CN108602194A - 作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的作业机器人具备：冲击缓冲部件(5)，设置在机械臂表面，缓和机械臂(1)与物体接触时的冲击；以及接触检测机构(6)，检测机械臂(1)与物体的接触。接触检测机构(6)具有：软性多孔质部件，设置在冲击缓冲部件(5)的表面侧，比冲击缓冲部件(5)柔软；收容部件，内含软性多孔质部件，由可挠性材料形成；流体排出管，在物体接触到收容部件而收容部件的容积减少时将流体从收容部件排出；以及容积变化检测部，利用所排出之流体来检测收容部件的容积变化。在人与机器人的协调作业等中，即便人接触到机械臂的情况下也能够充分地确保安全。

Description

作业机器人

技术领域

本发明涉及一种用来驱动机械臂而进行工件搬送等作业的作业机器人。

背景技术

近年来，设想人与机器人协调作业的机器人的开发正在积极地进展，为了在与机器人的协调作业时确保人的安全而研究了各种对策。

作为此种对策之一，提出有如下技术：利用传感器侦测机器人接近人的情况，根据其侦测结果来控制机器人的动作(参照专利文献1)。例如，利用传感器侦测出机器人接近人的情况之后，使机器人的动作停止而避免与人接触，或者，使机器人的动作速度变慢，即便在与人接触的情况下也减小对人带来的冲击力。

另外，提出有如下技术：在机械臂的表面安装传感器(例如，静电电容传感器)，利用传感器侦测出人或障碍物接近机械臂表面的情况之后，使机器人的动作停止(参照专利文献2)。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-302496号公报

专利文献2：日本专利特表2013-545625号公报

专利文献3：日本专利特开2009-229453公报

发明内容

[发明要解决的问题]

此外，如果用来侦测人或障碍物的接近的传感器产生误检测，那么作业中的机器人的动作不必要地受到限制，作业时间减少而引起生产效率的降低，所以必须防止此种误作动。

然而，以往的技术是在接触到机械臂之前利用传感器侦测人或障碍物的接近，即便适当地设定传感器的感度或位置以防止误检测，也难以适当地应对所有各种作业环境，难以使误检测的可能性充分小至允许级别。

另外，也考虑通过在机械臂的表面设置缓冲材，而即便在人接触到动作中的机械臂的情况下，也会缓和当时对人带来的冲击。然而，在这样的情况下，如果在侦测出人与机械臂的接触之后，不对机器人的动作施加任何限制，也会存在持续移动的机械臂将人夹入的可能性等，无法确保充分的安全级别。

此处，如果想要将用来侦测人接触到机械臂的情况的传感器配置在机械臂，那么在机械臂的表面设置缓冲材，所以存在难以确保传感器的配置位置的问题。为了解决该问题，例如，考虑在缓冲材的内部埋设传感器，利用缓冲材的变形使传感器动作的方式(参照专利文献3)。

然而，在该方式中，传感器的动作依赖于缓冲材的变形状态，所以存在难以确保充分的感度的问题。也就是说，对缓冲材的表面在大致垂直的方向作用外力的情况下，缓冲材中产生足以使传感器动作的变形状态而不存在问题，但对缓冲材的表面在倾斜方向作用外力的情况下，存在缓冲材的变形状态不足以使传感器动作的可能性。

因此，在动作中的机械臂接触到人的情况下，也存在根据其接触方向而传感器无法作动，机械臂继续移动而将人夹入的可能性。

另外，也考虑将用来侦测人接触到机械臂的情况的传感器直接设置在不具备缓冲材的机械臂，但在该情况下，必须瞬时且确实地检测接触并对机械臂的动作施加限制。

本发明是鉴于所述以往技术的问题而完成的，目的在于提供一种作业机器人，在人与机器人的协调作业等中，在人接触到机械臂的情况下，也能够通过瞬时且确实地检测接触并对机器人的动作施加限制，充分地确保其安全性。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，本发明的第1形态的作业机器人的特征在于具备：机械臂；冲击缓冲部件，设置在所述机械臂的表面，用来缓和所述机械臂与物体接触时的冲击；以及接触检测机构，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；所述接触检测机构具有：软性多孔质部件，设置在所述冲击缓冲部件的表面侧，且比所述冲击缓冲部件柔软；收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管排出的所述流体来检测所述收容部件的容积变化的情况。

本发明的第2形态是根据第1形态，其特征在于，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号来控制所述机械臂的驱动的方式构成。

本发明的第3形态是根据第1或第2形态，其特征在于，所述机器人控制器以如下方式构成：使所述机械臂以特定动作接触到已知物体，根据此时来自所述容积变化检测部的检测信号，确认所述接触检测机构是否正常地动作。

本发明的第4形态是根据第3形态，其特征在于，所述已知物体为构成所述作业机器人的一部分的构造体。

本发明的第5形态是根据第1至第4形态中任一形态，其特征在于，所述冲击缓冲部件配置在所述收容部件的外部。

本发明的第6形态是根据第1至第4形态中任一形态，其特征在于，所述冲击缓冲部件配置在所述收容部件的内部。

本发明的第7形态是根据第1至第6形态中任一形态，其特征在于，所述流体为空气。

为了解决所述课题，本发明的第8形态的作业机器人的特征在于具备：机械臂；以及接触检测机构，设置在所述机械臂的表面，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；所述接触检测机构具有：软性多孔质部件，具有缓和所述机械臂与物体接触时的冲击的功能；收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管排出的所述流体而检测所述收容部件的容积变化的情况。

本发明的第9形态是根据第8形态，其特征在于，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号来控制所述机械臂的驱动的方式构成。

为了解决所述课题，本发明的第10形态的作业机器人的特征在于具备：机械臂；以及接触检测机构，设置在所述机械臂的表面，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；所述接触检测机构具有：软性多孔质部件；收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管排出的所述流体而检测所述收容部件的容积变化的情况。

本发明的第11形态是根据第10形态，其特征在于，所述机械臂的至少一部分由冲击缓冲部件形成，该冲击缓冲部件用来缓和所述机械臂与物体接触时的冲击，所述收容部件设置在所述冲击缓冲部件的表面。本发明的第12形态是根据第10或第11形态，其特征在于，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号来控制所述机械臂的驱动的方式构成。

[发明的效果]

根据本发明，能够提供一种作业机器人，在人与机器人的协调作业等中，即便在人接触到机械臂的情况下，也能够通过瞬时且确实地检测接触并对机器人的动作施加限制，来充分地确保其安全性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的作业机器人的概略构成的图。

图2是将图1所示的作业机器人的主要部分放大表示的图。

图3是用来说明图2所示的作业机器人的主要部分的动作的图。

图4是表示本发明的另一实施方式的作业机器人的概略构成的图。

图5是将图4所示的作业机器人的主要部分放大表示的图。

图6是用来说明图5所示的作业机器人的主要部分的动作的图。

图7是将本发明的又一实施方式的作业机器人的主要部分放大表示的图。

图8是将本发明的又一实施方式的作业机器人的主要部分放大表示的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的作业机器人进行说明。此外，本实施方式的作业机器人具备用来在人与机器人的协调作业时确保人的安全的功能。

如图1所示，本实施方式的作业机器人1具备机器人基台2、基端部连接于机器人基台2的机械臂3及控制机械臂3的动作的机器人控制器4，由此构成六轴多关节型机器人。

此外，成为本发明的适用对象的作业机器人并不限定于六轴多关节型机器人，能够对具备机械臂的各种作业机器人应用本发明。

如图1及图2所示，在本实施方式的作业机器人1中，进而，在机械臂3的表面设置冲击缓冲部件5，用来缓和机械臂3与物体(人或障碍物)接触时的冲击。冲击缓冲部件5例如能够由海绵形成。冲击缓冲部件5的硬度(硬度/柔软度)及厚度例如设定为即便在以最高速度动作的机械臂3与人冲突的情况下也不会对人造成危害这样的值。

此外，在图1中，在机械臂3的前端侧的连杆设置着冲击缓冲部件5，但设置冲击缓冲部件5的位置并不限定于此，能够设置在动作中有可能与人或障碍物接触的机械臂3的适当的部位。

本实施方式的作业机器人1还具备用来检测机械臂3与物体接触的接触检测机构6。接触检测机构6整体具有充分的可挠性，以即便配置在冲击缓冲部件5的表面也不会减小缓冲效果。

具体来说，如图2所示，接触检测机构6具有设置在冲击缓冲部件5的表面侧(与机械臂3相反侧)的海绵部件7。该海绵部件7由连续气泡的软性多孔质部件构成，该软性多孔质部件由比冲击缓冲部件5柔软的材料形成。

海绵部件7收容在整体由可挠性材料形成的袋状的收容部件8之中。收容部件8的背面侧载置在冲击缓冲部件5的表面。如图2所示，在本例中，设为如下构造：冲击缓冲部件5配置在收容部件8的外部，且在设置在机械臂3的表面的冲击缓冲部件5之上，积层着内含海绵部件7的收容部件8。

在收容部件8，连接着连通于收容部件8内部的流体排出管9的一端。该流体排出管9在收容部件8接触到物体而海绵部件7变形，收容部件8的容积减少时，将从收容部件8的内部被挤出的空气(流体)排出。

流体排出管9的另一端连接在容积变化检测部10，容积变化检测部10构成为利用经由流体排出管9而排出的空气，检测接触检测机构6的收容部件8内部的压力变化，由此，检测收容部件8的容积变化(减少)。

容积变化检测部10的输出信号被传送至控制机械臂3的驱动的机器人控制器4。机器人控制器4以根据来自容积变化检测部10的检测信号，控制机械臂3的驱动的方式构成。也就是说，机器人控制器4利用容积变化检测部10检测出收容部件8的容积变化的情况之后，使动作中的机械臂3的动作的速度变慢，或者使动作停止等，限制机械臂3的动作而确保人的安全。

此处，收容部件8内部的压力例如也会因温度上升导致空气膨胀而发生变化，所以必须将这种自然变化和因与人接触所引起的变化加以区别。因此，容积变化检测部10除了监视收容部件8的内压的变化量以外，或者代替监视内压的变化量，还监视内压的变化率(变化量的时间微分值)。如果这样监视内压的变化率，那么能够将因温度变化导致空气膨胀而压力逐渐变化的情况和因与人的接触而压力急剧变化的情况加以区别。

另外，在判断为人接触到机械臂3之后，为了判别人已经从机械臂3离开，或者仍然为接触状态，除了测量内压的变化率以外，或者也可以代替其，测量内压本身，与某阈值进行比较而判断人的接触。

此外，容积变化检测部10未必与机器人控制器4分开构成，也能够组装在机器人控制器4的控制电路之中。

另外，本实施方式中的机器人控制器4具备能够日常地检查接触检测机构6是否正常地动作的功能。也就是说，机器人控制器4以如下方式构成：使机械臂3以特定动作接触到已知物体，根据此时来自接触检测机构6的检测信号，确认接触检测机构6是否正常地动作。

此处，使机械臂3以特定动作接触的所述已知物体能够设为构成作业机器人1的一部分的构造体。通过这样使用构成作业用机器人1的一部分的构造体，可无关于作业场所中的机器人的设置状况，使用共用的动作程序进行所述特定动作。

此外，在本实施方式中，存在于接触检测机构6的收容部件8内部的流体为空气，但可以为空气以外的气体，也可以为液体。

另外，在本实施方式中，在容积变化检测部10中检测流体的压力，但也可以代替此，或者除此以外，还检测流体的流动。尤其，在使用液体作为流体的情况下，优选为检测其流动。

此外，也能够以从外侧覆盖接触检测机构6与冲击缓冲部件5这两个部件的方式设置覆盖部件(未图示)。在该情况下，也可以利用覆盖部件作为用来将接触检测机构6与冲击缓冲部件5固定在机械臂3的表面的固定机构。

接下来，参照附图对本实施方式的作业机器人1的作用进行说明。

如图3所示，如果物体(人或障碍物)11接触到设置在机械臂3的接触检测机构6，那么构成接触检测机构6的可挠性的收容部件8的一部分及其内部的海绵部件7的一部分朝向机械臂3的表面侧变形。此时，由于收容部件8的背面侧也由可挠性材料形成，所以伴随海绵部件7向下方变形，收容部件8的背面也向下方变形。

此处，接触检测机构6设置在由海绵材料构成的冲击缓冲部件5之上，但由于接触检测机构6的海绵部件7比构成冲击缓冲部件5的材料(海绵)柔软(也就是说，冲击缓冲部件5较硬)，所以因外力而海绵部件7被向其厚度方向充分压缩。由此，收容部件8的容积减少，收容部件8内部的空气经由流体排出管9被挤出。

容积变化检测部10利用经由流体排出管9而排出的空气，检测收容部件8的容积变化(减少)的情况，其检测信号被传送至机器人控制器4。机器人控制器4当从容积变化检测部10接收检测信号时，使机械臂3的动作速度变慢，或者使动作停止。由此，能够避免机械臂3夹人等危险情况。

另外，由于在机械臂3的表面设置着冲击缓冲部件5，所以能够缓和机械臂3与人接触时的冲击，防止在接触时对人带来危害。

如以上所述，根据本实施方式的作业机器人1，即便在人接触到机械臂3的情况下，也能够利用冲击缓冲部件5来缓和接触时的冲击，并且根据来自容积变化检测部10的检测信号瞬时且确实地检测接触并对机器人的动作施加限制，所以在人与机器人的协调作业等中，能够充分地确保其安全性。

另外，本实施方式中的机器人控制器4具备能够日常地检查接触检测机构6是否正常地动作的功能，所以能够确实地确保人与机器人的协调作业等中的安全性。

另外，由于接触检测机构6与冲击缓冲部件5分别分开构成，所以例如在接触检测机构6产生不良状况的情况下，能够保持冲击缓冲部件5不动，仅更换接触检测机构6。

接下来，参照附图对本发明的其它实施方式的作业机器人进行说明。此外，以下，对与所述实施方式不同的部分进行说明，关于共通的部分则省略或简化说明。

在所述实施方式(图1)的作业机器人1中，冲击缓冲部件5与接触检测机构6分别分开构成，但如图4所示在本实施方式的作业机器人20中，冲击缓冲部件5与接触检测机构6一体地构成。

也就是说，在本实施方式的作业机器人20中，如图5所示，冲击缓冲部件5与海绵部件7一起配置在收容部件8的内部。也就是说，在冲击缓冲部件5之上积层着海绵部件7，它们的整体内含于收容部件8，收容部件8的背面安装在机械臂3的表面。

在本实施方式中，也如图6所示，如果物体(人或障碍物)11接触到设置在机械臂3的接触检测机构6，那么构成接触检测机构6的可挠性的收容部件8的一部分及其内部的海绵部件7的一部分朝向机械臂3的表面侧变形。

此处，接触检测机构6的海绵部件7积层在由海绵材料构成的冲击缓冲部件5之上，但如上所述，接触检测机构6的海绵部件7比构成冲击缓冲部件5的材料(海绵)柔软(也就是说，冲击缓冲部件5较硬)，所以因外力而被向其厚度方向充分压缩。由此，收容部件8的容积减少，收容部件8内部的空气经由流体排出管9被挤出。

因此，在本实施方式的作业机器人20中，也与所述实施方式相同，即便在人接触到机械臂3的情况下，也能够利用冲击缓冲部件5来缓和接触时的冲击，并且根据来自容积变化检测部10的检测信号对机器人的动作施加限制，所以在人与机器人的协调作业等中，能够充分地确保其安全性。

另外，在本实施方式中，由于冲击缓冲部件5与接触检测机构6一体化，所以在安装到机械臂3的作业等中容易处理。

接下来，参照附图对本发明的又一实施方式的作业机器人进行说明。此外，以下，对与所述实施方式不同的部分进行说明，关于共通的部分则省略或简化说明。

如图7所示，在本实施方式的作业机器人中，接触检测机构6的海绵部件7形成为较厚，海绵部件7本身单独地具有充分地缓和机械臂3与物体接触时的冲击的功能。也就是说，在本实施方式中，海绵部件7成为兼作冲击缓冲部件5的构造。

根据本实施方式，由于接触检测机构6的海绵部件7成为兼作冲击缓冲部件5的构造，所以能够谋求构造的简化。

接下来，参照附图对本发明的又一实施方式的作业机器人进行说明。此外，以下，对与所述实施方式不同的部分进行说明，关于共通的部分则省略或简化说明。

如图8所示，在本实施方式的作业机器人中，机械臂3本身由缓和与物体接触时的冲击的冲击缓冲部件5形成。也就是说，在本实施方式中，机械臂3成为兼作冲击缓冲部件5的构造。

根据本实施方式，由于机械臂3成为兼作冲击缓冲部件5的构造，所以能够谋求构造的简化。

[符号的说明]

1、20：作业机器人

2：机器人基台

3：机械臂

4：机器人控制器

5：冲击缓冲部件

6：接触检测机构

7：海绵部件

8：收容部件

9：流体排出管

10：容积变化检测部

11：物体(人或障碍物)

Claims (12)

1.一种作业机器人，其特征在于具备：

机械臂；

冲击缓冲部件，设置在所述机械臂的表面，用来缓和所述机械臂与物体接触时的冲击；以及

接触检测机构，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；

所述接触检测机构具有：

软性多孔质部件，设置在所述冲击缓冲部件的表面侧，且比所述冲击缓冲部件柔软；

收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；

流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及

容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管而排出的所述流体来检测所述收容部件的容积变化的情况。

2.根据权利要求1所述的作业机器人，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，

所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号控制所述机械臂的驱动的方式构成。

3.根据权利要求1或2所述的作业机器人，其中所述机器人控制器以如下方式构成：使所述机械臂以特定动作接触到已知物体，根据此时来自所述容积变化检测部的检测信号，确认所述接触检测机构是否正常地动作。

4.根据权利要求3所述的作业机器人，其中所述已知物体为构成所述作业机器人的一部分的构造体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机器人，其中所述冲击缓冲部件配置在所述收容部件的外部。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机器人，其中所述冲击缓冲部件配置在所述收容部件的内部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的作业机器人，其中所述流体为空气。

8.一种作业机器人，其特征在于具备：

机械臂；以及

接触检测机构，设置在所述机械臂的表面，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；

所述接触检测机构具有：

软性多孔质部件，具有缓和所述机械臂与物体接触时的冲击的功能；

收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；

流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及

容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管排出的所述流体来检测所述收容部件的容积变化的情况。

9.根据权利要求8所述的作业机器人，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，

所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号来控制所述机械臂的驱动的方式构成。

10.一种作业机器人，其特征在于具备：

机械臂；以及

接触检测机构，设置在所述机械臂的表面，用来检测所述机械臂与所述物体的接触；

所述接触检测机构具有：

软性多孔质部件；

收容部件，内含所述软性多孔质部件，且由可挠性材料形成；

流体排出管，连通于所述收容部件的内部，且在所述物体接触到所述收容部件而所述收容部件的容积减少时将所述收容部件的内部的流体排出；以及

容积变化检测部，用来利用经由所述流体排出管排出的所述流体来检测所述收容部件的容积变化的情况。

11.根据权利要求10所述的作业机器人，其中所述机械臂的至少一部分由冲击缓冲部件形成，该冲击缓冲部件用来缓和所述机械臂与物体接触时的冲击，

所述收容部件设置在所述冲击缓冲部件的表面。

12.根据权利要求10或11所述的作业机器人，还具备用来控制所述机械臂的驱动的机器人控制器，

所述机器人控制器以根据来自所述容积变化检测部的检测信号来控制所述机械臂的驱动的方式构成。