JP3204177U - 力検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来型の産業用ロボットに力検出装置を後付けすることのできる力検出システムを提供する。【解決手段】力検出システム１０は、産業用ロボット１１と、産業用ロボットとは別体の力検出装置１２と、を備える。力検出装置の上に産業用ロボットが固定して設けられる。また、力検出システムは、産業用ロボットおよび力検出装置と電気的に接続され、力検出装置が産業用ロボットへの外力を検出した状態において産業用ロボットを停止させる制御装置１５を更に備える。【選択図】図１

Description

本考案は、力検出システムに適用して有効な技術に関する。

特開平８−１１０７４号公報（以下「特許文献１」という）には、作業者の安全確保のために、安全柵に囲まれた内側に設置されるロボットシステムが記載されている。

特開２０１２−４０６２６号公報（以下「特許文献２」という）には、人間が産業用ロボットに接触しうる環境においても安全が確保される人間協調ロボットシステムが記載されている。

特開平８−１１０７４号公報 特開２０１２−４０６２６号公報

従来では、産業用ロボットは、その周りに安全柵が設けられ、作業者の安全が確保された状態で動作するよう構成されていた（例えば特許文献１参照）。近年では、産業用ロボットメーカー各社では作業者（人）と作業を共にする協調（安全）ロボット（例えば特許文献２参照）の製品化が進められ、生産ラインの省人化が図られていく傾向にある。このような協調ロボットには、作業者との間の接触の有無を検出する力検出装置が予め装備され、作業者の安全が確保されている。しかしながら、力検出装置が予め装備されていない従来（既存）の産業用ロボットを用いて、作業者と協調して動作させることも設備投資を抑制する上で望まれている。

本考案の目的は、産業用ロボットに力検出装置を後付けすることのできる技術を提供することにある。本考案の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される考案のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本考案の一解決手段に係る力検出システムは、産業用ロボットと、前記産業用ロボットとは別体の力検出装置と、を備え、前記力検出装置の上に前記産業用ロボットが固定して設けられることを特徴とする。これによれば、産業用ロボットに力検出装置を後付けすることができる。

ここで、前記力検出システムにおいて、前記力検出装置が、フォースプレートであることがより好ましい。これによれば、産業用ロボットを安定して固定することができる。

また、前記力検出システムにおいて、前記産業用ロボットおよび前記力検出装置と電気的に接続され、前記力検出装置が前記産業用ロボットへの外力を検出した状態において前記産業用ロボットを停止させる制御装置を更に備えることがより好ましい。これによれば、産業用ロボットと力検出装置との間の制御を行うことができる。

また、前記力検出システムにおいて、床面および前記床面から窪む窪み部を有する床部を更に備え、前記力検出装置が前記窪み部に収容されていることがより好ましい。これによれば、産業用ロボットの作業高さ（位置）を調整することができる。

また、前記力検出システムにおいて、前記力検出装置は、前記産業用ロボットが固定される固定面を有し、前記床面と、前記窪み部に収納された前記力検出装置の前記固定面とが面一であることがより好ましい。これによれば、例えば既に生産ライン上にある産業用ロボットの作業高さ（位置）を変えることなく力検出装置を後付けすることができる。

また、前記力検出システムにおいて、前記窪み部の内壁面と、前記窪み部に収容された前記力検出装置の側面との間にギャップが設けられることがより好ましい。これによれば、力検出装置における力検出を正確に行うことができる。

本願において開示される考案のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。本考案の一解決手段によれば、従来型の産業用ロボットに力検出装置を後付けすることができる。

本考案の一実施形態に係る力検出システムの俯瞰視の説明図である。 図１に示す力検出システムの正面視の説明図である。 図１に示す力検出システムの側面視の説明図である。 本考案の他の実施形態に係る力検出システムの側面視の説明図である。

以下の本考案における実施形態では、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係る力検出システム１０について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、力検出システム１０の俯瞰視の説明図である。図２は、力検出システム１０の正面視の説明図である。図３は、力検出システム１０の側面視の説明図である。

力検出システム１０は、産業用ロボット１１を備える。この産業用ロボット１１は、例えば、力検出装置が予め装備されていない従来（既存）のものである。本実施形態では、産業用ロボット１１としてアーム１１ａおよびハンド１１ｂを有する多軸ロボット（垂直多関節型ロボット）を適用している。産業用ロボット１１としては多軸ロボットに限らず、パラレルリンク型ロボットやスカラ型ロボット（水平多関節型ロボット）にも適用することができる。

また、力検出システム１０は、産業用ロボット１１とは別体の力検出装置１２を備える。このため、産業用ロボット１１に別体の力検出装置１２を後付けすることができる。この力検出装置１２の上に産業用ロボット１１が例えばボルト締めなどで固定して設けられる（支持される）。すなわち、産業用ロボット１１は、力検出装置１２上で動作することとなる。このため、産業用ロボット１１のアーム１１ａ自体に例えば歪みゲージを設けなくとも、アーム１１ａやハンド１１ｂに加えられる外力（接触力）を力検出装置１２で検出することができる。

そして、本実施形態では、力検出装置１２として例えば６軸力センサを備えるフォースプレートを適用している。６軸力センサは、３次元座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚの軸方向の力と、それぞれの軸まわりの力（モーメント）を検出することができるセンサである。これにより力検出装置１２であるフォースプレートは、６軸方向の力を検出できる。例えば、平面視矩形状のフォースプレートは、その四隅のそれぞれに６軸力センサが内蔵されてもよい。このようなフォースプレートによれば、産業用ロボット１１を安定して固定することができる。また、産業用ロボット１１に加わる全ての方向からの力を検出することができる。

また、力検出システム１０は、産業用ロボット１１および力検出装置１２とそれぞれケーブル１３、１４を介して電気的に接続される制御装置１５を備える。この制御装置１５は、例えば、ＣＰＵおよびＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置を備えたコンピュータであり、インストールされた制御プログラムの実行により制御を行う。この制御装置１５は、力検出装置１２が産業用ロボット１１への外力を検出した状態において産業用ロボット１１を停止させる処理を含む。これによれば、産業用ロボット１１と力検出装置１２との間の制御を行うことができる。

ところで、産業用ロボット１１を支持する力検出装置１２は、産業用ロボット１１が外部から加えられる外力（接触力）と、産業用ロボット１１自身が一連の動作をすることで加えられる力と、を検出することとなる。具体的には、制御装置１５の記憶装置には予め産業用ロボット１１の一連の動作（通常の作業）のみで検出した力を記憶しておき、制御装置１５は、作業者と産業用ロボット１１とが協調して動作している際にその一連の動作による力以外の外力を検出する。外力が検出された場合、制御装置１５は、産業用ロボット１１の動作を停止させたり、産業用ロボット１１の動作を緩やかにしたりすることができる。

また、力検出システム１０は、床面１６ａを有する床部１６（説明を明解にするために図３では断面で示す）と、作業台１７と、を備える。本実施形態では、床面１６ａ上に力検出装置１２が固定して設けられる。この力検出装置１２上に産業用ロボット１１が固定して設けられる。すなわち、産業用ロボット１１は、力検出装置１２を介して床部１６に設けられる。また、床面１６ａ上に産業用ロボット１１の作業台１７が固定して設けられる。

本実施形態に係る力検出システム１０によれば、既存の産業用ロボット１１を改造することなく、協調ロボットとして用いることができる。また、既存の産業用ロボット１１で構成される生産ラインにも用いることができる。また、協調ロボットとしてではなく、生産ライン内の異常検知などの監視として用いることもできる。また、多軸ロボットに限らず、リンク型やスカラ型の産業用ロボット１１にも適用することができる。また、既存の産業用ロボット１１を協調ロボットとして用いるので、生産ラインの変更や向上の建て替えに比べて、変更規模の縮小やコスト削減を図ることができる。

なお、力検出装置１２を設けずに、既存の産業用ロボット１１を協調ロボットに改造することも考えられる。例えば、産業用ロボット１１として多軸ロボットの場合、各軸駆動モータの負荷を計測したり、各軸の負荷を力センサなどにより計測したりする必要がある。しかしながら、いずれも検出軸より手前で掛かる力を検出することができない。更に、各軸駆動モータの負荷の計測では、駆動していない軸方向に不慮の力が加わった場合は検出することができず、また、計測精度を上げることが難しい。また、力センサなどによる各軸の負荷の計測では、産業用ロボット１１を大幅に改造しなければならない。この点、本実施形態に係る力検出システム１０によれば、既存の産業用ロボット１１を改造することなく、協調ロボットとして用いることができる。

（実施形態２）
本実施形態に係る力検出システム１０について、図４を参照して説明する。図４は、力検出システム１０の側面視の説明図である。

力検出システム１０は、床面１６ａおよび床面１６ａから窪む窪み部１６ｂを有する床部１６（説明を明解にするために図４では断面で示す）を備える。例えば、工場内の既存の床部に対して工事をすることで窪み部１６ｂを設けることもできる。本実施形態では、この窪み部１６ｂに力検出装置１２が収容され、固定して設けられる。この点で、力検出装置１２が床面１６ａ上に設けられる前記実施形態１とは相違する。このように、窪み部１６ｂに力検出装置１２を収容することで、産業用ロボット１１の作業高さ（位置）を調整することができる。なお、前記実施形態１では、既存の産業用ロボット１１と作業台１７との作業高さ（位置）が変わってしまうため、制御装置１５によって産業用ロボット１１の制御を変更すればよい。

ここで、力検出装置１２は、産業用ロボット１１が固定される固定面１２ａ（図４では上面）を有している。そして、窪み部１６ｂに力検出装置１２が収容される際には、床面１６ａと、窪み部１６ｂに収納された力検出装置１２の固定面１２ａとが面一である。これによれば、例えば既に生産ライン上にある産業用ロボット１１の作業高さ（位置）を変えることなく力検出装置１２を後付けすることができる。また、力検出システム１０では、窪み部１６ｂの内壁面と、窪み部１６ｂに収容された力検出装置１２の側面（対向面）との間にギャップＧが設けられる。力検出の際には力検出装置１２がわずかに歪むが、ギャップＧがあることで窪み部１６ｂの内壁面と接触せずに、力検出装置１２における力検出を正確に行うことができる。

１０ 力検出システム； １１ 産業用ロボット； １１ａ アーム；
１１ｂ ハンド； １２ 力検出装置； １２ａ 固定面；
１３、１４ ケーブル； １５ 制御装置； １６ 床部；
１６ａ 床面； １６ｂ 窪み部； １７ 作業台；
Ｇ ギャップ。

Claims (6)

1. 産業用ロボットと、
   前記産業用ロボットとは別体の力検出装置と、
   を備え、
   前記力検出装置の上に前記産業用ロボットが固定して設けられることを特徴とする力検出システム。
2. 請求項１記載の力検出システムにおいて、
   前記力検出装置が、フォースプレートであることを特徴とする力検出システム。
3. 請求項１または２記載の力検出システムにおいて、
   前記産業用ロボットおよび前記力検出装置と電気的に接続され、前記力検出装置が前記産業用ロボットへの外力を検出した状態において前記産業用ロボットを停止させる制御装置を更に備えることを特徴とする力検出システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の力検出システムにおいて、
   床面および前記床面から窪む窪み部を有する床部を更に備え、
   前記力検出装置が前記窪み部に収容されていることを特徴とする力検出システム。
5. 請求項４記載の力検出システムにおいて、
   前記力検出装置は、前記産業用ロボットが固定される固定面を有し、
   前記床面と、前記窪み部に収納された前記力検出装置の前記固定面とが面一であることを特徴とする力検出システム。
6. 請求項４または５記載の力検出システムにおいて、
   前記窪み部の内壁面と、前記窪み部に収容された前記力検出装置の側面との間にギャップが設けられることを特徴とする力検出システム。

Images