特許 7489963 電動ツールチェンジャー

(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】2024-05-16

(45)【発行日】2024-05-24

(54)【発明の名称】電動ツールチェンジャー

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20240517BHJP

【ＦＩ】

B25J15/04 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021507848

(86)(22)【出願日】2019-08-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-04

(86)【国際出願番号】 IB2019056651

(87)【国際公開番号】W WO2020058779

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-08-01

(31)【優先権主張番号】102018000008666

(32)【優先日】2018-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】521061597

【氏名又は名称】ジマティック エッセ．エッレ．エッレ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベランディ、ジュゼッペ

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】独国特許発明第００００１０３０４５０７（ＤＥ，Ｂ３）

【文献】特開平０２－０４１８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３２２０４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０４５３９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第１００４７９０８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）を有し、マニピュレータに固定されるように意図されたロボット側部分（１）と、
ツールに固定されるように、また前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に沿って前記ロボット側部分（１）に当接するように意図されたツール側部分（２）と、
前記ツール側部分（２）を前記ロボット側部分（１）上にロックするためのロック手段（５）と、
前記ロック手段（５）のアクチュエータと
を有し、
前記ロック手段（５、１４）は、前記ロボット側部分（１）に当接している前記ツール側部分（２）に前記ロック手段（５、１４）が係合して、前記ロボット側部分（１）からの前記ツール側部分（２）の分離を防止するロック位置と、前記ロック手段（５、１４）が前記ツール側部分（２）に係合せず、それにより前記ロボット側部分（１）からの前記ツール側部分（２）の脱離を可能にするロック解除位置との間で選択的に移動可能である、ツールチェンジャー（１００、１０１）において、
前記ロック手段（５、１４）の前記アクチュエータは、前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に平行な回転軸線（２６）上で回転する駆動シャフト（１７）を有する電気モータ（１６）であり、
前記ロック手段（５、１４）は、前記ロボット側部分（１）に設けられた、対応する座（６）に収容される複数の球（５）を有し、前記球（５）は、前記ロック位置において、それらのそれぞれの座（６）から少なくとも部分的に突出して、前記ロボット側部分（１）上に嵌合された前記ツール側部分（２）に設けられたスロート又は対応するニッチ（６’）に係合し、したがってアンダーカットを形成しており、また前記球（５）は、前記ロック解除位置において、それらのそれぞれの座（６）から突出せず、前記ツール側部分（２）の前記スロート又は前記ニッチ（６’）に係合せず、
前記球（５）は、前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に対して半径方向に移動可能であり、
前記ロック手段（５、１４）は、前記球（５）よりも前記半径方向外側の位置で前記ロボット側部分（１）上に配置された環状制御要素（１４）を有し、前記環状制御要素（１４）は、前記環状制御要素（１４）が前記球（５）を前記ロック位置へと押し出す第１の位置と、前記球（５）が前記ロック解除位置にある第２の位置との間で前記電気モータ（１６）によって移動可能であり、また
前記環状制御要素（１４）は、偏心結合手段によって前記電気モータ（１６）に結合されたローブ状部分又はレバー（１４”）を有することを特徴とする、ツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項2】

前記球（５）の前記座（６）は、前記ロボット側部分（１）の要素（１２）に設けられた半径方向貫通孔であり、前記環状制御要素（１４）は、前記座（６）を取り囲む円形部分（１４’）を有し、前記円形部分（１４’）は、
前記ロック解除位置において前記球（５）が受容される複数の凹部（２９）と、
前記ロック位置において前記球（５）が当接する複数のランプ又は傾斜面（３０，３０’）と
を備える、請求項１に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項3】

前記ランプ又は傾斜面（３０）のそれぞれは、半径方向（Ｒ）に垂直でない平面上に延び、又は
前記ランプ又は傾斜面（３０’）のそれぞれは、半径方向（Ｒ）に垂直な平面（Ｔ）上に延びている、請求項２に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項4】

前記環状制御要素（１４）は、前記ロボット側部分（１）上に取り付けられ、また前記環状制御要素（１４）は、
前記球（５）が前記ランプ又は前記傾斜面（３０，３０’）に当接し、そして前記ランプ又は前記傾斜面（３０，３０’）が前記球（５）の前記座（６）と整合され、また前記凹部（２９）が、前記球（５）の前記座（６）に対して角度整合されていない、前記ロック位置に対応する第１の角度位置と、
前記球（５）が前記環状制御要素（１４）の前記凹部（２９）内に少なくとも部分的に受容され、前記凹部が前記球（５）の前記座（６）と整合され、また前記ランプ又は前記傾斜面（３０，３０’）が、前記球（５）の前記座（６）に対して角度整合されていない、前記ロック解除位置に対応する第２の角度位置と
の間で前記ロボット側部分（１）に対して前記長手方向軸線上（Ｚ－Ｚ）で回転する、請求項２又は３に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項5】

前記電気モータ（１６）は、前記ツール側部分（２）をロック／ロック解除するために、前記環状制御要素（１４）を角度（α）だけ両方向に交互に回転させ、前記角度（α）は、前記凹部（２９）と前記ランプ又は前記傾斜面（３０、３０’）とによって画定される（長手方向軸線Ｚ－Ｚ上の）中心角に等しい、請求項４に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項6】

前記ロボット側部分（１）は、前記ツール側部分（２）のオス部分（３）が挿入されるカップ状要素（１２）を有し、前記球（５）の前記座（６）は、前記カップ状要素（１２）の側壁を半径方向に通して設けられた孔であり、前記環状制御要素（１４）は、前記カップ状要素（１２）上に摺動可能に嵌められて、前記球（５）がそれらのそれぞれの座（６）から外側に外れるのを防止している、請求項１から５までのいずれか一項に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項7】

前記電気モータ（１６）の前記駆動シャフト（１７）によって与えられる双方向の回転に応答して、前記環状制御要素（１４）を前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）上で双方向に回転させるための伝達手段（１８、２２）を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項8】

前記伝達手段は、前記電気モータ（１６）と前記環状制御要素（１４）との間に機能的に介在するスラスト要素（２２）を有し、前記スラスト要素（２２）は、前記駆動シャフト（１７）自体によって与えられる回転に応答して、前記電気モータ（１６）の前記駆動シャフト（１７）の前記回転軸線（２６）を中心に偏心回転して、前記環状制御要素（１４）にトルクを印加する、請求項７に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項9】

前記伝達手段は、前記スラスト要素（２２）と前記電気モータ（１６）の前記駆動シャフト（１７）との間に介在して、これらの構成要素間におけるギヤ比を定義する複数のギヤ（１８）をさらに有する、請求項８に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項10】

前記環状制御要素（１４）は、製造公差に起因する前記ツールチェンジャーの前記構成要素間における隙間を補償するために、僅かな弾性を有する、請求項９に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項11】

前記ロック手段（５、１４）のロック位置は、前記電気モータ（１６）のスイッチが切られたときでさえ維持される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項12】

前記ロボット側部分（１）に取り付けられ得る第１のコネクタ（３４）と、前記ツール側部分（２）に取り付けられ得る第２のコネクタ（３５）とを備える電気的接続デバイス（３３）を有し、
前記第１のコネクタ（３４）及び前記第２のコネクタ（３５）のそれぞれは、少なくとも１つの電力線（３７’、３７”）を支持しており、また対応する電力線（３７’、３７”）を互いに電気的に接続するために機能的に結合可能であり、且つ前記電力線（３７’、３７”）を接続解除するために分離可能であり、
前記第１のコネクタ（３４）及び前記第２のコネクタ（３５）は、前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）のところに取り付けられる、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項13】

前記ロボット側部分（１）に取り付けられ得る第１のコネクタ（３４）と、前記ツール側部分（２）に取り付けられ得る第２のコネクタ（３５）とを備える電気的接続デバイス（３３）を有し、
前記第１及び第２のコネクタ（３４、３５）は、対応する電力線（３７’、３７”）を支持しており、また前記ロボット側部分（１）及びツール側部分（２）とともに接続／接続解除されることが可能であり、
前記ロボット側部分（１）は、前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に対して同軸の第１の区画（４）のまわりに延び、また前記第１のコネクタ（３４）は前記第１の区画（４）内に設置されることが可能であり、且つ／又は
前記ツール側部分（２）は、前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に対して同軸の第２の区画（４’）のまわりに延び、また前記第２のコネクタ（３５）は前記第２の区画（４’）内に設置されることが可能である、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【請求項14】

前記電気的接続デバイス（３３）によって接続される前記電力線（３７’、３７”）は、実質的に前記長手方向軸線（Ｚ－Ｚ）に沿って、前記ツールチェンジャーの前記ロボット側部分（１）及び前記ツール側部分（２）を通過している、請求項１２又は１３に記載のツールチェンジャー（１００、１０１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動ツールチェンジャー、特にロボットマニピュレータへのツールの取り外し可能な結合を可能にする、アーム・エンド・ツーリング（ｅｎｄ ｏｆ ａｒｍ ｔｏｏｌｉｎｇ：ＥＯＡＴ）用途のためのツールチェンジャーに関する。

【背景技術】

【0002】

産業オートメーションの分野では、ツール交換デバイス、又はより簡潔にはツールチェンジャーの使用が知られており、ツールチェンジャーは、ロボットマニピュレータ（例えば多関節アーム）が所与の機械加工作業に必要とされる度に、ツールを掴んで移動させることができるようにする。

【0003】

本発明は、特に、
－ ツールに固定されて、掴まれ、移動されるように意図された、所謂、ツール側部分と、
－ マニピュレータに固定されてマニピュレータと一体的に移動するように意図され、必要とされる時間にわたってツール側部分を受容し、保持するように設計された、所謂、ロボット側部分と
を有するツールチェンジャーに言及する。

【0004】

本出願人の名義の文献、独国特許（ＤＥ）第１０２０１６２２２５０６号は、電気で駆動される、この種のツールチェンジャーの例を記載している。

【0005】

この種のツールチェンジャーでは、ツール側部分を可逆的にロックすることを意図した部材が、ロボット側部分内に収容されている。ロック部材が、ツール側部分を、迅速に、例えば１秒未満で、係合及び解放するように高速で動くツールチェンジャーは、慣例的に「クイックチェンジャー」と称されている。

【0006】

例えば、独企業のＳＣＨＵＮＫ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ ＫＧは、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ ＥＷＳ」という名称で電気駆動ツールチェンジャーを販売しており、この電気駆動ツールチェンジャーは、インターネットアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｈｕｎｋ．ｃｏｍ／ｓｃｈｕｎｋ＿ｆｉｌｅｓ／ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｓ／ＯＭ＿ＡＵ＿ＥＷＳ＿＿ＥＮ．ｐｄｆ」で入手可能な仕様書に詳細に記載されている。

【0007】

ＡＴＩ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎの名義の米国特許第８，１３２，８１６号、米国特許第８，２０９，８４０号、米国特許第８，７４７，２８８号、及び米国特許出願公開第２０１２／０２７７０８０号は、電気駆動ツールチェンジャーのさらなる実例を記載している。具体的には、米国特許第８，１３２，８１６号は、アクチュエータである電気モータのシャフトの回転軸線が、ツール側部分のロボット側部分との結合方向に、即ち、一方の部分が他方の部分に挿入される方向に直交することを特徴とする。

【0008】

最も一般的な構成のうちの１つにおいて、ロックを担う部材は、ロボット側部分に収容された金属球であり、この金属球は、
－ 球がツール側部分の対応する座又はスロートに係合して、球が滑り落ちるのを防止するロック位置と、
－ 球がツール側部分に係合せず、したがって、ツール側部分は保持されず、ロボット側部分から分離され得るアイドル位置と
の間を選択的に移動可能である。

【0009】

実際には、球は、ロボット側部分において特別な座に収容され、球が各々の座から突出しないか、又は部分的にのみ突出する後退位置、即ち、アイドル位置と、球が、ツール側部分に係合して、アンダーカットのようなツール側部分との結合形状を画定するために丁度十分に各々の座から突出する突出位置、即ち、ロック位置との間を移動することができる。

【0010】

球は、この場合には電気式の、アクチュエータを用いることによって、移動させることができる。

【0011】

本出願人は、米国特許第８，１３２，８１６号に記載されたもののような直交軸線を有する解決策が、この不都合、つまり、電気モータがツールチェンジャーから側方方向に突出していることによって影響を受けることが多く、一般に、最小の横寸法（ｓｉｄｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）、即ち、オス部分のメス部分との結合方向に対して横断方向における最小横寸法を有する、直交軸線を有したツールチェンジャーを製作することは困難であることに気づいた。これは、ツール及びマニピュレータが金型内のような狭い空間内で動作する場合に、動作上の問題を生じる。これらの場合には、ツールチェンジャーの寸法のせいで、ツールチェンジャーによってマニピュレータの動作が制限されないことが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】独国特許第１０２０１６２２２５０６号

【文献】米国特許第８，１３２，８１６号

【文献】米国特許第８，２０９，８４０号

【文献】米国特許第８，７４７，２８８号

【文献】米国特許出願第２０１２／０２７７０８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

それゆえ本発明の目的は、従来の解決策と比較して同じ性能を有しながら、とりわけ小型である電動ツールチェンジャーを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

したがって、本発明は、請求項１に記載の電動ツールチェンジャーに関する。

【0015】

具体的には、本発明は、
－ 長手方向軸線を有し、マニピュレータに固定されるように意図された、ロボット側部分として画定された第１の部分と、
－ ツールに固定され、前記長手方向軸線に沿ってロボット側部分に当接するように意図された、ツール側部分として画定された第２の部分であって、したがって、前記長手方向軸線は、２つの部分の結合が行われる軸線である、第２の部分と、
－ ツール側部分をロボット側部分上にロックするためのロック手段と、ロック手段のアクチュエータとを有したツールチェンジャーに関する。

【0016】

ロック手段は、ロック手段が、ロボット側部分に当接しているツール側部分に係合し、それによりツールチェンジャーの２つの部分の分離を防止するロック位置と、ロック手段がツール側部分に係合せず、したがって、ツール側部分がロボット側部分から分離され得るロック解除位置との間を、アクチュエータによって選択的に移動可能である。

【0017】

ロック・デバイスのアクチュエータは、長手方向軸線に平行であり、長手方向軸線に対して直交又は斜行しない回転軸線を中心にその駆動シャフトが回転する電気モータである。

【0018】

この構成は、直交軸線又は斜行軸線を有する解決策と比較して、全体寸法の低減をもたらにもかかわらず、同一の性能を提供する。つまり、電気モータをロック手段のすぐ横に並べて配置することができ、電気モータは、長手方向軸線に平行に延在し、一方、長さがモータの主要寸法であるため、横断方向では僅かな空間しか占めない。

【0019】

好ましくは、ロック手段は、ロボット側部分に作られた対応する座内に収容された複数の球を有する。球は保持要素として作用する。ロック位置では、球は、それらの各々の座から少なくとも部分的に突出し、ロボット側部上に嵌合されたツール側部分に作られたスロート（ｔｈｒｏａｔ）又は対応するニッチ（窪み）に係合し、よってアンダーカットを形成する。一方、ロック解除位置では、球は、それらの各々の座から突出せず、ツール側部分内のスロート又はニッチに係合しない。実際には、球は、ツール側部分に対して閉じて、ツール側部分をロボット側部分に対してロックし、且つ開いてその解放を可能にする。

【0020】

好ましい実施例において、球は、各々の座において長手方向軸線に対して半径方向に移動され得る。好ましくは、球は、規則正しいピッチで、例えば、球の数に応じて、１２０°、又は９０°、４５°等の中心角で、長手方向軸線のまわりに配される。

【0021】

好ましくは、ロック手段は、球に対してより半径方向外側の位置でロボット側部分上に配された環状制御要素を有し、環状制御要素は、環状制御要素が球をロック位置に押し出す第１の位置と、球がロック解除位置にある第２の位置との間を電気モータによって移動可能である。実際には、環状制御要素の動作は、電気モータによって与えられ、球の位置を決定する。

【0022】

より好ましくは、球の座は、ロボット側部分の要素又は壁に作られた半径方向の貫通孔であり、環状制御要素は座を取り囲む円形部分を有し、円形部分には、
－ 球がロック解除位置において受容される凹部と、
－ 球がロック位置において当接するランプ（傾斜部）又は傾斜面とが設けられている。実際には、ランプ又は傾斜面は、凹部に対してより半径方向内側である。

【0023】

２つの実施例を実施することができる。第１実施例では、ランプ又は傾斜面は、それぞれ、半径方向に直交しない平面上に延在する。この実施例では、ランプ又は傾斜面は、９０°とは異なる角度を形成する。一方、第２実施例では、ランプ又は傾斜面のそれぞれは、半径方向に直交する平面上に延在する。

【0024】

好ましくは、環状制御要素は、ロボット側部分上に取り付けられ、長手方向軸線上においてロボット側部分に対して、
－ 球がランプ又は傾斜面に当接し、次にランプ又は傾斜面は球の座と整合され、同時に、凹部は、球の座に対して角度方向で整合されていない（ａｎｇｕｌａｒｌｙ ｍｉｓａｌｉｇｎｅｄ）、ロック位置に対応する第１の角度位置と、
－ 球が環状制御要素の凹部に少なくとも部分的に受容され、凹部は球の座と整合され、同時に、ランプ又は傾斜面は、球の座に対して角度方向で整合されていない、ロック解除位置に対応する第２の角度位置との間で、回転されることが可能である。

【0025】

この構成では、電気モータは、ツール側部分をロックする／ロック解除するために、環状制御要素をいずれの方向にも角度αだけ交互に回転させる。この角度は、凹部とランプ／傾斜面との間に定義される中心角に相当し、中心は長手方向軸線上にある。

【0026】

好ましい実施例において、ロボット側部分は、ツール側部分のオス部分が挿入される、カップ状要素を有する。球の座は、カップ状要素の側壁を半径方向に通って作られた孔である。環状制御要素は、カップ状要素上に摺動可能に嵌められ、球がそれらの座から外れるのを防止する。他方では、球は、テーパー状の座、すなわち、球の一部が（ロック位置において）突出できるようにするのに丁度十分なほど、長手方向軸線に最も近い部分でより狭くなった座を形成することによって、内側に外れるのを防止される。

【0027】

好ましくは、環状制御要素は、偏心結合手段（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって電気モータに結合されたローブ状部分（ｌｏｂｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）又はレバーを有する。

【0028】

好ましくは、ツールチェンジャーは、電気モータの駆動シャフトによって与えられる双方向の回転に応答して、環状制御要素を長手方向軸線上において双方向に回転させる伝達手段を有する。したがって、この実施例では、電気モータと環状制御要素とは、直接結合されていないが、実際には伝達手段を介して結合されている。

【0029】

伝達手段は、電気モータと環状制御要素との間に機能的に介在するスラスト要素を有する。スラスト要素は、電気モータの駆動シャフトの回転軸線を中心に偏心回転されることが可能であり、即ち、スラスト要素は、駆動シャフト自体によって与えられる回転に応答して、円の弧を辿り、環状制御要素にトルクを印加する。このトルクは、環状制御要素をロボット側部分上で回転摺動させる。

【0030】

ロック手段と電気モータとの間の偏心結合手段は、ロック位置が、例えば、停電の場合に、電気モータのスイッチが切られたときでさえ安定していることを保証する。

【0031】

好ましくは、伝達手段は、スラスト要素と電気モータの駆動シャフトとの間に介在して、これらの構成要素間における所望のギヤ比を定義するギヤをさらに有する。

【0032】

好ましくは、環状制御要素は、製造公差に起因するツールチェンジャーの様々な構成要素間における隙間を補償するために、若干弾性を有する。

【0033】

好ましくは、ツールチェンジャーは、ロボット側部分に入る電力線を、ツールに動力を正確に供給するように意図されたツール側部分の対応する電力線と接続するための電気接続デバイスを有する。より好ましくは、デバイスは、ツールチェンジャーの２つの部分のそれぞれに１つずつの、２つのコネクタを有し、それらのコネクタは長手方向軸線に沿って同軸上に取り付けられ、これにより、ケーブルを、ケーブルが使用中にロボットの近くで作業を行っている操作者にとって危険となる可能性のある外側ではなく、ツールチェンジャーの長手方向軸線に実質的に沿って、ツールチェンジャー内に通過させることが可能となる。ツール側部分をロボット側部分に結合することによって、２つのコネクタは機能的に結合されて、電力線を連続させ、逆もまた同様に、ツールチェンジャーの２つの部分が分離されると、コネクタも分離される。

【0034】

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面の助けにより、単に説明のために示され、限定するものではない、好ましいが排他的ではない実施例の以下の明細書の検討により、さらに明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】ロボット側部分がツール側部分から分離されている、本発明によるツールチェンジャーの斜視図である。

【図2】ロボット側部分がツール側部分に結合されている、図１に示すツールチェンジャーの斜視図である。

【図3】図１に示すツールチェンジャーのロボット側部分のみの立体分解図である。

【図4】図１に示すツールチェンジャーのロボット側部分の長手方向断面図である。

【図5】第１の構成にある、図１に示すツールチェンジャーのロボット側部分の断面図である。

【図6】第２の構成にある、図１に示すツールチェンジャーのロボット側部分の断面図である。

【図7】ロボット側部分がツー側部分から分離されている、図１に示すツールチェンジャー、及び付属構成要素の斜視図である。

【図8】ロボット側部分がツール側部分に結合されており、付属構成要素が組み付けられた、図１に示すツールチェンジャーの部分的に長手方向断面を示した斜視図である。

【図9】第１の構成にある、本発明によるツールチェンジャーの第２の実施例のロボット側部分の断面図である。

【図10】第２の構成にある、本発明によるツールチェンジャーの第２の実施例のロボット側部分の断面図である。

【図11】図９の一部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

すべての添付図を参照すると、数字１００は、ロボット側部分１とツール側部分２とを有した本発明によるツールチェンジャーを表している。ロボット側部分１は、産業用マニピュレータ、例えば、ロボットアームに固定されるように意図されており、ツール側部分２は、マニピュレータ上に交換可能に取り付けられなければならないツール、例えば、グリッパー、グリップ要素、トング、吸引カップ、又は、一般に産業オートメーションＥＯＡＴの分野において提供される任意のツールに、固定されるように意図されている。

【0037】

参照符号Ｚ－Ｚは、以後、長手方向軸線と称される、部分１と部分２との結合軸線、即ち、ツール側部分２がそれに沿ってロボット側部分１に少なくとも部分的に挿入される軸線を表す。具体的には、図１は、例えば、接近又は離反している、互いから分離された２つの部分１及び部分２を示しており、一方、図２は、互いに機能的に結合された２つの部分１及び部分２を示しており、これはツールがマニピュレータ上に取り付けられ、使用できる状態にある構成に対応している。

【0038】

ツール側部分２には、ロボット側部分の対応する第１の区画４、好ましくは貫通区画（ｔｈｒｏｕｇｈ－ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）に挿入されることが可能なオス部分３が設けられている。好ましくは、オス部分３と第１の区画４とは、相補的な形状を有し、図に示した実例では、そのような形状は円形である。

【0039】

好ましくは、図に示したように、ツール側部分２は、第２の区画４’のまわりに延在する。すなわち、ツール側部分２は、実質的に環状体である。

【0040】

ロボット側部分１には、対応する座に収容された複数の球５が備えられており、球５は、球５がそれら自体の座から突出しない後退位置と、球５がそれら自体の座から少なくとも部分的に突出する拡張位置との間で移動可能である。ツール側部分２は、球５を受容するために、オス部分３に作られたスロート、孔、又はニッチ６’を有し、球５が拡張位置にある場合、球５の一部は、ツール側部分２の上にあるニッチ６’内に受容され、それにより２つの部分１及び部分２が分離するのを防止し、それどころか、ツール側部分２をロボット側部分１上にロックする。

【0041】

ロボット側部分１上には整合手段が存在し、整合手段の機能は、部分１及び部分２が互いに近づくように部分１と部分２とが正確に整合するのを助け、またツール側部分２上の受容ニッチ６’が対応する球５と整合されることを保証することである。図に示した実例では、整合手段は、ロボット側部分１から、具体的には第１の区画４から、カンチレバー式に（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｌｙ）突出する２つのダウエル７と、ツール側部分２にある２つの対応する孔又は溝とを有する。２つのダウエル７は、Ｚ－Ｚ軸線に対する半径方向と、球５と受容ニッチ６’との間の角度方向との双方において、整合方向を識別する。

【0042】

図に示した実施例は空気圧接続部（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を装備しているが、一般に、この特徴にかかわらず、本発明によるツールチェンジャーを製造することができる。空気圧接続部は、外管ではなくツールチェンジャー１００の内部の導管を使用することにより、部分２と組み合わせられたツールに圧縮空気（又は真空）を供給するために使用される。

【0043】

図に示した実例では、ツール側部分２には、ツールに圧縮空気を送給するための送給線の挿入用の取付具８が側方方向に設けられている。取付具８は、ツール側部分２の内部のチャネルによって、オス部分３内に存在するノズル（見えていない）に接続されている。ツール側部分２のノズルは、第１の区画４内に存在するロボット側部分１の対応するノズル９に受容され、ツール側部分２のノズルはロボット側部分１のノズル９と緊密な流体接続を形成する。ノズル９は、次に、内部導管を介して、ロボット側部分１の側面上にある取付具１０に接続される。したがって、最終的には、２つの部分１及び部分２が互いに結合されると、ツール側部分２の取付具８はロボット側部分１の対応する取付具１０と流体接続される。

【0044】

特に図３を参照すると、ロボット側部分１は、構成要素が収容される本体１１を有する。球５の座６が作られたカップ状要素１２は、第１の区画４に収容される。座６は、カップ状要素１２の側壁を通って作られた半径方向の貫通孔、即ち、長手方向軸線Ｚ－Ｚに面した孔６である。外殻又はカバーの機能を有したカラー１３は、カップ状要素１２上に配置されて、端縁を被覆し得る。参照番号９は、カップ状要素１２内に周方向に配されたノズル９のＯ－リングシールを表している。

【0045】

明らかなことに、ツール側部分２がロボット側部分１の第１の区画４に正確に挿入されると、座６とニッチ６’とが互いに対面し、半径方向において整合される。

【0046】

参照番号１４は環状制御要素を表しており、環状制御要素の機能は、以下に記載するように、球５を各々のニッチ６’に押し込んで、ツール側部分２をロボット側部分１上にロックすることである。環状制御要素１４は、長手方向軸線Ｚ－Ｚに直交する、該要素１４が延在する平面上において、実際にはカップ状要素１２の上面において、双方向に回転されることが可能である。

【0047】

環状制御要素１４は、本体１１に収容された電気モータ１６によって駆動され、その駆動シャフト１７が長手方向軸線Ｚ－Ｚに平行になるように配されている。換言すると、電気モータ１６の駆動シャフト１７の回転軸線は、ツール側部分２がそれに沿ってロボット側部分１に挿入される長手方向軸線Ｚ－Ｚに平行である。参照番号１８は、所望の伝達比を定義するようにカスケード結合される一般的なギヤを表しており、ギヤ１８は、電気モータ１６の駆動シャフト１７及びスラスト要素２２に機能的に結合される。ギヤ１８は、本体１１にねじ留めされる２つのブロック１９及びブロック２０によって画定されるケーシング内に封入され、そのケーシングには電気モータ１６がねじによって下から固定される。電気モータ１６によってギヤ１８に与えられる回転は、ギヤ２３上に、具体的には孔２４内に、偏心的に取り付けられたスラスト要素２２に与えられる。

【0048】

したがって、実際には、ギヤ１８は伝達系を定義するが、重要なことは、電気モータ１６によって与えられた回転が、長手方向軸線Ｚ－Ｚに平行な軸線を中心にスラスト要素２２を回転させ、その結果、スラスト要素が円形径路を辿るということである。

【0049】

この態様は、図４を観察することによって容易に理解することができる。図４は、軸線Ｚ－Ｚを含む垂直面において検討されるロボット側部分１の長手方向断面を示しており、電気モータ１６の駆動シャフト１７の回転軸線は、参照番号２６によって表され、ギヤ２３の回転軸線は参照番号２７によって表され、またスラスト要素２２の幾何学的軸線は参照番号２８によって表されている。幾何学的軸線２８は軸線２７を中心に回転する。すなわち、スラスト要素２２は、長手方向軸線Ｚ－Ｚに平行なままであるが、スラスト要素２２が本願で定義されるような偏心的な結合によって取り付けられているギヤ２３の回転中心を中心に回転する。基本的には、スラスト要素２２の幾何学的軸線と電気モータ１６の回転軸線２６との間には、アームが設けられる。

【0050】

直上に記載した偏心的な結合のおかげで、電源の異常又は不足により電気モータ１６の動作が停止されたとしても、環状制御要素１４は、ロック解除位置において、球５によって回転されないという意味で、ツールチェンジャー１００は不可逆的である。これは、ツール側部分２がロボット側部分１から不要に解放されることがないことを保証し、それにより安全性を向上する。

【0051】

参照番号２５は、電気モータ１６の電子制御カードを表している。モータは、双方の回転方向に動作させることもできるし、又は他の場合には、例えば、２００°の回転でロックし、１６０°の回転でロック解除するといったように、モータを常に同一方向に回転させることもできる。

【0052】

好ましくは、図に示すように、スラスト要素２２はピンを装備しており、ピンにはアイドル回転ローラ２６が取り付けられる。したがって、ローラ２６は、スラスト要素の幾何学的軸線２８とギヤ２３の回転軸線２７との双方において回転され得る。

【0053】

環状制御要素１４は、実質的に円形の部分１４’と、レバーとしても定義可能であり、円形部分１４’と一体であるローブ部分１４”とを有する。

【0054】

円形部分１４’は次に、
－ ツール側部分２が、ロボット側部分１に挿入されなければならないか、又はロボット側部分１から分離されなければならない場合、即ち、ロボット側部分１がロック解除構成／位置にある場合に、球５が受容される凹部２９と、
－ ツール側部分２が分離されることがないロック構成／位置にロボット側部分を導くために、球５をそれらの各々の座６から少なくとも部分的に押し出す機能を有する、凹部２９に隣接したランプ３０、すなわち傾斜テーパー面とを有する。ランプ３０は、環状制御要素１４の内周に向けて凹部２９に丸みをつける。図１～図８に示す実例では、ランプ３０は、半径方向に直交しない傾斜面上にそれぞれ延びている。

【0055】

スラスト要素２２が挿入されるガイド３１をローブ部分１４”が画定するという意味で、ローブ部分１４”は中空であり、スラスト要素２２上に嵌合する。図示していない別の実施例では、ローブ部分１４”は中実であり、スラスト要素２２はローブ部分１４”の上で旋回される。

【0056】

図５では、ロボット側部分１はロック解除構成／位置で示されており、球５は、カップ状要素１２の各々の座６に収容され、環状制御要素１４によって各々の座６内に保持されている。球５が環状制御要素１４によって外部から保持されるため、球５はカップ状要素１２から落下することはない。

【0057】

図６では、ロボット側部分１はロック構成／位置で示されており、球５は、環状制御要素１４のランプ３０によって及ぼされる推力により、各々の座６から内側に、即ち、長手方向軸線Ｚ－Ｚに向って、部分的に突出している。座６が若干テーパー状であるため、即ち、座６は軸線Ｚ－Ｚの方向により狭くなっているため、球５はカップ状要素１２の内側に落下することはない。したがって、球５は、最高で図６に示すくらい突出することができるが、それ以上に延在することはない。

【0058】

球５、ツール側部分２上の対応するニッチ６’、環状制御要素１４、及びスラスト要素２２のすべてが合わさって、ツール側部分２をロボット側部分１上にロックするためのロック手段を定義し、電気モータ１６は、２つの部分１及び部分２を互いに対してロックするため、又は部分１と部分２とを分離させるために、そのような手段を作動及び作動停止させることができる。

【0059】

ツールチェンジャー１００の動作は、図５と図６とを比較することによって理解することができる。

【0060】

図５に示すロック解除位置から始まって、電気モータ１６が作動される、即ち、各々の駆動シャフト１７が回転する。ギヤカスケード１８は、ギヤの歯数の比によって定義される伝達比に従って、ギヤ２３に回転を伝達する。次に、ギヤ２３は、ギヤ２３の上で旋回されるスラスト要素２２に回転を伝達する。スラスト要素２２が環状制御要素１４のローブ部分１４”に作られたガイド３１に係合するので、回転中、スラスト要素２２は、次にローブ部分１４”上に推力を与え、それにより、環状制御要素１４全体を長手方向軸線Ｚ－Ｚ上で回転させる。

【0061】

図５及び図６に示す実例では、環状制御要素１４は角度αだけ回転されている。換言すると、角度αは、ツールチェンジャー１００をロック位置からロック解除位置に導き、また反対方向の回転を与えることによって逆の場合も同様に導くために、環状制御要素１４に与えられるべき回転に対応する。

【0062】

図６を観察することにより、凹部２９は、球５と整合されておらず、しかし角度αに相当する角度だけ角度方向に互い違いに配置されており、球５はランプ３０上に当接しており、したがって、ランプ３０と各々の凹部２９とはαに相当する中心角を定義することに気づくことができる。

【0063】

好ましくは、スラスト要素２２に対して安定した位置を定義する陥凹部３２が、ガイド３１に作られる。陥凹部は、ロボット側部分１が、例えば、停電により、電気モータ１６に動力が供給されない場合に、ロック解除構成に偶発的に切り替わるのを防止することに寄与する。

【0064】

図に示す実例では、スラスト要素２２とガイド３１との間の相互作用は、ローラ２６の回転によって促進される。

【0065】

球５がそれらの座６から長手方向軸線Ｚ－Ｚに向かって部分的に突出し、ツール側部分２が第１の区画４に挿入される場合、球５の突出した部分は、ツール側部分２のオス部分３に存在するニッチ６’に挿入される。

【0066】

有利には、図で見られるように、各々の回転軸線２６を長手方向軸線Ｚ－Ｚに平行にしてモータ１６を配することによって、ツールチェンジャー１００の全体寸法を長手方向において厳密に最小化することができる。結果として、ツールチェンジャー１００は、直交軸を有した、即ち、回転軸線が長手方向軸線に直交するように配された電気モータを有したツールチェンジャーに対して、同じ性能で、極めて小型となる。

【0067】

例えば、環状制御要素１４は、固体からの機械加工によって、又はレーザーカットによって、金属板から得ることができる。

【0068】

好ましくは、環状制御要素１４は、若干弾性のある、製造公差に起因する部品間における任意の可能な隙間の自動復帰を可能にし、さらにスラスト要素２２上への前負荷の印加を可能にする形状構成（ｆｅａｔｕｒｅ）である。

【0069】

図７及び図８は、電気接続デバイス３３が装着されたツールチェンジャー１００を示している。電気接続デバイス３３は、第１の区画４内のロボット側部分１に固定され得る第１のコネクタ３４と、第２の区画４’内のツール側部分２に固定され得る第２のコネクタ３５とを有する。コネクタ３４及びコネクタ３５は、ねじ３６によってツールチェンジャー１００の各々の部分１及び部分２に固定され得る。

【0070】

電力線３７’は第１のコネクタ３４に集結し、電力線３７”は第２のコネクタに集結して、対応する電力線３７’にそれぞれ接続されなければならない。この理由から、第２のコネクタ３５には、線３７”にそれぞれ接続される接続プラグ３８が設けられており、第１のコネクタ３４には対応する接続プラグ３９が設けられている。

【0071】

コネクタ３４及びコネクタ３５は、同軸である、即ち、長手方向軸線Ｚ－Ｚに沿って配されているため、ツール側部分２がロボット側部分１の区画４に挿入されると、２つのコネクタ３４及びコネクタ３５が機能的に結合される。即ち、プラグ３８とプラグ３９とが、電力線３７’と電力線３７”とを連続させるように電気的に接続される。ツール側部分２がロボット側部分１から分離されるとまた、コネクタ３４とコネクタ３５とは分離される。

【0072】

有利には、デバイス３３により、電力線３７’及び電力線３７”が区画４を通って配置されることが可能となる。これにより、ツールの電力供給のために、ツールチェンジャー１００が取り付けられるロボットの手首の中心から直接、電力線３７’を使用することが可能となり、それによってツールチェンジャーの回転中にロボットのまわりで電力線（電源ケーブル）を移動させるのを回避することができる。換言すると、この解決策のおかげで、ツールを取り囲む邪魔で危険な電源ケーブルを回避することができ、よってツール自体の近くで働く人の安全を向上することができる。

【0073】

直上に記載した構成の代替案として、デバイス３３はまた、電力線３７’、３７”を区画４（図３）内において半径方向に開口したウィンドウ４０に通過させることもできる。

【0074】

好ましくは、１つ以上の電力線３７’及び／又は電力線３７”は、スプリング・タッチ・プローブを有する。

【0075】

図９～図１１は、以下で説明するように、環状制御要素１４の形状においてのみ第１の実施例１００と異なる、本発明によるツールチェンジャーの第２の実施例１０１を示している。

【0076】

具体的には、図９は、ロック構成における、即ち、球５が各々の座６から（区画４の中心を通過する）長手方向軸線Ｚ－Ｚに向かって部分的に突出している、ロボット側部分１の平面図であり、一方、図１０は、ロック解除構成における、即ち、球５がカップ状要素１２に作られた各々の座６に完全に受容されている、ロボット側部分１の平面図である。

【0077】

図１１は、球５が示されている図９の一部の拡大図である。

【0078】

図９～図１１を参照すると、この実施例では、環状制御要素１４上に作られた凹部２９に隣接するランプ３０’は、半径方向（破線Ｒ）に対する接面となる（平面Ｔ）。即ち、ランプ３０’は、図９及び図１１に最も良好に示されるように、長手方向軸線Ｚ－Ｚを通過する区画４の直径に直交する平面上にそれぞれ延在する。この構成は、環状制御要素１４の回転を引き起こし得るトルクが発生する環状制御要素１４の位置が存在しないということを意味する。理由は簡単である。つまり、球５は、推力を半径方向においてのみ伝達することができるが、ランプ３０’がその方向に直交しているため、環状制御要素１４上において非半径方向の推力は発生しない。結果として、環状制御要素１４は、ツール側部分２を偶発的に回転させて、解放することがない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9-10】

【図11】