CN109715353A - 机械限动装置以及机器人 - Google Patents

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CN109715353A CN201780057003.0A CN201780057003A CN109715353A CN 109715353 A CN109715353 A CN 109715353A CN 201780057003 A CN201780057003 A CN 201780057003A CN 109715353 A CN109715353 A CN 109715353A
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Abstract

本发明提供一种机械限动装置以及机器人，在机械限动装置中，作为固定体的基部(21)具备固定侧止动件(31)，该固定侧止动件(31)具有：杆(24)，其能够以设置于基部(21)的支承轴(23)为中心摆动；以及一对弹性体(25)，其在杆(24)的摆动方向的两侧安装于基部(21)，并且能够与杆(24)的摆动方向的两侧面抵接。另外，作为旋转体的旋转主体(22)具备能够与杆(24)的两侧面抵接的止动销(33)。从杆(24)的支点到杆(24)和止动销(33)的抵接位置为止的距离(a)与从杆(24)的支点到杆(24)和弹性体(25)的抵接位置为止的距离(b)之比为1.05≤a/b≤2.30，弹性体25的厚度(D)为20mm≤D≤40mm。

Description

机械限动装置以及机器人
技术领域
本发明涉及机械限动装置以及机器人，更详细而言，涉及对多关节的工业用机器人的旋转体的旋转角度进行限制的机械限动装置以及具备该机械限动装置的机器人。
背景技术
以往，在具有旋转驱动部的装置的旋转体与固定体之间设有防止其他设备的破损等的作为安全装置的机械限动装置。另外，在具有旋转驱动部的多关节的工业用机器人中，在旋转轴线上需要配线的情况较多，在旋转体可以无限制地旋转时配线会被扭曲，从而发生配线的破损。
为了防止这种无限制的旋转引起的机械损伤，利用机械限动装置进行旋转范围的控制是有用的。例如，在专利文献1中，在工业用机器人等的旋转轴部所设置的旋转量设定用的止动装置中，能够将旋转设定界限设定为超过360°。另外，在专利文献2中，具备一种止动装置，其为了防止因对减速器等机械部件作用过大的冲击力而产生的机械部件的损伤，使用检测机构在行程终端禁止旋转轴的驱动电动机的旋转。另外，在专利文献3中，公开了一种止动装置，其为了抑制在机械限动装置具有滑动部的专利文献1、2中未采取对策的磨损粉末的产生，从而使一方的触片与带状的弹性体抵接，来停止一方的构件的旋转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平07-136972号公报
专利文献2：日本特开平10-225890号公报
专利文献3：日本特开2005-246516号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在防止由失控等故障引起的过度的旋转时，由于该旋转速度极快，因此对机械限动装置自身的冲击也会变得过大。在工业用机器人的情况下，因冲击时所施加的惯性力，不仅对机械限动装置，而且也对机器人前端的末端执行器施加过度的负载，从而可能导致产生故障、原点偏移。尤其是，在用于焊接的工业用机器人的情况下，若产生原点偏移，则焊接位置的瞄准会产生偏移，并需要原点修正。然而，在专利文献1～3中，并未提及末端执行器的损伤，因此期望一种考虑了这一点的针对冲击的对策。
另外，由于在专利文献1、2中存在滑动部，因此滑块等滑动部有可能产生磨损，或者橡胶、弹簧这样的弹性体有可能因过大的冲击力而导致损伤。另外，在专利文献3中，由于使用市售的同步带来作为止动件的弹性体，因此弹性体有可能因冲击力而断裂。由此，有时机械限动装置的寿命会降低，并且使用数次就需要更换。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供更可靠地防止工业用机器人(尤其是末端执行器)以及机械限动装置自身的损伤的机械限动装置以及使用了该机械限动装置的机器人。
用于解决课题的方案
本发明的上述目的通过下述的结构而实现。
(1)一种机械限动装置，其设置在固定体与以旋转轴线为中心而相对于该固定体旋转的旋转体之间，其中，
所述固定体具备固定侧止动件，
所述固定侧止动件具有：
杆，其能够以设置于所述固定体的支点为中心摆动；以及
一对弹性体，其在所述杆的摆动方向的两侧安装于所述固定体，并且能够与所述杆的摆动方向上的两侧面抵接，
所述旋转体具备能够与所述杆的两侧面抵接的可动侧止动件，
从所述杆的支点到所述杆和所述可动侧止动件的抵接位置为止的距离a与从所述杆的支点到所述杆和所述弹性体的抵接位置为止的距离b之比为1.05≤a/b≤2.30，
所述弹性体的厚度D为20mm≤D≤40mm。
(2)根据(1)所述的机械限动装置，其中，所述杆与所述弹性体的接触面积为300～3000mm2。
(3)根据(1)或(2)所述的机械限动装置，其中，所述杆的与所述弹性体抵接的接触部的硬度比所述弹性体硬。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的机械限动装置，其中，所述杆的可动范围为50～90°，在所述杆的可动范围内，所述杆与所述弹性体抵接。
(5)一种机器人，其中，(1)至(4)中任一项所述的机械限动装置配设在作为所述固定体的机器人的基部与作为所述旋转体的旋转主体之间。
发明效果
根据本发明的机械限动装置，固定体具备固定侧止动件，该固定侧止动件具有：杆，其能够以设置于固定体的支点为中心摆动；以及一对弹性体，其在杆的摆动方向的两侧安装于固定体，并且能够与杆的摆动方向上的两侧面抵接，旋转体具备能够与杆的两侧面抵接的可动侧止动件。从杆的支点到杆和可动侧止动件的抵接位置为止的距离a与从杆的支点到杆和弹性体的抵接位置为止的距离b之比为1.05≤a/b≤2.30，弹性体的厚度D为20mm≤D≤40mm，因此通过适当地设定a/b的比率来确保旋转体的惯性移动距离，并且由具有适当的厚度的弹性体来吸收冲击力，从而能够更可靠地防止工业用机器人的损伤，并且能够提高机械限动装置自身的寿命。
另外，上述的机械限动装置配设在机器人的基部与旋转主体之间，因此能够减少对在机器人前端装配的焊枪等末端执行器施加的过度的负载，从而可靠地防止末端执行器的故障、原点偏移。
附图说明
图1是具备本发明的机械限动装置的一实施方式的工业用机器人的立体图。
图2是机械限动装置的剖视图。
图3是从图2的III方向观察时的侧视图。
图4是杆的立体图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的机械限动装置以及具备该机械限动装置的工业用机器人的实施方式进行详细说明。在以下的说明中，对作为工业用机器人的一个例子的焊接用机器人进行说明，但并不局限于焊接用机器人，也能够适用于各种机器人。
如图1所示，本实施方式的多关节的焊接用机器人10(以下仅称为机器人)具有第一轴J1～第六轴J6的六轴的关节部。J1～J6的各轴分别具备用于驱动轴的驱动电动机11。驱动电动机11例如为伺服电动机，并通过来自经由未图示的通信线而连接着的控制装置的指令而被控制。由此，控制各轴J1～J6的旋转角度，焊接用机器人10的作为末端执行器的焊枪13沿着预先设定的轨迹移动来进行所需部分的焊接。
另外，在焊接用机器人10搭载有向焊枪13进给消耗式电极(以下称为焊丝)的未图示的焊丝进给装置，焊接用机器人10通过通信线而与控制装置连接。焊丝进给装置按照控制装置的指令信号来控制焊丝的进给速度。此外，从未图示的供给装置向焊枪13供给保护气体，对焊接时的大气的卷入进行保护。
以下，以配设于第一轴J1的机械限动装置为例进行详细说明。图2是配设于第一轴J1的机械限动装置的剖视图，图3是从图2的III方向观察时的侧视图。第一轴J1具备：固定于设置面G的作为固定体的呈轴状的基部21；以及作为旋转体的旋转主体22，其以能够转动的方式被轴状的基部21支承并且具有外径比基部21的外周面大的凸缘部22a，在基部21与旋转主体22之间配设有机械限动装置30。机械限动装置30对旋转主体22相对于基部21的转动范围进行限制。
机械限动装置30具备配设于基部21的固定侧止动件31以及配设于旋转主体22的作为可动侧止动件的止动销33。固定侧止动件31具备杆24以及一对弹性体25。基部21具有杆室26，该杆室26为基部21的一部分朝向外周侧被切除成大致扇状的空间，杆24配设为在杆室26内能够摆动。
如图4所示，杆24具有设置于一面侧的阶梯部24a以及形成于该阶梯部24a的支承孔24b。通过将穿过支承孔24b的带凸缘的支承轴23固定于基部21，从而杆24被支承为能够以与作为旋转轴线的第一轴J1平行的支承轴23为中心摆动。
返回图2，杆24的长度为其前端相比基部21的外周面更向外径侧突出的长度。另外，在杆室26的两侧壁26a固定有当杆24摆动时能够与该杆24抵接的一对弹性体25。各弹性体25为将碰撞面的形状设为圆形的圆柱状，各弹性体25从形成于两侧壁26a的凹槽26b突出，并且一端面通过螺纹紧固而被固定在凹槽26b内。
需要说明的是，杆24与弹性体25优选配置为以平面部彼此抵接。
在这样构成的固定侧止动件31中，将杆室26内的杆24的可动范围(摆动范围)β限制为50°～90°。
杆24的材料并不特别限定为树脂、金属等。另外，与弹性体25接触的杆24侧的接触面也可以粘贴与杆24的材料不同的材料。例如，仅在与弹性体25接触的接触面粘贴橡胶，从而能够提高杆24自身的耐久力。
此外，对于杆24的接触面的硬度与弹性体25的硬度，优选杆24侧的接触面更硬。由此，在杆24抵接到弹性体25时，通过弹性体25发生弹性变形并停止来抑制急速制动，从而能够确保旋转主体22的惯性移动距离。
对弹性体25的材质不特别地限定，可以使用橡胶、弹簧等，但从耐久性的观点出发更优选使用橡胶。作为橡胶例如可以使用天然橡胶、丙烯酸橡胶、聚氨酯，从回弹性、耐磨损性等机械特性的观点出发，更优选聚氨酯橡胶。另外，橡胶的硬度优选为A10～A100(JIS K6253硬度计A)的范围。另外，橡胶可以不是一种而是将多种橡胶重叠而成，在该情况下，优选将硬度较软的橡胶配置在与杆24接触的接触面侧。
止动销33具有剖面呈圆形的形状，并且固定在能够与杆24抵接的旋转主体22上的位置(具体而言，为凸缘部22a的位置)。在旋转主体22沿着圆周方向设置有多个销孔27，将止动销33插拔于多个销孔27中的任一销孔27，从而能够变更止动销33相对于旋转主体22的安装位置。
这样，通过变更止动销33相对于旋转主体22的安装位置，从而能够容易地变更旋转主体22的转动范围。对止动销33的材料不特别地限定，优选为冲击时的变形量较少的金属制。
如图2所示，在机械限动装置30中，例如，若旋转主体22向逆时针方向旋转，则最终止动销33与杆24的左侧面抵接，杆24以支承轴23为中心而向逆时针方向摆动旋转。而且，若旋转主体22超过预先设定的旋转量的限制，则杆24与一方(图中右侧)的弹性体25发生碰撞。弹性体25通过弹性变形来吸收旋转主体22的动能而使旋转主体22的旋转停止。
同样地，若旋转主体22向顺时针方向旋转，则止动销33与杆24的右侧面抵接，杆24以支承轴23为中心而向顺时针方向摆动旋转。而且，若旋转主体22超过预先设定的旋转量的限制，则杆24与另一方(图中左侧)的弹性体25发生碰撞，弹性体25通过弹性变形来吸收旋转主体22的动能而使旋转主体22的旋转停止。
机械限动装置30通过经由具有50°～90°的可动范围而能够摆动的杆24使旋转主体22的旋转停止，从而使相对的总旋转量超过360°的旋转成为可能。
另一方面，若旋转主体22紧急停止，则因惯性力而对焊接用机器人10整体施加负载。尤其是，对设置于臂前端的作为末端执行器的焊枪13施加的负载变得显著，因此需要在杆24与弹性体25碰撞(接触)之后，设置直到旋转主体22静止为止的一定程度的惯性移动距离，从而抑制施加于焊枪13的负载。
这里，在本实施方式的机械限动装置30中，将从杆24的支点(支承轴23的中心)到杆24和止动销33的抵接位置(止动销33的中心)为止的距离a与从杆24的支点到杆24和弹性体25(弹性体25的中心)的抵接位置为止的距离b之比设定在1.05≤a/b≤2.30的范围内，并且将弹性体25的厚度D设定为20mm≤D≤40mm，从而确保适当的惯性移动距离而抑制施加于焊枪13的负载，并且确保弹性体25的耐久性。
即，将a/b设定为1.05以上，从而借助在杆24与弹性体25碰撞后的弹性体25的弹性变形来确保适当的惯性移动距离。然而，若a/b超过2.30，则虽然惯性移动距离变大，但由于施加于弹性体25的冲击力变得过大，因此有可能产生弹性体25剥离等破损。因此，设定为1.05≤a/b≤2.30。
另外，若弹性体25的厚度D小于20mm，则弹性体25的弹性变形量变小，从而无法充分地确保惯性移动距离。另外，若超过40mm，则惯性移动距离变大，但因冲击力而产生弹性体25的剥离等损伤的可能性增高。因此，设定为20mm≤D≤40mm，从而确保弹性体25的耐久性，并且获得惯性移动距离。
需要说明的是，弹性体25突出而被固定的凹槽26b的深度以使在杆24与弹性体25碰撞时杆24不与两侧壁26a接触的方式设置。
另外，杆24与弹性体25的接触面积优选设为300～3000mm2。若接触面积为300mm2以上，则能够减少弹性体25与杆24碰撞时的每单位面积的负载而缓和冲击。另外，若为3000mm2以下，则能够将机械限动装置30小型化，从设置空间的观点出发为优选的。而且，弹性体25的厚度D与接触面积S之比D/S更优选为0.006～0.13。
另外，杆24的与弹性体25抵接的接触部的硬度优选比弹性体25硬。在杆24抵接到弹性体25时，弹性体25发生弹性变形，从而能够吸收冲击力，并且确保惯性移动距离。
如以上说明的那样，根据实施方式的机械限动装置30，作为固定体的基部21具备固定侧止动件31，该固定侧止动件31具有能够以设置于基部21的支承轴23为中心摆动的杆24、以及在杆24的摆动方向的两侧安装于基部21并且能够与杆24的摆动方向上的两侧面抵接的一对弹性体25，作为旋转体的旋转主体22具备能够与杆24的两侧面抵接的止动销33。从杆24的支点到杆24和止动销33的抵接位置为止的距离a与从杆24的支点到杆24和弹性体25的抵接位置为止的距离b之比为1.05≤a/b≤2.30，弹性体25的厚度D为20mm≤D≤40mm，从而通过适当地设定a/b的比率来确保转筒22的惯性移动距离，并且通过具有适当的厚度的弹性体25来吸收冲击力，进而能够更可靠地防止工业用机器人10的损伤，并能够提高机械限动装置30自身的寿命。
另外，杆24与弹性体25的接触面积为300～3000mm2，因此能够削减弹性体25的所需设置面积而实现弹性体设置的简单化，并且能够降低每单位面积的冲击力来抑制弹性体25的损伤。
另外，杆24的与弹性体25抵接的接触部硬度比弹性体25硬，因此能够通过弹性体25在碰撞时发生弹性变形来确保旋转主体22的惯性移动距离。
另外，杆24的可动范围β为50°～90°，在杆24的可动范围内，杆24与弹性体25抵接，因此能够将旋转主体22的旋转角度设定为超过360°的角度。
另外，上述的机械限动装置30配设在工业用机器人10的基部21与旋转主体22之间，因此能够减少对在工业用机器人10的前端装配的焊枪等末端执行器13施加的过度的负载，从而可靠地防止末端执行器13的故障、原点偏移。
需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施方式，能够适当地变形、改良等。
例如，本发明的机械限动装置并不局限于配设在本实施方式的第一轴J1，也可以配设在第二轴J2～第六轴J6的各轴。在该情况下，在第二轴J2～第六轴J6的各轴中，固定体以及旋转体构成为一同移动，但靠近设置面G一侧的构件为固定体，在远离设置面G的一侧，由驱动电动机11驱动的构件为旋转体。
实施例
这里，为了证明本发明的有效性，在变更从杆的支点到杆与可动侧止动件的抵接位置为止的距离a、从杆的支点到杆与弹性体的抵接位置为止的距离b、杆的可动范围、弹性体的厚度D、弹性体与杆的接触面积(弹性体接触面积)、杆以及弹性体的材料(硬度)、弹性体的碰撞面形状的各种条件下，进行停止试验。
停止试验是在杆以高速与弹性体碰撞10次之后，通过观察来确认焊枪有无原点偏移、以及弹性体的状态，并按照以下的评价标准进行评价的试验。
焊枪的原点偏移：无原点偏移「〇」。产生原点偏移「×」。
弹性体的状态：无变化「〇」。产生磨损但能够使用「△」。由于剥离等而无法使用「×」。
试验结果与试验条件一同在表1中示出。
[表1]
如表1所示，在从杆的支点到杆和可动侧止动件的抵接位置为止的距离a与从杆的支点到杆和弹性体的抵接位置为止的距离b之比a/b超过上限值(2.30)的比较例1以及比较例5中，弹性体的状态均为「×」。另外，在a/b小于本发明的下限值(1.05)的比较例2中，确认到焊枪的原点偏移(「×」)、且弹性体的状态也为「△」。
另外，在弹性体的厚度D超过本发明的上限值(40mm)的比较例4中，弹性体的状态为「×」，且旋转主体22的可动范围也变窄。另外，在弹性体的厚度D小于本发明的下限值(20mm)的比较例3中，确认到焊枪的原点偏移为「×」，且弹性体的状态为「△」。
另一方面，在a/b的值、以及弹性体的厚度为本发明的范围内的实施例1～19中，无焊枪的原点偏移「〇」、且弹性体的状态也为「〇」、或「△」，确认了本发明的有效性。
需要说明的是，对杆的可动范围β为90°的实施例16、以及杆的可动范围β超过90°的实施例17进行比较，则相对于实施例16中弹性体的状态为「〇」，实施例17中弹性体的状态为「△」。另外，在杆的可动范围β为50°的实施例15、以及杆的可动范围β小于50°的实施例18中，在任一个条件下均得到良好的结果，但在实施例18中，旋转主体22的可动范围变窄，从而并不优选。
因此，可知杆24的可动范围优选为50°～90°。
另外，在弹性体接触面积接近3000mm2的实施例11、以及弹性体接触面积超过3000mm2的实施例12中，即使在任一个条件下都使焊枪的原点偏移以及弹性体的状态均为良好，但在实施例12中，弹性体的设置需要较大的面积，从而在设置空间上的制约较大。另一方面，对弹性体接触面积接近300mm2的实施例10、以及弹性体接触面积小于300mm2的实施例13进行比较，则相对于实施例10中弹性体的状态为「〇」，而实施例13中弹性体的状态为「△」。
因此，可知杆24与弹性体25的接触面积优选为300～3000mm2。
另外，将杆24的碰撞部分设为天然橡胶，从而在设定为弹性体硬度＞杆硬度的实施例14中，焊枪的原点偏移以及弹性体的状态均为良好，但旋转主体22的可动范围变窄。
因此，可知优选杆24的接触部的硬度比弹性体硬。
本发明基于2016年9月16日申请的日本专利申请(特愿2016-182145)将其内容通过参照而援引于此。
附图标记说明
10 焊接用机器人(工业用机器人)
13 焊枪(末端执行器)
21 基部(固定体)
22 旋转主体(旋转体)
23 支承轴(杆的支点)
24 杆
25 弹性体
27 销孔
30 机械限动装置
31 固定侧止动件
33 止动销(可动侧止动件)
a 从杆的支点到杆和可动侧止动件的抵接位置的距离
b 从杆的支点到杆和弹性体的抵接位置的距离
D 弹性体的厚度。

Claims (8)

1.一种机械限动装置，其设置在固定体与以旋转轴线为中心而相对于该固定体旋转的旋转体之间，其中，
所述固定体具备固定侧止动件，
所述固定侧止动件具有：
杆，其能够以设置于所述固定体的支点为中心摆动；以及
一对弹性体，其在所述杆的摆动方向的两侧安装于所述固定体，并且能够与所述杆的摆动方向上的两侧面抵接，
所述旋转体具备能够与所述杆的两侧面抵接的可动侧止动件，
从所述杆的支点到所述杆和所述可动侧止动件的抵接位置为止的距离a与从所述杆的支点到所述杆和所述弹性体的抵接位置为止的距离b之比为1.05≤a/b≤2.30，
所述弹性体的厚度D为20mm≤D≤40mm。
2.根据权利要求1所述的机械限动装置，其中，
所述杆与所述弹性体的接触面积为300～3000mm2。
3.根据权利要求1所述的机械限动装置，其中，
所述杆的与所述弹性体抵接的接触部的硬度比所述弹性体硬。
4.根据权利要求2所述的机械限动装置，其中，
所述杆的与所述弹性体抵接的接触部的硬度比所述弹性体硬。
5.根据权利要求1所述的机械限动装置，其中，
所述杆的可动范围为50°～90°，在所述杆的可动范围内，所述杆与所述弹性体抵接。
6.根据权利要求2所述的机械限动装置，其中，
所述杆的可动范围为50°～90°，在所述杆的可动范围内，所述杆与所述弹性体抵接。
7.根据权利要求3所述的机械限动装置，其中，
所述杆的可动范围为50°～90°，在所述杆的可动范围内，所述杆与所述弹性体抵接。
8.一种机器人，其中，
权利要求1至7中任一项所述的机械限动装置配设在作为所述固定体的机器人的基部与作为所述旋转体的旋转主体之间。
CN201780057003.0A 2016-09-16 2017-09-08 机械限动装置以及机器人 Active CN109715353B (zh)

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