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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Industrieroboter, der mit einem Menschen zusammenarbeitet und ein Schutzelement umfasst.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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In dem Fall eines Industrieroboters, der mit einem menschlichen Arbeiter zusammenarbeitet, können der Arbeiter und der Roboter einander während der Arbeit nahekommen und können einander aus Versehen kontaktieren. Damit die Sicherheit menschlicher Arbeiter gegenüber einem derartigen zufälligen Kontakt gewährleistet wird, ist im Stand der Technik ein Roboter bekannt, in dem Gelenke des Roboters mit einem Stoßabsorptionselement bedeckt sind, das aus geschäumtem Gummi besteht. Als ein Roboter einer solchen Art umfasst zum Beispiel ein Roboter, der in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2010-125546 (
JP2010-125546A ) offenbart ist, einen taktilen Sensor zur Erfassung eines Kontakts zwischen einem Arbeiter und dem Roboter, der auf einem Stoßabsorptionsabschnitt angeordnet ist, wobei in dem Roboter der Betriebsmodus bei Erfassung des Kontakts umgeschaltet wird.
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In dem Roboter gemäß der
JP 2010-125546 A ist jedoch der taktile Sensor auf dem Stoßabsorptionsabschnitt angeordnet, der eine Elastizität aufweist, und weist somit einen kleinen Erfassungsbereich auf. Damit ein Kontakt zwischen einem Arbeiter und dem Roboter über einen weiteren Bereich erfasst wird, ist es demgemäß erforderlich, eine große Anzahl taktiler Sensoren in einer hohen Dichte anzuordnen, und somit wird die Verdrahtung der Sensorkabel und dergleichen kompliziert.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Industrieroboter vorgesehen, der mit einem Menschen zusammenarbeitet und der umfasst: eine Basiseinheit; eine bewegliche Einheit, die beweglich auf oder oberhalb der Basiseinheit vorgesehen ist; ein Schutzelement, das aus einem Material mit einer Steifigkeit besteht, die kleiner als die Steifigkeiten der Basiseinheit und der beweglichen Einheit ist, wobei das Schutzelement einen Umfang von zumindest der beweglichen Einheit der Basiseinheit und die Basiseinheit abdeckt; und eine Erfassungseinrichtung, die auf zumindest einer der Basiseinheit oder der beweglichen Einheit vorgesehen ist, um eine externe Kraft zu erfassen, die durch das Schutzelement eingegeben wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehend beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden. Es zeigen:
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1A eine Seitenansicht, die eine Struktur eines Industrieroboters, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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1B eine Frontansicht, die die Struktur des Industrieroboters, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2 eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts von Bindegliedern, die den Roboter gemäß 1A und 1B ausbilden;
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3 eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel des Hauptabschnitts der in 2 gezeigten Bindeglieder zeigt;
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4 eine Blockdarstellung, die eine Konfiguration zur Steuerung des Industrieroboters, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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5 einen Graph, der Betriebseigenschaften des Industrieroboters, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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6A eine Darstellung, die ein Vergleichsbeispiel des Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
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6B eine Darstellung, die einen Anbringungszustand eines Erfassungssensors für eine externe Kraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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7 eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel des Hauptabschnitts der in 2 gezeigten Bindeglieder zeigt;
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8 eine Darstellung, die ein weiteres modifiziertes Beispiel des Hauptabschnitts der in 2 gezeigten Bindeglieder zeigt;
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9A eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel der Struktur des in 1A gezeigten Roboters zeigt;
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9B eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel der Struktur des in 1B gezeigten Roboters zeigt;
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10A eine Darstellung, die ein weiteres modifiziertes Beispiel der Struktur des in 1A gezeigten Roboters zeigt; und
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10B eine Darstellung, die ein weiteres modifiziertes Beispiel der Struktur des in 1B gezeigten Roboters zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend wird ein Industrieroboter, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 1A bis 10B beschrieben werden. Der Industrieroboter, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, bezieht sich auf einen Industrieroboter, der in Zusammenarbeit mit einem menschlichen Arbeiter arbeitet. Typische Industrieroboter führen ihre Arbeit in einem Bereich aus, der durch einen Sicherheitszaun umgeben ist, dessen Zutritt beschränkt ist, so dass die Sicherheit der Arbeiter gewährleistet werden kann. Demgegenüber kann in dem Fall eines Industrieroboters, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, ein Arbeiter einen Arbeitsbereich für den Roboter betreten, um eine Arbeit auszuführen, und kann mit dem Roboter somit während der Arbeit in Kontakt gelangen.
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Demgemäß muss die Sicherheit des Arbeiters bei Kontakt mit dem Roboter gewährleistet werden und muss ebenso ein Kontakt zwischen einem Arbeiter und dem Roboter früh erfasst werden.
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1A und 1B zeigen eine Seitenansicht und eine Frontansicht, die eine Struktur eines Industrieroboters 100, der mit einem Menschen zusammenarbeitet, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. Der Roboter 100 ist ein mehrgelenkiger Roboter, der eine Vielzahl von Bindegliedern 2 bis 4 umfasst, die beweglich auf oder oberhalb einer Basiseinheit 1 vorgesehen sind. Der Ausdruck ”Bindeglieder” bezieht sich auf einzelne steife Körperelemente, die eine Maschinenstruktur ausbilden und relativ hinsichtlich einander beweglich sind.
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Wie in 1A und 1B gezeigt, umfasst der Roboter 100 die Basiseinheit 1, ein erstes Bindeglied 2, das schwenkbar bezüglich einer Achslinie L1 vorgesehen ist, die sich in einer vertikalen Richtung auf oder oberhalb der Basiseinheit 1 erstreckt, ein zweites Bindeglied 3, das drehbar an dem ersten Bindeglied 2 um eine Achslinie L2 herum gelagert ist, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, ein drittes Bindeglied 4, das drehbar auf einem Spitzenabschnitt des zweiten Bindeglieds 3 um eine Achslinie L3 herum gelagert ist, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, und eine Handgelenkeinheit 5, die bei einem Spitzenabschnitt des dritten Bindeglieds 4 vorgesehen ist. Das erste Bindeglied 2, das zweite Bindeglied 3 und das dritte Bindeglied 4 werden jeweils als Schwenkeinheit, der untere Arm und der obere Arm bezeichnet.
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Auf dem ersten Bindeglied 2 ist ein Servomotor 6 entlang der Achslinie L1 angebracht. Das erste Bindeglied 2 schwenkt auf der Basiseinheit 1, indem der Servomotor 6 angesteuert wird. Auf dem ersten Bindeglied 2 ist ein Servomotor 7 entlang der Achslinie L2 angebracht. Das zweite Bindeglied 3 dreht sich hinsichtlich des ersten Bindeglieds 2, indem der Servomotor 7 angesteuert wird. Bei einem Basisendabschnitt des dritten Bindeglieds 4 ist ein Servomotor 8 entlang der Achslinie L3 angebracht. Das dritte Bindeglied 4 dreht sich hinsichtlich des zweiten Bindeglieds 3, indem der Servomotor 8 angesteuert wird. Bei dem Spitzenabschnitt des dritten Bindeglieds ist ein Servomotor 9 angebracht. Die Handgelenkseinheit 5 wird betrieben, indem der Servomotor 9 angesteuert wird. Die Servomotoren 6 bis 9 sind Roboterantriebsmotoren.
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Nahe der Basiseinheit 1 und nahe den jeweiligen Antriebswellen (Achslinien L1 bis L3) der Bindeglieder 2 bis 4 sind Erfassungssensoren 10 für eine externe Kraft vorgesehen, die eine externe Kraft erfassen, die auf die Basiseinheit 1 und die Bindeglieder 2 bis 4 wirkt. Die Erfassungssensoren 10 für eine externe Kraft können zum Beispiel ein Kraftsensor, ein Drehmomentsensor, ein Versatzsensor oder dergleichen sein. Wenn die Erfassungssensoren 10 für eine externe Kraft Versatzsensoren sind, dann kann zum Beispiel eine Beziehung zwischen einem Versatz und einer externen Kraft vorab bestimmt werden und kann die Beziehung verwendet werden, um eine externe Kraft indirekt aus einem erfassten Versatzwert zu erfassen. Jede der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 weist einen einzelnen Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf.
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Die Umfänge der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 sind jeweils mit einem Schutzelement 11 (eine gestrichelte Linie) bedeckt. Das Schutzelement 11 besteht aus einem Material niedriger Steifigkeit mit einer Elastizität, wie ein Schwamm, Gummi oder Urethan.
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2 zeigt eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Bindeglieder 2 bis 4. Wie in 2 gezeigt, ist das Schutzelement 11 durch ein Band 12 in einem Zustand des engen Kontakts mit einer externen peripheren Oberfläche von jedem der Bindeglieder 2 bis 4 fixiert. Das Schutzelement 11 kann alternativ durch ein anderes Fixierverfahren fixiert werden, wie durch ein Klebemittel oder einen Bolzen. Das Schutzelement 11 wird ebenso auf einer Oberfläche der Basiseinheit 1 in der gleichen Weise fixiert, obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
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In dem Roboter 100, der vorstehend beschrieben ist, wenn irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 einen Arbeiter, ein Hindernis oder dergleichen kontaktiert, wirkt eine Druckkraft auf das Schutzelement 11 und drückt das Schutzelement 11 zusammen. Die Druckkraft (externe Kraft F) wirkt auf irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 in einem Bereich AR gemäß 2 mit gestrichelter Linie und wird dann durch den Sensor 10 für eine externe Kraft erfasst. Da das Schutzelement 11 sich in engem Kontakt mit den Oberflächen der Bindeglieder 2 bis 4 befindet, kann der Sensor 10 für eine externe Kraft mit hoher Empfindlichkeit die externe Kraft F erfassen, die auf das jeweilige Bindeglied 2 bis 4 durch das Schutzelement 11 wirkt.
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3 zeigt eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel des Hauptabschnitts der Bindeglieder zeigt, die in 2 gezeigt sind. In 3 wird ähnlich der 2 das Schutzelement 11 durch das Band 12 fixiert, aber im Gegensatz zu 2 ist eine winzige Lücke 13 zwischen den Bindegliedern 2 bis 4 und dem Schutzelement 11 vorgesehen. Wenn in 3 irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 in Kontakt mit einem Arbeiter, einem Hindernis oder dergleichen gelangt, wirkt eine Druckkraft (externe Kraft F) auf das Schutzelement und verursacht eine Verformung des Schutzelements 11. Im Ergebnis gelangt das Schutzelement 11 in engen Kontakt mit dem jeweiligen der Bindeglieder 2 bis 4, wodurch die externe Kraft F auf den gestrichelten Bereich AR gemäß 3 wirkt und dann durch den Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft erfasst wird.
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Selbst wenn die Lücke 13 zwischen den Bindegliedern 2 bis 4 und dem Schutzelement 11 vorliegt, kann somit der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft, der in jedem der Bindeglieder 2 bis 4 angebracht ist, die externe Kraft F erfassen, die durch das Schutzelement 11 eingegeben wird. Deshalb muss das Schutzelement 11 nicht in engem Kontakt mit den Bindegliedern 2 bis 4 angebracht werden, und kann deshalb das Schutzelement 11 leicht selbst auf Bindegliedern 2 bis 4 und einer Basiseinheit 1 mit schlechter Abmaßgenauigkeit oder mit komplizierten Formen einschließlich unebener Abschnitte oder dergleichen angebracht werden.
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4 zeigt eine Blockdarstellung, die eine Konfiguration zur Steuerung des Roboters 100 zeigt. Ein Signal aus dem Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft wird in eine Steuereinheit 20 eingegeben. Die Steuereinheit 20 umfasst eine Berechnungsverarbeitungsvorrichtung, die eine CPU, einen ROM, einen RAM und andere periphere Schaltungen umfasst. Die Steuereinheit 20 beurteilt das Vorhandensein oder das Fehlen eines Kontakts zwischen irgendeinem der Bindeglieder 2 bis 4 und einem Arbeiter, einem Hindernis oder dergleichen auf der Grundlage des Signals aus dem Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft und steuert die Ansteuerung der Servomotoren 6 bis 9 gemäß dem Ergebnis der Beurteilung. Wenn zum Beispiel die externe Kraft F, die durch den Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft erfasst ist, größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert Fa ist, dann beurteilt die Steuereinheit 20, dass ein Kontakt zwischen irgendeinem der Bindeglieder 2 bis 4 und einem Arbeiter vorliegt und gibt ein Anhaltesignal zu den Servomotoren 6 bis 9 aus, um den Betrieb des Roboters 100 anzuhalten oder abzubremsen.
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5 zeigt eine charakteristische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Bewegungsbetrag (Interferenzbetrag) S irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 und einer Kraft (einer Kontaktkraft) G zeigt, die auf einen Arbeiter von dem jeweiligen der Bindeglieder 2 bis 4 ausgeübt wird, wenn das jeweilige Bindeglied 2 bis 4 einen Arbeiter aufgrund von Bewegungen der Bindeglieder 2 bis 4 kontaktiert. In 5 stellt f1 Eigenschaften dar, die erlangt werden, wenn die Bindeglieder 2 bis 4 das Schutzelement 11 nicht umfassen, wohingegen f2 Eigenschaften darstellt, die erlangt werden, wenn die Bindeglieder 2 bis 4 das Schutzelement 11 umfassen, d. h. Eigenschaften des Roboters 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kontaktkraft G ist gleich der externen Kraft F, die auf die Bindeglieder 2 bis 4 wirkt.
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Wie in den Eigenschaften f1 gemäß 5 gezeigt, wenn die Bindeglieder 2 bis 4 kein Schutzelement 11 umfassen, dann erhöht sich die Kontaktkraft G schnell, nachdem irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 einen Arbeiter kontaktiert. Wenn der Interferenzbetrag S zu S1 wird und die Kontaktkraft G (= externe Kraft F) einen vorbestimmten Wert Fa erreicht, dann gibt die Steuereinheit 20 ein Anhaltesignal zu den Servomotoren 6 bis 9 aus. Die Bindeglieder 2 bis 4 halten jedoch nicht unmittelbar an und führen ein Trägheitsnachlaufen aufgrund einer Trägheitskraft aus. Dann halten die Bindeglieder 2 bis 4 in einem Zustand an, in dem der Interferenzbetrag S zu S11 wurde. Im Ergebnis erhöht sich während der Zeitspanne, in der der Interferenzbetrag S von S1 zu S11 ansteigt, die Kontaktkraft G in großem Maße und wird dann bei Anhalten der Bindeglieder zu G1, die somit signifikant größer als der vorbestimmte externe Kraftwert Fa zum Anhalten der Servomotoren 6 bis 9 ist.
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Wenn demgegenüber die Bindeglieder 2 bis 4 das Schutzelement 11 umfassen, wird das Schutzelement 11 zusammengedrückt, nachdem irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 einen Arbeiter kontaktiert. Wie in den Eigenschaften 12 gemäß 5 gezeigt, erhöht sich somit die Kontaktkraft G sanfter als in den Eigenschaften f1. Wenn der Interferenzbetrag S zu S2 wird, der größer als S1 ist, und die Kontaktkraft G den vorbestimmten Wert Fa erreicht, gibt die Steuereinheit 20 ein Anhaltesignal zu den Servomotoren 6 bis 9 aus. Die Bindeglieder 2 bis 4 halten jedoch nicht unmittelbar an und führen ein Trägheitsnachlaufen aufgrund einer Trägheitskraft aus. Dann halten die Bindeglieder 2 bis 4 in einem Zustand an, in dem der Interferenzbetrag S zu S21 wurde. Da in diesem Fall die Bindeglieder 2 bis 4 das Schutzelement 11 umfassen, erhöht sich die Kontaktkraft G sanft. Somit ist ein Betrag der Zunahme in der Kontaktkraft G während einer Zeitspanne, in der der Interferenzbetrag S von S1 zu S21 ansteigt, kleiner als jener in den Eigenschaften f1, und es wird die Kontaktkraft G bei Anhalten der Bindeglieder zu G2, der kleiner als G1 ist. Im Ergebnis kann die Kontaktkraft G, die auf den Arbeiter wirkt, klein gehalten werden. Wenn insbesondere in Betracht gezogen wird, dass der Arbeiter womöglich bei Kontakt mit irgendeinem der Bindeglieder 2 bis 4 nicht ausweichen kann, da er zwischen den jeweiligen Bindegliedern 2 bis 4 und einem Strukturobjekt oder dergleichen positioniert ist, ist es effektiv, das Schutzelement 11 auf den Umfängen der Bindeglieder 2 bis 4 wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzusehen.
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Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die nachstehenden vorteilhaften Wirkungen vorsehen:
- (1) In dem Industrieroboter 100, der mit einem Menschen zusammenarbeitet und der die Basiseinheit 1 und die Bindeglieder 2 bis 4 umfasst, die auf oder oberhalb der Basiseinheit 1 beweglich vorgesehen sind, sind die Umfänge der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 niedriger Steifigkeit bedeckt. Außerdem wird der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf jeder der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 angebracht, um die externe Kraft F zu erfassen, die durch das Schutzelement 11 eingegeben wird.
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Selbst wenn die externe Kraft F auf irgendeinen Teil des Schutzelements 11 wirkt, wird in dieser Struktur die externe Kraft F zu den Bindegliedern 2 bis 4 durch das Schutzelement 11 übertragen. Demgemäß kann der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft, der auf jedem der Bindeglieder 2 bis 4 angebracht ist, die externe Kraft F erfassen. Im Ergebnis kann an der Anzahl der Erfassungssensoren 10 für eine externe Kraft gespart werden, und es ist möglich, die Verdrahtung der Sensorkabel zu vereinfachen.
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6A und 6B zeigen jeweils Darstellungen, die wiederum Beispiele zeigen, in denen der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf dem Schutzelement 11 und den Bindegliedern 2 bis 4 angebracht ist. Wie in 6A gezeigt, wird in dem Beispiel, in dem der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf dem Schutzelement 11 angebracht ist, wenn die externe Kraft F auf das Schutzelement 11 wirkt, das Schutzelement 11 verformt, was eine Verschiebung der Position des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft verursacht. Dies verursacht eine Übertragung der Kraft zu dem Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft, was die Sensorempfindlichkeit vermindert. Demgegenüber wird in dem Beispiel, in dem der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf den Bindegliedern 2 bis 4 angebracht ist, wie in 6B gezeigt, die Position des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft unveränderlich, so dass eine hohe Sensorempfindlichkeit beibehalten werden kann.
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Da zudem das Schutzelement 11 in Kontakt mit einem Arbeiter, einem Hindernis oder dergleichen gelangt, schreitet die Verschlechterung oder die Abnutzung des Elements leicht voran und ist deshalb häufig ein Austausch erforderlich. Demgemäß erhöht die Anordnung des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft auf dem Schutzelement 11 wie in 6A gezeigt die Wartungskosten. Demgegenüber kann die Anordnung des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft auf den Bindegliedern 2 bis 4 wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Erhöhung der Wartungskosten klein halten.
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Nachdem die Bewegungen der Bindeglieder 2 bis 4 einen Kontakt zwischen irgendeinem der Bindeglieder 2 bis 4 und einem Arbeiter verursachen, erhöht sich die Kontaktkraft G sanft, die auf den Arbeiter wirkt (die Eigenschaften f2 gemäß 5), so dass die Zunahme in der Kontaktkraft g aufgrund des Trägheitsnachlaufens der Bindeglieder 2 bis 4 kleingehalten werden kann. Um die Zunahme der Kontaktkraft G kleinzuhalten, kann in Betracht gezogen werden, eine solche Struktur mit zu umfassen, die eine Distanz des Trägheitsnachlaufens verkürzt. In diesem Fall wirkt jedoch eine große Stoßkraft auf den Roboter 100 und ist deshalb eine Verstärkung des Roboters 100 erforderlich, was wiederum einen großen Kostenaufwand erfordert.
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Bei Kontakt mit dem Roboter 100 führt der Arbeiter oder die Arbeiterin selbst ein Ausweichmanöver durch. Diesbezüglich ermöglicht – wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel – das Abdecken der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 niedriger Steifigkeit, dass der Arbeiter sicher in einen Zustand ausweichen kann, in dem die Kontaktkraft G klein ist, die zu Beginn des Kontakts mit dem Roboter 100 auftritt. Der Roboter 100, der mit dem Schutzelement 11 niedriger Steifigkeit bedeckt ist, verursacht weniger Schaden bei Arbeitern, selbst wenn er in Kontakt mit ihnen gelangt. Demgemäß kann der Roboter den Arbeitern, die nahe dem Roboter 100 arbeiten, ein psychologisches Gefühl der Sicherheit vermitteln. Demgegenüber erfordert die Gewährleistung der Sicherheit gegenüber dem Kontakt mit dem Roboter lediglich durch Abdecken der Umfänge der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 eine Erhöhung der Dicke des Schutzelements 11. Dies führt zu einer signifikanten Erhöhung der Dicke der Bindeglieder 2 bis 4. Im Ergebnis können die Bindeglieder miteinander interferieren, wodurch ein Betriebsbereich des Roboters 100 beschränkt wird. Im Gegensatz dazu, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, kann das Abdecken der Umfänge der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 in Kombination mit der Anbringung des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft auf jedem der Bindeglieder 2 bis 4 die Sicherheit gegenüber dem Kontakt mit dem Roboter erhöhen, ohne die Dicke des Schutzelements 11 zu erhöhen. Sensorkabel und dergleichen des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft können durch eine Wirkung einer externen Kraft beschädigt werden. Das Abdecken zerbrechlicher Abschnitte, wie Sensorkabel, mit dem Schutzelement 11 kann jedoch eine Beschädigung des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft verhindern.
- (2) Das Fixieren des Schutzelements 11 in engem Kontakt mit den externen peripheren Oberflächen der Bindeglieder 2 bis 4 (2) kann die Empfindlichkeit des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft verbessern. Das Schutzelement 11 kann ebenso auf den externen peripheren Oberflächen der Bindeglieder 2 bis 4 fixiert werden, wobei die Lücke 13 zwischen ihnen vorgesehen ist (3). Selbst in diesem Fall kann die externe Kraft F erfasst werden, die auf irgendeines der Bindeglieder 2 bis 4 durch das Schutzelement 11 wirkt. Demgemäß kann das Schutzelement 11 selbst bei Bindegliedern 2 bis 4 mit komplizierten Formen oder Bindegliedern 2 bis 4 mit großen Abmaßfehlern in der Herstellung oder dergleichen angebracht werden.
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Eine Struktur des Schutzelements 11, das die Umfänge der Bindeglieder 2 bis 4 bedeckt, ist nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt. 7 zeigt eine Darstellung, die ein modifiziertes Beispiel des Hauptabschnitts der in 2 gezeigten Bindeglieder zeigt. In 7 ist das Schutzelement 11 durch Laminieren einer Vielzahl von Schichten 111 und 112 mit verschiedenen Steifigkeiten ausgebildet. Es sind mit anderen Worten die externen peripheren Oberflächen der Bindeglieder 2 bis 4 mit einer ersten Schicht (einem Abschnitt hoher Steifigkeit) bedeckt, und ist dann ein Umfang der ersten Schicht 111 mit einer zweiten Schicht (einem Abschnitt niedriger Steifigkeit) 112 bedeckt, die aus einem Material mit einer Steifigkeit besteht, die niedriger als die der ersten Schicht 111 ist. Das Schutzelement 11 kann nicht nur aus einer zweischichtigen Struktur, sondern ebenso aus einer Struktur mit drei oder mehr Schichten bestehen. Alternativ kann ein Teil des Schutzelements 11 durch eine Vielzahl von Schichten ausgebildet werden.
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Der Abschnitt 111 hoher Steifigkeit kann zum Beispiel aus Eisen, Aluminium, Kupfer, MC-Nylon, Polyacetal, Polyethertherketon (PEEK) oder dergleichen bestehen. Der Abschnitt 112 niedriger Steifigkeit kann zum Beispiel aus Schwamm, Gummi, Urethan oder dergleichen bestehen. Der Abschnitt 111 hoher Steifigkeit und der Abschnitt 112 niedriger Steifigkeit sind miteinander durch ein Klebemittel, einen Bolzen oder dergleichen integriert. Außerdem ist das Schutzelement 11 in dem integrierten Zustand an den Bindegliedern durch ein Band, ein Klebemittel, einen Bolzen oder dergleichen fixiert. In 7 ist der Abschnitt 111 hoher Steifigkeit an die Bindeglieder 2 bis 4 durch einen Bolzen 15 fixiert. Die Verwendung des Bolzens 15 erleichtert die Anfügung und Entfernung des Schutzelements 11.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, in dem Schutzelement 11 mit der zweischichtigen Struktur, in der die äußere Schicht eine niedrigere Steifigkeit als jene der inneren Schicht aufweist, überträgt der Abschnitt 111 hoher Steifigkeit leicht eine externe Kraft, so dass die Empfindlichkeit des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft selbst dann verbessert wird, wenn das Schutzelement 11 mit einer Lücke bezüglich der externen peripheren Oberflächen der Bindeglieder 2 bis 4 angeordnet wird, wie in 3 gezeigt wurde. Wie in 8 gezeigt, können die Umfänge der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Abschnitt 112 niedriger Steifigkeit bedeckt werden und kann der Umfang des Abschnitts 112 niedriger Steifigkeit mit dem Abschnitt 111 hoher Steifigkeit bedeckt werden. In diesem Fall wird eine Abreibungswiderstandsfähigkeit des Schutzelements 11 verbessert.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Basiseinheit 1 und die Bindeglieder 2 bis 4 insgesamt mit dem Schutzelement 11 bedeckt. Es kann jedoch womöglich lediglich ein Teil der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 bedeckt sein, von dem zu erwarten steht, den Arbeiter oder ein Hindernis wahrscheinlich oder mit hoher Wahrscheinlichkeit zu kontaktieren. 9A und 9B zeigen Darstellungen, die ein modifiziertes Beispiel der Struktur des in 1A und 1B gezeigten Roboters zeigen. In 9A und 9B ist lediglich ein Teil von jedem des zweiten Bindeglieds 3 und des vierten Bindeglieds 4 mit dem Schutzelement 11 bedeckt.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft insgesamt auf der Basiseinheit 1 und den Bindegliedern 2 bis 4 angeordnet. Außerdem wird das Vorhandensein oder das Fehlen eines Kontakts zwischen einem Arbeiter oder einem Hindernis und dem Roboter, der das Schutzelement 11 umfasst, auf der Grundlage einer erfassten externen Kraft erfasst. Wenn jedoch das Vorhandensein oder das Fehlen des Kontakts durch einen einzelnen Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft erfasst werden kann, dann kann der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft auf einem Teil der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 angeordnet sein. 10A und 10B zeigen Darstellungen, die ein einzelnes Beispiel für eine derartige Struktur gemäß der vorstehenden Beschreibung zeigen. In 10A und 10B ist der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft lediglich auf der Basiseinheit 1 angeordnet. Selbst diese Struktur kann das Vorhandensein oder das Fehlen einer externen Kraft, die auf irgendeine der Basiseinheit 1 und der Bindeglieder 2 bis 4 ausgeübt wird, und das Vorhandensein oder das Fehlen des Kontakts erfassen. In 10A und 10B ist ähnlich den 9A und 9B lediglich ein Teil der Bindeglieder 2 bis 4 mit dem Schutzelement 11 bedeckt.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfasst der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft eine externe Kraft, die durch das Schutzelement 11 eingegeben wird, und erfasst auf der Grundlage der externen Kraft das Vorhandensein oder das Fehlen eines Kontakts zwischen einem Arbeiter oder einem Hindernis und dem Roboter 100, der das Schutzelement 11 umfasst. Das Vorhandensein oder das Fehlen des Kontakts kann jedoch durch einen weiteren Sensor erfasst werden. Das Vorhandensein oder das Fehlen des Kontakts kann mit anderen Worten erfasst werden, indem eine weitere physikalische Größe (die von der externen Kraft verschieden ist) erfasst wird, die durch das Schutzelement 11 eingegeben wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die bewegliche Einheit durch das erste Bindeglied 2, das zweite Bindeglied 3 und das dritte Bindeglied 4 ausgebildet, die bezüglich der Basiseinheit 1 drehbar sind. Die Struktur der beweglichen Einheit ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene beschränkt, solange die bewegliche Einheit auf oder oberhalb der Basiseinheit 1 bewegt werden kann. Die bewegliche Einheit kann zum Beispiel ein Element umfassen, das linear hinsichtlich der Basiseinheit 1 beweglich ist. Die bewegliche Einheit wird womöglich nicht durch die Vielzahl von Elementen (Bindeglieder 2 bis 4) wie vorstehend beschrieben ausgebildet, sondern durch ein einzelnes Element. Die Struktur des Schutzelements 11 kann jedwede Struktur sein, solange das Element aus einem Material mit einer niedrigeren Steifigkeit als jene der Basiseinheit 1 und der beweglichen Einheit besteht und den Umfang von zumindest der beweglichen Einheit der Basiseinheit 1 und die bewegliche Einheit bedeckt. In diesem Fall kann das Schutzelement 11 entweder einen Teil der beweglichen Einheit oder deren gesamten Teil abdecken. Die Struktur des Erfassungssensors 10 für eine externe Kraft als die Erfassungseinrichtung kann jedwede Struktur sein, solange der Sensor auf zumindest der Basiseinheit 1 oder der beweglichen Einheit angeordnet ist, um eine externe Kraft zu erfassen, die durch das Schutzelement 11 eingegeben wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden das Schutzelement 11 und der Erfassungssensor 10 für eine externe Kraft (Erfassungseinrichtung) bei dem Roboter 100 angewendet, der die Vielzahl von Bindegliedern 2 bis 4 umfasst, die auf oder oberhalb der Basiseinheit 1 vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in ähnlicher Weise angewendet werden, solange es sich um einen Industrieroboter handelt, der mit einem Menschen zusammenarbeitet und der eine Basiseinheit und eine bewegliche Einheit umfasst, die beweglich auf oder oberhalb der Basiseinheit vorgesehen ist.
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Es ist möglich, irgendeines der Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren der modifizierten Beispiele zu kombinieren.
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In der vorliegenden Erfindung ist zumindest der Umfang der beweglichen Einheit mit einem Schutzelement niedriger Steifigkeit versehen, und wird die Erfassungseinrichtung, die eine externe Kraft erfasst, die durch das Schutzelement eingegeben wird, zumindest auf der Basiseinheit oder der beweglichen Einheit angeordnet. Deshalb besteht kein Bedarf an einer hochdichten Anordnung von Sensoren zur Erfassung eines Kontakts zwischen einem Arbeiter und dem Roboter, wodurch die Verdrahtung von Sensorenkabeln erleichtert wird.
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Während die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der in den beiliegenden Patentansprüchen offenbart ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-125546 A [0002, 0003]
