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GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Näherungssensorvorrichtung und einen Roboterarmmechanismus.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmlicherweise wird ein mit einem Gelenk versehener Roboterarmmechanismus auf verschiedenen Gebieten, wie beispielsweise als ein Industrieroboter, verwendet. Ein linearer Ausfahr- und Einfahrmechanismus, der durch die Erfinder in der Praxis verwendet wurde, kann die Notwendigkeit eines Ellbogengelenks in einem mit einem Gelenk versehenen vertikalen Roboterarmmechanismus beseitigen sowie auch die Notwendigkeit eines Sicherheitszauns, wodurch es möglich ist, einen Roboter in der Nähe eines Arbeiters zu platzieren und eine Umgebung, in der Roboter und Arbeiter zusammenarbeiten, zu realisieren.
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Andererseits ist es wichtig, eine hohe Sicherheit sicherzustellen, da sich Roboterarmmechanismen in der Nähe von Arbeitern befinden. Folglich sind viele Roboter jeweils mit einem Näherungssensor für jeden bewegbaren Abschnitt ausgestattet. Ein Näherungssensor weist einen relativ kurzen Empfindlichkeitsabstand auf, so dass zur Verringerung eines nicht sensitiven Bereichs eine große Anzahl von Näherungssensoren mit unterschiedlichen Positions- und Empfindlichkeitsrichtungen erforderlich sind.
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[Zitationsliste]
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[Patentliteratur]
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[Patentliteratur 1]
Japanisches Patent Nr. 5435679 -
[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Näherungssensorvorrichtung bereitzustellen, die für einen Roboterarmmechanismus geeignet ist und eine einfache Struktur und einen großen Erfassungsbereich aufweist.
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[Lösung des Problems]
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Eine Näherungssensorvorrichtung gemäß einer vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Erfassungselektrode, die eine elektrostatische Kapazität zwischen der Erfassungselektrode und einem zu detektierenden Objekt, das sich dem Erfassungselektrodenabschnitt nähert, bildet; einen Erfassungsabschnitt, der die elektrostatische Kapazität erfasst; und einen Bestimmungsabschnitt, der eine Näherung des zu detektierenden Objekts an die Erfassungselektrode auf der Grundlage der erfassten elektrostatischen Kapazität bestimmt, wobei die Erfassungselektrode umfasst: eine Basisplatte, die sich in eine U-Form oder eine C-Form krümmt, eine Erfassungselektrode, die auf einer Vorderfläche der Basisplatte angeordnet ist und sich entlang der Vorderfläche der Basis krümmt, und eine Schutzplatte, die auf einer Rückfläche der Basisplatte angeordnet ist und sich entlang der Rückfläche der Basis krümmt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Außenansicht eines Roboterarmmechanismus gemäß einer vorliegenden Ausführungsform;
- 2 zeigt eine Seitenansicht des Roboterarmmechanismus der 1;
- 3 zeigt eine Ansicht einer Innenstruktur des Roboterarmmechanismus der 1;
- 4 zeigt ein Diagramm der Struktur des Roboterarmmechanismus der 1 anhand graphischer Symbole;
- 5A und 5B zeigen Ansichten eines Sensorhauptkörpers einer Näherungssensorvorrichtung der 1;
- 6 zeigt eine Ansicht einer Innenstruktur des Sensorhauptkörpers in 5A und 5B;
- 7A bis 7E zeigen Diagramme einer Erfassungselektrode der 6;
- 8A bis 8C zeigen Schnittansichten entlang der Linie A-A in dem Sensorhauptkörper der 5A und 5B;
- 9A und 9B zeigen Diagramme von Strukturen der Näherungssensorvorrichtung der 1;
- 10 zeigt ein Diagramm einer weiteren Drahtverdrahtung der Erfassungselektrode der 6;
- 11 zeigt ein Diagramm einer Struktur einer Näherungssensorvorrichtung zur Unterscheidung von Näherungsrichtungen durch Mehrfachkanalisierung der Drahtverdrahtung in 10; und
- 12 zeigt eine Ansicht eines Beispiels, in dem der Draht der Erfassungselektrode der 6 in einer Spiralform gemäß einer Außenfläche eines Zielabschnitts verdrahtet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Nachfolgenden wird eine Näherungssensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Roboterarmmechanismus mit einer Näherungssensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein Beispiel beschrieben. In dem Roboterarmmechanismus ist ein Gelenk einer Vielzahl von Gelenken aus einem linearen Ausfahr- und Einfahrmechanismus gebildet. Es sollte beachten werden, dass eines der Merkmale der Näherungssensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darin liegt, dass eine Erfassungselektrode derselben durch einen Leiterdraht gebildet ist. Dies erhöht die Freiheitsgrade der Verdrahtung der Erfassungselektrode und realisiert die Anwendung der Elektrode auf eine komplizierte Struktur. Folglich kann die Näherungssensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform an andere Strukturen als den Roboterarmmechanismus, wie beispielsweise ein Fahrzeug und dergleichen, montiert werden. In der nachfolgenden Beschreibung werden jene Komponenten, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Strukturen aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine wiederholte Beschreibung derselben erfolgt nur dann, wenn dies erforderlich ist.
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1 zeigt eine Außenansicht eines Roboterarmmechanismus, der mit einer Näherungssensorvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgestattet ist. 2 zeigt eine Seitenansicht des Roboterarmmechanismus der 1. 3 zeigt eine Seitenansicht einer Innenstruktur des Roboterarmmechanismus der 1.
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Der Roboterarmmechanismus umfasst eine Basis 1, einen Drehabschnitt (Stützabschnitt) 2, einen Hebe- und Senkabschnitt 4, einen Armabschnitt 5 und einen Handabschnitt 6. Der Drehabschnitt 2, der Hebe- und Senkabschnitt 4, der Armabschnitt 5 und der Handabschnitt 6 sind in dieser Reihenfolge von der Basis 1 ausgehend angeordnet. Eine Vielzahl von Gelenken J1, J2, J3, J4, J5 und J6 sind in dieser Reihenfolge von der Basis 1 ausgehend angeordnet. Der Drehabschnitt 2, der einen Zylinderkörper bildet, ist typischerweise vertikal auf der Basis 1 befestigt. Der Drehabschnitt 2 nimmt das erste Gelenk J1 als ein Drehgelenk auf. Das erste Gelenk J1 umfasst eine Torsionsdrehachse RA1. Die Drehachse RA1 verläuft parallel zu einer vertikalen Richtung. Der Drehabschnitt 2 weist einen unteren Rahmen 21 und einen oberen Rahmen 22 auf. Ein Ende des unteren Rahmens 21 ist mit einem feststehenden Abschnitt des ersten Gelenks J1 verbunden. Das andere Ende des unteren Rahmens 21 ist mit der Basis 1 verbunden. Der untere Rahmen 21 ist mit einem zylinderförmigen Gehäuse 31 bedeckt. Der obere Rahmen 22 ist mit einem Drehabschnitt des ersten Gelenks J1 verbunden und dreht sich axial auf der Drehachse RA1. Der obere Rahmen 22 ist mit einem zylinderförmigen Gehäuse 32 bedeckt. Der obere Rahmen 22 dreht sich mit Bezug auf den unteren Rahmen 21 gemäß der Drehung des ersten Gelenks J1, wodurch sich der Armabschnitt 5 horizontal dreht. In einem Innenraum des Drehabschnitts 2, der den Zylinderkörper bildet, sind ein erster Stückstrang und ein zweiter Stückstrang 51 und 52 des dritten Gelenks J3 als ein linearer Ausfahr- und Einfahrmechanismus, der später beschrieben wird, untergebracht.
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Der Hebe- und Senkabschnitt 4, der das zweite Gelenk J2 als ein Hebe- und Senkdrehgelenk aufnimmt, ist an einem oberen Teil des Drehabschnitts 2 befestigt. Das zweite Gelenk J2 ist ein Biegegelenk. Eine Drehachse RA2 des zweiten Gelenks J2 verläuft senkrecht zu der Drehachse RA1. Der Hebe- und Senkabschnitt 4 weist ein Paar von Seitenrahmen 23 als feststehenden Abschnitt (Stützkörper) des zweiten Gelenks J2 auf. Die beiden Seitenrahmen 23 sind mit dem oberen Rahmen 22 verbunden. Das Paar von Seitenrahmen 23 ist mit einer sattelförmigen Abdeckung 33 bedeckt. Ein Zylinderkörper 24 als ein Drehabschnitt des zweiten Gelenks J2, der auch als ein Motorgehäuse verwendet wird, wird durch die beiden Seitenrahmen 23 gestützt. Ein Aussendemechanismus 25 ist an einer Umfangsfläche des Zylinderkörpers 24 befestigt. Der Aussendemechanismus 25 ist mit einer zylinderförmigen Abdeckung 34 bedeckt. Ein Spalt zwischen der sattelförmigen Abdeckung 33 und der zylinderförmigen Abdeckung 34 ist mit einer U-förmig gefalteten Abdeckung 14 bedeckt, die einen U-förmigen Abschnitt aufweist. Die U-förmig gefaltete Abdeckung 14 fährt aus und ein, indem sie den Hebe- und Senkbewegungen des zweiten Gelenks J2 folgt.
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Der Aussendemechanismus 25 hält ein Antriebszahnrad 56, eine Führungsrolle 57 und eine Rolleneinheit 58. Der Aussendemechanismus 25 dreht sich in Übereinstimmung mit der Axialdrehung des Zylinderkörpers 24 und der Armabschnitt 5, der durch den Aussendemechanismus 25 gestützt wird, hebt und senkt sich nach oben und unten.
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Das dritte Gelenk J3 ist mit dem linearen Ausfahr- und Einfahrmechanismus ausgebildet. Der lineare Ausfahr- und Einfahrmechanismus umfasst eine Struktur, die von den Erfindern neu entwickelt wurde, und die sich deutlich von einem sogenannten herkömmlichen Linearbewegungsgelenk hinsichtlich einer Bewegungsreichweite unterscheidet. Der Armabschnitt 5 des dritten Gelenks J3 ist biegbar, aber wenn der Armabschnitt 5 entlang einer Mittelachse (einer Ausfahr- und Einfahrmittelachse RA3) von dem Aussendemechanismus 25 am Fußabschnitt des Armabschnitts 5 nach vorne bewegt wird, wird ein Biegen des Armabschnitts 5 begrenzt und eine lineare Steifigkeit gewährleistet. Beim Einfahren stellt der Armabschnitt 5 die Biegefähigkeit wieder her. Der Armabschnitt 5 weist den ersten Stückstrang 51 und den zweiten Stückstrang 52 auf. Der erste Stückstrang 51 ist aus einer Vielzahl von ersten Stücken 53, die biegbar miteinander verbunden sind, gebildet. Das erste Stück 53 weist eine im Wesentlichen flache Plattenform auf. Die ersten Stücke 53 sind punktweise an Endabschnitten mit Gelenkabschnitten verbunden. Der zweite Stückstrang 52 ist aus einer Vielzahl von zweiten Stücken 54 gebildet. Das zweite Stück 54 ist zu einem nutförmigen Körper mit einem U-förmigen Querschnitt oder einem rohrförmigen Körper mit einer hohlen Quadratform im Querschnitt ausgebildet. Die zweiten Stücke 54 sind punktweise an Bodenplattenendabschnitten mit Gelenkabschnitten verbunden. Das Biegen des zweiten Stückstrangs 52 ist an einer Position begrenzt, an der Endflächen der Seitenplatten der zweiten Stücke 54 aneinander anliegen. In dieser Position ist der zweite Stückstrang 52 linear angeordnet. Das vordere erste Stück 53 des ersten Stückstrangs 51 und das vordere zweite Stück 54 des zweiten Stückstrangs 52 sind durch ein Kopfstück 55 miteinander verbunden. Beispielsweise hat das Kopfstück 55 eine Form, die durch Kombinieren des ersten Stücks 53 und des zweiten Stücks 54 erhalten wird.
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Der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52 werden durch eine Rolle 59 aneinandergedrückt und überlappen, wenn der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52 die Rolleneinheit 58 des Aussendemechanismus 25 durchlaufen. Indem der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52 einander überlappen, weisen diese eine lineare Steifigkeit auf und bilden den säulenförmigen Armabschnitt 5. Hinter der Rolleneinheit 58 ist das Antriebszahnrad 56 mit der Führungsrolle 57 angeordnet. Das Antriebszahnrad 56 ist mit einer nicht dargestellten Motoreinheit verbunden. Die Motoreinheit erzeugt Energie zum Drehen des Antriebszahnrads 56. Wie später beschrieben, wird ein lineares Zahnrad entlang einer Verbindungsrichtung, in der Mitte einer Breite einer Innenfläche des ersten Stücks 53, das heißt, einer Fläche auf einer Seite, auf der das erste Stück 53 das zweite Stück 54 überlappt. Lineare Zahnräder, die zueinander benachbart sind, wenn die mehreren ersten Stücke 53 linear ausgerichtet sind, sind linear miteinander verbunden und bilden einen langen linearen Zahnradmechanismus. Das Antriebszahnrad 56 greift in das lineare Zahnrad des ersten Stücks 53 ein, das durch die Führungsrolle 57 gedrückt wird. Die linearen Zahnräder, die linear miteinander verbunden sind, bilden einen Zahnstangenmechanismus mit dem Antriebszahnrad 56. Wenn das Antriebszahnrad 56 vorwärts dreht, werden der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52 von der Rolleneinheit 58 ausgehend nach vorne bewegt. Wenn das Antriebszahnrad 56 rückwärts dreht, werden der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52 hinter die Rolleneinheit 58 zurückgezogen. Der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52, die eingefahren werden, werden durch die Rolleneinheit 58 und das Antriebszahnrad 56 voneinander getrennt. Der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52, die voneinander getrennt sind, kehren jeweils in biegbare Zustände zurück. Der erste und der zweite Stückstrang 51 und 52, die in biegbare Zustände zurückkehren, biegen sich beide in die gleiche Richtung (nach innen) und werden vertikal in dem Drehabschnitt 2 aufgenommen. Zu diesem Zeitpunkt wird der erste Stückstrang 51 in einem Zustand aufgenommen, in dem der erste Stückstrang 51 im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Stückstrang 52 ausgerichtet ist.
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Der Handabschnitt 6 ist an einer Spitze des Armabschnitts 5 befestigt. Der Handabschnitt 6 ist mit dem vierten bis sechsten Gelenk J4 bis J6 ausgestattet. Das vierte bis sechste Gelenk J4 bis J6 umfasst jeweils Drehachsen RA4 bis RA6, die drei orthogonale Achsen bilden. Das vierte Gelenk J4 ist ein Torsionsgelenk, das sich auf der vierten Drehachse RA4 dreht, die im Wesentlichen mit der Ausfahr- und Einfahrmittelachse RA3 übereinstimmt, wobei durch Drehung des vierten Gelenks J4 ein Endeffektor schwenkbar gedreht wird. Das fünfte Gelenk J5 ist ein Biegegelenk, das sich auf der fünften Drehachse RA5 dreht, die senkrecht zu der vierten Drehachse RA4 angeordnet ist, wobei durch Drehung des fünften Gelenks J5 der Endeffektor vorwärts und rückwärts geschwenkt wird. Das sechste Gelenk J6 ist ein Torsionsgelenk, das sich auf der sechsten Drehachse RA6 dreht, die senkrecht zu der vierten Drehachse RA4 und der fünften Drehachse RA5 angeordnet ist, wobei der Endeffektor durch Drehung des sechsten Gelenks J6 axial gedreht wird.
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Das vierte Gelenk J4 bildet einen Zylinderkörper mit der Drehachse RA4 als eine Mittellinie, und ein feststehender Abschnitt 61 als das fünfte Gelenk J5, der einen Zylinderkörper bildet, ist an einer Spitze des vierten Gelenks J4 befestigt, so dass der Zylinderkörper des vierten Gelenks J4 und eine Mittellinie orthogonal zueinander verlaufen. Ein Arm 62 in einer U-Form oder C-Form wird drehbar an dem feststehenden Abschnitt 61 des fünften Gelenks J5 in einem Zustand gehalten, in dem der Arm 62 über beide Enden des feststehenden Abschnitts 61 angeordnet ist. Ein Zylinderkörper 63, der den feststehenden Abschnitt des sechsten Gelenks J6 bildet, ist an einer Innenseite einer Spitze des Arms 62 befestigt.
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Ein Sensorhauptkörper 11 einer Näherungssensorvorrichtung 10, die typischerweise eine U-Form aufweist, ist an dem U-förmigen Arm 62 des Handgelenks 6 derart befestigt, dass er einen Außenumfang des Arms 62 bedeckt. Es sollte beachtet werden, dass der Sensorhauptkörper 11 C-förmig ist. Wenn ein zu erfassendes Objekt, das typischerweise ein Finger, ein Arm, ein Körper oder dergleichen eines Arbeiters (Menschen) ist, sich dem Sensorhauptkörper 11 der Näherungssensorvorrichtung 10 nähert, erfasst die Näherungssensorvorrichtung 10 diese Annäherung. Die Einzelheiten der Näherungssensorvorrichtung 10 werden später beschrieben.
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Der Endeffektor ist an einem Adapter 7 befestigt, der an einem unteren Teil eines Drehabschnitts des sechsten Gelenks J6 des Handabschnitts 6 vorgesehen ist. Der Endeffektor ist ein Abschnitt, der die Funktion aufweist, direkt an einem zu bearbeitenden Objekt (ein Werkstück) mit Hilfe eines Roboters zu arbeiten, wobei je nach Aufgabe verschiedene Werkzeuge wie beispielsweise ein Halteabschnitt, ein Vakuumsaugabschnitt, ein Mutternbefestigungswerkzeug, eine Schweißpistole und eine Sprühpistole verfügbar sind. Der Endeffektor wird durch das erste, zweite und dritte Gelenk J1, J2 und J3 in eine beliebige Position bewegt und durch das vierte, fünfte und sechste Gelenk J4, J5 und J6 in eine beliebige Stellung gebracht. Insbesondere ermöglicht die Länge einer Ausfahr- und Einfahrstrecke des Armabschnitts 5 des dritten Gelenks J3, dass der Endeffektor ein Objekt in einem weiten Bereich von einer Position in der Nähe der Basis 1 zu einer von der Basis 1 entfernten Position erreicht. In dem dritten Gelenk J3 bilden die linearen Ausfahr- und Einfahrbewegungen und die Länge der Ausfahr- und Einfahrstrecke, die durch den linearen Ausfahr- und Einfahrmechanismus realisiert werden, der das dritte Gelenk J3 bildet, Merkmale, die sich von dem herkömmlichen Linearbewegungsgelenk unterscheiden.
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4 zeigt die Struktur des Roboterarmmechanismus anhand grafischer Symbole. In dem Roboterarmmechanismus werden drei Positionsfreiheitsgrade durch das erste Gelenk J1, das zweite Gelenk J2 und das dritte Gelenk J3, die drei Hauptachsen bilden, realisiert. Ferner werden die Stellungsfreiheitsgrade durch das vierte Gelenk J4, das fünfte Gelenk J5 und das sechste Gelenk J6, die drei Handachsen bilden, realisiert. Wie in 4 gezeigt, ist die Drehachse RA1 des ersten Gelenks J1 in einer vertikalen Richtung vorgesehen. Die Drehachse RA2 des zweiten Gelenks J2 ist in einer horizontalen Richtung vorgesehen. Das zweite Gelenk J2 ist mit Bezug auf zwei Richtungen, das heißt, der Drehachse RA1 und einer Achse orthogonal zu der Drehachse RA1, mit Bezug auf das erste Gelenk J1, versetzt. Die Drehachse RA2 des zweiten Gelenks J2 schneidet sich nicht mit der Drehachse RA1 des ersten Gelenks J1. Die Bewegungsachse RA3 des dritten Gelenks J3 ist in einer senkrechten Richtung mit Bezug auf die Drehachse RA2 vorgesehen. Das dritte Gelenk J3 ist mit Bezug auf zwei Richtungen, das heißt, die Drehachse RA1 und eine Achse orthogonal zu der Drehachse RA1, mit Bezug auf das zweite Gelenk J2, versetzt. Die Drehachse RA3 des dritten Gelenks J3 schneidet sich nicht der Drehachse RA2 des zweiten Gelenks J2. Ein Biegegelenk der drei Hauptachsen der Vielzahl von Gelenken J1 bis J6 wird durch das lineare Ausfahr- und Einfahrgelenk J3 ersetzt, das zweite Gelenk J2 wird durch die zwei Richtungen mit Bezug auf das erste Gelenk J1 versetzt, und das dritte Gelenk J3 wird in zwei Richtungen mit Bezug auf das zweite Gelenk J2 versetzt, wodurch der Roboterarmmechanismus der Robotervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform strukturell eine Singularitätsstellung beseitigt.
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5A zeigt eine perspektivische Ansicht des Sensorhauptkörpers 11 der Näherungssensorvorrichtung 10, und 5B zeigt eine Draufsicht des Sensorhauptkörpers 11. 6 zeigt eine Struktur des Sensorhauptkörpers 11. Als die Näherungssensorvorrichtung 10 wird eine Näherungssensorvorrichtung vom elektrostatischen Kapazitätstyp verwendet, die eine Annäherung eines zu erfassenden Objekts an den Sensorhauptkörper 11 auf der Grundlage einer Veränderung der elektrostatischen Kapazität erfasst, die durch Annäherung des zu erfassenden Objekts, das ein geerdeter Leiter, wie ein Körper, ein Arm oder ein Finger eines Arbeiters ist, an den Sensorhauptkörper 11 auftritt. Der Sensorhauptkörper 11 ist ein dünner plattenförmiger Körper, der U-förmig gekrümmt ist. Der Sensorhauptkörper 11 kann eine C-Form aufweisen. Ein Schraubenloch 12 zur Befestigung an den U-förmigen Arm 62 des Handabschnitts 6 ist an jedem der beiden Enden des Sensorhauptkörpers 11 vorgesehen. Der Sensorhauptkörper 11 weist eine Basis 14 in der Form eines plattenförmigen Körpers auf, der aus einem nichtleitenden Material als Nichtleiter (Isolator), wie einem Harz oder dergleichen, in einer U-Form ausgebildet ist. Eine Erfassungselektrode 13 als ein Leiter, der in einer U-Form entlang einer Vorderflächenform der Basis 14 gekrümmt ist, ist an einer Vorderfläche der Basis 14 befestigt. Eine Abschirmplatte (ein Schutz) 15 mit Leitfähigkeit ist an einer Rückfläche der Basis 14 als eine leitfähige Platte befestigt, die entlang einer Rückflächenform der Basis 14 in eine U-Form gekrümmt ist, um eine fehlerhafte Erfassung einer Änderung der elektrostatischen Kapazität aufgrund der Bewegung oder dergleichen des Schutzleiters auf einer Rückflächenseite davon zu vermeiden.
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Wie in 7A gezeigt, besteht die Erfassungselektrode 13 aus einer Verdrahtung eines Leiterdrahtes, um ein leichteres Gewicht als die leitfähige Platte zu realisieren. Der Draht 13 ist in Umfangsrichtung an der Vorderfläche der Basis 14 entlang einer Außenkante davon vorgesehen. Eine Verdrahtungsform des Drahtes 13 bildet typischerweise ein Rechteck, bei dem die Längsachsen gekrümmt sind. Ein Erfassungsabstand liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 3 cm. Abhängig von einer kurzen Achsenlänge des Rechtecks kann ein Bereich mit niedriger Empfindlichkeit in einer kurzen Achsenrichtung davon auftreten. Um den Bereich mit niedriger Empfindlichkeit zu verringern, kann der Draht 13 auf der Vorderfläche der Basis 14 in einem Wellenmuster verdrahtet sein, das sich über einen gesamten Breitenbereich der Vorderfläche hin und her bewegt, wie in 7B gezeigt. Ferner kann der Draht 13, wie in 7C gezeigt, auf der Vorderfläche der Basis 14 verdrahtet sein, um eine kontinuierliche Verdrillungsform, wie in 8 gezeigt, zu bilden. Ferner kann der Draht 13, wie in 7D gezeigt, auf der Vorderfläche der Basis 14 verdrahtet sein, um verbundene Kreise zu bilden.
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Wie ferner in 7E gezeigt, können eine Vielzahl von Drähten 13-1 und 13-2, die in der Form von Rechtecken verdrahtet sind, jeweils in einer U-Form angeordnet werden. Der Draht 13-1 auf einer Seite ist beabstandet und auf einer linken Seite der Vorderfläche der Basis 14 verdrahtet, und der Draht 13-2 auf der anderen Seite ist beabstandet und auf einer rechten Seite der Vorderfläche der Basis 14 verdrahtet.
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8 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A der 5A und 5B. Wie in 8A gezeigt, ist eine Breite des Schutzes 15 nicht länger als die kurze Achse des Drahtes 13, der in der Form eines Rechtecks verdrahtet ist, und eine Länge des Schutzes 15 ist gleich lang oder länger als die Längsachse des Drahtes 13, so dass der Schutz 15 auf der Rückfläche der Basis 14 typischerweise eine gesamte Rückfläche des Drahtes 13 bedeckt, der in einer rechteckigen Form verdrahtet ist. Wie in 8B gezeigt, kann der Schutz 15 derart ausgebildet sein, dass er einen U-förmigen Querschnitt aufweist, um die gesamte Rückfläche des Drahtes 13, der in der rechteckigen Form verdrahtet ist, und auch die Seitenflächen des Drahtes 13 zu bedecken, so dass sich die Empfindlichkeit auf einen vorderen Teil des Drahtes 13 konzentriert. Ferner, wie in 8C gezeigt, kann die Breite des Schutzes 15 kürzer als die kurze Achsenlänge des Rechtecks des Drahtes 13 sein, so dass der Draht 13 an seinem vorderen Abschnitt eine Empfindlichkeit aufweist, und an seitlichen Abschnitten eine größere Empfindlichkeit als jener der 8A hat.
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Wie in 9A gezeigt, erfasst eine Kapazitätserfassungsschaltung 17 eine elektrostatische Kapazität (Kapazität gegen Erde) C, die sich zwischen einem zu erfassenden Objekt P als dem geerdeten Leiter, wie einem Finger eines Arbeiters, der sich nähert, und der Erfassungselektrode 13 bildet. Die Kapazitätserfassungsschaltung 17 erfasst die elektrostatische Kapazität C durch einen geschalteten Kondensatorbetrieb. Ein Bestimmungsabschnitt 18 bestimmt die Annäherung des zu erfassenden Objekts P an die Erfassungselektrode 13 aus der Änderung der elektrostatischen Kapazität C, die durch die Kapazitätserfassungsschaltung 17 erfasst wird. Die elektrostatische Kapazität C ist in einem Zustand, in dem das erfassende Objekt P nicht in einem Empfindlichkeitsbereich vorhanden ist, klein und nimmt in einem Zustand, in dem das zu erfassende Objekt P in dem Empfindlichkeitsbereich vorkommt, zu. Der Bestimmungsabschnitt 18 bestimmt die Annäherung des zu erfassenden Objekts P durch die elektrostatische Kapazität C, die einen vorbestimmten Wert oder mehr aufweist. Ein Bestimmungsergebnis des Bestimmungsabschnitts 18 wird an einen Steuerabschnitt einer Robotervorrichtung gesendet und beispielsweise in einer Nothaltsteuerung verwendet. Als die Nothaltsteuerung kann die Robotervorrichtung in der Steuerung angehalten werden, oder es werden verschiedene Arten von Anhaltesteuerungen verwendet, wie beispielsweise das Anhalten der Robotervorrichtung nach dem Verlangsamen der Robotervorrichtung auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit für nur eine vorbestimmte Zeitdauer.
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Wenn eine Vielzahl von Drähten, beispielsweise die zwei Drähte 13-1 und 13-2, die jeweils in rechteckigen Formen verdrahtet sind und elektrisch voneinander getrennt sind, in der in 7E gezeigten U-Form angeordnet wird, werden die Kapazitätserfassungsschaltungen 17-1 und 17-2 einzeln mit den Drähten 13-1 und 13-2 verbunden, um die Kapazitäten einzeln zu erfassen, wobei ein Bestimmungsabschnitt 19 unterscheiden kann, welcher der Drähte 13-1 und 13-2 sich gemäß einem Erfassungsergebnis, wie in 9B gezeigt, dem zu erfassenden Objekt P nähert. Das heißt, es kann bestimmt werden, aus welcher Richtung, der linken oder rechten Richtung, sich das zu erfassende Objekt P dem Draht mit zwei Kanälen nähert, wodurch es möglich ist, dass der Handabschnitt 6 einen sogenannten Einfahrvorgang durchführt, indem er sich eine sehr kleine Strecke in einer Richtung bewegt, um sich von dem zu erfassenden Objekt zu trennen, wenn eine Annäherung des zu erfassenden Objekts in dem Steuerabschnitt erfasst wird.
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Auf diese Weise umfasst der Sensorhauptkörper der Näherungssensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungselektrode, die eine U-Form aufweist, und daher kann der Sensorhauptkörper eine Empfindlichkeit gegenüber Näherungen aus vielen Richtungen von nicht nur einer Vorderseite, sondern auch einer linken oder rechten Seite an die Erfassungselektrode aufweisen. Die Näherungssensorvorrichtung kann verglichen zu der herkömmlichen Struktur, bei der eine Anzahl von Sensorvorrichtungen, das heißt, wenigstens eine Anzahl von Erfassungselektroden an dem Handabschnitt und dergleichen montiert sind, während die Positionen und Richtungen verändert werden, mit einer sehr einfachen Struktur realisiert werden. Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform die Erfassungselektrode mit einer Verdrahtung des Drahtes implementiert, und eine Vereinfachung der Struktur, eine Verringerung der Anzahl von Montageschritten und eine Verringerung des Gewichts des Sensorhauptkörpers realisiert. Ferner ist es nicht notwendig, Kapazitätserfassungsschaltungen und die Bestimmungsabschnitte einer Anzahl von Erfassungselektroden, wie in der herkömmlichen Sensorvorrichtung, einzeln bereitzustellen, und es können Näherungen aus vielen Richtungen mit der Kapazitätserfassungsschaltung und dem Bestimmungsabschnitt eines einzelnen Systems erfasst werden.
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Wie zuvor beschrieben, kann die Erfassungselektrode in insgesamt drei Richtungen, das heißt, der Vorderseite und der linken und der rechten Seite, durch Verdrahtung des Drahtes zu einer U-Form oder C-Form eine Empfindlichkeit gegenüber Näherungen aufweisen. Jedoch ist, wie in 10 gezeigt, der Draht kreuzförmig verdrahtet und in Bezug auf sowohl einen horizontalen Teil als auch einen vertikalen Teil in eine U-Form oder eine C-Form gebogen, wodurch die Erfassungselektrode eine Empfindlichkeit gegenüber Näherungen in insgesamt fünf Richtungen aufweisen kann, das heißt, eine vordere und eine linke und eine rechte Seite, und ferner eine obere und eine untere Seite.
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Ferner, wie in 11 gezeigt, ist der Draht, der kreuzförmig verdrahtet ist, wie in 10 gezeigt, in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt, sind ein vorderer Draht 13-1, ein linker und rechter Draht 13-2 und 13-3, und ein oberer und unterer Draht 13-4 und 13-5 vorgesehen, und werden entsprechende elektrostatische Kapazitätsänderungen einzeln durch Kapazitätserfassungsschaltungen 17-1 bis 17-5 erfasst, wodurch insgesamt Näherungen in fünf Richtungen, das heißt, nach vorne, nach links und rechts und oben und unten, unterschieden und erfasst werden können. Der Bestimmungsabschnitt 18 kann Näherungen in fünf Richtungen unterscheiden und Näherungssignale ausgeben. Das heißt, die Näherungssensorvorrichtung kann mehrkanalig, in dem in 11 gezeigten Beispiel fünfkanalig, ausgebildet werden. Der Steuerabschnitt, dem fünfkanalige Näherungssignale zugeführt werden, kann bewirken, dass Einfahrvorgänge einzeln in die fünf Richtungen, wie zuvor beschrieben, durchgeführt werden. Ferner kann der Steuerabschnitt eine gemeinsame Betriebssteuerung unter Verwendung eines Näherungssignals mit den Näherungen in den fünf Richtungen anwenden, die sich von der direkten Lernsteuerung unterscheiden. Wenn beispielsweise der Arbeiter seine oder ihre eigene Hand dem Näherungssensorhauptkörper 11 von einer bestimmten Richtung nähert, schließt der Steuerabschnitt eine Bewegungskomponente in die Richtung, in die der Arbeiter seine oder ihre Hand nähert, von den Bewegungskomponenten in den fünf Richtungen am Maximum des Handabschnitts 6 zu diesem Zeitpunkt aus (gibt einen Nullwert an) und lässt die Bewegungskomponenten bezüglich verbleibender Richtungen weiterlaufen, und dadurch kann der Arbeiter eine gewünschte Bahn vorgeben, während er den Handabschnitt 6 mit seiner oder ihrer Hand führt, ohne eine Fernbedienung oder dergleichen zu verwenden.
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Ferner besteht ein wichtiger Aspekt der Erfassungselektrode 13 darin, dass die Erfassungselektrode 13 aus einem Leiterdraht gebildet ist. Ein Leiterdraht hat einen höheren Freiheitsgrad bezüglich seiner Form als eine plattenförmige Elektrode oder eine Folienelektrode. Dementsprechend ist es möglich, den Leiterdraht durch Wickeln des Leiterdrahts in einer Spiralform um einen Außenumfang von verschiedenen Strukturen zum Kontaktieren einer Außenseite zu verdrahten, wie beispielsweise einen Arm 14, der in 12 dargestellt ist, und es ist auch möglich, den Leiterdraht entlang einer komplizierten Außenform des Roboterarmmechanismus beliebig zu biegen und den Leiterdraht an einer Außenfläche des Roboterarmmechanismus zu verdrahten.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, dienen diese Ausführungsformen nur als Beispiel und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. In der Tat können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; außerdem können verschiedene Weglassungen, Substitutionen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen umfassen, die in den Umfang und Geist der Erfindung fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 10 ...
- Näherungssensorvorrichtung,
- 11 ...
- Sensorhauptkörper,
- 13 ...
- Erfassungselektrode,
- 14 ...
- Basis,
- 15 ...
- Schutz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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