CN100410027C - 水平多关节式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过将作业轴上下分开使用而使一种机器人可以对应各种各样工件的搬运方式、种类等水平多关节式机器人。该水平多关节式机器人，具有多个通过关节轴(14、16)连接的水平手臂(15、17)，设置在其中的前端手臂(17)的前端部上的作业轴(18)，在上下两端部上具有末端操作装置的安装部(18b、18c)。

Description

水平多关节式机器人

技术领域

本发明涉及多关节式机器人，尤其涉及一种在机械手臂的前端部安装有末端操作装置的安装部的构造。

背景技术

也称作关节式机器人的水平多关节式机器人，因尤其在小型化、作业性方面的优越性，所以也多使用在工业用机器人中。通常，第1手臂和第2手臂分别通过第1关节轴、第2关节轴在水平面内转动，在第2手臂的前端部安装的作业轴上，安装着手等末端操作装置，为执行工件的组装、搬运等所希望的作业的构造(例如，参照专利文献1、2)。此时，在专利文献1所示的机器人中，第2手臂的上面为用于工件搬运的安装部，在专利文献2所示的机器人中，第2手臂的下面为工件组装、搬运的安装部。

[专利文献1]特开2000-24966号公报

[专利文献2]特开平11-301813号公报

如上所述，以往的水平多关节式机器人，手或者工件的安装部只能安装在第2手臂、即前端手臂的单侧(上侧或者下侧)上。例如，在进行移载晶片或玻璃基板等作业的时候，有必须在前端手臂的上侧等安装手等末端操作装置，另一方面，在进行工件的组装、搬运等时候，必须在前端手臂的下侧安装末端操作装置。所以，根据工件的搬运方式、种类等，必须改变机器人的种类、安装方法等。因此，以往的机器人***，由于工件的搬运方式、种类等有可能使机器人的形式多样，造成设备费用非常之高。

又，用于驱动末端操作装置或者作业轴等的驱动装置的配线或配管用的导管露出在手臂的周围，在这样的构造中，不仅外观上逊色，而且必须考虑如何配置配线、配管用的导管才能不阻碍手臂的运动，又，还必须考虑外部物体等所带来的干涉。

发明内容

本发明鉴于以上课题，其目的在于提供一种通过将作业轴的上下分开使用而使一种机器人可以对应多种多样的工件运送方式、种类等的水平多关节式机器人。

又，本发明的目的在于提供一种尽量减少末端操作装置或者作业轴等的驱动装置的配线或配管向外部露出，而且不会限制手臂的运动，又不会受到外部物体干涉的水平多关节式机器人。

本发明的水平多关节式机器人，其具有多个通过关节轴连接的水平手臂，其特征在于，具有：设置在所述多个水平手臂中的前端的前端手臂；设置在所述前端手臂上的、由中空旋转轴构成的作业轴；设置在所述作业轴的上下两端部上的、用于安装末端操作装置的两个中空安装部；与各个所述中空安装部临近配置的两个轴承。

本发明的水平多关节式机器人，因为在设置于前端手臂的前端部上的作业轴的上下两端部上，设置有末端操作装置的安装部，所以，在将末端操作装置安装在前端手臂的上侧的情况下，适用于移载晶片或者玻璃基板等工件的作业；在将末端操作装置安装在前端手臂的下侧的情况下，适用于部件的组装或者搬运等一般的作业。因此，以只配置1种这样的机器人，就可以对应各种各样工件的搬运方式、种类，可以构成紧凑、经济的机器人***。

又，上述作业轴优选设置为中空旋转轴。根据该构成，因为末端操作装置的配线或者配管可以从中空旋转轴中穿过，所以配线、配管几乎不会向外部露出，使得外观整洁。

上述中空旋转轴，设置为最少一端具有安装法兰盘。安装法兰盘也可以设置在中空旋转轴的上下两端上，但是只要至少在上端设有安装法兰盘，就可以适用于平板状的工件搬运。

又，根据本发明，用于上述末端操作装置的配线，从上述中空旋转轴的中穿过。

当末端操作装置需要电气配线的时候，通过将其电气配线从中空旋转轴中穿过，则如上所述，可以使外观整洁。又，该配线不会影响手臂的动作，也不需担心来自外部物体等的干涉。

又，根据本发明，用于上述末端操作装置的配管，可以从上述中空旋转轴中穿过，或者可以密闭地连接到与上述末端操作装置的安装部相反一侧的安装部上。

末端操作装置，在为利用流体压力的结构的时候，使流体供给配管与上述电气配线的情况相同，或者穿过中空旋转轴，或者密闭地连接到和末端操作装置的安装部相反一侧的安装部上。这样，可以获得和电气配线情况下相同的效果。

又，根据本发明，上述末端操作装置的安装部，由法兰盘结合机构或者即装即拆式结合机构构成。即，将末端操作装置的安装部设置为通过用多个螺钉或者螺拴安装的法兰盘接口，或者通过螺纹联轴器等构成为即装即拆式的结构。前者的优点在于安装部的高度可以降低，后者的优点在于简单并且可以快速装卸。

又，根据本发明，上述作业轴的驱动机构，设置在上述前端手臂的内部。

因此，作业轴的驱动机构不会向前端手臂的外部突出，所以，没有必要担心来自外部物体等的干涉，外观上也形成整洁的手臂形状。

又，根据本发明，将上述多个水平手臂和多个关节轴以及手臂驱动机构，都形成为中空结构。

通过该构成，因为作业轴的驱动机构以及手臂驱动机构的配线和末端操作装置的配管可以从手臂内穿过，所以外观形状良好，又，不会由于这些配线和配管而限制手臂的动作，不必担心来自外部物体等的干涉。

又，根据本发明，连接在上下动机构上、支承上述水平手臂的手臂基体形成为中空的构造。

进一步，通过将手臂基体构成为中空，可以使配线和配管从手臂基体内穿过。

又，根据本发明，上述末端操作装置的配线以及/或者配管，构成为从上述前端手臂中穿过。

通过该构成，末端操作装置的配线和配管大部分不会向外部露出，而是收纳在手臂内部。

附图说明

图1是本发明实施方式1的水平多关节式机器人的侧视图。

图2是该水平多关节式机器人的俯视图。

图3是该水平多关节式机器人的立体图。

图4是该水平多关节式机器人的手臂部的剖视图。

图5是表示末端操作装置的、向第2手臂上侧安装实例的图，(A)是俯视图；(B)是侧视图；(C)是剖视图。

图6是表示末端操作装置的、向第2手臂下侧安装实例的图，(A)是侧视图；(B)是剖视图。

图7是表示其他的末端操作装置的、向第2手臂下侧安装实例的剖视图。

图8是本发明实施方式2的第2手臂部分的剖视图。

图9是表示本发明实施方式3的中空旋转轴和末端操作装置的结合机构的构成图，(A)是结合状态的剖视图；(B)是中空旋转轴侧的仰视图；(C)末端操作装置侧的俯视图。

图10是表示本发明实施方式4的第2手臂部分的剖视图。

图中：10-水平多关节式机器人，11-基体，12-上下动机构，13-手臂基体，14-第1关节轴，15-第1手臂，16-第2关节轴，17-第2手臂(前端手臂)，18-作业轴，18a-中空旋转轴，18b-上部中空安装法兰盘，18c-下部中空安装法兰盘，18d-轴承，18e-中空旋转轴，20-皮带驱动机构，20a-带减速器的驱动马达，20b-驱动皮带轮，20c-从动皮带轮，20d-同步皮带，21-配线，22-中空马达，25-末端操作装置，26-吸附用手，26a-支持臂，26b-吸引孔，27-吸引管，28-螺钉，29-吸附用手，30-把持装置，30a-气缸，30b-把持爪，31-中空筒体，32-内螺纹，33-联轴器，34-定位键，35-接口部，36-外螺纹，37-键槽，38-按压法兰盘部，41-第1减速器，42-第2减速器，43-第1马达，44-第2马达，50-工件。

具体实施方式

以下，参照附图，对应用本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是本发明实施方式1的水平多关节式机器人的侧视图；图2是该水平多关节式机器人的俯视图；图3是该水平多关节式机器人的立体图；又，图4是该水平多关节式机器人的手臂部分的剖视图。

该水平多关节式机器人10，具有：基体11、通过上下动机构12连接到基体11上的手臂基体13、通过第1关节轴14连接到手臂基体13上的第1手臂15、通过第2关节轴16连接到第1手臂15上的第2手臂17、和设置在第2手臂17的前端部并可旋转的作业轴18。

第1手臂15以及第2手臂17都是在水平面内转动的水平手臂，在此第2手臂17构成前端手臂。又，手臂的个数没有特别限定，一般为2个到4个之间。

上下动机构12是由滚珠螺杆、齿轮齿条副、皮带等构成的直动轴的结构。又，并非限定于直动式，也可以是通过平行连杆构成的连杆构造。

作业轴18也可以是实心轴，优选为如图4所示的中空旋转轴18a。该中空旋转轴18a的上下端作为安装部，分别设置有上部中空安装法兰盘18b、下部中空安装法兰盘18c，在各中空安装法兰盘18b、18c上，如后所述，根据作业目的、内容，安装有适当的末端操作装置。

中空旋转轴18a，其上下部通过轴承18d分别被旋转自由地支承在第2手臂(前端手臂)17的前端部上，作为一个实例，皮带驱动机构20被连接在中空旋转轴18a的中间部。该皮带驱动机构20，是通过同步皮带20d将安装在第2手臂17内部的带减速器的驱动马达20a的驱动皮带轮20b以及中空旋转轴18a的从动皮带轮20c连接而构成的。因此，中空旋转轴18a，在图3的箭头T4方向上可以进行360度的旋转。

又，第1手臂15的第1关节轴14、第2手臂17的第2关节轴16，分别通过由波动齿轮机构构成的第1减速器41、第2减速器42，由第1马达43、第2马达44进行旋转驱动。即，第1手臂15，以第1关节轴14为中心，可在图3的箭头T1方向上进行360度的旋转，又，第2手臂17以第2关节轴16为中心，在箭头T2方向上可以进行360度的旋转。而且进一步，第1手臂15、第2手臂17、第1关节轴14、第2关节轴16、第1减速器41、第2减速器42、第1马达43、第2马达44、以及手臂基体13，如图4所示，全都为中空构造。因此，例如，中空旋转轴18a的带减速器的驱动马达20a的配线21，通过第2马达44、第2减速器42、第2关节轴16的内部，从第2手臂17内引导至第1手臂15内，进一步可以通过第1关节轴14、第1减速器41、第1马达43的内部，引导至手臂基体13内。也可以使配线21的顺序与此相反。又，虽然省略了图示，但是，第2马达44的配线也可以在通过第2马达44的内部之后，与上述配线21一样，经由第1手臂15内引导至手臂基体13内。这样，因为安装在前端手臂上的末端操作装置和中空旋转驱动马达20a的配线21或配管(后面叙述)可以收纳在手臂内部，所以，外观上给人以整洁的印象，并且，完全不必担心配线和配线管用的导管向外部露出，受到外部物体的干涉。又，不会由于这些配线和配管限制第1、第2手臂15、17的动作，二者都具有360度的动作范围。

又，因为中空旋转轴驱动马达20a设置在第2手臂17的内部，所以，没有因马达20a而产生的突出部，因此不必担心与外部物体等的干涉，又，第2手臂17也形成了整洁的外观。

下面，参照图5至图7对该水平多关节式机器人10的末端操作装置的安装实例进行说明。图5表示末端操作装置安装在第2手臂17的上侧的实例，(A)是俯视图；(B)是侧视图；(C)是剖视图。

在图5中所出示的吸附用手26作为末端操作装置的一个实例。该吸附用手26具有从上面观察为コ字形的支持臂26a，在支持臂26a上设置有吸引孔26b。吸引孔26b整体形成为平板状，通过螺钉(或者螺栓)28安装在上述中空旋转轴18a的上部中空安装法兰盘18b上。又，与吸引孔26b连通的吸引管27，从第2手臂17的下侧穿过下部中空安装法兰盘18c以及中空旋转轴18a的内部，并被连接在吸附用手26上。吸引管27的基端侧，穿过第2手臂17的内部，连接在吸引泵或者气缸(图中未示)等上。

通过将这样的吸附用手26安装到设置在第2手臂17的前端部上的中空旋转轴18a的上部中空安装法兰盘18b上，如晶片或者玻璃基板等薄平板的工件50被吸附保持在吸附用手26上，通过第1、第2手臂15、17的转动动作以及中空旋转轴18a的转动动作，可以移载到目标位置。即，在于第2手臂17的上侧安装末端操作装置的情况下，该水平多关节式机器人10适用于晶片或者玻璃基板等的移载作业。

图6是表示末端操作装置被安装在第2手臂17的下侧的实例，(A)是侧视图；(B)是剖视图。在图6中，作为末端操作装置的一个实例，导管状的吸附用手29朝下安装在中空旋转轴18a的下部中空安装法兰盘18c上。而且，吸引管27的一端，从第2手臂17的上侧穿过上部中空安装法兰盘18b以及中空旋转轴18a的内部，连接到吸附用手29上，基端侧从第2手臂17的上侧进入手臂内部，连接在上述吸引泵或者气缸(图中未示)等上。

因此，通过将这样的导管状吸附用手29安装到设置在第2手臂17的前端部上的中空旋转轴18a的下部中空安装法兰盘18c上，可以组装、搬送小体积部件等工件(图中未示)。即，在第2手臂17的下侧安装有末端操作装置的情况下，该水平多关节式机器人10适用于组装作业等一般的作业。

根据本实施方式，因为在设置于第2手臂17的前端部的作业轴、即中空旋转轴18a的上下两端部上设置末端操作装置的中空安装法兰盘18b、18c，所以，在将末端操作装置安装在第2手臂17的上侧时，可以进行晶片或者玻璃基板等平板状工件的移载作业；在将末端操作装置安装在第2手臂17的下侧时，可以进行部件的组装、搬运等一般的作业。因此，通过作为末端操作装置的安装部而将中空旋转轴18a的上下端部分开使用，只用1种该水平多关节式机器人10可以对应各种各样的工件搬运方式、种类而进行作业，因此可以构成非常经济、结构紧凑的机器人***。

又，吸引管27，如上所述，不通过中空旋转轴18a的内部，在图5的情况下，与下部中空安装法兰盘18c，在图6的情况下，与上部中空安装法兰盘18b通过法兰盘接口密闭连接。又，末端操作装置在电动的情况下，其配线通过中空旋转轴18a的内部被连接。

又，在上述安装实例中，虽然吸引管27的一部分从第2手臂17的下侧或者上侧露出，但只是一部分露出，而且可以沿着第2手臂17用适当的固定器具(图中未示)来固定，所以，吸引管27等配管的露出部分不会影响机器人的动作，也完全没有外部物体等干涉的担心。

图7是表示将其他的末端操作装置安装在第2手臂17的下侧的实例，末端操作装置，通过把持装置30而构成，利用气缸30a等可以使把持爪30b开闭。该把持装置30被安装在中空旋转轴18a的下部中空安装法兰盘18c上。

利用这样的把持装置30也可以进行部件的组装、搬运等。

(实施方式2)

图8是本发明实施方式2的水平多关节式机器人的第2手臂17部分的剖视图。

在上述实施方式1中，虽然在中空旋转轴18a的上下两端上安装了中空安装法兰盘18b、18c，但是，在本实施方式中，只安装了一个，例如中空旋转轴18e带有上部中空安装法兰盘18b。又，该中空旋转轴18e的下部，稍微向第2手臂17的下侧伸出。而且，在该向下侧延伸的突出部分上，通过安装图中未示的刀具(例如，改锥、焊炬等)，可以进行所需要的组装作业。

(实施方式3)

图9是表示本发明实施方式3的中空旋转轴18a和末端操作装置25的结合机构的构成图，(A)结合状态的剖视图；(B)中空旋转轴侧的仰视图；(C)末端操作装置侧的俯视图。

在上述实施方式1、2中，是通过法兰盘进行中空旋转轴18a和末端操作装置的结合的结构，但在本实施方式中，通过螺纹联轴器来形成即装即拆式的结构。

即，在预先将末端操作装置25安装在下端的中空筒体31上，设置加工有内螺纹32的联轴器33。又，在中空筒体31上设置定位键34。通过这样的构成，构成了末端操作装置25侧的结合机构。

另一方面，在中空旋转轴18a一侧，在中空旋转轴18a的下部，设置和中空筒体31嵌合的接口部35，在该接口部35上，设置有与联轴器33的内螺纹32相结合的外螺纹36。又，在接口部35上设置***定位键34的键槽37。38是下部轴承18d的按压法兰盘部。这样构成了和中空旋转轴18a一侧对应的结合机构。

因为中空旋转轴18a按照原样旋转，所以，用手或者工具按压法兰盘部38，使其不发生旋转，并将预先安装末端操作装置25的中空筒体31，定位嵌合在接口部35上，随后，通过将联轴器33拧进接口部35中，可以简单而快速地结合。又，虽然省略了图示，但是通过在必要的时候在结合部处安装O型环等密封材料，可以保持结合部的气密性。

(实施方式4)

图10是表示本发明实施方式4的第2手臂17部分的剖视图。

在此之前阐述的实施方式1至3中，中空旋转轴18a的驱动机构，是利用皮带驱动机构20的机构，但是，在本实施方式中，如图10所示，将皮带轮部设置为直接驱动的中空马达22。即，在该构成中，将中空马达22的马达轴设置为中空旋转轴18a。因此，可以将中空回转轴18a的驱动机构紧凑地构成。

Claims (9)

1. 一种水平多关节式机器人，其具有多个通过关节轴连接的水平手臂，其特征在于，具有：

设置在所述多个水平手臂中的前端的前端手臂；

设置在所述前端手臂上的、由中空旋转轴构成的作业轴；

设置在所述作业轴的上下两端部上的、用于安装末端操作装置的两个中空安装部；

与各个所述中空安装部临近配置的两个轴承。

2. 根据权利要求1所述的水平多关节式机器人，其特征在于，上述中空旋转轴，至少一端具有安装法兰盘作为所述中空安装部。

3. 根据权利要求1或2所述的水平多关节式机器人，其特征在于，用于上述末端操作装置的配线，从上述中空旋转轴中穿过。

4. 根据权利要求1或2所述的水平多关节式机器人，其特征在于，用于上述末端操作装置的配管，从上述中空旋转轴中穿过，或密闭地连接到与上述末端操作装置的中空安装部相反一侧的中空安装部上。

5. 根据权利要求1或2中任意一项所述的水平多关节式机器人，其特征在于，上述末端操作装置的中空安装部，由法兰盘结合机构或即装即拆式结合机构构成。

6. 根据权利要求1或2中任意一项所述的水平多关节式机器人，其特征在于，上述作业轴的驱动机构，设置在上述前端手臂的内部。

7. 根据权利要求1或2所述的水平多关节式机器人，其特征在于，多个关节轴、多个手臂驱动机构以及具有所述关节轴和所述手臂驱动机构的上述多个水平手臂，都构成为中空。

8. 根据权利要求7所述的水平多关节式机器人，其特征在于，支承上述水平手臂的手臂基体构成为中空并能上下动作。

9. 根据权利要求7所述的水平多关节式机器人，其特征在于，上述末端操作装置的配线以及/或者配管，从上述前端手臂中穿过。

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