CN112218742A - 垂直多关节机器人及作业装置 - Google Patents

Abstract

垂直多关节机器人具备：基台；多个臂，包括安装于基台的基端臂和基端臂的相反侧的前端臂，相邻的臂彼此以能够垂直旋转的方式相互连接；第一工具保持部，配置于前端臂的长度方向前端面，对工件进行作业的第一工具安装于该第一工具保持部；及第二工具保持部，配置于前端臂的长度方向侧面，对工件进行作业的第二工具安装于该第二工具保持部。

Description

垂直多关节机器人及作业装置

技术领域

本说明书公开了垂直多关节机器人及作业装置。

背景技术

以往，已知有具备进行水平旋转的多个臂的水平多关节机器人。例如，在专利文献1中公开了一种水平多关节机器人，其具备：第一臂，以能够转动的方式设于基台；第二臂，以能够转动的方式设于第一臂；及主轴，以上下贯通第二臂的方式设置并以能够旋转且能够上下移动的方式被支撑，在主轴的下端部安装有工具(输送被输送物的手等)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-58180号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1记载的水平多关节机器人中仅存在一处安装工具的部位。与此相对，存在能够安装多个工具，来提高基于水平多关节机器人的作业效率的期望。为了应对该期望，可想到在专利文献1记载的水平多关节机器人中，在第二臂上设置多个主轴，在多个主轴的下端部分别安装工具。但是，有时上下方向上的高度因工具不同而不同。并且，当将高度不同的多个工具都安装于主轴的下端部、即第二臂的下方时，有时会产生例如在使第二臂移动时，高度较高的工具与第二臂的下方的其他物体接触等不良情况。另外，有时因工具不同而使用时的上下方向上的高度(与工件之间的上下方向上的距离、以安装工具的臂为基准的上下方向上的位置中的至少一方)不同。因此，当将使用时的高度不同的多个工具都安装于主轴的下端部时，有时一方的工具的使用时的高度变得不适当。这样的问题也相同地产生于具备进行垂直旋转的多个臂的垂直多关节机器人中。

本发明的主要目的在于提供一种适于工具的高度与其使用时的高度中的至少一方互不相同的两个工具的安装的垂直多关节机器人。

用于解决课题的技术方案

本公开为了实现上述主要目的而采用了以下的手段。

本公开的垂直多关节机器人的主旨在于，具备：

基台；

多个臂，包括安装于上述基台的基端臂和该基端臂的相反侧的前端臂，相邻的臂彼此以能够垂直旋转的方式相互连接；

第一工具保持部，配置于上述前端臂的长度方向前端面，对工件进行作业的第一工具安装于上述第一工具保持部；及

第二工具保持部，配置于上述前端臂的长度方向侧面，对工件进行作业的第二工具安装于上述第二工具保持部。

在本公开的垂直多关节机器人中，将第一工具保持部配置于前端臂的长度方向前端面，将第二工具保持部配置于前端臂的长度方向侧面。因此，将高度不同的两个工具中的高度较低的一方作为第一工具而安装于第一工具保持部，将高度较高的一方作为第二工具而安装于第二工具保持部，由此能够减少第二工具从前端臂的长度方向前端面突出的部分。其结果是，在使多个臂移动时，不容易产生高度较高的一方的工具(第二工具)与前端臂的下方的其他物体接触等不良情况。另外，将使用时的高度相互不同的两个工具中的、使用时的高度较低的一方作为第一工具而安装于第一工具保持部，将使用时的高度较高的一方作为第二工具而安装于第二工具保持部，由此易于使第二工具的使用时的高度形成为适当的状态。其结果是，能够使垂直多关节机器人适于安装工具的高度与其使用时的高度中的至少一方互不相同的两个工具。在此，“垂直”不限于完全垂直，只要是大致垂直即可。另外，“第一工具”和“第二工具”既可以对相同的工件进行作业，也可以对不同的工件分别进行作业。

附图说明

图1是作业装置1的概略结构图。

图2是在前端臂11安装有第一工具单元30的作业机器人10的概略结构图。

图3是第二工具单元40的概略结构图。

图4是从前方观察在前端臂11安装有第一工具单元30及第二工具单元40的作业机器人10的局部放大图。

图5是从后方观察在前端臂11安装有第一工具单元30及第二工具单元40的作业机器人10的局部放大图。

图6是说明第二工具的移动范围的说明图。

图7是表示作业装置1的电连接关系的框图。

图8是变形例的第二工具单元140的概略结构图。

具体实施方式

接着，参照附图来说明用于实施本公开的实施方式。图1是作业装置1的概略结构图。图2是在前端臂11安装有第一工具单元30的作业机器人10的概略结构图。图3是第二工具单元40的概略结构图。图4是从前方观察在前端臂11安装有第一工具单元30及第二工具单元40的作业机器人10的局部放大图。图5是从后方观察在前端臂11安装有第一工具单元30及第二工具单元40的作业机器人10的局部放大图。图6是说明第二工具的移动范围的说明图。图7是表示作业装置1的电连接关系的框图。另外，在图1及图2中，左右方向为X方向，前后方向为Y方向，上下方向为Z方向。

实施方式的作业装置1使用垂直多关节机器人对工件进行预定的作业。作业装置1具备：台座2、供给装置3、输送装置5、作业机器人10及控制整体的控制装置50(参照图7)。作业装置1例如构成为拾取螺栓并将拾取到的螺栓紧固于被紧固部件从而对紧固部件与被紧固部件进行紧固的紧固装置。以下，以将作业装置1用作紧固装置的情况为例进行说明。

供给装置3是使零散放置于料斗的多个阳螺钉B以螺钉头在上方的方式排列、并且逐个供给排列的阳螺钉B的螺钉供料器。输送装置5是带式输送装置，在使上表面具有螺纹孔的被紧固部件S2与紧固部件S1重合的状态下进行输送。输送装置5以沿着X方向延伸的方式设置于台座2的Y方向上的中央部。另外，供给装置3设置于台座2中的输送装置5的前方。

作业机器人10是垂直多关节机器人。作业机器人10隔着台座2上的输送装置5地设置于供给装置3的相反侧。如图2所示，作业机器人10具备：直列地连结的多个臂(前端臂11、中间臂12、13、基端臂14)、基台15、多个关节21～25、驱动各关节21～25的电动机21a～25a(参照图7)及检测各关节21～25的旋转角度的编码器21b～25b(参照图7)。基端臂14经由关节25而以能够水平旋转的方式安装于基台15。前端臂11、中间臂12、13及基端臂14分别经由对应的关节22～24而以能够垂直旋转的方式连结。前端臂11在长度方向前端部具有能够绕沿着长度方向的轴旋转的关节(也称为手腕)21。

另外，在前端臂11安装有两个工具单元(第一工具单元30及第二工具单元40)作为末端执行器装置。

如图2所示，第一工具单元30配置于前端臂11的长度方向前端面(前端面)。如图5所示，该第一工具单元30具备第一工具31和固定于前端臂11的手腕21的第一工具保持部35。如图5所示，在本实施方式中，第一工具31是吸嘴，具有圆筒状的吸嘴主体32和从吸嘴主体32的上端沿着径向延伸的凸缘部33。吸嘴主体32在前端部被供给来自未图示的负压源的负压，通过该负压来吸附作为工件的阳螺钉B。第一工具保持部35在前端部(图中下端部)具有凸缘部36。第一工具31在凸缘部33与第一工具保持部35的凸缘部36对接的状态下被螺钉等固定，从而保持于第一工具保持部35。并且，第一工具31被保持为当前端臂11朝向下方(正下方)时吸嘴主体32的前端部朝向下方(正下方)。另外，因为第一工具保持部35安装于前端臂11的手腕21，所以第一工具31(吸嘴主体32)通过手腕21的旋转而与第一工具保持部35一起旋转。

如图4所示，第二工具单元40配置于前端臂11的长度方向侧面中的前方侧的侧面11s。如图3及图4所示，该第二工具单元40具备：第二工具41、第二工具保持部45、第二工具升降装置48及单元安装部件49。如图2所示，在作业机器人10的前端臂11的侧面11s形成有多个螺纹孔11h。第二工具单元40通过在板状的单元安装部件49贴在前端臂11的安装面的状态下***通于螺纹孔11h的阳螺钉紧固而安装于前端臂11的侧面11s。如图3所示，在本实施方式中，第二工具41是螺钉紧固工具(电动螺钉刀)，具有螺钉刀主体42和驱动螺钉刀主体42进行旋转的电动机43。电动机43具有从下端部沿着径向延伸的凸缘部44。电动机43通过在凸缘部44贴在第二工具保持部45的状态下被螺钉等紧固而保持于第二工具保持部45。因为第二工具41具有电动机43，所以与第一工具31相比，高度变高。如图5所示，第二工具41以使当前端臂11朝向下方(正下方)时螺钉刀主体42的前端部朝向下方(正下方)的方式被保持于第二工具保持部45。即，第二工具41被保持为与第一工具31平行。第二工具保持部45固定于滑动件46。在单元安装部件49的与前端臂11侧的面相反侧的面上形成有沿着前端臂11的长度方向相互平行地延伸的两个导轨47。滑动件46被支撑为沿着导轨47移动自如。第二工具升降装置48固定于单元安装部件49。在本实施方式中，第二工具升降装置48构成为气缸，该气缸具有：缸体主体；活塞，在缸体主体内滑动；活塞杆48a，连结于活塞；及端口，能够相对于由缸体主体和活塞划分出的工作室供给、排出气压。在第二工具升降装置48的活塞杆48a的前端部直接或者间接地固定有滑动件46。第二工具升降装置48通过经由未图示的电磁阀而供给、排出的气压来使活塞杆48a进退，从而能够使滑动件46进行升降。第二工具41伴随着滑动件46的升降而与第二工具保持部45一起进行升降。

在此，如图6所示，第二工具升降装置48能够使第二工具41(第二工具保持部45)在第二工具41的前端位置比第一工具31的前端位置靠上方的退避位置(参照图6(a))与第二工具41的前端位置比第一工具31的前端位置靠下方的前进位置(参照图6(b))之间进行升降。由此，作业机器人10在使用第一工具31进行作业时，能够通过使第二工具41移动到退避位置，来防止第二工具41与位于第一工具31的下方的物体(供给装置3等)的接触。另外，作业机器人10在使用第二工具41进行作业时，能够通过使第二工具41向前进位置移动，来防止第一工具31与位于第二工具41的下方的物体(输送装置5或输送物等)的接触。

控制装置50构成为以CPU为中心的微处理器。除了CPU以外，控制装置50还具备存储处理程序的ROM、作为工作存储器的RAM、输入输出端口。如图7所示，经由输入端口而向控制装置50输入来自检测各关节21～25的旋转角度的编码器21b～25b的检测信号等。另外，从控制装置50经由输出端口而输对于供给装置3、驱动关节21～25的电动机21a～25a、控制从负压源向第一工具(吸嘴)31的负压的供给、排出的电磁阀、电动机43、控制向第二工具升降装置(气缸)48的气压的供给、排出的电磁阀等的驱动信号。

接着，说明这样构成的作业装置1的动作。特别说明拾取阳螺钉B并将其***被紧固物S2的螺纹孔的螺钉***动作和紧固阳螺钉B的螺钉紧固动作。螺钉***动作使用第一工具(吸嘴)31来进行，螺钉紧固动作使用第二工具(电动螺钉刀)41来进行。在进行螺钉***动作的情况下，首先，控制装置50以使第二工具41向退避位置移动的方式控制第二工具升降装置。接着，控制装置50以使第一工具31(吸嘴主体32)的前端部与由供给装置3供给的阳螺钉B的螺钉头接触的方式控制作业机器人10的各电动机21a～25a，并且以向吸嘴主体32的前端部供给负压的方式控制电磁阀。由此，阳螺钉B通过负压而被吸附于吸嘴主体32。并且，控制装置50以使所吸附的阳螺钉B***输送装置5输送的被紧固物S2的螺纹孔的方式控制作业机器人10的各电动机21a～25a，并且以解除基于吸嘴主体32的阳螺钉B的吸附的方式控制电磁阀，从而完成螺钉***动作。

另外，在进行螺钉紧固动作的情况下，首先，控制装置50以使第二工具41向前进位置移动的方式控制第二工具升降装置。接着，控制装置50以使螺钉刀主体42的前端部与通过螺钉***动作而***到被紧固物S2的螺纹孔中的阳螺钉B的螺钉头卡合的方式控制作业机器人10的各电动机21a～25a。并且，控制装置50以使阳螺钉B旋转而对被紧固物S2进行紧固的方式控制电动机43，从而完成螺钉紧固动作。

在此，说明实施方式的主要要素与权利要求书所记载的本公开的主要要素之间的对应关系。即，基台15相当于基台，基端臂14相当于基端臂，前端臂11相当于前端臂，前端臂11、中间臂12、13及基端臂14相当于多个臂，第一工具31相当于第一工具，第一工具保持部35相当于第一工具保持部，第二工具41相当于第二工具，第二工具保持部45相当于第二工具保持部。另外，第二工具升降装置48相当于第二工具移动机构。另外，控制装置50相当于控制装置。

另外，本公开不受上述实施方式的任何限定，只要属于本公开的技术范围，就能够以各种方式实施，这是不言而喻的。

例如，在上述实施方式中，作业机器人10设为在第一工具保持部35保持吸嘴作为第一工具31的结构，但是不限定于此。例如，第一工具也可以是利用夹压力将工件保持于第一工具保持部35的机械卡盘或利用磁力保持磁性体的工件的磁铁工具(电磁铁或者永久磁铁)。另外，第一工具不限于保持工件的保持用工具，只要能够对工件进行作业，则也可以是其他任何种类的工具。

另外，在上述实施方式中，作业机器人10设为在第二工具保持部45保持螺钉紧固工具(电动螺钉刀)作为第二工具41的结构，但是不限定于此。例如，第二工具也可以是喷出粘接材料、焊膏、钎料等粘性流体的分配器。图8是变形例的第二工具单元140的概略结构图。另外，因为第二工具保持部45、第二工具升降装置48、第二工具安装部件49等的结构与本实施方式的第二工具单元40相同，所以省略它们的说明。如图所示，第二工具141构成为喷出粘性流体的分配器。分配器具有收纳粘性流体的筒状的收纳部143及在下端具有与收纳部143连通的喷出口的喷出嘴142。在收纳部143的上端部设有从未图示的压力源导入压力(正压或者负压)的导入口143a。当向导入口143a导入了正压时，收纳部143的粘性流体被向下方压出，因此从喷出嘴142喷出粘性流体。另一方面，当向导入口143a导入了负压时，喷出嘴142的粘性流体被拉入收纳部143，因此抑制了粘性流体从喷出嘴142的喷出。第二工具141(分配器)因为具备收纳部143，所以与第一工具31相比，高度较高。因此，通过将高度较高的第二工具141安装于第二工具保持部45，能够减少第二工具141从前端臂11的长度方向前端面突出的部分。另外，第二工具141能够通过第二工具升降装置48进行升降。因此，作业机器人10在使用第一工具31进行作业时，能够通过使第二工具141向比第一工具31的前端位置靠上方的退避位置移动，来防止第二工具141与位于第一工具31的下方的物体的接触。另外，作业机器人10在使用第二工具141进行作业时，能够通过使第二工具141向比第一工具31的前端位置靠下方的前进位置移动，来防止第一工具31与位于第二工具141的下方的物体的接触。

另外，在上述实施方式中，第二工具保持部45设于前端臂11的四个侧面中的前方的侧面11s，但是也可以设于左方、右方、后方中的任一个侧面。

另外，在上述实施方式中，设为在前端臂11设有能够分别保持工具的两个工具保持部(第一工具保持部35、第二工具保持部45)的结构，但是也可以设置三个以上的工具保持部。在该情况下，也可以是，三个以上的工具保持部中的一个(第一工具保持部)设于前端臂11的长度方向前端面，剩余的工具保持部设于前端臂11的四个侧面(前方、左方、右方、后方)中的某一个侧面。

另外，在上述实施方式中，第二工具升降装置48由气缸构成，但是只要能够使第二工具进行升降，也可以由其他任意的致动器构成。例如，第二工具升降装置也可以是滚珠丝杠机构。虽未图示，但是滚珠丝杠机构例如具备：滚珠丝杠，沿着前端臂11的长度方向延伸；电动机，驱动滚珠丝杠而使其旋转；滚珠丝杠螺母，与滚珠丝杠螺合；及滑动件，固定于滚珠丝杠螺母。在滑动件上固定有第二工具保持部。滚珠丝杠机构能够通过利用电动机驱动滚珠丝杠而使其旋转，来使第二工具保持部与第二工具一起沿着前端臂11的长度方向进行升降。另外，第二工具升降装置也可以是线性电动机。虽未图示，但是线性电动机例如具备：轴，轴向朝向前端臂11的长度方向，并且沿着轴向配置有多个永久磁铁；及滑动件，包含以环绕轴的方式配置的线圈。多个永久磁铁以使相邻的两个永久磁铁的磁极的朝向成为相反方向的方式配置。线性电动机通过由永久磁铁产生的磁力和在线圈中流动的电流的作用而使滑动件产生推力。在滑动件上固定有第二工具保持部。因此，线性电动机能够通过控制在线圈中流动的电流，来使第二工具保持部与第二工具一起沿着前端臂11的长度方向进行升降。

如以上说明的那样，本公开的垂直多关节机器人(作业机器人10)的主旨在于，具备：基台(15)；多个臂(11～14)，包括安装于上述基台的基端臂(14)和该基端臂的相反侧的前端臂(11)，相邻的臂彼此以能够垂直旋转的方式相互连接；第一工具保持部(35)，配置于上述前端臂的长度方向前端面，对工件进行作业的第一工具(31)安装于第一工具保持部(35)；及第二工具保持部(45)，配置于上述前端臂的长度方向侧面，对工件进行作业的第二工具(41)安装于第二工具保持部(45)。

在本公开的垂直多关节机器人中，将高度不同的两个工具中的高度较低的一方作为第一工具(31)而安装于第一工具保持部(35)，将高度较高的一方作为第二工具(41)而安装于第二工具保持部(45)，从而能够减少第二工具从前端臂的长度方向前端面突出的部分。其结果是，在使多个臂移动时，不容易产生高度较高的一方的工具(第二工具)与前端臂的下方的其他物体接触等不良情况。另外，将相互使用时的高度不同的两个工具中的使用时的高度较低的一方作为第一工具而安装于第一工具保持部，将使用时的高度较高的一方作为第二工具而安装于第二工具保持部，由此易于使第二工具的使用时的高度成为适当的状态。其结果是，能够使垂直多关节机器人适于安装工具的高度与其使用时的高度中的至少一方互不相同的两个工具。

在这样的本公开的垂直多关节机器人中，也可以是，上述第二工具保持部(45)具备使上述第二工具(41)沿着上述前端臂(11)的长度方向移动的第二工具移动机构(第二工具升降装置48)，上述第二工具移动机构能够使上述第二工具在比由上述第一工具保持部(35)保持的上述第一工具(31)的位置向上述前端臂的长度方向基端侧缩入的位置与比上述第一工具的位置向上述前端臂的长度方向前端侧突出的位置之间移动。这样一来，多关节机器人在使用第一工具进行作业时，能够通过使第二工具移动到退避位置，来防止第二工具与位于第一工具的下方的物体的接触。另外，多关节机器人在使用第二工具进行作业时，能够通过使第二工具向前进位置移动，来防止第一工具与位于第二工具的下方的物体的接触。

另外，在本公开的垂直多关节机器人中，也可以具备：第一工具(31)，保持于上述第一工具保持部(35)；及第二工具(41)，保持于上述第二工具保持部(45)，进行与上述第一工具不同的作业。在该情况下，也可以是，上述第一工具保持作为上述工件的阳螺钉，上述第二工具使上述阳螺钉旋转而进行螺纹紧固。由于螺钉紧固工具具备电动机，因此与第一工具相比，高度容易变高。因此，在配置于前端臂的长度方向前端面的第一工具保持部和配置于前端臂的长度方向侧面的第二工具保持部分别适于保持工具(吸嘴)和螺钉紧固工具(电动螺钉刀)的安装。或者，也可以是，上述第一工具保持上述工件，上述第二工具喷出粘性流体。由于喷出工具(分配器)具备收纳粘性流体的收纳部，因此与第一工具相比，高度容易变高。因此，在配置于前端臂的长度方向前端面的第一工具保持部和配置于前端臂的长度方向侧面的第二工具保持部分别适于保持工具和喷出工具(分配器)的安装。

另外，本公开不限于垂直多关节机器人的实施方式，也可以是具备垂直多关节机器人和控制该垂直多关节机器人的控制装置的作业装置的实施方式。

产业上的可利用性

本公开能够用于垂直多关节机器人的制造工业等中。

附图标记说明

1、作业装置；2、台座；3、供给装置；5、输送装置；10、作业机器人；11、前端臂；11s、侧面；11h、螺纹孔；12、13、中间臂；14、基端臂；15、基台；21～25、关节；21a～25a、电动机；21b～25b、编码器；30、第一工具单元；31、第一工具；32、吸嘴主体；33、44、凸缘部；35、第一工具保持部；36、凸缘部；40、140、第二工具单元；41、第二工具；42、螺钉刀主体；43、电动机；45、第二工具保持部；46、滑动件；47、导轨；48、第二工具升降装置；49、第二工具安装部件；50、控制装置；141、第二工具；142、喷出嘴；143、收纳部；143a、导入口。

Claims (6)

1.一种垂直多关节机器人，具备：

基台；

多个臂，包括安装于所述基台的基端臂和该基端臂的相反侧的前端臂，相邻的臂彼此以能够垂直旋转的方式相互连接；

第一工具保持部，配置于所述前端臂的长度方向前端面，对工件进行作业的第一工具安装于所述第一工具保持部；及

第二工具保持部，配置于所述前端臂的长度方向侧面，对工件进行作业的第二工具安装于所述第二工具保持部。

2.根据权利要求1所述的垂直多关节机器人，其中，

所述第二工具保持部具备使所述第二工具沿着所述前端臂的长度方向移动的第二工具移动机构，

所述第二工具移动机构能够使所述第二工具在比由所述第一工具保持部保持的所述第一工具的位置向所述前端臂的长度方向基端侧缩入的位置与比所述第一工具的位置向所述前端臂的长度方向前端侧突出的位置之间移动。

3.根据权利要求1或2所述的垂直多关节机器人，其中，

所述垂直多关节机器人具备：

第一工具，保持于所述第一工具保持部；及

第二工具，保持于所述第二工具保持部，进行与所述第一工具不同的作业。

4.根据权利要求3所述的垂直多关节机器人，其中，

所述第一工具保持作为所述工件的阳螺钉，

所述第二工具使所述阳螺钉旋转而进行螺钉紧固。

5.根据权利要求3所述的垂直多关节机器人，其中，

所述第一工具保持所述工件，

所述第二工具喷出粘性流体。

6.一种作业装置，具备：

权利要求1～5中任一项所述的垂直多关节机器人；及

控制所述垂直多关节机器人的控制装置，

利用所述控制装置控制所述垂直多关节机器人，从而对所述工件进行预定的作业。

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