專利名稱：配備動作區(qū)域檢測裝置的機器人關節(jié)的動作范圍限制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在具有機器人的兩個連接件相對旋轉(zhuǎn)的中空構造的關節(jié)部檢測該相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域的動作區(qū)域檢測裝置和使用該裝置的機器人關節(jié)的動作范圍限制裝置。
背景技術：
作為確保在工業(yè)用機器人(下面簡稱為‘機器人’)的周邊人員執(zhí)行作業(yè)時的安全措施，一般利用如下功能，即監(jiān)視機器人的位置和/或姿勢，并在機器人誤入到、或?qū)⒁秩肴藛T的作業(yè)空間內(nèi)的情況下，發(fā)出警告并使機器人停止。另外，即便在人員未在機器人的周邊執(zhí)行作業(yè)的情況下，為了防止周邊設備和鄰接的機器人彼此的干擾，也使用同樣的功能。
作為實現(xiàn)這種功能的裝置，已知在機器人中裝備動作區(qū)域檢測裝置與利用其的動作范圍限制裝置。這些裝置(下面統(tǒng)稱為‘動作區(qū)域檢測·限制裝置’)由與機器人的控制系統(tǒng)(數(shù)值控制各軸伺服電機的系統(tǒng))獨立的檢測裝置構成。因此，例如即便在機器人的控制系統(tǒng)中發(fā)生異常、機器人要失控的情況下，機器人也會緊急停止，確保安全。即，若動作區(qū)域檢測·限制裝置取得違背使用者事先指定的條件的檢測結果，則機器人成為警告狀態(tài)，被強制停止。作為動作區(qū)域檢測·限制裝置，一般知道采用安裝在由彼此相對運動的兩個部件構成的關節(jié)部中的接觸開關類型的裝置，并且，大多情況下該安裝作為選項標準通過在機器人組裝后在關節(jié)部外周設置接觸開關來進行。
圖1和圖2以側(cè)視圖(圖1)和沿該側(cè)視圖中的線II-II的截面圖來示出安裝了這種現(xiàn)有技術中的動作區(qū)域檢測·限制裝置的機器人的關節(jié)部。如圖所示，安裝了機器人的一個連接件的連接件基座51與安裝了機器人的另一連接件的連接件基座52經(jīng)減速器53結合，通過電機54的旋轉(zhuǎn)輸出來相對旋轉(zhuǎn)運動。在連接件基座51上安裝開關臺55，在該開關臺55上安裝開關56和開關57。另外，在連接件基座52上安裝擋塊(ドぐ)臺58，在該擋塊臺58上安裝擋塊59和擋塊60。確定擋塊59的安裝位置，使得連接件基座51與連接件基座52之間的相對旋轉(zhuǎn)位置到達預定的第1位置時，該擋塊59與開關56的頭部接觸，同時，確定擋塊60的安裝位置，使得連接件基座51與連接件基座52之間的相對旋轉(zhuǎn)位置到達預定的第2位置時，該擋塊60與開關57的頭部接觸。
若擋塊59與開關56的頭部接觸，則從開關56向外部輸出表示接觸狀態(tài)的信號，直到解除該接觸。同樣，若擋塊60與開關57的頭部接觸，則從開關57向外部輸出表示接觸的信號，直到解除該接觸。
通過這樣在連接件基座51、52之一上設置開關(1個或以上)，在另一個上設置接觸各開關而按壓的擋塊，從開關56、57輸出表示機器人的彼此結合的兩個連接件的相對旋轉(zhuǎn)位置成為特定的角度(1個或以上)的信號，根據(jù)該信號，可檢測連接件基座52相對于連接件基座51位于何種區(qū)域(范圍)中。并且，在根據(jù)檢測結果判斷為侵入到危險區(qū)域內(nèi)的情況下，通過發(fā)出警告并使機器人馬上停止，可確保安全。
但是，在使用上述現(xiàn)有技術的動作區(qū)域檢測·限制裝置的情況下，為了在機器人的旋轉(zhuǎn)部的外側(cè)安裝該裝置，該裝置的擋塊大型化，與此相應地，安裝開關的位置也更靠外側(cè)。由此，機器人的干擾范圍拓寬。結果，在安裝動作區(qū)域檢測·限制裝置之后，不只需要確認機器人與其周邊不干擾，還產(chǎn)生不能提高機器人的設置密度等問題。另外，除此之外，由于動作范圍的指定一般對應于系統(tǒng)來變更，所以在決定系統(tǒng)的概略之后，將動作區(qū)域檢測·限制裝置安裝于機器人中。因此，此時各個部件較大、或為了安裝動作區(qū)域檢測·限制裝置而使機器人的設置作業(yè)整體所需的作業(yè)工時增加成為問題。再者，部件大在價格方面也是不利的，因此期望小型化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明以解決這些現(xiàn)有技術的問題為目的，意圖提供一種緊湊、難以導致與周圍的干涉范圍的擴大、且低價格化的容易的動作區(qū)域檢測·限制裝置。
本發(fā)明通過采用在具有機器人的中空構造的關節(jié)中利用該中空部來配置動作區(qū)域檢測·限制裝置的各組件的手法來實現(xiàn)上述目的。
作為第1方式，本發(fā)明提供一種動作區(qū)域檢測裝置，檢測用于使機器人的兩個連接部件相對旋轉(zhuǎn)的中空構造的關節(jié)的所述相對旋轉(zhuǎn)，其具備至少一個擋塊；支撐該至少一個擋塊的支撐部件；和與所述至少一個擋塊的各個對應地被設置，并根據(jù)與各對應的擋塊的接觸或非接觸來輸出信號的至少一個檢測開關，所述支撐部件被配置在所述關節(jié)的中空部內(nèi)，并被安裝在所述兩個連接部件內(nèi)的一方，使得該支撐部件的中心軸線與所述相對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸線大致一致，所述至少一個擋塊被安裝在所述支撐部件的外周面上，沿該外周面的周向，具有對應于預先設定的檢測區(qū)域的長度，所述至少一個檢測開關被設置在所述兩個連接部件內(nèi)的另一方的、與所述擋塊相對的位置上，根據(jù)所述信號的輸出狀況，檢測所述相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域。
在上述動作區(qū)域檢測裝置中，也可以是所述至少一個擋塊包括多個擋塊，同時，所述至少一個檢測開關包括與該擋塊的數(shù)量對應的數(shù)量的檢測開關。此時，最好所述多個擋塊沿所述支撐部件的中心軸線方向排列，并被支撐在所述支撐部件上，與所述多個擋塊的各個對應地配置各檢測開關。
另外，作為第2方式，本發(fā)明提供一種機器人關節(jié)的動作范圍限制裝置，具備限制用于使機器人的兩個連接部件相對旋轉(zhuǎn)的中空構造的關節(jié)的所述相對旋轉(zhuǎn)的動作范圍的限制單元，該限制單元根據(jù)由方式1所述的動作區(qū)域檢測裝置檢測到的相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域，限制所述相對旋轉(zhuǎn)的動作范圍。
在這些各發(fā)明中，將至少一個擋塊安裝到支撐部件上既可以將擋塊直接安裝到支撐部件上，也可經(jīng)適配器間接地安裝。
根據(jù)本發(fā)明，可使構成動作區(qū)域檢測裝置和動作范圍限制裝置的各組件緊湊化并或減少設置工時。另外，同時容易減少成本，并提高維修性。
另外，根據(jù)本發(fā)明，即便將動作區(qū)域檢測裝置和動作范圍限制裝置裝備在機器人中，也由于不會向機器人的外側(cè)突出，所以不會導致與周邊設備的干擾范圍擴大。結果，可提高機器人的設置密度。


下面，參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施方式，進一步詳細說明本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點。其中，
圖1是表示安裝現(xiàn)有技術的動作區(qū)域檢測·限制裝置的機器人的關節(jié)部的側(cè)視圖。
圖2是沿表示安裝現(xiàn)有技術的動作區(qū)域檢測·限制裝置的機器人的關節(jié)部的圖1的線II-II的截面圖。
圖3是表示安裝了本發(fā)明實施方式的動作區(qū)域檢測·限制裝置的機器人的關節(jié)部的截面圖。
圖4是放大表示圖3中示出的關節(jié)部的局部的局部放大圖。
圖5是本發(fā)明實施方式的動作區(qū)域檢測·限制裝置的擋塊和開關附近部分的立體圖。
圖6是表示根據(jù)動作區(qū)域檢測結果來進行機器人關節(jié)的動作范圍的限制用的構成的框圖。
具體實施例方式
下面，參照圖3～圖6來說明本發(fā)明的實施方式。
首先，圖3是表示安裝了本發(fā)明的一個實施方式的動作區(qū)域檢測·限制裝置的機器人的關節(jié)部的截面圖。圖3中，符號1是對應于J1基座(第1連接件基座)的第1部件，被固定在減速器5的框體上。另外，符號2是被固定在減速器5的輸出軸上的第2部件(臺狀部件)，被連結固定在對應于J2基座(第2連接件基座)的第3部件3上。另一方面，將減速器5的輸入軸結合在省略圖示的電機(用于J1軸驅(qū)動)上。
這里，減速器5與第2部件2一起構成關節(jié)，具有中空部沿旋轉(zhuǎn)軸線O延伸的公知構造。另外，第2部件(臺狀部件)2也在對應于該中空部的位置上具有(沿旋轉(zhuǎn)軸線O延伸的)開口部。并且，若使電機旋轉(zhuǎn)，則第2部件2與第3部件(J2基座)3成為一體，繞旋轉(zhuǎn)軸線O相對第1部件(J1基座)相對旋轉(zhuǎn)。
為了在這種關節(jié)中裝備動作區(qū)域檢測·限制裝置，管狀的第4部件4通到沿該旋轉(zhuǎn)軸線O延伸的中空部內(nèi)。第4部件4是支撐后述的擋塊的部件，使用支架等固定部件(省略圖示)將其一端固定在第1部件上。由此，第4部件4被配置成管狀的第4部件4的軸線(中空部的軸線)與旋轉(zhuǎn)軸線O基本一致。另外，孔沿旋轉(zhuǎn)軸線O延伸到第4部件4的內(nèi)部。
接著，說明開關、和對應于第1部件1與第3部件3的相對旋轉(zhuǎn)位置而成為與該開關相接觸的狀態(tài)或非接觸狀態(tài)的擋塊。如圖3所示，將開關主體10設置在第3部件3上。圖3中的符號C表示安裝在開關主體10上的開關(施力件)與設置在第4部件4的外周部的擋塊引起接觸的部分。若第3部件3相對第1部件1相對旋轉(zhuǎn)，則開關主體10當然繞旋轉(zhuǎn)軸線O公轉(zhuǎn)運動。于是，對應于開關部10的公轉(zhuǎn)位置，擋塊與開關(施力件)成為接觸狀態(tài)或非接觸狀態(tài)。
圖4是放大表示部分C的局部放大圖。如圖4所示，在本例中，經(jīng)第5部件(適配器)6將共計4個擋塊21～24安裝在第4部件4的外周部上。另外，在開關主體10上，對應于各擋塊21～24設置開關(施力件)11～14。開關11～14具有如下功能，例如通過施加按壓力而發(fā)生彈性位移，將內(nèi)部電路從意味著非接觸狀態(tài)的‘斷開’切換為意味著接觸狀態(tài)的‘接通’。另外，因為這種開關和內(nèi)部電路是公知的，所以省略說明。
為了能夠調(diào)整分別與開關11～14對應的擋塊21～24的位置關系(尤其是距離)，開關主體10最好通過適當?shù)奈恢谜{(diào)節(jié)機構可調(diào)節(jié)相對第3部件3的前后左右或高低位置地設置在第3部件上。
圖5用立體圖來表示圖4的擋塊21～24與開關(施力件)11～14相關聯(lián)的部分。從圖5可容易地理解，分成多段并沿旋轉(zhuǎn)軸線O方向排列安裝的擋塊21～24分別具有圓弧形狀，沿第4部件4的外周面的周向，具有對應于各自擔當?shù)钠谕麢z測區(qū)域的長度。另一方面，開關(施力件)11～14被配置在與分成多段的擋塊21～24的各段對齊的高度位置上(最好高度能微調(diào))，若結合在減速器5的輸入軸上的電機開始旋轉(zhuǎn)，則擋塊21～24與開關11～14開始相對旋轉(zhuǎn)。
另外，例如若擋塊21與開關11接觸，則開關主體10感知二者接觸，向外部輸出表示‘擋塊21與開關11接觸的狀態(tài)’的信號。同樣對擋塊22與開關12、擋塊23與開關13和擋塊24與開關14也執(zhí)行接觸感知與信號輸出。通過選擇擋塊的長度(沿第4部件4的外周面的周向的長度)，可調(diào)整各擋塊和與其對應的各開關(施力件)接觸的角度范圍。另外，可通過選擇沿第4部件4的外周面周向的安裝位置來確定接觸/非接觸的邊界位置(臨界角度)。
圖6是表示根據(jù)這種動作區(qū)域檢測結果來執(zhí)行機器人動作范圍限制用的結構框圖。圖6中，符號15是根據(jù)開關11～14是否與各對應的擋塊接觸來輸出4位二進制信號的信號處理電路。二進制信號的各位設定例如由“1”表示‘接觸’，“0”表示‘非接觸’。信號處理電路15被連接于控制該機器人的機器人控制裝置30上，機器人控制裝置30根據(jù)從信號處理電路15發(fā)送來的4位二進制信號，可識別第1部件與第3部件的相對旋轉(zhuǎn)位置的角度范圍。
例如，若全部開關(施力件)11～14處于和與它們對應的擋塊接觸的狀態(tài)，則從信號處理電路15輸出“1111”，相反，若全部開關11～14處于非接觸狀態(tài)，則從信號處理電路15輸出“0000”。另外，若僅開關(施力件)11非接觸而其它開關12～14接觸，則從信號處理電路15輸出“0111”，若開關(施力件)11、12非接觸而其它開關13、14接觸，則從信號處理電路15輸出“0011”。同樣，對于開關11～14應能取得的全部的接觸·非接觸組合，以一對一的對應關系向機器人控制裝置30發(fā)送4位的二進制信號。
在機器人控制裝置30的存儲器中，以表格數(shù)據(jù)的形式來存儲4位的二進制信號、與第1部件1和第3部件3的相對旋轉(zhuǎn)位置的角度范圍的對應關系。機器人控制裝置30的CPU以規(guī)定的短周期將從開關部10發(fā)送來的4位二進制信號與上述表格數(shù)據(jù)相對照，檢查第1部件與第3部件的相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的角度范圍，并顯示于例如附屬的顯示器上。
另外，可據(jù)此能對第1部件1與第3部件3的相對旋轉(zhuǎn)位置施加限制。例如，若全部開關11～14為非接觸狀態(tài)的狀態(tài)意味著危險區(qū)域的情況下，則在確認4位的二進制信號“0000”時輸出警告，可使機器人強制停止。另外，例如若二進制信號“0001”(僅接觸開關11的狀態(tài))意味著盡管不必停止機器人但也是位于不好的角度范圍，則也可通過蜂鳴器或顯示器上的閃爍顯示等來告之。
另外，在上述實施方式中，做成擋塊和開關為4聯(lián)構成(4對)，但不限于示例。即，可符合指定條件，采取單聯(lián)或任意多聯(lián)。另外，雖將擋塊經(jīng)第5部件(適配器)6安裝在第4部件(擋塊支撐部件)4上，但也可直接安裝于第4部件4上。
以上關于附圖的實施方式說明了將本發(fā)明，但這些實施方式只要用于說明，不意味著限制。因此，本發(fā)明的范圍由權利要求的范圍來限定，在不脫離權利要求范圍的情況下，可修正和變更本發(fā)明的最佳實施方式。
權利要求
1.一種動作區(qū)域檢測裝置，檢測用于使機器人的兩個連接部件(1、3)相對旋轉(zhuǎn)的中空構造的關節(jié)(3、5)的所述相對旋轉(zhuǎn)，其特征在于具備至少一個擋塊(21；22；23；24)；支撐該至少一個擋塊的支撐部件(4)；和與所述至少一個擋塊的各個對應地被設置，并根據(jù)與各對應的擋塊的接觸或非接觸來輸出信號的至少一個檢測開關(11；12；13；14)，所述支撐部件(4)被配置在所述關節(jié)的中空部內(nèi)，并被安裝在所述兩個連接部件(1、3)內(nèi)的一方，使得該支撐部件(4)的中心軸線與所述相對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸線大致一致，所述至少一個擋塊(21；22；23；24)被安裝在所述支撐部件(4)的外周面上，沿該外周面的周向，具有對應于預先設定的檢測區(qū)域的長度，所述至少一個檢測開關(11；12；13；14)被設置在所述兩個連接部件(1、3)內(nèi)的另一方的、與所述擋塊(21；22；23；24)相對的位置上，根據(jù)所述信號的輸出狀況，檢測所述相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1所述的動作區(qū)域檢測裝置，其特征在于所述至少一個擋塊(21；22；23；24)包括多個擋塊，同時，所述至少一個檢測開關(11；12；13；14)包括與該擋塊的數(shù)量對應的數(shù)量的檢測開關。
3.根據(jù)權利要求2所述的動作區(qū)域檢測裝置，其特征在于所述多個擋塊(21；22；23；24)沿所述支撐部件(4)的中心軸線方向排列，并被支撐在所述支撐部件上，與所述多個擋塊的各個對應地配置各檢測開關(11；12；13；14)。
4.一種機器人關節(jié)的動作范圍限制裝置(30)，具備限制用于使機器人的兩個連接部件(1、3)相對旋轉(zhuǎn)的中空構造的關節(jié)(3、5)的所述相對旋轉(zhuǎn)的動作范圍的限制單元，其特征在于該限制單元根據(jù)由權利要求1至權利要求3中任意一項所述的動作區(qū)域檢測裝置檢測到的相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域，限制所述相對旋轉(zhuǎn)的動作范圍。
全文摘要
動作區(qū)域檢測裝置具備擋塊、支撐擋塊的支撐部件、和與擋塊對應地被設置并根據(jù)與對應的擋塊的接觸或非接觸來輸出信號的檢測開關。支撐部件被配置機器人地關節(jié)的中空部內(nèi)，被安裝在兩個連接部件內(nèi)的一方，使得支撐部件的中心軸線與機器人的兩個連接部件的相對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸線大致一致。擋塊被安裝在支撐部件的外周面上，沿該外周面的周向，具有對應于預先設定的檢測區(qū)域的長度。各檢測開關被設置在兩個連接部件內(nèi)的另一方的、與各擋塊相對的位置上，根據(jù)信號的輸出狀況，檢測相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域。另外，動作范圍限制裝置根據(jù)檢測到的相對旋轉(zhuǎn)的當前位置所屬的區(qū)域，限制相對旋轉(zhuǎn)的動作范圍。
文檔編號B25J9/10GK1701930SQ20051007342
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權日2004年5月25日
發(fā)明者岡田毅, 內(nèi)田博, 大江將司 申請人:發(fā)那科株式會社