JP2013107147A - Collision detection device of workpiece conveyor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークをワークホルダから所望の加工位置に搬送する際に用いるワーク搬送機が、障害物と衝突したことを検出する衝突検出装置に関する。 The present invention relates to a collision detection apparatus that detects that a workpiece transfer machine used when transferring a workpiece from a workpiece holder to a desired processing position has collided with an obstacle.
例えば、レーザ加工機等の加工装置では、加工材料となるワークをワークホルダに複数枚重ねて載置しており、必要に応じて、載置されているワークを加工装置の所望の加工位置まで搬送して加工作業を行う。 For example, in a processing apparatus such as a laser processing machine, a plurality of workpieces to be processed are placed on a work holder, and if necessary, the placed workpiece is moved to a desired processing position of the processing apparatus. Carry and process.
この際、ワークホルダから加工位置までのワークの搬送を、ワーク搬送機を用いて自動搬送することが行われている(例えば、特許文献1参照)。ワーク搬送機は、複数のバキュームパッドを備え、各バキュームパッド内の空気圧を負圧とすることによりワークを固定するハンドと、該ハンドを任意の方向に移動可能な駆動アームを備えている。そして、バキュームパッドを用いてワークをハンドに吸引固定し、この状態で駆動アームを作動させてワークホルダに載置されたワークを所望の加工位置へと搬送する。 At this time, the workpiece is automatically conveyed from the workpiece holder to the machining position using a workpiece conveyance machine (see, for example, Patent Document 1). The workpiece transfer machine includes a plurality of vacuum pads, a hand that fixes the workpiece by setting the air pressure in each vacuum pad to a negative pressure, and a drive arm that can move the hands in any direction. Then, the workpiece is sucked and fixed to the hand using the vacuum pad, and in this state, the drive arm is operated to convey the workpiece placed on the workpiece holder to a desired machining position.
このようなワーク搬送機は、ワークを自動で所望の加工位置まで搬送するので、搬送の途中で障害物に衝突する虞があり、何とかこれを防止することが望まれている。 Since such a workpiece conveyance machine automatically conveys the workpiece to a desired processing position, there is a possibility of colliding with an obstacle in the middle of conveyance, and it is desired to somehow prevent this.
上述したように、従来におけるワーク搬送機は、移動中にハンドが障害物と衝突することがあり、衝突の発生を確実に検出して衝突の発生を報知するか、或いは装置を強制的に停止させることが望まれていた。 As described above, in the conventional work transfer machine, the hand may collide with an obstacle during movement, and the occurrence of the collision is surely detected and the occurrence of the collision is notified, or the apparatus is forcibly stopped. It was hoped that.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ハンドが障害物と衝突したことを確実に検出することが可能なワーク搬送機の衝突検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem. The object of the present invention is to make a collision of a work transporter capable of reliably detecting that a hand has collided with an obstacle. It is to provide a detection device.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、ワークの上方側に配置されて該ワークを固定するハンドと、鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端部とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段にて検出される圧力に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
請求項2に記載の発明は、前記ハンドは、前記ワークを負圧エアーで吸引固定するバキュームパッドを有することを特徴とする。
The invention described in
請求項3に記載の発明は、前記圧力検出手段は、加えられる圧力の大きさに応じた電圧信号を出力する素子(例えば、圧電素子)、または加えられる圧力の大きさに応じて抵抗値が変化する素子(例えば、歪みゲージ)のいずれかであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the pressure detecting means has an element (for example, a piezoelectric element) that outputs a voltage signal corresponding to the magnitude of the applied pressure, or a resistance value corresponding to the magnitude of the applied pressure. It is one of elements that change (for example, a strain gauge).
請求項4に記載の発明は、前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Pmaxと最小値Pminを求め、これらの差分値(Pmax−Pmin)が予め設定した差分基準値を上回った場合に、前記ハンドに対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the collision determination means obtains the maximum value Pmax and the minimum value Pmin of the pressure values detected by the plurality of pressure detection means, and the difference value (Pmax−Pmin) is preset. When the difference reference value is exceeded, it is determined that the vehicle has collided with an obstacle present in the lateral direction with respect to the hand.
請求項5に記載の発明は、前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段のうちの少なくとも一つで検出される圧力値が予め設定した圧力基準値を上回った場合に、前記ハンドが、下方に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the collision determination unit, when the pressure value detected by at least one of the plurality of pressure detection units exceeds a preset pressure reference value, the hand It is determined that the vehicle collides with an obstacle existing below.
請求項1の発明では、駆動アームの先端軸と、ハンドとの間の連結部に複数の圧力検出手段を設け、各圧力検出手段で検出される圧力に基づいて、ハンドが障害物に衝突したか否かを判断するので、ハンドが障害物に衝突したことを高精度に検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of pressure detection means are provided at the connecting portion between the tip shaft of the drive arm and the hand, and the hand collides with an obstacle based on the pressure detected by each pressure detection means. Therefore, it is possible to detect with high accuracy that the hand has collided with the obstacle.
請求項2の発明では、ハンドにバキュームパッドを搭載してワークを吸引固定するので、ワークを確実に搬送することができる。更に、障害物に衝突した場合には即時にこれを検知して駆動アームを停止させることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the vacuum pad is mounted on the hand and the work is sucked and fixed, the work can be reliably conveyed. Furthermore, when it collides with an obstacle, this can be detected immediately and the drive arm can be stopped.
請求項3の発明では、圧力検出手段として圧力に応じた電圧を発生する素子、或いは圧力に応じて抵抗値が変化する素子を用いるので、先端軸と連結部との間に生じる圧力を高精度に検出することができ、衝突検知の精度を向上させることが可能となる。
In the invention of
請求項4の発明では、複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Pmaxと最小値Pminとの差分値(Pmax−Pmin)が所定値を上回った場合に、ハンドが横方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。
In the invention of
請求項5の発明では、複数の圧力検出手段のうちの少なくとも一つで検出される圧力値が圧力基準値を上回った場合に、ハンドが下方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。 In the invention of claim 5, when the pressure value detected by at least one of the plurality of pressure detecting means exceeds the pressure reference value, it is determined that the hand has collided with an obstacle present in the downward direction. Therefore, the collision direction of the obstacle can be notified, and the accuracy of collision detection can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る衝突検出装置が搭載されるワーク搬送機の構成を模式的に示す構成図、図2は、駆動アーム12とハンド16との間の連結部の詳細な構成を示す説明図である。図1に示すように、ワーク搬送機11は、駆動アーム12と、該駆動アーム12の先端部に取り付けられたハンド16を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a work transfer machine on which a collision detection apparatus according to an embodiment of the present invention is mounted, and FIG. 2 shows details of a connecting portion between a
駆動アーム12は、回転動可能な3個の関節部13a,13b,13cを備えており、各関節部13a〜13cどうしの間は複数の軸14で連結されている。更に、駆動アーム12の先端は鉛直方向を向く先端軸14aとされ、該先端軸14aは連結部20にてハンド16に連結されている。
The
ハンド16は、複数のバキュームパッド21を有しており、該バキュームパッド21内の空気圧を負圧にすることにより、ワークホルダ23上に載置されているワーク22を吸引固定して、該ワーク22を上方に持ち上げる。そして、このワーク22をレーザ加工機等の加工機(図示省略)の加工位置に搬送する。ハンド16の詳細な構成については後述する。
The
ワーク搬送機11は、ロボットコントローラ15に接続されており、該ロボットコントローラ15の制御により、各関節部13a〜13cが作動する。即ち、ロボットコントローラ15より出力される制御信号により、各関節部13a〜13cが作動し、駆動アーム12の先端軸14aに連結されたハンド16を上下、左右、前後の3軸方向に移動させることができる。
The
ロボットコントローラ15は、圧力演算部17と電気的に接続されており、後述するように該圧力演算部17によりハンド16が障害物に衝突したことが検出された際に、ワーク搬送機11を停止させる制御を行う。
The
また、図2(a),(b)に示すように連結部20は、先端軸14aに設けられた4本の支柱42を備えており、各支柱42は連結板41を介してハンド16に連結されている。また、図2(b)に示すように、4本の各支柱42にはそれぞれ圧力センサ(圧力検出手段)s1〜s4が設けられている。圧力センサs1〜s4は、例えば、圧電素子であり、各支柱42に生じる圧力に応じた電圧を発生する。そして、発生した電圧は図1に示すアンプ18にて増幅された後、圧力演算部17に出力される。なお、圧力センサs1〜s4として圧電素子の代わりに、圧力に応じて抵抗値が変化する歪みゲージを用いることも可能である。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the connecting
圧力演算部17は、後述するように、各圧力センサs1〜s4で検出された各電圧に基づいて、ハンド16が障害物と衝突したか否かを判定する処理を行う。また、圧力演算部17は、警報装置19と電気的に接続されており、ハンド16の衝突が検出された場合には、警報装置19に警報信号を出力する。警報装置19は、圧力演算部17にて、ハンド16に衝突が発生したことが検出された際に、ランプの点灯や音声等で衝突が発生したことを報知する。即ち、圧力演算部17は、圧力検出手段(圧力センサs1〜s4)にて検出される圧力に基づいて、ワーク搬送機11が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段としての機能を備えている。更に、該衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段としての機能を備えている。
As will be described later, the
なお、図1に示す圧力演算部17は、例えば、中央演算ユニット(CPU)や、RAM、ROM、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
Note that the
次に、ハンド16の詳細な構成について説明する。図3は、ハンド16の詳細な構成を示す斜視図である。図3に示すように、ハンド16は基部31を備え、該基部31に対して上下方向に向く複数(この例では、6個)のバキュームパッド21が設けられている。また、バキュームパッド21にはエアー配管(図示省略)が接続され、各バキュームパッド21をワーク22の表面に接触させた状態でエアー配管の空気圧を負圧にすることにより、ワークホルダ23上(図1参照)に複数枚重ねて載置されているワーク22のうちの1枚を吸引固定する。そして、駆動アーム12により、ハンド16を3軸方向に移動させることにより、ワーク22を所望の加工位置まで移動させることができる。
Next, a detailed configuration of the
また、ハンド16は、ロッド32、及び該ロッド32の上部先端32a付近に設置された近接スイッチ(上部近接スイッチ)33を備えており、ハンド16がワーク22に向けて下降し、ロッド32の下部先端32bがワーク22に接触すると、ロッド32が上方に押し上げられ、該ロッド32の上部先端32aが近接スイッチ33に接近する。従って、近接スイッチ33の検出信号に基づいて、ハンド16がワーク22を一定の力で押し付けられていることを検出することができ、ひいては、バキュームパッド21によりワーク22が吸引固定されたことを検出することができる。
The
更に、ロッド32の下部先端32bには、近接スイッチ(下部近接スイッチ)34が設けられており、該近接スイッチ34により、ワークホルダ23内にワーク22が存在するか否かを判断する。即ち、近接スイッチ34によりワーク22が検出された場合には、ワーク22をバキュームパッド21にて吸引して搬送する処理を実行し、近接スイッチ34によりワーク22が検出されない場合には、ワークホルダ23内にワーク22が存在しないものと判断して、搬送処理を中止する。
Further, a proximity switch (lower proximity switch) 34 is provided at the lower end 32 b of the rod 32, and the proximity switch 34 determines whether or not the
ハンド16の略中央部には、連結部材35が設けられており、該連結部材35は図2に示した連結板41に連結される。従って、ハンド16は連結板41を介して駆動アーム12に連結されるので、ロボットコントローラ15の制御下で駆動アーム12を制御することにより、ワークホルダ23上に載置されたワーク22を1枚ずつ取り出して、所望の下降位置へ搬送することができる。
A connecting
次に、圧力演算部17による衝突検出処理の具体的な動作について、図4に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップS11において、圧力演算部17は、各圧力センサs1〜s4による検出信号が発生しているか否かを判断する。検出信号が発生していないと判断された場合には(ステップS11でNO)、検出信号待ち状態となる。
Next, a specific operation of the collision detection process by the
また、検出信号が発生していると判断された場合には(ステップS11でYES)、ステップS12において、圧力演算部17は、各圧力センサs1〜s4で検出された圧力のうちの少なくとも一つが予め設定した圧力基準値Aよりも大きいか否かを判断する。
When it is determined that a detection signal is generated (YES in step S11), in step S12, the
そして、検出された圧力が圧力基準値Aよりも大きいと判断された場合には(ステップS12でYES)、ハンド16の上下方向に存在する障害物が該ハンド16に衝突したものと判断する。そして、ステップS16において、圧力演算部17は、図1に示すロボットコントローラ15に非常停止信号を出力し、且つ、警報装置19に警報信号を出力する。その結果、ワーク搬送機11は強制的に停止する。更に、音声や光等による警報が発せられて、衝突が発生したことを作業者に報知する。
If it is determined that the detected pressure is greater than the pressure reference value A (YES in step S12), it is determined that an obstacle existing in the vertical direction of the
一方、任意の圧力センサ(ここではs1とする)で検出された圧力が圧力基準値Aよりも小さい場合には(ステップS12でNO)、ステップS13において、圧力演算部17は、他の3個の圧力センサs2〜s4で検出される圧力を取得する。
On the other hand, when the pressure detected by an arbitrary pressure sensor (here, s1) is smaller than the pressure reference value A (NO in step S12), in step S13, the
次いで、ステップS14において、圧力演算部17は、4個の圧力センサs1〜s4で検出された圧力の最大値Pmax、及び最小値Pminを求め、更にこれらの差分値(Pmax−Pmin)を算出する。
Next, in step S14, the
ステップS15において、圧力演算部17は、ステップS14の処理で算出した差分値(Pmax−Pmin)が、予め設定した差分基準値Bよりも大きいか否かを判断する。そして、差分値(Pmax−Pmin)が差分基準値Bよりも小さい場合には(ステップS15でNO)、少なくとも一つの圧力センサに圧力が発生しているものの、その大きさは小さいので衝突は発生していないものと判断し、ステップS11に処理を戻す。
In step S15, the
一方、差分値(Pmax−Pmin)が差分基準値Bよりも大きい場合には(ステップS15でYES)、各圧力センサs1〜s4で検出される圧力に大きな差が発生しているので、ハンド16に対して横方向に強い力が作用したものと判断する。即ち、ハンド16の横方向に存在する障害物に衝突したものと判断する。そして、ステップS16に処理を進める。
On the other hand, if the difference value (Pmax−Pmin) is larger than the difference reference value B (YES in step S15), a large difference has occurred in the pressure detected by each of the pressure sensors s1 to s4. It is determined that a strong force was applied in the lateral direction. That is, it is determined that the vehicle has collided with an obstacle present in the lateral direction of the
ステップS16において、圧力演算部17は、上述したようにロボットコントローラ15に非常停止信号を出力し、且つ、警報装置19に警報信号を出力し、ワーク搬送機11を強制的に停止させ、且つ、衝突検出信号を警報装置19に出力する。この際、ステップS12の処理でYESとなった場合には、ハンド16の下方に存在する障害物に衝突したものと判断して、この旨を警報装置19に出力し、ステップS15の処理でYESとなった場合には、ハンド16に対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断して、この旨を警報装置19に出力する。つまり、圧力センサs1〜s4のいずれかにて圧力基準値Aよりも大きい圧力が検出された場合には、ハンド16の下方に存在する障害物と衝突したものと判断する。更に、圧力基準値Aよりも小さいが、各圧力センサs1〜s4で検出される圧力のうちの最大値Pmaxと最小値Pminの差分が差分基準値Bよりも大きい場合には、ハンド16に対して偏った力が作用しているので、ハンド16が横方向に存在する障害物と衝突したものと判断する。こうして、各圧力センサs1〜s4で検出される圧力の大きさに基づいて、ハンド16が縦方向、或いは横方向に存在する障害物に衝突したことを検出できるのである。
In step S <b> 16, the
このようにして、本実施形態に係るワーク搬送機の衝突検出装置では、駆動アーム12とハンド16を連結する連結部20に複数(この例では4個)の圧力センサs1〜s4を設置し、各圧力センサs1〜s4で検出される圧力の大きさに基づいて、ワーク搬送機11のハンド16が障害物に衝突したか否かを検出している。従って、障害物に衝突したことを高精度に検出して、駆動アーム12を停止させ、且つ作業者に報知することができ、ワーク搬送機11が障害物に衝突して損傷することや、障害物自体の損傷を防止することが可能となる。
In this way, in the collision detection device for a workpiece transfer machine according to the present embodiment, a plurality (four in this example) of pressure sensors s1 to s4 are installed in the connecting
また、圧力センサs1〜s4として、圧力に応じた電圧を発生する素子(例えば、圧電素子)、或いは圧力に応じて抵抗値が変化する素子(例えば、歪みゲージ)を用いるので、先端軸と連結部との間に生じる圧力を高精度に検出することができ、衝突検知の精度を向上させることが可能となる。 Further, as the pressure sensors s1 to s4, an element that generates a voltage according to pressure (for example, a piezoelectric element) or an element whose resistance value changes according to pressure (for example, a strain gauge) is used. The pressure generated between the two parts can be detected with high accuracy, and the accuracy of collision detection can be improved.
更に、複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Pmaxと最小値Pminとの差分値(Pmax−Pmin)が所定値を上回った場合に、ハンド16が横方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。
Furthermore, when the difference value (Pmax−Pmin) between the maximum value Pmax and the minimum value Pmin of the pressure values detected by the plurality of pressure detection means exceeds a predetermined value, the
以上、本発明の搬送機の衝突検出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 As mentioned above, although the collision detection apparatus of the conveyance machine of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is the thing of arbitrary structures which have the same function Can be replaced.
本発明は、搬送機に設けられるハンドが障害物に衝突したことを検出することに利用することができる。 The present invention can be used to detect that a hand provided in a transporter has collided with an obstacle.
11 ワーク搬送機
12 駆動アーム
13a,13b,13c 関節部
14 軸
14a 先端軸
15 ロボットコントローラ
16 ハンド
17 圧力演算部
18 アンプ
19 警報装置
20 連結部
21 バキュームパッド
22 ワーク
23 ワークホルダ
31 基部
32 ロッド
32a 上部先端
32b 下部先端
33 近接スイッチ(上部近接スイッチ)
34 近接スイッチ(下部近接スイッチ)
35 連結部材
41 連結板
42 支柱
s1〜s4 圧力センサ
DESCRIPTION OF
34 Proximity switch (lower proximity switch)
35 connecting
Claims (5)
鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、
前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端部とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段にて検出される圧力に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、
前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とするワーク搬送機の衝突検出装置。 A hand that is arranged above the workpiece and fixes the workpiece;
In a collision detection device for detecting a collision with an obstacle of a work transfer machine having a tip axis that is connected to the hand in a vertical direction, and a drive arm that moves the hand,
A plurality of connecting portions between the tip shaft and the hand, and pressure detecting means for detecting pressure generated between the tip portion and the hand;
Collision determination means for determining that the workpiece transfer machine has collided with an obstacle based on the pressure detected by the pressure detection means;
An output means for outputting a collision detection signal when a collision with an obstacle is detected by the collision determination means;
A collision detection device for a work transfer machine, comprising:
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