-
FELD
-
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf einen Roboterarmmecha n ism us.
-
HINTERGRUND
-
Üblicherweise wird ein Knickarmmechanismus des Roboters in verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise einem Industrie-Roboter, eingesetzt. Ein Polarkoordinaten-Roboter ist sehr sicher, da der Polarkoordinaten-Roboter nicht mit einem Ellbogengelenk ausgestattet ist, sondern nur auf bestimmte Felder angewendet wurde, da der Polarkoordinaten-Roboter einen kleinen Bewegungsbereich hat. Der von den Erfindern in der Praxis eingesetzte lineare Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus hat eine längere Verlängerungs- und Kontraktionslänge als der herkömmliche lineare Bewegungsmechanismus und realisiert einen großen Bewegungsbereich. Dadurch wird es möglich, den linearen Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus auf verschiedene Bereiche anzuwenden, und eine Umgebung, in der der Roboter und ein Arbeiter miteinander zusammenarbeiten, wird realistisch. In der kooperativen Umgebung, in der sich der Roboter in der Nähe eines Arbeiters befindet, ist eine höhere Sicherheit für den Roboter erforderlich. Deshalb sind bei vielen Robotern die Armteile, die Handgelenksteile und dergleichen mit Kontaktsensoren oder Näherungssensoren ausgestattet.
-
Um die Sicherheit zu erhöhen, ist es notwendig, den Empfindlichkeitsbereich durch die minutiöse Anordnung mehrerer Sensoren umfassend zu erweitern, was jedoch nicht realistisch ist, da in diesem Fall nicht nur die Kosten steigen, sondern auch das Gewicht des Armteils und dergleichen unvermeidlich ist. Weiterhin wird der Armabschnitt, der durch den linearen Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus eine Verlängerungs- und Kontraktionseigenschaft erhält, im Tragsäulenabschnitt mit Kontraktion gespeichert, so dass es schwierig ist, einen Kontaktsensor und einen Näherungssensor in der Mitte des Armabschnitts auszustatten, und ein toter Bereich unvermeidlich ist.
-
ZITIERLISTE
-
PATENTLITERATUR
-
Patentliteratur 1:
Japanisches Patent Nr. 5435679 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
TECHNISCHES PROBLEM
-
Ein Zweck ist es, eine Struktur zu vereinfachen, einen Empfindlichkeitsbereich zu erweitern und dadurch eine Erhöhung der Sicherheit in einem Roboterarmmechanismus zu realisieren.
-
PROBLEMLÖSUNG
-
Ein Roboterarmmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch einen Verbindungsabschnitt gebildet, der von einem Gelenk getragen wird. Wenigstens ein photoelektrischer Sensor ist an einem Verbindungsabschnitt oder einer Verbindung derart angebracht, dass ein optischer Weg des Detektionslichts über wenigstens beide Enden des Verbindungsabschnitts, an einer Außenseite des Verbindungsabschnitts, positioniert ist.
-
Figurenliste
-
- 1A bis 1D sind perspektivische Ansichten, die äußere Erscheinungsbilder verschiedener Arten von Roboterarmmechanismen veranschaulichen, auf die die vorliegende Ausführungsform angewendet wird;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für den Polarkoordinaten-Roboter in 1 darstellt;
- 3 ist eine Seitenansicht des Roboterarmmechanismus in 2;
- 4 ist eine Ansicht, die eine interne Konfiguration des Roboterarmmechanismus in 2 veranschaulicht;
- 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Verlängerungs- und Kontraktionsarmabschnitts in 2;
- 6 ist eine Ansicht, die einen Lichtprojektor in 5 darstellt;
- 7 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Lichtprojektor und einem Lichtempfangsabschnitt in 5 darstellt;
- 8 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Robotervorrichtung mit dem Roboterarmmechanismus in 2; und
- 9 ist eine Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel für einen photoelektrischen Sensor in 2 darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Im Folgenden wird ein Roboterarmmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es gibt eine Vielzahl von Arten von Roboterarmmechanismen. 1A veranschaulicht einen vertikalen Robotergelenksarmmechanismus, 1B veranschaulicht einen horizontalen Robotergelenksmechanismus (SCARA-Roboterarmmechanismus), der zwei parallele Drehgelenke aufweist und innerhalb einer ausgewählten Ebene arbeitet, 1C veranschaulicht einen orthogonalen triaxialen Roboterarmmechanismus mit drei Linearbewegungsgelenken, in dem diese Bewegungsachsen orthogonal zueinander sind, und 1D veranschaulicht einen Polarkoordinaten-Roboterarmmechanismus mit zwei Drehgelenken und einem Linearbewegungsgelenk im Arm, in dem diese Achsen ein Polarkoordinatensystem bilden. Außerdem gibt es einen Parallelverbindungs-Roboterarmmechanismus, der eine Verbindung aufweist, die eine geschlossene Schleifenstruktur in einem Arm konfiguriert, einen zylindrischen Koordinaten-Roboterarmmechanismus mit wenigstens einem Drehgelenk und einem Linearbewegungsgelenk in einem Arm, in dem diese Achsen ein zylindrisches Koordinatensystem konfigurieren, und dergleichen. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt, sondern kann auf einen Roboterarmmechanismus beliebigen Typs angewendet werden. Die vorliegende Ausführungsform ist ein Roboterarmmechanismus, der durch wenigstens ein Glied (auch als Armabschnitt bezeichnet) gebildet wird, das von wenigstens einem Gelenk getragen wird.
-
Der Roboterarmmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer einfachen Konfiguration versehen, bei der ein einzelnes Gelenk auf einer Montagefläche, wie beispielsweise einer Bodenfläche, einer Wandfläche und einer Deckenfläche, installiert ist und ein einzelner Verbindungsabschnitt drehbar oder beweglich durch das Gelenk getragen wird, oder einer allgemeinen Konfiguration, bei der eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten über Gelenke verbunden sind. Die 1A bis 1D veranschaulichen Beispiele für die allgemeine Konfiguration, und der Roboterarmmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann von beliebiger Art sein. Hier wird ein Roboterarmmechanismus mit Polarkoordinaten als Beispiel beschrieben.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein photoelektrischer Sensor 40 eingesetzt, um die Annäherung eines Arbeiters oder dergleichen an Abschnitte zu erfassen, die verschiedene Arten von Roboterarmmechanismen bilden. Der photoelektrische Sensor 40 kann entweder vom Transmissionstyp oder vom reflektierenden Typ sein. Wenn der photoelektrische Sensor 40 von einem Transmissionstyp ist, weist der photoelektrische Sensor 40 einen lichtprojektierenden Abschnitt 41 und einen lichtempfindlichen Abschnitt 42 auf. Wenn der photoelektrische Sensor 40 reflektierend ist, weist der photoelektrische Sensor 40 einen Lichtprojektions-/Empfangsabschnitt und einen Reflexionsabschnitt auf. Hier wird beispielhaft eine Übertragungsart des photoelektrischen Sensors beschrieben. Der lichtprojizierende Abschnitt 41 ist in einer Position installiert, die sich an einer Endseite eines Verbindungsabschnitts 61 befindet, und an einer Außenseite in Bezug auf eine senkrechte Richtung von einer Mittelachse des Verbindungsabschnitts 61. Der Lichtempfangsabschnitt 42 ist in einer Position installiert, die sich auf der anderen Endseite des Verbindungsabschnitts 61 und auf einer Außenseite in Bezug auf eine senkrechte Richtung von der Mittelachse des Verbindungsabschnitts 61 aus erstreckt. Dabei erstreckt sich ein optischer Weg des Detektionslichts, der den Lichtempfangsabschnitt 42 aus dem lichtprojizierenden Abschnitt 41 erreicht, im Wesentlichen parallel zur Mittelachse von einem Ende zum anderen Ende, an einer Außenseite des Verbindungsabschnitts 61. Selbstverständlich ist der optische Weg des Detektionslichts nicht auf einen Bereich vom einen Ende bis zum anderen Ende des Verbindungsabschnitts 61 beschränkt, sondern kann den Bereich überschreiten. Dabei existiert entlang einer Längsrichtung des Verbindungsabschnitts 61 kein Blindabschnitt, und ein ganzer Bereich davon kann zu einem Erfassungsbereich gemacht werden, so dass die Sicherheit erhöht werden kann. Durch die Anordnung von vier der photoelektrischen Sensoren 40 auf vier Seiten, einem Aufwärts-, Abwärts-, Links- und Rechtsteil zum Verbindungsabschnitt 61, können die vier optischen Wege des Detektionslichts den Verbindungsabschnitt 61 von den vier Seiten umgeben, und selbst wenn aus einer der vier Richtungen auf den Verbindungsabschnitt 61 zugegangen wird, wird die Annäherung erfasst, so dass die Sicherheit weiter erhöht werden kann. Die Sicherheit kann durch die Installation eines Flächensensors erhöht werden, bei dem eine größere Anzahl von photoelektrischen Sensoren 40 minutiös in kreisrunder oder eckiger Ringform angeordnet sind.
-
Im Folgenden wird die vorliegende Ausführungsform am Beispiel eines Roboterarmmechanismus mit Polarkoordinaten ausführlich beschrieben. Zunächst wird eine Grundstruktur des Roboterarmmechanismus der Polarkoordinaten beschrieben. 2 veranschaulicht ein äußeres Erscheinungsbild des Roboterarmmechanismus mit Polarkoordinaten gemäß der vorliegenden Ausführungsform, 3 veranschaulicht eine Seitenansicht des Roboterarmmechanismus und 4 veranschaulicht eine innere Struktur des Roboterarmmechanismus. Der Roboterarmmechanismus umfasst eine Basis 1, einen Drehabschnitt 2, einen Hebe- und Senkabschnitt 4, einen Armabschnitt (Verbindungsabschnitt) 5 und einen Handgelenkabschnitt 6 in der Reihenfolge von der Basis 1 aus. Eine Vielzahl von Verbindungen J1, J2, J3, J4, J5 und J6 sind in der Reihenfolge von der Basis 1 angeordnet. Der Drehabschnitt 2, der einen zylindrischen Körper bildet, wird typischerweise vertikal auf der Basis 1 installiert. Der Drehabschnitt 2 speichert das erste Gelenk J1 als Drehdrehgelenk. Das erste Gelenk J1 umfasst eine Drehachse RA1. Die Drehachse RA1 ist parallel zu einer vertikalen Richtung. Der Drehabschnitt 2 hat einen unteren Rahmen (Verbindungsabschnitt) 21 und einen oberen Rahmen (Verbindungsabschnitt) 22. Der untere Rahmen 21 und der obere Rahmen 22 sind an der ersten Verbindung J1 verbunden. Die Rahmen 21 und 22 sind jeweils mit zylindrischen Gehäusen 31 und 32 abgedeckt. Der obere Rahmen 22 dreht sich axial mit der Drehung des ersten Gelenks J1, wodurch sich das Armteil 5 horizontal dreht. In einem Innenhohlraum des einen zylindrischen Körper bildenden Drehabschnitts 2 werden eine erste und eine zweite Stückkette 51 und 52 des dritten Gelenks J3 als linearer Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus gespeichert, der später beschrieben wird.
-
Am oberen Rahmen 22 ist das zweite Gelenk J2 als Drehwinkelgelenk zum Heben und Senken montiert. Das zweite Gelenk J2 ist ein Drehgelenk. Eine Drehachse RA2 des zweiten Gelenks J2 ist eine horizontale Achse. Ein Paar Seitenrahmen 23, die das zweite Gelenk J2 bilden, sind mit einer Abdeckung 33 in Sattelform abgedeckt. Ein zylindrischer Körper 24, der auch als Motorgehäuse verwendet wird, wird von dem Paar Seitenrahmen 23 getragen, die axial drehbar sind. Ein Motor (Stellglied) ist an einer Innenseite des zylindrischen Körpers 24 befestigt. Eine rotierende Welle des Motors ist an den Seitenrahmen 23 befestigt. Der zylindrische Körper 24 dreht sich axial mit der Drehung des Motors. Ein Vorschubmechanismus 25 des dritten Gelenks J3 ist an einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers 24 befestigt. Der Vorschubmechanismus 25 ist mit einer Abdeckung 34 abgedeckt. Ein Spalt zwischen den Abdeckungen 33 und 34 ist mit einer U-förmigen Balgdecke 14 abgedeckt, die im Querschnitt U-förmig ist. Die U-förmige Balgabdeckung 14 erstreckt und schließt sich durch eine Auf- und Absenkbewegung des zweiten Gelenks J2. Der Vorschubmechanismus 25 besteht aus einem Antriebsrad 56, einer Führungsrolle 57 und einer Rolleneinheit 58, die von einem kastenförmigen Rahmen 60 getragen werden. Der Vorschubmechanismus 25 unterstützt den Armteil 5 beweglich hin und her. Der Vorschubmechanismus 25 dreht sich mit axialer Drehung des zylindrischen Körpers 24, und der Armabschnitt 5 hebt und senkt sich vertikal.
-
Das dritte Gelenk J3 wird durch den linearen Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus bereitgestellt. Der lineare Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus umfasst eine von den Erfindern neu entwickelte Struktur, die sich aus Sicht eines beweglichen Bereichs deutlich von einem sogenannten konventionellen Lineargelenk unterscheidet. Der Armabschnitt 5 des dritten Gelenks J3 ist biegbar, aber auf Biegen beschränkt, wenn der Armabschnitt 5 vom Vorschubmechanismus 25 an einer Wurzel des Armabschnitts 5 entlang einer Mittelachse (Mittelachse der Verlängerung und Kontraktion RA3) nach vorne geführt wird und eine lineare Steifigkeit aufweist, die zur Konfiguration des Verbindungsabschnitts gewährleistet ist. Wenn das Armteil 5 nach hinten gezogen wird, wird die Biegung wiederhergestellt. Der Armabschnitt 5 weist die erste Stückkette 51 und die zweite Stückkette 52 auf. Die erste Stückkette 51 besteht aus einer Vielzahl von ersten Stücken 53, die biegsam verbunden sind. Das erste Stück 53 wird beispielsweise zu einer im Wesentlichen flachen Plattenform geformt. Die ersten Stücke 53 sind an Scharnierabschnitten an den Endpunkten biegsam verbunden. Die zweite Stückkette 52 besteht aus einer Vielzahl von zweiten Stücken 54. Das zweite Stück 54 wird zu einem zylindrischen Körper U-förmig im Querschnitt oder rechteckig im Querschnitt geformt, wobei beispielsweise eine Oberfläche geöffnet ist. Die zweiten Stücke 54 sind an Scharnierabschnitten an den Endpunkten der Bodenplatte biegsam verbunden. Die Biegung des zweiten Teilstrangs 52 ist in einer Position begrenzt, in der die Endflächen der Seitenplatten der zweiten Stücke 54 aneinanderstoßen. In dieser Position ist die zweite Stückkette 52 linear angeordnet. Das vordere erste Stück 53 der ersten Stückkette 51 und das vordere zweite Stück 54 der zweiten Stückkette 52 sind durch ein Kopfstück 55 verbunden.
-
Die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52 werden miteinander in Kontakt gebracht, indem sie beim Durchlaufen der Rolleneinheit 58 des Vorschubmechanismus 25 von Rollen 59 gegeneinander gedrückt werden. Dabei weisen die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52 eine lineare Steifigkeit auf und konfigurieren den Säulenarmabschnitt (Verbindungsabschnitt) 5. Der Armabschnitt 5 tritt aus einem Flansch 65 in einer Winkelringform des Rahmens 60 des Vorschubmechanismus 25 aus. Das Antriebsrad 56 ist mit der Führungsrolle 57 hinter der Rolleneinheit 58 angeordnet. Das Antriebsrad 56 ist mit einer Motoreinheit verbunden, die nicht dargestellt ist. Die Motoreinheit erzeugt Strom zum Drehen des Antriebsrades 56. Obwohl nicht veranschaulicht, wird ein Lineargetriebe entlang einer Verbindungsrichtung in einer Breitenmitte einer Innenfläche des ersten Stücks 53 gebildet, d.h. eine Fläche auf einer Seite, die das zweite Teil 54 berührt. Wenn die Vielzahl der ersten Stücke 53 linear ausgerichtet ist, werden benachbarte Linearräder linear verbunden und konfigurieren ein integriertes langes Lineargetriebe. Der Linearantrieb des ersten Stücks 53 wird mit dem Antriebsrad 56 verzahnt, indem er von der Führungsrolle 57 gedrückt wird. Die linear verbundenen Linearräder konfigurieren mit dem Antriebsrad 56 einen Zahnstangenmechanismus. Wenn das Antriebsrad 56 nach vorne dreht, werden die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52 von der Rolleneinheit 58 nach vorne geführt. Wenn sich das Antriebsrad 56 gegenläufig dreht, werden die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52 von der Rolleneinheit 58 nach hinten gezogen. Die zurückgezogenen ersten und zweiten Stückketten 51 und 52 sind zwischen der Rolleneinheit 58 und dem Antriebsrad 56 getrennt. Die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52, die getrennt sind, kehren in einen biegsamen Zustand zurück. Die ersten und zweiten Stückketten 51 und 52, die in den biegsamen Zustand zurückkehren, biegen sich beide in eine gleiche Richtung (nach innen) und werden vertikal im Drehabschnitt 2 gelagert. Zu diesem Zeitpunkt wird die erste Stückkette 51 in einem Zustand gespeichert, der im Wesentlichen parallel zur zweiten Stückkette 52 ausgerichtet ist.
-
Der Handgelenkabschnitt 6 ist an einem Spitzenende des Armabschnitts 5 befestigt. Der Handgelenkabschnitt 6 ist mit den vierten bis sechsten Gelenken J4 bis J6 ausgestattet. Die vierten bis sechsten Gelenke J4 bis J6 umfassen jeweils Drehachsen RA4 bis RA6, die orthogonale drei Achsen sind. Das vierte Gelenk J4 ist ein Drehgelenk, das sich um die vierte Drehachse RA4 dreht, die im Wesentlichen der Mittelachse der Ausdehnung und Kontraktion RA3 entspricht, und der Endeffektor wird durch Drehung des vierten Gelenks J4 schwenkbar gedreht. Das fünfte Gelenk J5 ist ein Drehgelenk, das sich um die fünfte Drehachse RA5 dreht, die senkrecht zur vierten Drehachse RA4 angeordnet ist, und der Endeffektor wird durch Drehen des fünften Gelenks J5 hin und her gekippt und gedreht. Das sechste Gelenk J6 ist ein Drehgelenk, das sich um die sechste Drehachse RA6 dreht, die senkrecht zur vierten Drehachse RA4 und zur fünften Drehachse RA5 angeordnet ist, und der Endeffektor wird durch Drehung des sechsten Gelenks J6 axial gedreht.
-
Der nicht abgebildete Endeffektor (Endeffektor) ist an einem Adapter 7 befestigt, der an einem unteren Teil eines Drehabschnitts des sechsten Gelenks J6 des Handgelenksabschnitts 6 vorgesehen ist. Der Endeffektor ist ein Teil für den Roboter, der die Funktion hat, direkt an einem zu bearbeitenden Objekt (Werkstück) zu arbeiten, und es gibt verschiedene Werkzeuge entsprechend den Aufgaben, wie z.B. einen Greifabschnitt, einen Vakuumsaugabschnitt, ein Mutterbefestigungswerkzeug, eine Schweißzange und eine Spritzpistole. Der Endeffektor wird durch das erste, zweite und dritte Gelenk J1, J2 und J3 in eine beliebige Position gebracht und ist durch das vierte, fünfte und sechste Gelenk J4, J5 und J6 in einer beliebigen Position angeordnet. Insbesondere ermöglicht eine Länge eines Verlängerungs- und Kontraktionsabstandes des Armabschnitts 5 des dritten Gelenks J3 dem Endeffektor, Objekte in einem weiten Bereich von einer Näherungsposition bis zu einer entfernten Position der Basis 1 zu erreichen. Das dritte Gelenk J3 unterscheidet sich deutlich vom herkömmlichen linearen Bewegungsmechanismus aus der Sicht der linearen Verlängerungs- und Kontraktionsbewegung und der Länge des Verlängerungs- und Kontraktionsabstandes, die durch den linearen Verlängerungs- und Kontraktionsmechanismus realisiert werden, der das dritte Gelenk J3 konfiguriert.
-
Wie in 5 dargestellt, wird an einer Stirnseite des Armabschnitts 5, beispielsweise einer hinteren Stirnseite, der Lichtprojektionsabschnitt 41, der den photoelektrischen Sensor 40 bildet, und an der anderen Stirnseite, beispielsweise einer vorderen Stirnseite, der Lichtempfangsabschnitt 42, der den photoelektrischen Sensor 40 bildet, installiert. Man beachte, dass der Lichtprojektionsabschnitt 41 an der Vorderseite des Armabschnitts 5 und der Lichtaufnahmeabschnitt 42 an der Rückseite installiert werden kann. Der photoelektrische Sensor 40 kann wie vorstehend beschrieben entweder vom Transmissionstyp oder vom Reflexionstyp sein, wird aber hierin als Transmissionstyp beschrieben. Bei der reflektierenden Ausführung ist der lichtprojizierende Abschnitt als Lichtprojektions-/Empfangsabschnitt und der Lichtempfangsabschnitt jeweils als Reflexionsabschnitt zu lesen.
-
Ein Wellenlängenband, das für den photoelektrischen Sensor 40 verwendet wird, kann entweder aus Nahinfrarotlicht oder sichtbarem Licht, Strahllicht oder Laserlicht bestehen. Die Verwendung von sichtbarem Licht hat den Vorteil, dass der Arbeiter oder dergleichen das Detektionslicht um den Armabschnitt 5 visuell erkennen kann. Der Lichtprojektionsabschnitt 41 umfasst typischerweise eine Leuchtdiode als Lichtquelle, aber die Lichtquelle ist nicht auf eine Leuchtdiode beschränkt. Weiterhin kann der photoelektrische Sensor 40 von einem sogenannten Verstärkertrennungstyp sein, bei dem der Lichtprojektionsabschnitt 41 und der Lichtempfangsabschnitt 42 von einer Einheit einer Lichtprojektionsschaltung, einer Lichtempfangsschaltung, einer Bestimmungsschaltung, einer Ausgangsschaltung und einer Steuerschaltung, die später beschrieben wird, getrennt sind, oder von einem sogenannten Verstärker-Einbautyp, bei dem der Lichtprojektionsabschnitt 41 ganzheitlich mit der Lichtprojektionsschaltung konfiguriert ist und der Lichtempfangsabschnitt 42 ganzheitlich mit der Lichtempfangsschaltung, der Bestimmungsschaltung und der Ausgangsschaltung konfiguriert ist.
-
In der vorliegenden Ausführungsform sind die vier photoelektrischen Sensoren 40 typischerweise ausgestattet. Wie in 6 dargestellt, sind die vier lichtvorspringenden Abschnitte 41 am Flansch 65 des Vorschubmechanismus 25 befestigt, beispielsweise an der hinteren Stirnseite des Armabschnitts 5. Selbstverständlich ist eine Befestigungsposition des Lichtprojektionsprofils 41 nicht auf den Flansch 65 beschränkt, sondern der Lichtprojektionsprofil 41 kann beispielsweise auf einer Oberfläche der Abdeckung 34 montiert werden. Die vier lichtprojizierenden Abschnitte 41 sind typischerweise um 90 Grad voneinander versetzt um ein Leitungsloch 66 des Armabschnitts 5 angeordnet und werden vertikal und seitlich verteilt. Die vier Lichtempfangsabschnitte 42 sind an Positionen, die jeweils den vier lichtprojektierenden Abschnitten 41 zugewandt sind, an einem Flansch des vierten Gelenks J4 des Handgelenkabschnitts 6 oder einer Abdeckungsfläche davon befestigt. Ein optischer Weg des Detektionslichts vom lichtprojizierenden Abschnitt 41 zum Lichtempfangsabschnitt 42 erstreckt sich außerhalb des Verbindungsabschnitts 61 in Richtung seiner Länge von einem Ende des Verbindungsabschnitts 61 zum anderen Ende. Typischerweise ist eine optische Achse des Detektionslichts parallel zu einer Mittelachse des Verbindungsabschnitts 61. Die vier optischen Pfade der vier photoelektrischen Sensoren 40 umgeben den Verbindungsabschnitt 61 von vier Seiten, von oben, unten, links und rechts.
-
Der Lichtprojektionsabschnitt 41 und der Lichtempfangsabschnitt 42 sind so aufeinander abgestimmt, dass ein Punktzentrum C2 von beispielsweise strahlförmigem Detektionslicht, das vom Lichtprojektionsabschnitt 41 emittiert wird, einem Mittelpunkt C1 eines Lichtempfangsbereichs des Lichtempfangsabschnitts 42 entspricht, der mit dem Lichtprojektionsabschnitt 41 gekoppelt ist. Wie in 7 dargestellt, können jedoch der Lichtprojektionsabschnitt 41 und der Lichtempfangsabschnitt 42 so zueinander positioniert werden, dass sich die Spotmitte C2 des vom Lichtprojektionsabschnitt 41 emittierten Detektionslichts in einer Referenzhaltung, in der der Armabschnitt 5 am stärksten kontrahiert ist, leicht in eine Richtung von der Mitte C1 des Lichtempfangsbereichs des Lichtempfangsabschnitts 42 verschiebt. In einer Situation, in der der Armabschnitt 5 ausgefahren ist und ein Werk als relativ schweres Gut erfasst, wird davon ausgegangen, dass sich der Armabschnitt 5 etwas in Schwerkraftrichtung beugt und auch vibriert, aber auch in diesem Fall kann das Auftreten der Situation, in der sich das Strahllicht außerhalb des Lichtempfangsbereichs des Lichtempfangsabschnitts 42 befindet, reduziert werden.
-
8 veranschaulicht eine Konfiguration einer gesamten Robotervorrichtung einschließlich des Roboterarmmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine Robotervorrichtung 100 hat einen Systemsteuerungsabschnitt 121. Ein oberer, unterer, linker und rechter photoelektrischer Sensor 40-1 bis 40-4 sind über einen Steuerungs-/Datenbus mit dem Systemsteuerungsbereich 121 verbunden. Weiterhin sind ein Aufgabenprogrammspeicherabschnitt 125, der eine Datendatei eines Aufgabenprogramms speichert, einen Betriebssteuerabschnitt 123, der unter Verwendung des aus dem Speicherabschnitt 125 gelesenen Aufgabenprogramms Gelenkwinkel (Sollwerte) der jeweiligen Gelenke erzeugt, die erzeugten Sollwerte an Motortreiber 133 der jeweiligen Gelenke überträgt und ein Stoppsignal zum Anhalten der Motortreiber 133 in dieser Position an die Motortreiber 133 aller Gelenke überträgt, wenn von wenigstens einem der photoelektrischen Sensoren 40-1 bis 40-4 ein Signal ausgegeben wird, das ausdrückt, dass das Detektionslicht von einem Arbeiter oder dergleichen unterbrochen wird, ein Sollwert zum Einschalten bei einem Schrittmotor, eine Anzeige 103, die einen Betriebszustand der Robotervorrichtung 100 anzeigt, indem sie einen Stoppzustand und einen normalen Betriebszustand durch eine Lampe, einen Ton oder dergleichen unterscheidet, und ein mit einer Taste zum Abbrechen der Betriebsunterbrechung und zum Wiederanlauf des Betriebs ausgestatteter Betriebsabschnitt 101 über den Steuerungs-/Datenbus mit dem Systemsteuerabschnitt 121 verbunden. Die Tasten zum Aufheben des Betriebsstopps werden vorzugsweise am Hebe- und Senkabschnitt 4 und am Handgelenkabschnitt 6 angebracht. Ein Motor (Stellglied) 132 der Verbindung besteht vorzugsweise aus einem Schrittmotor. Der Motortreiber 133 liefert dem Motor 132 gemäß dem Sollwert aus dem Betriebssteuerungsabschnitt 123 eine Impulsleistung. An einer Antriebswelle des Motors oder einer rotierenden Welle der Verbindung ist ein Encoder (Drehgeber) 131 zum Messen eines Drehwinkels davon befestigt.
-
Der photoelektrische Sensor 40-1 besteht aus einer Lichtprojektionsschaltung 43, die den Lichtprojektionsabschnitt 41 gemäß der Steuerung einer Steuerschaltung 45 steuert, einer Lichtempfangsschaltung 44, die einen Stromausgang des Lichtempfangsabschnitts 42 in ein Spannungssignal umwandelt, das Spannungssignal verstärkt und das Spannungssignal gemäß der Steuerung der Steuerschaltung 45 in ein digitales Signal umwandelt, eine Bestimmungsschaltung 46, die das Ausgangssignal der Lichtempfangsschaltung 44 mit einem Schwellenwert vergleicht, und eine Ausgangsschaltung 47, die alternativ zwei Arten von Signalen (Codes) ausgibt, die zwei Zustände gemäß einem Vergleichsergebnis ausdrücken, zusätzlich zu dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42. Wenn das Detektionslicht aus dem Lichtprojektionsabschnitt 41 direkt vom Lichtempfangsabschnitt 42 empfangen wird, wird ein erstes Signal (auf Signal) ausgegeben, das einen ersten Zustand ausdrückt, in dem eine lichtempfindliche Menge davon einen Schwellenwert überschreitet, und nichts zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 eingefügt wird. Wenn sich ein Arbeiter oder dergleichen dem Armabschnitt 5 nähert und zwischen dem lichtprojizierenden Abschnitt 41 und dem lichtempfangenden Abschnitt 42 angeordnet ist, um das Detektionslicht abzuschalten, fällt die lichtempfangende Menge des lichtempfangenden Abschnitts 42 unter den Schwellenwert. Dadurch wird ein zweites Signal (Aus-Signal) ausgegeben, das einen zweiten Zustand ausdrückt, in dem ein Arbeiter oder dergleichen zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 angeordnet ist. Durch die Ausgabe des zweiten Signals realisiert der Betriebssteuerungsabschnitt 123 die Annäherung des Arbeiters oder dergleichen an den Armabschnitt 5 und kann die Bewegung des Armabschnitts 5 stoppen, bevor der Arbeiter oder dergleichen den Armabschnitt 5 berührt. Das heißt, der Betriebssteuerungsabschnitt 123 kann die Bewegung des Armabschnitts 5 stoppen, wenn er das zweite Signal ausgibt, das den Zustand ausdrückt, in dem die Lichtempfangsmenge auch nur einer der photoelektrischen Sensoren 40-1 bis 40-4 unter dem Schwellenwert liegt, und ferner aus den Ausgangssignalen der vier photoelektrischen Sensoren 40-1 bis 40-4 eine Annäherungsrichtung des Arbeiters oder dergleichen erkennen, so dass der Betriebssteuerungsabschnitt 123 auch den Armabschnitt 5 in eine gleiche Richtung wie die Annäherungsrichtung zurückziehen kann.
-
Der Schwellenwert der Bestimmungsschaltung 46 kann auch dynamisch unter Steuerung der Steuerschaltung 45 geändert werden. Es besteht die Möglichkeit, dass eine Lichtmenge an Störlicht, die auf den Lichtempfangsabschnitt 42 trifft, aufgrund der Streck- und Kontraktionsbewegung, der Auf- und Abbewegung und der Drehbewegung des Armabschnitts 5 variiert. Der Steuerkreis 45 ändert dynamisch den Schwellenwert des Bestimmungskreises 46 als Reaktion auf eine Kombination aus einer Verlängerungs- und Kontraktionslänge, einem Anstiegs- und Absenkwinkel und einem Drehwinkel, die zu festen Zeiten von der Betriebssteuerungsabschnitt 123 empfangen werden. Dadurch kann ein Fehlbetrieb der Nicht-Erkennung der Abschaltung des Detektionslichts durch den Arbeiter durch einen Einfluss des Störlichts, insbesondere durch die Lichtmenge des großen Störlichts, unterdrückt werden. Selbstverständlich ist es notwendig, die Lichtmengenänderung des Störlichts durch die Verlängerungs- und Kontraktionsbewegung, die Auf- und Absenkbewegung und die Drehbewegung des Armabschnitts 5 im Voraus zu messen. Um eine Arbeitsbelastung der vorherigen Messung zu eliminieren, erfasst die Bestimmungsschaltung 46 die lichtempfangende Menge des Lichtempfangsabschnitts 42 in der festgelegten Zeitspanne, aber wenn die lichtempfangende Menge in einer aktuellen Zeitspanne mit einer lichtempfangenden Menge in der unmittelbar vorhergehenden Zeitspanne oder vor mehreren Zeiträumen verglichen wird und wenn eine Änderung der lichtempfangenden Menge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird kein Zustandsübergang durchgeführt, während, wenn die Änderung außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, der Zustandsübergang durchgeführt wird. Wenn die Lichtempfangsmenge in der gegenwärtigen Periode stark von der Lichtempfangsmenge in der unmittelbar vorhergehenden Periode reduziert wird, wird der Zustand in einen Zustand überführt, in dem der Arbeiter oder dergleichen zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 eingefügt wird, aus dem Zustand, in dem kein Arbeiter oder dergleichen zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 eingefügt wird, und der Ausgang wird in das zweite Signal aus dem ersten Signal umgewandelt. Wenn die Lichtempfangsmenge in der gegenwärtigen Periode stark von der Lichtempfangsmenge in der unmittelbar vorhergehenden Periode zunimmt, wird der Zustand in den Zustand überführt, in dem kein Arbeiter oder dergleichen zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 eingefügt wird, aus dem Zustand, in dem der Arbeiter oder dergleichen zwischen dem Lichtprojektionsabschnitt 41 und dem Lichtempfangsabschnitt 42 eingefügt ist, und der Ausgang wird in das erste Signal aus dem zweiten Signal umgewandelt. Wenn sich die Lichtempfangsmenge kaum ändert, wird der Zustand der unmittelbar vorhergehenden Periode beibehalten und das erste Signal oder das zweite Signal kontinuierlich ausgegeben.
-
Entweder bei der Übernahme einer Übertragungsart als photoelektrischer Sensor 40 oder bei der Übernahme einer reflektierenden Art wird ein pulsmoduliertes Lichtverfahren, das die Lichtprojektion zu festen Zeiten wiederholt, eingesetzt, um den Einfluss von Störlicht zu unterdrücken. Weiterhin kann selbst bei Annahme der Übertragungsart als photoelektrischer Sensor 40 bei Annahme einer reflektierenden Art nur Reflexionslicht im Reflexionsabschnitt erfasst werden, indem in Polarisationsrichtung unterschiedliche Polarisationsfilter (eine Längswelle, eine Transversalwelle) in einem Lichtprojektionsfenster und einem Lichtempfangsfenster des Lichtprojektions-/Empfangsabschnitts angeordnet werden, und Installieren eines Eckrohrs auf einer Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts, um eine fehlerhafte Funktion eines zurückkehrenden Lichts nach der Reflexion an einem zu erkennenden Objekt, wie beispielsweise einem Arbeiter oder dergleichen, zu vermeiden, das auf den Lichtstrahlungs-/Empfangsabschnitt trifft, der in einen Zustand versetzt werden soll, in dem das zu erkennende Objekt nicht existiert.
-
Weiterhin wird eine Zeitdifferenz zwischen einer Erzeugungszeit des optischen Impulses und einer Lichtempfangszeit mit einer Zeit verglichen, die dem doppelten Abstand zwischen dem Lichtprojektions-/Empfangsabschnitt und dem Reflexionsabschnitt entspricht, und die Reflexion durch den Reflexionsabschnitt und die Reflexion durch das zu erfassende Objekt, wie beispielsweise einen Arbeiter oder dergleichen, d.h. das Vorhandensein und Fehlen einer Einordnung einer Materie in den optischen Pfad kann als Reaktion auf das Vergleichsergebnis unterschieden werden.
-
Wie in 9 dargestellt, kann ein Flächensensor bestehend aus einem Lichtprojektionsring 48, in dem eine große Anzahl von Lichtprojektionsabschnitten 41 minutiös in kreisringförmiger oder eckiger Ringform angeordnet sind, und einem Lichtaufnahmering 49, in dem eine große Anzahl von Lichtaufnahmeabschnitten 42 minutiös in kreisringförmiger oder eckiger Ringform angeordnet sind, verwendet werden. Selbstverständlich sind die Innendurchmesser oder Innenabmessungen des Lichtprojektionsringes 48 und des Lichtaufnahmeringes 49 länger als ein Außendurchmesser oder ein Außenmaß des Armabschnitts 5. Eine Lücke im optischen Weg des Detektionslichts kann eliminiert oder verringert werden, eine Situation, in der ein Finger oder dergleichen eines Arbeiters in die Lücke im optischen Weg des Detektionslichts eingeführt wird und eine Annäherung des Fingers oder dergleichen nicht erkannt werden kann, kann vermieden werden, und es ist eine weitere Verbesserung der Sicherheit zu erwarten.
-
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; ferner können verschiedene Auslassungen, 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 Änderungen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Geist der Erfindungen fallen würden.
-
Bezugszeichenliste
-
5 ... Armteil (Verbindungsabschnitt), 40 ..... photoelektrischer Sensor, 41 ..... Lichtprojektionsabschnitt, 42 ..... Lichtempfangsabschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
