JP6649285B2 - 取り扱い装置のための保護方法及び保護デバイス - Google Patents

Description

本発明は、内部圧力センサ及び一体型圧力増加・圧力維持デバイスを有する保護カバーにより、製造、移送、検査若しくはサービスのロボット及びそれらのマニピュレータのような静止している又は自律的に移動する操作装置の前にある、人間及び静止している又は自律的に移動する障害物を、操作装置の作業空間内での衝突から保護するための方法及びデバイスに関する。

特許文献１から、可撓性材料で作られる媒体保管場所を備える取り扱い装置の移動要素を囲む衝突検出デバイスが知られている。媒体保管場所が圧力センサを装備し、圧力センサが衝突時の圧力増加を指示し、また、保護回路を起動するのに使用され得る。

特許文献２から安全デバイスが知られており、ここでは、密閉される弾性のガス充填保護カバーがロボットのマニピュレータを囲み、このガス充填保護カバーが、保護回路を起動するために基準センサ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒ）と併せて使用される１つ又は複数の圧力センサを装備する。

特許文献３からロボット保護デバイスが知られており、ここでは、同様に、弾性保護カバーが衝撃を減衰するようにマニピュレータを囲み、衝突時には上記保護カバーの圧力変化が圧力センサによって検出される。

独国特許出願公開第１０２００７０６２２４５号明細書 欧州特許出願公開第１８１０７９５号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４４０７１号明細書

これらのすべての手法では、共通して、ガス又は流体で保護カバーを充填するための外部供給源が必要となり、したがって、特には複数のカバーを伴ってのマニピュレータの移動性を制限する複雑なホース管を必要とする。したがって、個別の保護カバーの取り扱い可能な数が制限され、したがって、自律的に移動するロボットでのそれらの用途が制限される。

衝突時の圧力増加は、大型の保護カバーを有する場合よりも小型の保護カバーを有する場合の方がより顕著になることから、保護カバー内の媒体の理想的なフィード圧の大きさもそのサイズに依存することになる。

したがって、少数の大型の保護カバーではなく複数の小さい保護要素を提供することが有利であることがわかっている。これには、それらの形状が、ロボット及びそのマニピュレータの表面の形状に合うように適合され得るという追加の利点もある。また、衝突の危険性が非常に高いようなそれらの領域を保護することもより良好に実現され得、これは自律ロボットの場合に特に当てはまる。

また、保護カバーのサイズ、それらの形状、及び、それらの内部に広がる圧力が、それらの寸法安定性を画定する。

保護要素の形状も、保護カバー内の媒体の理想的なフィード圧の大きさに明確に影響することから、実際には、保護要素の各々に対してその形状及びサイズにとって理想的な圧力が割り当てられる場合のみ、保護カバーをより小さい保護要素にさらに分割することが実現可能となる。

添付図面による例示の実施例により本発明をより詳細に説明する。

発泡充填材（ｆｏａｍ ｆｉｌｌｉｎｇ）を有さない保護要素を、それらのベース・シェルと共に示す図である。 発泡充填材を有する直接に設置された保護要素を示す断面図である。 発泡充填材を有する直接に設置された保護要素、及び、側方に配置されたセンサと圧力増加デバイスを示す断面図である。 発泡充填材を有する直接に設置された保護要素、及び、センサと圧力増加デバイスとの統合の側方配置を示す断面図である。

本発明によると、図１の断面図に示される目的が以下のようにして達成される：各保護要素１に対して媒体が外側からの圧力によって供給されないが、保護要素は、それらの内部に、少なくとも１つの圧力センサ４に加えて、それぞれ圧力増加デバイス７をさらに備え、この圧力増加デバイス７が、好適には周囲空気である媒体を吸入し、保護要素の内部に、制御デバイス８により調整可能である圧力を発生する。

図１に示されるように、保護要素１を備えるデバイスの、本発明による好適な構成が、通常、プラスチックで作られるベース・シェル１２と、スペーサ２によって空いた状態で維持される空気入口・ケーブル通過チャンネル１３と、圧力増加デバイス７と、基準センサ６を有しても有さなくてもよい少なくとも１つの圧力センサ４と、保護要素のための弾性カバー１１とから構成される。

図１に示される保護要素１を備えるデバイスの、本発明による別の好適な構成では、例えば圧電型である圧力増加デバイス７、少なくとも１つの内部圧力センサ４、及び、任意選択の少なくとも１つの外部圧力センサ６が、印刷回路基板として設計されてベース・シェル内に接着される設置プレート３上に設置される。

内部圧力増加デバイス７はまた、弾性保護カバーに対しての小さい損害又は漏洩を自動で補償することにより、保護要素１の弾性保護カバー１１に対しての損害に対してのある程度の保護も提供する。

圧力増加ポンプ及び圧力センサの電力供給ケーブル及びデータ・ライン５が、共同チャンネルを介してベース・プレートの下方にある溝１３内にある制御デバイス８に繋がる。

一体型圧力増加デバイス７の電力供給は、好適には、保護要素１の外側に配置される制御デバイス８を介して要求に応じて供給される電力によって実施される。

上記制御デバイス８はアナログ制御装置又はデジタル制御装置として設計され得る。適宜、圧力増加デバイス７を作動させることが個別に又はグループごとに実施され得る。各々の保護要素のための作動アルゴリズムを個別に組み合わせることも可能である。

内部圧力増加デバイス７を備える保護要素１の、本発明による構成が、初期設定の圧力プロファイルに従って制御デバイス８を介して、又はさらには、パルス状の圧力増加により、制御され得る。

圧力増加デバイス７は、好適には、圧電ポンプとして設計される。

図２に示されるように、別の好適な構成内の保護要素１の内側充填材９が、寸法安定性及び減衰効果を向上させるために開気孔を有する発泡フィラー（ｏｐｅｎ−ｐｏｒｅ ｆｏａｍ ｆｉｌｌｅｒ）９によって補完され得、それにより、衝突においての保護要素１の固有の弾性が得られる。

保護要素１を備えるデバイスの構成の別の変形形態は、発泡充填材９が硬化した液体プラスチックの外側カバー１１によって気密的に被覆され、上記カバーが、塗装、吹き付け、又は、浸漬被覆により付着することに存する。次いで、印刷回路基板として設計される上の記述で説明される設置プレート３が、圧電型圧力増加デバイス７、内部圧力センサ４及び任意選択の外部圧力センサ６と一体に、上記外側カバー１１内に接着される。

気密性の外側カバー１１は、それぞれの用途に合うように適合される異なる特性を有する弾性材料で作られ得、これらの特性は例えば、耐高温性、耐火性、抗菌性の被覆、又はさらには、区別、警告又はデザインのための多様な色、などである。その層の厚さは多様であってよく、通常は２０μｍから２ｍｍの間の範囲である。

別の好適な構成の変形形態では、保護カバー１１及び発泡充填材９を含む部品が、その製品中に微孔質のゴム又は一体構造発泡体などのガス透過性の内部構造を備える気密性の外皮を形成する材料で作られる。

保護要素１を備えるデバイスの別の好適な構成は、保護されるべきロボット又はマニピュレータ１０の表面に合うように適合される形状が使用されることに存する。この構成は、例えば、平らな又はわずかに湾曲する平坦なクッション、円筒形又は円錐形のパイプ部品を金属被覆するためのハーフシェル、及び、円形のマニピュレータ要素などの、それぞれの表面に対して使用され得る。プラスチックのベース・シェルに対して保護要素を固定するのは、接着、磁気的な固定、又は、締付けねじのためのナットの締付け、により行われる。

保護要素１のデザインは、図３及び４の断面図に示されるように実現されてもよい。ここでは、内部圧力センサ４、外部圧力センサ６、及び、圧力増加デバイス７が、保護要素上の側方に配置される。これは、保護要素１の任意の側で、分離されるように、又は、図４の断面図に示されるように共通のベース・プレート上にくるように、行われてよく、ベース・プレートは好適には印刷回路基板として設計される。

保護要素１を備えるデバイスの別の好適な実施形態は、デバイスが、切替え操作のための球形又はマッシュルーム形プッシュボタン（ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｐｕｓｈｂｕｔｔｏｎ）、例えば通常は緊急用マッシュルーム形プッシュボタンとして使用されるか、或いは、クランプ・ストリップ内の安全回路のための細長いストリップの形態で使用されることである。

このデバイス、並びに、形状及びサイズに関してのその構成の変形形態の組み合わせのこれらのオプションは、制御デバイス８を適切にプログラムすることにより、衝突の危険があるときのための多様な対抗手段を制御するのを可能にする。具体的には、これには、緊急停止、圧力勾配を介しての近接度の制御（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）、接触センサとしての本発明による保護要素と協働する容量性の近接センサ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒ）による近接度の制御（好適には、関連する保護要素が接近時により強く膨張し、それにより保護効果を高める）、が包含される。

同様に、接触センサとしての本発明による保護要素によって保護されるべきマニピュレータ１０の表面の制御と、空間画像を形成する三次元カメラとを組み合わせることも考えられる。これは、具体的には、マニピュレータの最終的な接近距離を約１ｃｍから３ｃｍにするためのものであり、これは、三次元像を形成するカメラでは把握され得ないか又はほぼ把握され得ないことから、非常に低い速度（ｃｒｅｅｐ ｓｐｅｅｄ）でマニピュレータによって覆われることが必要である。

Claims (19)

1. １つ又は複数の内部圧力センサを含む保護カバーによって、製造ロボット、移送ロボット、検査ロボット若しくはサービス・ロボットのような静止している又は自律的に移動する操作装置の前方にある、人間及び静止している又は自律的に移動する障害物を、前記操作装置の作業空間内での前記操作装置及びそのマニピュレータとの衝突から保護するための方法であって、
   媒体が、各々の個別の保護要素（１）に、その外側からの圧力によって供給されないが、過剰圧力が、前記保護要素の内側に配置された内部圧力増加デバイス（７）によって前記保護要素の内部に発生し、
   前記内部圧力センサは、調整可能な圧力が前記内部圧力増加デバイス（７）によって前記保護要素の内部に生成されることを可能にすることを特徴とする、方法。
2. 前記媒体が、周囲空気であって吸引チャンネルを通して吸入され、それによって、圧力が、前記保護要素の内部に発生され、圧力は、制御デバイス（８）によって調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 一体型の前記圧力増加デバイス（７）の電力供給が、前記保護要素（１）の外側に配置される制御デバイス（８）を介して要求に応じて供給される電力によって実施されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記制御デバイス（８）が、アナログ制御装置として設計されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記制御デバイス（８）が、デジタル制御装置として設計されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御デバイス（８）が、前記圧力増加デバイス（７）を個別で又はグループで作動させることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記圧力増加デバイス（７）が、前記制御デバイス（８）によって初期設定の圧力プロファイルに従って、また、パルス式に制御されることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記圧力増加デバイス（７）が、前記保護要素の各々のための作動アルゴリズムの個別の組み合わせを介して制御されることを特徴とする、請求項２から７までのいずれか一項に記載の方法。
9. 容量性の近接センサと協働して、衝突の危険があるときに、関連する前記保護要素のみがより強く膨張し、それにより保護効果を高めることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 衝突物又は人間の表面形状をデジタルで三次元検出することと協働して、衝突の危険があるときに、それぞれの関連する前記保護要素のみがより強く膨張し、それにより保護効果を高めることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
11. 衝突物又は人間の表面形状をデジタルで三次元検出することと協働して、前記ロボット及び／又は前記マニピュレータの接近速度を安全な大きさまで低下させるように、前記制御デバイス（８）が、前記ロボット及び／又は前記マニピュレータの動きを制御することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
12. 内部圧力センサを含む保護カバーによって、製造ロボット、移送ロボット、検査ロボット若しくはサービス・ロボットのような静止している又は自律的に移動する操作装置の前方にある、人間及び静止している又は自律的に移動する障害物を、前記操作装置の作業空間内での前記操作装置及びそのマニピュレータとの衝突から保護するためのデバイスであって、
    前記デバイスは、少なくとも１つの内部圧力センサ（４）と、内部圧力増加デバイス（７）とを備え、
    媒体が、各々の個別の保護要素（１）に、その外側からの圧力によって供給されないが、過剰圧力が、前記保護要素の内側に配置された前記内部圧力増加デバイス（７）によって前記保護要素の内部に発生し、
    前記内部圧力センサは、調整可能な圧力が前記内部圧力増加デバイス（７）によって前記保護要素の内部に生成されることを可能にすることを特徴とする、デバイス。
13. 前記保護要素（１）の内側充填材（９）が、開気孔を有する発泡体から構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
14. 空気の入口及びケーブル通過チャンネル（１３）が、スペーサ（２）によって空いた状態で維持されていることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
15. 前記圧力増加デバイス（７）、前記内部圧力センサ（４）、及び、任意選択の外部圧力センサ（６）が、統合される印刷回路基板として設計された設置プレート（３）上に設置されていることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
16. 発泡充填材（９）が、硬化した液体プラスチックの外側カバー（１１）によって気密的に被覆され、前記カバーが、塗装、吹き付け、又は、浸漬被覆により塗布されていることを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載のデバイス。
17. 発泡充填材（９）が、ガス透過性の内部構造を有する気密性の外皮を形成する材料で製造されていることを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載のデバイス。
18. 前記気密性の外側カバー（１１）が、耐高温性又は抗菌性の被覆物から構成されていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のデバイス。
19. 前記デバイスは、切替え操作のためのプッシュボタンであって、球形、マッシュルーム形、又は、細長形を有することを特徴とする、請求項１２から１８までのいずれか一項に記載のデバイス。

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