JPH05245788A - コラプシブル故障モードを有するプログラム可能離脱クラッチ - Google Patents

コラプシブル故障モードを有するプログラム可能離脱クラッチ

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JPH05245788A
JPH05245788A JP3031742A JP3174291A JPH05245788A JP H05245788 A JPH05245788 A JP H05245788A JP 3031742 A JP3031742 A JP 3031742A JP 3174291 A JP3174291 A JP 3174291A JP H05245788 A JPH05245788 A JP H05245788A
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JP
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clutch
wall
tool
cavity
movable member
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JP3031742A
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Peter E Mccormick
イー マコーミック ピーター
Jr Walter D Autry
ディー オートリー ジュニア ウオルター
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EOA SYST Inc
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B25J19/063—Safety devices working only upon contact with an outside object

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 クラッチ１０に関する工具１２の運動を検知
してその運動が許容範囲を越えると緊急停止を行うこと
により、ロボット、工具及びワークピース１８の損傷を
回避する。 【構成】 ハウジング２０と、ハウジング内に閉じ込め
られ中心軸に沿って直線運動可能なピストン１３０と、
カプセル状リンク１５０を介してピストンにリンクされ
た工具連結部材１４０とより成る。工具連結部材１４０
は、ピストン１３０が通常位置にあって工具連結部材１
４０がハウジング２０前壁の方向を除く全ての方向に可
動なように取り付けられ、ピストン１３０は通常位置の
方へ付勢されている。その付勢力は、バイアスを変化さ
せることにより、工具連結部材１４０を介してピストン
１３０へ加わる力に対するクラッチの感度を変化させる
ように調整可能である。ピストン１３０が通常位置から
離れる方向に運動すると、これが感知され、アラーム信
号がロボット・コントローラへ送られる。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はロボットへの工具の装着
に関し、さらに詳細にはロボットアームの端部に工具を
連結するための過負荷感応式クラッチに関する。
【０００１】ツーリングにロボットを使用するに当って
の１つの問題として、ロボットアームにかかる過負荷の
問題がある。これは、ロボットアームまたは工具が何か
に衝突するか或いは工具がワークピースに引っ掛かる場
合に生じることがある。
【０００２】ロボットアームにかかる応力及び過負荷を
検出してその検出と同時にロボットの運転を停止するこ
とにより、ロボット或いはワークピースの損傷を回避す
る装置が幾つか提案されまた実際に使用されている。か
かる装置には、ロボットアームに過負荷がかかると離脱
作用を行う拡張式離脱ジョイント及びコネクタが含まれ
る。
【０００３】例えば、米国特許第４、７１７、００３及
び４、８４８、５４６号に示された装置は、ロボットの
ツーリングにおいて遭遇する殆どの状況のもとで有用な
拡張式クラッチである。しかしながら、工具がアーク溶
接用電極である場合、ワークピースとの衝突が起こり易
いことを考えるとコラプシブルクラッチの方が好ましい
ことが分かっている。上述の特許に示された拡張式クラ
ッチは、衝突によりクラッチが圧縮故障モードになった
場合トリップするが、そのしきい値は溶接トーチを損傷
から保護するに十分に低いものでないことがある。ま
た、拡張式クラッチに用いられるボールとソケット型の
連結は、部品間の摩擦が過大になって反復性が得られな
いことから、コラプシブルクラッチに用いるには適当で
ないことが分かっている。
【０００４】本発明は、ロボットアームの端部へのツー
リングに用いられ、クラッチに装着した工具の運動を感
知する手段を提供する調整可能なクラッチに関する。こ
のクラッチは、チェンバ内に保持した密封ピストン式可
動部材を有する。この可動部材は、リンクにより工具連
結トグルに取り付けられる。このピストンは該チェンバ
内で直線方向の運動が可能であり、離脱クラッチの感度
をピストンの運動を付勢することにより調節できる。好
ましい実施例では、バネ手段或いはピストンチェンバ内
へ導入した加圧空気によりピストンを付勢する。感知手
段がクラッチに関するトグルの運動を検出して、過負荷
状態になるとロボットの運転を停止させる。
【０００５】本発明は、コラプシブル故障モードを有す
る離脱クラッチを提供する。このクラッチはアーク溶接
のツーリングに用いるのに理想的である。このクラッチ
は、クラッチに関する工具の運動を検出してこの運動が
許容される所定の範囲を越えると緊急停止のためのトリ
ップを行うことのできるセンサを有する。過負荷を取り
除くと、このクラッチは元の通常位置へ復帰する。
【０００６】本発明の一実施例によると、このクラッチ
は、ピストン空洞部を画定するクラッチハウジングと、
この空洞部内に閉じ込められたピストンと、リンクによ
り該ハウジングを介してピストンに取り付けられたトグ
ルとよりなる。クラッチは、ピストンをトグルの方へ付
勢するための付勢手段を有する。トグルは、ハウジング
に関する通常作動位置にピストンを位置付けするための
位置決め手段と、トグルのその通常位置からの離脱を感
知する近接感知手段とを有する。好ましい実施例では、
リンクはピストン及びトグルの円錐台状／半球状の内壁
と係合するカプセル状の中実体である。
【０００７】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
【０００８】本発明は、ロボットアームの端部にツーリ
ングするためのオンザフライ式(onthe fly)調整可能ク
ラッチを提供する。このクラッチは、ロボットアームと
工具との間に位置して、システムにかかる過負荷の存在
を指示する、クラッチに関する工具の運動を感知する手
段を提供する。このクラッチは、プログラム制御により
クラッチの負荷能力及び抵抗を変化させて種々の形式及
びサイズの工具を可変感度で取り扱えるように調整可能
であり、従って交換可能なツーリングシステムへの使用
に理想的である。このクラッチは緊急停止或いは他の停
止手段を有するロボットに使用することができ、クラッ
チが過負荷を感知すると緊急停止動作をトリップしてロ
ボット、工具またはワークピースの損傷を回避する。
【０００９】まず、第１及び２図を参照して、本発明の
クラッチ１０はアーク溶接トーチ１２をロボットアーム
１６の端部１４へ取り付ける。トーチ１２は、ワークピ
ース１８を溶接する位置にある。クラッチ１０の外側部
分として、ハウジング２０、トグル２２、電気コネクタ
２４及び圧縮空気ライン２６がある。トーチ１２は、ア
ーム２８によりトグル２２に固着されている。異常な力
及びモーメントを利用してロボットアーム１６の動作を
停止できるよう、Ｘ、Ｙ及びＺ方向においてトーチ１２
にかかる力及びモーメントを感知することが重要であ
る。Ｚ方向の力は、圧縮故障モードを可能にするために
感知される。
【００１０】第１及び２図と共に第３Ａ及び３Ｂ図参照
して、クラッチ１０は、後部取り付けプレート１０２を
介して絶縁性ロボットアダプタプレート１０４内に延び
るボルト１００によりロボットアームの端部１４に固着
される。プレート１０４は、ボルト１０６によりロボッ
トアームに固着されている。
【００１１】ハウジンク本体１０８は、中心軸１０９の
周りで円形横断面を有するほぼ管形の部材である。ハウ
ジングの後壁１１０は空洞部の後壁１１１を含む。ハウ
ジングの側壁１１２は空洞部の内側側壁１１３を含む。
ハウジングの前部カバー１１４は空洞部の前壁１１６を
構成する。ハウジングの前部カバー１１４の中央には壁
１１８により画定される開口が設けられている。ハウジ
ングの前部カバー１１４及びハウジングの本体１０８
は、ボルト１２０及び位置決めピン１２０により後部取
り付けプレート１０２に固定されている。
【００１２】可動部材は、壁１１１、１１３及び１１６
により形成される空洞部内に閉じ込められたピストン１
３０及びＯリング１３２を有する。壁１１３は中心軸１
０９の周りで対称である。可動部材１２８は、ピストン
１３０が空洞部の後壁１１２から離隔した第３Ａ図で示
す空洞部内の通常位置から中心軸１０９に沿って直線移
動することができる。可動部材１２８は、第３Ｂ図に示
すようなピストン１３０が壁１１１と接触する位置へ空
洞部の後壁１１２の方向へ移動可能である。可動部材１
２８は、内側にテーパーした円錐台状の内側側壁１３４
とそれにつながった半球状の内側端壁１３６とを有す
る。内側側壁１３４及び端壁１３６は中心軸１０９と同
軸的であり、空洞部の前壁１１６の方向に開放してい
る。工具連結部材１４０はトグル２２及びアーム２８よ
りなる。工具連結部材１４０は、クラッチ１０を工具に
連結するための外端部１４２を有する。工具連結部材１
４０は空洞部内の内端部１４４を有し、この内端部は半
球状の内側端壁１４９とつながった第１及び第２の、内
側にテーパーした円錐台状の内側側壁１４６、１４８を
有する。内側側壁１４６及び端壁１４８並びに１４９は
中心軸１０９に関し同軸的であり、空洞部後壁１１１の
方向に開放している。
【００１３】工具連結部材１４０と可動部材１２８との
間にリンク１５０が延びる。リンク１５０は円筒状の側
壁１５１を有するカプセル状の中実体である。リンク１
５０は、それぞれ可動部材及び工具連結部材の内側端壁
１３６、１４９と係合する半球状の外側端壁１５２及び
１５４を有する。可動部材１２８及び工具連結部材１４
０はリンク１５０により離隔関係に保たれるが、工具連
結部材１４０にかかる力がこのリンク１５０を介して可
動部材１２８へ印加される。
【００１４】工具連結部材１４０は、円錐状の球座１６
０及び球状のピンにより空洞部内に位置決めされる。５
つの球座１６０及びピン１６２を非対称パターンを形成
するように設けて工具連結部材１４０への復帰方向が単
一であるようにするのが好ましい。球座１６０は空洞部
の前部カバー１１４に固定されている。工具連結部材１
４０、リンク１５０及び可動部材１２８の寸法は、ピン
１６２が球座１６０に着座するよう工具連結部材１４０
が位置決めされているとき可動部材１２８が第３Ａ図で
示す通常位置にくるように決められている。工具連結部
材１４０は、空洞部前壁１１６の方向を除き全ての方向
に可動である。
【００１５】バネ１７０は、工具連結部材１４０へのリ
ンク作用及び位置決めピンと球座により決まる通常位置
へ可動部材１２８を付勢する。可動部材１２８はまた、
空気ライン２６を介して通路１７２より空洞部内に印加
される可変の空気圧によりその通常位置の方へ付勢され
ている。従って、工具連結部材１４０を介して可動部材
１２８へ印加される力及びモーメントに対するクラッチ
１０の感度は可変である。
【００１６】第３Ａ図に示した通常位置から離れる方向
の可動部材１２８の移動は、電気コネクタ２４内に固定
されたマイクロスイッチ１８０により感知される。マイ
クロスイッチ１８０はハウジング本体１０８に形成され
た円筒壁１８４内を直線移動できるように閉じ込められ
た球軸受１８２により作動される。
【００１７】第４及び５図を参照して、ピストン１３０
の内側側壁１３４のテーパＡは約１３度であるのが好ま
しい。トグル２２の第１の内側側壁１４６のテーパＢは
約１３７度、また第２の内側側壁１４８のテーパＣは約
５２度であるのが好ましい。
【００１８】動作について説明すると、Ｚ方向の成分を
有する圧縮力が工具連結部材１４０にかかるか或いはＸ
またはＹ方向における成分を有するモーメントがかかる
と、リンク１５０を介して可動部材１２８に力が印加さ
れる。この力及び／またはモーメントがバネ１７０及び
ライン２６の空気圧による可動部材１２８への付勢力に
より決まるしきい値を越えると、可動部材１２８が第３
Ａ図に示す通常位置からシフトして第３Ｂ図に例示した
位置へ移る。第３Ｂ図において、可動部材１２８は空洞
部後壁１１１の方向へ、球軸受１８４が内側に移動でき
る程度に変位している。通常位置では、この球軸受１８
４はピストン１３０により外側方向に強制的に移動さ
れ、そのためマイクロスイッチ１８０が通常位置を指示
する。球軸受が可動部材１２８の変位により内側に移動
すると、マイクロスイッチ１８０がロボットコントロー
ラへアラーム信号を送る。
【００１９】本発明の重要な特徴は、カプセル状のリン
ク１５０がトグル２２とピストン１３０とを事実上摩擦
がない状態でリンクすることである。リンク１５０の球
状端壁がこれら２つの部材間の無制限の相対的回転を可
能にすると共に圧縮力がこのリンクにより伝達される。
このリンクは、トグル２２とピストン１３０との間で事
実上垂直方向の摩擦のない負荷を加える。
【００２０】本発明を単一の実施例についてのみ説明し
たが、当業者には本発明の精神及び範囲から逸脱するこ
となく多数の変形例及び設計変更が想倒されるであろう
ことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は、本発明のクラッチを用いるロボット
アームの側面図である。
【図２】第２図は、線２−２に沿ってとった第１図のク
ラッチの断面図である。
【図３】第３Ａ図は第２図の線３−３に沿ってとった部
分断面図；第３Ｂ図は、第２図の線３−３に沿ってとっ
た部分断面図である。
【図４】第４図は、トグルの一部破断側面図である。
【図５】第５図は、ピストンの一部破断側面図である。
【符号の説明】
１０ クラッチ １２ アーク溶接トーチ １６ ロボットアーム １８ ワークピース ２０ ハウジング ２２ トグル ２４ 電気コネクタ ２６ 圧縮空気ライン １２８ 可動部材 １３０ ピストン １４０ 工具連結部材 １５０ リンク １６０ 球座 １６２ 球状ピン １７０ バネ １８０ マイクロスイッチ １８２ 球軸受

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前壁、後壁及び中心軸に関し対称的な側
    壁により画定される空洞部を有するハウジングと、内側
    にテーパーした円錐台状の内側側壁とそれにつながる半
    球状の内側端壁とを有し、前記内側側壁及び端壁が前記
    中心軸に関し同軸的であって前記空洞部前壁の方に開放
    しており、前記空洞部内の後壁から離隔した通常位置か
    ら空洞部の後壁にさらに近付いた位置へ前記中心軸に沿
    って直線移動可能な、前記空洞部内に閉じ込められた可
    動部材と、前記クラッチを工具へ連結するための外端
    部、及び内側にテーパーした円錐台状の内側側壁とそれ
    につながる半球状の内側端壁とを有し前記内側側壁及び
    端壁が前記中心軸に関し同軸的であって空洞部の前記後
    壁の方に開放している、前記空洞部内の内端部を有する
    工具連結部材と、前記可動部材と前記工具連結部材の前
    記内側端壁に係合する半球状の外側端壁を有し、前記可
    動部材と前記工具連結部材とを離隔させて前記工具連結
    部材に加わる力が前記可動部材に伝達されるように前記
    工具連結部材と前記可動部材との間に延びるリンクと、
    前記可動部材が前記通常位置にあって前記工具連結部材
    が空洞部前壁の方向を除く全ての方向に可動なように前
    記工具連結部材を位置決めする手段と、前記位置決め手
    段により決まる前記通常位置の方へ前記可動部材を付勢
    するバイアス手段であって、バイアスを変化させて前記
    工具連結部材を介して前記可動可動部材へ加わる力に対
    する前記クラッチの感度を変化させるように調整可能な
    バイアス手段と、前記通常位置から離れる方向の前記可
    動部材の運動を感知する感知手段とよりなることを特徴
    とするロボットアームの端部に工具を装着するための離
    脱クラッチ。
  2. 【請求項２】 前記リンクが前記半球状の端壁間におい
    て円筒状の側壁を有する中実体であることを特徴とする
    請求項１に記載のクラッチ。
  3. 【請求項３】 前記可動部材の円錐台状の内側側壁が約
    １３度のテーパーを持つことを特徴とする請求項１に記
    載のクラッチ。
  4. 【請求項４】 前記工具連結部材の円錐台状の内側側壁
    が約５２度のテーパーを有することを特徴とする請求項
    １に記載のクラッチ。
JP3031742A 1990-01-31 1991-01-31 コラプシブル故障モードを有するプログラム可能離脱クラッチ Pending JPH05245788A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/474,486 US4998606A (en) 1990-01-31 1990-01-31 Programmable breakaway clutch system with collapsible failure mode
US474486 1990-01-31

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