JP2019098407A

JP2019098407A - ロボット

Info

Publication number: JP2019098407A
Application number: JP2017227876A
Authority: JP
Inventors: 淳哉藤田; Atsuya Fujita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-06-24
Also published as: US10603798B2; CN109834703A; US20190160688A1; DE102018129502A1

Abstract

【課題】人が接触したと誤って検知する誤検知を少なくする又は無くすことができ、しかもケーブルとアームとの間に人や物が挟まれる可能性を低減することができるロボットを提供する。【解決手段】このロボット１０は、基部１０ａと、基部１０ａ上に設けられた多関節アーム２０と、基部１０ａに設けられ、多関節アーム２０に加わる外力を検出するセンサ１２と、センサ１２の検出値に基づき多関節アーム２０に停止動作を行わせる制御装置４０と、多関節アーム２０の先端側のアーム部材２６に取付けられる機器３１，３２と一端が接続され、他端が機器３１，３２の制御を行う制御装置４０に接続されるケーブルＣＡとを備え、ケーブルＣＡが、アーム部材２６から多関節アーム２０内に入ると共に、アーム部材２６よりも基部１０ａ側のアーム部材２１〜２５を通過して制御装置４０に接続されるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明はロボットに関し、より具体的には、人との接触を検知して停止動作、減速動作、又は回避動作を行うロボットに関する。

このようなロボットとして、多関節のアームの各軸のトルクセンサ、又は、アームの表面の全体に配置された接触センサの検出結果を用いてアームに人が接触したと判断されると、アームの動作を停止させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、動作範囲に人が存在しない産業用ロボットであって、多関節のアームの手首部材に取付けられた機器と、機器に一端が接続されると共に他端が制御装置に接続されたケーブルとを備え、ケーブルがアーム内に配置されたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１７−０３０１３７号公報特開２０００−０００７９２号公報

前者のロボットにおいて、多関節のアームの先端にエンドエフェクタ、センサ等の機器を後付けし、そのケーブルＣＡを図４に示すようにハンガー１１０を使ってロボットのアーム１００の上方に配置することが考えられる。しかし、アーム１００を動作させると例えば制御装置１０１との間でケーブルＣＡが振られ、ケーブルＣＡの慣性力が各軸のトルクセンサにより検出されてアーム１００に人が接触したと誤検知される場合がある。

一方、慣性力を小さくするためにケーブルＣＡの長さを極力短くすると、余長が短くなり、アーム１００を動作させた時にケーブルＣＡを引っ張り、これによりアーム１００に人が接触したと誤検知されてしまう場合がある。

一方、図４とは異なりアームの外部に沿うようにケーブルが配置されている場合は、アームの各関節の曲げや回転によりケーブルに曲げ変形や引っ張り力が加わる場合がある。これらのケーブルの引っ張りや曲げも各軸のトルクセンサの誤検出に繋がる。
また、アームの外部にケーブルが配置されている場合は、ケーブルとアーム等との間に人や物が挟まれる可能性もある。

後者の産業用ロボットのようにケーブルをアーム内に配置することも考えられる。しかし、アーム内にケーブルを配置しても、アームの各関節の曲げや回転によりケーブルに曲げ変形や引っ張り力が加わるので、これらのケーブルの引っ張りや曲げが各軸のトルクセンサにより検出され、この検出トルクを人との接触によるものと区別することが難しい。

また、アームの表面の全体が接触センサで覆われており、ケーブルをアームの内側に配置する必要がある場合は、ケーブルを配置するためにアームの表面の全体を覆っている接触センサを取り外す作業が必要となり、手間がかかる。さらに、アームの表面に再度接触センサを組付ける必要が生じ、組付けや接続が不正確となる可能性がある。

なお、ケーブルは手首部材に取付けるエンドエフェクタ、センサ等の機器の種類に応じて変わるため、ユーザによって必要なケーブルは異なり、また、機器を変更する度に上記作業が必要になる。よって、ユーザによるケーブルの取付け、交換が容易な構造になっている方が望ましい。これに対し、複数種類の機器に対応可能となるように予め複数種類のケーブルをアームに内蔵しておくことも考えられるが、如何なる機器にも対応できるように全ての種類のケーブルを内蔵することは不可能であり、結果としてユーザの選択肢を狭めることになる。

一方、上記のようにケーブルの慣性力、引っ張り力等により人が接触したと誤検知されないように、各軸のトルクセンサや接触センサの検出閾値を上げることも考えられるが、安全性を向上する上で好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、人が接触したと誤って検知する誤検知を少なくする又は無くすことができ、しかもケーブルとアームとの間に人や物が挟まれる可能性を低減することができるロボットの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様のロボットは、基部と、基部上に設けられた多関節アームと、前記基部に設けられ、前記多関節アームに加わる外力を検出するセンサと、該センサの検出値に基づき前記多関節アームに停止動作、減速動作、又は回避動作を行わせる制御装置と、前記多関節アームの先端側の部材に取付けられる機器に一端が接続され、他端が該機器の制御や該機器への流体又は電力の供給を行うケーブル被接続装置に接続されるケーブルとを備え、該ケーブルが、前記機器が取付けられる前記多関節アームの部材又はその近傍の部材である被挿入部材から前記多関節アーム内に入ると共に、該被挿入部材よりも前記基部側に配置された前記多関節アームの部材を通過して前記ケーブル被接続装置に接続されるように構成されている。

第１の態様では、多関節アームに加わる外力を検出するセンサが基部に設けられている。このため、仮に多関節アームが動くことにより多関節アーム内のケーブルに曲げ変形や引っ張り力が生じても、それらが基部のセンサに与える影響は小さい、若しくは無く、人が接触したと誤って検知する誤検知を少なくする又は無くすことができる。

また、ケーブルは、機器が取付けられる部材またはその近傍の部材である被挿入部材から多関節アーム内に入ると共に、該被挿入部材よりも基部側に配置された多関節アームの部材を通過してケーブル被接続装置に接続されるように構成されている。このように、多関節アームの先端側からケーブルが多関節アーム内に配置されるので、ケーブルと多関節アームとの間に人や物が挟まれる可能性を低減することができる。

上記態様において、好ましくは、前記ケーブルが、前記被挿入部材から前記多関節アーム内に入ると共に、該多関節アームの基端から前記基部内に入り、該基部を通過して前記ケーブル被接続装置に接続されるように構成されている。このように、多関節アームの先端側と基端側でケーブルが多関節アーム内に配置されるので、ケーブルと多関節アームとの間に人や物が挟まれる可能性をより低減することができる。

上記態様において、好ましくは、前記ケーブルが、前記機器が取付けられる前記部材から前記多関節アームの基端まで前記多関節アームの外部に露出していない。
このように構成すると、多関節アームの外部にケーブルが殆ど若しくは全く露出しないので、ケーブルと多関節アームとの間に人や物が挟まれる可能性をより低減することができる。

本発明によれば、人が接触したと誤って検知する誤検知を少なくする又は無くすことができ、しかもケーブルとアームとの間に人や物が挟まれる可能性を低減することができる。

本発明の一実施形態のロボットの概略正面図である。本実施形態のロボットの制御装置のブロック図である。本実施形態の変形例を示すロボットの概略正面図である。従来のロボットの概略正面図である。

本発明の一実施形態に係るロボット１０を図面を参照して以下に説明する。
このロボット１０は、図１に示すように、基部１０ａと多関節アーム２０とを有し、多関節アーム２０の先端に加工ツール、ハンド等のロボットツール（機器）３１と、ワークの対象物の位置、姿勢等を確認するための二次元センサ、三次元センサ、カメラ等の位置姿勢確認センサ（機器）３２が取付けられる。

ロボット１０の多関節アーム２０は、複数のアーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６および関節２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａを備えると共に、複数の関節２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａをそれぞれ駆動する複数のサーボモータ１１を備えている（図２参照）。本実施形態では６つの関節を有する多関節アーム２０を示すが、７個以上の関節を有するものであってもよく、５個以下の関節を有するものであってもよい。

各サーボモータ１１として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータを用いることが可能である。各サーボモータ１１はその作動位置を検出するエンコーダ等の作動位置検出装置を内蔵しており、作動位置検出装置の検出値が制御装置４０に送信される。

ロボット１０の基部１０ａには、例えば６軸力センサから成る力センサ（センサ）１２が設けられ、力センサ１２の検出結果も制御装置４０に送信されるように構成されている（図２参照）。基部１０ａは例えば金属製であり、多関節アーム２０を支持すると共に、設置面や設置面上に固定された被固定部に固定されている。

図１に示すように、アーム部材２１は関節２１ａによって基部１０ａに対しＪ１軸周りに旋回する旋回部材であり、アーム部材２２は関節２２ａによってアーム部材２１に対しＪ２軸周りに回転する軸部材であり、アーム部材２３は関節２３ａによってアーム部材２２に対しＪ３軸周りに回転する軸部材であり、アーム部材２４は関節２４ａによってアーム部材２３に対しＪ４軸周りに回転する手首部材（先端側の部材）であり、アーム部材２５は関節２５ａによってアーム部材２４に対しＪ５軸周りに首振りする手首部材（先端側の部材）であり、アーム部材２６は関節２６ａによってアーム部材２５に対しＪ６軸周りに回転する手首部材（先端側の部材）である。なお、本実施形態では６つのアーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６のうち半分である先端側の３つのアーム部材２４，２５，２６を先端側の部材としているが、例えば、アーム部材が５個および７個の場合は先端側の３個および４個のアーム部材をそれぞれ先端側の部材とすることができる。

本実施形態ではロボットツール３１および位置姿勢確認センサ３２はアーム部材２６に取付けられているが、例えば位置姿勢確認センサ３２をアーム部材２４，２５に取付けることも可能である。ロボットツール３１には当該ロボットツール３１を駆動するモータが設けられている。当該モータおよび位置姿勢確認センサ３２はケーブルＣＡを介して制御装置（ケーブル被接続装置）４０に接続され、制御装置４０によって制御される。

制御装置４０は、図２に示すように、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御部４１と、表示装置４２と、不揮発性ストレージ、ＲＯＭ等を有する記憶装置４３と、ロボット１０のサーボモータ１１にそれぞれ対応するように設けられた複数のサーボ制御器４４と、制御装置４０に接続されると共に操作者が持ち運び可能な教示操作盤４５とを備えている。教示操作盤４５は制御装置４０と無線通信するように構成されていてもよい。

記憶装置４３にはシステムプログラム４３ａが格納されており、システムプログラム４３ａが制御装置４０の基本機能を担っている。また、記憶装置４３には、教示操作盤４５を用いて作成された動作プログラム４３ｂが少なくとも１つずつ格納されている。さらに、記憶装置４３には、力センサ１２の検出結果に基づき多関節アーム２０に安全のための動作を行わせる安全動作プログラム４３ｃが格納されている。

制御部４１はシステムプログラム４３ａにより動作し、記憶装置４３に格納されている動作プログラム４３ｂを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、位置姿勢確認センサ３２による検出結果を用いながら、読み出した動作プログラム４３ｂに沿って各サーボ制御器４４に制御信号を送り、これによりロボット１０の各サーボモータ１１のサーボアンプを制御すると共に、ロボットツール３１のモータを制御する。

この時、制御部４１は記憶装置４３に格納されている安全動作プログラム４３ｃを読み出してＲＡＭに一時的に格納し、読み出した安全動作プログラム４３ｃにより力センサ１２の検出結果をモニタし、力センサ１２の検出結果が所定の基準範囲を超える場合に、ロボット１０に人、物体等の保護対象が接触したものと判断して、ロボット１０の各サーボモータ１１の作動を停止させる（安全動作機能）。

ここで、制御部４１は、ロボット１０がワークを保持しているか否か、ロボット１０の先端部の位置、ロボット１０の姿勢、ロボット１０の作動速度、ロボット１０を構成する各構成部品の重量、その慣性質量等を考慮して、前記所定の基準範囲を適宜変更する。

ケーブルＣＡは複数の信号線および電力線を有しており、ケーブルＣＡの一端の一部の信号線および電力線がロボットツール３１に接続され、ケーブルＣＡの一端の他の一部の信号線および電力線が位置姿勢確認センサ３２に接続されている。また、ケーブルＣＡの他端の電力線および信号線は制御装置４０に接続されている。本実施形態では、ロボットツール３１と位置姿勢確認センサ３２のケーブルＣＡが一体になっているが、別体としてもよく、信号線と電力線とを別々のケーブルＣＡ内に配置してもよい。

ロボットツール３１と位置姿勢確認センサ３２から延びるケーブルＣＡは、ロボットツール３１および位置姿勢確認センサ３２が取付けられたアーム部材２６又はその近傍のアーム部材２５，２４に設けられた孔（図示せず）を介してアーム部材２６内に入っている。また、ケーブルＣＡはアーム部材２５、アーム部材２４、アーム部材２３、アーム部材２２、およびアーム部材２１の内部を順次挿通し、アーム部材２１の内部から基部１０ａ内に入り、基部１０ａの側面に形成された孔（図示せず）を介して基部１０ａの外部に出ている。

これにより、ケーブルＣＡの他端側が制御装置（ケーブル被接続装置）４０に接続されている。各アーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６の内部および基部１０ａの内部にはケーブルＣＡを挿通するための空間が形成され、各アーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６の間およびアーム部材２１と基部１０ａとの間にはケーブルＣＡを挿通するための孔又は空間が形成されている。

このように、本実施形態では、多関節アーム２０に加わる外力を検出する力センサ１２が基部１０ａに設けられているので、多関節アーム２０が動くことにより多関節アーム２０内のケーブルＣＡに曲げ変形や引っ張り力が生じても、それらが基部１０ａの力センサ１２に与える影響は小さい、若しくは無く、人が接触したと誤って検知する誤検知を少なくする又は無くすことができる。

また、ケーブルＣＡは、アーム部材（被挿入部材）２６から多関節アーム２０内に入ると共に、多関節アーム２０の基端から基部１０ａ内に入り、基部１０ａから制御装置４０に向かってロボット１０の外部に出るように構成されている。このようにケーブルＣＡが多関節アーム２０内に配置されているので、ケーブルＣＡと多関節アーム２０との間に人や物が挟まれる可能性を低減することができる。
また、多関節アーム２０内に配置されたケーブルＣＡをロボット１０の先端に取付ける機器の種類に応じて変更する場合も、多関節アーム２０の表面に接触センサが設けられていないので、変更作業を容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、ケーブルＣＡが各アーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６の内部を通過するものを示した。これに対し、図３に示すように、ケーブルＣＡが例えばアーム部材２３に形成された孔（図示せず）から多関節アーム２０の外部に出て、アーム部材２１に形成された孔（図示せず）から多関節アーム２０の内部に再び入るように構成してもよい。

この場合、多関節アーム２０の外部に一度出たケーブルＣＡがアーム部材２２に沿って配置されると共に、外部に出たケーブルＣＡがアーム部材２２に取付けられたカバー部材２２ｂとアーム部材２２との間に配置され、これによりケーブルＣＡの移動が規制されるように構成することもできる。

このように、ケーブルＣＡが各アーム部材２１，２２，２３，２４，２５，２６の一部の内部を挿通しない場合でも、多関節アーム２０の先端側と基端側でケーブルＣＡが多関節アーム２０内に配置されるので、ケーブルＣＡと多関節アーム２０との間に人や物が挟まれる可能性を低減することができる。

さらに、アーム部材２３から多関節アーム２０の外部に出たケーブルＣＡが多関節アーム２０内又は基部１０ａ内に入らずに制御装置４０に接続されるように構成してもよい。この場合でも、多関節アーム２０の先端側からケーブルＣＡが多関節アーム２０内に配置されるので、ケーブルＣＡと多関節アーム２０との間に人や物が挟まれる可能性を低減することができる。

なお、例えば制御装置４０が基部１０ａと一体になっている又は密着している場合は、上記のように多関節アーム２０内を通過したケーブルＣＡや基部１０ａ内を通過したケーブルＣＡが外部に出ることなく制御装置４０に接続される。

なお、本実施形態では、ロボットツール３１のモータおよび位置姿勢確認センサ３２がケーブルＣＡを介して制御装置４０に接続されたものを示したが、ロボットツール３１のモータおよび位置姿勢確認センサ３２がそれぞれ専用の制御装置（ケーブル被接続装置）に接続されてもよい。また、ロボットツール３１に圧縮空気、油圧等を供給する必要がある場合は、これら流体を供給する供給管をケーブルＣＡとして上記と同様に配置することが可能である。この場合、圧縮空気、油圧等を供給するためのケーブルＣＡの他端は流体供給源に接続される。

また、本実施形態では、前記安全動作機能としてロボット１０の各サーボモータ１１の作動を停止させるものを示した。これに対し、力センサ１２の検出結果が所定の基準範囲を超える場合に、制御部４１が安全動作プログラム４３ｃにより作動し、力センサ１２の検出結果が所定の基準範囲を超える場合に、ロボット１０に人、物体等の保護対象が接触したものと判断して、ロボット１０が所定の回避動作を行うように各サーボモータ１１を制御してもよい。

回避動作としては、例えば、制御部４１が力センサ１２の検出結果に基づき接触方向を推定し、ロボット１０が接触方向と反対方向に移動するように各サーボモータ１１を制御する。
一方、力センサ１２の検出結果が所定の基準範囲を超える場合に、ロボット１０の動作速度を減速するように各サーボモータ１１を制御してもよい。

１０ロボット
１０ａ基部
１１サーボモータ
１２力センサ（センサ）
２０多関節アーム
２１〜２６アーム部材
２１ａ〜２６ａ関節
２２ｂカバー部材
３１ロボットツール（機器）
３２位置姿勢確認センサ（機器）
４０制御装置
４１制御部
４２表示装置
４３記憶装置
４３ａシステムプログラム
４３ｂ動作プログラム
４３ｃ安全動作プログラム
４４サーボ制御器
４５教示操作盤
ＣＡケーブル

Claims

基部と、
基部上に設けられた多関節アームと、
前記基部に設けられ、前記多関節アームに加わる外力を検出するセンサと、
該センサの検出値に基づき前記多関節アームに停止動作、減速動作、又は回避動作を行わせる制御装置と、
前記多関節アームの先端側の部材に取付けられる機器に一端が接続され、他端が該機器の制御や該機器への流体又は電力の供給を行うケーブル被接続装置に接続されるケーブルとを備え、
該ケーブルが、前記機器が取付けられる前記多関節アームの部材又はその近傍の部材である被挿入部材から前記多関節アーム内に入ると共に、該被挿入部材よりも前記基部側に配置された前記多関節アームの部材を通過して前記ケーブル被接続装置に接続されるように構成されているロボット。
前記ケーブルが、前記被挿入部材から前記多関節アーム内に入ると共に、該多関節アームの基端から前記基部内に入り、該基部を通過して前記ケーブル被接続装置に接続されるように構成されている請求項１に記載のロボット。
前記ケーブルが、前記機器が取付けられる前記部材から前記多関節アームの基端まで前記多関節アームの外部に露出していない請求項１又は２に記載のロボット。