CN102975200B - 作业用机器人和加工厂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及作业用机器人和加工厂。根据本实施方式的作业用机器人包括臂部以及多个马达。所述臂部包括多个臂构件。所述多个马达分别驱动所述多个臂构件。本文中，分别与所述马达对应的额定功率是相同的。

Description

作业用机器人和加工厂

技术领域

本文所讨论的实施方式涉及作业用机器人和加工厂。

背景技术

按照惯例，作业用机器人广泛用于诸如生产工厂的作业现场。一般来说，放置有作业用机器人的作业现场设置有安全护栏，该安全护栏围绕作业用机器人充分远离该作业用机器人的可动范围设置以防止该作业用机器人和操作员的接触并且减少对操作员的影响。

然而，最近在没有利用安全护栏的情况下与人一起执行协同作业的作业用机器人引起注意。例如，日本特开第2010-120139号公报公开了例如一种作业用机器人，该作业用机器人通过辅助操作员不擅长的作业操作而提供有效的作业环境。

然而，因为和人一起执行协同作业的人共存式作业用机器人应该考虑对操作员的影响或者影响的大小，因此不能容易地设计出人共存式作业用机器人。因此，在本情况下，人共存式作业用机器人仅为有限的作业操作而设置。

根据实施方式的一方面，本实施方式的目的在于提供一种能够更容易地减少对操作员的影响的作业用机器人和加工厂。

发明内容

根据实施方式的一方面的作业用机器人包括：臂部，该臂部包括多个臂构件；以及多个马达，所述多个马达分别驱动所述多个臂构件。在本文中，分别与所述马达对应的额定功率是相同的。

根据实施方式的一方面，能提供一种作业用机器人，该作业用机器人通过将驱动轴的额定功率设定成确认安全性的大小而能容易地减少对操作员的影响。

附图说明

由于通过结合附图参照下列详细说明能更好地理解发明及其相随的许多优点，因此能够更完整地理解本发明及其相随的许多优点，在附图中：

图1是典型地示出根据实施方式的加工厂的示意性构造的示意图；和

图2是示出作业用机器人的构造的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地说明根据本公开内容的实施方式的作业用机器人和加工厂。另外，下文所公开的实施方式并不旨在限制本发明。

图1是典型地示出了根据本实施方式的加工厂的示意性构造的示意图。在下文中，作为被包括在加工厂中的作业用机器人的示例来说明帮助组装诸如汽车的车辆(加工对象的示例)的机器人。然而，本实施方式不限于此。作业用机器人能被应用于各种作业操作。而且，假设X轴的正向是前向，Y轴的正向是右向，并且Z轴的正向是上向。

如图1所示，根据本实施方式的加工厂包括：作业空间1，操作员4在该作业空间1中执行对车辆5的加工操作，该车辆5是加工对象的一个示例；天花板2，该天花板2是设置在作业空间1的上侧的支承构件；以及作业用机器人10。

保持机构6附接到作业用机器人10的前端，该保持机构6保持由作业用机器人10搬运的作为搬运对象的工件W。操作员4通过移动保持机构6的位置能容易地将保持在保持机构6中的工件W组装到车辆5中。而且，作为搬运对象的工件W例如是用于车辆5的座椅组件或者安装在车辆5上的备用轮胎。而且，保持机构6可以采用例如众所周知的机构，该机构能保持或卸下搬运对象。

作业用机器人10包括基座部11、升降连杆机构12以及臂部13。作业用机器人10通过驱动待在下面描述的第一至第四马达来升降臂部13，并且通过改变臂部13的姿势进一步将保持机构6移到期望的位置和姿势。

通行轨7在作业空间1上方的天花板2的后部沿着该天花板2铺设。作业用机器人10通过使用设置在基座部11的底部上的行进装置50能沿前后方向沿着天花板2移动。因为升降连杆机构12和臂部13由基座部11支承，所以附接至臂部13的前端的保持机构6的位置通过在通行轨7上移动基座部11而能够被沿前后方向移动。

作业用机器人10受控制装置30控制。控制装置30预先在其中存储控制指令，该控制指令被应用于作业用机器人10。基于存储内容控制作业用机器人10。

例如，当通过操作员4进行的车辆5组装操作未被执行时，控制装置30控制作业用机器人10处于初始位置。更具体地，控制装置30驱动行进装置50以将作业用机器人10移到最后侧并且还驱动升降连杆机构12以向上举起臂部13。此外，控制装置30驱动臂部13以使该臂部13具有预先限定的姿势并因而将作业用机器人10设置在初始位置。

当通过操作员4进行的车辆5组装操作被执行时，控制装置30驱动行进装置50以使作业用机器人10沿前向移动并且还驱动升降连杆机构12以使臂部13向下移动。此外，控制装置30驱动臂部13以使该臂部13具有期望的姿势并且因而将保持机构6定位在操作员4组装车辆5的地方。这样，因为保持机构6能被定位在操作员4的作业位置，所以操作员4能容易地将工件W组装到车辆5中同时调整被保持在保持机构6中的工件W的位置和姿势。

接着，将说明升降连杆机构12和臂部13的具体构造。图2是示出作业用机器人10的构造的示意图。如上所述，作业用机器人10包括基座部11、升降连杆机构12以及臂部13。而且，保持机构6附接至臂部13的前端。臂部13包括第一臂构件14、第二臂构件15、第三臂构件16以及第四臂构件17。通过改变臂部13的姿势能改变保持机构6的位置和姿势。

基座部11包括第一马达21和使该第一马达21的输出减速的第一减速器31。通过驱动第一马达21，该第一马达21的旋转经由第一减速器31引入升降连杆机构12，从而通过升降连杆机构12执行提升或降下。升降连杆机构12将基座部11连接到臂部13的底端以提升或降下该臂部13。升降连杆机构12是这样的连杆机构，该连杆机构连接到第一臂构件14的底端以提升或降下该第一臂构件14，同时维持该第一臂构件14的姿势。

更具体地，升降连杆机构12包括第一连杆构件12a和第二连杆构件12b。第一连杆构件12a的底端绕水平轴线O1由基座部11可旋转地支承。而且，第一连杆构件12a的前端可旋转地支承第一臂构件14的底端的上部。

另一方面，第二连杆构件12b的底端绕平行于轴线O1的水平轴线由基座部11可旋转地支承。而且，第二连杆构件12b的前端可旋转地支承第一臂构件14的底端的下部。

通过利用第一马达21使第一连杆构件12a绕轴线O1旋转，提升或降下第一臂部14的底端。这时，第一臂构件14的姿势由第二连杆构件12b恒定地维持。

为了通过利用升降连杆机构12容易地提升或降下臂部13，空气平衡器18附接至作业用机器人10。空气平衡器18放置在基座部11和升降连杆机构12之间，并且将张力加到升降连杆机构12，该张力与通过将臂部13的负载能力的一半加上其自重获得的重量对应。

因为空气平衡器18以这样的方式设置，所以与不设置空气平衡器18的情况相比，第一马达21的负载能被消除一半。例如，假如臂部13的重量是100kg并且负载能力是60kg，则第一马达21的最大负载可以是30kg。而且，配重或另一个平衡器可以用于代替空气平衡器18。

在第一臂构件14中，第一臂构件14的底端连接到升降连杆机构12的前端并且第一臂构件14的前端向下延伸。第二臂构件15的底端围绕平行于重力方向的轴线O2被可旋转地支承在第一臂构件14的前端上。第一臂构件14的前端包括位于其中的第二马达22和使该第二马达22的输出减速的第二减速器32。通过驱动第二马达22，该第二马达22的旋转经由第二减速器32引入第二臂构件15的底端。结果，第二臂构件15的底端绕轴线O2旋转。

第二臂构件15包括：水平臂构件15a，该水平臂构件15a从底端延伸到其前向；和竖直臂构件15b，该竖直臂构件15b连接到水平臂构件15a的前端并且向下延伸。第三臂构件16的底端可旋转地连接到在竖直臂构件15b的前端并且支承在其上，也就是说，第二臂构件15的前端围绕平行于重力方向的轴线O3。

竖直臂构件15b的前端包括位于其中的第三马达23和使该第三马达23的输出减速的第三减速器33。通过驱动第三马达23，该第三马达23的旋转经由第三减速器33引入第三臂构件16的底端。结果，第三臂构件16的底端绕轴线O3旋转。

第四臂构件17的底端绕水平轴线O4可旋转地连接到第三臂构件16的前端并且支承在该前端上。第三臂构件16的前端包括位于其中的第四马达24和使该第四马达24的输出减速的第四减速器34。通过驱动第四马达24，该第四马达24的旋转经由第四减速器34引入第四臂构件17的底端。结果，第四臂构件17的底端绕轴线O4旋转。保持机构6附接至第四臂构件17以与该第四臂构件17的旋转一致地绕轴线O4旋转。

在该情况下，马达21至24以及减速器31至34不限于图2所示的布置。因此，该布置能被适当改变。例如，第二马达22和第二减速器32可以被收纳在第二臂构件15中，或者第三马达23和第三减速器33可以被收纳在第三臂构件16中。

在本实施方式的作业用机器人10中，马达21至24具有低额定功率。更具体地，马达21至24的额定功率被设定成对操作员4具有微小影响的功率，并且马达21至24的额定功率是相同的。

通过以这样的方式将马达21至24的额定功率设定为相同值，能在对操作员4的安全影响足够小的范围内有效地改善作业用机器人10的驱动性能。因此，能容易地提供和操作员4一起执行协同作业的人共存式作业用机器人。

例如，当操作员4和作业用机器人10接触时，通过将所有马达21至24的额定功率设定为80W，能减少对操作员4的影响。而且，马达21至24的额定功率在严格意义上可以不具有相同的值。例如，假如功率值在±5％至±10％内，则可以说额定功率是相同的。

控制装置30(见图1)将同时被驱动的多个马达设定为多个马达21至24之中的一个。结果，位于附接到臂部13的保持机构6的位置(在下文中，工具中心点)的最大功率能抑制为较低。例如，假设所有马达21至24的额定功率都是80W，位于工具中心点的最大功率变成80W，因而能减少对操作员4的影响。

本文中，已经说明，作为一个示例马达21至24的额定功率是80W。然而，额定功率不限于80W。例如，当导致机器人对操作员4有影响的额定功率的范围由机器人的技术标准限定，马达21至24的额定功率可以设定为小于由技术标准限定的额定功率范围的值。

同时，额定功率(W)是由额定转速(rpm)和额定转矩(N.m)限定的值。因此，马达21至24改变额定转速和额定转矩，同时维持额定功率为相同值，以根据轴线O1至O4具有适当的规格，从而能改善作业用机器人10的性能。

例如，第一马达21是驱动升降连杆机构12的马达。升降连杆机构12的升降速度最好是快的。另一方面，因为通过升降连杆机构12进行升降操作所需的转矩由空气平衡器18抑制，所以第一马达21的额定转矩能被抑制得低。因此，第一马达21采用速度优先的马达，该马达的额定转速相对大并且额定转矩相对小。

第二臂构件15是驱动该第二臂构件15的马达。因为由第二马达22驱动的第二臂构件15沿水平方向较长，与围绕轴线O2的第二马达22的驱动量相比，第二臂构件15的前端行进距离较大。因此，第二马达22采用转矩优先的马达，该马达的额定转速相对小并且额定转矩相对大。在所有马达21至24中，第二马达22具有最大额定转矩。

而且，第三马达23和第四马达24分别驱动第三臂构件16和第四臂构件17。本文中，马达不会倾向转速和转矩中的任何一个。因此，第三马达23和第四马达24具有相对中值的额定转速和额定转矩。换言之，第三马达23和第四马达24的额定转速在第一马达21的额定转速和第二马达22的额定转速之间。而且，第三马达23和第四马达24的额定转矩小于第二马达22的额定转矩。通常，当输入转矩和输出转矩小时，马达和减速器具有小尺寸(型号)。为此，第三马达23和第四马达24以及第三减速器33和第四减速器34可能比第二马达22和第二减速器32更小且更轻。结果，第二马达22的前端侧负载能被抑制，因此作业用机器人10能被以实际时间致动，即使输出是小的也是如此。此外，当工件W被搬运到车体中时，例如车辆5和作业用机器人10之间的干涉(接触)面积通过抑制第三马达23和第四马达24的尺寸而被减小，因此提高作业操作的自由度。

因此，根据本实施方式的作业用机器人10包括第一臂构件14至第四臂构件17以及多个马达21至24，所述多个马达21至24分别驱动第一臂构件14至第四臂构件17并且具有相同的额定功率。

因为马达21至24的额定功率是相同的，所以在对操作员4的影响小的范围内能有效地改善作业用机器人10的驱动性能。而且，通过相对于轴线O1至O4将马达21至24的额定转速和额定转矩设定为适当值，能有效地改善作业用机器人10的性能。

上述作业用机器人10通过使用减速器31至34使马达21至24的输出减速并且将该输出供给到第一臂构件14至第四臂构件17。因此，通过使用减速器31至34能容易地执行对于轴线O1至O4的旋转数和转矩的调节。而且，马达21至24的输出可以被直接供给到第一臂构件14至第四臂构件17。

当设计作业用机器人10时，马达21至24具有根据轴线O1至O4适当设定的额定转速和额定转矩。然而，在许多情况下不存在根据设定的额定转速和额定转矩的马达。在该情况下，根据设定的额定转速和额定转矩的马达被单独设计和制造。

因为额定转速和额定转矩由转子的特征和定子的特征来决定，所以单独设计和制造转子和定子引起设计成本和制造成本的增加。

因此，通过改变现有马达的一部分以获得期望的额定功率，可以抑制设计成本和制造成本的增加。更具体地，在包括定子和转子的现有马达中选择这样的马达，所述马达的额定转矩与期望额定转矩相同并且额定转速大于期望额定转速，在所述现有马达的定子中，定子线圈附接至定子铁心，所述现有马达的转子与定子的内周侧相对地设置。

因此，通过改变所选择的马达的定子线圈，额定转速被调节成与期望的额定转速相同。通过增大定子线圈的电阻来执行定子线圈的改变，例如通过减小形成定子线圈的导线的线尺寸或者通过增加定子线圈的线圈数量来增大定子线圈的电阻。通过增大定子线圈的电阻来减小流入定子线圈的电流，从而能减小额定转速。

这样，因为通过改变现有马达的定子线圈能提供具有期望的额定功率的马达，所以与马达被重新设计和制造的情况相比能降低马达的成本。

上述作业用机器人10可以包括传感器，该传感器检测操作员4是否进入其可以接触臂部13的范围。那么，当传感器检测到操作员4进入检测范围时，控制装置30停止驱动升降连杆机构12、臂部13以及行进装置50。结果，能进一步防止对操作员4的影响。

Claims (4)

1.一种作业用机器人，该作业用机器人包括：

臂部，该臂部包括多个臂构件；

多个马达，所述多个马达分别驱动所述多个臂构件，

基座部；

升降连杆机构，该升降连杆机构将所述基座部连接到所述臂部的底端以提升和降下该臂部；

致动所述升降连杆机构的马达；以及

平衡器，该平衡器辅助由所述升降连杆机构执行的所述臂部的提升和降下；

驱动所述多个臂构件的所述多个马达和驱动所述升降连杆机构的所述马达的额定功率全都相同；

所述臂部包括：

第一臂构件，该第一臂构件连接到所述升降连杆机构并且向下延伸；以及

第二臂构件，该第二臂构件以可旋转的方式连接到所述第一臂构件的前端并且沿水平方向延伸；

第三臂构件，该第三臂构件以可旋转的方式连接到所述第二臂构件并且向下延伸；

第四臂构件，该第四臂构件以可旋转的方式连接到所述第三臂构件的前端并且沿水平方向延伸；

使所述第三臂构件绕平行于重力方向的轴线旋转的马达；以及

使所述第四臂构件绕水平轴线旋转的马达；并且

所述多个马达之中的使所述第二臂构件旋转的马达具有最大的额定转矩，

所述第四臂构件设置有保持搬运对象的保持机构。

2.根据权利要求1所述的作业用机器人，其中，所述多个马达包括速度优先的马达和转矩优先的马达，所述速度优先的马达的额定转速相对较大并且额定转矩相对较小，所述转矩优先的马达的额定转速相对较小并且额定转矩相对较大。

3.根据权利要求1或2所述的作业用机器人，其中，所述多个马达的输出轴设置有减速器，这些减速器分别使所述马达的输出减速并且将该输出供给到所述多个臂构件。

4.一种加工厂，该加工厂包括：

作业空间，操作员和加工对象位于该作业空间中；

支承构件，该支承构件设置在所述作业空间上方；

行进装置，该行进装置设置在所述支承构件上以沿着该支承构件行进；

基座部，该基座部附接至所述行进装置；

升降连杆机构，该升降连杆机构连接到所述基座部；

臂部，该臂部连接到所述升降连杆机构以上下移动；以及

多个马达，所述多个马达驱动所述升降连杆机构和所述臂部，其中

驱动所述升降连杆机构和所述臂部的所述多个马达的额定功率全都相同；

所述臂部包括：

第一臂构件，该第一臂构件连接到所述升降连杆机构并且向下延伸；以及

第二臂构件，该第二臂构件以可旋转的方式连接到所述第一臂构件的前端并且沿水平方向延伸；

第三臂构件，该第三臂构件以可旋转的方式连接到所述第二臂构件并且向下延伸；

第四臂构件，该第四臂构件以可旋转的方式连接到所述第三臂构件的前端并且沿水平方向延伸；

使所述第三臂构件绕平行于重力方向的轴线旋转的马达；以及

使所述第四臂构件绕水平轴线旋转的马达；并且

所述多个马达之中的使所述第二臂构件旋转的马达具有最大的额定转矩，

所述第四臂构件设置有保持搬运对象的保持机构。