相対的に変位可能な上側部分（３６１）とを有し、前記上側部分（３６１）には、前記円錐形ハブ（３６２）が配置され、
前記少なくとも１つのバネ（３３４´）が前記下側部分（３５１）と前記上側部分（３６２）との間に配置され、前記バネ（３３４´）のバネ力に抗して円錐形シャフト部分（３２１）が前記円錐形ハブ（３６２）に挿入された際に、前記下側部分（５５１）が前記上側部分（３６１）に対して変位するシャフトカップリング。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか一項に記載のシャフトカップリングであって、
前記ロック要素（３５２）が、開口部（３５５）を有しており、前記ロック要素（３５２）が前記シャフト（３３０）の前記シャフト肩部（３３９）に係合可能となるまで前記シャフト（３３０）を前記開口部（３５５）に挿入することができ、
このロックにより前記シャフト（３３０）が前記開口部（３３５）から引き戻されることが阻止されるシャフトカップリング。

【請求項9】

請求項８に記載のシャフトカップリングであって、
前記ロック要素（３５２）が係合している際に、前記バネ（３３４）のバネ力が、前記円錐形シャフト部分（３２１）を前記円錐形ハブ（３６２）に対して付勢するシャフトカップリング。

【請求項10】

請求項８又は請求項９に記載のシャフトカップリングであって、
前記ロック要素（３５２）の前記開口部（３５５）の縁及び前記シャフト（３３０）の周囲の縁はそれぞれ面取りされており、
前記シャフト（３３０）が前記開口部に挿入される際に、前記シャフト（３３０）の前記縁の傾斜面（３４１）と開口部（３５５）の前記縁の傾斜面（３５６）が互いに摺動し、それにより前記ロック要素（３５２）が変位するシャフトカップリング。

【請求項11】

マニピュレータ（１）と、
工具（１１）を駆動するためのモータシャフトを有する工作機械（１０）であって、前記工作機械（１０）は、前記マニピュレータ（１）に結合され、前記マニピュレータ（１）により位置決め可能である工作機械（１０）と、
前記工作機械（１０）の前記モータシャフトを前記工具（１１）に結合するための請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載のシャフトカップリング（３０）と、
を有するシステム。

【請求項12】

請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載したシャフトカップリング（３０）と、
凹部（５１１）を有する支持板（５１０）を有する少なくとも１つの交換ステーション（５０）であって、前記凹部（５１１）は、前記シャフトカップリング（３０）の第１のカップリング部（３１０）が凹部（５１１）に挿入可能である収納位置を規定し、前記第１のカップリング部（３１０）の円錐形シャフト部分（３２１）が前記支持板（５１０）から突出している少なくとも１つの交換ステーション（５０）と、
を有するシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載のシステムであって、前記システムは、前記支持板（５１０）上に配置されたストップ（５２０）をさらに有し、
前記ロック要素（３５２）の一端が前記第２のカップリング部（３５０）から横方向へ突き出ており、前記ストップ（５２０）が前記収納位置に対して配置され、前記ストップ（５２０）が前記ロック要素（３５２）の突き出た前記一端を前記第２のカップリング部（３５０）へ押し込むことでロックが解除されるシステム。

【請求項14】

請求項１２又は請求項１３に記載のシステムであって、
２つの前記カップリング部（３１０、３５０）の結合中に前記ロック要素（３５２）の変位を検出できるように配置された近接センサ（５２１）をさらに有するシステム。

【請求項15】

請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載のシステムであって、
前記支持板（５１０）が、ベース（５０１）に対して持ち上げることができるように、前記ベース（５０１）に弾性的に取り付けられているシステム。

【請求項16】

シャフトカップリングの第２のカップリング部（３５０）を交換ステーション（５０）に既に置かれている、前記シャフトカップリングの第１のカップリング部分（３１０）と同軸にマニピュレータ（１）により位置合わせをするステップと、
前記第２のカップリング部（３５０）のロック要素（３５２）が前記第１のカップリング部（３１０）のシャフト肩部（３３９）に係合し、ロックを形成するまで、前記第２のカップリング部（３５０）を前記第１のカップリング部（３１０）に押し付けるステップと、
前記第２のカップリング部（３５０）を持ち上げ、それにより前記第１のカップリング部（３５０）が前記交換ステーションから持ち上げられるステップと、
前記第１のカップリング部（３１０）に取り付けられた工具（１１）を使用して前記マニピュレータによって自動プロセスを実行するステップと、
前記シャフトカップリングを前記交換ステーション（５０）または別の交換ステーションに挿入するステップであって、前記第２のカップリング部（３５０）の前記ロック要素（３５２）がそれぞれの交換ステーションのストップ（５２０）により作動され、その結果、ロックが解除されるステップと、
前記マニピュレータ（１）により前記それぞれの交換ステーションから前記第２のカップリング部（３５０）を取り外し、一方、前記第１のカップリング部（３１０）は交換ステーションに残すステップと、
を有する方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の方法であって、
前記第２のカップリング部（３５０）を前記第１のカップリング部（３１０）に押し付ける前記ステップにより、前記第１のカップリング部（３１０）の円錐形シャフト部分（３２１）が前記第２のカップリング部（３５０）の円錐形ハブ（３６２）に導入され、それによって円錐形座部が形成され、
前記ロック要素（３５２）が前記シャフト肩部（３３９）に係合し、係合状態においてバネ力が前記円錐形座部を付勢するまで、前記バネ力の作用に抗して前記第１のカップリング部（３１０）の前記シャフト肩部（３３９）が前記第２のカップリング部に押し込まれる方法。

【請求項18】

請求項１６又は請求項１７に記載の方法であって、
係合の際に前記ロック要素（３５２）は、前記シャフトカップリングの回転軸を横切る方向に動かされ、この動きは、近接センサによって検出される方法。

【請求項19】

請求項１６乃至請求項１８の何れか一項に記載の方法であって、
前記シャフトカップリングを前記交換ステーション（５０）または別の交換ステーションに挿入する前記ステップの後、前記シャフトカップリングは、前記第２のカップリング部から突出する前記ロック要素（３５２）の一端が前記ストップ（５２０）に隣接するまで、その回転軸の周りを回転される方法。

【請求項20】

請求項１６乃至請求項１９の何れか一項に記載の方法であって、
前記ロックが解除される際に、前記シャフト肩部（３３９）は、バネ（３３４）によって前記ロック要素（３５２）から離れるように押圧される方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動ロボット支援によりシャフトを交換する方法およびシステムに関する。例えば、ロボット支援の研削装置または他の回転可能な工具用の研削板は、交換されるシャフトに取り付けることができる。

【背景技術】

【0002】

ロボット研削装置では、研削工具（電動式の回転研削板を有する研削機械など）は、産業用ロボットなどのマニピュレータによってガイドされる。この場合、研削工具はマニピュレータのいわゆるＴＣＰ（ツールセンターポイント）とさまざまな方法で結合され、マニピュレータは、工具の位置と方向を実質的に任意に設定できる。産業用ロボットは通常、位置制御されており、所望の軌道に沿ってＴＣＰを正確に移動できる。ロボット支援研削において良好な結果を達成するためには、多くの使用において加工力（研削力）の制御が必要であり、これは、従来の産業用ロボットでは十分な精度で達成することがしばしば困難となっている。産業用ロボットの大きくて重いアームセグメントは慣性が大きいので、コントローラ（閉ループコントローラ）がプロセス力の変動に十分迅速に反応できない。この問題を解決するために、マニピュレータのＴＣＰと研削工具との間に産業用ロボットと比較して（比較的小さな）リニアアクチュエータが配置され得え、このリニアアクチュエータは、マニュピレータのＴＣＰに研削工具とともに結合される。リニアアクチュエータは、研削中、プロセス力（工具とワークピース間の接触力）のみを調整し、マニピュレータは、事前定義可能な軌道に沿って位置制御され、研削工具をリニアアクチュエータとともに移動する。

【0003】

ロボット支援の研削装置を使用した場合でも、摩耗した研削板はしばしば手動で交換される。研削板を交換するためのロボット支援の交換ステーションにはいくつかのコンセプトがあるが、既知のソリューションは比較的複雑で、実装に労力がかかり、したがって高価である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ＥＰ ０ ５２５ ６９９ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明者らは、例えば、研削板などの回転ツールの容易かつロボット支援で自動的に交換することができるシステムおよび方法を提供するという課題を自ら設定した。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１に係る装置によって解決される。異なる実施形態およびさらなる展開は、従属請求項の主題である。

【0007】

本明細書では、ワークピースの加工をロボットで支援するシステムが記載される。例示的な一実施形態によれば、このシステムは、工具を駆動するためのモータシャフトを有する工作機械、工作機械をマニピュレータと結合するためのリニアアクチュエータ、および工作機械のモータシャフトを工具と結合するためのシャフトカップリングを有する。シャフトカップリングの第１のカップリング部は、シャフトと円錐形シャフト部分とを有し、シャフトの第１の端部には、工具が固定可能であり、シャフトの第２の端部には、シャフトショルダが配置される。シャフトカップリングの第２のカップリング部は、工作機械のモータシャフトに固定的に接続され、円錐形ハブを有し、この円錐形ハブには、円錐形座部を形成するために（第１のカップリング部の）円錐形シャフト部分が挿入可能である。第２のカップリング部は、シャフトカップリングの回転軸を横切る方向に変位可能なロック要素を有し、ロック要素が、シャフトのシャフト肩部に係合可能なように配置される。シャフトカップリングは少なくとも１つのバネを有し、このバネは、ロック要素の係合の際に、円錐形座部に対し軸方向に作用ように付勢するバネ力を発生させるように配置されている。

【0008】

以下では、シャフトカップリングが記載される。例示的な一実施形態によれば、このシャフトカップリングは、シャフトおよび円錐形シャフト部分を備えた第１のカップリング部を有する。工具（例えば、研削板、ドリルなど）は、シャフトの第１の端部に固定することができ、シャフト肩部は、シャフトの第２の端に配置される。第２のカップリング部は、円錐形ハブを有し、この円錐形ハブには、円錐形座部を形成するために第１のカップリング部の円錐形シャフト部分が挿入可能である。第２のカップリング部は、シャフトカップリングの回転軸を横切る方向に変位可能なロック要素を有し、ロック要素が、シャフトのシャフト肩部に係合可能なように配置される。少なくとも１つのバネがシャフトカップリングに配置され、このバネは、ロック要素の係合の際に、円錐形座部に対し軸方向に作用するように付勢するバネ力を発生させる。

【0009】

さらなる例示的な実施形態は、方法に関し、この方法では、マニピュレータにより、シャフトカップリングの第２のカップリング部分が交換ステーションに既に置かれている、シャフトカップリングの第１のカップリング部分と同軸に位置合わせがされる。次に、第２のカップリング部のロック要素が第１のカップリング部のシャフト肩部に係合し、ロックを形成するまで、第２のカップリング部を第１のカップリング部に押し付ける。この連結の後、第２のカップリング部が持ち上げられ、それにより第１のカップリング部が交換ステーションから持ち上げられる。第１のカップリング部に取り付けられた工具を使用してマニピュレータによって自動でワークピースに対して（加工）プロセスが実行される。次に、シャフトカップリングをこの交換ステーションまたは別の交換ステーションに挿入し、第２のカップリング部ロック要素がそれぞれの交換ステーションのストップにより作動され、その結果、ロックが解除される。
連結が解除された後、マニピュレータを使用してそれぞれの交換ステーションから第２のカップリング部を取り外し、一方、第１のカップリング部は交換ステーションに残される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、研削板などの回転ツールの容易かつロボット支援で自動的に交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】マニピュレータを用いて研削機械を位置決めするロボット支持研削装置の一例を模式的に示す図である。

【図2】研削機械と、研削機械をマニピュレータに取り付けるためのブラケットと、研削機械の軸に研削板を連結するシャフトカップリングとを模式的に示した図である

【図3】図２の例の軸継手の非係合状態での例示的な実施形態を示す図である。

【図4】連結中に異なる位置にある図３のシャフトカップリングを示す図である。

【図5】連結中に異なる位置にある図３のシャフトカップリングを示す図である。

【図6】連結中に異なる位置にある図３のシャフトカップリングを示す図である。

【図7】連結中に異なる位置にある図３のシャフトカップリングを示す図である。

【図8】図３のシャフトカップリングのロック要素を上から見た図である。

【図9】図２に示すシャフトの別の実施形態を係合状態で示す図である。

【図10】本願のシャフトカップリングを介して機械に接続された工具をロボットが交換することを可能にする交換ステーションの一例を示す図である。

【図11】図１０からのシャフトカップリングを用いた交換ステーションの詳細を示す図である。

【図12】シャフト交換処理のシーケンスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明は、図に示される実施例を参照して以下により詳細に説明される。図は必ずしも縮尺通りではなく、本発明は示された態様に限定されない。むしろ、本発明の基礎となる原理を提示することに重点が置かれている。

【0013】

本発明の例示的な実施形態は、ロボット支援研削装置に基づいて説明される。ただし、記載はロボット支援研削に限定されない。ここで説明する例示的な実施形態は、一般に、シャフトを交換するためのシャフトカップリングおよびシステムに関し、そのシャフトに任意の研削板、研磨砥板、ドリル、フライス、ドライバーなど回転工具を取り付けることができる。この記載で言及される研削機械は、あらゆる工作機械の例であり、研削板は、工作機械によって駆動されるあらゆる回転工具の例である。

【0014】

様々な実施形態を詳細に説明する前に、ロボット支持研削装置の全体的な例について最初に説明する。これは、（例えば産業用ロボットである）マニピュレータ１と、回転研削板１１を備えた研削機械１０を備え、研削機械１０は、リニアアクチュエータ２０を介してマニピュレータ１のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）に連結されている。６自由度の産業用ロボットの場合、マニピュレータは、それぞれジョイント３ａ、３ｂ、３ｃで接続された４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成される。通常、最後のセグメント２ｄは基礎Ｂにしっかりと接続されている（ただし、必ずしもそうである必要はない）。ジョイント３ｃは、セグメント２ｃとセグメント２ｄとを接続する。ジョイント３ｃは２軸とすることができ、水平回転軸（仰角）および垂直回転軸（方位角）の周りでセグメント２ｃの回転を可能にする。ジョイント３ｂは、セグメント２ｂとセグメント２ｃとを接続し、セグメント２ｃの位置に対するセグメント２ｂの旋回運動を可能にする。ジョイント３ａは、セグメント２ａとセグメント２ｂとを接続する。ジョイント３ａは２軸とすることができ、したがって（ジョイント３ｃと同様に）２つの方向への旋回運動を可能にする。ＴＣＰはセグメント２ａに対して固定された相対位置を持ち、セグメント２ａは、通常は、回転ジョイント（図示せず）を含み、これにより、セグメント２ａの長軸Ａ（図１に点線で示されている）を中心とした回転運動が可能になる。ジョイントの各軸には、それぞれのジョイント軸を中心に回転運動を引き起こすアクチュエータが対応付けられている。ジョイント内のアクチュエータは、ロボットプログラムに従ってロボットコントローラ４によって制御される。ＴＣＰは、（特定の制限内で）どこにでも配置できる（軸Ａの方向は任意）。

【0015】

マニピュレータ１は通常、位置制御されており、ロボットコントローラはＴＣＰの姿勢（位置と方向）を設定し、ＴＣＰを事前定義された軌道に沿って移動できる。産業用ロボットとＴＣＰの位置制御自体は既知であるため、ここではこれ以上説明しない。アクチュエータ２０がエンドストップに当接したとき、ＴＣＰの姿勢により研削工具の姿勢が定義される。既に述べたように、アクチュエータ２０は、研削加工中に、工具（研削板１１）とワークピースＷとの間の接触力（加工力）を所望の値に設定する働きをする。マニピュレータ１のセグメント２ａ－ｃの慣性が大きいため、従来のマニピュレータでは力ピーク（ワークピースＷに研削工具を配置する場合など）の急速な補償が実際上は不可能であるため、マニピュレータ１による直接的な加工力の制御は、通常は、研削での使用では、不正確となる。このため、ロボットコントローラはＴＣＰの姿勢（位置と向き）を制御するように構成され、一方、接触力（図２、接触力Ｆ_Ｋも参照）の制御は、研削機械１０とマニピュレータ１の間に接続されているアクチュエータ２０によって専ら実行される（必ずしも必要ではないが）。

【0016】

すでに述べたように、研削プロセス中、（線形）アクチュエータ２０と力制御ユニット（たとえば、コントローラ４で実装できる）を用いて、研削工具（研削板１１）とワークピースＷとの間の接触力Ｆ_Ｋは、研削工具とワークピースＷとの間の接触力Ｆ_Ｋが所定の目標値に対応するように調整される。この接触力は、線形アクチュエータ２０がワークピース表面を押すアクチュエータ力Ｆ_Ａに対する反作用である。ワークピースＷと研削工具との間に接触がない場合、エンドストップ（図１に示されていないか、アクチュエータ２０に一体化されている）に対する接触力Ｆ_Ｋがないため、アクチュエータ２０が移動する。マニピュレータ１の位置制御（コントローラ４でも実装可能）は、アクチュエータ２０の力制御とは完全に独立して動作できる。アクチュエータ２０は、研削機械１０の位置決めに関与せず、研削加工中に所望の接触力を設定および維持し、研削工具（研削板１１を有する研削機械１０）とワークピースＷとの間の接触を検出することのみに関与する。例えば、エンドストップからのアクチュエータ２０の偏位が０となった場合、又は、アクチュエータ２０の偏位の変化が負となった場合に、接触を検出することができる。
が）。

【0017】

アクチュエータは、空気圧アクチュエータで、例えば、複動空気圧シリンダを有し得る。ただし、ベローズシリンダとエアマッスルなど他の空気圧アクチュエータも使用できる。代替として、電気ダイレクトドライブ（ギアレス）が考慮される。空気圧アクチュエータの場合、制御バルブ、コントローラ（コントローラ４に実装された）、および圧縮空気リザーバによる従来の方法で力制御を実現できる。ただし、具体的な実装は以下の説明では重要ではないため、詳細には説明しない。いくつかの用途では、アクチュエータ２０は不要であり、省略することができる。この場合、ロボット／マニピュレータ１は、加工力を直接制御することができる。また、力の制御を必要としない使用もあり、ロボット／マニピュレータ１は位置制御されて動作する。ここに記載するシャフトカップリング及びシャフト交換システムでは、力及び位置制御は重要ではないが、工具を用いて行われる（加工）工程には有用である。

【0018】

図２に示す例では、アクチュエータ２０と、マニピュレータ１の一番外側のセグメント２ａ（図１参照）との間には、略Ｌ字形を有するブラケット２１が配置されている。ブラケット２１の目的は、（図１に示すように）リニアアクチュエータ２０をセグメント２ａの軸Ａと同軸ではなくマニピュレータ１に取り付けるのではなく、例えば９０°の角度で傾斜させて、研削盤の回転軸Ｒが軸Ａと実質的に平行になるようにすることである。なお、使用やロボット設置空間の具体的な構成に応じて、ブラケットを省略してもよいし（アクチュエータ２０は、マニピュレータ１に直接取り付けられる）、９０°以外の角度を有するブラケットを使用してもよい。また、図１及び図２は、研削機械の局所座標系の位置が示されている。この座標系では、研削機械の回転軸Ｒはｚ軸に等しく、リニアアクチュエータ２０はｘ軸に沿って作用する。

【0019】

工具（例えば研削板１１）は、シャフトカップリング３０を介して駆動部（例えば研削機械１０のモータ）に接続され得る。この場合、工具はシャフトカップリング３０の第１のカップリング部に連結され、モータの駆動シャフトはシャフトカップリング３０の第２のカップリング部に連結される。なお、第１のカップリング部は、工具（研削板１１）が装着される特殊なシャフト端部とみなすことができる。特殊な交換ステーション（図１０参照）を使用することで、ロボットは自動的に工具を交換することができ、工具と第１のカップリング部からなるモジュールが常に一緒に交換される。

【0020】

図３は、研削板のロボット支援による自動的な交換に使用できるシャフトカップリング３０（係合解除状態）の例示的な実施形態を示している。シャフトカップリングは、第１のカップリング部３１０と第２のカップリング部３５０とを有する。第１のカップリング部３１０は、運転中に、例えばネジ接続によって研削板１１に接続される。示された例では、研削板１１は、シャフト３３０の一端に差し込まれ、シャフト端に設けられたネジ部３３２にねじ込まれたナット（図示せず）によって固定され、これにより研削板１１がナットとシャフト３３０のシャフト張出部３３１との間で挟まれる。第２のカップリング部３５０には、研削機械１０の駆動シャフト（図示せず）が挿通されるハブ３７０が設けられており、駆動シャフトは、溝３５９に挿入されたフェザーキーによってハブ３７０に従来の方法で締結されている。２つのカップリング部３１０、３５０は、円錐形座部（第１のカップリング部材３１０上の外側コーン３２２及び第２のカップリング部３５０上の内側コーン３６２）によって接続され得る。２つのカップリング部３１０、３５０がどのように係合し、互いに固定され得るかについては、図４から図７を参照して以下にさらに詳細に説明する。

【0021】

第１のカップリング部は、一種のテレスコーピックシャフトとして見ることができ、取り分け、シャフト３３０（研削板１１が固定されている）と中空シャフト３２０から構成され、それによってシャフト３３０と中空シャフト３２０は、互いに（回転軸Ｒに沿って）軸方向に相対的に変位可能になっている。中空シャフト３２０は、シャフト３３０に対して２つの端部位置の間で移動可能である。スリーブ３３５は、シャフト３３０に同軸的に配置され、スリーブ３３５とシャフト３３０は、例えば、シャフト３３０のシャフト張出部３３１をスリーブ３３５に接続するネジ接続部３３３により、互いに剛性的に接続されている。中空シャフト３２０の外径および内径は、中空シャフト３２０がシャフト３３０とスリーブ３３５との間で（軸方向に）スライドできるように寸法決めされている。スリーブ３３５の内径と中空シャフト３２０の外径とは、クリアランスフィット（隙間嵌め）を形成することができる。同様に、中空シャフト３２０の内径とシャフト３３０の外径Ｄ_１は、クリアランスフィットを形成することができる。シャフト３３０の溝３３７に挿入されるフェザーキー３３６は、中空シャフト３２０とシャフト３３０との間の回転を防止する。

【0022】

上述したように、中空シャフト３２０は、シャフト３３０に対して相対的に変位可能であり、中空シャフト３２０の第１の終点位置はシャフト３３０のシャフト肩部３３８によって形成され、中空シャフト３２０の第２の終点位置は、ストップ３４０として機能するスリーブ３３５の端面によって形成される。第２の終点位置では、中空シャフト３２０がスリーブ３３５内に可能な限り挿入され、中空シャフト３２０のシャフト肩部３２３がストップ３４０と隣接する。第１の終点位置では、中空シャフト３２０はスリーブ３３５から最大に突出しており、中空シャフト内の張出部はシャフト３３０のシャフト肩部３３８と隣接している。スリーブ３３５には、バネ３３４が、バネ力で中空シャフト３２０をスリーブ３３５から押し出し、シャフト肩部３３８に対して軸方向に押圧するように配置されている。

【0023】

シャフト３３０の下端に設けられたシャフト部分は、直径Ｄ_２を有しており、直径Ｄ_１よりも若干小さくし得る。シャフト３３０の下面には、直径Ｄ_２よりも大きい最大直径Ｄ_３を有するコーン３４１が設けられており、コーン３４１の背面にはシャフト肩部３３９が形成されるようになっている。シャフト肩部３３９は、第１のカップリング部３１０を第２のカップリング部３５０に軸方向に固定するために（例えば図７参照）使用される。コーン３４１は、例えば、シャフト３３０の一端部の周囲の端部を面取りすることによって形成される。この傾斜面がコーン３４１を形成する。

【0024】

第２のカップリング部３５０は、２つの部分からなるハウジング（上側部３６１、下側部３５１）を有することができ、このハウジングは、（例えば、ネジによって）互いに強固に固定され得る。ハウジングの上側部３６１は、中央の内側コーン３６２（すなわち、円錐形のハブ）を有し、これは、第１のカップリング部３１０の対応する外側コーン３２２（中空シャフト３２０上）とともに、円錐形座部を形成することができる（例えば、図７参照）。内側コーン３６２は、上側部３６１の全体を貫通しており、回転軸Ｒに対して回転対称に形成されている。ハウジングの下側部３５１上には、半径方向に（回転軸Ｒに対して横方向に、かつ第２のカップリング部３５０のハウジングに対して相対的に）変位可能であり、バネ３５４によってハウジングの下側部３５１のエンドストッパに押し付けられるロック要素３５２が設けられている。示された例では、バネ３５４は、ハウジングの下側部３５１に設けられた半径方向の穴の中に配置されており、この穴はネジ３５３により閉じられている。このため、バネ３５４のバネ力は、ロック要素３５２とネジ３５３との間に作用する。

【0025】

ハウジングの下側部３５１には、研削機械１０（図２参照）のモータシャフト用のハブ３７０を形成する中央孔が形成されている。ハブ３７０には、フェザーキー（図示せず）を収容するための溝３５９が形成され得る。フェザーキーに代わるものとして、研削機械１０のモータシャフトに第２のカップリング部３５０を取り付けるために、任意の他のシャフト-ハブ接続部を使用することができる。

【0026】

ロック要素は、回転軸Ｒが通過する円錐状ハブ（内側コーン３６２）の下方に中央開口部３５５を有する。開口部３５５の上縁部は、面取りされ、その傾斜面が小さな内側コーン３５６を形成している。係合時には、開口部３５５の下縁部３５７は、２つのカップリング部３１０、３５０を互いに固定するために、第１のカップリング部３１０のシャフト３３０のシャフト肩部３３９に隣接する（例えば、図７参照）。ロック要素３５２の中央開口部３５５は、図３の図示の回転軸Ｒに対してわずかに偏心している。

【0027】

図４から図６において、図３からのカップリング経過中のいくつかの（中間的な）位置におけるシャフトカップリングの２つのカップリング部３１０、３５０が示されている。一実施形態では、カップリングのために、第１のカップリング部３１０は、その上に取り付けられた研削板１１と共にベースプレート上に横たわり（例えば図１０参照）、第２のカップリング部３５０は、ロボットによって第１のカップリング部３１０に上から押圧される（この場合、シャフトカップリングの向きは、図３に示すように、上下、全く逆である）。あるいは、第１のカップリング部３１０に取り付けられた研削板１１と共に第１のカップリング部３１０をベースプレートから吊り下げて、第２のカップリング部３５０をロボットによって下から第１のカップリング部３１０に押し付けることもできる（この場合、シャフトカップリングの向きは図３に示されているものと同一である）。また、係合・離脱時にシャフトカップリングを傾斜した向きとすることも可能である。

【0028】

図４は、回転軸Ｒ（ｚ方向）に沿った第２のカップリング部３５０が既に部分的に第１のカップリング部３１０に差し込まれた状態を示す図である。この場合、第１のカップリング部３１０の中空シャフト３２０の円錐系のシャフト部分３２１（外側コーン３２２）は、第２のカップリング部３５０のハウジングの上側部３６１の円錐形の開口部（内側コーン３６２）に挿入されている。一定の挿入深さから、第１のカップリング部３１０のシャフト３３０の面取りされた端部（コーン３４１）が、ロック要素３５２の中央開口部３５５の（例えば、面取りされた）端部（内側コーン３５６）に接触する。ロック要素３５２が回転軸に対して横方向に移動している間、傾斜面３４１、３５６は互いにスライド可能である。

【0029】

図５は、第２のカップリング部３５０が回転軸Ｒに沿って（ｚ方向に）第１のカップリング部３１０に完全に差し込まれた状態を示す図である。ここで、第１のカップリング部３１０の中空シャフト３２０の円錐状の部分３２１（外側コーン３２２）と、第２のカップリング部３５０のハウジングの上側部３６１の円錐ハブ（内側コーン３６２）とが円錐座を形成する（図５では３２２／３６２と表記されている）。第１のカップリング部３１０を第２のカップリング部３５０に（完全に）挿入することにより、ロック要素３５２は、シャフト３３０の面取りされた端部（コーン３４１）によって押されて横に移動する。図５に示す状況では、図４に示す状況と比較して、ロック要素３５２は、右方向（Ｘ軸方向）に変位ｄだけ移動されている。ロック要素３５２のこの移動は、シャフト３３０の端部３３０における外側コーン３４１（傾斜面）と、ロック要素３５２の開口部３５５の端部における内側コーン３５６とが互いに合わせられ、円錐面が互いに良好にスライドすることが可能でることによってサポートされいている。なお、円錐形状の代わりに、別の斜めまたは湾曲した形状も可能である。また、２つの部品（シャフト３３０、ロック要素３５２）のうちの１つだけが接触点で円錐形、斜め、または湾曲していれば十分である。

【0030】

図５に示す状況では、バネ３３４は、まだシャフト３３０のシャフト肩部３３８を中空シャフト３２０の張出部に押し付けている。ロック要素がシャフト３３０のシャフト肩部３３９に係合することができるほどシャフト３３０を第２のカップリング部に移動させるためには、バネ３３４が圧縮されなければならない。図５に示された状況と比較して図６のバネ３３４は、変位Δｚだけ圧縮され、その結果、シャフト３３０が第２のカップリング部３５０内にさら変位Δｚだけ突出し、ロック要素３５２がバネ３５４によって元の位置に押し戻されるときに、ロック要素３５２の下縁３５７がシャフト３３０のシャフト肩部３３９上に係合する。図６は、ロック要素３５２が係合する直前の状況を示し、図７は、ロック要素３５２が係合した直後の状況を示している。バネを圧縮するための力Ｆ_Ｒは、マニピュレータ（図１参照）によって印加され、力Ｆ_Ｒはｋ_Ｆ・Δｚに等しく、ここで、ｋ_Ｆはバネ３３４のバネ定数を表す。

【0031】

ロック要素３５２がシャフト３３０のシャフト肩部３３９に係合した後、２つのカップリング部３１０、３５０は、円錐形座部３２２／３６２を介して摩擦的に連結される。円錐形座部は、バネ力ｋ_Ｆ・Δｚで軸方向（z方向）に付勢されている。２つの結合部品３１０、３５０の接続を解除するには、（マニピュレータを用いて、図１参照）ロック要素３５２がシャフト３３０のシャフト肩部３３９に係合しなくなるまで、ロック要素３５２をバネ３５４の力に抗して変位させるだけでよく、その結果、バネ３３４は、シャフト３３０を開始位置に押し戻すことができる（シャフト肩部３３８は、中空シャフト３２０の張出部に隣接する）。

【0032】

図８は、シャフト３３０のシャフト肩部３３９上に係合した状態のロック要素３５２の詳細図である。ロック要素３５２の開口部３５５の縁部３５７は、シャフト肩部３３９に対して隣接しているため、バネ３３４（図７参照）のバネ力によってシャフト３３０が元の状態にスナップバックする（急に戻る）ことを防止することができる。ロック要素３５２に設けられた長穴は、ロック要素を回転軸Ｒに対して横方向に（ｚ方向に対して横方向に）案内するために設けられている。

【0033】

２つのカップリング部３１０、３５０の接続を再び解除するために、マニピュレータは、研削工具を規定の保管位置に移動させることができる。ストップ５２０は、保管位置に対して近くかつ規定された位置に配置される。例えば、シャフト３３０の回転軸Ｒの周りでシャフトカップリングを回転させることにより、ロボットは、ストップ５２０がバネ３５４（図７参照、図８には図示せず）の力に抗してロック要素３５２を第２のカップリング部３５０の中に押し、ロック要素３５２とシャフト３３０のシャフト肩部３３９との間のロック接続を解除するようにシャフトカップリングを位置決めすることができる。より小さい許容差を補償するために、ストップ５２０はまた、バネにより弾性を有するようにマウントされることができ、ストップのバネ剛性はバネ３５４のバネ剛性よりも大きい。ロックが解除されるとすぐに、シャフト３３０が第１のカップリング部３１０にスナップバックし、円錐座部の接続が解除される。スナップバック時のシャフト３３０の衝動は、通常、円錐座部を解除するのに十分である。次に、ロボットは、工具が第１のカップリング部３１０に取り付けられずに、第２のカップリング部３５０を持ち上げることができる。

【0034】

図９は、シャフトカップリングの代替構成を示しており、円錐座部を付勢するためのバネ力を提供するバネ３３４が、図７に示す実施形態のように第１のカップリング部３１０に配置されず、第２のカップリング部３５０に配置されている。機能は、図３-７に従った実施形態と基本的には同じである。これにより、第１のカップリング部３１０をより簡単な構成にすることができる（バネが省略されるため）。例えば、第１のカップリング部３１０は、弾性を有さない部材であってもよい。一方、バネ３３４は、第２のカップリング部３５０のハウジングの上側部３６１と下側部３５１との間に配置されている。第１のカップリング部３１０を第２のカップリング部３５０に挿入するとき、下側部３５１は、ロック要素が第１のカップリング部のシャフト３３０のシャフト肩に係合するまで、上側部３６１に向かって１つまたは複数のバネ３３４´のバネ力に抗して押され、それにより、２つのカップリング部３１０、３５０が互いに連結され、円錐座部がバネ力によって付勢される。
シャフトカップリングの解放は、前の実施形態の場合と同様に動作する（例えば図８参照）。

【0035】

図１０は、例示的な交換ステーション５０を示しており、これは、自動ロボット支援工具（例えば、第１のカップリング部３１０を含む研削板１１）の交換に適している。図１１は、シャフトカップリング３０が挿入された交換ステーション５０の詳細を示している。ロボット/マニピュレータの作業領域（ロボットセル内など）に、いくつかの同様の交換ステーションを（たとえば隣同士で）配置できる。このようにして、ロボット/マニピュレータによって実行される処理に対してさまざまな工具を利用できる。（工具が付属している）シャフトを交換するだけで、ロボット/マニピュレータを備えた1つの作業場でいくつかの（異なる）作業ステップを実行できる。

【0036】

交換ステーションは、ベース５０１を含み、これは一般にその場所に固定されており、ロボット制御部に知られている規定された位置を有する。ベース５０１には、支持板５１０が取り付けられている。図示の例では、支持板５１０は、ネジピン５１６によって、（ｚ方向に対して）変位可能にベース５０１に取り付けられており、ベース５０１にネジで固定され、支持板５１０の対応する穴を通って案内される。支持板５１０は、支持板５１０と、ネジピン５１６にねじ込まれたナットとの間で作用するバネ５１５によってベース５０１に押し付けられる。したがって、支持板５１０はバネ５１５の力に抗してベース５０１から持ち上げることができる。この支持の目的はさらに以下で説明する。代替の例示的な実施形態では、支持板５１０は、ベース５０１に固定されて接続されるか、またはベース５０１が、支持板５１０としても機能する。カバー５０５は、任意に設けることができる。

【0037】

支持板５１０には、ロボット（図１参照、マニピュレータ１０）がシャフトカップリング３０を横方向から挿入できる凹部５１１が設けられている。図示の例では、シャフトカップリングは、凹部５１１にｙ方向に挿入される（図１０の矢印を参照）。凹部５１１の後端は、円形の輪郭を有し得る。さらに、凹部５１１の上縁は面取りされ得る。傾斜面部５１２は、円錐形を形成し、この上にシャフトカップリング３０の第１のカップリング部３１０を搭載可能である。より具体的には、２つのカップリング部３１０、３５０の間の接続が解除されている場合に、第１のカップリング部３１０の中空シャフト３２０のコーン３４５（例えば、図７を参照）が、傾斜面部５１２上に置かれる。研削機械１１のモータシャフトの回転軸Ｒの位置（図２参照）も図１０に同様に示されている（シャフトカップリング３０が凹部５１１に挿入されている状況で）。

【0038】

少なくとも１つのストップ５２０および近接スイッチ５２１（例えば、接触スイッチ）が、支持板５１０上に配置される。ストップおよび近接スイッチ５２１の機能は、図１１の描写において明確である。図１１は、ロック要素３５２の外端がストップ５２０に接するように、シャフトカップリング３０がちょうど回転された状況を示している。ストップに対するシャフトカップリング３０の回転は、図８を参照して説明されている。図１１に示す位置では、回転角度が（一般性を制限することなしに）例えば、φ＝０°として定義される。この位置で、ストップ５２０は、ロック要素３５２を第２のカップリング部３５０へ押し込み、シャフト３３０とのロックが解放される。シャフト接続が解除された後、第１のカップリング部３１０とともに工具１１は、交換ステーション５０内に留まり、後で（例えば、手動で）新しい工具１１と交換することができる。

【0039】

新しい工具を結合するために、ロボットは、研削板１１のモータの回転軸Ｒが結合される工具の回転軸と同軸になるように、取り付けられた新しい研削板１１（第１のカップリング部３１０を含む）とともに研削機械１０を交換ステーション５０に移動する（図３参照）。結合の手順は、図３から図７を参照して既に詳細に説明されている。プロセスを監視するために、マニピュレータ１０は、ロック要素３５２の外端が近接スイッチ５２１の方向を指すように（φ＝９０°）シャフトカップリングを回転させ、近接スイッチ５２１がロック要素３５２を検出するようにする。この回転は、マニピュレータ自体によって、または研削機械のモータの駆動によって実行できる。

【0040】

結合中、ロック要素３５２は、近接スイッチ５２１から距離ｄだけ離れるように移動し（図４、図５参照）、次に、開始位置に戻る（図６、図７参照）。ロック要素３５２のこの移動（前方、後方、再び前方）は、近接スイッチ５２１によって検出することができ、このようにして２つのカップリング部３１０、３５０の適切な結合を監視することができる。近接スイッチ５２１は、通常、機械的接触を介してロック要素３５２の存在を検出する。しかしながら、非接触型（例えば、誘導式、容量式、または光学式）の近接スイッチを使用することもでき、これらは一般に近接センサとも呼ばれる。

【0041】

安全性の特徴は、支持板５１０のベース５０１上への弾力的な取り付けにある。シャフトカップリング３０の解放が（何らかの理由で）失敗した場合、ロボットが第２のカップリング部３５０で研削機械１０を持ち上げようとすると、解放されていない第１のカップリング部３１０が凹部５１１内に挿入されているときには支持板を持っていくので、同時にバネ５１５のバネ力に抗して支持板５１０を持ち上げることになる。支持板５１０のこの上昇は、センサによって検出することができる。これに適したセンサは、例えば、接点スイッチ、近接センサ、光センサ（上昇していないときは支持板で覆われている）などがある。

【0042】

図１２は、シャフト交換の手順のシーケンス、すなわち、例えば図３乃至図７に示されるようなシャフトカップリングの係合、および例えば図１１に示されるようなシャフトカップリングの解放を示すフローチャートである。初期状態として、（第１のカップリング部３１０の）シャフト（図３参照）が交換ステーションに準備されていると仮定する（第１のカップリング部３１０は交換ステーション５０の凹部５１１にある、図１０参照）。マニピュレータ１（図１参照）により、第２のカップリング部を備えた研削機械は、２つのカップリング部が本質的に同軸に整列するように交換ステーションに向かって移動する（図１２、ステップＳ１参照）。次に、マニピュレータは、第２のカップリング部のロック要素が第１のカップリング部のシャフト肩部３３９に係合するまで、２つのカップリング部を互いに押し付け得る（図１２のステップＳ２、図６、図７参照、ロック要素３５２がシャフト肩部３３９に係合する）。
次に、マニピュレータは、第２のカップリング部（したがって、工具を含むシャフトカップリング全体）を持ち上げ、それを交換ステーションから取り外すことができる（図１２、ステップＳ３）。図１０に示す例では、第２のカップリング部は、凹部５１１の外に移動される。結合された工具は、ワークピースの自動機械加工に使用され得る（図１２、ステップＳ４参照）。機械加工プロセス（またはその一部）の終了後、シャフトカップリングを交換ステーションに（前と同じまたは別の方法で）再度、搬入することができ、これにより、搬入の際に、交換ステーションのストップを介して（図１０、ストップ５２０参照）、ロック要素が作動され、その結果、ロックが解放される（図７の解放前の状態、図６の解放後の状態を参照）（図１２のステップＳ５参照）。最後に、マニピュレータは、解放された第２のカップリング部を交換ステーションから外に移動させることができ、（使用された）工具を備えた第１のカップリング部は交換ステーションに残る（図１２、ステップＳ６）。

【0043】

ここで説明するシャフトカップリングと交換ステーションの例示的な実施形態は、固有のエネルギー供給（例えば、電力または圧縮空気）を必要としない。従って、シャフトカップリングは、電気、圧縮空気等の供給ラインを必要とせず、コネクタ、摺動接点等を回避することができる。交換ステーション（図１０を参照）も独自の駆動装置を必要としない。

【0044】

ここで説明する例示的な実施形態のいくつかの態様を以下に要約する。これは、完全なものではなく、関連する技術的特徴を純粋に例示的に列挙したものである。一実施形態は、シャフトと円錐状のシャフト部を有する第１のカップリング部を有するシャフトカップリングに関するものである（例えば、図３参照）。シャフトの第１の端部には工具（例えば、砥石、ドリルなど）が固定でき、シャフトの第２の端部にはシャフト肩部が配置されている。前記シャフトカップリングは、第２のカップリング部を有しており、第２のカップリング部は、円錐形のハブを有し、このハブに、前記第１のカップリング部の円錐形のシャフト部が円錐形座部を形成するために挿入可能である。また、第２のカップリング部は、シャフトカップリングの回転軸に対して横方向に変位可能であり、シャフト肩部に係合可能なように配置されたロック要素を有している（図６及び図７参照）。少なくとも１つのバネが、シャフトカップリングに配置され、ロック装置が係合されたときに、円錐形座部に軸方向に作用するように付勢する。

【0045】

円錐形座部を付勢するバネは、第１のカップリング部（図３参照、バネ３３４）または第２のカップリング部（図９参照、バネ３３４´）のいずれかに設けることができる。一実施形態によれば（例えば、図３参照）、第１のカップリング部は、軸方向に変位可能にシャフトに取り付けられた中空シャフトを有する。円錐形のシャフト部分は、中空シャフトの一部である（図３、中空シャフト３２０の外側のシャフト部分３２１を参照）。バネは、第１のカップリング部に含まれ、円錐形のシャフト部分が円錐形ハブに挿入されると、中空シャフトがバネのバネ力に抗してシャフト上で変位するように配置される（図４乃至図６を参照）。中空シャフトとシャフトとの間の相対的な動きにより、ロック要素がシャフト肩部に係合してロックを形成することができるまで、シャフトのシャフト肩部を第２のカップリング部に侵入させる。

【0046】

シャフトは、中空シャフトのエンドストップを形成するさらなるシャフト肩部を有することができ、バネのバネ力は、中空シャフトをエンドストップに押し付ける。シャフトと中空軸との間には、フェザーキーを配置することができ、これにより、シャフトと中空シャフトとの間の軸方向の変位（相対移動）は可能であるが、シャフトと中空軸との間の回転は阻止される。

【0047】

前述したように、円錐形座部を付勢するバネを第２のカップリング部に配置することもできる（図９参照、バネ３３４´）。この場合、第２のカップリング部は、下側部と、下側部に対して軸方向に変位可能な上側部とを有する。円錐形ハブは上側部に配置され、少なくとも1つのバネが下側部と上側部との間に配置され、円錐形シャフト部分が、バネのバネ力に抗して円錐形ハブに挿入されると、下側部が上側部に向かって移動する（たとえば、図９を参照、ばね３３４´は、下側部３５１と上側部３６１との間に作用し、円錐形座部を付勢する）。

【0048】

ロック要素の外端部は、第２のカップリング部から突出していてもよい。さらに、ロック要素は、（中央の）開口部を有することができ、この開口部にロック要素がシャフトのシャフト肩部に係合するまでシャフトを押し込むことができ、このロックにより、シャフトが開口部から引き戻されるのを防ぐことができる。係合時には、例えば、ロック要素の中央開口部の縁は、シャフトのシャフト肩部の後方に変位する（シャフトカップリングの回転軸に対して横方向、図６乃至図７参照）。ロック要素が係合している際には、バネ力が円錐形シャフト部分を円錐ハブに対して付勢する。ロック要素の開口部の縁およびシャフトの周縁は、それぞれ面取りされ得る。シャフトの開口部の端にある傾斜面と開口部の端にある傾斜面は、シャフトを開口部に挿入する際に、ロック要素が移動している間、互いに摺動可能である。

【0049】

他の実施形態は、マニピュレータと、工具を駆動するためのモータシャフトを有する工作機械とを備えたシステムに関する。工作機械はマニピュレータに連結されており、マニピュレータによって位置決めできる。工作機械のモータシャフトを工具に結合するために、システムは、ここで説明した例示的な実施形態の１つに従って構成することができるシャフトカップリングを含む。

【0050】

他の実施形態は、ここに記載された実施形態の１つに従って構成することができるシャフトカップリングと、少なくとも１つの交換ステーションとを有するシステムに関する。交換ステーションには、凹部を有する支持板を有する。凹部は、シャフトカップリングの第１のカップリング部分が凹部に挿入され得る格納位置を規定する。第１のカップリング部の円錐形シャフト部分は、支持板から突出している。システムはまた、支持板上に配置されたストップを有することができる。ロック要素の一端は、第２のカップリング部から横方向に突出することができ、ストップがロック要素の突出した端部を第２のカップリング部に押し込み、それにより、ロックが解除されるように、ストッパが、格納位置に対して配置され得る。システムは、２つのカップリング部分が結合されている間、ロック要素の変位を検出できるように配置された近接センサを有することができる。支持板は、ベースに弾性的に取り付けることができ（例えば、図１０、バネ５１５参照）、そのために、支持プレートをベースに対して持ち上げることができる（安全機能）。

【0051】

他の実施形態は、方法に関し、この方法では、まず、マニピュレータを使用して、シャフトカップリングの第２のカップリング部分を、交換ステーションに既に置かれている（例えば、図１１を参照）シャフトカップリングの第１のカップリング部分と同軸に位置合わせする（例えば、図３を参照）。次に、第２のカップリング部のロック要素が第１のカップリング部のシャフト肩部に係合してロックを形成するまで、第２のカップリング部が第１のカップリング部に押し付けられる（例えば、図６、図７、図９参照）。結合後、第２のカップリング部を持ち上げることにより、第１のカップリング部も（工具とともに）交換ステーションから持ち上げることができる。第１のカップリング部に装着された工具を用いて、マニピュレータによりワークピースに対して自動的に加工を行うことができる。次に、シャフトカップリングが、その交換ステーション（または別の交換ステーション）に挿入され、第２のカップリング部のロック要素がそれぞれの交換ステーションのストップを介して作動し、その結果、ロックが解除される。切り離した後、マニピュレータにより、第２カップリング部がそれぞれの交換ステーションから取り外され、一方、第１のカップリング部は交換ステーションに残される。

【0052】

第２のカップリング部を第１のカップリング部に押し付けることにより、第１のカップリング部の円錐形のシャフト部分を第２のカップリング部の円錐形ハブに挿入することができ、それにより円錐形座部が形成される。バネ力の作用に抗して、ロック要素がシャフト肩部に係合するまで第１のカップリング部のシャフト肩部を第２のカップリング部に押し込むことができ、それにより、バネ力が係合状態の円錐形座部を付勢する。係合の際に、ロック要素はシャフトカップリングの回転軸に対して横方向に移動し、この移動は近接センサによって検出され得る。ロックの解除の際には、シャフト肩部は、バネによってロック要素から離れる方向に押し付けられ得る（例えば、図７、バネ３３４、又は、図９、バネ３３４´参照）。シャフトカップリングを、この交換ステーション（または別の交換ステーション）に挿入した後、シャフトカップリングは、第２のカップリング部から突き出たロック要素の端が交換ステーションのストップに当たるまで、その回転軸を中心に回転され得る。

【符号の説明】

【0053】

１…マニピュレータ
１０…工作機械
１１…工具
３０…シャフトカップリング
５０…交換ステーション
３１０…第１のカップリング部
３２０…中空シャフト
３２１…円錐形シャフト部分
３３０…シャフト
３３４、３３４´…バネ
３３６…フェザーキー
３３８、３３９…シャフト肩部
３５０…第２のカップリング部
３５１…下側部分
３５２…ロック要素
３５５…開口部
３６１…上側部分
３６２…円錐形ハブ
５０１…ベース
５１０…支持板
５１１…凹部
５２０…ストップ
５２１…近接センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】