JPS6133678B2 - - Google Patents

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JPS6133678B2
JPS6133678B2 JP57203175A JP20317582A JPS6133678B2 JP S6133678 B2 JPS6133678 B2 JP S6133678B2 JP 57203175 A JP57203175 A JP 57203175A JP 20317582 A JP20317582 A JP 20317582A JP S6133678 B2 JPS6133678 B2 JP S6133678B2
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JP
Japan
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hydraulic cylinder
piston rod
wrist
nozzle
shaft
Prior art date
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Expired
Application number
JP57203175A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5993290A (en
Inventor
Iwao Kawaishi
Mitsuyoshi Obata
Shunji Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP20317582A priority Critical patent/JPS5993290A/en
Publication of JPS5993290A publication Critical patent/JPS5993290A/en
Publication of JPS6133678B2 publication Critical patent/JPS6133678B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はロボツトやマニプレータ等のアームの
先端に取り付ける手首機構に関するもので、取分
け手首部分、更には装置全体の小型化を図ると共
に、手首に取り付けた工具等が障害物に衝突した
場合の安全装置を設けた手首機構に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a wrist mechanism attached to the tip of an arm of a robot, manipulator, etc., and is particularly intended to reduce the size of the wrist portion and even the entire device, and to prevent tools and the like attached to the wrist from becoming obstacles. This relates to a wrist mechanism equipped with a safety device in case of a collision.

一般にロボツトやマニプレータ等は作業工具等
を空間上の任意の位置に移動させるためのアーム
部分と作業対象に対して工具等の姿勢を決めるた
めの手首機構とを有しており、各アーム及び手首
機構がそれぞれ複数の自由度を独立に有している
ことにより空間の任意の位置で任意の姿勢をとる
ことが出来る。このようにアームや手首等が複数
の自由度を有する場合、各自由度に対応する回転
を起こさせるためのアクチユエータはその旋回部
分に直接取り付けることが設計上は簡単であり、
スペースや重量による制限が緩い場合はこのよう
な構造を用いることが望ましいことが多い。併し
ながら、手首先端に大型の工具を取り付けて駆動
させる場合等には、工具の重さとアクチエータの
重さが重畳されて複数の自由度を確保するために
積み重ねられたアクチユエータの駆動軸に大きな
負荷がかかり、アクチユエータ全体を大型化せね
ばならず、手首機構全体が大型且つ重量化すると
共に、これを支えるアームも剛性の高い大型のも
のが要求され、装置全体が大型化して作業スペー
スの増大、コストの上昇を招く原因となつてい
る。
In general, robots, manipulators, etc. have an arm part for moving a working tool, etc. to an arbitrary position in space, and a wrist mechanism for determining the posture of the tool, etc. with respect to the work object. Since each mechanism independently has a plurality of degrees of freedom, it is possible to take any posture at any position in space. In this way, when an arm, wrist, etc. has multiple degrees of freedom, it is easy in design to attach the actuator directly to the rotating part to cause rotation corresponding to each degree of freedom.
It is often desirable to use such a structure when space and weight constraints are less restrictive. However, when driving a large tool by attaching it to the tip of the wrist, the weight of the tool and the weight of the actuator are superimposed, and in order to secure multiple degrees of freedom, a large Due to the load, the entire actuator must be made larger, the entire wrist mechanism becomes larger and heavier, and the arm that supports it is also required to be large and highly rigid, making the entire device larger and increasing the work space. , which causes an increase in costs.

例えば第1図に示した熱間スラブ材の傷を取る
為のスカーフイング用マニプレータの場合、垂直
アーム1とこれに揺動自在に連結された水平アー
ム2によつてアーム部分を構成し、水平アーム2
の先端に取り付けた手首3の下端にスカーフイン
グ用のノズル4を取り付け、手首3の中心を貫通
する垂直軸5を中心とする旋回運動θ1と、手首
3の下端に取り付けた水平軸6を中心とする揺動
運動θ2を工具であるノズル4に与え得るように
成つているが、スカーフイング用ノズル4は耐熱
構造上大型で重い構造と成つている為、θ1の旋
回を起こさせる旋回軸の下端に従来のように更に
工具に揺動運動を起こさせる他のアクチユエータ
をつけていたのでは手首3よりも先端の部分の重
量が非常に大きくなり、前記したように機械全体
が大型且つ重量化する虞れがある。
For example, in the case of a scarfing manipulator for removing scratches from hot slab material shown in Fig. 1, the arm part is composed of a vertical arm 1 and a horizontal arm 2 that is swingably connected to the vertical arm 1, and the horizontal Arm 2
A scarfing nozzle 4 is attached to the lower end of the wrist 3 attached to the tip of the wrist 3, and the rotation movement θ1 is centered around the vertical axis 5 passing through the center of the wrist 3 and the horizontal axis 6 attached to the lower end of the wrist 3. However, since the scarfing nozzle 4 is large and heavy due to its heat-resistant structure, the rotation axis that causes the rotation of θ1 is If another actuator was attached to the lower end of the tool to cause the tool to swing as in the past, the weight of the tip would be much greater than the wrist 3, making the entire machine larger and heavier. There is a possibility that

又例えばスカーフイング用マニブレータのよう
に作業対象が熱間スラブ材のような大重量の物で
あると、若し工具がこれに衝突した場合、作業対
象側を押しのけることが出来ないので、工具、手
首部、アーム部等に損傷を生じるか又はアクチユ
エータが過負荷となつて破壊される等の危険性が
あり、各手首機構に応じた合理的な安全装置が必
要である。
In addition, if the object to be worked on is a heavy object such as a hot slab material, such as a manibrator for scarfing, if the tool collides with it, the object side cannot be pushed away, so the tool, There is a risk of damage to the wrist, arm, etc. or destruction of the actuator due to overload, so a reasonable safety device is required depending on each wrist mechanism.

本発明は上記のような点に鑑み、特に大型の工
具を用いて作業をするようなロボツトやマニプレ
ータ等の手首に最適の手首機構を提供することを
目的とし、手首の先端に設ける工具を取り付ける
ための中空軸を旋回させて工具に旋回運動を与え
ると共に、上記中空軸中を貫通し一端が工具揺動
機構に連結され、中間部で相対回転自在に連結さ
れた進退軸を往復運動させて工具に揺動運動を起
こさせるロボツト、マニプレータ等の手首機構に
於いて、上記進退軸の他端部に一端が連結された
往復運動用油圧シリンダ装置と、上記往復運動用
油圧シリンダ装置の他端に一端が連結され、その
他端に中間胴部より大径の頭部が形成されてなる
ピストンロツドと、上記ピストンロツドが軸方向
に摺動自在に装着され、中間に形成した上記頭部
より大径の小径段部を挟んで直列同軸に形成され
た第1及び第2のシリンダ室を有する過負荷防止
用油圧シリンダと、上記ピストンロツドの中間胴
部に摺動自在に嵌着され、外径が前記小径段部よ
り大径で上記第1のシリンダ室内に摺動自在に装
着された円筒状の第1のフローテイングピストン
と、前記小径段部より大径の外径を有し、前記第
2のシリンダ室内において前記ピストンロツドの
頭部に押されて摺動自在の第2のフローテイング
ピストンとを具備してなることを特徴とするロボ
ツト、マニプレータ等の手首機構を提供するもの
である。
In view of the above-mentioned points, the present invention aims to provide a wrist mechanism that is most suitable for the wrist of robots, manipulators, etc. that work with large tools. A hollow shaft for the tool is rotated to impart a turning motion to the tool, and a reciprocating shaft that passes through the hollow shaft and is connected at one end to a tool swinging mechanism and is relatively rotatably connected at an intermediate portion is reciprocated. In a wrist mechanism of a robot, manipulator, etc. that causes a tool to swing, there is provided a reciprocating hydraulic cylinder device with one end connected to the other end of the advance/retreat shaft, and the other end of the reciprocating hydraulic cylinder device. a piston rod having one end connected to the piston rod and a head having a larger diameter than the intermediate body formed at the other end; An overload prevention hydraulic cylinder having first and second cylinder chambers coaxially formed in series with a small-diameter stepped portion in between, and an overload prevention hydraulic cylinder that is slidably fitted into the intermediate body of the piston rod, and whose outer diameter is the same as the small diameter. a cylindrical first floating piston having a larger diameter than the stepped portion and slidably mounted in the first cylinder chamber; and a second cylinder having an outer diameter larger than the small diameter stepped portion. The present invention provides a wrist mechanism for a robot, a manipulator, etc., characterized in that it is equipped with a second floating piston that is slidable within a room by being pushed by the head of the piston rod.

続いて第2図以下の添付図面を参照して本発明
をスカーフイング用マニプレータに応用した実施
例につき詳しく説明する。ここに第2図はスカー
フイング用マニプレータの手首機構の斜視図、第
3図は同手首機構の側断面図で同機構を制御する
ための油圧回路図を含むものである。又第4図は
第3図に於けるA−A矢視断面図である。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a scarfing manipulator will be described in detail with reference to the accompanying drawings starting from FIG. 2 is a perspective view of the wrist mechanism of the scarfing manipulator, and FIG. 3 is a side sectional view of the wrist mechanism, including a hydraulic circuit diagram for controlling the mechanism. Moreover, FIG. 4 is a sectional view taken along the line A--A in FIG. 3.

第2図に示した手首機構は第1図に示したスカ
ーフイング用マニプレータの手首3を詳細に描い
たものである。第2図に於いてリンクロツド7は
マニプレータ全体の第1図に示した基台8に対す
る旋回運動に応じて矢印9の方向に移動し、手首
3の根元に取り付けた軸10に回転運動を与え、
ノズル4をマニプレータ全体の回転とは逆の方向
に同じ角度分旋回させてノズルの向きを常に一定
に保つための方向補正機構を構成するものであ
る。即ちマニプレータ全体が基台8に対してθ1
だけ回転すると、この回転が図示せぬ平行リンク
機構等を介してリンクロツド7に伝えられ、矢印
9の方向にリンクロツド7を移動させ、このリン
クロツド7とレバー11を介して連結された軸1
0を回転させる。軸10の回転はスプロケツト1
2,13及び両スプロケツトに巻き掛けたチエー
ン14を介してスプロケツト13の駆動軸15に
伝達される。駆動軸15は傘歯車16を一体に、
又この傘歯車16と向かい合う同じ寸法の傘歯車
17を回転自在に有しており、この傘歯車17は
大型の傘歯車18と同軸一体で傘歯車18はこれ
と噛み合う傘歯車19を介してロータリサーボモ
ータ20と連結されている。又上記駆動軸15は
第4図に示すように前記傘歯車16と17との間
の位置に駆動軸15を中心として揺動自在の揺動
軸21を有しており、この揺動軸21を回転自在
に取り付けられた傘歯車22が前記した傘歯車1
6及び17と噛み合い、傘歯車16と17とを連
結している。ロータリサーボモータ20の出力軸
側には歯車23が固着されており、この歯車23
はノズル4を揺動自在に有するノズル取り付け部
24に固着された垂直の中空軸25の上端に固定
された歯車26と噛み合つている。
The wrist mechanism shown in FIG. 2 is a detailed depiction of the wrist 3 of the scarfing manipulator shown in FIG. In FIG. 2, the link rod 7 moves in the direction of the arrow 9 in accordance with the rotation movement of the entire manipulator with respect to the base 8 shown in FIG.
This constitutes a direction correction mechanism for rotating the nozzle 4 by the same angle in the direction opposite to the rotation of the entire manipulator to keep the direction of the nozzle constant at all times. That is, the entire manipulator is θ1 with respect to the base 8.
This rotation is transmitted to the link rod 7 via a parallel link mechanism (not shown), moves the link rod 7 in the direction of the arrow 9, and the shaft 1 connected to the link rod 7 via the lever 11 moves.
Rotate 0. Rotation of shaft 10 is sprocket 1
The power is transmitted to the drive shaft 15 of the sprocket 13 via the chain 14 that is wound around the sprockets 2 and 13 and both sprockets. The drive shaft 15 has a bevel gear 16 integrally,
A bevel gear 17 of the same size facing this bevel gear 16 is rotatably provided, and this bevel gear 17 is coaxially integrated with a large bevel gear 18. It is connected to a servo motor 20. Further, as shown in FIG. 4, the drive shaft 15 has a swing shaft 21 located between the bevel gears 16 and 17 that can swing freely around the drive shaft 15. The bevel gear 22 is rotatably attached to the bevel gear 1 described above.
6 and 17, and connects bevel gears 16 and 17. A gear 23 is fixed to the output shaft side of the rotary servo motor 20.
is engaged with a gear 26 fixed to the upper end of a vertical hollow shaft 25 fixed to a nozzle attachment part 24 having a nozzle 4 swingably therein.

上記中空軸25の上部にはこれと同軸に往復運
動用油圧シリンダ装置の一例である油圧シリンダ
27が配設されており、該油圧シリンダ27から
下方に向かつて出没するピストンロツド28と上
記中空軸25内に同軸に挿入された進退軸29の
上端とがスラスト軸受30を介して互いに相対回
転可能に且つ軸方向には一体的に連結されてい
る。進退軸29の下端はリンク31を介して前記
ノズル4の揺動中心軸6に固定したレバー32と
連結されており、進退軸29の上下方向への往復
運動によつてリンク31を介してアーム32、揺
動中心軸6及びこれに一体に取り付けられたノズ
ル4が揺動中心軸6の回りに揺動運動し、ノズル
の揺動運動を行う。
A hydraulic cylinder 27, which is an example of a hydraulic cylinder device for reciprocating motion, is disposed coaxially with the upper part of the hollow shaft 25, and a piston rod 28 that projects and retracts downward from the hydraulic cylinder 27 and the hollow shaft 25 are disposed coaxially with the hollow shaft 25. The upper end of a forward and backward shaft 29 coaxially inserted therein is integrally connected to each other in the axial direction so as to be able to rotate relative to each other via a thrust bearing 30. The lower end of the advance/retreat shaft 29 is connected via a link 31 to a lever 32 fixed to the swing center shaft 6 of the nozzle 4, and the arm is 32. The swing center shaft 6 and the nozzle 4 integrally attached to the swing center shaft 6 swing around the swing center shaft 6 to perform a swing motion of the nozzle.

又上記油圧シリンダ27の上端には第3図に示
す如く、上端に大型の頭部33を有するピストン
ロツド34が若干の揺動を可能とした状態で取り
付けられており、このピストンロツド34の頭部
33は油圧シリンダ27と同軸に設けた上下2段
の過負荷防止用油圧シリンダの一例である油圧シ
リンダ35内に進退自在に挿入されており、この
2段の油圧シリンダ35は中央に設けた小径段部
の一例である小径部35aによつて第1及び第2
のシリンダ室の一例である下部室36b及び上部
室36aに分割されており、36a内には摺動自
在のフローテイングピストン37aが装着され、
下部室36b内にはピストンロツド34の外周に
摺動自在に嵌着されたフローテイングピストン3
7(第2フローテイングピストン)bが摺動自在
に装着されており、上側のフローテイングピスト
ン37aは図に示した最も下の位置に於いて、前
記小径部35aに衝突し、それ以上下には進むこ
とが出来ず、又下側のフローテイングピストン3
7bは図に示した最も上の位置に於いて、前記小
径部35aの下面と衝突してそれ以上の上方向へ
の移動は阻止されている。上部室36a及び下部
室36bにはそれぞれ圧油が供給され、フローテ
イングピストン37a及び37bは共に常時前記
小径部35aに押しつけられており、小径部35
aの幅と同じ上下方向の幅を持つ前記ピストンロ
ツド34の頭部33を上下方向に保持しており、
頭部33の外径は小径部35aの内径よりも若干
狭く、然もフローテイングピストン37bの内径
よりは若干大きいと共に、上側のフローテイング
ピストン37aの外径よりは若干小さく形成され
ている。従つてピストンロツド34が上方向へ移
動すると、フローテイングピストン37bは小径
部35aに衝突して図に示した位置に停止する
が、フローテイングピストン37aはピストンロ
ツド34の頭部33に押されて、上部室36a内
を上方へ進むことが出来る。又逆にピストンロツ
ド34が下方に移動する時は、フローテイングピ
ストン37aは小径部35aに当接して、図に示
した位置に停止し、下部のフローテイングピスト
ン37bは頭部33に押されて下方へ移動する。
Further, as shown in FIG. 3, a piston rod 34 having a large head 33 at the upper end is attached to the upper end of the hydraulic cylinder 27 so as to be able to swing slightly. is inserted movably into a hydraulic cylinder 35, which is an example of an upper and lower two-stage overload prevention hydraulic cylinder provided coaxially with the hydraulic cylinder 27, and the two-stage hydraulic cylinder 35 is connected to a small-diameter stage provided in the center. The first and second
It is divided into a lower chamber 36b and an upper chamber 36a, which are an example of a cylinder chamber, and a slidable floating piston 37a is installed in 36a.
Inside the lower chamber 36b is a floating piston 3 that is slidably fitted around the outer periphery of the piston rod 34.
7 (second floating piston) b is slidably mounted, and the upper floating piston 37a collides with the small diameter portion 35a at the lowest position shown in the figure, and does not move further downward. cannot advance, and the lower floating piston 3
At the uppermost position shown in the figure, 7b collides with the lower surface of the small diameter portion 35a and is prevented from moving further upward. Pressure oil is supplied to the upper chamber 36a and the lower chamber 36b, respectively, and both the floating pistons 37a and 37b are always pressed against the small diameter portion 35a.
The head 33 of the piston rod 34, which has the same width in the vertical direction as the width of a, is held in the vertical direction,
The outer diameter of the head 33 is slightly narrower than the inner diameter of the small diameter portion 35a, slightly larger than the inner diameter of the floating piston 37b, and slightly smaller than the outer diameter of the upper floating piston 37a. Therefore, when the piston rod 34 moves upward, the floating piston 37b collides with the small diameter portion 35a and stops at the position shown in the figure, but the floating piston 37a is pushed by the head 33 of the piston rod 34 and moves upward. It is possible to move upward within the chamber 36a. Conversely, when the piston rod 34 moves downward, the floating piston 37a comes into contact with the small diameter portion 35a and stops at the position shown in the figure, and the lower floating piston 37b is pushed by the head 33 and moves downward. Move to.

上記した構成に於ける油圧装置の制御回路は第
3図に示す如くであり、ロータリサーボモータ2
0の回転方向は油圧ユニツト38から配管39を
通つて送られてくる圧油の流れの方向によつて行
われ、配管39の途中に接続した電磁弁40を切
り換えることによりロータリサーボモータ20の
回転方向が切り換えられる。又油圧ピストン27
へは電磁弁41を中間に有する配管42によつて
油圧ユニツト38から圧油が送られてきており、
電磁弁41を切り換えることにより、ピストン2
8の進出又は後退が行われる。又上部に設けた2
段の油圧シリンダ35への配管については、前記
配管39の高圧側配管から分岐した配管43a及
び43bによつて安全回路44a及び44bを介
して上部室36a及び下部室36bにそれぞれ圧
油が供給されている。また各安全回路に設けられ
た圧力スイツチ45a及び45bは、ノズル4が
ワークWに衝突した時に上部室36a又は下部室
36b内の油圧の上昇を検出して警報を発するた
めのスイツチ機構である。
The control circuit of the hydraulic system in the above configuration is as shown in FIG.
The rotation direction of the rotary servo motor 20 is determined by the direction of the flow of pressure oil sent from the hydraulic unit 38 through the piping 39, and the rotation of the rotary servo motor 20 is determined by switching the solenoid valve 40 connected in the middle of the piping 39. The direction can be switched. Also hydraulic piston 27
Pressure oil is sent from the hydraulic unit 38 to the pipe 42 having a solenoid valve 41 in the middle.
By switching the solenoid valve 41, the piston 2
8 advances or retreats are made. Also provided at the top 2
Regarding the piping to the hydraulic cylinder 35 of the stage, pressure oil is supplied to the upper chamber 36a and the lower chamber 36b through safety circuits 44a and 44b by piping 43a and 43b branched from the high-pressure side piping of the piping 39, respectively. ing. Moreover, the pressure switches 45a and 45b provided in each safety circuit are switch mechanisms for detecting an increase in the oil pressure in the upper chamber 36a or lower chamber 36b and issuing an alarm when the nozzle 4 collides with the workpiece W.

続いて上記した手首機構のノズル方向補正動
作、ノズル方向変更動作、溶削面切り換え動作、
及びノズルの衝突による過負荷防止動作について
夫々説明する。
Next, the above wrist mechanism nozzle direction correction operation, nozzle direction change operation, cutting surface switching operation,
and the overload prevention operation due to nozzle collision will be explained respectively.

(1) ノズル方向補正動作 前記したマニプレータが基台に対してθ1だ
け回転すると、これに伴つてリンクロツド7、
スプロケツト12、チエーン14、スプロケツ
ト13が次々に回転し、同時に駆動軸15がマ
ニプレータを旋回角度に対応した分だけ回転す
る。駆動軸15が回転すると、その回転は傘歯
車16,22,17及び18を介してロータリ
サーボモータ20の入力軸に取り付けた傘歯車
19に伝達され、ロータリサーボモータ20に
よつて回転力が増幅されて歯車23に伝達され
る。歯車23の回転は歯車26及びこれと一体
の中空軸25に伝達され、中空軸25の下端に
取り付けたノズル取り付け部24及びノズル4
が中空軸25の軸芯(第1図に示した垂直軸
5)の回りに旋回される。こうしたノズル4の
旋回角度は傘歯車18と17との歯数の比率や
歯車23と26との歯数の比率等を適当に調整
することにより、マニプレータ全体の旋回角度
と同一になるように設定され、且つ上記した歯
車の組み合わせを適当に選定することにより、
その旋回方向がマニプレータ全体の旋回方向と
は逆方向になるように設定されており、従つて
マニプレータ全体がθ1時計方向に旋回すると
ノズル4が−θ1分だけ反時計方向に旋回し、
この状態ではノズルはマニプレータ全体の旋回
とは無関係に常に一定の方向を指向している。
(1) Nozzle direction correction operation When the manipulator described above rotates by θ1 with respect to the base, the link rod 7,
The sprocket 12, chain 14, and sprocket 13 rotate one after another, and at the same time, the drive shaft 15 rotates the manipulator by an amount corresponding to the turning angle. When the drive shaft 15 rotates, the rotation is transmitted to the bevel gear 19 attached to the input shaft of the rotary servo motor 20 via the bevel gears 16, 22, 17, and 18, and the rotational force is amplified by the rotary servo motor 20. and is transmitted to the gear 23. The rotation of the gear 23 is transmitted to the gear 26 and the hollow shaft 25 integrated therewith, and the nozzle attachment part 24 and the nozzle 4 attached to the lower end of the hollow shaft 25
is pivoted around the axis of the hollow shaft 25 (vertical shaft 5 shown in FIG. 1). The turning angle of the nozzle 4 is set to be the same as the turning angle of the entire manipulator by appropriately adjusting the ratio of the number of teeth between the bevel gears 18 and 17 and the ratio of the number of teeth between the gears 23 and 26. By appropriately selecting the above-mentioned combination of gears,
The turning direction is set to be opposite to the turning direction of the entire manipulator, so when the entire manipulator turns clockwise by θ1, the nozzle 4 turns counterclockwise by −θ1,
In this state, the nozzle is always oriented in a fixed direction regardless of the rotation of the entire manipulator.

(2) ノズル方向変更動作 上記の説明によつてマニプレータ全体の旋回
に対してノズルの方向を補正してノズルの方向
を常に一定に保つ機構が理解されたが、こうし
て一定方向に保たれたノズルを基準として実際
にはノズルを任意の方向に旋回させる必要があ
る。スカーフイング用マニプレータの場合、こ
のようなノズルの方向性を一定に保つ事は重要
であるが、更に必要に応じてノズルの方向を変
更することにより、熱間スラブ材の表面に生じ
た種々の傷に対応したスカーフイング作業が可
能となる。このようなノズルの角度の変更は揺
動軸21の駆動軸15回りの揺動運動によつて
達成され、揺動軸21の揺動は小型の油圧シリ
ンダ46によつておこなわれる。即ち、今駆動
軸15が停止した状態で考えると油圧シリンダ
46のピストンロツド47を進退させることに
よつて揺動軸21を駆動軸15の回りに回動さ
せることが出来、この回動によつて傘歯車16
と22との噛み合い点が移動し、相対的に傘歯
車22が回転し、傘歯車17にこの回転が伝達
され、傘歯車17に一体の傘歯車18を介して
傘歯車19及びこれにより駆動されるロータリ
サーボモータ20が回転される。
(2) Nozzle direction changing operation From the above explanation, we understand the mechanism that corrects the nozzle direction with respect to the rotation of the entire manipulator and keeps the nozzle direction constant at all times. In reality, it is necessary to rotate the nozzle in an arbitrary direction based on . In the case of manipulators for scarfing, it is important to keep the direction of the nozzle constant, but it is also possible to change the direction of the nozzle as necessary to avoid various problems that occur on the surface of the hot slab material. It becomes possible to carry out scarfing work to deal with scratches. Such a change in the angle of the nozzle is achieved by the swing motion of the swing shaft 21 about the drive shaft 15, and the swing of the swing shaft 21 is performed by a small hydraulic cylinder 46. That is, considering the state where the drive shaft 15 is now stopped, the swing shaft 21 can be rotated around the drive shaft 15 by moving the piston rod 47 of the hydraulic cylinder 46 back and forth, and by this rotation, Bevel gear 16
The meshing point between and 22 moves, the bevel gear 22 rotates relatively, and this rotation is transmitted to the bevel gear 17, and the bevel gear 19 is driven by the bevel gear 19 via the bevel gear 18 integrated with the bevel gear 17. The rotary servo motor 20 is rotated.

こうして油圧シリンダ46のピストンロツド
47の進出量を適当に制御することにより傘歯
車22の回転角度、即ちこれと連動するロータ
リサーボモータ20の旋回角度を任意に制御す
る事が出来、これによりノズル4の方向を任意
に変化させることが出来るのである。上記した
ノズルの中空軸25を中心とした旋回によつて
進退軸29も旋回するが、油圧シリンダ27は
旋回することができず、ここで油圧シリンダと
進退軸29とを相対回転自在なものにしておか
なければならない。前記したスラスト軸受30
はこのような目的に沿うものである。
In this way, by appropriately controlling the amount of advance of the piston rod 47 of the hydraulic cylinder 46, the rotation angle of the bevel gear 22, that is, the rotation angle of the rotary servo motor 20 interlocked with the bevel gear 22 can be arbitrarily controlled. The direction can be changed arbitrarily. The above-mentioned rotation of the nozzle around the hollow shaft 25 also causes the forward/backward shaft 29 to turn, but the hydraulic cylinder 27 cannot rotate, so the hydraulic cylinder and the forward/backward shaft 29 are made relatively rotatable. I have to keep it. Thrust bearing 30 described above
is in line with this purpose.

(3) ノズルの溶削面の変更 ノズル4は、第3図に示すようにワークWの
上面Wa及び側面Wbに発生した傷を夫々溶削に
より除去することができるが、その為にはノズ
ルを揺動中心軸6の回りに揺動させなければな
らない。油圧シリンダ27はこの為のもので、
電磁弁41を切り換える事により、油圧シリン
ダ27のピストンロツド28が進出又は後退す
る。このピストンロツドの往復動作により、前
記スラスト軸受30を介して進退軸29が進出
又は後退し、リンク31を介してアーム32及
びこれが固着された揺動中心軸6、及びノズル
4が揺動中心軸6の回りに揺動して溶削面の切
り換えが行われる。
(3) Changing the cutting surface of the nozzle As shown in Fig. 3, the nozzle 4 can remove scratches generated on the top surface Wa and side surface Wb of the workpiece W by cutting, respectively. It must be swung around the swiveling center axis 6. The hydraulic cylinder 27 is for this purpose.
By switching the solenoid valve 41, the piston rod 28 of the hydraulic cylinder 27 advances or retreats. Due to this reciprocating movement of the piston rod, the advance/retreat shaft 29 advances or retreats via the thrust bearing 30, and the arm 32, the swing center shaft 6 to which it is fixed, and the nozzle 4 move through the link 31 to the swing center shaft 6. The welding surface is switched by swinging around the .

(4) 過負荷防止動作 上記のようにワークWの上面Wa又は側面Wb
を溶削している状態に於いてノズル4がワーク
Wに衝突した場合、例えばノズル4が必要以上
に下降して上面Waに衝突した場合を考える。
この場合ノズル4は時計方向に最も回動した位
置にあるから、油圧シリンダ27のピストンロ
ツド28は最も後退した状態、即ち上限位置に
あり、この状態でノズルが下降してワークの上
面Waに衝突すると、ピストンロツド28はそ
れ以上逃げることが出来ないので油圧シリンダ
27自体が上方へ逃げなければならない。こう
してノズルの衝突による上向きの力を油圧シリ
ンダ27が受けると、油圧シリンダ27の上部
に取り付けたピストンロツド34が油圧シリン
ダ35の上部室36aに装着された前記フロー
テイングピストン37aを押し上げ、上部室3
6a内の油圧力に逆らつてピストン34が上昇
し、油圧シリンダ27が破壊されることなく上
方へ逃げることができる。こうしてフローテイ
ングピストン37aが上昇すると、上部室36
a内の圧力が上昇し、圧力スイツチ45aが
ONすることにより、ノズルがワークWの上面
Waに当接したことを知らせる警報が発せられ
る。逆にノズル4が最も反時計方向に回動した
状態即ち、ワークWの側面Wbを溶削している
状態に於いて、ノズルがワークに衝突すると、
ノズルに反時計方向の負荷がかかり、ピストン
ロツド28を下方に引き下げようとするが、こ
の状態ではピストンロツド28は最も下方の位
置にあるので、それ以上下がることが出来ず、
油圧シリンダ27自体が下方に引つ張られ、油
圧シリンダ27と一体的に連結されたピストン
ロツド34がフローテイングピストン37bを
押し下げて移動し、ノズル4の破壊等が防止さ
れる。この場合下部室36bの圧力が上昇して
圧力スイツチ45bがONし、ノズルがワーク
の側面に当接したことを知らせる警報が発せら
れる。
(4) Overload prevention operation As mentioned above, the top surface Wa or side surface Wb of the workpiece W
Consider a case where the nozzle 4 collides with the workpiece W while the workpiece is being melt-cut, for example, a case where the nozzle 4 descends more than necessary and collides with the upper surface Wa.
In this case, since the nozzle 4 is at the most rotated position in the clockwise direction, the piston rod 28 of the hydraulic cylinder 27 is in the most retracted state, that is, at the upper limit position, and in this state, when the nozzle descends and collides with the upper surface Wa of the workpiece. Since the piston rod 28 cannot escape any further, the hydraulic cylinder 27 itself must escape upwards. When the hydraulic cylinder 27 receives upward force due to the collision of the nozzles, the piston rod 34 attached to the upper part of the hydraulic cylinder 27 pushes up the floating piston 37a attached to the upper chamber 36a of the hydraulic cylinder 35, and the upper chamber 36a
The piston 34 rises against the hydraulic pressure within the piston 6a, allowing the hydraulic cylinder 27 to escape upward without being destroyed. When the floating piston 37a rises in this way, the upper chamber 36
The pressure inside a increases, and the pressure switch 45a
By turning on, the nozzle will
An alarm will be issued to notify you that you have hit Wa. Conversely, when the nozzle 4 collides with the workpiece when the nozzle 4 is rotated most counterclockwise, that is, when the side surface Wb of the workpiece W is being cut,
A counterclockwise load is applied to the nozzle, and the piston rod 28 attempts to be pulled downward, but in this state, the piston rod 28 is at its lowest position and cannot be lowered any further.
The hydraulic cylinder 27 itself is pulled downward, and the piston rod 34 integrally connected to the hydraulic cylinder 27 pushes down the floating piston 37b and moves, thereby preventing the nozzle 4 from being destroyed. In this case, the pressure in the lower chamber 36b increases, the pressure switch 45b is turned on, and an alarm is issued to notify that the nozzle has come into contact with the side surface of the workpiece.

以上述べた如く本発明によれば、手首の先端に
設ける工具を取り付けるための中空軸を旋回させ
て工具に旋回運動を与えると共に、上記中空軸中
を貫通し一端が工具揺動機構に連結され、中間部
で相対回転自在に連結された進退軸を往復運動さ
せて工具に揺動運動を起こさせるロボツト、マニ
プレータ等の手首機構に於いて、上記進退軸の他
端部に一端が連結された往復運動用油圧シリンダ
装置と、上記往復運動用油圧シリンダ装置の他端
に一端が連結され、その他端に中間胴部より大径
の頭部が形成されてなるピストンロツドと、上記
ピストンロツドが軸方向に摺動自在に装着され、
中間に形成した上記頭部より大径の小径段部を挟
んで直列同軸に形成された第1及び第2のシリン
ダ室を有する過負荷防止用油圧シリンダと、上記
ピストンロツドの中間胴部に摺動自在に嵌着さ
れ、外径が前記小径段部より大径で上記第1のシ
リンダ室内に摺動自在に装着された円筒状の第1
のフローテイングピストンと、前記小径段部より
大径の外径を有し、前記第2のシリンダ室内にお
いて前記ピストンロツドの頭部に押されて摺動自
在の第2のフローテイングピストンとを具備して
なることを特徴とするロボツト、マニプレータ等
の手首機構であるから、ロータリサーボモータの
入力側に手首を作動させるアクチユエータを設け
ることが出来、従来のように手首の出力側に大型
のアクチユエータを設ける必要がなく、また従来
のように自由揺動を許すようなフローテイング機
構ではなく、2個のフローテイングピストンによ
り常時正確な位置決めを行いつつ、過負荷時にの
み固定状態が解除されるフローテイング機構を設
けたので、常時は正確な位置決めを行うことがで
き、手首機構及びアーム部分の小型軽量化を図る
事が出来るものであり、さらに手首先端に設けた
工具等が作業対象や障害物に衝突した場合でもア
クチユエータの過負荷や手首部分等の損傷を生じ
る危険性がなく、例えばスカーフイング用マニプ
レータ等に適用して好適である。
As described above, according to the present invention, a hollow shaft for attaching a tool provided at the tip of the wrist is rotated to give a turning motion to the tool, and the hollow shaft is passed through the hollow shaft and one end is connected to the tool swing mechanism. In the wrist mechanism of a robot, manipulator, etc., which causes a tool to swing motion by reciprocating a forward/backward shaft that is relatively rotatably connected at an intermediate portion, one end is connected to the other end of the forward/backward shaft. a reciprocating hydraulic cylinder device; a piston rod having one end connected to the other end of the reciprocating hydraulic cylinder device and a head having a larger diameter than the intermediate body portion formed at the other end; Slidably attached,
A hydraulic cylinder for overload prevention has first and second cylinder chambers formed in series and coaxially across a small-diameter stepped portion having a larger diameter than the head formed in the middle, and a hydraulic cylinder that slides on the intermediate body of the piston rod. a cylindrical first cylinder that is freely fitted and has an outer diameter larger than the small diameter stepped portion and is slidably installed in the first cylinder chamber;
a floating piston, and a second floating piston having an outer diameter larger than that of the small-diameter stepped portion and slidable within the second cylinder chamber by being pushed by the head of the piston rod. Since the wrist mechanism of robots, manipulators, etc. is characterized by the fact that This is not necessary, and instead of a floating mechanism that allows free swinging as in the past, the floating mechanism uses two floating pistons to ensure accurate positioning at all times, and only releases the fixed state when overloaded. This feature allows accurate positioning at all times, making it possible to make the wrist mechanism and arm part smaller and lighter, and to prevent tools, etc. installed at the tip of the wrist from colliding with work objects or obstacles. Even in such a case, there is no risk of overloading the actuator or damage to the wrist portion, etc., and it is suitable for application to, for example, a manipulator for scarfing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例であるスカーフイン
グ用マニプレータの側面図、第2図は同マニプレ
ータの手首機構の斜視図、第3図は同手首機構の
側断面図(同機構を制御する為の油圧回路を含
む)、第4図は第3図に於けるA−A矢視断面図
である。 (符号の説明)、3……手首、4……工具、2
0……中空軸、29……進退軸、31,32……
工具揺動機構、30……スラスト軸受、27……
油圧シリンダ、37a,37b……フローテイン
グピストン。
Fig. 1 is a side view of a manipulator for scarfing which is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view of the wrist mechanism of the manipulator, and Fig. 3 is a side sectional view of the wrist mechanism (controlling the mechanism). 4 is a sectional view taken along the line A-A in FIG. 3. (Explanation of symbols), 3...Wrist, 4...Tool, 2
0...Hollow shaft, 29...Advance/retreat axis, 31, 32...
Tool swing mechanism, 30... Thrust bearing, 27...
Hydraulic cylinder, 37a, 37b...floating piston.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 手首の先端に設ける工具を取り付けるための
中空軸を旋回させて工具に旋回運動を与えると共
に、上記中空軸中を貫通し一端が工具揺動機構に
連結され、中間部で相対回転自在に連結された進
退軸を往復運動させて工具に揺動運動を起こさせ
るロボツト、マニプレータ等の手首機構に於い
て、 上記進退軸の他端部に一端が連結された往復運
動用油圧シリンダ装置と、 上記往復運動用油圧シリンダ装置の他端に一端
が連結され、その他端に中間胴部より大径の頭部
が形成されてなるピストンロツドと、 上記ピストンロツドが軸方向に摺動自在に装着
され、中間に形成した上記頭部より大径の小径段
部を挟んで直列同軸に形成された第1及び第2の
シリンダ室を有する過負荷防止用油圧シリンダ
と、 上記ピストンロツドの中間胴部に摺動自在に嵌
着され、外径が前記小径段部より大径で上記第1
のシリンダ室内に摺動自在に装着された円筒状の
第1のフローテイングピストンと、 前記小径段部より大径の外径を有し、前記第2
のシリンダ室内において前記ピストンロツドの頭
部に押されて摺動自在の第2のフローテイングピ
ストンとを具備してなることを特徴とするロボツ
ト、マニプレータ等の手首機構。
[Scope of Claims] 1. A hollow shaft for attaching a tool provided at the tip of the wrist is rotated to give a turning motion to the tool, and the hollow shaft passes through the hollow shaft and one end is connected to a tool swinging mechanism, and an intermediate portion In wrist mechanisms such as robots and manipulators that cause swinging motion in tools by reciprocating the forward and backward shafts that are connected to each other so as to be relatively rotatable, the reciprocating shaft has one end connected to the other end of the forward and backward shaft. a hydraulic cylinder device; a piston rod having one end connected to the other end of the reciprocating hydraulic cylinder device and a head having a larger diameter than the intermediate body portion formed at the other end; the piston rod being slidable in the axial direction; an overload prevention hydraulic cylinder having first and second cylinder chambers formed in series and coaxially across a small-diameter stepped portion having a larger diameter than the head formed in the middle; and an intermediate body of the piston rod. The first step has an outer diameter larger than the small-diameter stepped portion.
a cylindrical first floating piston slidably mounted in a cylinder chamber of the cylinder;
A wrist mechanism for a robot, a manipulator, etc., comprising a second floating piston that is slidable by being pushed by the head of the piston rod in the cylinder chamber of the robot.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019007525A1 (en) 2018-10-31 2020-04-30 Mitutoyo Corporation SURFACE PROPERTY MEASURING METHOD, COMPUTER PROGRAM PRODUCT AND SURFACE PROPERTY MEASURING DEVICE
DE102019007304A1 (en) 2018-10-24 2020-04-30 Mitutoyo Corporation SURFACE PROPERTY MEASURING DEVICE, CONTROLLED OR. CONTROL PROCEDURE THEREFOR AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT

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