JP2020142319A

JP2020142319A - 作業ロボット

Info

Publication number: JP2020142319A
Application number: JP2019040273A
Authority: JP
Inventors: 一成松本; Kazunari Matsumoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2020-09-10

Abstract

【課題】作業者の指などが締結部材に挟み込まれた場合でも、その力を軽減しつつ、そのことを素早く検知し、その作業を停止すること。【解決手段】作業ロボットは、ロボットアームと、ロボットアームの先端部に設けられ、先端部に対して上下方向へ弾性的に摺動する摺動部と、摺動部の摺動を検出する摺動検出部と、摺動部に保持され、締結部材を締め付ける締付け部と、ロボットアームの動作を制御する制御部と、を備える。制御部は、摺動検出部により検出された摺動部の摺動に基づいて、摺動部が所定値以上摺動したと判断した場合、ロボットアームの動作を停止させる制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、ナットやボルトなどの締結部材の締め付けを行う作業ロボットに関する。

作業ロボットと作業者との協働によって、締結部材を締め付ける締結工程が存在する。この締結工程で、締結部材に作業者の指などが挟み込まれることがある。これに対し、センサにより検出されたアクチュエータのトルクが閾値以上になった場合に、物体がアーム部等に接触したと判断し、アーム部の動作を停止させる作業ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８−１１４５８７号公報

しかしながら、上記作業ロボットは、アーム部に作業者の腕などが挟まれた場合を想定しており、上述のように、締結工程においてナットやボルトなどの締結部材に作業者の指などが挟み込まれる場合を想定してない。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、作業者の指などが締結部材に挟み込まれた場合でも、その力を軽減しつつ、そのことを素早く検知し、その作業を停止することができる作業ロボットを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端部に設けられ、該先端部に対して上下方向へ弾性的に摺動する摺動部と、
前記摺動部の摺動を検出する摺動検出部と、
前記摺動部に保持され、締結部材を締め付ける締付け部と、
前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記摺動検出部により検出された摺動部の摺動に基づいて、前記摺動部が所定値以上摺動したと判断した場合、前記ロボットアームの動作を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする作業ロボット
である。

本発明によれば、作業者の指などが締結部材に挟み込まれた場合でも、その力を軽減しつつ、そのことを素早く検知し、その作業を停止することができる作業ロボットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る作業ロボットの概略的な構成を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る作業ロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。ロボットアームの先端部の構成を示す斜視図である。摺動部の構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る作業ロボットの制御方法のフローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。作業ロボットと作業者との協働によって、ナットやボルトなどの締結部材を締め付ける締結工程が存在する。この締結工程では、作業者は、様々な締結部材の知識を必要とし、かつ、作業ロボットに接近して締結作業を行う。このため、締結工程において、締結部材に作業者の指、手、腕などが挟み込まれることがある。

これに対し、本発明の一実施形態に係る作業ロボットは、作業者の指などが締結部材に挟み込まれた場合でも、その力を軽減しつつ、そのことを素早く検知し、その作業を停止することができる。

図１は、本実施形態に係る作業ロボットの概略的な構成を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る作業ロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る作業ロボット１は、ロボットアーム２と、ロボットアーム２に対し摺動する摺動部３と、摺動部３の摺動を検出する摺動検出部４と、締結部材Ｔをワークに締め付ける締付け部５と、ロボットアーム２の動作を制御する制御部６と、を備えている。

ロボットアーム２は、例えば、複数のリンク２１と、各リンク２１を回転可能に連結する関節部２２と、を有する多関節型アームとして構成されている。各関節部２２には、各関節部２２を駆動させるアクチュエータ２３が設けられている。アクチュエータ２３は、例えば、モータ、油圧式や空気圧式の駆動部などである。各関節部２２には、各関節部２２の回転角を検出する角度センサ２４が設けられている。

図３は、ロボットアームの先端部の構成を示す斜視図である。図３に示す如く、ロボットアーム２の先端部２５には、摺動部３を保持するための保持部２６が設けられている。保持部２６は、バネ及びボールブッシュ機構を介して摺動部３を弾性的に保持している。保持部２６は、保持部２６に対して摺動部３が上下方向に摺動可能なように、摺動部３を保持する。

図４は、摺動部の構成を示す斜視図である。図４に示す如く、摺動部３は、ロボットアーム２の先端部２５の保持部２６に対して上下方向へ弾性的に摺動する。摺動部３には、締付け部５を保持するチャック部３１が設けられている。チャック部３１は、一対の把持部３２を有している。各把持部３２は、締付け部５を挟み込むようにして締付け部５を保持する。

摺動検出部４は、例えば、ロボットアーム２の先端部２５の保持部２６にブラケットなどを介して設けられている。摺動検出部４は、例えば、光電センサ４である。光電センサ４は、発光部４１と、発光部４１に対向し、発光部４１から出射される光を受光する受光部４２と、を有している。

摺動部３は、例えば、上方へ所定値以上摺動すると、発光部４１から出射させる光を遮光する。摺動検出部４は、発光部４１からの光が受光部４２で受光できない場合に、摺動部３の摺動を検出し、制御部６に対して停止信号を出力する。

締付け部５は、図３に示す如く、摺動部３のチャック部３１の把持部３２に保持されている。締付け部５は、例えば、ナットランナーとして構成されている。締付け部５は、ナットなどの締結部材Ｔを回転させることで、締結部材Ｔをワークに締め付ける。

制御部６は、ロボットアーム２の動作を制御する。制御部６は、ロボットアーム２の各関節部２２の角度センサ２４からの回転角に基づいて、各アクチュエータ２３を制御する。制御部６は、例えば、フィードバック制御、フィードフォワード制御、ＰＩＤ制御、ロバスト制御などを行う。

制御部６は、例えば、制御処理、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＣＰＵ６１によって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ６２、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）６３、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ６１、メモリ６２、及びインターフェイス部６３は、データバスなどを介して相互に接続されている。

制御部６は、摺動検出部４により検出された摺動に基づいて、摺動部３が所定値以上、上方へ摺動したと判断した場合、ロボットアーム２の動作を停止させる制御を行う。これにより、作業者の指などが締結部材Ｔに挟み込まれ、摺動部３が所定値以上、上方へ摺動した場合に、そのことを素早く検知し、ロボットアーム２の動作を停止させることができる。

次に、本実施形態に係る作業ロボットの制御方法について、説明する。図５は、本実施形態に係る作業ロボットの制御方法のフローを示すフローチャートである。締付け部５が、ナットなどの締結部材Ｔを回転させ締付けると（ステップＳ１０１）、締結部材Ｔは下方へ移動する。

この下方の移動に追従するように、ロボットアーム２は、先端部２５の保持部２６で保持された締付け部５を下方へ移動させる。このとき、作業者の指などが締結部材Ｔに挟み込まれた場合（ステップＳ１０２）、この締付け部５の下方の移動が止められるが、ロボットアーム２の先端部２５は下方へ移動しようとする。

これに対し、摺動部３は、ロボットアーム２の先端部２５の保持部２６に対して上方向へ弾性的に摺動する。この上方向へ弾性的な摺動により、ロボットアーム２による、作業者の指などに対する下方への力を逃がし、その力を軽減できる。

さらに、摺動部３がロボットアーム２の先端部２５の保持部２６に対し所定値以上、上方へ摺動した場合（ステップＳ１０３）、摺動検出部４は制御部６に対し停止信号を出力する（ステップＳ１０４）。

制御部６は、摺動検出部４から停止信号を受信すると、摺動部３が所定値以上摺動したと判断する。制御部６は、ロボットアーム２の動作を停止させる制御を行う（ステップＳ１０５）。これにより、作業者の指などが締結部材Ｔに挟み込まれ、摺動部３が所定値以上、上方へ摺動した場合、そのことを素早く検知し、作業を停止させることができる。

以上、本実施形態に係る作業ロボット１において、摺動部３は、ロボットアーム２の先端部２５に対して上下方向へ弾性的に摺動する。制御部６は、摺動検出部４により検出された摺動に基づいて、摺動部３が所定値以上摺動したと判断した場合、ロボットアーム２の動作を停止させる制御を行う。これにより、作業者の指などが締結部材Ｔに挟み込まれた場合でも、その力を軽減しつつ、そのことを素早く検知し、作業を停止させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明は、例えば、図５に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１作業ロボット、２ロボットアーム、３摺動部、４摺動検出部、６制御部、２１リンク、２２関節部、２３アクチュエータ、２４角度センサ、２５先端部、２６保持部、３１チャック部、３２把持部、４１発光部、４２受光部

Claims

ロボットアームと、
前記ロボットアームの先端部に設けられ、該先端部に対して上下方向へ弾性的に摺動する摺動部と、
前記摺動部の摺動を検出する摺動検出部と、
前記摺動部に保持され、締結部材を締め付ける締付け部と、
前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記摺動検出部により検出された摺動部の摺動に基づいて、前記摺動部が所定値以上摺動したと判断した場合、前記ロボットアームの動作を停止させる制御を行う、
ことを特徴とする作業ロボット。