CN104044136A - 机器人***、起重工具及搬运方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人***、起重工具及搬运方法，其能实现生产线的省空间化。机器人***（1）具有机器人臂（10A）和起重工具（40），机器人臂具有基部（11）、多个臂部（12、13）、以及多个关节（15、16），多个关节相对于基部（11）串联连接多个臂部（12、13）并分别使与前端侧邻接的臂部（12、13）摆动，起重工具用于使机器人臂（10A）进行搬运操作。起重工具（40）具有：钩部（42），其安装于臂部（13）并悬挂工件（W）；配重部（43），其配置方式为使得，使前臂部（13）摆动的关节（16）位于配重部（43）与钩部（42）之间；以及连接部（41），其连接钩部（42）与配重部（43）。

Description

机器人***、起重工具及搬运方法
技术领域
本发明涉及机器人***、机器人***用的起重工具及使用机器人***的搬运方法。
背景技术
以往，在各种产品的生产线中使用机器人***。例如，在专利文献1中公开了具有进行焊接操作的机器人臂的机器人***。机器人臂具有基部、多个臂部、手腕部以及多个关节，多个关节相对于基部串联连接多个臂部及手腕部，并使与前端侧邻接的臂部或手腕部分别摆动。在手腕部上安装焊炬。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－200376号公报
发明内容
发明要解决的问题
在使用上述机器人***的生产线中，需要对机器人臂的操作区域进行工件的搬入、搬出。但是，在用于进行焊接等搬运以外的操作的机器人臂所能搬运的工件的重量上存在限制。由此，工件的搬入、搬出大多利用与机器人臂分开设置的起重机等搬运装置来进行。在该情况下，除了需要确保机器人臂的设置空间之外，还需要确保搬运装置的设置空间，从而生产线的占有空间变大。在建筑物的规模小的情况下，还有可能因为空间上的限制而无法组建生产线。
于是，本发明的目的是提供一种能够实现生产线的省空间化的机器人***、起重工具及搬运方法。
用于解决问题的手段
本发明的机器人***具有机器人臂和起重工具，机器人臂具有基部、多个臂部以及多个关节，多个关节相对于基部串联连接多个臂部，并分别使与前端侧邻接的臂部摆动，起重工具用于使机器人臂进行搬运操作，起重工具具有：钩部，钩部安装于臂部并悬挂工件；配重部，配重部的配置方式为使得，使臂部摆动的关节位于配重部与钩部之间；以及连接部，连接部连接钩部与配重部。
发明效果
根据本发明，能够实现生产线的省空间化。
附图说明
图1是表示第一实施方式的机器人***的概略结构的侧视图。
图2是表示机器人臂使钩部下降的状态的侧视图。
图3是表示在钩部挂上钢丝绳的状态的侧视图。
图4是表示正在利用机器人***搬运工件的状态的侧视图。
图5是表示第二实施方式的机器人***的机器人臂及起重工具的侧视图。
图6是表示在图2中的机器人臂上安装了起重工具的状态的侧视图。
附图标记说明
1－机器人***，10A、10B、60A－机器人臂，11－基部，12－臂部，13－臂部（前臂部），15、16、17－关节，40、70－起重工具、42－钩部，43－配重部，50－把持工具，J1、J2－连接部，P1－分割部，W－工件。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式参照附图进行详细说明。在说明中，对同一要素或具有同一功能的要素标注同一附图标记，并省略重复的说明。
第一实施方式
如图1所示，机器人***1具有两条机器人臂10A、10B、两台机器人控制器20A、20B、可编程逻辑控制器（PLC）30、起重工具40、以及把持工具50。
机器人臂10A、10B分别具有基部11、三条臂部12、13、14、以及相对于基部11串联连接臂部12、13、14的三个关节15、16、17。基部11具有设置于地面上的基台11a、和设置于基台11a上的旋转台11b。在基台11a内设有使旋转台11b绕铅垂的轴（S轴）A1旋转的致动器。
关节（L轴关节）15连接臂部（下臂部）12和旋转台11b的上部。在L轴关节15内设有使下臂部12绕水平的轴（L轴）A2摆动的致动器。即，L轴关节15使与前端侧邻接的臂部12摆动。关节（U轴关节）16连接臂部（前臂部）13和下臂部12。在U轴关节16内设有使前臂部13绕与L轴A2平行的轴（U轴）A3摆动的致动器。即，U轴关节16使与前端侧邻接的臂部13摆动。关节（B轴关节）17连接臂部（手腕部）14和前臂部13。在B轴关节17内设有使手腕部14绕与前臂部13的中心轴A4正交的轴（B轴）A5摆动的致动器。
前臂部13具有串联连接的前臂连杆13a、13b。在U轴关节16侧的第一前臂连杆13a内设有使B轴关节17侧的第二前臂连杆13b绕前臂部13的中心轴（R轴）A4旋转的致动器。手腕部14具有与B轴关节17连接的手腕连杆14a、和与手腕连杆14a的前端侧连接的安装凸缘14b。在手腕连杆14a内设有使安装凸缘14b绕手腕部14的中心轴（T轴）A6旋转的致动器。在安装凸缘14b上安装有用于使机器人臂10A、10B进行所需的操作的各种工具T。
上述各致动器例如由马达、减速器及角度传感器等构成。两台机器人控制器20A、20B分别与两条机器人臂10A、10B连接，并且控制上述各致动器。机器人控制器20A、20B分别与PLC30连接。PLC30经由机器人控制器20A、20B控制机器人臂10A、10B，例如使其进行工件的组装、接合及搬运等各种操作。
起重工具40是用于使机器人臂10A进行搬运操作的工具，并且具有工具主体41、用于悬挂工件的钩部42、以及配重部43。
工具主体41具有向前臂部13安装的安装部41a和将钩部42及配重部43与安装部连接的接头部41b。安装部41a装卸自如地安装于前臂部13的第一前臂连杆13a的外周。在安装部41a安装于第一前臂连杆13a上的状态下，接头部41b沿着前臂部13的中心轴A4延伸，若前臂部13横卧，则接头部41b位于前臂部13的上方。以下，以前臂部13横卧且接头部41b位于前臂部13的上方的状态作为基准而进行说明。
钩部42呈上方敞开的U形状，并固定于接头部41b的一端部的上方。即，钩部42经由工具主体41安装于从根部侧为第二个臂部的前臂部13上。钩部42在沿着中心轴A4的方向上位于U轴关节16与B轴关节17之间。
配重部43固定于接头部41b的另一端部。即，接头部41b是连接钩部42与配重部43的连接部J1。配重部43在沿着中心轴A4的方向上以使U轴关节16位于配重部43与钩部42之间的方式进行配置。即，配重部43在水平方向上以使U轴关节16位于配重部43与钩部42之间的方式进行配置。由此，配重部43产生抵抗由于搬运对象的工件的重量而在U轴A3周围产生的力矩的力矩，从而减少在U轴A3周围产生的力矩。配重部43的重量以在U轴A3周围产生的力矩处于U轴关节16的致动器的允许范围内的方式进行设定。
把持工具50是能够把持搬运对象的工件的现有的机器人手，并且安装于机器人臂10B的安装凸缘14b上。把持工具50与机器人臂10B一起利用PLC30控制。
接着，对使用机器人***1的工件的搬运方法进行说明。首先，如图1所示，在机器人臂10A上安装起重工具40，在机器人臂10B上安装把持工具50。
然后，利用PLC30控制机器人臂10A，如图2所示使钩部42以朝上的状态下降。具体而言，以前臂部13横卧且钩部42保持朝上的状态的方式驱动U轴关节16的致动器，同时驱动L轴关节15的致动器而使下臂部12横卧。在该状态下，如图3所示，将搬运用的钢丝绳R挂在钩部42上，将钢丝绳R的下端部与工件W连接。
然后，利用PLC30控制机器人臂10A，如图4所示使钩部42以朝上的状态上升。具体而言，以前臂部13横卧且钩部42保持朝上的状态的方式驱动U轴关节16的致动器，同时驱动L轴关节15的致动器而使下臂部12立起。由此，工件W经由挂在钩部42上的钢丝绳而被吊起来。在该状态下，利用PLC30控制机器人臂10B及把持工件50，利用把持工件50把持工件W的一部分。
接着，利用PLC30同时控制机器人臂10A、10B，使钩部42与把持工件50向同一方向移动。例如，通过使机器人臂10A的旋转台11b旋转，使钩部42沿着以S轴A1为中心的圆周移动，并且以使把持工具50追随钩部42的方式控制机器人臂10B。
若工件W到达所需的位置，则利用PLC30控制把持工具50而使其放开工件W，利用PLC30控制机器人臂10B而使把持工具50从工件W的附近退避。
然后，利用PLC30控制机器人臂10A，使钩部42下降，使工件W与地面接触（参照图3）。具体而言，以前臂部13横卧且钩部42保持朝上的状态的方式驱动U轴关节16的致动器，同时驱动L轴关节15的致动器而使下臂部12放倒。在该状态下，从工件W拆卸钢丝绳R的下端部，从钩部42上拆除钢丝绳R（参照图2）。通过以上操作，结束工件W的搬运。
此外，搬运操作的顺序不限于上述的顺序。例如，代替在将起重工具40安装于机器人臂10A上之后使钩部42下降，还可以在使下臂部12横卧并使前臂部13下降之后安装起重工具40。可以将钢丝绳R与工件W连接之后挂在钩部42上，还可以从钩部42上拆除之后从工件W拆卸。不仅在沿水平方向搬运工件W时，而且在使工件W上升或下降时，也可以使把持工具50把持工件W，使把持工具50追随钩部42。
在以上所说明的机器人***1中，能够在安装于前臂部13上的钩部42上悬挂工件W。此时，由工件W的重量引起的力矩作用于使前臂部13摆动的U轴关节16。对此，在水平方向上以使U轴关节16位于配重部43与钩部42之间的方式设置配重部43。配重部43产生抵抗由工件W的重量引起的力矩的力矩，减少作用于U轴关节16的力矩。由此，能够使未设想工件W的搬运操作而设计的U轴关节16的致动器适应工件W的搬运。
由工件W的重量引起的力矩还作用于L轴关节15，L轴关节15使比前臂部13更靠根部侧的臂部12摆动。L轴关节15的致动器与U轴关节16的致动器相比，设计成能够适应很多臂部的惯性。因此，致动器的输出功率存在剩余，因此能够使L轴关节15的致动器也适应工件W的搬运。
从而，能够在将工件W悬挂于钩部42上的状态下驱动L轴关节15及U轴关节16，从而搬运工件W。如此能够将机器人臂10A适用于搬运操作，因此不需要设置专用于搬运的装置，能够实现生产线的省空间化。
另外，机器人***1具有两条机器人臂10A、10B，在一条机器人臂10A上安装起重工具40，在另一条机器人臂10B上安装把持工具50。由此，通过在将工件W悬挂于一条机器人臂10A的钩部42上，并且使另一条机器人臂10B的把持工具50把持工件W的状态下，利用两条机器人臂10A、10B使钩部42及把持工具50向同一方向移动，从而能够以稳定的姿势搬运工件W。
第二实施方式
第二实施方式与第一实施方式的不同点在于：在安装起重工具时，机器人臂的一部分是可拆卸的。如图5所示，第二实施方式的机器人***的机器人臂60A，在机器人臂10A的前臂部13的根部设置分割部P1。由此，机器人臂10A能够在分割部P1分离为根部侧的第一臂60a与前端侧的第二臂60b。分割部P1设置于第一前臂连杆13a上，使第二前臂连杆13b旋转的致动器配置在比分割部P1更靠前端侧的位置。
在第一臂60a的前端部例如设置现有的自动工具交换器（ATC）61，在第二臂60b的基端部设置能够利用ATC61保持的接合器62。通过ATC61保持接合器62，连接第一臂60a与第二臂60b。
起重工具70具有工具主体71以代替工具主体41，如图6所示，并且在第二臂60b从第一臂60a拆卸的状态下与第一手臂60a连接。工具主体71具有能够利用ATC61保持的接合器71a和接头部71b、71c。
在接合器71a保持于ATC61上的状态下，接头部71b、71c沿着前臂部13的中心轴A4延伸。接头部71b从接合器71a向U轴关节16的相反侧突出，并在其端部的上方固定有钩部42。即，钩部42经由工具主体71安装于从根部侧为第二个臂部的前臂部13上。钩部42在沿着中心轴A4的方向上位于比U轴关节16更靠前端侧的位置。
接头部71c从接合器71a向U轴关节16侧突出，并在其端部固定有配重部43。即，接合器71a及接头部71b、71c构成连接钩部42与配重部43的连接部J2。配重部43在沿着中心轴A4的方向上以使U轴关节16位于配重部43与钩部42之间的方式进行配置。即，配重部43在水平方向上以使U轴关节16位于配重部43与钩部42之间的方式进行配置。
根据第二实施方式的机器人***，能够减轻在搬运操作中的机器人臂60A的自重，能够进一步减轻U轴关节16及L轴关节15的致动器的负担。另外，由于在第一手臂60a的前端部设置ATC61，在第二手臂60b及起重工具70上分别设置能够利用ATC61保持的接合器62、71a，因此能够自动交换第二臂60b与起重工具70。由此，能够自动进行利用机器人***的工件W的搬运操作与搬运以外的操作的转移。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不一定限定于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更。安装起重工具70的臂部不限于前臂部13，例如还可以将起重工具70安装于下臂部12或手腕部14上。本发明还可适用于如下机器人***，其具有将两条机器人臂安装于一体的主体部上的双臂型的机器人装置。

Claims (6)

1.一种机器人***，其特征在于，
具有机器人臂和起重工具，
所述机器人臂具有基部、多个臂部以及多个关节，所述多个关节相对于所述基部串联连接所述多个臂部，并分别使与前端侧邻接的所述臂部摆动，
所述起重工具用于使所述机器人臂进行搬运操作，
所述起重工具具有：
钩部，所述钩部安装于所述臂部并悬挂工件；
配重部，所述配重部的配置方式为使得，使所述臂部摆动的所述关节位于所述配重部与所述钩部之间；以及
连接部，所述连接部连接所述钩部与所述配重部。
2.如权利要求1所述的机器人***，其特征在于，
所述机器人***具有两条所述机器人臂，并且还具有用于使所述机器人臂把持所述工件的把持工具，
所述起重工具安装于某一条所述机器人臂上，所述把持工具安装于另一条所述机器人臂上。
3.如权利要求1或2所述的机器人***，其特征在于，
在安装所述钩部的所述臂部设有分割部，所述分割部将所述机器人臂分成两个部分，
在将所述起重工具安装于所述机器人臂上时，所述机器人臂之中比所述分割部更靠前端侧的部分是可拆卸的。
4.一种起重工具，是用于使机器人臂进行搬运操作的工具，所述机器人臂具有基部、多个臂部以及多个关节，所述多个关节相对于所述基部串联连接所述多个臂部，并分别使与前端侧邻接的所述臂部摆动，所述起重工具的特征在于，具有：
钩部，所述钩部安装于所述臂部并悬挂工件；
配重部，所述配重部的配置方式为使得，使所述臂部摆动的所述关节位于所述配重部与所述钩部之间；以及
连接部，所述连接部连接所述钩部与所述配重部。
5.一种搬运方法，其特征在于，
使用权利要求1～3中任何一项所述的机器人***，
在所述机器人臂上安装所述起重工具，
将所述工件悬挂在所述钩部，利用所述机器人臂使所述钩部移动。
6.一种搬运方法，其特征在于，
使用权利要求2所述的机器人***，
在某一条所述机器人臂上安装所述起重工具，
在另一条所述机器人臂上安装所述把持工具，
将所述工件悬挂在所述钩部，并且使所述把持工具把持所述工件，
利用两条所述机器人臂使所述钩部与所述把持工具向同一方向移动。
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