JPH0729273B2 - 工業用ロボットの保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アーク溶接ロボット等の工業用ロボットがそ
の動作時にワーク等と干渉して損傷を受けるのを防止す
るための保護装置に関する。

［従来の技術］ 工業用ロボット、特にアーク溶接ロボットでは、ロボッ
ト先端の溶接トーチでアーク溶接作業を行なうが、この
とき、溶接トーチがワーク等と干渉して過大な負荷を受
けると、溶接トーチが曲がったりあるいは手首系の駆動
部を損傷するといったトラブルが発生する。

このようなトラブルからロボットを保護する手段とし
て、トーチの取付金具に折れやすいもの（例えばベーク
ライト製）を介在させ、トラブル発生時にロボットが過
大な負荷を受けると、この取付金具を折ることで負荷を
吸収し、取付金具以降の部品を保護することが行なわれ
ている。また、上記手段とは別に、ショックセンサと呼
ばれる装置で保護することも行なわれている。

しかし、これらの手段はいずれもロボットに対して外付
けであるため、ロボットをコンパクトに構成する上で好
ましくない。保護装置は、ロボットに内蔵できる構成の
方がメリットがある。

そこで、本願発明者は、従来、第5,6図に示すごとく、
手首部のベベルギヤ部分において、ロボット内蔵タイプ
の保護装置を実用化している。ここでは、手首の最終軸
であるS6軸およびその手前のS5軸の部分について説明す
る。

S6軸駆動用モータ（図示せず）は、減速機（図示せず）
を介してベベルギヤ31に接続され、このベベルギヤ31の
回転は、ベベルギヤ32,押え板33,金具34,回転軸35,ベベ
ルギヤ35a,36を介して、手首フレーム38内に軸支された
回転軸37に伝達されて、S6軸周りの回転が得られるよう
になっている。

また、S5軸駆動用モータ（図示せず）も、減速機（図示
せず）を介してベベルギヤ42に接続され、このベベルギ
ヤ42の回転は、ベベルギヤ41,押え板40,金具39を介し
て、手首フレーム38に伝達されて、S5軸周りの回転が得
られるようになっている。

そして、S6軸についての保護装置は、第５図に示すよう
に、ベベルギヤ32を、金具34と押え板33とにより挾み込
んで回転可能に設けることで構成されている。つまり、
金具34は、金具取付用ねじ45により回転軸35に固定さ
れ、この金具34と押え板33との間にベベルギヤ32が挾み
込まれ、押え板33を保護装置調整用ねじ46により金具34
に対して締め付けて固定されている。ベベルギヤ32が、
押え板33,金具34に対して回転するのは、ねじ46の締付
トルクにより発生する摩擦力よりも、S6軸が受ける外力
の方が上回った場合（過負荷が使用した場合）のみで、
通常の作業状態でベベルギヤ32が押え板33,金具34に対
して回転してしまうことはない。

また、同様に、S5軸についての保護装置は、第5,6図に
示すように、ベベルギヤ41を、金具39と押え板40とによ
り挾み込んで回転可能に設けることで構成されている。
つまり、金具39は、金具取付用ねじ44により手首フレー
ム38に固定され、この金具39と押え板40との間にベベル
ギヤ41が挾み込まれ、押え板40を保護装置調整用ねじ43
により金具39に対して締め付けて固定されている。ここ
でも、ベベルギヤ41が、押え板40,金具39に対して回転
するのは、ねじ43の締付トルクにより発生する摩擦力よ
りも、S5軸が受ける外力の方が上回った場合のみで、通
常の作業状態でベベルギヤ41が押え板40,金具39に対し
て回転してしまうことはない。

さて、S5軸,S6軸ごとの保護装置においては、保護動作
時のチェックおよび復旧を目的として、各保護装置ごと
に後述のごとくチェック機構が付設されている。即ち、
S6軸側の保護装置では、第５図に示すように、ベベルギ
ヤ32,押え板33および金具34にそれぞれ位置決め穴32a、
逃し穴33aおよび位置決め穴34aが形成されいる。そし
て、位置決め穴32a,34aは後述する位置決め治具と同径
であり、逃し穴33aは、位置決め穴32a,34aよりも少し大
きな径として形成されており、これらの穴32a〜34aは通
常同軸的に配置されている。

また、S5軸側の保護装置でも、同様に、第5,6図に示す
ように、ベベルギヤ41,押え板40および金具39にそれぞ
れ位置決め穴41a,逃し穴40aおよび位置決め穴39aが形成
されていて、位置決め穴39a,41aは後述する位置決め治
具と同径であり、逃し穴40aは、位置決め穴39a,41aより
も少し大きな径として形成されており、これらの穴39a
〜41aは通常同軸的に配置されている。

上述の構成により、今、手首先端（溶接トーチ等）がワ
ーク等に干渉してS5軸に大きな力が作用した場合、金具
39は手首フレーム38と一体的に回動するが、ベベルギヤ
41はベベルギヤ42と噛み合ったまま静止し、金具39およ
び押え板40は、ベベルギヤ41を挾みながらこのベベルギ
ヤ41に対して回動を起こすことになる。

このようにして、保護装置調整用ねじ43により設定され
るあるレベル以上の力が作用した場合には、駆動系（減
速機等）が静止したまま先端が回転するので、駆動系を
保護できるとともに溶接トーチ等のロボット先端部分を
も保護することができるのである。

なお、このように保護装置が動作したことをチェック確
認して復旧させるために、押え板40の逃し穴40aから位
置決め治具（図示せず）を挿入し、ベベルギヤ41の位置
決め穴41aおよび金具39の位置決め穴39aに挿入してみ
る。このとき、保護装置が動作していなければ、金具39
とベベルギヤ41との間でずれは生じていないので、位置
決め治具は金具39の位置決め穴39aまで挿入されること
になる。一方、保護装置が動作した場合には、金具39は
ベベルギヤ41に対してずれているので、位置決め治具
は、ベベルギヤ41の位置決め穴41aまでしか挿入され
ず、金具39の位置決め穴39aには挿入されないことか
ら、保護装置の動作が確認される。そして、ロボットを
復旧する際には、ねじ43を弛め、ベベルギヤ41を金具3
9,押え板40に対し回動させて、位置決め穴39aと41aとが
同軸的に配置されたことを位置決め治具により確認して
から、ねじ43を所定の締め付け力で締め付ける。

ところで、近年、ガタを減少させることやコストダウン
等の目的から、よりダイレクト駆動に近づく傾向があ
り、本願発明者も、第７図に示すように、ハーモニック
減速機8,12の出力を各々直接手首フレーム11a,11bおよ
び出力軸13,出力フランジ15に直結する機構を開発し
た。

この機構では、第７図に示すように、S5軸駆動用モータ
10の回転駆動力が、プーリ9,タイミングベルト24,プー
リ６を介してハーモニック減速機８のハーモニック入力
軸７へ伝達される。ハーモニック減速機８は、ウエーブ
ジェネレータ8a、サーキュラスプライン（Ｓ）8bおよび
サーキュラスプライン（Ｄ）8cからなり、サーキュラス
プライン（Ｄ）8cが手首フレーム11aに直結されてい
る。なお、手首フレーム11aは、ベアリング5,21により
ロボットの本体フレーム１側に対して、揺動可能に支持
されている。

また、S6軸駆動用モータ16は手首フレーム11aに内蔵さ
れ、このモータ16の回転駆動力は、直接、ハーモニック
減速機12に伝達され、このハーモニック減速機12から出
力軸13および出力フランジ15へ伝達される。出力軸13お
よび出力フランジ15は、手首フレーム11bに対して回転
可能に軸支される。

なお、第７図中、符号3Aはハーモニック減速機８の取付
ケース、14は手首フレーム11b内の出力軸13外周に設け
られたS6軸の回転規制用ストライカで、このストライカ
14は、図示しないガイドとの間で螺旋状に摺動しながら
回転することにより、図示しないリミットスイッチとの
間でS6軸の一回転以上（ここでは400°）の回転につい
て回転端を規制するものである。また、18は手首フレー
ム11aの支持軸に接続されたドラム状部材で、このドラ
ム状部材18の外周に、手首フレーム11a内のモータ16等
への信号，動力を伝えるためのケーブル25が巻き付けら
れ、手首フレーム11aの揺動に対応してケーブル処理で
きるようになっている。17はドラム状部材18の外周に取
り付けたストライカ（図示せず）との間により動作して
S5軸の揺動を規制するリミットスイッチ、19,20は本体
フレーム１のカバーである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、第７図に示す直結構造の手首部では、第5,6
図に示した駆動系のように仲介する部品（ベベルギヤ，
金具，押え板等）がないので、第5,6図に示すような保
護装置を実現することができない。

従って、第７図に示す直結構造の手首部において、その
先端に大きな力が作用すると、ハーモニック減速機８の
サーキュラスプライン（Ｄ）8cと手首フレーム11aとの
間で取付ねじのガタ分だけ滑りが生じたり、ハーモニッ
ク減速機8,12自体に破損を生じ、一旦破損を生じると修
理のためにロボットのかなり広範な部分を分解する必要
があるなどの問題があった。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、
減速機直結構造であっても、容易に且つコンパクトな構
造で、過負荷時の駆動系の保護や復旧を実現できるよう
にした工業用ロボットの保護装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の工業用ロボットの
保護装置は、回転軸に連結された減速機の固定部を取り
付けられる回転体と、該回転体を回転可能に支持する本
体フレームとがそなえられ、前記回転体が前記本体フレ
ーム側に対して調整可能で且つ前記回転軸に対して垂直
方向の接触面で発生する摩擦力により前記減速機の固定
部の外周方向位置で固定されるとともに、前記の回転体
と本体フレーム側との両方にわたって連通しうる位置決
め穴を少なくとも１個設け、該位置決め穴に合致した形
状をもつ位置決め治具を前記位置決め穴に挿入すること
により、前記の回転体と本体フレーム側との間のずれの
確認および元の位置への復旧を行なうことを特徴として
いる。

［作用］ 上述した本発明の工業用ロボットの保護装置では、駆動
部に対して外部から大きな力が作用し、この力が回転体
と本体フレーム側との間の摩擦力を超えた場合、減速機
の固定部が、外力を受けたロボット部材と一体的に回動
し、本体フレーム側との間にずれを生じることにより、
駆動部やロボット部材が保護される。

このような保護動作が生じたことは、通常、回転体と本
体フレームとにわたり連通する位置決め穴に位置決め治
具を挿入できるか否かにより確認される。つまり、保護
動作が生じ回転体と本体フレーム側との間にずれが発生
している場合には、位置決め治具を挿入できなくなる。
そして、ロボットや保護装置の復旧は、位置決め治具を
位置決め穴に挿入できる状態になるように、回転体と本
体フレーム側との位置調整を行なうことにより行なわれ
る。

また、回転体が本体フレーム側に対して調整可能な摩擦
力により固定される位置が、回転の伝達経路方向に垂直
方向となる減速機の固定部の外周方向位置となっている
と共に、摩擦力が回転軸に対して垂直方向の接触面で発
生するため、減速機直結構造であっても、回転体の摩擦
力により固定が回転の伝達経路方向の長さを増大させる
ことがない。従って、工業用ロボットに対するコンパク
ト化の要望に十分に対応した保護装置とすることができ
る。さらに、上記の外周方向位置での固定によって、回
転体の調整箇所と減速機の固定部における調整箇所とを
略同一平面上の近い場所に集めることができるため、調
整作業を容易化することもできる。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての工業用ロボ
ットの保護装置について説明すると、第１図はその要部
を示す断面図、第２図はその要部を示す側面図、第３図
はその位置決め穴の通常配置状態を示す断面図、第４図
はその回転体の平面図である。なお、図中、既述の符号
と同一の符号は同一部分を示しているので、その説明は
省略する。また、本実施例では、第７図に示したものと
同様に、ハーモニック減速機８の出力を直接手首フレー
ム11aに直結する減速機直結構造の場合について、特にS
5軸周りの保護装置について説明する。

さて、第７図に示した構造にはハーモニック減速機８の
取付ケース3Aがそなえられているが、本実施例では、第
１図に示すように、上記取付ケース3Aに対応する部分を
回転体３として用いる。この回転体３には、ハーモニッ
ク減速機８の固定部であるサーキュラスプライン（Ｓ）
8bが、取付ねじ8dにより取り付けられている。

回転体３には、第1,4図に示すように、所定の摩擦力を
得るためのフランジ部3cと、ハーモニック減速機８を収
納しうるスリーブ部3eとがそなえられるほか、サーキュ
ラスプライン（Ｓ）8bを取り付けるための取付ねじ8dを
螺合されるねじ穴3dが形成されている。さらに、回転体
３のフランジ部3cには、保護動作確認および復旧の基準
となる１個の位置決め穴3aと、回転体３の回動時にトル
ク調整用ねじ22の移動を許容すべく60°にわたって３箇
所に配置された長穴3bとが形成されている。

また、第１図に示すように、本体フレーム１には、スリ
ーブ２がねじ2bにより一体的に取り付けられており、回
転体３は、第１〜３図に示すように、スリーブ部3eをス
リーブ２内周側に挿入しながら、フランジ部3cをスリー
ブ２と押え板４とに挾み、長穴3bを貫通するトルク調整
用ねじ22により締め付けることにより、本体フレーム１
側に対して回転可能に支持されている。また、スリーブ
２（本体フレーム１側）と回転体３との間のトルク（摩
擦力）は、ねじ22の締め付け力により適当に調整できる
ようになっている。

さらに、本体フレーム１側のスリーブ２には、前述した
位置決め穴3aとともに保護動作確認および復旧の基準と
なる１個の位置決め穴2aが形成されており、この位置決
め穴2aは、回転体３の位置決め穴3aと同径で、通常時に
は第３図に示すように、回転体３とスリーブ２との両方
にわたって連通するように配置されている。また、上述
の位置決め穴2a,3aに、これらの位置決め穴2a,3aに合致
した形状をもつ位置決め治具（丸棒；図示せず）を保護
動作確認および復旧時に挿入できるように、第2,3図に
示すごとく、押え板４には、逃し穴4aが形成されてい
る。

なお、スリーブ２には、ねじ22をねじ込まれる雌ねじ
（タップ；図示せず）が形成されている。

上述の構成により、今、手首先端（溶接トーチ等）がワ
ーク等に干渉してS5軸に大きな力が作用し、トルク調整
用ねじ22により設定されるあるレベル以上の力が作用し
た場合には、ハーモニック減速機８の固定部と連結され
た回転体３は、手首フレーム11a,11bと一体的に回動す
るが、本体フレーム１側は静止したままであり、回転体
３は、スリーブ２および押え板４に挾み込まれながら、
これらのスリーブ２および押え板４に対して相対回動を
起こすことになる。このとき、トルク調整用ねじ22は、
長穴3bを貫通しているので、回転体３の相対回動を妨げ
ることはない。

従って、手首先端のS5軸周りの過負荷が回転体３の本体
フレーム１側に対する相対回動により吸収されるので、
駆動系を保護できるとともに溶接トーチ等のロボット先
端部分をも保護することができる。

このように保護装置が動作したことをチェック確認して
復旧させる際、本実施例では、ロボットのカバー19を取
り外してから、押え板４の逃し穴4aから位置決め治具
（図示せず）を挿入し、回転体３の位置決め穴3aおよび
スリーブ２の位置決め穴2aに挿入する。このとき、保護
装置が動作していなければ、回転体３とスリーブ２との
間でずれは生じていないので、位置決め治具はスリーブ
２の位置決め穴2aまで挿入されることになるが、保護装
置が動作した場合には、回転体３はスリーブ２に対して
ずれているので、位置決め治具は、回転体３の位置決め
穴3aまでしか挿入されず、スリーブ２の位置決め穴2aに
は挿入されないことから、保護装置の動作が確認され
る。

そして、ロボットを復旧する際には、トルク調整用ねじ
22を弛め、位置決め治具を挿入できるように、位置決め
穴2a,3aを第３図に示すごとく一致させた状態になるま
で、回転体３をスリーブ2,押え板４に対し回動させ、位
置決め穴2aと3aとが同軸的に配置されたことを位置決め
治具により確認してから、トルク調整用ねじ22をトルク
レンチ等により所定の締め付け力でロボットの復旧が行
なわれる。

このように、本実施例の工業用ロボットの保護装置によ
れば、比較的少ない部品で駆動系やロボット先端の工具
を確実に保護しうる装置を実現できるほか、位置決め穴
2a,3aおよび位置決め治具を用いることで、極めて容易
に保護装置の動作確認や、動作後の正確な復旧作業を行
なうことができる。さらに、ハーモニック減速機８の固
定側（回転体３）の回転を利用することで、減速機直結
構造であっても、容易に且つコンパクトな構造で、過負
荷時の駆動系の保護や復旧を実現できるようになる。ま
た、当然のことながら、内蔵タイプの保護装置であるの
で、外装タイプの保護装置よりもコンパクトな構成にな
っている。

なお、上記実施例では、スリーブ２の位置決め穴2aと回
転体３の位置決め穴3aとを同径の穴としたが、必ずしも
同径である必要はない。

また、上記実施例では、ロボットの手首部、特にS5軸周
りについての保護装置について説明したが、本発明は、
アーム系等の他の回動部にも同様に適用できることは言
うまでもない。

さらに、上記実施例では、回転体３の本体フレーム１に
対するずれの確認を、位置決め治具を用いて人手により
行なうようにしているが、回転体３のスリーブ２に対す
る相対回転を検出するために、リミットスイッチや近接
スイッチ等を用い、その検出信号でオペレータ等に保護
動作発生を知らせたり、直接ロボットの動作を停止させ
るようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、工業用ロボットの駆動部におい
て、回転軸に連結された減速機の固定部を取り付けられ
る回転体と、該回転体を回転可能に支持する本体フレー
ムとがそなえられ、前記回転体が前記本体フレーム側に
対して調整可能で且つ前記回転軸に対して垂直方向の接
触面で発生する摩擦力により前記減速機の固定部の外周
方向位置で固定されるとともに、前記の回転体と本体フ
レーム側との両方にわたって連通しうる位置決め穴と、
位置決め治具とにより、回転体と本体フレーム側との間
のずれの確認および元の位置への復旧を行なう構成とし
たので、過負荷時の駆動系の保護や復旧を行うことがで
きる。また、減速機直結構造であっても、回転体の摩擦
力による固定が回転の伝達経路方向の長さを増大させる
ことがないため、工業用ロボットに対するコンパクト化
の要望に十分に対応させることができる。さらに、回転
体の調整箇所と減速機の固定部における調整筒所とを略
同一平面上の近い場所に集めることができるため、調整
作業を容易化することもできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としての工業用ロボット
の保護装置を示すもので、第１図はその要部を示す断面
図、第２図はその要部を示す側面図、第３図はその位置
決め穴の通常配置状態を示す断面図、第４図はその回転
体の平面図であり、第5,6図は従来の工業用ロボットの
保護装置を示すもので、第５図はその要部を示す断面
図、第６図はその要部を示す側面図、第７図は減速機直
結構造の工業用ロボットの要部を示す断面図である。 図において、１……本体フレーム、２……スリーブ、2a
……位置決め穴、2b……ねじ、３……回転体、3a……位
置決め穴、3b……長穴、3c……フランジ部、3d……ねじ
穴、3e……スリーブ部、４……押え板、4a……逃し穴、
５……ベアリング、６……プーリ、７……ハーモニック
入力軸、８……ハーモニック減速機、8a……ウエーブジ
ェネレータ、8b,8c……サーキュラスプライン、8d……
取付ねじ、９……プーリ、10……S5軸駆動用モータ、11
a,11b……手首フレーム、12……ハーモニック減速機、1
3……出力軸、14……回転規制用ストライカ、15……出
力フランジ、16……S6軸駆動用モータ、17……リミット
スイッチ、18……ドラム状部材、19,20……カバー、21
……ベアリング、22……トルク調整用ねじ、24……タイ
ミングベルト、25……ケーブル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工業用ロボットの駆動部において、回転軸
   に連結された減速機の固定部を取り付けられる回転体
   と、該回転体を回転可能に支持する本体フレームとがそ
   なえられ、前記回転体が前記本体フレーム側に対して調
   整可能で且つ前記回転軸に対して垂直方向の接触面で発
   生する摩擦力により前記減速機の固定部の外周方向位置
   で固定されるとともに、前記の回転体と本体フレーム側
   との両方にわたって連通しうる位置決め穴を少なくとも
   １個設け、該位置決め穴に合致した形状をもつ位置決め
   治具を前記位置決め穴に挿入することにより、前記の回
   転体と本体フレーム側との間のずれの確認および元の位
   置への復旧を行なうことを特徴とする工業用ロボットの
   保護装置。