CN103934833A - 机器人装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人装置。机器人装置具备具有外皮（C1）的臂、和检测外皮（C1）的变形的检测机构（40）。检测机构（40）具有：信号发出部（E1），其发出信号；信号接收部（E2），其接收信号；以及传送路径（R1），其沿着外皮（C1）设置，对信号进行引导，检测机构（40）根据信号是否到达信号接收部（E2）来检测外皮（C1）的变形。

Description

机器人装置

技术领域

本发明涉及机器人装置。

背景技术

近年来，利用机器人使人的手工作业自动化的需求增高。例如在日本特开2011-000669号公报中公开了自动地进行装箱作业的机器人。

然而，可以想到，若机器人承担人的手工作业的一部分，则人和机器人共存于作业空间。因此，由于存在人和机器人的接触等，谋求安全性的进一步的提高。

发明内容

因此，本发明的目的是提供能够进一步提高安全性的机器人装置。

本发明的机器人装置具备具有外皮的臂、和检测外皮的变形的检测机构，检测机构具有：信号发出部，其发出信号；信号接收部，其接收信号；以及传送路径，其沿着外皮设置，对信号进行引导，所述检测机构根据信号是否到达信号接收部来检测外皮的变形。

根据本发明，能够使安全性进一步提高。

附图说明

图1是表示机器人装置的一个实施方式的立体图。

图2是卸下罩后的左臂的俯视图。

图3是表示罩和检测机构的结构的主要部分剖视图。

图4是表示控制器的功能性结构的框图。

图5是表示罩和检测机构的变形例的主要部分剖视图。

图6是沿图5中的VI-VI线的剖视图。

图7是表示罩和检测机构的另一变形例的主要部分剖视图。

图8是表示罩和检测机构的又一变形例的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式进行详细说明。在说明中，对于相同构件或具有相同功能的构件标注相同的标号并省略重复的说明。

＜机器人装置＞

如图1所示，机器人装置1具备双臂机器人100和控制器200。双臂机器人100和控制器200通过线缆束2以能够相互通信的方式连接。另外，也可以以无线的方式连接双臂机器人100和控制器200，还可以将控制器200内置于双臂机器人100。

双臂机器人100具有基座101、躯体110、左臂120L和右臂120R。基座101具有底板101a、和立起设置在底板101a上的筒状的侧壁101b，基座101内置有致动器11。底板101a和侧壁101b例如利用铝铸件等构成。基座101被设置于地板或台座等。以下说明中的“上下”表示基座101被设置在水平面上的情况下的方向。

躯体110被安装于基座101的上端部。躯体110由内置于基座101的致动器11驱动，并以铅直的轴线L1为中心转动。躯体110具有例如由高张力钢（所谓的HighTensile Strength Steel）等构成的强度部件111、和覆盖强度部件111的罩112（参照图2）。

在躯体110的上端部形成有对臂120L、120R进行支承的臂支承部110a。臂支承部110a呈水平横置的圆柱状的外形。臂支承部110a的中心轴线L2在俯视观察下相对于躯体110的转动轴线L1偏向于一侧。以下说明中的“前后左右”表示将中心轴线L2相对于转动轴线L1所偏向的一方作为前方的情况下的方向。

躯体110内置有2个致动器12（参照图2）。致动器12具有马达（未图示）和减速器G12。2个致动器12的减速器G12分别配置在臂支承部110a的两端部，并固定于强度部件111。各个减速器G12的输出轴以沿左右方向的轴线L2为中心旋转。

2个臂120L、120R分别安装在臂支承部110a的两端部。如图2所示，左臂120L具有肩部121、第1上臂部122、第2上臂部123、第1下臂部124、第2下臂部125和腕部126来作为多个臂构件。

肩部121安装于臂支承部110a的左端部，并从臂支承部110a向左侧（图示右侧）突出。肩部121具有例如由高张力钢（所谓的High Tensile Strength Steel）等构成的强度部件21、和覆盖强度部件21的罩31。强度部件21的基端部固定于减速器G12的输出轴。因此，肩部121被躯体110的致动器12驱动，而以轴线L2为中心转动。

肩部121内置有致动器13。致动器13具有马达M13、制动器B13和减速器G13。马达M13和制动器B13配置于肩部121的基端侧，并固定于强度部件21。减速器G13配置于肩部121的末端侧，并固定于强度部件21。马达M13的旋转轴经正时带13a与制动器B13的旋转轴连结。制动器B13的旋转轴经正时带13b与减速器G13的输入轴连结。马达M13经制动器B13将驱动力传递到减速器G13。制动器B13将制动力传递到马达M13和减速器G13。减速器G13的输出轴以与肩部121的转动轴线L2正交的轴线L3为中心旋转。

第1上臂部122的基端部与肩部121的末端部连结。第1上臂部122向肩部121的突出方向连续地延伸。第1上臂部122具有例如由高张力钢（所谓的High TensileStrength Steel）等构成的强度部件22、和覆盖强度部件22的罩32。强度部件22的基端部固定于肩部121的减速器G13的输出轴。因此，第1上臂部122被肩部121的致动器13驱动，而以轴线L3为中心摆动。

第1上臂部122内置有致动器14。致动器14具有马达M14和减速器G14。减速器G14配置于第1上臂部122的末端侧，并固定于强度部件22。减速器G14的输出轴以与第1上臂部122的延伸方向平行的轴线L4为中心旋转。马达M14固定于减速器G14，马达M14的输出轴与减速器G14的输入轴直接连结。

第2上臂部123的基端部与第1上臂部122的末端部连结。第2上臂部123向第1上臂部122的延伸方向连续地延伸，并在中途以呈钝角的方式弯折。第2上臂部123具有例如由高张力钢（所谓的High Tensile Strength Steel）等构成的强度部件23、和覆盖强度部件23的罩33。强度部件23的基端部固定于第1上臂部122的减速器G14的输出轴。因此，第2上臂部123被第1上臂部122的致动器14驱动，而以轴线L4为中心转动。

第2上臂部123内置有致动器15。致动器15具有马达M15、制动器B15和减速器G15。马达M15和制动器B15配置于第2上臂部123的基端侧，并固定于强度部件23。减速器G15配置于第2上臂部123的末端侧，并固定于强度部件23。马达M15的旋转轴经正时带（未图示）与制动器B15的旋转轴连结。制动器B15的旋转轴经正时带15b与减速器G15的输入轴连结。马达M15经制动器B15将驱动力传递到减速器G15。制动器B15将制动力传递到马达M15和减速器G15。减速器G15的输出轴以与第2上臂部123的转动轴线L4正交的轴线L5为中心旋转。

第1下臂部124的基端部与第2上臂部123的末端部连结。第1下臂部124向第2上臂部123的延伸方向连续地延伸，并在中途以呈钝角的方式弯折。第1下臂部124弯折的方向与第2上臂部123弯折的方向相同。第1下臂部124的末端侧与第2上臂部123的基端侧大致垂直。

第1下臂部124具有例如由高张力钢（所谓的High Tensile Strength Steel）等构成的强度部件24、和覆盖强度部件24的罩34。强度部件24的基端部固定于第2上臂部123的减速器G15的输出轴。因此，第1下臂部124被第2上臂部123的致动器15驱动，而以轴线L5为中心摆动。

第1下臂部124内置有致动器16。致动器16具有马达M16和减速器G16。减速器G16配置于第1下臂部124的末端侧，并固定于强度部件24。减速器G16的输出轴以与第1下臂部124的延伸方向平行的轴线L6为中心旋转。马达M16固定于减速器G16，马达M16的输出轴与减速器G16的输入轴直接连结。

第2下臂部125的基端部与第1下臂部124的末端部连结。第2下臂部125向第1下臂部124的延伸方向连续地延伸。第2下臂部125具有例如由高张力钢（所谓的High Tensile Strength Steel）等构成的强度部件25、和覆盖强度部件25的罩35。强度部件25的基端部固定于第1下臂部124的减速器G16的输出轴。因此，第2下臂部125被第1下臂部124的致动器16驱动，而以轴线L6为中心转动。

第2下臂部125内置有致动器17。致动器17具有马达M17、制动器B17和减速器G17。马达M17和制动器B17配置于第2下臂部125的基端侧，并固定于强度部件25。减速器G17配置于第2下臂部125的末端侧，并固定于强度部件25。马达M17的旋转轴经正时带（未图示）与制动器B17的旋转轴连结。制动器B17的旋转轴经正时带17b与减速器G17的输入轴连结。马达M17经制动器B17将驱动力传递到减速器G17。制动器B17将制动力传递到马达M17和减速器G17。减速器G17的输出轴以与第2下臂部125的转动轴线L6正交的轴线L7为中心旋转。

腕部126的基端部与第2下臂部125的末端部连结。腕部126向第2下臂部125的延伸方向连续地延伸。腕部126具有例如由高张力钢（所谓的High Tensile StrengthSteel）等构成的强度部件26、和覆盖强度部件26的罩36。强度部件26的基端部固定于第2下臂部125的减速器G17的输出轴。因此，腕部126被第2下臂部125的致动器17驱动，而以轴线L7为中心摆动。

腕部126内置有致动器18。致动器18具有马达（未图示）和减速器G18。减速器G18配置于腕部126的末端侧，并固定于强度部件26。减速器G18的输出轴以与腕部126的延伸方向平行的轴线L8为中心旋转。马达固定于减速器G18，马达的输出轴与减速器G18的输入轴直接连结。

在减速器G18的输出轴固定有凸缘状的接头部131。在接头部131安装有用于使双臂机器人100进行期望的作业的各种工具（未图示）。安装于接头部131的工具被腕部126的致动器18驱动，而以轴线L8为中心转动。

如图1所示，右臂120R构成为与左臂120L相同，并配置在与左臂120L相反的方向。右臂120R的肩部121的基端部安装于臂支承部110a的右端部，并从臂支承部110a向右侧突出。对于右臂120R的其它说明，由于与左臂120L的说明重复，所以省略。

＜罩部件和检测机构＞

臂120L、120R具备设置于各臂构件的检测机构41、42、43、44、45、46。即，肩部121、第1上臂部122、第2上臂部123、第1下臂部124、第2下臂部125、腕部126分别具备检测机构41、42、43、44、45、46。检测机构41、42、43、44、45、46分别对罩31、32、33、34、35、36的接触进行检测。

由于罩31、32、33、34、35、36的结构相同，检测机构41、42、43、44、45、46的结构也相同，所以在以下的说明中不对它们进行区分，对罩标注相同的标号30，对检测机构标注相同的标号40。另外，对强度部件也标注相同的标号20。

如图3所示，罩30具有外皮C1和内皮C2，该内皮C2沿着外皮C1的内表面S1设置。外皮C1例如由树脂材料或橡胶材料构成，并具有弹性。在外皮C1的内表面形成有导电性的镀层T1。内皮C2例如由树脂材料或橡胶材料构成，并具有弹性。在内皮C2的外表面S2形成有导电性的镀层T2。内皮C2隔着由树脂材料等绝缘性材料构成的支承部件3固定于强度部件20。

外皮C1和内皮C2彼此相离，镀层T1、T2彼此绝缘。在外皮C1和内皮C2之间配置有多个间隔部件4。间隔部件4由树脂材料或橡胶材料等绝缘性材料构成，并将外皮C1与内皮C2的间隔保持恒定。

检测机构40具备：信号发出部E1，其发出电信号；信号接收部E2，其接收电信号；传送路径R1，其沿着外皮C1设置，传送电信号；以及检测电路（检测构件）E3，其检测信号接收部E2是否接收到电信号。

信号发出部E1和信号接收部E2是一对电极。信号发出部E1是电位比信号接收部E2高的正电极，并与镀层T1导通。信号接收部E2是电位比信号发出部E1低的负电极，并与镀层T2导通。传送路径R1是由沿着外皮C1的镀层T1和镀层T2构成的。即，外皮C1的内表面S1和内皮C2的外表面S2具有导电性而构成传送路径R1。另外，也可以是信号发出部E1与镀层T2导通，信号接收部E2与镀层T1导通。

如图3的（b）所示，当外皮C1与周围接触而发生变形，外皮C1的内表面S1与内皮C2的外表面S2接触时，镀层T1、T2之间导通。由此，经镀层T1、T2而从信号发出部E1到信号接收部E2产生电流。即，经由传送路径R1，电信号从信号发出部E1传导至信号接收部E2。

检测电路E3设置于信号发出部E1和镀层T1之间，例如检测从信号发出部E1到信号接收部E2的电流。由此，检测电信号到达信号接收部E2的情况。检测电路E3在检测到电流时发出通知信号。检测电路E3也可以设置于信号接收部E2和镀层T2之间，还可以组装到信号发出部E1或信号接收部E2中。

＜控制器＞

控制器200例如是具有运算装置、存储装置和输入输出装置的计算机。如图4所示，控制器200具有动作控制部210和通知信号获得部220。

动作控制部210通过线缆束2与致动器11、12、13、14、15、16、17连接，从而驱动致动器11、12、13、14、15、16、17对双臂机器人100的动作进行控制。

通知信号获得部220通过线缆束2与检测机构41、42、43、44、45、46连接，从而获得从各个检测电路E3发出的通知信号。当通知信号获得部220在双臂机器人100的动作中获得通知信号时，动作控制部210例如使所有的致动器11、12、13、14、15、16、17减速。这也包括使致动器停止。也可以使致动器反向旋转而使双臂机器人100的动作方向反转来代替使致动器减速。

根据以上说明的机器人装置1，利用检测机构40来检测外皮C1随着与周围的接触的变形。当检测到外皮C1的变形时，相应地，利用控制器200进行使机器人装置1的动作停止的控制。由此，能够使安全性提高。

检测机构40的传送路径R1由于是沿着外皮C1设置的，所以即使外皮C1中沿着传送路径R1的任何部分发生变形，都会影响信号从信号发出部E1向信号接收部E2的到达状况。因此，仅通过对信号是否到达信号接收部E2进行检测，就能够对外皮C1的大范围内的接触进行检测。因此，能够使安全性进一步提高。

在检测机构40中使用的信号是电信号，当外皮C1发生了变形时，传送路径R1将电信号从信号发出部E1传导至信号接收部E2。因此，利用电信号的即便在传送路径R1的一处导通就能够传导这一性质，能够容易地构成检测机构40。

在外皮C1的内侧设置有内皮C2，外皮C1的内表面S1和内皮C2的外表面S2具有导电性并构成传送路径R1。信号发出部E1与外皮C1的内表面S1导通，信号接收部E2与内皮C2的外表面S2导通。当随着外皮C1的变形，外皮C1的内表面S1与内皮C2的外表面S2接触时，传送路径R1将电信号从信号发出部E1传导至信号接收部E2。通过将外皮C1与内皮C2的间隔设定为较小，能够提高检测机构40的灵敏度。并且，通过沿着外皮C1的内表面的大范围设置内皮C2，能够检测外皮C1的大范围内的接触。因此，能够使安全性更进一步提高。

臂120L、120R具有多个臂构件，每个臂构件设有罩30和检测机构40。因此，能够使臂120L、120R进行多种多样的动作，并且能够在臂120L、120R的整个范围配置罩30和检测机构40。

另外，内皮C2的刚性也可以比外皮C1的刚性高。另外，内皮C2也可以不具有弹性。在这些情况下，外皮C1与内皮C2相比较大地变形，因此，内皮C2与外皮C1容易接触。因此，能够进一步提高检测机构40的灵敏度。

也可以利用导电性材料构成外皮C1和内皮C2的整体。在这种情况下，可以不形成具有导电性的镀层T1、T2，而利用外皮C1和内皮C2形成传送路径R1。作为导电性材料，例如可举出导电性橡胶。像上述那样，内皮C2也可以不具有弹性，因此，还可以利用金属材料构成内皮C2。

＜第1变形例＞

在图5所示的罩30A和检测机构40A中使用光信号来代替电信号。罩30A具有外皮C3。外皮C3例如由树脂材料或橡胶材料构成，并具有弹性。外皮C3隔着支承部件5固定于强度部件20。

检测机构40A具备发出光信号的信号发出部E4、接收光信号的信号接收部E5、和多个遮光板P。信号发出部E4和信号接收部E5在彼此相离的状态下固定于外皮C3的内表面S3。信号发出部E4和信号接收部E5也可以在位于外皮C3的内表面S3附近的状态下固定于强度部件20。

信号发出部E4沿外皮C3的长度方向射出光信号。光信号例如为激光。信号接收部E5配置在光信号的光路R2上。信号接收部E5具有例如光电二极管（检测构件）E8来作为检测光信号的构件，在无法检测到来自信号发出部E4的光信号时发出通知信号。

多个遮光板P沿着光路R2排列，并分别与光路R2垂直。在遮光板P形成有光信号的透光窗W。透光窗W像图6的（a）所示那样呈小孔状。透光窗W也可以像图6的（b）所示那样呈沿着外皮C3的径向的缝隙状，还可以像图6的（c）所示那样呈与外皮C3的径向垂直的缝隙状。

在外皮C3没有发生变形时，所有的遮光板P的透光窗W沿着光路R2呈直线状排列。由此，构成传送从信号发出部E4朝向信号接收部E5的光信号的传送路径R2。换言之，多个遮光板P沿着传送路径R2排列，分别与传送路径R2交叉，从而透光窗W沿着传送路径R2呈直线状排列。当外皮C3没有发生变形时，传送路径R2将光信号从信号发出部E4传导至信号接收部E5。

如图5的（b）所示，当外皮C3与周围接触而发生变形时，遮光板P移位。当遮光板P移位时，透光窗W的直线状的配列被打乱，光信号无法到达信号接收部E5。这时，由信号接收部E5发出通知信号。

像这样，检测机构40A使用光信号，在外皮C3没有发生变形时，传送路径R2将光信号从信号发出部E4传导至信号接收部E5。因此，能够利用光的直线传播性质来容易地构成检测机构40A。

另外，在检测机构40A中，当遮光板P移位时，透光窗W的直线状的配列被打乱，光信号无法到达信号接收部E5。通过使透光窗W形成得小，能够提高检测机构40A的敏感度。因此，能够使安全性更进一步提高。

＜第2变形例＞

图7所示的检测机构40B也使用光信号对外皮的变形进行检测。检测机构40B具备：发出光信号的信号发出部E6、接收光信号的信号接收部E7、和设置于外皮C3的内侧的多个镜MR。镜的个数不受限制，但在下文中，方便起见而对具备4个镜MR1、MR2、MR3、MR4的结构进行说明。

信号发出部E6和信号接收部E7在彼此相邻的状态下固定于强度部件20。信号发出部E6朝向外皮C3射出光信号。光信号例如为激光。信号接收部E7从外皮C3侧接收光信号。信号接收部E7具有例如光电二极管（检测构件）E8来作为检测光信号的构件，在无法检测到光信号时发出通知信号。

镜MR1与信号发出部E6对置，镜MR4与信号接收部E7对置。镜MR2、MR3沿着外皮C3的周向配置于镜MR1、MR4之间，从镜MR1侧向镜MR4侧排列。在外皮C3没有发生变形时，镜MR1将从信号发出部E6侧入射的光信号反射至镜MR2侧。镜MR2将从镜MR1侧入射的光信号反射至镜MR3侧。镜MR3将从镜MR2侧入射的光信号反射至镜MR4侧。镜MR4将从镜MR3侧入射的光信号反射至信号接收部E7侧。

利用镜MR1、MR2、MR3、MR4，构成了将从信号发出部E6朝向信号接收部E7的光信号沿着外皮C3的周向传送的传送路径R3。换言之，多个镜MR1、MR2、MR3、MR4沿着传送路径R3排列。在外皮C3没有发生变形时，传送路径R3将光信号从信号发出部E6传导至信号接收部E7。

如图7的（b）所示，当外皮C3与周围接触而发生变形时，镜MR1、MR2、MR3、MR4中的某一个移位。当镜MR1、MR2、MR3、MR4中的某一个移位时，光信号的行进方向发生变化，光信号无法到达信号接收部E7。这时，由信号接收部E7发出通知信号。

在检测机构40B中，能够利用镜MR使光信号的传送路径R3折曲而沿着曲面状的外皮C3。因此，能够使传送路径R3遍布于外皮C3的大范围，从而对外皮C3的大范围内的接触进行检测。因此，能够使安全性更进一步提高。

另外，如图8所示，也可以利用光纤53将设置于各臂构件的多个检测机构40B串联连接。在图8的结构中，各臂构件的信号发出部E6只进行光信号的中转，不产生光信号。各臂构件的信号接收部E7只进行光信号的中转，不检测光信号。

除腕部126以外的臂构件的信号接收部E7经由光纤53与相邻的臂构件的信号发出部E6连接。光源51经由光纤54连接至肩部121的信号发出部E6。光检测部52经由光纤55连接至腕部126的信号接收部E7。光检测部52具有例如光电二极管（检测构件）E8来作为对光信号进行检测的构件，当无法检测到光信号时发出通知信号。这样，根据图8的结构，能够在臂120L、120R整体上将光源51和光检测部52集成为一体。

以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不一定限制于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围能够进行各种变更。例如，也可以将第1变形例的遮光板P和第2变形例的镜MR组合来使用。由此，使传送路径遍布于更大的范围，从而能够对更大范围的接触进行检测。而且，也可以将电信号和光信号组合来使用。

另外，在上述的实施方式中，示出了在借助配置于内侧的强度部件111、21、22、23、24、25、26保持刚性的内骨架结构的机器人装置中应用了本发明的情况，但不限于此。本发明也能够应用于借助外壳部件保持刚性的外骨架结构的机器人装置。这种情况下，各臂构件的外皮和检测机构形成于外壳部件的更外侧。

Claims (8)

1.一种机器人装置，其中，

所述机器人装置具备具有外皮的臂、和检测所述外皮的变形的检测机构，

所述检测机构具有：

信号发出部，其发出信号；

信号接收部，其接收所述信号；以及

传送路径，其沿着所述外皮设置，对所述信号进行引导，

所述检测机构根据所述信号是否到达所述信号接收部来检测所述外皮的变形。

2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述信号是电信号，

当所述外皮变形时，所述传送路径将所述电信号从所述信号发出部传导至所述信号接收部。

3.根据权利要求2所述的机器人装置，其中，

所述臂还具有内皮，所述内皮沿着所述外皮的内表面设置，并与所述外皮分离，

所述外皮的内表面和所述内皮的外表面具有导电性而构成所述传送路径，

所述信号发出部和所述信号接收部中的任意一方与所述外皮的内表面导通，另一方与所述内皮的外表面导通。

4.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述信号是光信号，

当所述外皮未发生变形时，所述传送路径将所述光信号从所述信号发出部引导至所述信号接收部。

5.根据权利要求4所述的机器人装置，其中，

所述检测机构还具有多个遮光板，所述多个遮光板设置于所述外皮，

所述多个遮光板沿着所述传送路径排列，并分别与所述传送路径交叉，

在各个所述遮光板形成有所述光信号的透光窗，

当所述外皮未发生变形时，分别形成于所述多个遮光板的多个所述透光窗沿所述传送路径呈直线状排列。

6.根据权利要求4所述的机器人装置，其中，

所述检测机构还具有多个镜，所述多个镜设置于所述外皮，

所述多个镜沿着所述传送路径排列，当所述外皮未发生变形时，对所述光信号进行反射而从所述信号发出部引导至所述信号接收部。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的机器人装置，其中，

所述臂具有多个臂构件和多个致动器，所述多个致动器分别驱动所述多个臂构件，

在每个所述臂构件设有所述外皮和所述检测机构。

8.根据权利要求7所述的机器人装置，其中，

所述机器人装置还具备对所述多个致动器进行控制的控制器，

当所述检测机构检测到所述外皮的变形时，所述控制器使所述致动器减速或反转。