CN111844002A - 机器人 - Google Patents

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CN111844002A
CN111844002A CN202010293375.7A CN202010293375A CN111844002A CN 111844002 A CN111844002 A CN 111844002A CN 202010293375 A CN202010293375 A CN 202010293375A CN 111844002 A CN111844002 A CN 111844002A
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畑田泰伸
西村斉寛
中山一隆
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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Abstract

本发明涉及一种机器人(1)，所述机器人(1)具备：第一部件(3)；第二部件(4)，其相对于第一部件(3)围绕第一轴线(B)旋转驱动；第三部件(5)，其围绕与第一轴线(B)隔开间隔的第二轴线(C)，相对于第二部件(4)旋转驱动；单轴转矩检测部(12)，其仅检测围绕第一轴线(B)及围绕第二轴线(C)中的至少一个的转矩；以及力觉传感器(11)，其设置在第一部件(3)和被设置面(G)之间、第一部件(3)、第二部件(4)、以及第三部件(5)中的任一个，并能够检测与第一轴线(B)及第二轴线(C)这两者相交的方向上的力。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及机器人。
背景技术
已知有如下的机器人：在设置于地面的基座上配置有力觉传感器(例如，参见专利文献1。)。而且，已知有如下的机器人：在每个关节轴上具备有转矩传感器(例如，参见专利文献2。)。
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号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的机器人，利用设置在基座的力觉传感器检测施加到机器人的主体或手上的负载，因此能够检测人、物体与机器人各个部的接触。然而，有时难以检测反作用力相互抵消的接触方式，例如向臂间的夹入、手与基座的接触等。
另一方面，专利文献2的机器人，也可以利用转矩传感器检测出向臂间的夹入情况，但是难以检测出转矩不会作用于所有关节轴的转矩传感器的接触方式。
如果增加力觉传感器或转矩传感器的设置场所，则能够检测出任何接触方式，但是结构变得复杂并且成本增大。因此，期望能够在不增加传感器的数量的情况下检测出必要的接触方式的机器人。
用于解决问题的方案
本发明的一个方案是一种机器人，具备：第一部件；第二部件，其相对于该第一部件围绕第一轴线旋转驱动；第三部件，其围绕与所述第一轴线隔开间隔的第二轴线，相对于所述第二部件旋转驱动；单轴转矩检测部，其仅检测围绕所述第一轴线及围绕所述第二轴线中的至少一个的转矩；以及力觉传感器，其设置在所述第一部件和被设置面之间、所述第一部件、所述第二部件、以及所述第三部件中的任一个，并能够检测与所述第一轴线及所述第二轴线这两者相交的方向上的力。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施方式的机器人的一个示例的侧视图。
图2是表示利用图1的机器人的单轴转矩传感器无法检测出的接触方式的侧视图。
图3是表示图1的机器人的立体图。
图4是表示利用图1的机器人无法检测出的接触方式的侧视图。
图5是表示图1的机器人的变形例的侧视图。
图6是表示图1的机器人的其他变形例的侧视图。
图7是表示图1的机器人的其他变形例的侧视图。
附图标记说明
1、20：机器人
2：基座
3：回转体(第一部件)
4：第一臂(第二部件)
5：第二臂(第三部件)
6：手腕单元
7：第一手腕元件
8：第二手腕元件
9：第三手腕元件
10：单轴转矩传感器(第三单轴转矩检测部)
11：力觉传感器
12：单轴转矩传感器(单轴转矩检测部，第一单轴转矩检测部)
13：单轴转矩传感器(第二单轴转矩检测部)
14：单轴转矩传感器(第六单轴转矩检测部)
15：单轴转矩传感器(第四单轴转矩检测部)
16：单轴转矩传感器(第五单轴转矩检测部)
A：J1轴线(第三轴线)
B：J2轴线(第一轴线)
C：J3轴线(第二轴线)
D：J4轴线(第四轴线)
E：J5轴线(第五轴线)
F：J6轴线(第六轴线)
G：地面(被设置面)
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的一个实施方式的机器人1。
本实施方式的机器人1具备：基座2，其设置于地面(被设置面)G；以及回转体(第一部件)3，其围绕竖直的J1轴线(第三轴线)A相对于基座2能够旋转地支撑。而且，机器人1具备：第一臂(第二部件)4，其围绕水平的J2轴线(第一轴线)B相对于回转体3能够旋转地支撑；以及第二臂(第三部件)5，其围绕平行于J2轴线B的J3轴线(第二轴线)C相对于第一臂4能够旋转地支撑。
而且，机器人1在第二臂5的前端具备三轴的手腕单元6。
手腕单元6具备第一手腕元件7，所述第一手腕元件7围绕沿第二臂5的长度方向延伸的J4轴线(第四轴线)D能够旋转地支撑于第二臂5。而且，手腕单元6具备第二手腕元件8，所述第二手腕元件8围绕与J4轴线D正交的J5轴线(第五轴线)E能够旋转地支撑于第一手腕元件7。进而，手腕单元6具备第三手腕元件9，所述第三手腕元件9以能够围绕J6轴线(第六轴线)F旋转的方式支撑于第二手腕元件8，所述J6轴线F与J5轴线E正交且经过J4轴线D和J5轴线E的交点。
而且，本实施方式的机器人1具备配置在地面G与基座2之间的单轴转矩传感器(第三单轴转矩检测部)10，所述单轴转矩传感器10仅检测围绕J1轴线A的转矩。而且，机器人1具备安装在回转体3的力觉传感器11，所述李传感器11检测沿着与J2轴线B正交且包含J1轴线A的平面的水平单轴方向(固定在回转体3的正交坐标系中的x方向)上的力。
而且，机器人1具备单轴转矩传感器(单轴转矩检测部、第一单轴转矩检测部)12，所述单轴转矩传感器12仅检测围绕回转体3与第一臂4之间的J2轴线B的转矩。进而，机器人1具备单轴转矩传感器(第二单轴转矩检测部)13，所述单轴转矩传感器仅检测围绕第一臂4与第二臂5之间的J3轴线C的转矩。
由各个单轴转矩传感器10、12、13检测出的转矩及由力觉传感器1检测出的力，发送至未图示的控制装置，并且当检测出超过预定阈值的转矩或力时，控制装置使机器人1进行停止动作或躲避动作。
根据这样构成的本实施方式的机器人1，当物体被夹持在回转体3与第一臂4之间时，由检测围绕J2轴线B的转矩的单轴转矩传感器12检测到的转矩，将增大至超过阈值。而且，物体被夹持在第一臂4与第二臂5之间时，由检测围绕J3轴线C的转矩的单轴转矩传感器13检测到的转矩，将增大至超过阈值。由此，可以检测到物体被夹持在各个部之间，并且可以进行停止动作或躲避动作。
而且，即使手腕单元6或在手腕单元6的前端安装的工具与回转体3或第一臂4接触的情况下，围绕J2轴线B的转矩、围绕J3轴线C的转矩也会增大，因此能够检测出增大的该转矩，而进行停止动作或躲避动作。
即，根据本实施方式，与在地面G与基座2之间配置六轴力觉传感器来检测与物体的接触的现有机器人相比，具有还能够检测臂4、5之间的夹入等而引起的接触的优点。
接下来，如图2所示，将说明第一臂4和第二臂5配置在大致一条直线上，例如，外力P沿着该直线的方向上作用于手腕单元6上的情况。
在这种情况下，由于由两个单轴转矩传感器12、13检测到的转矩，没有充分增大，因此没有超过阈值，无法检测接触。然而，由设置在回转体3上的力觉传感器11检测出在第一臂4的长度方向，即，与J2轴线B及J3轴线C两者正交的方向上作用的力的水平(x方向)分量。
因此，根据本实施方式，与在每个关节处配置转矩传感器来检测与物体的接触的现有机器人相比，具有如下优点：针对转矩不作用于转矩传感器的的方式下的接触，也能够由力觉传感器11检测出来。
而且，例如，如图3所示，当横向方向外力作用于第一臂4、第二臂5、或手腕单元6时，由配置在地面G与基座2之间的单轴转矩传感器10检测到的转矩增大到超过阈值。由此，机器人1能够检测从横向方向接触到的物体。
即，根据本实施方式，在仅检测围绕J1轴线A、J2轴线B、及J3轴线C的转矩的三个单轴转矩传感器10、12、13的基础上，还配置了单个力觉传感器11，因此也能够检测物体的夹入及单轴转矩传感器10、12、13检测不到的接触。由此，具有通过减少配备的传感器的数量的简单结构，以低成本构成检测任何接触的机器人1的优点。而且，由于力觉传感器11被配置在回转体3上，因此无需依赖于回转体3的动作角度，也可以检测作用于机器人1的力。
需要说明的是，在本实施方式中，力觉传感器11仅检测x方向上的力。因此，如图4所示，当第一臂4及第二臂5在沿着J1轴线A的方向上延伸时，无法检测沿着J1轴线A的方向(z方向)作用于第二臂5的前端的力。
当检测上述方式的接触时，作为力觉传感器11，可以使用能够检测x方向及z方向上的力的传感器。另外，当作为力觉传感器11使用能够检测x方向及y方向上的力的传感器时，可以不设置配置在地面G与基座2之间的单轴转矩传感器10。而且，力觉传感器11可以是能够检测x方向、y方向、及z方向上的力的传感器。
而且，在本实施方式中，将力觉传感器11设置在回转体3上，但取而代之，也可设置在地面G与基座2之间、基座2、第一臂4、以及第二臂5中的任一个上。特别是，如图5所示，通过在第一臂4上设置力觉传感器11，可以检测作为第一臂4的长度方向的xs方向上的力，并且不依赖于第一臂4的动作角度，可以检测与J2轴线B及J3轴线C正交的方向上的力。
即，通过在第一臂4上设置力觉传感器11，即使在图4所示的接触方式下，能够使由单轴的力觉传感器11检测的力的方向配合第一臂4的动作角度而移动，从而能够高精度地进行检测。
而且，在本实施方式中，例示了回转体3和第一臂4沿着J2轴线B的方向没有偏移的情况，但取而代之，也可以适用于偏移的情况。
而且，在本实施方式中，说明了检测出围绕J1轴线A～J3轴线C的转矩的情况，但取而代之，也可以分别配置检测围绕J4轴线D～J6轴线F的转矩的单轴转矩传感器14、15、16。而且，如图6所示，还可以分别配置检测围绕J1轴线A～J6轴线F的所有轴线的转矩的单轴转矩传感器10、12、13、14、15、16。特别是，通过配置检测围绕J5轴线E的转矩的单轴转矩传感器(第四单轴转矩检测部)15，能够检测第一手腕元件7与第二手腕元件8之间、或安装在手腕单元6上的工具(未图示)与机器人1的各个部之间的夹入情况。
而且，当物体被夹持在安装在第三手腕元件9的工具(未图示)与机器人1的各个部之间时，利用检测围绕J6轴线F的转矩的单轴转矩传感器(第五单轴转矩检测部)16、或检测围绕J4轴线D的转矩的单轴转矩传感器(第六单轴转矩检测部)14，能够检测夹入情况。
当检测围绕J4轴线D～J6轴线F的转矩，或者检测围绕J1轴线A～J6轴线F的所有轴线的转矩时，可以将力觉传感器11安装在第二臂5上。由此，在单轴转矩检测部14、15、16中，即使无法检测出在第三手腕元件9的前端沿着J4轴线D的方向上作用的力，也能够利用安装在第二臂5上的力觉传感器11来检测沿着J4轴线D的方向上作用的力。
而且，也可以将力觉传感器11安装在手腕单元6上。由此，通过力觉传感器11的安装位置，也可以检测前端侧中的沿着J4轴线D的方向上作用的力。
而且，作为手腕单元6，还可以是，第一手腕元件7在第二臂5的前端，以相对于第二臂5能够围绕第四轴线D旋转的方式支撑于第二臂5，第二手腕元件8相对于第一手腕元件7以能够围绕与第四轴线D正交的第五轴线E旋转的方式被支撑，第三手腕元件9相对于第二手腕元件8，以能够围绕与第五轴线E正交且平行于第四轴线D的第六轴线F旋转的方式被支撑。在这种情况下，单轴转矩检测部14、15、16只能检测围绕第四轴线D，围绕第五轴线E、及围绕第六轴线F中的至少一个的转矩。
而且，作为手腕单元6，还可以是，第一手腕元件7在第二臂5的前端，以能够围绕与第二臂5的长轴正交的第四轴线D旋转的方式支撑于第二臂5，第二手腕元件8相对于第一手腕元件7，以能够围绕与第四轴线D正交的第五轴线E旋转的方式被支撑，第三手腕元件9相对于第二手腕元件8，以能够围绕与第五轴线E正交且平行于第四轴线D的第六轴线F旋转的方式被支撑。
而且，在本实施方式中，例示了垂直多关节型的机器人1，但也可以采用水平多关节型的机器人来代替。在这种情况下，在基座(第一部件)、和围绕竖直的J1轴线(第一轴线)能够相对于基座摆动的第一臂(第二部件)之间，配置单轴转矩传感器(第一单轴转矩检测部)。而且，在第一臂、和围绕平行于J1轴线的J2轴线(第二轴线)能够相对于第一臂摆动的第二臂(第三部件)之间，配置单轴转矩传感器(第二单轴转矩检测部)。而且，作为单轴转矩传感器，只要配置有第一单轴转矩检测部及第二单轴转矩检测部中的至少一个即可。
然后，还可以在从地面到第一臂为止的任意位置上，配置能够检测沿着第一臂的方向上的力的力觉传感器。
由此，在基座与第一臂之间的夹入状态下，第一臂与第二臂之间的夹入状态下，以及第一臂与第二臂呈一条直线状配置的状态下，能够高精度地检测沿着该直线的方向上施加的力。
而且，在本实施方式中，作为检测转矩的转矩检测部而例示了单轴转矩传感器，但取而代之，也可以通过检测驱动各个部的马达的电流来推定转矩。
而且，当具备辅助编码器时，可以基于由辅助编码器检测到的角度信息推定转矩。
而且，例示了六轴多关节型的机器人1，但也可以适用于图7所示的七轴多关节型的机器人20。在这种情况下，配置检测围绕J1轴线A1～J4轴线D1的转矩的单轴转矩传感器10、12、13、22即可。附图标记21是第3臂，该第3臂以能够围绕平行于J3轴线C1的J4轴线D1相对于第二臂5旋转的方式被支撑。
在这种情况下，与六轴多关节型的机器人1相同地，存在由单轴转矩传感器10、12、13、22无法检测出来的接触方式。具体地，当第一臂4、第二臂5、及第3臂21沿着J1轴线A的方向上延伸时，单轴转矩传感器10、12、13、22无法检测出在第3臂21的前端沿着J1轴线A的方向上作用的力。因此，需要具备能够检测包括沿着J1轴线A的方向的至少两个方向上的力的力觉传感器11。由此，即使在通过单轴转矩传感器10、12、13、22无法检测出的接触方式中，也能够使由单轴的力觉传感器11检测的力的方向配合于第一臂4的动作角度而移动，从而能够高精度地进行检测。
在这种情况下，第一手腕元件7以能够围绕第3臂21的长度方向上延伸的J5轴线E1旋转的方式支撑于第3臂21。而且，第二手腕元件8以能够围绕与J5轴线E1正交的J6轴线F1旋转的方式支撑于第一手腕元件7，第三手腕元件9以能够围绕与J6轴线F1正交且经过J5轴线E1和J6轴线F1的交点的J7轴线H1旋转的方式，支撑于第二手腕元件8。
另外，也可以适用于单轴机器人。在这种情况下，机器人1作为单轴机器人具备：基座(第一部件)2，其设置于地面G；第一臂(第二部件)4，其以能够围绕水平的轴线(第一轴线)相对于基座2旋转的方式被支撑；单轴转矩传感器10，其检测围绕水平的轴线的转矩；以及力觉传感器11，其设置在基座2与地面G之间。力觉传感器11还可以设置在基座2或第一臂4上。
而且，作为本实施方式的机器人1，例示了具备三个单轴转矩传感器10、12、13，但也可以采用具备两个单轴转矩传感器12、13中的至少一个。
而且，在本实施方式中，例示了作为第一轴线的J2轴线B和作为第二轴线的J3轴线C之间隔开间隔且平行的情况，但是还可以是隔开间隔配置两个轴线B、C。例如，两个轴线B、C隔开间隔以异面的关系配置。

Claims (8)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
第一部件；
第二部件，其相对于该第一部件围绕第一轴线旋转驱动；
第三部件，其围绕与所述第一轴线隔开间隔的第二轴线，相对于所述第二部件旋转驱动；
单轴转矩检测部，其仅检测围绕所述第一轴线及围绕所述第二轴线中的至少一个的转矩；以及
力觉传感器，其设置在所述第一部件和被设置面之间、所述第一部件、所述第二部件、以及所述第三部件中的任一个，并能够检测与所述第一轴线及所述第二轴线这两者相交的方向上的力。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述单轴转矩检测部分别以能够检测围绕所述第一轴线的转矩及围绕所述第二轴线的转矩的方式进行设置。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述力觉传感器固定在所述第二部件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人，其特征在于，
所述力觉传感器能够检测沿所述第一轴线的方向上的力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具备设置在所述被设置面的基座，
所述第一部件是回转体，所述回转体以能够围绕与所述被设置面正交的第三轴线相对于所述基座旋转的方式被支撑，
所述第二部件是第一臂，所述第一臂以能够围绕配置在与所述第三轴线正交的平面内的所述第一轴线相对于所述回转体旋转的方式被支撑，
所述第三部件是第二臂，所述第二臂能够围绕平行于所述第一轴线的所述第二轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，
在从所述被设置面到所述回转体为止的任意位置上具备第三单轴转矩检测部，所述第三单轴转矩检测部仅能够检测围绕所述第三轴线的转矩。
7.根据权利要求5或6所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具备：
第一手腕元件，其以能够围绕第四轴线旋转的方式支撑于所述第二臂的前端；
第二手腕元件，其相对于该第一手腕元件以能够围绕与所述第四轴线正交的第五轴线旋转的方式被支撑；以及
第三手腕元件，其相对于该第二手腕元件以能够围绕与所述第五轴线正交的第六轴线旋转的方式被支撑，
所述机器人具备仅能够检测围绕所述第四轴线、围绕所述第五轴线、以及围绕所述第六轴线中的至少一个的转矩的单轴转矩检测部。
8.一种机器人，其特征在于，具备：
第一部件；
第二部件，其相对于该第一部件围绕第一轴线旋转驱动；
第一单轴转矩检测部，其仅检测围绕所述第一轴线的转矩；以及
力觉传感器，其设置在所述第一部件和被设置面之间、所述第一部件、以及所述第二部件中的任一个，并能够检测至少一个方向上的力。
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