JP3917153B2 - Robot arm with a shock absorbing structure - Google Patents

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Description

本発明は、衝突による作業者の負傷又はロボットの破損を防止するためのロボットアームに関し、さらに詳しくは、ロボットアームが作業者又は構造物にぶつかったとき、取替容易なロボットのボディの一部分が変形されて作業者とロボットの要部を保護できるようにした、衝撃吸収構造を有するロボットアームに関する。 The present invention relates to a robot arm to prevent damage to the worker injury or robot due to the collision, and more specifically, when the robot arm is bumped to the operator or structure, a portion of the body of the replacement easy robot and to protect the main part of the operator and the robot is deformed, a robot arm with a shock absorbing structure.

ロボットは様々な分野で用いられている。 Robots are used in various fields. 例えば、人間が作業できないクリーンルーム、宇宙空間及び原子炉などで使用される産業用ロボット、患者又は老弱者のためのリハビリ医学用ロボット、生活に便利さと楽しみを与える生活支援用又はレーザ用ロボットなどがあり、益々われわれの生活に密接な関係を持って必要な存在として位置付けられている。 For example, human beings can not work clean room, industrial robots, such as those used in outer space and nuclear reactors, the patient or rehabilitation medical robot for the elderly vulnerable groups, such as life support for or laser robots give the convenience and fun in life Yes, it is positioned as necessary present with a close relationship more and more in our lives.

ロボットは、その基本的な役割である荷重支持能力を高めるために、剛性が高くて丈夫な構造で製作されることが一般的である。 Robot, in order to increase the basic load-bearing capacity is the role, it is common that is made of durable structure high rigidity. 特に、ロボットアームは、荷重支持能力を高めるために、厚くて重い金属材質からなっている。 In particular, the robot arm, in order to increase the load bearing capacity, is made from heavy thick metal. したがって、ロボットアームが他の構造物又は人間と衝突すると、構造物と人間に損傷を与えるうえ、ロボットの関節部及び駆動部も致命的な損傷を被る。 Therefore, when the robot arm collides with other structures or human, after damage to the structure and human joints and driving parts of the robot also suffer permanent damage. また、金属材質からなるロボットアームは、加工部が多くて複雑なので、加工コスト及び製造コストが高いという問題点がある。 The robot arm made of metal material, so complicated and many processing unit, there is a problem of high processing cost and manufacturing cost.

このような理由から、予想もしなかった動作及び事故に対処するために、荷重を支持することが可能な剛性構造に加えて衝撃吸収構造を有するロボットアームが求められている。 For this reason, in order to cope with the operation and accident unforeseen, the robot arm having a shock absorbing structure in addition to rigid structure capable of supporting a load has been required. すなわち、ロボットが作業者又は他の構造物にぶつかったとき、ロボットの要部又は作業者に衝撃を与えないように撓み易いか或いは折れ易いロボットアームが必要であった。 That is, when the robot hits a worker or other structure, easy or frangible robotic arm flexing so as not to shock the main part or the operator of the robot is required.

本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、構造を支持することが可能な剛性を有し、且つ事故が予防できるように一定の衝撃に対して変形又は破損する衝撃吸収構造を有するロボットアームを提供することにある。 The present invention is intended to solve such problems, the impact and its object is to have a rigidity capable of supporting the structure, and incidents is deformed or broken for a certain shock so preventable It is to provide a robot arm having an absorption structure.

本発明の一様態によれば、衝撃吸収構造を有するロボットアームであって、ロボットアームの骨組を成す剛性材質の複数のビームと、前記ビームとビームとの間に取り付けられてロボットアームの形を形成し、外部衝撃を吸収する有弾性側面部材とを含み、前記側面部材は、フォーム又はハニカム構造を有し、樹脂材質からなる板材と、この板材に接合される繊維強化複合材料とを備える、衝撃吸収構造を有するロボットアームが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a robot arm having a shock absorbing structure, a plurality of beams of rigid material which forms the skeleton of the robot arm, the shape on the installed robotic arm between the beam and the beam formed, and a perforated elastic side members to absorb the external impact, the side member has a foam or honeycomb structure comprises a plate member made of a resin material, a fiber reinforced composite material to be joined to the plate material, robot arm with a shock absorbing structure is provided.

また、本発明の他の様態によれば、衝撃吸収構造を有するロボットアームであって、剛性材質からなる複数のブロックと、前記複数のブロックがロボットアームの形を形成するようにブロックとブロックとを連結し、一定の力により変形する連結部材とを含み、前記連結部材は、フォーム又はハニカム構造を有し、樹脂材質からなる板材と、この板材に接合される繊維強化複合材料とを備える、衝撃吸収構造を有するロボットアームが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a robot arm having a shock absorbing structure, a plurality of blocks made of a rigid material, the block and the block so that the plurality of blocks to form the shape of the robot arm was ligated, and a connecting member which is deformed by the constant force, the connecting member includes a foam or honeycomb structure comprises a plate member made of a resin material, a fiber reinforced composite material to be joined to the plate material, robot arm with a shock absorbing structure is provided.

本発明によれば、上記構成を有する側面部材又は連結部材を備えるので、ロボットアームが外部から衝撃を受けるか或いは他の構造物と衝突するときに発生する衝撃がロボットアーム自体に吸収され、ロボットの要部又はその他の構造物を保護することができるという効果がある。 According to the present invention, since including a side member or the connecting member having the above structure, the impact robot arm that occur when colliding with shock or other structures from the outside is absorbed by the robotic arm itself, the robot there is an effect that it is possible to protect the main part, or other structure.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention in the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態に係るロボットアームの断面構造を示し、図2は図1の実施形態を変形したロボットアームの断面構造を示し、図3は本発明の他の実施形態に係るロボットアームの構造を示す。 Figure 1 shows a cross-sectional structure of the robot arm in accordance with an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a sectional structure of a robot arm which is a modification of the embodiment of Figure 1, Figure 3 is according to another embodiment of the present invention showing the structure of the robot arm.

ロボットアーム10の周縁部における4ヶ所の角部にはビーム30が設置され、ビーム30とビーム30との間には側面部材20が結合される。 The corners of four locations at the periphery of the robot arm 10 the beam 30 is installed, the side member 20 is coupled between the beam 30 and the beam 30. ビーム30は、ロボットアーム10の骨組を成し、側面部材20は、ロボットアーム10の外形を形成する。 Beam 30, forms a framework of the robot arm 10, side member 20 forms the outer shape of the robot arm 10. ロボットアーム10は、周縁部おける4ヶ所の角部を除いては側面部材20に囲まれて外部と接触する。 The robot arm 10, with the exception of the corners of the definitive periphery four points in contact with the outside is surrounded by the side members 20. この側面部材20は、フォームと複合材料からなっている。 The side member 20 is made from a form a composite material. 一般に、複合材料は方向によって剛性が異なるが、本実施形態では、側面部材20付きロボットアーム10が長手方向に高い剛性を有し、周方向に低い剛性を有する。 In general, the composite material is rigid by directions are different, in this embodiment, has a side member 20 with the robot arm 10 is a high rigidity in the longitudinal direction, it has a low stiffness in the circumferential direction. このような構造のロボットアーム10は、周方向に外力を受けると、図1の如く力の方向に撓みながら衝撃を吸収する。 Such structures robot arm 10 receives an external force in the circumferential direction, to absorb the impact while flexing in the direction of the force as shown in FIG. 1. したがって、ロボットアーム10が作業者や他の構造物などにぶつかったとき、発生した衝撃が側面部材20に吸収されるので、作業者と構造物を衝撃から保護することができる。 Therefore, when the robot arm 10 is bumped into such workers and other structures, so the impact generated is absorbed by the side members 20, it is possible to protect the worker and the structure from impact.

図2は側面部材20にひだ21を形成して衝撃吸収力を増大させたロボットアームを示す。 Figure 2 shows the robot arm to form a pleat 21 in the side member 20 increases the shock absorption. 側面部材20にひだ21が形成された場合は、ひだ21が形成されていない場合より面積が増大し、外力に対する変形が起こり易いので、外部衝撃をより良く吸収することができる。 If the pleats 21 are formed on the side member 20, increased area than if the folds 21 are not formed, because it is easy to occur deformation against an external force, it can be better absorbing external shocks.

上記とは異なり、剛性ボディを利用しながら外部衝撃を吸収することもできる。 Unlike the above, it is also possible to absorb the external impact while utilizing rigidity body. 図3はこのようなロボットアーム10の構造を示すもので、図3の(a)はブロックとブロックの分離状態を示し、図3の(b)は分離されたブロックが連結部材によって結合した状態を示し、図3の(c)はブロックに作用した外力によって連結部材が変形した状態を示す。 Figure 3 shows the structure of the robot arm 10, the state of (a) shows a separation state of the block and the block, (b) in FIG. 3 is separated blocks bonded by a connecting member 3 are shown, (c) of FIG. 3 shows a state in which the connecting member is deformed by an external force acting on the block.

ロボットアーム10は、複数のブロック40からなり、連結部材41によって結合される。 The robot arm 10 is comprised of a plurality of blocks 40 are coupled by a connecting member 41. ブロック40は、図1と図2の実施形態と同様の断面構造を有するブロックであり、独立したそれぞれのブロック40は連結部材41によって結合される。 Block 40 is a block having the same cross-sectional structure as the embodiment of FIGS. 1 and 2, each of the blocks 40 which separate are coupled by a connecting member 41. 連結部材41は、前記側面部材20と同様に、フォームと複合材料からなっている。 Connecting member 41, similar to the side member 20, formed of a foam composite material.

このようなロボットアーム10の外形部分は、金属材質のブロック40なので、衝撃によって容易く破損又は変形することはない。 Such outer portions of the robot arm 10, so block 40 of metallic material, is not be easily damaged or deformed by the impact. 又、複数のブロック40を連結する連結部材41は、前述したように弾性力に優れるが、ブロック40に比べて強度が低い。 Further, the connecting member 41 for connecting the plurality of blocks 40 is excellent in elasticity as described above, a lower strength than block 40. したがって、ブロック40に所定の衝撃が加わると、ブロック40に比べて相対的に強度の低い連結部材41において図3の(c)の如く変形又は破損が起こりながら衝撃を吸収することになる。 Therefore, when a predetermined impact is applied to the block 40, it will absorb the impact while deformation or breakage as (c) in FIG. 3 occur at lower connecting member 41 relatively strength than block 40. 結局、ブロック40に作用する衝撃は軟質の連結部材41が吸収するので、相対的に取替が難しくて高価なブロック40又はロボットの関節42を保護することができる。 After all, the impact acting on the block 40 because it absorbs the connecting member 41 of soft, it is possible to relatively replacement is difficult to protect the joint 42 of expensive block 40 or a robot. 尚、複合材料は前述したように方向によって剛性が異なる。 Incidentally, the composite material stiffness varies depending on the direction as described above. よって、ブロック40への取付時にこれを考慮しなければならない。 Therefore, we must take this into account when installing to the block 40.

図4は、図1と図3のロボットアームに使用される側面部材と連結部材の一製作方法を示し、図5は、側面部材と連結部材の他の製作方法を示し、図6と図7は、図4と図5で製作された部材の成形方法を示す。 Figure 4 shows an manufacturing method of the side members and the coupling member used in the robot arm of Figure 1 and Figure 3, Figure 5 shows another method of manufacturing a side member and the coupling member, Figure 6 and Figure 7 shows a method of molding a member made of FIGS. 4 and 5.

側面部材と連結部材の形を形成する板材50の材質としては、主にフォームとハニカム構造物が使用される。 The material of the plate 50 forming the shape of the side members and the connecting member mainly forms the honeycomb structure is used. フォームとは、ウレタンやPMI、PVC、ABS、フェノールなどの樹脂を発泡して製作した多孔性構造物のことをいい、ハニカム構造物とは、紙、アラミド、フェノールなどが蜂の巣状に形成された後、樹脂が塗布されて製作された構造物のことをいう。 A form refers to a urethane or PMI, PVC, ABS, porous structure fabricated by foaming a resin such as phenol, and the honeycomb structure, paper, aramid, phenolic and are formed in a honeycomb shape after refers to a structure fabricated resin is applied. 本実施形態では板材50の材質としてフォームを使用した場合を一例として説明した。 In the present embodiment has described the case of using the foam as a material of the plate 50 as an example.

まず、板材50に補助部材70を結合させる。 First, to couple the auxiliary member 70 to the plate 50. 補助部材70の結合方法は、図4と図5にそれぞれ示したように2つに大別される。 Method of coupling the auxiliary member 70 is roughly divided into two, as shown respectively in Figures 4 and 5. 一つは板材50に凹部51を設けて補助部材70を挿入する方法であり、もう一つは板材50に補助部材70をそのまま取り付ける方法である。 One is a method of inserting the auxiliary member 70 a recess 51 provided in the plate member 50, a method other is to attach it to the auxiliary member 70 to the plate 50. 板材50に補助部材70が結合すると、補助部材70が外部に露出するように裁断された複合材料60を板材50の外側に取り付ける。 When the auxiliary member 70 to the plate member 50 are attached, the auxiliary member 70 attaches the cut composite material 60 so as to be exposed to the outside on the outer side of the plate 50. 詳細には、複合材料60を、板材50の上下左右の側面に取り付ける。 In particular, the composite material 60, attached to the side surface of the upper, lower, left and right plate members 50. 硬化した複合材料60は加工が困難であるため、硬化していない複合材料60を使用する。 Cured composite material 60 for processing is difficult, using the composite material 60 that is not cured. 硬化していない複合材料60の準備が出来ていなければ、図5の如く小さく切断されて硬化した複合材料60をそれぞれ取り付けた後、外側を薄板80で被覆して使用する。 If not ready for uncured composite material 60, after attaching the composite material 60 was cured less is cut as shown in FIG. 5, respectively, using the outer coated with thin 80. この方法は、市場で流通する複合材料60をそのまま使用することができるため、製作コストを減らすことができるという利点がある。 Since this method can be used as it is a composite material 60 that circulates in the market, there is an advantage that it is possible to reduce the manufacturing cost.

次に、図6に示すように、板材50と複合材料60とからなるサンドイッチ構造物を金型100に入れ、固定用ボルト或いはクランプで十分な圧力を加えて固定する。 Next, as shown in FIG. 6, a sandwich structure comprising a plate member 50 composite material 60. placed in a mold 100, fixed by the addition of sufficient pressure fixing bolts or clamps. この金型100に、ロボット構造(板材50と複合材料60)と金型の熱容量を考慮して熱を加える。 This mold 100, applying heat in consideration of the heat capacity of (the sheet 50 composite material 60) the robot structure and the mold. 金型100内の板材50と複合材料60は、金型100に比べて熱膨張係数が大きいため、温度が上昇すると、金型100の内部に圧力が発生する。 Sheet 50 and the composite material 60 in the mold 100, since the thermal expansion coefficient is larger than the mold 100, the temperature increases, the pressure generated inside the mold 100. したがって、板材50と複合材料60は、加圧状態で硬化して接着される。 Accordingly, sheet 50 and the composite material 60 is bonded by curing under pressure. すなわち、加圧と同時に板材50と複合材料60が硬化される。 That is, the composite material 60 is cured at the same time sheet 50 and pressurized. この際、複合材料60の外側には図7に示すように多孔性を有する薄板65をさらに被覆して板材50の衝撃吸収力を倍加させることができる。 In this case, the outside of the composite material 60 can be double the shock absorption of further coating to plate 50 a thin plate 65 having a porosity as shown in FIG. このような同時硬化製作法は、金型100から取り出した成形物を所望の形状に簡単に裁断して形態が完成するので、後処理加工が不要であって加工費が節減される。 Such co-curing manufacturing method, since the form of the molded article was taken out from the mold 100 to easily cut into a desired shape is completed, post-processing machining processing costs are reduced not be required. また、高剛性繊維強化複合材料60が硬化して板材50と接着されるので、別途の接着過程を必要としない。 Further, since the high-rigidity fiber reinforced composite material 60 is adhered to the sheet 50 and cured, does not require a separate bonding process.

尚、板材50に補助部材70を結合させる理由は、板材50がフォーム又はハニカム構造物のように軟質材質からなり、この板材50に被覆される複合材料60の加工が難しくてその複合材料60に別途の機械装置を設置し難いためである。 The reason for coupling the auxiliary member 70 to the plate 50, the plate 50 is made of a soft material like a foam or honeycomb structure, on the composite material 60 by difficult processing of the composite material 60 to be coated on the sheet 50 This is because it is difficult to install a separate machine. したがって、所定の強度を有する加工性の良い金属又は工業用プラスチック材質の補助部材70を板材50に結合させると、センサや油圧装置など必要な装置の取付或いは板材50のロボットへの結合が非常に容易になる。 Therefore, a good workability metal or the auxiliary member 70 of engineering plastics material having a predetermined strength when is attached to plate 50, coupling is very to mount or plate members 50 robot sensor and a hydraulic device such as a necessary device It becomes easier.

尚、ロボットアームを製造するために、中空型の板材50を使用することもできる。 It is also possible in order to produce a robot arm, using a hollow plate member 50.
以上、衝撃吸収構造を有するロボットアームに対する技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の好適な実施形態を例示的に説明したものに過ぎず、本発明を限定するものではない。 Although the technical idea for a robot arm having a shock absorbing structure described in conjunction with the accompanying drawings, which are merely exemplarily illustrating a preferred embodiment of the present invention, not to limit the present invention.

また、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも、本発明の技術思想の範疇から逸脱することなく様々な変形及び改良が可能であることは、明白である。 Further, in the art Anyone by those of ordinary skill, is intended to cover various modifications and improvements without departing from the scope of the technical idea of ​​the present invention are apparent.

本発明の一実施形態に係るロボットアームの断面構造を示す図である。 It is a diagram showing a sectional structure of a robot arm according to an embodiment of the present invention. 図1の実施形態を変形したロボットアーム断面構造を示す図である。 It is a diagram showing a robot arm sectional structure obtained by modifying the embodiment of FIG. 本発明の他の実施形態に係るロボットアームの構造を示す斜視図である。 The structure of a robot arm according to another embodiment of the present invention is a perspective view showing. 図1と図3のロボットアームに使用される側面部材と連結部材の一製作方法を示す図である。 Is a diagram illustrating an method of manufacturing a side member and the coupling member used in the robot arm of Figure 1 and Figure 3. 側面部材と連結部材の他の製作方法を示す図である。 It is a diagram showing another method of manufacturing a side member and the coupling member. 図4と図5の方法で製作された部材の成形方法を示す図である。 4 and the molding method of the fabricated member in the method of FIG. 5 is a diagram showing a. 図4と図5の方法で製作された部材の成形方法を示す図である。 4 and the molding method of the fabricated member in the method of FIG. 5 is a diagram showing a.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 ロボットアーム20 側面部材21 ひだ30 ビーム40 ブロック41 連結部材42 関節50 板材60 複合材料70 補助部材80 薄板100 金型 10 the robot arm 20 side member 21 folds 30 beam 40 block 41 connecting member 42 joint 50 plate 60 composite material 70 the auxiliary member 80 thin 100 mold

Claims (4)

  1. 衝撃吸収構造を有するロボットアームであって、 A robotic arm having an impact absorbing structure,
    複数のブロックと、 And a plurality of blocks,
    前記複数のブロックがロボットアームの形を形成するようにブロックとブロックとを連結し、前記ブロックに比べて相対的に低い強度を有する弾性力のある連結部材と、 A connecting member in which the plurality of blocks are connected to the block and the block to form the shape of a robot arm, an elastic force having a relatively low strength compared to the block,
    を含み、前記連結部材は、フォーム又はハニカム構造を有し、樹脂材料からなる板材と、この板材に接合される繊維強化複合材料とを備える、衝撃吸収構造を有するロボットアーム。 Hints, the connecting member includes a foam or honeycomb structure comprises a plate member made of a resin material, a fiber reinforced composite material to be joined to the plate material, a robot arm with a shock absorbing structure.
  2. 前記連結部材は、 The connecting member,
    フォーム又はハニカム構造を有する樹脂材料の前記板材からなり、凹部を有するコア部材と、 Made from the sheet of resin material having a foam or honeycomb structure, a core member having a recess,
    前記凹部に挿入される外部部品装着用補助部材と、 And an external component mounting auxiliary member inserted into the recess,
    前記補助部材を外部に露出させる開口部を有し、前記コア部材に取り付けられる、前記繊維強化複合材料からなる構造部材と、 Has an opening exposing the auxiliary member to the outside, attached to the core member, a structural member made from the fiber-reinforced composite material,
    を備えることを特徴とする請求項1記載の衝撃吸収構造を有するロボットアーム。 Robot arm with a shock absorbing structure according to claim 1, characterized in that it comprises.
  3. 前記コア部材と前記構造部材との間に複数個の孔を有する薄板がさらに備えられることを特徴とする請求項2記載の衝撃吸収構造を有するロボットアーム。 Robot arm with a shock absorbing structure according to claim 2, wherein the thin plate is further provided with a plurality of holes between said structural member and the core member.
  4. 前記コア部材の前記樹脂材料、前記補助部材の材料、及び前記構造部材の前記繊維強化複合材料は、同時硬化に適した材料であることを特徴とする請求項2記載の衝撃吸収構造を有するロボットアーム。 The resin material of the core member, the material of the auxiliary member, and the fiber-reinforced composite material of the structural member, a robot having a shock absorbing structure according to claim 2, characterized in that it is a material suitable for simultaneously curing arm.
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