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CN109773832B - 传感器及机器人 - Google Patents

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CN109773832B CN201811352836.2A CN201811352836A CN109773832B CN 109773832 B CN109773832 B CN 109773832B CN 201811352836 A CN201811352836 A CN 201811352836A CN 109773832 B CN109773832 B CN 109773832B
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Abstract

提供一种传感器及机器人，该机器人具备可靠地进行机器人等可动装置与其他物体的接近检测或接触检测的传感器，即使在对象物与末端执行器的接触作业中也不会产生妨碍，从而能够提高对于碰撞的安全性。具备一种传感器，检测与其他物体的接近或接触，所述传感器的电极部形成于外壳部件的外表面或内表面，基于所述传感器的输出信号控制所述机器人主体部的驱动部，以避免所述机器人主体部与其他物体的接近。

Description

传感器及机器人
技术领域
本发明涉及传感器及机器人。
背景技术
以往，已知一种进行把持对象物的作业等的工业用机器人。这种工业用机器人例如具有基座和能够转动地连接到基座的手臂，一般来说，在手臂的末端安装有把持对象物的手等末端执行器。
此外，近年来为了实现防止因工业用机器人与人体等物体的碰撞而发生的事故，开发了一种技术：将传感器设置于卷绕有冲击吸收用的缓冲件的手臂，通过由该传感器来检知接近和接触的物体，使机器人进行避让动作或停止动作(例如参照专利文献1)。
但是，如果像现有技术那样在手臂上卷绕有冲击吸收用的缓冲件，则存在如下问题。在缓冲件上配置传感器的情况下，如果缓冲件因手臂的动作而变形，则传感器输出变动从而发生接近检测或接触检测的误检测，因此不能进行有效的作业。在传感器配置在缓冲件下的情况下，由于物体与传感器的距离增加了缓冲件的厚度部分，所以接近检测的灵敏度下降。此外，由于缓冲件吸收碰撞时的冲击力，所以接触力检测的响应性变差。因此，不能进行可靠的碰撞避让。
进一步地，在以往的机器人中，在手臂上设置有接近传感器，但是由于一般来说根据作业内容来更换末端执行器，所以在末端执行器上直接设置接近传感器是不现实的。此外，假设在末端执行器上设置接近传感器，则存在如下问题：在对象物与末端执行器的接触作业中，接近传感器在与对象物接触之前工作而不能继续进行作业。因此，在以往的机器人中，难以检测与末端执行器或由末端执行器把持的对象物的碰撞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2010-10116号公报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人，该机器人具备可靠地进行机器人等可动装置与其他物体的接近检测或接触检测的传感器，并且即使在对象物与末端执行器的接触作业中也不会产生妨碍，从而能够提高对于碰撞的安全性。
为了解决上述课题的至少一部分，本发明能够通过以下的应用例或方式来实现。
本应用例的传感器是检测与其他物体的接近或接触的传感器，其特征在于，在可动装置的外壳部件的外表面或内表面形成有检测电极部。
按照这种传感器，能够可靠地进行机器人等可动装置与其他物体的接近检测或接触检测，即使不具备冲击吸收用的缓冲件，也能够提高协同动作机器人等的安全性。
本应用例的传感器的特征在于，检测电极部，检测与其他物体的接近或接触；检测电路部，根据所述检测电极部与所述其他物体的接近或接触所述检测电路部的输出变化；以及连接部，电连接所述检测电极部和所述检测电路部，其中，所述检测电极部以紧密接触方式装备于所述可动装置的外壳部件，所述连接部相对于所述检测电极部的相对位置和所述检测电路部相对于所述连接部的相对位置不变化。
按照这种传感器，由于机器人等可动装置动作时，能够降低或防止因检测电极部、连接部、检测电路部这样的传感器构成要素的变形或摇动的传感器输出变化，所以能够降低或防止伴随可动装置的动作的传感器的误动作。
优选的是，在本应用例的传感器中，所述可动装置的外壳部件的外表面以及内表面的至少一部分具有非可展开表面的曲面，检测电极形成为根据所述外壳部件而具有非可展开表面的曲面形状。
由此，能够在机器人等可动装置的外壳部的任意部位以紧密接触方式设置检测电极，扩大了能够检测物体接触或接近机器人主体部的区域，从而能够进一步提高机器人的安全性能。
优选的是，本应用例的传感器是电容式传感器，根据检测电极的电容变化来检测所述物体的接触或接近。
由此，与光电式等其他传感器相比，能够以不会大幅度受到物体的颜色等的影响或周围的温度的影响的方式，检测物体的接触或接近。
优选的是，本应用例的传感器是具有检测电极和驱动电极的互电容式的电容式传感器。
由此，与自电容式相比，能够从远离的距离进行接近检测，从而能够提供安全的协同动作机器人。
本应用例的机器人的特征在于具有：本应用例的传感器；机器人主体部，所述传感器配置于外壳部；以及控制装置，基于所述传感器的输出信号控制所述机器人主体部的驱动部。
按照这种机器人，能够可靠地进行与其他物体的接近检测或接触检测，即使不具备冲击吸收用的缓冲件，也能够安全地实现能够与人协同作业的协同动作机器人。
优选的是，在本应用例的机器人中，所述控制装置基于所述传感器的输出信号控制所述机器人主体部的驱动部，以避免所述机器人主体部与其他物体的接近。
因此，由于能够相对于人的接近以避免接触的方式使机器人动作，所以能够构成更安全的协同动作机器人。
优选的是，在本应用例的机器人中，所述机器人主体部具有力检测系统，所述控制装置基于所述传感器的输出信号和所述力检测系统的输出信号，控制所述机器人主体部的驱动部。
因此，由于即使在以直接示教方式基于力检测系统的检测力来控制机器人主体部的情况下，也能够检测并避免机器人主体部接近周边的其他物体，所以能够更简单地利用机器人。
优选的是，在本应用例的机器人中，基于传感器的输出信号，避免所述机器人主体部与其他物体的接近，基于所述力检测系统的输出信号，避免所述机器人主体部、末端执行器和对象物中的任意一方与其他物体的接触。
由此，能够利用力检测系统来检测对末端执行器或由末端执行器把持的对象物等的碰撞。此外，不会对对象物与末端执行器的接触作业产生妨碍。因此，能够提高碰撞时的安全性。因此，能够将该机器人适当地用作能够与人协同作业的协同动作机器人。
附图说明
图1是示出本发明的优选实施方式的机器人的立体图。
图2是图1所示的机器人的构成例的框图。
图3是图1所示的机器人的变形例的框图。
图4是图1所示的机器人的变形例的框图。
图5是用于说明接近传感器的构成的概略图。
图6是示出第一电极(检测电极)和第二电极(驱动电极)的配置的一例的图。
图7是示出机器人手臂中的电极部和检测电路部的配置的图。
图8是用于说明力检测系统的简要构成的图。
图9是力检测系统的变形例的框图。
图10是示出机器人手臂的金属部件和树脂部件的配置的图。
图11是树脂部件和电极部的断面图。
图12是金属部件和电极部的断面图。
图13是示出电路部相对于手臂的金属部件的固定状态的一例的图。
图14是示出连接电路基板和电极部的连接部的变形例的图。
图15是示出电路部相对于手臂的金属部件的固定状态的变形例的图。
[附图标记说明]
1…机器人主体部，5…控制装置，10…机器人可动部，11…手臂，12…手臂，13…手臂，14…手臂，15…手臂，16…手臂，20…位置检测器，30…接近传感器，34…螺钉，35…电路部，36…检测电路部，40…力检测系统，41…力检测元件，45…电路部，46…外力检测部，51…运动控制部，52…动作指令部，53…I/F，90…末端执行器，100…机器人，110…基座，130…树脂部件，131…螺钉孔，140…金属部件，141…螺钉，142…螺钉孔，149…连接器插入部，150…凹部，160…间隔件，161…凹部，170…驱动部，310…电极部，311…第一电极(检测电极)，312…第二电极(驱动电极)，313…接地电极，313a…接地电极，320…绝缘层，321…绝缘层，322…绝缘层，323…绝缘层，324…绝缘层，325…粘接剂，326…粘接剂，331…布线，332…连接器，350…电路基板，361…电荷放大器，362…AD转换器，401…壳体，410…压电元件，411…压电体，412…输出电极，413…接地电极，461…电荷放大器，462…AD转换器
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选实施方式，对本发明的传感器及机器人进行详细说明。
《机器人的基本构成》
图1是示出本发明的优选实施方式的机器人的立体图。图2是图1所示的机器人的构成例的框图。图3是图1所示的机器人的变形例的框图。图4是图1所示的机器人的变形例的框图。图5是用于说明接近传感器的构成的概略图。图6是示出第一电极(检测电极)和第二电极(驱动电极)的配置的一例的图。图7是示出机器人手臂中的电极部和检测电路部的配置的图。图8是用于说明力检测系统的简要构成的图。图9是力检测系统的变形例的框图。另外，以下为了便于说明，将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。此外，将图1中的基座110侧称为“基端侧”，将其相反侧(末端执行器90侧)称为“末端侧”。另外，将图1的上下方向作为“铅垂方向”，将左右方向为“水平方向”。
图1所示的机器人100是所谓的六轴垂直多关节机器人，例如，能够进行精密设备或构成该设备的零件(对象物)的进料、出料、输送和组装等作业。
如图1所示，机器人100具有：机器人主体部1，具有基座110和机器人可动部10；以及控制装置5(控制器)，控制机器人可动部10的动作。此外，机器人100具有设置于机器人主体部1的驱动部170、位置检测器20、接近传感器30和力检测系统40(参照图1至图4)。另外，位置检测器20、接近传感器30和力检测系统40的设置数量和设置部位并不限定于后述的实施方式。
[机器人主体部]
〈基座〉
基座110例如固定在地板、墙壁、天花板、能够移动的台车上等。另外，虽然未详细图示，但是基座110包括外壳部件(壳体和盖等)，在由该外壳部件形成的内部空间收容有控制装置5。
〈机器人可动部〉
机器人可动部10能够转动地支承在基座110上，具有手臂11(第一手臂)、手臂12(第二手臂)、手臂13(第三手臂)、手臂14(第四手臂)、手臂15(第五手臂)和手臂16(第六手臂、末端手臂)。这些手臂11～16从基端侧朝向末端侧以上述顺序连结，并且能够相对于相邻的基端侧的手臂或基座110相对转动。另外，连接部分构成“关节部”，该连接部分将基座110和手臂11～16中相互连结的两个部件之间连接成能够转动。此外，虽然未详细图示，但是各手臂11～16分别包括外壳部件(壳体和盖等)，在由该外壳部件形成的内部空间收容有驱动部170和位置检测器20。
此外，在手臂16的末端部经由力检测系统40安装有末端执行器90，该末端执行器90例如由能够保持对象物的手构成。另外，与末端执行器90连接的电缆(未图示)所具有的连接器(未图示)与设置于手臂14的连接器插入部149连接。由此，末端执行器90经由设置在机器人可动部10内的布线(未图示)与控制装置5电连接。
[驱动部]
如图2所示，机器人100在各手臂11～16上分别具有一个以上的驱动部170，也可以在一个手臂上装备多个驱动部170和位置检测器20。多个驱动部170分别具有使对应的手臂相对于位于其基端侧的手臂(或基座110)转动的功能、即驱动机器人可动部10的各关节部的功能，并且上述多个驱动部170具备：包括电动机和制动器的电动机单元(未图示)；以及包括减速机、带和带轮等的动力传递机构(未图示)。另外，驱动部170可以具备与控制装置5电连接的电动机驱动器(未图示)。
[位置检测器]
如图2所示，机器人100与驱动部170对应而具备位置检测器20，相对于一个驱动部170设置有一个位置检测器20。位置检测器20检测电动机或减速机的旋转轴的旋转角度。由此，能够得到末端侧的手臂相对于基端侧的手臂的角度(姿势)等信息(各关节部的驱动状态的信息)。作为这种各位置检测器20能够使用例如磁式或光学式旋转编码器等。另外，各位置检测器20与后述的控制装置5电连接。此外，位置检测器20可以相对于一个驱动部具有两个以上的位置检测器，例如分别检测电动机的旋转角度和手臂的旋转角度，通过高精度地对机器人进行定位，并且由两个位置检测器20检测相同的电动机的旋转角度来进行相互监测，能够构成安全的机器人。
[接近传感器]
如图1至图4所示，机器人100具有接近传感器30。具体地说，接近传感器30在各基座110和手臂11～14上分别设置一个。另外，在本实施方式中，在手臂15、16上未设置接近传感器30，但是也可以在手臂15、16上设置接近传感器30。
接近传感器30例如是电容式传感器，检测伴随存在于机器人100周围的人等物体的接触或接近的电容变化。特别是在本实施方式中，接近传感器30是互电容式的电容式传感器。
如图5所示，接近传感器30具有：电极部310，根据伴随物体的接触或接近的电容变化来输出信号(电荷)；电路部35，包括对来自电极部310的信号(电荷)进行处理的检测电路部36；以及布线331，电连接电极部310和电路部35。另外，虽然未图示，但是布线331具有：驱动系统的布线，电连接电路部35和第二电极312；以及信号系统的布线，电连接电路部35(检测电路部36)和第一电极311。
电极部310具有：第一电极311(检测电极)、施加有交流电压的第二电极312(驱动电极)、以及作为基准电位的接地电极313。
如图5所示，第一电极311和第二电极312相互分开设置。此外，如图6所示，第一电极311和第二电极312俯视观察分别呈梳齿状，第一电极311的梳齿与第二电极312的梳齿配置成相互分开且啮合。此外，如图5所示，相对于第一电极311和第二电极312隔着绝缘层320配置有接地电极313。
在这种电极部310中，向第二电极312施加交流电压，在第一电极311与第二电极312之间产生电场，如果在这种状态下物体接近电极部310，则第一电极311与第二电极312之间的电场变化。能够通过由第一电极311检测因该电场变化的电容变化来检测物体的接触或接近。另外，接地电极313作为电磁屏蔽发挥功能。
此外，第一电极311、第二电极312和接地电极313的配置是任意方式而不限定于图示的例子。例如，可以将接地电极313设置在绝缘层320的与第一电极311等相同侧的面上，在这种情况下，俯视观察，可以将接地电极313设置成包围第一电极311。
如图5所示，电路部35具备：检测电路部36，对从电极部310(具体地说第一电极311)接收的电荷进行处理；以及驱动电路(未图示)，向第二电极312供给电力。检测电路部36具有电荷放大器361(放大电路)和AD转换器362(转换输出电路)。电荷放大器361将从第一电极311输出的电荷转换为电压。AD转换器362将从电荷放大器361输出的电压以规定的采样频率从模拟信号转换为数字信号。由AD转换器362转换的电压信息(数字信号)向控制装置5转送。
如图7所示，这种接近传感器30分别设置于基座110和手臂11～14。接近传感器30所具有的电极部310例如设置于图7中的阴影所示的部位，并且配置于基座110和手臂11～14的各外表面侧(外壳部件的外表面)。此外，电路部35设置于例如图7中的虚线所示的部位，并且与电极部310同样配置于基座110和手臂11～14的各外表面侧(外壳部件的外表面)。由此，在机器人100中，通过分别在基座110和手臂11～14上设置一个电极部310和一个电路部35，能够遍布机器人可动部10的大范围来进行接近检测。
[力检测系统]
如图1所示，机器人100具有四个力检测系统40。力检测系统40设置在基座110的基端面、基座110与机器人可动部10之间(连接部分)，并且设置在手臂13的中间部、以及机器人可动部10与末端执行器90之间(连接部分)。这些力检测系统40可以安装于机器人主体部1的任意一个部位，可以安装于多个部位，也可以在一个部位安装多个。
力检测系统40例如是六轴力传感器，能够检测向力检测系统40施加的外力的六轴分量。其中，六轴分量是相互正交的三个轴分别的方向的平移力(剪切力)分量、以及该三个轴分别的绕轴的旋转力(力矩)分量。另外，力检测系统40的检测轴的数量并不限定于六个，例如可以是一个以上、五个以下。
如图8所示，力检测系统40具有：多个力检测元件41，输出与外力对应的信号(电荷)；电路部45，对来自力检测元件41的信号(电荷)进行处理；以及壳体401，收容上述部件，并且向力检测元件41传递外力。
力检测元件41具备多个压电元件410。压电元件410具有：压电体411，由水晶等压电材料构成；输出电极412，输出由压电体411的压电效应产生的电荷；以及作为基准电位的接地电极413。
电路部45具备：外力检测部46，对从力检测元件41接收的电荷进行处理；以及电源电路(未图示)，向力检测系统40的各部分供给电力。外力检测部46具有与各压电元件410对应设置的电荷放大器461(放大电路)和AD转换器462(转换输出电路)。电荷放大器461将从压电元件410输出的电荷转换为电压。AD转换器462将从电荷放大器461输出的电压以规定的采样频率从模拟信号转换为数字信号。由AD转换器462转换的电压信息(数字信号)由力计算电路463计算为六轴分量并作为力数据向控制装置5转送。
另外，力检测元件41的数量是任意数量而并不限定于图示所示的四个。但是，为了检测六轴分量，优选的是，力检测系统40至少具备三个力检测元件41。
此外，如图9所示可以具有信号处理部70，该信号处理部70对由力计算电路463计算出的力数据进行例如下采样等信号处理并输出。例如信号处理部70由以下部件构成：临时存储输入的力数据的存储器72、第一信号处理电路76和第一输出部75、以及第二信号处理电路71和第二输出部74。按照这种构成，能够与目的配合从相互不同的系统的第一输出部和第二输出部输出基于力数据的相互不同的第一数据和第二数据。
[控制装置]
图1至图4所示的控制装置5(控制器)具有如下功能：基于位置检测器20、接近传感器30和力检测系统40的检测结果来控制机器人可动部10的动作。该控制装置5具有：CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器、ROM(Read Only Memory：只读存储器)和RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储器以及I/F(接口电路)53。该控制装置5基于存储于存储器的程序和示教数据来生成机器人主体部1的动作轨迹，并且向运动控制部51送出动作指令。此外，虽然局部未图示，但是I/F53能够与驱动部170、位置检测器20、接近传感器30、力检测系统40和末端执行器90通信。此外，虽然未图示，但是控制装置5具备电源电路，该电源电路向控制装置5的各部分和驱动部170(电动机驱动器)生成必要的电力。
另外，虽然在图示中控制装置5配置在机器人主体部1的基座110的内部，但是并不限定于此，例如，可以配置在机器人主体部1的外部。此外，控制装置5可以与具备显示器等监视器的显示装置连接，例如可以与具备鼠标和键盘等的输入装置等连接。
以上，对机器人100的基本构成进行了说明。在这种机器人100中，在控制装置5的存储器中存储有预先由示教作业生成的动作顺序，控制装置5通过按照该动作顺序向各驱动部170发送与旋转速度和旋转角度相关的信号，驱动各驱动部170。由此，驱动机器人可动部10。此外，控制装置5接收来自位置检测器20的信号，并且基于该信号来进行反馈控制。此外，在本实施方式中，控制装置5从力检测系统40接收与外力对应的信号。并且，基于来自力检测系统40的信号，由力控制指令部55生成力控制指令并向运动控制部51送出。运动控制部51基于接收的力控制指令，向各驱动部170发送信号，使机器人可动部10动作，由此边检测末端执行器90向对象物的作业状态边进行作业。
通过由这种控制装置5进行的机器人可动部10的动作控制，机器人100能够准确地进行与预先由示教生成的动作顺序对应的作业。
此外，控制装置5控制这种机器人可动部10的动作，并且进行与各接近传感器30的信号的收发。具体地说，例如，控制装置5向接近传感器30发送调整各接近传感器30的灵敏度的信号，并且接收来自接近传感器30的信号，基于该信号，由接近识别部57判断物体是否接触或接近机器人主体部1。例如，在来自接近传感器30的输出值在阈值(预先设定的接近检测的阈值)以上的情况下，接近识别部57判断为物体接触或接近机器人主体部1。在接近识别部57判断为物体接触或接近机器人主体部1的情况下，由避让动作生成部58生成避让动作并向动作指令部52转送。动作指令部52基于接收的避让动作，将动作指令向运动控制部51送出。运动控制部51基于接收的动作指令，向各驱动部170发送信号，使机器人可动部10的动作速度降低、动作停止或进行移动方向的切换(反转)。由此，控制装置5基于各接近传感器30的信号，使机器人可动部10进行对物体的避让动作或停止动作。
进一步地，控制装置5基于来自力检测系统40的信号，判断物体是否接触机器人主体部1。例如，在来自力检测系统40的输出值在阈值(预先设定的力检测的阈值)以上的情况下，接触识别部56判断为物体与机器人主体部1接触。在这种情况下，控制装置5使机器人可动部10进行对物体的避让动作或停止动作。
由此，控制装置5基于来自接近传感器30和力检测系统40的各信号，能够使机器人可动部10进行对物体的避让动作或停止动作。
以上，对机器人100的基本构成进行了说明。如上所述，机器人100具有机器人主体部1，该机器人主体部1具备基座110和机器人可动部10，该机器人可动部10设置成能够相对于基座110转动，具有多个手臂11～16，并且能够安装末端执行器90。此外，机器人100具有(本实施方式中为多个)接近传感器30，该接近传感器30设置于机器人可动部10，检测物体接触或接近机器人主体部1。并且，机器人100具有力检测系统40，该力检测系统40设置于基座110与机器人可动部10的连接部分、手臂之间的连接部分、以及机器人可动部10与末端执行器90的连接部分中的至少一个部分，并且检测向机器人主体部1或末端执行器90施加的力。如上所述，力检测系统40设置于基座110与机器人可动部10的连接部分(它们之间)、以及机器人可动部10与末端执行器90的连接部分(它们之间)等。
按照这种机器人100，能够利用接近传感器30来检测物体接触或接近机器人主体部1，并且能够利用力检测系统40来检测与末端执行器90或由末端执行器90把持的对象物的接触。特别是通过在所述部位设置力检测系统40，能够检测如下区域中的物体的接触，该区域是仅利用接近传感器30不能充分地检测物体接近或接触机器人主体部1的区域。因此，能够遍布大范围检测物体接触或接近机器人主体部1。由此，能够提高碰撞时的安全性。此外，假设在末端执行器90上设置有接近传感器30，则存在如下问题：设置于末端执行器90的接近传感器30在与对象物接触之前工作而不能进行利用末端执行器90的与对象物的接触作业，但是如果利用本实施方式的机器人100，则不存在这种问题。由此，按照机器人100，不会对对象物与末端执行器90的接触作业产生妨碍，能够提高碰撞时的安全性。因此，能够将机器人100适当地用于能够与人协同作业的协同动作机器人。
此外，由于机器人100具备接近传感器30和力检测系统40，所以例如在由接近传感器30检测到物体接近的情况下使机器人可动部10的动作速度降低，在由力检测系统40检测到物体的接触的情况下进行机器人可动部10的动作停止。由此，能够进一步降低机器人100作业效率的下降，并且能够进一步降低碰撞时的危险性。
特别是在本实施方式中，如上所述，力检测系统40设置于基座110与机器人可动部10的连接部分或基座110的基端面。
由此，利用力检测系统40，除了能够检测与末端执行器90的碰撞，还能够检测与机器人可动部10的任意位置的碰撞。因此，能够进一步提高安全性。
进一步地，如上所述，力检测系统40设置于机器人可动部10与末端执行器90的连接部分(它们之间)。
由此，特别是能够高精度且高灵敏度地检测与末端执行器90的接触。此外，由于能够利用力检测系统40高精度地检测末端执行器90与对象物的接触作业，所以也能够提高机器人100的作业精度。
另外，力检测系统40可以设置于手臂11与手臂12的连接部分(它们之间)、手臂12与手臂13的连接部分(它们之间)、手臂13与手臂14的连接部分(它们之间)、手臂14与手臂15的连接部分(它们之间)、以及手臂15与手臂16的连接部分(它们之间)中的任意部位。
此外，如上所述，在本实施方式中，接近传感器30除了设置于机器人可动部10以外还设置于基座110。因此，能够进一步提高安全性。
另外，在本实施方式中，在手臂15和手臂16上未设置接近传感器30，但是如上所述，由于在手臂16与末端执行器90之间设置有力检测系统40，所以即使在这些手臂15和手臂16上不设置接近传感器30，也能够充分确保安全性。
《接近传感器的详细说明》
接着，对接近传感器30进行详细说明。具体地说，对电极部310和电路部35相对于机器人主体部1的配置等进行说明。
图10是示出机器人主体部1的外壳部基材的金属部件和树脂部件的配置的图。图11是树脂部件和电极部的断面图。图12是金属部件和电极部的断面图。图13是示出电路部相对于手臂的金属部件的固定状态的一例的图。图14是示出连接电路基板和电极部的连接部的变形例的图。图15是示出电路部相对于手臂的金属部件的固定状态的变形例的图。
如上所述，接近传感器30是根据电容变化来检测物体的接触或接近的电容式传感器，具有电极部310、电路部35和布线331(参照图5)。
[电极部]
电极部310具有第一电极311(检测电极)、第二电极312(驱动电极)和接地电极313，设置于手臂11～14的外表面、更具体地说设置于手臂11～14的外壳部件的外表面(参照图5和图7)。
在此，如图10所示，基座110和机器人可动部10包括：主要由树脂材料等构成的树脂部件130(例如盖)；以及主要由金属材料构成的金属部件140(例如壳体)。图10中的涂布有阴影的部位由树脂部件130构成，除此以外的部位由金属部件140构成。例如，金属部件140是作为机器人主体部1的骨架的部分，树脂部件130是如下部分：与金属部件140连接并与金属部件140一起构成机器人主体部1。以下，依次说明设置于树脂部件130的电极部310和设置于金属部件140的电极部310。
〈设置于树脂部件的电极部〉
图11所示的树脂部件130例如由注塑成型等形成。另外，在图11中以手臂14所具有的树脂部件130的一部分为例进行了示出。在该树脂部件130的表面上配置有第一电极311、第二电极312和接地电极313，第一电极311、第二电极312和接地电极313的外表面例如被由树脂材料、金属氧化物和金属氮化物等构成的绝缘层321覆盖。
具体地说，在树脂部件130的外表面侧配置有第一电极311和第二电极312，在其相反侧的面的与第一电极311对应的部位配置有接地电极313。此外，在连接器插入部149附近的树脂部件130的外表面上设置有接地电极313。由于连接器插入部149是与末端执行器90电连接的连接器(未图示)连接的部分，所以优选在连接器插入部149的附近不设置第一电极311和第二电极312。这是因为防止对该连接器和与其连接的布线(未图示)进行接近检测。此外，在螺钉孔131中利用螺钉(未图示)将树脂部件130(例如盖)螺纹紧固于金属部件140(例如壳体)。由此，能够使设置于树脂部件130的接地电极313与金属部件140电连接，从而能够简单地使接地电极313接地。
作为这种第一电极311、第二电极312和接地电极313的形成方法没有特别限定，能够使用真空蒸镀法等物理成膜法、CVD等化学蒸镀法、喷墨法等各种涂布法、溅射法、电镀和金属箔的接合等。例如，在形成金属膜之后，通过利用光刻法和干法蚀刻法等对金属膜进行图形化，能够同时形成各电极和与其连接的布线。此外，作为绝缘层321的形成方法能够使用公知的蒸镀法或涂布法等。
此外，第一电极311、第二电极312和接地电极313的厚度没有特别限定，例如可以是大约1μm以上、100μm以下。通过以上述方式使第一电极311、第二电极312和接地电极313的各厚度较薄，能够使第一电极311、第二电极312和接地电极313分别追随机器人主体部1的金属部件140的形状。此外，绝缘层321的厚度没有特别限定，例如可以是大约1μm以上、100μm以下。
另外，在图示中，接地电极313设置于树脂部件130的与外表面相反侧的面的一部分，但是接地电极313也可以设置于树脂部件130的与外表面相反侧的面的整个区域。
〈设置于金属部件的电极部〉
如图12所示，金属部件140例如通过如下方式构成：利用螺钉141来连接由压铸等铸造法等形成的两个部件。另外，图12中以手臂12所具有的金属部件140的一部分为例进行了示出。在该金属部件140的外表面上隔着绝缘层322配置有第一电极311、第二电极312和接地电极313。此外，第一电极311、第二电极312和接地电极313由绝缘层323覆盖其外表面。另外，绝缘层322、323的构成材料、形成方法和膜厚与所述的绝缘层321相同。
这种金属部件140作为接地电极313发挥功能。由此，能够省去另外设置接地电极313的费事工作。此外，配置于金属部件140的外表面侧的接地电极313作为第一电极311的屏蔽电极发挥功能。此外，在螺钉141插入的螺钉孔142的附近配置有接地电极313。配置于该螺钉孔142附近的接地电极313和金属部件140经由螺钉141电连接，螺钉141也作为电连接接地电极313和金属部件140的布线发挥功能。此外，可以像图12中所示的接地电极313a那样除去绝缘层322的一部分来连接接地电极313a和金属部件140。即，可以代替螺钉141而将接地电极313a的一部分用作布线。
另外，图示中，金属部件140具有作为基准电位的接地电极313的功能，但是也可以另外设置接地电极313。由此，与利用作为机器人主体部1一部分的金属部件140接地的情况相比，能够实现接近传感器30的高灵敏度化。
[电路部]
电路部35设置于手臂11～14的外表面、更具体地说设置于手臂11～14的外壳部件的外表面(参照图7)。
具体地说，如图13所示，搭载有电路部35的电路基板350设置在形成于金属部件140的凹部150内。另外，电路基板350可以设置于树脂部件130。
该电路基板350利用螺钉34固定于金属部件140。此外，设置于电路基板350附近的电极部310隔着粘接剂325和绝缘层324固定于电路基板350。此外，电连接电路基板350和电极部310的布线331(连接部)利用粘接剂325固定成限制布线331的移动。此外，粘接剂325例如能够使用有机硅系、环氧系、丙烯系、氰基丙烯酸酯系和聚氨酯系等具有绝缘性的粘接剂等。另外，绝缘层324是与所述的绝缘层321相同的构成。
由此，电路基板350、电极部310和布线331固定成与金属部件140的相对位置不变。由此，即使手臂11～14动作，也能够降低或防止电路基板350和电极部310所具有的各电极的变形、摇动或弯曲等。因此，由于能够降低或防止伴随上述变形等的寄生电容的变化，所以能够降低或防止接近传感器30的误动作。
此外，如图14所示，可以利用连接器332(连接部)来电连接电路基板350和电极部310。由此，与图13所示的布线331相比，具有容易限制其移动的优点。因此，与布线331的情况相比，能够进一步降低伴随连接器332的变形、摇动和弯曲等的寄生电容的变化。
此外，如图15所示，电路基板350可以隔着间隔件160固定于金属部件140，该间隔件160例如由陶瓷、树脂材料等杨氏模量较高且不容易弯曲的高刚性材料构成。具体地说，在间隔件160所具有的凹部161的底面通过粘接剂326固定电路基板350，利用粘接剂或螺纹紧固等将间隔件160固定于金属部件140。由于通过使用这种间隔件160，能够省去在金属部件140上形成收容电路基板350的凹部150的费事工作，所以能够简单地将接近传感器30设置于手臂11～14。此外，由于利用这种构成，能够降低或防止电路基板350、电极部310和连接器332的变形、摇动或弯曲等，所以能够降低或防止伴随上述变形等的寄生电容的变化。
以上，对接近传感器30进行了详细说明。如上所述，接近传感器30是根据电容的变化来检测物体的接触或接近的电容式传感器，其具备：电极部310，根据伴随物体的接触或接近的电容变化来输出信号(电荷)；电路部35，对信号(电荷)进行处理；以及布线331(连接部)或连接器332(连接部)，电连接电极部310和电路部35。
由此，与例如光电式等其他传感器相比，能够以不会大幅度受到物体的颜色等的影响和周围的温度的影响的方式来检测物体的接触或接近。
另外，“接近传感器”并不限定于电容式接近传感器30，只要是检测物体的接触或接近的传感器即可。例如，作为“接近传感器”可以是光电式传感器、超声波式传感器和感应式传感器等。此外，在本实施方式中，作为“接近传感器”使用互电容式接近传感器30，但是“接近传感器”可以是自电容式传感器。通过使用互电容式接近传感器30，能够不容易受到环境的影响而实现高灵敏度化。另一方面，由于自电容式传感器能够由一个电极(兼具备检测电极和驱动电极的功能的电极)构成电极部，所以能够使构成简单。
此外，如上所述，电极部310设置于手臂11～14的外表面。
因此，由于与像以往那样在碰撞吸收用的柔软的缓冲件上设置有电极部310的情况相比，能够降低电极部310的变形或位移，所以能够降低或防止因电极部310的变形的寄生电容的变化。
进一步地，如上所述，电极部310沿手臂11～14的各外形形状设置，电极部310具有追随手臂11～14的外形形状而弯曲的部分。进一步地，例如电极部310也配置成追随连接器插入部149等的复杂形状。
因此，由于与未在手臂11～14的外表面弯曲的部分设置电极部310的情况相比，可以扩大能够检测物体接触或接近机器人主体部1的范围，所以能够进一步提高机器人100的安全性能。
此外，如上所述，机器人可动部10动作时，电极部310以与手臂11～14的相对位置不变化的方式固定于手臂11～14(具体地说是它们所具有的金属部件140或树脂部件130)。
因此，由于能够降低或防止因电极部310的变形或摇动的寄生电容的变化，所以能够降低或防止因电极部310的变形或摇动的接近传感器30的误动作。
进一步地，如上所述，机器人可动部10动作时，电路部35(具体地说是搭载有电路部35的电路基板350)以与手臂11～14的相对位置不变化的方式固定于手臂11～14。
由此，能够降低或防止因电路基板350的变形或摇动等的接近传感器30的误动作。
另外，在本实施方式中，具有检测电路部36和驱动电路(未图示)的电路部35搭载于一个电路基板350，但是也可以独立于检测电路部36和驱动电路而搭载于其他基板。即，搭载有检测电路部36的基板与搭载有驱动电路的基板可以是单独个体。在这种情况下，只要至少搭载有检测电路部36的基板设置成与设置有该基板的手臂11～14的相对位置不变化即可。
此外，如上所述，机器人可动部10动作时，布线331(连接部)或连接器332(连接部)设置成与电极部310和电路部35(具体地说是搭载有电路部35的电路基板350)的相对位置不变化。
由此，能够降低或防止因布线331或连接器332的变形或摇动等的接近传感器30的误动作。
以上，基于图示的优选实施方式，对本发明的机器人进行了说明，但是本发明并不限定于此，各部分的构成能够置换为具有同样功能的任意构成。此外，也可以附加其他任意的构成物。
此外，在所述实施方式中，关于机器人可动部的数量，所述实施方式的数量是一个，但是机器人可动部的数量并不限定于此，例如，可以是两个以上。即，本发明的机器人例如可以是双臂机器人等多臂机器人。
此外，在所述实施方式中，机器人可动部所具有的手臂的数量并不限定于所述实施方式的数量，例如可以是三个以上、五个以下，或者也可以是七个以上。
此外，本发明的机器人并不限定于所谓的六轴垂直多关节机器人，例如可以是SCARA(选择顺应性装配机器手臂)机器人、单轴机器人、龙门机器人和并联机器人等其他机器人。

Claims (8)

1.一种传感器，其特征在于，具有：
检测电极，检测与其他物体的接近或接触；
电路基板，搭载有检测电路部，根据所述检测电极与所述其他物体的接近或接触，所述检测电路部的输出变化；以及
连接部，电连接所述检测电极和所述检测电路部，其中
所述检测电极以紧密接触方式装备于可动装置的外壳部件，
所述检测电极与所述电路基板重叠，
所述电路基板固定于所述外壳部件，
所述检测电极的、与所述电路基板重叠的部分固定于所述电路基板，
所述连接部相对于所述电路基板和所述检测电极的移动被限制，
所述检测电极、所述检测电路部和所述连接部相对于所述外壳部件的相对位置不变化，
所述传感器是根据所述检测电极的电容变化来检测所述其他物体的接触或接近的电容式传感器。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，
所述可动装置的外壳部件的外表面以及内表面的至少一部分具有非可展开表面的曲面，
检测电极形成为根据所述外壳部件而具有非可展开表面的曲面形状。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，
所述传感器是具有所述检测电极和驱动电极的互电容式的电容式传感器。
4.一种机器人，其特征在于，具备：
权利要求1至3中任一项所述的传感器；
机器人主体部，在外壳部配置所述传感器；以及
控制装置，基于所述传感器的输出信号控制所述机器人主体部的驱动部。
5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，
所述控制装置基于所述传感器的输出信号控制所述机器人主体部的驱动部，以避免所述机器人主体部与其他物体的接近。
6.根据权利要求4或5所述的机器人，其特征在于，
所述机器人主体部具有力检测系统，
所述控制装置基于所述传感器的输出信号和所述力检测系统的输出信号，控制所述机器人主体部的驱动部。
7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，
基于所述力检测系统的输出信号进行所述机器人的末端执行器与所述末端执行器所把持的对象物的接触作业的力控制，
基于所述传感器的输出信号，避免所述机器人主体部与其他物体的接近。
8.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，
基于所述传感器的输出信号，避免所述机器人主体部与其他物体的接近，
基于所述力检测系统的输出信号，避免所述机器人主体部、末端执行器和所述末端执行器所把持的对象物中的任意一方与其他物体的接触。
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