JP3908690B2 - 着脱機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ロボットのマニピュレータ等の可動部を有する機器においては、マニピュレータのハンド等のように交換して着脱される交換部材が取り付けられる。この場合、機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構が必要となる。このような着脱機構においては、着脱作業があまり時間がかからず簡単に着脱できることが作業能率向上の観点から要求される。そのため、自動化されているマニピュレータ等の機器の動作と同様に、交換部材の着脱動作も自動化されて省力化・効率化等の目的が達成されることが求められる。しかし、マニピュレータのハンド等の交換部材自体の作動用動力が必要でないような場合、別途着脱動作用の動力源を設ける必要があり、機構も複雑となる。したがって、着脱動作用の新たな動力源を不要にするためには、マニピュレータ等の機器の動作だけで着脱できることが必要となる。また、簡単に着脱できるとともに低コスト化を図る観点からも、簡易な構造で着脱機構が実現されることが望まれる。
【0003】
機器の動作だけで交換部材の着脱を行うものとしては、下記特許文献1に記載されたものが知られている。これは、回動自在に基端部が枢着された係止片を板バネにより付勢して機器側の係止溝内に係入することで交換部材を機器に装着するものである。しかしながら、バネ力により係止して保持しているため、例えば、交換部材が高速で回転するような高速動作条件等の場合、安定して交換部材の装着状態を維持することが困難である。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−24975号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1に記載の着脱機構は、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構であって、前記機器側に設けられる装着用要素と、前記装着用要素に対して着脱自在に取り付けられる前記交換部材側に設けられる被装着要素と、前記交換部材を取り出し自在に保持する保持器と、を備え、前記装着用要素は、装着側係合部と、溝と、を有し、前記被装着要素は、前記装着用要素への装着時に前記装着側係合部に係合する被装着側係合部と、前記装着用要素への装着時に前記溝に嵌合して前記装着用要素と前記被装着要素とを固定するプランジャと、を有し、前記保持器は、前記交換部材を保持して前記交換部材の着脱方向を中心として前記交換部材と共に回転可能に支持される保持部材と、前記保持部材に設けられたストッパと、前記保持部材を支持する支持台側に設けられると共に前記ストッパが当接可能なストッパ受けと、前記保持部材を前記ストッパ受けに対して所定位置に復帰させる付勢手段と、を有し、前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記保持部材に保持される前記交換部材の前記被装着要素に対して前記装着用要素を回転させることなく着脱方向に押し込み、前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係合させることにより前記被装着要素を前記保持部材と共に回転させて前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係止させ、前記被装着要素と前記装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより前記機器に前記交換部材を装着して維持し、前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素に装着された前記交換部材を前記保持部材に保持させて前記機器により前記装着用要素と前記被装着要素とを係止解除方向に回転させ、前記ストッパが前記ストッパ受けに当接して前記保持部材および前記被装着要素の回転が停止してから前記装着用要素のみが回転することにより前記装着側係合部と前記被装着側係合部とが相対回転されて係止が外れ、前記装着側係合部と前記被装着側係合部との係合で前記被装着要素が前記装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより前記機器から前記交換部材を脱抜することを特徴とする。
【0007】
この構成によると、装着用要素には装着側係合部を設け、被装着要素には被装着側係合部を設け、保持器には保持部材とストッパとストッパ受けと付勢手段とを設けるという簡易な構成で着脱機構を実現できる。そして、保持部材に保持される被装着要素に対して装着用要素を着脱方向に押し込み、装着側係合部と被装着側係合部とを係合させて被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより機器に交換部材を装着して維持することができると共に、装着用要素に装着された交換部材を保持部材に保持させて機器により装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させ、ストッパがストッパ受けに当接して装着用要素のみが回転することにより装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れ、装着側係合部と被装着側係合部との係合で被装着要素が装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより機器から交換部材を脱抜することができる。即ち、機器の簡単な動作だけで交換部材の着脱が可能となる。また、交換部材の装着状態では、装着側係合部と被装着側係合部とが係合して被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定していると共に装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させない限りは装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れないので、交換部材が高速で一方向に回転されるような高速動作条件等の場合であっても、装着用要素と被装着要素と係合したままの状態が保たれ、安定して装着状態を維持することができる。したがって、本発明の構成によると、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
また、プランジャが装着用要素と被装着要素とを固定して抜け止めを図るので、交換部材の使用時などでも機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【0008】
請求項2に記載の着脱機構は、請求項1において、前記装着用要素は略円柱形状であり、前記装着側係合部は、前記装着用要素の外周に前記略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成された案内溝と、前記案内溝の前記機器側端部に凹状に形成された回転止め部とを有し、前記被装着要素は略円筒形状であり、前記被装着側係合部は、前記被装着要素の内周に突出して設けられたピンから成り、前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記装着用要素が前記被装着要素に押し込まれることで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が回転され、前記ピンが前記回転止め部に係止されることで前記被装着要素と前記装着用要素とが回転方向に位置決めされ、前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素が回転することで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が着脱方向に押し出されることを特徴とする。
【0009】
この構成によると、装着側係合部は螺旋状に形成された案内溝と凹状に形成された回転止め部とを有すると共に被装着側係合部はピンから成り、ピンが案内溝に案内されることにより被装着要素が回転されたり押し出される。即ち、装着側係合部に螺旋状の案内溝を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素を相対移動させる構造を容易に実現できる。また、装着側係合部に凹状の回転止め部を設けるという簡易な構造により、回転止め部にピンが係止されて被装着要素と装着用要素とが回転方向に位置決めされトルクの伝達が可能になる。よって、ツール駆動時に交換部材が高速で一方向に回転されると共に、トルクが伝達されるような高速動作条件等の場合であっても、ピンが回転止め部に係合したままの状態が保たれ、機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【0010】
【0011】
【0012】
請求項3に記載の着脱機構は、請求項1又は2において、前記保持部材は横断面多角形の保持孔を有し、前記被装着要素の前記保持部材に保持される被保持部位は前記保持孔に嵌って相対回転が防止される横断面形状であることを特徴とする。
【0013】
この構成によると、保持部材に設けた横断面多角形の保持孔と被装着要素に設けた被保持部位という簡易な構造により、保持部材に装着した被装着要素と保持部材とを共に回転させる構造を容易に実現できる。
【0014】
請求項4に記載の着脱機構は、請求項3において、前記保持孔の縁には前記被保持部位の端部を案内するエッジ案内部が形成されていることを特徴とする。
【0015】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向き(位相)が合致していなくても交換部材を保持孔に挿入することによりエッジ案内部が被保持部位の端部を案内するので円滑に挿入することができる。即ち、保持孔の縁にエッジ案内部を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【0016】
請求項5に記載の着脱機構は、請求項3又は4において、前記保持孔および前記被保持部位の横断面形状は正六角形であることを特徴とする。
【0017】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向きが合致している確率が高い。また、エッジ案内部を有する場合は各エッジ案内部は最大でも60度の範囲で交換部材を案内すればいいので、エッジ案内部の大きさは小さくても足りる。したがって、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【0018】
請求項6に記載の着脱機構は、請求項1〜5において、前記付勢手段は、前記保持部材を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることを特徴とする。
【0019】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に挿入して保持させるときに、保持部材が両方向に回転可能なので挿入を円滑に行うことができる。
【0020】
請求項7に記載の着脱機構は、請求項1〜6において、前記付勢手段は前記保持部材と前記支持台側とを連結する捻りコイルばねであることを特徴とする。
【0021】
この構成によると、保持部材をストッパ受けに対して所定位置に復帰させる構造を容易に実現できる。
【0022】
請求項8に記載の着脱機構は、請求項1〜7において、前記機器はロボットのマニピュレータであり、前記交換部材は着脱自在に取り付けられる前記マニピュレータのハンドであることを特徴とする。
【0023】
この構成によると、ロボットのマニピュレータに対してハンドを着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、ロボットのマニピュレータの動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【0024】
請求項9に記載の着脱機構は、請求項8において、前記ハンドは、摩擦攪拌接合用のチップであることを特徴とする。
【0025】
この構成によると、高速でチップを回転することで摩擦攪拌接合を行う溶接ロボットであっても、安定してチップの装着状態を維持できるとともに、簡易な構造の着脱機構を提供することができる。そして、チップが取り付けられた装着用要素は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ自体の作動用動力が必要でない摩擦攪拌接合の場合であっても、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要も無く、マニピュレータの動作だけで着脱できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【0027】
(実施形態)
図1は実施形態に係る着脱機構1をロボット101に適用した場合を例示したものである。ロボット101は、マニピュレータ102を有しており、マニピュレータ102には、フレーム104に並設される保持器13(図示では3台)にそれぞれ保持されたハンド103が交換して着脱される。即ち、本実施形態に係る着脱機構1は、可動部を有する機器であるマニピュレータ102に対して交換部材であるハンド103を着脱自在に取り付けるためのものである。そして、この着脱機構1は、マニピュレータ102側に設けられる装着用要素11と、装着用要素11に対して着脱自在に取り付けられるハンド103側に設けられる被装着要素12と、ハンド103を取り出し自在に保持する保持器13とを備えている。
【0028】
図1において、マニピュレータ102は、所定の作業を開始する際に、所定の保持器13に保持された所定のハンド103を選択して装着する。そして、その作業が終了して次の作業に移る場合、装着しているハンド103を脱抜して(取り外して)もとの保持器13へと戻し、次の作業用のハンド103を装着する。マニピュレータ102へのハンド103の着脱は、マニピュレータ102側の装着用要素11とハンド103側の被装着要素12との着脱により行われる。そして、この着脱に際しては、後述するように、保持器13に対して装着用要素11を、装着時には上下方向、脱抜時には上下方向および回転方向に移動するようマニピュレータ102を動作させることで行われる。
【0029】
図2〜図7は、着脱機構1の各構成要素を説明する図である。図2は、保持器13に保持されているハンド103とこれに向き合う装着用要素11を示す斜視図である。図3は、装着用要素11がハンド103をチャックして保持器13から引き抜いた状態を示す斜視図である。図4は、ハンド103を示す図であって、(A)は平面図、(B)は正面図をそれぞれ示す。図5は、装着用要素11を示す正面図である。図6は、保持器13から保持部材14と付勢手段15とを取り外した分解斜視図である。図7は、保持器13を示す図であって、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【0030】
なお、図2〜図7に示す着脱機構1においては、ハンド103が摩擦攪拌接合用のチップ(以下、「チップ103」という)である場合を例示している。この摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding)の説明図を図11に示す。図11は、母材105、105の端面同士を摩擦攪拌接合により溶接する場合を示している。即ち、突き合わされた母材端面の上側の母材表面にチップ103の先端が当接した状態で、チップ103を高速で回転させながら接合端面に沿って移動させ、摩擦熱により接合端面近傍の内部組織を流動化させて撹拌し、冷却後一体化するものである。この摩擦攪拌接合の場合、チップ103が取り付けられた装着用要素11は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ103自体の作動用動力が必要でない。したがって、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要が無くマニピュレータ102の動作だけで着脱できる着脱機構1が特に有効となる。
【0031】
まず、被装着要素12は、図1、2、4に示すように、保持器13に保持されいてる状態のチップ103の上端側(即ち、摩擦攪拌接合用のツール部106とは反対側)に設けられている。この被装着要素12は、略円筒形状であり、被装着側係合部16と、プランジャ17と、被保持部位18とを備えている。
【0032】
被装着側係合部16は、被装着要素12の装着用要素11への装着時に装着側係合部19に係合する。この被装着側係合部16は、被装着要素12の内周に突出して設けられたピンから成る。ここでは、120度ごとに計3本のピン16が設けられている。
【0033】
プランジャ17は、被装着要素12が装着用要素11に装着されたときに後述の装着用要素11の溝20に嵌合して、装着用要素11と被装着要素12とを固定する。即ち、プランジャ17のボールが被装着要素12の内部側に突出することで後述の装着用要素11の溝20に嵌合し、被装着要素12の外部側に退避することで係合が解除されることにより、装着用要素11と被装着要素12との着脱が行われるようになっている。
【0034】
被保持部位18は、後述する保持器13の保持部材14に保持されるものであり、保持部材14の保持孔21に嵌って相対回転が防止される横断面形状とされている。ここでは、被保持部位18の横断面形状は正六角形である。
【0035】
つぎに、装着用要素11は、図1、2、5に示すように、マニピュレータ102におけるハンド装着部として設けられ、略円柱形状で、テーパ部22と、溝20と、装着側係合部19とを有する。テーパ部22がマニピュレータ102にチャックされて回転されることで、装着側係合部19に装着されたチップ103が回転される。
【0036】
溝20には、被装着要素12のプランジャ17が嵌合する。これにより、被装着要素12を装着用要素11に着脱可能に固着することができる。
【0037】
装着側係合部19は、案内溝23と、回転止め部24と、離脱防止部25とを備えている。案内溝23は、装着用要素11の外周に略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成されている。ここでは、60度ごとに計6本の案内溝23が形成されている。回転止め部24は、案内溝23のマニピュレータ102側端部に凹状に形成されている。回転止め部24の保持器13側の縁が離脱防止部25を形成している。即ち、マニピュレータ102にチップ103を装着するときは、装着用要素11が被装着要素12に押し込まれることでピン16が案内溝23に案内されて被装着要素12が回転され、ピン16が回転止め部24に係止されることで被装着要素12と装着用要素11とが回転方向に位置決めされる。これにより、装着用要素11からチップ103へと確実に回転トルクが伝達されることになる。さらに、ピン16が離脱防止部25に係止して、被装着要素12が装着用要素11から自重で抜けることを防止する。また、マニピュレータ102からチップ103を脱抜するときは、装着用要素11が回転することでピン16が案内溝23に案内されて被装着要素12が着脱方向に押し出される。
【0038】
つぎに、保持器13について説明する。保持器13は、図1〜3、6、7に示すように、保持部材14と、ストッパ26と、ストッパ受け27と、付勢手段15と、支持台28とを有している。
【0039】
保持部材14は、チップ103を保持してチップ103の着脱方向を中心としてチップ103と共に回転可能に支持台28に支持されるものである。保持部材14は、支持台28に対してベアリング29により支持されている。この保持部材14は、横断面多角形の保持孔21を有する。この保持孔21は、被装着要素12の被保持部位18が嵌合して相対回転が防止される横断面形状であり、ここでは正六角形であるようにしている。保持孔21の縁には被保持部位18の端部を案内するエッジ案内部30が形成されている。即ち、チップ103を脱抜するためにチップ103を保持部材14に保持させるときに、保持孔21と被保持部位18との向き(位相)が合致していなくてもチップ103を保持孔21に挿入することによりエッジ案内部30が被保持部位18の端部を案内するので円滑に挿入することができる。
【0040】
ストッパ26は、保持部材14に設けられる。ストッパ受け27は、支持台28に設けられると共にストッパ26が当接可能である。付勢手段15は、保持部材14をストッパ受け27に対して所定位置に復帰させるよう付勢する。この付勢手段15は、保持部材14と支持台28側とを連結する捻りコイルバネとしている。この捻りコイルバネの一端は支持台28に形成された切り欠き部28aに係合され、他端は保持部材14に形成された係合孔14aに挿入される。また、この付勢手段15は、保持部材14を両方向に回転可能な中立位置に復帰させる。即ち、保持部材14が中立位置にあるときは、ストッパ26はストッパ受け27に当接しておらず、保持部材14はいずれの方向へも回転可能になっている(図7(A)参照)。
【0041】
支持台28はブロック状で、上部支持台31と下部支持台32とから成る。さらに、支持台28の上面には、L字アングル等によって近接センサが設けられている(図示せず)。この近接センサは、保持部材14に保持されたチップ103を検出するものとしている。よって、この近接センサにより、保持部材14にチップ103が保持されているか否かを検出することができる。
【0042】
なお、図2に示すように、保持器13の幅Wは、チップ103が収納可能であれば、種々変更することができる。即ち、保持器13の設置スペースに制約があるような場合でも、幅Wの寸法を小さく設定することで、少ないスペースに多くの保持器13を設置することが可能になる。
【0043】
次に、上記構成を備える着脱機構1の作動について説明する。まず、チップ103を装着用要素11に対して装着する場合について説明する。図1および図2においては、マニピュレータ102側の装着用要素11にはチップ103が取り付けられておらず、チップ103はいずれも保持器13において保持部材14に保持されている状態が図示されている。この状態から、マニピュレータ102を動作させて、装着用要素11を所定の保持器13に保持された所定のチップ103上に移動させる。このとき、保持部材14は、付勢手段15により中立位置に維持されている。
【0044】
そして、この状態から、装着用要素11をそのまま真っ直ぐ下方に移動するようにマニピュレータ102を動作させる。この動作により、装着用要素11が被装着要素12に押し込まれることで、被装着要素12のピン16が装着用要素11の案内溝23に案内されて被装着要素12が回転される。被装着要素12は保持部材14と共に付勢手段15に抗して回転される。そして、ピン16が回転止め部24に係止されることで被装着要素12と装着用要素11とが回転方向に位置決めされる。これにより、装着用要素11から被装着要素12へのトルクの伝達が可能になる。また、被装着要素12のプランジャ17が装着用要素11の溝20に入り込むこと、あるいは被装着要素12のピン16が装着用要素11の離脱防止部25に係止することにより、被装着要素12と装着用要素11とを着脱方向に容易に離脱しないよう固定することができる。よって、マニピュレータ102にチップ103を装着して維持することができる。
【0045】
そして、装着用要素11およびチップ103をそのまま真っ直ぐ上方に移動するようにマニピュレータ102を動作させる。被保持部位18が保持部材14から抜け出すと、保持部材14は付勢手段15により中立位置に復帰される。そして、図3に示すように、チップ103が保持器13から外されることにより、装着動作が完了する。
【0046】
このように、着脱機構1においては、プランジャ17と溝20とにより装着状態が保たれることで、チップ103が高速回転する場合でも装着状態が安定して維持される。そして、装着用要素11からチップ103への回転トルクは、ピン16と回転止め部24との嵌合によって伝達され、装着用要素11と被装着要素12との間には摩擦で固定して装着する部分がない。したがって、摩擦攪拌接合時のチップ103駆動力によって固着やかじりつき等の発生を防止することができる。
【0047】
つぎに、装着用要素11に装着されたチップ103を脱抜する場合について説明する。前述のように装着動作が完了し、マニピュレータ102により所定の動作(本実施形態においては、摩擦攪拌接合作業)が行われた後、装着されたチップ103を脱抜する(取り外す)場合は、前述の装着動作と逆の動作を行うことになる。まず、マニピュレータ102を動作させて、チップ103を空いている所定の保持器13の上方に移動させる。
【0048】
そして、チップ103の先端を保持部材14に挿入するよう下降動作を行い、被保持部位18を保持部材14に当接させる。このとき、保持部材14の保持孔21と被保持部位18との向きが合致していなくても、エッジ案内部30が被保持部位18の端部を案内し、保持部材14を中立位置から回転させながら円滑に挿入することができる。
【0049】
そして、被保持部位18を保持孔21にある程度の深さだけ入れたら、最下位置に達する前にマニピュレータ102の下降動作を停止する。ここで、装着用要素11を解除方向(通常の動作方向とは反対方向)に回転させる。これにより、装着用要素11と、被装着要素12と、保持部材14とが解除方向に回転される。そして、保持部材14のストッパ26がストッパ受け27に当接して回転不能になる。さらに、装着用要素11が回転されることにより、ピン16が案内溝23に案内されて被装着要素12が着脱方向に押し出される。この押し出し力がプランジャ17と溝20との固定力に打ち勝って被装着要素12が装着用要素11から外れる。これにより、マニピュレータ102からチップ103が脱抜され、脱抜動作が完了する。
【0050】
上述したように、着脱機構1によると、装着側係合部19に螺旋状の案内溝23を設けると共に被装着側係合部16をピンにするという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素12を着脱する構造を容易に実現できる。
【0051】
(参考例)
次に、参考例に係る着脱機構2について説明する。この着脱機構2も本発明の着脱機構1と同様に、図1に示すようなロボット101等に適用される。着脱機構2は、着脱機構1とほぼ同様の構成を備えているが、装着側係合部19と被装着側係合部16との構成が異なっている。図8は、着脱機構2における装着用要素11を示す斜視図であり、図9は、着脱機構2における被装着要素12を示す斜視図である。また、図10は、保持器13と被装着要素12と装着用要素11とを示す図であって、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線で切断した状態を示す中央縦断面図である。なお、着脱機構2の説明においては、図8〜10に着脱機構1の場合と同じ符号を付して説明を適宜割愛し、着脱機構1と異なる点を説明する。
【0052】
装着用要素11の装着側係合部19と被装着要素12の被装着側係合部16とは、スプライン形状で、ラチェット機構を構成している。即ち、装着用要素11と被装着要素12とを接近させるとこれらが相対回転すると共に、更に近接させると相対回転することなく嵌合することができる。この構成により、この着脱機構2によっても着脱機構1と同様に、装着用要素11を直線運動させるだけでチップ103を装着することができると共に、装着用要素11の直線運動と回転運動のみでチップ103を脱抜することができるようになる。
【0053】
上述したように、着脱機構2によると、装着側係合部19と被装着側係合部16とをラチェット機構にするという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素12を着脱する構造を容易に実現できる。
【0054】
以上が、本発明の実施形態に係る着脱機構1の説明であり、これら実施形態に係る着脱機構1によると、簡易な構造であるとともに、マニピュレータ102(機器)の動作だけで着脱可能であり、安定してチップ103(交換部材)の装着状態を維持できる着脱機構1が得られる。
【0055】
また、マニピュレータ102は装着用要素11を鉛直方向の運動および回転運動させるだけでチップ103の着脱が可能になるので、多大なモーメントの掛かる水平移動を行う必要が無くロボット101の寿命を延ばすことができる。
【0056】
なお、実施の形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
【0057】
(1)ロボット101のマニピュレータ102に限らず、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付ける場合に、本実施形態の着脱機構1は、広く適用可能である。
【0058】
(2)保持部材14の保持孔21および被保持部位18の横断面形状は正六角形に限らず、例えば正方形や正八角形でも良い。保持器13の付勢手段15は捻りコイルばねに限らず、圧縮あるいは引っ張りコイルバネや巻き板バネなどであっても良い。また、付勢手段15は保持部材14を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることには限らず、ストッパ26がストッパ受け27に当接した状態に復帰させて保持部材14が一方向のみに回転するようにしても良い。この場合は、エッジ案内部30が保持部材14を回転可能な方向のみに案内するようにする。
【0059】
(3)装着側係合部19と被装着側係合部16とは案内溝23とピン16との組み合わせやラチェット機構に限らず、その他の構成であっても良い。
【0060】
(4)実施形態に係る着脱機構1においては、離脱防止部25は無くても良い。この場合でも、プランジャ17と溝20とが被装着要素12と装着用要素11との離脱防止を図る。
【0061】
【発明の効果】
請求項1の発明によると、装着用要素には装着側係合部を設け、被装着要素には被装着側係合部を設け、保持器には保持部材とストッパとストッパ受けと付勢手段とを設けるという簡易な構成で着脱機構を実現できる。そして、保持部材に保持される被装着要素に対して装着用要素を着脱方向に押し込み、装着側係合部と被装着側係合部とを係合させて被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより機器に交換部材を装着して維持することができると共に、装着用要素に装着された交換部材を保持部材に保持させて機器により装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させ、ストッパがストッパ受けに当接して装着用要素のみが回転することにより装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れ、装着側係合部と被装着側係合部との係合で被装着要素が装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより機器から交換部材を脱抜することができる。即ち、機器の簡単な動作だけで交換部材の着脱が可能となる。また、交換部材の装着状態では、装着側係合部と被装着側係合部とが係合して被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定していると共に装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させない限りは装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れないので、交換部材が高速で一方向に回転されるような高速動作条件等の場合であっても、装着用要素と被装着要素と係合したままの状態が保たれ、安定して装着状態を維持することができる。したがって、本発明の構成によると、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
また、プランジャが装着用要素と被装着要素とを固定して抜け止めを図るので、交換部材の使用時などでも機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【0062】
また、機器は装着用要素を鉛直方向の運動および回転運動させるだけで交換部材の着脱が可能になるので、多大なモーメントの掛かる水平移動を行う必要が無く機器の寿命を延ばすことができる。
【0063】
請求項2の発明によると、装着側係合部は螺旋状に形成された案内溝と凹状に形成された回転止め部とを有すると共に被装着側係合部はピンから成り、ピンが案内溝に案内されることにより被装着要素が回転されたり押し出される。即ち、装着側係合部に螺旋状の案内溝を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素を相対移動させる構造を容易に実現できる。また、装着側係合部に凹状の回転止め部を設けるという簡易な構造により、回転止め部にピンが係止されて被装着要素と装着用要素とが回転方向に位置決めされトルクの伝達が可能になる。よって、ツール駆動時に交換部材が高速で一方向に回転されると共に、トルクが伝達されるような高速動作条件等の場合であっても、ピンが回転止め部に係合したままの状態が保たれ、機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【0064】
【0065】
請求項3の発明によると、保持部材に設けた横断面多角形の保持孔と被装着要素に設けた被保持部位という簡易な構造により、保持部材に装着した被装着要素と保持部材とを共に回転させる構造を容易に実現できる。
【0066】
請求項4の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向き(位相)が合致していなくても交換部材を保持孔に挿入することによりエッジ案内部が被保持部位の端部を案内するので円滑に挿入することができる。即ち、保持孔の縁にエッジ案内部を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【0067】
請求項5の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向きが合致している確率が高い。また、エッジ案内部を有する場合は各エッジ案内部は最大でも60度の範囲で交換部材を案内すればいいので、エッジ案内部の大きさは小さくても足りる。したがって、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【0068】
請求項6の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に挿入して保持させるときに、保持部材が両方向に回転可能なので挿入を円滑に行うことができる。
【0069】
請求項7の発明によると、保持部材をストッパ受けに対して所定位置に復帰させる構造を容易に実現できる。
【0070】
請求項8の発明によると、ロボットのマニピュレータに対してハンドを着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、ロボットのマニピュレータの動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【0071】
請求項9の発明によると、高速でチップを回転することで摩擦攪拌接合を行う溶接ロボットであっても、安定してチップの装着状態を維持できるとともに、簡易な構造の着脱機構を提供することができる。そして、チップが取り付けられた装着用要素は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ自体の作動用動力が必要でない摩擦攪拌接合の場合であっても、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要も無く、マニピュレータの動作だけで着脱できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る着脱機構をロボットに適用した場合を例示した図である。
【図2】図1に示す着脱機構の保持器にマニピュレータのハンドが保持されている様子を示す斜視図である。
【図3】図1に示す着脱機構によりハンドを保持器から引き抜いた様子を示す斜視図である。
【図4】図1に示す着脱機構のハンドを示す図であって、(A)は平面図、(B)は正面図をそれぞれ示す。
【図5】図1に示す着脱機構の装着用要素を示す正面図である。
【図6】図1に示す着脱機構の保持器から保持部材と付勢手段とを取り外した分解斜視図である。
【図7】図1に示す着脱機構の保持器を示す図であって、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【図8】参考例に係る着脱機構の装着用要素を示す斜視図である。
【図9】参考例に係る着脱機構の被装着要素を示す斜視図である。
【図10】参考例に係る着脱機構の保持器と被装着要素と装着用要素とを示す図であって、(A)は平面図、(B)は(A)のA−A線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【図11】摩擦攪拌接合により母材の端面同士を溶接する様子を示す図である。
【符号の説明】
1 着脱機構
11装着用要素
12被装着要素
13保持器
14保持部材
15付勢手段
16装着側係合部
19被装着側係合部
21保持孔
26ストッパ
27ストッパ受け
101 ロボット
102 マニピュレータ(機器)
103 チップ(交換部材)
Claims (9)
- 可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構であって、
前記機器側に設けられる装着用要素と、前記装着用要素に対して着脱自在に取り付けられる前記交換部材側に設けられる被装着要素と、前記交換部材を取り出し自在に保持する保持器と、を備え、
前記装着用要素は、装着側係合部と、溝と、を有し、
前記被装着要素は、前記装着用要素への装着時に前記装着側係合部に係合する被装着側係合部と、前記装着用要素への装着時に前記溝に嵌合して前記装着用要素と前記被装着要素とを固定するプランジャと、を有し、
前記保持器は、前記交換部材を保持して前記交換部材の着脱方向を中心として前記交換部材と共に回転可能に支持される保持部材と、前記保持部材に設けられたストッパと、前記保持部材を支持する支持台側に設けられると共に前記ストッパが当接可能なストッパ受けと、前記保持部材を前記ストッパ受けに対して所定位置に復帰させる付勢手段と、を有し、
前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記保持部材に保持される前記交換部材の前記被装着要素に対して前記装着用要素を回転させることなく着脱方向に押し込み、前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係合させることにより前記被装着要素を前記保持部材と共に回転させて前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係止させ、前記被装着要素と前記装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより前記機器に前記交換部材を装着して維持し、
前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素に装着された前記交換部材を前記保持部材に保持させて前記機器により前記装着用要素と前記被装着要素とを係止解除方向に回転させ、前記ストッパが前記ストッパ受けに当接して前記保持部材および前記被装着要素の回転が停止してから前記装着用要素のみが回転することにより前記装着側係合部と前記被装着側係合部とが相対回転されて係止が外れ、前記装着側係合部と前記被装着側係合部との係合で前記被装着要素が前記装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより前記機器から前記交換部材を脱抜することを特徴とする着脱機構。 - 前記装着用要素は略円柱形状であり、前記装着側係合部は、前記装着用要素の外周に前記略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成された案内溝と、前記案内溝の前記機器側端部に凹状に形成された回転止め部とを有し、
前記被装着要素は略円筒形状であり、前記被装着側係合部は、前記被装着要素の内周に突出して設けられたピンから成り、
前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記装着用要素が前記被装着要素に押し込まれることで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が回転され、前記ピンが前記回転止め部に係止されることで前記被装着要素と前記装着用要素とが回転方向に位置決めされ、
前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素が回転することで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が着脱方向に押し出されることを特徴とする請求項1に記載の着脱機構。 - 前記保持部材は横断面多角形の保持孔を有し、前記被装着要素の前記保持部材に保持される被保持部位は前記保持孔に嵌って相対回転が防止される横断面形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の着脱機構。
- 前記保持孔の縁には前記被保持部位の端部を案内するエッジ案内部が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の着脱機構。
- 前記保持孔および前記被保持部位の横断面形状は正六角形であることを特徴とする請求項3又は4に記載の着脱機構。
- 前記付勢手段は、前記保持部材を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の着脱機構。
- 前記付勢手段は前記保持部材と前記支持台側とを連結する捻りコイルばねであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の着脱機構。
- 前記機器はロボットのマニピュレータであり、前記交換部材は着脱自在に取り付けられる前記マニピュレータのハンドであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の着脱機構。
- 前記ハンドは、摩擦攪拌接合用のチップであることを特徴とする請求項8に記載の着脱機構。
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