机器人 |
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| 申请号 | CN201210127879.7 | 申请日 | 2012-04-26 | 公开(公告)号 | CN102756368A | 公开(公告)日 | 2012-10-31 |
| 申请人 | 精工爱普生株式会社; | 发明人 | 桐原大辅; 星野真吾; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 机器人 。该机器人的多关节手臂具有：与第二肩部件连结的上臂部件；经由第一屈伸机构连结于上臂部件的第一前臂部件；以及经由第二屈伸机构连结于第一前臂部件前端部的 手腕 部件，第一前臂部件具有使第二屈伸机构旋转的第一扭转机构，手腕部件经由第二扭转机构连结机械手部并使第一扭转机构的旋 转轴 与第二扭转机构的 旋转轴 之间偏移。上臂部件具有收容凹部，在第一前臂部件相对于上臂部件弯曲，并且手腕部件相对于第一前臂部件弯曲的状态下，该收容凹部收容第一前臂部件、第一扭转机构、第二屈伸机构的至少一部分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机器人，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 机器人技术领域[0001] 本发明涉及一种机器人，该机器人具备有多个关节的多关节手臂。 背景技术[0002] 近几年，在制造业中，由于将具备多关节手臂的机器人引入装配线，将由作业人员对作业对象进行的作业自动化的动向活跃起来。作为所述机器人是，例如专利文献1中公开了双臂机器人，该双臂机器人在支承于基台并相对该基台能够旋转的躯体的左右，具备经由关节机构连结了多个手臂的多关节手臂。这样的机器人，相对于配置在该机器人的作业区域的作业对象，进行与安装于多关节手臂前端的手端操作装置相适应的作业。 [0003] 专利文献1：日本专利特开2007-118177号公报 [0004] 可是，在装配线中所谓作业人员进行作业的范围是距离作业人员不超过300mm以上的情况很多。并且，这样的作业也利用机器人频繁地进行，那么在多关节手臂中，该手端操作装置以接近机器人主体的方式折叠的情况也很多。另一方面，在专利文献1所记载的机器人中手端操作装置为了接近机器人主体，在多关节手臂中，各关节机构需要各关节机构伸出到机器人主体的侧面侧的状态，而不是在机器人的正面侧重叠几层的状态。其结果是，每当利用机器人进行所述的动作，为了回避多关节手臂与外部的干涉，只好在机器人主体的侧方将机器人进行动作的空间变大。 发明内容[0005] 本发明是鉴于所述实际情况而完成的，其目的在于提供一种机器人，该机器人能够缩小折叠的多关节手臂所占有体积。 [0006] 本发明的机器人是具有多关节手臂的机器人，该多关节手臂具备：第一手臂，其基端部相对于基体能够旋转地连结；第二手臂，其基端部经由第一屈伸机构能够屈伸地连结于所述第一手臂的前端部；以及第三手臂，其基端部经由第二屈伸机构能够屈伸地连结于所述第二手臂的前端部，所述第二手臂具有相对该第二手臂扭转所述第二屈伸机构的第一扭转机构，所述第三手臂具有：连结于所述第二屈伸机构的手腕部件、安装手端操作装置的机械手、以及连结所述手腕部件与所述机械手并使所述机械手相对所述手腕部件旋转从而使所述机械手相对于所述手腕部件扭转的第二扭转机构，所述第二扭转机构中的旋转轴配置于在与所述第一扭转机构中的旋转轴平行时相对于该旋转轴偏移的位置，所述第一手臂具有形成为如下形状的收容凹部，即、在所述第一屈伸机构中的旋转轴与所述第二屈伸机构中的旋转轴处于相互平行的状态下，所述第二手臂的伸张方向相对于该第一手臂开放，并在所述第二手臂相对于所述第一手臂弯曲，且第三手臂相对于第二手臂向与所述第一手臂相反一侧弯曲的状态下，所述收容凹部收容所述第二手臂、所述第一扭转机构、所述第二屈伸机构的各自至少一部分。 [0007] 根据本发明的机器人，在第二手臂相对于第一手臂弯曲的状态下，第二手臂、第一扭转机构、第二屈伸机构的各自至少一部分被收容于第一手臂的收容凹部。由此，能够使第二手臂、第一扭转机构、第二屈伸机构所占有的体积的一部分与第一手臂所占有的体积的一部分重叠。其结果是，与通常情况下第一手臂所占有的体积和第二手臂、第一扭转机构、第二屈伸机构的各自所占有的体积分别设置的机器人相比，能够将折叠后多关节手臂所占有的体积缩小与所述重叠了的体积对应的部分。另外，将第二手臂等的一部分收容于第一手臂的收容凹部从而扩大第二手臂相对于第一手臂的旋转范围，且第二扭转机构的旋转轴相对于第一扭转机构的旋转轴偏移配置，从而与未设置有这样偏移的结构相比，能够提高手端操作装置相对于第二手臂的位置的自由度。因此，能够缩小多关节手臂所占有的体积，并且在目标位置配置手端操作装置时能够提高多关节手臂做出的姿势的自由度。 [0008] 在此机器人中，所述第二屈伸机构使所述第三手臂相对所述第二手臂弯曲，从而使所述第二扭转机构的旋转轴从所述第一扭转机构的旋转轴与所述第二扭转机构的旋转轴平行的状态至少旋转150°。 [0009] 根据该机器人，因为是从第一扭转机构的旋转轴与第二扭转机构的旋转轴平行的状态至少旋转150°，所以使用第二屈伸机构使第三手臂相对于第二手臂旋转从而能够使机械手的朝向在沿着第一扭转机构的旋转轴的方向大致相反。其结果是，能够进一步提高在特定位置配置机械手时的多关节手臂的姿势的自由度。 [0010] 在该机器人中，所述第一手臂具有形成向所述第二手臂相对于该第一手臂弯曲的方向凹陷的形状，回避与所述第二手臂的干涉的退避部。 [0011] 这里，例如从基端部到前端部使用直线状的部件构成第一手臂的情况，第二手臂会与第一手臂干涉，从而第二手臂相对于第一手臂的旋转角度不仅被限制，例如为将第二屈伸机构收容于第一手臂的收容凹部也可能会使第二手臂形状复杂化。对于这方面，根据所述结构，第二手臂与第一手臂的干涉通过退避部回避，因此能够扩大第二手臂相对于第一手臂的旋转角度且能够抑制第二手臂的形状复杂化。 [0012] 该机器人也可以具备多个所述多关节手臂。 [0013] 在具备多个多关节手臂的机器人中，可以只让一个多关节手臂动作来进行作业，此时，需要预先使其他多关节手臂从动作中的多关节手臂的动作范围避让。根据所述结构，将所述的其他多关节手臂折叠从而缩小避让中的多关节手臂所占有的体积，由此能够抑制与动作中的多关节手臂的干涉并且能够提高多关节手臂的避让位置的自由度。附图说明 [0014] 图1是表示本发明所涉及的一个实施方式的机器人的整体构造的立体图。 [0015] 图2是表示基本姿势中的机器人的侧面构造的侧视图。 [0016] 图3是表示折叠手腕部件后的多关节手臂的侧面构造的侧视图。 [0017] 图4是表示折叠了的多关节手臂的侧面构造的侧视图。 [0018] 图5是表示机器人的主视图，在机器人的正面的近前侧向下作业的机器人图。 具体实施方式[0019] 以下，参照图1～图5，对本发明所涉及的机器人的一个实施方式进行说明。图1是表示机器人的整体构造的立体图，是表示机器人20的基本姿势的图。 [0020] 如图1所示，机器人20具有固定设置于未图示的座上的圆筒状的基座部21。在基座部21的上端，经由具有未图示的的伺服电机等的关节机构22连结有躯体23，该躯体相对于该基座部21能够以旋转轴C0为中心进行旋转。在躯体23上，在其左右两侧，经由配置在躯体23内的未图示的关节机构，以与旋转轴C0正交的旋转轴C1为中心连结相对躯体23能够旋转的左右一对的多关节手臂25。以下，对机器人20所具有的多关节手臂25的结构进行说明，但连结于左右两侧的多关节手臂25，夹着躯体23且其构造对称，所以对图1中配置于纸面近前侧的左侧的多关节手臂25进行说明，而省略掉对配置在纸面靠里侧的右侧的多关节手臂25的说明。 [0021] 如图1以及图2所示，在躯体23上经由未图示的关节机构连结第一肩部件26的基端，该第一肩部件以所述旋转轴C1为中心相对于该躯体23能够旋转。该关节机构使第一肩部件26以旋转轴C1为中心进行旋转，从而扭转躯体23与第一肩部件26之间的关节。 [0022] 在第一肩部件26的前端经由关节机构27连结作为基体的第二肩部件28，该第二肩部件能够以与旋转轴C1正交的旋转轴C2为中心相对于第一肩部件26进行旋转。关节机构27使第二肩部件28以旋转轴C2为中心进行旋转，从而弯曲以及伸张第一肩部件26与第二肩部件28之间的关节。 [0023] 在第二肩部件28上经由关节机构29连结作为第一手臂的上臂部件30，该上臂部件能够以与旋转轴C2正交的旋转轴C3为中心相对于第二肩部件28进行旋转。关节机构29使上臂部件30以旋转轴C3为中心进行旋转，从而扭转第二肩部件28与上臂部件30之间的关节。 [0024] 对于上臂部件30，该上臂部件30的基端部31连结于关节机构29，并形成为从该关节机构29沿着旋转轴C3延长的长条状。上臂部件30是由面向机器人20的后方的板状的后侧板32和连结于该后侧板32的靠基座部21一侧且面向基座部21的板状的内侧板33构成。 [0025] 该上臂部件30形成的形状是，与旋转轴C3正交的剖面呈近似L字状。即，对于上臂部件30，相对于上臂部件30在第一前臂部件36伸张的方向且在图2中后侧板32的右侧的区域开放，并且在图2中相对于内侧板33的纸面近前侧的区域也开放。在内侧板33上，在其长度方向的中央部分形成有使位于机器人20的前侧的端边向机器人20的后侧凹陷的退避部33a。并且，对于上臂部件30，由该上臂部件30所占有的体积即这些后侧板32以及内侧板33形成了收容凹部34。 [0026] 在上臂部件30的前端部经由第一屈伸机构35，在上臂部件30的靠近基座部21侧连结有作为第二手臂的第一前臂部件36，该第一前臂部件能够以与旋转轴C3正交的旋转轴C4为中心相对于上臂部件30进行旋转。第一前臂部件36形成为向机器人20的前侧延伸的长条状，其基端部经由第一屈伸机构35连结在上臂部件30的内侧板33的靠近基座部21侧。第一屈伸机构35使第一前臂部件36以旋转轴C4为中心进行旋转从而弯曲以及伸张上臂部件30与第一前臂部件36之间的关节。若使第一前臂部件36以旋转轴C4为中心向上臂部件30进行旋转，则其前端部36a进入由退避部33a形成的凹陷，并旋转到该前端部36a与上臂部件30的退避部33a即将卡合的位置。 [0027] 在第一前臂部件36的前端部36a上经由第一扭转机构37连结第二前臂部件38，该第二前臂部件能够以与旋转轴C4正交的旋转轴C5为中心相对于第一前臂部件36进行旋转。第一扭转机构37是以在使第一前臂部件36朝上臂部件30进行旋转时，不与上臂部件30的内侧板33干涉的方式设置。在第二前臂部件38上经由第二屈伸机构39连结手腕部件40，该手腕部件能够以与旋转轴C5正交的旋转轴C6为中心相对于第二前臂部件38进行旋转。第二屈伸机构39使手腕部件40以旋转轴C6为中心进行旋转从而弯曲以及伸张第二前臂部件38与手腕部件40之间的关节。 [0028] 在手腕部件40的前端部40a经由第二扭转机构41连结连结部件42，该连结部件能够以与旋转轴C6正交方向的旋转轴C7为中心相对于手腕部件40进行旋转。在连结部件42上固定设置有机械手部43，在该机械手部43上安装有与使机器人20执行的作业对应的手端操作装置。第二扭转机构41使连结部件42以旋转轴C7为中心进行旋转，从而执行机械手部43相对于手腕部件40的扭转动作。 [0029] 另外，手腕部件40形成为，在进行扭转动作的、第一扭转机构37的旋转轴C5以及第二扭转机构41的旋转轴C7平行时，这些旋转轴C5、C7配置在相互偏移位置。在本实施方式中，以如下方式形成手腕部件40：使手腕部件40以旋转轴C5为中心向下侧旋转大致180°，从而如图4所示，第二扭转机构41以及机械手部43能够配置于第一扭转机构37以及第二屈伸机构39的正下面。 [0030] 这里，在未设置偏移的结构中，即在第一扭转机构37中的旋转轴C5与第二扭转机构41中的旋转轴C7平行的状态下，该旋转轴C5、C7配置在同一直线上的结构中，欲使旋转轴C7从该平行状态相对于旋转轴C5旋转大致180°的过程中，机械手部43等会与第一前臂部件36干涉。即，通过设置偏移，能够使第二扭转机构41的旋转轴C7相对于第一扭转机构37的旋转轴C5从平行的状态旋转大致180°。 [0031] 其结果是，能够提高机械手部43相对于第一前臂部件36的相对位置所涉及的自由度。换言之，通过将机械手部43配置在特定的位置，第一前臂部件36的自由度提高并且与此伴随地多关节手臂25姿势的自由度也提高。另外，在本实施方式中，虽然构成为能够使旋转轴C7旋转大致180°，但如果能够旋转至少150°也能得到所述的效果。 [0032] 即，在机器人20中，作为第一手臂的上臂部件30相对于作为基体的第二肩部件28可旋转地连结。另外，在上臂部件30的前端部可屈伸地连结有由第一前臂部件36以及第二前臂部件38构成的第二手臂。并且，由手腕部件40以及机械手部43构成的第三手臂经由第二屈伸机构39可屈伸地与第一前臂部件36连结。 [0033] 可是，第一屈伸机构35使第一前臂部件36以旋转轴C4为中心进行旋转，从而进行上臂部件30与第一前臂部件36之间关节的屈伸动作。第一扭转机构37使第二前臂部件38以旋转轴C5为中心进行旋转，从而扭转第一前臂部件36与第二前臂部件38之间的关节。第二屈伸机构39使手腕部件40以旋转轴C6为中心进行旋转，从而执行第二前臂部件38与手腕部件40之间关节的屈伸动作。在这种结构的情况下，旋转轴C4与旋转轴C6的距离总是维持恒定。并且，在处于基本姿势的机器人20中，以在使第一前臂部件36以旋转轴C4为中心朝上臂部件30进行旋转时不与内侧板33干涉且在上臂部件30的基端部31与第一屈伸机构35之间通过的方式设置有第二屈伸机构39。 [0034] 接下来，参照图3及图4，作为所述结构的机器人系统的作用，对多关节手臂25折叠时的动作进行说明。 [0035] 在多关节手臂25折叠时，如图3所示，首先，在处于基本姿势的机器人20中，手腕部件40以旋转轴C6为中心朝下方旋转，并在第一扭转机构37以及第二屈伸机构39的正下面的弯曲位置配置第二扭转机构41以及机械手部43。 [0036] 接着，如图4所示，第一前臂部件36以旋转轴C4为中心朝上臂部件30旋转。若第一前臂部件36旋转，则该第一前臂部件36的前端部36a进入退避部33a，与此伴随，第一扭转机构37以及第二屈伸机构39进入上臂部件30的收容凹部34。并且，若第一前臂部件36旋转到第一前臂部件36的前端部36a与退避部33a即将卡合的位置，即旋转到第一前臂部件36与上臂部件30所形成的角度最小的弯曲位置，则第一扭转机构37以及第二屈伸机构39收容于上臂部件30的收容凹部34，从而配置在上臂部件30的基端部31与设置于该上臂部件30的前端部的第一屈伸机构35之间。 [0037] 并且，通过在第一扭转机构37的旋转轴C5与第二扭转机构41的旋转轴C7之间设置偏移，在机器人20的正面的近前侧能够提高使机械手部43朝向下的、多关节手臂25的姿势的自由度。由此，如图5所示，在机器人20的正面的近前侧执行作业时，能够在折叠了多关节手臂25的状态下，即将第一前臂部件36等收容于上臂部件30的收容凹部34的状态下执行作业。 [0038] 如上说明，根据本实施方式所涉及的机器人20，能够得到以下列举的效果。 [0039] (1)根据所述实施方式，在多关节手臂25折叠后，上臂部件30所占有的体积的一部分与、第一前臂部件36、第一扭转机构37、第二屈伸机构39所占有的体积的一部分重叠。由此，与通常情况下上臂部件30所占有的体积和第一前臂部件36、第一扭转机构37、第二屈伸机构39所占有的体积分别设置的结构相比，能够缩小将多关节手臂25折叠后该多关节手臂25所占有的体积。 [0040] (2)并且，由于第一前臂部件36的旋转范围扩大上臂部件30所占有的体积的一部分与第一前臂部件36、第一扭转机构37、第二屈伸机构39所占有体积的一部分重叠的部分的量，所以由于该扩大的部分，例如能够提高向目标位置移动手端操作装置时的轨道或者多关节手臂25的姿势的自由度。 [0041] (3)另外，手腕部件40是以第二扭转机构41的旋转轴C7与第二屈伸机构39的旋转轴C6配置在相互偏移位置的方式形成。根据这样的结构，能够进一步提高在将手端操作装置配置在目标位置时多关节手臂25的姿势的自由度。 [0042] (4)通过所述(1)～(3)，在机器人20中，能够缩小多关节手臂25所占有的体积，并能提高在将手端操作装置配置在目标位置时多关节手臂25所能做出的姿势的自由度。其结果是，例如能够在机器人20正面的近前侧且靠近基座部21的区域进行作业时抑制多关节手臂25向机器人20的侧方突出很大的情况。 [0043] (5)在所述实施方式的上臂部件30上设置有退避部33a，在上臂部件30与第一前臂部件36所形成的角度最小的状态下，该退避部回避第一前臂部件36的前端部36a与上臂部件30的干涉。根据这样的结构，能够将第一扭转机构37收容于上臂部件30的收容凹部34，并能够使第一前臂部件36的旋转角度扩大且能够抑制为将第一扭转机构37收容于收容凹部34而使第一前臂部件36的形状复杂化的情况。 [0044] (6)在所述实施方式的机器人20中，只使用一侧的多关节手臂25也能够进行作业，此时，需要使另一侧的多关节手臂25从这一侧的多关节手臂25的动作范围中预先回避。 [0045] 根据所述结构，折叠了的多关节手臂25所占有的体积缩小，所以能够提高待机中的多关节手臂的回避位置的自由度。 [0046] 另外，所述实施方式也能够进行如下适宜变更来实施。 [0047] ·所述实施方式的机器人20是在躯体23的左右两侧具备多关节手臂25的机器人。不限于此，机器人可以是具体化为具备一个所述结构的多关节手臂25的机器人，也可以是具备三个以上多关节手臂25的机器人。 [0048] ·在所述实施方式的上臂部件30的内侧板33上设置有退避部33a，在上臂部件30与第一前臂部件36所形成的角度最小的状态下，该退避部回避第一前臂部件36的前端部36a与上臂部件30的干涉。不限于此，也可以通过将第一扭转机构37收容于收容凹部34，改变第一前臂部件36的形状而从内侧板33省略掉退避部33a。 [0049] ·在所述实施方式中，第一扭转机构37的旋转轴C5与第二扭转机构41的旋转轴C7配置在这些旋转轴C5、C7平行时相互偏移的位置，但是也可以改变这种情况，将旋转轴C5、C7配置在相同的直线上。 [0050] ·多关节手臂可以具有：使用上臂部件30进行例示的第一手臂；使用第一前臂部件36以及第二前臂部件38进行例示的第二手臂；使用第二屈伸机构39、手腕部件40以及机械手部43进行例示的第三手臂。即，若使用所述实施方式的结构进行例示，则例如可以是省略掉第二肩部件28以及关节机构29，而经由关节机构27在第一肩部件26连结上臂部件30的方式。例如，还可以是省略掉第一肩部件26、第二肩部件28、关节机构27、29，而将上臂部件30连结到躯体23的方式。另外，多关节手臂的轴数也不限定于7根轴，可以是5根轴以下，还可以是8根轴以上。 [0051] ·所述实施方式的上臂部件30通过后侧板32和内侧板33而形成为剖面呈L字状从而形成收容凹部34。不限于此，上臂部件30也可以在该上臂部件30的基端部31与设置于前端部的第一屈伸机构35之间形成收容第一前臂部件36、第二前臂部件38、第二屈伸机构39的各自一部分的凹部，其形状不限定于剖面呈L字状。 [0052] 附图标记说明： [0053] C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7…旋转轴，20…机器人，21…基座部，22…关节机构，23…躯体，25…多关节手臂，26…第一肩部件，27…关节机构，28…第二肩部件，29…关节机构，30…上臂部件，31…基端部，32…后侧板，33…内侧板，33a…退避部，34…收容凹部， 35…第一屈伸机构，36…第一前臂部件，36a…前端部，37…第一扭转机构，38…第二前臂部件，39…第二屈伸机构，40…手腕部件，40a…前端部，41…第二扭转机构，42…连结部件， 43…机械手部，50…作业人员。 |
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