CN102348543B - 作业装置和作业方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种作业装置(12)和作业方法，其中，多关节式机器人(26)通过命令平衡器(22)进行垂直运动来控制平衡器臂(30)的垂直运动，并通过借助于机器人臂(32)在水平方向将外力施加到平衡器臂(30)来使平衡器臂(30)水平移动。

Description

作业装置和作业方法

技术领域

本发明涉及一种包括多关节式机器人的作业装置，并且更具体地涉及一种允许平衡器和多关节式机器人协作的作业装置和作业方法。 

背景技术

汽车以及汽车零件的装配线通过使用多关节式机器人自动地安装汽车零件(例如，参见日本特开专利公报No.2000-210825)。日本特开专利公报No.2000-210825公开了一种用于通过使用多关节式机器人自动地将轮胎(其中一种重件)安装到车体上的安装设备。更具体地，日本特开专利公报No.2000-210825中公开的该安装设备包括：用于自动地将轮胎20安装到车辆上的轮胎安装机构32，该轮胎安装机构32具有多个螺母扳手114a至114d、116以将与毂螺栓相同数量的多个螺母2按照给定的周向间隔放置在车辆上；用于以垂直姿态一次供应一个螺母24的螺母供应机构22；以及螺母布置机构33，该螺母布置机构用于以周向间隔以圆形格局来放置由螺母供应机构22供应的螺母24，所有螺母扳手114a至114d、116都按照上述周向间隔以圆形格局布置，并且所述螺母布置机构用于将螺母24传送到螺母扳手114a至114d、116(参见日本特开专利公报No.2000-210825的摘要)。 

汽车和汽车零件的某些装配线利用平衡器来帮助工人移动重件(例如，参见日本特开专利公报No.2001-139300)。日本特开专利公报No.2001-139300中公开的平衡器在载荷2被挂在钩子16上时根据该载荷2的重量来产生向上的力。工人可通过施加水平外力借助于臂1来水平地移动载荷2。工人还可通过操作操作杆17借助于臂1来垂直地移动载荷2。(例如，参见日本特开专利公报No.2001-139300的第[0006]段至[0008]段以及图1)。 

发明内容

对于日本特开专利公报No.2000-210825中公开的安装设备，用于夹持轮胎20 的轮胎夹持装置110以及用于将轮胎20紧固到车辆上的螺母扳手114a至114d、116被安装在单个机器人10上。 

最近需要更小的并且更简单的整体设备来用作轮胎安装设备以及各种其他设备。 

努力满足以上要求而做出本发明。本发明的目的是提供一种能够用简单并且紧凑的装置有效地实施期望的作业过程的作业装置和作业方法。 

根据本发明的作业装置包括平衡器和多关节式机器人。平衡器利用平衡器臂来支撑工件或外部装置，利用取决于工件或外部装置的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的高度，取决于施加到平衡器臂的水平外力来水平移动平衡器臂，并且能响应于外部命令而垂直运动。机器人指示平衡器垂直运动，以便控制平衡器臂的垂直运动，并且通过机器人臂将水平外力施加到平衡器臂，以便水平移动平衡器臂。 

根据本发明，机器人臂可以控制平衡器臂的位移。因为机器人臂的操作过程可因此得到平衡器臂的辅助，所以多关节式机器人可以在尺寸上得以减小，并且在结构上得以简化。因此，可以通过一种简单并且紧凑的装置来有效地实施期望的操作过程。 

平衡器可包括垂直运动开关，该垂直运动开关用于从外部控制平衡器臂的垂直运动，并且机器人可通过机器人臂操作垂直运动开关，以便控制平衡器臂的垂直运动。 

机器人可具有80W以下的最大功率或最大额定输出(致动器的驱动源的最大额定输出)。多关节式机器人因此可以满足国际标准组织(ISO)的标准(ISO-10218-1：工业机器人的安全要求)或根据日本工业标准(JIS)的标准(JIS B8433-1：工业机器人-安全要求-第一部分：机器人)。此外，机器人可以被排除在劳动安全健康法规的适用范围之外。 

作业装置可还包括：接合件，该接合件使平衡器臂和机器人臂互相接合，其中，接合件将机器人臂以可拆卸的方式接合到平衡器臂。如果需要，机器人臂可以从平衡器臂分开，并且平衡器臂可以被应用到不同的使用模式(例如，用于辅助由操作员实施的操作过程)。 

作业装置还可包括：驱动装置，该驱动装置用于将垂直驱动力施加到平衡器臂；以及控制器，该控制器用于控制驱动装置。控制器控制驱动装置，以利用取决于工件或外部装置的重量以及机器人臂的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的高度，并且进一步控制驱动装置，以取决于机器人臂的上升而提升平衡器臂，并取决于机器人臂的下降而使平衡器臂下降。因为机器人臂的重量由平衡器臂承载，所以机器人臂不需 要承载其自身的垂直重量，这样可以减少机器人臂的输出。因此，由于可以减少机器人臂的输出，结果机器人可以被用在存在操作员的环境中。 

驱动装置可包括马达和气缸至少其中之一。 

根据本发明的作业装置包括平衡器、多关节式机器人，以及物理上接合平衡器的平衡器臂和机器人的机器人臂的接合件。平衡器利用平衡器臂来支撑工件或外部装置，利用取决于工件或外部装置的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的高度，取决于施加到平衡器臂的水平外力来水平移动平衡器臂，并且具有垂直运动开关，该垂直运动开关用于从外部控制平衡器臂的垂直运动。机器人通过机器人臂操作垂直运动开关，以便控制平衡器臂的垂直运动，并且通过机器人臂和接合件将水平外力施加到平衡器臂，以便水平移动平衡器臂。 

根据本发明，机器人臂可以控制平衡器臂的位移。因为机器人臂的操作过程可因此得到平衡器臂的辅助，所以多关节式机器人可以在尺寸上得以减小，并且在结构上得以简化。因此，可以通过一种简单并且紧凑的装置来有效地实施期望的操作过程。 

平衡器的垂直运动开关可包括能在假想垂直平面内在给定的角度范围内旋转的旋转杆以及用于检测旋转杆的角位移的电位计。当旋转杆处于水平位置时，平衡器臂的垂直运动停止，当旋转杆向上移位时，平衡器臂被提升，并且当旋转杆向下移位时，平衡器臂下降。接合件可包括垂直延伸并且固定到平衡器臂的线性引导件以及能在线性引导件上往复运动并被固定到机器人臂的滑动件。当旋转杆处于水平位置时，旋转杆的末端保持与滑动件接合，并且机器人导致滑动件使旋转杆移位，以便控制平衡器的垂直运动。 

因此，平衡器臂和机器人臂通过简单的结构相互接合。某些可从商业上得到的平衡器包括利用旋转杆和电位计的操作开关。上述接合件使得能够利用可从商业上得到的平衡器以及可从商业上得到的多关节式机器人构造根据本实施方式的工件进给设备。因为当旋转杆向上移位时，平衡器臂被提升，并且因为当旋转杆向下移位时，平衡器臂下降，所以机器人臂和滑动件可在平衡器臂移位之前垂直运动，因此，机器人臂和滑动件可以有效地操作。 

滑动件可具有在其内限定的凸轮槽，凸轮槽接合旋转杆的末端。当旋转杆处于停止平衡器臂的垂直运动的位置时，旋转杆的末端进入凸轮槽，并且当旋转杆处于提升或下降平衡器臂的位置时，旋转杆的末端移出凸轮槽。旋转杆的位置可因此得到稳定 的保持以停止平衡器臂。 

接合件可包括用于检测滑动件的位置的位置传感器，位置传感器布置在滑动件的上极限位置和下极限位置至少其中之一处。位置传感器使得能够防止滑动件移动得太远离旋转杆，使得机器人臂可以随平衡器臂移位。 

接合件可包括可拆卸的构件，机器人臂通过该可拆卸的构件接合到平衡器臂。如果需要，机器人臂可以从平衡器臂分开，由此，平衡器臂可以被应用到不同的使用模式(例如，用于辅助由操作员实施的操作过程)。 

根据本发明，还提供了一种使用作业装置的作业方法，所述作业装置包括利用平衡器臂来支撑工件或外部装置的平衡器以及具有机器人臂的多关节式机器人，所述作业方法包括以下步骤：由机器人指示平衡器垂直运动，以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂垂直运动；以及将水平外力从机器人臂施加到平衡器臂，以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂水平移动，其中，机器人具有80W以下的最大功率或最大额定输出。 

根据本发明，还提供了一种使用作业装置的作业方法，所述作业装置包括利用平衡器臂来支撑工件或外部装置的平衡器、以及多关节式机器人，该多关节式机器人具有通过接合件接合到平衡器臂的机器人臂，所述作业方法包括以下步骤：利用机器人臂操作平衡器的垂直运动开关，以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂垂直运动；以及通过接合件将水平外力从机器人臂施加到平衡器臂，以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂水平移动。 

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备的装配线的立体图； 

图2是根据第一实施方式的保持有工件的工件进给设备的侧视图； 

图3是示出使工件进给设备的机器人臂和平衡器臂互相接合的方式的侧视图； 

图4是使平衡器臂和机器人臂互相接合的接合件及其周围零件的局部剖切侧视图； 

图5是接合件及其周围零件的分解立体图； 

图6是接合件及其周围零件的立体图； 

图7是示出根据第一实施方式的用于控制平衡器上的垂直驱动力的大致布置的框图； 

图8是示出机器人臂控制平衡器臂的垂直运动的控制方式的示意图； 

图9是根据第一实施方式的平衡器的控制器控制马达的输出的过程的流程图； 

图10是工件进给设备将工件移动到输送机上的板台夹具(palletjig)上的过程的流程图； 

图11是根据本发明第二实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备的装配线的立体图； 

图12是根据第二实施方式的保持有工件的工件进给设备的侧视图； 

图13是根据第二实施方式的接合件及其周围零件的局部立体图； 

图14是示出根据第二实施方式的用于控制平衡器上的垂直驱动力的大致布置的框图；以及 

图15是平衡器的控制器控制气缸的输出的过程的流程图。 

具体实施方式

A.第一实施方式 

[第一实施方式的布置] 

图1是根据本发明第一实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备12的装配线10的立体图。图2是保持有工件14的工件进给设备12的侧视图。 

在装配线10上，台架16保持多个工件14，比如，悬挂件。工件14被从台架16取出并被转移到输送机20的板台夹具18上。输送机20沿着由图1中的箭头X指示的方向供送放置有工件14的板台夹具18。 

工件进给设备12包括悬挂在天花板上的平衡器22、安装在平衡器22的末端上的手形夹具24，以及多关节式机器人26。机器人26设置在滑轨28上，以使得机器人26在必要时能够运动。平衡器22包括平衡器臂30，机器人26包括机器人臂32。平衡器臂30和机器人臂32通过接合件34相互接合。 

平衡器22具有马达36(驱动装置)，该马达根据施加到平衡器臂30的载荷而产生垂直向上的力，以便将支撑在平衡器臂30的末端上安装的手形夹具24上的工件14保持在半空中，即，将工件14保持在恒定的高度处。取决于施加到平衡器臂30 的水平外力，平衡器22可以水平地移动手形夹具24以及支撑在其上的工件14。平衡器22还能够通过稍后描述的过程垂直地移动平衡器臂30。 

根据第一实施方式，可以使用气缸来代替马达36，或可以使用马达36和气缸的组合，例如，日本特开专利公报No.2001-139300中所公开的组合。 

图3是示出使机器人臂30和平衡器臂32互相接合的方式的侧视图。图4是接合件34及其周围零件的局部剖切侧视图。图5是接合件34及其周围零件的分解立体图。图6是接合件34及其周围零件的立体图。 

如图3至图5所示，在平衡器臂30和手形夹具24之间的接合处附近，设置有电位计单元40(下文称为“PM单元40”)，该电位计单元包括能在假想垂直平面内在给定的角度范围(比如，-30°至+30°)内旋转的旋转杆42(下文称为“杆42”)以及用于检测杆42的角位移θ[度]的电位计44。在杆42的末端安装有辊子46。手形夹具24与支撑在其上的工件14一起可以通过从外部操作杆42而被升高和降低，以便改变其角位移θ。 

图7是示出用于控制平衡器22上的垂直驱动力的大致布置的框图。如图7所示，除了马达36和电位计44之外，平衡器22还包括位置传感器100和控制器104。 

在平衡器22中包括位置传感器100，以检测平衡器臂30的垂直位置坐标(高度H)。控制器104基于由电位计44检测到的角位移θ以及由位置传感器100检测到的高度H来控制马达36的输出。 

图8是示出由机器人臂32控制平衡器臂30的垂直运动的控制方式的示意图。如图8所示，当杆42处于初始位置P1时，杆42被水平地定向，并且角位移θ是零。当杆42处于初始位置P1时，平衡器22不垂直地运动，并且马达36运转以将平衡器臂30和手形夹具24保持在恒定的高度。当杆42被垂直向上旋转并且进入例如位置P2时，平衡器22借助于马达36而向上运动，从而使平衡器臂30和手形夹具24垂直向上地移位。相反，当杆42被垂直向下旋转并且进入例如位置P3时，平衡器22通过马达36而向下运动，从而使平衡器臂30和手形夹具24垂直向下地移位。 

根据第一实施方式，除了机器人臂32之外，机器人26还包括控制器48(图2和图3)，由此，机器人臂32的运动基于来自控制器48的命令而受到控制。机器人臂32的末端通过接合件34接合到平衡器臂30末端。因此，机器人臂32可经由接合件34将水平外力施加到平衡器臂30，以便基于机器人臂32的垂直运动来操作平衡 器臂30的杆42，如稍后详细描述的。机器人臂32具有结合有马达(未示出)的关节，所述马达作为驱动源，每个马达均具有80W以下的最大功率。 

如图4至图6所示，接合件34包括具有大体上矩形截面的框架构件50、使框架构件50和平衡器臂30互相接合的接合构件52、垂直地布置在框架构件50的内侧上的两个线性引导件54，以及被夹在两个线性引导件54之间并且以固定方式接合到机器人臂32的滑动件56。当机器人臂32垂直运动时，滑动件56在线性引导件54之间并沿着线性引导件54垂直地移位。此时，包括框架构件50、接合构件52以及线性引导件54在内的其他构件不移动。接合构件52通过多个螺栓58固定到平衡器臂30。 

如图4所示，滑动件56具有在其远离机器人臂32的表面60中限定的凸轮槽62。凸轮槽62和杆42上的辊子46被定位成使得，当杆42处于初始位置P1时，杆42上的辊子46进入凸轮槽62。当滑动件56通过机器人臂32而向上移位时，辊子46移出凸轮槽62，并与表面60的除了凸轮槽62之外的另一部分相接触。此时，杆42旋转，而平衡器30垂直地运动。 

如图4至图6和图8所示，在框架构件50上安装有两个接近传感器64。这些接近传感器64被分别布置在滑动件56的上极限位置Pu和下极限位置Pl(见图8)。在图8中，为了说明的目的，变更接近传感器64的布置示出。接近传感器64经由未示出的通讯线路将输出信号发送到机器人26的控制器48。当滑动件56到达上极限位置Pu或下极限位置Pl时，控制器48阻止机器人臂32操作。 

[对平衡器臂30的垂直控制] 

以下将描述对根据第一实施方式的平衡器臂30的高度H进行控制的过程。平衡器臂30的高度H通过控制马达36的输出而受到控制。 

图9是控制器104控制马达36的输出的过程的流程图。在步骤S1，控制器104基于由电位计44检测到的角位移θ，确定是否有针对PM单元40的垂直运动命令。如果角位移θ是+30°，即，如果杆42处于位置P2，则控制器104判断，已经下达了提升平衡器臂30的命令。如果角位移θ是-30°，即，如果杆42处于位置P3，则控制器104判断，已经下达了降低平衡器臂30的命令。换句话说，当角位移θ是正值时，控制器104提升平衡器臂30。控制器104可以随着角位移θ的增加而增加马达36的输出。类似地，当角位移θ是负值时，控制器104降低平衡器臂30。控制器 104可以随着角位移θ的绝对值的增加而减少马达36的输出。 

如果存在垂直运动命令(S1：是)，则控制器104根据垂直运动命令来调整马达36的输出。在下一步骤S3，控制器104确定针对PM单元40的垂直运动命令是否已经终止，例如，角位移θ是否已变为零。 

如果垂直运动命令继续(S3：否)，则控制返回到步骤S2。如果垂直运动命令终止(S3：是)，则在步骤S4中，控制器104从位置传感器100获得高度H。所获得的高度H将被称为“高度H(当前)”，以便与从下一循环中使用的先前高度H所获得的获取高度H相区别。将在下一循环中作为先前高度H的值称为“高度H(先前)”。在步骤S5中，控制器104在未示出的存储器中将高度H(当前)存储为高度H(先前)。 

如果不存在垂直运动命令(S1：否)，则在步骤6中，控制器104从位置传感器100获得高度H(当前)。如果当前循环是第一循环，并且不存在高度H(先前)，则控制器104执行步骤S6两次，使用第一次获得的高度作为高度H(先前)，使用第二次获得的高度作为高度H(当前)。 

在步骤S7中，控制器104确定高度H(当前)是否大于高度H(先前)。如果高度H(当前)大于高度H(先前)(S7：是)，则表明平衡器臂30被提升了。在步骤S8中，控制器104减少马达36的输出，从而降低平衡器臂30的提升速度，以便保持平衡器臂30的高度H。如果高度H(当前)不大于高度H(先前)(S7：否)，则控制进行到步骤S9。 

在步骤S9中，控制器104确定高度H(当前)是否小于高度H(先前)。如果高度H(当前)小于高度H(先前)(S9：是)，则表明平衡器臂30被降低了。在步骤S10中，控制器104增加马达36的输出，从而降低平衡器臂30的下降速度，以便保持平衡器臂30的高度H。如果高度H(当前)不小于高度H(先前)(S9：否)，则在步骤S11中，控制器104保持马达36的输出。 

与在步骤S4之后类似，在步骤S8、S10和S11之后，则在步骤S5中，控制器104在未示出的存储器中将高度H(当前)存储为高度H(先前)。 

控制器104以固定的循环周期重复图9中示出的过程，所述固定的循环周期均在几微秒到几百微秒的范围内。 

[工件14的移动方法] 

以下将描述使用第一实施方式的工件进给设备12将工件14转移到输送机20上的板台夹具18上的过程。 

图10是工件进给设备12将工件14移动到输送机20上的板台夹具18上的过程的流程图。在步骤S21中，机器人26的控制器48用传感器(未示出)确定台架16是否已经被定位在预定的位置Pc中。台架16由操作员70(图1)来定位。 

如果台架16尚未定位(S21：否)，则重复步骤S21。如果台架16已经被定位(S21：是)，则控制器48在平衡器22操作的同时使机器人臂32移位，以便使手形夹具24支撑工件14。此时，另一传感器(未示出)检测待被移动的工件14的位置。控制器48使操作PM单元40的机器人臂32垂直移动，于是平衡器臂30垂直移动，以便使手形夹具24垂直移动。 

控制器48还使机器人臂32水平移动，以便使手形夹具24水平移动。更具体地说，当机器人臂32水平移动时，固定到机器人臂32的滑动件56也水平移动。当滑动件56水平移动时，来自滑动件56的挤压力经由两个线性引导件54、框架构件50以及接合构件52中的至少一个而被传递到平衡器臂30。结果，平衡器臂30和手形夹具24水平移动。 

在步骤S23中，控制器48控制机器人臂32以便将工件14转移到输送机20上的板台夹具18上。一旦完成工件14的转移，控制器48就控制平衡器臂30以便使手形夹具24返回到台架16，并且在步骤S24中，控制器48确定是否存在下一个工件14。如果存在下一个工件14(S24：是)，则控制返回到步骤S22。如果不存在下一个工件14(S24：否)，则结束当前的程序。控制器48类似地重复以从另一台架16转移工件14。 

如果在某些故障情况下，由操作员70(图1)而不是机器人26手动地转移工件14，则操作员从平衡器臂30移除接合件34。更具体地，操作员70松开螺栓58，以便使接合件34和机器人臂32从平衡器臂30分开。然后，操作员70沿着滑轨28远离作业位置收回机器人26。当机器人26正在维修时，操作员70操作杆42，以便将工件14转移到板台夹具18上。 

[第一实施方式的效果] 

根据第一实施方式，如上所述，机器人臂32能够控制平衡器臂30的移位。因为机器人臂32的操作可以得到平衡器臂30的辅助，所以多关节式机器人26的尺寸可以减少，并且结构可以简化。因此，可以通过简单并且紧凑的布置有效地实施期望的操作过程。

根据第一实施方式，机器人26具有80W的最大功率。因此，机器人26可以满足国际标准组织(ISO)的标准(ISO-10218-1：工业机器人的安全要求)或日本工业标准(JIS)的标准(JIS B8433-1：工业机器人-安全要求-第一部分：机器人)。 

根据第一实施方式，接合件34将机器人臂32以可拆卸的方式接合到平衡器臂30。换句话说，当接合构件52被从平衡器臂30拆除时，机器人臂32和平衡器臂30能够相互分开。如果需要，机器人臂32可以从平衡器臂30分开，并且平衡器臂30可以被应用到不同的使用模式(例如，用于辅助由操作员70实施的操作过程)。 

根据第一实施方式，机器人臂32通过包括线性引导件54和滑动件56的接合件34控制平衡器臂30的垂直运动。因此，平衡器臂30和机器人臂32通过简单的结构互相接合。某些可从商业上得到的平衡器包括具有旋转杆和电位计的操作开关。接合件34使得能够利用可从商业上得到的平衡器以及可从商业上得到的多关节式机器人构造根据本实施方式的工件进给设备12。因为当旋转杆42向上移位时，提升平衡器臂30，并且因为当旋转杆42向下移位时，降低平衡器臂30，所以机器人臂32和滑动件56可在平衡器臂30被移位之前垂直移动，因此，机器人臂32和滑动件56可以有效地操作。 

根据第一实施方式，滑动件56包括在其内限定的凸轮槽62以接合旋转杆42上的辊子46。当旋转杆42处在停止平衡器臂30的垂直运动的位置(初始位置P1)时，辊子46进入凸轮槽62。当旋转杆42处在提升或降低平衡器臂30的另一位置(例如，位置P2或位置P3)时，辊子46被定位在凸轮槽62的外面。因此，辊子46在初始位置P1被稳定地保持。 

根据第一实施方式，接合件34包括检测滑动件56的位置的接近传感器64，并且这些接近传感器64被分别布置在滑动件56的上极限位置Pu和下极限位置Pl。接近传感器64使得能够防止滑动件56移动得太远离旋转杆42，使得机器人臂32可以随着平衡器臂30移位。 

B.第二实施方式 

[第二实施方式的布置(与第一实施方式的区别)] 

图11是根据本发明第二实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备12a的装 配线10A的立体图。图12是保持有工件14的工件进给设备12a的侧视图。 

根据第二实施方式的工件进给设备12a基本上具有与根据第一实施方式的工件进给设备12相同的结构。第二实施方式的与第一实施方式相同的那些部件由相同的附图标记表示，并且以下将不再详细描述这样的特征。 

第二实施方式与第一实施方式的不同之处如下。根据第一实施方式，机器人臂32能垂直于平衡器臂30相对运动(见图8)。根据第二实施方式，机器人臂32通过接合件34a固定到平衡器臂30。更具体地，如图13所示，机器人臂32的末端通过螺栓118紧固到接合件34a。接合件34a还通过未示出的螺栓紧固到平衡器臂30的末端。因此，平衡器臂30在任一方向都与机器人臂32一起运动。换句话说，根据本实施方式的平衡器臂30承载机器人臂32的重量。 

根据第二实施方式的平衡器22a包括气缸120(驱动装置)和垂直运动引导件122。然而，平衡器22a不具有PM单元40。 

根据第二实施方式，可以使用马达来代替气缸120，或可以使用气缸120和马达的组合，例如，日本特开专利公报No.2001-139300中所公开的组合。 

图14是示出用于控制平衡器22a上的垂直驱动力的大致布置的框图。如图14所示，除了气缸120之外，平衡器22a还包括载荷传感器110、工件传感器112以及控制器114。 

在平衡器22a中包括载荷传感器110，以直接或间接检测施加到平衡器臂30的载荷L[Kg]。更具体地，载荷传感器110包括压力传感器，用于检测施加到气缸120中的活塞(未示出)的压力，并且该载荷传感器110输出所检测到的表示载荷L的压力。如果使用马达来代替气缸120，或使用马达与气缸120的组合，则可使用电流传感器作为载荷传感器110，用于检测马达的扭矩。 

工件传感器112包括例如布置在平衡器臂30的末端附近的图像传感器，该图像传感器能够检测平衡器臂30当前是否支撑工件14，并能够识别工件14的类型。工件传感器112例如通过比较工件14和手形夹具24的相对位置坐标来确定平衡器臂30是否支撑工件14。工件传感器112提取工件14的轮廓，并确定所提取的轮廓是否与参考型式一致，以此来识别工件14的类型。可替换地，工件传感器112可包括任一种传感器，例如，接近传感器、压力传感器等，而不是图像传感器。可替换地，可将IC标签应用到工件14，并且可将用于读取IC标签的信息的无线电通信单元用作工件传感器112的一部分。 

与第一实施方式一样，根据第二实施方式的气缸120用于将垂直驱动力施加到平衡器臂30，并且可包括例如日本特开专利公报No.2001-139300中所公开的气缸。控制器114基于由载荷传感器110所检测到的载荷L和由工件传感器112所检测的表示与工件14有关的信息的工件信号Sw来控制气缸120的输出。 

[对平衡器臂30的垂直控制] 

以下将描述对根据第二实施方式的平衡器臂30的高度H进行控制的过程。通过控制气缸120的输出而控制高度H。 

图15是控制器114控制气缸120的输出的过程的流程图。在步骤S31中，控制器114基于来自工件传感器112的工件信号Sw来确定平衡器臂30当前是否支撑工件14。如果平衡器臂30没有支撑工件14(S31：否)，则在步骤S32中，控制器114将载荷L的目标值(目标载荷Ltar)[Kg]设定为初始目标值Ltar1[Kg]。初始目标值Ltar1是根据机器人臂32在没有支撑工件14时机器人臂32的重量来建立的。当气缸120产生对应于初始目标值Ltar1的垂直向上的驱动力时，机器人臂32上将没有垂直载荷，并且因此，即使在气缸120的输出较小的情况下，机器人臂32也能够保持垂直位置。 

如果平衡器臂30支撑工件14(S31：是)，则在步骤S33中，控制器114基于来自工件传感器112的工件信号Sw来识别工件14的类型。在下一步骤S34中，控制器114根据工件14的类型设定目标载荷Ltar。工件14的类型和目标载荷Ltar之间的关系被预先存储在控制器114的存储单元(未示出)中。 

因为可以将马达的扭矩，或可替换地，将气缸中的压力用作表示载荷L的量，所以目标载荷Ltar可以作为扭矩或压力的目标值进行控制。 

在步骤S35中，在步骤S32或步骤S34之后，控制器114从载荷传感器110获取载荷L。在接下来的步骤S36中，控制器114确定载荷L是否大于目标载荷Ltar。如果载荷L大于目标载荷Ltar(S36：是)，则考虑来自机器人26的载荷由于机器人臂 32的下降而增加了。换句话说，机器人26使机器人臂32下降意味着平衡器22已经得到使平衡器臂300下降的指令。在步骤S37中，控制器114使由气缸120所产生的垂直向上的驱动力降低，从而使平衡器臂30下降。更具体地，控制器114减少施加到气缸120中的活塞(未示出)的压力。如果载荷L不大于目标载荷Ltar(S36：否)，则控制进行到步骤S38。 

在步骤S38中，控制器114确定载荷L是否小于目标载荷Ltar。如果载荷L小于目标载荷Ltar(S38：是)，则考虑机器人26由于机器人臂32的上升而承载部分载荷。换句话说，机器人26提升机器人臂32意味着平衡器22已经得到提升平衡器臂300的指令。在步骤S39中，控制器114增加气缸120的输出。更具体地，控制器114增加施加到气缸120中的活塞(未示出)的压力。如果使用马达来代替气缸120，或除了气缸120之外还使用马达，则控制器114增加马达的扭矩。 

如果载荷L不小于目标载荷Ltar(S38：否)，则载荷L等于目标载荷Ltar，并且在步骤S40中，控制器114保持平衡器臂30的高度。换句话说，控制器114保持施加到气缸120中的活塞(未示出)的压力。如果使用马达来代替气缸120，或除了气缸120之外还使用马达，则控制器114保持马达的扭矩。 

控制器114以固定的循环周期重复图15中示出的过程，每个循环周期例如均在几微秒到几百微秒的范围内。 

[第二实施方式的效果] 

除了提供第一实施方式的效果之外，以上所述第二实施方式提供了以下效果。根据第二实施方式，因为机器人臂32的重量由平衡器臂30承载，所以机器人臂32不需要承载其自身的垂直重量，因此可以减少马达的用于机器人臂32的输出(例如，机器人26可具有80W以下的最大功率或最大额定输出)。因此，可以减少机器人26的输出，结果，机器人26可以被用在存在操作员的环境中。 

C.变型例 

本发明不限于上述实施方式，而是可以基于本说明书的内容采用多种布置。例如，本发明可以采用以下可替换的布置。 

对于根据上述实施方式的工件进给设备12、12a，手形夹具24被安装在平衡器臂30的末端上以进给工件14。然而，手形夹具24可以由其他夹具代替，以进给其他类型的工件。可替换地，诸如处理装置(例如，用于安装轮胎的螺母扳手)的外部

在第一实施方式中，机器人臂32操作PM单元40，以便控制平衡器臂30的垂直运动。在第二实施方式中，平衡器臂30的垂直运动是根据表示机器人臂32的垂直运动的载荷L来控制的。然而，机器人26的控制器48和平衡器22、22a可相互通信，由此，控制器48发送电信号以指示平衡器22、22a垂直运动，从而控制平衡器臂30的垂直运动。 

在上述实施方式中，平衡器22、22a被悬挂在天花板上。然而，平衡器22、22a也可以被安装在地板或其他位置上。 

在上述实施方式中，机器人26具有80W的最大功率。然而，机器人26可具有较小的最大功率，例如，大于等于50W并小于80W的最大功率。具有这样的最大功率的机器人26能够满足ISO-10218-1以及JIS B8433-1标准。可替换地，机器人26可具有80W以下的最大额定输出，例如，大于等于50W并小于80W的最大额定输出。具有这样的最大额定输出的机器人26可以被排除在劳动安全健康法规的适用范围之外。 

在上述实施方式中，平衡器臂30和机器人臂32通过接合件34、34a相互接合。然而，在平衡器臂30被布置成辅助机器人臂32的情况下，平衡器臂30和机器人臂32不必相互接合。 

在上述实施方式中，滑动件56被夹在两个线性引导件54之间。然而，滑动件56可借助于单个线性引导件54来引导。 

Claims (5)

1.一种作业装置（12），该作业装置包括平衡器（22）、多关节式机器人（26），以及物理上接合所述平衡器（22）的平衡器臂（30）和所述机器人（26）的机器人臂（32）的接合件（34），

其中，所述平衡器（22）：

利用所述平衡器臂（30）来支撑工件（14）或外部装置；

利用取决于所述工件（14）或所述外部装置的重量的输出来将所述平衡器臂（30）保持在恒定的高度；

取决于施加到所述平衡器臂（30）的水平外力来水平移动所述平衡器臂（30）；以及

具有垂直运动开关（40），该垂直运动开关用于从外部控制所述平衡器臂（30）的垂直运动；并且

其中，所述机器人（26）：

通过所述机器人臂（32）操作所述垂直运动开关（40），以便控制所述平衡器臂（30）的垂直运动；以及

通过所述机器人臂（32）和所述接合件（34）将水平外力施加到所述平衡器臂（30），以便水平移动所述平衡器臂（30）,

其中，所述平衡器（22）的所述垂直运动开关（40）包括：旋转杆（42），该旋转杆能在假想垂直平面内在给定的角度范围内旋转；以及用于检测所述旋转杆（42）的角位移的电位计（44）；

当所述旋转杆（42）处于水平位置时，所述平衡器臂（30）的垂直运动停止，当所述旋转杆（42）向上移位时，所述平衡器臂（30）被提升，并且当所述旋转杆（42）向下移位时，所述平衡器臂（30）下降；

所述接合件（34）包括垂直延伸并且固定到所述平衡器臂（30）的线性引导件（54）以及能在所述线性引导件（54）上往复运动并被固定到所述机器人臂（32）的滑动件（56）；并且

当所述旋转杆（42）处于水平位置时，所述旋转杆（42）的末端（46）保持与所述滑动件（56）接合，并且所述机器人（26）导致所述滑动件（56）使所述旋转杆（42）移位，以便控制所述平衡器（22）的垂直运动。

2.根据权利要求1所述的作业装置（12），其中，所述滑动件（56）中限定有凸轮槽（62），所述凸轮槽接合所述旋转杆（42）的所述末端（46）；并且

当所述旋转杆（42）处于停止所述平衡器臂（30）的垂直运动的位置时，所述旋转杆（42）的所述末端（46）进入所述凸轮槽（62）中，并且当所述旋转杆（42）处于提升或下降所述平衡器臂（30）的位置时，所述旋转杆（42）的所述末端（46）移出所述凸轮槽（62）。

3.根据权利要求1所述的作业装置（12），其中，所述接合件（34）包括用于检测所述滑动件（56）的位置的位置传感器（64），所述位置传感器（64）布置在所述滑动件（56）的上极限位置和下极限位置至少其中之一处。

4.根据权利要求1所述的作业装置（12），其中，所述接合件（34）包括可拆卸的构件（52），所述机器人臂（32）通过所述可拆卸的构件接合到所述平衡器臂（30）。

5.一种使用作业装置（12）的作业方法，所述作业装置包括利用平衡器臂（30）来支撑工件（14）或外部装置的平衡器（22）、以及多关节式机器人（26），该多关节式机器人具有通过接合件（34）接合到所述平衡器臂（30）的机器人臂（32），所述作业方法包括以下步骤：

利用所述机器人臂（32）操作所述平衡器（22）的垂直运动开关（40），以便在所述工件（14）或所述外部装置由所述平衡器臂（30）支撑的同时使所述平衡器臂（30）垂直运动；以及

通过所述接合件（34）将水平外力从所述机器人臂（32）施加到所述平衡器臂（30），以便在所述工件（14）或所述外部装置由所述平衡器臂（30）支撑的同时使所述平衡器臂（30）水平移动,

其中，所述平衡器（22）的所述垂直运动开关（40）包括：旋转杆（42），该旋转杆能在假想垂直平面内在给定的角度范围内旋转；以及用于检测所述旋转杆（42）的角位移的电位计（44）；

当所述旋转杆（42）处于水平位置时，所述平衡器臂（30）的垂直运动停止，当所述旋转杆（42）向上移位时，所述平衡器臂（30）被提升，并且当所述旋转杆（42）向下移位时，所述平衡器臂（30）下降；

所述接合件（34）包括垂直延伸并且固定到所述平衡器臂（30）的线性引导件（54）以及能在所述线性引导件（54）上往复运动并被固定到所述机器人臂（32）的滑动件（56）；并且

当所述旋转杆（42）处于水平位置时，所述旋转杆（42）的末端（46）保持与所述滑动件（56）接合，并且所述机器人（26）导致所述滑动件（56）使所述旋转杆（42）移位，以便控制所述平衡器（22）的垂直运动。

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