JP6005602B2 - 自動安全爪 - Google Patents

Description

本発明は、保持機構で保持する、交換可能な工具に関する。この工具は、保持機構から誤って脱落することを阻止する安全装置を備える。この安全装置は解放位置と固定位置を有する。

このような装置は、例えば、欧州特許第０４９７１４号公報で公知である。この公報によれば、工具は、表面から突出し、保持機構のキャビティに係合する安全部材を備える。保持機構のクランプ力が除去されると、安全部材は工具の脱落を阻止する。プッシュボタンが操作された後でのみ、安全部材が収縮し、工具を、保持機構から、その長手方向にほぼ直交する方向に取り外すことが可能である。クレームには、プッシュボタンとして実現可能な駆動部材が列挙されている。しかしながら、駆動部材は、エネルギーを、安全装置を収縮させる動きには変換できない。

工具の交換を自動化する場合、工具を保持機構から取り外すためにマニプレータが使用される。安全装置を有する、従来技術に係る工具では、この安全装置を、保持機構から、その長手方向にほぼ直交する方向に工具を取り外すことができるように操作しなければならない。また、マニプレータは、工具をグリップして保持するだけでなく、安全装置を操作するグリップ部材を備えなければならない。

幾つかのグリップ部材が既に公知であり、それらはオペレータが操作するのと同様に安全装置を機械的に操作する。そのようなグリップ部材の欠点は、異なるタイプの工具を取り扱う際に柔軟に対応できないというところにある。そのようなグリップ部材では、プッシュボタンで公知の位置に配置された工具を操作できるだけである。いずれのタイプの工具にも変更可能とするため、ロボットが他の工具に交換可能とするグリップ部材を変更しなければならない。

欧州特許第０４９７１４号公報

より優れた柔軟性があり、自動交換システムにより、たった１つのグリップ部材を備えた、異なるタイプの工具を交換する交換可能な工具を提供することを本発明の目的とする。

本発明の目的は、安全装置を駆動するための駆動手段と、前記駆動手段にエネルギーを付与するためのエネルギー付与手段とに特徴を有する交換可能な工具によって達成される。交換可能な工具に駆動手段を設けることにより、マニピュレータのグリップにより、例えば、プッシュボタンを駆動するための特別な装置は最早備える必要がない。これら駆動手段は、エネルギー付与手段によってエネルギーを付与され、そのエネルギーは、工具解放位置から工具固定位置に、又は、保持機構に工具を固定するために工具解放位置から工具固定位置へと安全装置を移動させる動作へと変換される。

本発明に係る工具の好ましい実施形態では、前記駆動手段は、工具を取り外すために、工具固定位置から工具解放位置へと安全装置を駆動し、保持機構で工具を固定するために、工具解放位置から工具固定位置へと安全装置を駆動する電気モータを備える。そのような実施形態では、前記エネルギー付与手段は、前記電気モータに電流を供給する。この電流は、例えば、マニピュレータのグリップにより、あるいは、保持機構を介して容易に提供される。

前記駆動手段は、前記電気モータによって駆動し、前記安全装置に連結されたねじ軸を備えるのが好ましい。このねじ軸により、電気モータの回転を直線運動に変換することができ、例えば、プッシュボタンを使用する工具で有効である。

本発明に係る工具の他の実施形態では、前記駆動手段は、保持機構から工具を取り外すために、工具固定位置から工具解放位置へと安全装置を駆動し、保持機構に工具を固定するために、工具解放位置から工具固定位置へと安全装置を駆動する電磁石を備える。

本発明のさらに他の実施形態では、前記駆動手段は、例えば、垂直の角度をで、駆動力を切り替えるトランスミッションを備える。工具及び保持機構の形状のため、駆動手段は、安全装置の動作に必要とされる方向と同一直線上の駆動方向に、必ずしも配置されるとは限らない。例えば、くさびを使用することにより、駆動手段の方向は他の方向に変換することができる。これにより、駆動手段は、工具を異なる場所へと配置することができる。トランスミッションの他の例は、トゥースラックギア（tooth-rack gear)トランスミッション、レバートランスミッション、及び、ギアトランスミッションである。

前記エネルギー付与手段は、エネルギーを受け、そのエネルギーを駆動手段に伝える駆動手段に連結されたコネクタを備える。エネルギーは、例えば、ロボットのグリップから受けることができ、ロボットは、工具を把持した後にエネルギーを供給し、マニピュレータが保持機構から工具を取り外すことができるように、駆動手段によって安全装置を工具解放位置に搬送する。

本発明に係る工具の他の好ましい実施形態では、駆動手段は、安全装置に接続された空気圧又は水圧シリンダを備える。一般に、空気圧又は水圧は、保持機構で使用でき、駆動手段によって安全装置を操作するのに使用することもできる。

前記エネルギー付与手段は、駆動手段にエネルギーを付与するために、圧縮空気又は圧縮液体をシリンダに供給するコネクタを備える。例えば、クリップは、工具に接続することができ、安全装置を操作可能な空気配管を有する。これにより、工具にグリップを連結した後、安全装置は安全性を増大させるように操作することができる。

本発明に係る工具のさらに他の好ましい実施形態では、エネルギー付与手段及び駆動手段は、弾性手段を備える。弾性手段は、保持機構に工具を挿入することにより、引っ張られてエネルギーを蓄えるのが好ましく、その弾性エネルギーは安全装置を駆動するために解放される。工具を保持機構に挿入したとき、工具にはマニピュレータによって既に力が付与されている。この力の一部は、エネルギーとして弾性手段に蓄えることができ、安全装置を作動させる後工程で使用することが可能である。この弾性エネルギーの解放は、例えば、グリップにより、あるいは、ピエゾ素子等の小型の電子アクチュエータに小電流を供給することにより行われる機械的な動作のような制御手段によって制御できる。

本発明は、さらに、
交換可能な工具を提供し、
前記工具を把持し、
安全装置を工具解放位置へと移動させるためのエネルギー付与手段によってエネルギーを付与可能な駆動手段にエネルギーを付与し、
前記工具を保持機構から取り除くことにより、保持機構から工具を交換するための方法に関する。

また、本発明は、
交換可能な工具を提供し、
保持機構に、その長手方向に対してほぼ直角に工具を挿入し、
安全装置を工具固定位置に移動させるためにエネルギー付与手段によってエネルギーを付与可能な駆動手段にエネルギーを付与することにより、工具を保持機構に挿入するための方法。

さらに、前記エネルギー付与手段は、エネルギーを付与可能な駆動手段にエネルギーを付与するために、小電流、圧縮流体、あるいは、弾性エネルギーを提供するのが好ましい。

安全装置及び保持機構を有する工具の概略図を示す。 第１の位置に於ける、本発明の第１実施形態の断面図を示す。 図２とは異なる位置での断面図を示す。 図２とは異なる位置での断面図を示す。 本発明に係る工具の第２実施形態の断面図を示す。 図５とは異なる位置での断面図を示す 本発明に係る工具の第３実施形態を示す。 本発明の第４実施形態の断面図を示す。 本発明の第５実施形態の断面図を示す。

以下、本発明の実施形態について、添付図面に従って説明する。

図１は、保持端２を備えた工具１を示す。この保持端２は、工具１を保持する保持機構３に挿入される。安全部材４が工具１から突出し、保持機構３のキャビティ５に係合するように設けられている。これにより、クランプ力が解放されても、工具１が保持機構３から落下することを阻止される。保持機構３内へと収縮するように安全部材４を駆動した後でのみ、保持機構３から工具１を取り外すことができる。

図２は、本発明に係る第１実施形態の工具１０の部分断面図を示す。この工具１０も、保持機構３内に挿入可能で、キャビティ５に係合する保持端２及び安全部材４を有する。

さらに、工具１０は、スプリング１１からなる駆動及び付勢手段を備え、それはプッシャー１２によって圧縮可能である。スプリング１１の基部はカム１３によって位置決めされ、圧電素子１４に連結されている。

保持機構３（図３参照）内に工具１０を挿入する際、プッシャー１２は、工具１０の保持端２へと移動し、そこでスプリング１１を圧縮し、エネルギーを蓄える。スプリング１１の弾性エネルギーは、後工程で安全部材４を駆動するために使用できるように蓄えられる。

図４では、工具１０が保持機構３から取り外されている。まず、保持機構３のクランプ力が除去され、その後、カム１３が収縮してスプリング１１の弾性エネルギーが消失するように、圧電素子１４が通電によって駆動する。弾性エネルギーはくさび１５を下方へと駆動し、安全部材４のくさび面１６に係合する。ここで、スプリング１１は、保持機構３から工具１０を取り外すことができるように、工具１０の保持端２へと安全部材を収縮させる。保持機構３から工具を取り外すと、プッシャー１２がスプリング１１の張力を解放するように上動可能となる。安全部材４を直接付勢するスプリング１７は、保持機構３から工具１０を取り外した後、くさび１５を上方へと駆動するように、安全部材４を再び外方へと押圧し、圧電素子１４を不活性化することにより、工具１０は、図２に示すように、元の状態へと導かれる。

また、安全部材は、位置を変える代わりに、回転させることにより、工具固定位置から工具解放位置へと移動する、回転可能な安全部材として具体化してもよい。

図５及び６は、本発明に係る第２実施形態の工具２０を示す。図５は、工具固定位置での安全部材４を示し、図６は、工具解放位置での安全部材４を示す。

工具２０には、ピストン２２が配設されたシリンダ２１が設けられている。このピストン２２は、安全部材４に連結されている。ピストン２２には、シリンダ２１に連通する開口２３が設けられている。

ここで、工具２０を保持機構３から取り外さなければならないとき、チューブ２４を開口２３（図６参照）に挿入する。チューブを挿入した後、シリンダ２１に圧縮空気を供給してピストンを押圧し、安全部材４を工具固定位置から工具解放位置へと移送する。

図７は、本発明に係る第３実施形態の工具３０を示す。この工具３０は、安全部材４の一部がピストン３２として機能するシリンダ３１を有する。工具３０は、その本体３６内に、保持して持ち上げることができるように連結手段３７を有する。例えば、工具３０を保持して持ち上げるために、ロッド３３を連結手段３７に螺合することができる。ロッド３３には、溝３５、次いでシリンダ３１に連通する溝３４が設けられている。また、ピストン３２は、圧縮空気又は圧縮流体を供給することにより、安全部材４を工具固定位置から工具解放位置へと搬送するように動作する。

また、シリンダ３１には熱膨張可能なポリマーを収容することも可能である。溝３５でポリマーを膨張させることにより、安全部材を駆動できる。例えば、熱又は電流を使用することにより、ポリマーを膨張させることが可能である。

図８は、本発明に係る第４実施形態の工具４０を示す。この工具も又安全部材４を有する。さらに、工具には、安全部材４に連結されたねじ軸４２を駆動する電気モータ４１が設けられている。モータ４１を駆動することにより、安全部材４は、工具固定位置と工具解放位置の間を移動可能である。

図９は、本発明に係る第５実施形態の工具５０を示す。この工具５０は、その保持端２に、くさび状要素５２を駆動する電磁石５１を有する。このくさび状要素は、安全部材４に表出する傾斜面５３に係合する。

電磁石５１が駆動すると、くさび状要素が外方に押し出され、傾斜面５３に係合する。このくさび伝動により、電磁石の垂直方向の動きが水平方向の動きへと変換され、安全部材４が工具固定位置から工具解放位置へと移送される。

図示した実施形態では、安全部材は、工具の保持端の側面から突出する。また、安全部材は、本発明に係る工具の上部又は他のいかなる場所にも配置することができ、駆動させることが可能である。

さらにまた、本発明と組み合わせて、安全部材には、手動操作するためのプッシュボタンを設けるようにしてもよい。

１…工具
２…保持端
３…保持機構
４…安全部材
５…キャビティ
１０…工具
１１…スプリング
１２…プッシャー
１３…カム
１４…圧電素子
１５…くさび
１６…くさび面
１７…スプリング
２０…工具
２１…シリンダ
２２…ピストン
２３…開口
３０…工具
３１…シリンダ
３２…ピストン
３３…ロッド
３４…溝
３５…溝
３６…本体
３７…連結手段
４０…工具
４１…電気モータ
５０…工具
５１…電磁石
５２…くさび状要素
５３…傾斜面

Claims (12)

1. 工具解放位置と工具固定位置を有し、工具（１０，４０，５０）が保持機構（３）から誤って落下することを阻止するための安全装置（４）と、
   前記保持機構（３）で、工具解放位置から工具固定位置に前記安全装置（４）を駆動するための第１の駆動手段と、
   を備えた保持機構（３）に保持するための交換可能な工具（１０，４０，５０）であって、
   前記保持機構（３）から工具（１０，４０，５０）を取り外すために、電気エネルギーに基づいて、工具固定位置から工具解放位置に前記安全装置（４）を移動させる第２の駆動手段と、
   前記第２の駆動手段に電気エネルギーを付与して、前記第２の駆動手段を駆動させるエネルギー付与手段と、
   を備えたことを特徴とする工具（１０，４０，５０）。
2. 前記第２の駆動手段は、電気モータ（４１）を備えた請求項１に係る工具（４０）。
3. 前記第２の駆動手段は、電気モータ（４１）によって駆動し、前記安全装置（４）に連結されたねじ軸（４２）を備えた請求項２に係る工具（４０）。
4. 前記第２の駆動手段は、電磁石（５１）を備えた請求項１に係る工具（５０）。
5. 前記第２の駆動手段は、膨張可能なポリマーを備えた請求項１に係る工具（３０）。
6. 前記第２の駆動手段は、垂直を含むある角度で駆動力の伝達方向を切り替えるための変換部（１５，１６、５２，５３）を備えた請求項２から５のいずれか１項に係る工具（１０、５０）。
7. 前記第２の駆動手段は、さらに、弾性手段（１１、１７）を備え、前記エネルギー付与手段は、前記弾性手段（１１、１７）の弾性エネルギーを解放する解放手段（１３、１４）を備えた請求項１に係る工具（１０）。
8. 前記弾性手段（１１）は、エネルギーを蓄えるために保持機構への挿入時に引っ張られ、前記弾性エネルギーは、前記安全装置を駆動するために解放される請求項７に係る工具。
9. 前記解放手段（１３、１４）は、引っ張られた弾性手段（１１）の弾性エネルギーを解放するためにカム（１３）を移動させるピエゾ素子（１４）を備えた請求項７又は８に係る工具（１０）。
10. 前記請求項１から９のいずれか１項に係る交換可能な工具（１０，４０，５０）を提供し、
    前記交換可能な工具（１０，４０，５０）をグリップし、
    安全装置（４）を工具解放位置に移動させるために、マニピュレータのグリップ又は保持機構（３）によって供給される電気エネルギーを使用するエネルギー付与手段によって電気エネルギーを付与可能な第２の駆動手段にエネルギーを付与し、
    前記交換可能な工具（１０，４０，５０）を、保持機構（３）から取り外す、
    保持機構（３）から工具（１０，４０，５０）を交換するための方法。
11. 前記請求項２又は３に係る交換可能な工具（４０）を提供し、
    前記工具（４０）を保持機構（３）に挿入し、
    安全装置（４）を工具固定位置に移動させるために、マニピュレータのグリップ又は保持機構（３）によって供給される電気エネルギーを使用するエネルギー付与手段によって電気エネルギーを付与可能な第２の駆動手段にエネルギーを付与する、
    工具（４０）を保持機構（３）に挿入するための方法。
12. 前記エネルギー付与手段は、さらに、電気エネルギーを付与可能な駆動手段にエネルギーを付与するために、弾性エネルギーを提供する請求項１０又は１１に係る方法。

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