JP2008020066A - 安全インタロックシステム、および機械式マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】荷をリフトして運ぶ機械式マニピュレータの構成部品が破損したときに、支持された荷が落下する危険性を低減する安全機構が必要である。
【解決手段】安全インタロックシステムは、機械式マニピュレータのリフト部品と荷支持部品とに動作可能に接続された回転レバーを含み、この回転レバーは、第1回転方向に付勢され、かつ、リフト部品が加えたリフト力に応答して反対の回転方向に回転するように構成される。安全インタロックシステムは、マニピュレータの構成部品が破損したときに、回転レバーの回転位置に基づいて機械式マニピュレータの支持フレームと係合するように構成されたロック部品も含む。
【選択図】図1
【解決手段】安全インタロックシステムは、機械式マニピュレータのリフト部品と荷支持部品とに動作可能に接続された回転レバーを含み、この回転レバーは、第1回転方向に付勢され、かつ、リフト部品が加えたリフト力に応答して反対の回転方向に回転するように構成される。安全インタロックシステムは、マニピュレータの構成部品が破損したときに、回転レバーの回転位置に基づいて機械式マニピュレータの支持フレームと係合するように構成されたロック部品も含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、材料や部品などの荷を支持して運ぶ機械式マニピュレータに関し、詳しくは、機械式マニピュレータと共に使用する安全システムに関する。
機械式マニピュレータは、材料や部品などの重い荷をリフトして運ぶ様々な産業環境において使用される。例えば、部品の荷を機械式マニピュレータに固定して、機械式マニピュレータが荷を上昇位置にリフトすることができる。次に、機械式マニピュレータは移動して、支持された荷を別の使用場所に運ぶことができる。機械式マニピュレータは、ロボット工学分野において大幅な発展を遂げ、このようなマニピュレータを、手動および自動で制御することが可能になった。このような発展によって、機械式マニピュレータの効率およびリフト能力が増し、産業の製造過程における自動化が進んだ。
リフト需要の増加に伴い、機械式マニピュレータの1つまたは複数の構成部品が、高い応力を受けて破損するという構造上の欠陥に関する機械式マニピュレータの共通の問題がある。このような破損によって、支持された荷が上昇位置から下の床に落下する場合がある。床に落ちると、荷や、荷が衝突した床を損傷または破壊することがある。従って、機械式マニピュレータの構成部品が破損あるいは故障した場合に、支持された荷の落下危険性を低減する安全機構が必要となる。
本発明は、機械式マニピュレータと共に使用する安全インタロックシステムに関する。安全インタロックシステムは、機械式マニピュレータのリフト部品と荷支持部品とに動作可能に接続された回転レバーと、回転レバーに動作可能に接続されたロック部品と、を含む。回転レバーは、第1回転方向に付勢され、かつ、リフト部品に加えられたリフト力に応答して反対の回転方向に回転するように構成される。ロック部品は、回転レバーの回転位置に基づいて、機械式マニピュレータの支持フレームに係合するように構成される。
図1は、マニピュレータ10の斜視図である。マニピュレータ10は、材料や部品などの重い荷をリフトして運ぶ天井取付型機械式マニピュレータである。マニピュレータ10は、支持フレーム12、制御ユニット14、空気圧シリンダ16、空気圧シャフト18、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24を含む。図1では、インタロックシステム24が見えるように、プレート20aとリフトアーム22の一部が切り取られている。以下に述べるように、インタロックシステム24は、空気圧シャフト18、または空気圧シリンダ16と空気圧シャフト18との間の接続部が、破損あるいは故障したときに、リフトアーム22の落下を防止する安全システムである。
図1に示すように、マニピュレータ10は、座標軸26x,26y,26zに対して方向付けられる。軸26x,26yは、水平面を規定し、軸26zは、垂直のリフト軸である。本明細書においては、「軸26xに沿って」等の座標軸に対する相対的位置を指定する用語は、座標軸に対して、ほぼ同一線上、または平行である方向を指す。
支持フレーム12は、軸26zに沿って延在するバックボーンシャフトであり、マニピュレータ10を移動させる天井取付型トロリー(図示せず)につなぐ上端28を有する。マニピュレータ10は、様々な材料や部品をリフトして運ぶためにワークエリアの方々を移動させることができるようになっている。支持フレーム12は、前面30および側面32も有し、前面30は、軸26yと26zとが規定する平面に平行で、側面32は、軸26xと26zが規定する平面に平行である。図のように、側面32は、スロット34を含み、スロット34は、軸26zに沿った支持フレーム12を貫通して延在し、リフトアーム22の垂直方向の移動範囲を規定するガイドスロットである。
制御ユニット14は、支持フレーム12に固定され、マニピュレータ10を手動または自動で制御するシステムを含む。空気圧シリンダ16は、支持フレーム12の前面30に固定されたリフト部品で、制御ユニット14と信号通信を行う。空気圧シリンダ16は、リフトアーム22を上昇および下降させるリフト力を提供して、支持された荷のリフトおよび下降を可能にする。代替実施形態においては、空気圧シリンダ16を、油圧シリンダ、電気モータ、および他の類似のアクチュエータ等の、様々な異なるリフト部品に替えることができる。
空気圧シャフト18は、空気圧シリンダ16とインタロックシステム24との間に連結するシャフトで、空気圧シリンダ16によって上下に動かされる。空気圧シャフト18の上下運動に対応して、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24の垂直方向の動きが指示される。プレート20a,20bは、支持フレーム12とインタロックシステム24との両側面に延在するハウジングプレートであり、リフトアーム22とインタロックシステム24との接続点を提供する。
リフトアーム22は、上部36、下部38、延長部40およびフック42を含む荷支持部品である。上部36は、延長部40に軸回転可能にボルト44で接続された第1の金属製付属部である。上部36は、位置46で軸26yに沿ってプレート20a,20b間に延在する支持ピン(図示せず)に接続される。この接続が上部36をプレート20a,20bに固定する。また位置46の支持ピンが、支持フレーム12のスロット34を貫通して延在することで、リフトアーム22の垂直方向の移動範囲を定める。
下部38は、延長部40に軸回転可能にボルト48で接続された第2の金属製付属部である。図1に示すように、プレート20aは、ガイドレール50を含み、このガイドレール50(隠れ線によって示す)は、プレート20aの内側面に軸26xに沿って延在する。第2ガイドレール(図示せず)も、プレート20bの内側面に軸26xに沿って延在する。ガイドレール50と、それに対応するプレート20bのガイドレールとは、軸26xに沿ったリフトアーム22の水平方向の移動範囲を定める。下部38は、ガイドレール50と、それに対応するプレート20bのガイドレールとの間に延在する支持ピン(図示せず)に軸回転可能に接続され、プレート20a,20bが下部38を支持する。
延長部40は、軸26zに沿って延在し、支持された荷を吊るすマニピュレータ10の一部である。フック42が、延長部40の下側の先端に固定され、荷を延長部40に取り付けるのに都合のよい手段を提供する。図1に示す配置を用いると、リフトアーム22を、軸26zに沿って垂直方向に、軸26xに沿って水平方向に、同時あるいは別々に移動させることができる。軸26zに沿った動きは、空気圧シャフト16によって制御される。軸26xに沿った動きは、上部36、下部38、延長部40の幾何学的形状と、それら互いの間との相互接続や、プレート20a,20b(ガイドレール50など)との相互接続によって規定される。軸26xに沿った動きは、オペレータによって制御され、空気圧シリンダ16による機械的な発動作用を必要としない。
インタロックシステム24は、支持フレーム12の前面30に近接してプレート20a,20b間に配置された安全システムである。インタロックシステム24は、位置52,54で、軸26yに沿って、プレート20a,20b間に延在する1対の支持ピン(図1には示さず)に軸回転可能に接続される。この接続が、インタロックシステム24をプレート20a,20bに固定する。インタロックシステム24が空気圧シャフト18に軸回転可能に接続することで、空気圧シャフト18に加えられたリフト力がインタロックシステム24を通してリフトアーム22に伝達されるのを可能にする。
リフト動作時に、空気圧シリンダ16は、空気圧シャフト18に張力を加えることによって、空気圧シャフト18を軸26zに沿って上昇させる。これに伴い、インタロックシステム24が軸26zに沿って上に引っ張られる。インタロックシステム24は、(位置52,54で支持ピンを介して)プレート20a,20bに固定されているので、プレート20a,20bも、軸26zに沿って上昇させられる。これに伴い、上部36、下部38、延長部40が上昇し、支持された荷をリフトする。所望の高さに達すると、マニピュレータ10を、天井取付型トロリーを介してワークエリアの方々に移動させることができる。
空気圧シャフト18、空気圧シリンダ16と空気圧シャフト18との接続部、または、プレート20a,20bとインタロックシステム24に接続する支持ピンは、比較的サイズが小さいので、支持された荷による応力が高いと破損することがある。現在の機械式マニピュレータが支持する標準的な荷は、通常、1500ポンドから2000ポンドの重さに達する。インタロックシステム24を用いなければ、空気圧シャフト18の破損によって、プレート20a,20b、リフトアーム22、および支持された荷は、支持された荷の重さを受けて落下するであろう。このような荷の衝撃は、材料または部品を損傷または破壊することがある。
以下に述べるように、インタロックシステム24は、空気圧シャフト18、または、空気圧シリンダ16と空気圧シャフト18との間の接続部が破損した場合に、リフトアーム22(および支持された荷)の落下を防止する。このような破損が起きると、インタロックシステム24は、支持フレーム12と係合して、リフトアーム22がさらに動くことを防ぐ。この係合が、支持された荷の損傷または破壊の危険性を低減する。
図2は、支持フレーム12に近接して、プレート20a,20bの間に配置されたインタロックシステム24の分解斜視図である。図のように、インタロックシステム24は、ベルクランク56、ヨーク58、ばね60、相互接続タブ61、ロックアセンブリ62、1次支持ピン64、および2次支持ピン66を含む。
ベルクランク56は、支点となる管68、第1アーム部70、および第2アーム部71を含む回転レバーで、第1アーム部70および第2アーム部71は、支点となる管68からほぼ直角に延びている。代替実施形態においては、第1アーム部70および第2アーム部71は、支点となるシャフトから直角ではない角度(例えば、約45度から約135度)で延びている。ベルクランク56は、位置54で第2支持ピン66を介してプレート20a,20bに固定される。第2支持ピン66は、支点となる管68から延びており、ナット/ワッシャアセンブリ74aを用いて開口72aでプレート20aに固定され、ナット/ワッシャアセンブリ74bを用いて開口部72bでプレート20bに固定される。この配置により、ベルクランク56は、第2支持ピン66の周りを回転することができる。
ヨーク58は、ベース管76と接続アーム78とを含むU字部品で、接続アーム78は、ベース管76から軸26zに沿って上方に延びている。ヨーク58は、位置52で1次支持ピン64を介してプレート20a,20bに固定され、1次支持ピン64は、ヨーク58のベース管76を貫通して延在する。1次支持ピン64は、ナット/ワッシャアセンブリ82aを用いて開口80aでプレート20aに固定され、ナット/ワッシャアセンブリ82bを用いて開口80bでプレート20bに固定される。図のように、開口80a,80bは、軸26zに沿って縦長で、1次支持ピン64およびヨーク58に軸26zに沿った移動範囲を提供する。
またヨーク58は、ベルクランク56に軸回転可能に接続される。ベルクランク56の第1アーム部70は、ヨーク58の接続アーム78間に位置する。さらに、空気圧シャフト18は、下部先端84を含み、この下部先端84は、ベルクランク56の第1アーム部70内に位置する。空気圧シャフト18、ベルクランク56、およびヨーク58がボルト86で軸回転可能に接続されることで、空気圧シャフト18に加えられた上方への張力に対応して、ベルクランク56およびヨーク58が上方に引っ張られる。
ばね60は、第1端60aと第2端60bとを有する、予め付勢された張力の高いばねである。第1端60aは、相互接続タブ61を介してベルクランク56の第2アーム部71に接続される。代替実施形態においては、第1端60aは、相互接続タブ61を介さずに第2アーム部71に直接接続される。ばね60の第2端60bが、プレート20a,20b間に固定された内部に位置する支持ピン(図2には示さず)に接続することで、ばね60が、矢印87の方向に軸26xに沿って付勢力を加えることができる。この付勢力は、矢印88の回転方向(図2では時計回り方向)にベルクランク56を付勢する。代替例では、ばね60の第2端60bをマニピュレータ10の様々な異なる位置に固定して、ばね60がベルクランク56を矢印88の回転方向に付勢することができるようにしてもよい。他の代替実施形態では、ベルクランク56は矢印88の回転方向に張力を受けて自己付勢する。この実施形態では、ばね60および相互接続タブ61は必要とされず、省略してもよい。
ロックアセンブリ62は、ロッド90、ロックピン92、および整列ブロック94を含む。ロッド90は、軸26xに沿って延在するオフセットロッドであり、ボルト95を介してベルクランク56の第2アーム部71に軸回転可能に接続される。従って、ボルト95は、ベルクランク56、相互接続タブ61、およびロッド90を軸回転可能に接続する。ロッド90の反対側の端は、ボルト(図示せず)を介してロックピン92に接続される。ロックピン92は、ロック部品であり、リフトアーム22の動きを妨げるために支持フレーム12と係合するインタロックシステム24の一部である。
整列ブロック94は、ボルト(図示せず)を介して開口96でプレート20aに直接に固定されるブロックであり、支持フレーム12の前面30に近接して配置される。図2に示すように、前面30の部分は、軸26zに沿って延在する孔の列(列98と呼ぶ)を含む。以下に述べるように、列98の孔は、リフトアーム22の落下防止のために係合するインタロックシステム24によって係合可能な支持フレーム12の孔である。整列ブロック94は、軸26xに沿って整列ブロック94を貫通して延在して列98の孔と一直線に並ぶチャネル100を含む。ロックピン92は、整列ブロック94のチャネル100内に摺動可能に配置されることで、列98の孔と係合することができる。
以下に述べるように、ロックアセンブリ62は、第2支持ピン66の周りのベルクランク56の回転位置に基づいて、列98の孔と係合したり係合が外れたりする。ベルクランク56の回転位置は、空気圧シャフト18がベルクランク56に加える上方への張力の大きさに基づいて応答する。
図3A,3Bは、支持フレーム12および空気圧シャフト18と共に用いられるインタロックシステム24の側面図で、支持フレームは断面が示されている。図3Aは、リフト動作時にロックされていない(すなわち、支持フレームから外れている)状態のインタロックシステム24を示す。上述のように、リフト動作時に、空気圧シリンダ16(図1に示す)は、空気圧シャフト18を軸26zに沿って上方に引っ張る。これに伴い、空気圧シャフト18、ベルクランク56の第1アーム部70、およびヨーク58の接続アーム78に連結するボルト86に、上方への張力が加えられる(矢印102によって表す)。
第1アーム部70への上方への張力は、ばね60の対抗する付勢力(矢印87の方向)を超え、第1アーム部70を矢印103の方向に上方に軸回転させる。この軸回転が、ベルクランク56を矢印104の回転方向(図3Aでは反時計回り方向)に第2支持ピン66の周りで回転させるとともに、第2アーム部71を矢印105の方向に軸回転させる。
ベルクランク56は、図3Aに示す位置に達するまで反時計回り方向に回転する。ベルクランク56の回転範囲は、開口80a,80bの縦長の形状内での軸26zに沿った1次支持ピン64の移動範囲に支配される。こうして1次支持ピン64が、ベルクランク56がさらに回転するのを防ぐ。第2支持部71の矢印105方向への軸回転は、ロッド90およびロックピン92を矢印106方向に引っ張る。この力が列98の孔の1つからロックピン92を引っ込めることにより、空気圧シャフト18が、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24を軸26zに沿ってリフトできるようにする。こうしてリフトアーム22が持ち上がり、支持された荷を運ぶことができる。
図3Bは、空気圧シャフト18が破損し、ロックされた(すなわち、支持フレーム12と係合した)状態のインタロックシステム24を示す。空気圧シャフト18の破損によって、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24に加わる上方への張力が除かれる。従って、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24に加わる主な力は、支持された荷の重さとなり、プレート20a,20b、リフトアーム22、およびインタロックシステム24を矢印108で示される下方に引っ張る。
また、空気圧シャフト18の破損によって、(図3Aに示す)矢印103の方向にベルクランク56の第1アーム部70を軸回転させる力も除かれる。ベルクランク56の第1アーム部70が、矢印103の方向に軸回転されなくなるので、ばね60の付勢力が、矢印110の方向に第2アーム部71を軸回転させる。これによって、ベルクランク56は矢印88の時計回り方向に第2支持ピン66の周りを回転する。第2アーム部71の軸回転は、ロッド90およびロックピン92を列98の孔に向かって矢印112の方向に押す。インタロックシステム24(およびリフトアーム22)は、ロックピン92が列98の最も近い孔と一直線に並ぶまで、軸26zに沿って落下する。
ロックピン92が列98の孔と一直線に並ぶと、ばね60の高い張力で付勢された力がロックピン92を列98の孔に係合させる。この係合が、インタロックシステム24を支持フレーム12にロックすることで、プレート20a,20b、リフトアーム22、および支持された荷の落下を防止する。列98の孔は、ロックピン92が列98の孔に係合するまでのリフトアーム22の落下距離を最小にするために、軸26zに沿って互いに近接して配置されることが望ましい。また、インタロックシステム24の部品に重い荷が加わるので、インタロックシステム24が支持フレーム12と係合するときの部品破損を防止するために、高強度金属で部品を形成することが望ましい。従って、インタロックシステム24は、機械式マニピュレータでリフトされ運ばれる産業用の荷が破損あるいは破壊される危険性を低減する。また、インタロックシステム24は、機械的相互作用に依存しているので、高価な電子監視装置(例えば、高感度加速度計)を必要とせず、安価な安全システムを提供する。
本発明の好ましい実施形態を参照として記述したが、本発明の意図および範囲を逸脱することなく形態および詳細を変更できることを、当業者は理解するであろう。例えば、マニピュレータ10は、天井に取り付けられた機械式マニピュレータとして図1に示したが、インタロックシステム24は、様々な異なる機械式マニピュレータ(例えば、床に取り付けられた機械式マニピュレータ)と共に使用することにも適している。
12…支持フレーム
16…空気圧シリンダ
22…リフトアーム
24…インタロックシステム
16…空気圧シリンダ
22…リフトアーム
24…インタロックシステム
Claims (20)
- 支持フレームと、前記支持フレームに固定されたリフト部品と、前記リフト部品に動作可能に接続された荷支持部品と、を有する機械式マニピュレータと共に用いる安全インタロックシステムにおいて、
前記リフト部品と前記荷支持部品とに動作可能に接続された回転レバーであって、第1回転方向に付勢され、かつ、前記リフト部品によって加えられたリフト力に応答して前記第1回転方向と反対の第2回転方向に回転するように構成された回転レバーと、
前記回転レバーに動作可能に接続されたロック部品であって、前記回転レバーの回転位置に基づいて前記支持フレームと係合するように構成されたロック部品と、
を備える安全インタロックシステム。 - 前記回転レバーが、支点を有するベルクランクと、前記支点から互いに角度をなして延びる第1アーム部および第2アーム部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の安全インタロックシステム。
- 前記リフト部品が、前記第1アーム部で前記ベルクランクに動作可能に接続されることを特徴とする請求項2に記載の安全インタロックシステム。
- 前記第1回転方向に前記回転レバーを付勢するために、前記回転レバーに動作可能に接続された付勢部品をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の安全インタロックシステム。
- 前記リフト部品と前記回転レバーとの間に延在するシャフトをさらに備え、前記シャフトが、前記リフト部品の前記リフト力を前記回転レバーに加えることを特徴とする請求項1に記載の安全インタロックシステム。
- 前記支持フレームが、前記ロック部品と係合する孔の列を備えることを特徴とする請求項1に記載の安全インタロックシステム。
- 前記支持フレームの前記孔の列と一直線に並ぶ整列ブロックをさらに備え、前記ロック部品が、前記整列ブロック内に摺動可能に配置されることを特徴とする請求項6に記載の安全インタロックシステム。
- 前記回転レバーが前記第1回転方向に回転するとき、前記ロック部品が前記支持フレームに係合することを特徴とする請求項1に記載の安全インタロックシステム。
- 支持フレームと、前記支持フレームに固定されたリフト部品と、前記リフト部品に動作可能に接続された荷支持部品と、を有する機械式マニピュレータと共に用いる安全インタロックシステムにおいて、
前記リフト部品と前記荷支持部品とに動作可能に接続され、かつ、第1回転位置と第2回転位置との間で回転可能であるレバーであって、前記第1回転位置に向かって付勢され、かつ、前記リフト部品によって加えられたリフト力に応答して前記第2回転位置に向かって回転するように構成されたレバーと、
前記レバーに動作可能に接続されたロック部品であって、前記レバーが前記第1回転位置にあるとき、前記支持フレームと係合するように構成されたロック部品と、
を備える安全インタロックシステム。 - 前記レバーが、支点を有するベルクランクと、前記支点から互いに角度をなして延びる第1アーム部および第2アーム部と、を備えることを特徴とする請求項9に記載の安全インタロックシステム。
- 前記レバーが前記第2回転位置にあるとき、前記ロック部品が前記支持フレームから外れるように構成されることを特徴とする請求項9に記載の安全インタロックシステム。
- 前記第1回転位置に向かって前記レバーを付勢するために前記レバーに動作可能に接続された付勢部品をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の安全インタロックシステム。
- 前記支持フレームが、前記ロック部品と係合する孔の列を備えることを特徴とする請求項9に記載の安全インタロックシステム。
- 前記支持フレームの前記孔の列と一直線に並ぶ整列ブロックをさらに備え、前記ロック部品が前記整列ブロック内に摺動可能に配置されることを特徴とする請求項13に記載の安全インタロックシステム。
- 支持フレームと、
リフト軸に沿って動くように構成された荷支持部品と、
前記荷支持部品に動作可能に接続された回転レバーであって、前記リフト軸に沿った前記荷支持アームの動きを妨げるロック位置への第1回転方向に付勢される回転レバーと、
前記支持フレームに接続され、かつ、前記回転レバーに動作可能に接続されたリフト部品であって、前記第1回転方向と反対の第2回転方向に回転可能レバーを回転させるように構成されて、前記リフト軸に沿った前記荷支持部品のリフトを可能にするリフト部品と、
を備える機械式マニピュレータ。 - ハウジングプレートをさらに備え、前記荷支持部品および前記回転レバーが、それぞれ前記ハウジングプレートに動作可能に接続されることを特徴とする請求項15に記載の機械式マニピュレータ。
- 前記回転レバーが、支点を有するベルクランクと、前記支点から互いに角度をなして延びる第1アーム部および第2アーム部と、を備えることを特徴とする請求項15に記載の機械式マニピュレータ。
- 前記リフト部品が、前記第1アーム部で前記ベルクランクに動作可能に接続されることを特徴とする請求項17に記載の機械式マニピュレータ。
- 前記回転レバーに動作可能に接続されたロック部品をさらに備え、前記ロック部品は、前記回転レバーがロック位置にあるとき、前記支持フレームに係合するように構成されることを特徴とする請求項15に記載の機械式マニピュレータ。
- 前記ロック位置に向かって前記レバーを付勢する付勢部品をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の機械式マニピュレータ。
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