结合部件、凹型部件及工具交换装置的制作方法

本发明涉及结合部件、凹型部件及工具交换装置，特别涉及适用于工业用机器人的技术。

背景技术：

作为适用于各种设备、例如工业用机器人的交换装置，公知有包括安装在机器人一侧的凸型部件和安装在工具一侧的凹型部件的装置(例如专利文献1)。在凸型部件中，其凸型主体上设有突起部及能够从突起部向半径方向突出的凸轮组成。在凹型部件中，在凹型主体上形成有所述突起部可以插入的连接孔，在该连接孔的内周面上设有所述凸轮可结合的结合部件。工具交换装置通过在突起部插入连接孔的状态下凸轮和结合部件相结合来完成凸型部件和凹型部件的连接。另外，通过解除凸轮与结合部件的结合来可使凸型部件和凹型部件分离。如此，该工具交换装置能够对安装在工业用机器人的工具进行交换。

如上述专利文献1，结合部件通过具有能够使从凸轮部受到的受力分散的分散面，由此用没有偏差的大致均匀力连接凸型部件和凹型部件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2012-250327号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，根据上述专利文献1的情况下，通过从凸轮受到的受力，会在结合部件上产生力矩。为了防止因为该力矩而产生的结合部件的错位，就需要通过安装在凹型部件半径方向的多个螺钉来把结合部件牢牢固定在凹型部件主体中。这样一来就不能达到结合部件的小型化，其结果存在不得不将凹型部件和工具交换装置形成为大型化的问题。

本发明的目的在于，提供能够实现小型化的结合部件、凹型部件及工具交换装置。

解决技术课题的技术手段

本发明的结合部件，能够装卸地安装在构成工具交换装置的凹型部件的凹型主体上，所述工具交换装置包括能够装卸地安装在设备主体侧的凸型部件和能够装卸地安装在工具侧的凹型部件，其特征在于，所述结合部件包括：结合面，设置在所述凸型部件上的凸轮与所述结合面相结合；分散面，通过所述结合面将从所述凸轮被赋予的力向所述凹型主体传递，所述分散面由大致垂直的第一分散面和第二分散面组成，垂直于长度方向的剖面形状通过所述第一分散面、所述第二分散面和所述结合面形成为大致三角形状。

本发明的凹型部件，其特征在于，能够装卸地安装有上述结合部件。

本发明的工具交换装置，其特征在于，包括有上述凹型部件。

发明的效果

根据本发明，由于结合部件的垂直于长度方向的剖面形状可以通过结合面、第一分散面和第二分散面形成为大致三角形状，所以可实现小型化。因此，凹型部件和工具交换装置在整体上可以实现小型化。

附图说明

图1是表示本实施方式的工具交换装置的使用状态的立体图。

图2是本发明实施方式的工具交换装置的剖视图，图2a是凸型部件图，图2b是凹型部件的图。

图3是表示本实施方式的结合部件结构的立体图。

图4是表示本实施方式的结合部件结构的图，图4a是后视图，图4b是俯视图，图4c是主视图，图4d是右视图。

图5是表示本实施方式的结合部件和凹型主体的位置关系的部分立体图。

图6是表示本实施方式的凸型主体结构的立体图。

图7是表示本实施方式的凸型主体结构的主视图。

图8是表示本实施方式的凸型主体结构的后视图。

图9是表示本实施方式的凸型主体结构的左视图。

图10是表示本实施方式的凸型主体结构的右视图。

图11是表示本实施方式的凸型主体结构的俯视图。

图12是表示本实施方式的凸型主体结构的仰视图。

图13是表示本实施方式的凹型主体结构的立体图。

图14是表示本实施方式的凹型主体结构的主视图。

图15是表示本实施方式的凹型主体结构的后视图。

图16是表示本实施方式的凹型主体结构的左视图。

图17是表示本实施方式的凹型主体结构的右视图。

图18是表示本实施方式的凹型主体结构的俯视图。

图19是表示本实施方式的凹型主体结构的仰视图。

图20是本实施方式的工具交换装置的剖视图，是表示凸型部件和凹型部件的连接状态的图。

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的实施方式。

(1)整体结构

图1所示的工具交换装置10，包括：凸型部件12，被固定在作为工业用机器人主体的臂的前端(没有图示)；凹型部件16，固定在工具14上。凸型部件12通过将设置在凸型主体17上的定位销18插入形成在凹型部件16的凹型主体19的定位孔20来相对凹型部件16正确位置。工具14没有特别的限定，在本附图中表示的是点焊枪。凸型部件12及主体、凹型部件16和工具14是通过未图示的连接件、例如靠螺钉能够装卸地连接。通过工具交换装置10主体和工具14的结合或分离被控制。

如图2a所示，凸型部件12包括凸型主体17和设置在凸型主体17的气缸22、线圈弹簧24和凸轮26。线圈弹簧24安装成往一个方向推压气缸22。气缸22室通过往一个方向和另一方向(以下称为轴向)直线运动来使凸轮26旋转。

在凸型主体17中形成有大致呈板状的板状部25、从该板状部25的表面突出的突起部28、形成在板状部25内部的气缸室30、以及与该气缸室30位于同轴上且形成在所述突起部28内的凸轮机构收纳室39。气缸室30通过由凸缘36来堵塞形成在板状部25的另一表面的孔来形成。在气缸室30，第一接口32和第二接口34在轴方向并排连接。虽然未图示，但第一接口32和第二接口34是通过配管与供排气机构连接。在板状部25的表面，于突起部28的周边形成有凸型接触面38。

气缸22包括：配置在气缸室30内的头部40、设置在头部40中心轴上的活塞42、以及形成在活塞42前端侧的第一扩径部44和第二扩径部46。头部40形成为在气缸室30内向轴方向滑动。第一接口32和第二接口34夹着头部40连接在气缸室30的轴方向的一侧和另一侧。活塞42的基端连接在头部40上，前端配置在凸轮机构收纳室39。在活塞42的前端，在轴方向上隔开间隔而设有第一扩径部44和第二扩径部46。第一扩径部44和第二扩径部46具有将活塞42在半径方向上变大的大致圆盘形状。

凸轮26由倒l形状的部件形成，在大致中心上通过支撑轴27以能够旋转地支撑在凸型部件17的突起部28，在其一端侧形成有附加部29，在其另一端侧形成有作用部31。附加部29夹着凸轮26的一端在其一侧形成有弯曲的凹面33，在其另一侧形成有平坦面35。作用部31形成为圆弧形。附加部29通过将凹面33配置在第一扩径部44侧、将平坦面35配置在第二扩径部46侧，由此插入在第一扩径部44和第二扩径部46之间。凸轮26通过活塞42的直线运动，使第一扩径部44下压凹面33或使第二扩径部46上推平坦面35，由此以支撑轴27为中心进行旋转。凸轮26在突起部28的圆周上均匀地设有多个，在本实施方式中均匀地设有3个。

图2b所示，凹型部件16包括凹型主体19和固定在凹型主体19上的结合部件48。凹型主体19大致形成为板状，并包括在厚度方向开口的连接孔50和形成在一表面的凹型接触面52。连接孔50由形成在凹型接触面52侧的第一连接孔55和位于与第一连接孔55同轴上且形成在另一表面侧的第二连接孔57。第二连接孔57的直径比第一连接孔55的直径大。在第一连接孔55和第二连接孔57的连接部分、于与凸轮26位置相对应的圆周方向位置上设有多个设置部59，在本实施方式中设有3个。该设置部59是凹型主体19的另一表面侧和连接孔50的内面侧开口的槽，在凹型接触面52侧形成有顶面51，且在连接孔50的半径方向形成有侧面53。顶面51以及侧面53由平坦面构成。在该设置部59设置有结合部件48。

如图3和图4a～图4d所示，结合部件48是细长的部件，垂直于长度方向的剖面形状通过作为分散面的垂直的第一分散面56和第二分散面58以及结合面54形成为大致三角的形状。第一分散面56和第二分散面58以平坦面构成。在第一分散面56中，仅在长度方向上形成有多个连接孔60。在本图中，连接孔60在长度方向上排列成一排形成有三个。结合面54具有圆弧形状。

参考图5，对结合部件48和设置部59的位置关系进行说明。图5是表示结合部件48插入设置部59之前状态的立体图。结合部件48以其长度方向沿连接孔50(图2b)的圆周方向的状态配置，并按照第一分散面56与设置部59的顶面51相接触、第二分散面58与设置部59的侧面53相接触的方式被插入。在凹型主体19中于与连接孔60相对应的圆周方向位置上形成有贯通孔49。结合部件48通过贯通插入该贯通孔49的螺钉(没有图示)以能够装卸地固定在凹型主体19上。

另外，图6～图19表示的是凸型主体17和凹型主体19的立体图和六面图。

(2)动作及效果

下面，对凸型部件12和凹型部件16的连接动作进行说明。首先，将凸型部件12和凹型部件16配置在同轴而定位。在该状态下通过供排气机构，从第一接口32夹着头部40向气缸室30的一个方向提供作为流体的气体。通过该气体头部40一侧的压力超过线圈弹簧24的力时，气缸22将向另一侧移动，即下降(图2a)。由此，第一扩径部44下压凸轮26的附加部29。这样一来，凸轮26以支撑轴27为中心向箭头方向、即在图2a按逆时针方向旋转。由此凸轮26收纳在突起部28内。

接着，如图20所示，将凸型部件12的突起部28插入到凹型部件16的连接孔50中，其插入截止到凸型接触面38(图2a)接触到凹型接触面52上(图2b)。在此状态下，通过供排气机构，从第一接口32夹着头部40将气缸室30一侧的气体排出。同时从第二接口34夹着头部40向气缸室30的另一侧提供气体。在基于该气体的压力上施加线圈弹簧40的力，气缸22向另一表面侧移动，即在本图中上升。由此，第二扩径部46把凸轮26的附加部29顶上去。这样一来，凸轮26以支撑轴27为中心向箭头方向、即在本图中按顺时针方向旋转。通过该旋转，凸轮26从突起部28以放射状突出，作用部31与结合部件48的结合面54相结合。这样，凸型部件12和凹型部件16相连接。

综上，通过凸型部件12和凹型部件16的连接，从凸轮26通过作用部31向结合部件48的结合面54赋予力f。将力f分为轴方向的成分fz和半径方向的成分fr来考虑时，轴方向成分fz作用在结合部件48的第二分散面56上，半径方向成分fr作用在第二分散面58上。

本实施方式的工具交换装置10构成为作用在结合部件48的第二分散面58的半径方向成分的fr大于结合部件48的第一分散面56的轴方向成分fz。由此，不会像现有技术那样对结合部件48产生图20的箭头方向的力矩，因此可以简化将结合部件48固定在凹型主体19的方法。也就是说，在本实施方式的情况下，无需在凹型部件16的半径方向上配置多个用于固定结合部件48螺钉。所以本实施方式的结合部件48仅在长度方向上设置连接孔60就足够，所以可以实现缩小宽度方向的尺寸。而且，由于结合部件48从设置部59分离的方向不会产生力矩，所以可以使用比原来小的螺钉，可以从设置部59的顶面51侧固定螺钉，所以也能够降低高度方向的尺寸。因此，结合部件48在垂直于长度方向的剖面形状通过结合面54、第一分散面56以及第二分散面58来大致形成为三角形状，所以能够实现小型化。

另外，凹型部件16没有必要配置用于在半径方向上插入螺钉的贯通孔49，所以半径方向可以变小。因此，工具交换装置10在整体上能够实现小型化。

为了使在结合部件48的第二分散面58上比结合部件48的第一分散面56作用更大的作用力，有效的是使结合到结合面54时的凸轮26的转动角度变得更大。由此，能够使半径方向成分fr比轴方向成分fz变得更大，因此能够使在结合部件48的第二分散面58上比结合部件48的第一分散面56作用更大的作用力。

(3)变形例

本发明不只是限定在上述实施方式，在本发明的宗旨范围内可以做适当变更。上述实施方式中，虽然在主视图中示出了多角形的凸型主体17和凹型主体19，但本发明并不限定于此，也适用于在主视图中圆形的凸型主体和凹型主体。

上述实施方式中，虽然对在突起部28的圆周上设置三个凸轮26的情况进行了说明，但本发明并不限于此，也可以设置四个以上。

上述实施方式中，虽然对作为流动使用气体来使气缸22动作的情况进行了说明，但本发明并不限于此，也可以使用液体。另外，也可以运用马达来驱动凸轮26。

上述实施方式中，虽然对结合部件48的第一分散面56和第二分散面58以及设置部59的顶面51和侧面53均由平坦面构成的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，只要可以面接触，也可以由曲面或凹凸面形成。

上述实施方式中，作为设备的一个例子对工业机器人的情况进行了说明，但是安装工具交换装置的设备并不限定于工业机器人。例如，也可以是安装在臂上的工具、或者由该工具把持的物体的移动或其移动处的作业变得容易的平衡臂或手动吊车等。另外，虽然在作为设备主体侧的工业用机器人的臂上安装凸型部件，但是该安装位置可以根据设备的结构或工具的种类等来确定为设备主体的任意位置上。

符号说明

10工具交换装置

12凸型部件

14工具

16凹型部件

17凸型主体

19凹型主体

26凸轮

48结合部件

54结合面

56第一分散面

58第二分散面

60连接孔