JP2004174696A - Power sensor overload protection device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットのマニピュレータやハンドなどに取り付けて用いる力センサの過負荷防止装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
汎用型産業用ロボットや、各種の機器に専用される産業用ロボットなどでは、各部位に力センサを仕込んで、ロボットが扱う対象物あるいは予定外の他者に及ぼす力を検出して力を調整しながら一連の動作をして目的の作業を行うものがある。特に、力制御による作業を行う組立作業用ロボットや人間型ロボットなど高級なロボットでは、手に対応するハンドあるいはマニピュレータが対象物に作用する力と対象物や他者から受ける反力の情報は制御を可能にするための重要な情報であるので、6軸力センサを組み込んで使用することが望まれる。
【0003】
力センサはショルダーやアームなどロボット本体に繋がる基盤部とエンドエフェクタの間に両者を結合するように設けられるものであるため、エンドエフェクタ自体の重量や慣性力に耐え、エンドエフェクタと対象物の作用力に耐え、さらに障害物などに衝突したときの衝撃力にも耐えるような頑丈な構造を持つ必要がある。そもそも力センサは、作用力による物理量変化、通常は部材の歪み、に基づいて計測するものであるので、感応部材に作用する部分の剛性が高ければ感度のよい計測ができない。したがって、頑丈な部材の変形に基づいて計測する場合は、測定分解能や測定精度については期待することができず、微弱な力や力の微細な変化などに感応する高い感度を備えることは困難である。
【0004】
そこで、特に測定精度を問題にする場合は多少華奢でも高感度のセンサを用いることになり、当然に故障しやすく保全補修に悩まされることになりがちである。力センサは高価であり、また、ロボットに組み込んで使用するものは交換に時間が掛かるので、できるだけ破損や故障を防ぎたい。一方、人間型ロボットや組立ロボットの作業環境では周囲の物品との干渉が発生しやすいので、ロボットに組み込んだ力センサは破損しやすいものである。こうした事情にもかかわらず、従前はロボットに用いる高精度な6軸力センサを的確に保護する保護機構は見当たらない。
【0005】
なお、過負荷保護装置として、アームとハンドの一方に設けた凸テーパ面を他方に設けた凹テーパ面に押し付けて固定する機構により所定量以上の変形が生じないようにする、いわゆるメカロックがある。メカロックは、センサの定格を遙かに越えた極めて大きな負荷に対しても十分対応することができる。しかし、製作精度に限界があるので、力センサが検出しようとする負荷近くで正確にロックしてセンサを保護し、特にセンサを再使用するときにも校正をする必要がない程に正確に保護対象負荷を設定することができない。したがって、メカロックを用いて保護しても、センサの機構は破損を免れるが、普通はセンサ校正マトリクスの再調整が必要となり、場合によってはひずみゲージが破損してオーバーホールが必要となる。
【0006】
また、特許文献1や特許文献2に開示されているように、ロボットのアームとハンドの間に介装して両者を固定し、必要なときにハンドをアームに対して動けるようにして、ワークの位置ずれを吸収するいわゆるツールフローティング装置がある。たとえば、特許文献1記載のハンドのフローティング装置は、アームに固定されるハウジング内に多数の剛球で支持される鍔を備えた中間移動部材を備え、この中間移動部材の内側に球面受け手段を介して回動部材を備えて、この回動部材にハンドを固定する構造を持つ。中間移動部材はハウジングに対してx方向とy方向に移動可能でかつハンドの軸の周りに回動可能である。また、回動部材は中間移動部材に対して中心の周りに回動する。さらに、回動部材に仕込まれたエア駆動ピストンにより位置決めボールをハウジングに設けられたボール受けのテーパ面に押し付ければ、ハンドをアームに対する所定の位置に固定することができる。
【0007】
特許文献1記載のフローティング装置を力センサ搭載のハンドに適用して、測定時にはフローティング装置の結合を解放してアームとハンドを力センサを介して結合し、過負荷が掛かったときなどにはフローティング装置を働かせてハンドをアームに固定して力センサを保護するように構成することが考えられる。しかし、このフローティング装置ではハンド側に空気圧駆動装置が設備されるため、ハンドの負荷が大きくなって力センサの感度を損ね、また加圧空気の印加時と解放時で負荷が変化するのでセンサの校正などに困難がある。さらに、フローティング装置の機構は複雑で、装置のコストを引き上げる要因となる。
【0008】
なお、特許文献2に記載のフローティング装置も、加圧空気で駆動してピストンを当たり面に密接させたり当たり面から浮かせて自由にするようにしたエアシリンダを組み込んだものである。このフローティング装置では6軸全てを解放することはできない。すなわち、一定以上の力が作用しても限定された軸だけしか解放することができない。したがって、6軸を全て保護しようとすればハンドなどエンドエフェクタの大型化を招き、力制御を複雑にするので好ましくない。また、ハンド側に複雑な空気圧式装置を備えるので、特許文献1記載のものと同様の困難がある。これらフローティング装置では、一定以上の力が作用したときに結合を解放する受動機構が用いられているが、力センサの保護には力センサの出力に基づいて、適当な負荷水準で能動的にアームとハンドを結合してセンサを保護するようにする必要がある。
【0009】
6軸力センサは、計測時には6軸全てが機構から解放されセンサ感圧部に作用力が印加され、このときには他の外力が作用しないようになっていることが好ましい。一方、センサ保護時にはハンドとアームが機構的に固定されセンサ感圧部には力が作用しないようにすることが必要である。このように、センサを保護するためにハンドとアームを固定するという技術的思想を持った保護装置は、従前は存在しなかった。力センサを保護することができない現状では、ロボットの動作サイクル中に発生しうる最大の作用力に耐えるようにセンサの測定レンジを選択する必要があるため、センサ部の大型化と測定感度の低下を招いている。
【0010】
【特許文献1】
特開平07−096487号公報
【特許文献2】
特開平07−051954号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、人間型ロボットや組み立て作業用ロボットなどの作業動作において、力センサが測定範囲以上の外力や過負荷によって破壊されることを防止する機構を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の力センサ過負荷保護装置は、マニピュレータにおけるアームとエンドエフェクタの間に設置して使用する力センサに適用するものであって、アームに駆動部を固定された能動係合部材とエンドエフェクタに固定された受動係合部材を備えて、能動係合部材を駆動して受動係合部材に係合させることによりアームとエフェクタの間を固定し、係合を解除することにより力センサが作動するようにしたことを特徴とする。
【0013】
本発明の力センサ過負荷保護装置によれば、測定時にはアームとエンドエフェクタの結合を解除して、エンドエフェクタに掛かる反力が直接に力センサに作用するようにするので力計測精度が向上し、センサ保護時にはエンドエフェクタはアームに固定されて、力センサにはエンドエフェクタからの力が伝達しないので、外部から不測の大きな力が作用してもセンサは完全に保護される。また、エンドエフェクタ側に設ける力センサ過負荷保護装置の部品は受動的なものであるため、バネや空気圧を用いた機構とは異なり、係合を解除したときは余分な力を発生せず力計測に悪い影響を及ぼさないのでセンサの有する測定精度を確保することができる。
【0014】
また、本発明の力センサ過負荷保護装置は、能動係合部材が回転軸芯からの距離が異なる外縁を有する偏芯形状の円板を先端に固定した複数の爪付き回転ロッドであって、一方、受動係合部材がその円板の回転軸芯からの距離が大きな外縁部分を押し当てて係合する凹みを有する受け材であって、これらの能動係合部材と受動係合部材から構成されていてもよい。偏芯円板は出力が小さい簡単な駆動機構でも容易に回転させることができ、また、凹みの最奥部に偏芯円板の爪を押しつけることにより、アームとエンドエフェクタを確実に固定状態に結合することができる。
【0015】
なお、爪付き回転ロッドは、偶数個備えて、互いに逆方向に回転するペアを単位として受動係合部材に対して動作モーメントが互いに打ち消されるように配置することが好ましい。回転ロッドを同じ方向に回転させると、エンドエフェクタが同じ方向に回転駆動されるので、ロボットハンドとして有効な働きをしなくなる虞があるが、回転ロッドを対ごとにそれぞれ反対方向に回転させれば、回転を相殺してエンドエフェクタを静止させることができる。
【0016】
また、爪付き回転ロッドの回転軸はアームとエンドエフェクタの軸と平行な方向に配置され、受け材の係合凹みはアームとエンドエフェクタの軸に平行な面に形成されていることが好ましい。係合凹み面と回転ロッドの爪が垂直に作用させて、作用力をアーム・エンドエフェクタ軸に垂直にすることによって、エンドエフェクタに対して中立な作用を及ぼすようにして、エンドエフェクタを意図しない方向に動かさないようにすることができる。
【0017】
さらに、係合凹みは受け材の内側にアームとエンドエフェクタの軸に向けて設けられ、爪付き回転ロッドは係合凹みの内側に設けられ駆動されると偏芯形状の円板を外側に押し当てて固定されるようにしてもよい。また、係合凹みは受け材の外側に向けて設けられ、複数の爪付き回転ロッドは係合凹みの外側に設けられ駆動されると偏芯形状の円板を内側に向けて押し当てて固定されるようにしてもよい。なお、爪付き回転ロッドが受け材の内側と外側に設けられ、係合凹みが受け材の内側と外側の両面に設けられて、内側の回転ロッドと外側の回転ロッドが受け材を挟むようにして固定するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0018】
さらに、能動係合部材が、鍔を持った芯側ロッドと当たり面を持った鞘側ロッドを備えて、芯側ロッドと鞘側ロッドが互いに逆方向に駆動されるようにした複数の伸縮ロッドであって、受動係合部材が、伸縮ロッドの芯側ロッドが通る穴を有しその穴の周囲に鍔と当たり面で挟み込む受け部を備え、伸縮ロッドが駆動されると伸縮ロッドが受動係合部材の受け部と係合して、アームとエンドエフェクタの間を固定するような構造であってもよい。伸縮ロッドを用いた構造では、係合部材を回転させる力が働かないため力をバランスさせるための複雑な構造を必要としない。
【0019】
また、能動係合部材が、一端を固定し他端に押し引きするアクチュエータを備えるベルトであって、受動係合部材がそのベルトと係合する受け部であってもよい。ベルトがアクチュエータによって引っ張られると受け部と係合してアームとエフェクタの間を固定することができる。ベルトはエンドエフェクタの軸の周りを当分に分割した位置に配置することが好ましい。ベルトで締め付ける装置は極めて簡易な構造で製作できる。
なお、本発明の力センサ過負荷保護装置では、力センサの出力に基づいて過負荷状態を検出したときに能動係合部材を駆動して、力センサを保護するようにすることができる。力センサの測定値に基づいて作動させるようにすれば、力センサの可測範囲中の危険予防に適当な負荷が検出されたときに直ちに保護動作を取ることができるので、力センサは極めて安全に保護でき、センサ部の破損の心配がないばかりでなく、保護状態が解除されたときに再度校正作業を行う必要もない。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明の力センサ過負荷保護装置を詳細に説明する。本発明の過負荷保護装置は、アームとハンドの間に過大な力が掛かるときに、アームとハンドの間を固定的に結合して力センサを保護する装置である。
【0021】
【実施例1】
図1は第1の実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図、図2から図4はそれぞれ係止機構の例を示す説明図である。
【0022】
本実施例の過負荷保護装置は、アーム1とハンド2の間に6軸の力センサ3が介装されている。アーム1と力センサ3はそれぞれアーム用取付基盤4の表裏に固定され、力センサ3とハンド2はもう1枚のハンド用取付基盤5の表裏に固定されている。アーム用取付基盤4の外周部には円盤状の鍔6が設けられ、鍔6の上に複数の回転モータ7が適当な間隔で固設されている。回転モータ7は回転ロッド8を回転駆動する。回転ロッド8の先端には偏芯形状の円板9が固定されている。さらに、ハンド用取付基盤5の外周部には、内側に楔形の凹み11を形成したリング10が下向きに固定されている。なお、回転ロッド8を回転させる回転モータとして、電気式の回転モータに代えて空気駆動のロータリアクチュエータなどを使用することもできることはいうまでもない。
【0023】
図2に示すように、偏芯円板9は、回転ロッド8の軸心から外周までの距離が回転角度によって異なっている。初めはリング10の内面から離れていた偏芯円板9の外周12が、回転ロッド8が回動するにつれてリング10の内面に近づき、やがて楔形凹み11の表面に当たる。さらに、回転ロッド8が回転すると、楔形凹み11が垂直方向に引かれて偏芯円板9の先端が凹みの最奥部13に納まる位置まで移動する。複数の回転ロッド8が同時に作動して、それぞれ楔形凹み11の位置を調整し偏芯円板9の先端が最奥部13に突っ張るようになるので、アーム1とハンド2は互いに位置変化しないように固定される。したがって、力センサ3には応力が作用しなくなり、過負荷から完全に保護される。なお、図2に点線で表した曲線はリング10の内側稜線14である。
【0024】
また、回転ロッド8を反対方向に駆動し偏芯円板9の先端をリング10から離して、ハンド2とアーム1が力センサ3を介して結合されるようにすると、力センサ3が作動してハンド2に掛かる6軸の力を測定することができる。測定状態においては、ハンド2に繋がる部分に付加される余分な部品は殆どリング10のみである。このリング10は比較的軽量で駆動機構が付帯せず受動的な要素であるから、反力の測定に対して強く干渉しない。
【0025】
なお、本実施例の力センサ過負荷保護装置では、力センサ3の出力に基づいて過負荷状態を検出したときに回転モータ7を駆動して、力センサ3を保護することができる。力センサ3の測定値に基づいて作動させるようにすれば、力センサ3の可測範囲中の適当な負荷が検出されたときに直ちに保護動作を取ることができるので、力センサ3は比較的低い力の設定水準で保護できるため極めて安全で、センサ部の破損の心配がないばかりでなく、保護状態が解除されたときに再度校正作業を行う必要もない。
【0026】
偶数個の回転ロッド8を設備して、1対ずつ互いに反対方向に回転付勢するようにすると、リング10の内側の凹み11に偏芯円板9を押し付けてハンド2を固定するときにハンド2に不用な回転モーメントが発生せず、力センサ3に影響を与えない。
【0027】
なお、回転ロッド8は、図2に示したようにリング10の内側に配置してもよいが、さらに図3に示したように、リング10の外側に配置してもよい。回転ロッド8をリング10の外側に配置するときは、楔形凹みはリング10の外側に形成して、偏芯円板9は外側から凹みの最奥部13に押圧してハンド2を一定の位置に固定するようにする。また、図4に示すように、回転ロッド8はリング10の外側と内側にペアとして設けて、両側からリング10を挟むように押圧するようにしてもよい。
【0028】
本実施例の力センサ過負荷保護装置によれば、通常の計測時にはバネ力や配管の突っ張り力など余分な力が掛かることなく正確な力を検知することができ、かつ力センサを保護するときにはアームとハンドを固定化して作用力が力センサに及ばないようにすることができる。また、保護する過負荷水準は力センサの計測結果を用いて正確に決めることができるので、センサの破損を確実に防止することができる。さらに、力センサの測定レンジを計測を必要とするレベルに適合した範囲に選択することにより、センサ感度を高め、計測精度を大幅に向上させることができる。
【0029】
また、本実施例の過負荷保護装置では、偏芯円板や楔形凹みなどが摩耗しても、回転角度を調整すれば、完全な固定状態を保証することができる。なお、本実施例の過負荷保護装置は、先端側にアーク溶接トーチなどのエンドエフェクタを取り付けて、アームに固定して使用するようにすることができる。このような使用方法では、エンドエフェクタに不測の外力が発生したときにアームとの結合を切断することにより、ロボットアームやエンドエフェクタの深刻な破損を防止することができる。
【0030】
【実施例2】
図5は第2の実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図である。本実施例は、係止部品として、回転ロッドに代えて伸縮ロッドを使用したものである。本実施例の過負荷保護装置は、第1実施例と同様、アーム21とハンド22の間に6軸の力センサ23が介装されている。アーム21と力センサ23はそれぞれアーム用取付基盤25の表裏に固定され、力センサ23とハンド22はもう1枚のハンド用取付基盤24の表裏に固定されている。アーム用取付基盤25の外周部には円筒状をして下端部に鍔を持ったスカート26が設けられ、スカート26の鍔の上に複数の伸縮ロッド27が適当な間隔で固設されている。伸縮ロッド27は、芯側ロッド28と鞘側ロッド29を備える。
【0031】
芯側ロッド28には先端に鍔が取り付けられていて、鍔の下側に軸方向に径が小さくなるテーパ面30が形成されている。また鞘側ロッド29は上端に外側に広がるテーパ面31が形成されている。ハンド用取付基盤24とアーム用取付基盤25には、各伸縮ロッド27の位置ごとにそれぞれ、芯側ロッド28が貫通する穴32と鞘側ロッド29が貫通する穴33が設けられている。ハンド用取付基盤24の貫通穴32の上側の縁には芯側ロッド28の下向きのテーパ面30が接合するテーパ面34が形成され、下側の縁には鞘側ロッド29の上向きのテーパ面31が接合するテーパ面35が形成されている。
【0032】
芯側ロッド28と鞘側ロッド29は、それぞれ上下方向に駆動する芯側アクチュエータ36と鞘側アクチュエータ37を備え、これらアクチュエータ36,37はスカート26の下端に設けられた鍔38の上に固設される。アクチュエータは、流体駆動のシリンダやネジを用いた回転駆動装置など、任意の直線駆動装置を利用することができる。芯側ロッド28と鞘側ロッド29は互いに反対の方向に駆動される。ロッド28,29のテーパ面30,31がハンド用取付基盤24のテーパ面34,35から離れるようにして、力センサ23が力を計測する。また、ロッド28,29を互いに逆方向に駆動してテーパ面30,31の距離を縮めてハンド用取付基盤24を挟み込むことにより、ハンド22をアーム21に固定して力センサ23に大きな力が作用しないように保護する。
【0033】
本実施例の力センサ過負荷保護装置では、芯側ロッド28と鞘側ロッド29を互いに逆方向に伸縮させるためハンド22に余分な動作力を与えず、また軸に平行な方向に駆動するため余分な動作モーメントを与えない。また、ハンド側には受動的な要素のみ含まれ、アクチュエータなどの能動的要素は全てアーム側に配置するため、力センサ3による力計測は正確に行われる。なお、テーパ面30,31,34,35はそれぞれ対応するもの同士が適合すればよいので、円錐状、角錐状、球状など任意の形状を選択することができる。また、テーパ面が摩耗しても、伸縮ストロークを調整することにより、当初の機能を確保することができる。
【0034】
【実施例3】
図6は第3の実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図、図7はその斜視図である。本実施例は、係止部品としてバンドを用いたものである。本実施例の過負荷保護装置は、アーム41とハンド42の間に6軸の力センサ43が介装されている。アーム41と力センサ43はそれぞれアーム用取付基盤44の表裏に固定され、力センサ43とハンド42はハンド用取付基盤45の表裏に固定される。ハンド用取付基盤45はハンド42を囲むテープ巻付円筒46が設けられ、アーム用取付基盤44の外周部にはテープ巻付円筒46の高さまであるテープ支持円筒47が設けられている。
【0035】
テープ支持円筒47の内側にはテープ端支持具48とアクチュエータ49が設けられ、両者の間にテープ50が渡されている。テープ50はテープ端支持具48に一端を固定され、テープ巻付円筒46を巻いて、もう一端をアクチュエータ49に係合して、アクチュエータ49により巻き上げたり緩めたりできるようになっている。テープ50は複数テープ巻付円筒46に巻き付けて、アーム41とハンド42を固定して力センサ43を保護する時に力の不均衡が生じないようにする。テープ50は複数を等間隔にできれば1対ずつ対称の位置に配置することがより好ましい。アクチュエータ49は電気モータやエアシリンダなどを利用して構成することができる。また、アクチュエータ49の発生力により固定時の剛性が調整できる。なお、テープ50は、スチールテープやゴムテープなどであってよく、また紐であってもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の力センサ過負荷保護装置により、通常の力計測時にはバネ力や空気圧や配管の剛性など余分な力を与えることなく、力センサ保護時には外部からの作用力を遮断して、安全を確保することができるので、人間型ロボットや組立作業用ロボットに使用する力センサが過負荷や異常外力により破損することを防止することができる。特に、力センサの測定結果を利用して能動的に外力を遮断するようにすれば、力センサの計測範囲を必要な範囲に限定することができ、センサの感度を高めて精度の高い測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図である。
【図2】第1実施例に使用する係止機構の例を示す説明図である。
【図3】第1実施例に使用する係止機構の別例を示す説明図である。
【図4】第1実施例に使用する係止機構のさらに別の例を示す説明図である。
【図5】本発明の第2実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図である。
【図6】本発明の第3実施例に係る力センサ過負荷保護装置を説明する一部断面図である。
【図7】第3実施例の力センサ過負荷保護装置を説明する斜視図である。
【符号の説明】
1 ロボットアーム
2 ロボットハンド
3 力センサ
4 アーム用取付基盤
5 ハンド用取付基盤
6 円盤状の鍔
7 回転モータ
8 回転ロッド
9 偏芯形状の円板
10 リング
11 楔形の凹み
12 偏芯円板の外周
13 最奥部
14 リングの内側稜線
21 アーム21
22 ハンド
23 力センサ
24 ハンド用取付基盤
25 アーム用取付基盤
26 スカート
27 伸縮ロッド
28 芯側ロッド
29 鞘側ロッド
30、31,34,35 テーパ面
32 芯側ロッド貫通穴
33 鞘側ロッド貫通穴
36 芯側アクチュエータ
37 鞘側アクチュエータ
38 鍔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an overload prevention device for a force sensor used by being attached to a manipulator or a hand of an industrial robot.
[0002]
[Prior art]
For general-purpose industrial robots and industrial robots dedicated to various types of equipment, force sensors are installed in each part to detect and adjust the force applied to the object handled by the robot or unscheduled others. While performing a series of operations, a target operation is performed. In particular, in high-end robots such as assembly robots and humanoid robots that perform work by force control, information on the force acting on the target by the hand or manipulator corresponding to the hand and the reaction force received from the target and others is controlled. Therefore, it is desirable to incorporate and use a six-axis force sensor.
[0003]
Since the force sensor is provided between the base and the end effector that connects to the robot body, such as a shoulder and an arm, the end sensor can withstand the weight and inertia force of the end effector itself, and the action of the end effector and the object It is necessary to have a strong structure that can withstand the force and also withstand the impact force when colliding with an obstacle or the like. In the first place, the force sensor measures based on a change in a physical quantity due to an acting force, usually distortion of a member. Therefore, if the rigidity of a portion acting on the sensitive member is high, measurement with high sensitivity cannot be performed. Therefore, when measuring based on the deformation of a sturdy member, it is difficult to provide high sensitivity that is sensitive to weak forces or minute changes in force, because measurement resolution and measurement accuracy cannot be expected. is there.
[0004]
Therefore, especially when the measurement accuracy is a problem, a highly delicate sensor is used even if it is somewhat delicate, and it is naturally easy to break down and tends to suffer from maintenance and repair. Since the force sensor is expensive, and the one used by being incorporated into the robot takes a long time to replace, it is desirable to prevent breakage and failure as much as possible. On the other hand, in the working environment of a humanoid robot or an assembly robot, interference with surrounding articles is likely to occur, so that a force sensor incorporated in the robot is easily damaged. Despite these circumstances, no protection mechanism has been previously found that accurately protects a high-precision six-axis force sensor used in a robot.
[0005]
Note that as an overload protection device, there is a so-called mechanical lock that prevents a deformation of a predetermined amount or more from occurring by a mechanism that presses and fixes a convex tapered surface provided on one of an arm and a hand to a concave tapered surface provided on the other. . The mecha lock can sufficiently cope with an extremely large load far exceeding the rating of the sensor. However, due to limited manufacturing accuracy, the force sensor locks accurately near the load to be detected to protect the sensor and protects it so accurately that it does not need to be calibrated, especially when reusing the sensor. The target load cannot be set. Therefore, even if protection is performed using a mechanical lock, the sensor mechanism is not damaged, but usually the sensor calibration matrix needs to be readjusted, and in some cases, the strain gauge is damaged and overhaul is required.
[0006]
Further, as disclosed in Patent Literature 1 and
[0007]
The floating device described in Patent Document 1 is applied to a hand equipped with a force sensor. When measurement is performed, the connection of the floating device is released, the arm and the hand are connected via a force sensor, and when an overload is applied, the floating device is floated. It is conceivable that the apparatus is operated to fix the hand to the arm to protect the force sensor. However, in this floating device, a pneumatic drive device is installed on the hand side, so that the load on the hand increases and the sensitivity of the force sensor is impaired, and the load changes when applying and releasing the pressurized air. Difficulty in calibration. In addition, the mechanism of the floating device is complicated, which increases the cost of the device.
[0008]
The floating device described in
[0009]
In the six-axis force sensor, it is preferable that all the six axes are released from the mechanism during measurement and an acting force is applied to the sensor pressure-sensitive portion, and at this time, no other external force acts. On the other hand, when the sensor is protected, it is necessary that the hand and the arm are mechanically fixed so that no force acts on the sensor pressure sensing portion. As described above, a protection device having the technical idea of fixing the hand and the arm to protect the sensor has not existed before. In the current situation where the force sensor cannot be protected, it is necessary to select the measurement range of the sensor so that it can withstand the maximum acting force that can occur during the robot's operation cycle. Has been invited.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-096487 [Patent Document 2]
JP-A-07-051954
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a mechanism for preventing a force sensor from being destroyed by an external force or an overload exceeding a measurement range in a work operation of a humanoid robot or an assembly work robot. It is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The force sensor overload protection device according to the present invention is applied to a force sensor installed and used between an arm and an end effector in a manipulator, and includes an active engagement member having a drive unit fixed to the arm and an end effector. A passive engagement member fixed to the arm, the active sensor is driven to engage with the passive engagement member, thereby fixing between the arm and the effector, and the force sensor is activated by releasing the engagement. It is characterized by doing so.
[0013]
According to the force sensor overload protection device of the present invention, at the time of measurement, the arm and the end effector are disengaged from each other, and the reaction force applied to the end effector directly acts on the force sensor, so that the force measurement accuracy is improved. When the sensor is protected, the end effector is fixed to the arm, and no force from the end effector is transmitted to the force sensor, so that the sensor is completely protected even if an unexpected large force acts from the outside. Also, since the component of the force sensor overload protection device provided on the end effector side is passive, unlike a mechanism using a spring or air pressure, no extra force is generated when the engagement is released Since the measurement is not adversely affected, the measurement accuracy of the sensor can be secured.
[0014]
Further, the force sensor overload protection device of the present invention is a plurality of claw-equipped rotating rods in which an active engaging member is fixed at its tip to an eccentric disk having an outer edge whose distance from the rotation axis is different, On the other hand, the passive engaging member is a receiving member having a recess which presses and engages an outer edge portion of the disk whose distance from the rotation axis is large, and comprises a passive engaging member and an active engaging member. It may be. The eccentric disk can be easily rotated by a simple drive mechanism with small output, and the arm and end effector are securely fixed by pressing the eccentric disk claw to the deepest part of the recess. Can be combined.
[0015]
It is preferable that an even number of the claw-equipped rotating rods are provided and arranged so that the operating moments of the passive engagement members are canceled out by a pair rotating in opposite directions. When the rotating rod is rotated in the same direction, the end effector is driven to rotate in the same direction, so that there is a possibility that the end effector does not work effectively as a robot hand, but if the rotating rod is rotated in the opposite direction for each pair, , The end effector can be stopped by canceling the rotation.
[0016]
Further, it is preferable that the rotation axis of the rotary rod with claws is arranged in a direction parallel to the axis of the arm and the end effector, and the engagement recess of the receiving member is formed on a surface parallel to the axis of the arm and the end effector. By making the engaging concave surface and the rotating rod claw act perpendicularly to make the acting force perpendicular to the arm end effector axis, a neutral effect is exerted on the end effector, and the end effector is not intended It can be prevented from moving in the direction.
[0017]
Further, the engaging dent is provided inside the receiving member toward the axis of the arm and the end effector, and the rotating rod with the claw is provided inside the engaging dent and pushes the eccentric disk outward when driven. You may make it contact and fix. In addition, the engaging dent is provided toward the outside of the receiving material, and the plurality of rotary rods with claws are provided outside the engaging dent, and when driven, press the eccentric disk toward the inside and fix it. May be performed. In addition, the rotating rods with claws are provided on the inside and outside of the receiving material, and the engagement recesses are provided on both the inside and outside surfaces of the receiving material, and the inner rotating rod and the outer rotating rod are fixed so as to sandwich the receiving material. It goes without saying that it may be possible to do so.
[0018]
Further, a plurality of telescoping rods in which the active engaging member includes a core rod having a flange and a sheath rod having a contact surface, and the core rod and the sheath rod are driven in opposite directions to each other. Wherein the passive engagement member has a hole through which the core rod of the telescopic rod passes, and a receiving portion which is sandwiched between the hole by a flange and a contact surface, and when the telescopic rod is driven, the telescopic rod is passively engaged. A structure that engages with the receiving portion of the joining member to fix the space between the arm and the end effector may be employed. In the structure using the telescopic rod, a complicated structure for balancing the force is not required because the force for rotating the engagement member does not work.
[0019]
Further, the active engagement member may be a belt having an actuator that fixes one end and pushes and pulls the other end, and the passive engagement member may be a receiving portion that engages with the belt. When the belt is pulled by the actuator, the belt can be engaged with the receiving portion to fix the arm and the effector. It is preferable that the belt be disposed at a position where the belt is divided around the axis of the end effector. The belt fastening device can be manufactured with an extremely simple structure.
In the force sensor overload protection device of the present invention, the active engagement member can be driven when the overload state is detected based on the output of the force sensor to protect the force sensor. Activating based on the measured value of the force sensor enables the protective action to be taken immediately when a load suitable for preventing danger in the measurable range of the force sensor is detected, so that the force sensor is extremely safe. Not only does the sensor section not need to be damaged, and there is no need to perform calibration again when the protection state is released.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the force sensor overload protection device of the present invention will be described in detail using embodiments. The overload protection device according to the present invention is a device that protects a force sensor by fixedly connecting the arm and the hand when an excessive force is applied between the arm and the hand.
[0021]
Embodiment 1
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a first embodiment, and FIGS. 2 to 4 are explanatory diagrams each illustrating an example of a locking mechanism.
[0022]
In the overload protection device of the present embodiment, a six-
[0023]
As shown in FIG. 2, in the
[0024]
When the
[0025]
In the force sensor overload protection device according to the present embodiment, when the overload state is detected based on the output of the
[0026]
By equipping an even number of
[0027]
The
[0028]
According to the force sensor overload protection device of the present embodiment, it is possible to detect an accurate force without applying an extra force such as a spring force or a pipe tension force during normal measurement, and when protecting the force sensor. The arm and the hand can be fixed so that the acting force does not reach the force sensor. Further, the overload level to be protected can be accurately determined by using the measurement result of the force sensor, so that damage to the sensor can be reliably prevented. Further, by selecting the measurement range of the force sensor to a range suitable for a level requiring measurement, the sensitivity of the sensor can be increased, and the measurement accuracy can be greatly improved.
[0029]
Further, in the overload protection device according to the present embodiment, even if the eccentric disk or the wedge-shaped recess is worn, by adjusting the rotation angle, a completely fixed state can be guaranteed. Note that the overload protection device of the present embodiment can be used by fixing an end effector such as an arc welding torch on the distal end side and fixing the end effector to the arm. In such a method of use, severe breakage of the robot arm or the end effector can be prevented by disconnecting the end effector from the arm when an unexpected external force is generated.
[0030]
FIG. 5 is a partial sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a second embodiment. In this embodiment, a telescopic rod is used in place of a rotating rod as a locking component. In the overload protection device of the present embodiment, similarly to the first embodiment, a six-
[0031]
A flange is attached to the tip of the
[0032]
The
[0033]
In the force sensor overload protection device of the present embodiment, the core-
[0034]
FIG. 6 is a partial sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a third embodiment, and FIG. 7 is a perspective view thereof. In this embodiment, a band is used as a locking component. In the overload protection device of this embodiment, a six-
[0035]
A
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the force sensor overload protection device of the present invention does not apply extra force such as spring force, air pressure, or piping rigidity during normal force measurement, and shuts off external acting force when protecting the force sensor. As a result, safety can be ensured, so that a force sensor used for a humanoid robot or an assembly robot can be prevented from being damaged by overload or abnormal external force. In particular, if the external force is actively shut off using the measurement result of the force sensor, the measurement range of the force sensor can be limited to the required range, and the sensitivity of the sensor can be increased to achieve highly accurate measurement. Will be possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a locking mechanism used in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view showing another example of the locking mechanism used in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing still another example of the locking mechanism used in the first embodiment.
FIG. 5 is a partial sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial sectional view illustrating a force sensor overload protection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a force sensor overload protection device according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1
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