CN1955505A - 机器人用停止装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使一对相对动作部分的相对运动停止的机器人用停止装置。机器人用停止装置具备设于一对相对动作部分的至少一方并在一对相对动作部分碰撞时夹于一对相对动作部分之间的制动器构件，制动器构件是硬度不同的至少2种构件相互粘合的组合构件，组合硬度高的构件的两端面，使得该两端面与一对相对动作部分的各个直接接触，并由两端面大致垂直地承受一对相对动作部分碰撞时的压缩载荷。机器人用停止装置还具备：驱动一对相对动作部分的至少一方的伺服电机；以及控制伺服电机的电机控制装置；电机控制装置具有检测一对相对动作部分通过制动器构件进行碰撞时的冲击强度的冲击检测部，基于该冲击检测部检测出的检测值控制伺服电机停止。

Description

机器人用停止装置
技术领域
本发明涉及一种机器人用停止装置，具备设于相互相对运动的一对相对动作部分的至少一方，并在相对动作部分相互碰撞时夹于相对动作部分之间而使相对运动停止的制动器构件。
背景技术
作为使一对相对动作部分的相对运动停止的机器人用停止装置的一例，如图8所示，是使可动一侧部分相对于固定一侧部分的相对运动停止的装置。在图8中，一对相对动作部分的一方是作为固定一侧部分的基座2，一对相对动作部分的另一方是作为可动一侧部分的机械手3，机械手3旋转自如地安装在基座2上。
机器人用停止装置1具备：作为驱动机械手3的驱动源的伺服电机4；控制机械手3的速度和位置的电机控制装置5；以及设于基座2的两侧，与进行旋旋转作的机械手3抵接而缓和碰撞时的冲击并使该旋旋转作停止的制动器构件6。机械手3通过减速机11与伺服电机4的旋转轴连接，以该旋转轴为旋转中心左右旋转。
制动器构件6通过使机械手3与其抵接并使机械手3停止来规定机械手3动作范围(动作行程)S(图9)。通常的工业用机器人是通过软件范围来控制机械手3不超过规定的动作范围S，但当因某些不良情况而使机械手3超过动作范围S动作时，会通过压跨制动器构件6来吸收运动能量而停止。
制动器构件6一般是由橡胶、弹簧、缓冲器或它们的组合而构成的，图10(a)～(b)是现有的制动器构件的一例，(a)是方形的橡胶制动器6A，(b)是圆柱状的橡胶制动器6B，(c)是使用了卷簧的制动器6C，(d)是组合了橡胶制动器D1和缓冲器D2的制动器6D。
向电机控制装置5输入来自检测机械手3与制动器构件6冲突时的冲击的强度的未图示的传感器的检测值，基于该检测值，电机控制装置5使伺服电机4停止。
由于以往使用的制动器构件6(6A～6D)易变形(柔软)，所以就在因碰撞而压缩后几乎不产生反作用力，随着压缩进展反作用力逐渐增大，当制动器构件6的反作用力大于机械手3的前进力(按压力)时，使机械手3停止。即：在制动器构件6刚开始被压跨的初期阶段，制动器构件6几乎对使机械手3的移动停止不起作用。因此，在使伺服电机停止的时刻上产生延迟，动作行程超过用δ所示的量，产生机械手3的停止距离长的问题。在机械手3的运动能量大的场合，会担心发生机械手3等损伤的2次灾害，从而需要加大制动器构件6本身来充分阻止前进力。
但是，随着伺服电机4的性能提高(高输出化)，机械手3的动作速度逐年高速化，由此制动器构件6要吸收的运动能量也增大，为了使机械手3在规定的位置上停止，仅力图改进制动器构件6的尺寸是有限度的。另外，力图改进制动器构件6的尺寸，还会有使即使小也希望扩大机械手3的动作范围S缩小的问题，或使机械手3的形状变形的其他的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人用停止装置，即便在相对动作部分的动作随着伺服电机的性能提高而成为高速的场合，也可不加大制动器构件的尺寸，而能够缩短机器人的相对动作部分的停止距离。
为了达到上述目的，本发明提供一种机器人用停止装置，用于使一对相对动作部分的相对运动停止，在一对相对动作部分的至少一方设有在一对相对动作部分碰撞时夹于一对相对动作部分之间的制动器构件，制动器构件是硬度不同的至少2种构件相互粘合的组合构件，组合硬度高的构件的两端面，使得该两端面与一对相对动作部分的各个直接接触，由两端面大致垂直地承受一对相对动作部分碰撞时的压缩载荷。
根据本发明，制动器构件是硬度不同的至少2种构件相互粘合的组合构件，组合硬度高的构件的两端面，使得该两端面与一对相对动作部分的各个直接接触，由两端面垂直承受一对相对动作部分碰撞时的压缩载荷，由此在由于一对相对动作部分的碰撞使制动器构件夹于一对相对动作部分之间时，硬度高的构件承受压缩载荷F，产生高反作用力。在由于屈曲使硬度高的构件变形后，硬度高的构件产生的反作用力降低，但通过一对相对动作部分相互接近，硬度低的构件的压缩变形增在，作为硬度低的构件的弹性复原力的反作用力增大，从而使一对相对动作部分的相对移动停止。因此，通过构成制动器构件的硬度高的构件与硬度低的构件的互补效果，能够不加大夹于一对相对动作部分之间的制动器构件的尺寸，缩短机器人的相对动作部分的停止距离。
在上述机器人用停止装置上，具备：驱动一对相对动作部分的至少一方的伺服电机；以及控制伺服电机的电机控制装置，电机控制装置具备检测一对相对动作部分通过制动器构件进行碰撞时的冲击强度的冲击检测部，能够基于冲击检测部检测出的检测值控制伺服电机停止。
根据上述构成，由于控制伺服电机的电机控制装置具备检测一对相对动作部分通过制动器构件进行碰撞时产生的冲击强度的冲击检测部，所以，能够在早期阶段检测在冲突初期阶段产生的冲击强度，电机控制机构能够基于检测值尽早进行使伺服电机停止的处理。因此，能够防止在使伺服电机停止的时刻上产生延迟，能够在较短的停止距离内使相对动作部分停止。
能够将上述冲击检测部作为干扰预测观测器。另外，能够由作为橡胶或树脂的软质材料和作为金属的硬质材料构成上述制动器构件。
附图说明
通过对与附图关联的以下最佳实施方式的说明，将进一步明确本发明的上述以及其他的目的、特征及优点。图中：
图1是表示本发明涉及的机器人用停止装置的一个实施方式的主视图；
图2是表示本发明涉及的机器人用停止装置上使用的制动器构件的第1
实施方式的立体图；
图3A是图1所示的制动器构件的压缩前的剖视图；
图3B同样是图1所示的制动器构件的压缩后的剖视图；
图4是表示本发明涉及的机器人用停止装置上使用的制动器构件的第2
实施方式的立体图；
图5A是图4所示的制动器构件的压缩前的剖视图；
图5B同样是图4所示的制动器构件的压缩后的剖视图；
图6是表示本发明涉及的机器人用停止装置上使用的制动器构件的第3
实施方式的立体图；
图7A是图6所示的制动器构件的压缩前的剖视图；
图7B同样是图6所示的制动器构件的压缩后的剖视图；
图8是表示现有的机器人用停止装置的一例的主视图；
图9是图8所示的机器人用停止装置的侧视图；
图10A是表示可适用于图8所示的机器人用停止装置的制动器构件的一例的立体图；
图10B同样是表示可适用于图8所示机器人用停止装置的制动器构件的另外一例的立体图；
图10C同样表示可适用于图8所示的机器人用停止装置的制动器构件的另外一例的立体图；
图10D同样表示可适用于图8所示的机器人用停止装置的制动器构件的另外一例的立体图。
具体实施方式
以下根据附图详细说明本发明涉及的机器人用停止装置及其使用的制动器构件的最佳实施方式。图1是表示本发明涉及的机器人用停止装置的一个实施方式的主视图，图2及图3A、3B是表示图1所示的机器人用停止装置上使用的制动器构件的第1实施方式。另外，对与图8所示的现有的机器人用停止装置相同的构成部分付与相同符号。
本实施方式的机器人用停止装置1A在机械手3超过规定的动作范围进行动作时，通过与对方构件碰撞而使机械手3的动作停止，其具备：基座2；旋转自如地安装在基座2上的机械手3；作为驱动机械手3的驱动源的伺服电机4；控制机械手3的速度和位置的电机控制装置5；以及设于基座2的两侧(参照图9)，与进行旋旋转作的机械手3抵接，缓和碰撞时的冲击同时使机械手3的旋旋转作停止的制动器构件8。
作为一方的相对动作部分的基座2是固定在无图示的机器人的旋转自如的机体部并通过关节部旋转自如地支撑机械手3的部分。因此，基座2与机械手3相对地进行动作。
作为另一方的相对动作部分的棒状的机械手3的基端一侧通过关节部安装在基座2上，前端一侧通过无图示的关节部旋转自如地安装在另外的机械手上。因此，机械手3能够以基部一侧的旋转轴为旋转中心，如图9所示左右旋转。
伺服电机4具备：电机主体4a；以及作为检测电机主体4a的位置信息的位置检测器的未图示的编码器；其旋转轴通过减速机11与机械手3连接。伺服电机4通过齿轮传动机构等的减速机11，使转速减速并输出高转矩。
电机控制装置5具备：供给伺服电机4控制的电流的未图示的伺服放大器；通过伺服放大器与伺服电机相互电连接的未图示的电机控制部；以及作为冲击检测部的干扰预测观测器5a。
伺服放大器是由CPU、存储器、I/F等构成，基于电机控制部的指令控制伺服电机4。例如，在控制伺服电机4停止时，通过使速度指令为“0”，由反馈处理计算出的转矩指令(电流指令)成为向反方向驱动伺服电机4的指令，伺服电机4由规定的制动转矩减速并停止。
在电机控制部，通过共有的存储器将来自CPU的指令发送给数字伺服电路，反之，通过共有存储器将来自数字伺服电路的异常信号等发送给CPU。即：CPU和数字伺服电路能通过共有存储器而双向收发信息。
干扰预测观测器5a通过观测器从转矩指令中求得被伺服电机4驱动的机械手3与基座2碰撞。例如，观测器5a能够将伺服电机4的转矩变动作为干扰转矩，检测机械手3与基座2的碰撞，如果检测出碰撞，则输出警报，同时将速度指令置于“0”，使伺服电机4产生停止转矩。
制动器构件8设于基座2的两侧(在图1中仅图示一侧)，在机械手3由于误作动而超出动作范围(规定行程)时，通过使机械手3碰撞来停止机械手3的相对动作。
如图2所示，第1实施方式的制动器构件8的由橡胶构成的圆柱状的软质材料8a的周围是由硬质材料8b的金属包围覆盖。从压缩载荷F的作动方向看制动器构件8时，硬质材料8b配置为架设在制动器构件8的表面(一方的端面)12a与反面(另一方的端面)12b之间的状态。换言之，软质材料8a与硬质材料8b组合为：各个构件8a、8b的两端面12a、12b直接与基座2和机械手3分别接触，由两端面12a、12b大致垂直地承受机械手3的碰撞时的压缩载荷。在承受压缩载荷F时其边界面不剥离地按合软质材料8a与硬质材料8b。另外，也可以是软质材料8a与硬质材料8b一旦承受了压缩载荷后，从两构件的边界面剥离(参照图7B)。
如图3B所示，如果压缩载荷F作用于制动器构件8，最初是外侧的硬质材料8b显示较强反作用力，但随着压缩载荷F的增加，硬质材料8b逐渐屈曲，制动器构件8整体变形为桶状。硬质材料8b从最初没有变形的状态到刚开始有些变形时会产生最大的反作用力，其后变形量增大，对于压缩载荷F的反作用力变小。另一方面，由于软质材料8a载荷与变形量的关系为比例关系，所以压缩刚开始后反作用力小，但其后随着压缩载荷的增加，变形量增多，对于压缩载荷F的反作用力变大。
即：硬质材料8b是压缩刚开始后的反作用力大，另一方面，软质材料8a具有在压缩载荷F作用后反作用力逐渐变大的性质，通过组合这样的构件8a、8b构成制动器构件8，制动器构件8能够始终维持高反作用力，在机械手3与基座2碰撞时，能够缩短机械手3的停止距离。特别是由于在压缩刚开始后能得到高反作用力，由干扰预测观测器5a进行的检测碰撞的时刻早，能够在压缩刚开始后就使伺服电机4停止。
图4、图5A及图5B表示第2实施方式的制动器构件9。本实施方式的制动器构件9是硬质材料9b配置在制动器构件9的中心部，软质材料9a配置在制动器构件9的外周部，这点与第1实施方式的制动器构件8不同。由于其他的构成与第1实施方式同样，所以省略重复说明。
根据本实施方式的制动器构件9，由于硬质材料9b配置在制动器构件9的中心部，所以承受压缩载荷F的制动器构件9的端面的面积比第1实施方式的制动器构件8小，在承受压缩载荷F时易发生屈曲，在压缩刚开始后易于压跨。因此，提高缓和碰撞时的冲击的效果，能够使机械手3顺利停止。
图6、图7A及图7B表示第3实施方式的制动器构件10。本实施方式的制动器构件10为长方体形状，硬质材料10b覆盖软质材料10a的侧面和上面，这点与第1实施方式的制动器构件8不同。硬质材料10b为门形，是由一对腿部10b1、10b1和一对腿部10b1、10b1之间的板部10b2构成的。
如图7B所示，制动器构件10一旦承受压缩载荷后，硬质材料8b向外侧膨胀，从与软质材料8a的边界面剥离，成为主要由软质材料8a承受压缩载荷的状态。
本实施方式的制动器构件10的碰撞面完全被硬质材料覆盖，这在对方的面不是平面的场合能有效地发挥作用。由于其他的构成与第1实施方式同样，所以省略重复说明。
如上所述，由于本实施方式的机器人用停止装置1A具备组合了硬度不同的2种构件的制动器构件8～10，所以，在碰撞时的压缩刚开始后就能够产生高反作用力，能够在碰撞初期阶段进行停止控制。另外，通过硬质材料8b、9b、10b与软质材料8a、9a、10a的互补效果，能够从碰撞开始到停止为止维持高反作用力，能够缩短机械手3的停止距离。另外，能够不加大制动器构件的尺寸，而提供一种小型停止装置。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的要点的范围内实施变形。例如，也能够由硬度不同的3种或以上的构件阶梯地构成制动器构件。另外，还能够取代干扰预测观测器5a，用压电元件等的传感器作为检测机构。还能够将制动器构件作为加工中心、车削加工中心等的制动器使用。
以上关联本发明的最佳实施方式说明了本发明，但本领域技术人员应理解，可以不脱离后述的权利要求书所公开的范围进行各种修改及变更。

Claims (4)

1.一种机器人用停止装置(1A)，在一对相对动作部分(2，3)的至少一方设置制动器构件(8，9，10)，该制动器构件(8，9，10)在上述一对相对动作部分(2，3)碰撞时夹于该一对相对动作部分(2，3)之间，由此使该一对相对动作部分(2，3)的相对运动停止，其特征在于，
上述制动器构件(8，9，10)是硬度不同的至少2种构件(8a，8b，9a，9b，10a，10b)相互粘合的组合构件，组合硬度高的构件(8b，9b，10b)的两端面，使得该两端面与上述一对相对动作部分(2，3)的各个直接接触，并由上述两端面大致垂直地承受该一对相对动作部分(2，3)碰撞时的压缩载荷。
2.根据权利要求1所述的机器人用停止装置(1A)，其特征在于，
具备：驱动上述一对相对动作部分(2，3)的至少一方的伺服电机(4)；以及控制该伺服电机(4)的电机控制装置(5)，
该电机控制装置(5)具备检测上述一对相对动作部分(2，3)通过上述制动器构件(8，9，10)碰撞时的冲击强度的冲击检测部(5a)，基于该冲击检测部(5a)检测出的检测值控制上述伺服电机(4)的停止。
3.根据权利要求2所述的机器人用停止装置(1A)，其特征在于，
上述冲击检测部(5a)是干扰预测观测器。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的机器人用停止装置(1A)，其特征在于，
上述制动器构件(8，9，10)包括作为橡胶或树脂的软质材料(8a，9a，10a)和作为金属的硬质材料(8b，9b，10b)。
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