CN103240591B - 装配设备和装配方法 - Google Patents

Abstract

一种装配设备，包括底座、设置在处于底座上的第一机械臂中的第一抓持手、设置在处于底座上的第二机械臂中的第二抓持手、和配置成控制第一和第二机械臂以及第一和第二抓持手的控制装置。第一抓持手包括与第一机械臂相连并具有旋转轴的附件和设置在旋转机构中的对准抓持机构，该旋转机构的旋转轴定位成与附件的旋转轴交叉或相对于附件的旋转轴成偏斜位置关系。第一和第二抓持手的协同作业区域设置在第一和第二抓持手的作业区域彼此重叠的重叠区域中。还提供了一种装配方法。

Description

装配设备和装配方法

技术领域

本发明的方面总体上涉及用具有对准抓持手的两个机械臂来执行装配操作的装配设备。

背景技术

在产业界中，已经使用了通过机械臂来执行装配操作的多种装配设备。近年来，一直需要一种使用机械臂实现装配操作的装配设备，来代替手动地执行装配操作。另一方面，在生产厂执行的手动装配中，已经引入了人力单元生产***，其中，去除了输送器，人直接输送工件并把各种部件和辅助材料装配到工件上。

有一种称为“机械单元生产***”的新型单元生产***，其通过组合人力和装配设备而加强了操作员的生产率。

在这种背景下，需要一种装配设备，它使用机械臂执行装配来代替手动装配，能够仅在装配设备中把多个部件和辅助材料装配到工件上。

日本专利特开No.2010-105106（下文称为“专利文献1”）提出了一种生产***，能够把多个部件和辅助材料装配到工件上，以提高作业效率。

专利文献1的生产***包括一对配设有用于保持装配部件一部分的手的操控器、用作两个部件的装配位置的装配台和用于操作操控器的控制装置。操控器布置成使得手的作业区域重叠而形成重叠的作业区域。装配台设置在重叠的作业区域中。

然而，在专利文献1中公开的现有技术存在以下问题。

首先，在装配过程中有时要执行多个拆开和输送操作。

需要用机械臂来执行把工件从供给位置输送到装配台上的预定位置和把工件附连到装配台的工件输送和附连操作，以及执行把工件从装配台取出并输送工件到排出位置的工件取出和输送操作。由于在将工件保持在装配台上的情况下执行装配操作，因此降低了作业效率。

此外，需要在所述手中抓持工具如涂布装置和螺丝刀，并随着抓持操作和释放操作而附连和拆开工具。这也会降低作业效率。

其次，有时不能确保装配中装配操作如涂布操作所需的足够自由度。由于在将工件固定于装配台上的情况下执行操作，因此工件的姿势受到限制，这使得难以高自由度地进行装配。当使用装配台时，通常使用与装配台相组合的固定夹具，这会增大生产成本。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种装配设备，它能提供高的作业效率并且能够高自由度地执行装配操作。

根据本发明一方面的装配设备包括底座、设置在处于底座上的第一机械臂中的第一抓持手、设置在处于底座上的第二机械臂中的第二抓持手，和配置成控制第一和第二机械臂以及第一和第二抓持手的控制装置。第一抓持手包括与第一机械臂相连并具有旋转轴的附件和设置在旋转机构中的对准抓持机构，该旋转机构的旋转轴定位成与附件的旋转轴交叉或相对于附件的旋转轴成偏斜位置关系。第一和第二抓持手的协同作业区域设置在第一和第二抓持手的作业区域彼此重叠的重叠区域中。

根据装配设备的示例性实施例，能够把部件输送到该部件要装配到被保持的工件上的装配位置，能够在不使用装配台的条件下用设置在机械臂中的第一和第二抓持手执行装配操作。因此，能够省略在使用装配台时要执行的工件输送、附连操作和工件取出、输送操作。此外，由于能够任意地改变工件的装配位置和姿势，因此能够确保高生产率和高自由度地执行装配。

从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1示出了根据第一实施例的装配设备。

图2示出了根据第一实施例的第一抓持手。

图3示出了根据第二实施例的装配设备。

图4示出了根据第三实施例的装配设备。

图5A和5B示出了第三实施例中的示例性操作。

图6示出了第三实施例中的作业区域。

具体实施方式

第一实施例

图1是根据第一实施例的装配设备的透视图。参考图1，六轴关节式的第一机械臂2和第二机械臂3布置在底座1上以彼此相对。第一机械臂2和第二机械臂3的远端设置有抓持手4和5。每个抓持手4、5包括：具有力传感器的附件，其安装在机械臂的腕部中；和设置在旋转机构中的对准抓持机构。力传感器能够检测在装配过程中向抓持手施加的力。不总是需要安装力传感器，但是可以根据用户的需要来安装。

图2示出了第一实施例中的第一抓持手4。如图2所示，附件26包括围绕旋转轴a旋转的机构。附件26还包括具有旋转轴b的旋转机构27。旋转轴b与附件26的旋转轴a交叉。旋转轴b和旋转轴a可以具有偏斜的位置关系。

术语“偏斜的位置关系”表示空间中两条不平行且彼此不相交的直线之间的位置关系。

第一控制装置6a和第二控制装置6b连接到机械臂。根据从控制装置输出的信号，机械臂和抓持手动作。也就是说，控制装置控制第一和第二机械臂2、3和第一和第二抓持手4、5。两机械臂可以由一个控制装置控制。

当第一或第二抓持手配设有力传感器时，根据力传感器检测到的力的大小执行装配操作。

机械臂2和3由控制装置控制。根据从控制装置输出的信号，能够改变设置在附件26中的手指坐标系在三维空间中的位置和姿势。

将描述在第一实施例中旋转轴a和旋转轴b彼此垂直的情况。

旋转机构27配设有对准抓持机构28，使得对准抓持机构28的对准位置与旋转机构27的旋转轴b一致。

旋转机构27安装到机械臂上，附件26设于它们二者之间，并且旋转机构27的旋转轴b和附件26的旋转轴a处于彼此交叉的状态。

因此，抓持在第一抓持手4中的物品例如能够在保持水平姿势的同时被输送到任意位置。

一般地，要供应给装配设备的部件在其重心低的时候稳定地放置在部件供给盘上。当部件被抓持在第二抓持手5中时，能够在不改变其姿势的条件下将其输送到作为装配位置的第一抓持手4的位置，这样可提高装配效率。当旋转轴a和旋转轴b垂直时，能够容易地布置装配设备的构成单元，并简化控制程序。

当对准抓持机构28的电线穿过旋转机构27的中空轴（滑环处于它们之间）时，能够在不对旋转机构27的转数作任何限制的条件下使对准抓持机构28旋转。

图2示出了第一抓持手4。第一抓持手4能够围绕第一机械臂2的远端处的转轴c转动。此外，对准抓持机构28能够围绕设置在附件26中的旋转轴a旋转。

通过这种方式，能够不利用附件26的旋转轴a和旋转机构27的旋转轴b相对于第一机械臂2的旋转角度的变化来改变第一机械臂2的位置和姿势。因此，能够独立于机械臂2的位置和姿势来控制对准抓持机构28的姿势。附件26的旋转轴a和旋转机构27的旋转轴b根据来自控制装置的信号进行的协同旋转允许以自由的姿势移动对准抓持机构28。可替换地，能够在保持对准抓持机构28的姿势的同时，通过改变机械臂2的位置和姿势来移动对准抓持机构。当然，当仅需要一个旋转轴来维持对准抓持机构28的姿势时，执行协同旋转使得另一个旋转轴的旋转角度的变化变为零。

设置于机械臂2和3中的第一和第二抓持手4和5的作业区域如下布置。第一抓持手4的作业区域α和第二抓持手5的作业区域β重叠形成重叠区域。在该重叠区域中设置协同作业区域，其中，两个机械臂2和3的第一和第二抓持手4和5彼此协同地执行装配操作。由于通常难以在机械臂抓持手作业区域最外侧的边界区域进行充分的装配操作，因此协同作业区域通常设置在重叠区域的内侧。

下面将参考附图结合第三实施例更详细地描述作业区域。

由于第一实施例的装配设备具有上述结构，因此能够减少机械臂的关节数。由于这进一步简化了控制***的结构，因此降低了成本并且能够以高定位精度操作第一抓持手4。通过这种方式，能够减少机械臂的轴的数量。本实施例的技术也可以应用于具有七个或更多个轴的关节式机器人和具有少于六个轴的关节式机器人。

对准抓持机构28的抓持部包括爪，其形状适合根据用途从外侧或内侧抓持多种环形物品。爪以相同的相位打开和关闭，这样能够以对准的方式抓持多种环形物品。用于接收被抓持物品的支承面设置在爪下方。支承面的形状适于抑制被抓持物品的倾斜以及适于以预定的相位抓持物品。

第二实施例

图3示出了第二实施例。参考图3，作业单元30安装在第一实施例的装配设备中。作业单元30执行用户请求的特定装配操作，如拧螺丝或各种涂布材料的施加。作业单元30包括执行装配操作的作业部31，如螺丝刀或涂布装置。

这里，将详细地描述作业单元30包括用于喷出涂布材料的涂布装置的情况。下文中，作业部31被称为涂布装置。涂布装置存储有装配需要的各种涂布材料，如粘合剂、油脂和自粘合剂，并在把预定量的涂布材料施加到待装配部件的预定位置上的同时执行装配。

首先，装配设备把由第一抓持手4对准并保持的环形部件输送到作业单元30中涂布装置附近的预定位置，使得环形部件呈预定的姿势。

为了沿圆周方向涂布环形部件，涂布装置开始喷出涂布材料，同时旋转机构27以预定的速度旋转预定的量。

通过这种方式，在第二实施例中涂布装置不移动；而现有技术不同，抓持在第二抓持手中的涂布装置移动到装配台用于涂布。因此，能够容易地以目标定位精度保持涂布装置和环形部件之间的间隙量以及涂布角度，从而提高涂布精度。

在现有技术中，当环形部件保持在装配台上时，实际上有时难以涂布环形部件的内侧，因为涂布装置存在一些盲点。由于在第二实施例中把包括执行装配操作的作业部31的作业单元30设置在协同作业区域中，因此能够以等同于六轴关节式机器人的自由度独立地改变环形部件的姿势。

也就是说，涂布装置相对于部件的姿势不改变，但是部件相对于涂布装置的姿势可改变。

因此，可以用比现有技术的方法更高的自由度和更高的精度在装配过程中执行涂布操作。

通过在第一和第二抓持手4、5的协同作业区域中设置作业单元30，可以把第二抓持手5抓持的部件以预定的姿势输送到作业单元30中的预定位置，并与定位部或作业部协同地进行装配。

尽管已经在第二实施例中给出了作为实例的涂布操作，但是在其他操作例如在拧螺丝操作中，能够用螺丝刀代替作业部31。

第三实施例

图4示出了第三实施例。参考图4，工件供给盘42设置在第一抓持手4的作业区域中的工件供给台41上，多个环形工件43放置在工件供给盘42上。此外，部件供给盘52设置在第二抓持手5的作业区域中的部件供给台51上，多个辅助盘放置在部件供给盘52上。多个同一类型的环形部件53堆叠在各辅助盘上。

图6示出了根据第三实施例设置在机械臂中的抓持手4和5的作业区域。在第一抓持手4的作业区域α和第二抓持手5的作业区域β的重叠区域中，设置协同作业区域60，在其中，两个机械臂彼此协同地执行装配的。

下面将详细地描述第三实施例中执行的操作。

如图5A所示，第一抓持手4从上面对准并抓持工件供给盘42上的环形工件43。然后，第一抓持手4在改变工件43的姿势的同时把工件43输送到协同作业区域60。另一方面，第二抓持手5从上面接近部件供给台51上部件供给盘52中的部件53，对准、抓持并输送部件53到协同作业区域60。图4示出了在即将装配前两个机械臂的状态。之后，两个机械臂执行装配操作。

在第二抓持手5移动到部件供给台51并抓持和输送部件53到协同作业区域60后，第二抓持手5执行把部件53装配到环形工件43上的装配操作。部件供给盘52存储多种部件，第二抓持手5顺序输送供装配的部件。

工件供给台41设置在第二抓持手5的作业区域β之外，部件供给台51设置在第一抓持手4的作业区域α之外。因此，在作业区域α和作业区域β的重叠区域60之外，移动体如抓持手和机械臂不存在干涉的风险。因此，能够简化为避免干涉而对开始生产活动进行的准备，如改进布局、更改程序和对机器人的指令。这缩短了装配设备的生产活动的起动时间。

当环形工件43移动使得待装配部位处于预定位置和预定姿势（例如，待装配部位在Z方向面朝上以便装配）且部件53由第二抓持手5从部件供给台51移动到协同作业区域60时，几乎不需要改变部件53的姿势。因此，能够有效地执行部件输送。

装配设备还可包括摄像机。这种情况下，通过处理在从部件供给台51到协同作业区域60的输送过程中由摄像机拍摄的部件图像来检测部件的位置和姿势，并且在向协同作业区域60输送的过程中把部件的位置和相位校正到预定的位置和预定的相位。通过这样基于拍摄图像的信息来执行装配操作，例如，能够执行更加复杂的装配操作。

此外，如图5B所示，在第二抓持手5抓持和输送下一个部件的同时，第一抓持手4能够输送工件到作业单元30中的预定位置，并与作业单元31协同地执行装配操作。

根据装配操作的设定，第二抓持手5能够抓持处于其作业区域β中的部件，以执行上面的操作。

通过这样连续地装配环形工件43，能够有效地装配。

在这些结构中，在图6所示协同作业区域60之外不存在抓持手和机械臂相干涉的风险。因此，不必总是如同在双臂机器人中那样用一个控制装置来控制两个机械臂。因此，当在协同作业区域60中执行互锁时，能够把一个控制装置和一个机械臂组合在一起。在这种情况下，例如，能够比典型的双臂机器人中的程序更简化。

通过用无人式运载装置如AGV来对工件供给盘42和部件供给盘52进行自动供应和排出，可以适宜地获得无人式自动装配设备。

尽管已经参考示例性的实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于这里公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以涵盖所有修改以及等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种装配设备，包括：

底座；

设置在处于底座上的第一机械臂中的第一抓持手；

设置在处于底座上的第二机械臂中的第二抓持手，和

配置成控制第一和第二机械臂以及第一和第二抓持手的控制装置，

其中，第一抓持手包括与第一机械臂相连并具有旋转轴线的附件和设置在旋转机构中的对准抓持机构，该旋转机构的旋转轴线定位成与附件的旋转轴线交叉或相对于附件的旋转轴线成偏斜位置关系，旋转机构借助附件而安装在第一机械臂上，并且第一抓持手能够围绕第一机械臂远端处的旋转轴线(c)转动，第一机械臂的旋转轴线(c)与附件的旋转轴线以及旋转机构的旋转轴线相交，

其中，第一和第二抓持手的协同作业区域设置在第一和第二抓持手的作业区域彼此重叠的重叠区域中，并且

其中，对准抓持机构(28)的对准位置与旋转机构(27)的旋转轴线一致。

2.根据权利要求1所述的装配设备，其中，作业单元设置在底座上处于协同作业区域中，作业单元包括配置成执行装配操作的作业部。

3.根据权利要求1所述的装配设备，其中，附件的旋转轴线和旋转机构的旋转轴线协同旋转，以在保持对准抓持机构的姿势的同时移动对准抓持机构。

4.根据权利要求1所述的装配设备，其中，对准抓持机构的抓持部包括多个爪，所述多个爪以相同的相位打开和关闭。

5.根据权利要求1所述的装配设备，其中，附件的旋转轴线和旋转机构的旋转轴线彼此垂直。

6.根据权利要求1所述的装配设备，其中，为第一机械臂和第二机械臂二者均设置所述控制装置。

7.根据权利要求1所述的装配设备，其中，第一机械臂是六轴关节式机械臂。

8.一种装配物品的装配方法，该方法包括：

操作第一抓持手；和

操作第二抓持手，

其中，在第一抓持手和第二抓持手的作业区域的重叠区域中协同操作第一抓持手和第二抓持手，

其中，第一抓持手与第一机械臂相连，并且第一抓持手包括具有旋转轴线的附件和设置在旋转机构中的对准抓持机构，该旋转机构的旋转轴线布置成与附件的旋转轴线交叉或相对于附件的旋转轴线成偏斜位置关系，旋转机构借助附件而安装在第一机械臂上，并且第一抓持手能够围绕第一机械臂远端处的旋转轴线(c)转动，第一机械臂的旋转轴线(c)与附件的旋转轴线以及旋转机构的旋转轴线相交，

其中，对准抓持机构(28)的对准位置与旋转机构(27)的旋转轴线一致，

其中，第二抓持手与第二机械臂相连，以及

其中，第一机械臂和第二机械臂布置在底座上，使得第一和第二抓持手的作业区域重叠而形成所述重叠区域。