JPH054190A

JPH054190A - 過荷重検知器

Info

Publication number: JPH054190A
Application number: JP4028567A
Authority: JP
Inventors: Thomas J Petronis; ジエイ．ペトロニストーマス; Clifford C Annis; シー．アニスクリフオード
Original assignee: Applied Robotics Inc
Current assignee: Applied Robotics Inc
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: KR100213399B1; US5086901A; JPH0747272B2; KR920016916A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】耐久性、融通性、反復性、保守性がよく且つ
応答の早い過荷重検知器を提供する。【構成】ロボット・アームの端部と工具との間に取り
付ける過荷重検知器１００であって、通常の荷重状態に
おいて空気圧によりユニークな係合整合状態を維持する
空気チャンバサブアセンブリ１とステム付き板２を備
え、その場合空気チャンバサブアセンブリ１に固定され
ている金属製円環形当接体１６の隆起封止面５６が気密
封止状態を設定する。過荷重が生じれば係合整合関係が
解除され、即座に空気が逃げ出し、過荷重検知器１００
によって設定されている常剛直結合が降伏し、同時に圧
力感知器３が圧力降下を感知して図示しないピストンが
圧力感知器３内のスイッチを働かせる。この電気出力信
号により、ロボット・アームを停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、包括的にはロボットに
関し、より具体的には、一般的にロボット・アームとロ
ボット・アームで操作する工具との間に設置する過荷重
（負荷）検知器に関する。同過荷重検知器は、一般的に
超過荷重（負荷）を検知しそれに応じてロボット・アー
ムを停止させロボット・メカニズムならびに工具の損傷
を最小限度に抑える働きをする。

【０００２】

【従来の技術】今日、数多くの産業の様々な用途におい
てロボット機が利用されている。工具は一般にロボット
工具取付け面板(face plate)を介して機械リスト(mecha
nicalwrist)（ロボット・アーム端部) に取り付けられ
る。プログラミング、サーボ・エラー(servo error) 、
工作物のセッティング不良などに起因する工具の不具
合、過荷重などを検知するための手段として過荷重検知
器が開発された。

【０００３】過荷重検知器の主目的は、ロボット工具取
付け面板にかかる超過モーメント（トルク）荷重を検知
し解除しそれと同時にロボット・アームを停止させ、ロ
ボット・メカニズムおよび／あるいはロボット工具／ジ
グの損傷を最少限度に抑えるための信号を発生する。理
想的には、過荷重検知時にロボット工具取付け面板と工
具との間の常剛直結体(normally rigid coupling) とし
ての過荷重検知器を、ロボット・アームが停止する前に
降伏(compliant) させて損傷を防止する。理想的には、
過荷重検知器が「トリップ(trip)」したあと高い反復度
(degree of repeatability) で元の状態に「リセット」
され、ロボット・プログラムを修正する必要がないよう
にする。

【０００４】数多くの種類、大きさのロボットが存在し
ており、工具やグリッパーが多種多様であるが故に、過
荷重検知器の設定荷重(pre-load)を調節し一定のトルク
（モーメント）限界荷重を越えれば過荷重検知器が直ち
に働くようにする（すなわち「停止」信号を発生し降伏
させる）必要がある。現在市販されているロボット過荷
重検知器はこのような過荷重検知／防護機能を備えてい
るが、有効性、融通性、使用容易性などに限界がある。

【０００５】従来のロボット過荷重検知器の多くは、コ
イル・バネを使用し、ロボットの作動中にロボット面板
にかかる通常の慣性荷重ならびに工具重量荷重を支える
限界力を発生させる。大型ロボットの場合は、数多くの
バネと支持器とを必要とするが故に過荷重検知器の総重
量ならびに総寸法が非常に大きくなる。大抵の場合は、
多数のパラメータが存在しているが故にバネの正しい
量、タイプ、位置を計算することは困難である。加え
て、現場で過荷重検知器の使用条件を調節することは非
常に困難であり、また時間がかかる。

【０００６】これらの理由により一般的にバネは過荷重
検知器の製造元が取り付ける。過荷重検知器製造元は、
正しいバネを選定するためには、過荷重検知器をトリッ
プさせることなく支えなければならないトルクとモーメ
ントとの値に関するデータを購入者から提供してもらわ
なければらならない。正しい値を求めることは非常に困
難であり、工具の最終設計を完了し、試験を行う以前で
は殊にそうである。加えて、「正しい値」はロボットの
加速度と、ロボット軸線との関係における工具の重心の
位置とによって変わる。ロボットの加速度と工具の重心
とは大抵の用途において絶えず変化する。

【０００７】さらに、ロボット工具変更システム（一例
として米国特許 B14,664,588 参照) の使用や、不測の
工具変更などにより工具の構造が変わる場合は、バネ式
ロボット過荷重検知器のトリップ点を調節することが困
難である。工具に接続する電気ケーブルとホースもロボ
ット・アームに予測不能の可変荷重をかける。バネとエ
ア・シリンダとを併用することにより、あるいはまた過
荷重検知器に供給する空気圧を加減することによってト
リップ点を調節するエア・シリンダのみを使用すること
によりこれらの難点を解消しようとする試みがなされて
いる。その一例として、空気与圧可撓ブラダー(air pre
ssurized flexible bladder)を用いて所要支持力を発生
させるロボット過荷重検知器が米国特許第 4,714,865号
に開示されている。

【０００８】エア・シリンダ式過荷重検知器において
は、なんらかのタイプの感知器を用いてロボット面板に
取り付けた過荷重検知器部分と工具を取り付けた過荷重
検知器部分との間の相対変位量を感知する。続いてこの
信号をまず電子信号処理器で処理し、ロボットを停止さ
せる信号を発生させ、またときには空気制御弁を作動さ
せ、空気制御弁を過荷重検知器に接続しているホースを
通してシリンダあるいはブラダー内の圧力を逃がさせる
信号を発生させる。この一連のイベントを実行するため
には相当長い時間を必要とするが故に、一般的にはロボ
ットアームが完全に停止する前に過荷重検知器の降伏(c
ompliance)が尽きてしまい、損傷を起こす恐れがある力
がロボット構造体と工具コンポーネントとに伝達され
る。加えて、ブラダー式過荷重検知器の構造材は物理
的、化学的に相当厳しい乱用を受け、その結果普通の工
場環境においても寿命が短くなる。

【０００９】従来のロボット過荷重検知器の多くは、使
用開始時期において、あるいはまた「トリップ」回数が
まだそれほど多くない頃でも、反復度が低い。反復度が
高いということは重要な条件であり、過荷重検知器の反
復度が低いとロボット・プログラム学習点(robot progr
am taught-point)を再度学習させなればならず、このよ
うな時間を費やすことは一般的に許されない。

【００１０】本件出願者は、先行技術として、空気与圧
チャンバを用いてロボットならびに工具の過荷重を解除
するロボット過荷重検知器を開発した。この過荷重検知
器においては、「クラッチング（すなわちモーメント／
トルク支持）力を発生させるためにブラダー、バネ、エ
ア・シリンダなどは一切用いず、エラストマ製Ｏリング
密封チャンバを用いる。過荷重が生じれは直ちにＯリン
グ・シールが破壊され、チャンバ内の支持圧が失われ、
それがロボット「非常停止」回路または他の「停止」回
路に接続されている着脱不能ビルドイン空気圧感知器に
よって感知される。チャンバ内の空気圧を加減すること
によって個々の使用環境条件に合わせて過荷重検知器の
過荷重限界値を容易に調節することができる。圧力可変
プログラマブル・エア・レギュレータを用いることによ
り、ロボット・コントローラによってロボット・プログ
ラムを実行しつつチャンバ空気圧を動的に加減すること
ができる。

【００１１】密封チャンバ式過荷重検知器は、モーメン
ト（ｚ軸を中心とするチッピングモーメント(tipping m
oment 傾動モーメント)、トルク（ｚ軸を中心とする回
転トルク）、水平荷重（ｚ軸に対する水平荷重）、圧縮
荷重（工具取付け面板に向かうｚ軸を中心とする圧縮荷
重）をはじめとする様々な過荷重状態に感応する。シー
ルを破壊しない唯一の運動は、軸方向引張り荷重（面板
から遠ざかる方向にｚ軸に沿ってかかる引張り荷重）だ
けがかかり、他の荷重は一切かからない過荷重状態であ
ると考えられる。ロボットにおいてはこのような過荷重
状態になることはほとんどない。

【００１２】また、密封空気チャンバ式過荷重検知器は
働きが非常に速く、絞りホースや在来弁に空気を通すこ
となく過荷重を即座に解除することができる。すなわち
このロボット過荷重検知器においてはそれ以前の過荷重
検知器が持っていた様々な難点が解消されているが、そ
れでもなお改良に余地が残されている。本件出願者が開
発したこの先行技術としての密封空気チャンバ式ロボッ
ト過荷重検知器においては、チャンバ密封手段として在
来Ｏリングを機械加工溝に差し込む。Ｏリング溝を切設
する部材が、Ｏリング溝の下の断面が縮小するためにＯ
リング溝によって弱められる。それを防ぐためにこの部
材の厚みを大きくすると過荷重検知器の重量と高さとが
大きくなりすぎる。加えて、「トリッピング」時にＯリ
ングを横断する突出空気(the rush of air) によって生
じる力のためにＯリングそのものを溝の中に保持するこ
とが困難になる。Ｏリングを溝の中にしっかりと保持す
るためには、機械加工することが困難である円錐台形Ｖ
字形溝と、ムラなく塗着することが困難である接着剤と
を必要とする。また、与圧空気中に存在している汚染物
質や、過荷重検知器の様々な使用環境において存在する
材料や蒸気がＯリング・シールを劣化させる。エラスト
マ製シールを用いる場合の他の難点としてさらに、エラ
ストマが変質する、高い反復度を維持することが困難で
ある、エラストマ・シールは、その製造工程の関係から
寸法のバラツキが大きいために組付け方がむずかしい、
などということが挙げられる。

【００１３】また、この先行技術としての密封空気チャ
ンバ式ロボット過荷重検知器においては、初発整合(ini
tianl registration)/圧縮荷重支持手段として複雑な多
点固定玉軸受／戻り止めシステム(multiple staked bal
l bearing-detent arrangement) が用いられている。部
品製造許容差のバラツキとＯリング製造許容差のバラツ
キとの故に多数の位置決め体(locatingelement)の正し
いＺ軸方向調節を行うことは困難である。また、チャン
バの空気圧が位置決め体に作用するが故に、エラストマ
・シールと位置決め体との間の相対位置関係が位置決め
体の封止の問題を生じさせる。位置決め体の空気漏れを
防止し、その位置を維持するためには液体シーラ(liqui
d sealer) によって位置決め体を封止しなければならな
い。

【００１４】この先行技術としてのロボット過荷重検知
器においては、電気スイッチとアクチュエータ(actuato
r 作動器) とは与圧空気チャンバ内に収められており、
スイッチに接続されている線の、与圧チャンバからの取
出し部分だけを封止すればよい。チャンバ圧が面取りピ
ストン(chamfered piston)を下降させるときにピストン
の横方向力(side force)がスイッチに作用し、それに応
じてスイッチが働き、ピストンの上昇時に、ピストン戻
しバネと、過荷重検知器が「トリップ」することによっ
て空気チャンバ圧が低下して生じる減少力との間の力の
不均衡によってスイッチが切れる。

【００１５】残念ながら、この先行技術としての過荷重
検知器においては、スイッチや電気ケーブルが損傷すれ
ば現場でこれを修理したり交換することはできない。同
様に、現場でスイッチ作動点を調節することはできず、
過荷重検知器を組付けたあとは殊にそうである。また、
ピストンの側面に対して作用するスイッチ作動ボタンの
力によって生じる摩擦力が可変であるが故に、スイッチ
の作動点とリセット点とはすべての過荷重検知器を通し
て同じであるとは限らない。さらに、過荷重検知器にお
いて長期間にわたって減圧サイクルを実行しない場合で
も、ピストンを確実に戻すことができるようにピストン
戻しバネのバネ定数(spring rate) を大きくしなければ
ならないが故に、ごくわずかな力ではスイッチを作動さ
せることはできない。また、ピストンとピストン・ボア
との締まり嵌め(close fit) の故に、チャンバ与圧空気
中に存在している汚染物質がピストンをピストン・ボア
に固着させる恐れがある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】かようなる現状におい
て、従来の過荷重検知器の耐久性の不足、融通性の不
足、反復性の不足、応答の遅さを解消するのみならず、
製造条件を改善し機能ならびに現場保守性を向上させた
新案改良型過荷重検知器の開発が望まれている。本発明
は、このニーズに応えるべく、金属あるいは他の材料を
素材とするユニークな設計の非圧縮性チャンバ支持／封
止体と、特殊設計の着脱自在、高信頼性電子空気圧感知
器とを備えている密封与圧チャンバ式過荷重検知器を提
供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明では次のような技術的手段を講じている。
即ち、この発明の過荷重検知器では、工具とロボット・
アームの一方の端部との間に取り付け、超過荷重を検知
し、超過荷重に起因する工具とロボット・アームとの損
傷を防止する過荷重検知器であって、下記の諸要素を備
えて成ることとした。

【００１８】１．中心線軸と同心である中心ボアがある
ハウジングと、該ボアの一方の端部を閉め切る被覆板
と、該ボアの反対側の端部を塞ぐ円環形端板とを備えて
成っており、中心軸線と同心の中央貫通開口が円環形端
板に設けられており、該開口の半径がボアの半径よりも
小さい与圧流体チャンバ・アセンブリ。

【００１９】１．中心軸線を有しており、ボア内に位置
している板体を本体としており、該板体の半径が円環形
端板の開口の半径とハウジングのボアの半径との間にあ
り、板体に設けられているステムが軸方向に向かって板
体の第１面から先に突き出ており、円環形端板を貫通し
てチャンバ・アセンブリの外に突き出ており、板体の該
第１面と円環形端板の内面とが向い合っているステム付
き板。

【００２０】１．チャンバ・アセンブリとステム付き板
とを中心軸線を合致させ、両者間に所定の回転角位置関
係を持たせて相対位置決めし、係合整合させる手段。１．該向い合い面の一方の面に固定されている非圧縮性
円環形当接体であって、チャンバ・アセンブリとステム
付き板が係合整合したときにのみ該当接体の隆起面が該
向い合い面の他方の面の一部分にツライチ当接し、該隆
起面と該向い合い面の該他方の面の該一部分との間に流
体密封止状態を創出する非圧縮性円環形当接体。

【００２１】１．調節自在に流体圧を板体にかけ、通常
の使用荷重下においてチャンバ・アセンブリとステム付
き板との間に剛直結合を維持する力によってチャンバ・
アセンブリとステム付き板とを係合整合状態に維持する
手段。１．該通常の使用荷重を越える荷重が生じチャンバ・ア
センブリとステム付き板との間の係合整合が解除され向
い合い面の間を通って流体が逃げ出し結合が降伏する
と、該係合整合の解除を感知しそれを指示する信号を発
生する感知器。

【００２２】また、円環形当接体、板体ならびにボアの
寸法が、チャンバ・アセンブリとステム付き板体との間
の係合整合が解除されたときに隆起面ならびに該向い合
い面の他方の面の該一部分の損傷が防止されるように設
定されていることとしてもよい。また、チャンバ・アセ
ンブリとステム付き板とを相対位置決めし、係合整合さ
せる手段として下記があることとしてもよい。

【００２３】１．板体の第１面に設けられている第１デ
ィンプル状凹部。１．板体の第１面に設けられている第２ディンプル状凹
部であって、該第１、第２ディンプル状凹部の角位置が
１８０度以外の角度だけ隔たっている第２ディンプル状
凹部。１．第１、第２ディンプル状凹部の角位置の隔たりと同
じだけ角位置が隔たっており、円環形端板に差し込ま
れ、各々第１、第２ディンプル状凹部に係合している第
１、第２半円球端ネジ。

【００２４】また、該第１凹部が円錐形であり、該第２
凹部が、該第１凹部から該第２凹部を通る線の方向にお
いて長尺形であることとしてもよい。また、該第１、第
２凹部の角位置の隔たりが１８０度に近く、構成要素と
してさらに、ネジの半円球端とネジが係合する凹部との
間のクリヤランスが完全になくなるように各半円球端ネ
ジをロックする手段があることとしてもよい。

【００２５】また、各凹部と、各該ネジの半円球端に焼
入れ面があり、高圧潤滑剤が該焼入れ面に塗布されてい
ることとしてもよい。また、支持体が固定されている該
向い合い面の一方の面が円環形端板の内面になってお
り、該向い合い面の他方の面が板体の第１面になってお
り、円環形当接体と円環形端板とが一体化されているこ
ととしてもよい。

【００２６】また、円環形端板が強力軽量金属製であ
り、円環形当接体が該強力軽量金属を母材として機械加
工された部材であることとしてもよい。また、当接体の
隆起面と、板体の第１面の、該隆起面が係合する部分
が、該隆起面との該部分との間に流体密封止状態が確保
されるように精密機械加工されていることとしてもよ
い。

【００２７】また、当接体の隆起面が平坦であり、該隆
起面に硬質仕上げコーティングが施されていることとし
てもよい。また、チャンバ・アセンブリとステム付き板
を相対位置決めし、係合整合される手段として下記があ
ることとしてもよい。１．板体の第１面に設けられている第１ディンプル状凹
部。

【００２８】１．板体の第１面も設けられている第２デ
ィンプル状凹部であって、該第１、第２ディンプル状凹
部の角位置が１８０度以外の角度だけ隔たっている第２
ディンプル状凹部。１．第１、第２ディンプル状凹部の角位置の隔たりと同
じだけ角位置が隔たっており、円環形端板に差し込ま
れ、各々第１、第２ディンプル状凹部に係合している第
１、第２半円球端ネジであって、該半円球端ネジは、半
径方向において該円環形当接体の内側に位置している第
１、第２半円球端ネジ。

【００２９】また、構成要素としてさらに、該チャンバ
・アセンブリの外側においてステムの一部を包囲してお
り、円環形端板の開口に異物が侵入することを阻止する
流体透過性弾性鍔体があることとしてもよい。また、該
流体が空気であり、該鍔体の素材が、空気抵抗が小さ
く、高耐熱性を備えている材料であることとしてもよ
い。

【００３０】又、構成要素としてさらに、取付けアダプ
タ板と取付けアダプタ板を、ステムの、板体と反対側の
端部にしっかりと固定する手段があることとしてもよ
い。また、構成要素としてさらに、降伏結合器の回転を
制限する手段があることとしてもよい。また、該回転制
限手段として下記があることとしてもよい。

【００３１】１．チャンバ・アセンブリの中心軸線に沿
って設けられており、被覆板に固定されている成形ブロ
ック。１．ステム付き板の中心軸線に沿って板体を貫通し、ス
テム内に達している空洞部であって、ブロックを受入
し、一定限度内で回転させるように寸法ならびに形状が
設定されている空洞部。

【００３２】また、ブロックに中央開口が設けられてお
り、該開口にバネが取り付けられており、該バネが被覆
板から遠ざかる方向に向かってステム付き板に初発押圧
力をかけることとしてもよい。また、該感知器がチャン
バの外部に位置している着脱自在圧力感知器であり、該
圧力感知器がチャンバ・アセンブリ内の与圧流体チャン
バに流体連通しており、過荷重状態になって向い合い面
の間から流体が逃げ出してチャンバ内の流体圧が低下す
れば該圧力感知器がそれを感知し、それを指示する信号
を発生することとしてもよい。

【００３３】また、該圧力感知器が下記の諸要素で構成
されていることとしてもよい。１．常開コンタクトが設けられているスナップ式電気ス
イッチ。１．電気スイッチのアクチュエータと同軸である動き嵌
め非密封式ピストンであって、チャンバ内の流体圧の作
用を受けてスイッチ・アクチュエータを移動させ、電気
スイッチの常開コンタクトを閉成させるピストン。

【００３４】１．チャンバ内の流体圧が低下すればピス
トンを移動させて電気スイッチの閉成コンタクトを開成
状態に復帰させる小押圧力型スイッチ・アクチュエータ
戻しバネ。また、圧力感知器の構成要素としてさらに、
ピストンの中心軸線上に設けられており、ピストンの有
効長さを調節するスイッチ・トリップ点調節ネジがある
こととしてもよい。

【００３５】また、該感知器がチャンバの外部に位置し
ている着脱自在圧力感知器であり、該圧力感知器がチャ
ンバ・アセンブリ内の与圧流体チャンバに流体連通して
おり、過荷重状態になって向い合い面の間から流体が逃
げ出してチャンバ内の流体圧が低下すれば該圧力感知器
がそれを感知し、それを指示する信号を発生し、該圧力
感知器が下記の諸要素で構成されていることとしてもよ
い。

【００３６】１．常開コンタクトが設けられているスナ
ップ式電気スイッチ。１．電気スイッチのアクチュエータと同軸である動き嵌
め非密封式ピストンであって、チャンバ内の流体圧の作
用を受けてスイッチ・アクチュエータを移動させ、電気
スイッチの常開コンタクトを閉成させるピストン。１．チャンバ内の流体圧が低下すればピストンを移動さ
せて電気スイッチの閉成コンタクトを開成状態に復帰さ
せる小押圧力型スイッチ・アクチュエータ戻しバネ。

【００３７】また、板体が円板であり、感知器が空気圧
感知器であり、圧力感知器の構成要素としてさらに、ピ
ストンの中心軸線上に設けられており、ピストンの有効
長さを調節するスイッチ・トリップ点調節ネジがあるこ
ととしてもよい。また、円板の第１面が平坦であり、ス
テム付き板の中心軸線に対して直角であり、ステム付き
板の中心軸線に対して平行である方向における円板の少
なくとも一部の寸法が該中心軸線からの距離が大きくな
るにつれて小さくなっていることとしてもよい。

【００３８】

【作用】非圧縮式シールを用いることにより従来の過荷
重検知器のエラストマ・シールならびに複雑な多位置決
め／荷重支持体式システムの様々な難点を解消すること
ができる。本発明の新案圧力感知器においては、作動機
構摩擦(actuator mechanism friction) が非常に小さい
電気スイッチ作動方式を採用する。長期間休止していた
後でも必ず確実に作動しなければならない過荷重検知器
の場合はこれは非常に重要な条件である。本発明の圧力
感知器は、低圧反復度(low pressure repeatability)が
高いことに加えて、高圧生存性(high pressure surviva
l capability) が高く、電流容量が大きく、印加電圧の
種類とレベルとに対して鈍感であり、小形であるという
特徴を備えている。

【００３９】本発明の過荷重検知器の与圧流体チャンバ
・アセンブリは、チャンバ・アセンブリの中心軸線と同
心の中心ボア(central bore)を有しているハウジングに
よってチャンバ・アセンブリが形成されている。ボアの
一方の端部は被覆板(cover plate) によって締め切られ
ており、ボアの反対側の端部は円環形端板によって覆わ
れている。円環形端板の中心開口の半径方向寸法はボア
よりも小さい。

【００４０】与圧流体チャンバ・アセンブリが固有中心
軸線を有しているステム付き板(stemmed plate) に対し
て働きかける。ステム付き板は、流体チャンバ内に位置
しており、ステムが円環形端板の開口を貫通し、突き出
ている板体である。すなわち板体の第１面と円環形端板
の内面とが向かい合っている。また、本発明の過荷重検
知器には、チャンバ・アセンブリとテスム付き板とを互
いに同軸整合させ、また両者間に所定のユニークな回転
角位置関係を設定する構造体が設けられている。好適に
は、該構造体は、角位置を一定間隔だけ隔てて板体の第
１面に設けられている一対のディンプル(dimple)状凹部
とし、同じく角位置を一定間隔だけ隔ててチャンバ・ア
センブリの円環形端板に螺合させた一対の半円球端ネジ
に該凹部を係合させる。

【００４１】一例として金属製の非圧縮性円環形当接体
(bearingmember)が板体と円環形端板の向い合っている
面との一方に面に固定されている。チャンバ・アセンブ
リとステム付き板とが係合整合しているときにのみ該支
持体の隆起面が該向い合っている面の他方の面の一部に
ツライチに当接し、流体密シールを形成する。チャンバ
内の板体に作用する流体圧が、通常の使用荷重下におい
て剛直結合を維持する力によってチャンバ・アセンブリ
とステム付き板との間に係合整合関係を維持する。過荷
重が生じればチャンバ・アセンブリとステム付き板との
間の係合整合関係が解除され、向か合っている面の間を
通って流体が逃げ出し、結合が服従する。

【００４２】非圧縮式シールを通って流体が逃げ出せば
チャンバ内の流体圧が低下し、外部に取り付けられてお
り、チャンバに連通している着脱自在流体（一例として
空気）圧感知器がこれを即座に感知する。感知器が発生
する「トリップ」状態指示信号がロボット・アームの運
動を中断させる。チャンバ内の流体圧の変化に応じて非
密封動き嵌めピストンが感知器に設けられているスナッ
プ作動式小電気スイッチに対して働きかける。ピストン
に収容されている軸方向スクリューで電気スイッチのト
リップ点を調節する。

【００４３】本発明の別の特徴として、過荷重検知器が
トリップしたときに封止面を損傷しないように非圧縮性
円環形当接体が板体とボアの半径方向寸法と深さとの関
係において寸法が設定され、位置決めされている。本発
明のまた別の特徴として、ダストなどの異物が封止面を
汚染することを防止する手段としてステムに圧縮性流体
透過性鍔体(collar)が着せられている。

【００４４】本発明のまた別の特徴として、チャンバ・
アセンブリの被覆板の内面に固定されている回転制限ブ
ロックがステム付き板の内部の適切な形状の空洞部(cav
ity)と共働し、回転降伏(retational compliance) を制
限する。好適には、回転制限ブロックの中心開口に押圧
バネ(biasing spring)を取り付ける。

【００４５】

【実施例】本発明の前記、ならびに前記以外の特徴、目
的、利点は、添付図を参照しつつ以下に展開するところ
の本発明の内容の詳述を通してよりいっそう明確にされ
る。図１の斜視図を参照して、本発明の原理に従って設
定した過荷重検知器１００は、ロボット・アーム１０４
の端部の取付け面板１０２と工具１０６との間に取り付
ける。工具は、グリッパー、溶接ガンなどである。本件
出願者の米国特許Ｂ1 4,664,588 に開示されている自動
工具交換装置システム（図示せず）などの他のロボット
・アクセサリを工具として使用することも可能である。

【００４６】ホース１０７を通して、与圧流体が過荷重
検知器１００に供給され、通常は過荷重検知器１００が
面板１０２と工具１０６とを剛直結合している。工具に
不測の不具合が生じたり、過荷重が生じれば過荷重検知
器１００からケーブル１０８を通してロボットの「非常
停止」回路また他の「停止」回路（図示せず）へロボッ
ト・アーム停止信号が送られる。それと同時に過荷重検
知器によって設定されている結合が降伏し、工具１０６
とロボット面板１０２との間に相対運動が生じ、工具や
ロボットの損傷が最小限に抑えられる。

【００４７】過荷重検知器１００は、圧縮荷重ＦZ 、回
転トルクＦR 、チッピング・モーメントＦT 、水平荷重
ＦL などの力に起因して複数の方向において生じる過負
荷を感知することができる。過荷重検知器１００は同じ
方向に「トリップ」後降伏(post "tripping" complianc
e)する。 100％引張り荷重Ｆ-Zによっては過荷重検知器
は「トリップ」しない。ロボットの場合は 100％引張り
荷重は非常に稀である。

【００４８】図２を参照して、過荷重検知器１００には
基本的に次の５つの主要コンポーネント／サブアセンブ
リで構成されている。空気チャンバ・アセンブリ１、ス
テム付き板２（図４、５に詳細を示す）、圧力感知器３
（図１０、１１に詳細を示す）、取付けアダプタ板４、
２部材型クランプ・リング・サブアセンブリ５（図３に
詳細を示す）である。

【００４９】通常は、アダプタ取付け板４を用いて過荷
重検知器１００をロボット・アームの端部に取り付け
る。つがいロボット・フランジ取付け手段をアダプタ板
４に機械加工したあと適切な取付け具（図示せず）を用
いてアダプタ板４をロボット面板１０２に取り付ける。
通常は、前もって機械加工した複数の取付け穴パターン
（図示せず）の中の適当なパターンを用いて工具１０６
を空気チャンバ被覆板６に取り付ける。過荷重検知器１
００の機能と取付け姿勢とは無関係であるが故に、過荷
重検知器を倒立させて取り付けることも可能である。

【００５０】続いて、クランプ・リング・サブアセンブ
リの２つの半割り体(half)４６、４７を取付けアダプタ
板４とステム付き板２の拡開端部との結合によって形成
されるつがい円錐台形Ｖ字形フランジの周囲にセットす
ることにより、２部材型クランプ・リング・サブアセン
ブリ５を用いてステム付き板２と空気チャンバ・アセン
ブリ１との集合体を取付けアダプタ板４に固定する。ク
ランプ・リング・サブアセンブリ取付けネジ４５でクラ
ンプ・リング・サブアセンブリ５の２つの半割り体を結
合する。アダプタ板４から突き出ているドエル・ピン(d
owel pin) ４４をステム付き板２の相手空洞部４８に差
し込んでアダプタ板４とステム付き板２を半径方向整合
させる。

【００５１】ステム付き板２の中心軸線Ｃ１はロボット
面板１０２の中心軸線と同軸である。ステム付き板の円
板体７から突き出ているステム８が軸方向に向かって第
１面４９の先に突き出ている。図５を参照して、取付け
ネジ９と位置決めドエル・ピン１０とで板体７をステム
８に取り付ける。ステム８と板体７との間の界面を静的
Ｏリング１１で封止する。Ｏリングに代えて適切なシー
ラントを用いて空気漏れを防止することも考えられる。
好適には、ステム８はアルミニウムなどの軽量材製と
し、板体７は焼入れ工具鋼などの超硬質材製とする。別
法として、ステム８と板体７とを好適には焼入れ工具鋼
製のワンピース品とすることも可能である。好適には、
ステム付き板２にフラッシュ・クロムめっき(flash chr
ome plating)を施して防食性を高める。

【００５２】板体７の他方の面５０は、面４９に対して
平行にすることができるが、好適には少なくとも一部に
テーパを付け、中心軸線Ｃ１からの距離が大きくなるに
つれて板体７の高さが次第に小さくなるようにする（図
８の５０を参照）。そうすればチャンバ・アセンブリ１
の高さをより小さくすることができる。面５０にカット
アウト（図示せず）を設けることによって板体７の重量
を小さくすることができる。

【００５３】再び図２を参照して、使用時に板体７を空
気チャンバ・アセンブリ１のチャンバ３９内に嵌め、ス
テム８を空気チャンバ・アセンブリ１の開口５１から突
き出す。ステム付き板２を正しく位置決めし、チャンバ
・アセンブリ１に係合整合させれば板体７が空気チャン
バ・アセンブリ１の開口５１を塞ぐ。２部材型クランプ
・リング５の下のステム８に着せられている空気透過性
圧縮性鍔体４２がダストその他の異物がステム８の外面
と、チャンバ・アセンブリ１の開口５１を形成している
内面との間に形成されている円環形空洞部に侵入するこ
とを阻止する。平時に過荷重検知器に異物が侵入しても
不具合を起こす恐れはないが、過荷重検知器が「トリッ
プ」したあと過荷重検知器の封止面と封止面との間に異
物が侵入すれば、過荷重検知器を「リセット」したとき
に確実な封止状態が確保されない恐れがある。鍔体４２
は、連続気泡フォームなどの、気流に対する抵抗が小さ
い圧縮性材料を素材とすることができる。用途（たとえ
ば溶接）によっては、ガラス繊維布スカート(fiberglas
s cloth skirt)などの高耐熱性材料を使用することが望
ましいことがある。

【００５４】空気チャンバ・アセンブリ１に主ハウジン
グ１２がある。ハウジング１２の側壁体５３がチャンバ
・アセンブリの中心軸線Ｃ２と同心である中心円筒ボア
の境界を仕切っており、円環形壁体５４が側壁体５３の
一方の端部から半径方向内向きに向かっている。円環形
壁体５４の内面５２が中心軸線Ｃ２と同心である中心開
口５１の境界を仕切っている。円環形壁体５４の内面５
５が板体７の第１面４９と向かい合っている。

【００５５】平時は、主ハウジング１２の他方の端部は
被覆板６によって閉め切られている。取付けネジ１３で
板６を主ハウジング１２に取付け、Ｏリングで封止す
る。Ｏリング１４はネジ１３のボルトの内側に位置して
おり、ネジ１３のねじ部の空気漏れの封止を行う必要は
ない。本発明の過荷重検知器の使用開始時はチャンバ・
アセンブリ１とステム付き板２とがユニークな相対三次
元関係になっており、中心軸線Ｃ１、Ｃ２が合致してお
り、両者が合致している中心軸線を中心として特定の回
転角関係が両者間に設定されている。本書においてはこ
のユニークな三次元関係を「係合整合(engaging regist
ration) 」と呼ぶこととする。続いて、この係合整合を
設定する空気チャンバ・サブアセンブリ１とステム付き
板２との係合部材について説明する。

【００５６】好適には、ステム付き板７は、焼入れ工具
鋼などの超硬質材製とし、その面４９に２つのディンプ
ル状凹部（円錐形凹部１７と「長尺」円錐形凹部１８）
を機械加工する。凹部１８は、円錐形凹部１７から長尺
円錐形凹部１８を通っている線に沿っている方向におい
て長尺である（図４参照）。焼入れ半円球形端ネジ１９
が空気チャンバ主ハウジング１２の壁体５４を貫通し、
板体７に機械加工されている２つの凹部１７、１８に係
合している。空気チャンバ主ハウジング１２のねじ穴に
半円球端ネジ１９が差し込まれており、ステム付き板２
をチャンバ・アセンブリ１に対して正しく位置決めし、
１つの特定の方向においてのみ「封止」状態（あとで詳
述する）が創出されるように板体７のつがい凹部が配置
されている。２つの凹部（ならびに相手半円球端ネジ）
の角位置が１８０度以外の角度だけ隔たっているからで
ある。図６の上面図を参照して、好適には、２本のネジ
（ならびに相手凹部１７、１８）の角位置の隔たりは１
８０度に近くし、ただし１８０度以下とする。好適に
は、凹部１７、１８の側壁角(included side wall angl
e)と中心軸線Ｃ1 からの凹部の半径方向距離とは、真の
トルク荷重状態において過荷重検知器を「トリップ」さ
せるトルク値と真のモーメント荷重状態において過荷重
検知器を「トリップ」させるモーメント値とがほぼ等し
くなるように設定する。

【００５７】半円球形端ネジ１９は、ネジの半円球端と
その相手凹部との間のクリヤランスが完全になくなるよ
うに調節する。そのように調節すれば、ネジ１９の半円
球端の側面に対して作用するロック・プラグ２０の水平
力によって半円球端ネジ１９の位置が維持される。ロッ
ク・プラグ止めネジ２１が半円球端ネジ１９に対してか
けるロック力はロック・プラグ２０を介して半円球端ネ
ジ１９に伝達される。好適には、ロック・プラグ２０
は、半円球端ネジ１９よりも軟質である材料（たとえば
黄銅）とするのが好ましく、ロック・プラグ止めネジ２
１を締めたときに半円球端ネジ１９のねじ部(thread fo
rm) がロック・プラグ２０に押し込まれて、半円球端ネ
ジ１９のねじ部を損傷することがないようにできる。

【００５８】半円球端ネジ１９が調節自在であるが故
に、ネジ端と相手凹部１７、１８との間のクリヤランス
を完全になくすことができる。それ故、過荷重検知器が
「トリップ」し、「リセット」されるたびに高反復性工
具方向調節(high repeatable tool orientation)が確保
される。凹部１７、１８の表面と半円球端ネジ１９とに
高圧潤滑剤を塗布すれば磨耗を最少限度に抑えることが
できる。

【００５９】空気チャンバ被覆板６とステム付き板２と
の間にバネ３７がある。バネ３７は比較的に少量の力を
ステム付き板２にかけ、空気チャンバ３９内に空気圧が
存在していないときに取り付けた工具が発生する初発モ
ーメント荷重を補償する。バネ３７と、過荷重検知器の
主要コンポーネント／サブアセンブリの外面に機械加工
されている「整合マーク」（図示せず）による視覚入力
(visual input)とによって、過荷重検知器が過荷重によ
ってトリップしたあと過荷重検知器を容易に初発「係合
整合」位置にリセットすることができる。図示のコイル
・バネに代えてこれよりも直径の大きい波バネ(wave sp
ring) を使用することも可能である。

【００６０】図８を参照して、金属製円環形当接体(bea
ring member)１６の隆起封止面５６がハウジング壁体５
４の内面５５に機械加工されている。別法として、非圧
縮性または圧縮性の非常に低い硬質材（硬質金属、プラ
スチックなど）製円環形帯材(annular band)を内面５５
にしっかりと固定し、隆起封止面５６を形成することも
可能である。

【００６１】主ハウジング１２の側壁５３に機械加工さ
れている少なくとも１つの半径方向入側空気圧供給口１
５が空気チャンバ・アセンブリ１に設けられている。図
６においては供給口１５はただ１つだけであるが、一般
の過荷重検知器の国際的使用を可能にするためにＳＡＥ
(Society of Automotive Engineers) 、ＮＰＴ(Nationa
l Pipe Standard)、ＢＰＴ(British Pipe Thread) など
の相異なる規格の２つの供給口を設けるのが好ましい。

【００６２】図２に参照して、供給口１５を介してチャ
ンバ３９に空気圧がかかれば、板体７の面５０に作用す
る空気圧の力が板体７の反対側の面４９を金属製当接体
１６の隆起面５６に押し付ける。チャンバ・アセンブリ
１とステム付き板２とが係合整合していればこれによっ
て流体密封状態が形成される。面５６の封止面積と空気
チャンバの空気圧に基づいて設定された値の力とによっ
てステム付き板２がこの位置に確実に保持される。

【００６３】図１２を参照して、封止面５６の内径Ｇ、
外径Ｆ、ならびに高さＨは板体７の外径Ｄ、チャンバ３
９の内径Ｂ、板体７の高さＣ、チャンバ３９の高さＡな
らびに半円球端ネジ１９の位置Ｅを基準にして設定され
ており、過荷重検知器が「トリップ」して降伏状態にな
ったとき、即ち、係合整合の状態ではなくなったときに
金属当接体１６の封止面５６と板体７の面４９の対面部
分とが互いに損傷接触したり、あるいはまた半円球端ネ
ジ１９と損傷接触したりする恐れはない。この損傷接触
を防止するための適切な三次元関係ならびに寸法は、Ｃ
ＡＤ(ComputerAided Design コンピュータ支援設計）
装置を用いて反復プロセスによって設定することができ
る。一例として、本発明の過荷重検知器の適切な寸法を
その値を計算する方法と併せて次に示す。

【００６４】図１２に示す寸法の代表値は次のとおりで
ある。Ａ２３．７５ｍｍ（０．９３５インチ）Ｂ１３５．００ｍｍ（５．３１５インチ）Ｃ１１．００ｍｍ（０．４３３インチ）Ｄ１３３．００ｍｍ（５．２３６インチ）Ｅ９２．００ｍｍ（３．６２２インチ）Ｆ１１６．００ｍｍ（４．５６７インチ）Ｇ１０８．００ｍｍ（４．２５２インチ）Ｈ０．５０ｍｍ（０．０２０インチ）実際においてはシール外径Ｆを最初に選んだ。続いて、
内径Ｇによって所望圧封止特性（極めて低い漏洩率）を
確保できることを実験によって確認した。続いて、チャ
ンバ圧が１２０ PSIになったときに板体の撓みを最少限
度に抑えることができる寸法Ｃを選んだ。理想的反復性
を確保すべく寸法Ｅを可能な限り大きくした。最大チッ
ピング角(tip angle)(傾動角) は、前記の寸法で設定さ
れるとおり大形過荷重検知器は±５度とし、小形過荷重
検知器は±１０度とした。このようにして、寸法Ａ、
Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｈで経験による推定(educated guess)を行
って初発レイアウトを作った。図素(drawing element)
群を図面において他の図素との関係において相対移動さ
せることができ、また図面の任意の部分を「ズーム」ア
ウト／インすることができるというＣＡＤシステムの機
能を利用してステム付き板の図素を１つの群として設定
し、達成可能最大チッピング角、半円球端ネジと封止面
との間の干渉、ならびにステム付き板の水平運動あるい
は回転運動による封止面の分離をチェックしつつこの群
を「チャンバ」内で移動させた。

【００６５】視覚フィードバックに基づいて寸法を注目
方向においてわずかに「調節」することによって所望変
更を行い、ステム付き板を再設定し、再移動させた。所
望結果が得られるまでこのプロセスを何度も繰り返し
た。続いて前記の手順とを用いて得られた寸法に基づい
て詳細部分図を作り、結果を検証するためにプロトタイ
プ器を作った。

【００６６】金属製当接体１６の封止面５６と板体７の
向かい側面４９の相手部分とを整合させるように精密機
械加工し、チャンバ３９を与圧し、チャンバ・アセンブ
リ１をステム付き板２に係合整合させたときに理想的空
気シールが存在するように仕上げた。好適には、空気チ
ャンバ主ハウジング１２は、金属製当接体１６を含め
て、航空機用アルミニウムなどの強力軽量材とする。封
止面５６、ならびに好適にはチャンバ・アセンブリ１の
内面全体を硬質コーティング陽極酸化処理法で仕上げ、
誤ってチャンバ３９に侵入する異物による損傷を最少限
度に抑える。

【００６７】用途によっては、「トリップ」後の過荷重
検知器１００の回転降伏を制限することが望ましい。ス
テム付き板２と空気チャンバ・アセンブリ１との間の回
転量を制限するための手段としてダイヤモンド形回転制
限ブロック３５を空気チャンバ被覆板６の内面に機械加
工した同形状の空洞部に取り付ける。図２、９を参照し
て、取付けネジ３６で回転ブロック３５を被覆板６に取
り付ける。回転ブロック３５を貫通している中心穴が押
圧バネ３７のクリヤランスを設定する。矩形または他の
適切な形状の空洞部３８を板体７を通してステム８に機
械加工する。空洞部３８に回転制限ブロック３５を嵌め
る。所定の量の回転が生じれば回転制限ブロック３５の
側面が空洞部３８の側壁に干渉し、それ以上の回転を阻
止する。空洞部３８の形状と深さとは、チャンバ・アセ
ンブリ１とステム付き板２との間において許容される角
チッピング(angular tipping)(モーメント) と軸方向
(圧縮) 変位とを一切制限しないように設定する。

【００６８】チャンバ３９に流体圧がかかり、チャンバ
・サブアセンブリ１とステム付き板２とが係合整合すれ
は当接体１６の平隆起面５６が板体７の対面上面にツラ
イチ当接する。チャンバ３９内の空気圧を調節すること
によってこの剛直結合の支持力(resistive force) を加
減する。過荷重状態になれば空気チャンバ・サブアセン
ブリ１とステム付き板２との間の係合整合が解除され、
シールが破壊され、即座に空気がステム付き板２とチャ
ンバ・サブアセンブリ１の向い合い面４９、５５との間
を通って逃げていき、それに応じてチャンバ３９内の空
気圧が低下し、圧力感知器３がこれを感知する。

【００６９】圧力感知器３は特に低圧で確実に機能する
ように設計されており、高圧にも耐えられる。感知器３
はまた電流容量が大きく、印加電圧の種類とレベルとに
対して鈍感である。感知器３はまた、小形であり、容易
に着脱、交換することができるという特徴を備えてい
る。圧力感知器３について詳述する。図１０、１１を参
照して、取付けネジ２２で着脱自在圧力感知器３を空気
チャンバ主ハウジング１２に取り付け、空気チャンバ主
ハウジング１２の側壁５３を半径方向に貫通している穴
５７を塞ぐ。穴５７（図２、７、８参照）は、空気圧チ
ャンバ３９と圧力感知器３との間の通路としての働きを
し、空気チャンバ３９内の空気圧と同じ高さの空気圧が
圧力感知器に作用する。Ｏリング・シール２３によって
圧力感知器３と空気チャンバ主ハウジング１２との間の
空気漏れを防止する。スイッチ取り付けネジ２６で小形
スナップ式電気スイッチ２４を感知器ハウジング２５内
に取り付け、スイッチ作動プランジャ５８を感知器ハウ
ジング２５の穴５９の中心軸線Ｄ−Ｄに同軸整合させ
る。穴５９は、空気チャンバ主ハウジング１２の側壁５
３を貫通している該半径方向穴５７に同軸整合してい
る。

【００７０】圧力感知器３のボア穴５９に動き嵌めされ
ているピストン２７は平時は電気スイッチ２４の作動プ
ランジャ５８に接触している。空気チャンバ主ハウジン
グ１２から圧力感知器を取り外せばピストン保持環４３
がピストン２７をボア穴５９内で保持する。圧力感知器
３がハウジング１２に取り付けられている状態で、電気
スイッチ２４に設けられている小押圧力バネ(low force
sping) ６０がピストン２７をチャンバ３９に向かって
移動させる。ピストン２７の外周はピストン・ボア５９
内で封止されていないが故に、主空気チャンバ３９に空
気圧がかかれば少量の空気がピストンの外周に沿って流
れ、電気スイッチ２４が収容されている空洞部４０に流
入する。空洞部４０は、平時はネジ４１で固定されてい
る感知器被覆体(sensor cover)２８によって塞がれてい
る。被覆体２８には小通気穴２９が貫通切設されてお
り、ピストンの外周をバイパスする空気が大気中に放出
される。この通気穴の効果により、過荷重検知器が与圧
されたときにピストン２７のスイッチ側の空気圧が空気
チャンバ３９内の空気圧よりも低くなる。

【００７１】チャンバ３９内の空気圧が立ち上がれば、
チャンバ空気圧がピストン２７のチャンバ側に作用し、
作動バネの力によってピストン２７が電気スイッチ２４
に当接し、スイッチ２５の常(normaly) 開電気スイッチ
コンタクト６１、６２が「閉成」する。常開電気スイッ
チコンタクト６１、６２が閉成したあとスイッチ２４と
ピストン２７との間の中心線Ｄ−Ｄと同軸に設けられて
いる封止Ｏリングによってピストン２７の移動が制限さ
れるまで、ピストン２７がスイッチ作動プランジャ５８
をわずかな追加距離だけ移動させ続ける。ピストン２７
の端部とＯリング３０とが接触すると、それ以上主空気
チャンバ３９から感知器空洞部４０へ空気が送られなく
なり、スイッチ２４が働いて過荷重検知器が通常の「使
用」状態になれば空気の逃出しが阻止される。

【００７２】電気スイッチ２４の使用特性においてコン
ポーネントの製造許容差とバラツキとを許容するための
手段としてピストン２７の中心線上にスイッチ・トリッ
プ点調節ネジ３４が設けられており、必要に応じて、封
止Ｏリング３０がピストン２７の移動を停止させる少し
前にスイッチ２４がトリップするようにピストンの有効
長さ(effective length)を（このスイッチ・トリップ点
調節ネジで）調節することができる。調節ネジ３４はロ
ックされ、化学ねじ部ロック液(chemical threadlockin
g liquid) によってそのねじ部に沿って空気が流れない
ように封止されている。電気線３１によってスイッチ２
４の電気端子が電気インタフェース・コネクタ３２の電
気端子に接続されている。コネクタ３２は、感知器ハウ
ジング２５に加工されているねじ穴に差し込まれてお
り、止めネジ３３で固定されている。接続電気ケーブル
１０８（図１）によって電気インタフェース・コネクタ
３２がロボット・コントローラまたは非常停止電気回路
（図示せず）に接続されている。

【００７３】本発明の過荷重検知器の作動原理について
説明する。ロボット面板と工具との間に過荷重検知器を
装着した後チャンバ・アセンブリ１とステム付き板２を
相対位置決めし、係合整合させる。この状態で、またこ
の状態でのみ、ステム付き板２がチャンバ３９内の圧力
によって封止面に押し付けられれば当接体１６の隆起面
５６に流体密シールが創出される。一般に空気が常用与
圧気体として用いられるが、これ以外の不活性気体や、
また特殊な場合は他の流体を使用することも可能であ
る。チャンバ３９内の空気圧を変化させることによりチ
ャンバ・アセンブリ１とステム付き板２との間の「係合
整合」関係を解除する限界力を用途に応じて加減するこ
とができる。

【００７４】「モーメント」型過荷重状態が生じた場合
は空気チャンバ・サブアセンブリ１がステム付き板２と
の関係において傾動(tip) し（図７、８参照）、傾動に
よってハウジング１２と板体７との間に創出された大開
口を通ってチャンバ３９内の空気が即座に大気中に放出
される。「トルク」型あるいは「水平荷重」型過荷重状
態が生じた場合は、トルクあるいは水平荷重の働きによ
って半円球端ネジ１９がつがい円錐形凹部１７、１８に
よって創出される斜面(ramp surface)の上に滑り上が
る。それに応じて板体７が空気チャンバ主ハウジング１
２の金属製支持体１６の封止面から遠ざかる方向に向か
って移動する。この移動によって創出される間隙を通っ
て空気チャンバ３９内の空気が即座に大気中に逃げる。
同様に、過荷重検知器の合致中心軸線に沿って生じる超
過圧縮荷重が封止力に打ち勝ち、それによって空気が大
気中へ逃げる。

【００７５】それと同時に、スイッチ・アクチュエータ
の内部戻しバネ６０がピストン２７に対してかける不均
衡バネ力の働きによって動き嵌めピストン２７がスイッ
チ２４から遠ざかる方向に向かって移動するときにチャ
ンバ３９内の減圧が感知される。スイッチ２４は「常
開」であり、過荷重限界を越えればロボットの非常停止
回路が切れる。過荷重検知器が「トリップ」すればステ
ム付き板２とチャンバ・サブアセンブリ１との間に角／
軸降伏(angular and axial compliance)が生じ、実際に
過荷重が生じた時点からロボット・アームが停止するま
での時間中にロボット・アームの追加運動が許される。
「クラッシュ(crash) 」時は、チャンバ３９内の初発空
気圧に抗して板体７が移動することにより、圧力が初発
値から０ＰＳＩＧへ落ちるときに衝撃が吸収される。こ
の衝撃吸収効果と、結合の降伏と、直結非常停止信号と
の３つの全てが過荷重発生時にロボットと工具との損傷
の危険性を最少限度に抑える働きをする。

【００７６】

【発明の効果】以上の詳述により、本発明は従来のロボ
ット過荷重検知器の諸難点を解消し、数多くの利点を備
えている新案改良型ロボット過荷重検知器を提供するも
のであることが理解されよう。非圧縮性機械加工金属製
封止面を用いることにより封止面全体でステム付き板体
に作用する空気圧によって生じる極めて大きい荷重を支
持することができる。それ故従来のロボット過荷重検知
器において用いられている多数の位置決め体ならびに荷
重支持体を省くことができる。また、金属製シールを用
いることによりＯリング・シールの劣化、ガタツキの問
題を解消することができる。驚くべきことに、従来はな
かった金属対金属封止界面によって有効流体密シールを
創出することができることが確認された。過荷重検知器
の支持体その他のコンポーネントの位置ならびに寸法を
適切に設定することにより、過荷重検知器が「トリッ
プ」し、降伏したときに封止面の損傷を防止することが
できる。

【００７７】圧力感知器を与圧チャンバの外部に取り付
ければ感知器スイッチならびにその作動コンポーネント
を着脱自在ハウジング内に取り付けることができる。そ
うすればスイッチが損傷したときに感知器を現場で簡単
に交換することができる。加えて、外部電気コネクタを
用いれば損傷したり磨耗した電気ケーブルを現場で簡単
に交換することができる。

【００７８】圧力感知器において動き嵌め非封止ピスト
ンを使用し、戻しバネを省き、ピストンによってスイッ
チを横方向でなく軸方向に移動させるようにスイッチを
位置決めすれば、３−５ＰＳＩＧ程度の低い圧力でも
過荷重検知器を確実に機能させることができる。そうす
れば圧力感知器の摩擦力はほとんどゼロになる。ピスト
ン工程の死点においてスイッチが働けば直ちにピストン
とＯリングとの間に封止状態が設定され、過荷重検知器
の空気漏れが阻止され、チャンバ空気中に含まれている
異物によるスイッチの汚染が防止される。ピストンの中
心軸線上に設けられているスイッチ・トリップ点調節ネ
ジによって過荷重検知器のコンポーネントの製造許容差
ならびに電気スイッチの使用特性の変化に対する調整を
容易に行うことができる。

【００７９】本発明のロボット過荷重検知器は、上述し
たとおりの様々な特徴を備えており、感度、寿命ならび
に実用の面で改良が加えられている。本発明は、上に紹
介した実施態様だけに限られることはなく、その特許請
求範囲内においてこれ以外にも様々な応用形実施態様が
可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従って設計したロボット過荷重
検知器の斜視図。

【図２】本発明のロボット過荷重検知器の、図６の２−
２矢視断面図。

【図３】他のコンポーネントから切り離した状態の、本
発明の２部材型クランプリンク・サブアセンブリの上面
図。

【図４】本発明のロボット過荷重検知器の空気チャンバ
・サブアセンブリから切り離した状態のステム付き板の
上面図。

【図５】ステム付き板の、図４の４Ｂ−４Ｂ矢視部分断
面図。

【図６】アダプタ板と２部材型クランプ・リングを取り
外した状態の本発明の過荷重検知器の部分上面図。

【図７】過荷重検知器が完全に「トリップ」した状態の
部分相対位置関係を示す点以外は図２と同じである断面
図。

【図８】図７の一部分の部分拡大図。

【図９】図２の８−８矢視部分底面図であり、図４、図
５に示すステム付き板と、図２、図７に断面図として示
す回転制限ブロックの詳細。

【図１０】感知器被覆体を取り外した状態の圧力感知器
の上面図。

【図１１】圧力感知器の、図１０の１０−１０矢視部分
断面図。

【図１２】過荷重検知器の「トリップ」に起因する封止
面の損傷を防止するように設定した寸法の詳細を示す部
分断面図。

【符号の説明】

添付図全体を通して同部材は同番号で示すこととする。１チャンバ・アセンブリ２ステム付き板３感知器６被覆板１２ハウジング１６非圧縮性円環形当接体１７ディンプル状凹部１８ディンプル状凹部１９半円球端ネジ３４スイッチ・トリップ点調節ネジ３５ブロック３７バネ４２透過性圧縮性鍔体５６隆起面１０４ロボット・アーム１０６工具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｌ 1/26 Ｂ 7617−2Ｆ (72)発明者クリフオードシー．アニスアメリカ合衆国 12303 ニユーヨークシエネクタデイローンパインロード 3012

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具とロボット・アームの一方の端部と
の間に取り付け、超過荷重を検知し、超過荷重に起因す
る工具とロボット・アームとの損傷を防止する過荷重検
知器であって、下記の諸要素を備えて成ることを特徴と
する過荷重検知器。１．中心線軸と同心である中心ボアがあるハウジング
と、該ボアの一方の端部を閉め切る被覆板と、該ボアの
反対側の端部を塞ぐ円環形端板とを備えて成っており、
中心軸線と同心の中央貫通開口が円環形端板に設けられ
ており、該開口の半径がボアの半径よりも小さい与圧流
体チャンバ・アセンブリ。１．中心軸線を有しており、ボア内に位置している板体
を本体としており、該板体の半径が円環形端板の開口の
半径とハウジングのボアの半径との間にあり、板体に設
けられているステムが軸方向に向かって板体の第１面か
ら先に突き出ており、円環形端板を貫通してチャンバ・
アセンブリの外に突き出ており、板体の該第１面と円環
形端板の内面とが向い合っているステム付き板。１．チャンバ・アセンブリとステム付き板とを中心軸線
を合致させ、両者間に所定の回転角位置関係を持たせて
相対位置決めし、係合整合させる手段。１．該向い合い面の一方の面に固定されている非圧縮性
円環形当接体であって、チャンバ・アセンブリとステム
付き板が係合整合したときにのみ該当接体の隆起面が該
向い合い面の他方の面の一部分にツライチ当接し、該隆
起面と該向い合い面の該他方の面の該一部分との間に流
体密封止状態を創出する非圧縮性円環形当接体。１．調節自在に流体圧を板体にかけ、通常の使用荷重下
においてチャンバ・アセンブリとステム付き板との間に
剛直結合を維持する力によってチャンバ・アセンブリと
ステム付き板とを係合整合状態に維持する手段。１．該通常の使用荷重を越える荷重が生じチャンバ・ア
センブリとステム付き板との間の係合整合が解除され向
い合い面の間を通って流体が逃げ出し結合が降伏する
と、該係合整合の解除を感知しそれを指示する信号を発
生する感知器。
【請求項２】円環形当接体、板体ならびにボアの寸法
が、チャンバ・アセンブリとステム付き板体との間の係
合整合が解除されたときに隆起面ならびに該向い合い面
の他方の面の該一部分の損傷が防止されるように設定さ
れていることを特徴とする請求項１記載の過荷重検知
器。
【請求項３】チャンバ・アセンブリとステム付き板と
を相対位置決めし、係合整合させる手段として下記があ
ることを特徴とする請求項２記載の過荷重検知器。１．板体の第１面に設けられている第１ディンプル状凹
部。１．板体の第１面に設けられている第２ディンプル状凹
部であって、該第１、第２ディンプル状凹部の角位置が
１８０度以外の角度だけ隔たっている第２ディンプル状
凹部。１．第１、第２ディンプル状凹部の角位置の隔たりと同
じだけ角位置が隔たっており、円環形端板に差し込ま
れ、各々第１、第２ディンプル状凹部に係合している第
１、第２半円球端ネジ。
【請求項４】該第１凹部が円錐形であり、該第２凹部
が、該第１凹部から該第２凹部を通る線の方向において
長尺形であることを特徴とする請求項３記載の過荷重検
知器。
【請求項５】該第１、第２凹部の角位置の隔たりが１
８０度に近く、構成要素としてさらに、ネジの半円球端
とネジが係合する凹部との間のクリヤランスが完全にな
くなるように各半円球端ネジをロックする手段があるこ
とを特徴とする請求項４記載の過荷重検知器。
【請求項６】各凹部と、各該ネジの半円球端に焼入れ
面があり、高圧潤滑剤が該焼入れ面に塗布されているこ
とを特徴とする請求項５記載の過荷重検知器。
【請求項７】支持体が固定されている該向い合い面の
一方の面が円環形端板の内面になっており、該向い合い
面の他方の面が板体の第１面になっており、円環形当接
体と円環形端板とが一体化されていることを特徴とする
請求項２記載の過荷重検知器。
【請求項８】円環形端板が強力軽量金属製であり、円
環形当接体が該強力軽量金属を母材として機械加工され
た部材であることを特徴とする請求項７記載の過荷重検
知器。
【請求項９】当接体の隆起面と、板体の第１面の、該
隆起面が係合する部分が、該隆起面との該部分との間に
流体密封止状態が確保されるように精密機械加工されて
いることを特徴とする請求項８記載の過荷重検知器。
【請求項１０】当接体の隆起面が平坦であり、該隆起
面に硬質仕上げコーティングが施されていることを特徴
とする請求項９記載の過荷重検知器。
【請求項１１】チャンバ・アセンブリとステム付き板
を相対位置決めし、係合整合される手段として下記があ
ることを特徴とする請求項１０記載の過荷重検知器。１．板体の第１面に設けられている第１ディンプル状凹
部。１．板体の第１面も設けられている第２ディンプル状凹
部であって、該第１、第２ディンプル状凹部の角位置が
１８０度以外の角度だけ隔たっている第２ディンプル状
凹部。１．第１、第２ディンプル状凹部の角位置の隔たりと同
じだけ角位置が隔たっており、円環形端板に差し込ま
れ、各々第１、第２ディンプル状凹部に係合している第
１、第２半円球端ネジであって、該半円球端ネジは、半
径方向において該円環形当接体の内側に位置している第
１、第２半円球端ネジ。
【請求項１２】構成要素としてさらに、該チャンバ・
アセンブリの外側においてステムの一部を包囲してお
り、円環形端板の開口に異物が侵入することを阻止する
流体透過性弾性鍔体があることを特徴とする請求項１１
記載の過荷重検知器。
【請求項１３】該流体が空気であり、該鍔体の素材
が、空気抵抗が小さく、高耐熱性を備えている材料であ
ることを特徴とする請求項１２記載の過荷重検知器。
【請求項１４】構成要素としてさらに、取付けアダプ
タ板と取付けアダプタ板を、ステムの、板体と反対側の
端部にしっかりと固定する手段があることを特徴とする
請求項１０記載の過荷重検知器。
【請求項１５】構成要素としてさらに、降伏結合器の
回転を制限する手段があることを特徴とする請求項７記
載の過荷重検知器。
【請求項１６】該回転制限手段として下記があること
を特徴とする請求項１５記載の過荷重検知器。１．チャンバ・アセンブリの中心軸線に沿って設けられ
ており、被覆板に固定されている成形ブロック。１．ステム付き板の中心軸線に沿って板体を貫通し、ス
テム内に達している空洞部であって、ブロックを受入
し、一定限度内で回転させるように寸法ならびに形状が
設定されている空洞部。
【請求項１７】ブロックに中央開口が設けられてお
り、該開口にバネが取り付けられており、該バネが被覆
板から遠ざかる方向に向かってステム付き板に初発押圧
力をかけることを特徴とする請求項１６記載の過荷重検
知器。
【請求項１８】該感知器がチャンバの外部に位置して
いる着脱自在圧力感知器であり、該圧力感知器がチャン
バ・アセンブリ内の与圧流体チャンバに流体連通してお
り、過荷重状態になって向い合い面の間から流体が逃げ
出してチャンバ内の流体圧が低下すれば該圧力感知器が
それを感知し、それを指示する信号を発生することを特
徴とする請求項１記載の過荷重検知器。
【請求項１９】該圧力感知器が下記の諸要素で構成さ
れていることを特徴とする請求項１８記載の過荷重検知
器。１．常開コンタクトが設けられているスナップ式電気ス
イッチ。１．電気スイッチのアクチュエータと同軸である動き嵌
め非密封式ピストンであって、チャンバ内の流体圧の作
用を受けてスイッチ・アクチュエータを移動させ、電気
スイッチの常開コンタクトを閉成させるピストン。１．チャンバ内の流体圧が低下すればピストンを移動さ
せて電気スイッチの閉成コンタクトを開成状態に復帰さ
せる小押圧力型スイッチ・アクチュエータ戻しバネ。
【請求項２０】圧力感知器の構成要素としてさらに、
ピストンの中心軸線上に設けられており、ピストンの有
効長さを調節するスイッチ・トリップ点調節ネジがある
ことを特徴とする請求項１９記載のの過荷重検知器。
【請求項２１】該感知器がチャンバの外部に位置して
いる着脱自在圧力感知器であり、該圧力感知器がチャン
バ・アセンブリ内の与圧流体チャンバに流体連通してお
り、過荷重状態になって向い合い面の間から流体が逃げ
出してチャンバ内の流体圧が低下すれば該圧力感知器が
それを感知し、それを指示する信号を発生し、該圧力感
知器が下記の諸要素で構成されていることを特徴とする
請求項１２記載の過荷重検知器。１．常開コンタクトが設けられているスナップ式電気ス
イッチ。１．電気スイッチのアクチュエータと同軸である動き嵌
め非密封式ピストンであって、チャンバ内の流体圧の作
用を受けてスイッチ・アクチュエータを移動させ、電気
スイッチの常開コンタクトを閉成させるピストン。１．チャンバ内の流体圧が低下すればピストンを移動さ
せて電気スイッチの閉成コンタクトを開成状態に復帰さ
せる小押圧力型スイッチ・アクチュエータ戻しバネ。
【請求項２２】板体が円板であり、感知器が空気圧感
知器であり、圧力感知器の構成要素としてさらに、ピス
トンの中心軸線上に設けられており、ピストンの有効長
さを調節するスイッチ・トリップ点調節ネジがあること
を特徴とする請求項２１記載の過荷重検知器。
【請求項２３】円板の第１面が平坦であり、ステム付
き板の中心軸線に対して直角であり、ステム付き板の中
心軸線に対して平行である方向における円板の少なくと
も一部の寸法が該中心軸線からの距離が大きくなるにつ
れて小さくなっていることを特徴とする請求項２２記載
の過荷重検知器。