JP4789118B2 - ロボットアームの衝撃測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットアームがロボット本体に連結される関節部を駆動する駆動源により所定トルクでスイング動作されて他の物に衝突したときの衝撃力を測定するために行うロボットアームの衝撃測定方法に関する。

ロボットが正常である限り、ロボットアームは関節部に組込まれている駆動源により最大定格トルク以下のトルクでスイング動作されるが、制御不調や外乱ノイズ等による誤動作を生じた場合には、最大定格トルクを上回るトルクでロボットアームがスイング動作される虞がある。そして、最大定格トルクを上回るトルクでロボットアームがスイング動作されて他の物に衝突すると、ロボットアーム自体若しくは被衝突物にダメージを与える可能性がある。

そこで、従来は、試験装置にロボットアームをセットし、試験装置に備える駆動源により上記最大定格トルクを上回る所定トルクでロボットアームをスイング動作させ、ロボットアームのスイング軌跡上の固定物にロボットアームを衝突させて、衝撃（加速度、荷重等）を測定している。そして、この測定結果をロボット設計にフィードバックして、ダメージを与えないようなロボットアームの構造設計やロボットアームに貼り付ける緩衝材の選定を行っている。

然し、上記従来例では、試験装置の駆動源をロボットに設けられた関節部用の駆動源の最大定格トルクより大きなトルクを安定して出力できる大容量のものにする必要があって、試験装置が高価になる。また、誤動作によるロボットアームの他の物への衝突状態を再現するには、試験装置の駆動源によりロボットアームに衝突後もトルクを付与し続ける必要があって、駆動源の制御が難しくなる。

ところで、従来、定位置に固定した試験片に振り子式の錘体を衝突させて衝撃を測定する衝撃測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来例を利用し、定位置に固定したロボットアームに錘体を衝突させて衝撃力を測定することも考えられる。

然し、これでは、ロボットアームへの錘体の衝突後はロボットアームにトルクが付与されなくなり、誤動作によるロボットアームの他の物への衝突状態を再現できない。
特開平５−３１２７０３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、誤動作によりロボットアームが他の物に衝突したときの衝撃を複雑な制御を行うことなく低コストで精度良く測定できるようにしたロボットアームの衝撃測定方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、ロボットアームがロボット本体に連結される関節部を駆動する駆動源により所定トルクでスイング動作されて他の物に衝突したときの衝撃を推定するために行うロボットアームの衝撃測定方法であって、ロボットアームを他の物に衝突したときの衝撃に抗するように前記関節部に前記所定トルクに等しい制動トルクを付与した状態で保持し、前記関節部にこの制動トルクより大きなトルクが作用するような速度で錘体をロボットアームに衝突させて、衝撃を測定することを特徴とする。

本発明によれば、ロボットアームへの錘体の衝突で関節部に制動トルクより大きなトルクが作用するため、ロボットアームが制動トルクに抗して動く。従って、錘体の衝突後もロボットアームに制動トルクに等しいトルク、即ち、上記所定トルクが付与され、誤動作によるロボットアームの他の物への衝突状態を再現できる。そして、本発明では、従来例のような関節部を駆動する大容量の駆動源が不要であって、駆動源の複雑な制御も不要であり、誤動作によりロボットアームが他の物に衝突したときの衝撃を低コストで簡便に精度良く測定することができる。

また、本発明においては、ロボットアームの関節部に連結される回転板と、回転板に付勢部材の付勢力で圧接する摩擦材とを備えるトルクリミッタにより関節部に制動トルクを付与することが望ましい。これによれば、小型安価なトルクリミッタにより関節部に確実に制動トルクを付与でき、一層のコストダウンを図ることができる。

図１、図２はロボットアームＲの衝撃測定装置を示している。ここで、ロボットアームＲは、図示省略したロボット本体に基端の関節部Ｒａにおいて揺動自在に連結され、減速機付き電動モータ等の駆動源により最大定格トルク以下のトルクでスイング動作される。但し、制御不調や外乱ノイズ等による誤動作を生じた場合には、最大定格トルクを上回るトルクでロボットアームＲがスイング動作される虞がある。そこで、誤動作時に予測される最大定格トルクを上回る所定トルクでロボットアームＲがスイング動作されて他の物に衝突したときの衝撃を測定するために、衝撃測定装置を用いた試験を行う。

尚、ロボットアームＲには、中間に関節部Ｒｂが設けられると共に、先端に関節部Ｒｃを介してハンド部が設けられているが、ハンド部に衝撃を加えると故障しやすいため、試験ではハンド部に代えてこれと同質量の擬似ハンド部Ｒｄを連結している。また、試験では、関節部Ｒｂ，Ｒｃを回動不能に固定しておく。

衝撃測定装置は門型のフレーム１を備えており、このフレーム１上に設けた左右一対のブラケット２，２間に、ロボットアームＲを基端の関節部Ｒａにおいて揺動自在に支持する支軸３が架設されている。支軸３の両端部は、各ブラケット２にキー３ａで回り止めされている。

支軸３上にはトルクリミッタ４が設けられている。トルクリミッタ４は、図２に示す如く、支軸３にキー５ａにより回り止めした状態で固定される、外周に鍔部５ｂを有するハブ５と、ハブ５に回動不能に且つ軸方向に摺動自在に外挿される押し板６と、鍔部５ｂと押し板６との間でハブ５に回動自在に外挿される回転板７と、押し板６を鍔部５ｂ側に付勢する２個の皿ばねから成る付勢部材８とを備えている。鍔部５ｂと押し板６の回転板７に対向する面には摩擦材９が取り付けられており、回転板７に付勢部材８の付勢力で摩擦材９が圧接する。付勢部材８の付勢力はハブ５に螺合する調整ナット１０で調整自在である。そして、回転板７にロボット誤動作時の上記所定トルクに等しい制動トルクが付与されるように、調整ナット１０により付勢部材８の付勢力を調整する。調整後は、調整ナット１０の緩み止めのため、調整ナット１０をハブ５に回り止めされる留め座金１０ａに止めねじ１０ａにより締結する。

トルクリミッタ４の回転板７は、ロボットアームＲの関節部Ｒａに連結部材１１を介して連結される。連結部材１１は、関節部Ｒａの横方向一端部に連結される、支軸３に回動自在に外挿される内筒１１ａと、内筒１１ａにキー１１ｂにより回り止めした状態で外挿される外筒１１ｃと、外筒１１ｃと回転板７とを連結する複数のピン１１ｄとで構成されている。かくして、関節部Ｒａにトルクリミッタ４から連結部材１１を介して上記制動トルクが付与される。

また、関節部Ｒａの横方向他端部には筒状ホルダ１２が連結されている。筒状ホルダ１２の内周には、支軸３に対し回動自在な軸受用のスリーブ１２ａが装着されている。かくして、関節部Ｒａは筒状ホルダ１２を介して支軸３に軸支される。

衝撃測定装置は、更に、門型フレーム１の前側に位置する支柱１３を備えている。支柱１３には、所定の質量の錘体１４がスイングアーム１４ａを介して振り子式に連結されている。そして、支軸３に支持されるロボットアームＲの下端の擬似ハンド部Ｒｄに錘体１４が衝突するようにしている。錘体１４の擬似ハンド部Ｒｄに対する衝突部１４ｂには、加速度センサや荷重センサ等の検出器１５が組み込まれている。尚、錘体１４の質量は誤動作時にロボットアームＲが衝突する可能性のある物の質量に等しくなるように設定される。

試験に際しては、錘体１４を所定の高さから落下させて、ロボットアームＲの下端の擬似ハンド部Ｒｄに錘体１４を衝突させ、検出器１５により衝撃（加速度や荷重）を測定する。錘体１４の上記高さは、トルクリミッタ４により付与される制動トルクより大きなトルクが関節部Ｒａに作用するような速度で錘体１４がロボットアームＲに衝突するように設定される。

関節部Ｒａに制動トルクより大きなトルクが作用すると、トルクリミッタ４の回転板７が摩擦材９に対し滑り、ロボットアームＲが制動トルクに抗して動く。従って、錘体１４の衝突後も暫くの間はロボットアームＲに制動トルクに等しいトルクが付与される。ここで、制動トルクはロボット誤動作時にロボットアームＲに付与されるトルクに等しい。そのため、誤動作によるロボットアームＲの他の物への衝突状態を再現できる。そして、本実施形態では、関節部Ｒａを駆動する大容量の駆動源が不要であって、駆動源の複雑な制御も不要であり、誤動作によりロボットアームＲが他の物に衝突したときの衝撃を低コストで簡便に精度良く測定することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では錘体１４として振り子式のものを用いたが、直線的に移動自在な錘体をスプリングで付勢してロボットアームＲに衝突させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、錘体１４に検出器１５を取付けたが、錘体１４が衝突する擬似ハンド部Ｒｄの部分に検出器を取付けることも可能である。また、本発明の測定対象であるロボットアームには、駆動源によりスイングされる部材、構造体も含まれる。

本発明方法の実施に用いる衝撃測定装置の側面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した拡大断面図。

符号の説明

Ｒ…ロボットアーム、Ｒａ…関節部、４…トルクリミッタ、７…回転板、８…付勢部材、９…摩擦材、１４…錘体、１５…検出器。

Claims (2)

1. ロボットアームがロボット本体に連結される関節部を駆動する駆動源により所定トルクでスイング動作されて他の物に衝突したときの衝撃を測定するために行うロボットアームの衝撃測定方法であって、
   ロボットアームを他の物に衝突したときの衝撃に抗するように前記関節部に前記所定トルクに等しい制動トルクを付与した状態で保持し、前記関節部にこの制動トルクより大きなトルクが作用するような速度で錘体をロボットアームに衝突させて、衝撃を測定することを特徴とするロボットアームの衝撃測定方法。
2. 前記関節部に連結される回転板と、該回転板に付勢部材の付勢力で圧接する摩擦材とを備えるトルクリミッタにより前記関節部に前記制動トルクを付与することを特徴とする請求項１記載のロボットアームの衝撃測定方法。

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