JP5187044B2 - ロボットのストッパ装置 - Google Patents

Description

本発明は可動範囲を超えるアームの移動を阻止するロボットのストッパ装置に関する。

例えば、多関節型ロボットでは、複数のアームが関節構造によって連結されており、各アームは、関節を中心にして回転（旋回）するようになっている。各アームには予め可動範囲が設定されており、通常は、駆動源であるモータの回転数制御によって可動範囲内での回転動作に規制されるのであるが、何らかの原因でアームが可動範囲を超えて回転しようとした場合、その回転を機械的に阻止するために、ストッパ装置が設けられている（例えば特許文献１）。
特開２００７−５０４９９号公報

上記の特許文献１のストッパ装置は、一のアームと、このアームに回動可能に支持された他のアームのうち、一のアームにストッパ用ボルトを固定し、他のアームに衝当部材をボルトによって固定し、他のアームが可動範囲を超えようとしたとき、衝当部材がストッパ用ボルトに衝突することによって当該他のアームがそれ以上回動しないように規制する構成である。

この特許文献１のストッパ装置では、アームが可動範囲を超えて回動するとき、衝当部材がストッパ用ボルトの頭部に衝突する。この衝突時に、衝当部材と、ストッパ用ボルトには、大きな衝撃力が作用する。この場合、衝当部材の固定用ボルトが衝撃力によって剪断されることのないようにするために、衝当部材に形成された固定用ボルトの通し孔の内径を部分的に拡大し、衝当部材に大きな衝撃力が作用した場合、固定用ボルトが通し孔の内径拡大部分で曲がることによって衝撃力を吸収するようにしている。

この特許文献１の衝撃吸収構成では、衝当部材の固定用ボルトの剪断防止には効果があるものの、この衝当部材を受け止める相手側のストッパ用ボルトは、直接アームに螺着されているため、ストッパ用ボルトに作用する衝撃力は、最終的には、ストッパ用ボルトのねじ部が螺着されたアームのねじ穴部分で受けるため、そのねじ穴部分に無理な力が作用し、ねじ穴やその近傍部分が破損する恐れがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ストッパ用ボルトの剪断は勿論のこと、ストッパ用ボルトが固定された相手部材側の破損をも防止することができるロボットのストッパ装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、ストッパ用ボルトを固定する相手部材に、ストッパ用ボルトの通し穴からアームの衝突方向に延びる幅狭な溝を形成し、ストッパ用ボルトがアームに衝突されて所定量を超えて変形するとき、溝の両側部を変形させながら通し穴から溝内へ侵入するようにしたので、ストッパ用ボルトに加わる衝撃力は、ストッパ用ボルト自身の変形とこのストッパ用ボルトの変形に伴う溝の両側部の変形によって吸収され、ストッパ用ボルトの剪断が防止される。同時に、ストッパ用ボルトを固定した相手部材についても、ストッパ用ボルトを螺着したねじ穴やその周辺部分の破損が防止される。

請求項４の発明では、溝の深さがストッパ用ボルトの直径寸法以上あるので、ストッパ用ボルトが衝撃力を受けたとき、ストッパ用ボルトが変形し易く、したがって、そのストッパ用ボルトに作用する衝撃力が溝の両側部の変形によって吸収され易くなり、ひいては、ストッパ用ボルトの剪断、相手部材のねじ穴やその周辺の破損を効果的に防止できる。

また、請求項１の発明では、溝の通し穴内への開口端から先端までの溝の長さが、溝の幅のほぼ１／２以上となるので、ストッパ用ボルトの変形量に相応した溝の長さを確保できる。
請求項２および３の発明では、溝の幅Ｗをストッパ用ボルトの軸径ｄの０．７倍以上で直径ｄ未満としたので、ストッパ用ボルトが変形するとき、通し穴から溝へと侵入し易くなる。

請求項５の発明では、溝の幅が通し穴から離れるほど狭くなるので、ストッパ用ボルトの変形量が多くなるほど、その変形を阻止するように作用する溝の両側部の変形量が次第に増加するので、ストッパ用ボルトの剪断および相手部材のねじ穴やその周辺部分の破損をより効果的に防止できる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。例えば、６軸の垂直多関節型ロボットは、図４に示すように、ベース１上に、第１〜第６のリンク２〜７が関節を介して順に連結されている。具体的には、ベース１に第１のリンク２が回転軸Ｊ１を有する第１関節により回転（旋回）可能に設けられ、第１のリンク２に第２のリンク３が回転軸Ｊ２を有する第２関節により回転（旋回）可能に設けられ、第２のリンク３に第３のリンク４が回転軸Ｊ３を有する第３関節により回転（旋回）可能に設けられ、第３のリンク４に第４のリンク５が回転軸Ｊ４を有する第４関節により回転（旋回）可能に設けられ、第４のリンク５に第５のリンク６が回転軸Ｊ５を有する第５関節により回転可能に設けられ、第５のリンク６に第６のリンク７が回転軸Ｊ６を有する第６関節により回転可能に設けられている。

上記第１〜第６のリンク２〜７のうち、例えば、第２のリンク３と第３のリンク４との間には、第３のリンク４の回転範囲を規制するためのストッパ機構８が設けられている。このストッパ機構８は、第３のリンク４の外郭９に取り付けられたストッパブロック１０と、第２のリンク３の外郭１１に設けられたストッパ用ボルト１２から構成されている。このストッパ機構８は、第３のリンク４が第２のリンク３に対して所定の角度範囲、例えば、ほぼ１回転を超えて回転（オーバーラン）しようとした場合、ストッパブロック１０がストッパ用ボルト１２に衝突することによって、その第３のリンク４のオーバーランを阻止する構成のものである。

ストッパ用ボルト１２を固定する相手部材である第２のリンク３の外郭１１は、例えばアルミ製で、図１〜図３に示すように、所定位置に、ストッパ用ボルト１２の通し穴１３が形成されている。この通し穴１３は、ストッパ用ボルト１２を通すためのもので、当該ストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの直径ｄよりも、ほんの僅かに径大な円形に形成されている。そして、この通し穴１３の底部に、ストッパ用ボルト１２のねじ部１２ｂを螺着するためのねじ穴１４が形成されている。なお、通し穴１３の直径Ｄは、ストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの直径ｄと等しくても良く、要は、軸部１２ａの直径ｄ以上であれば良い。

更に、第２のリンク３の外郭１１には、通し穴１３からストッパ用ボルト１２へのストッパブロック１０の衝突方向に向かって延びる溝１５が形成されている。この実施形態では、第３のリンク４の１回転を超える回転を１本のストッパ用ボルト１２により止める構成であるから、ストッパブロック１０は、ストッパ用ボルト１２に対し、時計回り方向から衝突し、或いは反時計回り方向から衝突する。このため、溝１５は、通し穴１３から互いに逆方向に延びるように、２本形成されている。

ここで、上記溝１５の深さ、幅、長さについて述べる。まず、図１（ａ）にＨで示す溝１５の深さは、ストッパ用ボルト１２の直径ｄ以上で、この実施形態では、ストッパ用ボルト１２の直径ｄ以上ある通し穴１３の深さと等しく形成されている。図３にＷで示す溝１５の幅は、図２にｄで示すストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの直径の０．７倍以上で、その直径ｄを超えない寸法（０．７ｄ≦Ｗ＜ｄ）に定められている。更に、図３にＬで示す通し穴１３の中心から溝１５の先端までの距離は、次の（１）式を満たす寸法に定められている。

Ｌ＞Ｗ／２＋［（ｄ／２）^２−（Ｗ／２）^２］^１／２……（１）
次に上記構成の作用を説明する。何らかの理由で、第３のリンク４がオーバーランすると、図１（ｂ）に示すように、ストッパブロック１０がストッパ用ボルト１２の頭部１２ｃに衝突する。このとき、衝撃力によっては、ストッパ用ボルト１２の軸部１２ａのうち、通し穴１３内に位置する部分が図１（ｂ）に示すように曲がり変形し、その変形が所定量を超えると、当該軸部１２ａが溝１５内に侵入するようになる。

軸部１２ａが溝１５内へ侵入する際、軸部１２ａは、溝１５の両側部を変形させる。この溝１５の両側部の変形には相当のエネルギーを要するため、ストッパブロック１０の衝突によりストッパ用ボルト１２に作用した衝撃が緩和され、且つ、軸部１２ａの過度の変形が抑制される。これにより、ストッパ用ボルト１２の剪断が防止されると共に、ねじ部１２ｂを螺着したねじ穴１４が破損したり、ねじ穴１４の周辺が破損したりすることが防止される。

この場合、通し穴１３の直径Ｄがストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの直径ｄよりも若干大きいので、最初は、軸部１２ａが変形することにより、ストッパブロック１０の衝突時の衝撃が吸収され、次いで、溝１５の両側部の変形を伴いながら軸部１２ａが変形する。これにより、ストッパブロック１０の衝突時の衝撃が吸収されるようになるので、通し穴１３の直径Ｄが軸部１２ａの直径ｄと等しく、軸部１２ａの変形が直ちに溝１５の両側部の変形を伴う場合に比べ、衝撃吸収力が徐々に強くなる傾向が得られ、衝撃が効果的に緩和される。

また、溝１５の深さＨがストッパ用ボルト１２の直径ｄ以上であるので、通し穴１３の底部からのストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの長さとして、曲がり変形し易い最低限の長さ以上を確保することができる。このため、上述のストッパブロック１０の衝突時の衝撃によりストッパ用ボルト１２が破損したり、ねじ穴１４やねじ穴１４の周辺が損傷したりすることを一層効果的に防止できるものである。

更に、溝１５の幅Ｗがストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの直径ｄの０．７倍以上、ｄ未満に設定されている。これは、通し穴１３内への溝１５の開口幅が、通し穴１３の中心Ｏを中心とする円弧角で表すと、ほぼ９０°以上１８０°未満となる。この最小限の円弧角９０°は、ストッパ用ボルト１２の軸部１２ａが変形する際に溝１５内に侵入し易い最小角であり、したがって、ストッパ用ボルト１２の変形時において、その軸部１２ａが溝１５の両側部を変形させながら比較的容易に溝１５内に侵入できるようになるものである。

その上、通し穴１３の中心Ｏから溝１５の先端までの距離Ｌが前記（１）式のように定められている。この（１）式において（ｄ／２）^２−（Ｗ／２）^２の平方根は、通し穴１３の中心Ｏから通し穴１３内への溝１５の開口端までの距離ｔにほぼ等しいから、（１）式は、通し穴１３への溝１５の開口端から溝１５の先端までの長さｓがＷ／２以上であることを意味する。そして、上記ｓがＷ／２以上あれば、ストッパ用ボルト１２の軸部１２ａの曲がり変形に伴って溝１４の側部が変形し得る長さ範囲として、ほぼＷ／２相当分長さだけは確保されることとなり、これだけの曲がり変形があれば、ストッパブロック１０の衝撃は十分に吸収できるものである。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような拡張或いは変更が可能である。
溝１５は図５に示すように先細状のものであっても良い。この場合、溝１５の幅Ｗは、通し穴１３内への開口幅で表す。
通し穴１３は、円形に限られず、四角形、多角形であっても良い。
ストッパ用ボルト１２の頭部１２ｃは、軸部１２ａよりも径大なものに限られず、軸部１２ａと等径或いは軸部１２ａよりの小径であっても良い。

本発明において、ストッパ用ボルトのねじ部が螺着されるねじ穴とは、ストッパ用ボルトのねじ部の全周を囲むようにねじ溝が形成され、ストッパ用ボルトのねじ部のねじ山と摩擦による係止を行う部分をいう。したがって、ストッパ用ボルト１２のねじ部１２ｂが軸部１２ａの上下方向全体に形成されていて、通し穴１３の内周にストッパ用ボルト１２のねじ部１２ｂに螺合するねじ溝が形成されていても、これのねじ溝はねじ部のねじ山の全周を囲むものではないので、本発明のねじ穴からは除外される。

本発明の一実施形態における要部を示すもので、（ａ）は通常時の断面図、（ｂ）はストッパブロックの衝突によりストッパ用ボルトが変形した場合の断面図 図１（ａ）のII−II線に沿う断面図 通し穴、ねじ穴および溝の平面図 ロボットの斜視図 本発明の他の実施形態を示す図２相当図

符号の説明

図面中、１はベース、２〜７は第１〜第６のリンク、８はストッパ機構、１０はストッパブロック、１１は外殻（相手部材）、１２はストッパ用ボルト、１３は通し穴、１４はねじ穴、１５は溝を示す。

Claims (5)

1. 設定された範囲を超えるアームの移動を、所定位置に固定されたストッパ用ボルトの頭部に前記アームを衝突させることによって阻止するロボットのストッパ装置において、
   前記ストッパ用ボルトを固定する相手部材に形成され、前記ストッパ用ボルトを通すための通し穴と、
   前記通し穴の底部に形成され、前記ストッパ用ボルトのねじ部を螺着するねじ穴と、
   前記相手部材に、前記通し穴から前記ストッパ用ボルトへの前記アームの衝突方向に延びるように形成され、前記ストッパ用ボルトの軸径よりも幅狭な溝と
   を具備し、
   前記ストッパ用ボルトが前記アームに衝突されて所定量を超えて変形するとき、前記溝の両側部を変形させながら前記通し穴から前記溝内へ進入し、
   前記通し穴の中心から前記溝の先端までの距離Ｌは、前記ストッパ用ボルトの軸径をｄ、前記溝の幅をＷとしたとき、次の式を満足することを特徴とするロボットのストッパ装置。
   Ｌ＞Ｗ／２＋［（ｄ／２）²−（Ｗ／２）²］^1/2
2. 前記溝の幅をＷとし、前記ストッパ用ボルトの軸径をｄとしたとき、前記溝の幅Ｗは、次の式を満足することを特徴とする請求項１記載のロボットのストッパ装置。
   ０．７ｄ≦Ｗ＜ｄ
3. 設定された範囲を超えるアームの移動を、所定位置に固定されたストッパ用ボルトの頭部に前記アームを衝突させることによって阻止するロボットのストッパ装置において、
   前記ストッパ用ボルトを固定する相手部材に形成され、前記ストッパ用ボルトを通すための通し穴と、
   前記通し穴の底部に形成され、前記ストッパ用ボルトのねじ部を螺着するねじ穴と、
   前記相手部材に、前記通し穴から前記ストッパ用ボルトへの前記アームの衝突方向に延びるように形成され、前記ストッパ用ボルトの軸径よりも幅狭な溝と
   を具備し、
   前記ストッパ用ボルトが前記アームに衝突されて所定量を超えて変形するとき、前記溝の両側部を変形させながら前記通し穴から前記溝内へ進入し、
   前記溝の幅をＷとし、前記ストッパ用ボルトの軸径をｄとしたとき、前記溝の幅Ｗは、次の式を満足することを特徴とするロボットのストッパ装置。
   ０．７ｄ≦Ｗ＜ｄ
4. 前記溝の深さは、前記ストッパ用ボルトの直径寸法以上あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットのストッパ装置。
5. 前記溝の幅は、前記通し穴から離れるほど狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のロボットのストッパ装置。

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