JP2009061541A - Overload detecting mechanism and industrial robot equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業用ロボットに使用され、特にエンドエフェクタなどを駆動する回転軸の過負荷を検出する過負荷検出機構に関する。 The present invention relates to an overload detection mechanism that is used in an industrial robot, and particularly detects an overload of a rotary shaft that drives an end effector and the like.
従来の産業用ロボットでは、エンドエフェクタに負荷力(外力)がかかったときの過負荷検出において、エンドエフェクタに過負荷検出器を内蔵することがある。この場合、前記エンドエフェクタに対する保護としては有効であるが、エンドエフェクタを駆動する回転軸に対しての過負荷検出は正しく行なえない。また、このほか一般的な方法として、ロボットの各軸を駆動するモータから検出される電圧値をロボットのコントローラが監視することによって制御的に過負荷検出を行なっている。この場合、各軸を駆動するモータ自身が電圧値過負荷検出に使用されるため、本来、駆動部である回転軸の保護に必要な各軸の負荷力の正確さは、不確定要素を含む制御の演算式に依存することになる。そこでロボットの各軸の回転軸自体の過負荷検出が可能であるとともに、上記のような演算式の計算をなるべく含まない負荷検出方法が必要となっている。 In a conventional industrial robot, an overload detector may be built in the end effector when detecting an overload when a load force (external force) is applied to the end effector. In this case, it is effective as protection for the end effector, but overload detection cannot be correctly performed on the rotating shaft that drives the end effector. In addition, as a general method, overload detection is performed in a control manner by monitoring a voltage value detected from a motor that drives each axis of the robot by a controller of the robot. In this case, since the motor itself that drives each axis is used for voltage value overload detection, the accuracy of the load force of each axis that is inherently necessary for protecting the rotating shaft that is the drive unit includes an uncertain element. It depends on the control equation. Therefore, there is a need for a load detection method that can detect the overload of the rotation axis itself of each axis of the robot and that does not include calculation of the above-described arithmetic expressions as much as possible.
ところが、従来の産業用ロボット過負荷検出では、ロボットの各軸に過負荷検出器が備わっていないため、ロボット各軸に対しての過負荷検出が正しく行なえない、あるいは、各軸の駆動モータからの検出値を用いているため、各軸の出力側への負荷力の検出は不確定要素を含む制御演算式に依存し、検出精度が良くない、という問題点がある。
そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを課題とする。
However, in conventional industrial robot overload detection, each axis of the robot is not equipped with an overload detector, so overload detection for each axis of the robot cannot be performed correctly, or from the drive motor of each axis. Therefore, there is a problem that detection of load force on the output side of each axis depends on a control arithmetic expression including an uncertain element and detection accuracy is not good.
Then, this invention makes it a subject to solve said problem.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1記載の発明は、可動部の回転軸にかかる過負荷を検出する過負荷検出機構において、テーパ形状の歯車で互いにかみ合う第一および第二の歯車と、前記第一の歯車が周囲に嵌合されるとともに、該第一の歯車を軸方向に摺動可能に保持して、該第一の歯車とともに回転する前記回転軸と、前記第一と第二の歯車のバックラッシを除去するよう前記第一の歯車を前記第二の歯車の方へ付勢する付勢手段と、前記第一の歯車の外周に保持された軸受と、前記軸受の外周に保持された移動板と、前記移動板の前記軸方向に沿った移動を検出可能なセンサと、を備える過負荷検出機構とするものである。
請求項2記載の発明は、前記付勢手段が、コイルバネである請求項1記載の過負荷検出機構とするものである。
請求項3記載の発明は、前記付勢手段が、皿バネである請求項1記載の過負荷検出機構とするものである。
請求項4記載の発明は、前記センサが、前記移動板と接触することによって信号を出力するスイッチ式のセンサである請求項1記載の過負荷検出機構とするものである。
請求項5記載の発明は、前記センサが、前記移動板と接触することなく前記移動板の前記軸方向に沿った移動を検出可能な非接触式のセンサである請求項1記載の過負荷検出機構とするものである。
請求項6記載の発明は、前記センサが、前記移動板の前記軸方向に沿った移動を無段階に検出可能なセンサである請求項1記載の過負荷検出機構とするものである。
請求項7記載の発明は、請求項1乃至5いずれかに記載の過負荷検出機構を備えた産業用ロボットとするものである。
請求項8記載の発明は、請求項6記載の過負荷検出機構を備えた産業用ロボットとするものである。
請求項9記載の発明は、前記産業用ロボットのコントローラが、前記センサの出力から、前記第一の歯車に作用する前記軸方向の力、及び前記回転軸の回転トルクを演算することにより、前記回転軸のフィードバック制御が行われる請求項8記載の産業用ロボットとするものである。
請求項10記載の発明は、前記産業用ロボットのコントローラが、前記センサの初期の検出値を記憶し、前記初期の検出値と現在の前記センサの検出値とを比較することにより、前記付勢手段の経年変化を判断するこ請求項8記載の産業用ロボットとするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to a first aspect of the present invention, in the overload detection mechanism for detecting an overload applied to the rotating shaft of the movable portion, the first and second gears meshed with each other by the tapered gear, and the first gear is arranged around the periphery. The first gear is fitted and slidably held in the axial direction so as to remove the backlash between the rotating shaft rotating with the first gear and the first and second gears. Biasing means for urging the first gear toward the second gear, a bearing held on the outer circumference of the first gear, a moving plate held on the outer circumference of the bearing, and the movement An overload detection mechanism comprising: a sensor capable of detecting movement of the plate along the axial direction.
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 8 is an industrial robot provided with the overload detection mechanism according to
In the invention according to
In the invention according to claim 10, the controller of the industrial robot stores the initial detection value of the sensor, and compares the initial detection value with the current detection value of the sensor, thereby 9. The industrial robot according to claim 8, wherein the secular change of the means is judged.
本発明によれば、可動部の回転軸にかかる過負荷を検出する過負荷検出機構において、回転軸にモータなどの回転力を伝達する第一及び第二の歯車の形状をテーパ形状に構成し、これら二つの歯車のバックラッシを除去するよう付勢手段を備えると共に第一の歯車を回転軸に沿って摺動可能に保持したので、回転軸の過負荷時に第一の歯車に回転軸方向の力が発生し、その軸方向の力によって移動する第一の歯車によってセンサを作動させる構成をしていることから、歯車に発生する軸力、回転トルクおよびバネのバネ定数とバネ変位量の関係から、出力側の負荷トルクを検知してスイッチを作動させることが可能となり、過負荷検出による機構部保護が可能になるという効果がある。
なお、バネ変位量の変化、すなわちスイッチ板の移動量変化を無段階に検出可能なセンサをスイッチの代わりに用いることで、出力側の負荷トルク変化を検出することが可能になることから、この検出値を利用して出力軸のトルク制御を行なうことができる。
また、出力軸に静的負荷を与えた時のセンサ検出値の初期値を予め求めておくことにより、長期間使用後のバネ特性経年変化を確認することができ、バネの性能劣化による交換時期などを容易に知ることができる。
さらに付勢手段にはコイルバネのみならず弾性変形体の特性を利用した、例えば、皿バネなど、変形量または変位量と発生力の関係を定量的に求めることができるものであればあらゆるものが適用可能であり、装置の大きさや検出値の範囲および感度を考慮して選択することができる。
According to the present invention, in the overload detection mechanism for detecting an overload applied to the rotating shaft of the movable part, the first and second gears that transmit the rotational force of the motor or the like to the rotating shaft are configured in a tapered shape. Since the first gear is slidably held along the rotating shaft and the first gear is slidably held along the rotating shaft so as to remove the backlash of these two gears, the first gear is rotated in the rotating shaft direction when the rotating shaft is overloaded. Since the force is generated and the sensor is operated by the first gear that moves by the axial force, the relationship between the axial force generated in the gear, the rotational torque, the spring constant of the spring, and the amount of spring displacement Therefore, it is possible to detect the load torque on the output side and operate the switch, and there is an effect that the mechanism part can be protected by detecting overload.
In addition, since it is possible to detect a change in load torque on the output side by using a sensor that can detect a change in spring displacement, that is, a change in movement of the switch plate in a stepless manner, this change can be detected. Torque control of the output shaft can be performed using the detected value.
In addition, by pre-determining the initial value of the sensor detection value when a static load is applied to the output shaft, it is possible to check the secular change of the spring characteristics after long-term use. Etc. can be easily known.
Further, the biasing means uses not only a coil spring but also a characteristic of an elastic deformable body, for example, a disc spring, etc., as long as it can quantitatively determine the relationship between the amount of deformation or the amount of displacement and the generated force. It is applicable and can be selected in consideration of the size of the apparatus, the range of detection values, and the sensitivity.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第2図は、本発明の過負荷検出機構を有する産業用ロボット50の側面図である。
第2図において、(51)は固定ベース、(52)は固定ベース(51)に対して回転自在な旋回胴、(53)は第1アームで旋回胴(52)に回転自由に支持されている。(54)は第2アームであって、端部を第1アーム(53)に回転自由に支持されているとともに、(55)に旋回自由な軸を有している。第2アーム(54)のもう一方の端部には手首部(56)が回転自由に支持されており、手首部(56)の下部には手首部(6)に旋回自由な軸を有する回転軸(57)が備わっている。また、(58)は手首部56の先端に接続されたエンドエフェクタである溶接トーチであり、溶接トーチ(58)の基端側には過負荷検出器(59)が備えられている。この過負荷検出器(59)は溶接トーチ(58)に外力がかかったとき、溶接トーチ(58)への負荷を直接監視するもので、従来から備えられているものである。
FIG. 2 is a side view of an
In FIG. 2, (51) is a fixed base, (52) is a revolving barrel that is rotatable with respect to the fixed base (51), and (53) is rotatably supported by the revolving barrel (52) by the first arm. Yes. Reference numeral (54) denotes a second arm, the end of which is rotatably supported by the first arm (53), and (55) has a pivotable axis. The wrist (56) is rotatably supported at the other end of the second arm (54), and the wrist (56) has a pivot having a freely pivotable shaft at the lower part of the wrist (56). A shaft (57) is provided. Further, (58) is a welding torch which is an end effector connected to the tip of the
以下、本発明の過負荷検出機構を図1により説明する。本実施例では、過負荷検出機構10は上記回転軸(57)に備えられている。回転軸57を駆動するのが図1における回転軸3である。図1は回転軸57を駆動する機構の断面図を示す。
第1図において、モータと減速機(図示せず)で発生した動力が歯車(2)に伝達される。(2)は歯車の形状をテーパ形状に構成した歯車、(1)は前記(2)の歯車と互いにかみ合う歯車、(3)は前記歯車(1)の動力を伝える回転軸、(4)は前記(3)の回転軸に固定され、前記(1)の歯車が回転軸(3)の軸方向に移動可能に保持するガイド部、(5)は前記(1)の歯車を軸方向であって歯車(2)の方へ付勢する付勢手段であって、前記(1)と(2)の歯車のバックラッシを除去するためのものである。本実施例ではコイルバネ(5a)としている。(6)は前記(1)の歯車に前記(5a)のコイルバネによるバネ力を伝えるため前記(4)の回転軸の先端に取り外し可能に固定されたバネ保持部材、(7)は内輪が前記(1)の歯車に備えられている軸受、(8)は前記(7)の軸受の外輪に勘合されている移動板であり、(9)は前記(8)の移動板により作動させられるスイッチである。
Hereinafter, the overload detection mechanism of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the overload detection mechanism 10 is provided on the rotating shaft (57). The rotating
In FIG. 1, power generated by a motor and a speed reducer (not shown) is transmitted to the gear (2). (2) is a gear having a tapered gear shape, (1) is a gear meshing with the gear of (2), (3) is a rotating shaft for transmitting the power of the gear (1), (4) is A guide portion fixed to the rotation shaft of (3) and held by the gear of (1) so as to be movable in the axial direction of the rotation shaft (3), and (5) having the gear of (1) in the axial direction. Urging means for urging the gear (2) toward the gear (2) for removing backlash of the gears (1) and (2). In this embodiment, the coil spring (5a) is used. (6) is a spring holding member that is removably fixed to the tip of the rotating shaft of (4) to transmit the spring force of the coil spring of (5a) to the gear of (1), and (7) (1) A bearing provided on the gear, (8) is a moving plate fitted to the outer ring of the bearing of (7), and (9) is a switch operated by the moving plate of (8). It is.
以上で構成される過負荷検出機構の作用を説明する。産業用ロボット(50)が動作し、溶接トーチ(58)に何らかの過負荷な外力がかかったとする。このとき、モータと減速機(図示せず)で発生した動力が歯車(2)に伝達され、回転軸(3)つまり回転軸57は所望の動作を実行しようとするが、これに外力がかかっているので、歯車(1)はガイド部(4)に沿って図1における左側、すなわちコイルバネ(5a)の押し付け力に逆らいながら歯車(2)から離れるように作用する。この動作に伴って、移動板(8)も歯車(2)から離れるように移動し、センサ(9)のスイッチを押下する。スイッチ(9)の信号は、図示しない産業用ロボット(50)のコントローラに伝達され、コントローラは回転軸(57)の過負荷を検出する。コントローラは例えばその信号が一定時間以上継続して検知されれば動作を停止するなどの処置をとる。
The operation of the overload detection mechanism configured as described above will be described. It is assumed that the industrial robot (50) operates and some overload external force is applied to the welding torch (58). At this time, the power generated by the motor and the speed reducer (not shown) is transmitted to the gear (2), and the rotating shaft (3), that is, the rotating
第3図は第1図におけるスイッチ式のセンサ(9)の代わりに、移動板(8)の移動量変化を無段階に検出可能なセンサ(9a)としたときの、図である。この場合、歯車(1)の回転トルクから出力軸の負荷トルク変化を検出することが可能になり、トルク変化の検出値を利用して出力軸のトルク制御を行なうことができる。なお、センサ(9)は接触式、非接触式のどちらも適用可能であり、装置の大きさや検出感度により使い分けることができる。
また、第5図で示す実施例では、装置未使用時の初期状態で回転軸(3)に一定の静的負荷を与えた時のセンサ(9a)の検出値の初期値を予め求めておき、長期間使用後に同条件下での検出値を初期値と比較することにより、コイルバネ(5)の特性の経年変化が確認できるとともに、コイルバネ(5)の性能劣化による交換時期などを容易に知ることができる。
FIG. 3 is a view when a sensor (9a) capable of detecting a change in the amount of movement of the movable plate (8) steplessly is used instead of the switch type sensor (9) in FIG. In this case, it becomes possible to detect the load torque change of the output shaft from the rotational torque of the gear (1), and the torque control of the output shaft can be performed using the detected value of the torque change. The sensor (9) can be either a contact type or a non-contact type, and can be selectively used depending on the size of the device and the detection sensitivity.
In the embodiment shown in FIG. 5, the initial value of the detection value of the sensor (9a) when a constant static load is applied to the rotating shaft (3) in the initial state when the apparatus is not used is obtained in advance. By comparing the detected value under the same condition after the long-term use with the initial value, it is possible to confirm the secular change of the characteristics of the coil spring (5) and easily know the replacement time due to the deterioration of the performance of the coil spring (5). be able to.
第4図は第1図における付勢手段(5)のコイルバネ(5a)を皿バネ(5b)とした場合であり、コイルバネよりも小さいので装置の小型化が可能となる。なお、第4図におけるセンサ(9)の代わりに移動板(8)の移動量変化を無段階に検出可能なセンサ(9a)を適用することにより、上記のようにトルク制御が行なえる、バネの性能劣化による交換時期などを容易に知ることができることは説明したとおりである。 FIG. 4 shows a case in which the coil spring (5a) of the biasing means (5) in FIG. 1 is a disc spring (5b). Since the spring is smaller than the coil spring, the apparatus can be miniaturized. Note that, by applying a sensor (9a) capable of detecting a change in the amount of movement of the movable plate (8) steplessly instead of the sensor (9) in FIG. 4, a spring that can perform torque control as described above. As described above, it is possible to easily know the replacement time due to the deterioration of the performance.
1 歯車
2 歯車
3 回転軸
4 ガイド部
5 付勢手段
6 バネ保持部材
7 軸受
8 移動板
9 センサ
50 産業用ロボット
51 固定ベース
52 旋回胴
53 第1アーム
54 第2アーム
55 軸
56 手首部
57 回転軸
58 溶接トーチ
59 過負荷検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (10)
テーパ形状の歯車で互いにかみ合う第一および第二の歯車と、前記第一の歯車が周囲に嵌合されるとともに、該第一の歯車を軸方向に摺動可能に保持して、該第一の歯車とともに回転する前記回転軸と、前記第一と第二の歯車のバックラッシを除去するよう前記第一の歯車を前記第二の歯車の方へ付勢する付勢手段と、前記第一の歯車の外周に保持された軸受と、前記軸受の外周に保持された移動板と、前記移動板の前記軸方向に沿った移動を検出可能なセンサと、を備えることを特徴とする過負荷検出機構。 In the overload detection mechanism that detects overload on the rotating shaft of the movable part,
A first gear and a second gear meshing with each other with a tapered gear, and the first gear are fitted around the first gear, and the first gear is slidably held in the axial direction. The rotating shaft that rotates together with the first gear, a biasing means that biases the first gear toward the second gear so as to remove backlash of the first and second gears, and the first gear An overload detection comprising: a bearing held on the outer periphery of the gear; a moving plate held on the outer periphery of the bearing; and a sensor capable of detecting movement of the moving plate along the axial direction. mechanism.
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