JP3899165B2 - ロボットアームの過負荷保護装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護する過負荷保護装置に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アームの先端部にハンド（エンドイフェクタ）を装着したロボットにおいて、その動作中に何等かのアクシデントによりハンドに異常な力（過負荷）がかかることがあり、その場合には、その過負荷に応じてハンドをアームに対し相対変位させることで、破損等に達しないレベルまで負荷を逃がしてアームを保護することが必要であり、このような負荷を逃がすために過負荷保護装置が用いられている。上記過負荷としては、ハンドを軸線に対し傾斜変位させる軸傾斜方向の過負荷、ハンドを軸線方向に沿ってアーム側に接近（又はアーム側から離隔）させる圧縮方向（又は引張方向）の過負荷、及びハンドを軸線回りに回転させる回転方向の過負荷に分けられる。
【０００３】
上記過負荷保護装置に要求される性能としては、
（ 1 ）さまざまな方向からかかった過負荷によって変位した後の復帰時の繰返し位置の精度が高いこと、
（ 2 ）過負荷がかからない状態では固定剛性が高く、がたがないこと、
（ 3 ）過負荷を検出する感度の方向性が均一であること、
（ 4 ）過負荷によって変位した後の復帰が容易になされる（過負荷が除去された後に自動的に復帰する）こと、
（ 5 ）以上のための構造が複雑でなく、高い加工精度や組立時の調整作業が不必要で、必要以上のコストがかからないこと
が挙げられる。
【０００４】
ところで、従来の過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、ハンド側に取り付けられるハンド側部材とを支持するに当たり３点支持構造、円板平面支持構造、及び４点以上の多点支持構造によりそれぞれ支持するものが知られている。上記３点支持構造のものは、例えばアーム側部材とハンド側部材とを同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により支持するものである。また、円板平面支持構造のものは、アーム側部材とハンド側部材とを平面同士の当接によって、また多点支持構造のものは、上記３点支持構造と同様に、アーム側部材とハンド側部材とを同一半径の円周上でかつ円周方向に多等分した位置に配置される複数の支持部によりそれぞれ支持するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記３点支持構造の過負荷保護装置では、一般に変位後の復帰の位置精度が良く、固定状態でのがたの発生を抑えることができるものの、アーム側部材及びハンド側部材が３点で支持されているので、上記軸傾斜方向の過負荷検出感度が円周方向について均一にならず、上記支持部に対応して三角形を示すという問題がある。
【０００６】
これに対し、円板平面支持構造や多点支持構造のものでは、上記３点支持構造の欠点である軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を均一にして理想状態に近付けることができる。
【０００７】
ところが、その反面、円板平面支持構造の過負荷保護装置では、アーム部材に対するハンド部材の位置決めのためにピン及びそれを係合させる円錐穴の組合わせが２組以上必要であり、この円錐穴とピンとの隙間に復帰後の位置精度が依存している。従って、この復帰後の位置精度を高めるためには、円錐穴の加工精度を上げる必要があるばかりでなく、その円錐穴の測定困難なテーパ面を高精度に測定するために高度の技術も要求される。その結果、組立時に微妙な調整をせざるをえず、この調整によって精度を確保しているのが現状であり、コストがかかるという問題がある。
【０００８】
また、多点支持構造の過負荷保護装置は、軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を三角形を越えた多角形にして円形に近付けようとしたものであるが、この３点を越える多点を同時に支持するには、上記円板平面支持構造のものと同様に、極めて高い加工精度や組立時の微妙な調整が必要になり、これらはがたの要因となる。尚、この多点支持構造の過負荷保護装置において、多点を同時に支持するために、各支持点にコンプライアンス（柔軟性）を持たせてもよいが、過負荷がかからない固定状態の剛性が低くなるので、実用的な解決策とはなり得ない。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、３点支持構造の持つ、変位後の復帰の位置精度や固定時の剛性の向上、高度の加工精度や組立調整の不要化という利点を活かしつつ、軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を円形に近付けて均一化しようとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、３点支持構造を複数連設させるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようにした過負荷保護装置として、上記ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、このアーム側部材の側方にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、上記アーム側部材及びハンド側部材の間に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された少なくとも１つの中間部材と、上記ハンド側部材とアーム側部材との間に中間部材が挟圧されるようにハンド側部材を押圧する押圧手段とを備えたものとする。
【００１２】
そして、上記アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々は、該各部材に隣接する他の部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、この各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなるものとする。
【００１３】
また、上記互いに隣接する両部材間、例えばアーム側部材と中間部材との間の支持部は、他の互いに隣接する両部材、例えばハンド側部材と中間部材との間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形、例えば中間部材が１つの場合では６（＝（１＋１）×３）の頂点を持つ正六角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているものとする。
【００１４】
上記の構成により、アーム側部材とハンド側部材との間に少なくとも１つの中間部材が配置され、この中間部材とアーム側部材及びハンド側部材との間（中間部材が複数の場合は中間部材同士間も含む）に、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部が介在され、押圧手段の押圧によってハンド側部材とアーム側部材との間に中間部材が挟圧されているので、アーム側部材とハンド側部材とは中間部材の介在により複数の３点支持を軸線方向に並べた支持構造によって支持されることとなる。このことで、隣接する両部材間では３点支持構造の利点が得られ、支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高めることができるとともに、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑えることができ、さらには高度の加工精度や組立調整も不要になる。
【００１５】
そして、上記互いに隣接する両部材間の支持部は、他の互いに隣接する両部材間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているので、アーム側部材とハンド側部材との間の全体から見れば、軸傾斜方向の過負荷検出感度が円周方向について上記正多角形となり、その円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。
【００１６】
請求項２の発明では、ハンドに入力される少なくとも圧縮方向及び引張方向の過負荷に対しロボットアームを保護する過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられ、切欠部を有するアーム側部材と、このアーム側部材の切欠部内にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、上記アーム側部材及びハンド側部材の背面側に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された中間部材と、この中間部材をアーム側部材に向かって押圧する第１押圧手段と、上記ハンド側部材を中間部材に向かって押圧する第２押圧手段とを備えたものとする。
【００１７】
そして、上記中間部材はアーム側部材及びハンド側部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、上記各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなるものとする。
【００１８】
また、上記アーム側部材と中間部材との間の支持部は、ハンド側部材と中間部材との間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されている構成とする。
【００１９】
こうすれば、アーム側部材と中間部材との間及びハンド側部材と中間部材との間にそれぞれ３つの支持部が介在され、中間部材が第１押圧手段によりアーム側部材に向かって、またハンド側部材が第２押圧手段により中間部材に向かってそれぞれ押圧されているので、アーム側部材及びハンド側部材と中間部材とはそれぞれ３点支持構造により支持される。しかも、アーム側部材及び中間部材の間の支持部とハンド側部材及び中間部材の間の支持部とが、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているので、上記請求項１の発明と同様に、３点支持構造による支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高め、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑え、高度の加工精度や組立調整も不要とできるとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度を正六角形として、その円周方向の方向性を均一化することができる。
【００２０】
また、ハンド側部材に圧縮方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によって中間部材が第１押圧手段の押圧力に抗して背面側に移動し、アーム側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れる一方、逆に、ハンド側部材に引張方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によってハンド側部材が第２押圧手段の押圧力に抗して前面側に移動し、ハンド側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れることとなる。従って、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護することができる。
【００２１】
請求項３の発明では、上記アーム側部材及び中間部材に形成された円弧孔と、ハンド側部材に設けられ、該円弧孔に係合するピンとからなり、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々が、該各部材に隣接する他の部材に対し、各支持部の突起部が係合部から外れるまで軸線回りに回転するのを規制する回転規制手段を設ける。このことで、回転方向の過負荷により、ハンド側部材がアーム側部材に対し軸線回りに回転しても、その回転は回転規制手段における円弧孔とピンとの係合によって各支持部の突起部が係合部から外れない範囲に規制される。従って、ハンド側及びアーム側部材同士は常に回転規制手段による規制が行われる範囲内で相対回転し、この範囲では、押圧手段による押圧により支持部の突起部が常に係合部に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときにハンド側部材を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００２２】
請求項４の発明では、ハンド側部材がアーム側部材に対し変位するのを検出する検出手段を設け、この検出手段の検出信号がロボットの制御システムに送信されてロボットの作動が停止するように構成する。こうすれば、この検出手段の検出信号をロボットの制御システムに送信することで、ロボットの作動を即座に停止させ、過負荷状態がさらに進行するのを回避することができる。
【００２３】
請求項５の発明では、上記支持部における突起部の先端部は球面状とし、係合部は、半径方向に延びる断面Ｖ字状の溝とする。こうすると、支持部の位置誤差があっても、それを許容して、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るロボットアーム保護装置の全体構成を示し、この保護装置は、図外のロボットアームと該ロボットアームに装着されるハンドとの間に接続されるもので、ハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようになっている。
【００２５】
図１において、１は下側に開放された有底円筒形状のアーム側プレートで、その背面（底壁上面）にてロボットアームに一体的に取付固定される。このアーム側プレート１は下端部（先端部）にリング状の受圧部２を有し、この受圧部２の中心には円形の開口３が貫通形成されている。
【００２６】
上記アーム側プレート１の内部つまりその受圧部２の背面側（上側）にはハンド側プレート１０のリング状の受圧部１１が、アーム側プレート１と同じ軸線Ｌに沿って上下移動可能にかつ外周部をアーム側プレート１の内周面に対しシール部材１１ａでシールして配設されており、この受圧部１１によりアーム側プレート１内に加圧室３０が区画されている。上記ハンド側プレート１０は、上端部にて上記受圧部１１に同心に一体化されかつ上記アーム側プレート１の受圧部２における開口３を経てアーム側プレート１の外部（下側）に延びる円筒部１２と、この円筒部１２の外端部（下端部）に一体形成された円板状の取付部１３とを備え、この取付部１３にてハンド側プレート１０がハンドに一体的に取付固定される。
【００２７】
上記アーム側プレート１の受圧部２とハンド側プレート１０の受圧部１１との間には、図２に示すような１つのリング状の中間プレート２０が両プレート１，１０の受圧部２，１１と同じ軸線Ｌに沿って上下移動可能に配設され、この中間プレート２０の内部に上記ハンド側プレート１０の円筒部１２が挿通されている。
【００２８】
また、上記アーム側プレート１の内底面の中心部とハンド側プレート１０の取付部１３上面の中心部との間には圧縮ばね３１がハンド側プレート１０の円筒部１２内に位置する状態で縮装されている。また、上記加圧室３０は、アーム側プレート１に開口した圧力ポート（図示せず）を介して図外の流体圧供給源（例えば加圧エア供給源）に接続されており、このばね３１と加圧室３０内の流体圧とにより、ハンド側プレート１０をアーム側プレート１に対し、各々の受圧部２，１１が互いに接近する方向に押圧して両受圧部２，１１間に中間プレート２０を挟圧するようにした押圧機構２９（押圧手段）が構成されている。尚、上記加圧室３０内の流体圧を可変とすることで、各受圧部２，１１間の押圧力を適正に調整することができる。
【００２９】
上記アーム側プレート１の受圧部２と、この受圧部２の上側に隣接する中間プレート２０とは、同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置した３つの第１支持部３２，３２，…（１つのみ図示する）により３点支持されている。また、上記ハンド側プレート１０の受圧部１１と、この受圧部１１の下側に隣接する中間プレート２０とも、上記第１支持部３２，３２，…と同じ同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置した３つの第２支持部３６，３６，…（１つのみ図示する）により３点支持されている。上記第１支持部３２，３２，…及び第２支持部３６，３６，…の各々は基本的に同じもので、各第１支持部３２にあっては、アーム側プレート１の受圧部２上面（背面）に突設された突起部３３と、図２にも示す如く、この受圧部２に隣接する中間プレート２０の下面に半径方向に延びるように凹設され、上記突起部３３を係合する係合部としての断面Ｖ字状の係合溝３４とからなる。一方、各第２支持部３６にあっては、ハンド側プレート１０の受圧部１１下面に突設された突起部３７と、この受圧部１１に隣接する中間プレート２０の上面に半径方向に延びるように凹設された係合部としての断面Ｖ字状の係合溝３８とからなり、上記各突起部３３，３７の先端部は球面状とされている。尚、中間プレート２０の上下面にそれぞれ形成される係合溝３４，３８の深さは、それぞれに係合する突起部３３，３７が略同じ高さ位置で係合するように設定されている。
【００３０】
そして、上記アーム側プレート１の受圧部２と、この上側に隣接する中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…は、ハンド側プレート１０の受圧部１１と、この下側に隣接する中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…に対し、図４に示すように、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ上記中間プレート２０の数「１」に「１」を加えた数「２」に「３」を乗じた数「６」の頂点を持つ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°だけずれた状態に配置されている。
【００３１】
したがって、この実施形態においては、ロボットの作動時、ハンドに過負荷がかかると、このハンドに取り付けられている過負荷保護装置のハンド側プレート１０がアーム側プレート１に対し相対変位する。例えば図３（ａ），（ｂ）はハンド側プレート１０が軸傾斜方向の過負荷によって軸線Ｌに対し傾斜変位した状態を例示しており、点Ｏは傾きの中心である。
【００３２】
その場合、過負荷保護装置においては、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１間に１つの中間プレート２０が配置され、この中間プレート２０とアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の各受圧部２，１１との間にそれぞれ３つの支持部３２，３２，…，３６，３６，…が介在され、圧縮ばね３１及び加圧室３０内の流体圧による押圧付勢によってハンド側プレート１０及びアーム側プレート１の受圧部２，１１間に中間プレート２０が挟圧されているので、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１同士は、中間プレート２０下側の３つの第１支持部３２，３２，…からなる３点支持構造と、中間プレート２０上側の３つの第２支持部３６，３６，…からなる３点支持構造との２つを軸線方向に並べた支持構造によって支持されることとなる。このため、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１と、これらに隣接する中間プレート２０との間では３点支持構造の利点が得られ、支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高めることができる。しかも、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑えることができ、高度の加工精度や組立調整も不要になる。
【００３３】
また、上記アーム側プレート１の受圧部２と中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…は、ハンド側プレート１０の受圧部１１と中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…に対し、図４に示すように、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°だけずれた状態に配置されているので、アーム側プレート１とハンド側プレート１０とを全体から見れば、軸傾斜方向の過負荷検出感度が正６角形となり（図４では矢印で過負荷による作動負荷の大きさを示している）、その円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。具体的には、従来の３点支持構造では、円周方向に沿って２倍の感度差が生じるのに対し、この実施形態のようにすれば、１．１５（＝１／ｓｉｎ６０°）倍の感度差に均一化することができる。
【００３４】
また、この実施形態では、各支持部３２，３６における突起部３３，３７の先端部が球面状とされ、この突起部３３，３７がそれぞれ係合する係合部は半径方向に延びる断面Ｖ字状の係合溝３４，３８であるので、仮に支持部３２，３６の位置誤差があったとしても、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【００３５】
尚、この実施形態では、支持部３２，３６の突起部３３，３７をアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１に、また係合部としての係合溝３４，３８を中間プレート２０にそれぞれ設けているが、逆に突起部３３，３７を中間プレート２０に、また係合溝３４，３８をプレートの受圧部２，１１にそれぞれ設けてもよく、さらには中間プレート２０に一方の支持部（例えば３２）の突起部と他方の支持部（同３６）の係合溝とを設けるようにすることもでき、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
また、各支持部３２，３６を球面状頭部を持つ突起部３３，３７と、断面Ｖ字状の係合溝３４，３８とで構成するのに代え、単なる突起部とそれに係合する円錐穴とで構成することもできる。しかし、各々の位置の誤差により組合せ時の位置が定まらないことを考慮すると、上記のように球面状頭部を持つ突起部３３，３６とＶ字状の係合溝３４，３７とからなる構成が好ましい。
【００３７】
さらに、上記実施形態では中間プレート２０を１つとしているが、２つ以上設けてもよく、互いに隣接する両部材間の支持部を、他の互いに隣接する両部材間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形（例えば中間プレート２０の数が２つのときには正９角形）の各頂点上に位置するように円周方向に所定角度（同中間プレート２０の数が２つのときには４０°）ずれた状態に配置すればよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、アーム側プレート１の受圧部２を下側に、またハンド側プレート１０の受圧部１１を上側にそれぞれ配置しているが、逆に、ハンド側プレート１０の受圧部１１を下側に、またアーム側プレート１の受圧部２を上側にそれぞれ配置すれば、ハンドを軸線方向に沿ってアーム側から離隔させる引張方向の過負荷に対して変位させることができる。
【００３９】
さらに、押圧機構としては、上記の如き圧縮ばね３１及び流体圧の組合わせの他、各々を単独で用いてもよく、さらには引張ばねや流体圧、或いはそれらの組合わせを用いることもできる。
【００４０】
（実施形態２）
図５及び図６は本発明の実施形態２を示し（尚、以下の各実施形態では図１と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、回転方向の変位の最大値を規制するようにしたものである。
【００４１】
すなわち、この実施形態では、アーム側プレート１の受圧部２における開口３は閉塞され、その受圧部２には、各第１支持部３２を構成する隣接する突起部３３，３３間の位置に円周方向に延びる複数の円弧孔４，４，…が上下面間に亘り、また中間プレート２０には、各支持部３２，３６を構成する係合溝３４，３８間の位置に円周方向に延びかつ上記円弧溝４と同数の円弧孔２１，２１，…が上下面間に亘りそれぞれ貫通形成され、これらアーム側プレート１の受圧部２及び中間プレート２０の各円弧孔４，２１同士は上下に対応して設けられている（尚、図５は支持部３２，３６以外の位置での断面図であるので、それらは示されていない）。この上下に対応する各組の円弧孔４，２１にはそれぞれストッパピン４０が挿通され、この各ストッパピン４０の上端部はハンド側プレート１０において中間プレート２０の上側に位置する受圧部１１に、また下端部はハンド側プレート１０の取付部１３にそれぞれ一体に固定されている。つまり、これら複数のストッパピン４０，４０，…がハンド側プレート１０の受圧部１１と取付部１３との連結部を兼ねており、上記実施形態１における円筒部１２は省略されている。また、中間プレート２０は、上記実施形態１とは異なる円板状のもので、その上面の中心部には凹部２２が形成され、この凹部２２の内底面とその上側のアーム側プレート１の底壁内面との間に圧縮ばね３１が縮装されている。
【００４２】
そして、上記上下に対応する各組の円弧孔４，２１とそれらに挿通されたストッパピン４０とで、アーム側プレート１、ハンド側プレート１０及び中間プレート２０の各々が他のものに対し軸線Ｌ回りに相対回転するのを規制する回転規制機構４２が構成され、この回転規制機構４２による回転範囲は、図６に示すように、該各支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８から外れない範囲とされている。
【００４３】
この実施形態によると、ハンドにかかった回転方向の過負荷により、ハンド側プレート１０がアーム側プレート１に対し軸線Ｌ回りに回転しても、その回転は回転規制機構４２の円弧溝４，２１の円周方向端部でのストッパピン４０の当接によって各支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８から脱出しない範囲に規制される。従って、ハンド側プレート１０は常に回転規制機構４２による規制が行われる範囲内で相対回転し、この範囲内では、圧縮ばね３１による押圧により支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときにハンド側プレート１０を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００４４】
（実施形態３）
図７〜図９は実施形態３を示す。この実施形態は、ハンドに対する圧縮方向の過負荷のみならず引張方向の過負荷に対しても変位できるようにしたものである。
【００４５】
すなわち、この実施形態では、図７及び図８に示すように、アーム側プレート１のリング状受圧部２の内部（中心部）は、その各第１支持部３２の突起部３３を除く部分を半径方向外側に切り欠いてなる略Ｙ字形状の切欠部５に形成されている。
【００４６】
ハンド側プレート１０は、基本的に下側に開放された凹部１４を有する横断面略Ｙ字状の有底筒形状のもので、その凹部１４の下端開口部の周りに取付部１３が一体に形成されている。一方、ハンド側プレート１０上端の底壁は、アーム側プレート１と同じ軸線Ｌに沿って移動可能な受圧部１１を構成している。この受圧部１１は、貫通状の中心孔１５を有する円形部１６と、該円形部１６外周の円周方向３等分位置から半径方向外側に突出してなる３つの角部１７，１７，…とからなっており、この受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２の切欠部５内に該アーム側プレート１の受圧部２と略同じ高さ位置になるように配置されている。
【００４７】
また、アーム側プレート１の内部つまりアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１の背面側（上側）には円板状の中間プレート２０が両プレート１，１０と同じ軸線Ｌに沿って移動可能に配置されている。この中間プレート２０上面の凹部２２内底面と、その上側のアーム側プレート１の底壁内面との間には中間プレート２０をアーム側プレート１の受圧部２に向かって下側に押圧する第１圧縮ばね４４（第１押圧手段）が縮装されている。
【００４８】
また、中間プレート２０の下面中心部にはねじ穴２３を有する円筒状ボス部２４が形成され、このねじ穴２３にはロッド４６の上端部が螺合締結されている。このロッド４６は上記ハンド側プレート１０の受圧部１１の中心孔１５に挿通されて凹部１４内に延び、その下端にはばね受け４７が設けられている。そして、このばね受け４７と凹部１４の内底面との間には、上記ハンド側プレート１０を中間プレート２０に向かって上側に押圧する第２圧縮ばね４５（第２押圧手段）が縮装されている。
【００４９】
さらに、中間プレート２０は、該中間プレート２０に下側に隣接するアーム側プレート１の受圧部２に対し、同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの第１支持部３２，３２，…により、またハンド側プレート１０の受圧部１１に対し、上記第１支持部３２，３２，…と同じ同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの第２支持部３６，３６，…によりそれぞれ３点支持されている。そして、アーム側プレート１の受圧部２及び中間プレート２０の間の３つの第１支持部３２，３２，…と、ハンド側プレート１０の受圧部１１及び中間プレート２０の間の３つの第２支持部３６，３６，…とは、上記実施形態１と同様に、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°ずれた状態に配置されている（図４参照）。その他は上記実施形態１と同様の構成である。
【００５０】
したがって、この実施形態においても、上記実施形態１と同様に、３点支持構造による支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高め、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑え、高度の加工精度や組立調整も不要とできるとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度を正六角形として、その円周方向の方向性を均一化することができる。
【００５１】
また、ハンド側プレート１０に対する過負荷のうち、図９（ａ）に示すように、圧縮方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によって中間プレート２０が第１圧縮ばね４４の押圧力に抗して上側（背面側）に移動し、アーム側プレート１の受圧部２と中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…による３点支持構造が外れるようになる。一方、逆に、ハンド側プレート１０に引張方向の過負荷がかかったときには、図９（ｂ）に示す如く、その過負荷によってハンド側プレート１０が第２圧縮ばね４５の押圧力に抗して下側（前面側）に移動し、ハンド側プレート１０の受圧部１１と中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…による３点支持構造が外れることとなる。よって、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護ができる。
【００５２】
（実施形態４）
図１０は実施形態４を示し、過負荷による変位を検出するようにしたものである。すなわち、この実施形態の構成は基本的に上記実施形態２と同様である（図５参照）。そして、ハンド側プレート１０における受圧部１１の下面中心部には検出用突起１８が取り付けられている。一方、アーム側プレート１の受圧部２の中心には、例えば近接スイッチや機械的接点スイッチ等からなる検出装置４８が上記検出用突起１８に対応して取り付けられ、この検出装置４８は例えばロボットの制御装置（図示せず）に接続されており、この検出装置４８により、ハンド側プレート１０の受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２に対し変位するのを検出するようにしている。
【００５３】
したがって、この実施形態では、ハンドへの過負荷によりハンド側プレート１０の受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２に対し例えば軸線方向（他の方向でもよい）に変位すると、そのことを検出装置４８が検出して検出信号を出力する。この検出装置４８の検出信号はロボットの制御装置に送られるため、例えば過負荷がかかったときにロボットの作動を即座に停止させて、過負荷状態がさらに進行するのを回避すること等ができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護する過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、ハンドに取り付けられるハンド側部材との間に少なくとも１つの中間部材を配設して、この中間部材がハンド側部材及びアーム側部材間に挟圧されるようにハンド側部材を押圧する押圧手段を設け、中間部材を利用してアーム側部材とハンド側部材との間に複数の３点支持構造を設け、これら複数の３点支持構造の支持点を３の正数倍の頂点を持つ６以上の正多角形の頂点位置に配置した。また、請求項２の発明では、ロボットアームに取り付けられ、切欠部を有するアーム側部材と、このアーム側部材の切欠部内に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材との間に、中間部材を配設し、この中間部材を利用してアーム側部材とハンド側部材との間に複数の３点支持構造を設け、これら複数の３点支持構造の支持点を正６角形の頂点位置に配置し、中間部材をアーム側部材及びハンド部材にそれぞれ押圧させる押圧手段を設けた。従って、これらの発明によると、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材において、隣接する両部材間では３点支持構造の利点が得られ、過負荷の作用による変位後の復帰の位置精度の向上、固定状態での剛性増大によるがた発生の抑制、高度の加工精度や組立調整の不要化を図るとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度の円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。
【００５５】
特に、請求項２の発明によれば、ハンド側部材に圧縮方向の過負荷がかかったときには、アーム側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れる一方、引張方向の過負荷がかかったときには、ハンド側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れるので、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護することができる。
【００５６】
請求項３の発明によると、アーム側部材及び中間部材に形成された円弧孔と、ハンド側部材に設けられ、円弧孔に係合するピンとからなる回転規制手段により、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材が、それに隣接する他の部材に対し、各支持部の突起部が係合部から外れるまで軸線回りに回転するのを規制するようにしたことにより、回転方向の過負荷により、各部材がそれと隣接する他の部材に対し軸線回りに回転しても支持部の突起部が常に係合部に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときに各部材を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００５７】
請求項４の発明によると、ハンド側部材がアーム側部材に対し変位するのを検出する検出手段を設け、その検出信号によりロボットの作動を停止させるようにしたことにより、この検出手段の検出信号により、ロボットを即座に作動停止させて過負荷状態の進行回避を図ることができる。
【００５８】
請求項５の発明によると、支持部における突起部の先端部を球面状とし、係合部は半径方向の断面Ｖ字状の溝としたことにより、支持部の位置誤差があっても、それを許容して、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る過負荷保護装置の断面図である。
【図２】中間プレートの斜視図である。
【図３】ハンドに作用する過負荷に応じてハンド側プレートが揺動する状態を示す説明図である。
【図４】軸傾斜方向の過負荷検出感度の円周方向の方向性を示す図である。
【図５】実施形態２を示す図１相当図である。
【図６】実施形態２において回転方向の過負荷に伴う規制機構による回転範囲の最大幅を示す説明図である。
【図７】実施形態３を示す図１相当図である。
【図８】実施形態３の保護装置を示す分解斜視図である。
【図９】実施形態３においてハンドに作用する圧縮方向及び引張方向の過負荷に応じてハンド側プレートが移動する状態を示す説明図である。
【図１０】実施形態４を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１ アーム側プレート（アーム側部材）
２ 受圧部
４ 円弧溝
５ 切欠部
１０ ハンド側プレート（ハンド側部材）
１１ 受圧部
１８ 検出用突起
２０ 中間プレート（中間部材）
２１ 円弧溝
２９ 押圧機構（押圧手段）
３０ 加圧室
３１ 圧縮ばね
３２ 第１支持部
３３ 突起部
３４ 係合溝
３６ 第２支持部
３７ 突起部
３８ 係合溝
４０ ストッパピン
４２ 回転規制機構（回転規制手段）
４４ 第１圧縮ばね（第１押圧手段）
４５ 第２圧縮ばね（第２押圧手段）
４８ 検出装置（検出手段）
Ｌ 軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護する過負荷保護装置に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アームの先端部にハンド（エンドイフェクタ）を装着したロボットにおいて、その動作中に何等かのアクシデントによりハンドに異常な力（過負荷）がかかることがあり、その場合には、その過負荷に応じてハンドをアームに対し相対変位させることで、破損等に達しないレベルまで負荷を逃がしてアームを保護することが必要であり、このような負荷を逃がすために過負荷保護装置が用いられている。上記過負荷としては、ハンドを軸線に対し傾斜変位させる軸傾斜方向の過負荷、ハンドを軸線方向に沿ってアーム側に接近（又はアーム側から離隔）させる圧縮方向（又は引張方向）の過負荷、及びハンドを軸線回りに回転させる回転方向の過負荷に分けられる。
【０００３】
上記過負荷保護装置に要求される性能としては、
（ 1 ）さまざまな方向からかかった過負荷によって変位した後の復帰時の繰返し位置の精度が高いこと、
（ 2 ）過負荷がかからない状態では固定剛性が高く、がたがないこと、
（ 3 ）過負荷を検出する感度の方向性が均一であること、
（ 4 ）過負荷によって変位した後の復帰が容易になされる（過負荷が除去された後に自動的に復帰する）こと、
（ 5 ）以上のための構造が複雑でなく、高い加工精度や組立時の調整作業が不必要で、必要以上のコストがかからないこと
が挙げられる。
【０００４】
ところで、従来の過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、ハンド側に取り付けられるハンド側部材とを支持するに当たり３点支持構造、円板平面支持構造、及び４点以上の多点支持構造によりそれぞれ支持するものが知られている。上記３点支持構造のものは、例えばアーム側部材とハンド側部材とを同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により支持するものである。また、円板平面支持構造のものは、アーム側部材とハンド側部材とを平面同士の当接によって、また多点支持構造のものは、上記３点支持構造と同様に、アーム側部材とハンド側部材とを同一半径の円周上でかつ円周方向に多等分した位置に配置される複数の支持部によりそれぞれ支持するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記３点支持構造の過負荷保護装置では、一般に変位後の復帰の位置精度が良く、固定状態でのがたの発生を抑えることができるものの、アーム側部材及びハンド側部材が３点で支持されているので、上記軸傾斜方向の過負荷検出感度が円周方向について均一にならず、上記支持部に対応して三角形を示すという問題がある。
【０００６】
これに対し、円板平面支持構造や多点支持構造のものでは、上記３点支持構造の欠点である軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を均一にして理想状態に近付けることができる。
【０００７】
ところが、その反面、円板平面支持構造の過負荷保護装置では、アーム部材に対するハンド部材の位置決めのためにピン及びそれを係合させる円錐穴の組合わせが２組以上必要であり、この円錐穴とピンとの隙間に復帰後の位置精度が依存している。従って、この復帰後の位置精度を高めるためには、円錐穴の加工精度を上げる必要があるばかりでなく、その円錐穴の測定困難なテーパ面を高精度に測定するために高度の技術も要求される。その結果、組立時に微妙な調整をせざるをえず、この調整によって精度を確保しているのが現状であり、コストがかかるという問題がある。
【０００８】
また、多点支持構造の過負荷保護装置は、軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を三角形を越えた多角形にして円形に近付けようとしたものであるが、この３点を越える多点を同時に支持するには、上記円板平面支持構造のものと同様に、極めて高い加工精度や組立時の微妙な調整が必要になり、これらはがたの要因となる。尚、この多点支持構造の過負荷保護装置において、多点を同時に支持するために、各支持点にコンプライアンス（柔軟性）を持たせてもよいが、過負荷がかからない固定状態の剛性が低くなるので、実用的な解決策とはなり得ない。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、３点支持構造の持つ、変位後の復帰の位置精度や固定時の剛性の向上、高度の加工精度や組立調整の不要化という利点を活かしつつ、軸傾斜方向の過負荷検出感度の方向性を円形に近付けて均一化しようとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、３点支持構造を複数連設させるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明では、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようにした過負荷保護装置として、上記ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、このアーム側部材の側方にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、上記アーム側部材及びハンド側部材の間に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された少なくとも１つの中間部材と、上記ハンド側部材とアーム側部材との間に中間部材が挟圧されるようにハンド側部材を押圧する押圧手段とを備えたものとする。
【００１２】
そして、上記アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々は、該各部材に隣接する他の部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、この各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなるものとする。
【００１３】
また、上記互いに隣接する両部材間、例えばアーム側部材と中間部材との間の支持部は、他の互いに隣接する両部材、例えばハンド側部材と中間部材との間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形、例えば中間部材が１つの場合では６（＝（１＋１）×３）の頂点を持つ正六角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているものとする。
【００１４】
上記の構成により、アーム側部材とハンド側部材との間に少なくとも１つの中間部材が配置され、この中間部材とアーム側部材及びハンド側部材との間（中間部材が複数の場合は中間部材同士間も含む）に、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部が介在され、押圧手段の押圧によってハンド側部材とアーム側部材との間に中間部材が挟圧されているので、アーム側部材とハンド側部材とは中間部材の介在により複数の３点支持を軸線方向に並べた支持構造によって支持されることとなる。このことで、隣接する両部材間では３点支持構造の利点が得られ、支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高めることができるとともに、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑えることができ、さらには高度の加工精度や組立調整も不要になる。
【００１５】
そして、上記互いに隣接する両部材間の支持部は、他の互いに隣接する両部材間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているので、アーム側部材とハンド側部材との間の全体から見れば、軸傾斜方向の過負荷検出感度が円周方向について上記正多角形となり、その円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。
【００１６】
請求項２の発明では、ハンドに入力される少なくとも圧縮方向及び引張方向の過負荷に対しロボットアームを保護する過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられ、切欠部を有するアーム側部材と、このアーム側部材の切欠部内にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、上記アーム側部材及びハンド側部材の背面側に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された中間部材と、この中間部材をアーム側部材に向かって押圧する第１押圧手段と、上記ハンド側部材を中間部材に向かって押圧する第２押圧手段とを備えたものとする。
【００１７】
そして、上記中間部材はアーム側部材及びハンド側部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、上記各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなるものとする。
【００１８】
また、上記アーム側部材と中間部材との間の支持部は、ハンド側部材と中間部材との間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されている構成とする。
【００１９】
こうすれば、アーム側部材と中間部材との間及びハンド側部材と中間部材との間にそれぞれ３つの支持部が介在され、中間部材が第１押圧手段によりアーム側部材に向かって、またハンド側部材が第２押圧手段により中間部材に向かってそれぞれ押圧されているので、アーム側部材及びハンド側部材と中間部材とはそれぞれ３点支持構造により支持される。しかも、アーム側部材及び中間部材の間の支持部とハンド側部材及び中間部材の間の支持部とが、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されているので、上記請求項１の発明と同様に、３点支持構造による支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高め、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑え、高度の加工精度や組立調整も不要とできるとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度を正六角形として、その円周方向の方向性を均一化することができる。
【００２０】
また、ハンド側部材に圧縮方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によって中間部材が第１押圧手段の押圧力に抗して背面側に移動し、アーム側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れる一方、逆に、ハンド側部材に引張方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によってハンド側部材が第２押圧手段の押圧力に抗して前面側に移動し、ハンド側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れることとなる。従って、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護することができる。
【００２１】
請求項３の発明では、上記アーム側部材及び中間部材に形成された円弧孔と、ハンド側部材に設けられ、該円弧孔に係合するピンとからなり、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々が、該各部材に隣接する他の部材に対し、各支持部の突起部が係合部から外れるまで軸線回りに回転するのを規制する回転規制手段を設ける。このことで、回転方向の過負荷により、ハンド側部材がアーム側部材に対し軸線回りに回転しても、その回転は回転規制手段における円弧孔とピンとの係合によって各支持部の突起部が係合部から外れない範囲に規制される。従って、ハンド側及びアーム側部材同士は常に回転規制手段による規制が行われる範囲内で相対回転し、この範囲では、押圧手段による押圧により支持部の突起部が常に係合部に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときにハンド側部材を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００２２】
請求項４の発明では、ハンド側部材がアーム側部材に対し変位するのを検出する検出手段を設け、この検出手段の検出信号がロボットの制御システムに送信されてロボットの作動が停止するように構成する。こうすれば、この検出手段の検出信号をロボットの制御システムに送信することで、ロボットの作動を即座に停止させ、過負荷状態がさらに進行するのを回避することができる。
【００２３】
請求項５の発明では、上記支持部における突起部の先端部は球面状とし、係合部は、半径方向に延びる断面Ｖ字状の溝とする。こうすると、支持部の位置誤差があっても、それを許容して、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るロボットアーム保護装置の全体構成を示し、この保護装置は、図外のロボットアームと該ロボットアームに装着されるハンドとの間に接続されるもので、ハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようになっている。
【００２５】
図１において、１は下側に開放された有底円筒形状のアーム側プレートで、その背面（底壁上面）にてロボットアームに一体的に取付固定される。このアーム側プレート１は下端部（先端部）にリング状の受圧部２を有し、この受圧部２の中心には円形の開口３が貫通形成されている。
【００２６】
上記アーム側プレート１の内部つまりその受圧部２の背面側（上側）にはハンド側プレート１０のリング状の受圧部１１が、アーム側プレート１と同じ軸線Ｌに沿って上下移動可能にかつ外周部をアーム側プレート１の内周面に対しシール部材１１ａでシールして配設されており、この受圧部１１によりアーム側プレート１内に加圧室３０が区画されている。上記ハンド側プレート１０は、上端部にて上記受圧部１１に同心に一体化されかつ上記アーム側プレート１の受圧部２における開口３を経てアーム側プレート１の外部（下側）に延びる円筒部１２と、この円筒部１２の外端部（下端部）に一体形成された円板状の取付部１３とを備え、この取付部１３にてハンド側プレート１０がハンドに一体的に取付固定される。
【００２７】
上記アーム側プレート１の受圧部２とハンド側プレート１０の受圧部１１との間には、図２に示すような１つのリング状の中間プレート２０が両プレート１，１０の受圧部２，１１と同じ軸線Ｌに沿って上下移動可能に配設され、この中間プレート２０の内部に上記ハンド側プレート１０の円筒部１２が挿通されている。
【００２８】
また、上記アーム側プレート１の内底面の中心部とハンド側プレート１０の取付部１３上面の中心部との間には圧縮ばね３１がハンド側プレート１０の円筒部１２内に位置する状態で縮装されている。また、上記加圧室３０は、アーム側プレート１に開口した圧力ポート（図示せず）を介して図外の流体圧供給源（例えば加圧エア供給源）に接続されており、このばね３１と加圧室３０内の流体圧とにより、ハンド側プレート１０をアーム側プレート１に対し、各々の受圧部２，１１が互いに接近する方向に押圧して両受圧部２，１１間に中間プレート２０を挟圧するようにした押圧機構２９（押圧手段）が構成されている。尚、上記加圧室３０内の流体圧を可変とすることで、各受圧部２，１１間の押圧力を適正に調整することができる。
【００２９】
上記アーム側プレート１の受圧部２と、この受圧部２の上側に隣接する中間プレート２０とは、同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置した３つの第１支持部３２，３２，…（１つのみ図示する）により３点支持されている。また、上記ハンド側プレート１０の受圧部１１と、この受圧部１１の下側に隣接する中間プレート２０とも、上記第１支持部３２，３２，…と同じ同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置した３つの第２支持部３６，３６，…（１つのみ図示する）により３点支持されている。上記第１支持部３２，３２，…及び第２支持部３６，３６，…の各々は基本的に同じもので、各第１支持部３２にあっては、アーム側プレート１の受圧部２上面（背面）に突設された突起部３３と、図２にも示す如く、この受圧部２に隣接する中間プレート２０の下面に半径方向に延びるように凹設され、上記突起部３３を係合する係合部としての断面Ｖ字状の係合溝３４とからなる。一方、各第２支持部３６にあっては、ハンド側プレート１０の受圧部１１下面に突設された突起部３７と、この受圧部１１に隣接する中間プレート２０の上面に半径方向に延びるように凹設された係合部としての断面Ｖ字状の係合溝３８とからなり、上記各突起部３３，３７の先端部は球面状とされている。尚、中間プレート２０の上下面にそれぞれ形成される係合溝３４，３８の深さは、それぞれに係合する突起部３３，３７が略同じ高さ位置で係合するように設定されている。
【００３０】
そして、上記アーム側プレート１の受圧部２と、この上側に隣接する中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…は、ハンド側プレート１０の受圧部１１と、この下側に隣接する中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…に対し、図４に示すように、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ上記中間プレート２０の数「１」に「１」を加えた数「２」に「３」を乗じた数「６」の頂点を持つ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°だけずれた状態に配置されている。
【００３１】
したがって、この実施形態においては、ロボットの作動時、ハンドに過負荷がかかると、このハンドに取り付けられている過負荷保護装置のハンド側プレート１０がアーム側プレート１に対し相対変位する。例えば図３（ａ），（ｂ）はハンド側プレート１０が軸傾斜方向の過負荷によって軸線Ｌに対し傾斜変位した状態を例示しており、点Ｏは傾きの中心である。
【００３２】
その場合、過負荷保護装置においては、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１間に１つの中間プレート２０が配置され、この中間プレート２０とアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の各受圧部２，１１との間にそれぞれ３つの支持部３２，３２，…，３６，３６，…が介在され、圧縮ばね３１及び加圧室３０内の流体圧による押圧付勢によってハンド側プレート１０及びアーム側プレート１の受圧部２，１１間に中間プレート２０が挟圧されているので、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１同士は、中間プレート２０下側の３つの第１支持部３２，３２，…からなる３点支持構造と、中間プレート２０上側の３つの第２支持部３６，３６，…からなる３点支持構造との２つを軸線方向に並べた支持構造によって支持されることとなる。このため、アーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１と、これらに隣接する中間プレート２０との間では３点支持構造の利点が得られ、支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高めることができる。しかも、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑えることができ、高度の加工精度や組立調整も不要になる。
【００３３】
また、上記アーム側プレート１の受圧部２と中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…は、ハンド側プレート１０の受圧部１１と中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…に対し、図４に示すように、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°だけずれた状態に配置されているので、アーム側プレート１とハンド側プレート１０とを全体から見れば、軸傾斜方向の過負荷検出感度が正６角形となり（図４では矢印で過負荷による作動負荷の大きさを示している）、その円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。具体的には、従来の３点支持構造では、円周方向に沿って２倍の感度差が生じるのに対し、この実施形態のようにすれば、１．１５（＝１／ｓｉｎ６０°）倍の感度差に均一化することができる。
【００３４】
また、この実施形態では、各支持部３２，３６における突起部３３，３７の先端部が球面状とされ、この突起部３３，３７がそれぞれ係合する係合部は半径方向に延びる断面Ｖ字状の係合溝３４，３８であるので、仮に支持部３２，３６の位置誤差があったとしても、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【００３５】
尚、この実施形態では、支持部３２，３６の突起部３３，３７をアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１に、また係合部としての係合溝３４，３８を中間プレート２０にそれぞれ設けているが、逆に突起部３３，３７を中間プレート２０に、また係合溝３４，３８をプレートの受圧部２，１１にそれぞれ設けてもよく、さらには中間プレート２０に一方の支持部（例えば３２）の突起部と他方の支持部（同３６）の係合溝とを設けるようにすることもでき、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
また、各支持部３２，３６を球面状頭部を持つ突起部３３，３７と、断面Ｖ字状の係合溝３４，３８とで構成するのに代え、単なる突起部とそれに係合する円錐穴とで構成することもできる。しかし、各々の位置の誤差により組合せ時の位置が定まらないことを考慮すると、上記のように球面状頭部を持つ突起部３３，３６とＶ字状の係合溝３４，３７とからなる構成が好ましい。
【００３７】
さらに、上記実施形態では中間プレート２０を１つとしているが、２つ以上設けてもよく、互いに隣接する両部材間の支持部を、他の互いに隣接する両部材間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形（例えば中間プレート２０の数が２つのときには正９角形）の各頂点上に位置するように円周方向に所定角度（同中間プレート２０の数が２つのときには４０°）ずれた状態に配置すればよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、アーム側プレート１の受圧部２を下側に、またハンド側プレート１０の受圧部１１を上側にそれぞれ配置しているが、逆に、ハンド側プレート１０の受圧部１１を下側に、またアーム側プレート１の受圧部２を上側にそれぞれ配置すれば、ハンドを軸線方向に沿ってアーム側から離隔させる引張方向の過負荷に対して変位させることができる。
【００３９】
さらに、押圧機構としては、上記の如き圧縮ばね３１及び流体圧の組合わせの他、各々を単独で用いてもよく、さらには引張ばねや流体圧、或いはそれらの組合わせを用いることもできる。
【００４０】
（実施形態２）
図５及び図６は本発明の実施形態２を示し（尚、以下の各実施形態では図１と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、回転方向の変位の最大値を規制するようにしたものである。
【００４１】
すなわち、この実施形態では、アーム側プレート１の受圧部２における開口３は閉塞され、その受圧部２には、各第１支持部３２を構成する隣接する突起部３３，３３間の位置に円周方向に延びる複数の円弧孔４，４，…が上下面間に亘り、また中間プレート２０には、各支持部３２，３６を構成する係合溝３４，３８間の位置に円周方向に延びかつ上記円弧溝４と同数の円弧孔２１，２１，…が上下面間に亘りそれぞれ貫通形成され、これらアーム側プレート１の受圧部２及び中間プレート２０の各円弧孔４，２１同士は上下に対応して設けられている（尚、図５は支持部３２，３６以外の位置での断面図であるので、それらは示されていない）。この上下に対応する各組の円弧孔４，２１にはそれぞれストッパピン４０が挿通され、この各ストッパピン４０の上端部はハンド側プレート１０において中間プレート２０の上側に位置する受圧部１１に、また下端部はハンド側プレート１０の取付部１３にそれぞれ一体に固定されている。つまり、これら複数のストッパピン４０，４０，…がハンド側プレート１０の受圧部１１と取付部１３との連結部を兼ねており、上記実施形態１における円筒部１２は省略されている。また、中間プレート２０は、上記実施形態１とは異なる円板状のもので、その上面の中心部には凹部２２が形成され、この凹部２２の内底面とその上側のアーム側プレート１の底壁内面との間に圧縮ばね３１が縮装されている。
【００４２】
そして、上記上下に対応する各組の円弧孔４，２１とそれらに挿通されたストッパピン４０とで、アーム側プレート１、ハンド側プレート１０及び中間プレート２０の各々が他のものに対し軸線Ｌ回りに相対回転するのを規制する回転規制機構４２が構成され、この回転規制機構４２による回転範囲は、図６に示すように、該各支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８から外れない範囲とされている。
【００４３】
この実施形態によると、ハンドにかかった回転方向の過負荷により、ハンド側プレート１０がアーム側プレート１に対し軸線Ｌ回りに回転しても、その回転は回転規制機構４２の円弧溝４，２１の円周方向端部でのストッパピン４０の当接によって各支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８から脱出しない範囲に規制される。従って、ハンド側プレート１０は常に回転規制機構４２による規制が行われる範囲内で相対回転し、この範囲内では、圧縮ばね３１による押圧により支持部３２，３６の突起部３３，３７が係合溝３４，３８に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときにハンド側プレート１０を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００４４】
（実施形態３）
図７〜図９は実施形態３を示す。この実施形態は、ハンドに対する圧縮方向の過負荷のみならず引張方向の過負荷に対しても変位できるようにしたものである。
【００４５】
すなわち、この実施形態では、図７及び図８に示すように、アーム側プレート１のリング状受圧部２の内部（中心部）は、その各第１支持部３２の突起部３３を除く部分を半径方向外側に切り欠いてなる略Ｙ字形状の切欠部５に形成されている。
【００４６】
ハンド側プレート１０は、基本的に下側に開放された凹部１４を有する横断面略Ｙ字状の有底筒形状のもので、その凹部１４の下端開口部の周りに取付部１３が一体に形成されている。一方、ハンド側プレート１０上端の底壁は、アーム側プレート１と同じ軸線Ｌに沿って移動可能な受圧部１１を構成している。この受圧部１１は、貫通状の中心孔１５を有する円形部１６と、該円形部１６外周の円周方向３等分位置から半径方向外側に突出してなる３つの角部１７，１７，…とからなっており、この受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２の切欠部５内に該アーム側プレート１の受圧部２と略同じ高さ位置になるように配置されている。
【００４７】
また、アーム側プレート１の内部つまりアーム側プレート１及びハンド側プレート１０の受圧部２，１１の背面側（上側）には円板状の中間プレート２０が両プレート１，１０と同じ軸線Ｌに沿って移動可能に配置されている。この中間プレート２０上面の凹部２２内底面と、その上側のアーム側プレート１の底壁内面との間には中間プレート２０をアーム側プレート１の受圧部２に向かって下側に押圧する第１圧縮ばね４４（第１押圧手段）が縮装されている。
【００４８】
また、中間プレート２０の下面中心部にはねじ穴２３を有する円筒状ボス部２４が形成され、このねじ穴２３にはロッド４６の上端部が螺合締結されている。このロッド４６は上記ハンド側プレート１０の受圧部１１の中心孔１５に挿通されて凹部１４内に延び、その下端にはばね受け４７が設けられている。そして、このばね受け４７と凹部１４の内底面との間には、上記ハンド側プレート１０を中間プレート２０に向かって上側に押圧する第２圧縮ばね４５（第２押圧手段）が縮装されている。
【００４９】
さらに、中間プレート２０は、該中間プレート２０に下側に隣接するアーム側プレート１の受圧部２に対し、同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの第１支持部３２，３２，…により、またハンド側プレート１０の受圧部１１に対し、上記第１支持部３２，３２，…と同じ同一半径Ｒの円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの第２支持部３６，３６，…によりそれぞれ３点支持されている。そして、アーム側プレート１の受圧部２及び中間プレート２０の間の３つの第１支持部３２，３２，…と、ハンド側プレート１０の受圧部１１及び中間プレート２０の間の３つの第２支持部３６，３６，…とは、上記実施形態１と同様に、軸線方向から見て各々の支持部３２，３６がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向に６０°ずれた状態に配置されている（図４参照）。その他は上記実施形態１と同様の構成である。
【００５０】
したがって、この実施形態においても、上記実施形態１と同様に、３点支持構造による支持点の固定によって変位後の復帰の位置精度を高め、固定状態での剛性を高くしてがたの発生を抑え、高度の加工精度や組立調整も不要とできるとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度を正六角形として、その円周方向の方向性を均一化することができる。
【００５１】
また、ハンド側プレート１０に対する過負荷のうち、図９（ａ）に示すように、圧縮方向の過負荷がかかったときには、その過負荷によって中間プレート２０が第１圧縮ばね４４の押圧力に抗して上側（背面側）に移動し、アーム側プレート１の受圧部２と中間プレート２０との間の第１支持部３２，３２，…による３点支持構造が外れるようになる。一方、逆に、ハンド側プレート１０に引張方向の過負荷がかかったときには、図９（ｂ）に示す如く、その過負荷によってハンド側プレート１０が第２圧縮ばね４５の押圧力に抗して下側（前面側）に移動し、ハンド側プレート１０の受圧部１１と中間プレート２０との間の第２支持部３６，３６，…による３点支持構造が外れることとなる。よって、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護ができる。
【００５２】
（実施形態４）
図１０は実施形態４を示し、過負荷による変位を検出するようにしたものである。すなわち、この実施形態の構成は基本的に上記実施形態２と同様である（図５参照）。そして、ハンド側プレート１０における受圧部１１の下面中心部には検出用突起１８が取り付けられている。一方、アーム側プレート１の受圧部２の中心には、例えば近接スイッチや機械的接点スイッチ等からなる検出装置４８が上記検出用突起１８に対応して取り付けられ、この検出装置４８は例えばロボットの制御装置（図示せず）に接続されており、この検出装置４８により、ハンド側プレート１０の受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２に対し変位するのを検出するようにしている。
【００５３】
したがって、この実施形態では、ハンドへの過負荷によりハンド側プレート１０の受圧部１１がアーム側プレート１の受圧部２に対し例えば軸線方向（他の方向でもよい）に変位すると、そのことを検出装置４８が検出して検出信号を出力する。この検出装置４８の検出信号はロボットの制御装置に送られるため、例えば過負荷がかかったときにロボットの作動を即座に停止させて、過負荷状態がさらに進行するのを回避すること等ができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護する過負荷保護装置として、ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、ハンドに取り付けられるハンド側部材との間に少なくとも１つの中間部材を配設して、この中間部材がハンド側部材及びアーム側部材間に挟圧されるようにハンド側部材を押圧する押圧手段を設け、中間部材を利用してアーム側部材とハンド側部材との間に複数の３点支持構造を設け、これら複数の３点支持構造の支持点を３の正数倍の頂点を持つ６以上の正多角形の頂点位置に配置した。また、請求項２の発明では、ロボットアームに取り付けられ、切欠部を有するアーム側部材と、このアーム側部材の切欠部内に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材との間に、中間部材を配設し、この中間部材を利用してアーム側部材とハンド側部材との間に複数の３点支持構造を設け、これら複数の３点支持構造の支持点を正６角形の頂点位置に配置し、中間部材をアーム側部材及びハンド部材にそれぞれ押圧させる押圧手段を設けた。従って、これらの発明によると、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材において、隣接する両部材間では３点支持構造の利点が得られ、過負荷の作用による変位後の復帰の位置精度の向上、固定状態での剛性増大によるがた発生の抑制、高度の加工精度や組立調整の不要化を図るとともに、軸傾斜方向の過負荷検出感度の円周方向の方向性を円形に近付けて均一化することができる。
【００５５】
特に、請求項２の発明によれば、ハンド側部材に圧縮方向の過負荷がかかったときには、アーム側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れる一方、引張方向の過負荷がかかったときには、ハンド側部材と中間部材との間の支持部による３点支持構造が外れるので、ハンドに対する圧縮方向及び引張方向の双方の過負荷について変位して保護することができる。
【００５６】
請求項３の発明によると、アーム側部材及び中間部材に形成された円弧孔と、ハンド側部材に設けられ、円弧孔に係合するピンとからなる回転規制手段により、アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材が、それに隣接する他の部材に対し、各支持部の突起部が係合部から外れるまで軸線回りに回転するのを規制するようにしたことにより、回転方向の過負荷により、各部材がそれと隣接する他の部材に対し軸線回りに回転しても支持部の突起部が常に係合部に係合するので、回転方向の過負荷が取り除かれたときに各部材を正規の位置にスムーズに自動復帰させることができる。
【００５７】
請求項４の発明によると、ハンド側部材がアーム側部材に対し変位するのを検出する検出手段を設け、その検出信号によりロボットの作動を停止させるようにしたことにより、この検出手段の検出信号により、ロボットを即座に作動停止させて過負荷状態の進行回避を図ることができる。
【００５８】
請求項５の発明によると、支持部における突起部の先端部を球面状とし、係合部は半径方向の断面Ｖ字状の溝としたことにより、支持部の位置誤差があっても、それを許容して、組立時の位置を確実に合致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る過負荷保護装置の断面図である。
【図２】中間プレートの斜視図である。
【図３】ハンドに作用する過負荷に応じてハンド側プレートが揺動する状態を示す説明図である。
【図４】軸傾斜方向の過負荷検出感度の円周方向の方向性を示す図である。
【図５】実施形態２を示す図１相当図である。
【図６】実施形態２において回転方向の過負荷に伴う規制機構による回転範囲の最大幅を示す説明図である。
【図７】実施形態３を示す図１相当図である。
【図８】実施形態３の保護装置を示す分解斜視図である。
【図９】実施形態３においてハンドに作用する圧縮方向及び引張方向の過負荷に応じてハンド側プレートが移動する状態を示す説明図である。
【図１０】実施形態４を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１ アーム側プレート（アーム側部材）
２ 受圧部
４ 円弧溝
５ 切欠部
１０ ハンド側プレート（ハンド側部材）
１１ 受圧部
１８ 検出用突起
２０ 中間プレート（中間部材）
２１ 円弧溝
２９ 押圧機構（押圧手段）
３０ 加圧室
３１ 圧縮ばね
３２ 第１支持部
３３ 突起部
３４ 係合溝
３６ 第２支持部
３７ 突起部
３８ 係合溝
４０ ストッパピン
４２ 回転規制機構（回転規制手段）
４４ 第１圧縮ばね（第１押圧手段）
４５ 第２圧縮ばね（第２押圧手段）
４８ 検出装置（検出手段）
Ｌ 軸線
Claims (5)
- ロボットアームに装着されるハンドに過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようにした過負荷保護装置であって、
上記ロボットアームに取り付けられるアーム側部材と、
上記アーム側部材の側方にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、
上記アーム側部材とハンド側部材との間に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された少なくとも１つの中間部材と、
上記ハンド側部材とアーム側部材との間に中間部材が挟圧されるようにハンド側部材を押圧する押圧手段とを備え、
上記アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々は、該各部材に隣接する他の部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、
上記各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなり、
上記互いに隣接する両部材間の支持部は、他の互いに隣接する両部材間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ上記中間部材の数に１を加えた数に３を乗じた数の頂点を持つ正多角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されていることを特徴とするロボットアームの過負荷保護装置。 - ロボットアームに装着されるハンドに少なくとも圧縮方向及び引張方向の過負荷が入力されたときに変位してアームを保護するようにした過負荷保護装置であって、
上記ロボットアームに取り付けられ、切欠部を有するアーム側部材と、
上記アーム側部材の切欠部内にアーム側部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設され、上記ハンドに取り付けられるハンド側部材と、
上記アーム側部材及びハンド側部材の背面側に両部材と同じ軸線に沿って移動可能に配設された中間部材と、
上記中間部材をアーム側部材に向かって押圧する第１押圧手段と、
上記ハンド側部材を中間部材に向かって押圧する第２押圧手段とを備え、
上記中間部材はアーム側部材及びハンド側部材に対し、それぞれ同一半径の円周上でかつ円周方向に３等分した位置に配置される３つの支持部により３点支持されており、
上記各支持部は、互いに隣接する両部材の一方に設けられた突起部と、両部材の他方に設けられ、上記突起部を係合する係合部とからなり、
上記アーム側部材と中間部材との間の支持部は、ハンド側部材と中間部材との間の支持部に対し、軸線方向から見て各々の支持部がそれぞれ正６角形の各頂点上に位置するように円周方向にずれた状態に配置されていることを特徴とするロボットアームの過負荷保護装置。 - 請求項１又は２のロボットアームの過負荷保護装置において、
アーム側部材及び中間部材に形成された円弧孔と、ハンド側部材に設けられ、該円弧孔に係合するピンとからなり、上記アーム側部材、ハンド側部材及び中間部材の各々が、該各部材に隣接する他の部材に対し、各支持部の突起部が係合部から外れるまで軸線回りに回転するのを規制する回転規制手段を設けたことを特徴とするロボットアームの過負荷保護装置。 - 請求項１〜３のいずれかのロボットアームの過負荷保護装置において、
ハンド側部材がアーム側部材に対し変位するのを検出する検出手段を設け、該検出手段の検出信号がロボットの制御システムに送信されてロボットの作動が停止するように構成されていることを特徴とするロボットアームの過負荷保護装置。 - 請求項１〜４のいずれかのロボットアームの過負荷保護装置において、
支持部における突起部の先端部は球面状であり、
係合部は、半径方向に延びる断面Ｖ字状の溝であることを特徴とするロボットアームの過負荷保護装置。
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