JPH04183585A - ロボットアームカップリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はロボットアームカップリング装置に関するもの
である。

（従来の技術） 一般に、ロボットのアームに対してツール等の脱着を行
うことができるようにしたカップリング装置として、ロ
ボットアームに取付けられたインナアッセンブリ（マス
タボディ）と、ツール等が取付けられるアウタアッセン
ブリ（ツールボディ）と、上記インナアッセンブリとア
ウタアッセンブリとをロックするロック手段とを有する
カップリング装置は知られている。

そのような装置において、インナアッセンブリとアウタ
アッセンブリとの連結、連結解除を素早く行うことがで
きるようにしたものとして、例えば米国特許節４，６９
６，５２４号明細書および図面に記載されるように、ロ
ボットアームに取付けられ嵌合凸部を有するインナアッ
センブリと、ツール等が取付けられ嵌合凹部を有するア
ウタアッセンブリと、インナアッセンブリによってロッ
ク位置とロック解除位置との間をスライド可能に支持さ
れるピストン部材と、該ピストン部材の周囲に配設され
インナアッセンブリに支持される複数のボール部材と、
上記アウタアッセンブリに配設され該ボール部材とテー
パ面で接触可能で、インナアッセンブリの嵌合凸部がア
ウタアッセンブリの嵌合凹部に係合された状態でピスト
ン部材がロック位置に移動したとき、ボール部材と協働
して両ボディを連結保持するボール受け部とを有するも
のか知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、そのようなカップリング装置においては、イ
ンナアッセンブリとアウタアッセンブリとの連結が確実
に行えるように、インナアッセンブリの嵌合凸部とアウ
タアッセンブリの嵌合凹部とが遊嵌合しているので、両
ボディの連結時における位置再現性（特に同心位置再現
性）が悪くなっている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、上述した如
きロボットアームカップリング装置を改良して、マスタ
ボディ　（インナアッセンブリ）とツールボディ（アウ
タアッセンブリ）との連結時における位置再現性、特に
同心位置再現性を高めることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） まず、請求項（１）の発明は、ロボットアームに取付け
られ嵌合凸部を有するマスタボディと、ツール等が取付
けられ嵌合凹部を有するツールボディと、マスタボディ
によってロック位置とロック解除位置との間をスライド
可能に支持されるピストン部材と、該ピストン部材の周
囲に配設されマスタボディに支持される複数のボール部
材と、上記ツールボディに配設され該ボール部材とテー
パ面で接触可能で、マスタボディの嵌合凸部がツールボ
ディの嵌合凹部に係合された状態でピストン部材がロッ
ク位置に移動したとき、ボール部材と協働して両ボディ
を連結保持するボール受け部とを有するものにおいて、
上記マスタボディの嵌合凸部とツールボディの嵌合凹部
とがテーパ嵌合している。

請求項（ａの発明は、ピストン部材は、ロック解除位置
となったとき、該ピストン部材がツールボディをマスタ
ボディより分離する方向に押圧するように構成されてい
る。

請求項（３）の発明は、マスタボディ及びツールボディ
は、一方が係合孔を、他方が上記係合孔に係脱可能に係
合する係合ビン部材をそれぞれ有し、上記係合孔は半径
方向に長い長孔を有する。

（作用） 請求項（１）の発明によれば、マスタボディの嵌合凸部
とツールボディの嵌合凹部とがテーパ嵌合するようにな
っているので、マスタボディとツールボディとの連結時
には、位置再現性よく、常に同じ同心状態で連結される
。

請求項（２）の発明によれば、ピストン部材がロック解
除位置となったとき、ピストン部材がツールボディをマ
スタボディから分離する方向に押圧するので、両ボディ
の連結が確実に解除され、両ボディは分離される。

請求項（３）の発明によれば、係合ピン部材と、半径方
向に長い長孔である係合孔との係合関係により両ボディ
の位置決めがなされるので、回転方向の位置決め精度を
確保しつつ加工のバラツキ等は吸収される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。

ロボットアームカップリング装置の連結状態を右半分に
、連結解除状態を左半分に示す第１図において、１はロ
ボットアームカップリング装置で、図示しないロボット
アームに結合されるマスタボディ２と、ツール等が取付
けられるツールボディ３とを備え、空気圧を利用して両
ボディ２，３をすばやく連結したり、連結解除したりで
きるように構成されている。なお、本例は、可搬重量が
軽い範囲（２ｋｇ以下）に限定しているため、マスタボ
ディ２がアルミニウム合金で一体成形されており、軽量
化、組立時のねじ孔加工などの削減化の点で有利となっ
ている。

上記マスタボディ２は、円柱形状の基部２ａと、該基部
２ａから上方に突出した上側凸部２ｂと、上記基部２ａ
から下方に突出し下側になるほど径が小さくなる嵌合凸
部としての下側凸部２Ｃとを有し、該下側凸部２Ｃに３
つの開孔２ｄが開設され、該４つの開孔２ｄにおいて３
つのボール部材５（鋼球）を支持するようになっている
。

また、マスタボディ２には、上側大径孔６と下側小径孔
７とが同軸状に連接されてなる貫通孔８が軸方向に貫通
して形成されており、該貫通孔８に、上側ロック位置と
下側ロック解除位置との間をピストン部材９がスライド
可能なるように嵌挿されて支持されている。しかして、
ピストン部材９は、下側ロック解除位置となったとき、
該ピストン部材９がマスタボディ２（下側凸部２ｃ）の
下端面より下方に突出し、ツールボディ３をマスタボデ
ィ２より分離する方向に押圧するように構成されている
。

上記ピストン部材９は、貫通孔８の上側大径孔６内を摺
動可能に摺動する大径ピストン部１０と、該大径ピスト
ン部１０の下側に連設され貫通孔８の下側小径孔７内を
摺動可能に摺動する小径ピストン部１１とを有する。大
径ピストン部１０には周回溝１０ａが形成され、該周回
溝１０ａにシール材１２が装設されている。また、下側
小径孔７の上部にも周回溝７ａが形成され、該周回溝７
ａ内にシール材１３が装設されている。この両シール材
１２．１３によって、ピストン部材１０と貫通孔８との
間のシール性が確保されている。

また、小径ピストン部１１は、大径ピストン部１０に連
設される軸部１１ａと、該軸部１１ａの下側に連設され
連結解除位置にあるときピストン部材１０の周囲に位置
しているボール部材５を収納する小径部１１ｂと、該小
径部１１ｂの下側にテーパ部１１ｃを介して連設された
円柱部１１ｄと、該円柱部１１ｄの下側に連設され連結
位置でボール部材５をツールボディ３の後述のボール受
け部に押圧するテーパ部１１ｅと、該テーパ部の１１ｅ
連投された円柱部１１ｆ及び面取テーパ部１１ｇとを有
する。

己かして、上記ピストン部材１０は、空気圧を受けて上
下方向に往復運動する機能と、ボール部材５を半径方向
に往復運動させる往復カム機能とを有する。

また、マスタボディ２には、ツールボディ３との連結側
の下面に、半径方向に長い長孔で後述の位置決めビン部
材２３が係合される位置決め孔１５が凹設されている。

この位置決め孔１５と位置決めピン部材２３との係合は
、ツールボディ３の回転トルクに対する位置再現性を確
保するためのものであることから、加工のバラツキを吸
収し位置再現性を確保するために、位置決め孔１５は円
形状の案内テーパ部１５ａと、該案内テーパ部１５ａに
連通する半径方向に長い長孔部１５ｂとから構成し、回
転方向における位置決め精度のみ厳しく要求するように
している。

また、ツールボディ３は、マスタボディ２の下側凸部２
Ｃに対応して下方になるほど径が小さいテーパ形状に形
成され上記下側凸部２Ｃが嵌脱可能にテーパ嵌合する嵌
合凹部２１を有し、該嵌合凹部２１内に連結時にボール
部材５が嵌合するボール受け部２２が形成されている。

ボール受け部２２は断面略Ｖ字形状の周回溝で、その溝
面上側にボール部材５との接触面となるテーパ面２２ａ
が形成され、マスタボディ２の下側凸部２Ｃがツールボ
ディ３の嵌合凹部２１に係合された状態でピストン部材
９が上側ロック位置に移動したとき、ボール部材５と協
働して両ボディ２，３を連結保持するようになっている
。また、マスタボディ２側の位置決め孔１５か先端部が
嵌合する位置決めピン２３がツールボディ３を貫通して
、上方に突出するように設けられている。

また、マスタボディ２には、両ボディ２，３の連結時に
ピストン部材９の大径ピストン部１０の下面側に加圧空
気を供給する第１空気供給通路３１と、両ボディ２，３
の連結解除時にピストン部材９の大径ピストン部１０の
上面側に加圧空気を供給する第２空気供給通路３２とが
形成されている。しかして、この第１空気供給通路３１
を通じての加圧空気の供給によりピストン部材９が上昇
し、両ボディ２，３の連結が行われるようになっている
。一方、第２空気供給通路３２を通じての加圧空気の供
給によりピストン部材９が下降し、両ボディ２，３の連
結解除が行われるようになっている。

上記のように構成すれば、従来のもの（米国特許箱４．
８９６．５２４号明細書および図面参照）と同様の動作
を行うが、マスタボディ２とツールボディ３とを連結さ
せる場合には、マスタボディ２の第１空気供給通路３１
を通じて加圧空気か供給され、ピストン部材９の下面に
空気圧が作用すると、ピストン部材９がその空気圧によ
って上昇せしめられ、テーパ部１１ｃがボール部材５を
押圧して該ボール部材５を半径方向外方に偏位させ、円
柱部１１ｄを経て別のテーパ部１１ｅによってボール部
材５を半径方向外方に押圧付勢する。このとき、空気圧
によってボール部材５に押付けられるテーパ部１１ｅの
テーパ面によってボール部材５の外周面が押されるので
、テーパ面によるいわゆるクサビ効果によって、位置再
現性よく、ボール部材５が所定位置となる両ボディ２，
３の連結完了位置まで半径方向外方に移動せしめられる
。

また、この両ボディ２，３の連結時には、係合ビン部材
２３と、半径方向の長孔部１５ｂを有する係合孔１５と
の係合関係により両ボディ２．３の位置決めがなされる
ので、回転方向の位置決め精度を確保しつつ加工のバラ
ツキ等は吸収されることとなる。

それに加えて、上記両ボディ２，３の連結は、マスタボ
ディ２の下側凸部２Ｃとツールボディ３の嵌合凹部２１
とをテーパ嵌合によって行われるようになっているので
、両ボディ２，３の連結時における位置再現性、特に同
心位置再現性か確保される。

さらに、両ボディ２，３の連結時には、ピストン部材９
の大径ピストン部１０の下面に対して第１空気供給通路
３１を通じて常時空気圧が作用しているのが通例である
が、万一大径ピストン部１０の下面に空気圧が作用しな
くなっても、ツールを含めたツールボディ３の重量によ
りボール部材５が半径方向内方側に変位し、ピストン部
材９を下降させるようになったとしも、テーパ部１１ｄ
上側に円柱部１１ｄが連設されているので、その円柱部
１１ｄの部位でボール部材５よりピストン部材９に該ピ
ストン部材９を下降させる力が作用しなくなり、両ボデ
ィ２，３の不用意な分離（連結解除）は規制される。

また、両ボディ２，３の連結を解除する場合には、ピス
トン部材９の大径ピストン部１０の上側に、マスタボデ
ィ２に形成された第２空気供給通路３２を通じて空気圧
を作用させ、ピストン部材９を強制的に下降させること
で、ボール部材５が半径方向内方に移動して、連結が解
除される。このとき、大径ピストン部１０の上面全体に
空気圧を作用させているので、ピストン部材９を下降さ
せて連結を解除する際に、空気圧を作用させるための大
きな受圧面積を確保することが可能となり、ピストン部
材９の下降を大きな力でもって行うことができる。また
、この両ボディ２，３の連結解除時には、空気圧によっ
てピストン部材９が下降してその下端部がマスタボディ
２より突出し、ツールボディ３をマスタボディ２から分
離する方向に押圧付勢するため、両ボディ２，３の連結
に際しテーパ嵌合によるいつきかあっても、両ボディの
分離は確実に行われる。

なお、上記マスタボディ２とツールボディ３との連結解
除時に、両ボディ２，３が完全に分離していることを確
認するために、連結解除を確認する手段を設けることも
できる。すなわち第３図に示すように、両ボディ２．３
の連結時には、下側凸部２ｃの先端面と嵌合凹部２１の
底面とが接触せずそれらの間に閉空間Ｓが生じることか
ら、この閉空間Ｓにエアポンプ３３によって低圧空気を
供給する第３空気供給通路３４を設け、連結解除時には
テーパ嵌合の解除により第３空気供給通路３４を通じて
供給する空気圧が急激に低下することから、それに反応
する圧力計３５を設け、この圧力計３５によって連結解
除を確認するようにすることもできる。３６はオリフィ
スである。

（発明の効果） 請求項（１）の発明によれば、マスタボディの嵌合凸部
とツールボディの嵌合凹部とがテーパ嵌合するようにな
っているので、マスタボディとツールボディとの連結時
には、位置再現性よく、常に同じ状態で連結される。

請求項（２１の発明によれば、マスタボディは、ロック
手段がロック解除位置となったとき、ピストン部材がツ
ールボディを連結解除方向に押圧するので、確実に連結
が解除され、両ボディは分離される。

請求項（３）の発明によれば、係合ビン部材と、半径方
向の長孔である係合孔との係合関係により両ボディの位
置決めがなされるので、回転方向の位置決め精度を確保
しつつ加工のバラツキ等は吸収される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は右半分にマスタ
ボディとツールボディとが連結された状態を、左半分に
マスタボディとツールボディとが連結解除された状態を
それぞれ示す縦断面図、第２図は第１図の■−■線に沿
う断面図である。第３図は他の実施例の縦断面図である
。 ■・・・・・・ロボットアームカップリング装置２・・
・・・・マスタボディ ２Ｃ・・・・・・下側凸部（係合凸部）３・・・・・・
ツールボディ ５・・・・・・ボール部材 ９・・・・・・ピストン部材 Ｉ５・・・・・・位置決め孔（係合孔）１５ｂ・・・・
・・長孔部 ２１・・・・・・嵌合凹部（係合凹部）２２・・・・・
・ボール受け部 ２２ａ・・・・・・テーパ面 ２３・・・・・・位置決めビン部材（係合ビン部材）第
３図 ■・・・・・・ロボットアームカップリング装置２・・
・・・・マスタボディ ２Ｃ・・・・・・下側凸部（係合凸部）３・・・・・・
ツールボディ ５・・・・・・ボール部材 ９・・・・・・ピストン部材 １５・・・・・・位置決め孔（係合孔）Ｌ５ｂ・・・・
・・長孔部 ２１・・・・・・嵌合凹部（係合凹部）２２・・・・・
・ボール受け部 ２２ａ・・・・・・テーパ面 ２３・・・・・・位置決めピン部材（係合ピン部材）第
１図１ 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットアームに取付けられ嵌合凸部を有するマ
   スタボディと、ツール等が取付けられ嵌合凹部を有する
   ツールボディと、上記マスタボディによってロック位置
   とロック解除位置との間をスライド可能に支持されるピ
   ストン部材と、該ピストン部材の周囲に配設されマスタ
   ボディに支持される複数のボール部材と、上記ツールボ
   ディに配設され該ボール部材とテーパ面で接触可能で、
   マスタボディの嵌合凸部がツールボディの嵌合凹部に係
   合された状態でピストン部材がロック位置に移動したと
   き、ボール部材と協働して両ボディを連結保持するボー
   ル受け部とを有するものにおいて、上記マスタボディの
   嵌合凸部とツールボディの嵌合凹部とがテーパ嵌合して
   いることを特徴とするロボットアームカップリング装置
   。
2. （２）ピストン部材は、ロック解除位置となったとき、
   該ピストン部材がツールボディをマスタボディより分離
   する方向に押圧するように構成されているところの請求
   項（１）記載のロボットアームカップリング装置。
3. （３）マスタボディ及びツールボディは、一方が係合孔
   を、他方が上記係合孔に係脱可能に係合する係合ピン部
   材をそれぞれ有し、上記係合孔は半径方向に長い長孔部
   を有するところの請求項（１）又は請求項（２）記載の
   ロボットアームカップリング装置。