CN101637875A - 利用机器人对机床进行工件的装卸的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用机器人对机床进行工件的装卸的机机器人系统。机器人具有向与机床的形成有门的面垂直的方向观察，设置在从门的正面向侧方偏移的位置并固定在面对门侧倾斜的倾斜面上的底座部件。在底座部件上结合有可绕与倾斜面垂直地延伸的第一轴旋转的旋转部件。在旋转部件上结合有可绕垂直于第一轴的第二轴回旋的第一臂部件，在第一臂部件上结合有可绕平行于第二轴的第三轴回旋的第二臂部件。

Description

利用机器人对机床进行工件的装卸的机器人系统

技术领域

本发明涉及利用机器人对机床进行工件的装卸的机器人系统。

背景技术

众所周知，为了对成型机或加工中心等的机床，在其规定的安装部位安装工件，或者将处理完了的工件从安装部位取出，利用使用了机器人的机器人系统。利用这种机器人系统，可以实现由机床进行的对多个工件的处理的自动化。

用于对机床进行工件的装卸的机器人，使用组合了直线移动轴和回旋臂的机构。尤其是，作为成型件的取出机，目前一般是组合了直线移动轴的正交坐标型的机器人。该机器人与使用回旋臂的情况相比，控制时不需要进行复杂的坐标转换。其具有动作容易判断之类的优点，相反也往往具有体积容易大，尤其是整体高度容易增高，容易产生需要与成型机另外进行输送的缺点。

图6示意地表示使用组合了回旋臂的机器人50的现有技术的机器人系统。在机床60上设有用于放入取出工件70的门61。机器人50配置成使固定在地面上的底座部件51位于门61的正面，由此，使用结构简单而紧凑的的机器人50可以在机床60内有效地进行装卸操作。这是因为，在将底座部件51配置在从门61的正面偏移的位置的场合，从底座部件51到门61内的距离变长，往往产生进一步加长臂等的需要。而且，这是因为，由于臂倾斜地进入门61，所以在构造上，在门61内容易产生不能使臂的前端到达的部位，为了使工件70位于需要的部位，往往需要追加的机构部等。例如，在图6的比门61靠左侧配置了机器人50的场合，在图示的结构中臂的前端不能到达门61内的空间的左侧内部。

另外，为了对机床进行工件的装卸，使用组合了回旋臂的机器人的其它现有技术的机器人系统公开在日本特开平10-95028号公报中。在该现有技术中，机器人安装在机床上。在该场合，机器人也能配置在工件的安装部位附近的适当位置，能够以简单且紧凑的结构进行适当的装卸操作。

另外，在日本特开平6-106446号公报及日本专利第3865703号公报中，公开了一种机器人系统，该机器人系统的机器人可以沿着在多台机床之间延伸的导轨移动，并且右一个机器人对多台机床的工件进行装卸。在该场合，通过机器人相对机床移动到适当位置，可进行适当的装卸操作。

图6所示的机器人系统，当进行工件70的变更时或维修等时，有时操作人员在机床60的地方进行作业。在这种作业中，大多数情况下需要进行工件70的安装部和保持机构等的调整和检查，因此，这种作业通常在机床60的门61的正面进行。因此，在机床60上，其操作面板62设在设有门61的侧面。在进行这种作业时，若机器人50位于门61的正面，则作业空间变窄，难以进行作业。

另一方面，在日本特开平10-95028号公报所公开的结构中，用于对机床进行工件装卸的机器人配置在机床上，所以当进行维修等作业时，不会因机器人使作业空间变窄。但是，由于能配置在机床上的机器人的重量和大小受限制，因此在处理大的工件的场合，难以使用这种结构。而且，需要将机器人做得比较小型，因此往往机器人的可处理范围也变窄，因此，往往对工件的供给、搬出装置的配置也产生制约。

另外，如日本特开平6-106446号公报及日本专利第3865703号公报那样，若机器人构成为可在导轨上移动，则当进行维修等作业时，可以使机器人移动，可以在机床的用于工件装卸的门的正面确保作业空间。但是，在对一台机床使用一个机器人的结构中，为了做成使用导轨能使机器人移动的结构，需要相当大的成本，并不一定好。

发明内容

于是，本发明的目的是在利用机器人对机床进行工件的装卸的机器人系统中，提供一种新结构的机器人系统，它能在机床的工件装卸用的门的正面确保机床的维修等的作业空间。

为了达到上述目的，根据本发明，提供一种机器人系统，该机器人系统利用机器人对机床进行工件的装卸，并且机床具有为了装卸而放入或取出工件的门；机器人具有：向与机床的形成有门的面垂直的方向观察，设置在从门的正面偏移的位置的底座部件；可绕第一轴旋转地结合在该底座部件上的旋转部件；可绕垂直于第一轴的第二轴回旋地结合在该旋转部件上的第一臂部件；以及可绕平行于第二轴的第三轴回旋地结合在该第一臂部件上的第二臂部件；第一轴在与形成有门的面垂直的方向观察时，相对于铅垂方向，随着朝向上方而向门侧倾斜地延伸。

根据该结构，由于底座部件设置在从门偏移的位置，所以若将第一、第二臂部件以折叠的方式引入，则可以使机器人从门的正面退避。而且，由于第一轴向门侧倾斜，所以能够使第二臂部件的前端方便地到达机床的门内的宽范围的位置。

在上述机器人系统中，优选第二臂部件具有可绕第三轴旋转结合在第一臂部件上的基部和可绕垂直于第三轴的第四轴旋转地结合在该基部上的轴部，机器人还具有保持工件的保持机构，该保持机构具有可绕垂直于第四轴的第五轴回旋地结合在第二臂部件的轴部上的基部和可绕垂直于第五轴的第六轴旋转地安装在该基部上并具备上述工件的保持部的末端部。由此，可以将工件的姿势调整为对机床的装卸时等是适当的。

根据本发明的机器人系统，可以使机器人从机床的工件装卸用的门的正面退避，由此，能够确保机床的维修等的作业空间。而且，能够利用简单结构的机器人，使其臂部件的前端到达机床的门内的所需位置，能适当地进行工件的装卸。

附图说明

以下，参照附图对本发明的上述及其它目的、特征、优点，基于本发明的最佳实施方式进行更详细的说明。

图1是示意地表示本发明的一个实施方式的机器人系统的立体图。

图2是更详细地表示图1的机器人系统中的机器人的立体图。

图3是表示在图1的机器人系统中机器人处于待机姿势的状态的立体图。

图4是表示在图1的机器人系统中机器人位于对机床的工件的装卸位置的状态的立体图。

图5是表示在图1的机器人系统中机器人位于对输送机的工件的交接位置的状态的立体图。

图6是示意地表示现有技术的机器人系统的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。

图1是示意地表示本实施方式的机器人系统的整体结构的立体图。如该图所示，本实施方式的机器人系统是对一台机床10使用一个机器人20的结构。

机床10可以是成型机或加工中心等的进行作为成型零件的工件的制作、对所供给的工件的成型零件的结合和机械加工等的规定的处理的众所周知的任何种类的设备。机床10的详细内容与本发明没有直接关系，所以省略其说明。不管怎样，机床10具有用于放入取出未图示的工件的门11。而且，在机床10的设有门11的侧面的门11的近旁，配置有操作面板12。虽未详细表示，但在门11内设有具备在处理时用于保持工件的处理工作台或夹具的保持部。

机器人20起到对机床10装卸工件的作用。详细来讲，机器人20捕捉由输送机15传送来的工件，并通过门11插入到机床10内并安装在机床10的保持部，及/或，捕捉用机床10处理好的工件并从机床10的保持部卸下，并且通过门11拿到机床10之外并放置在输送机15上。

机器人20固定在设有机床10的地面上所设置的台40上。台40面对机床10的形成有门11的侧面，并配置在向垂直于该侧面的方向观察从门11的正面向侧方(在图1所示的例子中为左侧)偏移的位置。台40的固定有机器人20的面在向与形成有门11的侧面垂直的方向观察时，相对于地面，成为向朝向门11的方向(在图1所示的例子中，抬高左侧端部并面对右侧)倾斜的倾斜面41。

图2表示图1的机器人20的详细结构。如该图所示，机器人20具有固定在台40的倾斜面41上的大致长方体形状的底座部件21。在底座部件21上结合有能绕垂直于其底面的第一轴31旋转的旋转部件23。在旋转部件23上结合有第一臂部件25，该第一臂部件25的一端可绕垂直于第一轴31的第二轴32回旋。在第一臂部件25的另一端结合有第二臂部件27，该第二臂部件27的一端可绕平行于第二轴32的第三轴回旋。

这样，机器人20具有旋转机构串行连接的所谓串联杆系机构。由此，通过调节绕第一～第三的各轴31～33的角度位置，可以将第二臂部件27的前端配置在任意位置。

第二臂部件27具有：可绕第三轴33旋转地连接的基部27a和可绕垂直于第三轴33的第四轴34旋转地结合在该基部27a上，并沿着该第四轴34延伸的轴部27b。在轴部27b的前端结合有保持工件的保持机构29。保持机构29具有可绕垂直于第四轴34的第五轴35回旋地结合在轴部27b的前端的基部29a和可绕垂直于第五轴35的第六轴36旋转地结合在基部29a上的末端部29b。在末端部29b的面对第六轴36的方向的末端面上安装有未图示的手动机构，利用手动机构保持工件。

这样，绕第四～第六轴34～36的旋转机构也构成另一个串联杆系机构。由此，通过调节绕第四～第六各轴34～36的角度位置，可以将末端部29b的工件保持面的方向、即工件的姿势调整为任意的姿势。

以上结构的机器人20，其底座部件21如上所述固定地设定在台40的倾斜面41上。其结果，第一轴31垂直于倾斜面41延伸，在向垂直于门11的形成面的方向观察时，相对于铅垂方向，以随着朝向上方而朝向机床10的门11侧的方式，即向图的右侧倾斜。

接着，参照图3及图4，对本实施方式的机器人20的动作进行说明。

图3表示机器人20的待机姿势。在该待机姿势中，第一臂部件25绕第二轴32向与底座部件21的底面大致平行的角度位置回旋。就绕第一轴31的角度位置而言，第一臂部件25只要从旋转部件23向与机床10的门11侧不同的方向延伸即可。在图3所示的例子中，绕第一轴31的角度位置成为第一臂部件25向与门11侧相反一侧的图3的左侧延伸的位置。第二臂部件27绕第三轴33向接近平行于第一臂部件25的角度位置回旋，相对于第一臂部件25，以在第三轴33处折回的方式延伸。其结果，第二臂部件27，其前端大致位于第一轴31的延长线上，几乎不向门11侧突出。

这样，通过将机器人20设定为图3所示的待机姿势，可以使整个机器人20从机床10的门11的正面退避。即，可以在与机床10的形成有门11的侧面垂直的方向上，使得机器人20的任何部分均不与门11重叠。因而，在图3所示的状态下，操作人员在机床10内通过门11进行存取并进行机床10的维修等作业时，能够抑制机器人20成为障碍的状况。

另外，机器人20相对于门11位于与操作面板12相反的一侧，所以在操作人员操作操作面板12时，机器人20也不会成为障碍。只是，在操作面板12的前面不需要那么大的空间的情况也多，所以机器人20和操作面板12也可以不一定位于相反侧。而且，也可以做成降低机器人20的姿势，在操作面板12的前面留出空间的这种结构。

接着，图4表示相对于机床10利用机器人20进行工件的装卸的状态。此时，绕第一轴31的角度位置成为垂直于第二轴32的线位于朝向机床10的门11侧的位置。在绕第一轴31的角度位置为该位置的状态下，通过使第一臂部件25绕第二轴32回旋，就可以将第一臂部件25设定为朝向门11侧延伸的状态。而且，第二臂部件27也可以通过以扩大与第一臂部件25之间的角度的方式绕第三轴33回旋，从而设定为向门11侧延伸的状态。通过这些，可以使第二臂部件27的前端的保持机构29到达机床10的门11内。

此时，由于第一轴31向门11侧倾斜地延伸，因此在与门11的形成面平行的面内观察，第一及第二臂部件25、27可以成为在两者的结合部不折弯，并且向门11侧笔直地延伸的状态。因此，与以第一轴31铅垂地延伸的方式配置机器人20的情况比较，即使不太加长第一及第二臂部件25、27，也能使第二臂部件27的前端到达门11内的所需位置。因而，可以比较紧凑地构成机器人20。

另外，通过适当设定台40的位置、倾斜面41的角度及第一臂部件25的长度等，在与门11的形成面垂直的方向上，可以使第一臂部件25和第二臂部件27的结合部位于与门11重叠(在图示的例子中，比门11的作为配置有机器人20的一侧的左侧的边缘靠右侧)的位置。此时，第三轴33相对铅垂方向倾斜地延伸，所以通过使第二臂部件27绕第三轴33回旋，可以使第二臂部件27的前端在水平方向上位于比第一臂部件25和第二臂部件27的结合部靠机器人20一侧(在图示的例子中为左侧)的位置。其结果，可以使第二臂部件27的前端的保持机构29到达向与门11的形成面垂直的方向观察时，机床10内的门11的机器人20一侧(在图示的例子中为左侧)的边缘靠机器人20一侧的位置。这在以第一轴31铅垂地延伸的方式配置机器人20的情况下是不可能的。这样，向与门11的形成面铅垂的方向观察时，通过以向门11侧倾斜地延伸的方式构成第一轴31，从而能够确保利用机器人20可进行存取的机床10内的区域较宽。

其次，图5表示利用机器人20从输送机15接受工件，或者将用机床10处理完的工件放置在输送机15上的状态。在图示的例子中，输送机15相对机器人20配置在机床10的相反侧，机器人20与图4所示的状态比较，在绕第一轴31大致旋转了180度的状态下，在输送机15上进行存取。输送机15的配置不限于图示的配置，也可以将输送机15配置在机床10的左右任意一侧，如所理解的那样，无论那种配置，机器人20都能无障碍地在输送机15上进行存取。这样，在本实施方式的结构中，对输送机15的配置没有特别的制约。

如以上说明，根据本实施方式，在利用机器人20对机床10进行工件的装卸的机器人系统中，在机器人20待机时，可以使机器人20从门11的正面退避。由此，操作人员通过门11在机床内进行存取并进行机床10的维修等作业时，能够抑制机器人20成为障碍的状况。

此时，机器人20设置在与机床10不同的地面上，所以不会像配置于机床10上的情况那样对重量和大小产生制约。因此，即使重量大的工件也能进行处理。而且，对工件的供给、送出装置的配置也不产生制约。

而且，机器人20通过用将绕第一～第三轴31～33的旋转机构做成串行连接的简单的机构将第一轴31做成向机床10的门11侧倾斜的结构，因而不使用特殊的机构和或使机构大型化，就能在机床10内方便地进行存取。尤其是，机器人20可在机床10的宽范围的位置进行存取。

另外，上述实施方式仅作为本发明的例子进行说明，但在本发明的保护范围内可进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，表示了具有绕第四～第六轴34～36的旋转机构的机器人20。根据该结构，在对机床10进行工件的装卸时和对输送机15进行工件的交接时，最好是能将工件的姿势调节为适当的姿势。但是，在工件的姿势不太成为问题的场合，也可以省略绕第四～第六轴34～36的旋转机构。而且，也可以为了在使第二臂部件27位于对机床10进行工件的装卸位置和对输送机15的交接位置时使工件成为适当的姿势，将工件的保持机构相对于第二臂部件27以规定的位置及姿势进行固定。

另外，也可以做成在旋转机构的基础上，组装伸缩机构的结构。由此，能进一步扩大机器人的可工作的范围。

而且，在上述实施方式中，表示在将机器人20设置在具备倾斜面41的台40上的结构。根据该结构，通过使用倾斜面41的倾斜角度等不同的各种台40，可具有使用共同的机器人20可实现适于各种系统的结构的优点。但是，也可以将底座部件21做成其上面倾斜的结构，并将第一轴31做成与底座部件21的倾斜的上表面垂直的结构。或者，也可以做成第一轴31从底座部件21的水平的上表面倾斜地突出的结构。

另外，第一轴31的倾斜方向不需相对形成有门的面严格地平行，考虑到输送机等的周围设备的配置等，相对平行面具有一定角度在实现本申请的目的方面没有任何障碍。

Claims (2)

1.一种机器人系统，利用机器人(20)对机床(10)进行工件的装卸，并且上述机床(10)具有为了装卸而放入或取出工件的门(11)，其特征在于，

上述机器人(20)具有：向与上述机床(10)的形成有上述门(11)的面垂直的方向观察，设置在从上述门(11)的正面偏移的位置的底座部件(21)；可绕第一轴旋转地结合在该底座部件(21)上的旋转部件(23)；可绕垂直于上述第一轴的第二轴回旋地结合在该旋转部件(23)上的第一臂部件(25)；以及可绕平行于上述第二轴的第三轴回旋地结合在该第一臂部件(25)上的第二臂部件(27)；

上述第一轴在向与形成有上述门(11)的面垂直的方向观察时，相对于铅垂方向，随着朝向上方而向上述门(11)侧倾斜地延伸。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，

上述第二臂部件(27)具有可绕上述第三轴旋转地结合在上述第一臂部件(25)上的基部(27a)和可绕垂直于上述第三轴的第四轴旋转地结合在该基部(27a)上的轴部(27b)，

上述机器人(20)还具有保持上述工件的保持机构(29)，该保持机构(29)具有可绕垂直于上述第四轴的第五轴回旋地结合在上述第二臂部件(27)的上述轴部(27b)上的基部(29a)和可绕垂直于上述第五轴的第六轴旋转地安装在该基部(29a)上并具备上述工件的保持部的末端部(29b)。

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