CN102049774A - 机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人，该机器人包括基部以及臂，该臂由通过多个关节连接的多个构件形成。所述臂具有偏移部，其中某一关节的旋转轴线沿预定方向从相邻关节的旋转轴线偏移，并且所述相邻关节的所述旋转轴线沿与所述预定方向相反的方向从与所述相邻关节相邻的关节的旋转轴线偏移。

Description

机器人
技术领域
本发明涉及一种具有多个关节的机器人。
背景技术
在最典型的垂直多关节机器人中，安装在基部上的臂包括六个或七个旋转关节，并且设置在关节的远端侧(机器人手侧)的部分旋转或转动。
这种机器人的手的运动范围可通过增加臂的长度而扩大。同时，若将臂折叠成使得机器人的手置于基部附近的区域，就必须防止手与臂干涉。为此，机器人的手的运动范围设定成不包括基部附近的区域。
近年来，需要一种可执行更复杂操作并且运动范围更大的机器人。因此，需要机器人以使手既可置于距基部足够远的位置也可置于较靠近基部的位置的方式操作。
作为解决该问题的技术，日本专利特开公报No.2008-272883公开了一种用于使臂的在该臂的中部的旋转轴线偏移的结构。根据该公开技术，即使在臂折叠的状态下，也可在避免臂部之间的干涉的同时确保宽的运动范围。
发明内容
需要机器人在确保更宽运动范围的同时具有更紧凑的尺寸。具体地说，当未使用机器人时，臂采取大体笔直的姿势，以最小化臂与周围物体干涉的区域。
然而，如在专利文献1的技术中，当臂的旋转轴线偏移时，即使可通过移动臂的关节而使臂成笔直形式，但是臂也由于该偏移而突出。这限制了机器人的空间节约性能的增强。
因此，本发明的目的是提供一种在拓宽运动范围的同时可增强空间节约性能的机器人及机器人系统。
根据本发明的一个方面，一种机器人包括基部以及臂，该臂包括通过多个关节连接的多个构件。所述臂包括偏移部，在该偏移部处，任何一个关节的旋转轴线均沿预定方向从相邻关节的旋转轴线偏移，并且所述相邻关节的所述旋转轴线沿与所述预定方向相反的方向从与所述相邻关节相邻的关节的旋转轴线偏移。
附图说明
参照附图进一步详细描述本发明，在附图中：
图1是示出根据第一实施方式的机器人的构造的侧视图；
图2是示出第一实施方式的机器人的构造的侧视图；
图3是示出根据第二实施方式的机器人的构造的侧视图；
图4是示出根据第三实施方式的机器人的构造的侧视图；以及
图5是示出第三实施方式的机器人的构造和运动范围的俯视图。
具体实施方式
第一实施方式
整体构造
以下参照附图描述第一实施方式。
如图1中所示，根据第一实施方式的机器人系统100包括七轴式垂直多关节机器人1、机器人控制器2以及使机器人1和机器人控制器2连接的缆线3。
机器人控制器2由包括存储器、电子处理器和输入装置(它们均未示出)的计算机形成，并通过缆线3与机器人1中的下述的致动器连接。通过使机器人控制器2与致动器之间的信号传输线和用于从电源(未示出)向致动器供应电力的供电线集束并加套而形成缆线3。
机器人1包括臂以及固定至安装表面(例如，底板或天花板)101的基部10。在所述臂中，臂构件(第一构件)11、臂构件(第二构件)12、臂构件(第三构件)13、臂构件(第四构件)14、臂构件(第五构件)15、臂构件(第六构件)16以及凸缘(第七构件)17从基部10至机器人1的前端依次通过旋转关节(第一至第七关节)连接。也就是说，臂由臂构件11至17以及旋转关节构成。
更具体地说，基部10和臂构件11由第一致动器(第一关节)11A连接，并且臂构件11在第一致动器11A的驱动下旋转。臂构件11和臂构件12由第二致动器(第二关节)12A连接，并且臂构件12在第二致动器12A的驱动下枢转。
臂构件12和臂构件13由第三致动器(第三关节)13A连接，并且臂构件13在第三致动器13A的驱动下旋转。臂构件13和臂构件14由第四致动器(第四关节)14A连接，并且臂构件14在第四致动器14A的驱动下枢转。
臂构件14和臂构件15由第五致动器(第五关节)15A连接，并且臂构件15在第五致动器15A的驱动下旋转。臂构件15和臂构件16由第六致动器(第六关节)16A连接，并且臂构件16在第六致动器16A的驱动下枢转。
臂构件16和凸缘17由第七致动器(第七关节)17A连接，并且凸缘17和附连至该凸缘17的末端执行器(未示出)(例如手)在第七致动器17A的驱动下枢转。
如图1所示，臂构件13包括接收第三致动器13A的接收部(接收部A)20A、从接收部20A向图的右上侧(沿R方向以及朝前端的方向)倾斜延伸的连接部(连接部A)20B以及接收第四致动器14A的接收部(接收部B)20C。接收部20A、接收部20C以及连接部20B形成连续的内部空间，缆线3储存在该内部空间处。
臂构件14包括接收第四致动器14A的接收部(接收部A)21A、从接收部21A向图的左上侧(沿L方向以及朝前端的方向)倾斜延伸的连接部(连接部B)21B以及接收第五致动器15A的接收部(接收部D)21C。接收部21A、接收部21C以及连接部21B形成连续的内部空间。
也就是说，接收部20A、接收部20C、连接部20B、接收部21A、接收部21C以及连接部21B对应于所述偏移部。
第一至第七致动器11A至17A均由内置有减速器的伺服电机形成。伺服电机具有可供缆线3延伸穿过的孔。第一至第七致动器11A至17A通过缆线3与机器人控制器2连接。
当机器人1采取使旋转轴线A1、A3和A5(称为沿旋转方向的旋转轴线)垂直于安装表面101(图1中所示的状态)的姿势时，旋转轴线A2、A4、A6和A7(沿枢转方向的旋转轴线)与沿旋转方向的旋转轴线成90度角。此外，旋转轴线A6与旋转轴线A7成90度角。
第一致动器11A的旋转轴线A1以及第三致动器13A的旋转轴线A3基本相互对齐。而且，旋转轴线A1和旋转轴线A3与第二致动器12A的旋转轴线A2正交。
旋转轴线A1和A3不与第四致动器14A的旋转轴线A4相交，并且沿与安装表面101水平的方向(关于旋转轴线A3沿图1的R方向)从旋转轴线A4偏移长度d1。
换言之，偏移是指这样的状态，其中当机器人或所述臂采取使得其在安装表面上的投影面积最小的姿势时，与基端处的旋转轴线不同的旋转轴线沿正交方向从基端处的该旋转轴线移位。
此外，旋转轴线A4不与第五致动器15A的旋转轴线A5相交，并且沿与安装表面101水平的方向(关于旋转轴线A5沿图1的向右方向)从旋转轴线A5偏移长度d2。
因此，旋转轴线A3和旋转轴线A5沿与安装表面101水平的方向(关于旋转轴线A3沿图的向右方向)偏移长度|d1-d2|。
在第一实施方式中，长度d1设定成大于长度d2(即，d1＞d2)。臂构件13的宽度大于臂构件15的宽度。
基部10具有缆线插入孔(未示出)。如图2中所示，缆线3依次穿过基部10的内部、第一致动器11A的孔、臂构件11、第二致动器12A的孔、臂构件12、第三致动器13A的孔、接收部20A、连接部20B、接收部20C、第四致动器14A的孔、接收部21A、连接部21B、接收部21C、第五致动器15A的孔、臂构件15、第六致动器16A的孔、臂构件16以及第七致动器17A的孔。此外，缆线3经由凸缘17的孔连接至末端执行器(未示出)。
由于第一实施方式的机器人系统100具有上述构造，因此当机器人系统100在第四致动器14A大幅度旋转的状态下使凸缘17置于基部10或臂构件11附近而操作时，如图2所示，旋转轴线A3和旋转轴线A5以长度d1和长度d2之和(即，d1+d2)相互偏移，这增大了旋转轴线A3与旋转轴线A5之间的偏移量。为此，即使在第四致动器14A弯曲而获得使旋转轴线A3与旋转轴线A5基本相互平行的姿势时，也可防止臂构件13与臂构件15接触并相互干涉，从而可允许凸缘17到达臂构件11附近的下部位置。
与此对照，在机器人系统100的待机状态期间，机器人1操作成使旋转轴线A1、旋转轴线A3和旋转轴线A5垂直于安装表面101。这可最小化机器人1沿与安装表面101水平的方向的突出量。在这种情况下，旋转轴线A1和A3从旋转轴线A4偏移的偏移量限制为长度d1。
换言之，在第四致动器14A弯曲的状态下可获得与d1+d2对应的偏移量，并且在待机状态下可将偏移量限制为d1(d1＜d1+d2)。因而，通过偏移可确保凸缘17的宽的运动范围，并且可实现进一步的空间节约。
缆线3穿过第三致动器13A的孔、在连接部20B中轻度弯曲、穿过第四致动器14A的孔、在连接部21B中轻度弯曲、然后被引导至第五致动器15A的孔。因此，即使臂构件13与臂构件14之间的角度由于第四致动器14A的大幅度旋转而更加尖锐，也可将缆线3的曲率限制为相对较小的值。因此，可降低因缆线3的曲率增加而对缆线3造成的损害。
在第一实施方式中，第五致动器15A使臂构件15旋转，第六致动器16A使臂构件16枢转，第七致动器17A以与臂构件16的枢转方向成90度的角摇动凸缘17。因此，与第七致动器17A使凸缘17旋转的情况不同，可防止由于旋转轴线A5和旋转轴线A7重叠而导致的失控点(奇点)。因此，在使第四致动器14A弯曲的姿势(图2的状态)中无需执行用于避免奇点的操作。这提高了机器人1的操作中的灵活度。
第二实施方式
接下来描述第二实施方式。如图3中所示，第二实施方式的机器人系统200与第一实施方式的机器人1的不同之处仅在于第七致动器27A(第七关节)和凸缘27的附连方向。因此，在以下描述中，为了方便说明，适当省略重复描述，并用相同附图标记指代相同部件。
在第二实施方式中，臂构件16通过第七致动器27A连接至凸缘27，并且凸缘27和附接至该凸缘27的末端执行器(未示出)(例如手)在第七致动器27A的驱动下旋转。
由于第二实施方式的机器人系统200具有上述构造，因此与第一实施方式的机器人1相对照，其需要避免在第四致动器14A弯曲时引起的奇点，但是仅通过驱动第七致动器27A就可容易地使附连至凸缘27的末端执行器旋转。因而，第二实施方式适于使末端执行器旋转的应用。
第三实施方式
接下来描述第三实施方式。如图4和图5中所示，第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于移除了第一实施方式中采用的基部，并且主体设有一对(两个)臂400，这一对臂的结构与机器人1的臂的结构类似。因此，适当省略与第一实施方式重叠的描述，并且用相同附图标记指代相同部件。
在第三实施方式的机器人系统300中，两个臂400附连至主体301(与所述基部相对应)，主体301固定至安装表面101。
主体301包括固定至安装表面101的基部301A以及借助致动器301C相对于基部301A转动的转动主体部(主体)301B。
转动主体部301B从致动器301C斜向上延伸(向图4的右上方)，并具有可供所述一对臂400附连的开口。
致动器301C的旋转轴线Ab沿与安装表面101水平的方向(关于旋转轴线Ab向右的方向)从臂400中的第一致动器11A的旋转轴线A1偏移长度d3。
在第三实施方式中，臂400附连至转动主体部301B，使得相应的第一致动器11A的旋转轴线A1布置在同一直线上(可适当改变臂400的取向)。也就是说，转动主体部301B还用作两个臂400的基部。机器人控制器302通过缆线303连接至臂400，使得臂400的致动器根据来自机器人控制器302的命令操作。
由于第三实施方式的机器人系统300具有上述构造，因此可增大所述一对臂400在主体附近协作(例如，在机械产品的装配期间)的运动范围。这实现了进一步的空间节约。
此外，转动主体部301B斜向上延伸并且所述一对臂400附连至该转动主体部。因而，旋转轴线Ab与旋转轴线A1之间的偏移允许臂400的凸缘17通过致动器301C的旋转移动至更远位置。
此外，臂400的端部甚至可到达形成在基部301A附近并位于转动主体部301B下方的空间。因此，可利用转动主体部301B下方的空间进行操作，这实现了进一步的空间节约。
尽管以上描述了本发明的实施方式，但是本发明的机器人系统不限于以上实施方式，并且在不背离本发明范围的情况下可进行适当修改。
例如，尽管第一实施方式的机器人附连到第三实施方式中的主体，但附连到该主体的臂可以与第二实施方式的机器人系统200中采用的臂类似。
尽管在以上实施方式中机器人具有七个关节，但是其可具有三个关节。例如，可从机器人移除除第一实施方式中的第三至第五致动器13A、14A、15A以及臂构件13至15以外的结构。
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年11月10日提交的日本专利申请No.2009-257212的优先权。通过引用将该专利申请完整并入本文。

Claims (10)

1.一种机器人，该机器人包括：
基部；以及
臂，该臂包括通过多个关节连接的多个构件；
其中，所述臂具有偏移部，在该偏移部处，任何一个所述关节的旋转轴线均沿预定方向从相邻关节的旋转轴线偏移，并且所述相邻关节的所述旋转轴线沿与所述预定方向相反的方向从与所述相邻关节相邻的关节的旋转轴线偏移。
2.根据权利要求1所述的机器人，其中所述臂包括：
构造成使第一构件相对于所述基部旋转的第一关节；
构造成使第二构件相对于所述第一构件枢转的第二关节；
构造成使第三构件相对于所述第二构件旋转的第三关节；
构造成使第四构件相对于所述第三构件枢转的第四关节；
构造成使第五构件相对于所述第四构件旋转的第五关节；以及
构造成使第六构件相对于所述第五构件枢转的第六关节，
其中，所述第三关节的旋转轴线沿预定方向从所述第四关节的旋转轴线偏移第一长度，并且所述第四关节的旋转轴线沿与所述预定方向相反的方向从所述第五关节的旋转轴线偏移第二长度。
3.根据权利要求2所述的机器人，其中所述臂还包括第七构件以及构造成使所述第六构件旋转的第七关节。
4.根据权利要求2所述的机器人，其中所述臂还包括第七关节，该第七关节构造成绕与所述第六关节的旋转轴线正交的旋转轴线旋转，并使第七构件相对于所述第六构件枢转。
5.根据权利要求2所述的机器人，该机器人还包括：
缆线，该缆线至少从所述第三关节经由所述第四关节延伸至所述第五关节。
6.根据权利要求5所述的机器人，其中所述第三关节、所述第四关节和所述第五关节均由电机形成，该电机具有接收所述缆线的孔。
7.根据权利要求6所述的机器人，其中所述第三构件包括：
构造成接收所述第三关节的第一接收部；
沿所述预定方向从所述第一接收部延伸的第一连接部；以及
构造成接收所述第四关节的第二接收部；并且
其中所述缆线储存在由所述第一接收部、所述第一连接部和所述第二接收部形成的内部空间中。
8.根据权利要求7所述的机器人，其中所述第四构件包括：
构造成接收所述第四关节的第三接收部；
沿与所述预定方向相反的方向从所述第三接收部延伸的第二连接部；以及
构造成接收所述第五关节的第四接收部；并且
其中所述缆线储存在由所述第三接收部、所述第二连接部和所述第四接收部形成的内部空间中。
9.根据权利要求1所述的机器人，其中，一对所述臂附连至所述基部。
10.根据权利要求9所述的机器人，其中所述一对臂以不对称形式附连至主体，
其中所述主体包括：
固定至安装表面的基部构件；以及
经由转动关节连接至所述基部构件的主体部，该转动关节相对于所述基部构件转动；并且
其中所述转动关节的旋转轴线从该机器人的所述基部偏移。
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