JPH042791Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、ロボツトに装備する衝突保護装置に
関する。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a collision protection device installed in a robot.

（従来の技術） ロボツトには、通常、これに持たせた治工具が
ワークや障害物に当つた時の衝撃からロボツト自
体や治工具の保持部（以下、ロボツト等という）
を保護するため、衝突保護装置が装備される。(Prior art) Robots are usually equipped with shock absorbers when the jigs and tools held by the robot hit a workpiece or an obstacle.
A collision protection device is installed to protect the vehicle.

従来、この衝突保護装置は、例えば第４図に示
すように、キヤツプ３０で一端が閉じられた筒状
のケーシング３１を備え、このケーシング３１の
開口端に内方フランジ３１_aを設けて、これに治
工具（図示略）を持つボールシヤフト３２の基端
ボール部３２_aを着座させ、一方ケーシング３１
内には、キヤツプ３０を貫通させてプツシユロツ
ド３３を配設すると共にこのプツシユロツド３３
を下方に付勢するコイルばね３４を配設し、これ
ら全体を、ケーシング３１を介してロボツト３５
に保持させるように構成されていた。なおボール
シヤフト３２は、その基端ボール部３２_aの外周
を球面３２_bとなし、該球面３２_bをケーシング３
１の内面に線接触させている。 Conventionally, this collision protection device includes a cylindrical casing 31 with one end closed by a cap 30, and an inner flange _31a is provided at the open end of the casing 31, as shown in FIG. The proximal ball portion 32 _a of the ball shaft 32 with a jig (not shown) is seated on the casing 31 .
A push rod 33 is disposed inside the cap 30 through the push rod 33.
A coil spring 34 is disposed to urge the
It was configured to hold. The ball shaft 32 has a base end ball portion 32 _a with a spherical surface 32 _b on the outer periphery, and the spherical surface 32 _b is connected to the casing 3
It is in line contact with the inner surface of 1.

かゝる衝突防止装置において、ボールシヤフト
３２は、常時コイルばね３４からの付勢力を受け
たプツシユロツド３３により端面が押さえられ、
同図に示すようにケーシング３１の開口端に係合
されている。しかして、いま前記治工具がワーク
や障害物に衝突し、例えばボールシヤフト３２に
横方向の押圧力がかかると、この圧力がプツシユ
ロツド３３に伝わつて該プツシユロツド３３がコ
イルばね３４の付勢力に抗して上動し、結果とし
て、ボールシヤフト３２が同図に破線で示すよう
に傾動し、ロボツト３５にかかる衝撃が緩和され
る。したがつて、このボールシヤフト３２の傾動
つまり衝突を検知してロボツト３５を停止させる
ことにより、ロボツト３５等の損傷を未然に防止
できるようになる。なお、ボールシヤフト３２に
垂直方向の押圧力がかかつた場合にも、前記同様
にプツシユロツド３４が上動して衝撃が緩和され
る。 In such a collision prevention device, the end face of the ball shaft 32 is pressed by the push rod 33 which is constantly receiving the urging force from the coil spring 34.
As shown in the figure, it is engaged with the open end of the casing 31. If the tool collides with a workpiece or an obstacle, for example, and a lateral pressing force is applied to the ball shaft 32, this pressure is transmitted to the push rod 33, which resists the urging force of the coil spring 34. As a result, the ball shaft 32 tilts as shown by the broken line in the figure, and the impact on the robot 35 is alleviated. Therefore, by detecting the tilting or collision of the ball shaft 32 and stopping the robot 35, damage to the robot 35 and the like can be prevented. It should be noted that even when a vertical pressing force is applied to the ball shaft 32, the push rod 34 moves upward in the same manner as described above to alleviate the impact.

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の衝突保護装置によれ
ば、ボールシヤフト３２の動作量つまりプツシユ
ロツド３２の移動量が大きくなる程コイルばね３
４の反力が大きくなり、このため、ロボツト３５
がオーバーストロークするに従つてボールシヤフ
ト３２にかかる抵抗が増し、結果として衝突によ
る衝撃を吸収し得ずにロボツト等の損傷を招くこ
ととなり、従来かゝるトラブルが往々に発生して
いた。特にロボツトは、停止をかけてから完全停
止するまで一定の楕走があり、しかもこの楕走は
ロボツトの動作スピードが速い程大きくなるとい
う特性を有し、従つて上記ロボツト等の損傷を避
けるには、ロボツトの動作スピードつまり治工具
の空送スピードを落さなければならなかつた。こ
の場合、サイクルタイムの延長はもとより、ロボ
ツトの高速性能が犠牲になるという新たな問題が
生じ、その根本的な解決が望まれていた。(Problems to be Solved by the Invention) However, according to the conventional collision protection device described above, the larger the amount of movement of the ball shaft 32, that is, the amount of movement of the push rod 32, the more the coil spring 3
The reaction force of 4 becomes large, and for this reason, robot 35
As the ball overstrokes, the resistance applied to the ball shaft 32 increases, and as a result, it is unable to absorb the impact of a collision, resulting in damage to the robot, etc., and such troubles have often occurred in the past. In particular, robots have a certain elliptical trajectory from when they stop until they come to a complete stop, and this elliptical trajectory increases as the operating speed of the robot increases. This meant that the robot's operating speed, or the speed at which the jigs and tools were transported, had to be reduced. In this case, a new problem arises in that not only the cycle time is lengthened but also the high-speed performance of the robot is sacrificed, and a fundamental solution has been desired.

なお、上記コイルばね３４に代え、皿ばねを用
いたものもあるが、この場合も上記同様に反力の
増大は避け得ず、ロボツト等の損傷が避けられな
いこととなつていた。 Note that, in place of the coil spring 34, a disc spring may be used, but in this case as well, an increase in reaction force is unavoidable, and damage to the robot, etc., is unavoidable.

また例えば、実開昭55−147284号公報に示され
るごとき、スライダの動きに追従して開閉するハ
ンドを有する掴み装置を上記ボールシヤフトの保
持に利用することも考えられるが、この場合は、
固定解除に方向性があるため、適用範囲が著しく
狭くなるとい問題がある。 For example, it is also possible to use a gripping device having a hand that opens and closes following the movement of the slider to hold the ball shaft, as shown in Japanese Utility Model Application Publication No. 55-147284, but in this case,
There is a problem in that the scope of application is significantly narrowed because there is a direction to release the fix.

（問題点を解決するための手段） 本考案は、上記従来の問題点を解決するため、
ロボツトに保持される有底筒状のシリンダにフリ
ーピストンを摺動可能に内装し、前記シリンダの
開口端部内に、一端に治工具を持つ支持ロツドの
他端を抜けが規制されたボールジヨイントユニツ
トを介して係着し、前記フリーピストンと前記ボ
ールジヨイントユニツトのボール部とに、相互に
傾斜面を当接させて凹、凸部嵌合する係合部を設
け、前記フリーピストンと前記シリンダの底部と
で画成される圧力室に臨むシリンダ壁にエアポー
トを設け、かつ前記シリンダに前記圧力室を給気
側と排気側とに切換える弁機構および前記フリー
ピストンの移動を検知して前記弁機構の作動を制
御する検出手段を付設するように構成したことを
要旨とする。(Means for solving the problems) In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention
A free piston is slidably housed in a bottomed cylindrical cylinder held by the robot, and a ball joint is installed in the open end of the cylinder to prevent the rod from coming off at the other end of a support rod that has a jig at one end. The free piston and the ball portion of the ball joint unit are provided with an engaging portion that engages with the concave and convex portions of the free piston and the ball joint unit so that the free piston and the ball joint unit are engaged with each other through the free piston and the ball joint unit. An air port is provided in the cylinder wall facing the pressure chamber defined by the bottom of the cylinder, and the cylinder is provided with a valve mechanism that switches the pressure chamber between the air supply side and the exhaust side, and a valve mechanism that detects the movement of the free piston. The gist is that a detection means for controlling the operation of the valve mechanism is attached.

（作用） 上記構成のロボツトの衝突保護装置において、
前記治工具がワークあるいは障害物に衝突する
と、ボールジヨイントのボール部が回動してフリ
ーピストンが後退し、このフリーピストンの後退
が検出手段にて検出される。そして検出手段から
の信号により弁機構が作動し、圧力室内のエアが
直ちに抜かれてフリーピストンの自由な移動が許
容されるようになり、結果として治工具を持つ支
持ロツドが任意方向に円滑に動き得るようになつ
て、衝突の衝撃が緩和される。(Function) In the robot collision protection device with the above configuration,
When the tool collides with a workpiece or an obstacle, the ball portion of the ball joint rotates and the free piston retreats, and the detection means detects the retreat of the free piston. Then, the valve mechanism is actuated by the signal from the detection means, and the air in the pressure chamber is immediately removed, allowing the free piston to move freely.As a result, the support rod holding the jig can move smoothly in any direction. As a result, the impact of a collision is alleviated.

（実施例） 以下、本考案の実施例を添付図面にもとづいて
説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the accompanying drawings.

第１図ないし第３図において、１は有底筒状の
シリンダで、その後端をロボツト２の手首プレー
ト２_aに結合させて開口側を下向きとする態様で
該ロボツト２に保持されている。前記シリンダ１
には、フリーピストン３が摺動可能に内装されて
おり、このフリーピストン３とシリンダ底部との
間に圧力室４が画成されている。前記圧力室４
は、シリンダ１とフリーピストン３との間に介装
したシール部材５によつて水密に維持され、これ
にはシリンダ１側壁に設けたエアポート６から後
述するエア圧が導入されるようになつている。前
記フリーピストン３は有底筒状に形成されてお
り、その下方に延びる側壁の一部にシリンダ軸方
向に延びる長穴７が設けられている。この長穴７
には、シリンダ１に装着したピン８の先端部が摺
動可能に嵌挿されており、これによりフリーピス
トン３は、シリンダ１に対しその軸線回り方向の
回転が規制されている。 In FIGS. 1 to 3, reference numeral 1 denotes a cylinder with a bottom, and its rear end is connected to a wrist plate _2a of a robot 2, and the cylinder is held by the robot 2 with its opening side facing downward. Said cylinder 1
A free piston 3 is slidably installed inside the cylinder, and a pressure chamber 4 is defined between the free piston 3 and the bottom of the cylinder. The pressure chamber 4
is maintained watertight by a seal member 5 interposed between the cylinder 1 and the free piston 3, and air pressure, which will be described later, is introduced into this from an air port 6 provided on the side wall of the cylinder 1. There is. The free piston 3 is formed into a cylindrical shape with a bottom, and a long hole 7 extending in the cylinder axial direction is provided in a part of the side wall extending downward. This long hole 7
The tip of a pin 8 attached to the cylinder 1 is slidably inserted into the cylinder 1, thereby restricting rotation of the free piston 3 around the axis of the cylinder 1.

一方、シリンダ１の開口端部内には、該シリン
ダ開口端にボルト止めした蓋体９を用いてボール
ジョイントユニツト１０が係着されている。ボー
ルジヨイントユニツト１０は、球状のボール部１
１と該ボール部１１を球面１２_aにて保持する受
け部１２とから成つており、その受け部１２を前
記蓋体９に着座させている。蓋体９は前記受け部
１２を囲む位置に環状突起９_aを有しており、前
記受け部１２は該環状突起９_aに沿つて摺動でき
るようになつている。また前記ボールジヨイント
ユニツト１０の係着状態において、受け部１２の
後面とシリンダ１の内面との間には所定の隙間１
３が形成それ、この隙間１３にフリーピストン３
の一部が延在している。 On the other hand, a ball joint unit 10 is secured within the open end of the cylinder 1 using a lid 9 bolted to the open end of the cylinder. The ball joint unit 10 includes a spherical ball portion 1
1 and a receiving part 12 that holds the ball part 11 with a spherical surface _12a , and the receiving part 12 is seated on the lid 9. The lid body 9 has an annular projection _9a at a position surrounding the receiving portion 12, and the receiving portion 12 can slide along the annular projection _9a . Further, when the ball joint unit 10 is in the engaged state, there is a predetermined gap 1 between the rear surface of the receiving portion 12 and the inner surface of the cylinder 1.
3 is formed, and the free piston 3 is in this gap 13.
A part of it is extending.

１４は、上記ボールジヨイントユニツト１０の
ボール部１１から前記蓋体９の中央孔９_bを挿通
して下方へ延設された保持ロツドで、該保持ロツ
ド１４の下端には、治工具を保持するチヤツクユ
ニツト１５を固定するための保持プレート１６が
一体に設けられている。またボールジヨイントユ
ニツト１０のボール部１１の反保持ロツド側には
Ｖ溝１７が設けられ、一方前記フリーピストン３
には前記Ｖ溝１７に係合するキー１８が取付けら
れている。キー１８は、先端部が前記Ｖ溝１７の
角度（一例として約120度）に合せてＶカツトさ
れ、これによりキー１８がＶ溝１７に嵌合した状
態において、ボール部１１のピストン軸線回りの
回転が規制されるようになつている。なおシリン
ダ１内には前記フリーピストン３を前方へ付勢す
るばね１９が設けられているが、そのばね力は、
後述するエア排出時におけるボールジヨイントユ
ニツト１０のガタを規制する程度の弱いものであ
る。 Reference numeral 14 denotes a holding rod that extends downward from the ball portion 11 of the ball joint unit 10 through the center hole _9b of the lid 9, and the lower end of the holding rod 14 holds a tool. A holding plate 16 for fixing the chuck unit 15 is integrally provided. Further, a V-groove 17 is provided on the side opposite to the holding rod of the ball portion 11 of the ball joint unit 10, while the free piston 3
A key 18 that engages with the V-groove 17 is attached to the key 18 . The tip of the key 18 is V-cut to match the angle of the V-groove 17 (approximately 120 degrees as an example), so that when the key 18 is fitted into the V-groove 17, the ball portion 11 rotates around the piston axis. Rotation is now regulated. A spring 19 is provided in the cylinder 1 to urge the free piston 3 forward, and its spring force is
This is weak enough to restrict backlash of the ball joint unit 10 during air discharge, which will be described later.

しかして、上記エアポート６には、図示を略す
エア源に結ぶ配管２０が接続され、この配管２０
中に電磁切換弁２１が介装されている。電磁切換
弁２１は、前記圧力室４を給気側と排気側とに切
換える機能を有するもので、該電磁切換弁２１に
は、圧力室４内のエアを逃がす排気管２２が接続
されている。またシリンダ１の一側部にはブラケ
ツト２３を用いて干渉検出センサ２４が取付けら
れている。この干渉検出センサ２４は、シリンダ
１に開口した孔１_a内に先端部を臨ませ、その検
出子２５をフリーピストン３に当接させている。
フリーピストン３の周面には、その前進端におい
て前記検出子２５の係合を許容する凹部２６が設
けられている。前記干渉検出センサ２４は、前記
検出子２５が前記凹部から外れてフリーピストン
３の周面に乗上げることにより、該フリーピスト
ン３の上動を検出する機能を有するもので、この
信号が前記電磁切換弁２１に信号線２７を介して
送出されるようになつている。なお電磁切換弁２
１は前記信号により排気側に切換わるように設定
されている。 The air port 6 is connected to a pipe 20 that connects to an air source (not shown).
An electromagnetic switching valve 21 is interposed therein. The electromagnetic switching valve 21 has a function of switching the pressure chamber 4 between an air supply side and an exhaust side, and an exhaust pipe 22 is connected to the electromagnetic switching valve 21 to release air in the pressure chamber 4. . Further, an interference detection sensor 24 is attached to one side of the cylinder 1 using a bracket 23. The interference detection sensor 24 has its tip facing into the hole _1a opened in the cylinder 1, and its detector 25 is brought into contact with the free piston 3.
A recess 26 is provided on the circumferential surface of the free piston 3 to allow engagement of the detector 25 at its forward end. The interference detection sensor 24 has a function of detecting the upward movement of the free piston 3 when the detector 25 comes off the recess and rides on the circumferential surface of the free piston 3, and this signal is transmitted to the electromagnetic The signal is sent to the switching valve 21 via a signal line 27. In addition, solenoid switching valve 2
1 is set to switch to the exhaust side in response to the signal.

かゝる構成により、いまシリンダ１内の圧力室
４内にエア圧を供給すると、フリーピストン３が
前進し、フリーピストン３に取付けられたキー１
８がボール部１１のＶ溝１７に嵌合し、該ボール
部１１は受け部１２に対して固定される（第１
図）。したがつて、この状態のもと、チヤツクユ
ニツト１５に持たせた治工具により安定的にロボ
ツト作業を実行できる。 With this configuration, when air pressure is supplied to the pressure chamber 4 in the cylinder 1, the free piston 3 moves forward, and the key 1 attached to the free piston 3 moves forward.
8 fits into the V groove 17 of the ball part 11, and the ball part 11 is fixed to the receiving part 12 (first
figure). Therefore, under this condition, the robot work can be stably performed using the jigs and tools provided in the chuck unit 15.

しかしていま、チヤツクユニツト１５の持つ治
工具に横方向からワークあるいは何らかの干渉物
が衝突すると、ボールジヨイントユニツト１０の
ボール部１１が受け部１２内で回動し、第３図に
示すように、キー１８がＶ溝１７上を摺動してフ
リーピストン３がわずか持上げられる。フリーピ
ストン３が持上げられると、干渉検出センサ２４
の検出子２５がフリーピストン３の凹部２６から
外れて周面に乗上げ、該干渉検出センサ２４から
の信号により電磁切換弁２１が排気側に切換わ
る。この結果、圧力室４内のエアが排気管２２を
介して急激に外部へ排出され、フリーピストン３
は自由に移動できる状態となつて保持ロツド１４
の自由な傾動が保証され、これにより衝突の衝撃
が可及的に緩和される。なお、保持ロツド１４が
真上に干渉を受けた場合は、ボールジヨイントユ
ニツト１０の全体が上動し、前記同様に干渉検出
センサ２４が作動して圧力室４内が排気され、前
記同様に衝撃が緩和される。 However, if a workpiece or some kind of interference hits the tool held by the chuck unit 15 from the side, the ball part 11 of the ball joint unit 10 rotates within the receiving part 12, as shown in FIG. The key 18 slides on the V-groove 17 and the free piston 3 is slightly lifted. When the free piston 3 is lifted, the interference detection sensor 24
The detector 25 comes off the recess 26 of the free piston 3 and rides on the circumferential surface, and the electromagnetic switching valve 21 is switched to the exhaust side by the signal from the interference detection sensor 24. As a result, the air in the pressure chamber 4 is rapidly discharged to the outside via the exhaust pipe 22, and the free piston 3
The holding rod 14 is in a state where it can be moved freely.
This ensures free tilting of the vehicle, thereby mitigating the impact of a collision as much as possible. Note that if the holding rod 14 is interfered with directly above, the entire ball joint unit 10 moves upward, and the interference detection sensor 24 is activated in the same way as described above, and the inside of the pressure chamber 4 is evacuated. The impact is alleviated.

なお、上記実施例において、ボール部１１にＶ
溝１７を、フリーピストン３にキー１８をそれぞ
れ設けるようにしたが、これに代え、ボール部７
にキーを、フリーピストン３にＶ溝を設けるよう
にしても良い。またこれら溝やキーは、その形状
を限定するものでない。 In addition, in the above embodiment, the ball portion 11 has a V
Although the grooves 17 are provided with the keys 18 on the free piston 3, instead of this, the ball portion 7
Alternatively, a key may be provided on the free piston 3, and a V groove may be provided on the free piston 3. Furthermore, the shapes of these grooves and keys are not limited.

また上記実施例において、一つの電磁切換弁２
１にて給気と排気との切換えを行うようにした
が、これに代え、例えばシリンダ１に外部と連通
する他のエアポートを設け、これに開閉弁を介装
して独立に排気系を構成するようにしても良い。
さらに本考案において、干渉検出センサ２４は、
上記実施例のものに限定されるものでなく、例え
ば光学的なセンサを採用することができる。 Further, in the above embodiment, one electromagnetic switching valve 2
1 to switch between air supply and exhaust, but instead of this, for example, another air port communicating with the outside can be provided in cylinder 1, and an on-off valve can be interposed in this to form an independent exhaust system. You may also do so.
Furthermore, in the present invention, the interference detection sensor 24 is
The sensor is not limited to those of the above embodiments, and for example, an optical sensor may be used.

（考案の効果） 以上、詳細に説明したように、本考案にかゝる
ロボツト用衝突保護装置は、シリンダにボールジ
ヨイントユニツトを介して保持ロツドを係着し、
このボールジヨイントをエア圧によつて駆動され
るフリーピストンで固定し、かつこのフリーピス
トンのわずかの後退を検出する手段とこの検出結
果によりエア圧を解放する手段とを設けたので、
干渉時に治工具を持つ保持ロツドの任意方向への
自由かつ円滑な移動が許容され、衝突の衝撃から
ロボツトや治工具の保持部を確実に保護できる効
果が得られた。そして結果として、ロボツトの楕
走を抑えるべくロボツトの動作スピードを落す対
策が不要になり、ロボツトの稼動率の向上を達成
できるという大きな効果が得られた。(Effects of the invention) As explained above in detail, the collision protection device for a robot according to the invention has a holding rod attached to a cylinder via a ball joint unit,
This ball joint is fixed by a free piston driven by air pressure, and means for detecting slight retraction of this free piston and means for releasing the air pressure based on the detection result are provided.
In the event of interference, the holding rod holding the jig and tool is allowed to move freely and smoothly in any direction, resulting in the effect of reliably protecting the robot and the holding part of the jig and tool from the impact of the collision. As a result, it became unnecessary to take measures to reduce the operating speed of the robot in order to suppress the robot's elliptical running, and a great effect was obtained in that the operating rate of the robot could be improved.

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

第１図は、本考案にかゝるロボツト用衝突保護
装置の縦断面図、第２図はの−線に沿う断面
図、第３図は本衝突保護装置の使用態様を示す断
面図、第４図は、従来の衝突保護装置の断面図で
ある。 １……シリンダ、２……ロボツト、３……フリ
ーピストン、４……圧力室、６……エアポート、
９……蓋体、１０……ボールジヨイントユニツ
ト、１１……ボール部、１２……受け部、１４…
…保持ロツド、１７……Ｖ溝（係合部）、１８…
…キー（係合部）、２１……電磁切換弁、２４…
…干渉検出センサ。 FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of the collision protection device for a robot according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the - line, and FIG. FIG. 4 is a sectional view of a conventional collision protection device. 1... Cylinder, 2... Robot, 3... Free piston, 4... Pressure chamber, 6... Air port,
9... Lid body, 10... Ball joint unit, 11... Ball part, 12... Receiving part, 14...
...Holding rod, 17...V groove (engaging part), 18...
...Key (engaging part), 21...Solenoid switching valve, 24...
...Interference detection sensor.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ロボツトに保持される有底筒状のシリンダにフ
リーピストンを摺動可能に内装し、前記シリンダ
の開口端部内に、一端に治工具を持つ支持ロツド
の他端を抜けが規制されたボールジヨイントユニ
ツトを介して係着し、前記フリーピストンと前記
ボールジヨイントユニツトのボール部とに、相互
に傾斜面を当接させて凹、凸部嵌合する係合部を
設け、前記フリーピストンと前記シリンダの底部
とで画成される圧力室に臨むシリンダ壁にエアポ
ートを設け、かつ前記シリンダに、前記圧力室を
給気側と排気側とに切換える弁機構および前記フ
リーピストンの移動を検知して前記弁機構の作動
を制御する検出手段を付設したことを特徴とする
ロボツト用衝突保護装置。 A free piston is slidably housed in a bottomed cylindrical cylinder held by the robot, and a ball joint is installed in the open end of the cylinder to prevent the rod from coming off at the other end of a support rod that has a jig at one end. The free piston and the ball portion of the ball joint unit are provided with an engaging portion that engages with the concave and convex portions of the free piston and the ball joint unit so that the free piston and the ball joint unit are engaged with each other through the free piston and the ball joint unit. An air port is provided in the cylinder wall facing the pressure chamber defined by the bottom of the cylinder, and the cylinder is provided with a valve mechanism that switches the pressure chamber between an air supply side and an exhaust side, and detects movement of the free piston. A collision protection device for a robot, characterized in that a detection means for controlling the operation of the valve mechanism is attached.