WO2022059632A1 - バランサおよびロボットシステム - Google Patents

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Fanuc Corp
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008—Balancing devices
    • B25J19/0016—Balancing devices using springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/086—Proximity sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices

Definitions

  • This disclosure relates to balancers and robot systems.
  • a balancer is known that is arranged between a robot's swivel barrel and a first arm that is rotationally driven with respect to the swivel barrel around a horizontal first axis, and for compensating for the gravitational load acting on the first arm. (See, for example, Patent Document 1).
  • the current value of the motor that rotationally drives the first arm with respect to the swivel cylinder is monitored to detect a decrease in the generation force of the balancer.
  • the balancer is rotatably attached to the first arm and the swivel cylinder around the axis parallel to the first axis by bearings.
  • the generated force of the balancer is transmitted to the first arm and the swivel body via the bearing to generate an auxiliary torque for compensating the gravitational load.
  • the balancer's mounting parts, swivel cylinder, or first arm may be damaged, so the bearings are damaged or worn early. Need to be detected. However, even if the bearing is damaged or worn, the current value of the motor does not fluctuate significantly, and the abnormality of the bearing cannot be detected by the current value of the motor. Therefore, it is desired to detect bearing damage or wear at an early stage.
  • One aspect of the present disclosure is one aspect of the first member of a robot including a first member and a second member rotationally driven around the rotation axis with respect to the first member, to one of the first member and the second member.
  • a housing rotatably mounted around the first mounting axis parallel to the rotation axis by bearings, and a second mounting parallel to the rotation axis by a second bearing on the other of the first member or the second member.
  • a balancer including a sensor that detects at least one of a positional relationship between the first mounting axis and the housing and a positional relationship between the second mounting axis and the rod in parallel directions.
  • 2 is a partial vertical sectional view illustrating a moving direction of the housing due to wear of a bearing that rotatably supports the housing of the balancer and the first shaft of FIG. 2.
  • 2 is a partial vertical sectional view illustrating a moving direction of the rod due to wear of a bearing that rotatably supports the rod of the balancer and the second shaft of FIG. 2. It is a vertical cross-sectional view explaining the difference between the distance detected by the sensor in the balancer of FIG. 2 and the distance at normal time. It is a vertical sectional view which shows the modification of the balancer of FIG.
  • the robot system 100 includes a robot 110 and a control device 120 for controlling the robot 110.
  • the robot 110 is, for example, a vertical 6-axis articulated robot.
  • the robot 110 has a base 111 installed on the floor surface F, a swivel body (first member) 112 that can rotate with respect to the base 111 around the first axis A extending in the vertical direction, and a horizontal second axis (rotation).
  • a first arm (second member) 113 that can rotate with respect to the swivel cylinder 112 around the axis) B, and a balancer 1 are provided.
  • the balancer 1 includes a housing 2, a rod 3, a movable plate (movable member) 4, a compression coil spring (force generating means) 5, and a sensor 6.
  • the housing 2 is arranged on a cylindrical main body portion 7, a flat plate-shaped front end plate (end plate) 8 and a rear end plate (end plate) 9 that close both ends of the main body portion 7 in the axial direction, and a front end plate 8. It includes a bearing 12 that movably supports the rod 3 in the longitudinal direction.
  • Each mounting portion 10 is formed in a cylindrical shape extending radially outward from the outer peripheral surface of the main body portion 7 in the same straight line in opposite directions, and has an inner hole 11 having a circular cross section.
  • the front end plate 8 is provided with a through hole 13 penetrating in the plate thickness direction in the center, a bearing 12 is arranged in the through hole 13, and the bearing 12 into which the rod 3 is inserted allows the bearing 12 to move in the axial direction of the main body 7. Is supported by.
  • a mounting bracket 14 is fixed to one end of a rod 3 arranged outside the housing 2.
  • the mounting bracket 14 is provided with a through hole 15 penetrating in a direction orthogonal to the longitudinal axis C of the rod 3.
  • a movable plate 4 is fixed to the other end of the rod 3 arranged in the housing 2 by fastening the male screw 3a formed on the rod 3 and the nut 16.
  • the movable plate 4 is formed in a disk shape having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the main body 7.
  • the compression coil spring 5 is arranged in a compressed state between the front end plate 8 through which the rod 3 penetrates and the movable plate 4.
  • the rod 3 is always subjected to the force generated by the compression coil spring 5 in the direction of being drawn into the housing 2. Further, when the rod 3 is moved in the direction of being pulled out from the housing 2, the amount of compression of the compression coil spring 5 is increased, and the force for pulling the rod 3 into the housing 2 is increased.
  • the sensor 6 is, for example, a non-contact distance sensor such as a laser displacement meter, is fixed to the outside of the rear end plate 9 of the housing 2, passes through a through hole 17 provided in the rear end plate 9, and passes through the rod 3. A laser beam is irradiated toward the end, and the reflected light at the end of the rod 3 is detected.
  • reference numeral 18 is a bracket for attaching the sensor 6 to the rear end plate 9 of the housing 2.
  • Measuring the distance from the tip of the sensor 6 fixed to the housing 2 to the end of the rod 3 means detecting the positional relationship between the rod 3 and the housing 2.
  • the balancer 1 configured in this way is between the swivel cylinder 112 and the first arm 113 by a pair of first shafts 19 fixed to the swivel cylinder 112 and a second shaft 20 fixed to the first arm 113. It is attached.
  • the first shaft 19 and the second shaft 20 are arranged in parallel with the second axis B, respectively, at intervals from each other.
  • the first shaft 19 fixed to the swivel body 112 is inserted into the inner hole 11 of the mounting portion 10 provided in the housing 2 of the balancer 1, and is between the outer surface of the first shaft 19 and the inner surface of the inner hole 11.
  • the housing 2 is rotatably supported around the first mounting axis X by an arranged bearing, for example, a slide bearing (first bearing) 21.
  • the second shaft 20 fixed to the first arm 113 is inserted into the through hole 15 provided in the mounting bracket 14 of the rod 3, and is arranged between the outer surface of the second shaft 20 and the inner surface of the through hole 15.
  • the rod 3 is rotatably supported around the second mounting axis Y by a bearing, for example, a rolling bearing (second bearing) 22.
  • the amount of compression of the compression coil spring 5 is larger when the first arm 113 is inclined forward or backward with respect to the vertical direction than when the first arm 113 is arranged in the vertical direction. ..
  • the state in which the first arm 113 is inclined forward or backward with respect to the vertical direction includes the first mounting axis X and the second mounting axis Y rather than the state in which the first arm 113 is arranged in the vertical direction.
  • the distance between the plane and the second axis B becomes large.
  • the auxiliary torque generated by the balancer 1 can be changed in a pattern that is large when the gravitational load torque acting on the first arm 113 is large and small when the gravitational load torque is small, over the entire operating range of the first arm 113. , The load on the motor can be reduced.
  • the control device 120 includes at least one processor, at least one memory, and a display (notification unit) 121.
  • the first arm 113 is arranged at a predetermined angle with respect to the swivel cylinder 112, for example, 0 °, that is, the first arm 113 is arranged in the vertical direction as shown in FIG.
  • the distance detected by the sensor 6 is stored.
  • the sliding bearing 21 and the rolling bearing 22 supporting the balancer 1 are at the time of shipment of the robot 110 or immediately after the first and second bearings 21 and 22 supporting the balancer 1 are replaced. It indicates the time when it has not deteriorated.
  • the distance to be stored may be the distance actually detected by the sensor 6 or the design value may be stored.
  • the processor of the control device 120 manually, periodically, or while the robot 110 is in operation, the distance detected by the sensor 6 with the first arm 113 arranged in the vertical direction. , Calculate the difference from the normal distance stored in the memory. Then, the processor of the control device 120 determines whether or not the calculated absolute value ⁇ of the difference exceeds a predetermined threshold value, and when it is determined that the absolute value ⁇ of the difference exceeds the threshold value, the balancer 1 Notifies the display 121 that an abnormal state has occurred.
  • the elastic force of the compression coil spring 5 acts in a direction in which the rod 3 is always drawn into the housing 2. Therefore, the slide bearing 21 provided on the first shaft 19 side is provided with the elastic force of the compression coil spring 5 only on the rear side of the first shaft 19 in order to support the housing 2 pulled forward by the compression coil spring 5.
  • the load acts. Further, in order to support the rod 3 pulled backward by the compression coil spring 5 in the rolling bearing 22 provided on the second shaft 20 side, the elastic force of the compression coil spring 5 is applied only to the front side of the second shaft 20. The load acts.
  • the distance detected by the sensor 6 is stored in the normal state as shown by the chain line in FIG. 5, regardless of whether the sliding bearing 21 is worn or the rolling bearing 22 is worn. Is smaller than the distance of.
  • the display 121 indicates that the display 121 is in an abnormal state. Be notified.
  • the bearings 21 and 22 can be replaced before the sliding bearing 21 and the rolling bearing 22 supporting the balancer 1 are further worn and adversely affect other parts. There is an advantage.
  • the abnormal state is detected by detecting the positional relationship between the rod 3 and the housing 2 that changes due to the wear. Can be dealt with.
  • the abnormal state can be detected earlier by the total value of the wear amounts of both the bearings 21 and 22.
  • the balancer 1 that generates a force in the direction of pulling the rod 3 into the housing 2 by the compression coil spring 5 is exemplified.
  • a compression coil spring 5 is arranged between the movable plate 4 and the rear end plate 9, and the compression coil spring 5 exerts a force in the direction of pushing out the rod 3 from the inside of the housing 2.
  • the balancer 1 to be generated may be adopted.
  • a through hole 23 may be provided in the front end plate 8 and the distance to the movable plate 4 may be detected by a sensor 6 such as a laser displacement meter fixed to the front end plate 8. Then, the distance or design value detected by the sensor 6 in the normal state is stored, and the absolute value ⁇ of the difference between the distance detected by the sensor and the normal distance as needed or periodically sets the threshold value. It may be determined whether or not it exceeds the limit.
  • a laser displacement meter fixed to the rear end plate 9 is adopted as the sensor 6, and the reflected light of the laser light on the end face of the rod 3 is detected.
  • the distance to the movable plate 4 (or nut 16) fixed to the rod 3 may be detected.
  • the angle of the first arm 113 with respect to the swivel cylinder 112 when detecting the distance can be arbitrarily set.
  • the distance obtained by subtracting the threshold value from the normal distance is stored as a new threshold value, and whether or not the detected distance is equal to or less than the new threshold value is stored. May be determined.
  • the distance corresponding to the new threshold is usually outside the stroke end and is a distance that cannot be reached in the normal operating state of the robot 110.
  • the abnormal state can be detected when the detected distance becomes equal to or less than the threshold value without setting the angle of the first arm 113 with respect to the swivel cylinder 112 when detecting the distance.
  • a contact type switch such as a limit switch (switch) 24 or a non-contact type such as a proximity sensor.
  • a switch may be adopted. Even in this case, by arranging the limit switch 24 at a position where the rod 3 operates at a position beyond the stroke end, an abnormal state can be detected when the limit switch 24 operates.
  • the light emitter 25 and the light receiver 26 are arranged so as to face the main body 7 of the housing 2, and the light emitter is used.
  • An optical sensor in which the optical axis L of the light emitted from the 25 is arranged at a position beyond the stroke end of the rod 3 may be adopted.
  • the balancer 1 can be applied not only to a spring balancer having a built-in compression coil spring 5 but also to a case where a gas balancer filled with gas is used.
  • the displacement of the housing 2 with respect to the first shaft 19 and the displacement of the rod 3 with respect to the second shaft 20 are totaled. It was determined whether or not it was in an abnormal state.
  • the first mounting axis X in the axial direction of the housing 2 (direction orthogonal to both the first mounting axis X and the second mounting axis Y) and the outer surface of the mounting portion 10 ( The distance to the housing 2) may be detected by the sensor 6. Further, as shown in FIG.
  • the second mounting axis Y in the axial direction of the rod 3 (direction orthogonal to both the first mounting axis X and the second mounting axis Y) and the end surface (rod 3) of the mounting bracket 14
  • the distance may be detected by the sensor 6. Further, the distances of FIGS. 11 and 12 may be detected separately.
  • the bearings 21 and 22 are detected separately and abnormal using different threshold values. It may be determined whether or not it is in a state. For example, the amount of wear of the rolling bearing 22 tends to be larger than that of the sliding bearing 21, and in the example of FIG. 1, the amount of wear of the two sliding bearings 21 is sufficiently smaller than that of the single rolling bearing 22. Therefore, it is possible to individually detect the wear of the bearings 21 and 22 and take early countermeasures by detecting the fluctuation of the distance for each of the bearings 21 and 22 and determining whether or not the abnormal state is caused by different threshold values. can.
  • the vertical 6-axis articulated robot is exemplified, but the form of the robot 110 may be arbitrary.
  • the housing 2 is rotatably supported by the swivel body 112 and the rod 3 is rotatably supported by the first arm 113, the opposite may be true.
  • the support position of the housing 2 in the swivel body 112 is set to an intermediate position in the axial direction of the housing 2, it may be applied to the balancer 1 in which the housing 2 is supported behind the rear end plate 9.

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Abstract

第１部材と、第１部材に対して回転軸線回りに回転駆動される第２部材とを備えるロボットの第１部材または第２部材の一方に、第１軸受（２１）によって、回転軸線に平行な第１取付軸線（Ｘ）回りに回転可能に取り付けられるハウジング（２）と、第１部材または第２部材の他方に、第２軸受（２２）によって、回転軸線に平行な第２取付軸線（Ｙ）回りに回転可能に一端が取り付けられるロッド（３）と、ロッド（３）をハウジング（２）内に引き込む方向またはハウジング（２）から押し出す方向の力を発生させる力発生手段（５）と、第１取付軸線（Ｘ）および第２取付軸線（Ｙ）に直交する方向におけるハウジング（２）とロッド（３）との位置関係を検出するセンサ（６）とを備えるバランサ（１）である。

Description

バランサおよびロボットシステム
　本開示は、バランサおよびロボットシステムに関するものである。
　ロボットの旋回胴と、水平な第１軸線回りに旋回胴に対して回転駆動される第１アームとの間に配置され、第１アームに作用する重力負荷を補償するためのバランサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　このバランサを備えるロボットにおいては、旋回胴に対して第１アームを回転駆動するモータの電流値を監視して、バランサの発生力の低下を検出している。
特開２０１４－１９５８４９号公報
　バランサは第１軸線に平行な軸線回りに、軸受によって回転可能に、第１アームおよび旋回胴にそれぞれ取り付けられる。バランサの発生力は軸受を経由して第１アームおよび旋回胴に伝達され重力負荷を補償するための補助トルクを発生する。
　ロボットの稼働時間が長くなり、バランサの発生力を支持する軸受に損傷および摩耗が進行すると、バランサの取付部品、旋回胴あるいは第１アームが損傷する虞があるので、軸受の損傷あるいは摩耗を早期に検出する必要がある。しかし、軸受が損傷あるいは摩耗しても、モータの電流値は大きく変動せず、モータの電流値によって軸受の異常を検出することはできない。
　したがって、軸受の損傷あるいは摩耗を早期に検出することが望まれている。
　本開示の一態様は、第１部材と、該第１部材に対して回転軸線回りに回転駆動される第２部材とを備えるロボットの前記第１部材または前記第２部材の一方に、第１軸受によって、前記回転軸線に平行な第１取付軸線回りに回転可能に取り付けられるハウジングと、前記第１部材または前記第２部材の他方に、第２軸受によって、前記回転軸線に平行な第２取付軸線回りに回転可能に一端が取り付けられるロッドと、該ロッドを前記ハウジング内に引き込む方向または前記ハウジングから押し出す方向の力を発生させる力発生手段と、前記第１取付軸線および前記第２取付軸線に直交する方向における前記第１取付軸線と前記ハウジングとの位置関係および前記第２取付軸線と前記ロッドとの位置関係の少なくとも１つを検出するセンサとを備えるバランサである。
本開示の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。 本開示の一実施形態に係るバランサを示す縦断面図である。 図２のバランサのハウジングと第１シャフトとを回転可能に支持する軸受の摩耗によるハウジングの移動方向を説明する部分的な縦断面図である。 図２のバランサのロッドと第２シャフトとを回転可能に支持する軸受の摩耗によるロッドの移動方向を説明する部分的な縦断面図である。 図２のバランサにおいてセンサにより検出される距離と正常時の距離との差分を説明する縦断面図である。 図２のバランサの変形例を示す縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサの配置の変形例を示す縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサの変形例を示す縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサの他の変形例を示す縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサの配置の変形例を示す縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサ代えて、ハウジングと第１取付軸線との距離を検出するセンサの配置例を示す部分的な縦断面図である。 図２のバランサにおけるセンサ代えて、ロッドと第２取付軸線との距離を検出するセンサの配置例を示す部分的な縦断面図である。
　本開示の一実施形態に係るバランサ１およびロボットシステム１００について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るロボットシステム１００は、図１に示されるように、ロボット１１０と、ロボット１１０を制御する制御装置１２０とを備えている。
　ロボット１１０は、例えば、垂直６軸多関節型のロボットである。ロボット１１０は、床面Ｆに設置されるベース１１１と、鉛直方向に延びる第１軸線Ａ回りにベース１１１に対して回転可能な旋回胴（第１部材）１１２と、水平な第２軸線（回転軸線）Ｂ回りに旋回胴１１２に対して回転可能な第１アーム（第２部材）１１３と、バランサ１とを備えている。
　バランサ１は、図２に示されるように、ハウジング２と、ロッド３と、可動板（可動部材）４と、圧縮コイルバネ（力発生手段）５と、センサ６とを備えている。
　ハウジング２は、円筒状の本体部７と、本体部７の軸方向の両端を閉塞する平板状の前端板（端板）８および後端板（端板）９と、前端板８に配置されロッド３を長手方向に移動可能に支持する軸受１２とを備えている。
　本体部７の外周面には、軸方向の途中位置に、軸を挟んで正反対に配置された一対の取付部１０が設けられている。各取付部１０は、本体部７の外周面から径方向外方に向かって同一直線上に正反対の方向に延びる円筒状に形成され、横断面円形の内孔１１を備えている。
　前端板８には、中央に板厚方向に貫通する貫通孔１３が設けられ、この貫通孔１３に軸受１２が配置され、ロッド３が挿入された軸受１２によって本体部７の軸方向に移動可能に支持されている。ハウジング２外に配置されるロッド３の一端には、取付ブラケット１４が固定されている。取付ブラケット１４にはロッド３の長手軸Ｃに直交する方向に貫通する貫通孔１５が設けられている。
　ハウジング２内に配置されるロッド３の他端には、ロッド３に形成された雄ねじ３ａとナット１６との締結により、可動板４が固定されている。可動板４は、本体部７の内径よりも若干小さい外径寸法の円板状に形成されている。
　本実施形態においては、ロッド３が貫通している前端板８と可動板４との間に、圧縮コイルバネ５が圧縮された状態で配置されている。これにより、ロッド３が、常に、ハウジング２内に引き込まれる方向に圧縮コイルバネ５の発生する力を受けている。また、ロッド３がハウジング２から引き出される方向に移動させられると、圧縮コイルバネ５の圧縮量が増大し、ロッド３をハウジング２内に引き込む力が増大させられる。
　センサ６は、例えば、レーザ変位計等の非接触の距離センサであり、ハウジング２の後端板９の外側に固定され、後端板９に設けられた貫通孔１７を透過してロッド３の末端に向けてレーザ光を照射し、ロッド３の末端における反射光を検出する。図中、符号１８はセンサ６をハウジング２の後端板９に取り付けるブラケットである。
　これにより、センサ６の先端からロッド３の末端までの距離を測定することができる。ハウジング２に固定されたセンサ６の先端からロッド３の末端までの距離を測定することは、すなわち、ロッド３とハウジング２との位置関係を検出することを意味している。
　このように構成されたバランサ１は、旋回胴１１２に固定される一対の第１シャフト１９および第１アーム１１３に固定される第２シャフト２０によって、旋回胴１１２と第１アーム１１３との間に取り付けられる。第１シャフト１９および第２シャフト２０は、それぞれ第２軸線Ｂと平行に、相互に間隔をあけて配置されている。
　旋回胴１１２に固定される第１シャフト１９は、バランサ１のハウジング２に設けられた取付部１０の内孔１１内に挿入され、第１シャフト１９の外面と内孔１１の内面との間に配置された軸受、例えば、滑り軸受（第１軸受）２１によって、ハウジング２を第１取付軸線Ｘ回りに回転可能に支持している。
　第１アーム１１３に固定される第２シャフト２０は、ロッド３の取付ブラケット１４に設けられた貫通孔１５内に挿入され、第２シャフト２０の外面と貫通孔１５の内面との間に配置された軸受、例えば、転がり軸受（第２軸受）２２によって、ロッド３を第２取付軸線Ｙ回りに回転可能に支持している。
　これにより、旋回胴１１２に対して第１アーム１１３を第２軸線Ｂ回りに回転させると、第１アーム１１３に固定された第２シャフト２０が第２軸線Ｂ回りに移動する結果、第１取付軸線Ｘと第２取付軸線Ｙとの間の距離が変化し、ハウジング２内部の圧縮コイルバネ５の圧縮量が変化する。第１アーム１１３が鉛直方向に配置されている図１の状態では、第１アーム１１３に作用する重力負荷トルクが最も小さく、第１アーム１１３が前方または後方に倒れて、鉛直方向に対する傾斜角度が大きくなるほど、第１アーム１１３に作用する重力負荷トルクが大きくなる。
　一方、バランサ１においては、第１アーム１１３が鉛直方向に配置されている状態よりも、鉛直方向に対して前方または後方に傾斜している状態の方が、圧縮コイルバネ５の圧縮量が大きくなる。しかも、第１アーム１１３が鉛直方向に配置されている状態よりも、鉛直方向に対して前方または後方に傾斜している状態の方が、第１取付軸線Ｘと第２取付軸線Ｙとを含む平面と第２軸線Ｂとの距離が大きくなる。
　その結果、バランサ１によって発生する補助トルクを、第１アーム１１３に作用する重力負荷トルクが大きいときに大きく、小さいときに小さくなるパターンで変化させることができ、第１アーム１１３の動作範囲全体にわたって、モータの負荷を軽減することができる。
　制御装置１２０は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリと、ディスプレイ（報知部）１２１とを備えている。
　制御装置１２０は、正常時において、旋回胴１１２に対して第１アーム１１３が所定の角度、例えば、０°、すなわち、図１に示されるように、第１アーム１１３が鉛直方向に配置されているときに、センサ６により検出された距離を記憶している。
　ここで、正常時は、ロボット１１０の出荷時、あるいはバランサ１を支持する第１および第２軸受２１，２２が交換された直後の時点等、バランサ１を支持する滑り軸受２１および転がり軸受２２が劣化していない時点を示している。記憶する距離としては、センサ６により実際に検出された距離でもよいし、設計値を記憶してもよい。
　また、制御装置１２０のプロセッサは、必要に応じて手動により、定期的に、あるいは、ロボット１１０の稼働中に第１アーム１１３が鉛直方向に配置された状態で、センサ６により検出された距離と、メモリに記憶されている正常時の距離との差分を算出する。そして、制御装置１２０のプロセッサは、算出された差分の絶対値Δが所定の閾値を超えているか否かを判定し、差分の絶対値Δが閾値を超えていると判定した場合に、バランサ１に異常状態が発生した旨をディスプレイ１２１に報知する。
　このように構成された本実施形態に係るバランサ１およびロボットシステム１００の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係るバランサ１によれば、圧縮コイルバネ５の弾発力がロッド３をハウジング２内に常に引き込む方向に作用する。したがって、第１シャフト１９側に備えられた滑り軸受２１には、圧縮コイルバネ５によって前方に引っ張られるハウジング２を支持するために、第１シャフト１９の後方側のみに圧縮コイルバネ５の弾発力による荷重が作用する。また、第２シャフト２０側に備えられた転がり軸受２２には、圧縮コイルバネ５によって後方に引っ張られるロッド３を支持するために、第２シャフト２０の前方側のみに圧縮コイルバネ５の弾発力による荷重が作用する。
　そして、上述したように偏った荷重が常に作用している状態で、ロボット１１０が長時間にわたって稼働することにより、滑り軸受２１が摩耗した場合には、図３に矢印Ｐにより示されるように、ハウジング２が第１シャフト１９に対して前方に移動する。また、転がり軸受２２が摩耗した場合には、図４に示されるように、ロッド３が矢印Ｑにより示されるように、第２シャフト２０に対して後方に移動する。図３および図４において、ハッチングが付された部分の軸受２１，２２に摩耗が生じているものとする。
　その結果、滑り軸受２１が摩耗した場合および転がり軸受２２が摩耗した場合のいずれの場合においても、図５に鎖線で示されるように、センサ６により検出される距離は、記憶されている正常時の距離よりも小さくなる。
　本実施形態に係るロボットシステム１００によれば、センサ６により検出された距離と正常時の距離との差分の絶対値Δが所定の閾値を超える場合には、ディスプレイ１２１に異常状態である旨が報知される。これにより、バランサ１を支持する滑り軸受２１および転がり軸受２２の摩耗がそれ以上に進行して、他の部品に悪影響が及ぶ前に、軸受２１，２２を交換するなどの処置を施すことができるという利点がある。
　すなわち、モータの電流値によって軸受２１，２２の初期の摩耗を検出することは困難であるが、摩耗によって変化するロッド３とハウジング２との位置関係を検出することにより、異常状態を検出して対処することができる。特に、ロッド３およびハウジング２をそれぞれ支持する軸受２１，２２が同時進行的に摩耗する場合に、両軸受２１，２２の摩耗量の合計値によって、より早期に異常状態を検出することができる。
　なお、本実施形態においては、圧縮コイルバネ５によって、ハウジング２内にロッド３を引き込む方向に力を発生させるバランサ１を例示した。これに代えて、図６に示されるように、圧縮コイルバネ５を可動板４と後端板９との間に配置して、圧縮コイルバネ５によって、ハウジング２内からロッド３を押し出す方向に力を発生させるバランサ１を採用してもよい。
　この場合には、前端板８に貫通孔２３を設け、前端板８に固定したレーザ変位計等のセンサ６によって、可動板４までの距離を検出すればよい。そして、正常時においてセンサ６により検出された距離あるいは設計値を記憶しておき、必要に応じてあるいは定期的にセンサにより検出された距離と正常時の距離との差分の絶対値Δが閾値を超えているか否かを判定すればよい。
　また、本実施形態においては、センサ６として、後端板９に固定したレーザ変位計を採用し、ロッド３の端面におけるレーザ光の反射光を検出することとした。これに代えて、図７に示されるように、ロッド３に固定された可動板４（あるいはナット１６）までの距離を検出することにしてもよい。
　また、本実施形態においては、正常時の距離を記憶して検出された距離との差分の絶対値Δが閾値を超えるか否かを判定した。これにより、距離を検出する際の旋回胴１１２に対する第１アーム１１３の角度を任意に設定することができる。
　これに代えて、ロッド３のストロークエンドにおいて距離を検出する場合には、正常時の距離から閾値を減算した距離を新たな閾値として記憶し、検出された距離が新たな閾値以下となったか否かを判定してもよい。新たな閾値に対応する距離は、通常はストロークエンド外にあり、ロボット１１０の通常の動作状態では到達し得ない距離である。これにより、距離を検出する際の旋回胴１１２に対する第１アーム１１３の角度を設定することなく、検出された距離が閾値以下となった時点で異常状態を検出することができる。
　また、センサとして、レーザ変位計等の距離センサ６に代えて、図８に示されるように、リミットスイッチ（スイッチ）２４のような接触式のスイッチ、あるいは、近接センサのような非接触式のスイッチを採用してもよい。この場合においても、ロッド３がストロークエンドを超えた位置において作動する位置にリミットスイッチ２４を配置することにより、リミットスイッチ２４が作動した時点で異常状態を検出することができる。
　また、センサとして、レーザ変位計等の距離センサ６に代えて、図９に示されるように、発光器２５と受光器２６とをハウジング２の本体部７に対向して配置して、発光器２５から発せられる光の光軸Ｌをロッド３のストロークエンドを超えた位置に配置した光学式のセンサを採用してもよい。軸受２１，２２の摩耗により、ハウジング２とロッド３との位置関係が変化したときに、ロッド３（または、可動板４あるいはナット１６）が光軸Ｌを遮ることにより差分の絶対値Δが閾値を超えたことを検出することができる。
　また、後端板９とロッド３との間の距離をセンサ６により検出することに代えて、図１０に示されるように、前端板８と取付ブラケット１４との距離をセンサ６により検出してもよい。ハウジング２の内部にセンサ６を配置しなくて済むので、バランサ１として、圧縮コイルバネ５を内蔵したバネバランサの他、ガスを封入したガスバランサを採用する場合にも適用することができる。
　また、本実施形態においては、ハウジング２とロッド３との位置関係をセンサ６により検出したので、第１シャフト１９に対するハウジング２の変位と、第２シャフト２０に対するロッド３の変位とを合計した変位によって異常状態か否かを判定した。
　これに代えて、図１１に示されるように、ハウジング２の軸方向（第１取付軸線Ｘおよび第２取付軸線Ｙの両方に直交する方向）の第１取付軸線Ｘと取付部１０の外面（ハウジング２）との距離をセンサ６により検出してもよい。また、図１２に示されるようにロッド３の軸方向（第１取付軸線Ｘおよび第２取付軸線Ｙの両方に直交する方向）の第２取付軸線Ｙと取付ブラケット１４の端面（ロッド３）との距離をセンサ６により検出してもよい。また、図１１および図１２の距離を別々に検出してもよい。
　支持する軸受２１，２２の種類あるいは各軸受２１，２２に係る荷重の違いによって軸受２１，２２の摩耗の程度が異なるため、軸受２１，２２毎に別々に検出して、異なる閾値を用いて異常状態であるか否かを判定してもよい。例えば、転がり軸受２２の摩耗量は滑り軸受２１よりも大きくなり易く、図１の例では、２つの滑り軸受２１の摩耗量は単一の転がり軸受２２よりも十分に小さい。したがって、軸受２１，２２毎に距離の変動を検出して異なる閾値によって異常状態であるか否かを判定することにより、軸受２１，２２の摩耗を個別に発見して、早期に対策することができる。
　また、本実施形態においては、垂直６軸多関節型ロボットを例示したが、ロボット１１０の形式は任意でよい。また、ハウジング２を旋回胴１１２に、ロッド３を第１アーム１１３にそれぞれ回転可能に支持させることとしたが、逆でもよい。また、旋回胴１１２におけるハウジング２の支持位置をハウジング２の軸方向の途中位置に設定したが、後端板９よりも後方において支持する方式のバランサ１に適用してもよい。
　１　バランサ
　２　ハウジング
　３　ロッド
　４　可動板（可動部材）
　５　圧縮コイルバネ（力発生手段）
　６　距離センサ（センサ）
　７　本体部
　８　前端板（端板）
　９　後端板（端板）
　２１　滑り軸受（第１軸受）
　２２　転がり軸受（第２軸受）
　２４　リミットスイッチ（スイッチ、センサ）
　２５　発光器（センサ）
　２６　受光器（センサ）
　１００　ロボットシステム
　１１０　ロボット
　１１２　旋回胴（第１部材）
　１１３　第１アーム（第２部材）
　１２１　ディスプレイ（報知部）
　Ｂ　第２軸線（回転軸線）
　Ｘ　第１取付軸線
　Ｙ　第２取付軸線

Claims (6)

  1. 　第１部材と、該第１部材に対して回転軸線回りに回転駆動される第２部材とを備えるロボットの前記第１部材または前記第２部材の一方に、第１軸受によって、前記回転軸線に平行な第１取付軸線回りに回転可能に取り付けられるハウジングと、
    　前記第１部材または前記第２部材の他方に、第２軸受によって、前記回転軸線に平行な第２取付軸線回りに回転可能に一端が取り付けられるロッドと、
    　該ロッドを前記ハウジング内に引き込む方向または前記ハウジングから押し出す方向の力を発生させる力発生手段と、
    　前記第１取付軸線および前記第２取付軸線に直交する方向における前記第１取付軸線と前記ハウジングとの位置関係および前記第２取付軸線と前記ロッドとの位置関係の少なくとも１つを検出するセンサとを備えるバランサ。
  2. 　第１部材と、該第１部材に対して回転軸線回りに回転駆動される第２部材とを備えるロボットの前記第１部材または前記第２部材の一方に、第１軸受によって、前記回転軸線に平行な第１取付軸線回りに回転可能に取り付けられるハウジングと、
    　前記第１部材または前記第２部材の他方に、第２軸受によって、前記回転軸線に平行な第２取付軸線回りに回転可能に一端が取り付けられるロッドと、
    　該ロッドを前記ハウジング内に引き込む方向または前記ハウジングから押し出す方向の力を発生させる力発生手段と、
    　前記第１取付軸線および前記第２取付軸線に直交する方向における前記ハウジングと前記ロッドとの位置関係を検出するセンサとを備えるバランサ。
  3. 　前記ハウジングが、筒状の本体部と、該本体部の軸方向の一端を閉塞する端板とを備え、
    　前記本体部内に配置される前記ロッドの他端に固定された可動部材を備え、
    　前記力発生手段が、前記端板と前記可動部材との間に配置された圧縮コイルバネである請求項１または請求項２に記載のバランサ。
  4. 　前記センサが、距離を検出する距離センサである請求項１から請求項３のいずれかに記載のバランサ。
  5. 　前記センサが、前記位置関係が所定の状態となったことを検出するスイッチである請求項１から請求項３のいずれかに記載のバランサ。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれかに記載のバランサを備えるロボットと、
    　前記第１部材と前記第２部材とが特定の相対位置に配置されている状態における、前記センサにより検出された前記位置関係と正常時における前記位置関係との差分が、所定の閾値を超えている場合に、異常状態が発生したことを報知する報知部とを備えるロボットシステム。
     
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