JP5871579B2

JP5871579B2 - ワーク搬送機の衝突検出装置

Info

Publication number: JP5871579B2
Application number: JP2011252259A
Authority: JP
Inventors: 篤志山岸
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: JP2013107147A

Description

本発明は、ワークをワークホルダから所望の加工位置に搬送する際に用いるワーク搬送機が、障害物と衝突したことを検出する衝突検出装置に関する。

例えば、レーザ加工機等の加工装置では、加工材料となるワークをワークホルダに複数枚重ねて載置しており、必要に応じて、載置されているワークを加工装置の所望の加工位置まで搬送して加工作業を行う。

この際、ワークホルダから加工位置までのワークの搬送を、ワーク搬送機を用いて自動搬送することが行われている（例えば、特許文献１参照）。ワーク搬送機は、複数のバキュームパッドを備え、各バキュームパッド内の空気圧を負圧とすることによりワークを固定するハンドと、該ハンドを任意の方向に移動可能な駆動アームを備えている。そして、バキュームパッドを用いてワークをハンドに吸引固定し、この状態で駆動アームを作動させてワークホルダに載置されたワークを所望の加工位置へと搬送する。

このようなワーク搬送機は、ワークを自動で所望の加工位置まで搬送するので、搬送の途中で障害物に衝突する虞があり、何とかこれを防止することが望まれている。

特開平１１−５６３２号公報

上述したように、従来におけるワーク搬送機は、移動中にハンドが障害物と衝突することがあり、衝突の発生を確実に検出して衝突の発生を報知するか、或いは装置を強制的に停止させることが望まれていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ハンドが障害物と衝突したことを確実に検出することが可能なワーク搬送機の衝突検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、ワークの上方側に配置されて該ワークを固定するハンドと、鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端部とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、前記複数の圧力検出手段にて検出される圧力値が、予め設定した圧力基準値よりも小さい場合には、前記複数の圧力検出手段にて検出される複数の圧力値に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本願請求項２に記載の発明は、ワークの上方側に配置されて該ワークを固定するハンドと、鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端部とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段にて検出される圧力に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、を備え、前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminを求め、これらの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が予め設定した差分基準値を上回った場合に、前記ハンドに対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記ハンドは、前記ワークを負圧エアーで吸引固定するバキュームパッドを有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記圧力検出手段は、加えられる圧力の大きさに応じた電圧信号を出力する素子（例えば、圧電素子）、または加えられる圧力の大きさに応じて抵抗値が変化する素子（例えば、歪みゲージ）のいずれかであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminを求め、これらの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が予め設定した差分基準値を上回った場合に、前記ハンドに対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段のうちの少なくとも一つで検出される圧力値が予め設定した圧力基準値を上回った場合に、前記ハンドが、下方に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする。

請求項１の発明では、駆動アームの先端軸と、ハンドとの間の連結部に複数の圧力検出手段を設け、各圧力検出手段で検出される圧力に基づいて、ハンドが障害物に衝突したか否かを判断するので、ハンドが障害物に衝突したことを高精度に検出することができる。
請求項２の発明では、駆動アームの先端軸と、ハンドとの間の連結部に複数の圧力検出手段を設け、各圧力検出手段で検出される圧力に基づいて、ハンドが障害物に衝突したか否かを判断するので、ハンドが障害物に衝突したことを高精度に検出することができる。また、請求項２の発明では、複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が所定値を上回った場合に、ハンドが横方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。

請求項３の発明では、ハンドにバキュームパッドを搭載してワークを吸引固定するので、ワークを確実に搬送することができる。更に、障害物に衝突した場合には即時にこれを検知して駆動アームを停止させることが可能となる。

請求項４の発明では、圧力検出手段として圧力に応じた電圧を発生する素子、或いは圧力に応じて抵抗値が変化する素子を用いるので、先端軸と連結部との間に生じる圧力を高精度に検出することができ、衝突検知の精度を向上させることが可能となる。

請求項５の発明では、複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が所定値を上回った場合に、ハンドが横方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。

請求項６の発明では、複数の圧力検出手段のうちの少なくとも一つで検出される圧力値が圧力基準値を上回った場合に、ハンドが下方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る衝突検出装置、及びワーク搬送機の構成図である。本発明の一実施形態に係る衝突検出装置の、駆動アームとハンドの連結部の詳細な構成を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る衝突検出装置が搭載されるワーク搬送機の、ハンドの構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る衝突検出装置の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る衝突検出装置が搭載されるワーク搬送機の構成を模式的に示す構成図、図２は、駆動アーム１２とハンド１６との間の連結部の詳細な構成を示す説明図である。図１に示すように、ワーク搬送機１１は、駆動アーム１２と、該駆動アーム１２の先端部に取り付けられたハンド１６を備えている。

駆動アーム１２は、回転動可能な３個の関節部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えており、各関節部１３ａ〜１３ｃどうしの間は複数の軸１４で連結されている。更に、駆動アーム１２の先端は鉛直方向を向く先端軸１４ａとされ、該先端軸１４ａは連結部２０にてハンド１６に連結されている。

ハンド１６は、複数のバキュームパッド２１を有しており、該バキュームパッド２１内の空気圧を負圧にすることにより、ワークホルダ２３上に載置されているワーク２２を吸引固定して、該ワーク２２を上方に持ち上げる。そして、このワーク２２をレーザ加工機等の加工機（図示省略）の加工位置に搬送する。ハンド１６の詳細な構成については後述する。

ワーク搬送機１１は、ロボットコントローラ１５に接続されており、該ロボットコントローラ１５の制御により、各関節部１３ａ〜１３ｃが作動する。即ち、ロボットコントローラ１５より出力される制御信号により、各関節部１３ａ〜１３ｃが作動し、駆動アーム１２の先端軸１４ａに連結されたハンド１６を上下、左右、前後の３軸方向に移動させることができる。

ロボットコントローラ１５は、圧力演算部１７と電気的に接続されており、後述するように該圧力演算部１７によりハンド１６が障害物に衝突したことが検出された際に、ワーク搬送機１１を停止させる制御を行う。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように連結部２０は、先端軸１４ａに設けられた４本の支柱４２を備えており、各支柱４２は連結板４１を介してハンド１６に連結されている。また、図２（ｂ）に示すように、４本の各支柱４２にはそれぞれ圧力センサ（圧力検出手段）ｓ１〜ｓ４が設けられている。圧力センサｓ１〜ｓ４は、例えば、圧電素子であり、各支柱４２に生じる圧力に応じた電圧を発生する。そして、発生した電圧は図１に示すアンプ１８にて増幅された後、圧力演算部１７に出力される。なお、圧力センサｓ１〜ｓ４として圧電素子の代わりに、圧力に応じて抵抗値が変化する歪みゲージを用いることも可能である。

圧力演算部１７は、後述するように、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出された各電圧に基づいて、ハンド１６が障害物と衝突したか否かを判定する処理を行う。また、圧力演算部１７は、警報装置１９と電気的に接続されており、ハンド１６の衝突が検出された場合には、警報装置１９に警報信号を出力する。警報装置１９は、圧力演算部１７にて、ハンド１６に衝突が発生したことが検出された際に、ランプの点灯や音声等で衝突が発生したことを報知する。即ち、圧力演算部１７は、圧力検出手段（圧力センサｓ１〜ｓ４）にて検出される圧力に基づいて、ワーク搬送機１１が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段としての機能を備えている。更に、該衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段としての機能を備えている。

なお、図１に示す圧力演算部１７は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

次に、ハンド１６の詳細な構成について説明する。図３は、ハンド１６の詳細な構成を示す斜視図である。図３に示すように、ハンド１６は基部３１を備え、該基部３１に対して上下方向に向く複数（この例では、６個）のバキュームパッド２１が設けられている。また、バキュームパッド２１にはエアー配管（図示省略）が接続され、各バキュームパッド２１をワーク２２の表面に接触させた状態でエアー配管の空気圧を負圧にすることにより、ワークホルダ２３上（図１参照）に複数枚重ねて載置されているワーク２２のうちの１枚を吸引固定する。そして、駆動アーム１２により、ハンド１６を３軸方向に移動させることにより、ワーク２２を所望の加工位置まで移動させることができる。

また、ハンド１６は、ロッド３２、及び該ロッド３２の上部先端３２ａ付近に設置された近接スイッチ（上部近接スイッチ）３３を備えており、ハンド１６がワーク２２に向けて下降し、ロッド３２の下部先端３２ｂがワーク２２に接触すると、ロッド３２が上方に押し上げられ、該ロッド３２の上部先端３２ａが近接スイッチ３３に接近する。従って、近接スイッチ３３の検出信号に基づいて、ハンド１６がワーク２２を一定の力で押し付けられていることを検出することができ、ひいては、バキュームパッド２１によりワーク２２が吸引固定されたことを検出することができる。

更に、ロッド３２の下部先端３２ｂには、近接スイッチ（下部近接スイッチ）３４が設けられており、該近接スイッチ３４により、ワークホルダ２３内にワーク２２が存在するか否かを判断する。即ち、近接スイッチ３４によりワーク２２が検出された場合には、ワーク２２をバキュームパッド２１にて吸引して搬送する処理を実行し、近接スイッチ３４によりワーク２２が検出されない場合には、ワークホルダ２３内にワーク２２が存在しないものと判断して、搬送処理を中止する。

ハンド１６の略中央部には、連結部材３５が設けられており、該連結部材３５は図２に示した連結板４１に連結される。従って、ハンド１６は連結板４１を介して駆動アーム１２に連結されるので、ロボットコントローラ１５の制御下で駆動アーム１２を制御することにより、ワークホルダ２３上に載置されたワーク２２を１枚ずつ取り出して、所望の下降位置へ搬送することができる。

次に、圧力演算部１７による衝突検出処理の具体的な動作について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。初めに、ステップＳ１１において、圧力演算部１７は、各圧力センサｓ１〜ｓ４による検出信号が発生しているか否かを判断する。検出信号が発生していないと判断された場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、検出信号待ち状態となる。

また、検出信号が発生していると判断された場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２において、圧力演算部１７は、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出された圧力のうちの少なくとも一つが予め設定した圧力基準値Ａよりも大きいか否かを判断する。

そして、検出された圧力が圧力基準値Ａよりも大きいと判断された場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ハンド１６の上下方向に存在する障害物が該ハンド１６に衝突したものと判断する。そして、ステップＳ１６において、圧力演算部１７は、図１に示すロボットコントローラ１５に非常停止信号を出力し、且つ、警報装置１９に警報信号を出力する。その結果、ワーク搬送機１１は強制的に停止する。更に、音声や光等による警報が発せられて、衝突が発生したことを作業者に報知する。

一方、任意の圧力センサ（ここではｓ１とする）で検出された圧力が圧力基準値Ａよりも小さい場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１３において、圧力演算部１７は、他の３個の圧力センサｓ２〜ｓ４で検出される圧力を取得する。

次いで、ステップＳ１４において、圧力演算部１７は、４個の圧力センサｓ１〜ｓ４で検出された圧力の最大値Ｐmax、及び最小値Ｐminを求め、更にこれらの差分値（Ｐmax−Ｐmin）を算出する。

ステップＳ１５において、圧力演算部１７は、ステップＳ１４の処理で算出した差分値（Ｐmax−Ｐmin）が、予め設定した差分基準値Ｂよりも大きいか否かを判断する。そして、差分値（Ｐmax−Ｐmin）が差分基準値Ｂよりも小さい場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、少なくとも一つの圧力センサに圧力が発生しているものの、その大きさは小さいので衝突は発生していないものと判断し、ステップＳ１１に処理を戻す。

一方、差分値（Ｐmax−Ｐmin）が差分基準値Ｂよりも大きい場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出される圧力に大きな差が発生しているので、ハンド１６に対して横方向に強い力が作用したものと判断する。即ち、ハンド１６の横方向に存在する障害物に衝突したものと判断する。そして、ステップＳ１６に処理を進める。

ステップＳ１６において、圧力演算部１７は、上述したようにロボットコントローラ１５に非常停止信号を出力し、且つ、警報装置１９に警報信号を出力し、ワーク搬送機１１を強制的に停止させ、且つ、衝突検出信号を警報装置１９に出力する。この際、ステップＳ１２の処理でＹＥＳとなった場合には、ハンド１６の下方に存在する障害物に衝突したものと判断して、この旨を警報装置１９に出力し、ステップＳ１５の処理でＹＥＳとなった場合には、ハンド１６に対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断して、この旨を警報装置１９に出力する。つまり、圧力センサｓ１〜ｓ４のいずれかにて圧力基準値Ａよりも大きい圧力が検出された場合には、ハンド１６の下方に存在する障害物と衝突したものと判断する。更に、圧力基準値Ａよりも小さいが、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出される圧力のうちの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminの差分が差分基準値Ｂよりも大きい場合には、ハンド１６に対して偏った力が作用しているので、ハンド１６が横方向に存在する障害物と衝突したものと判断する。こうして、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出される圧力の大きさに基づいて、ハンド１６が縦方向、或いは横方向に存在する障害物に衝突したことを検出できるのである。

このようにして、本実施形態に係るワーク搬送機の衝突検出装置では、駆動アーム１２とハンド１６を連結する連結部２０に複数（この例では４個）の圧力センサｓ１〜ｓ４を設置し、各圧力センサｓ１〜ｓ４で検出される圧力の大きさに基づいて、ワーク搬送機１１のハンド１６が障害物に衝突したか否かを検出している。従って、障害物に衝突したことを高精度に検出して、駆動アーム１２を停止させ、且つ作業者に報知することができ、ワーク搬送機１１が障害物に衝突して損傷することや、障害物自体の損傷を防止することが可能となる。

また、圧力センサｓ１〜ｓ４として、圧力に応じた電圧を発生する素子（例えば、圧電素子）、或いは圧力に応じて抵抗値が変化する素子（例えば、歪みゲージ）を用いるので、先端軸と連結部との間に生じる圧力を高精度に検出することができ、衝突検知の精度を向上させることが可能となる。

更に、複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が所定値を上回った場合に、ハンド１６が横方向に存在する障害物に衝突したものと判断するので、障害物の衝突方向を報知することができ、衝突検知の精度を向上させることができる。

以上、本発明の搬送機の衝突検出装置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き換えることができる。

本発明は、搬送機に設けられるハンドが障害物に衝突したことを検出することに利用することができる。

１１ワーク搬送機
１２駆動アーム
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ関節部
１４軸
１４ａ先端軸
１５ロボットコントローラ
１６ハンド
１７圧力演算部
１８アンプ
１９警報装置
２０連結部
２１バキュームパッド
２２ワーク
２３ワークホルダ
３１基部
３２ロッド
３２ａ上部先端
３２ｂ下部先端
３３近接スイッチ（上部近接スイッチ）
３４近接スイッチ（下部近接スイッチ）
３５連結部材
４１連結板
４２支柱
ｓ１〜ｓ４圧力センサ

Claims

ワークの上方側に配置されて該ワークを固定するハンドと、
鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、
前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端軸とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、
前記複数の圧力検出手段にて検出される圧力値が、予め設定した圧力基準値よりも小さい場合には、前記複数の圧力検出手段にて検出される複数の圧力値に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、
前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とするワーク搬送機の衝突検出装置。
ワークの上方側に配置されて該ワークを固定するハンドと、
鉛直方向を向いて前記ハンドに連結する先端軸を有し、前記ハンドを移動させる駆動アームと、を備えたワーク搬送機の、障害物との衝突を検出する衝突検出装置において、
前記先端軸と前記ハンドとの間の連結部に複数設置され、前記先端部とハンドとの間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段にて検出される圧力に基づいて、前記ワーク搬送機が障害物に衝突したことを判定する衝突判定手段と、
前記衝突判定手段にて障害物との衝突が検出された際に、衝突検出信号を出力する出力手段と、
を備え、
前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminを求め、これらの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が予め設定した差分基準値を上回った場合に、前記ハンドに対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とするワーク搬送機の衝突検出装置。
前記ハンドは、前記ワークを負圧エアーで吸引固定するバキュームパッドを有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のワーク搬送機の衝突検出装置。
前記圧力検出手段は、加えられる圧力の大きさに応じた電圧信号を出力する素子、または加えられる圧力の大きさに応じて抵抗値が変化する素子のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のワーク搬送機の衝突検出装置。
前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段で検出される圧力値の最大値Ｐmaxと最小値Ｐminを求め、これらの差分値（Ｐmax−Ｐmin）が予め設定した差分基準値を上回った場合に、前記ハンドに対して横方向に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする請求項１，請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載のワーク搬送機の衝突検出装置。
前記衝突判定手段は、前記複数の圧力検出手段のうちの少なくとも一つで検出される圧力値が予め設定した圧力基準値を上回った場合に、前記ハンドが、下方に存在する障害物に衝突したものと判断することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のワーク搬送機の衝突検出装置。