JP2015000449A - 工具交換装置用のマスター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 切替機構の状態を確認することができるようにしつつ、小型化を図ることができる工具交換装置用のマスター装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 ロボットに連結可能なロボット連結部と、ロボット連結部に連結されるフレームを有する装置本体と、装置本体に連結される連結部とを備え、連結部は、複数の貫通穴を有するとともにツールに取り付けられるツール接続装置の空洞部に挿込可能な挿込部と、貫通穴内に配置されるボール部材と、ボール部材を空洞部の中心回りに配置された係止部に係止可能な係止状態と係止不能な非係止状態と状態に切り替える切替機構と、切替機構の係止状態を検知する第一検知部であって挿込部に配置される第一検知部及び切替機構の非係止状態を検知する第二検知部であって切替機構内に配置される第二検知部の少なくとも何れか一方とを有することを特徴とする工具交換装置用のマスター装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、ツールをロボットに交換可能に取り付ける工具交換装置用のマスター装置に関する。

従来から、ツールをロボットに交換可能に取り付ける工具交換装置が提供されている。かかる工具交換装置は、ロボットに取り付けられるマスター装置と、ツールが取り付けられるツール接続装置とを備える。

マスター装置は、ツール接続装置に連結可能に構成されている。より具体的に説明する。マスター装置は、ロボットに連結可能なロボット連結部と、該ロボット連結部に連結されるフレームとを有する装置本体と、装置本体に連設され、当該マスター装置をツール接続装置に連結するための連結部とを備える（例えば、特許文献１参照）。

連結部は、周方向に間隔を空けて設けられた複数の貫通穴を有する筒状の挿込部と、該挿込部の貫通穴内に配置されたボール部材と、該ボール部材の一部を挿込部の外部に突出させた係止状態と、ボール部材の一部を挿込部内に退避させた非係止状態とに切替可能な切替機構とを備える。

これを前提に、ツール接続装置は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部と、該空洞部の中心回りに配置され、空洞部内に突出した係止部とを備える。

かかる工具交換装置において、マスター装置の挿込部がツール接続装置の空洞部に挿入された状態で、切替機構がボール部材の一部を挿込部の外部に突出させることで、該ボール部材がツール接続装置の係止部を係止し、切替機構がボール部材の一部を挿込部内に退避させることで、ツール接続装置の係止部に対するボール部材の係止が解除される。これにより、上記構成の工具交換装置のマスター装置は、ツール接続装置に対する連結と解除とが切替可能になる結果、マスター装置の取り付けられたロボットに対し、ツール接続装置に取り付けられたツールを交換可能に取り付けることができるとされている。

ところで、上述の工具交換装置用のマスター装置には、切替機構の状態が係止状態又は非係止状態になっていることを確認することができるようになっているものがある。より具体的に説明すると、工具交換装置用のマスター装置には、切替機構が係止状態であることを検知する第一検知部と前記切替機構が非係止状態であることを検知する第二検知部とをさらに有するものがある。

そして、このような工具交換装置用のマスター装置では、第一検知部及び第二検知部が装置本体内に配置されており、第一検知部及び第二検知部によって切替機構の状態を確認することができるようになっている。

特開２０００−１２７０７２号公報

しかしながら、上述の工具交換装置用のマスター装置では、第一検知部と、第二検知部とが装置本体に内装されているため、装置本体に第一検知部と第二検知部とを配置するスペースを確保する必要がある。そのため、装置本体が大型になる結果、工具交換装置用のマスター装置自体の大型化に繋がることが問題となっている。

特に、工具交換装置用のマスター装置では、大きくなるにつれてロボットを操作する際に生じる慣性も大きくなるため、ロボットのパフォーマンスが低下するという問題が新たに生じることになる。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、切替機構の状態を確認することができるようにしつつ、小型化を図ることができる工具交換装置用のマスター装置を提供することを課題とする。

本発明の工具交換装置用のマスター装置は、ツールをロボットに交換可能に取り付ける工具交換装置用のマスター装置であって、前記ロボットに連結可能なロボット連結部と、該ロボット連結部に連結されるフレームとを有する装置本体と、該装置本体に連結される連結部とを備え、該連結部は、前記ツールに取り付けられているツール接続装置の外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部に挿込可能な筒状の挿込部であって、周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴を有する挿込部と、該貫通穴内に配置されるボール部材であって、一部が前記挿込部の外部に突出可能なボール部材と、該ボール部材の一部を前記挿込部の外部に突出させて当該ボール部材を前記ツール接続装置の空洞部の中心回りに配置された係止部に係止可能にした係止状態と、前記ボール部材の一部を前記挿込部内に退避させて当該ボール部材を前記係止部に係止不能にした非係止状態とに切替可能な切替機構と、該切替機構が係止状態であることを検知する第一検知部であって前記挿込部に配置される第一検知部及び前記切替機構が非係止状態であることを検知する第二検知部であって前記切替機構内に配置される第二検知部の少なくとも何れか一方とを有することを特徴とする。

上記構成の工具交換装置用のマスター装置によれば、第一検知部を備える場合、該第一検知部は、挿込部に配置される。そのため、装置本体に第一検知部を配置するスペースを確保する必要がなくなる。また、第二検知部を備える場合、該第二検知部は、切替機構内に配置される。そのため、装置本体に第一検知部及び第二検知部を配置するスペースを確保する必要がなくなる。

そのため、工具交換装置用のマスター装置では、連結部が第一検知部を備える場合、連結部が第二検知部を備える場合、連結部が第一検知部及び第二検知部を備える場合の何れの場合においても、装置本体を小さくすることによって、工具交換装置用のマスター装置の小型化を図ることができる。

また、本発明の工具交換装置用のマスター装置の一態様として、前記連結部は、前記第一検知部と前記第二検知部とを有するようにしてもよい。

このようにすれば、切替機構の状態をより確実に確認することができるようにしつつ、小型化を図るようにすることができる。

また、本発明の工具交換装置用のマスター装置の他態様として、前記切替機構は、前記挿込部内に配置されるとともに前記挿込部の軸線方向で移動可能なカム部を有する往復動体を備え、前記往復動体のカム部は、挿込部の軸線方向における一方向に移動するに伴い前記ボール部材を前記挿込部の外部に押し出し、挿込部の軸線方向における他方向に移動するに伴い前記ボール部材に対する押し出しを解除するように構成され、前記第一検知部は、前記カム部が挿込部の軸線方向における一方向側に移動したことを検知するように構成され、前記第二検知部は、前記カム部と挿込部の軸線方向で並ぶ位置に配置されるとともに、前記カム部が挿込部の軸線方向における他方向側に移動したことを検知するように構成される。

このようにする場合においても、第一検知部が挿込部に配置され、第二検知部が切替機構内に配置されるため、装置本体に第一検知部及び第二検知部を配置するスペースを確保する必要がなくなる。そのため、装置本体を小さくすることによって、工具交換装置用のマスター装置の小型化を図ることができる。

以上のように、本発明の工具交換装置用のマスター装置によれば、切替機構の係止状態を確認することができるようにしつつ、小型化を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

図１は、本発明の一実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の上斜視図である。 図２は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の分解斜視図である。 図３は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の平面図である。 図４は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の断面図であって、図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図５は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の下斜視図である。 図６は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の断面図であって、図５におけるＢ−Ｂ線での断面図である。 図７は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の切替機構の斜視図である。 図８は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置のボール受部材の斜視図である。 図９は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置のボール受部材の天面図である。 図１０は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の説明図であって、ツール接続装置に位置合わせしている状態の説明図である。 図１１は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の説明図であって、空洞部に挿込部を挿し込まずにカム部を移動させた状態の説明図である。 図１２は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置の説明図であって、ツール接続装置に取り付けた状態の説明図である。 図１３は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置に取り付けるツール接続装置の上斜視図である。 図１４は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置に取り付けるツール接続装置の平面図である。 図１５は、同実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置に取り付けるツール接続装置の断面図であって、図１４のＣ−Ｃ線における断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る工具交換装置用のマスター装置（以下、単にマスター装置とする）について、添付図面を参照しつつ説明を行うこととする。

本実施形態に係るマスター装置は、ツールをロボットに交換可能に取り付ける工具交換装置用のものである。マスター装置は、ロボットに取り付けられるようになっている。また、マスター装置は、ツールが取り付けられるツール接続装置に連結可能に構成されている。

ここで、マスター装置の説明に先立ち、ツール接続装置の説明を行うこととする。図１３及び図１４に示すように、ツール接続装置８は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部８０を備えている。また、ツール接続装置８は、図１５に示すように、該空洞部８０の中心回りに配置され、空洞部８０内に突出した係止部８１を備えている。そして、ツール接続装置８は、凹状の被位置決部８２を備えている。

より具体的に説明する。ツール接続装置８は、外観が円環状をなすように形成されている。そのため、空洞部８０は、ツール接続装置８の内周部に取り囲まれている空間によって構成されている。

また、ツール接続装置８は、ツールＴが取り付けられる側の第一端面と、該第一端面とは反対側の第二端面（すなわち、マスター装置が取り付けられる側の面）とを有する。そして、ツール接続装置８の内径は、中央部側から第二端面側になるにつれて小さくなるように設定されている。そのため、係止部８１は、ツール接続装置８の第二端側の内周部によって構成されている。

被位置決部８２は、ツール接続装置８の第二面側に開放するようになっている。また、被位置決部８２は、ツール接続装置８の周方向で間隔をあけて複数（本実施形態では、二つ）設けられている。そして、被位置決部の底部には、位置検知センサが検知可能な被検知体８２ａが設置されている。

なお、図１３、図１４、図１５において図示していないが、ツール接続装置８は、ツールに連結されるモジュールを収容可能な凹状のツール側収容部を有する。ツール側収容部は、ツール接続装置８の第二面側及び外周側面側に開放するように形成されている。これに伴い、ツール接続装置８は、図１２に示すように、ツール側収容部の開放部分を覆うツール側カバー８３を有する。

なお、モジュールは、例えば、ツールＴへの流体（空気や水等）や、電力の供給等を行うためのものである。また、本実施形態に係るツール接続装置８では、ツール側カバー８３を取り付けるための構成（例えば、ツール側カバー８３を配置するための切欠きや、ツール側カバー８３に挿通させたボルトを螺合させる螺子穴等）を係止部８１に形成することで小型化を図っている。

図１、図２に示すように、マスター装置１は、ロボットＲに連結可能なロボット連結部２０と、該ロボット連結部２０に連結されるフレーム２１であって、少なくとも外周面上で開放する凹状の収容部２１０を含むフレーム２１とを有する装置本体２とを備えている。また、マスター装置１は、収容部２１０の開放部分を覆うカバー３を備えている。

そして、マスター装置１は、装置本体２とカバー３との間を塞ぐシール部材４を備えている。さらに、マスター装置１は、装置本体２に連結される連結部５を備えている。さらに、図３に示すように、マスター装置１は、ツール接続装置８に設けられる被位置決部８２に嵌合可能な位置決部６と、該位置決部６内に配置される位置検知センサ７とを備えている。

図２、図４に示すように、ロボット連結部２０は、平面視形状が円形状をなす板状に形成されている。そして、ロボット連結部２０は、ロボットＲと対向する第一面と該第一面とは反対側の第二面とを有する。

そして、ロボット連結部２０は、図５，６に示すように、中心部周りに間隔をあけて形成される複数の第一挿通穴２００ａ，…と（図６参照）、中心部周りに間隔をあけて形成される複数の第二挿通穴２００ｂ，…であって、前記第一挿通穴よりも中心側に形成される複数の第二挿通穴２００ｂ，…とが形成されるベースプレート２００と、前記複数の第一挿通穴２００ａ，…のそれぞれ又は前記複数の第二挿通穴２００ｂ，…のそれぞれに挿通されるとともに第一面から延出する複数の雄螺子部材２０１，…とを有する。さらに、図６に示すように、ロボット連結部２０は、ロボットＲに設けられるロボットフランジＲｆの被嵌合部Ｒｆ２に嵌合可能な嵌合部材２０２を有する。

なお、図６には、一例として、ロボット連結部２０の第一挿通穴２００ａに対応する位置に形成される螺子穴Ｒｆ１と、嵌合部材２０２を嵌め込み可能な凹状の被嵌合部Ｒｆ２とを有するロボットフランジＲｆを介してマスター装置１がロボットＲに取り付けられている状態を示している。

第二挿通穴２００ｂは、フレーム２１の当該第二挿通穴２００ｂに対応する位置に形成されている連通穴２１２と連通するようになっている。

雄螺子部材２０１は、第一挿通穴２００ａに挿し込まれる第一螺子部材２０１ａと、第二挿通穴２００ｂに螺合する第二螺子部材２０１ｂとで構成されている。

第一螺子部材２０１ａは、第一挿通穴２００ａを通じてロボット連結部２０の第一面側に延出するようになっている。そして、第二螺子部材２０１ｂは、フレーム２１の連通穴２１２に挿通される。さらに、第二挿通穴２００ｂに螺合される。そのため、マスター装置１では、第二螺子部材２０１ｂによってロボット連結部２０とフレーム２１とが連結されている。そして、第二螺子部材２０１ｂは、第二挿通穴２００ｂに螺合されている状態において、ロボット連結部２０の第一面側に延出しないようになっている。

ベースプレート２００は、連結部５（切替機構５３のシリンダ部５３１）を嵌め込む嵌込部２００ｃを有する。嵌込部２００ｃは、ロボット連結部２０の第二面から第一面側に向けて凹状に形成されている。すなわち、嵌込部２００ｃは、第二面上で開放する凹みによって構成されている。

また、ベースプレート２００は、第一面側に外径の異なる嵌合部材２０２を交換可能に着脱する着脱部２００ｄを有する。なお、着脱部２００ｄは、螺子穴が形成されており、当該螺子穴に嵌合部材２０２に挿通させた雄螺子を螺合させることでベースプレート２００の第一面側に嵌合部材２０２を装着できるようになっている。

これにより、マスター装置１では、第二螺子部材２０１ｂがロボットフランジＲｆの螺子穴Ｒｆ１に螺合され、着脱部２０３に装着されている嵌合部材２０２を被嵌合部Ｒｆ２に嵌め込むことでロボット連結部２０がロボットフランジＲｆに取り付けられる。従って、マスター装置１がロボットＲに連結される。

なお、本実施形態に係るロボット連結部２０は、第一螺子部材２０１ａによってロボットフランジＲｆに連結されるようになっているが、ロボットフランジＲｆの螺子穴Ｒｆ１の位置によっては、第二螺子部材２０１ｂをロボット連結部２０の第一面側に延出させるようにしてもよい。すなわち、ロボット連結部２０は、第二螺子部材２０１ｂによってロボットフランジＲｆに連結されるようになっていてもよい。

また、本実施形態に係るロボット連結部２０では、着脱部２０３が当該ロボット連結部２０の第一面側に外径の異なる嵌合部材２０２を交換可能に着脱できるようになっているため、ロボットフランジＲｆの被嵌合部Ｒｆ２のサイズに対応する外径の嵌合部材２０２を選定した上で、着脱部２０３に装着することができる。

さらに、嵌合部材２０２を必要としない場合（例えば、ロボットフランジＲｆに被嵌合部Ｒｆ２が無い場合）、ロボット連結部２０は、着脱部２０３から嵌合部材２０２を取り外したうえで、ロボットＲ（ロボットフランジＲｆ）に連結させるようにすることもできる。

図１、図２に戻り、フレーム２１は、ロボット連結部２０と並ぶ方向（以下、第一方向とする）で厚みを有する。また、フレーム２１は、ロボット連結部２０の第二面と対向する第一面と、該第一面とは反対側の第二面とを有する。そして、フレーム２１は、第一面と第二面とに繋がる外周面を有する。

さらに、図４に示すように、フレーム２１は、当該フレーム２１の中央部に形成されるとともに、第一面から第二面に亘って貫通する配置穴２１１を有する。なお、以下の説明において、フレーム２１の第二面には「２１ａ」を付し、フレーム２１の外周面には「２１ｂ」を付すこととする。

図２に戻り、収容部２１０は、フレーム２１の中心部周りで間隔をあけて複数形成されている。すなわち、フレーム２１は、複数（本実施形態では、３つの）の収容部２１０，…を有する。

また、複数の収容部２１０，…のそれぞれは、ツールＴに連結される（ツール側収容部に収容されるモジュールを介してツールＴに連結される）モジュール（図示しない）を収容可能に形成されている。なお、収容部２１０に収容されるモジュールも、例えば、ツールＴへの流体（空気や水等）や、電力の供給等を行うためのものである。

収容部２１０は、第一方向及び第一方向と直交する方向に向けて開放するようになっている。すなわち、収容部２１０は、フレーム２１の第一面上と、フレーム２１の第二面２１ａ上と、フレーム２１の外周面２１ｂ上とに向けて開放するようになっている。

装置本体２では、フレーム２１の第一面は、ロボット連結部２０の第二面と対向するようになっているため、収容部２１０は、フレーム２１の第一面上で開放している部分がロボット連結部２０によって塞がれている。従って、装置本体２では、収容部２１０がフレーム２１の第二面２１ａ上及びフレーム２１の外周面２１ｂ上で開放するようになっている。

そして、収容部２１０における、フレーム２１の第二面２１ａ側の開放端（以下、第一の開放端２１０ａとする）は、フレーム２１の第二面２１ａ側よりもフレーム２１の第一面側に位置している。また、収容部２１０における、フレーム２１の外周面２１ｂ側の開放端（以下、第二の開放端２１０ｂとする）は、フレーム２１の外周面２１ｂよりもフレーム２１の内側に位置している。

配置穴２１１は、図４に示すように、フレーム２１の第一面側の穴径よりも、フレーム２１の第二面２１ａ側の穴径の方が小さくなるように形成されている。

図２に戻り、カバー３は、収容部２１０の開放部分を覆った状態で外面がフレーム２１の外面（本実施形態では、フレーム２１の第二面２１ａ、及びフレーム２１の外周面２１ｂ）と連続するようになっている。また、カバー３は、収容部２１０の開放部分を覆った状態で、外縁部が収容部２１０の第一の開放端２１０ａ及び収容部２１０の第二の開放端２１０ｂと当接するようになっている。

より具体的に説明すると、カバー３は、収容部２１０の開放部分を覆った状態でフレーム２１の外周面２１ｂと連続する外面を有する側面部３０と、該側面部３０に直交し且つ収容部２１０の開放部分を覆った状態でフレーム２１の第二面２１ａと連続する外面を有する上面部３１とを有する。

側面部３０は、円弧状に形成されており、周方向で第一端と該第一端とは反対側の第二端とを有する。また、側面部３０は、周方向と直交する方向で上端と該上端とは反対側の下端とを有する。なお、以下の説明において、側面部３０の第一端には「３０ａ」を付し、側面部３０の第二端には「３０ｂ」を付し、側面部３０の下端には「３０ｃ」を付すこととする。

そして、側面部３０は、第一端３０ａ及び第二端３０ｂのそれぞれがフレーム２１の第一の開放端２１０ａに当接するようになっている。さらに、側面部３０は、下端３０ｃがロボット連結部２０の第二面における外縁部上に配置されるようになっている。

上面部３１は、側面部３０の上端に設けられる第一端と、該第一端とは反対側の第二端とを有する。また、上面部３１は、当該上面部３１の第一端と第二端とが並ぶ方向と直交する方向に一対の側端を有する。なお、以下の説明において、上面部３１の第二端には「３１ａ」を付し、上面部３１の一方の側端には「３１ｂ」を付し、上面部３１の他方の側端には「３１ｃ」を付すこととする。

そして、上面部３１の第二端３１ａは、収容部２１０の第一の開放端２１０ａに当接するようになっている。また、上面部３１の一方の側端３１ｂ及び上面部３１の他方の側端３１ｃは、収容部２１０の第二の開放端２１０ｂと当接するようになっている。

シール部材４は、環状に形成されており、ロボット連結部２０の第二面上に配置されている。これにより、シール部材４は、ロボット連結部２０の第二面上における外周縁部全周に渡って配置されている。

そのため、シール部材４は、カバー３で収容部２１０を覆ったときに、フレーム２１（フレーム２１の第二面２１ａ）と、カバー３（カバー３における側面部３０の下端３０ｃ）とによって挟み込まれるようになっている。従って、シール部材４は、フレーム２１（フレーム２１の第二面２１ａ）と、カバー３（カバー３における側面部３０の下端３０ｃ）との間を塞ぐようになっている。

図７に示すように、連結部５は、ツール接続装置８の空洞部８０に挿込可能な筒状の挿込部５０であって、周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴５００，…を有する挿込部５０と、該挿込部５０の貫通穴５００のそれぞれに嵌め込まれる環状のボール受部材５１と、該ボール受部材５１のそれぞれに嵌め込まれるボール部材５２であって、一部が挿込部５０の外部に突出可能なボール部材５２，…と、該ボール部材５２の一部を挿込部５０の外部に突出させて当該ボール部材５２をツール接続装置８の係止部８１に係止可能にした係止状態と、ボール部材５２の一部を挿込部５０内に退避させて当該ボール部材５２をツール接続装置８の係止部８１に係止不能にした非係止状態とに切替可能な切替機構５３と、係止状態を維持するためのロック機構５４とを有する（図４参照）。さらに、連結部５は、切替機構５３が係止状態であることを検知する第一検知部５５と、切替機構５３が非係止状態であることを検知する第二検知部５６とを有する。

挿込部５０は、軽金属（例えば、アルミ、マグネシウム、チタン等）や、樹脂（例えば、繊維強化プラスチック、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、カーボン繊維強化プラスチック等）で構成することができる（本実施形態における挿込部５０は、軽金属であるアルミによって構成されている）。

なお、挿込部５０を軽金属で構成する場合、アルミを採用することが好ましい。また、挿込部５０を樹脂で構成する場合、繊維強化プラスチックを採用することが好ましく、より好ましくは、カーボン繊維強化プラスチックであり、さらに好ましくは、フェノール系樹脂を含むカーボン繊維強化プラスチックである。

また、挿込部５０は、ロボット連結部２０側の第一端と、該第一端とは反対側の第二端とを有する。そして、挿込部５０は、前記貫通穴５００に連続する凹状の嵌合凹部５０１を有する。さらに、挿込部５０は、第一端から貫通穴５００に繋がるように形成される螺子穴５０２と、該螺子穴５０２に螺合させる雄螺子部材５０３とを有する。

嵌合凹部５０１は、挿込部５０の第二端側に向けて凹状に形成されている。螺子穴５０２は、挿込部５０の第一端から嵌合凹部５０１に繋がるように形成されている。

ボール受部材５１は、金属（例えば、焼結金属、ステンレス、鉄系の金属等）で構成されている。なお、ボール受部材５１は、焼結金属が採用されることが好ましい。また、本実施形態に係るボール受部材５１は、焼結金属で構成されている。

ボール受部材５１は、図７、図８、図９に示すように、環状のボール受部材本体５１０と、該ボール受部材本体５１０の外面から挿込部５０の第二端側に向けて突出する突出部５１１とを有する。

ボール受部材本体５１０は、軸心方向で第一端と該第一端とは反対側の第二端とを有する。なお、本実施形態に係るボール受部材本体５１０は、挿込部５０の貫通穴５４０ｂに嵌め込まれた状態において、第一端が挿込部５０の外周面上に位置し、第二端が挿込部５０の内周面上に位置するようになっている。また、ボール受部材本体５１０は、挿込部５０の貫通穴５００に嵌め込まれた状態において、第一端が挿込部５０の外周面と面一となり、第二端が挿込部５０の内周面と面一となるように形成されている。

そして、図８に示すように、ボール受部材本体５１０は、第一端側の内周面から周方向内側に向けて突出する返り部５１０ａを有する。なお、本実施形態に係るボール受部材本体５１０は、一対の返り部５１０ａ，５１０ａを有するようになっている。

突出部５１１は、ボール受部材５１を挿込部５０の貫通穴５００に嵌合させたときに挿込部５０の螺子穴５０２と対応する位置で凹状に形成される螺子止部５１１ａを有する。そのため、連結部５では、挿込部５０の貫通穴５００にボール受部材５１を嵌め込むとともに突出部５１１を嵌合凹部５０１に嵌め込み、螺子穴５０２に螺合させた雄螺子部材５０３を突出部５１１の螺子止部５１１ａに当接させることで、挿込部５０にボール受部材５１を固定することができるようになる。

切替機構５３は、図４に示すように、前記挿込部５０内に配置されるとともに前記挿込部５０の軸線方向で移動可能なカム部５３０ａを有する往復動体５３０を備えている。

また、切替機構５３は、挿込部５０の第一端に繋がる筒状のシリンダ部５３１と、往復動体５３０に連結される受圧部５３２と、該受圧部５３２に外力を作用させて往復動体５３０を第一方向で移動させる駆動源（図示しない）とを有する。

なお、本実施形態において、挿込部５０と切替機構５３のシリンダ部５３１とは、一体的に形成されており、内部には、ロック機構５４の一構成である受部５４０が配置されている。なお、以下の説明において、シリンダ部５３１と挿込部５０とが一体的になっている部材を筒状部とする。

往復動体５３０は、カム部５３０ａから延出する軸部５３０ｂを有する。そして、往復動体５３０のカム部５３０ａは、挿込部５０の軸心方向における一方向（以下、第一方向とする）に向けて移動するに伴いボール部材５２，…を挿込部５０の外部に押し出し、前記第一方向とは反対側の第二方向に移動するに伴いボール部材５２，…に対する押し出しを解除するように構成されている。

より具体的に説明すると、カム部５３０ａは、ロボット連結部２０側の第一端と該第一端とは反対側の第二端とを有する。そして、カム部５３０ａは、第一端側（受部５４０と対向する側）に形成される凹状のカム側凹部５３０ａａを有する。

カム側凹部５３０ａａは、前記カム部５３０ａの中心部周りで環状をなしている。また、カム側凹部５３０ａａは、前記カム部５３０ａの中央部側に形成されている。そのため、カム部５３０ａにおけるカム側凹部５３０ａａよりも外側の部分（カム側凹部５３０ａａから外周部までの寸法）は、カム部５３０ａにおけるカム側凹部５３０ａａよりも内側の部分（カム側凹部５３０ａａから中心部までの寸法）に比して厚肉になっている。

カム部５３０ａの外周面５３０ｃは、カム部５３０ａの第一端とカム部５３０ａの第二端との間に形成されるフェールセーフ部５３０ｃｃを含むようになっている。より具体的に説明すると、カム部５３０ａの外周面５３０ｃは、カム部５３０ａの第一端側に形成される第一テーパ部５３０ｃａと、カム部５３０ａの第二端側に形成される第二テーパ部５３０ｃｂと、前記第一テーパ部５３０ｃａと前記第二テーパ部５３０ｃｂとの間に形成されるフェールセーフ部５３０ｃｃとを含んでいる。

第一テーパ部５３０ｃａは、カム部５３０ａの第一端側になるにつれて外形が小さくなるように形成されている。そして、第二テーパ部５３０ｃｂは、カム部５３０ａの第二端側になるにつれて外形が大きくなるように形成されている。

フェールセーフ部５３０ｃｃは、円筒状に形成することで構成したり、内部に向かって湾曲するとともにカム部５３０ａの周方向全周に亘って形成される凹みによって構成したりすることができる。また、フェールセーフ部５３０ｃｃは、前記ボール部材５２，…のそれぞれと嵌合可能に形成されている。

そのため、カム部５３０ａは、第一方向に向けて移動すると、まず、第一テーパ部５３０ｃａがボール部材５２，…に接触する。これにより、ボール部材５２，…が挿込部５０の外部に押し出され始める。そして、カム部５３０ａは、第一方向に向けてさらに移動すると、第二テーパ部５３０ｃｂがボール部材５２，…に接触する。これにより、ボール部材５２，…のそれぞれの一部が挿込部５０から突出し、当該ボール部材５２，…のそれぞれが係止部８１に係止可能な状態になる。さらに、カム部５３０ａは、第二方向に移動することで複数のボール部材５２，…のそれぞれに対する押し出しを解除するようになっている。

さらに、往復動体５３０では、カム部５３０ａがフェールセーフ部５３０ｃｃでボール部材５２，…を挿込部５０の外に押し出している状態において、シリンダ部５３１が受部５４０から離れた場所に位置するようになっている（図１１参照）。

そのため、往復動体５３０では、挿込部５０を空洞部８０に挿し込んだ後にカム部５３０ａを挿込部５０の軸線方向における一方向側に移動させると、シリンダ部５３１が受部５４０から離れた場所に位置するようになっている。

その一方で、往復動体５３０では、カム部５３０ａが第二テーパ部５３０ｃｂでボール部材５２，…を挿込部５０の外に押し出している状態において、シリンダ部５３１が受部５４０に当接するようになっている（図１２参照）。

そのため、往復動体５３０では、挿込部５０を空洞部８０に挿し込まずにカム部５３０ａを挿込部の軸線方向における一方向側に移動させると、シリンダ部５３１が受部５４０に接触するようになっている。

往復動体５３０の軸部５３０ｂは、受部５４０に挿通されている。

シリンダ部５３１は、挿込部５０と一体的に形成されている。そのため、シリンダ部５３１も、挿込部５０と同様の軽金属又は樹脂によって構成されている。また、シリンダ部５３１は、外径が挿込部５０の外径よりも大きくなるように形成されている。

そのため、マスター装置１では、ロボット連結部２０上に配置した挿込部５０にフレーム２１を外嵌させると、挿込部５０の外面にフレーム２１の第一面側の内周面（配置穴２１１）が当接し、切替機構５３のシリンダ部５３１の外面にフレーム２１の第二面２１ａ側の内周面（配置穴２１１）が当接する。そして、フレーム２１をロボット連結部２０上に固定することによって、連結部５が装置本体２に連結されるようになっている。

受圧部５３２は、厚みを有する板状に形成されており、平面視形状が円形状となっている。そして、受圧部５３２は、受部５４０を境とする他方側に配置されている。また、受圧部５３２の外周面と挿込部５０の内周面との間には、環状のシール部材Ｓ２が配置されている。

そのため、切替機構５３は、挿込部５０の内周面と、受部５４０と、ロボット連結部２０の第二面とによって画定されている内部空間を受圧部５３２を境とする一方の空間（以下、第一の空間Ｄ１とする）と、受圧部５３２を境とする他方の空間（以下、第二の空間Ｄ２とする）とに区画するようになっている。

駆動源は、一方の空間Ｄ１に気体を流入させる第一の流路（図示しない）と、他方の空間Ｄ２に空気を流入させる第二の流路（図示しない）とに繋がっている。なお、駆動源には、例えば、エアコンプレッサ等を採用することができる。

ロック機構５４は、前記装置本体２（筒状部）内に配置される受部５４０であって、前記挿込部５０の軸心方向で前記往復動体５３０のカム部５３０ａと並ぶ受部５４０と、前記往復動体５３０のカム部５３０ａと前記受部５４０との間に配置される付勢部材５４１であって、前記挿込部５０の軸心方向における一方向側に前記往復動体５３０を付勢する付勢部材５４１とを有する。

受部５４０は、カム部５３０ａと対向する部分に形成される凹状の受部側凹部５４０ａを有する。そして、受部５４０の中央部には、貫通穴５４０ｂが形成されている。

受部側凹部５４０ａは、貫通穴５４０ｂの周りに間隔をあけて複数形成されている。なお、本実施形態では、三つの受部側凹部５４０ａが形成されている（図３参照）。

受部５４０における貫通穴５４０ｂを画定する部分には、環状のシール部材Ｓ１が配置されている。そのため、切替機構５３では、軸部５３０ｂが受部５４０のシール部材Ｓ１に圧接するようになっており、軸部５３０ｂと受部５４０との間の隙間が塞がれるようになっている。

付勢部材５４１は、コイルバネが採用されている。また、切替機構５３では、三つのカム側凹部５３０ａａのそれぞれにカム側凹部５３０ａａが配置されている。そのため、切替機構５３は、三つの付勢部材５４１を有するようになっており、各付勢部材５４１，…は、カム部５３０ａ（往復動体５３０）を受部５４０から離間する方向に付勢するようになっている。

ここで、付勢部材５４１と、カム部５３０ａと、受部５４０との関係について説明する。本実施形態において、カム部５３０ａと受部５４０とは、カム部５３０ａが受部５４０に最も接近している状態において、カム側凹部５３０ａａの底部と受部側凹部５４０ａの底部との間隔が付勢部材５４１の自由長の１／３よりも大きくなるように構成されている。

また、本実施形態において、カム部５３０ａと受部５４０とは、カム部５３０ａが受部５４０から最も離間している状態において、カム側凹部５３０ａａの底部と受部側凹部５４０ａの底部との間隔が付勢部材５４１の自由長よりも小さくなるように構成されている。

第一検知部５５は、図６に示すように、挿込部５０（本実施形態では、挿込部５０の第一端と第二端との途中位置）に配置されている。より具体的に説明すると、第一検知部５５は、挿込部５０の第一端と第二端との途中位置に形成されている穴部（採番しない）内に配置されている。

また、第一検知部５５は、フェールセーフ部５３０ｃｃでボール部材５２，…を挿込部５０の外に押し出しているカム部５３０ａの第二テーパ部５３０ｃｂと隣り合う位置に配置されている。そのため、カム部５３０ａがフェールセーフ部５３０ｃｃでボール部材５２，…を挿込部５０の外に押し出している位置からさらに移動し続け、該カム部５３０ａ（第二テーパ部５３０ｃｂ）が第一検知部５５と対応する位置から外れると、第一検知部５５は、カム部５３０ａを検知していない状態になる。

また、第一検知部５５は、挿込部５０の第二端側（挿込部５０の軸線方向における一方向側）に移動したカム部５３０ａ（カム部５３０ａの側面）と対向する位置に配置されている。このようにして、第一検知部５５は、カム部５３０ａがボール部材５２を挿込部５０の外側に押し出している状態であることを検知できるように構成されている。

なお、第一検知部５５は、当該第一検知部５５にカム部５３０ａが接近したことを検知可能な近接センサ等で構成することができる。

第二検知部５６は、切替機構５３内（本実施形態では、挿込部５０の軸線方向でカム部５３０ａと並ぶ位置）に配置されている。

より具体的に説明すると、第二検知部５６は、受部５４０のカム部５３０ａと対向する部分に形成される凹部（採番しない）内に配置されている。このようにして、第二検知部５６は、カム部５３０ａが挿込部５０の第一端側（挿込部５０の軸線方向における他方向側）に移動したことを検知できるように構成されている。すなわち、第二検知部５６は、カム部５３０ａがボール部材５２に対する押し出しを解除している状態であることを検知できるように構成されている。

なお、第二検知部５６は、当該第二検知部５６にカム部５３０ａが接近したことを検知可能な近接センサ等で構成することができる。

図４に戻り、位置決部６は、装置本体２（フレーム２１の第二面２１ａ）から外方に向けて延出するピン状に形成されている。

そして、位置決部６は、装置本体２の中心部周りで間隔をあけて複数（本実施形態では、二つ）配置されている。また、一対の位置決部６，６は、装置本体２の中心部を介して対称となる位置から互いにずれた位置に配置されている。

位置検知センサ７は、一対の位置決部６，６のそれぞれに内装されている。そのため、本実施形態に係るマスター装置１は、一対の位置検知センサ７を備えるようになっている。また、位置検知センサ７は、位置決部６，６に内装されているため、位置決部６の先端部からツール接続装置８の被位置決部８２の底部に設置された被検知体８２ａまでの距離を検知するようになっている。

本実施形態に係るマスター装置１は、以上の通りである。続いて、本実施形態に係るマスター装置１の動作について添付図面を参照しつつ説明を行う。

まず、マスター装置１でツールＴをロボットＲに取り付けるには、図１０に示すように、カム部５３０ａを受部５４０側に移動させた状態にする。すなわち、ボール部材５２の一部を挿込部５０内に退避させて当該ボール部材５２を前記係止部８１に係止不能な状態にする。

そして、マスター装置１の位置決部６の位置をツール接続装置８の被位置決部８２の位置に対応させ、さらに、各位置検知センサ７が検知する位置決部６の先端部からツール接続装置８の被位置決部８２の底部までの距離を確認しつつ、マスター装置１をツール接続装置８に連結可能な姿勢に調整する。そして、マスター装置１の挿込部５０をツール接続装置８の空洞部８０に挿し込んだ状態にする。

そして、図１１に示すように、第二の空間Ｄ２に空気を送り込むことで、カム部５３０ａを受部５４０から離間する方向に移動させ、各ボール部材５２を該カム部５３０ａによって挿込部５０の外部に押し出す。これにより、ボール部材５２の一部を挿込部５０の外部に突出させ、当該ボール部材５２をツール接続装置８の係止部８１に係止させる。

このとき、往復動体５３０の動きが停止し、カム部５３０ａが第一検知部５５と隣り合う場所で停止する。これにより、第一検知部５５のみがカム部５３０ａを検知している状態になる。従って、第一検知部５５のみがカム部５３０ａを検知している状態を確認することによって、切替機構５３が係止状態であることを把握することができる。

その一方で、図１２に示すように、マスター装置１の挿込部５０をツール接続装置８の空洞部８０に挿し込んでいないときに、カム部５３０ａを受部５４０から離間する方向に移動させると、往復動体５３０は、シリンダ部５３１が受部５４０に接触するまで移動し続ける。

その結果、カム部５３０ａが第一検知部５５と隣り合う場所から外れた場所で停止する。このとき、第一検知部５５及び第二検知部５６は、カム部５３０ａを検知していない状態になる。従って、第一検知部５５及び第二検知部５６がカム部５３０ａを検知していない状態を確認することによって、マスター装置１とツール接続装置８とが正常に連結されていないことを把握することができる。

そして、ロボットＲからツールＴを取り外すには、第二の空間Ｄ２に空気を送り込み、カム部５３０ａを受部５４０に接近する方向に移動させる。このようにして、ボール部材５２の一部を挿込部５０内に退避させ、当該ボール部材５２を前記係止部８１に係止不能な状態に切り替える。これにより、カム部５３０ａのボール部材５２に対する押し出しを解除する。

そして、第二検知部５６は、挿込部５０の第二端側に移動したカム部５３０ａを検知する。すなわち、第二検知部５６は、カム部５３０ａがボール部材５２に対する押し出しを解除している状態であることを検知する。従って、第二検知部５６のみがカム部５３０ａを検知している状態を確認することによって、切替機構５３が非係止状態であることを把握することができる。

そして、マスター装置１の挿込部５０をツール接続装置８の空洞部８０から引き抜くことで、ロボットＲからツールＴを取り外すことができる。

以上のように、本実施形態に係るマスター装置１によれば、第一検知部５５によって、切替機構５３が係止状態であることを検知することができ、さらに、第二検知部５６によって切替機構５３が非係止状態であることを検知することができる。そして、マスター装置１によれば、第一検知部５５が挿込部５０に配置され、第二検知部５６が切替機構５３内に配置されるため、装置本体２に第一検知部５５及び第二検知部５６を配置するスペースを確保する必要がなくなる。そのため、装置本体２を小さくすることによって、マスター装置１の小型化を図ることができる。

従って、切替機構５３の状態を確認することができるようにしつつ、小型化を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

また、第一検知部５５と第二検知部５６とがカム部５３０ａを検知していないことを確認することで、挿込部５０の外に押し出したボール部材５２，…がツール接続装置８の係止部８１に係止されていないことを把握することができる。従って、マスター装置１の挿込部５０がツール接続装置８の空洞部８０に挿し込まれずに、ボール部材５２，…が挿込部５０の外に押し出されている状態（所謂、ミスキャッチ）を容易に確認することができる。

尚、本発明に係る工具交換装置用のマスター装置は、上記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

また、上記実施形態において、特に言及しなかったが、カバー３は、モジュールが収容されていない収容部２１０の開放部分を覆うことができることはもちろんであるが、モジュールを収容した収容部２１０の開放部分を覆うこともできる。

このようにする場合、カバー３は、収容部２１０に収容されているモジュールと協働して収容部２１０の開放部分を覆うようにしてもよい。より具体的に説明すると、例えば、収容部２１０に収容されているモジュールが外部の機器との接続を行うためのコネクタを備えている場合、カバー３が当該コネクタと協働して収容部２１０の開放部分を覆うことができるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、シール部材４は、フレーム２１の第二面２１ａとカバー３における側面部３０の下端との間を塞ぐようになっていたが、これに限定されるものではなく、例えば、シール部材４は、フレーム２１の第一の開放端２１０ａとカバー３の第二端との間や、フレーム２１の第一の開放端２１０ａとカバー３の各側端との間も塞ぐようになっていてもよい。

また、上記実施形態において、マスター装置１は、一対の位置決部６を備えるようになっていたが、これに限定されるものではなく、例えば、二つ以上の位置決部６を備えるようにしてもよい。また、このようにする場合、位置検知センサ７は、全ての位置決部６に内装されていてもよいし、一部の位置決部６に内装されていてもよい。

また、上記実施形態において、位置決部６は、装置本体２（フレーム２１の第二面２１ａ）から外方に向けて延出するピン状に形成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば、装置本体２の外方（フレーム２１の第二面２１ａ上）で開放する凹状になっていてもよい。

このようにする場合、位置決部６の底部に位置検知センサ７を設けるとともに、ツール接続装置８の被位置決部８２を位置決部６に嵌合可能なピン状に形成する必要がある。

また、上記実施形態において、ツール接続装置８の被位置決部８２は、非貫通の穴によって構成されていたが、これに限定されるものではなく、例えば、被位置決部８２は、ツール接続装置８の第一面からツール接続装置８の第二面に亘って貫通する穴によって構成されていてもよい。

このようにする場合、マスター装置１の位置検知センサ７には、位置決部６の先端部からツールＴ（ツールＴにおける貫通穴に取り囲まれている部分）までの距離を検知させることになる。

また、上記実施形態において、ボール受部材５１は、突出部５１１を有するようになっていたが、これに限定されるものではなく、ボール受部材５１は、突出部５１１を有しないようにすることもできる。

このようにしても、付勢部材５４１が軸部５３０ｂに内装されるため、付勢部材５４１を配置するためのスペースが装置本体２内に確保されることになり、マスター装置１の厚み（挿込部５０の軸心方向における寸法）を小さくすることができる。

また、上記実施形態において、特に言及しなかったが、第一検知部５５と第二検知部５６とをインターロック回路に利用するようにしても良い。

また、上記実施形態において、連結部５は、第一検知部５５と、第二検知部５６とを有するようになっていたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一検知部５５のみを備えるようにしたり、第二検知部５６のみを備えるようにしたりしてもよい。

連結部５が第一検知部５５のみを備えるようにする場合、第一検知部５５がカム部５３０ａを検知していない状態であることを確認することで、切替機構５３が非係止状態であることを把握するようにしてもよい。そして、連結部５が第二検知部５６のみを備えるようにする場合、第二検知部５６がカム部５３０ａを検知していない状態であることを確認することで、切替機構５３が係止状態であることを把握するようにしてもよい。

但し、マスター装置１の挿込部５０がツール接続装置８の空洞部８０に挿し込まれずに、ボール部材５２，…が挿込部５０の外に押し出されている状態（所謂、ミスキャッチ）を容易に確認できるようにするという観点では、連結部５が第一検知部５５及び第二検知部５６を有することが好ましい。

１…マスター装置、２…装置本体、３…カバー、４…シール部材、５…連結部、６…位置決部、７…位置検知センサ、８…ツール接続装置、２０…ロボット連結部、２１…フレーム、２１ａ…第二面、２１ｂ…外周面、３０…側面部、３０ａ…第一端、３０ｂ…第二端、３０ｃ…下端、３１…上面部、３１ａ…第二端、３１ｂ…側端、３１ｃ…側端、５０…挿込部、５１…ボール受部材、５２…ボール部材、５３…切替機構、５４…ロック機構、５５…第一検知部、５６…第二検知部、８０…空洞部、８１…係止部、８２…被位置決部、８２ａ…被検知体、８３…ツール側カバー、２００…ベースプレート、２００ａ…第一挿通穴、２００ｂ…第二挿通穴、２００ｃ…嵌込部、２００ｄ…着脱部、２０１…雄螺子部材、２０１ａ…第一螺子部材、２０１ｂ…第二螺子部材、２０２…嵌合部材、２０３…着脱部、２１０…収容部、２１０ａ…開放端、２１０ｂ…開放端、２１１…配置穴、２１２…連通穴、５００…貫通穴、５０１…嵌合凹部、５０２…螺子穴、５０３…雄螺子部材、５１０…ボール受部材本体、５１０ａ…返り部、５１１…突出部、５１１ａ…螺子止部、５３０…往復動体、５３０ａ…カム部、５３０ａａ…カム側凹部、５３０ｂ…軸部、５３０ｃ…外周面、５３０ｃａ…第一テーパ部、５３０ｃｂ…第二テーパ部、５３０ｃｃ…フェールセーフ部、５３１…シリンダ部、５３２…受圧部、５４０…受部、５４０ａ…受部側凹部、５４０ｂ…貫通穴、５４１…付勢部材、Ｄ１…空間、Ｄ２…空間、Ｒ…ロボット、Ｒｆ…ロボットフランジ、Ｒｆ１…螺子穴、Ｒｆ２…被嵌合部、Ｓ１…シール部材、Ｓ２…シール部材、Ｔ…ツール

Claims (3)

1. ツールをロボットに交換可能に取り付ける工具交換装置用のマスター装置であって、前記ロボットに連結可能なロボット連結部と、該ロボット連結部に連結されるフレームとを有する装置本体と、該装置本体に連結される連結部とを備え、該連結部は、前記ツールに取り付けられているツール接続装置の外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部に挿込可能な筒状の挿込部であって、周方向で間隔を空けて形成される複数の貫通穴を有する挿込部と、該貫通穴内に配置されるボール部材であって、一部が前記挿込部の外部に突出可能なボール部材と、該ボール部材の一部を前記挿込部の外部に突出させて当該ボール部材を前記ツール接続装置の空洞部の中心回りに配置された係止部に係止可能にした係止状態と、前記ボール部材の一部を前記挿込部内に退避させて当該ボール部材を前記係止部に係止不能にした非係止状態とに切替可能な切替機構と、該切替機構が係止状態であることを検知する第一検知部であって前記挿込部に配置される第一検知部及び前記切替機構が非係止状態であることを検知する第二検知部であって前記切替機構内に配置される第二検知部の少なくとも何れか一方とを有することを特徴とする工具交換装置用のマスター装置。
2. 前記連結部は、前記第一検知部と前記第二検知部とを有する請求項１に記載の工具交換装置用のマスター装置。
3. 前記切替機構は、前記挿込部内に配置されるとともに前記挿込部の軸線方向で移動可能なカム部を有する往復動体を備え、前記往復動体のカム部は、挿込部の軸線方向における一方向に移動するに伴い前記ボール部材を前記挿込部の外部に押し出し、挿込部の軸線方向における他方向に移動するに伴い前記ボール部材に対する押し出しを解除するように構成され、前記第一検知部は、前記カム部が挿込部の軸線方向における一方向側に移動したことを検知するように構成され、前記第二検知部は、前記挿込部の軸線方向で前記カム部と並ぶ位置に配置されるとともに、前記カム部が挿込部の軸線方向における他方向側に移動したことを検知するように構成される請求項２に記載の工具交換装置用のマスター装置。

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