JP2020082301A - robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットに関するものである。 The present invention relates to a robot.
特許文献1には、1軸から6軸までの6つの軸と、これらを互いに連結する関節と、を有するロボットアームを備えるロボットが開示されている。このようなロボットは、ロボットアームを作動させた際に、その周辺の構造物と衝突する可能性がある。そこで、特許文献1に記載の発明では、ロボットのうち、周辺の構造物と衝突する可能性がある位置に距離センサーを設け、距離センサーの検出結果に基づいてロボットが構造物に近接したか否かを確認するようになっている。具体的には、関節に3つの距離センサーを設け、その関節と周辺の構造物との距離を検出し、近接の有無を確認する。そして、近接したことを確認した場合には、警報等を発報することにより、ロボットと周辺の構造物との衝突を未然に防止することができる。 Patent Document 1 discloses a robot including a robot arm having six axes from one axis to six axes and joints connecting these axes to each other. Such a robot may collide with a structure around it when the robot arm is operated. Therefore, in the invention described in Patent Document 1, a distance sensor is provided at a position of the robot that may collide with a surrounding structure, and whether or not the robot has approached the structure based on the detection result of the distance sensor. It is supposed to check. Specifically, the joint is provided with three distance sensors, the distance between the joint and the surrounding structure is detected, and the presence or absence of proximity is confirmed. Then, when it is confirmed that the robot has approached, by issuing an alarm or the like, it is possible to prevent the robot from colliding with the surrounding structures.
しかしながら、距離センサーが関節に設けられている場合、ロボットアームの姿勢が変化すると、距離センサーとロボットアームとの距離が短くなるため、そのロボットアームを障害物や人体と誤って検出してしまうという課題がある。その結果、ロボットの作動の安定性が低下する。 However, when the distance sensor is provided at the joint, if the posture of the robot arm changes, the distance between the distance sensor and the robot arm becomes shorter, and the robot arm is mistakenly detected as an obstacle or a human body. There are challenges. As a result, the stability of the robot operation is reduced.
本発明の適用例に係るロボットは、第1部材と、
回動軸を含む関節部を介して前記第1部材と接続され、前記第1部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第2部材と、
前記第2部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、
前記回動軸を中心とし前記回動軸まわりの面上に位置し、
前記回動軸の延在方向における長さが、前記面において一定であり、
前記面上における外縁が、前記延在方向と直交している直交部分を含む。
A robot according to an application example of the present invention includes a first member,
A second member that is connected to the first member via a joint including a rotation shaft and that rotates relative to the first member around the rotation shaft;
A proximity sensor that includes an electrode for a capacitive proximity sensor provided on the second member, and that detects an object based on a change in electrostatic capacitance detected by the electrode for a capacitive proximity sensor. Then
The capacitance type proximity sensor electrode,
Located on the surface around the rotation axis with the rotation axis as the center,
The length in the extending direction of the rotating shaft is constant on the surface,
The outer edge on the surface includes an orthogonal portion that is orthogonal to the extending direction.
以下、本発明のロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図2は、図1に示すロボットのブロック図である。なお、以下では、ロボット1の基台110側を「基端側」、その反対側、すなわちエンドエフェクター17側を「先端側」と言う。
Hereinafter, preferred embodiments of a robot of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a robot according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the robot shown in FIG. In the following, the
図1に示すロボット1は、エンドエフェクター17が装着されたロボットアーム10を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット1は、複数のアーム11〜16を有するロボットアーム10と、ロボットアーム10の先端側に取り付けられたエンドエフェクター17と、これらの作動を制御する制御装置50と、を備える。以下、ロボット1の概略を説明する。
The robot 1 shown in FIG. 1 is a system that uses the
ロボット1は、いわゆる6軸の垂直多関節ロボットである。図1に示すように、ロボット1は、基台110と、基台110に対して相対的に回動するロボットアーム10と、を備える。
The robot 1 is a so-called 6-axis vertical articulated robot. As shown in FIG. 1, the robot 1 includes a
基台110は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボットアーム10は、基台110に対して回動可能に連結されているアーム11と、アーム11に対して回動可能に連結されているアーム12と、アーム12に対して回動可能に連結されているアーム13と、アーム13に対して回動可能に連結されているアーム14と、アーム14に対して回動可能に連結されているアーム15と、アーム15に対して回動可能に連結されているアーム16と、を有する。なお、基台110およびアーム11〜16のうちの互いに連結された2つの部材同士を回動させる部分が「関節部」を構成している。
The
また、図2に示すように、ロボット1は、ロボットアーム10の各関節部を駆動する駆動部130と、ロボットアーム10の各関節部の駆動状態を検出する角度センサー135と、を有する。駆動部130は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー135は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the robot 1 includes a
このようなロボット1のアーム16の先端面には、エンドエフェクター17が装着されている。なお、アーム16とエンドエフェクター17との間には、力覚センサーが配置されていてもよい。
An
エンドエフェクター17は、対象物を把持する把持ハンドである。このエンドエフェクター17は、図1に示すように、本体171と、本体171に設置されている駆動部170と、駆動部170からの駆動力により開閉する1対の把持部172と、把持部172に設けられている把持力センサー173と、を有する。
The
ここで、駆動部170は、例えば、モーターと、モーターからの駆動力を1対の把持部172に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、1対の把持部172は、駆動部170からの駆動力により開閉する。これにより、1対の把持部172間で対象物を掴んで保持したり、1対の把持部172間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。把持力センサー173は、例えば、抵抗型、静電型等の感圧センサーであり、把持部172または把持部172と駆動部170との間に配置され、1対の把持部172間に加わる力を検出する。なお、エンドエフェクター17は、前述した把持ハンドに限定されず、例えば、吸着により対象物を保持する方式のエンドエフェクターであってもよい。本明細書において、「保持」とは、吸着および把持の双方を含む概念である。また、「吸着」とは、磁力による吸着、負圧による吸着等を含む概念である。また、エンドエフェクター17に用いる把持ハンドの指の数は、2本に限定されず、3本以上であってもよい。
Here, the
図1および図2に示す制御装置50は、角度センサー135の検出結果に基づいて、ロボットアーム10の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置50は、把持力センサー173の検出結果およびロボット1の作動条件に基づいて、エンドエフェクター17の把持力を決定したりロボット1の作動条件を変更したりする機能を有していてもよい。
The
この制御装置50は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサー51と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリー52と、I/F53(インターフェース回路)と、を有する。そして、制御装置50は、メモリー52に記憶されているプログラムをプロセッサー51が適宜読み込んで実行することで、ロボットアーム10およびエンドエフェクター17の作動の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、I/F53は、ロボットアーム10およびエンドエフェクター17と通信可能に構成されている。
The
なお、制御装置50は、図示ではロボット1の基台110内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台110の外部やロボットアーム10内に配置されていてもよい。また、制御装置50には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。
Although the
また、図1および図2に示すロボット1は、ロボットアーム10よりも基端側であって、ロボットアーム10と基台110との間に設けられている力センサー21を備える。
In addition, the robot 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a
力センサー21は、ロボットアーム10に付与される外力を検出するセンサーである。このような力センサー21を設けることにより、ロボットアーム10またはエンドエフェクター17に外力が付与されたとき、その外力がロボットアーム10を経て力センサー21に伝達され、力センサー21においてその力の大きさや向きを検出することができる。
The
なお、このような力センサー21は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。
In addition, such a
ここで、図3は、図1に示すロボットアーム10のうちの一部を拡大して示す分解斜視図である。具体的には、図3には、アーム12およびアーム13ならびにそれらの連結部である関節部3を図示している。また、図4は、図3に示すロボットアーム10の一部を組み立てた状態の斜視図である。
Here, FIG. 3 is an exploded perspective view showing a part of the
図1に示すロボットアーム10のうち、アーム12は、前述したように、アーム11とアーム13との間に設けられている。また、ロボットアーム10のうち、アーム13は、前述したように、アーム12とアーム14との間に設けられている。
Of the
そして、アーム12およびアーム13は、図3および図4に示すように、関節部3を介して互いに接続されている。つまり、第1部材であるアーム12に対し、第2部材であるアーム13が、回動軸32を含む関節部3を介して接続されている。そして、アーム12に対してアーム13が相対的に回動するように構成されている。また、関節部3は、Z軸方向に対向配置された一対の接続板31、31と、Z軸方向に延在する回動軸32と、を含んでいる。一対の接続板31、31は、アーム12およびアーム13を跨ぐように配置されている。そして、接続板31同士の間に、アーム12およびアーム13が挟持されている。また、回動軸32は、一対の接続板31、31およびアーム13を貫通するように設けられ、回動軸32まわりにアーム13が回動する。なお、図3および図4では、回動軸32の延在方向をZ軸方向とする。また、アーム12の延在方向をX軸方向とし、Z軸方向およびX軸方向の双方に直交する方向をY軸方向とする。なお、一対の接続板31、31は、アーム12とは一体であっても別体であってもよい。
The
また、アーム13は、回動軸32の延在方向から見たとき、直線状をなす直線部131と、外縁に円弧を含む円形部132と、を備えている。円形部132は、直線部131の長手方向の両端のうち、アーム12側の端部に接続されている。また、円形部132の外縁は、円弧状をなしており、その円弧の中心は、回動軸32と一致している。
Further, the
図5は、アーム12および一対の接続板31、31に対してアーム13が回動軸32まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、図5は、回動軸32の延在方向からアーム12およびアーム13を見た図である。また、図5では、図示の便宜上、一対の接続板31、31のうちの一方の図示を省略している。
FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which the
図5では、アーム12を固定した系においてアーム13が回動する例を図示している。図5に示すアーム13は、アーム12の延長方向を中心に、左右で所定の角度範囲内で回動するようになっている。以下の説明では、アーム13の回動可能な角度範囲全体を「回動可能範囲」という。なお、この回動可能範囲の大きさは、特に限定されない。
FIG. 5 illustrates an example in which the
また、アーム13の直線部131は、Z軸方向に直交する上面131aおよび下面131bと、Z軸方向に平行であるとともにY軸方向に直交する側面131cおよび側面131dと、を備えている。上面131aおよび下面131bは、X軸方向に長軸を有する矩形をなしている。
The
一方、アーム13の円形部132は、Z軸方向に直交する上面132aおよび下面132bと、Z軸方向に平行な側面132cと、を備えている。側面132cは、上面132aの外縁と下面132bの外縁とを接続している。前述したように、上面132aの外縁および下面132bの外縁は円弧状をなしていることから、側面132cは、回動軸32を中心とし、回動軸32まわりに位置する円弧面である。なお、円弧面とは、回動軸32を中心とする円弧を回動軸32に沿って移動させたときに形成される面のことをいう。
On the other hand, the
また、側面132c上には、静電容量型近接センサー用電極41が設けられている。この静電容量型近接センサー用電極41は、静電容量型近接センサーに用いられる電極であって、電界を形成する電極である。このような電極は、例えば、側面132c上に貼り付けられた導電膜等を備えている。そして、このような静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化に基づき、処理部42において、アーム13に近接する物体の有無を検出する。したがって、静電容量型近接センサー用電極41および処理部42により、近接センサー4が構成されている。
Further, the capacitance type
処理部42は、静電容量型近接センサー用電極41で検出された静電容量の変化に基づき、その変化量や変化速度等を算出する処理を行って物体の有無を判断する。なお、処理部42は、前述した制御装置50に統合されていてもよい。
The
このような近接センサー4は、アーム13に接近する物体の存在を検出するセンサーである。換言すれば、ロボット1の作動により、アーム13が周囲の物体に接近し、その物体が近接センサー4の検出可能範囲に入ったとき、近接センサー4によってその物体の存在を検出する。近接センサー4の検出可能範囲とは、静電容量型近接センサー用電極41が形成する電界が物体の存在に伴って変化するとき、その変化を検出することが可能な範囲のことをいう。なお、物体には、人や動物等の生体も含まれる。
Such a proximity sensor 4 is a sensor that detects the presence of an object approaching the
近接センサー4によって物体の存在を検出した場合、その検出信号が制御装置50に出力される。そして、制御装置50によりロボットアーム10の作動を停止させたり、物体との接触を回避するように作動させたりすることができる。これにより、ロボットアーム10と物体との接触を防止することができる。また、これらの制御に代えて、ロボットアーム10と物体との接触を警告する警報を発報するようにしてもよい。
When the presence of the object is detected by the proximity sensor 4, the detection signal is output to the
ここで、図6は、従来例に係るロボットの第1部材に対して第2部材が回動軸まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図6のうち、図5との相違点以外の構成には、図5と同様の符号を付している。 Here, FIG. 6 is a diagram for explaining a state in which the second member relatively rotates about the rotation axis with respect to the first member of the robot according to the conventional example. Note that, for convenience of explanation, in FIG. 6, components other than the differences from FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図6に示す従来例のロボットアーム10’が備える第2部材であるアーム13’は、図5に示す円形部132に代えて方形部132’を備えている。図6に示すアーム13’も、図5と同様、第1部材であるアーム12の延長方向を中心に、左右で所定の角度範囲内で回動するようになっている。そして、ロボットアーム10’のそれ以外の構成は、ロボットアーム10と同様である。また、図6に示す電極41’は、方形部132’の側面上に設けられている。
The arm 13', which is the second member of the conventional robot arm 10' shown in FIG. 6, has a
アーム13’が回動軸32まわりに回動すると、それに伴って電極41’もアーム12に対して相対的に回動する。
When the
ところで、図6に示すアーム12は、電極41’の近くに配置されているため、電極41’を含む近接センサーの検出可能範囲に含まれている。これにより、アーム12とアーム13との距離を近づけることができ、ロボット1の小型化が容易になる。仮に、近接センサーの検出可能範囲に含まれないようにアーム13’からアーム12を離間させた場合、ロボットアーム10’が著しく大型化してしまうため、現実的ではない。一方、アーム12が電極41’を含む近接センサーの検出可能範囲に含まれていると、電極41’の回動に伴って、電極41’とアーム12との距離が変化することになる。かかる距離の変化は、物体の存在を検出する本来の機能の精度を低下させる。すなわち、電極41’とアーム12との距離が変化した結果、近接センサーの検出可能範囲に物体が存在していないにもかかわらず、存在していると誤認したり、物体までの距離の測定精度が低下したりするおそれがある。
By the way, since the
以下、かかる課題の具体例について説明する。図6に示すように、アーム13’が[A]の位置にあるとき、電極41’とアーム12との最短距離をL1とする。また、アーム13’が[A]の位置から回動して[B]の位置にあるとき、電極41’とアーム12との最短距離をL2とする。さらに、アーム13’が[A]の位置から回動して[C]の位置にあるとき、電極41’とアーム12との最短距離をL3とする。
Hereinafter, a specific example of this problem will be described. As shown in FIG. 6, when the arm 13' is in the position [A], the shortest distance between the electrode 41' and the
電極41’は、方形部132’の側面上に設けられているため、アーム13’が回動すると、電極41’とアーム12との最短距離が変化する。すなわち、最短距離L1と最短距離L2、L3とが異なる。その結果、アーム13’の回動に伴って、電極41’で検出される静電容量が意図せず変化してしまう。かかる変化は、ロボットアーム10’に近接した物体が存在すると近接センサー4に誤認させる原因となる。
Since the electrode 41' is provided on the side surface of the
そこで、本実施形態では、図5に示すように、方形部132’に代えて円形部132を用いている。そして、静電容量型近接センサー用電極41は、円形部132の側面132c上に設けられている。以下、本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極41について詳述する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, a
本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極41は、以下の3つの要素a、b、cを満たしている。
The capacitance type
a:静電容量型近接センサー用電極41は、回動軸32を中心とし回動軸32まわりに位置する円弧面である側面132c上に設けられている
b:静電容量型近接センサー用電極41は、回動軸32の延在方向(Z軸方向)の長さが側面132c(円弧面)において一定である
c:静電容量型近接センサー用電極41の外縁が、回動軸32の延在方向(Z軸方向)と直交している部分を含む
a: the capacitance type
以下、3つの要素a、b、cについて順次説明する。
まず、要素aについて説明する。図3ないし図5に示すように、静電容量型近接センサー用電極41は、側面132c上に設けられている。側面132cは、前述したように、回動軸32を中心とし、回動軸32まわりに位置する円弧面である。すなわち、図5に示す側面132cは、回動軸32を中心軸とし、底面が真円である円柱の側面である。したがって、その側面132c上に設けられた静電容量型近接センサー用電極41も、回動軸32を中心軸とする円筒の一部をなしている。このため、回動軸32まわりにアーム13が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41とアーム12との最短距離は変化しない。その結果、要素aは、静電容量型近接センサー用電極41の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の1つである。
The three elements a, b, and c will be sequentially described below.
First, the element a will be described. As shown in FIGS. 3 to 5, the capacitance type
なお、回動軸32を中心軸とし、底面が真円である円柱とは、完全な真円から製造誤差程度のずれを許容する概念である。製造誤差程度のずれの一例としては、完全な真円からのずれがその真円の半径の10%以下という程度が挙げられる。
The cylinder having the
次に、要素bについて説明する。静電容量型近接センサー用電極41のZ軸方向の長さは、側面132c上において一定である。具体的には、図3に示すように、側面132c上の任意の2か所における静電容量型近接センサー用電極41のZ軸方向の長さをL4およびL5としたとき、長さL4と長さL5とが互いに等しくなっている。このような要素bを満たす静電容量型近接センサー用電極41が回動するとき、静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との位置関係が変化しにくい。その結果、要素bも、静電容量型近接センサー用電極41の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の1つである。
Next, the element b will be described. The length of the capacitance type
なお、静電容量型近接センサー用電極41のZ軸方向の長さが側面132cにおいて一定とは、Z軸方向の長さの合計が、側面132cの周方向の全長において変化しないことをいうが、製造誤差程度のずれは許容される。製造誤差程度のずれの一例としては、Z軸方向の長さの最大値と最小値との差が、最大値の10%以下という程度が挙げられる。
In addition, that the length in the Z-axis direction of the capacitance type
次に、要素cについて説明する。静電容量型近接センサー用電極41の外縁は、図3に示すように、Z軸方向と直交する直交部分411を含んでいる。直交部分411が回動軸32の延在方向と直交しているため、回動軸32まわりにアーム13が回動したとしても、Z軸方向における静電容量型近接センサー用電極41の位置は変化しない。このため、静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との位置関係が変化しにくい。その結果、要素cも、静電容量型近接センサー用電極41の回動に伴う静電容量の変化を最小限に抑える要素の1つである。
Next, the element c will be described. The outer edge of the capacitance type
なお、直交部分411がZ軸方向と直交するとは、回動軸32を法線とする平面上に直交部分411が位置している状態をいうが、その直交部分411は完全な直交から製造誤差程度のずれを許容する概念である。製造誤差程度のずれの一例としては、直交部分411とZ軸方向との交差角度が、90°±5°の範囲内にある程度が挙げられる。
Note that the
以上の3つの要素a、b、cを満たすことにより、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられる。その結果、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー4による誤検出が頻発するのを防止することができる。すなわち、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1を実現することができる。
By satisfying the above three elements a, b, and c, even if the electrostatic capacitance type
以上のように、本実施形態に係るロボット1は、第1部材であるアーム12と、回動軸32を含む関節部3を介してアーム12と接続され、アーム12に対して回動軸32まわりに相対的に回動する第2部材であるアーム13と、アーム13に設けられている静電容量型近接センサー用電極41を備え、静電容量型近接センサー用電極41で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサー4と、を有している。そして、静電容量型近接センサー用電極41は、回動軸32を中心とし回動軸32まわりの面、すなわち円弧面である側面132c上に位置しており、かつ、回動軸32の延在方向における長さが回動軸32まわりの側面132c上において一定であり、かつ、回動軸32まわりの側面132c上における外縁が回動軸32の延在方向と直交している直交部分411を含んでいる。
As described above, the robot 1 according to the present embodiment is connected to the
このようなロボット1によれば、アーム13の回動に伴って静電容量型近接センサー用電極41も回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化を最小限に抑えることができる。これにより、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1を実現することができる。
According to such a robot 1, even if the capacitance type
なお、物体が近接センサー4の検出可能範囲に存在しないとき、アーム13の回動に伴う静電容量の変化はできるだけ小さい方がよいが、一例として、アーム13の回動に伴う静電容量の変化幅が、静電容量の最大値の10%未満であることが好ましい。このような特性は、アーム13の回動に伴う意図しない静電容量の変化を抑え、近接センサー4における誤検出が少なく、信頼性の高いロボット1の実現に寄与する。
It should be noted that when the object is not within the detectable range of the proximity sensor 4, the change in the capacitance due to the rotation of the
また、本実施形態に係る静電容量型近接センサー用電極41は、側面132c上に貼り付けられた面状の電極である。静電容量型近接センサー用電極41の外縁の一部は、前述したようにZ軸方向と直交する直交部分411であるが、この直交部分411は、円弧面である側面132cの全長にわたって設けられている。換言すれば、直交部分411は、側面132cの全長において回動軸32の延在方向と直交している。
Further, the capacitance type
直交部分411がこのような範囲に設けられていることで、図5に示すようなアーム13の回動可能範囲の全体において、アーム13が回動したとしても静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との位置関係が変化しにくくなる。したがって、回動可能範囲の大きさによらず、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1を実現することができる。
Since the
なお、側面132cの全長とは、円弧面である側面132c上の周方向、すなわち、Z軸方向と直交する平面内における全長のことをいう。
The total length of the
一方、本実施形態に係るロボット1では、静電容量型近接センサー用電極41が、上記3つの要素a、b、cではなく、以下の要素dを満たしていてもよい。
On the other hand, in the robot 1 according to the present embodiment, the capacitance type
d:静電容量型近接センサー用電極41は、第1部材であるアーム12に対して第2部材であるアーム13が相対的に回動するとき、アーム12の表面から近接センサー4の検出可能距離にある仮想空間VSに交差している領域CAの面積が一定である
d: The capacitive
すなわち、本実施形態に係るロボット1は、第1部材であるアーム12と、回動軸32を含む関節部3を介してアーム12と接続され、アーム12に対して回動軸32まわりに相対的に回動する第2部材であるアーム13と、アーム13に設けられている静電容量型近接センサー用電極41を備え、静電容量型近接センサー用電極41で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサー4と、を有している。そして、静電容量型近接センサー用電極41は、アーム12に対してアーム13が相対的に回動するとき、アーム12の表面から近接センサー4の検出可能距離にある仮想空間VSに交差している領域CAの面積が一定である、という要素dを満たしている。なお、近接センサー4の検出可能距離とは、静電容量型近接センサー用電極41に物体が接近してきたとき、静電容量の変化に基づいて物体の存在を検出し得る最大距離のことをいう。
That is, the robot 1 according to the present embodiment is connected to the
このようなロボット1によれば、アーム13の回動に伴って静電容量型近接センサー用電極41も回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化を最小限に抑えることができる。これにより、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1を実現することができる。
According to such a robot 1, even if the capacitance type
以下、要素dについて説明する。
前述したように、静電容量型近接センサー用電極41に対向する位置に設けられたアーム12は、近接センサー4の検出可能範囲に位置している。このことは、見方を変えると、アーム12の表面から近接センサー4の検出可能距離にある仮想空間VSを仮想したとき、その仮想空間VSに静電容量型近接センサー用電極41の少なくとも一部が含まれている、と言い換えることができる。この場合、静電容量型近接センサー用電極41のうち、仮想空間VSと交差している領域CAは、そこから発生する電気力線がアーム12から影響を受ける領域ということになる。図5では、仮想空間VSの一例にドットを付して図示している。この仮想空間VSとは、アーム12の表面から近接センサー4の検出可能距離にある点の集合体を指す。なお、図5の仮想空間VSは、図示の便宜のため、アーム13側に位置する一部のみを図示したものである。つまり、実際の仮想空間は、アーム12の表面全体に広がっている。そして、静電容量型近接センサー用電極41のうち、仮想空間VSに交差、つまり接している部分が、前述した領域CAである。
The element d will be described below.
As described above, the
したがって、要素dは、アーム12の表面から近接センサー4の検出可能距離にある仮想空間VSに交差している領域CAの面積が、第1部材であるアーム12に対して第2部材であるアーム13が相対的に回動する際に、変化することなく一定であるというものである。このような要素dの具体例について、図7ないし図9を用いて説明する。
Therefore, in the element d, the area of the region CA that intersects the virtual space VS at the detectable distance of the proximity sensor 4 from the surface of the
図7ないし図9は、それぞれ第1部材であるアーム12に対して第2部材であるアーム13が回動軸32まわりに相対的に回動する様子を説明するための図である。なお、図7は、図5に示す[A]の位置にあるときのアーム13を示す斜視図であり、図8は、図5に示す[B]の位置にあるときのアーム13を示す斜視図であり、図9は、図5に示す[C]の位置にあるときのアーム13を示す斜視図である。図7ないし図9では、静電容量型近接センサー用電極41に疎なドットを付し、領域CAに密なドットを付している。
7 to 9 are views for explaining the manner in which the
図7ないし図9に示すように、アーム12に対してアーム13が相対的に回動するのに伴い、アーム12に付随する仮想空間VSに対して静電容量型近接センサー用電極41が相対的に移動する。その際、要素dを満たすことにより、アーム13が[A]の位置にあるときでも、[B]の位置にあるときでも、[C]の位置にあるときでも、領域CAの面積は互いに同じになる。つまり、このように領域CAの面積が変化しないように、静電容量型近接センサー用電極41の形状や、静電容量型近接センサー用電極41とアーム12の位置関係を適宜調整する。これにより、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との相互作用の状態が変化しにくい。このため、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量の変化を最小限に抑えることができる。その結果、静電容量の意図しない変化が抑えられるため、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1を実現することができる。
As shown in FIGS. 7 to 9, as the
なお、領域CAの面積が一定とは、アーム12に対してアーム13が相対的に回動する際に、領域CAの面積の最大値と最小値との差が、最大値の10%以下であることをいう。
Note that the area of the area CA is constant means that when the
また、第1部材であるアーム12に対して第2部材であるアーム13が相対的に回動するとき、領域CAの面積が一定であれば形状は変化してもよいが、好ましくは形状も一定とされる。これにより、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との相互作用の状態が特に変化しにくくなる。このため、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量の変化を特に最小限に抑えることができる。すなわち、静電容量の変化には、領域CAの面積の変化が大きな影響を及ぼすが、領域CAの形状も多少の影響を及ぼす。したがって、面積のみでなく、領域CAの形状も一定にすることで、静電容量の変化を特に最小限に抑えることができる。
Further, when the
さらに、第1部材であるアーム12に対して第2部材であるアーム13が相対的に回動するとき、アーム12に対する領域CAの相対位置が変化してもよいが、好ましくは相対位置が一定である。これにより、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41から発生する電気力線とアーム12との相互作用の状態がさらに変化しにくくなる。このため、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量の変化をとりわけ最小限に抑えることができる。
Further, when the
なお、アーム12に対する領域CAの相対位置とは、アーム12に固定された視野における領域CAの位置を指す。したがって、例えば固定されたアーム12に対してアーム13が回動する過程で、アーム12に固定された視野における領域CAの位置が変化しなければよい。
The relative position of the area CA with respect to the
以上、第1実施形態について説明したが、静電容量型近接センサー用電極41は、アーム13ではなく、図1に示すアーム12やアーム15等に設けられていてもよく、これらのアームの2つ以上に併設されていてもよい。
Although the first embodiment has been described above, the capacitance type
また、近接センサー4は、前述した静電容量型近接センサー用電極41以外の電極をさらに有していてもよい。例えば、図3および図4に示す静電容量型近接センサー用電極41は、アーム13の直線部131の表面にも延在しているが、これにより、この直線部131に近接する物体の存在を検出することが可能になる。
Further, the proximity sensor 4 may further have electrodes other than the capacitance type
なお、このような電極の配置は、ロボットアーム10の可動域やロボット1の稼働環境に応じて適宜設定されるため、図示した配置に限定されず、いかなる配置であってもよい。
The arrangement of such electrodes is appropriately set according to the range of motion of the
また、静電容量型近接センサー用電極41は、上記3つの要素a、b、cとともに、要素dを満たしていてもよい。
Further, the capacitance type
<第2実施形態>
図10は、第2実施形態に係るロボットの一部を示す斜視図である。
<Second Embodiment>
FIG. 10 is a perspective view showing a part of the robot according to the second embodiment.
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図10において、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。 Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted. In FIG. 10, the same components as those in the above-described first embodiment are designated by the same reference numerals.
第2実施形態は、複数に分割された静電容量型近接センサー用電極41を備えている以外、第1実施形態と同様である。すなわち、図10に示す静電容量型近接センサー用電極41は、第1電極41aと、第2電極41bと、を有している。このように複数に分割された静電容量型近接センサー用電極41を備えていることにより、近接センサー4における物体の検出精度をより高めることができる。
The second embodiment is the same as the first embodiment except that it is provided with a plurality of electrostatic capacitance type
複数に分割された静電容量型近接センサー用電極41を備える近接センサー4の検出方式は、自己容量方式または相互容量方式のいずれであってもよい。このうち、相互容量方式の近接センサー4では、前述した第1電極41aおよび第2電極41bのうち、一方を電気力線の発生用電極として用い、他方を容量の計測用電極として用いる。自己容量方式の場合は、物体との距離が短くなった場合も、例えば水滴等の誘電率の高い異物がセンサー用電極に付着した場合も、共に計測容量が増加するため、これらを区別することは困難である。しかし、相互容量方式の場合は、電気力線が近接した物体により遮られて容量の計測用電極に届かなくなり、計測容量が減少することから物体の近接を検出するため、静電容量型近接センサー用電極41に水滴等の異物が付着したとしても、引き続き静電容量の変化を検出することが可能である。したがって、相互容量方式の近接センサー4では、物体の存在を検出するという本来の機能が維持されやすい。その結果、近接センサー4における誤検出が特に少ないロボット1Aを実現することができる。
The detection method of the proximity sensor 4 including the electrostatic capacitance type
ここで、このように分割されている場合であっても、第1電極41aおよび第2電極41bは、それぞれ第1実施形態に係る3つの要素a、b、cまたは要素dを満たしている。このため、本実施形態においても、第1実施形態と同様、静電容量型近接センサー用電極41が回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられ、近接センサー4における誤検出が少ないロボット1Aを実現することができる。
Here, even when divided in this way, the
なお、図10では、一例として、互いに電気的に絶縁された第1電極41aおよび第2電極41bが、Z軸方向に並んでいる。換言すれば、図10に示す第1電極41aおよび第2電極41bは、図3に示す静電容量型近接センサー用電極41を、Z軸方向に2つに分割したものである。そして、第1電極41aと第2電極41bとの隙間は、Z軸方向と直交する方向に延在している。したがって、第1電極41aおよび第2電極41bは、それぞれ、Z軸方向に直交する2つの外縁を有することになるが、これらの外縁もZ軸方向と直交することになる。なお、複数の電極の並び方は、これに限定されず、いかなる並び方であってもよい。
In FIG. 10, as an example, the
図11および図12は、それぞれ比較のための図であり、前述した第1実施形態に係る3つの要素a、b、cのうちの少なくとも1つを満たしていない電極を備えたロボットアームを示す斜視図である。なお、図11および図12では、説明の便宜上、図10と同様の構成には、同一符号を付してある。 11 and 12 are diagrams for comparison, respectively, and show a robot arm provided with electrodes that do not satisfy at least one of the three elements a, b, and c according to the first embodiment. It is a perspective view. Note that, in FIGS. 11 and 12, for convenience of description, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
図11に示す電極410’は、第1電極41a’および第2電極41b’の2つに分割されているが、これらはその形状が異なる以外、第1電極41aおよび第2電極41bと同様である。具体的には、第1電極41a’の外縁は、前述した直交部分411を有しておらず、代わりに、Z軸方向に対して斜めに交差している非直交部分411’を有している。すなわち、第1電極41a’の外縁のうち、Z軸方向に交差する2つの非直交部分411’は、図11に示すZ軸方向に変位するように傾いている。したがって、図11に示す第1電極41a’の外縁は、前述した要素cを満たしていない。
The electrode 410' shown in FIG. 11 is divided into two, a
また、第2電極41b’の外縁は、Z軸方向に交差する直交部分411を有しているが、それに加えて、Z軸方向に対して斜めに交差している非直交部分411’を有している。すなわち、図11に示す第2電極41b’の外縁のうち、Z軸のマイナス側に位置する部分は、直交部分411である一方、Z軸のプラス側に位置する部分は、非直交部分411’になっている。したがって、図11に示す第2電極41b’の外縁は、前述した要素b、cを満たしていない。
The outer edge of the
以上のような電極410’を備えているため、図11に示すロボットでは、電極410’が回動するとき、電極410’から発生する電気力線とアーム12との位置関係が変化してしまう。このため、静電容量が変化するおそれがある。
Since the robot shown in FIG. 11 is provided with the
また、上述した図11に示すロボットは、第1実施形態に係る要素dも満たしていない。このため、かかる観点からも、図11に示すロボットでは、静電容量が変化するおそれがある。 Further, the robot shown in FIG. 11 described above does not satisfy the element d according to the first embodiment. Therefore, also from this viewpoint, in the robot shown in FIG. 11, the electrostatic capacitance may change.
一方、図12に示す電極410’は、第1電極41c’、第2電極41d’および第3電極41e’の3つに分割されているが、これらはその形状が異なる以外、第1電極41aおよび第2電極41bと同様である。具体的には、第1電極41c’、第2電極41d’および第3電極41e’は、それぞれZ軸方向に長軸を有する略長方形をなしており、かつ、回動軸32まわりに並んでいる。このため、このような電極410’は、回動軸32まわりに電極が存在している位置と存在していない位置とが混在した形状をなしていることになる。したがって、図12に示す電極410’は、Z軸方向の長さが円形部132の側面において一定ではないことから、前述した要素bを満たしていない。これにより、図12に示すロボットでは、電極410’が回動するとき、電極410’から発生する電気力線とアーム12との位置関係が変化してしまう。このため、静電容量が変化するおそれがある。
On the other hand, the
また、上述した図12に示すロボットは、第1実施形態に係る要素dも満たしていない。このため、かかる観点からも、図12に示すロボットでは、静電容量が変化するおそれがある。 Further, the robot shown in FIG. 12 described above does not satisfy the element d according to the first embodiment. Therefore, also from this point of view, the electrostatic capacitance may change in the robot shown in FIG.
以上のことから、図11および図12に示すロボットアームでは、本実施形態に係るロボット1、1Aが奏する効果を奏し得ない。
From the above, the robot arm shown in FIGS. 11 and 12 cannot achieve the effects of the
これに対し、図10に示す第1電極41aおよび第2電極41bは、それぞれ第1実施形態に係る3つの要素a、b、cまたは要素dを満たしている。特に、第1電極41aと第2電極41bとを隔てる隙間は、Z軸方向に直交するように延在しており、その結果、第1電極41aおよび第2電極41bは、それぞれ2つずつの直交部分411を有している。このような静電容量型近接センサー用電極41では、それが回動したとしても、静電容量型近接センサー用電極41で検出される静電容量の変化が最小限に抑えられるという効果が得られる。なお、上述した図10に示すロボット1Aは、第1実施形態に係る要素dも満たしている。このため、かかる観点からも、図10に示すロボット1Aは、上述した効果を奏するものとなる。
On the other hand, the
一方、図13および図14は、それぞれ第2実施形態の変形例を示す斜視図である。なお、図13および図14は、斜視図における視野の角度が互いに異なっている以外、同一のものを図示している。また、図13および図14では、説明の便宜上、図10と同様の構成には、同一符号を付してある。 On the other hand, FIG. 13 and FIG. 14 are perspective views showing modified examples of the second embodiment. 13 and 14 show the same thing except that the angles of the visual fields in the perspective views are different from each other. Further, in FIGS. 13 and 14, for convenience of description, the same configurations as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
図13および図14に示す変形例に係る静電容量型近接センサー用電極41は、互いに噛み合うように構成された櫛歯型の第1電極41Aおよび第2電極41Bを備えている以外、図10に示す静電容量型近接センサー用電極41と同様である。
The capacitance type
具体的には、第1電極41Aは、回動軸32まわりに延在する3つの部分412Aと、それらを互いに接続するようにZ軸方向に延在する部分413Aと、を備えた櫛歯型をなしている。一方、第2電極41Bも、回動軸32まわりに延在する2つの部分412Bと、それらを互いに接続するようにZ軸方向に延在する部分413Bと、を備えた櫛歯型をなしている。そして、第1電極41Aおよび第2電極41Bが互いに噛み合っている。つまり、3つの部分412Aと2つの部分412Bとが、いずれも円形部132の側面132cに設けられ、かつ、側面132c上においてZ軸方向に交互に並んでいる。
Specifically, the
これらの3つの部分412Aおよび2つの部分412Bは、それぞれ第1実施形態に係る3つの要素a、b、cまたは要素dを満たしている。
These three
このような櫛歯型をなす第1電極41Aおよび第2電極41Bを備えることにより、静電容量型近接センサー用電極41は、第1電極41Aと第2電極41Bとの間を十分に近づけつつ、広い面積を占めることができる。このため、側面132cの面積が広い場合でも、近接センサー4の検出精度を高めることができる。
このような変形例においても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
By including the comb-shaped
Even in such a modification, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
以上、本発明のロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 The robot of the present invention has been described above based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each part may be replaced with an arbitrary configuration having the same function. You can Moreover, other arbitrary components may be added to the present invention.
また、本発明は、前述した2つの実施形態の構成を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態の数に限定されず、1つ以上5つ以下または7つ以上であってもよい。
Further, the present invention may be a combination of the configurations of the two embodiments described above.
The robot of the present invention is not limited to a single-arm robot as long as it has a robot arm, and may be another robot such as a double-arm robot or a scalar robot. Further, the number of arms included in the robot arm is not limited to the number in the above-described embodiment, and may be 1 or more and 5 or less or 7 or more.
1…ロボット、1A…ロボット、3…関節部、4…近接センサー、10…ロボットアーム、10’…ロボットアーム、11…アーム、12…アーム、13…アーム、13’…アーム、14…アーム、15…アーム、16…アーム、17…エンドエフェクター、21…力センサー、31…接続板、32…回動軸、41…静電容量型近接センサー用電極、41’…電極、41A…第1電極、41B…第2電極、41a…第1電極、41a’…第1電極、41b…第2電極、41b’…第2電極、41c’…第1電極、41d’…第2電極、41e’…第3電極、42…処理部、50…制御装置、51…プロセッサー、52…メモリー、53…I/F、110…基台、130…駆動部、131…直線部、131a…上面、131b…下面、131c…側面、131d…側面、132…円形部、132’…方形部、132a…上面、132b…下面、132c…側面、135…角度センサー、170…駆動部、171…本体、172…把持部、173…把持力センサー、410’…電極、411…直交部分、411’…非直交部分、412A…部分、412B…部分、413A…部分、413B…部分、CA…領域、L1…最短距離、L2…最短距離、L3…最短距離、L4…長さ、L5…長さ、VS…仮想空間 1... Robot, 1A... Robot, 3... Joint part, 4... Proximity sensor, 10... Robot arm, 10'... Robot arm, 11... Arm, 12... Arm, 13... Arm, 13'... Arm, 14... Arm, 15... Arm, 16... Arm, 17... End effector, 21... Force sensor, 31... Connection plate, 32... Rotating shaft, 41... Electrode for capacitance type proximity sensor, 41'... Electrode, 41A... First electrode , 41B... Second electrode, 41a... First electrode, 41a'... First electrode, 41b... Second electrode, 41b'... Second electrode, 41c'... First electrode, 41d'... Second electrode, 41e'... 3rd electrode, 42... Processing part, 50... Control device, 51... Processor, 52... Memory, 53... I/F, 110... Base, 130... Drive part, 131... Straight part, 131a... Top surface, 131b... Bottom surface , 131c... Side surface, 131d... Side surface, 132... Circular portion, 132'... Square portion, 132a... Top surface, 132b... Bottom surface, 132c... Side surface, 135... Angle sensor, 170... Drive portion, 171... Main body, 172... Gripping portion , 173... Gripping force sensor, 410'... Electrode, 411... Orthogonal part, 411'... Non-orthogonal part, 412A... Part, 412B... Part, 413A... Part, 413B... Part, CA... Region, L1... Shortest distance, L2 ...Shortest distance, L3...shortest distance, L4...length, L5...length, VS...virtual space
Claims (7)
回動軸を含む関節部を介して前記第1部材と接続され、前記第1部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第2部材と、
前記第2部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、
前記回動軸を中心とし前記回動軸まわりの面上に位置し、
前記回動軸の延在方向における長さが、前記面において一定であり、
前記面上における外縁が、前記延在方向と直交している直交部分を含む、
ことを特徴とするロボット。 A first member,
A second member that is connected to the first member via a joint including a rotation shaft and that rotates relative to the first member around the rotation shaft;
A proximity sensor that includes an electrode for a capacitive proximity sensor provided on the second member, and that detects an object based on a change in electrostatic capacitance detected by the electrode for a capacitive proximity sensor. Then
The capacitance type proximity sensor electrode,
Located on the surface around the rotation axis with the rotation axis as the center,
The length in the extending direction of the rotating shaft is constant on the surface,
An outer edge on the surface includes an orthogonal portion that is orthogonal to the extending direction,
A robot characterized by that.
回動軸を含む関節部を介して前記第1部材と接続され、前記第1部材に対して前記回動軸まわりに相対的に回動する第2部材と、
前記第2部材に設けられている静電容量型近接センサー用電極を備え、前記静電容量型近接センサー用電極で検出した静電容量の変化に基づいて物体を検出する近接センサーと、を有し、
前記静電容量型近接センサー用電極は、前記第1部材に対して前記第2部材が相対的に回動するとき、前記第1部材の表面から前記近接センサーの検出可能距離にある仮想空間に交差している領域の面積が一定であることを特徴とするロボット。 A first member,
A second member that is connected to the first member via a joint including a rotation shaft and that rotates relative to the first member around the rotation shaft;
A proximity sensor that includes an electrode for a capacitive proximity sensor provided on the second member, and that detects an object based on a change in electrostatic capacitance detected by the electrode for a capacitive proximity sensor. Then
The capacitance type proximity sensor electrode is provided in a virtual space at a distance detectable by the proximity sensor from the surface of the first member when the second member rotates relative to the first member. A robot characterized in that the area of the intersecting regions is constant.
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