JPH0634951Y2

JPH0634951Y2 - 工業用ロボットにおける安全装置

Info

Publication number: JPH0634951Y2
Application number: JP1988077441U
Authority: JP
Inventors: 嘉幸久米; 啓介石原
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2003-06-10
Also published as: JPH023391U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、加工器具とワークとを適宜制御手段により相
対的に位置制御して自動加工作業を行う工業用ロボット
において、加工器具とワークまたはワーク取付具とが相
対移動中に接触することによって発生する、加工器具，
ワーク，およびワーク取付具の破損を防止することを目
的とした安全装置に関する。

（従来の技術とその課題）従来、前述安全装置としては、ロボットの最終制御軸に
対する加工器具取付具の取付部、あるいは加工器具取付
具に対する加工器具の取付部に適宜自壊手段（例えば薄
肉且つ衝撃に弱い合成樹脂板）を介在させ、加工器具に
所定値以上の衝撃荷重が加わった際に前記自壊手段の自
壊によりこの衝撃荷重を吸収するようにしたものが使用
されていた。

しかしながら、この方法は、自壊手段が破断してもロボ
ット自身には感知能力がないので、操作員が気付くまで
は、ロボットは機能を失ったまま動作する。また、自壊
手段が一旦破壊すると、加工器具取付具全体を分解して
新たな自壊手段を取付け直さねばならず、復旧作業が手
間どる上に、復旧後の加工器具の姿勢や加工点が狂う恐
れがあり、加工点の規正作業をやり直す必要も生じる。

そこで、本願出願人は、先に加工器具が万一ワークまた
はワーク取付具の突出部等に衝突した際に、衝撃を吸収
するとともにロボットを非常停止させて加工器具の損傷
を防止し、且つ容易に元位置への復帰を可能とする安全
装置（実開昭59−8794号）を提案している。

第６図はこの提案の一例である工業用ロボットにおける
安全装置100を示す図であり、第７図は第６図におけるI
II−III矢視拡大図である。工業用ロボットの移動制御
軸５の下端にブラケット102を介し第１プレート101が固
定されている。また、第２プレート103が第１プレート1
01の下部に設けられており、第１の弾機保持手段104に
より以下の要領で第１プレート101に対し揺動可能に取
付けられている。

即ち、第７図に示すように、前記第1,第２プレート101,
103には中心軸線N₁をもつ貫通穴101a,103aを穿設し、こ
の貫通穴101a,103aに長軸ボルト106を遊挿してある。ま
た、第６図および第７図に示すように、前記第1,第２プ
レート101,103の対向面には前記中心軸線N₁を中心とし
て放射状に各々３個所に半球形状の凹所101b,103bを削
設し、各々対面する凹所101b,103b間に球面の一部が凹
所101b,103bに嵌入するように鋼球107を介在させ、第1,
第２プレート101,103間に若干の間隙を形成するととも
に、第２プレート103が第１プレート101に対し中心軸線
N₁のまわりに揺動可能とし、前記第1,第２プレート101,
103の相対的な位置決めを行うものである。

また、第１弾機保持手段104は長軸ボルト106,鋼球107,
ワッシャ108,ナット109,圧縮ばね110等で構成されてお
り、ワッシャ108と第１プレート101の左面（第７図）と
の間で長軸ボルト106に圧縮ばね110を巻装してある。そ
して、前記ナット109を圧縮ばね110のばね力に抗して締
め付けることにより、第２プレート103は前記鋼球107を
介して第１プレート101に引き付けられ、この引き付け
力は前記ナット109の締め付けの加減で調整可能として
ある。

また、第１揺動検知手段111は第１および第２プレート1
01,103間に設けられており、第１プレート101の右面
（第７図）に固設したマイクロスイッチ112から成り、
このマイクロスイッチ112は中心軸線N₁を中心として半
円形に形成される第２プレート103の上端周面に削設し
た切欠き103cにスイッチ片112aを嵌入係合させており、
第２プレート103が中心軸線N₁まわりに揺動した際スイ
ッチ片112aが切欠き103cから脱して押動作動し、「揺動
検知」信号を発振するものである。

113は前記第２プレート103の一方側面に第２プレート10
3面に直角に固設した第３プレートで、前述第1,第２プ
レート101,103と同要領で第３プレート113の後面に第２
の弾機保持手段104′により湾曲状の第４プレート114上
部を重ね合わせた状態で揺動可能に取付けられている。
なお、第２弾機保持手段104′を構成する長軸ボルト10
6′，鋼球107′，ワッシャ108′，ナット109′および圧
縮ばね110′は、第１弾機保持手段104を構成する長軸ボ
ルト106,鋼球107,ワッシャ108,ナット109および圧縮ば
ね110とそれぞれ同一機能を有するものであり、ここで
はその説明を省略する。

また、第２揺動検知手段111′は前記第１揺動検知手段1
11と同要領で第3,第４プレート113,114間に設けられた
ものである。なお、第２揺動検知手段111′を構成する
マイクロスイッチ112′は第１揺動検知手段111を構成す
るマイクロスイッチ112と同一機能を有するものであ
り、ここではその説明を省略する。

そして、第４プレート114を介して溶接トーチ（図示省
略）が接続されている。

次に、上記安全装置100の動作について説明する。通
常、溶接トーチがワークの異常突出部に衝突していない
ときには、その安全装置は第６図および第７図に示す状
態にあり、第1,第２揺動検知手段111,111′はそれぞれ
スイッチ片112a,112a′を切欠き103c,114aに係合し、
「揺動不検知」の状態にある。そしてティーチング作業
中および自動溶接中にトーチがワークの異常突出部等に
衝突すると、その衝突方向が第６図中のＸ方向あるいは
その逆方向の場合、第２プレート103,第３プレート113,
第４プレート114,トーチ等が中心軸線N₁まわり（矢印α
_１方向）に一体的に揺動し、このときマイクロスイッチ
112はスイッチ片112aが切欠き103cから脱して第２プレ
ート103の周囲に乗り上げて作動し、「揺動検知」信号
を制御手段（図示省略）に送信するため、制御手段は溶
接トーチとワークの相対的な移動を直ちに停止する。そ
こで操作員は、制御手段に設けた復帰釦（図示せず）を
操作した上で、手動操作により溶接トーチをワーク接触
部から離す。そして手作業で鋼球107が両凹所101b,103b
に嵌合するように第２プレート103を移動させて元位置
に復帰させる。

そのとき、前述第２プレート103の揺動が小さくて鋼球1
07が凹所101b,103bから脱していないときは、圧縮ばね1
10のばね力により自動的に元位置に復帰移動する。

なお、前述衝突方向が第７図中のＹ方向あるいはその逆
方向の場合、第４プレート114および溶接トーチのみが
中心軸線N₂まわり（矢印α_２方向）に揺動し、マイクロ
スイッチ112′が「揺動検知」信号を発する。そして、
上記と同様に、手作業あるいは圧縮ばね110′のばね力
により第３プレート113を元位置に復帰移動させる。

その他、前述衝突方向がＸ方向（第６図）およびＹ方向
（第７図）の両方向成分をもつ場合でも、衝撃荷重のＸ
方向およびＹ方向の分力に応じて、それぞれ中心軸線N₁
およびN₂まわりに第１プレート101に対して第２プレー
ト103等、並びに第２プレート113に対して第４プレート
114,溶接トーチが揺動し、マイクロスイッチ112,112′
のどちらか早く作動したマイクロスイッチからの「揺動
検知」信号により、制御手段は溶接トーチとワークの相
対移動を停止させる。

ところが、上記従来の安全装置100の構成においては、
衝突方向がＸ方向（第６図）,Y方向（第７図）あるいは
両方向である場合のそれぞれについて揺動を検知するた
めには、Ｘ方向成分とＹ方向成分の２個のマイクロスイ
ッチ112,112′が必要である。また、上記のごとく安全
装置100の構成が非常に複雑なものとなっている。その
ために、安全装置のコストが高くなるという問題もあ
る。

ところで、自動溶接等の最中にトーチがワークに衝突し
たことを検出する方法としては、上述の提案技術のほか
に、例えば実開昭59−86994号公報に記載された技術が
ある。ここでは、ロボットの手首に取り付けられた作業
手段（例えばトーチなど）が干渉されたことを検知する
干渉検知装置を有する産業用ロボットが示されている。
この干渉検知装置では、手首と作業手段との間に上部部
材と下部部材とが一定間隔だけ離隔した状態で対向配置
されるとともに、それらの間に弾性部材が介挿されてい
る。そのため、弾性部材の復元力により上部および下部
部材が相互に離隔する方向に付勢されている。なお、上
部および下部部材の間隔は弾性部材を貫通して設けられ
たボルトによって調整可能となっている。このロボット
では、トーチ（作業手段）に外力が加えられると、上部
部材に取り付けられた上部電極が下部部材に取り付けら
れた下部電極に接触し、トーチが干渉を受けたことを検
知するようになっている。

しかしながら、上記のように構成されたロボットにおい
ては、上部および下部部材の間に弾性部材を挟み込む、
逆にいうと、弾性部材の外周側に上部および下部部材を
配置しているため、干渉検知装置が大きくなり、ロボッ
トのコンパクト化の妨げとなっている。

また、溶接実行時には溶接トーチ周辺にガスや塵が飛散
するするため、それらから電極を保護するために防塵カ
バーが必要となり、干渉検知装置の大型化を招き、上記
と同様の問題がある。

さらに、従来の装置では、部品点数が多く、構成が複雑
で、コスト低減が難しいという問題もあった。

（考案の目的）この考案は上記課題を解決するためになされたもので、
加工器具とワークとを適宜制御手段により相対的に位置
制御して自動加工作業を行う工業用ロボットにおいて、
加工器具とワークまたはワーク取付具とが相対移動中に
接触することによって発生する、加工器具，ワーク，お
よびワーク取付具の破損を簡単な構成により防止するこ
とができ、しかも安価で、しかも小型の安全装置を提供
することを目的とする。

（目的を達成するための手段）請求項１の考案は、加工器具とワークとを制御手段によ
り相対的に位置制御して自動加工作業を行う工業用ロボ
ットにおいて、前記加工器具とロボット最終制御軸とを
機械的に接続し、軸芯と交差する方向に所定以上の外力
が加えられると弾性湾曲する中空弾性体と、前記中空弾
性体の内周一端側に設けられ、前記中空弾性体の内壁に
ほぼ平行に伸びた触針と、前記中空弾性体の内周他端側
に設けられ、前記触針の先端を取囲むようにして設けら
れた接点部材とを設け、前記中空弾性体の弾性湾曲によ
り前記触針と前記接点部材とが接触されると、ロック機
構により前記工業用ロボットの作動を停止するように構
成している。

また、請求項２の考案は、加工器具とワークとを制御手
段により相対的に位置制御して自動加工作業を行う工業
用ロボットにおいて、前記加工器具とロボット最終制御
軸とを機械的に接続し、軸芯と交差する方向に所定以上
の外力が加えられると弾性湾曲する中空弾性体と、前記
中空弾性体の内周一端側に設けられ、前記中空弾性体の
内壁にほぼ平行に光を照射する投光器と、前記中空弾性
体の内周他端側に設けられ、前記投光器から照射された
光を受光する受光器とを設け、前記中空弾性体の弾性湾
曲により前記受光器が前記投光器より照射された光を受
光できなくなると、ロック機構により前記工業用ロボッ
トの作動を停止するように構成している。

（実施例）第２図はこの考案の一実施例である安全装置10が適用さ
れた多関節形溶接ロボット１を示す斜視図である。多関
節形溶接ロボット１は、垂直軸線Ｍまわりに回転可能な
円筒形回転体２と、この回転体２の上部に水平軸線H₁ま
わりに回動可能に支承した第１の腕３と、この第１腕３
の先端に前記水平軸線H₁と平行な水平軸線H₂まわりに回
動可能に中間部を支承した第２の腕４と、この第２の腕
４の先端に前記水平軸線H₁，H₂に平行な水平軸線H₃まわ
りに回動可能に軸支した移動制御軸５と、この考案にか
かる安全装置10を介して前記移動制御軸５に取着した溶
接トーチ６とで構成されている。

第１図はこの考案の一実施例である安全装置10を示す構
成図であり、通常の動作状態、すなわち溶接トーチ６が
ワークあるいはワーク取付具の突出部等に衝突していな
い状態を示すものである。第２図に示す溶接ロボット１
の移動制御軸５の下端にブラケット11および絶縁板12を
介し第１保持部材13が固定されている。この第１保持部
材13は第１図中のＺ方向に開口部13aを有しており、こ
の開口部13aに密着圧縮ばね14の内周一端側14aが固定さ
れている。また、密着圧縮ばね14の内周他端側14bは第
２保持部材15により固定されている。すなわち、密着圧
縮ばね14の外径とほぼ同程度の径の貫通孔15aが第２保
持部材15に設けられており、この貫通孔15aに密着圧縮
ばね14の内周他端側14bが挿入され、貫通孔15aの側面壁
と接することにより固定されている。

密着圧縮ばね14の中空内部には、触針16,触針固定部材1
7および接点部材18で構成される揺動検知手段19が設け
られている。ここで、触針固定部材17は密着圧縮ばね14
の内周他端側14bに対応する密着圧縮ばね14の中空部分
に設けられており、密着圧縮ばね14と平行な方向（Ｚ方
向）に伸びた触針16を固定している。また、接点部材18
は密着圧宿ばね14の内周一端側14aに対応する密着圧縮
ばね14の中空部分に設けられている。なお、接点部材18
の一部に凹部18aが形成されており、第１図に示すよう
に、この凹部18aのほぼ中心位置に触針16が伸びるよう
に構成されている。したがって、この状態においては接
点部材18と触針16とが接しておらず、揺動検知手段19は
非導通状態、換言すれば「揺動不検知」の状態にある。

そして、ティーチング作業中あるいは自動溶接中に溶接
トーチ６がワークの異常突出部等に衝突すると、その衝
突方向が第１図のＸ方向の場合、第３図に示すように、
溶接トーチ6,第２保持部材15および密着圧縮ばね14が第
３図のα方向に一体的に揺動する。このとき、触針16お
よび触針固定部材17は第２保持部材15の揺動に応じて、
一体的に位置移動する。そして、その移動量が一定以上
に達すると、第３図に示すように、触針16の先端部と接
点部材18とが接し、揺動検知手段19は導通状態、換言す
れば、「揺動検知」の状態となる。この「揺動検知」の
状態が揺動検知手段19から制御手段（図示省略）に「揺
動検知」信号として送信されると、制御手段は溶接トー
チ６とワークの相対的な移動を直ちに停止する。そこで
操作員は、制御手段に設けた復旧釦（図示せず）を操作
した上で、手動操作により溶接トーチ６をワーク接触部
から離す。それと同時に、安全装置10および溶接トーチ
６は密着圧縮ばね14のばね力により第１図に示す状態に
戻る。

また、上記衝突方向が第１図の紙面に対して垂直な方向
（Ｙ方向）の場合も、第４図に示すように、トーチ6,第
２保持部材15および密着圧縮ばね14が第４図のβ方向に
一体的に揺動して、触針16と接点部材18とが接するよう
になるので、上記と同様にして「揺動検知」がなされ、
溶接トーチ６とワークの相対的な移動が直ちに停止す
る。

その他、上記衝突方向がＸ方向およびＹ方向の両方向成
分をもつ場合でも、上記と同様にして「揺動検知」可能
であり、操作員によりトーチ９がワーク接触部より離さ
れると同時に、安全装置10およびトーチ６は密着圧縮ば
ね14のばね力により第１図に示す状態に戻る。

以上のように、本考案によれば、第６図，第７図に示す
提案例に比べ、より簡単な構成により溶接ロボット１の
安全装置10を構成することができる。特に、揺動を検知
するためのセンサの数について注目してみると、提案例
においてはＸ方向成分とＹ方向成分の２個のマイクロス
イッチ112,112′が必要であったのに対し、本実施例に
おいては、揺動検知手段19のみにより揺動の検知を行う
ことができる。したがって、本考案にかかる安全装置10
は提案例に比べて安価なものとなる。

また、密着圧縮ばね14の中空内部に触針16,触針固定部
材17および接点部材18を配置して揺動検知手段19を構成
しているので、揺動検知手段19を簡素で、しかもコンパ
クトにすることができる。

それに加え、密着圧縮ばね14が防塵カバーとしても機能
し、溶接中に発生するガスや塵などから触針16および接
点部材18を保護するため、従来例で必要となっていた防
塵カバーを設けることなく、防塵効果が得られる。その
結果、構成の簡素化およびコスト低減をより一層図るこ
とができる。

なお、上記実施例では、第１図に示すように、揺動検知
手段19を触針16,触針固定部材17および接点部材18によ
り構成したが、これ以外に第５図に示すように、触針固
定部材17の代わりに投光器20を設ける一方、接点部材18
の代わりに受光器21を設け、揺動検知手段19′を構成し
てもよい。この場合、溶接トーチ６がワーク等に衝突し
ていない状態（「揺動不検知」の状態）では投光器20か
ら出射された光は受光器21に受光される一方、溶接トー
チ６がワーク等に衝突すると、上記と同様に投光器20が
第２保持部材15と一体的に移動し、投光器20から出射さ
れた受光器21に受光されなくなり、溶接トーチ６の揺動
を検知することができる。

また、上記実施例では多関節形溶接ロボットの場合につ
いて説明したが、それ以外の工業用ロボットに本考案を
適用してもよいことはいうまでもない。

また、上記実施例では溶接トーチ６をワーク接触部から
離すと同時に、安全装置10および溶接トーチ６を元の状
態（第１図に示す状態）に戻すために密着圧縮ばね14を
用いたが、密着圧縮ばね14以外に他の弾性体を用いても
よい。ただし、その弾性体内に揺動検知手段19,19′を
設けるために、その弾性体の形状は中空のものでなけれ
ばならない。

（考案の効果）以上のように、請求項１の考案にかかる工業用ロボット
における安全装置によれば、触針と接点部材とが接触さ
れて加工器具が揺動したことが検出されると、ロック機
構により工業用ロボットの作動を停止するように構成し
ているので、簡単な構成により加工器具，ワーク，およ
びワーク取付具の破損を防止することができ、また、安
価で、しかも小型の安全装置を提供することができる効
果がある。

また、請求項２の考案にかかる工業用ロボットにおける
安全装置によれば、受光器が投光器より照射された光を
受光できなくなって加工器具が揺動したことが検出され
ると、ロック機構により工業用ロボットの作動を停止す
るように構成しているので、簡単な構成により加工器
具，ワーク，およびワーク取付具の破損を防止すること
ができ、また、安価で、しかも小型の安全装置を提供す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例である安全装置を示す構造
図、第２図は第１図に示す安全装置が適用された多関節
形溶接ロボットの斜視図、第３図は衝突方向がＸ方向で
ある場合の安全装置の動作を説明するための説明図、第
４図は衝突方向がＹ方向である場合の安全装置の動作を
説明するための説明図、第５図はこの考案の他の実施例
である安全装置を示す構造図、第６図は提案例における
安全装置を示す構造図、第７図は第６図のIII−III矢視
拡大図である。５…移動制御軸、６…溶接トーチ、 14…密着圧縮ばね、16…触針、 18…接点部材、20…投光器、 21…受光器、X,Y…方向

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】加工器具とワークとを制御手段により相対
的に位置制御して自動加工作業を行う工業用ロボットに
おいて、前記加工器具とロボット最終制御軸とを機械的に接続
し、軸芯と交差する方向に所定以上の外力が加えられる
と弾性湾曲する中空弾性体と、前記中空弾性体の内周一端側に設けられ、前記中空弾性
体の内壁にほぼ平行に伸びた触針と、前記中空弾性体の内周他端側に設けられ、前記触針の先
端を取囲むようにして設けられた接点部材と、前記中空弾性体の弾性湾曲により前記触針と前記接点部
材とが接触されると、前記工業用ロボットの作動を停止
させるロック機構とを備えたことを特徴とする工業用ロ
ボットにおける安全装置。
【請求項２】加工器具とワークとを制御手段により相対
的に位置制御して自動加工作業を行う工業用ロボットに
おいて、前記加工器具とロボット最終制御軸とを機械的に接続
し、軸芯と交差する方向に所定以上の外力が加えられる
と弾性湾曲する中空弾性体と、前記中空弾性体の内周一端側に設けられ、前記中空弾性
体の内壁にほぼ平行に光を照射する投光器と、前記中空弾性体の内周他端側に設けられ、前記投光器か
ら照射された光を受光する受光器と、前記中空弾性体の弾性湾曲により前記受光器が前記投光
器より照射された光を受光できなくなると、前記工業用
ロボットの作動を停止させるロック機構とを備えたこと
を特徴とする工業用ロボットにおける安全装置。