JP2018526234A

JP2018526234A - ロボットへの装着装置

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Publication number: JP2018526234A
Application number: JP2018511224A
Authority: JP
Inventors: ゲルハルト、デトレフ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2036-07-29
Also published as: JP6638060B2; KR20180048889A; US10786908B2; WO2017036690A1; CN107921648A; US20180243926A1; EP3319763A1; KR102062056B1; EP3319763B2; EP3319763B1; DE102015216659A1

Abstract

アダプタ１が対象物４をグリッパモジュール２により把持した後に駆動装置９により外側カバー５により形成された室内に入れるようにする。外側カバー５はこの場合対象物４を少なくとも部分的に覆い、対象物４を遮蔽するのに十分な大きさを有する。アダプタ１はグリッパモジュール２が適応されるグリッパ基盤システムとして理解される。駆動装置９はグリッパモジュール２全体を対象物４とともにグリッパ基盤システムに引き入れる。アダプタ１は人間とロボットとの確実な相互作用のため対象物の入室を備えた安全グリッパシステムを提供する。外側カバー５は、それがなかったら作業室内に居る人間を負傷させる恐れのあるグリッパモジュール２により把持された鋭い角を持つ対象物から人間を保護する。アダプタ１によりそれゆえ鋭い角を持つまたは尖った対象物も確実にロボットにより搬送できる。この装置はたとえば産業用ロボット、たとえばデルタロボットまたはリンクアームロボットにグリッパモジュールを装着するために使用できる。【選択図】図３

Description

ＶＤＩ（ドイツ技術者協会）規準２８６０によれば、産業用ロボットとは動きが自由にプログラミング可能で場合によってはセンサで動かされる多数の軸を備えた多面的に使用可能な作業用オートメーション機器のことを言う。この種のロボットはグリッパを備え、操作上および製造上の課題を実施することができる。

非特許文献１から、種々のグリッパモジュールを収容するように設計され、グリッパモジュールのそれぞれが対象物を把持するように設計されているグリッパ交換具が公知である。

このようなグリッパ交換具はロボットアームにアダプタとして取り付けることができ、これによりロボットアームは種々のグリッパモジュールを装備することができる。

人間とロボットとのコラボレーションにおいては、ロボットとの共同作業において人間の安全性が保証されなければならない。このためにたとえば、ロボットを安全対策を施したロボットセル内に収めることが知られている。

"GWS Wechseln - Greiferwechselsystem", Internet 23.07.2015 http:// www.schunk.de/schunk_files/attachments/GWS_064_DE.pdf "Industrieroboter mit Annaehrungsdetektion fuer sichere Mensch- Robotor-Kollaboration", Internet 28.07.2015, 1523838369960_0 geschaeftsbereiche/robotersysteme/kapazitive-sensorik.html "Taktile Sensorsysteme", Internet 27.07.2015, http://www.iff. fraunhofer.de/ content/dam/iff/de/dokumente/robotersysteme/thementflyer/2013-03- taktile-sensorsysteme.pdf "Robotor-lernen heute leichter", Internet 28.07.2015, 1523838369960_1 produktion.de/automatisierung/robotik-und-handhabung/roboter-lernen-heute-leichter/ "ii feel you", Internet 27.07.2015, 1523838369960_2res/ sps/a737ee03-5832-4c95-9d91-84e0de80c664_LBR_iiwa_Produkt_Broschuerer_DE.pdf

本発明は、従来技術の代替策となるロボットへの装着装置を提供することを目的とする。

この課題は本発明によれば、対象物を把持するように設計されたグリッパモジュール、またはこのようなグリッパモジュールを収容するように設計されたグリッパ交換具を有する装置により解決される。この装置は、装置をロボットへ機械的に装着するように設計されたインターフェースを有する。

この装置は、グリッパモジュールを引き出し位置から引っ込み位置に動かすように設計された駆動装置を特徴とする。装置はさらに、引き出し位置においてはグリッパモジュールで対象物を把持するように、引っ込み位置においてはグリッパモジュールと対象物を少なくとも部分的に覆うように寸法が設計された外側カバーを特徴とする。

第１の変形例において、グリッパモジュールは駆動装置により引っ込みおよび引き出し可能に装置内に組み込まれる。第２の変形例では、グリッパ交換具は駆動装置により引っ込みおよび引き出し可能に装置内に組み込まれ、その際グリッパモジュールはフレキシブルにグリッパ交換具で交換できるようにされる。

以下に挙げる利点は必ずしも独立請求項の特徴によって達成される必要はない。むしろこれらの利点は単に個々の実施形態、変形例または発展例によって達成されるものとすることができる。

この装置により、対象物はグリッパモジュールによる把持後に駆動装置により外側カバーにより形成された室内に入れられる。この場合外側カバーは、対象物を少なくとも部分的に覆い、対象物を遮蔽するのに十分な大きさを有するように設計される。この装置は、グリッパモジュールを適応させるためのグリッパ基盤システムと解釈することができる。駆動装置はグリッパモジュール全体を対象物とともにグリッパ基盤システムに引き入れる。

この装置により、人間とロボットとの安全な相互関係のため対象物の入室を含むグリッパ安全システムを提供するアダプタが作られる。外側カバーは、グリッパモジュールにより把持されそうでなければ作業室内に居る人間を負傷させるおそれのある鋭いエッジを持つ対象物から人間を保護する。それゆえこの装置により鋭いエッジまたは尖った部分を持つ対象物も安全にロボットにより搬送することができる。

この装置は、たとえばグリッパモジュールを産業用ロボット、たとえばデルタロボットまたはリンクアームロボットへ装着するために使用できる。さらにこの装置は、組み立て上の課題にも使用できる利点を有する。

一実施形態によれば、外側カバーは可撓性でひずみセンサ、特にストレインゲージを備える。これにより、人間が接触すると可撓性の外側カバーが変形してひずみセンサにより接触を検出できるという利点が生じる。

一発展例では、外側カバーは容量性センサ、特にタッチパネル（taktilen Haut）をその表面に備える。外側カバーは特に可撓性、軟性またはクッション性を有する。

この発展例は同様に人間による接触を検出できるという利点を有する。

一実施形態によれば、外側カバーは外套面が円筒状または角柱状の幾何学的形状を有する。

一発展例では、グリッパモジュールおよび把持された対象物は引っ込み位置で完全に外側カバーにより形成された室内にある。

一実施形態では、外側カバーは面状に形成された覆いまたは格子状の覆いであり、特に金属管または合成材料管により作られる。管内にケーブルを収容することができる。

一発展例では、駆動装置は少なくとも空圧シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置である。

駆動装置は対象物を迅速に収容するのにも用いられるが、ロボットアーム全体はこのために動かされる必要はない。入れ子式駆動装置は電動機と接続された入れ子機構としても実現することができ、この場合グリッパモジュールが少なくとも入れ子機構の基盤の長さだけ引き延ばしされるという利点を提供する。

一実施形態によれば、インターフェースはデータインターフェースを有し、これは特にＣＡＮバスまたはプロフィバス用の特にフィールドバスインターフェース、シリアルインターフェース、特にファイヤワイヤ、イーサーネットまたはプロフィネット端子、および／またはＷＬＡＮアダプタとして形成される。

この場合有利なのは、データインターフェースをフィールドバスインターフェースとして形成することであり、これを介してこの装置はほかのフィールド機器、センサおよびアクチュエータとともに産業設備においてオートメーション機器に接続することができる。

一発展例では、インターフェースは付加的に第１のプラグインコネクタを含み、これにより制御信号の伝送に適した多数の接点を備えた制御インターフェースが提供される。代替的にまたは補足的にインターフェースは付加的に第２のプラグインコネクタを含み、これにより給電装置に装着するための電気インターフェースが提供される。

この装置は駆動装置並びにグリッパモジュールを駆動するために制御信号および給電装置を利用することができる。

一実施形態によれば、インターフェースは付加的に第３のプラグインコネクタを含み、これにより圧縮空気の搬入および搬出用の端子を備えた空圧インターフェースが提供される。

この装置は圧縮空気を駆動装置並びにグリッパモジュールの駆動用に利用することができる。

一発展例では、この装置は少なくとも１つの第１のセンサ、特に画像センサまたは赤外線ドッドセンサを有しており、このセンサは特に外側カバーのインターフェースに対向するエッジに取り付けられる。

これは、第１のセンサの視界範囲が対象物によっても外側カバーによっても制限されないという利点を有する。従来のセンサとは異なりこの場合には周囲が対象物によっては覆われない。第１のセンサが画像センサであれば、これはまた赤外線画像センサとすることができる。さらに画像センサはレンズを備えることができ、これにより第１のセンサはカメラとして形成される。

一実施形態によれば、この装置は第２のセンサ、特に画像センサまたは赤外線ドッドセンサを含み、これは特に外側カバーのインターフェースに対向するエッジにおいて第１のセンサに対向する側に取り付けられる。

第１のセンサおよび第２のセンサが画像センサであれば、これらはたとえばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサとして選ぶことができる。赤外線ドッドセンサとしてはたとえば温度ドッドセンサが適している。

一発展例では、この装置は第３のセンサを含み、これは赤外線センサであり、第１のセンサの検出範囲よりも大きい検出範囲の監視用に設計されている。

第３のセンサはより大きい周辺またはより大きい距離の監視用に役立つ。

一実施形態によれば、この装置は第１のセンサの信号の評価用に設計された計算機ユニットを含んでおり、この場合特に第２および／または第３のセンサの信号も処理される。計算機ユニットはさらに信号評価に基づき対象物を検出するように設計されている。

計算機ユニットの相応する設計はたとえば適当なプログラミングにある。

一発展例では、計算機ユニットは信号評価の結果をデータインターフェースを介して送出するように設計されている。これにより、センサの情報がこの装置で前処理され、圧縮されてその上にある制御装置にさらに伝送できるという利点が生じる。

一実施形態によれば、第１のセンサおよび第２のセンサは画像センサである。計算機ユニットは第１のセンサおよび第２のセンサの信号の評価用に設計され、この際計算機ユニットはセンサの２Ｄ画像情報から３Ｄ画像情報の計算用に、および３Ｄ画像情報をデータインターフェースを介して特にベクトルの形に圧縮して送出するようにプログラミングされている。

ロボットアームにはこの装置が備えられる。ロボットには同様にこの装置が備えられる。

一発展例では、ロボットは制御装置を有しており、この装置は外側カバーのセンサの信号に基づき接触を検出し、ロボットを保護モードに移すように設計され、その際ロボットの動きは保護モードでは停止、緩慢化または力を減少した形で実施される。

一実施形態によれば、ロボットは外側カバーのセンサの信号に基づき接触を検出するように、および接触に基づき運動経過を学習するように設計された制御装置を有する。

以下に本発明の実施例を図面について説明する。図面では同一または機能が同じ部材は、特に指示しない限り、同一の符号を付けられている。

図１はグリッパモジュールをロボットに装着するためのアダプタを示し、その際グリッパモジュールは対象物を把持するために繰り出し位置にある。図２はグリッパモジュールが引っ込み位置にある図１のアダプタを示し、これによりグリッパモジュール並びに把持された対象物は外側カバーにより保護され遮蔽されている。図３はロボットアームに取り付けられた図２の状態のアダプタを示す。

図１はグリッパモジュール２をロボットに装着するためのアダプタ１を示す。グリッパモジュール２は把持爪３により対象物４を把持し、これを作業台６の上に置く。このためグリッパモジュール２は駆動装置９、ここでは入れ子式駆動装置により繰り出され、これにより外側カバー５により形成された室を離れる。把持爪３は代替的に把持指とすることもできる。

グリッパモジュールは第１の変形例では駆動装置９に固定接続される。第２の変形例では駆動装置９の延長部にグリッパ交換具が取り付けられ、これに種々のグリッパモジュール２を装入できるようになっている。

アダプタ１は、種々のグリッパモジュールに適応するグリッパ基盤システムを提供する。グリッパモジュール２に対向する側にアダプタ１はインターフェース８を備えており、これはアダプタ１をロボットに機械的に装着できるように設計されている。インターフェース８はたとえばロボットアームの端部にあるフランジに取り付けられるように設計されている。

本実施例の可能な一変形例では、外側カバー５は可撓的でありひずみセンサ、特にストレインゲージを備えている。外側カバー５はたとえば合成材料から作られる。アダプタ１がロボットにより動かされ人間に接触すると、外側カバー５は変形し、この変形はストレインゲージにより検出される。これはロボットの制御装置に信号化され、これによりロボットは保護モードに移される。保護モードではロボットの動きが止められるか、緩慢化されるかまたは僅かな力に変更させられる。

本実施例の別の変形例では、外側カバー５はその表面に容量性センサ、特にタッチパネルを備える。この場合外側カバー５は剛性、可撓性、軟性またはクッション性を有するものにすることができる。

相応するテクノロジーは非特許文献２並びに非特許文献３から公知である。

外側カバーの形状は円筒または角柱の外套面に相当し、これにより円筒状または角柱状の室が形成され、この中に駆動装置９はグリッパモジュール２を対象物４とともに完全に収容することができる。

外側カバー５は面状に形成されるか、または単に格子状の覆いとし、この覆いは特に金属管または合成材料管から作り、この中にセンサのケーブルを通すようにすると有利である。

駆動装置９はたとえば空圧シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置、たとえば入れ子式スピンドルドライブである。

外側カバー５の直径はたとえば５０ｍｍ〜１００ｍｍである。しかしこの直径は全く別の値、たとえば１０ｍｍまたは２０ｃｍ〜５０ｃｍとすることも可能である。

インターフェース８は計算機ユニット７の情報を伝送するためのデータインターフェースを有し、これはたとえばＣＡＮバスまたはプロフィバス用のフィールドバスインターフェース、シリアルインターフェース、たとえばファイヤワイヤ、イーサーネットまたはプロフィネット端子および／またはＷＬＡＮアダプタである。

一変形例ではインターフェースは付加的に第１のプラグインコネクタを有し、これは多数の接点を備えた制御インターフェースを提供し、中央制御装置から制御信号を伝送するのに好適である。これはたとえば２５極プラグインコネクタである。インターフェース８はさらに第２のプラグインコネクタを有することができ、これは給電装置に装着するための電気インターフェースを提供する。給電装置はたとえば２４ボルト、２３０ボルトまたは４００ボルト給電装置である。別の変形例ではインターフェースは第３のプラグインコネクタを有し、これは圧縮空気の搬入および搬出端子を備えた空圧インターフェースである。

アダプタ１は有利には制御信号、給電並びに圧縮空気をグリッパモジュール２に対し提供する。さらに圧縮空気または電気エネルギーを駆動装置９に対して提供することができる。

外側カバー５の下側エッジにはたとえばレンズおよびＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサから成る第１のカメラ５１が取り付けられる。外側カバー５の下側エッジの対向側には第２のカメラ６１が取り付けられる。両カメラ５１、６１は、把持爪３により対象物４を把持するのを助成するのに利用できる。このためたとえば計算機ユニット７でカメラ画像の評価が行われる。把持爪３の制御は計算機ユニット７または中央制御装置により行われる。後者の場合計算機ユニット７はカメラ画像またはカメラ画像の圧縮された評価値をデータインターフェースを介して中央制御装置に伝送する。計算機ユニット７はさらにカメラ５１、６１の両カメラ画像から公知の画像処理アルゴリズム、たとえばエッジおよび対象物検知アルゴリズムにより三次元の画像情報を計算する。計算機ユニット７はこの場合三次元画像情報をベクトルに減算し、これはインターフェース８を介して中央制御装置に伝送される。

計算機ユニット７はたとえば適当にプロミングされたＡＲＭプロセッサまたはＤＳＰプロセッサである。カメラ５１、６１は人間が視覚できる光スペクトルを処理できるが、また赤外線カメラとして選ぶこともできる。さらにカメラはそれぞれ簡単な赤外線ドッドセンサ、たとえば温度ドッドセンサとすることができる。

アダプタ１は別のセンサを有することができ、これは赤外線センサとしてカメラ５１、６１の検出範囲よりも著しく大きい検出範囲を監視する。

把持爪３が対象物４を把持した後に、グリッパモジュール２は駆動装置４により外側カバー５により形成される室内に引っ込められる。

図２は、グリッパモジュール２が対象物４とともに完全に室内に引っ込められた後のアダプタ１を示す。グリッパモジュール２および対象物４は少なくとも側方が外側カバー５により覆われ遮蔽される。

図３は、図１および図２のアダプタ１がロボット１０のリンク１１に取り付けられた状態を示す。ロボット１０は２つのアーム部材１２を有しており、これらはリンク１１を介して互いに接続されており、土台１３に据え付けられている。グリッパモジュールが対象物とともに図３では完全に外側カバーの室内に引っ込んでいるので、ロボット１０はそのアーム部材１２を高速で動かしても、人間が場合によっては鋭い角を持つ対象物４により負傷する恐れはない。

さらに操作者は、アダプタ１に触れてたとえばスイッチなどの操作によりロボット１０の学習モードを活性化させることができる。学習モードではロボット１０は操作者のタッチにより運動経過を学習して、操作者がたとえばアダプタ１を所望の運動経過に従って動かすことができる。

相応したテクノロジーは非特許文献４並びに非特許文献５により公知である。

本発明を実施例により詳細に図示し記述したが、本発明は開示例に制限されるものではない。ほかの応用例は当業者であれば本発明の保護範囲を逸脱することなく導出可能である。また上述の実施例、変形例、実施形態およびその発展形態を互いに自由に組み合わせることも可能である。

１アダプタ
２グリッパモジュール
３把持爪
４対象物
５外側カバー
６作業板
７計算機ユニット
８インターフェース
９駆動装置
１０ロボット
１１リンク
１２ロボットアーム
１３土台
５１カメラ
６１カメラ

Claims

‐対象物（４）を把持するために設計されたグリッパモジュール（２）、またはグリッパモジュール（２）を収容するように設計されたグリッパモジュール交換具、
‐装置をロボットへ機械的に装着するように設計されたインターフェース（８）、
を備えたロボットへの装着装置において、
‐グリッパモジュール（２）を引き出し位置から引っ込み位置へ動かすように設計された駆動装置（９）、
‐寸法が
‐引き出し位置でグリッパモジュール（２）により対象物（４）を把持する、
‐引っ込み位置でグリッパモジュール（２）および対象物（４）を少なくとも部分的に覆う、
ように設計された外側カバー（５）、
を備えることを特徴とするロボットへの装着装置。
‐外側カバー（５）が可撓性であり、ひずみセンサ、特にストレインゲージを備える、
請求項１記載の装置。
‐外側カバー（５）が容量性センサ、特にタッチパネルをその表面上に備える、
‐外側カバー（５）が特に可撓性、軟性またはクッション性を有する、
請求項１または２記載の装置。
‐外側カバー（５）が円筒状または角柱状の外套面の幾何学的形状を有する
請求項１から３の１つに記載の装置。
‐グリッパモジュール（２）および把持された対象物（４）が引っ込み位置で完全に外側カバー（５）により形成された室内にある、
請求項１から４の１つに記載の装置。
外側カバー（５）が
‐面状に形成された覆いである、または
‐特に金属管または合成材料管から作られた格子状の覆いである、
請求項１から５の１つに記載の装置。
‐駆動装置（９）が少なくとも空圧的シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置である
請求項１から６の１つに記載の装置。
‐インターフェース（８）が特に
‐特にＣＡＮバスまたはプロフィバス用のフィールドバスインターフェース、
‐シリアルインターフェース、特にファイヤワイヤ、
‐イーサーネット端子またはプロフィネット端子、および／または
‐ＷＬＡＮアダプタ
として形成されたデータインターフェース（８）を有する
請求項１から７の１つに記載の装置。
インターフェース（８）が付加的に
‐制御信号を伝送するのに適した多数の接点を有する制御インターフェースを提供する第１のプラグインコネクタを有し、および／または
‐給電装置に接続するための電気インターフェースを提供する第２のプラグインコネクタを有する
請求項１から８の１つに記載の装置。
インターフェース（８）が付加的に
‐圧縮空気を搬入および搬出するための端子を備えた空圧インターフェースを提供する第３のプラグインコネクタを有する
請求項１から９の１つに記載の装置。
‐特に外側カバー（５）のインターフェース（８）に対向するエッジに取り付けられた少なくとも１つの第１のセンサ（５１）、特に画像センサまたは赤外線ドットセンサを備えた
請求項１から１０の１つに記載の装置。
‐特に外側カバー（５）のインターフェース（８）に対向するエッジの第１のセンサ（５１）に対向する側に取り付けられた第２のセンサ（６１）、特に画像センサまたは赤外線ドットセンサを備えた
請求項１１記載の装置。
‐赤外線センサであり前記第１のセンサの検出範囲よりも大きい検出範囲を監視するように設計された第３のセンサを備えた
請求項１１または１２記載の装置。
‐第１のセンサ（５１）の信号を評価し、その際特に第２および／または第３のセンサの信号も処理する、および
‐信号の評価により前記対象物（４）を検出する
ように設計された計算機ユニット（７）を備えた
請求項１１から１３の１つに記載の装置。
計算機ユニット（７）が
‐データインターフェースを介して信号評価の結果を送出する
ように設計された請求項８および１４記載の装置。
‐第１のセンサ（５１）および第２のセンサ（６１）が画像センサであり、および
‐計算機ユニット（７）が
‐第１のセンサ（５１）および第２のセンサ（６１）の信号を評価するように設計され、計算機ユニット（７）が前記センサ（５１、６１）の２Ｄ画像情報から３Ｄ画像情報を計算するようにプログラミングされ、
‐３Ｄ画像情報をデータインターフェースを介して、特にベクトルの形に圧縮して送出するように
設計される
請求項１２および１５記載の装置。
請求項１から１６の１つに記載の装置を備えたロボットアーム。
請求項１から１６の１つに記載の装置を備えたロボット。
‐外側カバー（５）のセンサの信号に基づき接触を検出する、および
‐ロボットを保護モードに移行させ、保護モードで特にロボットの動きを停止、緩慢化または僅かな力で実施する
ために設計された制御装置を備えた請求項１８記載のロボット。
‐外側カバー（５）のセンサの信号に基づき接触を検出する、および
‐接触に基づき運動経過を学習する
ように設計された制御装置を備えた請求項１８または１９記載のロボット。