CN108885276A - 接近传感器装置及机械臂机构 - Google Patents

Abstract

目的在于在机械臂机构上提供合适的、构成简易并且检测区域大的接近传感器装置。本实施方式的接近传感器装置，包括在其与已靠近的被检测体之间形成静电容量的检测电极13，检测静电容量的检测部17，基于检测到的静电容量判断朝向检测电极的被检测体的靠近的判断部19；检测电极具有：弯曲成U字形或者C字形的基件14，配置在基件的前面、沿基件的前面弯曲的检测电极13，配置在基件的背面、沿基件的背面弯曲的防护件15。

Description

接近传感器装置及机械臂机构

技术领域

本发明的实施方式有关接近传感器装置及机械臂机构。

背景技术

一直以来，多关节机械臂机构已经在产业用机器人等各种各样的领域使用。发明者们实现了实用化的直动伸缩机构，可以在垂直多关节型的机械臂机构中无需肘关节，使得无需安全栏便可在作业员的旁边设置机器人，从而使得机器人和作业员协作的环境成为现实。

另一方面，为了将机械臂机构设置在作业员的旁边，确保高安全性很重要。因此，多数会在每个可动部装备接近传感器。接近传感器的感应距离比较短，因此为了使未感应区域狭小化，有必要改变位置或者灵敏度方向并设置较多的接近传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特许第5435679号公报

发明内容

发明所要解决的课题

目的在于在机械臂机构上提供合适、构成简易并且检测区域大的接近传感器装置。

解决课题的手段

本实施方式的接近传感器装置，包括：在其与已靠近的被检测体之间形成静电容量的检测电极，检测静电容量的检测部，基于检测到的静电容量而判断朝向检测电极的被检测体的靠近的判断部，检测电极具有弯曲成U字形或者C字形的基件，设置在基件前面且沿基件的前面弯曲的检测电极，设置在基件的背面且沿基件的背面弯曲的防护件。

附图说明

图1是表示本实施方式的机械臂机构的外观的立体图。

图2是图1的机械臂机构的侧视图。

图3是表示图1的机械臂机构的内部构成的图。

图4是用图形记号表示图1的机械臂机构的构成的图。

图5是表示图1的接近传感器装置的传感器本体的图。

图6是表示图5的传感器本体的内部结构的图。

图7是表示图6的检测电极部的图。

图8是图5的传感器本体的A-A剖视图。

图9是表示图1的接近传感器装置的构成的图。

图10是表示图6的检测电极部的其他的线材配线的图。

图11是表示使图10的线材配线多通道化、用于识别靠近方向的接近传感器装置的构成的图。

图12是表示根据对象部的对表面而将图6的检测电极部的线材螺旋状地配线的例的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本实施方式的接近传感器装置。以下的说明中，以装备有本实施方式的接近传感器装置的机械臂机构为例进行说明。此机械臂机构的多个关节部的其中一个关节部由直动伸缩机构构成。另外，本实施方式的接近传感器装置的特征点之一在于，其检测电极以导电性线材构成。这提高了检测电极的配线的自由度，实现将电极安装于复杂的结构物。因此，本实施方式的接近传感器装置也可以在机械臂机构以外的其他的结构物，例如装备在汽车等内。在以下说明中，具有大致相同的功能及构成的构成要素，赋予同一符号，仅在有必要的情况下进行重复说明。

图1表示的是装备有本实施方式的接近传感器装置10的机械臂机构的外观。图2是图1的机械臂机构的侧视图。图3是表示图1的机械臂机构的内部结构的侧视图。

机械臂机构包括基台1、回转部(支柱部)2、起伏部4、臂部5及手腕部6。回转部2、起伏部4、臂部5及手腕部6从基台1开始依次设置。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基台1开始依次设置。基台1上，呈圆筒体的回转部2典型地为竖直地设置。回转部2收纳作为回转旋转关节部的第一关节部J1。第一关节部J1具有扭转旋转轴RA1。旋转轴RA1平行于竖直方向。回转部2具有下部架21和上部架22。下部架21的一端与第一关节部J1的固定部连接。下部架21的另一端与基台1连接。下部架21被圆筒形状的壳体31覆盖着。上部架22与第一关节部J1的旋转部连接，以旋转轴RA1为中心绕轴旋转。上部架22被圆筒形状的壳体32覆盖着。随着第一关节部J1的旋转，上部架22相对于下部架21而旋转，由此臂部5水平地回转。呈圆筒体的回转部2的内部空腔内，收纳作为后述的直动伸缩机构的第三关节部J3的第一、第二链节列51、52。

回转部2的上部设置有起伏部4，起伏部4收纳作为起伏旋转关节部的第二关节部J2。第二关节部J2是弯曲旋转关节。第二关节部J2的旋转轴RA2垂直于旋转轴RA1。起伏部4具有作为第二关节部J2的固定部(支撑部)的一对侧架23。一对侧架23与上部架22连结。一对侧架23被鞍形形状的罩子33覆盖着。一对侧架23支撑着作为第二关节部J2的旋转部的圆筒体24，圆筒体24同时作为马达壳体使用。圆筒体24的周面上，安装着送出机构25。送出机构25被圆筒形状的罩子34覆盖着。鞍形罩子33和圆筒罩子34之间的间隙被截面U字形状的U字波纹管罩子14覆盖着。U字波纹管罩子14跟随着第二关节部J2的起伏动作而伸缩。送出机构25保持着驱动齿轮56、导向辊筒57及辊筒单元58。送出机构25随着圆筒体24的绕轴旋转而转动，支撑在送出机构25的臂部5上下地起伏。

第三关节部J3由直动伸缩机构提供。直动伸缩机构包括有发明者们新开发的结构，在可动范围这一点上明确区别于通常现有的直动关节。第三关节部J3的臂部5虽然能自由弯曲，但是其沿着中心轴(伸缩中心轴RA3)而从臂部5的根部的送出机构25朝前方被送出时，弯曲被限制，从而确保直线的刚性。臂部5被拉回后方时恢复弯曲。臂部5具有第一链节列51和第二链节列52。第一链节列51包括自由弯曲地连结的多个第一链节53。第一链节53构成为大致平板形。第一链节53通过端部位置处的铰链部自由弯曲地连结。第二链节列52包括多个第二链节54。第二链节54构成为横截面コ字形的槽状体或者ロ字形的筒状体。第二链节54通过底板端部位置处的铰链部自由弯曲地连结。第二链节列52的弯曲，在第二链节54的侧板的端面彼此抵接的位置被限制。在此位置第二链节列52直线地排列。第一链节列51的头部的第一链节53和第二链节列52的头部的第二链节54通过结合链节55而连接。例如，结合链节55具有合成第一链节53和第二链节54后的形状。

第一、第二链节列51、52通过送出机构25的辊筒单元58时，通过辊筒59相互地被按压而接合。通过接合，第一、第二链节列51、52发挥直线的刚性，构成柱状的臂部5。驱动齿轮56和导向辊筒57一起设置在辊筒单元58的后方。驱动齿轮56与未图示的马达单元连接。马达单元产生用于使驱动齿轮56旋转的动力。后面会陈述，在第一链节53的内侧的面，换言之，与第二链节54接合的一侧的面的宽度中间，沿连结的方向形成有线性齿轮。多个第一链节53直线状地对齐排列时，相邻的线性齿轮连接成直线状，构成为长的线性齿轮。驱动齿轮56与被导向辊筒57按压的第一链节53的线性齿轮啮合。直线状连接的线性齿轮与传动齿轮56一起构成齿轮齿条机构。驱动齿轮56顺时针旋转时，第一、第二链节列51、52从辊筒单元58朝前方被送出。驱动齿轮56逆时针旋转时，第一、第二链节列51、52朝辊筒单元58的后方被拉回。被拉回的第一、第二链节列51、52在辊筒单元58和驱动齿轮56之间被分离。分离的第一、第二链节列51、52分别恢复到可弯曲的状态。恢复到可弯曲的状态的第一、第二链节列51、52，同时同方向(内侧)地弯曲，被竖直地收纳到回转部2的内部。此时，第一链节列51以与第二链节列52大致平行且几乎对齐的状态被收纳。

臂部5的前端安装有手腕部6。手腕部装配有第4-第6关节部J4-J6。第4-第6关节部J4-J6分别具有直交三轴的旋转轴RA4-RA6。第四关节部J4是以与伸缩中心轴RA3大致一致的第四旋转轴RA4为中心的扭转旋转关节，通过此第四关节部J4的旋转，使末端执行器摆动旋转。第五关节部J5是以垂直于第四旋转轴RA4设置的第五旋转轴RA5为中心的弯曲旋转关节，通过此第五关节部J5的旋转，使末端执行器前后地倾动旋转。第六关节部J6是以垂直于第四旋转轴RA4和第五旋转轴RA5设置的第六旋转轴RA6为中心的扭转旋转关节，通过此第六关节部J6的旋转，使末端执行器绕轴旋转。

第四关节部J4形成以旋转轴RA4为中心线的圆筒体，此第四关节部J4的前端安装有第五关节部J5的固定部61，第五关节部J5形成中心线与第四关节部J4的圆筒体正交的圆筒体。第五关节部J5的固定部61上，以跨过其两端的状态支撑着U字形或者C字形的臂62并使其自由旋转。此臂62的前端内侧安装着作为第六关节部J6的固定部的圆筒体63。

手腕部6的U字形的臂62典型地装备有U字形的接近传感器装置11的传感器本体11以将其外周覆盖。另外，不可否认传感器本体11也可以是C字形。接近传感器10在作为被检测体典型地如作业员(人)的手指、手腕、身体等靠近其传感器本体11时，检测其靠近。接近传感器装置10后面会详细描述。

末端执行器(手指效果器)，安装在适配器7上，适配器7设置在手腕部6的第六关节部J6的旋转部下部。末端执行器是机器人所具有对作业对象(工件)直接作用的功能的部分，例如，存在有对应把持部、真空吸附部、螺母锁紧工具、焊枪、喷枪等的任务的各种工具。末端执行器，通过第一、第二、第三关节部J1、J2、J3移动到任意位置，通过第四、第五、第六关节部J4、J5、J6配置为任意姿势。特别地，第三关节部J3的臂部5的伸缩距离的长度，可使末端执行器到达从基台1的接近位置至远离位置的大范围内的对象。第三关节部J3的特征是通过构成它的直动伸缩机构所实现的直线的伸缩动作及其伸缩距离的长度与以前的直动关节不同。

图4是用图形记号表示机械臂机构的构成的图。在机械臂机构中，通过构成根部三轴的第一关节部J1和第二关节部J2和第三关节部J3而实现三个位置自由度。并且，通过构成手腕三轴的第四关节部J4和第五关节部J5和第六关节部J6而实现三个姿势自由度。如图4所示，第一关节部J1的旋转轴RA1被设置在竖直方向。第二关节部J2的旋转轴RA2被设置在水平方向。第二关节部J2相对于第一关节部J1，在旋转轴RA1和与旋转轴RA1正交的轴的两个方向有偏移。第二关节部J2的旋转轴RA2与第一关节部J1的旋转轴RA1未相交。第三关节部J3的移动轴RA3设置在垂直于旋转轴RA2的方向上。第三关节部J3相对于第二关节部J2，在旋转轴RA1和与旋转轴RA1正交的轴的两个方向有偏移。第三关节部J3的旋转轴RA3与第二关节部J2的旋转轴RA2未相交。通过将多个关节部J1-J6的根部三轴的其中一个弯曲关节部改装为直动伸缩关节部J3，使第二关节部J2相对于第一关节部J1朝两个方向偏移，使第三关节部J3相对于第二关节部J2朝两个方向偏移，从而使本实施方式的机器人装置的机械臂机构，从结构上消除了奇点姿势。

图5(a)是接近传感器装置10的传感器本体11的立体图，图5(b)是传感器本体11的平面图。图6表示传感器本体11的结构。接近传感器装置10采用静电容量型，基于静电容量的变化而检测被检测体的朝向传感器本体11的靠近，静电容量通过作为被检测体的作业员的身体、手腕、手指等的接地导体的朝向传感器本体11的靠近而产生。传感器本体11是弯曲成U字形的薄板状体。传感器本体11也可以是C字形。传感器本体11的两端分别设置有螺纹孔12，用于安装到手腕部6的U字形的臂62上。传感器本体11具有作为板状体的基件14，基件14通过树脂等的作为非导体(绝缘体)的非导电性材料而成形成U字形。基件14的前面安装着作为导体的检测电极13，检测电极13沿着此基件14的前面形状而弯曲成U字形。基件14的背面，为了消除由于其背面侧的接地导体的移动等所导致的静电容量变化的错误检测，安装着具有导电性的屏蔽板(防护件)15，作为导体板的屏蔽板15沿基件14的背面形状而弯曲成U字形。

如图7(a)所示，为了实现比导体板更加轻量化，检测电极13通过导电性线材的配线而构成。线材13在基件14的前面沿其外边缘而环绕设置。线材13的配线形状典型地呈长轴弯曲的矩形。检测距离例如是1至3cm的范围。通过矩形的短轴的长度，在其短轴方向产生灵敏度区域的谷。如图7(b)所示，线材13也可以在基件14的前面，涵盖其宽度全区域而配线为往返的波形，以减轻此灵敏度区域的谷。另外，如图7(c)所示，线材13也可以在基件14的前面，配线为扭曲形，也就是连续地描画8字地配线。并且，如图7(d)所示，线材14也可以在基件14的前面呈连结圆地配线。

进一步地，如图7(e)所示，也可以是分别配线成矩形的多个线材13-1,13-2排列成U字形。一边的线材13-1在基件14的前面的左侧，另一边的线材13-2在右侧，分别分开配线。

图8是图5的A-A剖视图。如图8(a)所示，典型地，基件14的背面的防护件15的宽度比配线成矩形的线材13的短轴长、并且防护件15的长度与线材13的长轴相等或者比线材13的长轴长，以覆盖配线成矩形的线材13的背面整体。如图8(b)所示，防护件15也可以构成为截面コ字形以覆盖配线成矩形的线材13的背面整体、并且也覆盖侧面，从而使得线材13在其前方集中灵敏度。另外，如图8(c)所示，防护件15的宽度也可以比线材13的矩形的短轴长度短，以使得线材13在其前方具有灵敏度，并且具有比图8(a)的场合更大的灵敏度。

如图9(a)所示，容量检测回路17检测静电容量(对接地容量)C，静电容量C在被检测体P和检测电极13之间形成，被检测体P为已接近的作业员的手指等的接地导体。容量检测回路17通过开关电容动作而检测静电容量C。判断部18从通过容量检测回路17所检测到的静电容量C的变化中判断被检测体P朝向检测电极13的靠近。静电容量C在灵敏度区域内不存在被检测体P的状态下较小，在灵敏度区域内存在被检测体P的状态下增大。判断部18通过静电容量C变为预设的值以上的值，而判断被检测体P的靠近。判断部18的判断结果例如被发送到机器人装置的控制部，例如用在紧急停止控制上。作为紧急停止控制可以使控制停止，采用只在预设时间减速到预设速度之后停止等各种停止控制。

如图7(e)所示，将分别配线成矩形的多个、例如相互无电连接的两根线材13-1、13-2排列成U字形时，如图9(b)所示，可以将容量检测回路17-1、17-2各自相对于线材13-1、13-2连接且各自地进行容量检测，根据其检测结果，通过判断部19识别线材13-1、13-2的任意一个是否有被检测体P靠近。也就是，可以通过两通道判别是否有被检测体P从左右任意一个方向靠近，在控制部中例如检测到被检测体的靠近时，使手腕部6朝从其被检测体相反的方向只移动微小距离，从而可进行所谓的退避动作。

这样，本实施方式的接近传感器装置的传感器本体由于包括有U字形的检测电极，因此相对于此检测电极，不仅是前方，而且相对于从左或者右等多方向的靠近，都可以在检测电极上具有灵敏度。与将多数的传感器装置、至少多数的检测电极根据位置及方向的不同而装备在手腕部等的过去的结构相比，可以通过非常简易的结构实现。而且在本实施方式中，使检测电极通过线材的配线而安装，其结构简易化、减少组装工时，并且可以实现传感器本体的轻量化。进一步地，相对于如过去的多数的检测电极，无需每个都设置容量检测回路及判断部，根据一个***的容量检测回路及判断部也可以检测从多方向的靠近。

在上述中，通过将线材配线为U字形或者C字形，可以相对于正面和左右的两侧合计三个方向的靠近而具有灵敏度。但是，如图10中的例子所示，也可以将线材配线成十字形，通过弯曲成分别与水平垂直相关的U字形或者C字形，以使得相对于正面和左右、进一步地加上上下，合计五个方向的靠近而具有灵敏度。

并且，如图11所示，也可以将图10中的例子所示的配线成十字形的线材分割成多个，设置有正面线材13-1，左右线材13-2、13-3，上下线材13-4、13-5，并使这些线材无电连接，通过容量检测回路17-1～17-5将各静电容量变化各个检测，可以区分正面、左右、上下合计五个方向的靠近并检测。判断部18可以区分五个方向的接近并输出接近信号。即可以将接近传感器装置多通道化，在图11的例子中，可以五通道化。被提供有五通道化的靠近信号的控制部，相对于如上述的五个方向可以各个做出退避动作。进一步地控制部可以将使用区分了五个方向的靠近信号的关节动作控制，应用于直接示教控制。例如，作业者将自己的手从某个方向靠近接近传感器本体11时，控制部可以从此时的手腕部6的最大五个方向的移动组成部分中，排除作业者所靠近的方向的移动组成部分(设置为零值)，通过继续进行跟其他方向有关的移动组成部分，作业者不用操作遥控器等，可以通过自己的手一边引导手腕部6一边示教所希望的轨迹。

另外，检测电极13的一个重要的特征是通过导电性线材构成。导电性线材的话，其形状的自由度比板状或者箔状的电极高。因此，担心与外部的接触的各种结构物，例如如图12中的例子所示，可以在臂14的外周螺旋状地卷绕导电性线材进而配线，另外可以沿着臂机构的复杂的外形任意地弯曲，在其外表面对导电性线材进行配线。

虽然说明了本发明的几个的实施形态，这些实施形态，作为示例而提示，并不意图限定发明的保护范围。这些实施形态，可以以其他各种形态实施，在不脱离发明的要旨的范围下，可做各种省略、置换、变更。这些实施形态或者其变形，包含在发明的保护范围和要旨的同时，和记载在权利要求的保护范围的发明，包含有均等的保护范围。

符号的说明

10、接近传感器装置；11、传感器本体，13、检测电极；14、基件；15、防护件。

Claims (11)

1.接近传感器装置，其特征在于，包括：

检测电极部，在其与已靠近的被检测体之间形成静电容量，

检测部，检测所述静电容量，

判断部，基于所述检测到的静电容量而判断朝向所述检测电极部的所述被检测体的靠近；

所述检测电极部具有：

基件板，弯曲成U字形或者C字形，

检测电极，设置在所述基件板的前面且沿所述基件的前面弯曲，

防护件，设置在所述基件板的背面且沿所述基件的背面弯曲。

2.根据权利要求1所述的接近传感器装置，其特征在于，所述检测电极通过导电性的线材的配线而构成。

3.根据权利要求2所述的接近传感器装置，其特征在于，所述线材在所述基件的前面，沿其外边缘而配线成矩形。

4.根据权利要求2所述的接近传感器装置，其特征在于，所述线材在所述基件的前面，配线成在其宽度方向往返的波形。

5.根据权利要求2所述的接近传感器装置，其特征在于，所述线材在所述基件的前面，配线成8字。

6.根据权利要求2所述的接近传感器装置，其特征在于，所述线材在所述基件的前面，呈连结圆地配线。

7.根据权利要求1所述的接近传感器装置，其特征在于，所述防护件具有比所述检测电极宽的宽度。

8.根据权利要求1所述的接近传感器装置，其特征在于，所述防护件具有コ字形截面以覆盖所述检测电极的背面与侧面。

9.根据权利要求1所述的接近传感器装置，其特征在于，所述防护件具有比所述检测电极窄的宽度。

10.接近传感器装置，其特征在于，包括：

检测电极部，在其与已靠近的被检测体之间形成静电容量，

检测部，检测所述静电容量，

判断部，基于所述检测到的静电容量而判断朝向所述检测电极部的所述被检测体的靠近；

所述检测电极部具有：

基件板，

检测电极，通过设置在所述基件板的前面的导电性的线材而构成，

防护件，设置在所述基件板的背面。

11.机械臂机构，基台上支撑有具有回转旋转关节部的支柱部，所述支柱部上载置有具有起伏旋转关节部的起伏部，所述起伏部上设置有具有直动伸缩性的臂部的直动伸缩机构，所述臂部的前端装备有可安装末端执行器的手腕部，其特征在于，

所述手腕部上，装备有接近传感器装置，

所述接近传感器装置包括：

检测电极部，在其与已靠近的被检测体之间形成静电容量，

检测部，检测所述静电容量，

判断部，基于所述检测到的静电容量而判断朝向所述检测电极部的所述被检测体的靠近；

所述检测电极部具有：

基件板，弯曲成U字形或者C字形，

检测电极，设置在所述基件板的前面，沿所述基件的前面弯曲，

防护件，设置在所述基件板的背面，沿所述基件的背面弯曲。