(57)【要約】【課題】移動対象物や周辺部材の保護機能に優れるロボット用衝突検出装置の提供。【解決手段】操作対象物９０に接続され、所定の変位限界範囲内を変位可能な中継部材１０と、この中継部材１０に直接または間接的に接触し、当該中継部材１０が変位することによって変位する可動部材２０と、アームの移動を停止させる停止信号が発生する契機となる、可動部材２０が所定量変位したことを検出する検出手段３０と、を備え、中継部材１０が変位限界に向かって変位したとき、当該中継部材１０が原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、可動部材２０が所定量変位したことが検出手段３０に検出されるように設定されている衝突検出装置１とする。【選択図】図４
2015003372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作対象物を移動させるロボットのアームに設けられる衝突検出装置であって、
前記操作対象物に接続され、所定の変位限界範囲内を変位可能な中継部材と、
この中継部材に直接または間接的に接触し、当該中継部材が変位することによって変位する可動部材と、
前記アームの移動を停止させる停止信号が発生する契機となる、前記可動部材が所定量変位したことを検出する検出手段と、
を備え、
前記中継部材が変位限界に向かって変位したとき、当該中継部材が原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、前記可動部材が所定量変位したことが前記検出手段に検出されるように設定されていることを特徴とするロボット用衝突検出装置。
【請求項２】
前記中継部材の変位限界範囲を調整する変位限界調整手段、および前記検出手段によって検出される前記可動部材の変位量を調整する検出位置調整手段の少なくともいずれか一方が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット用衝突検出装置。
【請求項３】
前記中継部材と前記可動部材の間には、弾性体が介在されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット用衝突検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作対象物を移動させるロボットのアームに設けられる衝突検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットでは、操作対象物を移動させるアームに衝突検出装置が設けられる。当該装置は、操作対象物とワーク等の周辺部材が衝突することによる操作対象物の損傷や周辺部材を保護するためのものである（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−５５１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の衝突検出装置では、衝突検出装置が作動し、アームの移動が停止したにも拘わらず、移動対象物や周辺部材が激しく損傷し、交換を余儀なくされることがあった。その理由としては、衝突検出装置が作動してからのアームの制動距離が長い、といったことが考えられる。
【０００５】
本発明は、移動対象物や周辺部材の保護機能に優れるロボット用衝突検出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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明にかかるロボット用衝突検出装置は、操作対象物を移動させるロボットのアームに設けられる衝突検出装置であって、前記操作対象物に接続され、所定の変位限界範囲内を変位可能な中継部材と、この中継部材に直接または間接的に接触し、当該中継部材が変位することによって変位する可動部材と、前記アームの移動を停止させる停止信号が発生する契機となる、前記可動部材が所定量変位したことを検出する検出手段と、を備え、前記中継部材が変位限界に向かって変位したとき、当該中継部材が原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、前記可動部材が所定量変位したことが前記検出手段に検出されるように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
前記中継部材の変位限界範囲を調整する変位限界調整手段、および前記検出手段によって検出される前記可動部材の変位量を調整する検出位置調整手段の少なくともいずれか一方が設けられているとよい。
【０００８】
前記中継部材と前記可動部材の間には、弾性体が介在されているとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる衝突検出装置は、操作対象物が周辺部材に接触する等して当該操作対象物に接続され中継部材が変位限界に向かって変位したとき、その中継部材が原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、可動部材が所定量変位したことが検出手段に検出され、アームの停止信号が生ずる。つまり、アームの停止命令が発生した後、慣性力等によってアームが移動したとしても、中継部材の変位により当該衝突によって発生するエネルギの一部は吸収されるから、操作対象物や周辺部材に対する衝撃を小さくすることができる。
【００１０】
中継部材の変位限界範囲を調整する変位限界調整手段や検出手段によって検出される可動部材の変位量を調整する検出位置調整手段が設けられていれば、ロボットの使用用途や使用状況に応じて変位限界範囲や可動部材の変位量を調整することができる。
【００１１】
中継部材と可動部材の間に弾性体が介在されていれば、操作対象物が周辺部材に衝突したときに発生する力の一部は当該弾性体の変形によって吸収されるから、操作対象物や周辺部材に対する衝撃を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかるロボット用衝突検出装置を示した図であり、中継部材が原位置に位置した状態を示したものである。
【図２】本発明の実施形態にかかるロボット用衝突検出装置を示した図であり、可動部材の上端面がケース体の底面（上側の面）に接触した状態を示したものである。
【図３】本発明の実施形態にかかるロボット用衝突検出装置を示した図であり、中継部材のシャフト部がケース体の開口の内縁に接触した状態を示したものである。
【図４】本発明の実施形態にかかるロボット用衝突検出装置を示した図であり、可動部材が上方に所定量変位したことが検出手段によって検出された状態を示したものである。
【図５】可動部材の長さを変化させることができる変位限界調整手段を備えたロボット用衝突検出装置を示した図（図６よりも可動部材の長さを短くしたもの）であり、（ａ）は可動部材が原位置に位置した状態、（ｂ）は可動部材が変位限界に位置した状態を示した図である。
【図６】可動部材の長さを変化させることができる変位限界調整手段を備えたロボット用衝突検出装置を示した図（図５よりも可動部材の長さを長くしたもの）であり、（ａ）は可動部材が原位置に位置した状態、（ｂ）は可動部材が変位限界に位置した状態を示した図である。
【図７】ケース体の開口の大きさを変化させることができる変位限界調整手段を備えたロボット用衝突検出装置を示した図であり、（ａ）は相対的に開口の大きさが大きいもの、（ｂ）は相対的に開口の大きさが小さいものを示した図である。
【図８】検出位置調整手段を備えたロボット用衝突検出装置を示した図（図９よりも可動部材が変位した際に、検出手段によって検出されるまでの距離を長くしたもの）であり、（ａ）は可動部材が原位置に位置した状態、（ｂ）は可動部材が変位限界に位置した状態を示した図である。
【図９】検出位置調整手段を備えたロボット用衝突検出装置を示した図（図８よりも可動部材が変位した際に、検出手段によって検出されるまでの距離を短くしたもの）であり、（ａ）は可動部材が原位置に位置した状態、（ｂ）は可動部材が変位限界に位置した状態を示した図である。
【図１０】中継部材と可動部材の間に弾性体を介在させたロボット用衝突検出装置を示した図であり、（ａ）は可動部材が原位置に位置した状態、（ｂ）は可動部材が傾き弾性体が変形した状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１〜図４に示す本発明の一実施形態にかかるロボット用衝突検出装置１（以下、単に衝突検出装置１と称することもある）は、操作対象物を移動させるロボット（産業用ロボット）のアームに設けられる（アームと操作対象物の間に介在される）装置であって、中継部材１０、可動部材２０、および検出手段３０を備える。なお、以下の説明では、溶接（アーク溶接）用ロボットを例に衝突検出装置１を説明する。溶接用ロボットの場合、アームによって移動させられる操作対象物は溶接用トーチ９０となる。また、以下の説明における各部材の原位置とは、中継部材１０が傾いていない状態（シャフト部１２の中心軸と可動部材２０の中心軸が一致している状態）のことをいうものとする。
【００１４】
中継部材１０は、操作対象物である溶接用トーチ９０に接続される部材であり、接続部１１、シャフト部１２、および接触部１３を有する。接続部１１は、溶接用トーチ９０が接続される部分である。溶接用トーチ９０は、当該接続部１１に直接接続されていてもよいし、他の部材を介して間接的に接続されていてもよい。また、移動対象物を動かないように固定することができる構造であれば、接続部１１はどのような構成であってもよい。本実施形態における接続部１１は、溶接用トーチ９０の軸状の部分９１を把持することが可能な構造である。
【００１５】
シャフト部１２は、接続部１１における溶接用トーチ９０が接続される側の反対方向に向かって延びる軸状の部分である。シャフト部１２の先端に接触部１３が設けられている。本実施形態における接触部１３は、少なくとも上側の面（軸状部の反対側の面。以下接触面１３１と称する）が曲面に形成された円盤形状の部分である。接触面１３１は、可動部材２０側に位置する面である。
【００１６】
可動部材２０は、中継部材１０の接触面１３１に直接または間接的に接触する部材である。本実施形態の可動部材２０は、円筒形状に形成されたケース体４０の内側の空間４２（円柱形状の空間）に収容されたシリンダである。つまり、可動部材２０は、ケース体４０に形成された空間４２の中心軸に沿ってスライド可能な部材である。可動部材２０の内側には空間が形成されており、当該空間内に付勢部材５０が収容されている。付勢部材５０は、ケース体４０の底面（上側の面）と、可動部材２０の底面（下側の面）との間に挟まれ、自然長より縮んだ状態にある。そのため、可動部材２０は、付勢部材５０によって下方、すなわち中継部材１０側に付勢されている。本実施形態では、中継部材１０の接触面１３１は、可動部材２０の下端面に直接接触している。
【００１７】
可動部材２０が収容されるケース体４０の下側には、円形の開口４１が形成されている。当該開口４１を通じて中継部材１０が下側に引き出されている。具体的には、中継部材１０の接触部１３はケース体４０の内側に位置しており、ケース体４０の開口４１は接触部１３の大きさよりも小さく形成されている（接触部１３がケース体４０から抜け落ちることがない大きさ・形状に形成されている）。中継部材１０が接触部１３を支点として変位すると、当該接触部１３に接触する可動部材２０が上下方向に変位する。具体的には、中継部材１０の傾きが大きくなればなるほど、付勢部材５０の付勢力に抗して可動部材２０が上方に押され、当該可動部材２０が上方に変位する。中継部材１０の傾きが小さくなればなるほど、付勢部材５０の付勢力によって可動部材２０が下方に変位する。
【００１８】
中継部材１０が傾くことができる範囲（中継部材１０の変位限界範囲）は、原位置に位置する可動部材２０が上方に向かって変位することが可能な変位量、またはケース体４０に形成される開口４１の大きさによって決まる。すなわち、図２に示すように可動部材２０の上端面がケース体４０の底面（上側の面）に接触した状態となるか、図３に示すように中継部材１０のシャフト部１２がケース体４０の開口４１の内縁に接触する位置が、中継部材１０の変位限界となる。換言すれば、中継部材１０が大きく傾いたとき、中継部材１０のシャフト部１２がケース体４０の開口４１の内縁に接触するよりも先に可動部材２０の上端面がケース体４０の底面に接触するのであれば、原位置に位置する可動部材２０が上方に向かって変位することが可能な変位量によって中継部材１０の変位限界範囲が決まる。一方、中継部材１０が大きく傾いたとき、可動部材２０の上端面がケース体４０の底面に接触するよりも先に中継部材１０のシャフト部１２がケース体４０の開口４１の内縁に接触するのであれば、開口４１の大きさによって中継部材１０の変位限界範囲が決まる。本実施形態では、円筒形状の可動部材２０に円盤形状の接触部１３が接触し、ケース体４０に形成された開口４１は円形であるため、中継部材１０の変位限界範囲は円形となる。具体的には、本実施形態における中継部材１０の変位限界は、シャフト部１２の傾きがＳ度となる状態に設定されている（図４参照）。
【００１９】
このように、中継部材１０の変位限界範囲を大きくするためには、可動部材２０の長さを短くして原位置に位置する可動部材２０が上方に向かって変位することが可能な変位量を大きくしたり、中継部材１０のシャフトが通るケース体４０の開口４１を大きくしたりすればよい。
【００２０】
可動部材２０の外面には、環状の凹部２１が形成されている。当該凹部２１は、以下で詳細を説明する検出手段３０によって、可動部材２０の位置（可動部材２０が所定量変位したこと）を検出するための要素となる。
【００２１】
検出手段３０は、可動部材２０が所定量変位したことを検出する手段である。本実施形態では、検出手段３０としていわゆるマイクロスイッチを用いている。検出手段３０は、ケース体４０の外面に固定されている。ケース体４０の壁面には、貫通孔が形成されており、当該貫通孔を通じて検出手段３０の接点３１がケース体４０の空間４２内に入り込んでいる。当該接点３１が、可動部材２０の外面における凹部２１が形成されていない箇所に接触しているときには、検出手段３０がＯＮとなる。一方、当該接点３１が、可動部材２０の外面における凹部２１が形成されている箇所に接触または凹部２１内に位置することで可動部材２０の外面における凹部２１が形成されていない箇所と非接触状態となるときには、検出手段３０がＯＦＦとなる。可動部材２０が原位置に位置するとき（中継部材１０が傾いていないとき）においては、検出手段３０の接点３１は可動部材２０の外面における凹部２１が形成された箇所よりも上側の面に接触しているため、検出手段３０はＯＮ状態にある。中継部材１０が所定量傾き、可動部材２０が上方に所定量変位すると、検出手段３０の接点３１が可動部材２０の外面における凹部２１内に入り込むため、検出手段３０がＯＦＦ状態になる。
【００２２】
つまり、原位置に位置する可動部材２０が上方に向かって変位し、検出手段３０がＯＦＦとなることをもって、可動部材２０が所定量上方に変位したことが検出される。検出手段３０がＯＦＦとなるタイミングは、可動部材２０が原位置に位置するときにおける凹部２１の上端縁と、検出手段３０の接点３１の位置によって決まる。すなわち、凹部２１の上端縁と接点３１の距離Ｘ（図１参照）分、可動部材２０が上方に変位したとき、そのことが検出手段３０によって検出される。
【００２３】
検出手段３０がＯＦＦになることをもって、アームの移動を停止させる停止信号が発生する。つまり、可動部材２０が原位置から凹部２１の上端縁と接点３１の距離Ｘ分上方に変位したとき、ロボットのアームを停止させる信号が発生する。本実施形態では、中継部材１０が原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、可動部材２０が原位置から距離Ｘ上方に変位するように設定されている。つまり、中継部材１０のシャフト部１２の傾きがＳａ度（Ｓａ度＜Ｓ／２度）となったときに、可動部材２０が所定量変位したことが検出手段３０に検出されるように設定されている（図４参照）。検出手段３０の検出感度を向上させるためには、凹部２１の上端縁の位置を検出手段３０に近づけたり、検出手段３０を凹部２１の上端縁に近づけたりすればよい。
【００２４】
このような構成を有する衝突検出装置１の作用は以下の通りである。ロボットのアームを駆動し、操作対象物である溶接用トーチ９０を移動させたときに、溶接用トーチ９０がワーク等の周辺部材に衝突した場合を想定する。このような状況は、特にティーチング時などに発生しうる。溶接用トーチ９０が周辺部材に衝突すると、溶接用トーチ９０が接続された中継部材１０が傾く。中継部材１０が傾くと、接触部１３によって可動部材２０が押され、付勢部材５０の付勢力に抗して上方に移動する。当該移動量が距離Ｘとなった場合には、検出手段３０がＯＦＦになり、アームの移動を停止させる停止信号が発生する。当該移動量が距離Ｘを超えなかった場合には、検出手段３０がＯＦＦになることはないから、アームの移動を停止させる停止信号が発生しない。
【００２５】
可動部材２０の上方への移動量が距離Ｘとなった場合には、中継部材１０のシャフト部１２の傾きがＳａ度となったということである。このとき中継部材１０は、原位置と変位限界との中間位置にも到達していない。つまり、中継部材１０が、原位置と変位限界との中間位置に到達する前に、アームの停止信号が発生する。それゆえ、アームを停止させる命令を出した後、アームが惰性で移動したとしても、当該移動によって発生するエネルギの一部は中継部材１０の変位（変位限界範囲内における変位）により吸収されるから、操作対象物が周辺部材に衝突したときにおける操作対象物や周辺部材に対する衝撃（負荷）を小さくすることができる。
【００２６】
上記衝突検出装置１には、中継部材１０の変位限界範囲を調整する変位限界調整手段や検出手段３０によって検出される可動部材２０の変位量を調整する検出位置調整手段が設けられていてもよい。以下、これらの手段の例について説明する。
【００２７】
変位限界調整手段としては、図５および図６に示すような構造のものが例示できる。かかる変位調整手段は、可動部材２０ａの長さを変化させることにより、中継部材１０の変位限界範囲を調整可能とするものである。可動部材２０ａの本体部分２１ａの内側には雌ねじが形成されている。この雌ねじには、変位部材２２ａの雄ねじが螺合されている。可動部材２０ａの本体部分２１ａに対し相対的に変位部材２２ａを回転させると、変位部材２２ａは上下方向に変位する。つまり、変位部材２２ａを含めた可動部材２０ａの上下方向における大きさが変化する。図５に示すように変位部材２２ａを下方に移動させれば可動部材２０ａの上下方向における大きさは小さくなるし、図６に示すように変位部材２２ａを上方に移動させれば可動部材２０ａの上下方向における大きさは大きくなる。なお、変位部材２２ａの外ねじには、ロック部材２３ａ（ナット）が螺合されており、可動部材２０ａに対する変位部材２２ａの相対位置を任意の位置で固定することが可能である。
【００２８】
このように変位部材２２ａを含めた可動部材２０ａの上下方向の大きさを任意に変更することができれば、原位置に位置する可動部材２０ａが上方向に移動可能な範囲に依存する中継部材１０の変位限界範囲を調整（無段階調整）することが可能となる。つまり、図５に示すように中継部材１０の変位限界範囲を大きくしたり、図６に示すように（図５に示した状態よりも）中継部材１０の変位限界範囲を小さくしたりすることが可能となる。
【００２９】
この原位置に位置する可動部材２０ａが上方向に移動可能な範囲に依存する中継部材１０の変位限界範囲を調整する手段の変形例としては、着脱自在である接合要素（例えばマグネット）が設けられたプレートを可動部材２０に一または複数枚適宜接合することにより、プレートを含めた可動部材２０の上下方向の大きさを変更する手法が挙げられる。
【００３０】
この変位調整手段は、ケース体４０の開口４１の大きさを変化させることが可能な構成としてもよい。例えば、図７に示すように、ケース体４０ｂの本体部分４１ｂの下側内周面に雌ねじを形成し、その雌ねじに螺合可能な雄ねじが形成された開口調整部材４２ｂをケース体４０ｂの本体部分４１ｂに取り付けることにより、開口４１の大きさを調節してもよい。つまり、開口調整部材４２ｂは、ケース体４０ｂの開口４１となる貫通部分が形成された部材である。予め、当該貫通部分の大きさが異なる複数種の開口調整部材４２ｂが用意されており、そこから一の開口調整部材４２ｂを選択してケース体４０ｂの本体部分４１ｂに取り付けることで、開口４１の大きさを調整する構造である。図７（ａ）は開口４１が相対的に大きい開口調整部材４２ｂが取り付けられたものであり、図７（ｂ）は開口４１が相対的に小さい開口調整部材４２ｂが取り付けられたものである。
【００３１】
このようにケース体４０ｂの開口４１の大きさを任意に変更することができれば、ケース体４０ｂの開口４１の大きさに依存する中継部材１０の変位限界範囲を調整することが可能となる。
【００３２】
一方、検出位置調整手段としては、図８および図９に示すような構造のものが例示できる。可動部材２０ｃの本体部分２１ｃは、円筒形状の部材であり、凹部２１および底を貫通する雌ねじが形成されている。変位部材２２ｃは本体部分２１ｃの雌ねじに螺合される雄ねじが形成されている。本体部分２１ｃに対し、変位部材２２ｃを相対的に回転させることにより、本体部分２１ｃと変位部材２２ｃの軸方向における間隔を適宜調整することが可能となる。なお、変位部材２２ｃの雄ねじには、ロック部材２３ｃ（ナット）が螺合されており、本体部分２１ｃと変位部材２２ｃの相対位置（両者の間隔）を任意の位置で固定することが可能である
【００３３】
このように構成される可動部材２０ｃは、本体部分２１ｃと変位部材２２ｃの間隔を大きくすればするほど本体部分２１ｃに形成された凹部２１が上方に位置するような構造となる。つまり、上述した検出手段３０の位置を変化させなければ、本体部分２１ｃと変位部材２２ｃの間隔を小さくすればするほど、凹部２１の上端縁と接点３１の距離Ｘが長くなる（図８参照）し、本体部分２１ｃと変位部材２２ｃの間隔を大きくすればするほど、凹部２１の上端縁と接点３１の距離Ｘが短くなる（図９参照）。すなわち、かかる構成によれば、原位置から上方に可動部材２０ｃが変位した際に、検出手段３０によって検出されるまでの距離を任意に調整（無段階調整）することができる。
【００３４】
以上のように、中継部材１０の変位限界範囲を調整する変位限界調整手段や、検出手段３０によって検出される可動部材２０の変位量を調整する検出位置調整手段が設けられていれば、ロボットの使用用途等に応じて変位限界範囲や可動部材２０の変位量を調整することができる。例えば、操作対象物を確実に保護したいのであれば、変位限界調整手段によって中継部材１０の変位限界範囲を大きくするとともに、検出位置調整手段によって検出手段３０により検出されるまでの可動部材２０の変位量が小さくなるようにすればよい。なお、衝突検出装置１には、変位限界調整手段および検出位置調整手段の両方を設けた構成にしてもよいし、一方のみを設けた構成にしてもよい。
【００３５】
上記衝突検出装置１における、中継部材１０（接触部１３）と可動部材２０の間には弾性体６０ｄが介在されていてもよい。例えば、図１０に示すように、可動部材２０の下側に弾性体６０ｄであるゴム材料を接合した構成とすればよい。このようにすれば、操作対象物が周辺部材に衝突したときに生ずるエネルギの一部が弾性体６０ｄの変形によって吸収される（図１０（ｂ）参照）から、操作対象物や周辺部材に対する衝撃（負荷）をより小さくすることができる。
【００３６】
また、中継部材１０が傾いたときの弾性体６０ｄに生ずる応力は、可動部材２０を下方に付勢する付勢部材５０の付勢力よりも小さくなるように（弾性体６０ｄの方が付勢部材５０よりも変形しやすく）するとよい。このようにすれば、操作対象物が周辺部材に衝突したとき、付勢部材５０よりも先に弾性体６０ｄが変形することによって中継部材１０が大きく傾き、衝突時の衝撃を逃がす構造となるからである。
【００３７】
また、中継部材１０と可動部材２０の間に弾性体６０ｄを介在させた場合、中継部材１０が傾いたとき、介在された弾性体６０ｄが変形するため、弾性体６０ｄを介在させていない場合よちも可動部材２０の上方への移動量が小さくなる。つまり、弾性体６０ｄの弾性（固さ）によって検出手段３０による検出感度を調整することも可能である。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  衝突検出装置
１０  中継部材
１１  接続部
１２  シャフト部
１３  接触部
１３１  接触面
２０（２０ａ、２０ｃ）  可動部材
２１  凹部
３０  検出手段
３１  接点
４０（４０ｂ）  ケース体
４１  開口
５０  付勢部材
６０ｄ  弾性体
９０  溶接用トーチ
【図１】
2015003372.tif 000003
【図２】
2015003372.tif 000004
【図３】
2015003372.tif 000005
【図４】
2015003372.tif 000006
【図５】
2015003372.tif 000007
【図６】
2015003372.tif 000008
【図７】
2015003372.tif 000009
【図８】
2015003372.tif 000010
【図９】
2015003372.tif 000011
【図１０】
2015003372.tif 000012