本发明涉及自动工具更换用联接器及自动工具更换装置。
背景技术：
作为适用于各种机器(例如工业用机器人)的工具更换装置，公开了包括安装在机器人侧的第一连结部件和安装在工具侧的第二连结部件的工具更换装置(例如，专利文献1)。在第一连结部件中，在第一连结主体上设有突起部和能够从突起部向半径方向突出的凸轮。在第二连结部件中，在第二连结主体上形成有能够插入所述突起部的连结孔，在该连结孔的内周面上设有能够卡合所述凸轮的卡合部件。在工具更换装置中，在突起部插入于连结孔的状态下，凸轮与卡合部件卡合，由此，第一连结部件和第二连结部件连结。另外，通过解除凸轮和卡合部件的卡合，第一连结部件与第二连结部件分离。这样，工具更换装置能够对安装在工业用机器人上的工具进行更换。
在如上所述的工具更换装置中，公开了在第一连结部件和第二连结部件处于连结状态时，用于防止因误操作而分离的机构(例如，专利文献2)。在上述专利文献2中，公开了一种自动工具更换用联接器，在所述自动工具更换用联接器中设置有第一方向切换阀和第二方向切换阀，所述第一方向切换阀根据第一连结部件是否处于与第二连结部件连结的连结状态而进行机械切换，所述第二方向切换阀根据第一连结部件是否处于与载置于载置台上的第二连结部件连结的连结状态而进行机械切换，在第一连结部件与第二连结部件处于分离状态时，或者仅在处于连结状态的第一、第二连结部件的该第二连结部件侧载置于载置台上时，经由所述第一、第二方向切换阀连接流向分离端口的气体流路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-250327号公报
专利文献2:日本专利第3564565号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
在上述专利文献2的情况下，配置在与第一连结部件的分离端口及连结端口不同的位置、从机器人侧供给的分离用气体经由自动工具更换用联接器及管被提供给分离端口。因此，由于在自动工具更换装置的周围配置有管，所以在机器人旋转时管与外部环境发生干扰的可能性较高。另外，由于周围的管是不确定的因素，所以存在着离线示教困难的问题。这样，现有的自动工具更换用联接器存在自动工具更换装置的功能受到限制的问题。
本发明的目的在于提供一种能够进一步提高自动工具更换装置的便利性的自动工具更换用联接器以及自动工具更换装置。
用于解决课题的手段
本发明的自动工具更换用联接器，其特征在于所述自动工具更换用联接器用于自动工具更换装置，所述自动工具更换装置包括：第一连结部件，其拆装自如地安装在设备的主体侧；以及第二连结部件，其拆装自如地安装在工具侧，所述第一连结部件具有气缸室以及与所述气缸室连接且与所述气缸室的轴向平行地配置的、连结端口和分离端口，通过向所述连结端口或所述分离端口供给气体而使设置在所述第一连结部件上的凸轮移动，从而使所述第二连结部件相对于所述第一连结部件连结或分离，所述自动工具更换用联接器包括：联接器主体；第一方向切换阀，其设置在所述联接器主体的一侧表面上并根据所述第一连结部件是否处于与所述第二连结部件连结的状态来进行切换；以及第二方向切换阀，其根据所述第一连结部件是否处于与载置于载置台上的所述第二连结部件连结的状态来进行切换，其中，所述联接器主体包括多个端口和连通多个所述端口的多个流路，所述联接器主体在一侧表面上具有连接用于导入连结用气体的配管的连结输入端口和连接用于导入分离用气体的配管的分离输入端口，所述联接器主体在与所述一侧表面相对的另一侧表面上具有连接于所述连结端口的连结输出端口和连接于所述分离端口的分离输出端口，其中，所述连结输入端口和所述连结输出端口同轴配置，所述分离输出端口相对于所述连结输出端口而与所述气缸室的轴向平行地配置，所述分离输入端口配置在所述分离输入端口的中心相对于所述分离输出端口的中心至少在半径方向上偏移直径的长度的位置上。
根据本发明的自动工具更换装置的特征在于，包括：第一连结部件，其上设有所述自动工具更换用联接器；和第二连结部件，其在与所述第一方向切换阀对应的位置上设有挡块。
发明的效果
根据本发明，具有连通多个端口的多个流路，分离输入端口配置在分离输入端口的中心相对于分离输出端口的中心至少在半径方向偏移直径的长度的位置，由此，能够将设备的主体侧的配管直接与分离端口和连结端口连接。因此，由于自动工具更换装置能够省略用于连接联接器与分离端口和连结端口的配管，所以能够进一步提高便利性。
附图说明
图1是表示本实施方式的工具更换装置的立体图。
图2是表示本实施方式的工具更换装置的分离状态的、沿图1中的a-a线的剖视图，图2a是第一连结部件，图2b是第二连结部件。
图3是表示本实施方式的第一连结部件的立体图。
图4是表示本实施方式的自动工具更换用联接器的主视图。
图5是本实施方式的自动工具更换用联接器的空气压回路图。
图6是用于说明本实施方式的工具更换装置的动作的、沿图1中的a-a线的剖视图。
图7是表示本实施方式的工具更换装置的连结状态的剖视图。
图8是表示本实施方式的工具更换装置的连结状态的主视图。
图9是表示根据本实施方式的变形例的工具更换装置的立体图。
图10是根据本实施方式的变形例的自动工具更换用联接器的分解立体图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
1.整体结构
(自动工具更换装置)
图1所示的自动工具更换装置10包括固定在作为设备主体的工业用机器人的臂部的前端(未图示)上的第一连结部件12a和固定在工具(未图示)上的第二连结部件14。本图所示的第二连结部件14在未与第一连结部件12a连结的状态下设置在载置台24上。第一连结部件12a通过将设置在第一连结主体16a上的定位销17插入到形成于第二连结部件14的第二连结主体15上的定位孔13中，从而相对于第二连结部件14被正确地定位。工具没有特别限定，例如可以使用点焊焊枪、机械手等。第一连结部件12a和机械臂、以及第二连结部件14和工具通过未图示的紧固件(例如螺栓)拆装自如地紧固。机械臂和工具经由自动工具更换装置10连结和分离。
在第一连结部件12a上设有自动工具更换用联接器(以下称为“联接器”)18。联接器18具有第一方向切换阀20和第二方向切换阀21。在第二连结部件14上，在与第一方向切换阀20对应的位置上设有第一挡块22。在载置台24上，在与第二方向切换阀21对应的位置上设有第二挡块26。
如图2a所示，第一连结部件12a具有第一连结主体16a、以及设置在第一连结主体16a上的、气缸30、螺旋弹簧32和凸轮34。螺旋弹簧32以将气缸30向一个方向推起的方式被装填。气缸30通过在一个方向和另一方向(以下，称为轴向)上进行直线运动，从而使凸轮34做旋转运动。
第一连结主体16a形成有：形成为大致板状的板状部25；从该板状部25的表面突出的突起部27；形成于板状部25内的气缸室31；以及凸轮机构容纳室28，该凸轮机构容纳室28与该气缸室31同轴且形成于所述突起部27内。气缸室31通过用盖40对形成于板状部25的另一表面上的孔进行封闭而形成。在气缸室31中，分离端口36和连结端口38在轴向上并列连接。在板状部25的表面上，在突起部27的周缘形成有第一接触面12s。
气缸30具有配置在气缸室31内的活塞33、设置在活塞33的中心轴上的活塞杆35、以及形成在活塞杆35的前端侧的操作部39。活塞33形成为在气缸室31内沿轴向滑动。分离端口36和连结端口38隔着活塞33与气缸室31的轴向的一侧和另一侧连接。活塞杆35的基端与活塞33连结，其前端配置在凸轮机构容纳室28中。在活塞杆35的前端设有操作部39。操作部39是使活塞杆35在半径方向上增大的大致圆盘形状，在轴向上具有间隙。
凸轮34是倒l字形的部件，在大致中心通过支承轴37旋转自如地支承在第一连结主体16a的突起部27上，在一端侧形成有附加部49，在另一端侧形成有作用部55。附加部49形成有夹着凸轮34的一端向一侧弯曲的凹面，在另一侧形成有平坦面。作用部55形成为圆弧形状。附加部49插入于操作部39的间隙中，凹面与间隙的上部接触，平坦面与间隙的下部接触。凸轮34通过活塞杆35的直线运动，通过操作部39压下凹面或操作部39推起平坦面，以支承轴37为中心旋转。凸轮34在突起部27的圆周上均等地设置有多个，在本实施方式的情况下均等地设置有三个。
如图2b所示，第二连结部件14具有第二连结主体15和固定于第二连结主体15的卡合部件42。第二连结主体15形成为大致板状，具有在厚度方向上开口的连结孔44。连结孔44在与凸轮34的位置对应的圆周方向的位置上设置有卡合部件42。
如图3所示，第一连结主体16a在外周面上设有安装联接器18的安装部51。安装部51设有分离端口36、连结端口38及螺纹孔53。分离端口36及连结端口38与气缸30的轴向平行地并列设置。在本图的情况下，分离端口36配置在上侧，连结端口38配置在下侧。
(联接器)
如图4所示，联接器18具有联接器主体19，在该联接器主体19的一侧表面上设有第一方向切换阀20和第二方向切换阀21。联接器主体19在一侧表面上设有分离输入端口41和连结输入端口43，在另一侧表面上设有分离输出端口45和连结输出端口47，在内部具有连通各端口的多个流路(在本图中未示出)。
虽然未图示，但分离输入端口41及连结输入端口43通过连接器与配管连接。配管经由电磁阀与压缩机连接。电磁阀对向分离输入端口41的分离用气体或向连结输入端口43的连结用气体的供气与自分离输入端口41或连结输入端口43的排气进行切换。优选分离输入端口41和连结输入端口43的中心间距离隔开为分离端口36和连结端口38的中心间距离以上。若分离输入端口41和连结输入端口43的中心间距离过近，则在将配管与分离输入端口41和连结输入端口43连接时的作业变得困难。更优选分离输入端口41和连结输入端口43的中心间距离与分离端口36和连结端口38的中心间距离大致相同。在该情况下，由于能够以与不使用联接器18而直接将配管连接于分离端口36和连结端口38的情况相同的步骤将配管连接于分离输入端口41和连结输入端口43，所以操作中不会有不适感。所谓大致相同，不限于完全相同的情况，包含与不使用联接器18而将配管直接连接于分离端口36和连结端口38的情况相比时不会给操作者带来不适感的范围。
分离输出端口45和连结输出端口47设置在与安装部51的分离端口36和连结端口38分别对应的位置。连结输入端口43和连结输出端口47大致同轴地配置。所谓大致同轴并不限定于完全同轴，包括连结输入端口43和连结输出端口47的中心轴之间大约偏离连结输入端口43的半径的长度的情况。
分离输出端口45相对于连结输出端口47，与所述气缸室31的轴向大致平行地配置。分离输入端口41配置在分离输入端口41的中心相对于分离输出端口45的中心至少沿半径方向偏移直径的长度的位置。在本图的情况下，分离输入端口41配置在相对于分离输出端口45向左侧偏移的位置。
联接器主体19是横长矩形的板状部件，在长度方向一侧(本图的情况下为左侧)配置有分离输入端口41和连结输入端口43，在长度方向另一侧(本图的情况下为右侧)配置有第一方向切换阀20和第二方向切换阀21。联接器主体19的下端配置在与第一连结主体16a的第一接触面12s相同的高度。分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45向离开第一方向切换阀20及第二方向切换阀21的方向(本图的情况下为左侧)偏移的位置。
第一方向切换阀20和第二方向切换阀21是具有三个端口的阀，可以使用机械式、电磁式中的任一种。在本实施方式的情况下，第一方向切换阀20和第二方向切换阀21使用机械式的阀。第一方向切换阀20具有第一阀48，第二方向切换阀21具有第二阀50。第一方向切换阀20和第二方向切换阀21配置为第一阀48和第二阀50相比于联接器主体19的下端向下方突出。
第一方向切换阀20根据第一连结部件12a和第二连结部件14是否处于连结状态来切换第一方向切换阀20的输出。第一方向切换阀20根据第一阀48是否与第一挡块22接触来检测第一连结部件12a和第二连结部件14是否处于连结状态(图8)。
第二方向切换阀21根据第一连结部件12a是否处于与载置于载置台24上的第二连结部件14连结的连结状态，来切换第二方向切换阀21的输出。第二方向切换阀21根据第二阀50是否与第二挡块26接触，来检测第一连结部件12a是否处于与载置于载置台24上的第二连结部件14连结的连结状态。
联接器18通过将插入到在联接器主体19的厚度方向上贯通的贯通孔中的安装螺钉(未图示)拧入到安装部51的螺纹孔中而固定于第一连结部件12a。通过将联接器18固定在安装部51上，从而使得分离输出端口45经由密封垫(未图示)与分离端口36连接，连结输出端口47经由密封垫与连结端口38连接。作为密封垫，例如可以使用o形环。
结合图5对形成于联接器18内部的空气压回路进行说明。第一方向切换阀20和第二方向切换阀21具有第一～第三端口20a～20c、21a～21c。第一方向切换阀20和第二方向切换阀21通过弹簧总是保持在第一位置p1。在第一阀48被第一挡块22朝向弹簧推压、第二阀50被第二挡块26朝向弹簧推压的情况下，分别从第一位置p1切换到第二位置p2。
连结输入端口43经由连结输入流路60与连结输出端口47连接。分离输入端口41经由输入流路52与第一方向切换阀20的第二端口20b连接。第一方向切换阀20和第二方向切换阀21中，第一端口20a、21a彼此经由作为内部流路的第一内部流路56连接，第三端口20c、21c彼此经由作为内部流路的第二内部流路54连接。第二方向切换阀21的第二端口21b经由输出流路58与分离输出端口45连接。
第一方向切换阀20在第一位置p1连接第二端口20b和第三端口20c。第一阀48在被切换到第二位置p2时，连接第二端口20b和第一端口20a。第二方向切换阀21在第一位置p1连接第三端口21c和第二端口21b。第二阀50在被切换到第二位置p2时，连接第一端口21a和第二端口21b。
2.动作和效果
接着，对连结第一连结部件12a和第二连结部件14的动作进行说明。首先，将第一连结部件12a和第二连结部件14配置在同轴上，并进行定位。在该状态下，通过供排气机构，从分离端口36将作为流体的气体隔着活塞33供给到气缸室31的一侧。当活塞33的一侧的压力由于该气体的作用而超过螺旋弹簧32的作用力时，活塞33向另一侧移动，即下降。由此，操作部39压下凸轮34的附加部49。这样，凸轮34以支承轴37为中心沿箭头方向(即图2中的逆时针方向)旋转。由此，凸轮34被容纳在突起部27内(图6)。
接着，将第一连结部件12a的突起部27插入到第二连结部件14的连结孔44中，直到第一接触面12s与第二接触面14s接触为止。在该状态下，通过供排气机构，隔着活塞33将气缸室31的一侧的气体从分离端口36排出。同时，隔着活塞33从连结端口38向气缸室31的另一侧供给气体。该气体引起的压力加上螺旋弹簧32的作用力，使得活塞33向另一表面侧移动，即上升。由此，操作部39推起凸轮34的附加部49。这样，凸轮34以支承轴37为中心沿箭头方向(即本图中的顺时针方向)旋转。通过该旋转，凸轮34从突起部27放射状地突出，作用部55与卡合部件42的卡合面卡合。这样，第一连结部件12a和第二连结部件14连结(图7)。
进而，隔着活塞33从连结端口38向气缸室31的另一侧排出气体。同时，隔着活塞33从分离端口36向气缸室31的一侧供给气体，使凸轮34逆时针旋转并容纳于突起部27内。这样，能够将第一连结部件12a与第二连结部件14分离。
本实施方式的自动工具更换装置10通过包括联接器18，而在第一连结部件12a与第二连结部件14分离的状态、第一连结部件12a与第二连结部件14连结并处于作业中的状态、以及将第一连结部件12a插入到载置于载置台24上的第二连结部件14中的状态下，进行如下动作。
(分离状态)
在第一连结部件12a和第二连结部件14分离的状态下，即第一挡块22和第二挡块26位于第一位置p1时，分离输入端口41成为经由第一方向切换阀20和第二方向切换阀21而与分离输出端口45连接的状态。因此，通过操作未图示的电磁阀，能够使所述气缸30向连结方向及分离方向动作。
(机器人作业中)
在第一连结部件12a和第二连结部件14处于连结的状态下进行作业时，由于第二连结部件14离开载置台24，因此第一挡块22位于第二位置p2，第二挡块26位于第一位置p1。此时，第二方向切换阀21成为闭阀状态，分离输入端口41与分离输出端口45断开。因此，即使由于操作者的误操作或电噪声等而使未图示的电磁阀动作，也能够防止第二连结部件14意外从第一连结部件12a分离。
(第一连结部件12a和载置于载置台24的第二连结部件14的分离及连结动作)
在将第一连结部件12a插入到载置于载置台24上的第二连结部件14中的状态下(图8)，即第一挡块22及第二挡块26位于第二位置p2时，分离输入端口41成为经由第一方向切换阀20和第二方向切换阀21而与分离输出端口45连接的状态。因此，通过操作未图示的电磁阀，能够使所述气缸30向连结方向及分离方向动作。
本实施方式的联接器主体19具有连通多个端口的多个流路，分离输入端口41相对于分离输出端口45配置在中心至少沿半径方向偏移直径的长度的位置，由此，能够将机器人侧的配管直接与分离端口36和连结端口38连接。因此，自动工具更换装置10能够省略用于连接联接器18与分离端口36和连结端口38的配管，因此能够进一步提高便利性。通过将中心配置在沿半径方向错开的位置，能够避免分离输入端口41与分离输出端口45的干扰，能够使联接器主体19小型化。
联接器18在长度方向左侧配置有分离输入端口41及连结输入端口43，在长度方向右侧配置有第一方向切换阀20和第二方向切换阀21，由于将分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45向左侧偏移的位置，所以作为整体能够实现小型化。因此，联接器18适合小型的自动工具更换装置10，即适合气缸30的轴向长度较小的第一连结部件12a。
3.变形例
本发明不限于上述实施方式，可以在本发明的主旨的范围内进行适当变更。
在上述实施方式的情况下，对适用于气缸30的轴向长度较小的第一连结部件12a的情况进行了说明，但本发明不限于此。例如，如图9所示，联接器18也能够适用于更大型的第一连结部件12b。该联接器18包括配置在联接器主体19的另一侧表面(即安装部51侧的表面)上的第二联接器主体61。
如图10所示，第一连结主体16b的分离端口36与连结端口38之间的间隔比形成于联接器主体19的另一侧表面上的分离输出端口45与连结输出端口47之间的间隔长。第二联接器主体61是纵长矩形的板状部件，在一侧表面具有第二分离输入端口62和第二连结输入端口63，虽然未图示，但在另一侧表面上具有第二分离输出端口和第二连结输出端口。第二分离输入端口62和第二连结输入端口63形成在与形成于联接器主体19的另一侧表面上的分离输出端口45(图4)和连结输出端口47(图4)对应的位置。第二分离输出端口和第二连结输出端口形成于与形成于安装部51的、分离端口36和连结端口38对应的位置。另外，虽然未图示，但第二联接器主体61在内部具有用于连接第二分离输入端口62和第二分离输出端口的分离流路以及用于连接第二连结输入端口63和第二连结输出端口的连结流路。
通过以将第二联接器主体61夹置在中间的方式将联接器18固定在安装部51上，从而分离输出端口45经由第二分离输入端口62和第二分离输出端口而与分离端口36连接。同样，连结输出端口47经由第二连结输入端口63和第二连结输出端口而与连结端口38连接。
通过使用根据上述变形例的第二联接器主体61，能够将联接器主体19应用于更大型的第一连结部件12b。因此，联接器18能够实现部件的共通化，能够提高通用性。
在上述实施方式的情况下，对自动工具更换装置10应用于具有图2所示的剖面结构的构成的情况进行了说明，但本发明不限于此，只要将导入用于将第一连结部件12a和第二连结部件14分离或连结的压缩气体的分离端口36和连结端口38与轴向平行地配置，则能够应用于其他构成的自动工具更换装置。
在上述实施方式的情况下，对将分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45向左侧偏移的位置的情况进行了说明，但本发明不限于此，也可以设置在向右侧偏移的位置。另外，分离输入端口41也可以设置在相对于分离输出端口45向上侧或下侧偏移的位置。通过将分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45向上侧或下侧偏移的位置，能够避免输入流路52与输出流路58的干扰，因此能够使联接器主体更薄型化。进而，也可以将分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45为至少向左侧偏移直径的长度且沿上下方向，即相对于分离输出端口45为左斜上方的预定位置或者左斜下方的预定位置。所谓上方或下方的预定位置是指能够避免输入流路52和输出流路58的干扰的位置。通过将分离输入端口41设置在相对于分离输出端口45为左斜上方或左斜下方的预定位置，从而能够使联接器主体的纵向和横向的长度以及厚度最佳化，因此能够使联接器更加小型化。
符号的说明
10自动工具更换装置
12a、12b第一连结部件
14第二连结部件
18联接器
19联接器主体
20第一方向切换阀
21第二方向切换阀
22第一挡块(挡块)
24载置台
31气缸室
34凸轮
36分离端口
38连结端口
41分离输入端口
43连结输入端口
45分离输出端口
47连结输出端口
52输入流路
54第二内部流路(内部流路)
56第一内部流路(内部流路)
58输出流路
61第二联接器主体
62第二分离输入端口
63第二连结输入端口
1.一种自动工具更换用联接器，其特征在于：
所述自动工具更换用联接器用于自动工具更换装置中，其中，所述自动工具更换装置包括拆装自如地安装在设备的主体侧的第一连结部件和拆装自如地安装在工具侧的第二连结部件，所述第一连结部件包括气缸室以及连结端口和分离端口，所述连结端口和分离端口与所述气缸室连接且与所述气缸室的轴向平行地配置，通过向所述连结端口或所述分离端口供给气体而使设置在所述第一连结部件上的凸轮移动，从而使所述第二连结部件相对于所述第一连结部件连结或分离，
所述自动工具更换用联接器包括：
联接器主体；以及
第一方向切换阀和第二方向切换阀，所述第一方向切换阀设置在所述联接器主体的一侧表面上，并根据所述第一连结部件是否处于与所述第二连结部件连结的状态来进行切换，所述第二方向切换阀根据所述第一连结部件是否处于与载置于载置台上的所述第二连结部件连结的状态来进行切换，
其中，所述联接器主体包括：
多个端口；和
多个流路，连通多个所述端口，
所述联接器主体在一侧表面上具有：
连结输入端口，与用于导入连结用气体的配管连接；和
分离输入端口，与用于导入分离用气体的配管连接，
所述联接器主体在与所述一侧表面相对的另一侧表面上具有：
连结输出端口，与所述连结端口连接；和
分离输出端口，与所述分离端口连接，
其中，所述连结输入端口与所述连结输出端口同轴配置，
所述分离输出端口相对于所述连结输出端口而与所述气缸室的轴向平行地配置，
所述分离输入端口配置在所述分离输入端口的中心相对于所述分离输出端口的中心至少在半径方向上偏移直径的长度的位置上。
2.根据权利要求1所述的自动工具更换用联接器，其特征在于：
所述联接器主体包括：
输入流路，连接所述分离输入端口和所述第一方向切换阀；
内部流路，连接所述第一方向切换阀和所述第二方向切换阀；和
输出流路，连接所述第二方向切换阀和所述分离输出端口。
3.如权利要求1或2所述的自动工具更换用联接器，其特征在于：
所述自动工具更换用联接器包括配置在所述联接器主体的另一侧表面上的第二联接器主体，
所述自动工具更换用联接器在一侧表面上具有：
第二连结输入端口，与所述连结输出端口连接；和
第二分离输入端口，与所述分离输出端口连接，
所述自动工具更换用联接器在与所述一侧表面相对的另一侧表面上具有：
第二连结输出端口，与所述连结端口连接；
第二分离输出端口，与所述分离端口连接；
连结流路，连接所述第二连结输入端口和所述第二连结输出端口；和
分离流路，连接所述第二分离输入端口和所述第二分离输出端口。
4.一种自动工具更换装置，其特征在于，包括：
所述第一连结部件，在所述第一连结部件上设置有权利要求1～3中任一项所述的自动工具更换用联接器；和
所述第二连结部件，所述第二连结部件在与所述第一方向切换阀对应的位置上设置有挡块。
技术总结