JP7394699B2 - mechanical equipment - Google Patents

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Description

この発明は、物体の有無を検出する機械装置に関する。 The present invention relates to a mechanical device that detects the presence or absence of an object.

従来、物体の有無の検出には、光電スイッチが広く用いられている(例えば特許文献1参照)。この光電スイッチがロボットアームにおけるアーム部の先端に取付けられることで、ロボットアームは、前方に存在する物体を検出可能となる。 Conventionally, photoelectric switches have been widely used to detect the presence or absence of an object (see, for example, Patent Document 1). By attaching this photoelectric switch to the tip of the arm portion of the robot arm, the robot arm can detect objects that are present in front of it.

特開平10-154450号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-154450

しかしながら、光電スイッチは、光の照射範囲(光路範囲)が狭いため、物体を検出可能な範囲も狭い。よって、従来のロボットアームでは、アーム部の振動により、物体の検出ミスが発生し易く、改善が求められている。 However, since the photoelectric switch has a narrow light irradiation range (optical path range), the range in which it can detect objects is also narrow. Therefore, in conventional robot arms, errors in detecting objects are likely to occur due to vibration of the arm portion, and improvements are required.

なお、この課題は、上記のようなロボットアームのみに存在する課題ではなく、光電スイッチが取付けられたアーム部を有するその他の機械装置(例えば搬送装置)についても同様に存在する課題である。 Note that this problem is not only a problem that exists only in the robot arm as described above, but also a problem that similarly exists in other mechanical devices (for example, a transfer device) having an arm portion to which a photoelectric switch is attached.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対し、物体の検出ミスを低減可能な機械装置を提供することを目的としている。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical device that can reduce detection errors of objects compared to the conventional configuration.

この発明に係る機械装置は、アーム部と、アーム部の先端面において、当該アーム部の先端側において主な振動が生じると想定される方向とは垂直な方向に、直線状に配列された複数の超音波素子を有する送受信部と、送受信部による送受信結果に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部とを備え、送受信部は、超音波素子が超音波を放射することで、主な振動が生じると想定される方向を含む面において2次元円形波を形成することを特徴とする。 The mechanical device according to the present invention includes an arm portion and a plurality of linearly arranged vibrations on the distal end surface of the arm portion in a direction perpendicular to a direction in which main vibrations are expected to occur on the distal end side of the arm portion. The transmitting/receiving unit includes a transmitting/receiving unit having an ultrasonic element, and an object detecting unit that detects the presence or absence of an object based on the results of transmission and reception by the transmitting/receiving unit. It is characterized by forming a two-dimensional circular wave in a plane including the direction in which vibration is expected to occur.

この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対し、物体の検出ミスを低減可能となる。 According to the present invention, with the above configuration, it is possible to reduce object detection errors compared to the conventional configuration.

実施の形態1に係るロボットアームの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a robot arm according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における超音波センサの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic sensor in Embodiment 1. FIG. 図3A、図3Bは、実施の形態1における超音波素子(PMUT)の構成例を示す図であり、図3Aは上面図であり、図3BはA-A線断面図である。3A and 3B are diagrams showing a configuration example of the ultrasonic element (PMUT) in Embodiment 1, in which FIG. 3A is a top view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA. 実施の形態1における超音波センサの動作例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of the operation of the ultrasonic sensor in the first embodiment. 図5A、図5Bは、実施の形態1における超音波センサにより送信される超音波の一例を示す図であり、図5AはXZ平面図であり、図5BはYZ平面図である。5A and 5B are diagrams showing an example of ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic sensor in Embodiment 1, in which FIG. 5A is an XZ plan view and FIG. 5B is a YZ plan view. 図6A、図6Bは、実施の形態1に係るロボットアームの効果を説明する図であり、図6Aは従来のロボットアームにおける物体の検出可能範囲の一例を示す図であり、図6Bは実施の形態1に係るロボットアームにおける物体の検出可能範囲の一例を示す図である。6A and 6B are diagrams illustrating the effects of the robot arm according to the first embodiment, FIG. 6A is a diagram illustrating an example of an object detectable range in a conventional robot arm, and FIG. 6B is a diagram illustrating the effect of the robot arm according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an example of an object detectable range in the robot arm according to the first embodiment. 図7A、図7Bは、実施の形態1における超音波センサにより送信される超音波の別例を示す図であり、図7AはXZ平面図であり、図7BはYZ平面図である。7A and 7B are diagrams showing other examples of ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic sensor in Embodiment 1, in which FIG. 7A is an XZ plan view and FIG. 7B is a YZ plan view. 実施の形態2における超音波センサの構成例を示す図である。7 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic sensor in Embodiment 2. FIG. 実施の形態3における超音波センサの構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic sensor in Embodiment 3.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係るロボットアームの構成例を示す図である。
ロボットアーム(機械装置)は、図1に示すように、アーム部1及び超音波センサ2を備えている。図1では、超音波センサ2が有する構成のうちの後述する超音波素子211のみを図示している。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a robot arm according to the first embodiment.
The robot arm (mechanical device) includes an arm portion 1 and an ultrasonic sensor 2, as shown in FIG. In FIG. 1, only an ultrasonic element 211, which will be described later, of the configuration of the ultrasonic sensor 2 is shown.

アーム部1は、制御部(不図示)による制御に応じて移動する。なお図1では、ロボットアームが有するアーム部1のうちの先端部分のみを図示している。また、アーム部1の先端側は、移動等により振動が生じる。 The arm section 1 moves according to control by a control section (not shown). Note that in FIG. 1, only the tip portion of the arm portion 1 included in the robot arm is illustrated. In addition, vibrations occur on the distal end side of the arm portion 1 due to movement or the like.

超音波センサ2は、アーム部1の前方に存在する物体を検出する。超音波センサ2は、図2に示すように、送受信部21及び物体検出部22を有する。 The ultrasonic sensor 2 detects an object present in front of the arm section 1. As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor 2 includes a transmitting/receiving section 21 and an object detecting section 22.

送受信部21は、アーム部1の前方に対して超音波の送受信を行う。送受信部21は、図1に示すように、複数の超音波素子211を有する。複数の超音波素子211は、アーム部1の先端面において、直線状に配列されている。この際、複数の超音波素子211は、アーム部1の先端側において主な振動が生じると想定される方向とは垂直な方向に配列される。図1では、アーム部1の先端側においてY軸方向に主な振動が生じると想定された場合を示し、2つの超音波素子211(超音波素子211a,211b)がX軸方向に配列されている。 The transmitting/receiving section 21 transmits and receives ultrasonic waves to and from the front of the arm section 1 . The transmitting/receiving section 21 includes a plurality of ultrasonic elements 211, as shown in FIG. The plurality of ultrasonic elements 211 are arranged linearly on the distal end surface of the arm portion 1 . At this time, the plurality of ultrasonic elements 211 are arranged in a direction perpendicular to the direction in which main vibrations are expected to occur on the distal end side of the arm portion 1. FIG. 1 shows a case where it is assumed that main vibration occurs in the Y-axis direction at the tip side of the arm part 1, and two ultrasonic elements 211 (ultrasonic elements 211a, 211b) are arranged in the X-axis direction. There is.

この送受信部21は、複数の超音波素子211が超音波を放射することで、3次元空間における1つの面(アーム部1の先端側において主な振動が生じると想定される方向を含む面)において2次元円形波を形成する。図1では、送受信部21は、YZ平面において2次元円形波を形成する。 This transmitting/receiving unit 21 is constructed by emitting ultrasonic waves from the plurality of ultrasonic elements 211 to form one plane in three-dimensional space (a plane including the direction in which main vibration is expected to occur on the tip side of the arm unit 1). A two-dimensional circular wave is formed at In FIG. 1, the transmitter/receiver 21 forms a two-dimensional circular wave in the YZ plane.

超音波素子211としては、例えばMUT(Micromachined Ultrasonic Transducers)が用いられる。MUTは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の半導体製造技術によって構成された微小な超音波素子である。
MUTとしては、PMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers)及びCMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers)がある。図3に、超音波素子211の一例として、PMUTの構成例について示す。
As the ultrasonic element 211, for example, MUT (Micromachined Ultrasonic Transducers) is used. The MUT is a minute ultrasonic element constructed using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) semiconductor manufacturing technology.
MUTs include PMUTs (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers) and CMUTs (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers). FIG. 3 shows a configuration example of a PMUT as an example of the ultrasonic element 211.

PMUTは、圧電型の超音波素子である。このPMUTは、図3に示すように、半導体基板2111、圧電素子(圧電膜)2112、電極2113及び電極2114を有している。 PMUT is a piezoelectric ultrasonic element. As shown in FIG. 3, this PMUT includes a semiconductor substrate 2111, a piezoelectric element (piezoelectric film) 2112, an electrode 2113, and an electrode 2114.

半導体基板2111には、下面の一部に溝が設けられることで、薄膜であるダイヤフラム2115が形成されている。
圧電素子2112は、半導体基板2111におけるダイヤフラム2115上に積層されている。
電極2113は、圧電素子2112の上面(ダイヤフラム2115側とは反対側の面)に接続されている。
電極2114は、圧電素子2112の下面(ダイヤフラム2115側の面)に接続されている。
A groove is provided in a part of the lower surface of the semiconductor substrate 2111, so that a diaphragm 2115, which is a thin film, is formed.
The piezoelectric element 2112 is stacked on the diaphragm 2115 on the semiconductor substrate 2111.
The electrode 2113 is connected to the upper surface of the piezoelectric element 2112 (the surface opposite to the diaphragm 2115 side).
The electrode 2114 is connected to the lower surface of the piezoelectric element 2112 (the surface on the diaphragm 2115 side).

このように構成されたPMUTは、電極2113及び電極2114により圧電素子2112に対して電圧が印可されることで圧電素子2112が伸縮し、これに伴ってダイヤフラム2115が振動し、このダイヤフラム2115の変位によって生じる圧力差により超音波が発信される。
また、PMUTは、外部から超音波が到来すると、この超音波によってダイヤフラム2115が振動し、これに伴って圧電素子2112の電極間に電位差が生じ、この電位差を検出することで超音波を受信する。
In the PMUT configured in this way, when a voltage is applied to the piezoelectric element 2112 by the electrodes 2113 and 2114, the piezoelectric element 2112 expands and contracts, the diaphragm 2115 vibrates accordingly, and the diaphragm 2115 is displaced. Ultrasonic waves are transmitted due to the pressure difference created by the
Furthermore, when an ultrasonic wave arrives from the outside, the PMUT vibrates the diaphragm 2115 due to the ultrasonic wave, which causes a potential difference between the electrodes of the piezoelectric element 2112, and receives the ultrasonic wave by detecting this potential difference. .

一方、CMUTは、静電型の超音波素子である。このCMUTは、PMUTに対し、駆動方式として静電引力を用い、出力方式としてキャパシタを用いる点が異なるが、ダイヤフラムを用いた基本的な動作原理については同様である。 On the other hand, CMUT is an electrostatic type ultrasonic element. This CMUT is different from the PMUT in that it uses electrostatic attraction as a drive method and uses a capacitor as an output method, but the basic operating principle using a diaphragm is the same.

物体検出部22は、送受信部21による送受信結果に基づいて、ロボットアームの前方における物体の有無を検出する。
また、物体検出部22は、上記の物体有無検出機能に加え、検出可能範囲内に物体が有る場合に、ロボットアーム(アーム部1の先端)から当該物体までの距離を検出する機能を有していてもよい。この場合、物体検出部22は、検出可能範囲内に物体が有ると判定した場合に、送受信部21が超音波を送信してから当該物体により反射された超音波を受信するまでの時間に基づいて、当該物体までの距離を検出する。
The object detection unit 22 detects the presence or absence of an object in front of the robot arm based on the results of transmission and reception by the transmission and reception unit 21.
In addition to the above object detection function, the object detection section 22 has a function of detecting the distance from the robot arm (the tip of the arm section 1) to the object when the object is within the detectable range. You can leave it there. In this case, when the object detection section 22 determines that there is an object within the detectable range, the object detection section 22 detects the object based on the time from when the transmitter/receiver section 21 transmits the ultrasonic wave until it receives the ultrasonic wave reflected by the object. to detect the distance to the object.

なお、物体検出部22は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。 Note that the object detection unit 22 is realized by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration), or a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a memory or the like.

次に、図2に示す実施の形態1における超音波センサ2の動作例について、図4を参照しながら説明する。
図2に示す実施の形態1における超音波センサ2の動作例では、まず、送受信部21は、アーム部1の前方に対して超音波を送信する(ステップST401)。この際、送受信部21では、複数の超音波素子211が超音波を放射することで、3次元空間における1つの面(アーム部1の先端側において主な振動が生じると想定される方向を含む面)において2次元円形波を形成する。
Next, an example of the operation of the ultrasonic sensor 2 in the first embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. 4.
In the operation example of the ultrasonic sensor 2 in the first embodiment shown in FIG. 2, first, the transmitter/receiver 21 transmits ultrasonic waves to the front of the arm portion 1 (step ST401). At this time, in the transmitting/receiving unit 21, the plurality of ultrasonic elements 211 emit ultrasonic waves, so that one surface in three-dimensional space (including the direction in which the main vibration is assumed to occur on the tip side of the arm part 1) A two-dimensional circular wave is formed in the plane).

図5では、X軸上に2つの超音波素子211(超音波素子211a,211b)が配列され、2つの超音波素子211がZ軸方向に向けて同時に超音波(球面波)を放射した場合を示している。この場合、図5Aに示すように、XZ平面では、2つの超音波素子211の中心線上において超音波が干渉し、超音波ビームが形成される。一方、図5Bに示すように、YZ平面では、2次元円形波が形成される。図5において、符号501は超音波ビームを示し、符号502は2次元円形波を示している。 In FIG. 5, two ultrasonic elements 211 (ultrasonic elements 211a, 211b) are arranged on the X-axis, and the two ultrasonic elements 211 simultaneously emit ultrasonic waves (spherical waves) in the Z-axis direction. It shows. In this case, as shown in FIG. 5A, on the XZ plane, the ultrasound waves interfere on the center line of the two ultrasound elements 211, and an ultrasound beam is formed. On the other hand, as shown in FIG. 5B, a two-dimensional circular wave is formed on the YZ plane. In FIG. 5, reference numeral 501 indicates an ultrasonic beam, and reference numeral 502 indicates a two-dimensional circular wave.

次いで、送受信部21は、超音波の受信を行う(ステップST402)。 Next, the transmitter/receiver 21 receives ultrasonic waves (step ST402).

次いで、物体検出部22は、送受信部21による送受信結果に基づいて、物体の有無を検出する(ステップST403)。また、物体検出部22は、検出可能範囲内に物体が有ると判定した場合、送受信部21が超音波を送信してから当該物体により反射された超音波を受信するまでの時間に基づいて、当該物体までの距離を検出してもよい。 Next, the object detection section 22 detects the presence or absence of an object based on the results of transmission and reception by the transmission and reception section 21 (step ST403). Furthermore, when the object detection section 22 determines that there is an object within the detectable range, the object detection section 22 performs a The distance to the object may also be detected.

ここで、ロボットアームでは、アーム部1の形状及び弾性に起因して、アーム部1の先端における振動は避けられない。そして、このアーム部1の振動が、物体の検出ミスの要因の一つとなる。そこで、実施の形態1に係るロボットアームでは、2次元円形波を用いることで、従来構成に対し、アーム部1において主な振動が生じると想定される方向に対して検出可能範囲を拡張している(図6参照)。これにより、このロボットアームは、従来のロボットアームに対し、アーム部1の振動による物体の検出ミスを低減可能となる。なお図6において、符号601はロボットアームの前方に存在する物体を示し、符号602は光電スイッチを示し、符号603は従来のロボットアームにおける物体の検出可能範囲を示し、符号604は実施の形態1に係るロボットアームにおける物体の検出可能範囲を示している。 Here, in the robot arm, vibration at the tip of the arm section 1 is unavoidable due to the shape and elasticity of the arm section 1. This vibration of the arm portion 1 is one of the causes of object detection errors. Therefore, in the robot arm according to the first embodiment, by using a two-dimensional circular wave, the detectable range is expanded in the direction in which main vibrations are expected to occur in the arm section 1, compared to the conventional configuration. (See Figure 6). As a result, this robot arm can reduce object detection errors due to vibrations of the arm section 1, compared to conventional robot arms. In FIG. 6, reference numeral 601 indicates an object existing in front of the robot arm, reference numeral 602 indicates a photoelectric switch, reference numeral 603 indicates the detectable range of an object in a conventional robot arm, and reference numeral 604 indicates an object existing in front of the robot arm. 2 shows the detectable range of objects in the robot arm according to the invention.

なお、実施の形態1に係るロボットアームでは、物体の検出可能範囲を拡張するために2次元円形波を用いているが、2次元円形波の精度は、各超音波素子211の設置場所の精度に影響する。これに対し、MUTでは、フォトリソグラフィーにより精度よく各超音波素子211を配置可能である。よって、実施の形態1に係るロボットアームが有する超音波素子211としてMUTを用いることで、精度の高い2次元円形波を送信可能となる。 Note that the robot arm according to the first embodiment uses two-dimensional circular waves to expand the detectable range of objects, but the accuracy of the two-dimensional circular waves depends on the accuracy of the installation location of each ultrasonic element 211. affect. On the other hand, in the MUT, each ultrasonic element 211 can be arranged with high precision by photolithography. Therefore, by using the MUT as the ultrasonic element 211 included in the robot arm according to the first embodiment, it becomes possible to transmit highly accurate two-dimensional circular waves.

なお図5では、超音波素子211の数を最少の2つとした場合を示しているが、これに限らず、超音波素子211の数は3つ以上でもよい。図7では、X軸上に4つの超音波素子211(超音波素子211a~211d)が配列され、4つの超音波素子211がZ軸方向に向けて同時に超音波(球面波)を放射した場合を示している。なお図7では、4つの超音波素子211が同時に超音波を放射した場合を示したが、これに限らず、例えば、まず外側の2つの超音波素子211(超音波素子211a,211d)が同時に超音波を放射し、その後に内側の2つの超音波素子211(超音波素子211b,211c)が同時に超音波を放射してもよい。この場合、図7Aに示すように、XZ平面では、4つの超音波素子211の中心線上において超音波が干渉し、超音波ビームが形成される。一方、図7Bに示すように、YZ平面では、2次元円形波が形成される。なお、一般に、超音波素子211の数を増やすと超音波の振幅が上がるため、S/Nが向上する。図7において、符号701は超音波ビームを示し、符号702は2次元円形波を示している。 Although FIG. 5 shows a case where the minimum number of ultrasonic elements 211 is two, the number is not limited to this, and the number of ultrasonic elements 211 may be three or more. In FIG. 7, four ultrasonic elements 211 (ultrasonic elements 211a to 211d) are arranged on the X-axis, and the four ultrasonic elements 211 simultaneously emit ultrasonic waves (spherical waves) in the Z-axis direction. It shows. Although FIG. 7 shows a case in which four ultrasonic elements 211 simultaneously emit ultrasonic waves, the present invention is not limited to this. For example, first, two outer ultrasonic elements 211 (ultrasonic elements 211a, 211d) simultaneously emit Ultrasonic waves may be emitted, and then the two inner ultrasonic elements 211 (ultrasonic elements 211b, 211c) may simultaneously emit ultrasonic waves. In this case, as shown in FIG. 7A, on the XZ plane, the ultrasonic waves interfere on the center lines of the four ultrasonic elements 211, and an ultrasonic beam is formed. On the other hand, as shown in FIG. 7B, a two-dimensional circular wave is formed on the YZ plane. Note that, in general, increasing the number of ultrasonic elements 211 increases the amplitude of the ultrasonic waves, thereby improving the S/N. In FIG. 7, reference numeral 701 indicates an ultrasonic beam, and reference numeral 702 indicates a two-dimensional circular wave.

以上のように、この実施の形態1によれば、ロボットアームは、アーム部1と、アーム部1の先端面において、当該アーム部1の先端側において主な振動が生じると想定される方向とは垂直な方向に、直線状に配列された複数の超音波素子211を有する送受信部21と、送受信部21による送受信結果に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部22とを備え、送受信部21は、超音波素子211が超音波を放射することで、主な振動が生じると想定される方向を含む面において2次元円形波を形成する。これにより、実施の形態1に係るロボットアームは、従来構成に対し、物体の検出ミスを低減可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the robot arm has the arm section 1 and the distal end surface of the arm section 1 in the direction in which the main vibration is assumed to occur on the distal end side of the arm section 1. is equipped with a transmitting/receiving section 21 having a plurality of ultrasonic elements 211 arranged in a straight line in a vertical direction, and an object detecting section 22 that detects the presence or absence of an object based on the results of transmission and reception by the transmitting/receiving section 21. When the ultrasonic element 211 emits ultrasonic waves, the section 21 forms a two-dimensional circular wave in a plane including the direction in which main vibrations are expected to occur. As a result, the robot arm according to the first embodiment can reduce object detection errors compared to the conventional configuration.

実施の形態2.
図8は実施の形態2における超音波センサ2の構成例を示す図である。この図8に示す実施の形態2における超音波センサ2は、図2に示す実施の形態1における超音波センサ2に対し、信号検出部23及び振動有無推定部24を追加している。その他の構成は実施の形態1に係るロボットアームと同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。なお、超音波素子211はMUTである。
Embodiment 2.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the ultrasonic sensor 2 in the second embodiment. The ultrasonic sensor 2 according to the second embodiment shown in FIG. 8 has a signal detection section 23 and a vibration presence/absence estimation section 24 added to the ultrasonic sensor 2 according to the first embodiment shown in FIG. The rest of the configuration is the same as the robot arm according to the first embodiment, and only the different parts will be explained using the same reference numerals. Note that the ultrasonic element 211 is an MUT.

信号検出部23は、送受信部21による送受信結果に基づいて、超音波素子211が放射する超音波の駆動周波数以外の周波数の信号を検出する。なお、超音波の駆動周波数は、超音波素子211の共振周波数であり、例えば500kHzである。
振動有無推定部24は、信号検出部23により検出された信号に基づいて、アーム部1における振動の有無を推定する。
The signal detection unit 23 detects a signal having a frequency other than the drive frequency of the ultrasound emitted by the ultrasound element 211 based on the results of transmission and reception by the transmission and reception unit 21 . Note that the driving frequency of the ultrasonic wave is the resonance frequency of the ultrasonic element 211, and is, for example, 500 kHz.
The vibration presence/absence estimation section 24 estimates the presence or absence of vibration in the arm section 1 based on the signal detected by the signal detection section 23 .

ここで、MUTは、その構造上、ダイヤフラムを有している。そのため、MUTは、このダイヤフラムにより、超音波だけではなく、超音波の駆動周波数以外の信号も微弱ながら受信可能である。すなわち、超音波素子211としてMUTを用いた場合、超音波素子211はアーム部1で生じた振動による信号を受信可能である。
よって、超音波素子211がMUTである場合、信号検出部23は、超音波の駆動周波数以外の周波数の信号を検出可能であり、振動有無推定部24は、この信号の有無からアーム部1における振動の有無の可能性を検出可能である。
Here, the MUT has a diaphragm due to its structure. Therefore, the MUT can receive not only ultrasonic waves but also signals other than the driving frequency of the ultrasonic waves, although weak, through this diaphragm. That is, when an MUT is used as the ultrasonic element 211, the ultrasonic element 211 can receive a signal due to vibrations generated in the arm section 1.
Therefore, when the ultrasonic element 211 is an MUT, the signal detection section 23 can detect a signal of a frequency other than the ultrasonic driving frequency, and the vibration presence/absence estimation section 24 can detect the presence or absence of the vibration in the arm section 1 based on the presence or absence of this signal. The possibility of the presence or absence of vibration can be detected.

実施の形態3.
図9は実施の形態3における超音波センサ2の構成例を示す図である。この図9に示す実施の形態3における超音波センサ2は、図2に示す実施の形態1における超音波センサ2に対し、信号検出部23及び劣化推定部25を追加している。その他の構成は実施の形態1に係るロボットアームと同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。なお、超音波素子211はMUTである。
Embodiment 3.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the ultrasonic sensor 2 in the third embodiment. The ultrasonic sensor 2 according to the third embodiment shown in FIG. 9 has a signal detection section 23 and a deterioration estimation section 25 added to the ultrasonic sensor 2 according to the first embodiment shown in FIG. The rest of the configuration is the same as the robot arm according to the first embodiment, and only the different parts will be explained using the same reference numerals. Note that the ultrasonic element 211 is an MUT.

信号検出部23は、送受信部21による送受信結果に基づいて、超音波素子211が放射する超音波の駆動周波数以外の周波数の信号を検出する。この信号検出部23は、実施の形態2における信号検出部23と同一である。
劣化推定部25は、信号検出部23により検出された信号を監視することで、アーム部1の劣化を推定する。この際、劣化推定部25は、例えば、過去のデータを利用した機械学習を用いて、劣化を推定する。
The signal detection unit 23 detects a signal having a frequency other than the drive frequency of the ultrasound emitted by the ultrasound element 211 based on the results of transmission and reception by the transmission and reception unit 21 . This signal detection section 23 is the same as the signal detection section 23 in the second embodiment.
The deterioration estimation section 25 estimates the deterioration of the arm section 1 by monitoring the signal detected by the signal detection section 23. At this time, the deterioration estimation unit 25 estimates the deterioration using, for example, machine learning using past data.

ここで、アーム部1は、新品の状態と劣化した状態とで振動の仕方が異なる。よって、劣化推定部25は、信号検出部23により検出された信号に基づくアーム部1の振動を機械学習等によって解析することで、アーム部1の劣化状態の診断が可能となる。 Here, the arm portion 1 vibrates differently depending on whether it is in a new state or in a deteriorated state. Therefore, the deterioration estimation section 25 can diagnose the deterioration state of the arm section 1 by analyzing the vibration of the arm section 1 based on the signal detected by the signal detection section 23 using machine learning or the like.

なお上記では、図2に示す実施の形態1における超音波センサ2に対し、信号検出部23及び劣化推定部25を追加した場合を示した。しかしながら、これに限らず、図8に示す実施の形態2における超音波センサ2に対し、劣化推定部25を追加してもよい。 Note that the above description shows a case in which the signal detection section 23 and the deterioration estimation section 25 are added to the ultrasonic sensor 2 in the first embodiment shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and a deterioration estimating section 25 may be added to the ultrasonic sensor 2 in the second embodiment shown in FIG.

また、実施の形態1~3では、機械装置がロボットアームである場合を示した。しかしながら、これに限らず、機械装置は、超音波センサ2が取付けられたアーム部1を有する装置であればよく、例えば搬送装置でもよい。 Furthermore, in the first to third embodiments, the mechanical device is a robot arm. However, the present invention is not limited thereto, and the mechanical device may be any device as long as it has an arm portion 1 to which the ultrasonic sensor 2 is attached, and may be a transport device, for example.

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 Furthermore, within the scope of the invention, the present invention allows for free combinations of the embodiments, modification of any component of each embodiment, or omission of any component in each embodiment. be.

1 アーム部
2 超音波センサ
21 送受信部
22 物体検出部
23 信号検出部
24 振動有無推定部
25 劣化推定部
211 超音波素子
2111 半導体基板
2112 圧電素子
2113 電極
2114 電極
2115 ダイヤフラム
1 Arm section 2 Ultrasonic sensor 21 Transmission/reception section 22 Object detection section 23 Signal detection section 24 Vibration presence/absence estimation section 25 Deterioration estimation section 211 Ultrasonic element 2111 Semiconductor substrate 2112 Piezoelectric element 2113 Electrode 2114 Electrode 2115 Diaphragm

Claims (4)

アーム部と、
前記アーム部の先端面において、当該アーム部の先端側において主な振動が生じると想定される方向とは垂直な方向に、直線状に配列された複数の超音波素子を有する送受信部と、
前記送受信部による送受信結果に基づいて、物体の有無を検出する物体検出部とを備え、
前記送受信部は、前記超音波素子が超音波を放射することで、前記主な振動が生じると想定される方向を含む面において2次元円形波を形成する
ことを特徴とする機械装置。
The arm part and
a transmitting/receiving section having a plurality of ultrasonic elements arranged linearly in a direction perpendicular to a direction in which main vibrations are expected to occur on the distal end side of the arm section on the distal end surface of the arm section;
an object detection unit that detects the presence or absence of an object based on the transmission and reception results by the transmission and reception unit,
A mechanical device characterized in that the transmitting/receiving unit forms a two-dimensional circular wave in a plane including a direction in which the main vibration is assumed to occur, by the ultrasonic element emitting ultrasonic waves.
前記超音波素子は、MUTである
ことを特徴とする請求項1記載の機械装置。
The mechanical device according to claim 1, wherein the ultrasonic element is a MUT.
前記送受信部による送受信結果に基づいて、前記超音波素子が放射する超音波の駆動周波数以外の周波数の信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部により検出された信号に基づいて、前記アーム部における振動の有無を推定する振動有無推定部とを備えた
ことを特徴とする請求項2記載の機械装置。
a signal detection unit that detects a signal of a frequency other than the drive frequency of the ultrasound emitted by the ultrasonic element based on the transmission and reception results by the transmission and reception unit;
The mechanical device according to claim 2, further comprising a vibration presence/absence estimating section that estimates the presence or absence of vibration in the arm section based on the signal detected by the signal detection section.
前記送受信部による送受信結果に基づいて、前記超音波素子が放射する超音波の駆動周波数以外の周波数の信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部により検出された信号を監視することで、前記アーム部の劣化を推定する劣化推定部とを備えた
ことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の機械装置。
a signal detection unit that detects a signal of a frequency other than the drive frequency of the ultrasound emitted by the ultrasonic element based on the transmission and reception results by the transmission and reception unit;
The mechanical device according to claim 2 or 3, further comprising a deterioration estimating section that estimates deterioration of the arm section by monitoring the signal detected by the signal detecting section.
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