CN111002345A

CN111002345A - 传感器支架以及机器人系统

Info

Publication number: CN111002345A
Application number: CN201910931997.5A
Authority: CN
Inventors: 井上俊彦; 本门智之; 铃木元; 林晃市郎; 鹫头伸一
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-04-14
Also published as: US20200108511A1; JP6836564B2; US11685063B2; DE102019125942A1; JP2020059075A

Abstract

本发明提供一种传感器支架(1)以及机器人系统，能够将加速度传感器暂时且简单地固定在工具的前端附近，该传感器支架(1)具备框架部件(11、12)和螺栓(15)，该框架部件(11、12)支撑加速度传感器(4)，并具有圆弧形状部(11a、12a)，该圆弧形状部(11a、12a)在周向的至少一个部位形成有周向间隙(17a、17b)的状态下紧抱机器人的工具(5)的外周面，该螺栓(15)与框架部件(11、12)螺合，并缩小周向间隙(17a、17b)。

Description

传感器支架以及机器人系统

技术领域

本发明涉及传感器支架以及机器人系统，尤其涉及用于将加速度传感器暂时固定在机器人的工具上的传感器支架。

背景技术

以往，在具备诸如工具的可动部的机器人中，在可动部的动作的检测中使用加速度传感器(例如，参照专利文献1～4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-074647号公报

专利文献2：日本特开2013-106706号公报

专利文献3：日本特开2009-202235号公报

专利文献4：日本特开平09-070716号公报

发明内容

发明要解决的问题

近年，提出了一种如下的技术：在利用与机器人臂的前端连接的工具进行激光切割、激光焊接、电弧焊、密封等加工的机器人中，基于由加速度传感器检测出的工具的前端的轨迹，利用机器学习优化工具的前端的轨迹。

在这种用途中，为了检测工具的前端的正确轨迹，优选将加速度传感器配置在工具的前端附近。而且，需要将加速度传感器相对于工具稳定地固定，以使加速度传感器相对于工具的前端的位置和姿态不发生变化。

但是，由于工具上没有安装加速度传感器的场所，因此难以将加速度传感器稳定地固定于工具的前端附近。因此，期望一种用于将加速度传感器暂时且简单地固定在工具上的装置。而且，由于存在各种外径的加工用工具，因此期望一种能够在各种外径的工具上固定加速度传感器的通用的装置。

本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种通用的传感器支架以及具备该传感器支架的机器人系统，能够将加速度传感器暂时且简单地固定在工具的前端附近。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的一个方案是一种传感器支架，其具备：框架部件，其支撑加速度传感器，并具有圆弧形状部，所述圆弧形状部在周向的至少一个部位形成有周向间隙的状态下紧抱机器人的工具的外周面；以及螺栓，其与该框架部件螺合，并缩小所述周向间隙。

根据本方案，以使圆弧形状部紧抱工具的外周面的方式将框架部件配置于工具的外周面的周围，并通过将螺合于框架部件的螺栓拧入而缩小周向间隙，从而使圆弧形状部的内表面与工具的外周面紧贴。由此，通过圆弧形状部的内表面与工具的外周面之间的摩擦，能够将框架部件固定在工具的外周面。在不需要加速度传感器时，将螺栓拧出，由此能够简单地将框架部件从工具上拆下。

这样，框架部件通过螺栓的拧入而机械式固定在工具上。因此，能够将框架部件暂时且简单地固定在工具上。另外，通过将框架部件固定于工具自身，能够将由框架部件支撑的加速度传感器稳定地固定在工具的前端附近。此外，通过设置周向间隙，使得圆弧形状部的内径能够根据工具的外径而改变。因此，能够将框架部件固定在各种外径的工具上，能够提供通用的传感器支架。

在上述方案中，所述框架部件可以具备第一框架部件和第二框架部件，所述螺栓具备第一螺栓和第二螺栓，所述第一螺栓缩小所述第一框架部件的一端部与所述第二框架部件的一端部之间的周向间隙，所述第二螺栓缩小所述第一框架部件的另一端部与所述第二框架部件的另一端部之间的周向间隙。

根据该结构，能够将第一以及第二框架部件沿径向套在工件的外周面上。由此，能够更简单地将框架部件配置在工具的外周面上。

在上述方案中，所述传感器支架的可以具备支撑部件，所述支撑部件的一端部与所述框架部件的所述圆弧形状部连接，所述支撑部件沿着所述工具的长度方向延伸，所述加速度传感器固定在所述支撑部件的另一端部。

根据该结构，在长的工具的情况下时，能够将框架部件在离开工具的前端的位置固定于工具的外周面，并将加速度传感器配置在工具的前端附近。

在上述方案中，所述支撑部件的与所述圆弧形状部的连接位置还能够在所述支撑部件的长度方向上改变。

根据该结构，通过调整支撑部件的与圆弧形状部的连接位置，能够将加速度传感器配置在更靠近工具前端的位置。

在上述方案中，所述支撑部件的与所述圆弧形状部的连接角度也能够改变。

根据该结构，通过调整支撑部件的与圆弧形状部的连接角度，能够将加速度传感器配置在更靠近工具前端的位置。

在上述方案中，所述传感器支架可以具备配置在所述圆弧形状部的内表面并且能够弹性压缩的弹性体。

根据该结构，通过弹性体的压缩，使得圆弧形状部的内表面更牢固地紧贴于工具的外周面。由此，能够将框架部件更加稳定地固定在工具上。

在上述方案中，所述传感器支架可以具备配置在所述圆弧形状部的内表面的防滑部件。

根据该结构，利用防滑部件防止圆弧形状部相对于工具的外周面的滑动。由此，能够将框架部件更加稳定地固定在工具上。

在上述方案中，所述螺栓可以是滚花螺栓。

根据该结构，操作人员能够不使用工具地用手进行滚花螺栓的拧入和拧出。而且，通过优化滚花螺栓的头部直径，能够确保合适的紧固力。

本发明的另一个方案为机器人系统，其具备：机器人；

工具，其与该机器人的机器人臂的前端连接；上述任一项所记载的传感器支架，其安装在该工具上；以及加速度传感器，其由该传感器支架支撑，所述机器人臂的最前端的臂部件具有沿着该臂部件的旋转轴线贯穿该臂部件的孔，所述加速度传感器的控制电缆经由所述最前端的臂部件的所述孔而布线。

发明效果

根据本发明，具有以下效果：提供一种通用的传感器支架，能够将加速度传感器暂时且简单地固定在工具的前端附近。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的机器人系统的整体结构的示意图。

图2是本发明的一个实施方式的传感器支架的整体立体图。

图3是从工具的基端侧观察图2的传感器支架的俯视图。

图4是图2的传感器支架的侧视图。

图5是图2的传感器支架的变形例的侧视图。

附图标记说明

1传感器支架

2机器人

2a机器人臂

2b最前端的臂部件

2c孔

4加速度传感器

5工具

6控制电缆

10机器人系统

11、12框架部件

11a、12a圆弧形状部

11b、11c、12b、12c端部

13弹性体(防滑部件)

14、15螺栓、滚花螺栓

14a、15a头部

16支撑部件

17a、17b周向间隙

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的传感器支架1以及机器人系统10进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人系统10具备：机器人2，其具有工具5；控制装置3，其控制机器人2；传感器支架1，其能够装卸于工具5；以及加速度传感器4，其固定于传感器支架1。

机器人2具备具有关节的机器人臂2a，机器人臂2a的前端与工具5连接。例如，机器人2为六轴多关节机器人。工具5用于激光切割、激光焊接、电弧焊、密封、喷涂、或者去毛刺等加工。这些加工需要对工具5的细径的前端5a的轨迹进行精密的控制。工具5在大致全长上具有圆形的横截面形状。

控制装置3与机器人2以及工具5连接。控制装置3具备：具有处理器等的控制部(省略图示)、以及具有非易失性存储器、ROM、RAM等的存储部(省略图示)。存储部中储存有加工程序。控制部基于加工程序，将用于驱动机器人臂2a的各关节的伺服马达以及工具5的控制指令发送到伺服马达以及工具5。由此，机器人臂2a以及工具5基于加工程序做动作，利用沿着预定的轨迹移动的工具5的前端5a对被加工物实施加工。

另外，控制装置3经由控制电缆6与加速度传感器4连接。控制装置3根据从加速度传感器4接收的加速度，机器学习加工程序。

如图2至图4所示，传感器支架1具备：一对框架部件11、12，其配置于工具5的外周面的周围；弹性体13，其配置于各框架部件11、12的内表面；螺栓14、15，其对框架部件11、12的端部彼此进行紧固；以及支撑部件16，其与框架部件11连接。

各框架部件11、12是整体弯曲为大致圆弧状的薄带板状的部件，由诸如金属的硬质材料形成。第一框架部件11具备圆弧形状部11a以及端部11b、11c，圆弧形状部11a向一个方向弯曲为大致圆弧状，端部11b、11c设置在圆弧形状部11a的两端。各端部11b、11c沿着经过圆弧形状部11a的两端的直线向外突出。同样地，第二框架部件12具备圆弧形状部12a以及端部12b、12c，圆弧形状部12a向一个方向弯曲为大致圆弧状，端部12b、12c设置在圆弧形状部12a的两端。各端部12b、12c沿着经过圆弧形状部12a的两端的直线向外突出。

如图3所示，一对框架部件11、12以在径向上夹持工具5的方式使内表面朝向工具5侧而配置在工具5的径向的两侧，并紧抱工具5的外周面。在图3的状态下，一对框架部件11、12在周向的两个部位形成具有周向间隙的17a、17b的大致部分圆环。在该状态下，第一框架部件11的一个端部11b与第二框架部件12的一个端部12b隔着一个周向间隙17a相互对置。此外，第一框架部件11的另一个端部11c与第二框架部件12的另一个端部12c隔着另一个周向间隙17b相互对置。周向间隙17a、17b优选配置于在工具5的径向上相互对置的位置。

在端部11b、12b上分别形成有供第一螺栓14贯穿的孔11d、12d，在端部11c、12c上分别形成有供第二螺栓15贯穿的孔11e、12e。第一框架部件11的孔11d、11e为具有比螺栓14、15的公称直径大的内径的通孔。第二框架部件12的孔12d、12e是在内表面上形成有内螺纹且与螺栓14、15螺合的螺纹孔。各螺栓14、15是在头部14a、15a的表面带有刻纹的滚花螺栓。操作人员能够容易地使用手捏住的头部14a、15a旋转，能够容易地用手进行螺栓14、15向螺栓孔12d、12e的拧入和拧出

弹性体13是能够弹性压缩的片状的部件。弹性体13优选至少与工具5的外周面接触的面具有高摩擦系数，以相对于工具5的外周面作为防滑部件发挥功能。弹性体13优选具有橡胶性弹性，例如为橡胶片。弹性体13覆盖各圆弧形状部11a、12a的大致整个内表面，并固定于各圆弧形状部11a、12a的内表面。

仅限于在利用弹性体13能够防止工具5的外表面与圆弧形状部11a、12a的内表面的直接接触的情况下，弹性体13才可以部分地覆盖圆弧形状部11a、12a的内表面。例如，多个弹性体13也可以相互隔开间隙而配置在圆弧形状部11a、12a的整个内表面。

另外，也可以将与弹性体13分体的防滑部件固定在圆弧形状部11a、12a的内表面。

支撑部件16为平坦的薄带板状的部件，为具有长轴的大致矩形。支撑部件16从第一框架部件11向与由第一框架部件11限定的平面(在图3中，与纸面平行的平面)垂直的方向延伸。在框架部件11、12固定于工具5的状态下，支撑部件16沿着工具5的长度方向延伸。支撑部件16的一端部如后面所述由一对螺钉18固定在第一框架部件11的外表面。支撑部件16的另一端部确保有用于固定加速度传感器4的传感器安装区域。大多数加工用工具5的前端部的外径比固定于机器人臂2a的前端的基端部的外径小。因此，如图5所示，可以使支撑部件16的前端部相对于支撑部件16的基端部向内侧移动位置，以使得支撑部件16的前端部配置在比支撑部件16的基端部更靠近工具5的长轴的位置。

加速度传感器4例如为三轴加速度传感器或六轴加速度传感器。加速度传感器4通过螺纹固定或者磁铁等任意固定装置固定于支撑部件16的传感器安装区域。在加速度传感器4的连接器4a上连接有控制电缆6。在图2至图5中，省略了控制电缆6的图示。

可以使用无线加速度传感器4代替有线加速度传感器4。在无线加速度传感器4的情况下，不需要控制电缆6的配线。

如图2所示，在支撑部件16的一端部形成有在支撑部件16的宽度方向上相互隔开间隔的两列孔16a。各孔16a沿着板厚方向贯穿支撑部件16。在各列中，多个孔16a形成于在支撑部件16的长度方向上隔开间隔的位置。在第一框架部件11的外表面形成有两个螺纹孔(省略图示)。从各列选择一个孔16a，将螺钉18经由所选择的两个孔16a拧入第一框架部件11的两个螺纹孔，由此能够将支撑部件16固定于第一框架部件11。另外，通过改变从各列选择的孔16a的位置，能够在长度方向上改变支撑部件16相对于第一框架部件11的连接位置，并且能够改变支撑部件16相对于第一框架部件11的连接角度。

接下来，针对如此构成的传感器支架1以及机器人系统10的作用进行说明。

在加工程序中的工具5的前端5a的轨迹的示教后的机器学习时，将传感器支架1固定于工具5。操作人员将一对框架部件11、12配置在工具5的径向两侧，将第一螺栓14插入孔11d、12d内，将第二螺栓15插入孔11e、12e内，并将螺栓14、15分别紧拧入螺栓孔12d、12e内。

在拧入螺栓14、15的过程中，端部11b、12b之间的周向间隙17a以及端部11c、12c之间的周向间隙17b逐渐变小，由此一对圆弧形状部11a、12a之间的距离逐渐变窄，最终圆弧形状部11a、12a的内表面经由弹性体13紧贴于工具5的外周面。由此，使得框架部件11、12固定于工具5的外周面，经由支撑部件16而支撑于第一框架部件11上的加速度传感器4配置于工具5的前端5a附近。

在图1至图5中，框架部件11、12固定于工具5的基端部，但框架部件11、12也可以在更靠近前端5a的位置固定于工具5上。

接着，操作人员根据需要调整支撑部件16相对于第一框架部件11的连接位置和连接角度，以将加速度传感器4配置在更靠近工具5的前端5a的位置。

接下来，进行机器人2的机器学习。在机器学习中，控制装置3按照加工程序使机器人2动作，从而使工具5的前端5a沿着所示教的轨迹移动。由于工具5的振动和超程等，在所示教的轨迹与前端5a的实际轨迹之间会产生差。在前端5a沿着轨迹移动的过程中，加速度传感器4随着时间的经过检测加速度，并将检测结果发送到控制装置3。控制装置3根据由加速度传感器4检测出的加速度，计算前端5a的实际轨迹。控制装置3反复进行对机器人臂2a的各伺服马达的控制指令的修正和前端5a的实际轨迹的计算，并学习所示教的轨迹与实际轨迹之间的差成为最小的对各伺服马达的控制指令。

在机器学习之后，操作人员从一对框架部件11、12上拆下螺栓14、15，并从工具5拆下传感器支架1。之后，执行加工程序，机器人臂2a按照所学习的控制指令做动作。在机器学习后的加工程序中，控制机器人臂2a的动作，以抑制工具5的前端5a的振动，其结果，工具5的前端5a的轨迹被控制得与所示教的轨迹一致。由此，能够高精度地加工被加工物。

这样，根据本实施方式，能够通过由螺栓14、15所进行的机械式紧固，简单地将一对框架部件11、12固定于工具5。因此，能够在需要时将加速度传感器4暂时且简单地固定于工具5，并能够在不需要时简单地从工具5拆下加速度传感器4。尤其通过使用滚花螺栓作为螺栓14、15，操作人员无需使用工具，就能够更简单地进行传感器支架1相对于的工具5的装卸。

另外，由于框架部件11、12固定于工具5自身，因此与将传感器支架1固定于机器人臂2a的前端部的情况相比，悬臂状支撑部件16的长度可以更短。由此，能够实现支撑部件16的高刚性，抑制因支撑部件16的振动或挠曲而引起的支撑部件16的前端部的位移。即，能够在机器人臂2a的动作过程中，将加速度传感器4与工具5的前端5a的相对位置和相对姿态保持恒定不变，从而利用加速度传感器4高精度地检测出前端5a的加速度。

另外，在加工用的工具5中，存在各种外径的工具。根据本实施方式，一对圆弧形状部11a、12a之间的间隔通过螺栓14、15的拧入量能够改变。因此，能够将一对框架部件11、12固定于各种外径的工具5。即，无需针对每个工具5准备专用的传感器支架1，能够在各种工具5的机器学习中使用共用的传感器支架1。这样，能够提供通用性高的传感器支架1。

此外，通过压缩夹持在工具5的外周面与圆弧形状部11a、12a的内表面之间的弹性体13，使得圆弧形状部11a、12a的内表面更牢固地紧贴于工具5的外周面。由此，能够将框架部件11、12更加稳定地固定于工具5。而且，在使用诸如橡胶等的摩擦系数高的材质的弹性体(防滑部件)13时，利用弹性体13防止了框架部件11、12相对于工具5的外表面的滑动。由此，能够将框架部件11、12进一步稳定地固定于工具5。另外，通过弹性体13，能够保护工具5的外周面与框架部件11、12的直接接触，能够防止损伤工具5的外周面。

另外，本实施方式的传感器支架1以及加速度传感器4的用途，并不限于机器学习，也可以用于其他用途。例如，可以在工具5的前端5a对被加工物进行加工的过程中，利用加速度传感器4检测工具5的前端5a的加速度，控制装置3根据所检测出的加速度控制机器人臂2a。

此外，在本实施方式中，工具5具有圆形的横截面形状，但传感器支架1适用的工具5的形状并不限于此。例如，传感器支架1还能够固定于具有任意多边形横截面形状的棱柱状的工具5的外表面。

在本实施方式中，优选将用于将控制电缆6固定于支撑部件16的诸如带等的固定部件设置在支撑部件16上。

在控制电缆6相对于加速度传感器4能够自由移动的情况下，由于机器人臂2a的动作，使得控制电缆6摇动或者被拉伸，控制电缆6的振动以及张力经由连接器4a传递到加速度传感器4。由这种控制电缆6的振动以及张力而引起的噪音能够包含于由加速度传感器4检测出的加速度中。通过利用固定部件将控制电缆6固定于支撑部件16上，能够防止由控制电缆6引起的噪音的产生。

在本实施方式中，加速度传感器4的控制电缆6也可以布线于机器人臂2a的最前端的臂部件2b的内部。

在如六轴多关节机器人这样的机器人臂2a的最前端的关节为旋转关节的机器人的情况下，如图1所示，在最前端的臂部件2b上设置有沿着臂部件2b的旋转轴线贯穿臂部件2b的孔2c。控制电缆6从臂部件2b的前端侧插入孔2c内。

通过将控制电缆6容纳在臂部件2b内，能够防止控制电缆6干涉动作的机器人臂2a。

可以在工具安装部件8的基端部的外周面形成有与臂部件2b的孔2c连通的插入口8a，以能够将控制电缆6容易地插入最前端的臂部件2b内。工具安装部件8是用于将工具5与机器人臂2a连接的部件，配置于最前端的臂部件2b与工具5之间。

机器人臂2a的内部或者外部布线有容纳各种电缆的导管(省略图示)。从最前端的臂部件2b的基端拉出的控制线缆6经由管道的内部或外部与控制装置3连接。

在本实施方式中，一对框架部件11、12为形成部分圆环的大致圆弧状，但框架部件11、12的形状不限于此。例如，各框架部件11、12的圆弧形状部11a、12a可以为大致V字状。

在本实施方式中，传感器支架1具备一对框架部件11、12，但取而代之，也可以具备仅在周向的一个部位具有周向间隙的大致C字状的单一的部分环状的框架部件。在单一的框架部件的情况下，也能够通过调整隔着周向间隙的一对端部之间的距离，使框架部件的内表面之间的距离根据工具5的外径而变化。

在本实施方式中，螺栓14、15为滚花螺栓，但取而代之，螺栓14、15也可以是用徒手或者使用工具能够拧入、拧出的其他种类的螺栓。

在本实施方式中，框架部件11经由支撑部件16支撑加速度传感器4，但取而代之，也可以直接支撑加速度传感器4。即，传感器支架1也可以不具备支撑部件16，用于固定加速度传感器4的传感器安装区域确保于框架部件11或者12上。

在这种不具备支撑部件16的结构中，也能够通过将框架部件11、12固定于工具5自身，而将加速度传感器4配置于工具5的前端5a附近。

Claims

1.一种传感器支架，其特征在于，具备：

框架部件，其支撑加速度传感器，并具有圆弧形状部，所述圆弧形状部在周向的至少一个部位形成有周向间隙的状态下紧抱机器人的工具的外周面；以及

螺栓，其与该框架部件螺合，并缩小所述周向间隙。

2.根据权利要求1所述的传感器支架，其特征在于，

所述框架部件具备第一框架部件和第二框架部件，

所述螺栓具备第一螺栓和第二螺栓，所述第一螺栓缩小所述第一框架部件的一端部与所述第二框架部件的一端部之间的周向间隙，所述第二螺栓缩小所述第一框架部件的另一端部与所述第二框架部件的另一端部之间的周向间隙。

3.根据权利要求1或2所述的传感器支架，其特征在于，

所述传感器支架具备支撑部件，所述支撑部件的一端部与所述框架部件的所述圆弧形状部连接，所述支撑部件沿着所述工具的长度方向延伸，

所述加速度传感器固定在所述支撑部件的另一端部。

4.根据权利要求3所述的传感器支架，其特征在于，

所述支撑部件的与所述圆弧形状部的连接位置能够在所述支撑部件的长度方向上改变。

5.根据权利要求3或4所述的传感器支架，其特征在于，

所述支撑部件的与所述圆弧形状部的连接角度能够改变。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器支架，其特征在于，

所述传感器支架具备配置在所述圆弧形状部的内表面并且能够弹性压缩的弹性体。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器支架，其特征在于，

所述传感器支架具备配置在所述圆弧形状部的内表面的防滑部件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器支架，其特征在于，

所述螺栓为滚花螺栓。

9.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人；

工具，其与该机器人的机器人臂的前端连接；

权利要求1至8中任一项所述的传感器支架，其安装在该工具上；以及

加速度传感器，其由该传感器支架支撑，

所述机器人臂的最前端的臂部件具有沿着该臂部件的旋转轴线贯穿该臂部件的孔，

所述加速度传感器的控制电缆经由所述最前端的臂部件的所述孔而布线。