CN101890711A - 机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人系统，该机器人系统具有：臂部件(23)；致动器(22)，所述致动器(22)使臂部件(23)摆动；手部件(24)，所述手部件(24)以能够旋转的方式与臂部件(23)的末端连接；以及线性致动器(3)，所述线性致动器(3)分别支撑一对臂部(1、2)并分别直线驱动一对臂部(1、2)，该机器人系统根据来自控制器(55)的指令使致动器(22)与线性致动器(3)协作，从而使各手部件(24)呈直线状地进退移动。

Description

机器人系统
本申请援引了2009年5月19日提交的题为“机器人以及运送系统”的日本专利申请第2009-049352号，该专利申请以全文引用的方式并入在本申请中。
技术领域
本发明涉及自动地取出并运送物品的机器人系统。
背景技术
以往，将物品从并列有多个货架的保管库自动地取出并输送的物品运送系统被提出并应用。
作为所述系统，提出有如下方案：在沿着并列的多个货架的滑动机构搭载水平多关节机器人，将安装于水平多关节机器人的臂部的末端的双叉(ダブルフオ一ク)插入到货架内的物品的下部，将物品从货架取出并进行输送。(例如，参照日本特开1999-208818号公报)。所述专利公报的内容以全文引用的方式并入在本申请中。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种机器人系统，该机器人系统具有臂部件、使臂部件摆动的致动器、以能够旋转的方式与臂部件的末端连接的手部件(叉)、以及分别支撑一对臂部并且分别直线驱动一对臂部的线性致动器，该机器人系统根据来自控制器的指令，使致动器与线性致动器协作，从而使各手部件呈直线状地进退移动。
附图说明
本发明通过参照以下附图而得到更详细的描述：
图1是示出机器人的示意性的俯视图。
图2是示出机器人系统的整体结构的示意性的图。
图3是对机器人的结构进行局部透视并示意性地示出的侧视图。
图4是对机器人的结构进行局部透视并示意性地示出的俯视图。
图5A是说明机器人系统的动作的图。
图5B是说明机器人系统的动作的图。
图5C是说明机器人系统的动作的图。
图5D是说明机器人系统的动作的图。
图6A是说明机器人系统的动作的图。
图6B是说明机器人系统的动作的图。
图6C是说明机器人系统的动作的图。
图6D是说明机器人系统的动作的图。
图7是说明机器人的结构的示意性的俯视图。
图8是示出第二实施方式的机器人的示意性的俯视图。
具体实施方式
第一实施方式
(整体结构)
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图2所示，本发明的第一实施方式所述的机器人系统100由工件取出机器人(机器人)50、升降装置51、水平移动装置52、物品收纳架53、运出口54以及控制器55构成。
升降装置51具有使支撑部件56沿上下方向(重力方向)升降的升降机构，升降装置51的基端固定于水平移动装置52的支撑部。
水平移动装置52具有致动器，该致动器能够使支撑部沿设置于地面的轨道57直线移动。另外，轨道57在俯视图中沿物品收纳架53的左右方向(即，沿着多个收纳箱的并列方向的方向、物品收纳架53的长边方向)延伸设置。
物品收纳架53在上下方向和左右方向(换言之，沿着轨道57的方向)并列有多个用于收纳工件(物品)W的收纳箱(物品收纳箱)53a。
所述收纳箱53a与所收纳的工件W的形状对应地设定有多种左右方向长度。
运出口54由未图示的运送带等构成，该运出口54将载置于运出口54的工件W运出到机器人系统100外。
控制器55由具有运算装置、存储装置、输入装置以及显示装置(均省略图示)的计算机构成，从其功能来说，控制器55具有物品信息取得部(物品信息取得单元)55a和动作控制部55b。
控制器55以能够进行信息通信的方式与机器人50、升降装置51以及水平移动装置52连接，并利用动作控制部55b基于来自输入装置的预先示教的信息对机器人50、升降装置51、水平移动装置52的各致动器的动作进行控制。
此外，在物品信息取得部55a预先存储有物品收纳架53的各收纳箱53a(或者工件W)的尺寸信息以及位置信息(合称为形状信息)。动作控制部55b基于存储于物品信息取得部55a的形状信息，设定后述一对臂部1、2之间的间隔(长度)。
(机器人的结构)
接下来，对机器人50的结构进行说明。
如图1所示，机器人50由臂部1和臂部2(一对臂部)、以及线性致动器3构成。
线性致动器3构成为具有底座部件11、滚珠丝杠12、带减速器的伺服电动机(以下称作电动机)13、以及一对滑块14a、14b。
底座部件11与升降装置51的支撑部件56连接，并沿左右方向延伸得较长。
滚珠丝杠12通过在杆状部件设置螺旋槽而形成，并以能够与电动机13的输出轴13a一体旋转的方式与电动机13的输出轴13a连接。此外，滚珠丝杠12的螺旋槽被设置成以滚珠丝杠12的左右方向中央部为界使螺旋槽成为相反方向。
各滑块(螺母)14a、14b(参照图2)分别安装于以滚珠丝杠12的左右方向中央部为界对称的位置。各滑块(螺母)14a、14b分别具有设有螺旋槽的中空孔，并且各滑块14a、14b通过滚珠丝杠12的旋转而沿滚珠丝杠12的长边方向(直线状的驱动轴线A1)被向彼此相反的方向直线驱动。
臂部1和臂部2构成为分别具有基座21、致动器22、臂部主体23以及叉(手部件)24。臂部1和臂部2分别相同地构成，因此在此仅对臂部1进行详细说明。
如图3、图4所示，基座21固定于滑块14a(臂部2的基座21固定于滑块14b)，并在滑块14a的驱动下沿左右方向移动。
致动器22由具有中空轴22a的带减速器的伺服电动机构成，并安装于基座21的内部空间。
致动器22具有绕旋转轴线A2旋转驱动的旋转驱动体(输出轴)22b，旋转驱动体22b经推力轴承38支撑于致动器22主体。另外，中空轴22a与旋转驱动体22b的旋转驱动无关地固定于基座21。
形成臂部1的外部轮廓并作为结构材料的臂部主体(臂部件)23的基端侧(即基座侧)与旋转驱动体22b螺栓接合，并且该臂部主体23在致动器22的驱动下绕旋转轴线A2摆动。
此外，在臂部主体23的基端侧设有孔部23b，中空轴22a贯穿插入在孔部23b中。此外，带轮(第一带轮)31与中空轴22a螺栓接合。
线缆36贯穿插入在中空轴22a中，线缆36与叉24的载置传感器24b连接。
在臂部主体23的末端侧(即，叉24侧)的上部设有孔部23c，带轮(第二带轮)32经推力轴承39嵌合安装于孔部23c。即，带轮32以与推力轴承39的旋转部一体旋转的方式与推力轴承39的旋转部接合。即，在本实施例中，带轮32和推力轴承39相当于关节部件。
此外，带34挂设在带轮31和带轮32上，用于传递带轮31和带轮32的旋转力。
另外，在带轮31和带轮32的中间部分，张力施加机构33设置于臂部主体23，该张力施加机构33通过从一侧按压带34来适当地调整带34的张力。
在带轮31的上方以及带轮32的下方分别设有维护用的罩35、37，从而能够在卸下接合螺栓后从外部进行维护作业。
叉24的基端侧(臂部主体23侧)与推力轴承39的旋转部螺栓接合，从而叉24被连接成能够相对于臂部主体23绕旋转轴线A3旋转。在叉24的末端和基端侧分别设有用于限制工件W打滑的止动件24a。
载置传感器24b是检测工件W是否已被载置于叉24的传感器，载置传感器24b的检测结果被输入到控制器55。
本发明的第一实施方式所述的机器人系统如上所述地构成，因此基于预先存储于控制器55的示教信息，控制器55使升降装置51和水平移动装置52动作从而将机器人50输送至收纳有要取出的工件W的收纳箱53a的附近。
接着，如图5A所示，使机器人50的线性致动器3动作，根据作为目标的收纳箱53a的形状信息来调整臂部1、2的间隔L。此时，臂部主体23的末端侧被定位于最靠退开侧的位置。
此时，控制器55对预先存储的阈值L0与实际设定的间隔L之间的大小关系进行比较。
(外旋的情况)
如图5A所示，在间隔L大于阈值L0的情况下(L＞L0)，控制器55使各臂部1、2进行外旋动作，从而使叉24进退移动。
即，如图5B所示，驱动各臂部1、2的致动器22(旋转驱动体22b)，使各臂部主体23的末端侧分别向相互远离的方向(图5B中的箭头方向、即外旋方向)摆动。与此同时，控制器55驱动线性致动器3使各基座21以相互接近的方式移动。
控制器55通过调整一对致动器22和线性致动器3的动作速度使它们协作，来使各叉24分别沿进退方向的直线路径移动。另外，一对臂部1、2相对于线性致动器3的中央面面对称地动作。
即，通过致动器22的旋转，臂部主体23与第一带轮31相对旋转，并经由带34使第二带轮32旋转，从而使叉24相对于臂部主体23绕旋转轴线A3旋转。由此，即使致动器22旋转，叉24的长边方向也始终与进退方向一致。
此外，同时，通过利用线性致动器吸收因臂部主体23的摆动而引起的叉24在左右方向的移位，从而如图5B、图5C所示，各叉24在保持间隔L恒定的状态下沿进退方向呈直线状地移动。
接着，如图5D所示，在叉24插入到收纳箱53a内的工件W的下部，并且利用载置传感器24b检测出工件W已被载置于各止动件24a之间时，控制器55向与前进时相反的方向驱动致动器22和线性致动器3，使叉24后退(向退开方向移动)至图5A所示的位置。
然后，使升降装置51和水平移动装置52动作，将机器人50移动到运出口54附近，使机器人50的各叉24同样地进退移动，将从收纳箱53a取出的工件W转移至运出口54。
(内旋的情况)
另一方面，如图6A所示，在间隔L不大于阈值L0的情况下(L≤L0)，控制器55使各臂部1、2进行内旋动作，从而使叉24进退移动。
即，如图6B所示，驱动各臂部1、2的致动器22(旋转驱动体22b)，使各臂部主体23的末端侧分别向相互靠近的方向(图6B中的箭头方向、即内旋方向)摆动。
同时，控制器55驱动线性致动器3使各基座21以相互远离的方式移动。控制器55通过调整一对致动器22和线性致动器3的动作速度使它们协作，来使各叉24分别沿进退方向的直线路径移动。另外，一对臂部1、2相对于线性致动器3的中央面面对称地动作。
内旋的情况与外旋相同，使致动器22与线性致动器3协作，从而使各叉24分别沿进退方向呈直线状地移动。
这样，根据本实施方式所述的机器人系统，通过各臂部1、2的致动器22与线性致动器3的协作，即使在从致动器22到叉24的范围内关节部(在此对应于第二带轮32和推力轴承39)的数量只有一个，也能够使叉24沿进退方向直线移动。
即，能够使在仅利用致动器使叉进退的情况下在致动器和叉之间需要的两个关节部减少。
由此，由于能够使由致动器驱动的各臂部1、2相对轻量地构成，因此能够采用更低输出的小型的致动器22。
此外，由于采用了更为小型的致动器22，因此也能够减小施加于线性致动器3的负载，也能够采用更低输出的线性致动器3，能够使机器人整体小型化。
此外，在利用各臂部1、2运送工件W时根据工件W的形状信息调整各臂部1、2的间隔L，由此，即使是左右方向的尺寸不同的收纳箱53a也能够在最适当的位置支撑工件W。
此外，使线性致动器3与各致动器23协作，从而使各叉24呈直线状地进退移动，因此如图7所示，与叉24的进退移动动作相关的臂部的动作范围M在左右方向被抑制到间隔L所能够设定到的最大值(根据线性致动器的行程来设定)Lmax左右。此外，各臂部1、2的可动范围也被相对于基座21抑制在臂部主体23的长度La以内的矩形范围内，能够使机器人50进一步小型化。
此外，通过根据运送的工件W的形状适当地设定叉24之间的间隔，即使是形状不同的工件W也能够在最适当的位置(宽度)得到支撑，因此能够防止工件W的脱落等，能够以更高的精度进行运送。
第二实施方式
以下，参照附图，对本发明的第二实施方式进行说明。
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，在本实施方式中未作特别说明的部分与上述第一实施方式为相同的结构，采用相同标号进行说明。
如图8所示，在本实施方式中，仅臂部1安装于线性致动器3，而省略了臂部2，这一点与第一实施方式不同。
此外，仅滑块14a安装于线性致动器3，滚珠丝杠12在全长范围内切设有相同方向的螺旋槽，在电动机13的驱动下，臂部1(滑块14a)在滚珠丝杠12的全长范围内被直线驱动。
另外，在本实施方式中，线性致动器3的可动长度形成为比物品收纳箱53a的左右方向长度Lr要长，从而无需驱动升降装置51和水平移动装置52，只需使线性致动器3驱动即可将叉24插入相邻的左右的物品收纳箱53a。
本发明的第二实施方式所述的机器人系统如上所述地构成，因此即使关节部的数量与第一实施方式一样仅为一个，也能够使叉24沿进退方向直线移动，能够使机器人50小型化而不会使功能降低。
此外，由于线性致动器3的可动长度形成为比物品收纳箱53a的左右方向长度Lr要长，因此无需使水平移动装置52动作即可运送相邻的物品收纳箱53a内的工件W。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明所述的机器人以及机器人系统并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行适当变形并应用。
例如，线性致动器并不限定于采用滚珠丝杠，只要是可使臂部沿物品收纳箱的开口面直线移动的装置即可适当应用。

Claims (10)

1.一种机器人系统，其特征在于，
该机器人系统具有：
臂部件(23)；
致动器(22)，所述致动器(22)使所述臂部件(23)摆动；
手部件(24)，所述手部件(24)设于所述臂部件(23)的末端；
关节部件(32、39)，所述关节部件(32、39)将所述臂部件(23)和所述手部件(24)以能够旋转的方式连接起来；
线性致动器(3)，所述线性致动器(3)支撑并直线驱动所述致动器(22)；以及
控制器(55)，所述控制器(55)使所述致动器(22)与所述线性致动器(3)协作，从而使所述各手部件(24)沿进退方向直线移动。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述机器人系统具有一对臂部(1、2)，所述一对臂部(1、2)分别具有所述臂部件(23)、所述致动器(22)和所述手部件(24)。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，
所述线性致动器(3)配设成使直线状的驱动轴线处于与所述各手部件(24)的所述进退方向正交的方向。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
该机器人系统具有：
第一带轮(31)，所述第一带轮(31)在所述臂部件(23)的基端部经旋转轴承(38、39)设于所述臂部件(23)，并且所述第一带轮(31)在所述致动器(22)的旋转轴线方向上的旋转被限制；
第二带轮(32)，所述第二带轮(32)作为所述关节部件设于所述臂部件(23)的末端部，所述第二带轮(32)能够相对于所述臂部件(23)旋转，并且所述第二带轮(32)与所述手部件(24)一体地旋转；以及
带部件，所述带部件挂设于所述第一带轮(31)和所述第二带轮(32)。
5.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，
该机器人系统具有物品信息取得部(55a)，该物品信息取得部(55a)用于取得所运送的物品的形状信息，
所述控制器(55)基于利用所述物品信息取得部(55a)取得的形状信息，来调整所述一对臂部(1、2)的间隔。
6.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，
所述一对臂部(1、2)以相互面对称的方式动作。
7.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，
所述控制器基于利用所述物品信息取得部(55a)取得的所述形状信息，使所述一对臂部以相互面对称的方式动作。
8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述线性致动器(3)构成为具有伺服电动机(13)和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠被所述伺服电动机(13)驱动，并且所述滚珠丝杠具有以中间部为界彼此反向的螺旋槽。
9.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
该机器人系统具有：
收纳物品的多个物品收纳箱；以及
运出所述物品的运出口(54)。
10.根据权利要求9所述的机器人系统，其中，
该机器人系统具有：
支撑所述臂部件(23)的支撑部件(56)；以及
使所述支撑部件沿上下方向升降移动的升降装置(51)。
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