TW201703950A - 機械手臂裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係擴大能夠應用機器人裝置之範圍。 本實施形態之機器人裝置(1)負責對工件(80)之作業，配置於具備手動操作部之外部裝置(50)附近，且具備用來於外部裝置(50)與工件放置場所(60)、(70)之間搬送工件(80)的多關節臂機構(200)。該機器人裝置(1)之特徵在於：多關節臂機構(200)係於迴旋自如及起伏自如地設置之具備直動伸縮性之臂部(2)之前端裝備有腕部關節部(4)。於腕部關節部(4)安裝有保持工件(80)之保持部(3)，保持部(3)具有為了保持工件(80)且操作外部裝置(50)之手動操作部(54)、(55)、(56)而由彈性體構成之至少一個真空吸附部(34)。

Description

機械手臂裝置

本發明之實施形態係關於一種機器人裝置。

近年來，一直在研討機器人裝置與作業者位於同一空間之環境。一直研討看護用機器人裝置1及產業用機器人裝置於作業者附近進行作業之狀況之可能性。若實現該狀況便可使例如機器人裝置於作業員旁與作業員一同進行作業。

然而，先前之垂直多關節臂機構存在不可避免之臨界點，限制了作業區域內之作業，進而因相對於末端動作之肘關節之過度而動作難以預測，要求利用柵欄等將機器人裝置與作業者分離。

因此，能夠應用機器人裝置之範圍有限。

本發明之目的在於擴大能夠應用機器人裝置之範圍。

本實施形態之機器人裝置負責對工件之作業，配置於具備手動操作部之外部裝置附近，且具備用來在外部裝置與工件放置場所之間搬送工件之多關節臂機構。該機器人裝置之特徵在於：多關節臂機構係於迴旋自如及起伏自如地設置之具備直動伸縮性之臂部之前端裝備腕部關節部而成，於腕部關節部安裝有保持工件之保持部，保持部具有為了保持工件且操作外部裝置之手動操作部而由彈性體構成之至少一個真空吸附部。

1‧‧‧機器人裝置

2‧‧‧臂部

3‧‧‧手裝置

4‧‧‧腕部

50‧‧‧印刷基板檢查裝置

51‧‧‧框體

52‧‧‧載置台

53‧‧‧指示器

54‧‧‧開始開關

55、56‧‧‧模式選擇開關

60、70‧‧‧基板存放裝置

80‧‧‧印刷基板

圖1係表示本實施形態之機器人裝置及外部裝置之外觀之立體圖。

圖2係圖1之機器人裝置之外觀立體圖。

圖3係表示圖2之機器人裝置之吸附部之縦剖面圖。

圖4係藉由圖符號表現表示圖2之機器人裝置之多關節臂機構之構成的圖。

圖5係表示圖2之機器人裝置之多關節臂機構之可動區域之圖。

圖6係表示圖2之機器人裝置之構成之方塊圖。

圖7係表示圖2之機器人裝置之作業位置之立體圖。

圖8係圖7之平面圖。

圖9係表示圖2之機器人裝置之作業次序之流程圖。

圖10係表示圖2之機器人裝置之其它配置之平面圖。

以下，一面參照圖式一面對本實施形態之機器人裝置進行說明。於以下之說明中，對具有大致相同功能及構成之構成要素附加相同符號，僅於必要之情形時進行重複說明。

圖1係表示本實施形態之機器人裝置及外部裝置之外觀之立體圖。本實施形態之機器人裝置1係配置於具備讓人操作之手動操作部之外部裝置50附近，進行與人使用該裝置進行之作業相同之作業。此處，作為外部裝置50，係以進行印刷基板80之外觀檢查之印刷基板檢查裝置50為例進行說明。作業員位於印刷基板檢查裝置50之前方附近，將檢查對象之工件(印刷基板)設置於印刷基板檢查裝置50之特定位置，操作手動操作部(按鈕、拉鈕等)而執行檢查作業。作業員依照檢查之良否結果將印刷基板分開移動至2部位。本實施形態之機器人裝置1具備用來代替人執行使用上述印刷基板檢查裝置50之印刷基板80之外觀檢查之一系列作業的機構。印刷基板檢查裝置50與機器人裝置1可相互電性連接，亦可分別獨立地動作。

印刷基板檢查裝置50具備框體51、載置台52、指示器燈53及手動操作部。框體51係構成為其下方部分朝前 方突出之大致長方體。於框體51內置有檢查印刷基板80之檢查裝置(未圖示)。載置台52係藉由滑動機構(未圖示)被支持為可於框體51內之檢查位置與框體51外之載置位置之間前後滑動。指示器燈53係設置於框體51正面之上方部分。指示器燈53以與檢查結果相應之顏色點亮。例如，若檢查結果為「良」，則指示器燈53點亮為藍色。另一方面，若檢查結果為「不良」，則指示器燈53點亮為紅色。手動操作部係設置於朝框體51之前方突出之部分之上面之右側。手動操作部具有成為印刷基板檢查裝置50開始印刷基板80之外觀檢查之契機之開始開關54。又，手動操作部具有用來決定印刷基板檢查裝置50之外觀檢查之模式之模式選擇開關55、56。此處，開始開關54與模式選擇開關55、56係由按鈕開關構成。例如，當按下一方之模式選擇開關55時，以高解像度執行印刷基板檢查裝置50之外觀檢查。另一方面，當按下另外開始開關54、56時，以低解像度執行印刷基板檢查裝置50之外觀檢查。

於印刷基板檢查裝置50附近，配置有收納檢查對象之印刷基板80之基板存放裝置60、及收納檢查後之印刷基板80之基板存放裝置70。於基板存放裝置70，為了能夠根據檢查結果將印刷基板80分類，而設置有隔板71。

(機器人裝置1)

圖2係圖1之機器人裝置1之外觀立體圖。機器人裝 置1具備具有複數個關節部之多關節臂機構200。複數個關節部之一係由直動伸縮機構構成。機器人裝置1具有大致圓筒形狀之基部10及連接於基部10之臂部2。於臂部2之前端安裝有腕部4。於腕部4設置有未圖示之轉接器。轉接器係設置於後述之第6旋轉軸RA6之旋轉部。經由腕部4之轉接器而安裝手裝置3。

機器人裝置1具有複數個、此處為6個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6。複數個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6係自基部10依序配設。一般而言，第1、第2、第3關節部J1、J2、J3稱為根部3軸，第4、第5、第6關節部J4、J5、J6稱為改變手裝置3之姿勢之腕部3軸。腕部4具有第4、第5、第6關節部J4、J5、J6。構成根部3軸之關節部J1、J2、J3之至少一者為直動伸縮關節。此處，第3關節部J3構成為直動伸縮關節、尤其係伸縮距離相對較長之關節部。臂部2係構成第3關節部J3之主要構成要素。

第1關節部J1係以例如被基座面垂直支持之第1旋轉軸RA1為中心之扭轉關節。第2關節部J2係以與第1旋轉軸RA1垂直配置之第2旋轉軸RA2為中心之彎曲關節。第3關節部J3係以與第2旋轉軸RA2垂直配置之第3軸(移動軸)RA3為中心而讓臂部2直線伸縮之關節。

第4關節部J4係以與第3移動軸RA3一致之第4旋轉軸RA4為中心之扭轉關節，第5關節部J5係以與第4旋轉軸RA4正交之第5旋轉軸RA5為中心之彎曲關節。 第6關節部J6係以與第4旋轉軸RA4正交且與第5旋轉軸RA5垂直配置之第6旋轉軸RA6為中心的彎曲關節。

形成基部10之臂支持部(第1支持部)11具有以第1關節部J1之第1旋轉軸RA1為中心形成之圓筒形狀之中空構造。第1關節部J1係安裝於未圖示之固定台。當第1關節部J1旋轉時，第1支持部11係與臂部2之迴旋一併進行軸旋轉。另，第1支持部11亦可固定於接地面。於此情形時，係設為與第1支持部11分開而臂部2獨立迴旋之構造。於第1支持部11之上部連接有第2支持部12。

第2支持部12具有與第1支持部11連續之中空構造。第2支持部12之一端係安裝於第1關節部J1之旋轉部。第2支持部12之另一端開放，第3支持部13係於第2關節部J2之第2旋轉軸RA2轉動自如地嵌入。第3支持部13具有與第1支持部11及第2支持部連通之鱗片狀之外裝形成的中空構造。第3支持部13係伴隨第2關節部J2之彎曲旋轉而其後部被收容至第2支持部12、或自第2支持部12送出。構成機器人裝置1之直動關節部J3(第3關節部J3)之臂部2之後部係藉由其收縮而被收納於第1支持部11與第2支持部12連續之中空構造之內部。

第3支持部13係其後端下部以第2旋轉軸RA2為中心轉動自如地嵌入至第2支持部12之開放端下部。藉此，構成作為以第2旋轉軸RA2為中心之彎曲關節部之 第2關節部J2。當第2關節部J2轉動時，臂部2與腕部4及手裝置3一併以第2關節部J2之第2旋轉軸RA2為中心朝垂直方向轉動、即起伏動作。

第4關節部J4係具有與沿著臂部2之伸縮方向之臂中心軸、即第3關節部J3之第3移動軸RA3典型地一致之第4旋轉軸RA4的扭轉關節。當第4關節部J4旋轉時，自第4關節部J4遍及前端而與手裝置3一併以第4旋轉軸RA4為中心旋轉。第5關節部J5係具有與第4關節部J4之第4旋轉軸RA4正交之第5旋轉軸RA5的彎曲關節部。當第5關節部J5旋轉時，自第5關節部J5遍及前端而與手裝置3一併上下轉動。第6關節部J6係具有與第4關節部J4之第4旋轉軸RA4正交且與第5關節部J5之第5旋轉軸RA5垂直之第6旋轉軸RA6的彎曲關節。當第6關節部J6旋轉時，手裝置3左右迴旋。

如上述般安裝於腕部4之轉接器之手裝置3係藉由第1、第2、第3關節部J1、J2、J3而移動至任意位置，且藉由第4、第5、第6關節部J4、J5、J6而配置成任意姿勢。尤其係，第3關節部J3之直動伸縮距離之長度可使手裝置3到達自基部10之近接位置至遠隔位置之廣範圍之對象。第3關節部J3之特徵為藉由構成其之直動伸縮機構而實現之直動伸縮距離之長度。

(直動伸縮機構)

構成直動伸縮關節部J3之直動伸縮機構具有臂部2。 臂部2具有第1連結鏈節排21及第2連結鏈節排22。第1連結鏈節排21包含複數個第1連結鏈節23。第1連結鏈節23係大致平板地構成。前後之第1連結鏈節23係於相互之端部部位藉由銷而彎曲自如地呈排狀連結。藉此，第1連結鏈節排21具有可朝內側與外側彎曲之性質。第2連結鏈節排22包含複數個第2連結鏈節24。第2連結鏈節24係構成為剖面字形狀之短槽狀體。前後之第2連結鏈節24係於相互之底面端部部位藉由銷而彎曲自如地呈排狀連結。藉由第2連結鏈節24之剖面形狀及利用銷之連結位置，第2連結鏈節排22具備可朝內側彎曲但不可朝外側彎曲之性質。

第1連結鏈節排21中最前端之第1連結鏈節23、與第2連結鏈節排22中最前端之第2連結鏈節24係藉由結合鏈節27而結合。例如，結合鏈節27具有將第1連結鏈節23與第2連結鏈節24合成後之形狀。

當臂部2伸長時，結合鏈節27成為始端，第1、第2連結鏈節排21、22自第3支持部13之開口朝外被送出。第1、第2連結鏈節排21、22係於第3支持部13之開口附近相互接合。第1、第2連結鏈節排21、22之後部被保持於第3支持部13之內部防止脫出，藉此保持第1、第2連結鏈節排21、22之接合狀態。當第1、第2連結鏈節排21、22之接合狀態得到保持時，第1連結鏈節排21與第2連結鏈節排22之彎曲被限制。藉由接合且各自之彎曲被限制的第1、第2連結鏈節排21、22，構成具備 一定剛性之柱狀體。所謂柱狀體係指於第2連結鏈節排22接合第1連結鏈節排21而成之柱狀之棒體。

當臂部2收縮時，於第3支持部13之開口拉回第1、第2連結鏈節排21、22。構成柱狀體之第1、第2連結鏈節排21、22於第3支持部13之內部相互遠離。遠離後之第1、第2連結鏈節排21、22分別恢復成可彎曲之狀態，分別朝同方向之內側彎曲，而大致平行地被收納於第1支持部11之內部。

(手裝置3)

機器人裝置1具備手裝置3。手裝置3具備用於藉由吸附而揀選印刷基板80之吸附機構。具體而言，手裝置3具有手本體31。手本體31具有角柱形狀，於其上方端面具備安裝部。手裝置3經由該安裝部而安裝於腕部4之轉接器。於手本體31之下方安裝有氣動夾頭構造32。氣動夾頭構造32具有一對滑塊33。一對滑塊33係接近/遠離自如地被支持。於一對滑塊33分別安裝有一對吸附部34。吸附部34之吸附方式典型地係採用真空方式。吸附部34係藉由作為彈性材料之例如矽樹脂而成形為圓筒狀體。吸附部34係朝向圓筒狀體之軸方向而吸附對象。以該吸附方向與滑動方向垂直之方式，將吸附部34安裝於滑塊33。將形成筒狀體之吸附部34之前端面稱為與工件接觸之接觸面341。吸附部34之後方部分(連接口)343係連接於噴射裝置之輸出部。吸附部34之主體部分(蛇 腹部)342係成形為朝徑方向外側突出之山部與朝徑方向內側凹下之谷部交替地連續的蛇腹形狀。蛇腹部342之存在會吸收對工件之過度力，且蛇腹部342對應工件之形狀而變形，藉此使吸附面密接於工件表面。如此，藉由於吸附部34構成蛇腹部342，手裝置3能夠藉由吸附部34吸附表面形狀不同之多種工件。

吸附部34具有真空吸附功能及真空破壞功能。於一對吸附部34各者連接有空氣管。空氣管各者連接於氣泵(未圖示)。作為氣泵可為壓縮式與真空式之任一者，此處係作為壓縮泵進行說明。

吸附部34與氣泵之間係藉由負壓路徑與正壓路徑之2系統之配管路徑而連接。於負壓路徑介置有負壓閥及噴射裝置。於正壓路徑介置有正壓閥。負壓閥與正壓閥為電磁閥。藉由電磁閥驅動器310而逆相地控制負壓閥之開閉及正壓閥之開閉。當負壓閥開放而正壓閥關閉時，確保負壓路徑。當確保負壓路徑時，吸附部34之內部被導人負壓。當正壓閥開放而負壓閥關閉時，確保正壓路徑。當確保正壓路徑時，吸附部34之內部被導入正壓。

若真空吸附功能為ON，依照電磁閥驅動器310之控制，負壓閥開放而正壓閥閉鎖。藉由氣泵產生之壓縮空氣被供給至負壓閥與吸附部34之間介置的噴射器。噴射器具有吸氣口、噴嘴及排氣口。於吸氣口連接有吸附部34之連接口343。供給至噴射器之壓縮空氣係自噴嘴噴射並變成高速空氣束後自排氣口排出。於是，噴射器之腔室之 內壓降低，藉此空氣自吸氣口被吸入。自吸氣口吸入之空氣係與壓縮空氣一併自排氣口排出。藉此，於連接於吸氣口之吸附部34產生負壓。若通常裝備於噴射器之真空破壞功能為ON，依照電磁閥驅動器310之控制，負壓閥閉鎖，正壓閥開放。藉此，吸附部34、噴射器及氣泵等之氣體循環逆轉，由氣泵產生之壓縮空氣被直接供給至吸附部34。藉此，吸附部34產生正壓。

例如，於一對吸附部34之接觸面341密接於印刷基板80之表面之狀態下，若真空吸附功能為ON，則印刷基板80之表面與吸附部34之筒狀部分所規定之密閉空間之空氣被噴射器抽吸，並對印刷基板80作用負壓。藉此，手裝置3可藉由吸附而揀選印刷基板80。若真空破壞功能為ON，則對印刷基板80作用正壓。藉此，手裝置3對印刷基板80之揀選狀態被解除。如此，吸附部34係構成為筒狀體，且吸附部34之內壓可選擇正壓與負壓地構成，藉此手裝置3可擇一而進行印刷基板80之揀選與釋放作業。於噴射器內設置有壓力感測器320。壓力感測器320計測吸附部34之內壓。另，即便手裝置3未裝備真空破壞功能，藉由將手裝置3之真空吸附功能設為OFF，使吸附部43之內壓恢復成大氣壓，亦可解除手裝置3對印刷基板80之揀選狀態，從而釋放揀選之工件。

氣動夾頭構造32經由2系統之空氣管而連接於上述氣泵。一方之空氣管經由電磁閥而連接於氣缸之後端。另一空氣管經由其它電磁閥而連接於氣缸之前端。該等電磁 閥係依照電磁閥驅動器310之控制而交替地開閉，藉此活塞前後移動。藉此，一對滑塊33隨著一對吸附部34而接近‧遠離。藉此，可調整一對吸附部34之間隔，手裝置3可揀選尺寸不同之多種印刷基板80。

(吸附部34)

經由上述吸附部34而兼有印刷基板80之揀選功能、及印刷基板檢查裝置50之手動操作部之操作功能。作為操作部，相符的有例如轉矩開關、搖臂開關、按鈕開關、拉鈕開關、旋轉開關、滑動開關、轉輪等。此處，操作部係設為構成為按鈕開關之開始開關54。開始開關54係以人手按下為前提而設計其素材、強度、大小及形狀。因此，開始開關54有若以較設計強度更強之力按下、或較設計行程以上更深地按下便會被破壞之危險性。吸附部34藉此具備蛇腹部342，可減小其危險性。

吸附部34若被具有較人手之標準彈性率高之彈性率之例如金屬等成形的手按下則開始開關54與手之機械接觸，而有開始開關54破損之虞。因此，吸附部34較理想為以適合按下開始開關54之素材成形，典型而言，應用調整為與人手之彈性相同或者近似之物性之素材、例如矽樹脂材或者聚胺基甲酸酯樹脂材。

吸附部34之蛇腹內徑若大於開始開關54之接觸面341之外形，則有開始開關54嵌入接觸面341之筒內部之虞。為了無論開始開關54之上面中心與吸附部34之中 心一致，還是自其位置略微偏離，均使構成吸附部34之筒狀體之端面部分(接觸面341)抵接開始開關54之上面而確保較高之操作精度，以如下方式設計吸附部34之筒狀體之內徑與接觸面341之外徑。

圖3係圖2之手裝置3之吸附部34之縦剖面圖。吸附部34整體形成為圓筒狀體。筒狀體之軸方向中央部分(主體部分)係構成為1.5段之蛇腹形狀。吸附部34之後方部分為了確保作為用來與噴射器連接之連接口之功能而形成為定徑圓筒。吸附部34之前方部分係形成為外徑朝前方逐漸增加之漏斗形狀。吸附部34之前端面(接觸面)341之外徑r11較連接口343之外徑r13長。吸附部34之前端面(接觸面)341之外徑r11較開始開關54之上面之外徑小。典型而言，接觸面341之外徑r11係構成為與人手之指尖之標準外徑、例如10mm相同或者近似之大小。

藉由以此方式設計之接觸面341，無論吸附部34之接觸面341之中心與開始開關54之上面中央一致，進而吸附部34之接觸面341之中心相對於開始開關54之上面中心略微偏離，開始開關54均不會嵌入至吸附部34之筒狀體內部，能夠使吸附部34之筒狀體之實體部(樹脂部分)抵接於開始開關54之上面，從而可減小吸附部34所致之開始開關54之操作錯誤之產生概率。

另，吸附部34亦可以開始開關54不嵌入至吸附部34之筒狀體內部之方式，設計成其蛇腹內徑r12較開始開 關54之上面之外徑大。又，吸附部34亦可與開始開關54之上面之大小無關地構成其接觸面341之外徑r11及蛇腹內徑r12。即便以此方式構成吸附部34，以接觸面341之中心位置相對於開始開關54之接觸面之中心位置偏離之方式設定機器人裝置1之作業位置，亦可使接觸面341之邊緣部分接觸開始開關54。

又，一對吸附部34並非必須相同。接觸部34可於噴射裝置之輸出部裝卸，故而作業者對吸附部34選擇與操作開關之大小、形狀等適合之吸附部34即可。例如，當模式選擇開關55、56之上面之外徑較開始開關54之上面之外徑大時，將一方之吸附部34(圖3(b))設計成較另一吸附部34(圖3(a))大即可。具體而言，如圖3所示，一方之吸附部34(圖3(b))構成為其連接口343之外徑r23與另一吸附部34(圖3(a))之連接口343之外徑r13大致等價，其蛇腹內徑r22與另一吸附部34之蛇腹內徑r12大致等價，其接觸面341之外徑r21較另一吸附部34之接觸面341之外徑r11大。藉此，可將一方之吸附部34(圖3(b))構成為適合按下模式選擇開關55、56之大小，將另一吸附部34(圖3(a))構成為適合按下開始開關54之大小。同樣地，一方之吸附部34亦可由與另一吸附部34不同之素材成形。一方之吸附部34亦可具備與另一吸附部34之接觸面341之形狀不同之形狀的接觸面341。例如，亦可為一方之吸附部34具備矩形之環狀之接觸面341，另一吸附部34具備圓環狀 之接觸面341。又，本實施形態之手裝置3亦可具備1個或者3個以上之吸附部34。

圖4係藉由圖符號表現來表示圖1之機械臂機構之構成之圖。於機械臂機構中，藉由構成根部3軸之第1關節部J1、第2關節部J2及第3關節部J3而實現3個位置自由度。又，藉由構成腕部3軸之第4關節部J4、第5關節部J5及第6關節部J6而實現3個姿勢自由度。

機器人座標系Σ b係以第1關節部J1之第1旋轉軸RA1上之任意位置為原點之座標系。於機器人座標系Σ b，規定有正交3軸(Xb、Yb、Zb)。Zb軸係與第1旋轉軸RA1平行之軸。Xb軸與Yb軸係相互正交且與Zb軸正交之軸。末端座標系Σ h係以安裝於腕部4之手裝置3之任意位置(末端基準點)為原點之座標系。例如，當手裝置3為2指手時，末端基準點(以下僅稱為末端)之位置係規定為2指尖間中央位置。於末端座標系Σ h，規定有正交3軸(Xh、Yh、Zh)。Zh軸係與第6旋轉軸RA6平行之軸。Xh軸與Yh軸係相互正交且與Zh軸正交之軸。例如，Xh軸係與手裝置3之前後方向平行之軸。所謂末端姿勢係設為末端座標系Σ h之相對於機器人座標系Σ b之繞正交3軸各者之旋轉角(繞Xh軸之旋轉角(側傾角)α、繞Yh軸之旋轉角(俯仰角)β、繞Zh軸之旋轉角(擺動角)γ)。

第1關節部J1係配設於第1支持部11與第2支持部12之間，構成為以旋轉軸RA1為中心之扭轉關節。旋轉 軸RA1係與設置有第1關節部J1之固定部之基座之基準面BP垂直地配置。

第2關節部J2係構成為以旋轉軸RA2為中心之彎曲關節。第2關節部J2之旋轉軸RA2係與空間座標系上之Xb軸平行地設置。第2關節部J2之旋轉軸RA2係設為與第1關節部J1之旋轉軸RA1垂直之朝向。進而，第2關節部J2係相對於第1關節部J1，於第1旋轉軸RA1之方向(Zb軸方向)及與第1旋轉軸RA1垂直之Yb軸方向之2方向偏移。以第2關節部J2相對於第1關節部J1而於上述2方向偏移之方式，將第2支持部12安裝於第1支持部11。於第1關節部J1連接第2關節部J2之虛設的臂桿部分(鏈路部分)係具有前端垂直彎曲之2個鈎形狀體組合而成之曲柄形狀。該虛設臂桿部分係由具有中空構造之第1、第2支持部11、12構成。

第3關節部J3係構成為以移動軸RA3為中心之直動伸縮關節。第3關節部J3之移動軸RA3係設為與第2關節部J2之旋轉軸RA2垂直之朝向。第2關節部J2之旋轉角為零度、即臂部2之起伏角為零度且臂部2為水平之基準姿勢下，第3關節部J3之移動軸RA3係設為與第2關節部J2之旋轉軸RA2以及第1關節部J1之旋轉軸RA1垂直之方向。於空間座標系上，第3關節部J3之移動軸RA3係與垂直於Xb軸及Zb軸之Yb軸平行地設置。進而，第3關節部J3係相對於第2關節部J2於其旋轉軸RA2之方向(Yb軸方向)、及與移動軸RA3正交之Zb 軸之方向之2方向上偏移。以第3關節部J3相對於第2關節部J2於上述2方向偏移之方式，將第3支持部13安裝於第2支持部12。於第2關節部J2連接第3關節部J3之虛設臂桿部分(鏈路部分)具有前端垂直彎曲之鈎形狀體。該虛設臂桿部分係由第2、第3支持部12、13構成。

第4關節部J4係構成為以旋轉軸RA4為中心之扭轉關節。第4關節部J4之旋轉軸RA4係以與第3關節部J3之移動軸RA3大致一致之方式配置。

第5關節部J5係構成為以旋轉軸RA5為中心之彎曲關節。第5關節部J5之旋轉軸RA5係以與第3關節部J3之移動軸RA3及第4關節部J4之旋轉軸RA4大致正交之方式配置。

第6關節部J6係構成為以旋轉軸RA6為中心之扭轉關節。第6關節部J6之旋轉軸RA6係以與第4關節部J4之旋轉軸RA4及第5關節部J5之旋轉軸RA5大致正交之方式配置。第6關節部J6係為了使作為末端效應器之手裝置3左右迴旋而設置。另，第6關節部J6亦可構成其旋轉軸RA6與第4關節部J4之旋轉軸RA4及第5關節部J5之旋轉軸RA5大致正交之彎曲關節。

如此，將複數個關節部J1-J6之根部3軸中之一個彎曲關節部更換為直動伸縮關節部，使第2關節部J2於2方向上相對於第1關節部J1偏移，且使第3關節部J3於2方向上相對於第2關節部J2偏移，藉此本實施形態之機 器人裝置1之機械臂機構於構造上消除臨界點姿勢。

(具有直動伸縮關節部J3之多關節臂機構200之可動區域)

圖5係表示圖2之機器人裝置1之可動區域之圖。所謂可動區域係指於多關節臂機構(不含手裝置及被加工件)之可動部分掃描之水平方向上以第1旋轉軸RA1為中心的扇形狀之區域、及鉛垂方向上以第2旋轉軸RA2為中心之扇形狀之區域的合成區域。換言之，可動區域係腕部4掃描之區域、及此區域內腕部4移動所需之根部3軸之各關節部與各鏈路掃描之區域的綜合區域。人手之可動區域係指人之肩關節、上臂、肘關節、前臂及腕部掃描之區域。機器人裝置1之多關節臂機構之可動區域因無肘關節，而較人手之可動區域窄。

本實施形態之多關節臂機構200之特徵為，藉由對關節部J3採用直動伸縮關節，可認為根部3軸之關節部與各鏈路掃描之區域為臂部2掃描之區域，因此可利用單純之形狀規定其立體可動區域。與水平方向(繞第1旋轉軸RA1之迴旋方向)相關之可動區域MS(L)可規定為大致扇形狀之區域，即，將直動伸縮關節部J3最拉伸且臂部2設為最長狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為半徑，且以第1關節部J1之安裝上之可動作之旋轉角度(迴旋角)作為中心角。此時，腕部4掃描之區域WS(L)係規定為圓環狀之區域，即，將直動 伸縮關節部J3最拉伸且臂部2設為最長狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為外徑，將直動伸縮關節部J3最收縮且臂部2設為最短狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為內徑，且以第1關節部J1之迴旋角作為中心角。

同樣地，與垂直方向(繞第2旋轉軸RA2之起伏方向)相關之可動區域MS(V)可規定為大致扇形狀之區域，即，將直動伸縮關節部J3最拉伸且臂部2設為最長狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為半徑，且以第2關節部J2之安裝上之可動作之旋轉角度(起伏角)作為中心角。此時，腕部4掃描之區域WS(V)可規定為圓環狀之區域，即，將直動伸縮關節部J3最拉伸且臂部2設為最長狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為外徑，將直動伸縮關節部J3最收縮且臂部2設為最短狀態時之第1旋轉軸RA1至腕部4之前端為止的長度設為內徑，且以第2關節部J2之起伏角作為中心角。

多關節臂機構200之立體可動區域係上述水平方向之扇形狀之可動區域MS(L)與垂直方向相關之可動區域MS(V)之綜合的區域，且使水平方向相關之扇形狀之可動區域MS(L)於第2關節部J2之可動作之起伏角之範圍內起伏地縦橫表現扇形狀。

如此，本實施形態之多關節臂機構200藉由使關節部J3並非由旋轉關節(肘關節)構成，而是由直動伸縮關節 構成，可將用於移動腕部4之位置之根部3軸之關節部與各鏈路掃描之區域抑制為最小限度，從而可將其可動區域規定為單純之大致扇形狀。另一方面，人手之可動區域係於具有上述直動伸縮關節部J3之多關節臂機構之可動區域加上肘掃描之區域。即，於本實施形態之機器人裝置1之腕部4與人腕部以相同方式移動之情形時，本實施形態之多關節臂機構200之可動區域較人手之可動區域窄。因此，本實施形態之機器人裝置1可配置於與作業員相同之位置，代替作業員執行與作業員相同之作業。例如，於工場內，若印刷基板檢查裝置50配置於人可操作之環境下，便可將本實施形態之機器人裝置1直接配置在人操作之位置，執行與人進行之作業相同的作業。即，無需將印刷基板檢查裝置50移動至機器人裝置1之操作用特別位置。又，本實施形態之機器人裝置1亦可配置於難以配置先前之具備具有肘關節之多關節臂機構之機器人裝置的壁部等。

(機器人裝置1之方塊構成圖)

圖6係表示本實施形態之機器人裝置1之構成之方塊圖。

機器人裝置1具備多關節臂機構200。多關節臂機構200具有複數個關節部J1、J2、J3、J4、J5、J6。於複數個關節部J1-J6各者設有步進馬達。該等步進馬達之旋轉係由馬達驅動器210控制。馬達驅動器210將與來自 動作控制裝置100之位置指令值相應之脈衝信號發送至步進馬達。藉此，步進馬達旋轉至與指令值相應之位置。藉由步進馬達旋轉，關節部J3伸縮，關節部J1、J2、J4-J6旋轉。於該等步進馬達之驅動軸，連接有每隔一定旋轉角便輸出脈衝之旋轉編碼器220。自旋轉編碼器220輸出之編碼脈衝係藉由計數器(未圖示)進行加減算。馬達驅動器210於計數器計数之累積脈衝数上乘以步進角，藉此特定當前步進馬達之旋轉位置。於手裝置3設置有控制氣動夾頭構造32之電磁閥之開閉之電磁閥驅動器310。

動作控制裝置100具有系統控制部101、壓力感測器介面(I/F)102、相機介面(I/F)103、任務程式記憶部104、序列控制器105、及指令值輸出部106。

於系統控制部101經由控制/資料匯流排109而連接有各部。系統控制部101具有CPU(Central Processing Unit)及半導體記憶體等，統括地控制動作控制裝置100。

於動作控制裝置100經由壓力感測器I/F102而連接有壓力感測器320。壓力感測器320反覆計測手裝置3之吸附部34之內壓。壓力感測器320於壓力值低於閾值時，將吸附偵測信號發送至動作控制裝置100。閾值係預先設定，對應於吸附部34吸附印刷基板80時之壓力值。

於動作控制裝置100，經由相機I/F103連接有相機330。相機330係安裝於機器人裝置1之腕部4之前端、正面。相機330依照序列控制器105之控制，拍攝指示器 燈53，並將其拍攝圖像之資料發送至動作控制裝置100。序列控制器105對發送之拍攝圖像之資料進行彩色圖像處理，藉此抽取指示器燈53之顏色，並依照所抽取之顏色種類，決定任務程式之下一處理。

任務程式記憶部104記憶任務程式之資料。該任務程式係對機器人裝置1指示執行作業之次序、位置、動作、條件等之序列程式。於本實施形態中，任務程式中與次序一併描述有藉由印刷基板檢查裝置50檢查檢查對象之印刷基板80，並將檢查後之印刷基板80分類至與檢查結果相應之位置為止的手裝置3之末端軌道、作業位置、各作業位置之動作任務。該任務程式係藉由例如事先之教示而生成。

序列控制器105依照由系統控制部101載入之任務程式，控制機器人裝置1之動作。序列控制器105依照任務程式，將指令值發送至指令值輸出部106。

指令值輸出部106將與自序列控制器105發送之指令值相應的控制信號，發送至馬達驅動器210及電磁閥驅動器310。例如，指令值輸出部106依照序列控制器105之控制，將經過控制週期△t(例如10ms)後之與關節部J1-J6各者之位置指令值相應的控制信號發送至馬達驅動器210。關節部J1-J6各者之馬達驅動器210將與位置指令值相應之脈衝信號供給至步進馬達。藉此，關節部J1-J6各者於經過控制週期△t之前，變位至與位置指令值對應之位置為止。又，指令值輸出部106依照序列控制器105 之控制，將與真空吸附功能ON/OFF、真空破壞功能ON/OFF相應之控制信號發送至電磁閥驅動器310。電磁閥驅動器310依照自動作控制裝置100發送之控制信號，控制正壓閥與負壓閥之開閉。例如，電磁閥驅動器310依照與真空吸附功能ON相關之控制信號控制負壓閥與正壓閥，負壓閥開放，正壓閥閉鎖。藉此，於吸附部34產生負壓。

以下，參照圖7、圖8對任務程式中描述之複數個作業位置、及作業位置各者之作業內容。圖7係表示圖1之機器人裝置1之作業位置之立體圖。圖8係圖7之平面圖。

作業位置P0表示手裝置3之待機位置。作業位置P1表示手裝置3對檢查對象之印刷基板80進行揀選動作之位置。作業位置P1係設定於存放檢查對象之印刷基板80之基板存放裝置60之上方。作業位置P2表示手裝置3對檢查對象之印刷基板80進行釋放動作之位置。作業位置P2係設定於載置台52之載置位置之上方。作業位置P3係表示手裝置3對印刷基板檢查裝置50之開始開關54進行按壓動作之位置。作業位置P3係以吸附部34之接觸面341之中心位置變成開始開關54之上面之中心位置之上方的方式設定。

作業位置P4表示手裝置3對檢查後之印刷基板80進行揀選動作之位置。作業位置P4係設定於載置台52之載置位置之上方、較佳為與作業位置P2相同之位置。作業 位置P5表示當印刷基板檢查裝置50對檢查對象之印刷基板80之檢查結果為「良」時，手裝置3對檢查後之印刷基板80執行釋放動作之位置。作業位置P5係設定於存放檢查後之印刷基板80之基板存放裝置70內之存放檢查結果為「良」之印刷基板80之位置的上方。作業位置P6係表示當印刷基板檢查裝置50對檢查對象之印刷基板80之檢查結果為「不良」時，手裝置3對檢查後之印刷基板80執行釋放動作之位置。作業位置P6係設定於存放檢查後之印刷基板80之基板存放裝置70內之存放檢查結果為「不良」之印刷基板80之位置的上方。

圖9係表示圖2之機器人裝置1之作業次序之流程圖。若藉由系統控制部101載入任務程式，則手裝置3依照序列控制器105之控制按以下之次序動作。另，亦可將印刷基板檢查裝置50與機器人裝置1相互可通信地電性連接，以表示機器人裝置1之動作完成之控制信號為契機而開始印刷基板檢查裝置50之動作，且以表示印刷基板檢查裝置50之動作完成之控制信號為契機而開始機器人裝置1之動作，如此使機器人裝置1與印刷基板檢查裝置50協作。但，本實施形態中，係代替作業員而將機器人裝置1相對於印刷基板檢查裝置50進行配置，機器人裝置1對印刷基板檢查裝置50進行操作，使印刷基板檢查裝置50與機器人裝置1電性分離，以機器人裝置1對手動操作部之操作為契機而開始印刷基板檢查裝置50之動作，且於藉由視覺感測器判斷印刷基板檢查裝置50之動 作完成後開始機器人裝置1之動作。

(步驟S11)揀選檢查對象之印刷基板80

手裝置3自作業位置P0移動至作業位置P1。於作業位置P1，手裝置3之吸附部34產生負壓，手裝置3下降。手裝置3之下降動作係以吸附部34吸附檢查對象之印刷基板80為契機、即以輸出吸附偵測信號為契機而停止。藉此，手裝置3可揀選檢查對象之印刷基板80。藉由步驟S11之處理，檢查對象之印刷基板80被手裝置3揀選。

(步驟S12)釋放檢查對象之印刷基板80

手裝置3自作業位置P1移動至作業位置P2。於作業位置P2，手裝置3之吸附部34產生正壓。藉此，手裝置3可將揀選之檢查對象之印刷基板80釋放至載置台52。藉由步驟S12之處理，檢查對象之印刷基板80被釋放至印刷基板檢查裝置50之載置台52。

(步驟S13)操作印刷基板檢查裝置50之開始開關54

手裝置3自作業位置P2移動至作業位置P3。於作業位置P3，手裝置3之吸附部34被供給壓縮空氣。於此狀態下手裝置3下降。其下降距離係設定為吸附部34為了按下開始開關54所需之行程。當吸附部34接觸開始開關54時，吸附部34之內部被導入正壓。藉由吸附部34產 生正壓，抑制因擠壓開始開關54所致之吸附部34之形狀變化，緩衝手裝置3之吸附部34與開始開關54。藉由於步驟S13之處理中按下開始開關54，而開始印刷基板檢查裝置50對印刷基板80之外觀檢查。另，當按下開始開關54時，既可向吸附部34之內部導入負壓，亦可對吸附部34之內部不導入負壓或正壓而是使其成為大氣壓。藉由使吸附部34之內部成為負壓或大氣壓，相比使吸附部34之內部成為正壓之情形，可抑制隨著手裝置3之下降而按下操作開始開關54時吸附部34相對於開始開關54偏離之事態。

(步驟S14)揀選檢查後之印刷基板80

手裝置3自作業位置P3移動至作業位置P4。於作業位置P4，手裝置3之吸附部34產生負壓，手裝置3下降。手裝置3之下降動作係以吸附部34吸附檢查後之印刷基板80為契機、即以輸出吸附偵測信號為契機而停止。藉此，手裝置3可揀選檢查後之印刷基板80。藉由步驟S14之處理，檢查後之印刷基板80被手裝置3揀選。

(步驟S15)檢查結果之確認動作

於作業位置P4，藉由機器人裝置1判別檢查對象之印刷基板80之檢查結果。具體而言，藉由安裝於機器人裝置1之相機330拍攝指示器燈53，並對其拍攝圖像進 行彩色圖像處理，藉此判別指示器燈53之顏色。當指示器燈53之顏色為「藍色」時，執行步驟S16之處理。另一方面，當指示器燈53之顏色為「紅色」時，執行步驟S17之處理。

(步驟S16)釋放檢查後之印刷基板80

手裝置3自作業位置P4移動至作業位置P5。於作業位置P5，手裝置3之吸附部34產生正壓。藉此，手裝置3可將揀選之檢查後之印刷基板80，釋放至基板存放裝置70內之存放檢查結果為「良」之印刷基板80之位置。

(步驟S17)釋放檢查後之印刷基板80

手裝置3自作業位置P4移動至作業位置P6。於作業位置P6，手裝置3之吸附部34產生正壓。藉此，手裝置3可將揀選之檢查後之印刷基板80，釋放至基板存放裝置70內之存放檢查結果為「不良」之印刷基板80之位置。藉由步驟S16或步驟S17之處理，可根據檢查結果來分類檢查對象之印刷基板80。

(步驟S18)反覆動作

步驟S11~步驟S17之動作係反覆進行直至沒有檢查對象之印刷基板80為止。檢查對象之印刷基板80之有無例如可藉由相機330拍攝檢查對象之印刷基板80之基板存放裝置60，並基於其拍攝圖像進行判定。另，步驟S11 ~步驟S17之動作亦可反覆進行至作業者事先設定之次數為止。

根據以上說明之機器人裝置1，可如人進行作業般，藉由印刷基板檢查裝置50檢查檢查對象之印刷基板80，並將檢查後之印刷基板80分類至與檢查結果相應的位置。

先前之具有肘關節之機器人裝置1其可動區域相較本實施形態之機器人裝置1更廣。又，先前之機器人裝置1存在為避免構造上之臨界點而進行急速迴旋移動等之情形。對於周圍之作業者而言，難以預測用於移動腕部4之根部3軸之動作。根據該等理由，先前之機器人裝置1之配置自由度低，且只能進行對線上搬送來之工件進行作業等從動作業。

另一方面，本實施形態之機器人裝置1藉由代替肘關節而具備直動伸縮關節，於機器人裝置1之腕部4在與人腕部移動之區域相同的區域內移動之情形時，可使其可動區域相較人手之可動區域窄。又，臂部2係於腕部4至基部10為止之直線範疇內移動，故而周圍之作業者可容易地根據腕部4之動作來預測臂部2之動作。又，機器人裝置1之多關節臂機構200於構造上消除了臨界點，故而無需為了避免臨界點而進行急速迴旋動作等。根據該等理由，本實施形態之機器人裝置1可與人同樣地配置，例如可配置於印刷基板檢查裝置50附近。又，本實施形態之機器人裝置1之手裝置3具備具有可兼用於印刷基板80 之吸附及印刷基板檢查裝置50之開始開關54之操作之構造的吸附部34，藉此可如人進行作業般，進行將檢查對象之印刷基板80設置於印刷基板檢查裝置50，按下開始開關54進行檢查，並將檢查後之印刷基板80分類至與檢查結果相應之位置等主動作業。另，本實施形態之手裝置3只要具備兼有外部裝置之手動操作部之操作功能、及為了向此外部裝置提供工件而保持該工件之功能的構成即可。例如，為了保持工件，手裝置3亦可具備固持部，於此固持部朝與固持部之接近遠離方向垂直地例如朝下裝備彈性體突起，藉此兼有利用固持保持工件之功能、及利用其彈性體突起操作外部裝置之手動操作部的功能。

亦可應用此點，將複數個機器人裝置1相互近接而配置，使複數個機器人裝置1協動地執行一系列作業。圖10係表示圖2之機器人裝置1之其它配置之平面圖。如圖10所示，自壁90依序鄰接配置檢查裝置50A、50B、50C，亦可於該等檢查裝置50A、50B、50C之前分別配置機器人裝置1A、1B、1C。機器人裝置1A自基板存放裝置60揀選檢查對象之印刷基板80，將其設置於檢查裝置50A，按下開始開關54A，並將檢查裝置50A檢查後之印刷基板80設置於下一檢查裝置B。機器人裝置1B以檢查裝置50B設置有印刷基板80為契機而按下開始開關54B，並將檢查裝置50B檢查後之印刷基板80設置於下一檢查裝置C。機器人裝置1C以檢查裝置50C設置有印刷基板80為契機而按下開始開關54C，並將檢查裝置C 檢查後之印刷基板80分類至基板存放裝置70之與檢查結果相應的位置。亦可將該等機器人裝置1A、1B、1C可相互通信地電性連接，以表示其它機器人裝置之動作完成之控制信號為契機而開始各機器人裝置之動作，如此使該等機器人裝置相互協動。又，亦可使機器人裝置1A、1B、1C電性分離，藉由此機器人裝置之感測器輸出或序列控制而能使各機器人裝置之動作開始獨立地動作。

雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等實施形態能以其它各種形態實施，且於不脫離發明主旨之範圍內可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形係包含於發明之範圍及主旨，且同樣地包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。

1‧‧‧機器人裝置

4‧‧‧腕部

50‧‧‧印刷基板檢查裝置

51‧‧‧框體

52‧‧‧載置台

53‧‧‧指示器

54‧‧‧開始開關

55、56‧‧‧模式選擇開關

60、70‧‧‧基板存放裝置

71‧‧‧隔板

80‧‧‧印刷基板

Claims (9)

1. 一種機器人裝置，其負責對工件之作業，配置於具備手動操作部之外部裝置附近，且具備用於在上述外部裝置與工件放置場所之間搬送工件的多關節臂機構，該機器人裝置之特徵在於：上述多關節臂機構係於迴旋自如及起伏自如地設置之具備直動伸縮性之臂部之前端裝備有腕部關節部而成，於上述腕部關節部安裝有保持上述工件之保持部，上述保持部具有為了保持上述工件且操作上述外部裝置之上述手動操作部而由彈性體構成之至少一個真空吸附部。
2. 如申請專利範圍1之機器人裝置，其中上述真空吸附部係構成為具備蛇腹形狀之筒狀體。
3. 如申請專利範圍2之機器人裝置，其中上述真空吸附部為矽樹脂製。
4. 如申請專利範圍1之機器人裝置，其中上述保持部具有複數個真空吸附部，上述複數個真空吸附部係構成為內徑或外徑不同之筒狀體，選擇上述複數個真空吸附部之一用於操作上述外部裝置之上述手動操作部。
5. 如申請專利範圍1之機器人裝置，其具有控制部，該控制部為了於上述工件之保持時向上述真空吸附部之內部導入負壓，於上述手動操作部之操作時，向上述真空吸附部之內部導入負壓或正壓，而控制上述真空吸附部 與負壓源或正壓源之間之路徑上之電磁閥之開閉。
6. 如申請專利範圍1之機器人裝置，其具有控制部，該控制部為了於上述工件之保持時向上述真空吸附部之內部導入負壓，於上述手動操作部之操作時，向上述真空吸附部之內部導入大氣壓，而控制上述真空吸附部與負壓源或正壓源之間之路徑上之電磁閥之開閉。
7. 如申請專利範圍1之機器人裝置，其中上述臂部具有：複數個連結鏈節，其等可彎曲地連結，並藉由約束上述連結鏈節之彎曲而構成柱狀體；射出部，其支持上述柱狀體；及收納部，其將上述連結鏈節以可彎曲之狀態收納於上述基部內。
8. 一種機器人裝置，其負責對工件之作業，配置於具備手動操作部之外部裝置附近，且具備多關節臂機構，該機器人裝置之特徵在於：上述多關節臂機構係於迴旋自如及起伏自如地設置之具備直動伸縮性之臂部之前端裝備腕部關節部而成，於上述腕部關節部安裝有保持上述工件之保持部，上述保持部為了保持上述工件且操作上述外部裝置之上述手動操作部而由彈性體構成。
9. 一種機器人裝置，其負責對工件之作業，配置於具備手動操作部之外部裝置附近，且具備多關節臂機構，該機器人裝置之特徵在於： 上述多關節臂機構係於具備扇形狀之可動區域之臂部之前端裝備有腕部關節部而成，於上述腕部關節部安裝有保持上述工件之保持部，上述保持部具有為了保持上述工件且操作上述外部裝置之上述手動操作部而由彈性體構成之至少一個真空吸附部。