错位检测器、机器人手和机器人系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供能检测出物体的错位已达到设定范围以上的错位检测器（20）、机器人手（10）及机器人系统（64）。错位检测器（20）具有：接触部件（22），其与物体接触，并伴随物体的错位而变形；限制部件（24），通过接触已变形的接触部件（22），限制接触部件（22）的变形达到预先确定的大小以上；以及振动检测部（26），用于检测接触部件（22）与限制部件（24）接触时产生的振动。
【专利说明】错位检测器、机器人手和机器人系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及错位检测器、机器人手和机器人系统。
【背景技术】
[0002]在专利文献I中记载有滑觉传感器。该滑觉传感器的结构是:在把持物体的手指上装有音叉，当手指与应把持的物体间产生滑动时，音叉发生振动。滑觉传感器通过检测该振动而检测到产生了滑动。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开昭61-56891号公报
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的问题
[0007]本发明的目的是提供能够检测出物体的错位已达到设定范围以上的错位检测器、机器人手及机器人系统。
[0008]为解决问题的方法
[0009]为解决上述问题，根据本发明的一个方案，适用于一种错位检测器，具有:接触部件，其与物体接触，并伴随该物体的错位而变形；限制部件，通过接触已变形的所述接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及振动检测部，其用于检测所述接触部件接触所述限制部件时产生的振动。
[0010]另外，根据本发明的另一方案，适用于一种机器人手，具有:把持爪，其用于把持物体；接触部件，其与所述把持爪所把持的所述物体接触，并伴随该物体的错位而变形；限制部件，通过接触已变形的所述接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及振动检测部，其用于检测所述接触部件接触所述限制部件时产生的振动。
[0011]另外，根据本发明的又一方案，适用于一种机器人系统，具有机器人手及处理部，所述机器人手具有:把持爪，其用于把持物体；接触部件，其与该把持爪所把持的所述物体接触，并伴随该物体的错位而变形；限制部件，通过接触已变形的该接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及振动检测部，其用于检测所述接触部件接触该限制部件时产生的振动，在输出使所述把持爪闭合的指令后经过预先确定的时间的期间，基于由所述振动检测部检测到的振动的信号未达到预先确定的大小以上时，所述处理部判断为所述把持爪把持所述物体失败。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明，能够检测出物体的错位已达到设定范围以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明第一实施例涉及的机器人手的结构图。[0015]图2A是该机器人手所具有的错位检测器的俯视图。
[0016]图2B是该机器人手所具有的错位检测器的主视图。
[0017]图2C是该机器人手所具有的错位检测器的侧视图。
[0018]图3是表示该机器人手的动作的说明图。
[0019]图4A是表示包括该机器人手的机器人系统的动作的流程图。
[0020]图4B是表示该机器人手把持物体前的机器人系统的动作的流程图。
[0021]图4C是表示该机器人手把持物体后的机器人系统的动作的流程图。
[0022]图5是表示该机器人手确认把持物体时由振动检测部输出的信号的波形图。
[0023]图6是表示该机器人手所把持的物体错位时由振动检测部输出的信号的波形图。
[0024]图7是本发明第二实施例涉及的机器人手的错位检测器的立体图。
【具体实施方式】
[0025]接下来参照【专利附图】
【附图说明】本发明的具体实施例，以供理解本发明。此外，在各图中有时省略与说明无关的图示。
[0026]为了便于说明，定义图1所示的XYZ坐标系。XYZ坐标系由沿一个方向延伸的X轴、沿与X轴交叉的方向延伸的Y轴、以及沿与X轴和Y轴交叉的方向延伸的Z轴组成。该XYZ坐标系可以是正交坐标系。
[0027](第一实施例)
[0028]如图1所示，本发明的第一实施例涉及的机器人手10例如设置在机器人臂12的前端部。
[0029]机器人手10具有基部13和从基部13沿X轴方向延伸的一对把持爪14。作为机器人手10的把持对象的物体被沿Z轴方向开闭的一对把持爪14把持。
[0030]另外，机器人手10还具有在其一个把持爪14的侧面设置的错位检测器20。
[0031]如图2A?2C所示，错位检测器20具有接触部件22、限制部件24和振动检测部26。
[0032]接触部件22能够接触把持爪14所把持的物体。接触部件22由I个具有弹性的棒状部件在中间部分弯曲而形成。例如，接触部件例如可由金属或树脂构成。
[0033]详细而言，接触部件22具有:固定部22a，沿Y轴的正方向(第一方向)延伸；以及接触部22b，从固定部22a的前端部沿Z轴的负方向(第二方向)延伸。
[0034]接触部件22的固定部22a经由作为弯折材的支承部件(被固定部件的一个例子)32利用螺栓BLTl固定在把持爪14的侧面。固定部22a被夹在支承部件32与板状的固定部件34之间，用螺栓BLT2将固定部件34紧固到支承部件32而对固定部22a进行固定。在固定部件34的固定部22a所在一侧的表面上，形成有供固定部22a嵌入的沿Y轴方向延伸的槽36。因此，拧松用于对固定部件34进行固定的螺栓BLT2时，能使接触部件22沿槽36在Y轴方向移动。
[0035]接触部件22的接触部22b的前端部能够接触把持爪14所把持的物体。在该接触部22b的前端部设有摩擦系数大于物体的摩擦系数的摩擦部件38。例如，当物体是金属制工件时，该摩擦部件38可以由橡胶制成。
[0036]限制部件24能够与接触部件22接触而限制接触部件22的变形达到预先确定的大小以上。限制部件24通过螺栓BLT3固定于支承部件32。在限制部件24上形成有中心轴沿Z轴方向的孔42。接触部件22的接触部22b穿过该孔42的中心部。
[0037]孔42的直径的大小与所设定的物体的容许错位量相对应。例如，当容许错位3mm时，使孔42的半径为3mm。
[0038]预先准备多个孔42的直径不同的限制部件，通过更换能够改变可容许的错位量。也可不准备多个孔42的直径不同的限制部件，而是设置可调节孔42的直径的机构。
[0039]此外，只要能够限制接触部件22的变形，也可以将形成在限制部件24上的孔42设置为切口。
[0040]振动检测部26能够检测出接触部件22和限制部件24的振动。振动检测部26根据检测到的振动例如改变电阻。
[0041 ] 例如，振动检测部26设置在固定部件34的与固定面相反的表面上。为了能够更加容易地检测出振动，特别优选振动检测部26设置在该表面中接触部件22的固定部22a的上方且在Y轴的正方向侧。即，优选设置在固定部件34上方的离接触部22b较近的部位。
[0042]也可将接触部件22的一部分增大而形成扩幅部，不将振动检测部26设置在固定部件34上而设置在该扩幅部上。
[0043]例如，振动检测部26可以采用应变计(应变检测传感器的一个例子)，其结构为将因振动而产生的应变作为电阻变化而进行检测。
[0044]如图1所示，通过放大器基板52将振动检测部26的电阻变化转换为电压变化。该电压变化通过连接在微型计算机54上的作为A / D转换器的A / D板56由模拟信号转换为数字信号，并输入用于处理数据的处理部60。该处理部60通过由微型计算机54执行软件来实现功能。
[0045]此外，处理部也可以作为错位检测器的一部分被应用。
[0046]另外,至少由机器人手10和该处理部60来构成机器人系统64。
[0047]接下来，说明机器人手10的动作和伴随机器人手10动作的错位检测处理(机器人系统64的动作)。
[0048]如图3的上半部分所示，若用于控制机器人手10的未图示的控制装置输出闭合把持爪14的指令(闭合指令)，则机器人手10通过一对把持爪14把持物体OBJ。当进行把持时产生滑动，物体OBJ的错位达到容许错位量以上时，接触部件22移动(变形)并且接触限制部件24，从而能检测出发生了错位，从处理部60 (参照图1)输出错位检测信号。
[0049]另一方面，如图3的下半部分所示，当输出闭合指令后机器人手10未能把持到物体OBJ时，检测出未能把持到物体0BJ，从处理部60输出把持失败信号。
[0050]如图4A所示，当输出闭合把持爪14的闭合指令后，处理部60执行确认是否已把持到物体的把持确认处理SI。之后，在把持到物体后，处理部60执行检测有无错位的错位检测处理S2。
[0051]在把持确认处理SI中，处理部60执行如图4B所示的以下处理。
[0052](步骤S1-1)
[0053]，处理部60经由A/ D板56获取基于振动检测部26的电阻值的电压值V。
[0054](步骤S1-2)
[0055]如图5所示，当物体与接触部件22接触时，接触部件22变形，电压值V伴随振动检测部26的电阻变化而增大(参照该图5所示的BI)。如果电压值V达到阈值Vthrl以上时(参照该图5所示的B2),能够判断为把持爪14已把持到物体。此外，阈值Vthrl的大小设定为，在因把持爪14开闭时的惯性使接触部件22发生微小变形的程度下不进行检测。
[0056]当电压值V在阈值Vthrl以上时，处理部60判断为接触部件22与物体接触而产生了变形。之后，执行步骤S1-3。
[0057]相反，当电压值V不足阈值Vthrl时，处理部60判断为接触部件22未与物体接触。之后，执行步骤S1-4。
[0058](步骤S1-3)
[0059]处理部60判断为已把持到物体，输出把持确认信号。之后，结束把持确认处理SI。
[0060](步骤S1-4)
[0061]从输出使机器人手10的把持爪14闭合的闭合指令到经过预先设定的时间Tl秒之间，返回步骤s1-1。S卩，在经过时间Tl秒前，重复步骤Sl-1和步骤S1-2。
[0062]相反，从输出使机器人手10的把持爪14闭合的指令起经过了预先设定的时间Tl秒后，进入步骤S1-5。
[0063](步骤S1-5)
[0064]处理部60输出表示把持物体失败的把持失败信号。之后，结束把持确认处理SI。
[0065]通过输出把持失败信号，机器人手10中止用于把持物体的动作，能够提示现场作业者把持物体产生失败。
[0066]接下来，在错位检测处理S2中，处理部60执行如图4C所示的以下处理。
[0067](步骤S2-1)
[0068]处理部60经由A / D板56获取基于振动检测部26的电阻值的电压值V。
[0069](步骤S2-2)
[0070]处理部60对电压值V进行低通滤波处理而得到电压值Vflt。
[0071](步骤S2-3)
[0072]处理部60对电压值Vflt进行微分处理而得到电压微分值Vdif。
[0073](步骤S2-4)
[0074]如图6所示，当物体开始错位时，随着物体的错位，与物体接触的接触部件22因变形而发生振动。发生的振动表现为振动检测部26的电阻变化，基于该电阻变化的电压微分值Vdif增大(参照该图6所示的Cl)。当物体的错位超出容许错位量的范围时，接触部件22的接触部22b接触限制部件24而发生冲撞。这样，电压微分值Vdif的增减情况发生逆转(参照该图6所示的C2)，从电压微分值Vdif的符号发生逆转(参照该图6所示的C3)后的T2秒内，电压微分值Vdif的绝对值达到阈值Vthr2以上(参照该图6所示的C4)，因此能够判断为物体已发生错位。
[0075]此时，当满足下面的两个条件A、B时，处理部60判断为接触部件22接触限制部件24，且物体的错位达到容许错位量以上。
[0076](条件A)
[0077]电压微分值Vdif的绝对值I Vdif I在预先设定的阈值Vthr2以上。
[0078](条件B)
[0079]在满足条件A前的T2秒内(预先设定的期间)检测到电压微分值Vdif的符号发生逆转。
[0080]之后，执行步骤S2-5。
[0081]相反，未满足两个条件A和B的至少一方时，处理部60判断为物体的错位量在容许错位量以内，返回步骤S2-1。
[0082](步骤S2-5)
[0083]处理部60输出错位检测信号。
[0084]此外，当输出错位检测信号后，机器人手10将当前把持的物体暂时转移到其他位置，开始对作为下一个把持对象的物体进行把持动作。此时，为了防止再次发生错位，可以进行进一步加大把持力的处理。
[0085]如以上说明，根据本实施例，能够检测物体的错位达到容许错位量以上。
[0086]此外，错位检测器20能附加安装在不具有错位检测器20的已有把持爪上。
[0087](第二实施例)
[0088]接下来，说明本发明的第二实施例涉及的机器人手。对于与第一实施例涉及的机器人手10相同的构成要素，标注相同的附图标记而省略其详细说明。
[0089]第二实施例涉及的机器人手具有错位检测器120。
[0090]如图7所示，错位检测器120具有X轴用接触部件122x和Y轴用接触部件122y、X轴用限制部件124X和Y轴用限制部件124y、振动检测部126。
[0091]各接触部件122x、122y能够与把持爪14所把持的物体接触。各接触部件122x、122y在X轴方向上隔开间隔设置。各接触部件122x、122y由I个具有弹性的棒状部件在中间部分弯曲而形成。详细而言，各接触部件122x、122y具有:固定部122a，沿Y轴的正方向(第一方向)延伸；以及接触部122b，从固定部122a的前端部沿Z轴的负方向(第二方向)延伸。
[0092]各接触部件122x、122y的固定部122a经由作为弯折材的支承部件(被固定部件的一个例子)132利用螺栓固定在把持爪14的侧面。各固定部122a被夹在支承部件132与板状的固定部件134之间，用螺栓(未图示)将固定部件134紧固到支承部件132而对固定部122a进行固定。在固定部件134的固定部122a所在一侧的表面上，形成有供各固定部122a嵌入的槽136。因此，拧松螺栓后，能使各接触部件122、122y沿槽136在Y轴方向移动。
[0093]各接触部件122x、122y的接触部122b的前端部能够接触把持爪14所把持的物体。在该各接触部122b的前端部设有摩擦系数大于物体的摩擦系数的摩擦部件138。
[0094]X轴用限制部件124x和Y轴用限制部件124y在X轴方向隔开间隔分别固定于支承部件132上。
[0095]X轴用限制部件124x上形成有X轴方向为顺长方向的矩形的孔142x。X轴用接触部件122x的接触部122b穿过该孔142x的中心部。
[0096]Y轴用限制部件124y上形成有Y轴方向为顺长方向的矩形的孔142y。Y轴用接触部件122y的接触部122b穿过该孔142y的中心部。
[0097]各孔142x、142y在顺长方向的长度为所设定的物体的错位量的2倍。例如，当X轴和Y轴方向的错位都设定为3mm时,各孔142x、142y的长度为6mm。
[0098]预先准备多个各孔142x、142y的长度不同的限制部件，通过更换能够改变可容许的错位量。
[0099]此外，各孔142x、142y的宽度设定为略大于穿过各孔142x。142y的接触部件122x、122y的粗细(例如，比接触部件122x、122y的粗细大I?10%)。
[0100]振动检测部126能够分别检测出X轴用接触部件122x和X轴用限制部件124x、以及Y轴用接触部件122y和Y轴用限制部件124y的振动。
[0101]由于本实施例涉及的错位检测器120具有X轴用接触部件122x和X轴用限制部件124x、以及Y轴用接触部件122y和Y轴用限制部件124y，因此能够分别检测出X轴方向和Y轴方向上的物体的错位。
[0102]此外，也可以在支承部件132上分别设置:X轴用振动检测部，用于检测X轴方向的振动；以及Y轴用振动检测部，用于检测Y轴方向的振动。
[0103]本发明不限于上述实施例，在不改变本发明主旨的范围内能够进行变型。例如，将上述实施例或变形例的一部分或全部进行组合而构成的发明也被包含在本发明的技术范围内。
[0104]例如，在上述实施例中，也可以在用于控制机器人手的机器人控制装置上设置处理部以检测出错位。此时，A / D板可以与机器人控制装置的PCI总线等连接。
[0105]例如振动检测部也可以基于检测到的振动来输出电压。但是，当振动检测部输出电压时，放大器基板将该电压放大后输出。只要振动检测部能够根据振动检测出某种变化即可。
[0106]另外，也可以用其他作为应变检测传感器的压电元件等来构成振动检测部。作为振动检测部，还可使用能够检测出接触部件的振动或冲撞力大小的传感器。
[0107]另外，在上述实施例中，利用振动检测部来检测出接触部件与限制部件的接触，也可以利用任意单元来检测出接触部件与限制部件的接触。例如也可以由具有导电性的接触部件和具有导电性的限制部件构成触点，通过该触点的闭合来检测出接触部件与限制部件已接触(物体已发生错位)。
[0108]接触部件的接触部也可这样设置:从Z轴方向俯视时，穿过形成于把持爪的Y轴方向中心部上的孔，用以在把持爪的Y轴方向的中心部与物体接触。
[0109]附图标记说明
[0110]10:机器人手；12:机器人臂；13:基部；14:把持爪；20:错位检测器；22:接触部件；22a:固定部；22b:接触部；24:限制部件；26:振动检测部；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:微型计算机；56:A / D板；60:处理部；64:机器人系统；120:错位检测器；122a:固定部；122b:接触部；122x:X轴用接触部件；122y:Y轴用接触部件；124χ:Χ轴用限制部件；124y:Y轴用限制部件；126:振动检测部；132:支承部件；134:固定部件；136:槽；138:摩擦部件；142χ:孔；142y:孔；0BJ:物体;BLT1、BLT2、BLT3:螺栓。
【权利要求】
1.一种错位检测器，其特征在于，具有: 接触部件，其与物体接触，并伴随该物体的错位而变形； 限制部件，通过接触已变形的所述接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及 振动检测部，用于检测所述接触部件接触所述限制部件时产生的振动。
2.如权利要求1所述的错位检测器，其特征在于， 在所述限制部件上形成有供所述接触部件穿过的孔或者切口。
3.如权利要求2所述的错位检测器，其特征在于， 在所述接触部件的前端部具有摩擦系数大于所述物体的摩擦系数的摩擦部件，所述摩擦部件能够与所述物体接触。
4.如权利要求3所述的错位检测器，其特征在于， 所述错位检测器还具有固定部件，所述接触部件被夹持固定在所述固定部件与被固定部件之间， 所述振动检测部由设置在所述固定部件上的应变检测传感器构成。
5.如权利要求4所述的 错位检测器，其特征在于， 所述应变检测传感器是应变计。
6.如权利要求5所述的错位检测器，其特征在于， 所述错位检测器还具有处理部，对从所述应变计获取的电压值进行微分处理而得到的电压微分值输入所述处理部中， 在同时满足条件A与条件B时，所述处理部判断为产生了错位，其中，所述条件A是所述电压微分值的绝对值在预先设定的阈值以上，所述条件B是在满足所述条件A之前的预先设定的期间内检测出所述电压微分值的符号发生了逆转。
7.如权利要求1~3的任一项所述的错位检测器，其特征在于， 所述接触部件和所述限制部件分别具有导电性， 由所述接触部件和所述限制部件构成触点，用该触点代替所述振动检测部。
8.—种机器人手,其特征在于,具有: 把持爪，其用于把持物体； 接触部件，其与所述把持爪所把持的所述物体接触，并伴随该物体的错位而变形； 限制部件，通过接触已变形的所述接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及 振动检测部，其用于检测所述接触部件接触所述限制部件时产生的振动。
9.如权利要求8所述的机器人手，其特征在于， 所述接触部件具有: 固定部，沿第一方向延伸，并固定在所述把持爪上；以及 接触部，从所述固定部沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸，并与所述物体接触。
10.如权利要求9所述的机器人手，其特征在于， 在所述限制部件上形成有供所述接触部件的接触部穿过的孔或者切口。
11.如权利要求10所述的机器人手，其特征在于， 所述机器人手还具有固定部件，所述接触部件的固定部被夹持固定在所述固定部件与所述把持爪之间， 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.如权利要求11所述的机器人手，其特征在于， 所述振动检测部由设置在所述固定部件上的应变检测传感器构成。
13.如权利要求8~11的任一项所述的机器人手，其特征在于， 所述接触部件和所述限制部件分别具有导电性， 由所述接触部件和所述限制部件构成触点，用该触点代替所述振动检测部。
14.一种机器人系统,其特征在于， 具有机器人手和处理部， 所述机器人手具有: 把持爪，其用于把持物体； 接触部件，其与该把持爪所把持的所述物体接触，并伴随该物体的错位而变形； 限制部件，通过接触已变形的该接触部件，限制该接触部件的变形达到预先确定的大小以上；以及 振动检测部，其用于检测所述接触部件接触该限制部件时产生的振动， 在输出使所述把持爪闭合的指令后经过预先确定的时间的期间，基于所述振动检测部检测到的振动的信号未达到预先确定的大小以上时，所述处理部判断为所述把持爪把持所述物体失败。
15.如权利要求14所述的机器人系统，其特征在于， 所述振动检测部由应变检测传感器构成，所述应变检测传感器基于由所述振动产生的应变来输出信号， 对根据由所述应变检测传感器输出的所述信号获取的电压值进行微分处理，并将得到的电压微分值输入所述处理部中，在同时满足条件A与条件B时，所述处理部判断为产生了错位，其中，所述条件A是所述电压微分值的绝对值在预先设定的阈值以上，所述条件B是在满足所述条件A之前的预先设定的期间内检测出所述电压微分值的符号发生了逆转。
【文档编号】B25J15/08GK103814281SQ201180073382
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2011年8月3日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】永井亮一, 永田英夫 申请人:株式会社安川电机