JP3173573B2 - 多関節ロボット - Google Patents

多関節ロボット

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JP3173573B2
JP3173573B2 JP12314397A JP12314397A JP3173573B2 JP 3173573 B2 JP3173573 B2 JP 3173573B2 JP 12314397 A JP12314397 A JP 12314397A JP 12314397 A JP12314397 A JP 12314397A JP 3173573 B2 JP3173573 B2 JP 3173573B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として引っ張り
荷重を受ける機械要素、特に多関節型ロボットのリンク
が異常な外力によって過大な圧縮荷重を受けて座屈する
のを防止する機構、および前記機構を備えた多関節ロボ
ットに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、多関節ロボット例えば、手首部姿
勢保持機構を有する多関節ロボットは図6のようになっ
ている。図において、1は物品の積み上げを主な用途と
する多関節ロボットであり、2はその胴部である。3は
下腕であり、胴部2に軸2aを介して回動自在に取り付
けられている。4は上腕であり、下腕3に軸3aを介し
て回動自在に取り付けられている。5は手首部であり、
上腕4に軸4aを介して回動自在に取り付けられてい
る。胴部2と下腕3には図示しない駆動部が取り付けら
れ、それぞれ下腕3と上腕4を駆動する。6は第1のリ
ンクであり、7は第2のリンクであり、また8は第3の
リンクである。第1のリンク6は、軸2bを介して胴部
2に回動自在に取り付けられ、軸6aを介して第2のリ
ンク7と回動自在に連結している。第2のリンク7は、
下腕3に軸3aを介して回動自在に取り付けられてい
る。第3のリンク8は、第2のリンク7に軸7aを介し
て回動自在に取り付けられ、軸8aを介して手首部5と
回動自在に連結している。胴部2と、下腕3と、第2の
リンク7と、第1のリンク6から第1の平行リンク機構
9が構成され、上腕4と、手首部5と、第3のリンク8
と、第2のリンク7から第2の平行リンク機構10が構
成される。このように手首部5は第1の平行リンク機構
9及び第2の平行リンク機構10を介して胴部2と連結
しているので、下腕3及び上腕4の姿勢にかかわらず、
胴部2に対して一定の姿勢を保つ。多関節ロボット1は
物品の積み上げを目的とするロボットなので、手首部5
には前記物品の重量が下向きに加わる場合が多い。その
ため、第1のリンク6と第3のリンク8には引っ張り荷
重が加わる場合が多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、次の様な問題があった。何らかの異常によって、手
首部5に上向きの力が加わった場合、例えば、ロボット
が何かに衝突した場合、第1のリンク6及び第3のリン
ク8に過大な圧縮力が加わって、第1のリンク6及び第
2のリンク8が座屈して変形または破損するという問題
があった。これに対して、第1のリンク6及び第2のリ
ンク8の断面積を大きくして座屈強度を向上させると、
重量増や駆動部の負荷の増加の点で不都合が生じる問題
もあった。そこで本発明は、多関節ロボットのリンクが
異常な外力によって過大な圧縮荷重を受けた時に、この
圧縮荷重を検出して、前記多関節ロボットの運転を停止
し、前記リンクの変形及び破損を防止する座屈防止機構
を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は、フレームと、前記フレームに回転自在に
支持された揺動アームと、前記フレームに固定され、前
記揺動アームの回転を規制するストッパと、前記フレー
ムに固定され、前記揺動アームを前記ストッパに押し当
てるバネ機構と、前記揺動アームが前記ストッパから離
れるのを検出する検出器を備え、前記揺動アームは座屈
防止対象の部材を回動自在に支持し、前記部材が引っ張
り力を受ける時は前記揺動アームは前記ストッパに当接
して停止し、前記部材が圧縮力を受ける時は前記揺動ア
ームは前記バネ機構に逆らって前記ストッパから離れる
座屈防止機構を構成して、手首部の姿勢を一定に保つ平
行リンク機構を有する多関節ロボットのリンクに取り付
ける。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図1は、本発明の第1の実施例を示す座
屈防止機構の断面図である。図において、20は座屈防
止機構であり、この座屈防止機構20は、ケース21
と、シャフト22と、圧縮バネなどの弾性体23と、リ
ミットスイッチなどの検出器24とから成る。シャフト
22はケース21の中で摺動自在に支持され、その一方
端をケースの外に突出させ、他方端とケース21の間に
は弾性体23が挟設されている。シャフト22は、弾性
体23によってケース21の左端に押し付けられてい
る。検出器24はケース21の左端に取り付けられ、シ
ャフト21に押圧されている。シャフト22とケース2
1は外部装置との接続部(図示しない)を持ち、シャフ
ト22の長さ方向に引っ張りまたは圧縮荷重を受ける。
【0006】次にこの座屈防止機構20の機能を説明す
る。座屈防止機構20が引っ張り荷重を受ける時、シャ
フト22はケース21の左端に当たるので、ケース21
に対して変位しない。すなわち座屈防止機構20の長さ
は変化しない。また検出器24は、シャフト22に押圧
されている。逆に座屈防止機構20が圧縮荷重を受ける
時、弾性体23の反力より小さな圧縮荷重に対しては、
シャフト22はケース21に対して変位しない。弾性体
21の反力より大きな圧縮力が加わると、シャフト22
は弾性体23を圧縮して図の右側に動き、検出器24か
ら離れる。このようにして検出器24はシャフト22の
動きを検出する。このように座屈防止機構20は、引っ
張り荷重または所定の値より小さい圧縮荷重に対しては
変化せず、所定の値より大きい圧縮荷重を受けるとシャ
フト22が動き、検出器24がそれを検出する機能を持
っている。したがって座屈防止機構20を機械要素の中
に組み込んで荷重を受けるようにすると、圧縮荷重を受
けた時に機械の制御部に電気信号を送り機械の運転を停
止させ、圧縮荷重によるこの機械要素の変形破損を防ぐ
ことができる。また座屈防止機構20は、このように部
品点数が少なく、簡単な機構なので信頼性も高い。なお
弾性体23は所定の性能が得られれば、材質や形状は問
わない。。また、検出器24はシャフト22のケース2
1に対する変位を検出できる装置であれば、他の装置で
あってもよい。検出器24の取り付ける位置も、シャフ
ト22のケース21に対する変位を検出できる位置であ
れば、他の位置を選んでもよい。
【0007】図2は、本発明の第2の実施例を示す座屈
防止機構を取り付けた多関節ロボットの側面図である。
基本的な構成は従来技術で説明した多関節ロボットと同
じなので異なる部分について説明する。図において、3
0は物品の積み上げを主な用途とする座屈防止機構付き
多関節ロボットである。第1のリンク6は、上部リンク
6Uと座屈防止機構20と下部リンク6Lからなる。す
なわち上部リンク6Uはケース21に結合し、下部リン
ク6Lはシャフト22に結合している。座屈防止機構2
0の図示しない検出器は座屈防止機構付き多関節ロボッ
ト30の図示しない制御装置に接続されている。座屈防
止機構付き多関節ロボット30は物品の積み上げを目的
とするロボットなので、手首部5には前記物品の重量が
下向きに加わる場合が多い。そのため、第1のリンク6
と第3のリンク8には引っ張り荷重が加わる場合が多
い。ところが異常な場合、例えば物品を置くべき位置に
既に別の物体があった場合、座屈防止機構付き多関節ロ
ボット30は前記物品を所定の高さに置くために、前記
物品を前記物体に押しつける様な動作をする。この時、
手首部5は前記物体から上向きの反力を受けるので、第
1のリンク6と第3のリンク8には圧縮荷重が加わる。
第1のリンク6に圧縮荷重が加わると、座屈防止機構2
0が動作して電気信号を座屈防止機構付き多関節ロボッ
ト30の前記制御装置に伝え、座屈防止機構付き多関節
ロボット30の動作を停止させる。このようにして第1
のリンク6と第3のリンク8には異常時にも、大きな圧
縮荷重が加わらない。過大な圧縮力が加わらない時は、
座屈防止機構20の外形は変化しないから、第1のリン
ク6の長さも変化しないので、手首部5の位置と姿勢も
変化しない。したがって座屈防止機構20は座屈防止機
構付き多関節ロボット30の精度を損なわない。なお、
座屈防止機構20は、第3のリンク8に取り付けてもよ
い。
【0008】図3は、本発明の第3の実施例を示す座屈
防止機構を取り付けた多関節ロボットの側面図である。
図において、50は座屈防止機構付き多関節ロボットで
ある。51は胴部であり、設置場所に固定されている。
52は下腕であり、胴部51に軸51a回りに回動自在
に取り付けられている。53は上腕であり、下腕52の
上端に軸52a回りに回動自在に取り付けられている。
上腕53の先端には手首部54が取り付けられている。
手首部54は上腕53に対して3軸の回転自由度を有す
る。55は第1のリンクであり、上腕53の後部、すな
わち軸52aを挟んで、手首部54の反対側に、軸53
a回りに回動自在に取り付けられ、下腕52に対向して
いる。56は第2のリンクであり、軸55aで第1のリ
ンク55に、軸51aで胴部51に、それぞれ回動自在
に取り付けられている。20は座屈防止機構であり、第
1のリンク55の中間に取り付けてある。このように、
下腕52と、上腕53と、第1のリンク55と、第2の
リンク56で平行リンク機構が構成される。第2のリン
ク56は胴部51に固定された図示しない駆動モータで
軸51a回りに駆動され、この平行リンク機構を介して
上腕52を動かす。また下腕52は、胴部51に固定さ
れた図示しない別の駆動モータで軸51a回りに駆動さ
れる。手首部54が上向きに大きな外力を受けると、第
1のリンク55は過大な圧縮力を受けるが、座屈防止機
構20がこの圧縮力を検出して、座屈防止機構付き多関
節ロボット50を停止させる。
【0009】図4は、本発明の第4の実施例を示す座屈
防止機構の断面図である。図において、60は座屈防止
機構であり、この座屈防止機構60は、フレーム61に
揺動アーム62を軸63回りに回動自在に取付け、バネ
装置64とストッパ65をフレーム61に固定したもの
である。揺動アーム62には、取付部62aを設け、座
屈防止の対象の部材を回動自在に取り付けられるように
している。バネ装置64はケース64aにシャフト64
bを摺動自在に取付け、ケース64aとシャフト64b
の間に、バネなどの弾性体64cを挟設し、シャフト6
4bをケース64aの外へ押圧するように構成したもの
である。揺動アーム62はバネ装置64によって、スト
ッパ65に押しつけられる。ストッパ65は、中央に凹
部を設け、その内部に例えばリミットスイッチなどの検
出器66を取り付けている。検出器66は、揺動アーム
62がストッパ65から離れるの検出する。
【0010】次にこの座屈防止機構60の機能を説明す
る。座屈防止機構60のフレーム61を、図示しない座
屈防止の対象機器の所定の場所に固定して、前記対象機
器の圧縮荷重を受ける部材を取付部62aに回動自在に
取り付ける。前記部材が引っ張り荷重を受ける時、揺動
アーム62には軸63回りに反時計回りのモーメントが
生じ、ストッパ65に当たって停止する。したがって前
記部材が引っ張り荷重を受けるとき、座屈防止装置60
は動作しない。前記部材が大きな圧縮荷重を受けると、
揺動アーム62は、バネ装置64を押し返しながら、時
計回りに回転して、ストッパ65から離れる。揺動アー
ム62がストッパ65から離れると、検出器66が動作
して、信号を外部に出力する。
【0011】図5は、本発明の第5の実施例を示す座屈
防止機構60を取り付けた多関節ロボットの側面図であ
る。基本的な構成は従来技術で説明した多関節ロボット
と同じなので異なる部分について説明する。図におい
て、70は物品の積み上げを主な用途とする座屈防止機
構付き多関節ロボットである。座屈防止機構60はフレ
ーム61を胴部2に固定して座屈防止機構付き多関節ロ
ボット70に取り付けてある。第1のリンク6は、座屈
防止機構60の取付部62aに回動自在に取り付けてあ
る。第1のリンク6に圧縮荷重が加わると、検出器66
が動作して信号を、座屈防止機構付きロボット70の図
示しない制御装置に送り、座屈防止機構付きロボット7
0を停止させる。また、第1のリンク6に過大な圧縮力
が加わらないときは、揺動アーム62は動かないから、
座屈防止機構付きロボット70の精度に影響はない。な
お座屈防止機構60は、軸6a、または軸7a、あるい
は軸8aのまわりに取り付けてもよい。
【0012】前記の第2の実施例および第5の実施例に
おいては、手首部の姿勢を平行リンク機構で一定に保持
する多関節ロボットに本発明を適用した例を、第3の実
施例では、平行リンク機構で上腕を駆動する多関節ロボ
ットに本発明を適用した例を、それぞれ示したが、平行
リンク機構を備えた多関節ロボットであれば、その平行
リンク機構の構成を問わず本発明を適用することができ
る。また平行リンク機構を1組備えた多関節ロボットで
あるか、あるいは複数組の平行リンク機構を備えた多関
節ロボットであるかに係わらず、本発明を適用する事が
出来る。本発明の座屈防止機構を取り付ける平行リンク
機構付き多関節ロボットのリンクは、過大な圧縮力によ
る破損を防止する必要のあるリンクであれば、どのリン
クであってもよい。また、ロボット以外の機械あるいは
構造物に本発明の座屈防止機構を取り付けることもでき
る。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果がある。 (1)座屈防止機構に過大な圧縮荷重が加わると、機械
の運転を停止して、機械要素の破損を防止することがで
きる。 (2)ロボットのリンクに座屈防止機構を取り付ける
と、ロボットのリンクは引っ張り荷重および通常動作に
作用する圧縮荷重のみを考慮すればよいので、リンクを
細く、軽量にできる。 (3)ロボットの通常の動作の際の精度を損なわない。 (4)簡単な装置であり、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す座屈防止機構の側
断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す座屈防止機構付き
多関節ロボットの側面図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す座屈防止機構付き
多関節ロボットの側面図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す座屈防止機構の部
分側断面図である。
【図5】本発明の第5の実施例を示す座屈防止機構付き
多関節ロボットの側面図である。
【図6】従来技術における多関節ロボットの側面図であ
る。
【符号の説明】
1:多関節ロボット 2:胴部 2a:軸 2b:軸 3:下腕 3a:軸 4:上腕 4a:軸 5:手首部 6:第1のリンク 6a:軸 6U:上部リンク 6L:下部リンク 7:第2のリンク 7a:軸 8:第3のリンク 8a:軸 9:第1の平行リンク機構 10:第2の平行リンク機構 20:座屈防止機構 21:ケース 22:シャフト 23:弾性体 24:検出器 30:座屈防止機構付き多関節ロボット 50:座屈防止機構付き多関節ロボット 51:胴部 51a:軸 52:下腕 52a:軸 53:上腕 53a:軸 54:手首部 55:第1のリンク 55a:軸 56:第2のリンク 60:座屈防止機構 61:フレーム 62:揺動アーム 62a:取付部 63:軸 64:バネ装置 64a:ケース 64b:シャフト 64c:弾性体 65:ストッパ 66:検出器 70:座屈防止機構付き多関節ロボット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 田村 耕作 (56)参考文献 特開 昭63−150188(JP,A) 実開 平3−123691(JP,U) 実開 昭62−32748(JP,U) 実開 昭61−142953(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 19/06 B25J 17/00 F16H 35/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】手首部の姿勢を一定に保つ平行リンク機構
    を有する多関節ロボットにおいて、フレームと、前記フ
    レームに回転自在に支持された揺動アームと、前記フレ
    ームに固定され、前記揺動アームの回転を規制するスト
    ッパと、前記フレームに固定され、前記揺動アームを前
    記ストッパに押し当てるバネ機構と、前記揺動アームが
    前記ストッパから離れるのを検出する検出器を備え、前
    記揺動アームは座屈防止対象の部材を回動自在に支持
    し、前記部材が引っ張り力を受ける時は前記揺動アーム
    は前記ストッパに当接して停止し、前記部材が圧縮力を
    受ける時は前記揺動アームは前記バネ機構に逆らって前
    記ストッパから離れることを特徴とする座屈防止機構を
    備え、前記フレームを、前記平行リンク機構を構成する
    リンクのひとつに固定し、前記揺動アームに、前記平行
    リンク機構を構成するリンクのうち、圧縮荷重を受ける
    リンクを回転自在に接続したことを特徴とする多関節ロ
    ボット。
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