JP7000810B2 - 力検出装置及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、力検出装置、及び、力検出装置を備えるロボットシステムに関するものである。

従来から、エンドエフェクターとロボットアームとを有するロボットにおいて、エンドエフェクターに加わる力を検出する力検出装置が用いられている（例えば特許文献１）。

特開２０１６－１４５７５４号公報

しかしながら、力検出装置の電気ケーブルは、力検出装置の周りに配置されるため周辺治工具やワークと干渉することによって、周辺治工具やワークの設置位置がずれるという可能性があるため、そのレイアウトが難しいという問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態（aspect）として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、貫通孔を有するアームを備えたロボットアームに装着される力検出装置が提供される。この力検出装置は、前記力検出装置の外表面に位置する凹部と、前記凹部からアクセス可能に設けられた電気コネクターと、を備え、前記アームと前記凹部とによって空間が形成されており、前記電気コネクターに装着されている前記力検出装置の電気ケーブルは、前記貫通孔に挿入されている。
この力検出装置によれば、力検出装置の電気ケーブルを力検出装置の外表面に位置する凹部からアームの貫通孔に挿入可能な構造を有するので、電気ケーブルを力検出装置の外部で引き回すことなくアームの貫通孔に挿入することができる。従って、力検出装置の電気ケーブルが、他のケーブル等の他の物体と干渉を起こす可能性を低減でき、レイアウトが容易になる。

（１）本発明の第１の形態によれば、貫通孔を有するアームを備えたロボットアームに装着される力検出装置が提供される。この力検出装置は、前記力検出装置の外表面に位置する凹部と、前記凹部に設けられた電気コネクターと、を備え、前記アームと前記凹部とによって空間が形成されており、前記電気コネクターに装着されている前記力検出装置の電気ケーブルは、前記貫通孔に挿入されている。
この力検出装置によれば、力検出装置の電気ケーブルを力検出装置の外表面に位置する凹部からアームの貫通孔に挿入可能な構造を有するので、電気ケーブルを力検出装置の外部で引き回すことなくアームの貫通孔に挿入することができる。従って、力検出装置の電気ケーブルが、他のケーブル等の他の物体と干渉を起こす可能性を低減でき、レイアウトが容易になる。

（２）上記力検出装置において、前記電気ケーブルは、前記空間螺旋状に引き回された後に前記貫通孔に挿入されているものとしてもよい。
この力検出装置によれば、ロボットアームの姿勢の変化に応じて電気ケーブルに過度な応力が生じる可能性を低減できる。

（３）上記力検出装置は、前記アームと接続される略リング状の第１接続部材と、エンドエフェクターと接続される第２接続部材と、を備えるものとしてもよい。

（４）上記力検出装置は、更に、前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に設けられた側面部材を備え、前記側面部材は、前記側面部材の外周に設けられた複数の切込部を有し、前記第１接続部材は、前記側面部材の前記複数の切込部から操作される複数の固定ネジが挿入される複数のネジ挿入孔であって、前記第１接続部材と前記アームとの接続に使用される複数の固定ネジが挿入される複数のネジ挿入孔を有するものとしてもよい。
この力検出装置によれば、側面部材の切込部から固定ネジの操作されるので、固定ネジの挿入孔を形成するために、第１接続部材の外径を大きくする必要が無い。この結果、力検出装置全体の外径を小さくすることが可能である。

（５）上記力検出装置において、前記第２接続部材の外周面に、ダイレクトティーチ用のハンドルを前記第２接続部材に取り付けるための複数の雌ネジ孔が設けられているものとしてもよい。
この力検出装置によれば、力検出装置にダイレクトティーチ用のハンドルを取り付けられるので、ダイレクトティーチを容易に行うことができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、力検出装置とロボットとを備えたロボットシステム等の形態で実現することができる。

ロボットシステムの斜視図。 力検出装置を外した状態のロボットを示す図。 力検出装置の斜視図。 力検出装置の底面図。 力検出装置の電気ケーブルをアームの貫通孔から取出す状態を示す図。 力検出装置の電気ケーブルを外部に引き出した状態を示す図。 ダイレクトティーチ用ハンドルの固定補助部材を力検出装置に装着した状態を示す図。 ロボットアームに電気ケーブルを接続した状態を示す図。 他のロボットに力検出装置を装着した状態を示す斜視図。 力検出装置にダイレクトティーチ用ハンドルを取り付けた状態を示す図。

図１は、一実施形態におけるロボットシステムの斜視図である。このロボットシステムは、ロボットアーム１１０を有するロボット１００と、ロボットアーム１１０の先端に接続された力検出装置２００とを備えている。力検出装置２００の先には各種のエンドエフェクターを接続可能であるが、図１ではエンドエフェクターの図示は省略している。

本実施形態において、力検出装置２００は、力検出装置２００に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分、および、３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。なお、力検出装置２００は、６軸力覚センサー以外の他の種類の力センサーとして構成してもよい。

ロボットアーム１１０の先端には、エンドエフェクターや力検出装置２００を装着可能なアームエンド１２０が設けられている。アームエンド１２０は、ロボットアーム１１０の一部である。力検出装置２００は、このアームエンド１２０に直接接続されている。但し、補助的なフランジ（補助接続部材）をアームエンド１２０と力検出装置２００の間に介在させるようにしてもよい。

図２は、力検出装置２００を外した状態のロボット１００を示している。ロボット１００のアームエンド１２０には、その中心軸に沿って貫通孔１２２が形成されている。アームエンド１２０の貫通孔１２２は、エンドエフェクターや力検出装置２００の電気ケーブル等を案内するために使用可能である。アームエンド１２０の端面には、エンドエフェクターや力検出装置２００との接続に使用可能な複数の雌ネジ孔１２４が設けられている。なお、貫通孔１２２は、アームエンド１２０の中心に形成されている必要は無いが、アームエンド１２０の中心軸に沿った方向に貫通していることが好ましい。

ロボットアーム１１０の側面には、電気ケーブルをロボットアーム１１０の内部から外部に引き出すための取出孔１１４が設けられている。更に、取出孔１１４よりも後端側のロボットアーム１１０の側面には、複数の電気コネクター１３０が設けられている。これらの電気コネクター１３０は、力検出装置２００用の電気ケーブルや、エンドエフェクター用の電気ケーブルを接続するために使用可能である。

図３は、力検出装置２００の斜視図であり、図４はその底面図である。力検出装置２００は、アームエンド１２０と接続可能な第１接続部材２１０と、エンドエフェクターと接続可能な第２接続部材２２０とを有する。第１接続部材２１０と第２接続部材２２０の間には、側面部材２３０が設けられている。また、力検出装置２００の中央には、力検出装置２００の中心軸に沿って力検出装置２００全体を貫通する貫通孔２４０が設けられている。後述するように、この貫通孔２４０は、エンドエフェクター用の電気ケーブルを通過させるために使用可能である。力検出装置２００の両側のうち、第１接続部材２１０の側を「アームエンド側」と呼び、第２接続部材２２０の側を「エンドエフェクター側」と呼ぶ。

第１接続部材２１０は、アームエンド１２０との接続に使用される固定ネジ２１３（図１）を挿入可能な複数のネジ挿入孔２１２を有している。ネジ挿入孔２１２の内面には、雌ネジが形成されていてもよく、雌ネジが形成されていなくてもよい。図３のネジ挿入孔２１２は、固定ネジ２１３の頭部を収容する収容凹部を有しているが、頭部の収容凹部は省略可能である。図４に示すように、第１接続部材２１０は、略リング状の部材である。力検出装置２００には、その外表面に位置する凹部２１４が設けられている。本実施形態では、凹部２１４は、力検出装置２００のアームエンド側の底面において、第１接続部材２１０の内周側に設けられている。この凹部２１４は、略リング状の第１接続部材２１０と、力検出装置２００の内部に設けられた板状部材２５０とによって画定されている。この板状部材２５０と第２接続部材２２０との間の空間には、複数の力検出素子やそれらの電気回路が収容されているが、ここではその詳細は省略する。

凹部２１４には、力検出装置２００の電気コネクター２６０が設けられている。本実施形態では、電気コネクター２６０は、板状部材２５０の開口を介してアクセス可能な位置に形成されている。第１接続部材２１０の底面には、電気ケーブルを固定するためにクランプ２１６が設けられている。これらのクランプ２１６は、ボルト等のネジによって第１接続部材２１０に固定可能であり、必要に応じて使用される。凹部２１４とロボットアーム１１０（すなわちアームエンド１２０）の間には、空間が形成される。

図５は、力検出装置２００の電気ケーブル３１０をアームエンド１２０の貫通孔１２２から取り出す状態を示している。電気ケーブル３１０のコネクター３１２は、力検出装置２００の電気コネクター２６０に装着されている。電気ケーブル３１０のケーブル本体３１４は、凹部２１４とアームエンド１２０の間に形成された空間で螺旋状に引き回された後に、アームエンド１２０の貫通孔１２２（図２）に挿入することが可能である。こうすれば、ロボットアーム１１０の姿勢の変化に応じて電気ケーブル３１０に過度な応力が生じる可能性を低減できる。また、電気ケーブル３１０のケーブル本体３１４を１つ以上のクランプ２１６で固定すれば、ケーブル本体３１４が他の部材と干渉する可能性を低減できる。

図６は、力検出装置２００の電気ケーブル３１０を外部に引き出した状態を示している。第１接続部材２１０の底面には、電気ケーブル３１０を外部に引き出すための溝２１８（図４参照）が形成されている。力検出装置２００の電気ケーブル３１０をアームエンド１２０の貫通孔１２２に挿入しない場合には、この溝２１８を介して電気ケーブル３１０のケーブル本体３１４を第１接続部材２１０から外部に取り出すことが可能である。なお、クランプ２１６や溝２１８は省略可能である。

図３に示すように、第２接続部材２２０は略円板状の部材であり、第２接続部材２２０を力検出装置２００の内部部材に固定するための複数の固定ネジ２２２が設けられている。また、第２接続部材２２０のエンドエフェクター側の面には、エンドエフェクターとの接続に使用可能な複数の雌ネジ孔２２６が設けられている。第２接続部材２２０の側面（外周面）にも、複数の雌ネジ孔２２４が設けられている。この雌ネジ孔２２４は、ダイレクトティーチ用のハンドルを取り付けるために使用可能である。

図７は、ダイレクトティーチ用のハンドルを取り付けるための固定補助部材４１０を、力検出装置２００に装着した状態を示している。固定補助部材４１０は、第２接続部材２２０の外周面に設けられた複数の雌ネジ孔２２４を使用して固定されている。後述するように、ダイレクトティーチ用のハンドルは、この固定補助部材４１０に取り付けることが可能である。

図３に示すように、側面部材２３０は、略円筒状の部材である。側面部材２３０は、その外周に設けられた複数の切込部２３２を有する。切込部２３２は、側面部材２３０の外周から内側に窪んだ部分なので、「凹部」と呼ぶことも可能である。第１接続部材２１０には、複数の切込部２３２から操作可能な複数の固定ネジ２１３（図１）を装着可能である。これらの固定ネジ２１３は、第１接続部材２１０とアームエンド１２０との接続に使用されるネジである。すなわち、固定ネジ２１３は、第１接続部材２１０のネジ挿入孔２１２にそれぞれ挿入されて、アームエンド１２０の雌ネジ孔１２４（図２）と締結される。固定ネジ２１３の頭部は、切込部２３２から操作可能である。固定ネジ２１３としては、例えば６角穴付きボルトを使用可能である。固定ネジ２１３は、側面部材２３０の切込部２３２から操作できるので、固定ネジ２１３の挿入孔を形成するために第１接続部材２１０の外径を大きくする必要が無い。この結果、力検出装置２００全体の外径を小さくすることが可能である。

図８は、ロボットアーム１１０に電気ケーブル３１０～３３０を接続した状態を示す図である。この例では、ロボットアーム１１０の複数の電気コネクター１３０に電気ケーブル３１０～３３０が接続されている。これらの電気ケーブル３１０～３３０は、ロボットアーム１１０の側面の取出孔１１４を介してロボットアーム１１０の内部に挿入されており、ロボットアーム１１０の中心軸に沿って設けられた貫通孔（図示せず）を通過するように配設されている。第１の電気ケーブル３１０は、力検出装置２００用のケーブルである（図５参照）。他の２つの電気ケーブル３２０，３３０は、エンドエフェクター用のケーブルであり、力検出装置２００の貫通孔２４０を通過してエンドエフェクターに接続される。図８の例では、エンドエフェクターが省略されているので、電気ケーブル３２０，３３０の先端側は図示が省略されている。

図９は、他のロボット１００ａに力検出装置２００を装着した状態を示す図である。この例では、図６で説明したように、力検出装置２００の第１接続部材２１０に設けられた溝２１８を介して、電気ケーブル３１０が外部に引き出されている。この電気ケーブル３１０は、ロボットアーム１１０ａに設けられた電気コネクター１３０ａに接続されている。このように、本実施形態の力検出装置２００には、電気ケーブル３１０を外部に引き出すための溝２１８が第１接続部材２１０に形成されているので、貫通孔を有さないアームエンドを有するロボット１００ａに力検出装置２００を装着する場合には、この溝２１８を介して電気ケーブル３１０を外部に引き出して、ロボットアーム１１０ａの外周に設けられた電気コネクター１３０ａに接続することが可能である。

図１０は、力検出装置２００にダイレクトティーチ用のハンドル４００を取り付けた状態を示す斜視図である。図７で説明したように、第２接続部材２２０の側面には、ダイレクトティーチ用のハンドル４００を取り付けるために使用可能な複数の雌ネジ孔２２４が設けられている。図１０の例では、複数の雌ネジ孔２２４を利用して、図７に示した固定補助部材４１０が第２接続部材２２０の側面に固定されており、この固定補助部材４１０にハンドル４００が固定されている。ダイレクトティーチを行う際には、作業者がハンドル４００を把持した状態でロボットアーム１１０及びエンドエフェクターを所望の位置・姿勢に移動させて、ダイレクトティーチを実行することが可能である。なお、複数の雌ネジ孔２２４を利用して、ハンドル４００を第２接続部材２２０の側面に直接固定するようにしてもよい。第２接続部材２２０にこのような複数の雌ネジ孔２２４を設けるようにすれば、力検出装置２００にダイレクトティーチ用のハンドル４００を取り付けられるので、ダイレクトティーチを容易に行うことができる。但し、これらの雌ネジ孔２２４は省略可能である。

以上のように、本実施形態の力検出装置２００は、力検出装置２００用の電気ケーブル３１０を、力検出装置２００の外表面に位置する凹部２１４からアーム１１０の貫通孔１２２に挿入可能な構造を有するので、電気ケーブル３１０を力検出装置２００の外部で引き回すことなくアーム１１０の貫通孔１２２に挿入することができる。さらに、アーム１２０と、力検出装置２００に形成された凹部２１４と、によって形成された空間を有することによって、凹部２１４に電気コネクター２６０を設けることができる。従って、力検出装置２００の電気ケーブル３１０が、他のケーブル等の他の物体と干渉を起こす可能性を低減でき、レイアウトが容易になる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００，１００ａ…ロボット、１１０，１１０ａ…ロボットアーム、１１４…取出孔、１２０…アームエンド、１２２…貫通孔、１２４…雌ネジ孔、１３０，１３０ａ…電気コネクター、２００…力検出装置、２１０…第１接続部材、２１２…ネジ挿入孔、２１３…固定ネジ、２１４…凹部、２１６…クランプ、２１８…溝、２２０…第２接続部材、２２２…固定ネジ、２２４…雌ネジ孔、２２６…雌ネジ孔、２３０…側面部材、２３２…切込部、２４０…貫通孔、２５０…板状部材、２６０…電気コネクター、３１０…電気ケーブル、３１２…コネクター、３１４…ケーブル本体、３２０，３３０…電気ケーブル、４００…ハンドル、４１０…固定補助部材

Claims (6)

1. 貫通孔を有するアームを備えたロボットアームに装着される力検出装置であって、
   前記力検出装置の外表面に位置する凹部と、
   前記凹部からアクセス可能に設けられた電気コネクターと、
   を備え、
   前記アームと前記凹部とによって空間が形成されており、
   前記電気コネクターに装着されている前記力検出装置の電気ケーブルは、前記貫通孔に挿入されている、力検出装置。
2. 請求項１に記載の力検出装置であって、
   前記電気ケーブルは、前記空間で螺旋状に引き回された後に前記貫通孔に挿入されている、力検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の力検出装置であって、
   前記アームと接続される略リング状の第１接続部材と、
   エンドエフェクターと接続される第２接続部材と、
   を備える、力検出装置。
4. 請求項３に記載の力検出装置であって、更に、
   前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に設けられた側面部材を備え、
   前記側面部材は、前記側面部材の外周に設けられた複数の切込部を有し、
   前記第１接続部材は、前記側面部材の前記複数の切込部から操作される複数の固定ネジが挿入される複数のネジ挿入孔であって、前記第１接続部材と前記アームとの接続に使用される複数の固定ネジが挿入される複数のネジ挿入孔を有する、力検出装置。
5. 請求項３又は４に記載の力検出装置であって、
   前記第２接続部材の外周面に、ダイレクトティーチ用のハンドルを前記第２接続部材に取り付けるための複数の雌ネジ孔が設けられている、力検出装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の力検出装置と、
   前記力検出装置が装着されたロボットと、
   を備えるロボットシステム。

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