JPH0775990A - 衝突保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出センサや電磁切換弁を介することなく、
干渉時にフリーピストンの退動に伴う機械的な動作によ
り圧力室の圧力を開放し得るようにして、干渉時から圧
力室の圧力開放までの応答時間を短縮する。 【構成】シリンダ１にフリーピストン３が往復動可能に
内装され、シリンダ１の開口端部内にボールジョイント
ユニット１０を介して支持ロッド１４が係着されてい
る。フリーピストン３及びボールジョインユニット１０
にはそれぞれ相互に傾斜面を当接させて凹、凸嵌合する
一対の係合部１７、１８が設けられている。シリンダ１
の底部とフリーピストン３とで画成される圧力室４に
は、給気ポート６からエア圧が供給される。圧力室４に
臨むシリンダ壁には排気ポート２１が設けられ、この排
気ポート２１はフリーピストン３がシリンダ１内を退動
する際に、フリーピストン３と共に移動する弁部材２３
により開放される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット等に装備され
る衝突保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットには、通常、これに持たせたた
治工具がワークや障害物に当った時の衝撃からロボット
自体や治工具の保持部（以下、ロボット等という）を保
護するため、衝突保護装置が装備される。従来の衝突保
護装置は、例えば図３に示すものが知られている（実開
昭６３−１４０３９３号公報）。この衝突保護装置は、
ロボット８０とロボット８０に持たせる治工具８１との
間に装着されるもので、有底筒状のシリンダ８２がロボ
ット８０側に固定され、シリンダ８２に保持された支持
ロッド８３の先端に治工具８１が装着される。詳しく
は、シリンダ８２にフリーピストン８４が往復動可能に
内装されるとともに、シリンダ８２の開口端部内にボー
ルジョイントユニット８５を介して支持ロッド８３が係
着されている。フリーピストン８４及びボールジョイン
トユニット８５のボール部８６には、相互に傾斜面を当
接させて凹、凸部嵌合する一対の係合部としてのＶ溝８
７及びキー部材８８がそれぞれ設けられている。

【０００３】そして、シリンダ８２の底部とフリーピス
トン８４とで画成された圧力室８９に臨むシリンダ壁に
は給排気ポート９０が設けられ、電磁切換弁９１の切り
換えにより圧力室８９内にエアが給気、排気可能とされ
ている。また、シリンダ８２の一側部には干渉検出セン
サ９２が取り付けられている。干渉検出センサ９２の先
端部はシリンダ８２に開口した孔８２ａに挿通され、そ
の検出子９２ａがフリーピストン８４の凹部８４ａに係
合されている。この干渉検出センサ９２は、検出子９２
ａが凹部８４ａから外れてフリーピストン８４の周面に
乗り上げることにより、フリーピストン８４の退動を検
出し、この信号をリレー回路を介して電磁切換弁９１に
送出する。

【０００４】この衝突保護装置では、通常運転時、圧力
室８９内へのエア圧の供給により、フリーピストン８４
が前進してキー部材８８とＶ溝８７とが係合しており、
これによりボールジョイントユニット８５を介して支持
ロッド８３がシリンダ８２に固定状態で保持されてい
る。なお、この時干渉検出センサ９２の検出子９２ａは
フリーピストン８４の凹部８４ａに係合されている。そ
して、支持ロッド８３に装着された治工具８１がワーク
あるいは障害物に干渉、衝突すると、ボールジョイント
ユニット８５のボール部８６が回動してフリーピストン
８４が後退する。このフリーピストン８４の後退は干渉
検出センサ９２により検出され、該センサ９２からの信
号により電磁切換弁９１が排気側に切り換えられる。こ
の結果、圧力室８９内のエアが給排気ポート９０から外
部へ排出され、フリーピストン８４の自由移動が許容さ
れるようになり、干渉、衝突の衝撃が緩和される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
衝突保護装置では、干渉時における圧力室８９内の圧力
開放は、干渉検出センサ９２により検出した信号をリレ
ー回路を介して電磁切換弁９１に送出し、これに応じた
電磁弁動作により行われる。このため、干渉動作から圧
力室８９内の圧力が開放されるまでに約１００ｍｓかか
り、応答性が悪いという問題がある。詳述すると、上記
リレー回路においてはコントローラ内でのリレーＯＮか
らバルブ励磁信号を出力するまで２５ｍｓかかり、電磁
弁動作においてはバルブ励磁信号を受けてバルブスプー
ルを移動させるまで４５ｍｓかかり、バルブスプールの
移動から圧力室８９内のエアが実際に排気されて圧力が
開放されるまで数１０ｍｓかかる。この結果、干渉時か
ら約１００ｍｓの間圧力室８９が圧縮されることとな
り、その反力がロボット８０に負荷を与える。そして、
干渉頻度が多いと、ロボット８０が損傷し、位置精度や
軌跡精度が低下することとなる。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、検出センサや電磁切換弁を介することなく、フリ
ーピストンの退動に伴う機械的な動作により圧力室の圧
力を開放し得るようにして、干渉時から圧力室の圧力開
放までの応答時間を短縮することを解決すべき技術課題
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の衝突保護装置は、有底筒状のシリンダと、該シリン
ダに往復動可能に内装されたフリーピストンと、前記シ
リンダの開口端部内に抜けが規制されたボールジョイン
トユニットを介して係着された支持ロッドと、前記フリ
ーピストン及び前記ボールジョイントにそれぞれ設けら
れ相互に傾斜面を当接させて凹、凸嵌合する一対の係合
部と、前記シリンダの底部と前記フリーピストンとで画
成される圧力室と、該圧力室に臨むシリンダ壁に設けら
れた給気ポートとを備えた衝突保護装置において、前記
シリンダには前記圧力室に臨むシリンダ壁に設けられた
排気ポートと該排気ポートを開閉する弁部材とを備えた
排気用弁機構が付設され、前記フリーピストンが前記圧
力室の容積を縮小する方向に移動する際に、該フリーピ
ストンと共に該弁部材が移動して該排気ポートを開放す
る構成とされていることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の衝突保護装置は、例えば、シリンダが
ロボット等に保持され、支持ロッドの先端側に治工具等
が装着されて使用に供される。通常使用状態において
は、給気ポートから圧力室内へのエア圧の供給により、
フリーピストンがシリンダ内を前進してフリーピストン
及びボール部にそれぞれ設けられた一対の係合部が係合
している。これにより、シリンダ開口端部内に抜けが規
制されたボールジョイントユニットを介して支持ロッド
が固定状態で保持されている。

【０００９】そして、支持ロッドに装着された治工具等
がワークあるいは障害物に干渉、衝突すると、ボールジ
ョイントユニットのボール部が回動し、フリーピストン
及び前記ボールジョイントにそれぞれ設けられた一対の
係合部における傾斜面の摺動により、フリーピストンが
後退する。本発明の衝突干渉装置においては、後退する
フリーピストンと共に排気用弁機構の弁部材が移動する
ので、干渉によりフリーピストンが後退すると、即座に
排気ポートが開放される。これにより、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、結果として治工具等を持つ支持ロッド
が任意方向に円滑に動き得るようになって、衝突の衝撃
が緩和される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。図１および図２において、１は有底円筒状
のシリンダで、その後端をロボット２の手首プレ−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ット
２に保持されている。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断面円形状の圧力室４が画成さ
れている。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によって気密に維持され
ている。また、圧力室４内には、シリンダ１側壁に設け
た給気ポート６を介して、図示を略すエア源に結ぶ配管
２０からエア圧が導入されるようになっている。

【００１１】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１の
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。

【００１２】一方、シリンダ１の開口端部内には、該シ
リンダ開口端部にボルト止めした蓋体９を用いてボ−ル
ジョイントユニット１０が係着されている。ボ−ルジョ
イントユニット１０は、球状のボ−ル部１１と該ボ−ル
部１１を球面１２ａにて保持する受け部１２とから成っ
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９ａ
を有しており、前記受け部１２は該環状突起９ａに沿っ
て摺動できるようになっている。また前記ボ−ルジョイ
ントユニット１０の係着状態において、受け部１２の外
面とシリンダ１の内面との間には所定の隙間１３が形成
され、この隙間１３にフリーピストン３の一部が延在し
ている。

【００１３】１４は、上記ボ−ルジョイントユニット１
０のボ−ル部１１から前記蓋体９の中央孔９ｂを挿通し
て下方へ延設された支持ロッドで、該支持ロッド１４の
下端には、治工具を保持するチャックユニット１５を固
定するための保持プレ−ト１６が一体に設けられてい
る。またボ−ルジョイントユニット１０のボ−ル部１１
の反支持ロッド側にはＶ溝１７が設けられ、一方前記フ
リーピストン３にはＶ溝１７に係合するキー部材１８が
取付けられている。キー部材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カット
され、これによりキー部材１８がＶ溝１７に嵌合した状
態において、ボ−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っている。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−ルジョイントユニット１０のガタを規制する程度
の弱いものである。

【００１４】前記シリンダ１の底部には、第１連通孔２
１ａ及び第２連通孔２１ｂを介して、それぞれ圧力室４
及び外部とそれぞれ通じる断面円形状の弁収容室２２が
設けられている。なお、第１連通孔２１ａ及び第２連通
孔２１ｂが本発明の排気ポート２１を構成する。弁収容
室２２内には、円錐状の座面２２ａに着座して排気ポー
ト２１を気密的に閉鎖する弁部材２３が摺動可能に収容
されている。なお、弁収容室２２の内面と弁部材２３の
外面とは、シール部材２４によって気密に維持されてい
る。また、弁収容室２２内には弁部材２３を前方（図１
の下方）へ付勢するばね２５が設けられているが、その
ばね力は、圧力室４からの押し上げに耐え得る程度のも
のである。さらに、弁部材２３の棒状先端部２３ａとフ
リーピストン３との間には、可及的に微小とされた隙間
が確保されている。

【００１５】なお、シリンダ１の一側部にはブラケット
２６を用いて干渉検出センサ２７が取付けられている。
この干渉検出センサ２７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２７ａ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２７ａの係合を許容
する凹部３ａが設けられている。干渉検出センサ２７
は、検出子２５ａが前記凹部３ａ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の退動を検出する機能を有するもので、この信号は例
えばロボット２を停止させるための信号として用いるこ
とができる。

【００１６】かかる構成により、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部材１８がボ
−ル部１１のＶ溝１７に嵌合し、該ボ−ル部１１は受け
部１２に対して固定される（図１の状態）。したがっ
て、この状態のもと、チャックユニット１５に持たせた
治工具により安定的にロボット作業を実行できる。

【００１７】そして、チャックユニット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−ルジョイントユニット１０のボ−ル部１１が
受け部１２内で回動し、図２に示すように、キー部材１
８がＶ溝１７上を摺動してフリーピストン３がわずかに
退動する。フリーピストン３が退動すると、フリーピス
トン３により持ち上げられるかたちで弁部材２３もばね
２５に抗して持ち上げられ、排気ポート２１が開放され
る。この結果、圧力室４内のエアが排気ポート２１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って支持ロッド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、支持ロッド１４が真上に干渉を受けた場合
は、ボ−ルジョイントユニット１０の全体が上動し、前
記と同様に排気ポート２１が開放されて圧力室４内が排
気され、前記と同様に衝撃が緩和される。

【００１８】このように、本実施例の衝突保護装置で
は、干渉時、退動するフリーピストン３と共に弁部材２
３が退動して排気ポート２１を開放するので、干渉時か
ら圧力室の圧力開放までの応答時間を、従来の干渉検出
センサや電磁切換弁を用いた場合の１／３以下にするこ
とができた。なお、シリンダ１に付設される排気用弁機
構としての排気ポート２１及び弁部材２３の形状や位置
等は、上記実施例のものに限定されず、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内で種々変更可能であり、例えば弁部材
２３をフリーピストン３と一体的に設けることもでき
る。

【００１９】また、上記実施例において、ボ−ル部１１
にＶ溝１７を、フリーピストン３にキー部材１８をそれ
ぞれ設けるようにしたが、これに代え、ボ−ル部１１に
キー部材を、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。

【００２０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかる衝突保護装置は、干渉時に退動するフリーピスト
ンと共に移動する弁部材により圧力室の圧力を開放し得
るようにしたものであるから、干渉時から圧力室の圧力
開放までの応答性を、検出センサや電磁切換弁を用いる
従来の装置と比較して極めて良好にすることができる。
したがって、上記応答性の悪化に起因するロボット等の
損傷や、位置精度及び軌跡精度等の低下を防止すること
が可能となる。また、電磁切換弁を不要とすることによ
り、装置の大幅なコンパクト化及び軽量化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るロボット用衝突保護装置の縦断
面図である。

【図２】上記衝突保護装置の干渉時の状態を示す断面図
である。

【図３】従来の衝突保護装置の断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダ ２…ロボット ３…
フリーピストン ４…圧力室 ６…給気ポート １０…ボ−ルジョイントユニット １１
…ボ−ル部 １４…支持ロッド １７…Ｖ溝（係合部） １８
…キー部材（係合部） ２１ａ、２１ｂ…連通孔（排気ポート） ２３
…弁部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底筒状のシリンダと、該シリンダに往
   復動可能に内装されたフリーピストンと、前記シリンダ
   の開口端部内に抜けが規制されたボールジョイントユニ
   ットを介して係着された支持ロッドと、前記フリーピス
   トン及び前記ボールジョイントにそれぞれ設けられ相互
   に傾斜面を当接させて凹、凸嵌合する一対の係合部と、
   前記シリンダの底部と前記フリーピストンとで画成され
   る圧力室と、該圧力室に臨むシリンダ壁に設けられた給
   気ポートとを備えた衝突保護装置において、 前記シリンダには前記圧力室に臨むシリンダ壁に設けら
   れた排気ポートと該排気ポートを開閉する弁部材とを備
   えた排気用弁機構が付設され、前記フリーピストンが前
   記圧力室の容積を縮小する方向に移動する際に、該フリ
   ーピストンと共に該弁部材が移動して該排気ポートを開
   放する構成とされていることを特徴とする衝突保護装
   置。