JPH11207682A - 多関節ロボットのアーム衝突保護方法及びアーム衝突保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過負荷状態にある確動帯をアームから開放し
て確動帯の破損を防止するアーム衝突保護方法を提供す
る。 【解決手段】 第１アーム１２の基端部１２Ａに備えた
モータＭにより第１アーム１２を揺動させ、上記第１ア
ームに関節する第２アーム１３を相反する方向へ確動帯
２１により揺動し、上記第２アームの自由端１３Ａに備
えた第３アーム１４を確動帯２２により直線軌跡で移動
する多関節ロボット１００のアーム衝突保護方法にし
て、上記第１アーム１２の自由端に固定されている輪体
の基軸等に過負荷緩衝手段５０を介在させ、第３アーム
への外力による過負荷状態時に確動帯２２をもう一方の
着力端である第１アームから開放する。これにより、外
力等の過負荷から確動帯の破損を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１アームに関節
する第２アームを相反する方向へ確動帯により揺動し、
上記第２アームの自由端に備える第３アームの把持器を
確動帯により直線軌跡で移動する多関節ロボットに係
り、アーム先端が固定物に衝突したとき巻き掛けた確動
帯の損傷を防止するためのアーム衝突検出方法とそのア
ーム衝突保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平６ー１４３１８３号公報
の図１に見るように、第１アームの基端部に備えたモー
タにより第１アームを揺動させ、上記第１アームに関節
する第２アームを相反する方向へ揺動し、第３アームに
備える把持器を直線軌跡で移動するロボットが提供され
ている。

【０００３】上記ロボットの各アームの関節構成は、第
１アームの基端部に回転不能な第１輪体を備えるほか、
第１アームの自由端にも該アームと一体に支軸を介して
第３輪体が固設されている。上記第１アームの自由端側
に固定した第３輪体の支軸と関節する第２アームの枢支
部に該第２アームと一体の第２輪体を備えている。更
に、上記第２アームの自由端の支軸に関節する第３アー
ムの枢支部に該第３アームと一体の第４輪体を備えてい
る。

【０００４】そして、上記第１アームの基端部側の第１
輪体と、第２アームの第２輪体間に、確動帯が巻き掛け
られている。更に、第１アームの自由端側に固定した第
３輪体と、第３アームの第４輪体間に、確動帯が巻き掛
けられている。上記各輪体は、スプロケット又はタイミ
ングプーリであり、確動帯はチェン又はタイミングベル
トである。そして、上記各輪体は、歯数比が２：１及び
１：２に選定されている。

【０００５】上記各輪体は、歯数比が２：１及び１：２
の関係のもとに、第１アームの基端部に備えた旋回用の
モータにて第１アームを旋回すると、第２アームは２倍
の旋回角度で逆方向へ旋回し、第３アームは、第１アー
ムと同じ旋回角で同じ絶対方向へ旋回するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ロボットにおい
て、各アームを旋回駆動する駆動系は、各輪体間に巻き
掛けられた確動帯のチェン又はタイミングベルトであ
り、この確動帯を時計又は反時計方向へ積極的に回動駆
動させて各アームを旋回させている。このため、アーム
先端のハンドや搬送具が外部部材に衝突したり、外部部
材から衝突させられると、その外力がまともに確動帯に
過負荷として掛かり、確動帯を損傷・破断させてしまう
という問題がある。

【０００７】上記確動帯を損傷・破断させる根本原因
は、各輪体間に巻き掛けられた確動帯が平行リンクの形
態を採り、且つ輪体の基軸がアームに固定されているか
らである。そこで、外力に対抗できる強度を持つチェン
又はタイミングベルトを採用すれば良いが、チェン又は
タイミングベルトが大型化・大重量化して、スペース的
に許されないし、コストアップしてしまうという問題が
ある。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、アームに固定されている輪体の基軸等に過負荷緩
衝手段を介在させ、外力に押されるアームにより確動帯
が過負荷状態になると、アームから開放して確動帯の破
損を防止するアーム衝突保護方法を提供することを主な
目的とする。

【０００９】更に、本発明は、上記アームに掛かる外力
による確動帯の過負荷状態で得られる変位情報により、
アームの駆動を停止させるアーム衝突保護装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の多関節ロ
ボットのアーム衝突保護方法は、第１アームの基端部に
備えたモータにより第１アームを揺動させ、上記第１ア
ームに関節する第２アームを相反する方向へ確動帯によ
り揺動し、上記第２アームの自由端に備えた第３アーム
を確動帯により直線軌跡で移動する多関節ロボットであ
って、上記第１アームの 自由端に固定されている輪体
の基軸等に過負荷緩衝手段を介在させ、上記第２アーム
の自由端に備えた第３アームへの外力による過負荷状態
時に第２アーム内の確動帯をアームから開放することを
特徴とする。

【００１１】請求項２記載の多関節ロボットのアーム衝
突保護装置は、第１アームの基端部に備えたモータによ
り第１アームを揺動させ、上記第１アームに関節する第
２アームを相反する方向へ確動帯により揺動し、上記第
２アームの自由端に備えた第３アームを確動帯により直
線軌跡で移動する多関節ロボットであって、上記第１ア
ームの自由端に固定されている輪体の基軸等に過負荷緩
衝手段を介在させ、上記輪体の基軸と第１アーム間に、
このすべり変位を検出する変位検出手段を設け、上記変
位検出手段からの検出情報により、上記モータを停止制
御することを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１によると、第１アームの自由端に固定
されている輪体の基軸等に過負荷緩衝手段を介在させて
いる。これにより、外力により過負荷状態にある第３ア
ームを基軸間で回動変位させ、第３アームを旋回させる
確動帯を第３アームに作用する外力から開放し、確動帯
の破損を防止する。

【００１３】請求項２によると、第１アームの自由端に
固定されている輪体の基軸等に過負荷緩衝手段を介在し
ており、外力により過負荷状態にある第３アームを基軸
間で回動変位させるとともに、この回動変位を変位検出
手段からの検出情報により、第３アームを旋回させるモ
ータを停止制御するので、確動帯の破損を防止するとと
もに、アーム旋回を急停止する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各請求項に記載す
る技術を含んだ図面に示す実施形態で説明する。図１〜
３は、本発明の多関節ロボット１００の旋回駆動系と、
これに組み込んだアーム衝突保護装置を示している。

【００１５】本発明に適用される多関節ロボット１００
は、例えば、図１，２，３に示すように、ワークＷを掴
むハンドＨ，Ｈである搬送具１０と、３つのアーム１
２，１３，１４からなり、第１アーム１２を支持する機
台１５を基台Ｂに取付け、各アームを下方に吊り下げて
いる。

【００１６】上記第３アームの先端に備えるハンドＨで
ある搬送具１０は、機台１５よりも上方に突出して保持
され、受取位置（Ｅ１）と、受渡位置（Ｅ２）間をＸ軸
である水平方向に一直線の搬送軌跡Ｋで移動する。即
ち、多関節ロボット１００の第１アーム１２の基端部に
備えたモータＭにより第１アーム１２を揺動すると、こ
れに関節する第２アーム１３を相反する方向へ揺動し、
第３アーム１４に備える搬送具１０を水平姿勢で搬送物
に対面させ、ここで搬送具１０が搬送物を下側から水平
姿勢に支持し、水平姿勢のままで搬送を行う。

【００１７】上記多関節ロボット１００の各アーム１
２，１３，１４の各関節構成を、図２，３により詳細に
説明する。まず、基台１５には第１アーム１２の基端部
１２Ａが支持されており、また、第１アーム１２の基端
部１２Ａに回転不能な第一輪体１６を備えるほか、第１
アーム１２の自由端１２Ｂにも該アームと一体に支軸１
２Ｃを介して第三輪体１７が固設されている。上記第１
アーム１２の自由端１２Ｂ側の第三輪体１７の支軸１２
Ｃと関節する第２アーム１３の枢支部１３Ａに該第２ア
ーム１３と一体の第二輪体１８を備えている。更に、上
記第２アームの自由端１３Ｂの支軸１９に関節する第３
アーム１４の枢支部１４Ａに該第３アーム１４と一体の
第四輪体２０を備えている。

【００１８】そして、上記第１アーム１２の基端部１２
Ａ側の第一輪体１６と、第２アーム１３の第二輪体１８
間に、確動帯２１が巻き掛けられている。更に、第１ア
ーム１２の自由端側１２Ｂの第三輪体１７と、第３アー
ム１４の第四輪体２０間に、確動帯２２が巻き掛けられ
ている。上記各輪体１６，１７，１８，２０は、スプロ
ケット又はタイミングプーリであり、確動帯２１，２２
はチェン又はタイミングベルトである。そして、上記各
輪体１６，１７，１８，２０は、歯数比が２：１（１６
と１８）及び１：２（１７と２０）に選定されている。

【００１９】上記各輪体１６，１７，１８，２０は、歯
数比が２：１（１６と１８）及び１：２（１７と２０）
の関係のもとに、第１アーム１２の基端部１２Ａに備え
た旋回用のモータＭにて第１アーム１２を旋回すると、
第２アーム１３は２倍の旋回角度で逆方向へ旋回し、第
３アーム１４は、第１アーム１２と同じ旋回角で同じ方
向へ旋回する。しかして、図２に示すように、各アーム
１２，１３の旋回角θは同じ関係で増減し、把持器Ｈを
備えた第３アーム１４の先端１４ＢをＸ軸方向である水
平な直線軌跡Ｋで左右に移動する。これにより、上記第
３アーム１４の先端に備える把持器Ｈは、始点位置
（ｓ）と終点位置（ａ）間をＸ軸方向である水平な直線
軌跡Ｋで左右に移動し、ワークＷの搬送を行なう。

【００２０】続いて、図４，５により本発明に係る多関
節ロボット１００のアーム衝突保護装置２００を説明す
る。このアーム衝突保護装置２００は、上記多関節ロボ
ットの第３アーム１４を旋回駆動する確動帯２２のチエ
ン又はタイミングベルトを過負荷外力から保護するもの
である。

【００２１】まず、第３アーム１４を旋回駆動する確動
帯２２のアーム衝突保護装置２００は、上記第１アーム
１２に固定されている第三輪体（輪体）１７の支軸（基
軸）１２Ｃに、過負荷緩衝手段５０を介在させている。
そして、上記第１アーム１２と支軸（基軸）１２Ｃ間
に、この両者間の変位θを検出する変位検出手段６０を
備えている。

【００２２】上記過負荷緩衝手段５０は、図４，５のよ
うに構成されている。先ず、第１アーム１２の自由端１
２Ｂに、フランジ５０Ａを付設したハウジング５０Ｂを
支軸（基軸）１２Ｃの軸芯方向（イ）に通して固着す
る。そして、上記支軸（基軸）１２Ｃは、ハウジング５
０Ｂの軸受部５０Ｃと、フランジ１２Ｄに嵌めたベアリ
ングＢ間で回転可能に支持されている。更に、上記支軸
（基軸）１２Ｃは、ハウジング５０Ｂの拡大部５０Ｄ内
に備えており、この拡大部５０Ｄとの空間に過負荷緩衝
手段５０を備えている。

【００２３】即ち、過負荷緩衝手段５０は、拡大部５０
Ｄの先端部５０Ｅに固着した固定摩擦円板５３と、この
摩擦円板５３の下面に当接する可動摩擦円板５５「（支
軸（基軸）１２Ｃにキー連結」と、上記固定摩擦円板５
３の側面を押圧する加圧摩擦円板５７と、上記固定摩擦
円板５３の両側面に摩擦力Ｆを発生させる複数枚の加圧
皿バネ５９と、この摩擦力Ｆを加減調節する調節ナット
５８を可動摩擦円板５５の反対端部５５Ａに設けたネジ
に螺合させてなる。

【００２４】しかして、第１アーム１２の自由端１２Ｂ
に固着する支軸（基軸）１２Ｃは、上記過負荷緩衝手段
５０の調節ナット５８により摩擦力Ｆを加減調節し、第
３アーム１４に外力Ｆ１が加わり確動帯２２の許容張力
値Ｔを越えて過負荷状態になると、過負荷緩衝手段５０
が機能して支軸（基軸）１２Ｃと第１アーム１２間を開
放し、支軸（基軸）１２Ｃが第１アーム１２に対してす
べり回動変位するようになっている。尚、第２アーム１
３の基部に固着した第二輪体１８は、上記過負荷緩衝手
段５０の外周側に配置され、２つの軸受Ｂ１，Ｂ２で第
１アーム１２の自由端１２Ｂに支持されている。

【００２５】また、変位検出手段６０は、上記支軸（基
軸）１２Ｃの突出部（Ｕ）に付設した検出片６１と、こ
の検出片６１の第１アーム１２との変位を検出する変位
検出器ＤＳを第１アーム１２上に設けている。上記変位
検出手段６０により、第１アーム１２上に固定した支軸
（基軸）１２Ｃが第１アーム１２との間で生ずる回動変
位θを検出するように構成されている。

【００２６】しかして、上記過負荷緩衝手段５０によ
り、第３アーム１４の先端に掛かる外力Ｆ１が過負荷緩
衝手段５０が設定する確動帯２２の許容張力値Ｔを越え
ると、第２アーム１３を支持する過負荷緩衝手段５０の
摩擦円板５３と可動摩擦円板５５との間ですべりを生じ
る。このすべりの回動変位θは、変位検出手段６０によ
り検出され、図６に示すように、検出情報として上記モ
ータＭを制御する制御器Ｃに入力される。ここで、上記
モータＭを停止制御し、過負荷時の多関節ロボット１０
０を急停止するように構成されている。

【００２７】本発明の多関節ロボットのアーム衝突保護
装置２００は、上記のように構成されており、以下のよ
うなアーム衝突保護方法の作用と効果を奏する。上記第
２，第３アームを旋回させる駆動帯２１，２２は、最適
張力値に調節・維持される。この状態で多関節ロボット
１００のアーム旋回運動が行われる。

【００２８】所で、上記第２アーム１３に固定されてい
る輪体１７の基軸１２Ｃには、過負荷緩衝手段５０を介
在している。これにより、第３アーム１４が外力Ｆ１を
受けて過負荷状態になると、第１アーム１２と基軸１２
Ｃ間にすべり回動変位θを生じて、確動帯２２の破損を
防止・保護する。即ち、第３アーム１４への外力Ｆ１に
よる過負荷状態時に、確動帯２２をもう一方の着力端で
ある第１アーム１２から開放するのである。また、上記
回動変位θは、変位検出手段６０により検出され、この
検出情報により、上記モータＭを停止制御して各アーム
の無用な旋回駆動を止め、この破損を防止する。

【００２９】即ち、第３アーム１４の先端に掛かる外力
Ｆ１が確動帯２２の許容張力値Ｔを越えると、第２アー
ム１３を支持する過負荷緩衝手段５０の摩擦円板５３と
可動摩擦円板５５との間ですべりを生じる。このすべり
の回動変位θは、変位検出手段６０により検出され、図
６に示すように、検出情報として上記モータＭを制御す
る制御器Ｃに入力される。ここで、上記モータＭを停止
制御し、過負荷時の多関節ロボット１００を急停止する
のである。これにより、確動帯２２及びロボット１００
の全体が保護される。

【００３０】本発明は、上記実施形態に限定されず、発
明の要旨内での設計変更が自由に出来ること勿論であ
る。例えば、上記過負荷緩衝手段５０は、摩擦板５３，
５５，５７によるトルクリミツター方式のほかに、トル
ク過大になった時、伝達を開放できれば良いのであるか
ら、ボールプランジャーによる機械式の構成も採用が可
能である。

【００３１】また、過負荷緩衝手段５０の取付位置は、
第１アームの基端部１２Ａの第一輪体１６の箇所にも取
付けても良い。これにより、確動帯２２の他に、第２ア
ーム１３に加わる外力から確動帯２１を保護することが
できる。更に、アーム先端のハンドや搬送具の形式やそ
の有無等にも制限されない。

【００３２】何れの方式においても、第３アームやこの
先端ハンドや搬送具に掛かる外力が、確動帯の許容張力
値を越えたら、基軸に配置した過負荷緩衝手段がすべり
回動変位をはじめて確動帯を保護するとともに、このす
べり回動変位を変位検出手段の近接センサや各種スイッ
チ類により検出してアームのモータＭを停止制御するよ
うになっていれば良い。

【００３３】

【発明の効果】本発明の請求項１によると、第１アーム
の自由端に固定されている輪体の基軸等に過負荷緩衝手
段を介在させているから、外力により過負荷状態にある
第３アームを基軸間で回動変位させて確動帯を第３アー
ムに作用する外力から開放し、確動帯の破損を防止する
効果が発揮される。

【００３４】本発明の請求項２によると、第１アームの
自由端に固定されている輪体の基軸等に過負荷緩衝手段
を介在しており、外力により過負荷状態にある第３アー
ムを基軸間で回動変位させてるとともに、この回動変位
を変位検出手段からの検出情報により、モータを停止制
御するので、確動帯の破損を防止するとともに、アーム
旋回を急停止させられる効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節ロボットの側面図である。

【図２】本発明の多関節ロボットの正面図である。

【図３】本発明の多関節ロボットの断面図である。

【図４】本発明の多関節ロボットのアーム衝突保護装置
を示す断面図である。

【図５】本発明の多関節ロボットのアーム衝突保護装置
を示す平面図である。

【図６】本発明の多関節ロボットの電気ブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１２〜１４ 第１アーム〜第
３アーム １２Ａ 基端部 １２Ｂ 自由端 １２Ｃ 支軸,基軸 １３Ａ 枢支部 １３Ｂ 自由端 １４Ａ 枢支部 １６，１７，１８，２０ 第一輪体，第三
輪体，第二輪体，第四輪体 １９ 支軸 ２１，２２ 確動帯 Ｃ 制御器 ＤＳ 変位検出器 Ｋ 直線軌跡 Ｍ モータ ５０ 過負荷緩衝手段 ５０Ａ フランジ ５０Ｂ ハウジング ５０Ｃ 軸受部 ５０Ｄ 拡大部 ５３ 固定摩擦円板 ５５ 可動摩擦円板 ５７ 加圧摩擦円板 ５８ 調節ナット ５９ 皿バネ ６０ 変位検出手段 ６１ 検出片 １００ 多関節ロボット ２００ アーム衝突保護
装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１アームの基端部に備えたモータによ
   り第１アームを揺動させ、上記第１アームに関節する第
   ２アームを相反する方向へ確動帯により揺動し、上記第
   ２アームの自由端に備えた第３アームを確動帯により直
   線軌跡で移動する多関節ロボットであって、上記第１ア
   ームの自由端に固定されている輪体の基軸等に過負荷緩
   衝手段を介在させ、上記第２アームの自由端に備えた第
   ３アームへの外力による過負荷状態時に第２アーム内の
   確動帯をアームから開放することを特徴とする多関節ロ
   ボットのアーム衝突保護方法。
2. 【請求項２】 第１アームの基端部に備えたモータによ
   り第１アームを揺動させ、上記第１アームに関節する第
   ２アームを相反する方向へ確動帯により揺動し、上記第
   ２アームの自由端に備えた第３アームを確動帯により直
   線軌跡で移動する多関節ロボットであって、上記第１ア
   ームの自由端に固定されている輪体の基軸等に過負荷緩
   衝手段を介在させ、上記輪体の基軸と第１アーム間に、
   このすべり変位を検出する変位検出手段を設け、上記変
   位検出手段からの検出情報により、上記モータを停止制
   御することを特徴とする多関節ロボットのアーム衝突保
   護装置。