JPH0355191A - ショックセンサを有した産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ショックセンサを有した産業用ロボットに関
し、特に、ロボット手首の先端に支持具を介して装着さ
れるエンドエフェクタが溶接用トーチから戒り、ロボッ
トの制御動作に従ってワークの溶接を行う溶接ロボット
において、トーチがワークとの接触やその他周囲環境か
ら受ける外的要因等によるショックの影響を受けた場合
に、当該ショックを直ちに検知して必要に応じてロボッ
トの動作を停止させたり、トーチ先端の再位置決めを行
う等の予備処置を遂行可能にすると同時に過大ショック
時の溶接用トーチ等の破損防止を図るにも有効なショッ
クセンサを有した産業用ロボットに関する。

〔従来技術〕

溶接ロボットにおいては、先端にエンドエフェクタとし
て溶接用トーチを備えてロボット腕や手首の制御動作に
従って溶接作用を遂行するとき、トーチ先端点は、位置
制御上から手首軸心の直下に位置決めされなければなら
ない。即ち、ティーチング過程やロボット実動過程にト
ーチ先端がワークや周囲機器等の周囲環境に強く接触す
ると、トーチ先端が手首軸心の直下位置からずれて所定
の正確な溶接作業の遂行が困難になる。このために、従
来よりロボットの手首先端部位に支持具を設け、この支
持具でトーチを保持するときには、該手首先端とトーチ
支持具との間にショックセンサを介挿し、一定レベル以
上のショックがトーチを介して作用したときには、その
ショックを検知してロボットを停止する等の予備処置や
保護処置を取るようにした技術は従来から採用されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しなから、従来の産業用ロボットの手首先端領域に設
けられたショックセンサは、配置上から不備がある。つ
まり、電気的スイッチ等のショック検知器と、このショ
ック検知器を作動させるドグ機能を有したアクチュエー
タとを具備してショックセンサを構成したとき、同アク
チュエータの作動軸を、上下方向の手首軸心に対して直
交させた横方向に配置する場合が多々あり、このような
配置では予めショック検知器に対してアクチュエータ軸
心を正確に中心合わせする調節をしなければ、手首軸心
とトーチ先端との一致が得られない欠点やアクチュエー
タ先端にトーチ支持具を装着した構造を取るため、トー
チ支持具からトーチまでの先端部位がアクチュエータ軸
心の回りに僅かな微小回転をしても、必然的にトーチ先
端点が手首軸心と一致した点からずれてしまい、再度、
トーチ先端点を手首軸心に整合させる調整を要する等の
不利な問題がある。

依って、本発明の目的は、ロボット手首の先端に支持具
を介してエンドエフェクタであるトーチを装着したとき
、手首軸心線の直下にトーチ先端（５） が所望の剛性度で固定されるようなショックセンサを構
成すると共に同ショックセンザのアクチュエータの軸心
線回りに支持具やショックセンサが微小回転した場合も
、トーチの先端点は手首の軸心の直下位置からずれるこ
となく、定位置に維持されているようなショックセンサ
を備えた産業用ロボットを提供せんとするものである。

〔解決手段と作用〕

上述の発明目的に鑑み、本発明によれば、産業用ロボッ
トの手首先端に支持具を介してエンドエフェクタを装着
すると共に同支持具内にショック検知器とショックに応
動して該ショック検知器を作動する可動アクチュエータ
とからなるショックセンサとを具備した産業用ロボット
において、前記ショックセンサは前記ショック検知器を
保持した筒状ハウジングの下端に前記手首の軸心に同軸
のテーパ係合部を介して弾性係合されるアクヂュエー夕
本体と、該アクチュエータ本体の上面座と前記筒状ハウ
ジングの下面座との間に弾力下で介（６） 挿した複数の回り止めボールとを具備して構成され、上
記テーパ係合部の弾性係合力と前記回り止めボールに掛
かる弾性力とを調節してショック検知レベルに対応し得
るようにしたことを特徴としたショックセンサを有した
産業用ロボットを提供するものであり、手首軸心と一致
した同軸のアクチュエータ本体を有するからアクチュエ
ータ本体の軸心回りの微小回転がショックにより発生し
てもエンドエフェクタの先端点は、手首軸心の直下位置
からずれを生ずることはない。また、大きな回転ショッ
クが加わると上記の回り止めボールが所定溝から外れて
筒状ハウジングに対してアクチュエータ本体が回転逃げ
動作をするから、ショックによる直撃を回避して破損の
発生を未然に防止できる。

更に、手首軸心に直交する軸線回りにショックによるモ
ーメント力が作用しても、過大なショックでなければ、
上記テーパ係合部が強固に手首軸心とエンドエフェクタ
先端点との一致を維持する。そして、該テーパ係合部が
弾性力による固定力を越える過大なショックを受ければ
、係合部の離脱により、過大ショックを検知することが
できるのである。以下、本発明を添付図面に示す実施例
に基づいて、更に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係るショックセンザを有した産業用
溶接ロボットの実施例における手首先端以降を、要部を
断面して示した正面図、第２図は第１図の■一■線によ
り示した矢印方向から見たショックセンサの下面図であ
る。

第１図、第２図を参照すると、産業用ロボットは、図示
されていない多関節のロボット腕を有し、該ロボット腕
の先端に手首旋回の中心となる軸心を備えたロボット手
首１０を有している。このロボット手首１０の先端（図
示の下端）にはエンドエフェクタの取付け部１２が設け
られている。上述したロボット手首１０はロボット腕と
共に周知のロボット制御装置からの指令に従ってロボッ
ト動作を遂行するものであり、該ロボット動作はエンド
エフェクタで遂行される作業内容に従って予めロボット
腕やロボット手首１０を教示動作させ、その動作からロ
ボット制御装置へ遂行すべき作業内容に応じたプログラ
ムが教示される。

さて、エンドエフェクタとして溶接トーチ３０が装着さ
れるときには、ロボット手首１０の取付け部１２に以下
に詳述するショックセンサ１６及びトーチ支持具３４を
介して該溶接トーチ３０が装着される。

上記ショックセンサ１６は、取付け部１２の下端に取付
けボルトや位置決めピン等の適宜の固定手段によって取
付けられる筒状のハウジング１８を具備し、この筒状ハ
ウジング１８の内部の円筒空間には適宜の取付け板１８
ａを介してショック検知器２０、例えば、オン・オフ形
の電気スイッチが保持されている。このショック検知器
２０には上記筒状ハウジング１８の上端部に形或された
配線窓１８ｂから信号線（図示なし）が配線されている
。この筒状ハウジング１８の下端にはフランジ１９が形
或され、このフランジ１９の内面に（９） は内方に向けて収斂すると共に手首１０の軸心１０ａに
同軸に配置されたテーパ孔１９ａが設けられ、又、下端
面には複数のボール受け溝１９ｂがテーパ軸心を中心と
する円周上に等間隔に形或されている。本例では第２図
から明らかなように３つのボール受け溝１９ｂが形或さ
れている。

また、上記フランジ１９の内面に形或されたテーパ孔１
９ａには当該テーパ孔１９ａに相補的に嵌合する同勾配
のテーパ部２２ａを有し、かつ、筒状ハウジング１８の
内部で上方に向けて突出した検知器作動用の棒状作動桿
２２ｂを備えたアクチュエータ２２が装着されている。

つまり、アクチュエータ２２もロボット手首１０の軸心
１０ａに一致した軸線を有する部材として形或、組立さ
れている。アクチュエータ２２の作動桿２２ｂの先端は
、ショック検知器２０に係合している。ここで、筒状ハ
ウジング１８のフランジ１９の下端内部に形或された座
１９ｃと作動桿２２ｂの先端直下にナットで保持された
座２２ｃとの間には複数枚の皿ばね２３が装入され、そ
の枚数により調（１０） 節されたばね力で作動桿２２が上向きに引上げられるこ
とにより、テーパ部２１ａ，　２２ａの係合力が適正な
摩擦力状態に設定されている。アクチュエータ２２の下
節にはフランジ２４が形威され、このフランジ２４には
ボール収容孔２４ａが上記の筒状ハウジング１８のフラ
ンジ１９のボール受け孔１９ｂと整合する位置に設けら
れ、同ボール受け孔１９ｂ内にはボール２５が装填され
、該ボール２５の下部にはばね２６が装着されることに
より、ボール２５を適正なばね力でフランジ１９のボー
ル受け孔１９ｂに向けて押圧している。　アクチュエー
タ２２のフランジ２４の下端には溶接トーチ３０の支持
具３４を保持する板状の保持板３５が当て板状にボルト
３６で固定されている。

この保持板３５の中央には大径孔が形或され、アクチュ
エータ２２の下端の突起を受けている。

上述の説明から理解できるように、本実施例では、ショ
ックセンサｌ６は、筒状ハウジング１８と、その内部に
保持されたショック検知器２０と、同ショック検知器２
０にオン・オフ係合するドグ先端を備えた作動桿２２ｂ
を有し、手首軸心１０ａに同軸配置で設けられたアクチ
ュエータ２２と、筒状ハウジング１８、アクチュエータ
２２間をテバ係合で同軸に、かつ、はね’ｊｌｌＩ性カ
ドで固疋ずる皿ばね２３と、筒状ハウジング１８の下端
とアクチュエータ２２の下端との間に介挿されて同ハウ
ジング１８に対してアクチュエータ２２を回り止めする
、ばね力下の複数ボール２５とを具備して構成されてい
るものである。

そして、上記ショックセンサ１６に固定したトーチ保持
板３５に固定されたトーチ保持具３４によって、ショッ
クセンサＩ６の側邪に溶接トーチ３０を保持した構成と
し、この結果、溶接トーチ３０の先端のトーチ噴出点３
２がロボット手首１０の軸心１０ａ及びショックセンザ
１６の軸心との両同軸心の直下に位置決めして装着固定
可能と戒っている。

上述したショックセンサ１６と溶接トーヂ保持具３４と
を備えたロボット手首】０の作用を以下に説明する。

さて、溶接トーチ３０は、トーチ保持具３４に図示のよ
うにクランプ保持した状態で、トーチ噴出点３２がロボ
ット−４首１０の軸心１０ａの直下に来る位置で予め位
置決め固定される。このような固定状態は、上述した筒
状ハウジング１８とアクチュエータ２２とのテーパ部係
合及びボール２５による回り止め作用により、適正弾性
力下で確実に維持される。いま、トーチ３０が溶接対象
のワーク（トーチ噴出点３２の下方にある）や周囲環境
の機器類等に種々の原因で接触し、ショックが及ぶと、
軸心１０ａの回りに作用するモーメントで溶接トーチ３
０のトーチ噴出点３２が矢印Ｒと矢印Ｑで示す方向に回
動変位力を受ける。然しなから、矢印Ｒで示す方向の変
位力はショックが一定限界以下の微小範囲のショックで
あれば、ボール２５の回り止め作用が働いて実際の変位
は阻止できる。また、微小な回動変位を受けても、トー
チ噴出点３２が軸心１０ａに一致して予め位置決めされ
ているから、位置決めずれを生ずることはない。つまり
、再度の位置決めを行なわずに済む〈１３） のである。また、過大なショックが作用して、大きな回
動変位力が作用したときは、ボール２５が筒状ハウジン
グ１８の下端のボール受け溝１９ｂから逸脱してアクチ
ュエータ２２がロボット手首１０の軸心１０ａの回りに
回動逃げ動作を行う。つまり、逃げ動作を適正に行い得
るように、ボール受け溝１９ｂの深さ決定やぼね２６の
ばね力設定が，おこなわれている。従って、溶接トーチ
３０白体ばかりでなく、ショックセンサ１６やトーチ保
持具３４等が過大なショックの直撃を受けて破損するこ
とも無いのである。勿論、このとき、回動逃げの発生に
伴い、アクチュエータ２２の作動桿２２ｂとショック検
知器２０との係合力に変動が生じてはずれ、上記の過大
なショックはショック検知器２０で検知されることにな
る。

他方、矢印Ｑの方向のモーメント作用を及ぼすショック
が作用したときには、やはり、一定範囲のモーメント作
用はテーパ係合部における強固な係合力により、溶接ト
ーチ３０は不動に維持されるのである。しかも、一定範
囲、例えば、固定状（１４） 態を維持したままでは、溶接トーチ３０に破損が及ぶよ
うな大きなショックの影響が発生したときは、皿ばね２
３による弾性力を克服してアクチュエータ２２のテーパ
部２２ａが筒状ハウジング１８の下端のテーパ部１９ａ
との係合から逸脱し、このとき、同アクチュエータ２２
の逸脱が生ずると、作動桿２２ｂがショック検知器２０
から解離するので、同ショック検知器２０は直ちに、そ
の過大なショックを検知するのである。

以上の作用説明から明らかなように、本発明によるショ
ックセンサ１６は、溶接トーチ３０のトーチ噴出点３２
をロボット手首１０の軸心線上における直下位置に位置
決めして弾性力下で、しかもテーパ係合部による求心作
用の助勢により強固に固定維持し、しかも、溶接トーチ
３０が過大なショックを受けると、それを確実に検知す
る機能を有しているのである。なお、３７は周知の防塵
用シールであり、例えば、周知のオイルシールで構成さ
れ、筒状ハウジングとアクチュエータとのテーパ係合部
等に外部塵埃が侵入、付着するのを防止する。つまり、
テーパ係合部、回転止め用のボール２５、ショック検知
用スイッチ２０等に特に溶接スパッタ等が飛散、侵入す
るのを未然に防止するものである。

〔発明の効果〕

上述から明らかなように、本発明は、主として溶接トー
チをエンドエフェクタとする産業用ロボットにおいて、
該ロボットの手首下端に装着される溶接トーチは、手首
軸心と一致した軸心線上における下方位置にショックセ
ンサのテーパ係合部構造と回り止めボールの配置とによ
り、正確に位置決めが可能であると共に、トーチとワー
クとの接触等によるショックのレベルが微小な範囲では
トーチ先端（トーチ噴出点）の位置決め状態を強固に維
持する効果を奏し、また、ショックが過大な領域に達し
て大きくなると、回り止めボールの離脱作用又はテーパ
係合部の離脱作用でアクチュエータの作動桿がショック
検知器から確実に離反してショック検知を可能にする効
果を奏する。

しかも、上記の回り止めボールの離脱作用は、過大ショ
ックにより、溶接トーチが破損するのを防止する機能も
奏するのである。

なお、上述した本発明のショックセンザにおける弾性力
を付与するばね類は、実施例の皿ばねに限定されるもの
ではなく、コイルばね等に依って構成することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るショックセンサを有した産業用
溶接ロボットの実施例における手首先端以降を、要部を
断面して示した正面図、第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線
により示した矢印方向から見たショックセンサの下面図
。 １０・・・ロボット手首、１０ａ・・・軸心、１６・・
・ショックセンサ、１８・・・筒状ハウジング、１９・
・・フランジ、１９ａ・・・テーパ孔、１９ｂ・・・ボ
ール受け孔、２０・・・ショック検知器、２２・・・ア
クチ：Ｌ工一タ、２２ａ・・・テーパ部、２２ｂ・・・
作動桿、（ｌ７） ２３・・・皿ばね、２５・・・ボール、２６・・・ばね
、３０・・・溶接トーチ、３４・・・トーチ保持具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、産業用ロボットの手首先端に支持具を介してエンド
   エフェクタを装着すると共に同支持具内にショック検知
   器とショックに応動して該ショック検知器を作動する可
   動アクチュエータとからなるショックセンサとを具備し
   た産業用ロボットにおいて、前記ショックセンサは、前
   記ショック検知器を保持した筒状ハウジングの下端に前
   記手首の軸心に同軸のテーパ係合部を介して弾性係合さ
   れるアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体の上
   面座と前記筒状ハウジングの下面座との間に弾力下で介
   挿した複数の回り止めボールとを具備して構成され、上
   記テーパ係合部の弾性係合力と前記回り止めボールに掛
   かる弾性力とを調節してショック検知レベルに対応し得
   るようにしたことを特徴としたショックセンサを有した
   産業用ロボット。 ２、前記アクチュエータ本体の上端を前記ショック検知
   器に係合させると共に該上端と前記ハウジングの下端と
   の間に複数枚の皿バネを介挿しかつ、前記複数のボール
   下端に同じくバネを介挿した特許請求の範囲１、に記載
   のショックセンサを有した産業用ロボット。 ３、前記ショック検知器がスイッチから成り、エンドエ
   フェクタが溶接用トーチから成る特許請求の範囲１、又
   は２、に記載のショックセンサを有した産業用ロボット
   。 ４、前記アクチュエータの軸回りに過大な回動変位力が
   作用したときは、前記回転止めボールが受け溝から逸脱
   し、逃げ動作する構成を有した特許請求の範囲１、２又
   は３、に記載のショックセンサを有した産業用ロボット
   。 ５、前記ハウジングとアクチュエータ間にオイルシール
   を設けた防塵構造により、テーパ係合部、回転止め部及
   びショック検知用スイッチ部に溶接スパッタ等が侵入す
   ることによる作動不良を防止可能にした特許請求の範囲
   ３又は４、に記載のショックセンサを有した産業用ロボ
   ット。