(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
‐対象物（４）を把持するために設計されたグリッパモジュール（２）、またはグリッパモジュール（２）を収容するように設計されたグリッパモジュール交換具と、
‐装置をロボットへ機械的に装着するように設計されたインターフェース（８）と、
を備えたロボットへ装着する装置において、
‐グリッパモジュール（２）を引き出し位置から引っ込み位置へ動かすように設計された駆動装置（９）と、
‐寸法が
‐引き出し位置でグリッパモジュール（２）により対象物（４）を把持する、
‐引っ込み位置でグリッパモジュール（２）および対象物（４）を少なくとも部分的に覆う、
ように設計された外側カバー（５）と、
を備え、
‐外側カバー（５）が可撓性であり、ひずみセンサを備える、
ことを特徴とするロボットへ装着する装置。
【請求項２】
‐外側カバー（５）が容量性センサをその表面上に備える、
請求項１記載の装置。
【請求項３】
‐外側カバー（５）が円筒状または角柱状の外套面の幾何学的形状を有する、
請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
‐グリッパモジュール（２）および把持された対象物（４）が引っ込み位置で完全に外側カバー（５）により形成された室内にある、
請求項１から３の１つに記載の装置。
【請求項５】
外側カバー（５）が
‐面状に形成された覆いである、または
‐金属管または合成材料管から作られた格子状の覆いである、
請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
‐駆動装置（９）が少なくとも空圧的シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置である、
請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
‐インターフェース（８）が、
‐ＣＡＮバスまたはプロフィバス用のフィールドバスインターフェース、
‐シリアルインターフェース、
‐イーサーネット端子またはプロフィネット端子、または
‐ＷＬＡＮアダプタ
として形成されたデータインターフェース（８）を有する、
請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
インターフェース（８）が付加的に
‐制御信号を伝送するのに適した多数の接点を有する制御インターフェースを提供する第１のプラグインコネクタを有し、または
‐給電装置に接続するための電気インターフェースを提供する第２のプラグインコネクタを有する
請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
インターフェース（８）が付加的に
‐圧縮空気を搬入および搬出するための端子を備えた空圧インターフェースを提供する第３のプラグインコネクタを有する、
請求項１から８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
‐外側カバー（５）のインターフェース（８）に対向するエッジに取り付けられた少なくとも１つの第１のセンサ（５１）を備えた、
請求項１から９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
‐外側カバー（５）のインターフェース（８）に対向するエッジの第１のセンサ（５１）に対向する側に取り付けられた第２のセンサ（６１）を備えた、
請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
‐赤外線センサであり前記第１のセンサの検出範囲よりも大きい検出範囲を監視するように設計された第３のセンサを備えた、
請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
‐第１のセンサ（５１）の信号を評価し、その際第２または第３のセンサの信号も処理する、および
‐信号の評価により前記対象物（４）を検出する、
ように設計された計算機ユニット（７）を備えた、
請求項１１を引用する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
計算機ユニット（７）が
‐データインターフェースを介して信号評価の結果を送出する、
ように設計された請求項７を間接的に引用する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
‐第１のセンサ（５１）および第２のセンサ（６１）が画像センサであり、および
‐計算機ユニット（７）が
‐第１のセンサ（５１）および第２のセンサ（６１）の信号を評価するように設計され、計算機ユニット（７）が前記センサ（５１、６１）の２Ｄ画像情報から３Ｄ画像情報を計算するようにプログラミングされ、
‐３Ｄ画像情報をデータインターフェースを介して、ベクトルの形に圧縮して送出するように
設計される、
請求項１１を間接的に引用する請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
請求項１から１５の１つに記載の装置を備えたロボットアーム。
【請求項１７】
請求項１から１５の１つに記載の装置を備えたロボット。
【請求項１８】
‐外側カバー（５）のセンサの信号に基づき接触を検出する、および
‐ロボットを保護モードに移行させ、保護モードでロボットの動きを停止、緩慢化または僅かな力で実施する、
ために設計された制御装置を備えた請求項１７記載のロボット。
【請求項１９】
‐外側カバー（５）のセンサの信号に基づき接触を検出する、および
‐接触に基づき運動経過を学習する、
ように設計された制御装置を備えた請求項１７または１８記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＶＤＩ（ドイツ技術者協会）規準２８６０によれば、産業用ロボットとは動きが自由にプログラミング可能で場合によってはセンサで動かされる多数の軸を備えた多面的に使用可能な作業用オートメーション機器のことを言う。この種のロボットはグリッパを備え、操作上および製造上の課題を実施することができる。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１から、種々のグリッパモジュールを収容するように設計され、グリッパモジュールのそれぞれが対象物を把持するように設計されているグリッパ交換具が公知である。
【０００３】
このようなグリッパ交換具はロボットアームにアダプタとして取り付けることができ、これによりロボットアームは種々のグリッパモジュールを装備することができる。
【０００４】
人間とロボットとのコラボレーションにおいては、ロボットとの共同作業において人間の安全性が保証されなければならない。このためにたとえば、ロボットを安全対策を施したロボットセル内に収めることが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】”GWS Wechseln - Greiferwechselsystem”, Internet 23.07.2015 http:// www.schunk.de/schunk_files/attachments/GWS_064_DE.pdf
【非特許文献２】”Industrieroboter mit Annaehrungsdetektion fuer sichere Mensch- Robotor-Kollaboration“, Internet 28.07.2015, 1523838369960_0 geschaeftsbereiche/robotersysteme/kapazitive-sensorik.html
【非特許文献３】”Taktile Sensorsysteme“, Internet 27.07.2015, http://www.iff. fraunhofer.de/ content/dam/iff/de/dokumente/robotersysteme/thementflyer/2013-03- taktile-sensorsysteme.pdf
【非特許文献４】”Robotor-lernen heute leichter“, Internet 28.07.2015, 1523838369960_1 produktion.de/automatisierung/robotik-und-handhabung/roboter-lernen-heute-leichter/
【非特許文献５】”ii feel you“, Internet 27.07.2015, 1523838369960_2res/ sps/a737ee03-5832-4c95-9d91-84e0de80c664_LBR_iiwa_Produkt_Broschuerer_DE.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来技術の代替策となるロボットへの装着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は本発明によれば、対象物を把持するように設計されたグリッパモジュール、またはこのようなグリッパモジュールを収容するように設計されたグリッパ交換具を有する装置により解決される。この装置は、装置をロボットへ機械的に装着するように設計されたインターフェースを有する。
【０００８】
この装置は、グリッパモジュールを引き出し位置から引っ込み位置に動かすように設計された駆動装置を特徴とする。装置はさらに、引き出し位置においてはグリッパモジュールで対象物を把持するように、引っ込み位置においてはグリッパモジュールと対象物を少なくとも部分的に覆うように寸法が設計された外側カバーを特徴とする。
【０００９】
第１の変形例において、グリッパモジュールは駆動装置により引っ込みおよび引き出し可能に装置内に組み込まれる。第２の変形例では、グリッパ交換具は駆動装置により引っ込みおよび引き出し可能に装置内に組み込まれ、その際グリッパモジュールはフレキシブルにグリッパ交換具で交換できるようにされる。
【００１０】
以下に挙げる利点は必ずしも独立請求項の特徴によって達成される必要はない。むしろこれらの利点は単に個々の実施形態、変形例または発展例によって達成されるものとすることができる。
【００１１】
この装置により、対象物はグリッパモジュールによる把持後に駆動装置により外側カバーにより形成された室内に入れられる。この場合外側カバーは、対象物を少なくとも部分的に覆い、対象物を遮蔽するのに十分な大きさを有するように設計される。この装置は、グリッパモジュールを適応させるためのグリッパ基盤システムと解釈することができる。駆動装置はグリッパモジュール全体を対象物とともにグリッパ基盤システムに引き入れる。
【００１２】
この装置により、人間とロボットとの安全な相互関係のため対象物の入室を含むグリッパ安全システムを提供するアダプタが作られる。外側カバーは、グリッパモジュールにより把持されそうでなければ作業室内に居る人間を負傷させるおそれのある鋭いエッジを持つ対象物から人間を保護する。それゆえこの装置により鋭いエッジまたは尖った部分を持つ対象物も安全にロボットにより搬送することができる。
【００１３】
この装置は、たとえばグリッパモジュールを産業用ロボット、たとえばデルタロボットまたはリンクアームロボットへ装着するために使用できる。さらにこの装置は、組み立て上の課題にも使用できる利点を有する。
【００１４】
一実施形態によれば、外側カバーは可撓性でひずみセンサ、特にストレインゲージを備える。これにより、人間が接触すると可撓性の外側カバーが変形してひずみセンサにより接触を検出できるという利点が生じる。
【００１５】
一発展例では、外側カバーは容量性センサ、特にタッチパネル（taktilen Haut）をその表面に備える。外側カバーは特に可撓性、軟性またはクッション性を有する。
【００１６】
この発展例は同様に人間による接触を検出できるという利点を有する。
【００１７】
一実施形態によれば、外側カバーは外套面が円筒状または角柱状の幾何学的形状を有する。
【００１８】
一発展例では、グリッパモジュールおよび把持された対象物は引っ込み位置で完全に外側カバーにより形成された室内にある。
【００１９】
一実施形態では、外側カバーは面状に形成された覆いまたは格子状の覆いであり、特に金属管または合成材料管により作られる。管内にケーブルを収容することができる。
【００２０】
一発展例では、駆動装置は少なくとも空圧シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置である。
【００２１】
駆動装置は対象物を迅速に収容するのにも用いられるが、ロボットアーム全体はこのために動かされる必要はない。入れ子式駆動装置は電動機と接続された入れ子機構としても実現することができ、この場合グリッパモジュールが少なくとも入れ子機構の基盤の長さだけ引き延ばしされるという利点を提供する。
【００２２】
一実施形態によれば、インターフェースはデータインターフェースを有し、これは特にＣＡＮバスまたはプロフィバス用の特にフィールドバスインターフェース、シリアルインターフェース、特にファイヤワイヤ、イーサーネットまたはプロフィネット端子、および／またはＷＬＡＮアダプタとして形成される。
【００２３】
この場合有利なのは、データインターフェースをフィールドバスインターフェースとして形成することであり、これを介してこの装置はほかのフィールド機器、センサおよびアクチュエータとともに産業設備においてオートメーション機器に接続することができる。
【００２４】
一発展例では、インターフェースは付加的に第１のプラグインコネクタを含み、これにより制御信号の伝送に適した多数の接点を備えた制御インターフェースが提供される。代替的にまたは補足的にインターフェースは付加的に第２のプラグインコネクタを含み、これにより給電装置に装着するための電気インターフェースが提供される。
【００２５】
この装置は駆動装置並びにグリッパモジュールを駆動するために制御信号および給電装置を利用することができる。
【００２６】
一実施形態によれば、インターフェースは付加的に第３のプラグインコネクタを含み、これにより圧縮空気の搬入および搬出用の端子を備えた空圧インターフェースが提供される。
【００２７】
この装置は圧縮空気を駆動装置並びにグリッパモジュールの駆動用に利用することができる。
【００２８】
一発展例では、この装置は少なくとも１つの第１のセンサ、特に画像センサまたは赤外線ドッドセンサを有しており、このセンサは特に外側カバーのインターフェースに対向するエッジに取り付けられる。
【００２９】
これは、第１のセンサの視界範囲が対象物によっても外側カバーによっても制限されないという利点を有する。従来のセンサとは異なりこの場合には周囲が対象物によっては覆われない。第１のセンサが画像センサであれば、これはまた赤外線画像センサとすることができる。さらに画像センサはレンズを備えることができ、これにより第１のセンサはカメラとして形成される。
【００３０】
一実施形態によれば、この装置は第２のセンサ、特に画像センサまたは赤外線ドッドセンサを含み、これは特に外側カバーのインターフェースに対向するエッジにおいて第１のセンサに対向する側に取り付けられる。
【００３１】
第１のセンサおよび第２のセンサが画像センサであれば、これらはたとえばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサとして選ぶことができる。赤外線ドッドセンサとしてはたとえば温度ドッドセンサが適している。
【００３２】
一発展例では、この装置は第３のセンサを含み、これは赤外線センサであり、第１のセンサの検出範囲よりも大きい検出範囲の監視用に設計されている。
【００３３】
第３のセンサはより大きい周辺またはより大きい距離の監視用に役立つ。
【００３４】
一実施形態によれば、この装置は第１のセンサの信号の評価用に設計された計算機ユニットを含んでおり、この場合特に第２および／または第３のセンサの信号も処理される。計算機ユニットはさらに信号評価に基づき対象物を検出するように設計されている。
【００３５】
計算機ユニットの相応する設計はたとえば適当なプログラミングにある。
【００３６】
一発展例では、計算機ユニットは信号評価の結果をデータインターフェースを介して送出するように設計されている。これにより、センサの情報がこの装置で前処理され、圧縮されてその上にある制御装置にさらに伝送できるという利点が生じる。
【００３７】
一実施形態によれば、第１のセンサおよび第２のセンサは画像センサである。計算機ユニットは第１のセンサおよび第２のセンサの信号の評価用に設計され、この際計算機ユニットはセンサの２Ｄ画像情報から３Ｄ画像情報の計算用に、および３Ｄ画像情報をデータインターフェースを介して特にベクトルの形に圧縮して送出するようにプログラミングされている。
【００３８】
ロボットアームにはこの装置が備えられる。ロボットには同様にこの装置が備えられる。
【００３９】
一発展例では、ロボットは制御装置を有しており、この装置は外側カバーのセンサの信号に基づき接触を検出し、ロボットを保護モードに移すように設計され、その際ロボットの動きは保護モードでは停止、緩慢化または力を減少した形で実施される。
【００４０】
一実施形態によれば、ロボットは外側カバーのセンサの信号に基づき接触を検出するように、および接触に基づき運動経過を学習するように設計された制御装置を有する。
【００４１】
以下に本発明の実施例を図面について説明する。図面では同一または機能が同じ部材は、特に指示しない限り、同一の符号を付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１はグリッパモジュールをロボットに装着するためのアダプタを示し、その際グリッパモジュールは対象物を把持するために繰り出し位置にある。
【図２】図２はグリッパモジュールが引っ込み位置にある図１のアダプタを示し、これによりグリッパモジュール並びに把持された対象物は外側カバーにより保護され遮蔽されている。
【図３】図３はロボットアームに取り付けられた図２の状態のアダプタを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１はグリッパモジュール２をロボットに装着するためのアダプタ１を示す。グリッパモジュール２は把持爪３により対象物４を把持し、これを作業台６の上に置く。このためグリッパモジュール２は駆動装置９、ここでは入れ子式駆動装置により繰り出され、これにより外側カバー５により形成された室を離れる。把持爪３は代替的に把持指とすることもできる。
【００４４】
グリッパモジュールは第１の変形例では駆動装置９に固定接続される。第２の変形例では駆動装置９の延長部にグリッパ交換具が取り付けられ、これに種々のグリッパモジュール２を装入できるようになっている。
【００４５】
アダプタ１は、種々のグリッパモジュールに適応するグリッパ基盤システムを提供する。グリッパモジュール２に対向する側にアダプタ１はインターフェース８を備えており、これはアダプタ１をロボットに機械的に装着できるように設計されている。インターフェース８はたとえばロボットアームの端部にあるフランジに取り付けられるように設計されている。
【００４６】
本実施例の可能な一変形例では、外側カバー５は可撓的でありひずみセンサ、特にストレインゲージを備えている。外側カバー５はたとえば合成材料から作られる。アダプタ１がロボットにより動かされ人間に接触すると、外側カバー５は変形し、この変形はストレインゲージにより検出される。これはロボットの制御装置に信号化され、これによりロボットは保護モードに移される。保護モードではロボットの動きが止められるか、緩慢化されるかまたは僅かな力に変更させられる。
【００４７】
本実施例の別の変形例では、外側カバー５はその表面に容量性センサ、特にタッチパネルを備える。この場合外側カバー５は剛性、可撓性、軟性またはクッション性を有するものにすることができる。
【００４８】
相応するテクノロジーは非特許文献２並びに非特許文献３から公知である。
【００４９】
外側カバーの形状は円筒または角柱の外套面に相当し、これにより円筒状または角柱状の室が形成され、この中に駆動装置９はグリッパモジュール２を対象物４とともに完全に収容することができる。
【００５０】
外側カバー５は面状に形成されるか、または単に格子状の覆いとし、この覆いは特に金属管または合成材料管から作り、この中にセンサのケーブルを通すようにすると有利である。
【００５１】
駆動装置９はたとえば空圧シリンダ、電動機または入れ子式駆動装置、たとえば入れ子式スピンドルドライブである。
【００５２】
外側カバー５の直径はたとえば５０ｍｍ〜１００ｍｍである。しかしこの直径は全く別の値、たとえば１０ｍｍまたは２０ｃｍ〜５０ｃｍとすることも可能である。
【００５３】
インターフェース８は計算機ユニット７の情報を伝送するためのデータインターフェースを有し、これはたとえばＣＡＮバスまたはプロフィバス用のフィールドバスインターフェース、シリアルインターフェース、たとえばファイヤワイヤ、イーサーネットまたはプロフィネット端子および／またはＷＬＡＮアダプタである。
【００５４】
一変形例ではインターフェースは付加的に第１のプラグインコネクタを有し、これは多数の接点を備えた制御インターフェースを提供し、中央制御装置から制御信号を伝送するのに好適である。これはたとえば２５極プラグインコネクタである。インターフェース８はさらに第２のプラグインコネクタを有することができ、これは給電装置に装着するための電気インターフェースを提供する。給電装置はたとえば２４ボルト、２３０ボルトまたは４００ボルト給電装置である。別の変形例ではインターフェースは第３のプラグインコネクタを有し、これは圧縮空気の搬入および搬出端子を備えた空圧インターフェースである。
【００５５】
アダプタ１は有利には制御信号、給電並びに圧縮空気をグリッパモジュール２に対し提供する。さらに圧縮空気または電気エネルギーを駆動装置９に対して提供することができる。
【００５６】
外側カバー５の下側エッジにはたとえばレンズおよびＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサから成る第１のカメラ５１が取り付けられる。外側カバー５の下側エッジの対向側には第２のカメラ６１が取り付けられる。両カメラ５１、６１は、把持爪３により対象物４を把持するのを助成するのに利用できる。このためたとえば計算機ユニット７でカメラ画像の評価が行われる。把持爪３の制御は計算機ユニット７または中央制御装置により行われる。後者の場合計算機ユニット７はカメラ画像またはカメラ画像の圧縮された評価値をデータインターフェースを介して中央制御装置に伝送する。計算機ユニット７はさらにカメラ５１、６１の両カメラ画像から公知の画像処理アルゴリズム、たとえばエッジおよび対象物検知アルゴリズムにより三次元の画像情報を計算する。計算機ユニット７はこの場合三次元画像情報をベクトルに減算し、これはインターフェース８を介して中央制御装置に伝送される。
【００５７】
計算機ユニット７はたとえば適当にプロミングされたＡＲＭプロセッサまたはＤＳＰプロセッサである。カメラ５１、６１は人間が視覚できる光スペクトルを処理できるが、また赤外線カメラとして選ぶこともできる。さらにカメラはそれぞれ簡単な赤外線ドッドセンサ、たとえば温度ドッドセンサとすることができる。
【００５８】
アダプタ１は別のセンサを有することができ、これは赤外線センサとしてカメラ５１、６１の検出範囲よりも著しく大きい検出範囲を監視する。
【００５９】
把持爪３が対象物４を把持した後に、グリッパモジュール２は駆動装置４により外側カバー５により形成される室内に引っ込められる。
【００６０】
図２は、グリッパモジュール２が対象物４とともに完全に室内に引っ込められた後のアダプタ１を示す。グリッパモジュール２および対象物４は少なくとも側方が外側カバー５により覆われ遮蔽される。
【００６１】
図３は、図１および図２のアダプタ１がロボット１０のリンク１１に取り付けられた状態を示す。ロボット１０は２つのアーム部材１２を有しており、これらはリンク１１を介して互いに接続されており、土台１３に据え付けられている。グリッパモジュールが対象物とともに図３では完全に外側カバーの室内に引っ込んでいるので、ロボット１０はそのアーム部材１２を高速で動かしても、人間が場合によっては鋭い角を持つ対象物４により負傷する恐れはない。
【００６２】
さらに操作者は、アダプタ１に触れてたとえばスイッチなどの操作によりロボット１０の学習モードを活性化させることができる。学習モードではロボット１０は操作者のタッチにより運動経過を学習して、操作者がたとえばアダプタ１を所望の運動経過に従って動かすことができる。
【００６３】
相応したテクノロジーは非特許文献４並びに非特許文献５により公知である。
【００６４】
本発明を実施例により詳細に図示し記述したが、本発明は開示例に制限されるものではない。ほかの応用例は当業者であれば本発明の保護範囲を逸脱することなく導出可能である。また上述の実施例、変形例、実施形態およびその発展形態を互いに自由に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１      アダプタ
２      グリッパモジュール
３      把持爪
４      対象物
５      外側カバー
６      作業板
７      計算機ユニット
８      インターフェース
９      駆動装置
１０    ロボット
１１    リンク
１２    ロボットアーム
１３    土台
５１    カメラ
６１    カメラ
【図１】
0006638060.tif 000002
【図２】
0006638060.tif 000003
【図３】
0006638060.tif 000004