JPH08118284A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】動作軸の負荷を軽減し、動作軸に加えられる外
力による動作軸やワークなどの損傷を防ぐ。 【構成】コラム２の外面及び第１アーム２の基部と第２
アーム４の基部に歪ゲージ21，22，23を貼り付ける。こ
れらの歪ゲージ21，22，23の出力信号は、増幅器24で増
幅した後、Ａ／Ｄ変換器18，19，20でディジタル信号に
変え、積分カウンタ25，26，27で加算する。この積分カ
ウンタ25，26，27の出力とＡ／Ｄ変換器18，19，20の出
力をＣＰＵ９に入力する。このＣＰＵ９では、これらの
信号をあらかじめ設定していた各動作軸の許容応力の基
準値と比較して、基準値を超えたときには、サーボモー
タを駆動する電源を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の５軸の水平多関節形産業
用ロボット（以下、単に産業用ロボットという）の機構
部とコントローラのブロック図の一例を示す図である。
図２において、産業用ロボットが設置される床面には、
下端にフランジ部１ａが形成されたベース１が立設さ
れ、このベース１の中央部の背面には、コネクタ15が固
定されている。ベース１には、第１軸を構成するコラム
２の下部が上方から挿入され、ベース１に収納された図
示しない１軸駆動用のサーボモータで矢印Ａに示すよう
に上下動自在となっている。

【０００３】コラム２の上端には、矢印Ｂに示すよう
に、コラム２の軸心を軸に先端が水平に旋回動作する第
１アーム３の基端が取り付けられ、第１アーム３は、コ
ラム２の上端に収納された図示しない２軸駆動用のサー
ボモータによって駆動される。なお、コラム２と第１ア
ーム３の間には、ケーブル２ａが接続されている。

【０００４】第１アーム３の先端には、水平に旋回動作
する第２アーム４の基端が回転自在に取り付けられてい
る。この第２アーム４は、第１アーム３の先端に収納さ
れた図示しない３軸駆動用のサーボモータの出力軸に連
結され、矢印Ｃに示すように基端が回転して先端が旋回
する。なお、第１アーム３の下面と第２アーム４の基端
の下面には、ケーブルダクト３ａが示されている。

【０００５】第２アーム４の先端には、矢印Ｄで示すよ
うに回転する４軸駆動用の図示しないサーボモータが縦
に収納されている。このサーボモータの出力軸は、第２
アーム４の先端に縦設された図示しない軸に連結され、
この軸の下端には、図２において第２アーム４の先端の
下面に突き出たフランジ５が形成され、このフランジ５
の下面がエンドエフェクタの取付面となっている。

【０００６】フランジ５の下面には、力・トルク検出器
７を介してエンドエフェクタ６の基端が固定され、この
エンドエフェクタ６の先端には、このエンドエフェクタ
６の内部に収納された駆動源で開閉動作する一対の爪６
ａが突設されている。

【０００７】このように構成された産業用ロボットにお
いては、ベース１に収納された１軸駆動用の図示しない
サーボモータは、ベース１の中央に設けられたコネクタ
15を経て、ロボットコントローラ16に収納された１軸駆
動用のサーボ制御装置11に接続されている。

【０００８】同様に、コラム２の上端に収納された図示
しない２軸駆動用のサーボモータも、コネクタ15を経て
ロボットコントローラ１６に収納されたサーボ制御装置
12に接続されている。

【０００９】同じく、第１アーム３の先端に収納された
図示しない３軸駆動用のサーボモータも、ケーブル２ａ
からコネクタ15を経てサーボ制御装置13に接続され、第
２アーム４の先端に収納された図示しない４軸駆動用の
サーボモータも、ケーブルダクト３ａ及びケーブル２ａ
とコネクタ15を経て、サーボ制御装置14に接続されてい
る。

【００１０】一方、力・トルク検出器７の信号線は、ロ
ボットコントローラ16とは別置の図示しないパレタイジ
ング操作盤に収納されたトルクアンプ８の片側に接続さ
れている。このトルクアンプ８の出力信号線は、Ａ／Ｄ
変換器17の入力側に接続され、このＡ／Ｄ変換器17の出
力信号線は、ＣＰＵ９の入力側に接続され、このＣＰＵ
９の出力信号線は、各サーボ制御装置11，12，13，14に
接続されている。

【００１１】一方、ロボットコントローラ16に収納され
た電源10の二次側は、ＣＰＵ９で開閉されるａ接点９ａ
を介して、各サーボ制御装置11，12，13，14の電源側に
接続されている。

【００１２】このように構成された産業用ロボットにお
いては、エンドエフェクタ６に突設された爪６ａなど
が、もし、この産業用ロボットが作業する対象物や周辺
機器に接触して、力・トルクの検出器７の出力信号が或
る値を超えると、ＣＰＵ９は、接点９ａを開極しサーボ
制御装置11，12，13，14に供給する電源を遮断して、ア
ームの動作を停止させる。そのため、ＣＰＵ９には、力
・トルクの上限値があらかじめ設定されている。

【００１３】この結果、エンドエフェクタ６の爪などが
折損したり、このエンドエフェクタ６に把持されたワー
クが損傷するなどの事態を防ぐことができるだけでな
く、エンドエフェクタ６やワークに万一、ロボットの操
作員が接触したときの人身事故の拡大を防いでいる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された産業用ロボットにおいては、フランジ５とエ
ンドエフェクタ６との間に取り付けられた力・トルク検
出器の慣性によって、フランジ５を駆動する４軸駆動用
の図示しないサーボモータの負荷が増える。

【００１５】すると、このサーボモータの定格を上げな
ければ、図示しないワークを所定の速度で位置決めする
ことができないだけでなく、サーボモータの定格を増や
すと、このサーボモータの重量の増加に伴い、第２アー
ム４を駆動するために設けられた第１アーム３の先端の
サーボモータの負荷も増え、このサーボモータの定格も
上げなければならない。

【００１６】すると、同じ理由で、第１アーム３の慣性
が増えるので、この第１アーム３を駆動するためにコラ
ム２の上部に収納された二軸駆動用のサーボモータの定
格も上げなければならず、同じく、ベース１に収納され
た１軸駆動用のサーボモータの定格の増加も必要とな
る。

【００１７】また、力・トルク検出器７は、エンドエフ
ェクタ６とこのエンドエフェクタ６に把持されたワーク
などに加えられた外力は検出できるが、第２アーム４や
第１アーム３の旋回動作でこれらのアームが接触した周
辺機器や操作員による外力は検出できないので、安全対
策としては、十分ではない。

【００１８】さらに、力・トルク検出器７やエンドエフ
ェクタ６に対して、例えば、図２において垂直方向に外
力が印加された場合には、たとえ、エンドエフェス６や
力・トルク検出器７にとっては許容される力の範囲のと
きでも、第１アーム３の基端に加えられるモーメント
は、第１アーム３と第２アーム４の長さに比例して増え
るので、片持梁状に負荷を支持する第２アーム４や第１
アーム３の基端に挿入された回転軸にとっては、過大と
なるおそれもある。

【００１９】そこで、本発明の目的は、アームの負荷を
増やすことなく、動作軸やワークに印加された外力を容
易に検出し、動作軸やワークの損傷を防ぐことのできる
産業用ロボットを得ることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
産業用ロボットは、動作軸に加えられる外力を検出する
検出器を動作軸に添設し、検出器で検出された外力の検
出信号が入力されあらかじめ設定された許容値と比較
し、その結果で動作軸を駆動する駆動部に供給される電
力を停止させる制御部を備えたことを特徴とする。

【００２１】また、請求項２に記載の発明の産業用ロボ
ットは、動作軸に加えられる外力を検出する検出器を動
作軸に添設し、検出器で検出された外力の検出信号が入
力され外力の印加回数を加算する加算部と、この加算部
から入力された外力の印加回数とあらかじめ設定された
許容回数を比較し、その結果で動作軸を駆動する駆動部
に供給される電力を停止させる制御部を備えたことを特
徴とする。

【００２２】

【作用】請求項１に記載の発明においては、動作軸の先
端やワークが作業対象機器や周辺機などに接触すると、
この接触によって動作部に発生した応力の検出値は、動
作部の強度に対応して設定された許容値と比較され、こ
の許容値を超えた場合には、制御部によってその動作軸
が停止される。

【００２３】また、請求項２に記載の発明においては、
動作軸の先端やワークが作業対象機器や周辺機などに接
触すると、この接触によって動作部に発生した応力の検
出回数は加算部で加算され、この加算結果は動作部の強
度に対応して設定された許容値と比較され、この許容値
を超えた場合には、制御部によってその動作軸が停止さ
れる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の産業用ロボットの一実施例を
図面を参照して説明する。図１は、本発明の産業用ロボ
ットの機構部と制御ブロック図を示す図で、従来の技術
で示した図２に対応する図である。なお、図２と同一部
分には、同一符号を付して説明を省略する。

【００２５】図１において、コラム２の中央部には、歪
ゲージ21がベース１の上端と対向する位置に貼り付けら
れ、第１アーム３の基端の側面にも歪ゲージ22が貼り付
けられている。さらに、第２アーム４の基端の側面にも
歪ゲージ23が貼り付けられている。これらの歪ゲージ2
1，22，23の各信号線は、ロボットコントローラに収納
された増幅器24の入力側に接続されている。

【００２６】この増幅器24の出力信号線は、それぞれの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
18，19，20の入力側に接続されている。これらのＡ／Ｄ
変換器18，19，20の出力信号線は、それぞれの信号を積
分する積分カウンタ25，26，27の入力側に接続され、こ
れらの積分カウンタ25，26，27の出力信号線は、ＣＰＵ
９に接続されている。各Ａ／Ｄ変換器18，19，20の他の
出力信号線は、直接ＣＰＵ９に接続されている。

【００２７】このうち、ＣＰＵ９には、後述するよう
に、各歪ゲージ21，22，23から入力された各歪ゲージの
検出信号の値があらかじめ設定された許容値を超える
と、その旨を表示する表示装置に接続されている。

【００２８】このように構成された産業用ロボットにお
いては、ＣＰＵ９には、各アームの基部で検出した歪ゲ
ージによる各アームの応力の検出値が設定した許容値を
超えると、接点９ａを開いて各サーボ制御装置11，12，
13，14に供給される電力を遮断するための許容値が各歪
ゲージについてあらかじめ設定されている。

【００２９】さらに、ＣＰＵ９には、各歪ゲージから入
力された応力の検出器が、たとえ、前述した許容値以下
であっても、或る期間内（又は時間内）に各積分カウン
タ25，26，27から入力された歪の検出値の積分値がある
値を超えると、該当するサーボ制御装置への電力の供給
を接点９ａを開極して停止するための許容値が設定され
ている。

【００３０】したがって、このように構成された産業用
ロボットにおいては、もし、エンドエフェクタ６や第２
アーム４の先端に許容値以上の外力が加えられたときに
は、この外力に応じて発生した応力を検出する歪ゲージ
から入力された信号によって、該当するサーボモータを
停止させることで、エンドエフェクタ６やワークの損傷
を防ぎ、操作員の安全も図ることができる。

【００３１】また、たとえ、各アームに加えられた外力
の値が許容応力に対して下回った場合でも、頻繁に発生
したときには、各アームや軸の応力集中部が疲労限度に
達する前に動作を停止させることができるので、機構部
やワークの損傷を未然に防ぐことができる。

【００３２】なお、上記実施例では、産業用ロボット
は、水平多関節ロボットの場合で説明したが、垂直多関
節ロボットでも極座標ロボットでも、また、円筒座標ロ
ボットでも、動作機構の形式の如何にかかわらず同様に
適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
動作軸に加えられる外力を検出する検出器を動作軸に添
設し、検出器で検出された外力の検出信号が入力されあ
らかじめ設定された許容値と比較し、その結果で動作軸
を駆動する駆動部に供給される電力を停止させる制御部
を備えることで、動作軸の先端やワークが作業対象機器
や周辺機などに接触すると、この接触によって動作部に
発生した応力の検出値を、動作部の強度に対応して設定
された許容値と比較し、この許容値を超えた場合には、
制御部によってその動作軸を停止させたので、アームの
負荷を増やすことなく、動作軸やワークに印加された外
力を容易に検出し、動作軸やワークの損傷を防ぐことの
できる産業用ロボットを得ることができる。

【００３４】また、請求項２に記載の発明によれば、動
作軸に加えられる外力を検出する検出器を動作軸に添設
し、検出器で検出された外力の検出信号が入力され外力
の印加回数を加算する加算部と、この加算部から入力さ
れた外力の印加回数とあらかじめ設定された許容回数を
比較し、その結果で動作軸を駆動する駆動部に供給され
る電力を停止させる制御部を備えることで、動作軸の先
端やワークが作業対象機器や周辺機などに接触すると、
この接触によって動作部に発生した応力の検出回数を加
算部で加算し、この加算結果を動作部の強度に対応して
設定された許容値と比較し、この許容値を超えた場合に
は、制御部によってその動作軸を停止させたので、アー
ムの負荷を増やすことなく、動作軸やワークに印加され
た外力を容易に検出し、動作軸やワークの損傷を防ぐこ
とのできる産業用ロボットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の産業用ロボットの一実施例を示す図。

【図２】従来の産業用ロボットの一例を示す図。

【符号の説明】

１…ベース、２…コラム、３…第１アーム、４…第２ア
ーム、５…フランジ、６…エンドエフェクタ、９…ＣＰ
Ｕ、９ａ…接点、10…電源、11，12，13，14…サーボ制
御装置、15…コネクタ、18，19，20…Ａ／Ｄ変換器、2
1，22，23…歪ゲージ、24…増幅器、25，26，27…増幅
器、28…表示器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作軸に添設されこの動作軸に加えられ
   る外力を検出する検出器と、この検出器で検出された前
   記外力の検出信号が入力されあらかじめ設定された許容
   値と比較し、その結果で前記動作軸を駆動する駆動部に
   供給される電力を停止させる制御部を備えた産業用ロボ
   ット。
2. 【請求項２】 動作軸に添設されこの動作軸に加えられ
   る外力を検出する検出器と、この検出器で検出された前
   記外力の検出信号が入力され前記外力の印加回数を加算
   する加算部と、この加算部から入力された前記外力の印
   加回数とあらかじめ設定された許容印加回数を比較し、
   その結果で前記動作軸を駆動する駆動部に供給される電
   力を停止させる制御部を備えた産業用ロボット。