CN110815172A

CN110815172A - 协作机器人

Info

Publication number: CN110815172A
Application number: CN201910716641.XA
Authority: CN
Inventors: 岩山贵敏
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2020-02-21
Also published as: JP2020023032A; DE102019121127A1; US20200047350A1

Abstract

本发明提供一种协作机器人，其不论作业人员与机器人接触的位置如何，均能够更加切实地检测出接触并抑制施加于作业人员的力。协作机器人(1)具备：手腕轴部(3)，其确定安装于前端的工具的位置；以及基本轴部(2)，其确定该手腕轴部(3)的位置，并且仅由一个以上的直动轴(5、6、7)构成，在该基本轴部(2)的直动轴(5、6、7)设置有推动力限制部，该推动力限制部将推动力限制在对相关身体区域的限制值以下。

Description

协作机器人

技术领域

本发明涉及协作机器人。

背景技术

以往，已知一种六轴多关节型协作机器人(例如，参照专利文献1以及专利文献2。)。

该协作机器人利用配置于机器人下部的力传感器或配置于机器人的各轴的转矩传感器检测外力，在所检测出的外力超过规定值时使机器人停止。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5980877号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2013/0255426号说明书

发明内容

发明要解决的问题

然而，在使用配置于机器人下部的力传感器的外力检测中，存在如下不良情况：由于六轴多关节型机器人臂的复杂的动作的影响而导致难以高灵敏度地检测外力、或者不能检测出机器人臂之间的夹入。在利用配置于机器人的各轴的转矩传感器检测外力的方式中，存在如下不良情况：在被旋转驱动的臂的前端与基端所检测出的外力的大小不同。即，存在如下不良情况：在臂的前端所发生的夹入容易检测出，而在臂的基端所发生的夹入难以检测出。

本发明的目的在于提供一种协作机器人，其不论作业人员与机器人接触的位置如何，都能够更加切实地检测出接触并抑制施加于作业人员的力。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是一种协作机器人，其具备：手腕轴部，其确定安装于前端的工具的位置；以及基本轴部，其控制该手腕轴部的位置，并且仅由一个以上的直动轴构成，在一个以上的所述直动轴中的每一个直动轴均设置有推动力限制部，所述推动力限制部将推动力限制在对相关身体区域的限制值以下。

根据本方案，通过基本轴部的工作确定手腕轴部的空间上的位置，并通过手腕轴部的工作确定安装于前端的工具的位置。在该情况下，通过使构成基本轴部的一个以上的直动轴中的任一个直动轴工作，能够使手腕轴部以及工具沿一个方向直线移动。

在通过一个直动轴的工作进行直线移动动作时，即使在直动轴与其他物体之间发生夹入，也能够利用推动力限制部将推动力限制在对相关身体区域的限制值以下。对相关身体区域的限制值表示工业协作机器人与作业人员接触时所发生的过渡状态后不得超越的临界值，作为一个例子，在ISO/TS 15066:2016附表A中按照机器人可能接触的人体的每个部位示出有限制值。

在该情况下，根据本方案，由于基本轴部仅由直动轴构成，因此通过使各直动轴工作而发生的夹入中的力无论在直动轴的哪个位置产生均相同。由此，通过限制直动轴的推动力，能够更加切实地将因夹入而导致的人体受到的力抑制在限制值内。

在上述方案中，所述基本轴部还可以具备相互正交的水平方向的两个水平直动轴、以及竖直方向的一个竖直直动轴。

根据该结构，通过基本轴部的工作，能够将手腕轴部配置于三维空间上的任意的位置。

在上述方案中，所述竖直直动轴还可以具备平衡器。

根据该结构，利用设置于需要抵抗重力而使手腕轴部等上下移动的竖直直动轴的平衡器，来缓和使手腕轴部等上升时所需的推动力，从而能够更加切实地将使手腕轴部等上下移动时所产生的夹入中的力抑制在限制值内。

在上述方案中，一个以上的所述直动轴中的每一个直动轴还可以均具备驱动各该直动轴的马达，所述推动力限制部具备转矩检测部和控制部，所述转矩检测部检测各所述马达的转矩或输出轴的转矩，所述控制部基于由该转矩检测部检测出的所述转矩，限制各所述直动轴的推动力。

根据该结构，通过马达的工作而使直动轴做动作，并且搭载于该直动轴的部分向一个方向移动。在该情况下，马达的转矩或输出轴的转矩由转矩检测部检测出，并且能够利用控制部基于检测出的转矩，限制直动轴的推动力。例如，即使因夹入等而导致驱动该直动轴的马达的转矩或输出轴转矩上升，也能够通过利用控制部进行限制，更加切实地将因夹入而产生的力抑制在限制值内。

在上述方案中，一个以上的所述直动轴中的每一个直动轴还可以均具备驱动各该直动轴的马达，所述推动力限制部具备力检测部和控制部，所述力检测部检测各所述直动轴的推动力，所述控制部基于由该力检测部检测出的所述推动力，限制各所述直动轴的所述推动力。

在上述方案中，所述推动力限制部还可以是机械式离合器。

根据该结构，直动轴做动作，并且搭载于该直动轴的部分向一个方向移动。在该情况下，即使因夹入等而导致驱动该直动轴的推动力上升，也能够通过利用机械式离合器断开驱动系统，更加切实地将因夹入而产生的力抑制在限制值内。

在上述方案中，所述转矩检测部还可以被多重化。

根据该结构，即使一个转矩检测部因故障等而不能检测出转矩，也能够利用另一个转矩检测部检测转矩，从而更加切实地将因夹入而产生的力抑制在限制值内。

在上述方案中，所述力检测部还可以被多重化。

在上述方案中，所述机械式离合器还可以被多重化。

根据该结构，即使一个机械式离合器因故障等而不能断开驱动系统，也能够利用另一个机械式离合器断开驱动系统，从而更加切实地将因夹入而产生的力抑制在限制值内。

发明效果

根据本发明，具有如下效果：不论作业人员与机器人接触的位置如何，都能够更加切实地检测出接触并抑制施加于作业人员的力。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的协作机器人的一个例子的立体图。

图2是对图1的协作机器人所具备的竖直直动轴内部的平衡器进行说明的模式图。

图3是对图2的平衡器的动作进行说明的模式图。

图4是对图1的协作机器人配置于动作范围内的一个位置的状态进行说明的立体图。

图5是对图1的协作机器人配置于动作范围内的另一个位置的状态进行说明的立体图。

图6是表示图1的协作机器人的变形例的模式图。

图7是表示图1的协作机器人的另一个变形例的立体图。

附图标记说明

1：协作机器人

2：基本轴部

3：手腕轴部

5：第一水平直动轴(水平直动轴、直动轴)

6：第二水平直动轴(水平直动轴、直动轴)

7：竖直直动轴(直动轴)

14：平衡器

22：机械式离合器(推动力限制部)

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式的协作机器人1进行说明。

如图1所示，本实施方式的协作机器人1具备基本轴部2和手腕轴部3。协作机器人1具备控制基本轴部2以及手腕轴部3的控制部(省略图示：推动力限制部)。

基本轴部2具备：第一水平直动轴(水平直动轴、直动轴)5，其设置于地面；第二水平直动轴(水平直动轴、直动轴)6，其利用第一水平直动轴5在第一水平方向上移动；以及竖直直动轴(直动轴)7，其利用第二水平直动轴6在与第一水平方向正交的第二水平方向上移动。

第一水平直动轴5、第二水平直动6、以及竖直直动轴7具备：长方体箱状的基座8、9、10；以及滑块11、12、13。滑块11、12、13被支撑为，能够相对于基座8、9、10在基座8、9、10的长轴方向上移动。在基座8、9、10内具备直动机构，所述直动机构具备未图示的马达以及滚珠丝杆，并且使滑块11、12、13相对于基座8、9、10直线移动。

在各直动轴5、6、7的滑块11、12、13、和与该滑块11、12、13连接的其他直动轴6、7的基座9、10或手腕轴部3之间具备未图示的传感器(转矩检测部、力检测部、推动力限制部)，该传感器对施加于滑块11、12、13的外力进行检测。

如图2和图3所示，竖直直动轴7具备平衡器14，所述平衡器14产生向上方提拉滑块13的力，以辅助马达。在图2和图3所示的例子中，平衡器14具备：滑轮15，其以能够旋转的方式安装于基座10；钢缆16，其缠绕于滑轮15且一端固定于滑块13；以及配重17，其支撑于钢缆16的另一端。配重17的重量是滑块13、手腕轴部3以及安装于手腕轴部3的前端的工具的重量之和的1/2，或者在工具是握持工件的手等的情况下是滑块13、手腕轴部3、工具以及工件的重量之和的1/2。

手腕轴部3具备：第一手腕部件19，其被支撑为，相对于固定于竖直直动轴7的滑块13的手腕主体18能够围绕水平的第一轴线旋转；第二手腕部件20，其被支撑为，相对于第一手腕部件19能够围绕正交的第二轴线旋转；以及第三手腕部件21，其被支撑，能够围绕与第一轴线配置于相同的平面内的第三轴线旋转。未图示的工具固定于第三手腕部件21。

手腕轴部3通过第一手腕部件19相对于手腕主体18围绕第一轴线的旋转、第二手腕部件20相对于第一手腕部件19围绕第二轴线的旋转、以及第三手腕部件21相对于第二手腕部件20围绕第三轴线的旋转，能够任意调节安装于第三手腕部件21的工具(省略图示)的姿态。

如图4和图5所示，通过基本轴部2的工作能够使手腕轴部3的位置在三维空间上移动。图4和图5所示的立方体是第一轴线、第二轴线、以及第三轴线的交点(手腕中心)的动作范围X。

控制部由处理器以及存储器构成，并供给电流，该电流使基本轴部2以及手腕轴部3的各马达基于存储于存储器的程序进行工作。在控制部设置有未图示的电流检测部(转矩检测部、力检测部、推动力限制部)，该电流检测部检测向各马达供给的电流值。能够基于向基本轴部2的马达供给的电流值推定施加于滑块11、12、13的外力。

控制部根据基于由电流检测部检测出的电流值而推定的外力的大小、以及由传感器检测出的外力的大小中的至少一方，限制向马达供给的电流值。

由此，通过由传感器所进行的外力的检测、以及基于电流值的外力的推定，使得外力的检测多重化。

控制部将电流值限制为，使滑块11、12、13的推动力为对相关身体区域的限制值以下。其中，对相关身体区域的限制值表示在工业协作机器人1与作业人员接触时发生的过渡状态之后不得超越的临界值，例如，在ISO/TS 15066:2016附表A中按照机器人可能接触的人体的每个部位示出有限制值。

在本实施方式中，作为取最小限制值的相关身体区域而采用腹肌，控制部将电流限制为，使滑块11、12、13的推动力为对腹肌的限制值即110N以下。由此，限制为比对其他任意一个相关身体区域的限制值小的推动力。当然，能够根据协作机器人1的应用，采用考虑了风险的任意的限制值。

以下对如此构成的本实施方式的协作机器人1的作用进行说明。

根据本实施方式的协作机器人1，通过构成基本轴部2的三个直动轴5、6、7的工作，确定三维空间上的手腕轴部3的位置，通过构成手腕轴部3的三个手腕部件19、20、21的工作，确定安装于第三手腕部件21的工具的位置。由此，能够将工具在图4和图5所示的动作范围X内以预期的姿态配置于预期的位置而进行作业。

在该情况下，对构成基本轴部2的三个直动轴5、6、7分别具备的传感器所检测出的外力的大小、以及向驱动该直动轴5、6、7的马达提供的电流值始终进行监控。控制部将电流值限制为，使由传感器检测出的外力的大小、以及基于向马达提供的电流值而推定的外力的大小均为110N以下。

例如，若在第一水平直动轴5的动作中通过作业人员与协作机器人1接触，而将外力施加于协作机器人1，则流向使第一水平直动轴5工作的马达的电流值上升，但由于控制部将电流值限制为使推动力为110N以下，因此能够切实地防止对作业人员施加超过110N的力。由于110N的力作为对相关身体区域的限制值为最小的力，因此具有如下优点：无论相关身体区域是作业人员的身体的哪个位置，均能够将作业人员受到的力切实地抑制在限制值内。

尤其是，本实施方式的协作机器人1将构成基本轴部2的三个轴全部由直动轴5、6、7构成，因此作业人员受到的力无论在直动轴5、6、7的哪个位置产生均相同。因此，具有如下优点：通过限制直动轴5、6、7的推动力，能够更加切实地将因夹入而导致的人体受到的力抑制在限制值内。

在本实施方式中，利用传感器以及电流检测部双重检测各直动轴5、6、7所受到的外力。通过检测的多重化，具有如下优点：即使在传感器或电流检测部中的任一个发生不良情况的情况下，也能够切实地检测或推定外力，将施加于作业人员的力抑制在限制值内。

还可以进行多于双重的多重化。利用传感器和电流检测部进行了多重化，但也可以使传感器双重化，或者也可以利用钳形表等使电流检测部多重化。

在本实施方式中，选择腹肌作为相关身体区域，从而将能够适用于所有的身体部位的110N的推动力设定为限制值，但在与协作机器人1接触的作业人员的身体部位被限定的情况下，也可以采用对被限定的部位的限制值。例如，在工作台上的工件的操作等、与协作机器人1接触的作业人员的身体的部位限定于手指、臂的情况等时，采用对手指的限制值即140N即可。当然，可以根据协作机器人1的应用，采用考虑了风险的任意的限制值。

在本实施方式中，作为推动力限制部，举例说明了通过控制部基于传感器或电流检测部检测的结果调整向马达提供的电流来限制推动力的情况，但取而代之，还可以采用机械式离合器22。机械式离合器22可以是旋转式或直动式中的任意一种方式。

例如，如图6所示，在使滑块13相对于基座10直线移动的直动机构23具备固定于基座10的齿条齿轮24、以及与齿条齿轮24啮合的小齿轮25的情况下，在对马达26的旋转进行减速的减速器27与小齿轮25之间配置旋转式的机械式离合器(滚柱式双向离合器等)22即可。在图6中利用竖直直动轴7进行了说明，但也可以适用于其他直动轴5、6。

在产生了超过对相关身体区域的限制值的推动力时，只要能够切断马达的动力向滑块11、12、13传递，则可以采用任意形式的机械式离合器22。在该情况下，也优选使机械式离合器22多重化。

在本实施方式中，作为直动轴5、6、7，举例说明了通过具备马达以及滚珠丝杆的直动机构，使滑块11、12、13相对于基座8、9、10直线移动的形式的直动轴，但取而代之，还可以采用如下结构的直动轴：基座8、9、10自身沿一个方向望远镜式地进行伸缩的结构的直动轴、缩放型或利用滑轮以及带的结构的直动轴。

在本实施方式中，由于在竖直直动轴7设置有平衡器14，因此具有如下优点：能够确保可搬重量，并且抑制竖直直动轴7的马达能够产生的推动力。在该情况下，还能够根据工具以及工件的重量改变配重17。还可以在平衡器14所具备的滑轮15设置传感器以检测滑轮15的动作异常。安装防止配重17摇摆的机构对于使协作机器人1稳定地做动作也是有效的。还可以在竖直直动轴7中使用带制动器的马达，针对第一水平直动轴5以及第二水平直动轴6使用无制动器的马达。

为了防止基本轴部2的误动作，还可以具备检测第一水平直动轴5的设置角度的倾斜角度传感器。

在利用传感器检测出超过限制值的力的情况下、或者基于电流值推定出超过限制值的推动力的情况下、或者机械式离合器22工作而切断马达的动力向滑块11、12、13传递的情况下，还可以输出警报以向外部通知。

如图7所示，还可以通过设置容纳基本轴部2的一部分的罩28，减少协作机器人1与作业人员的接触以及夹入等的发生机会。图7中的剖线部分是罩，所述罩例如通过褶皱保护罩或板等的组合，在允许竖直直动轴7的二维的水平移动的同时，禁止作业人员的手指或臂的进入。

Claims

1.一种协作机器人，其特征在于，具备：

手腕轴部，其确定安装于前端的工具的位置；以及

基本轴部，其控制该手腕轴部的位置，并且仅由一个以上的直动轴构成，

在一个以上的所述直动轴中的每一个直动轴均设置有推动力限制部，所述推动力限制部将推动力限制在对相关身体区域的限制值以下。

2.根据权利要求1所述的协作机器人，其特征在于，

所述基本轴部具备：相互正交的水平方向的两个水平直动轴、以及竖直方向的一个竖直直动轴。

3.根据权利要求2所述的协作机器人，其特征在于，

所述竖直直动轴具备平衡器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的协作机器人，其特征在于，

一个以上的所述直动轴中的每一个直动轴均具备驱动各该直动轴的马达，

所述推动力限制部具备转矩检测部和控制部，所述转矩检测部检测各所述马达的转矩或输出轴的转矩，所述控制部基于由该转矩检测部检测出的所述转矩，限制各所述直动轴的推动力。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的协作机器人，其特征在于，

所述推动力限制部具备力检测部和控制部，所述力检测部检测各所述直动轴的推动力，所述控制部基于由该力检测部检测出的所述推动力，限制各所述直动轴的所述推动力。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的协作机器人，其特征在于，

所述推动力限制部是机械式离合器。

7.根据权利要求4所述的协作机器人，其特征在于，

所述转矩检测部被多重化。

8.根据权利要求5所述的协作机器人，其特征在于，

所述力检测部被多重化。

9.根据权利要求6所述的协作机器人，其特征在于，

所述机械式离合器被多重化。