JP2020015155A

JP2020015155A - ロボット用保護ジャケットの破れ検出システム及びロボット用保護ジャケットの破れ検出方法

Info

Publication number: JP2020015155A
Application number: JP2018141324A
Authority: JP
Inventors: 貴裕石井; Takahiro Ishii
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: JP7014079B2

Abstract

【課題】破れが生じたことを確実に検出できるロボット用保護ジャケットの破れ検出システムを提供する。【解決手段】ロボット１のアームの手先を除く先端部から設置部側までの全てを覆う袋状に形成されるシート状部材を２層構造とすることで、内部に空気を循環させる循環経路６が形成されている保護ジャケット３を用いる。送風機８により循環経路６の一端から空気を圧送し、循環経路６の他端から排出される空気の流量を流量計１１により検出する。制御装置１２は、前記流量が閾値を超えて変化すると、保護ジャケット３に破れが生じたことを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアームを有するロボットに装着する保護ジャケットの破れを検出するシステム及び方法に関する。

従来、ロボットを保護すること等を目的として、ロボットに装着する保護ジャケットが考案されている。

国際公開第０７／１２２７１７号パンフレット

ロボットの保護が目的であれば、保護ジャケットに多少破れが生じていても特に支障はない。しかしながら、例えば食品や医薬等のように、衛生面が重要となる産業分野において使用されるロボットに保護ジャケットを装着した場合には、ジャケットに破れが生じた際に、ロボットから放出されたグリスやボルト等の異物が混入するのを阻止することが必須となる。したがって、保護ジャケットに破れが生じた場合には、極力早急に検出できることが望ましい。

そこで、破れが生じたことを確実に検出できるロボット用保護ジャケットの破れ検出システム，及びロボット用保護ジャケットの破れ検出方法を提供する。

請求項１記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、アームの手先を除く先端部から設置部側までの全てを覆う袋状に形成されるシート状部材を２層構造とすることで、その２層構造の内部に空気を循環させる循環経路が形成されているロボット用の保護ジャケットを用いる。空気流通機により循環経路に空気を流通させて、その流量を流量計により検出する。そして、破れ検出部は、前記流量が閾値を超えて変化すると、保護ジャケットに破れが生じたことを検出する。

このように構成すれば、保護ジャケットに破れが生じたことを簡単に検出できる。また、保護ジャケットが２層構造となっているので、外層又は内層の一方に破れが生じても、ロボットアームは他方の層により覆われている状態にある。したがって、破れが生じた部分から異物が保護ジャケットの外部に放出されることを阻止できる。また、外層に破れが生じた部分から外部に放出されるのは空気であるから、ワークに特段の影響が及ぶことが無い。

請求項２記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、空気流通機を、循環経路の一端から空気を圧送する送風機とし、流量計を、循環経路より空気が排出される側に配置する。このように構成すれば、保護ジャケットに破れが生じると保護ジャケットの外部に空気が流出するので、排出側の流量が減少することで破れの発生を検出できる。

請求項３記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、空気流通機を、循環経路の他端から空気を吸引する吸引機とし、流量計は循環経路に空気が導入される側に配置する。このように構成すれば、保護ジャケットに破れが生じると外部より保護ジャケットの内部に空気が流入するので、導入側の流量が減少することで破れの発生を検出できる。

請求項４記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、保護ジャケットの内部を仕切り壁によって２つの空間に分けると共に、仕切り壁には１つ以上の通気口を形成する。このように構成して、２つの空間の一方から空気を圧送して、他方から空気を排出させる。これにより、保護ジャケットの内部全体に空気を循環させることができる。

請求項５記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、通気口をアームの先端側に形成する。このように構成すれば、空気の循環経路をより長く形成することができ、排出側において流量の誤検出が生じることを防止できる。

請求項６記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システムは、破れ検出部で用いる閾値を以下のように設定する。ロボットのアームを１サイクル動作させた際に、流量計により検出される流量の変化について標準偏差σを求めておく。そして、アームが静止している状態で検出された流量を基準として、±３σの範囲に閾値を設定する。すなわち、アームが事前に行ったティーチングに従って動作すると、その動作に応じて排出される空気の流量は上下に変動する。そこで、標準偏差σに基づくことで閾値を妥当に設定でき、ジャケットの破れを誤検出することを防止できる。

第１実施形態であり、内部に空気の循環回路を有する保護ジャケットを、垂直６軸型のアームを有するロボットに適用した状態を示す図保護ジャケットの構造を示す模式的な平面図保護ジャケットの構造を示す模式的な縦断側面図保護ジャケットの構造を、一部を透過して示す模式的な斜視図保護ジャケットの破れを検出するシステム構成を示す機能ブロック図制御装置の処理手順を示すフローチャートロボットの静止時において測定される空気の流量を示す図ロボットを１サイクル動作させた際に測定される空気の流量変化の一例を示す図保護ジャケットの外層に破れが生じた場合の流量の変化を模式的に説明する図保護ジャケットの外層に破れが生じた場合の流量の変化を示す図第２実施形態であり、保護ジャケットの破れを検出するシステム構成を示す機能ブロック図保護ジャケットの外層に破れが生じた場合の流量の変化を模式的に説明する図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図１０を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態では、ロボット１として複数のアームを有するいわゆる垂直多関節型の６軸ロボットを想定している。このロボット１は、例えば床面等の設置面２に設置された状態で、制御装置である図示しないコントローラに接続されて各種の作業を実行する。

ロボット１は、設置部に相当するベース１ａ上に、鉛直方向の軸心を持つ第１軸を介してショルダ１ｂが水平方向に回転可能に連結されている。ショルダ１ｂには、第１軸に直交する回転軸である第２軸を介して、下アーム１ｃが回転可能に連結されている。この下アーム１ｃの先端側には、第２軸に平行な回転軸である第３軸を介して第一上アーム１ｄが、下アーム１ｃに対して回転可能に連結されている。第一上アーム１ｄの先端側には、第３軸に直交する回転軸である第４軸を介して第二上アーム１ｅが、第一上アーム１ｄと同軸で捻り回転可能に連結されている。

第二上アーム１ｅの先端側には、第４軸に直交する回転軸である第５軸を介して手首１ｆが回転可能に連結されている。そして、手首１ｆには、第５軸に直交する回転軸である第６軸を介して、先端部としてのフランジ１ｇが、手首１ｆと同軸で捻り回転可能に連結されている。これら第１軸〜第６軸は、ロボット１の関節軸に相当する。

ロボット１のフランジ１ｇ部分を除いた全体は、袋状で気密性が有る保護ジャケット３で覆われている。保護ジャケット３がフランジ１ｇの周辺に取り付けられている部分は、気密性が維持されるようになっている。外層３ａと内層３ｂとの２層構造となっている。また、図２〜図４に示すように、ロボット１の長手方向に沿って仕切り壁４が設けられており、保護ジャケット３の内部空間は仕切り壁４により２分されている。そして、仕切り壁４がロボット１の手首１ｆに係る部分には、通気口５ａ，５ｂが上下に形成されている。

保護ジャケット３を構成するシート状部材は、本実施形態では、耐水性と、例えば次亜塩素酸系の洗浄液等により洗浄できるように耐薬品性とを有するものを採用している。また、シート状部材は、ロボット１が繰り返し同じ作業をする場合でも破損したりせずに耐えられる強度を有する材料が望ましく、例えば厚さが０．５ｍｍ程度のナイロン製である。

図２に示すように、仕切り壁４により２分された保護ジャケット３の内部空間における左側は空気の送出経路６Ｓ，右側は排出経路６Ｒとなっており、これらが空気の循環経路６である。送出経路６Ｓには送出管７が接続されており、排出経路６Ｓには排出管８が接続されている。尚、図１では送出経路６Ｓ，排出経路６Ｒを、ロボット１を側面から見た状態について、便宜的に図中の上下に分けた状態で示している。

図５に示すように、送出管７には送風機９が接続されており、送出経路６Ｓ内には、送風機９によって空気が圧送される。その空気は、送出経路６Ｓをロボット１の先端側である手首１ｆ方向側に送出され、通気口５ａ，５ｂを介して排出経路６Ｓに至る。そこから空気は、ロボット１の設置側であるベース１ａ方向に送出され、排出管８を介して外部に排出される。図中には、空気の流れを矢印で示している。

送出管７，排出管８には、それぞれ流量計１０，１１が接続されており、流量計１０，１１それぞれにより圧送，排出される空気の流量が検出される。流量計１０，１１により検出された空気の流量は、制御装置１２に入力されている。制御装置１２や送風機９には、電源１３により動作用電源が供給される。制御装置１２には操作端末１４が有線又は無線による通信が可能に接続されている。操作端末１４は、例えばパーソナルコンピュータやスマートフォン等である。また、制御装置１２はロボット１のコントローラも兼ねており、破れ検出部に相当する。

次に、本実施形態の作用について図６から図１０を参照して説明する。本実施形態では、流量計１１により外部に排出される空気の流量の変化を監視することで、保護ジャケット３に破れが生じたことを検出する。図６は、検出処理の手順を示すフローチャートである。先ず、ロボット１を停止させた状態で送風機９を動作させて、保護ジャケット３の内部，循環経路６に空気を圧送する（Ｓ１）。そして、送出管７に導入された空気の流量ＱINを流量計１０により計測すると共に（Ｓ２）、排出管８を介して外部に排出された空気の流量ＱOUTを流量計１１により計測する（Ｓ３）。ここで計測される流量は、図７に示すように略一定の値，ＱIN≒ＱOUTとなる。

次に、ロボット１を、事前にティーチングした１サイクルの動作をｎ（≧２）回動作させ、その間に排出される空気の流量を流量計１１を介してサンプリングする（Ｓ４）。ロボット１が動作している間に計測される流量は、図８に示すように上下に変動する。そして、サンプリングした流量について平均値Ｅと標準偏差σを求め、平均値Ｅを基準の１００％とし、±３σの範囲を閾値として設定すると、ロボット１の動作を開始させる。そして、制御装置１２は、流量計１１により排出される流量の監視を開始する（Ｓ５）。

図９にモデル的に示すように、保護ジャケット３の外層３ａに破れが生じて、その箇所より外部に排出される空気の流量をＱOUT’とすると、
ＱOUT＝ＱIN−ＱOUT’
になる。

したがって、保護ジャケット３に破れが生じると、図１０に示すように流量ＱOUTが低下して、基準値１００％より−３σの閾値を下回る（Ｓ６；ＮＯ）。すると、制御装置１２は、ロボット１の動作を停止させ、その状態でも同様に流量Ｑが下回っていることを確認して、破れが生じたと判定する。そして、操作端末１４に通信を行い、音声や文字メッセージにより警告を行う（Ｓ７）。例えば、判定した時刻と共に、
「判定結果／動作時：ＮＧ／停止時：ＮＧ／破れの可能性大」
といったメッセージをディスプレイに表示させる。

以上のように本実施形態によれば、ロボット１のアームの手先を除く先端部から設置部側までの全てを覆う袋状に形成されるシート状部材を２層構造とすることで、内部に空気を循環させる循環経路６が形成されている保護ジャケット３を用いる。送風機８により循環経路６の一端から空気を圧送し、循環経路６の他端から排出される空気の流量を流量計１１により検出する。そして、制御装置１２は、前記流量が閾値を超えて変化すると、保護ジャケット３に破れが生じたことを検出する。

これにより、保護ジャケット３に破れが生じたことを簡単に検出できる。また、保護ジャケット３が外層３ａ，内層３ｂの２層構造となっているので、それらの一方に破れが生じても、アームは他方の層により覆われている状態にある。したがって、破れが生じた部分から異物が保護ジャケット３の外部に放出されることを阻止できる。また、外層３ａに破れが生じた部分から外部に放出されるのは空気であるから、ワークに特段の影響が及ぶことが無い。

また、保護ジャケット３の内部を仕切り壁４によって２つの空間に分けると共に、仕切り壁４に通気口５ａ，５ｂを形成することで、送出経路６Ｓから空気を圧送して、排出経路６Ｒから空気を排出させる。これにより、保護ジャケット３の内部全体に空気を循環させることができる。更に、通気口５ａ，５ｂをアームの先端側に形成することで、循環経路６をより長く形成することができ、排出側において流量の誤検出が生じることを防止できる。

そして、ロボット１のアームをｎサイクル動作させた際に流量計１１により検出される流量の変化について平均値Ｅ及び標準偏差σを求め、平均値Ｅを基準として±３σの範囲を破れ判定を行う閾値として設定したので、ロボット１の動作に応じて排出される空気の流量が変動する状態で閾値を妥当に設定して、保護ジャケット３の破れを誤検出することを防止できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図１１に示すように、第２実施形態では、送風機９に替えて排出管８側に吸引機１５を配置し、吸引機１５によって空気を吸引する。この場合、図１２に示すように、保護ジャケット３の外層３ａに破れが生じると、その箇所より保護ジャケット３の内部に空気が流量する。その流入量をＱOUT”とすると、
ＱOUT＝ＱIN＋ＱOUT”
になる。

この場合、流量計１１により計測される流量ＱOUTは、吸引機１５による一定の吸引量であるから、結果として流量計１０により計測される流量ＱINが減少する。これにより、ステップＳ６にて「ＮＯ」と判断されることになる。
以上のように第２実施形態によれば、排出管８側に吸引機１５を配置し、吸引機１５によって空気を吸引することで保護ジャケット３の破れを検出するようにした。この場合も第１実施形態と同様の効果が得られる。

（その他の実施形態）
閾値については±３σの範囲に限ることなく、適宜変更して良い。また、標準偏差σを用いて設定しなくても良い。例えば、流量ＱIN，ＱOUTを監視し、両者の差が一定値以上となった際に保護ジャケットの破れを検出しても良い。
第１実施形態では流量計１０を削除し、第２実施形態では流量計１１を削除しても良い。
通気口を設ける位置や設ける数は、適宜変更して良い。
仕切り壁は、例えば水平方向に設けても良い。
６軸以外のアームを有するロボットに適用しても良い。

図面中、１はロボット、１ａ〜１ｆはアーム、３は保護ジャケット、３ａは外層、３ｂは内層、４は仕切り壁、５ａ，５ｂは通気口、６は循環経路、９は送風機、１０及び１１は流量計、１２は制御装置を示す。

Claims

複数のアームを有するロボットに装着され、前記アームの手先を除く先端部から設置部側までの全てを覆う袋状に形成されるシート状部材を２層構造とすることで、その２層構造の内部に空気を循環させる循環経路が形成されているロボット用の保護ジャケットと、
前記循環経路の内部に、空気を一方向に流通させる空気流通機と、
前記循環経路を流通する空気の流量を検出する流量計と、
前記流量が閾値を超えて変化すると、前記保護ジャケットに破れが生じたことを検出する破れ検出部とを備えるロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
前記空気流通機は、前記循環経路の一端から空気を圧送する送風機であり、
前記流量計は、前記循環経路より空気が排出される側に配置されている請求項１記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
前記空気流通機は、前記循環経路の他端から空気を吸引する吸引機であり、
前記流量計は、前記循環経路に空気が導入される側に配置されている請求項１記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
前記保護ジャケットは、内部を２つの空間に分ける仕切り壁と、
この仕切り壁に１つ以上形成される通気口とを有している請求項１から３の何れか一項に記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
前記通気口は、前記アームの先端側に形成されている請求項４記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
前記閾値は、前記ロボットのアームを１サイクル動作させた際に、前記流量計により検出される流量を基準として、前記１サイクルの動作を複数回実行させた際の流量
の変化について標準偏差σを求め、前記基準より±３σの範囲に設定されている請求項１から５の何れか一項に記載のロボット用保護ジャケットの破れ検出システム。
複数のアームを有するロボットに装着され、前記アームの手先を除く先端部から設置部側までの全てを覆う袋状に形成されるシート状部材を２層構造とすることで、内部に空気を循環させる循環経路が形成されているロボット用の保護ジャケットについて、
前記循環経路の一端から空気を導入し、前記循環経路の他端から排出される空気の流量を監視して、その流量が閾値を超えて変化した際に前記保護ジャケットに破れが生じたことを検出するロボット用保護ジャケットの破れ検出方法。