專利名稱：機器人用停止裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人用停止裝置，具備設于相互相對運動的一對相對動作部分的至少一方，并在相對動作部分相互碰撞時夾于相對動作部分之間而使相對運動停止的制動器構(gòu)件。
背景技術：
作為使一對相對動作部分的相對運動停止的機器人用停止裝置的一例，如圖8所示，是使可動一側(cè)部分相對于固定一側(cè)部分的相對運動停止的裝置。在圖8中，一對相對動作部分的一方是作為固定一側(cè)部分的基座2，一對相對動作部分的另一方是作為可動一側(cè)部分的機械手3，機械手3旋轉(zhuǎn)自如地安裝在基座2上。
機器人用停止裝置1具備作為驅(qū)動機械手3的驅(qū)動源的伺服電機4；控制機械手3的速度和位置的電機控制裝置5；以及設于基座2的兩側(cè)，與進行旋旋轉(zhuǎn)作的機械手3抵接而緩和碰撞時的沖擊并使該旋旋轉(zhuǎn)作停止的制動器構(gòu)件6。機械手3通過減速機11與伺服電機4的旋轉(zhuǎn)軸連接，以該旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)中心左右旋轉(zhuǎn)。
制動器構(gòu)件6通過使機械手3與其抵接并使機械手3停止來規(guī)定機械手3動作范圍(動作行程)S(圖9)。通常的工業(yè)用機器人是通過軟件范圍來控制機械手3不超過規(guī)定的動作范圍S，但當因某些不良情況而使機械手3超過動作范圍S動作時，會通過壓跨制動器構(gòu)件6來吸收運動能量而停止。
制動器構(gòu)件6一般是由橡膠、彈簧、緩沖器或它們的組合而構(gòu)成的，圖10(a)～(b)是現(xiàn)有的制動器構(gòu)件的一例，(a)是方形的橡膠制動器6A，(b)是圓柱狀的橡膠制動器6B，(c)是使用了卷簧的制動器6C，(d)是組合了橡膠制動器D1和緩沖器D2的制動器6D。
向電機控制裝置5輸入來自檢測機械手3與制動器構(gòu)件6沖突時的沖擊的強度的未圖示的傳感器的檢測值，基于該檢測值，電機控制裝置5使伺服電機4停止。
由于以往使用的制動器構(gòu)件6(6A～6D)易變形(柔軟)，所以就在因碰撞而壓縮后幾乎不產(chǎn)生反作用力，隨著壓縮進展反作用力逐漸增大，當制動器構(gòu)件6的反作用力大于機械手3的前進力(按壓力)時，使機械手3停止。即在制動器構(gòu)件6剛開始被壓跨的初期階段，制動器構(gòu)件6幾乎對使機械手3的移動停止不起作用。因此，在使伺服電機停止的時刻上產(chǎn)生延遲，動作行程超過用δ所示的量，產(chǎn)生機械手3的停止距離長的問題。在機械手3的運動能量大的場合，會擔心發(fā)生機械手3等損傷的2次災害，從而需要加大制動器構(gòu)件6本身來充分阻止前進力。
但是，隨著伺服電機4的性能提高(高輸出化)，機械手3的動作速度逐年高速化，由此制動器構(gòu)件6要吸收的運動能量也增大，為了使機械手3在規(guī)定的位置上停止，僅力圖改進制動器構(gòu)件6的尺寸是有限度的。另外，力圖改進制動器構(gòu)件6的尺寸，還會有使即使小也希望擴大機械手3的動作范圍S縮小的問題，或使機械手3的形狀變形的其他的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種機器人用停止裝置，即便在相對動作部分的動作隨著伺服電機的性能提高而成為高速的場合，也可不加大制動器構(gòu)件的尺寸，而能夠縮短機器人的相對動作部分的停止距離。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種機器人用停止裝置，用于使一對相對動作部分的相對運動停止，在一對相對動作部分的至少一方設有在一對相對動作部分碰撞時夾于一對相對動作部分之間的制動器構(gòu)件，制動器構(gòu)件是硬度不同的至少2種構(gòu)件相互粘合的組合構(gòu)件，組合硬度高的構(gòu)件的兩端面，使得該兩端面與一對相對動作部分的各個直接接觸，由兩端面大致垂直地承受一對相對動作部分碰撞時的壓縮載荷。
根據(jù)本發(fā)明，制動器構(gòu)件是硬度不同的至少2種構(gòu)件相互粘合的組合構(gòu)件，組合硬度高的構(gòu)件的兩端面，使得該兩端面與一對相對動作部分的各個直接接觸，由兩端面垂直承受一對相對動作部分碰撞時的壓縮載荷，由此在由于一對相對動作部分的碰撞使制動器構(gòu)件夾于一對相對動作部分之間時，硬度高的構(gòu)件承受壓縮載荷F，產(chǎn)生高反作用力。在由于屈曲使硬度高的構(gòu)件變形后，硬度高的構(gòu)件產(chǎn)生的反作用力降低，但通過一對相對動作部分相互接近，硬度低的構(gòu)件的壓縮變形增在，作為硬度低的構(gòu)件的彈性復原力的反作用力增大，從而使一對相對動作部分的相對移動停止。因此，通過構(gòu)成制動器構(gòu)件的硬度高的構(gòu)件與硬度低的構(gòu)件的互補效果，能夠不加大夾于一對相對動作部分之間的制動器構(gòu)件的尺寸，縮短機器人的相對動作部分的停止距離。
在上述機器人用停止裝置上，具備驅(qū)動一對相對動作部分的至少一方的伺服電機；以及控制伺服電機的電機控制裝置，電機控制裝置具備檢測一對相對動作部分通過制動器構(gòu)件進行碰撞時的沖擊強度的沖擊檢測部，能夠基于沖擊檢測部檢測出的檢測值控制伺服電機停止。
根據(jù)上述構(gòu)成，由于控制伺服電機的電機控制裝置具備檢測一對相對動作部分通過制動器構(gòu)件進行碰撞時產(chǎn)生的沖擊強度的沖擊檢測部，所以，能夠在早期階段檢測在沖突初期階段產(chǎn)生的沖擊強度，電機控制機構(gòu)能夠基于檢測值盡早進行使伺服電機停止的處理。因此，能夠防止在使伺服電機停止的時刻上產(chǎn)生延遲，能夠在較短的停止距離內(nèi)使相對動作部分停止。
能夠?qū)⑸鲜鰶_擊檢測部作為干擾預測觀測器。另外，能夠由作為橡膠或樹脂的軟質(zhì)材料和作為金屬的硬質(zhì)材料構(gòu)成上述制動器構(gòu)件。


通過對與附圖關聯(lián)的以下最佳實施方式的說明，將進一步明確本發(fā)明的上述以及其他的目的、特征及優(yōu)點。圖中圖1是表示本發(fā)明涉及的機器人用停止裝置的一個實施方式的主視圖；圖2是表示本發(fā)明涉及的機器人用停止裝置上使用的制動器構(gòu)件的第1
圖6是表示本發(fā)明涉及的機器人用停止裝置上使用的制動器構(gòu)件的第3
具體實施例方式
以下根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明涉及的機器人用停止裝置及其使用的制動器構(gòu)件的最佳實施方式。圖1是表示本發(fā)明涉及的機器人用停止裝置的一個實施方式的主視圖，圖2及圖3A、3B是表示圖1所示的機器人用停止裝置上使用的制動器構(gòu)件的第1實施方式。另外，對與圖8所示的現(xiàn)有的機器人用停止裝置相同的構(gòu)成部分付與相同符號。
本實施方式的機器人用停止裝置1A在機械手3超過規(guī)定的動作范圍進行動作時，通過與對方構(gòu)件碰撞而使機械手3的動作停止，其具備基座2；旋轉(zhuǎn)自如地安裝在基座2上的機械手3；作為驅(qū)動機械手3的驅(qū)動源的伺服電機4；控制機械手3的速度和位置的電機控制裝置5；以及設于基座2的兩側(cè)(參照圖9)，與進行旋旋轉(zhuǎn)作的機械手3抵接，緩和碰撞時的沖擊同時使機械手3的旋旋轉(zhuǎn)作停止的制動器構(gòu)件8。
作為一方的相對動作部分的基座2是固定在無圖示的機器人的旋轉(zhuǎn)自如的機體部并通過關節(jié)部旋轉(zhuǎn)自如地支撐機械手3的部分。因此，基座2與機械手3相對地進行動作。
作為另一方的相對動作部分的棒狀的機械手3的基端一側(cè)通過關節(jié)部安裝在基座2上，前端一側(cè)通過無圖示的關節(jié)部旋轉(zhuǎn)自如地安裝在另外的機械手上。因此，機械手3能夠以基部一側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)中心，如圖9所示左右旋轉(zhuǎn)。
伺服電機4具備電機主體4a；以及作為檢測電機主體4a的位置信息的位置檢測器的未圖示的編碼器；其旋轉(zhuǎn)軸通過減速機11與機械手3連接。伺服電機4通過齒輪傳動機構(gòu)等的減速機11，使轉(zhuǎn)速減速并輸出高轉(zhuǎn)矩。
電機控制裝置5具備供給伺服電機4控制的電流的未圖示的伺服放大器；通過伺服放大器與伺服電機相互電連接的未圖示的電機控制部；以及作為沖擊檢測部的干擾預測觀測器5a。
伺服放大器是由CPU、存儲器、I/F等構(gòu)成，基于電機控制部的指令控制伺服電機4。例如，在控制伺服電機4停止時，通過使速度指令為“0”，由反饋處理計算出的轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)成為向反方向驅(qū)動伺服電機4的指令，伺服電機4由規(guī)定的制動轉(zhuǎn)矩減速并停止。
在電機控制部，通過共有的存儲器將來自CPU的指令發(fā)送給數(shù)字伺服電路，反之，通過共有存儲器將來自數(shù)字伺服電路的異常信號等發(fā)送給CPU。即CPU和數(shù)字伺服電路能通過共有存儲器而雙向收發(fā)信息。
干擾預測觀測器5a通過觀測器從轉(zhuǎn)矩指令中求得被伺服電機4驅(qū)動的機械手3與基座2碰撞。例如，觀測器5a能夠?qū)⑺欧姍C4的轉(zhuǎn)矩變動作為干擾轉(zhuǎn)矩，檢測機械手3與基座2的碰撞，如果檢測出碰撞，則輸出警報，同時將速度指令置于“0”，使伺服電機4產(chǎn)生停止轉(zhuǎn)矩。
制動器構(gòu)件8設于基座2的兩側(cè)(在圖1中僅圖示一側(cè))，在機械手3由于誤作動而超出動作范圍(規(guī)定行程)時，通過使機械手3碰撞來停止機械手3的相對動作。
如圖2所示，第1實施方式的制動器構(gòu)件8的由橡膠構(gòu)成的圓柱狀的軟質(zhì)材料8a的周圍是由硬質(zhì)材料8b的金屬包圍覆蓋。從壓縮載荷F的作動方向看制動器構(gòu)件8時，硬質(zhì)材料8b配置為架設在制動器構(gòu)件8的表面(一方的端面)12a與反面(另一方的端面)12b之間的狀態(tài)。換言之，軟質(zhì)材料8a與硬質(zhì)材料8b組合為各個構(gòu)件8a、8b的兩端面12a、12b直接與基座2和機械手3分別接觸，由兩端面12a、12b大致垂直地承受機械手3的碰撞時的壓縮載荷。在承受壓縮載荷F時其邊界面不剝離地按合軟質(zhì)材料8a與硬質(zhì)材料8b。另外，也可以是軟質(zhì)材料8a與硬質(zhì)材料8b一旦承受了壓縮載荷后，從兩構(gòu)件的邊界面剝離(參照圖7B)。
如圖3B所示，如果壓縮載荷F作用于制動器構(gòu)件8，最初是外側(cè)的硬質(zhì)材料8b顯示較強反作用力，但隨著壓縮載荷F的增加，硬質(zhì)材料8b逐漸屈曲，制動器構(gòu)件8整體變形為桶狀。硬質(zhì)材料8b從最初沒有變形的狀態(tài)到剛開始有些變形時會產(chǎn)生最大的反作用力，其后變形量增大，對于壓縮載荷F的反作用力變小。另一方面，由于軟質(zhì)材料8a載荷與變形量的關系為比例關系，所以壓縮剛開始后反作用力小，但其后隨著壓縮載荷的增加，變形量增多，對于壓縮載荷F的反作用力變大。
即硬質(zhì)材料8b是壓縮剛開始后的反作用力大，另一方面，軟質(zhì)材料8a具有在壓縮載荷F作用后反作用力逐漸變大的性質(zhì)，通過組合這樣的構(gòu)件8a、8b構(gòu)成制動器構(gòu)件8，制動器構(gòu)件8能夠始終維持高反作用力，在機械手3與基座2碰撞時，能夠縮短機械手3的停止距離。特別是由于在壓縮剛開始后能得到高反作用力，由干擾預測觀測器5a進行的檢測碰撞的時刻早，能夠在壓縮剛開始后就使伺服電機4停止。
圖4、圖5A及圖5B表示第2實施方式的制動器構(gòu)件9。本實施方式的制動器構(gòu)件9是硬質(zhì)材料9b配置在制動器構(gòu)件9的中心部，軟質(zhì)材料9a配置在制動器構(gòu)件9的外周部，這點與第1實施方式的制動器構(gòu)件8不同。由于其他的構(gòu)成與第1實施方式同樣，所以省略重復說明。
根據(jù)本實施方式的制動器構(gòu)件9，由于硬質(zhì)材料9b配置在制動器構(gòu)件9的中心部，所以承受壓縮載荷F的制動器構(gòu)件9的端面的面積比第1實施方式的制動器構(gòu)件8小，在承受壓縮載荷F時易發(fā)生屈曲，在壓縮剛開始后易于壓跨。因此，提高緩和碰撞時的沖擊的效果，能夠使機械手3順利停止。
圖6、圖7A及圖7B表示第3實施方式的制動器構(gòu)件10。本實施方式的制動器構(gòu)件10為長方體形狀，硬質(zhì)材料10b覆蓋軟質(zhì)材料10a的側(cè)面和上面，這點與第1實施方式的制動器構(gòu)件8不同。硬質(zhì)材料10b為門形，是由一對腿部10b1、10b1和一對腿部10b1、10b1之間的板部10b2構(gòu)成的。
如圖7B所示，制動器構(gòu)件10一旦承受壓縮載荷后，硬質(zhì)材料8b向外側(cè)膨脹，從與軟質(zhì)材料8a的邊界面剝離，成為主要由軟質(zhì)材料8a承受壓縮載荷的狀態(tài)。
本實施方式的制動器構(gòu)件10的碰撞面完全被硬質(zhì)材料覆蓋，這在對方的面不是平面的場合能有效地發(fā)揮作用。由于其他的構(gòu)成與第1實施方式同樣，所以省略重復說明。
如上所述，由于本實施方式的機器人用停止裝置1A具備組合了硬度不同的2種構(gòu)件的制動器構(gòu)件8～10，所以，在碰撞時的壓縮剛開始后就能夠產(chǎn)生高反作用力，能夠在碰撞初期階段進行停止控制。另外，通過硬質(zhì)材料8b、9b、10b與軟質(zhì)材料8a、9a、10a的互補效果，能夠從碰撞開始到停止為止維持高反作用力，能夠縮短機械手3的停止距離。另外，能夠不加大制動器構(gòu)件的尺寸，而提供一種小型停止裝置。
另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，能夠在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)實施變形。例如，也能夠由硬度不同的3種或以上的構(gòu)件階梯地構(gòu)成制動器構(gòu)件。另外，還能夠取代干擾預測觀測器5a，用壓電元件等的傳感器作為檢測機構(gòu)。還能夠?qū)⒅苿悠鳂?gòu)件作為加工中心、車削加工中心等的制動器使用。
以上關聯(lián)本發(fā)明的最佳實施方式說明了本發(fā)明，但本領域技術人員應理解，可以不脫離后述的權(quán)利要求書所公開的范圍進行各種修改及變更。
權(quán)利要求
1.一種機器人用停止裝置(1A)，在一對相對動作部分(2，3)的至少一方設置制動器構(gòu)件(8，9，10)，該制動器構(gòu)件(8，9，10)在上述一對相對動作部分(2，3)碰撞時夾于該一對相對動作部分(2，3)之間，由此使該一對相對動作部分(2，3)的相對運動停止，其特征在于，上述制動器構(gòu)件(8，9，10)是硬度不同的至少2種構(gòu)件(8a，8b，9a，9b，10a，10b)相互粘合的組合構(gòu)件，組合硬度高的構(gòu)件(8b，9b，10b)的兩端面，使得該兩端面與上述一對相對動作部分(2，3)的各個直接接觸，并由上述兩端面大致垂直地承受該一對相對動作部分(2，3)碰撞時的壓縮載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人用停止裝置(1A)，其特征在于，具備驅(qū)動上述一對相對動作部分(2，3)的至少一方的伺服電機(4)；以及控制該伺服電機(4)的電機控制裝置(5)，該電機控制裝置(5)具備檢測上述一對相對動作部分(2，3)通過上述制動器構(gòu)件(8，9，10)碰撞時的沖擊強度的沖擊檢測部(5a)，基于該沖擊檢測部(5a)檢測出的檢測值控制上述伺服電機(4)的停止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機器人用停止裝置(1A)，其特征在于，上述沖擊檢測部(5a)是干擾預測觀測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項所述的機器人用停止裝置(1A)，其特征在于，上述制動器構(gòu)件(8，9，10)包括作為橡膠或樹脂的軟質(zhì)材料(8a，9a，10a)和作為金屬的硬質(zhì)材料(8b，9b，10b)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使一對相對動作部分的相對運動停止的機器人用停止裝置。機器人用停止裝置具備設于一對相對動作部分的至少一方并在一對相對動作部分碰撞時夾于一對相對動作部分之間的制動器構(gòu)件，制動器構(gòu)件是硬度不同的至少2種構(gòu)件相互粘合的組合構(gòu)件，組合硬度高的構(gòu)件的兩端面，使得該兩端面與一對相對動作部分的各個直接接觸，并由兩端面大致垂直地承受一對相對動作部分碰撞時的壓縮載荷。機器人用停止裝置還具備驅(qū)動一對相對動作部分的至少一方的伺服電機；以及控制伺服電機的電機控制裝置；電機控制裝置具有檢測一對相對動作部分通過制動器構(gòu)件進行碰撞時的沖擊強度的沖擊檢測部，基于該沖擊檢測部檢測出的檢測值控制伺服電機停止。
文檔編號B23Q17/00GK1955505SQ20061013714
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者木下聰, 瀧川隆士 申請人:發(fā)那科株式會社