錯位檢測器、機器人手和機器人系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供能檢測出物體的錯位已達到設定范圍以上的錯位檢測器（20）、機器人手（10）及機器人系統（64）。錯位檢測器（20）具有：接觸部件（22），其與物體接觸，并伴隨物體的錯位而變形；限制部件（24），通過接觸已變形的接觸部件（22），限制接觸部件（22）的變形達到預先確定的大小以上；以及振動檢測部（26），用于檢測接觸部件（22）與限制部件（24）接觸時產生的振動。
【專利說明】錯位檢測器、機器人手和機器人系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及錯位檢測器、機器人手和機器人系統。
【背景技術】
[0002]在專利文獻I中記載有滑覺傳感器。該滑覺傳感器的結構是:在把持物體的手指上裝有音叉，當手指與應把持的物體間產生滑動時，音叉發生振動。滑覺傳感器通過檢測該振動而檢測到產生了滑動。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開昭61-56891號公報
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的問題
[0007]本發明的目的是提供能夠檢測出物體的錯位已達到設定范圍以上的錯位檢測器、機器人手及機器人系統。
[0008]為解決問題的方法
[0009]為解決上述問題，根據本發明的一個方案，適用于一種錯位檢測器，具有:接觸部件，其與物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形；限制部件，通過接觸已變形的所述接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及振動檢測部，其用于檢測所述接觸部件接觸所述限制部件時產生的振動。
[0010]另外，根據本發明的另一方案，適用于一種機器人手，具有:把持爪，其用于把持物體；接觸部件，其與所述把持爪所把持的所述物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形；限制部件，通過接觸已變形的所述接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及振動檢測部，其用于檢測所述接觸部件接觸所述限制部件時產生的振動。
[0011]另外，根據本發明的又一方案，適用于一種機器人系統，具有機器人手及處理部，所述機器人手具有:把持爪，其用于把持物體；接觸部件，其與該把持爪所把持的所述物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形；限制部件，通過接觸已變形的該接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及振動檢測部，其用于檢測所述接觸部件接觸該限制部件時產生的振動，在輸出使所述把持爪閉合的指令后經過預先確定的時間的期間，基于由所述振動檢測部檢測到的振動的信號未達到預先確定的大小以上時，所述處理部判斷為所述把持爪把持所述物體失敗。
[0012]發明效果
[0013]根據本發明，能夠檢測出物體的錯位已達到設定范圍以上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明第一實施例涉及的機器人手的結構圖。[0015]圖2A是該機器人手所具有的錯位檢測器的俯視圖。
[0016]圖2B是該機器人手所具有的錯位檢測器的主視圖。
[0017]圖2C是該機器人手所具有的錯位檢測器的側視圖。
[0018]圖3是表示該機器人手的動作的說明圖。
[0019]圖4A是表示包括該機器人手的機器人系統的動作的流程圖。
[0020]圖4B是表示該機器人手把持物體前的機器人系統的動作的流程圖。
[0021]圖4C是表示該機器人手把持物體后的機器人系統的動作的流程圖。
[0022]圖5是表示該機器人手確認把持物體時由振動檢測部輸出的信號的波形圖。
[0023]圖6是表示該機器人手所把持的物體錯位時由振動檢測部輸出的信號的波形圖。
[0024]圖7是本發明第二實施例涉及的機器人手的錯位檢測器的立體圖。
【具體實施方式】
[0025]接下來參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的具體實施例，以供理解本發明。此外，在各圖中有時省略與說明無關的圖示。
[0026]為了便于說明，定義圖1所示的XYZ坐標系。XYZ坐標系由沿一個方向延伸的X軸、沿與X軸交叉的方向延伸的Y軸、以及沿與X軸和Y軸交叉的方向延伸的Z軸組成。該XYZ坐標系可以是正交坐標系。
[0027](第一實施例)
[0028]如圖1所示，本發明的第一實施例涉及的機器人手10例如設置在機器人臂12的前端部。
[0029]機器人手10具有基部13和從基部13沿X軸方向延伸的一對把持爪14。作為機器人手10的把持對象的物體被沿Z軸方向開閉的一對把持爪14把持。
[0030]另外，機器人手10還具有在其一個把持爪14的側面設置的錯位檢測器20。
[0031]如圖2A?2C所示，錯位檢測器20具有接觸部件22、限制部件24和振動檢測部26。
[0032]接觸部件22能夠接觸把持爪14所把持的物體。接觸部件22由I個具有彈性的棒狀部件在中間部分彎曲而形成。例如，接觸部件例如可由金屬或樹脂構成。
[0033]詳細而言，接觸部件22具有:固定部22a，沿Y軸的正方向(第一方向)延伸；以及接觸部22b，從固定部22a的前端部沿Z軸的負方向(第二方向)延伸。
[0034]接觸部件22的固定部22a經由作為彎折材的支承部件(被固定部件的一個例子)32利用螺栓BLTl固定在把持爪14的側面。固定部22a被夾在支承部件32與板狀的固定部件34之間，用螺栓BLT2將固定部件34緊固到支承部件32而對固定部22a進行固定。在固定部件34的固定部22a所在一側的表面上，形成有供固定部22a嵌入的沿Y軸方向延伸的槽36。因此，擰松用于對固定部件34進行固定的螺栓BLT2時，能使接觸部件22沿槽36在Y軸方向移動。
[0035]接觸部件22的接觸部22b的前端部能夠接觸把持爪14所把持的物體。在該接觸部22b的前端部設有摩擦系數大于物體的摩擦系數的摩擦部件38。例如，當物體是金屬制工件時，該摩擦部件38可以由橡膠制成。
[0036]限制部件24能夠與接觸部件22接觸而限制接觸部件22的變形達到預先確定的大小以上。限制部件24通過螺栓BLT3固定于支承部件32。在限制部件24上形成有中心軸沿Z軸方向的孔42。接觸部件22的接觸部22b穿過該孔42的中心部。
[0037]孔42的直徑的大小與所設定的物體的容許錯位量相對應。例如，當容許錯位3mm時，使孔42的半徑為3mm。
[0038]預先準備多個孔42的直徑不同的限制部件，通過更換能夠改變可容許的錯位量。也可不準備多個孔42的直徑不同的限制部件，而是設置可調節孔42的直徑的機構。
[0039]此外，只要能夠限制接觸部件22的變形，也可以將形成在限制部件24上的孔42設置為切口。
[0040]振動檢測部26能夠檢測出接觸部件22和限制部件24的振動。振動檢測部26根據檢測到的振動例如改變電阻。
[0041 ] 例如，振動檢測部26設置在固定部件34的與固定面相反的表面上。為了能夠更加容易地檢測出振動，特別優選振動檢測部26設置在該表面中接觸部件22的固定部22a的上方且在Y軸的正方向側。即，優選設置在固定部件34上方的離接觸部22b較近的部位。
[0042]也可將接觸部件22的一部分增大而形成擴幅部，不將振動檢測部26設置在固定部件34上而設置在該擴幅部上。
[0043]例如，振動檢測部26可以采用應變計(應變檢測傳感器的一個例子)，其結構為將因振動而產生的應變作為電阻變化而進行檢測。
[0044]如圖1所示，通過放大器基板52將振動檢測部26的電阻變化轉換為電壓變化。該電壓變化通過連接在微型計算機54上的作為A / D轉換器的A / D板56由模擬信號轉換為數字信號，并輸入用于處理數據的處理部60。該處理部60通過由微型計算機54執行軟件來實現功能。
[0045]此外，處理部也可以作為錯位檢測器的一部分被應用。
[0046]另外,至少由機器人手10和該處理部60來構成機器人系統64。
[0047]接下來，說明機器人手10的動作和伴隨機器人手10動作的錯位檢測處理(機器人系統64的動作)。
[0048]如圖3的上半部分所示，若用于控制機器人手10的未圖示的控制裝置輸出閉合把持爪14的指令(閉合指令)，則機器人手10通過一對把持爪14把持物體OBJ。當進行把持時產生滑動，物體OBJ的錯位達到容許錯位量以上時，接觸部件22移動(變形)并且接觸限制部件24，從而能檢測出發生了錯位，從處理部60 (參照圖1)輸出錯位檢測信號。
[0049]另一方面，如圖3的下半部分所示，當輸出閉合指令后機器人手10未能把持到物體OBJ時，檢測出未能把持到物體0BJ，從處理部60輸出把持失敗信號。
[0050]如圖4A所示，當輸出閉合把持爪14的閉合指令后，處理部60執行確認是否已把持到物體的把持確認處理SI。之后，在把持到物體后，處理部60執行檢測有無錯位的錯位檢測處理S2。
[0051]在把持確認處理SI中，處理部60執行如圖4B所示的以下處理。
[0052](步驟S1-1)
[0053]，處理部60經由A/ D板56獲取基于振動檢測部26的電阻值的電壓值V。
[0054](步驟S1-2)
[0055]如圖5所示，當物體與接觸部件22接觸時，接觸部件22變形，電壓值V伴隨振動檢測部26的電阻變化而增大(參照該圖5所示的BI)。如果電壓值V達到閾值Vthrl以上時(參照該圖5所示的B2),能夠判斷為把持爪14已把持到物體。此外，閾值Vthrl的大小設定為，在因把持爪14開閉時的慣性使接觸部件22發生微小變形的程度下不進行檢測。
[0056]當電壓值V在閾值Vthrl以上時，處理部60判斷為接觸部件22與物體接觸而產生了變形。之后，執行步驟S1-3。
[0057]相反，當電壓值V不足閾值Vthrl時，處理部60判斷為接觸部件22未與物體接觸。之后，執行步驟S1-4。
[0058](步驟S1-3)
[0059]處理部60判斷為已把持到物體，輸出把持確認信號。之后，結束把持確認處理SI。
[0060](步驟S1-4)
[0061]從輸出使機器人手10的把持爪14閉合的閉合指令到經過預先設定的時間Tl秒之間，返回步驟s1-1。S卩，在經過時間Tl秒前，重復步驟Sl-1和步驟S1-2。
[0062]相反，從輸出使機器人手10的把持爪14閉合的指令起經過了預先設定的時間Tl秒后，進入步驟S1-5。
[0063](步驟S1-5)
[0064]處理部60輸出表示把持物體失敗的把持失敗信號。之后，結束把持確認處理SI。
[0065]通過輸出把持失敗信號，機器人手10中止用于把持物體的動作，能夠提示現場作業者把持物體產生失敗。
[0066]接下來，在錯位檢測處理S2中，處理部60執行如圖4C所示的以下處理。
[0067](步驟S2-1)
[0068]處理部60經由A / D板56獲取基于振動檢測部26的電阻值的電壓值V。
[0069](步驟S2-2)
[0070]處理部60對電壓值V進行低通濾波處理而得到電壓值Vflt。
[0071](步驟S2-3)
[0072]處理部60對電壓值Vflt進行微分處理而得到電壓微分值Vdif。
[0073](步驟S2-4)
[0074]如圖6所示，當物體開始錯位時，隨著物體的錯位，與物體接觸的接觸部件22因變形而發生振動。發生的振動表現為振動檢測部26的電阻變化，基于該電阻變化的電壓微分值Vdif增大(參照該圖6所示的Cl)。當物體的錯位超出容許錯位量的范圍時，接觸部件22的接觸部22b接觸限制部件24而發生沖撞。這樣，電壓微分值Vdif的增減情況發生逆轉(參照該圖6所示的C2)，從電壓微分值Vdif的符號發生逆轉(參照該圖6所示的C3)后的T2秒內，電壓微分值Vdif的絕對值達到閾值Vthr2以上(參照該圖6所示的C4)，因此能夠判斷為物體已發生錯位。
[0075]此時，當滿足下面的兩個條件A、B時，處理部60判斷為接觸部件22接觸限制部件24，且物體的錯位達到容許錯位量以上。
[0076](條件A)
[0077]電壓微分值Vdif的絕對值I Vdif I在預先設定的閾值Vthr2以上。
[0078](條件B)
[0079]在滿足條件A前的T2秒內(預先設定的期間)檢測到電壓微分值Vdif的符號發生逆轉。
[0080]之后，執行步驟S2-5。
[0081]相反，未滿足兩個條件A和B的至少一方時，處理部60判斷為物體的錯位量在容許錯位量以內，返回步驟S2-1。
[0082](步驟S2-5)
[0083]處理部60輸出錯位檢測信號。
[0084]此外，當輸出錯位檢測信號后，機器人手10將當前把持的物體暫時轉移到其他位置，開始對作為下一個把持對象的物體進行把持動作。此時，為了防止再次發生錯位，可以進行進一步加大把持力的處理。
[0085]如以上說明，根據本實施例，能夠檢測物體的錯位達到容許錯位量以上。
[0086]此外，錯位檢測器20能附加安裝在不具有錯位檢測器20的已有把持爪上。
[0087](第二實施例)
[0088]接下來，說明本發明的第二實施例涉及的機器人手。對于與第一實施例涉及的機器人手10相同的構成要素，標注相同的附圖標記而省略其詳細說明。
[0089]第二實施例涉及的機器人手具有錯位檢測器120。
[0090]如圖7所示，錯位檢測器120具有X軸用接觸部件122x和Y軸用接觸部件122y、X軸用限制部件124X和Y軸用限制部件124y、振動檢測部126。
[0091]各接觸部件122x、122y能夠與把持爪14所把持的物體接觸。各接觸部件122x、122y在X軸方向上隔開間隔設置。各接觸部件122x、122y由I個具有彈性的棒狀部件在中間部分彎曲而形成。詳細而言，各接觸部件122x、122y具有:固定部122a，沿Y軸的正方向(第一方向)延伸；以及接觸部122b，從固定部122a的前端部沿Z軸的負方向(第二方向)延伸。
[0092]各接觸部件122x、122y的固定部122a經由作為彎折材的支承部件(被固定部件的一個例子)132利用螺栓固定在把持爪14的側面。各固定部122a被夾在支承部件132與板狀的固定部件134之間，用螺栓(未圖示)將固定部件134緊固到支承部件132而對固定部122a進行固定。在固定部件134的固定部122a所在一側的表面上，形成有供各固定部122a嵌入的槽136。因此，擰松螺栓后，能使各接觸部件122、122y沿槽136在Y軸方向移動。
[0093]各接觸部件122x、122y的接觸部122b的前端部能夠接觸把持爪14所把持的物體。在該各接觸部122b的前端部設有摩擦系數大于物體的摩擦系數的摩擦部件138。
[0094]X軸用限制部件124x和Y軸用限制部件124y在X軸方向隔開間隔分別固定于支承部件132上。
[0095]X軸用限制部件124x上形成有X軸方向為順長方向的矩形的孔142x。X軸用接觸部件122x的接觸部122b穿過該孔142x的中心部。
[0096]Y軸用限制部件124y上形成有Y軸方向為順長方向的矩形的孔142y。Y軸用接觸部件122y的接觸部122b穿過該孔142y的中心部。
[0097]各孔142x、142y在順長方向的長度為所設定的物體的錯位量的2倍。例如，當X軸和Y軸方向的錯位都設定為3mm時,各孔142x、142y的長度為6mm。
[0098]預先準備多個各孔142x、142y的長度不同的限制部件，通過更換能夠改變可容許的錯位量。
[0099]此外，各孔142x、142y的寬度設定為略大于穿過各孔142x。142y的接觸部件122x、122y的粗細(例如，比接觸部件122x、122y的粗細大I?10%)。
[0100]振動檢測部126能夠分別檢測出X軸用接觸部件122x和X軸用限制部件124x、以及Y軸用接觸部件122y和Y軸用限制部件124y的振動。
[0101]由于本實施例涉及的錯位檢測器120具有X軸用接觸部件122x和X軸用限制部件124x、以及Y軸用接觸部件122y和Y軸用限制部件124y，因此能夠分別檢測出X軸方向和Y軸方向上的物體的錯位。
[0102]此外，也可以在支承部件132上分別設置:X軸用振動檢測部，用于檢測X軸方向的振動；以及Y軸用振動檢測部，用于檢測Y軸方向的振動。
[0103]本發明不限于上述實施例，在不改變本發明主旨的范圍內能夠進行變型。例如，將上述實施例或變形例的一部分或全部進行組合而構成的發明也被包含在本發明的技術范圍內。
[0104]例如，在上述實施例中，也可以在用于控制機器人手的機器人控制裝置上設置處理部以檢測出錯位。此時，A / D板可以與機器人控制裝置的PCI總線等連接。
[0105]例如振動檢測部也可以基于檢測到的振動來輸出電壓。但是，當振動檢測部輸出電壓時，放大器基板將該電壓放大后輸出。只要振動檢測部能夠根據振動檢測出某種變化即可。
[0106]另外，也可以用其他作為應變檢測傳感器的壓電元件等來構成振動檢測部。作為振動檢測部，還可使用能夠檢測出接觸部件的振動或沖撞力大小的傳感器。
[0107]另外，在上述實施例中，利用振動檢測部來檢測出接觸部件與限制部件的接觸，也可以利用任意單元來檢測出接觸部件與限制部件的接觸。例如也可以由具有導電性的接觸部件和具有導電性的限制部件構成觸點，通過該觸點的閉合來檢測出接觸部件與限制部件已接觸(物體已發生錯位)。
[0108]接觸部件的接觸部也可這樣設置:從Z軸方向俯視時，穿過形成于把持爪的Y軸方向中心部上的孔，用以在把持爪的Y軸方向的中心部與物體接觸。
[0109]附圖標記說明
[0110]10:機器人手；12:機器人臂；13:基部；14:把持爪；20:錯位檢測器；22:接觸部件；22a:固定部；22b:接觸部；24:限制部件；26:振動檢測部；32:支承部件；34:固定部件；36:槽；38:摩擦部件；42:孔；52:放大器基板；54:微型計算機；56:A / D板；60:處理部；64:機器人系統；120:錯位檢測器；122a:固定部；122b:接觸部；122x:X軸用接觸部件；122y:Y軸用接觸部件；124χ:Χ軸用限制部件；124y:Y軸用限制部件；126:振動檢測部；132:支承部件；134:固定部件；136:槽；138:摩擦部件；142χ:孔；142y:孔；0BJ:物體;BLT1、BLT2、BLT3:螺栓。
【權利要求】
1.一種錯位檢測器，其特征在于，具有: 接觸部件，其與物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形； 限制部件，通過接觸已變形的所述接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及 振動檢測部，用于檢測所述接觸部件接觸所述限制部件時產生的振動。
2.如權利要求1所述的錯位檢測器，其特征在于， 在所述限制部件上形成有供所述接觸部件穿過的孔或者切口。
3.如權利要求2所述的錯位檢測器，其特征在于， 在所述接觸部件的前端部具有摩擦系數大于所述物體的摩擦系數的摩擦部件，所述摩擦部件能夠與所述物體接觸。
4.如權利要求3所述的錯位檢測器，其特征在于， 所述錯位檢測器還具有固定部件，所述接觸部件被夾持固定在所述固定部件與被固定部件之間， 所述振動檢測部由設置在所述固定部件上的應變檢測傳感器構成。
5.如權利要求4所述的 錯位檢測器，其特征在于， 所述應變檢測傳感器是應變計。
6.如權利要求5所述的錯位檢測器，其特征在于， 所述錯位檢測器還具有處理部，對從所述應變計獲取的電壓值進行微分處理而得到的電壓微分值輸入所述處理部中， 在同時滿足條件A與條件B時，所述處理部判斷為產生了錯位，其中，所述條件A是所述電壓微分值的絕對值在預先設定的閾值以上，所述條件B是在滿足所述條件A之前的預先設定的期間內檢測出所述電壓微分值的符號發生了逆轉。
7.如權利要求1~3的任一項所述的錯位檢測器，其特征在于， 所述接觸部件和所述限制部件分別具有導電性， 由所述接觸部件和所述限制部件構成觸點，用該觸點代替所述振動檢測部。
8.—種機器人手,其特征在于,具有: 把持爪，其用于把持物體； 接觸部件，其與所述把持爪所把持的所述物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形； 限制部件，通過接觸已變形的所述接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及 振動檢測部，其用于檢測所述接觸部件接觸所述限制部件時產生的振動。
9.如權利要求8所述的機器人手，其特征在于， 所述接觸部件具有: 固定部，沿第一方向延伸，并固定在所述把持爪上；以及 接觸部，從所述固定部沿與所述第一方向交叉的第二方向延伸，并與所述物體接觸。
10.如權利要求9所述的機器人手，其特征在于， 在所述限制部件上形成有供所述接觸部件的接觸部穿過的孔或者切口。
11.如權利要求10所述的機器人手，其特征在于， 所述機器人手還具有固定部件，所述接觸部件的固定部被夾持固定在所述固定部件與所述把持爪之間， 在所述固定部件上形成有供所述固定部嵌入的沿所述第一方向延伸的槽。
12.如權利要求11所述的機器人手，其特征在于， 所述振動檢測部由設置在所述固定部件上的應變檢測傳感器構成。
13.如權利要求8~11的任一項所述的機器人手，其特征在于， 所述接觸部件和所述限制部件分別具有導電性， 由所述接觸部件和所述限制部件構成觸點，用該觸點代替所述振動檢測部。
14.一種機器人系統,其特征在于， 具有機器人手和處理部， 所述機器人手具有: 把持爪，其用于把持物體； 接觸部件，其與該把持爪所把持的所述物體接觸，并伴隨該物體的錯位而變形； 限制部件，通過接觸已變形的該接觸部件，限制該接觸部件的變形達到預先確定的大小以上；以及 振動檢測部，其用于檢測所述接觸部件接觸該限制部件時產生的振動， 在輸出使所述把持爪閉合的指令后經過預先確定的時間的期間，基于所述振動檢測部檢測到的振動的信號未達到預先確定的大小以上時，所述處理部判斷為所述把持爪把持所述物體失敗。
15.如權利要求14所述的機器人系統，其特征在于， 所述振動檢測部由應變檢測傳感器構成，所述應變檢測傳感器基于由所述振動產生的應變來輸出信號， 對根據由所述應變檢測傳感器輸出的所述信號獲取的電壓值進行微分處理，并將得到的電壓微分值輸入所述處理部中，在同時滿足條件A與條件B時，所述處理部判斷為產生了錯位，其中，所述條件A是所述電壓微分值的絕對值在預先設定的閾值以上，所述條件B是在滿足所述條件A之前的預先設定的期間內檢測出所述電壓微分值的符號發生了逆轉。
【文檔編號】B25J15/08GK103814281SQ201180073382
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2011年8月3日 優先權日:2011年8月3日
【發明者】永井亮一, 永田英夫 申請人:株式會社安川電機