CN102773857A - 机械手和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手和机器人。根据实施方式的机械手和机器包括一组滑动部件、支撑单元、旋转单元和多个保持爪。所述滑动部件在接近彼此或远离彼此的方向上滑动。所述支撑单元固定到相应的滑动部件。该旋转单元附装至所述支撑单元中的至少一个支撑单元的末端部，并且围绕与所述滑动部件的滑动轴平行的旋转轴线旋转。所述保持爪沿与所述旋转轴线正交并且彼此不同的方向附装。

Description

机械手和机器人

技术领域

本文所讨论的实施方式涉及机械手和机器人。

背景技术

传统上，已知有这样的机器人，这样的机器人通过设置在其臂部的可动末端部分处的机械手执行所谓的拾取操作，拾取操作是保持并移动放置在元件箱中的螺栓和电子元件之类的工件的动作。

这种机器人通过利用设置在机械手的末端部的多个保持爪夹紧工件来执行保持动作(例如，参见日本专利申请特开No.2002-283268)。保持爪固定至分开地设置在机械手上的各移动部分，上述夹紧通过使每个移动部分沿着接近彼此的方向移动来执行。

然而，在传统的机械手和机器人中，可能存在这样的情况，即因为保持爪的尺寸和形状是固定的，因此难以根据受到保持的工件的尺寸和形状保持工件。

在该方面，上述日本专利申请特开No.2002-283268中公开的技术阐述了通过调节移动部分的移动量来适应各种工件。然而，首先在保持爪的形状不适合于工件时仍然难以保持工件。

实施方式的一个方面的目的在于提供允许保持不同尺寸和形状的工件的机械手和机器人。

发明内容

根据实施方式的一个方面的机械手包括一组滑动部件、支撑单元、旋转单元和多个保持爪。所述滑动部件在接近彼此或远离彼此的方向上滑动。所述支撑单元固定到相应的滑动部件。所述旋转单元附装至所述支撑单元中的至少一个支撑单元的末端部，并且围绕与所述滑动部件的滑动轴平行的旋转轴线旋转。所述保持爪沿与所述旋转轴线正交并且彼此不同的方向附装。

根据所述实施方式的一个方面，可以保持不同尺寸和形状的工件。

附图说明

通过参照结合附图考虑的如下详细描述将更好地理解本发明及其许多相关优点，从而容易实现对本发明及其许多相关优点更全面的认识，在附图中：

图1是示出了工件拾取***的布置的实施例的图；

图2A是根据一个实施方式的机械手的立体图；

图2B是示出了根据所述实施方式的机械手的构造的实施例的图；

图3A是根据所述实施方式的机械手的侧视图；

图3B是根据所述实施方式的机械手的剖视图；

图4A是滑动机构的平面图；

图4B是滑动机构的侧视图；

图5A是示出了保持爪的形状的具体示例模式A的图；

图5B是示出了保持爪的形状的具体示例模式B的图；

图5C是示出了保持爪的形状的具体示例模式C的图；

图5D是示出了保持爪的形状的具体示例模式D的图；

图5E是示出了保持爪的形状的具体示例模式E的图；

图5F是示出了保持爪的形状的具体示例模式F的图；

图6是示出了元件箱和保持爪之间的位置关系的图；以及

图7是示出了根据修改实施例的滑动机构的构造的实施例的图。

具体实施方式

下面将参照附图详细地描述在本申请中公开的机械手和机器人的实施方式。然而，本发明并不受到如下描述的实施方式的限制。

首先将参照图1描述包括设置有根据所述实施方式的机械手的机器人的工件拾取***的布置的实施例。图1是示出了工件拾取***1的布置的实施例的图。

如图1所示，工件拾取***1包括机器人10和三维测量单元30。机器人10例如是七轴的多轴机器人，并且设置有位于其可动末端部分处的机械手20。机械手20是所谓的末端执行器，机器人10是具有可更换的末端执行器的通用机器人。稍后将参照图2A和随后附图描述机械手20的细节。

如图1所示，机器人10是包括右臂10a和左臂10b的所谓双臂机器人。右臂10a和左臂10b均是多轴机器人(在图1中为七轴机器人)，并且设置作为左臂10b的末端执行器的机械手20。

右臂10a设置有预定的末端执行器，并且保持容纳散装工件的元件箱20。因而，机器人10执行从由右臂10a保持的元件箱200利用设置在左臂10b上的机械手20拾取出工件的动作。

机器人10具有使设置有右臂10a和左臂10b的体部10c相对于固定至地板面等的基部10d沿着水平面旋转的机构。

三维测量单元30是测量元件箱200中的每个工件的位置的装置，并且借助于支架31等等固定，使得其测量区域位于竖直侧。

接下来，参照图2A和2B描述根据所述实施方式的机械手20的构造的实施例。图2A是根据所述实施方式的机械手20的立体图。图2B是示出了根据所述实施方式的机械手20的构造的实施例的图。

为了使说明易于理解，在图2A和2B中，示出了包括以竖直向上方向作为正方向的Z轴的三维正交坐标系。在下列说明中使用的其他图中也可能示出这种正交坐标系。

在下文中，对于成对构成的构成元件，可以仅向该对的一方的构件赋予附图标记，并且可以省略对另一方的构件赋予附图标记。在这种情况下，假定两方的构造相同。

如图2A所述，根据所述实施方式的机械手20附装至左臂10b的可动末端部分10ba。这里，可动末端部分10ba围绕在图2A中示出为旋转轴线的轴线AXz旋转。因此，机械手20还随可动末端部分10ba的旋转一起旋转。在图2A中，示出的是轴线AXz与所示的Z轴平行的情况。

如图2A所示，机械手20还包括：滑动机构21，滑动机构21包括未描绘出的移动部分(以下描述为滑动部件)；一对支撑单元22；和旋转机构24。支撑单元22均包括位于其末端部的保持爪单元23，保持爪单元23保持受到保持的工件。

保持爪单元23包括多个保持爪，机械手20的用于保持动作的保持爪能够根据工件的尺寸或形状来切换。

下面将详细地描述机械手20的构造实施例。如图2B中所示，机械手20中包括的滑动机构21包括一对滑动部件21a。

滑动机构21还包括单个滑动伺服马达21b，并且基于滑动伺服马达21b的驱动使每个滑动部件21a在彼此接近或远离的方向上沿着与图2B中所示的X轴线平行的滑动轴(未示出)滑动。

每个滑动部件21a在接近彼此的方向上的滑动对应于保持工件的动作。每个滑动部件21a在远离彼此的方向上的滑动对应于释放所保持的工件的动作。稍后将参照图4A和图4B描述滑动机构21的细节。

如图2B所示，一对支撑单元22中的每个都固定在各滑动部件21a上。因此，支撑单元22表现出与滑动部件21a相同的行为。

如图2B所示，保持爪单元23还包括旋转单元23a，该旋转单元23a围绕与所示的X轴平行的轴线AXr1旋转。

旋转单元23a基于包含在机械手20中的旋转机构24的运动来旋转。如图2B中所示，旋转机构24包括单个旋转伺服马达24a、旋转驱动带轮单元24b、花键轴24c和旋转从动带轮单元24d。

旋转单元23a通过接收基于旋转伺服马达24a借助于旋转驱动带轮单元24b、花键轴24c和旋转从动带轮单元24d的驱动的旋转传递来旋转。稍后将参照图3A和3B描述该方面的细节。

如图2B所示，在旋转单元23a上，附装有保持爪23b、保持爪23c和保持爪23d三个保持爪。尽管在下文中示例出了附装有这三个保持爪的情况，但保持爪的数量不受限制。

每个保持爪都与位于另一方的支撑单元22的末端部的相应一个保持爪成对。更详细地说，在图2B所示的实施例中，保持爪23b对应并面对相同形状的保持爪23b，类似地，保持爪23c和保持爪23d分别对应并面对保持爪23c和保持爪23d。

保持爪的每个组合均与旋转单元23a的旋转一起同步旋转。例如，当保持爪23b适合于受到保持的工件的尺寸和形状时，旋转单元23a旋转，使得保持爪23b的末端的方向指向适合于保持工件的动作的方向。

此时，保持爪23b的组合使得其相应末端同步地指向同一方向。当适合于工件的保持爪是保持爪23c或保持爪23d时同样如此。旋转单元23a的旋转角度根据三维测量单元30(参见图1)的测量结果来控制。

这样，根据所述实施方式的机械手20的用于保持动作的保持爪能够根据工件的尺寸和形状来切换。

工件通过图2B中所示的每个保持爪的相对面S来保持。对于这里的相对面S，能够使用各种材料。例如，可以使用橡胶等以便在保持工件时不滑动。对于具有热的工件，可以使用具有优良耐热性的材料，例如陶瓷。

而且，相对面S可以直接经受处理。例如，相对面S可以经受加条纹处理以形成凹凸部从而增加摩擦力。

接下来，将参照图3A和图3B描述根据所述实施方式的机械手20中包括的旋转机构24的细节。图3A是根据所述实施方式的机械手20的侧视图。图3B是根据所述实施方式的机械手20的剖视图。图3A示出了从X轴的正方向观看的机械手20，而图3B示出了从Y轴的负方向观看的图3A中所示的A-A的剖视图。

尽管与参照图2B的上述说明部分重复，但如图3A中所示，包括在机械手20中的旋转机构24经由张设在旋转伺服马达24a和花键轴24c之间的旋转驱动带轮单元24b将围绕与所示的X轴平行的轴线AXr3旋转驱动的旋转伺服马达24a的旋转传递到花键轴24c(未在图3A中示出)。

接收旋转传递的花键轴24c围绕图3A中所示的轴线AXr2旋转，并且其旋转经由张设在花键轴24c和每个旋转单元23a之间的旋转从动带轮单元24d转递至旋转单元23a。

接收旋转传递的旋转单元23a因此围绕图3A中所示的轴线AXr1旋转，从而切换用于保持动作的保持爪。现在，将描述附装至旋转单元23a的相应保持爪的形状和附装方向。

对于附装至旋转单元23a的每个保持爪，可以附装与工件的尺寸对应的不同预定宽度的多个保持爪。例如，可以按与如图3A中所示的保持爪23b、保持爪23c和保持爪23d对应的大、中、小的顺序形成预定宽度。

另外，每个保持爪的形状，例如上述相对面S的形状，可以根据工件的形状而不同。稍后将参照图5A至5F描述保持爪的形状的具体示例。能够显而易见地结合与工件的尺寸对应采取的这些措施以及与工件的形状对应的这些措施。

关于附装方向，如图3A所示，可以在从旋转单元23a的旋转中心(即与作为旋转轴线的轴线AXr1的相交点)放射状延伸的方向上，换言之，在与轴线AXr1正交并放射状延伸的方向上附装每个保持爪。

对于放射状延伸方向，并不限于此。例如，可以在与轴线AXr1正交但是从上述旋转中心偏离的方向上附装每个保持爪。因而，可以将每个保持爪的附装方向改变为正交于轴线AXr1且彼此不同的方向。

现在将参照图3B进一步详细地描述旋转机构24。如图3B所示，在每个滑动部件21a上均固定有一个支撑单元22。

支撑单元22被花键轴24c沿着与图3B中所示的X轴平行的轴线AXr2穿过。在花键轴24c上，设置有一对螺母部24e，相应的螺母部24e连接至对应的支撑单元22。

在旋转伺服马达24a和花键轴24c的一端之间张设旋转驱动带轮单元24b，并且在花键轴24c的螺母部24e和旋转单元23a之间张设旋转从动带轮单元24d。

旋转单元23a借助于未示出的轴承等被可枢转地支撑成在支撑单元22的末端部旋转。保持爪23b、保持爪23c等在与作为旋转轴线的轴线AXr1正交但是彼此不同的方向上附装在旋转单元23a上。

在上述构造中，当旋转伺服马达24a驱动时，基于该驱动的旋转由旋转驱动带轮单元24b传递并使花键轴24c围绕轴线AXr2旋转。因而，花键轴24c的旋转使得一对螺母部24e同步旋转。

螺母部24e的旋转由旋转从动带轮单元24d传递，并使一对旋转单元23a围绕轴线AXr1同步旋转。结果，附装至所述一对旋转单元23a而彼此面对的保持爪23b的组合、保持爪23c的组合和保持爪23d的组合同步旋转，从而将它们的末端指向与轴线AXr1正交的给定方向。

如上所述，相应的保持爪的末端可以指向给定方向。因此，与受到保持的工件的形状等对应地切换用于保持动作的保持爪，并且即使当工件位于元件箱200的内壁面附近时，也可以保持工件而不使机械手20接触内壁面。稍后将参照图6描述该方面。

接下来，将参照图4A和图4B描述根据所述实施方式的机械手20中包括的滑动机构21的细节。图4A是滑动机构21的平面图。图4B是滑动机构21的侧视图。图4A示出了从Z轴的负方向观看的滑动机构21，而图4B示出了从X轴的负方向观看的滑动机构21。

如图4A所示，设置在机械手20中的滑动机构21包括一对滑动部件21a、单个滑动伺服马达21b、一对轴21c、滑动驱动带轮单元21d、滑动从动带轮单元21e和壳体21f。

该一对滑动部件21a均是沿着作为滑动轴的轴21c滑动的构件。滑动伺服马达21b是围绕与图4A中所示的X轴平行的轴线AXs3旋转驱动的旋转驱动机构。

该一对轴21c均是与一对滑动部件21a中的一个滑动部件对应的滑动轴。它们被布置成彼此近似平行地穿过滑动部件21a，并且借助于设置在壳体21f上的轴承(未示出)被支撑成旋转。

在该一对轴21c中的一个轴的外周面上，形成有右旋螺纹，而在另一个轴的外周面上，形成有左旋螺纹。而且，在一对滑动部件21a的分别供轴21c穿过的孔中，形成有与穿过的轴21c的方向具有相同方向的螺纹。

轴21c和滑动部件21a在螺纹形成部被装配。在下文中，可以将螺纹形成部描述为螺纹部。

如图4A和4B所示，在滑动伺服马达21b和一对轴21c中的一个轴之间张设滑动驱动带轮单元21d。在该一对轴21c之间张设滑动从动带轮单元21e。

在上述构造中，当滑动伺服马达21b驱动时，基于该驱动的旋转由滑动驱动带轮单元21d传递，并使得轴21c中的张设有滑动驱动带轮单元21d的那个轴围绕作为轴心的轴线AXs2旋转。

轴21c中的所述一个轴的旋转由滑动从动带轮单元21e传递，并使轴21c中的另一个轴围绕作为轴心的轴线AXs1旋转。换言之，基于单个滑动伺服马达21b的驱动，一对轴21c沿着同一方向同步旋转。

该一对轴21c的旋转在螺旋作用下转换成线性运动，从而使得装配在螺纹部的一对滑动部件21a沿着相应的轴21c滑动。

此时，如上所述，因为该一对相应轴21c的螺纹部沿着彼此相反的方向形成螺纹，所以该一对轴21c沿着彼此相反的方向滑动。更具体地说，通过沿着彼此接近的方向滑动的一对滑动部件21a的动作，位于固定至该一对滑动部件21a的一对支撑单元22的末端的保持爪保持工件，并且通过沿着彼此远离的方向滑动的该一对滑动部件21a的动作，将所保持的工件释放。

如前所述，在滑动机构21中，一对滑动部件21a被构造成沿着彼此近似平行的一对轴21c滑动。因而，机械手20在紧凑的同时能够获得用于保持动作的长行程。

接下来将参照图5A至5F描述根据工件100的形状使保持爪的形状不同的具体实施例。图5A至5F是分别示出了保持爪的形状的具体示例模式A至F的图。图5A至5F示出了均从上述图中示出的Y轴的负方向观看的图。因而观看方向正交于上述相对面。

如图5A和5B所示，可以与工件100的高度对应地使得保持爪的形状不同。这里，假定工件100的形状在从Y轴的负方向看时是矩形的。

例如，如图5A所示，当工件100具有给定高度时，保持爪可以类似地成形为具有带有所述给定高度的相对面S。同时，如图5B中所示，当工件100不具有如此的高度时，保持爪可以类似地成形为具有不具有如此的高度的相对面S。

如图5C和5D所示，当工件100具有不适合于被保持的形状时，可以与工件100的形状对应地形成保持爪的形状。

例如，如图5C所示，假定当从Y轴的负方向观看时工件100的形状为圆形。在这种情况下，可以将保持爪成形为具有带缺口的相对面S，从而将工件100牢固地保持在相对面S之间。

相比之下，如图5D所示，当工件100的保持区域具有缺口时，可以将保持爪成形为具有带凸起的相对面S，从而通过将相对面S***到保持区域来可靠地保持工件100。

如图5E和5F所示，不仅可以使保持爪的形状不同，而且对应于元件箱200的深度可以使保持爪的长度不同。例如，如图5E所示，当保持位于具有给定深度的元件箱200中的元件100时，可以使保持爪具有给定长度。

同时，如图5F所示，当保持位于浅深度的元件箱200中的工件100时，可以使保持爪变短。如图5E和5F所示，当工件100相当小时，可以使保持爪像镊子一样具有尖锐形状。

在图5A至图5F中，当从Y轴的负方向观看时，相对面S都呈锐角形状。然而，保持爪的形状并不受限制，例如，保持爪的形状可以是圆形。

接下来，将参照图6说明能够指向给定方向的保持爪的末端的优点。图6是示出了元件箱200和保持爪23b之间的位置关系的图。为了简化说明，在图6中，保持爪已经被切换至保持爪23b来作为用于保持动作的保持爪，并且省略了其他保持爪的图示。而且，图6示出为使轴线AXr1垂直于绘图平面。

尽管与参照图3B的上述说明部分重复，但是当保持爪的末端能够通过旋转单元23a指向给定方向时，如图6所示，可以保持位于元件箱200的内壁面附近的元件100(参见图5A至5F)，而不使左臂10b(参见图1)和机械手20接触元件箱200。

例如，当保持位于图6中的左侧壁的表面附近的工件100时，机械手20定位在位置71，然后，保持爪23b的末端指向成使得保持爪23b的末端更接近左侧壁的表面。这允许适当地保持位于左侧壁的表面附近的工件100。

当保持位于图6中的右侧壁的表面附近的工件100时，机械手20定位在位置72，然后，保持爪23b的末端指向成使得保持爪23b的末端更接近右侧壁的表面。这允许适当地保持位于右侧壁的表面附近的工件100。

如上所述，根据所述实施方式的机械手和机器人包括一组滑动部件、支撑单元、旋转单元和多个保持爪。滑动部件在接近彼此或远离彼此的方向上滑动。支撑单元固定至相应的滑动部件。旋转单元附接到所述支撑单元中的至少一个支撑单元的末端部，并且围绕与滑动部件的滑动轴平行的旋转轴线旋转。保持爪在正交于旋转轴线并彼此不同的方向上附装。

因此，根据所述实施方式的机械手和机器能够保持不同尺寸和形状的工件。

在上述实施方式中，相同形状的保持爪都成对。然而，本发明并不限于此，例如，不同形状的保持爪可以与工件的形状等对应地成对。

尽管在上述实施方式中一对支撑单元的两个旋转单元都同步地旋转，但本发明可以不限于此。例如，当保持多种类型的对称形状的工件时，可以认为所有类型的工件的保持区域的一端总是具有相同形状。

在这种情况下，无需切换与相同形状的一端对应的保持爪，可以仅使一个支撑单元的旋转单元旋转以仅切换与保持区域的另一端对应的保持爪。这可以通过将旋转单元仅附装至所述支撑单元中的至少一个支撑单元的末端部来实现。

在上述实施方式中，尽管呈所有不同形状的保持爪都附装至所述支撑单元的单个旋转单元，但本发明并不限于此。例如，尽管呈相同形状，但可以附装具有不同材料等的相对面的保持爪。

在上述实施方式中，每个保持爪均附装至旋转单元。然而，附装方式并不限于此，例如，保持爪可以像模拟时钟的时针、分针和秒针那样相对于旋转轴线彼此叠置地固定。

另外，在上述实施方式中，滑动机构具有作为滑动轴的一对轴，该一对轴具有螺纹方向彼此相反的螺纹部。然而，可以使螺纹部的螺纹方向相同，并且其中一个轴可以通过齿轮等沿着相反方向旋转。

而且，可以将滑动机构的滑动轴制成为一个。将参照图7说明这样的修改实施例。图7是示出了根据该修改实施例的滑动机构21A的构造的实施例的图。在参照图7的说明中，或者省略说明或者简要地说明与根据上述实施方式的滑动机构21共有的构成元件。

如图7中所示，根据修改实施例的滑动机构21A包括一对滑动部件21a、滑动伺服马达21b、单个左右螺纹轴21g、滑动驱动带轮单元21d和壳体21f。

围绕轴线AXs3旋转的滑动伺服马达21b的旋转驱动力借助于滑动驱动带轮单元21d传递到左右螺纹轴21g。

左右螺纹轴21g由设置在壳体21f上的轴承(未示出)支撑而旋转，并且通过借助于滑动驱动带轮单元21d传递的滑动伺服马达21b的旋转驱动力而围绕作为轴心的轴线AXs1旋转。

在左右螺纹轴21g的装配有一对滑动部件21a的一端和另一端上形成有相应的相反方向的螺纹(左旋螺纹和右旋螺纹)。

而且，在该一对相应的滑动部件21a的供左右螺纹轴21g穿过的孔中，形成有相同方向的螺纹。因此，该一对滑动部件21a随着左右螺纹轴21g的旋转在螺旋作用下沿着左右螺纹轴21g在彼此相反的方向上滑动。

更具体地说，通过沿着左右螺纹轴21g在接近彼此的方向上滑动的一对滑动部件21a的动作，能够进行保持工件的保持动作，并且通过在远离彼此的方向上滑动的该一对滑动部件21a，能够执行释放工件的释放动作。

由单个左右螺纹轴21g这样构造的滑动轴允许减少元件数量，从而实现机械手20的重量和成本的降低。

在上述实施方式中，示出了一对滑动部件和固定至滑动部件的一对支撑单元。然而，本发明不限于此。例如，当滑动部件的数量和固定至滑动部件的支撑单元的数量是三个以上时，也可以采用本申请中公开的技术。

Claims (6)

1.一种机械手，该机械手包括：

一组滑动部件，该组滑动部件在接近彼此或远离彼此的方向上滑动；

支撑单元，所述支撑单元固定到相应的所述滑动部件；

旋转单元，该旋转单元附装至所述支撑单元中的至少一个支撑单元的末端部，并且围绕与所述滑动部件的滑动轴平行的旋转轴线旋转；以及

多个保持爪，所述多个保持爪沿与所述旋转轴线正交并且彼此不同的方向附装。

2.根据权利要求1所述的机械手，其中，所述一组滑动部件沿着相应的所述滑动轴滑动，这些滑动轴彼此平行。

3.根据权利要求1或2所述的机械手，该机械手还包括：

使每个所述滑动轴围绕对应的轴心旋转的单个滑动伺服马达，其中

每个所述滑动轴都具有螺纹部，所述螺纹部在外周面上形成有沿预定方向的螺纹，并且

所述滑动部件在所述螺纹部装配到相应的所述滑动轴，并且随着所述滑动轴的旋转在螺旋作用下沿着所述滑动轴滑动。

4.根据权利要求1所述的机械手，该机械手还包括：

花键轴；

单个旋转伺服马达，该单个旋转伺服马达使得所述花键轴围绕该花键轴的旋转轴线旋转；以及

带轮单元，该带轮单元与所述旋转单元对应地设置，并将所述花键轴的旋转传递至所述旋转单元，其中

所述旋转单元借助由所述带轮单元传递的旋转而从动旋转，从而将所述保持爪的末端指向与该旋转单元的旋转轴线正交的给定方向。

5.根据权利要求4所述的机械手，其中：

所述保持爪具有成对的对应保持爪；并且

所述旋转单元使所述保持爪和所述对应保持爪同步地旋转，从而将两个末端指向同一方向。

6.一种机器人，该机器人包括：

根据权利要求1所述的机械手。

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