CN103240744A

CN103240744A - 并联连杆机器人系统

Info

Publication number: CN103240744A
Application number: CN2013100384312A
Authority: CN
Inventors: 福留和浩; 三原信彦
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-08-14
Also published as: BR102013002572A2; US20130209209A1; JP2013158874A; EP2623270A3; EP2623270A2

Abstract

本发明涉及并联连杆机器人系统，该系统包括：拾取部，从所述拾取部拾取目标对象；放置部，从所述拾取部拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上，所述放置部布置在比所述拾取部低的高度位置中；并联连杆机器人，所述并联连杆机器人包括多个并联连接的连杆机构单元以及附接至所述连杆机构单元的末端部的保持单元；以及控制单元，所述控制单元用于控制所述并联连杆机器人的操作。所述控制单元构造成执行用于使所述并联连杆机器人执行拾取操作和放置操作的控制，通过所述拾取操作，所述目标对象被保持并且从所述拾取部被拾取，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上。

Description

并联连杆机器人系统

技术领域

本发明涉及一种并联连杆机器人系统，并且更具体地涉及一种设置有包括多个并联连接的连杆机构单元的并联连杆机器人的并联连杆机器人系统。

背景技术

传统上，已知一种设置有包括多个并联连接的连杆机构单元的并联连杆机器人的并联连杆机器人系统（参见，例如日本专利申请公布2011-88262）。

JP2011-88262A公开了一种设置有三个并联连接的连杆单元（连杆机构单元）的并联连杆机器人。在该并联连杆机器人中，三个连杆单元在其末端部处彼此连接。用于吸附并保持工件（目标对象）的末端执行器（例如吸附垫（保持部））附接至连杆单元的末端部。连杆单元布置成从末端部向上并向外倾斜地延伸。

在JP2011-88262A所公开的并联连杆机器人中，三个连杆单元（连杆机构单元）布置成从末端部向上并向外倾斜地延伸。鉴于此，并联连杆机器人在结构上难以在狭窄区域中执行作业。这导致的问题在于，如果用于放置由吸附垫（保持部）保持的工件（目标对象）的区域（放置部）是狭窄的（如果工件待被放入诸如盒之类的小容器中），则并联连杆机器人难以执行放置操作。

发明内容

鉴于上面提及的问题，本发明的目的在于提供一种即使在放置部是狭窄区域的情况下也能够容易地执行放置操作的并联连杆机器人系统。

根据本发明的一方面，提供一种并联连杆机器人系统，其包括：拾取部，从所述拾取部拾取目标对象；放置部，从所述拾取部拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上，所述放置部布置在比所述拾取部低的高度位置中；并联连杆机器人，所述并联连杆机器人包括多个并联连接的连杆机构单元以及附接至所述连杆机构单元的末端部的保持单元；以及控制单元，所述控制单元用于控制所述并联连杆机器人的操作，其中，所述控制单元构造成执行用于使所述并联连杆机器人执行拾取操作和放置操作的控制，通过所述拾取操作，所述目标对象被保持并且从所述拾取部被拾取，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上。

在如上所述的根据本发明的一方面的所述并联连杆机器人系统中，所述控制单元构造成执行用于使所述并联连杆机器人执行所述拾取操作和所述放置操作的所述控制，通过所述拾取操作，所述目标对象被保持并且从所述拾取部被拾取，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置在布置在高度位置比所述拾取部低的所述放置部上。结果，相对于布置在高度位置比所述拾取部低的所述放置部执行所述放置操作。因此，与所述拾取部和所述放置部布置在相同高度位置中的情况相比，当将所述目标对象放置在具有减小的高度的所述放置部上时，所述连杆机构单元的所述末端部的位置变低。与此对应，可以使所述连杆机构形成为较薄的形状。结果，即使所述放置部是狭窄区域，也能容易地执行所述放置操作。

如上文阐明的，通过本发明，即使所述放置部是狭窄区域也可以容易地执行所述放置操作。

附图说明

图1是示出采用根据本发明的一个实施方式的并联连杆机器人的拾取系统的整体构造的示意图。

图2是用于说明根据本发明的一个实施方式的并联连杆机器人的操作范围的示意图。

图3是如图2所示的并联连杆机器人的示意俯视图。

图4是示出如图2所示的并联连杆机器人的第一臂的周围的放大图。

图5是示出其中根据本发明的一个实施方式的并联连杆机器人正执行拾取操作的状态的示意图。

图6是示出其中根据本发明的一个实施方式的并联连杆机器人正执行放置操作的状态的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的一个实施方式。

首先参看图1，将对采用根据本发明的一个实施方式的并联连杆机器人10的拾取系统100的构造进行描述。拾取系统100是本发明的“并联连杆机器人系统”的一个示例。

如图1所示，拾取系统100包括：固定地安装在顶棚部50的下表面（箭头Z1方向侧的表面）的并联连杆机器人10；设置成控制并联连杆机器人10的操作的机器人控制器20；以及布置在并联连杆机器人10下方的两个输送器（第一输送器30和第二输送器40）。机器人控制器20是本发明的“控制单元”的一个示例。第一输送器30和第二输送器40是本发明的“拾取部”和“放置部”的示例。

并联连杆机器人10布置在与第一输送器30和第二输送器40的水平（X方向）中央部对应的位置中。第一输送器30和第二输送器40布置成在水平面（X-Y平面）上彼此平行地延伸（沿Y方向）。第一输送器30和第二输送器40布置成使得其水平中央部沿水平方向彼此隔开距离D1。第一输送器30构造成沿预定方向（箭头Y1的方向或箭头Y2的方向）输送位于其上表面（箭头Z2方向侧的表面）上的预定工件W（例如，食品等）。第二输送器40构造成沿预定方向（箭头Y1的方向或箭头Y2的方向）输送位于其上表面上并且具有预定深度d的盒60。工件W是本发明的“目标对象”的一个示例。

在本实施方式中，第二输送器40的高度位置（Z方向位置）设定成比第一输送器30的高度位置要低以高度H1。机器人控制器20构造成执行用于使并联连杆机器人10执行拾取操作（参见图5）和放置操作（参见图6）的控制，通过拾取操作，位于第一输送器30上的工件W被保持并且拾取，通过放置操作，由拾取操作拾取的工件W被传送到第二输送器40并且被放置到位于第二输送器40上的盒60中。

接着，将参照图2至图6描述根据本实施方式的并联连杆机器人10的构造。

如图2和图3所示，并联连杆机器人10包括：基座单元11；设置在基座单元11内的三个伺服马达12；分别由三个伺服马达12驱动的三个并联连接的连杆机构单元13；以及头部单元14，该头部单元附接至三个连杆机构单元13的末端部13a并且在其末端部14a处设置有用于吸附并保持工件W（参见图1）的吸附部15。每个伺服马达12均是本发明的“驱动动力源”的一个示例。吸附部15是本发明的“保持单元”的一个示例。

基座单元11构造成具有安装在顶棚部50的下表面（箭头Z1方向侧的表面）上的平坦安装表面11a。如图3所示，当在平面图观看时（当沿箭头Z1的方向观看时），设置在基座单元11内的三个伺服马达12以相等角度间隔（以120度的间隔）围绕安装表面11a的中心点O布置。正如三个伺服马达12一样，当在平面图观看时，三个连杆机构单元13以相等角度间隔（以120度的间隔）围绕安装表面11a的中心点O布置。

如图2所示，三个连杆机构单元13构造上彼此相同。更具体地，三个连杆机构单元13中的每个均包括连接至每个伺服马达12的第一臂（上臂）131和连接至该第一臂131的第二臂（下臂）132。由于三个连杆机构单元13在其末端部13a处彼此连接，因此连杆机构单元13的第二臂132协作以形成锥形。

第一臂131的一个端部附接至每个伺服马达12的输出轴。第一臂131由每个伺服马达12在竖直平面（沿Z方向延伸的平面）内沿上下方向（Z方向）旋转（摆动）。第二臂132主要包括彼此平行延伸的一对杆132a。第二臂132的一个端部通过关节部133连接至第一臂131的另一端部（第一臂131的与每个伺服马达12相反的端部）。第二臂132的另一端部（第二臂132的与第一臂131相反的端部）通过具有与关节部133相同构造的关节部134连接至头部单元14。

本实施方式中，如图2所示，第二臂132的长度L2设定成大于第一臂131的长度L1。更具体地，第二臂132的长度L2设定成是第一臂131的长度L1的2.5倍以上。图2示出了其中第二臂132的长度L2设定成是第一臂131的长度L1的大约3倍的构造。

在本实施方式中，如图4所示，第一臂131的长度L1设定成使得，当第一臂131在竖直平面上朝向顶棚部50摆动到最大极限时，第一臂131整体地定位在安装表面11a的下侧处（箭头Z1方向侧的侧面）。因此，即使连杆机构单元13以任何方式操作，第一臂131也不会与顶棚部50的下表面（箭头Z1方向侧的表面）接触。

第一臂131的长度L1和第二臂132的长度L2如上所述设定。在本实施方式中，当吸附部15定位在沿并联连杆机器人10的竖直方向（Z方向）延伸的中心轴线1上时，第二臂132相对于中心轴线1的倾角α（参见图2）小于例如30度。当在如图2所示第一臂131的旋转中心（第一臂131的靠近每个伺服马达12的端部）的高度位置（Z方向位置）与供第一臂131和第二臂132彼此连接的部分（关节部133）的高度位置重合时，倾角α变成最大（图2中，大约29度）。

第一臂131的长度L1和第二臂132的长度L2如上所述设定。在本实施方式中，因此，如由图2、3、5和6中的虚线所示设定下列两个区域。更具体地，设定有头部单元14的附接至连杆机构单元13的末端部13a上的末端部14a的可动区域R1以及限定在可动区域R1内且其尺寸小于可动区域R1的尺寸的刚性保持操作区域R2。该刚性保持操作区域R2是可动范围R1的表明其中连杆机构单元13的刚性能保持在预定范围内的区域（即，可以阻止头部单元14的操作由于连杆机构单元13的刚性减小而变得振动的区域）。

如图2和图3所示，刚性保持操作区域R2是具有直径D2的圆柱形区域，该区域绕沿着竖直方向（Z方向）延伸穿过并联连杆机器人10的基座单元11的安装表面11a的中心点O（参见图3）的中心轴线1（参见图2）被限定。在本实施方式中，如图5和图6所示，机器人控制器20构造成操作并联连杆机器人10，使得头部单元14的末端部14a能定位在刚性保持操作区域R2，即圆柱形区域内。因此，机器人控制器20使得并联连杆机器人10执行拾取操作（参见图5）和放置操作（参见图6），工件W通过拾取操作从第一输送器30被拾取，由拾取操作拾取的工件W通过放置操作被放置在位于第二输送器40上的盒60中。

在本实施方式中，如图5和图6所示，三个连杆机构单元13构造成使得在放置操作期间（参见图6）由第二臂132形成的几何形状变得比在拾取操作期间（参见图5）由第二臂132形成的几何形状更尖锐（即，使得在放置操作期间第二臂132之间的角度小于在拾取操作期间第二臂132之间的角度）。换言之，在放置操作期间由三个连杆机构单元13的第二臂132形成的几何形状（图6中的角γ）的锐度小于在拾取操作期间由三个连杆机构单元13的第二臂132形成的几何形状（图5中的角β）的锐度。

在本实施方式中，如图5和图6所示，优选地是，第一输送器30的高度位置（Z方向位置）和第二输送器40的高度位置之间的差H1设定成等于或小于刚性保持操作区域R2（即圆柱形区域）的竖直（Z方向）高度H2。图5和图6中，示出这样的状态，即第一输送器30的高度位置和第二输送器40的高度位置之间的差H1设定成基本上等于刚性保持操作区域R2（即圆柱形区域）的竖直高度H2。

在本实施方式中，如图5和图6所示，优选地是，第一输送器30的供拾取工件W的拾取区域与设置在第二输送器40上的盒60的底表面的供放置工件W的放置区域之间的水平（X方向）距离D1（即，第一输送器30的水平中心和第二输送器40的水平中心之间的水平距离D1）设定成等于或小于刚性保持操作区域R2的水平长度D2。

在本实施方式中，如上所述，机器人控制器20构造成使得并联连杆机器人10执行拾取操作（参见图5）和放置操作（参见图6），通过拾取操作，工件W被保持并且被从第一输送器30上拾取，通过放置操作，将由拾取操作拾取的工件W放置在布置在比第一输送器30低的高度位置（Z方向位置）中的第二输送器40上。结果，相对于布置在低于第一输送器30的高度位置中的第二输送器40执行放置操作。因此，同第一输送器30和第二输送器40布置在相同高度位置的情况相比，三个连杆机构单元13的末端部13a的位置在将工件W放置在具有减小的高度的第二输送器40上时变低。与此对应，可使三个连杆机构单元13的第二臂132之间的角度更小。结果，即使第二输送器40的放置区域是狭窄的（即使将工件W放置到位于第二输送器40上并且具有如本实施方式中的预定深度d的盒60中），也可以容易地执行放置操作。

在本实施方式中，如上所述，机器人控制器20构造成使并联连杆机器人10执行拾取操作（参见图5）和放置操作（参见图6），使得头部单元14的末端部14a能定位在刚性保持操作区域R2内，在该刚性保持操作区域R2内，连杆机构单元13的刚性能保持在预定范围内。这使得在拾取操作和放置操作期间有可能将连杆机构单元13的刚性保持在预定范围内。因此可以防止头部单元14的操作由于连杆机构单元13的刚性减小而变得振动。结果，能以稳定方式执行拾取操作和放置操作。

在本实施方式中，如上所述，第一输送器30的高度位置（Z方向位置）和第二输送器40的高度位置之间的差H1设定成等于或小于刚性保持操作区域R2（即圆柱形区域）的竖直（Z方向）高度H2。这使得并联连杆机器人10能够在刚性保持操作区域R2内容易地执行拾取操作（参见图5）和放置操作（参见图6）。因此，在拾取操作和放置操作期间，连杆机构单元13的刚性能容易地保持在预定范围内。

在本实施方式中，如上所述，第一输送器30的供从其拾取工件W的拾取区域与第二输送器40的供放置工件W的放置区域之间的水平（X方向）距离D1（即，第一输送器30的水平中心和第二输送器40的水平中心之间的水平距离D1）设定成等于或小于刚性保持操作区域R2的水平长度D2（即，刚性保持操作区域R2、即圆柱形区域的直径D2）。因此，即使当连杆机构单元13被从拾取区域朝向放置区域水平移动时，也可以容易地将连杆机构单元13的刚性保持在预定范围内。

在本实施方式中，如上所述，三个连杆机构单元13构造成使得在放置操作期间由第二臂132形成的几何形状变得比在拾取操作期间由第二臂132形成的几何形状更尖锐。因此，即使第二输送器40的放置区域具有窄宽度（即使工件W被放置到位于第二输送器40上并且具有如本实施方式中的预定深度d的盒60中），也可以容易地执行放置操作。

在本实施方式中，如上所述，并联连杆机器人10固定地安装在顶棚部50的下表面（箭头Z1方向侧的表面）并且构造成使得，当并联连杆机器人10的每个连杆机构单元13的第一臂131均在竖直平面（沿Z方向延伸的平面）上朝向顶棚部50被摆动到最大极限时，第一臂131定位在并联连杆机器人10的附接至顶棚部50的安装表面11a的下侧处。这使得可以操作第一臂131而不会使该第一臂131与顶棚部50的下表面接触。

在本实施方式中，如上所述，并联连杆机器人10的三个连杆机构单元13中的每个的第二臂132的长度L2（参见图2）设定成是第一臂131的长度L1（参见图2）的2.5倍以上。这使得可以进一步减小连杆机构单元13的第二臂132之间的角度。因此可以容易地防止连杆机构单元13与布置在并联连杆机器人10周围的其它设备（例如，第一输送器30和第二输送器40）干涉。由于第一臂131的重量就像连接至每个伺服马达12的第一臂131的长度L1的相对减小一样而更小，因此可以在操作第一臂131时减小作用在每个伺服马达12上的负载。

在本实施方式中，如上所述，当吸附部15定位在沿并联连杆机器人10的竖直方向（Z方向）延伸的中心轴线1（参见图2）上时，第二臂132相对于中心轴线1的倾角α（参见图2）小于例如30度。因此，附接至三个连杆机构单元13的末端部13a上的吸附部15能沿着中心轴线1在竖直方向上移动，并且同时保持三个连杆机构单元13的第二臂132之间的角度相对小。

应该理解的是，本文所公开的实施方式在各个方面都是说明性的并且是非限制性的。本发明的范围由权利要求限定并且不由关于实施方式的前述说明限定。在等同于权利要求的意义和范围内作出的所有修改都被包括在本发明的范围内。

例如，虽然设置有三个连杆机构单元的并联连杆机器人用于前述实施方式，但是本发明不限于此。在本发明中，可以采用设置有两个连杆机构单元或四个或更多个连杆机构单元的并联连杆机器人。

虽然直接位于第一输送器（拾取部）上的工件（目标对象）在前述实施方式中被拾取，但是本发明不限于此。在本发明中，包含工件的诸如盒之类的容器可以布置在第一输送器上。工件可以从位于第一输送器上的该容器的内部被拾取。

虽然在前述实施方式中从第一输送器（拾取部）拾取的工件（目标对象）被放置在位于第二输送器（放置部）上的盒中，但是本发明不限于此。在本发明中，从第一输送器被拾取的工件可以被直接放置在第二输送器上。

虽然在前述实施方式中并联连杆机器人被布置在与第一输送器（拾取部）和第二输送器（放置部）的水平中心对应的位置中，但本发明不限于此。在本发明中，并联连杆机器人可以布置在第一输送器附近或可以布置在第二输送器附近。

虽然在前述实施方式中布置在连杆机构单元的末端部中的头部单元在属于可动区域的刚性保持操作区域内被操作，但是本发明不限于此。在本发明中，连杆机构单元可以在可动区域内且在刚性保持操作区域外来操作。

虽然在前述实施方式中拾取部和放置部两者都由输送器（第一输送器和第二输送器）形成，但是本发明不限于此。在本发明中，拾取部和放置部中的仅一个可以是输送器。在本发明中，拾取部和放置部两者可以不是输送器而可以是工作台。

Claims

1.一种并联连杆机器人系统，其包括：

拾取部，从所述拾取部拾取目标对象；

放置部，从所述拾取部拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上，所述放置部布置在比所述拾取部低的高度位置；

并联连杆机器人，所述并联连杆机器人包括由多个驱动动力源分别驱动的多个并联连接的连杆机构单元并包括附接至所述连杆机构单元的末端部上的保持单元；以及

控制单元，所述控制单元用于控制所述并联连杆机器人的操作；

其中，所述控制单元构造成执行用于使所述并联连杆机器人执行拾取操作和放置操作的控制，通过所述拾取操作，所述目标对象被保持并且从所述拾取部被拾取，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置在所述放置部上。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述拾取部和所述放置部布置在所述并联连杆机器人下方。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元构造成使所述并联连杆机器人在属于所述连杆机构单元的可动区域的刚性保持操作区域内执行所述拾取操作和所述放置操作，在所述刚性保持操作区域中，所述连杆机构单元的刚性能够保持在预定范围内。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述刚性保持操作区域是绕沿着所述并联连杆机器人的竖直方向延伸的中心轴线限定的圆柱形区域，所述拾取部的高度位置与所述放置部的高度位置之间的差等于或小于所述刚性保持操作区域的竖直高度。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述拾取部的供拾取所述目标对象的拾取区域与所述放置部的供放置所述目标对象的放置区域之间的水平距离等于或小于所述刚性保持操作区域的水平长度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述连杆机构单元在其末端部处彼此连接。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述并联连杆机器人固定地安装在顶棚部的下表面上，所述并联连杆机器人的所述连杆机构单元中的每个连杆机构单元均包括构造成在竖直平面上摆动的臂，所述臂构造成使得，当在所述竖直平面上朝向所述顶棚部被摆动到最大极限时，所述臂定位在所述并联连杆机器人的附接至所述顶棚部的安装表面下方。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述臂是第一臂，并且：

所述并联连杆机器人的所述连杆机构单元中的每个连杆机构单元均还包括通过关节部连接至所述第一臂的第二臂，所述保持单元附接至所述第二臂的与所述第一臂相反的端部上，所述第二臂的长度是所述第一臂的长度的2.5倍以上。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二臂构造成使得，当所述保持单元定位在沿着所述并联连杆机器人的竖直方向延伸的中心轴线上时，所述第二臂相对于所述中心轴线的倾角小于30度。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述控制单元构造成使所述并联连杆机器人执行放置操作，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置在具有预定深度的盒中，并且所述盒放在高度位置比所述拾取部低的所述放置部上。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述拾取部和所述放置部中的至少一者包括输送器。

12.一种并联连杆机器人系统，其包括：

拾取部，从所述拾取部拾取目标对象；

其中，所述控制单元构造成执行控制以使所述并联连杆机器人执行拾取操作，通过所述拾取操作，所述目标对象被保持并且从所述拾取部被拾取；并且

所述控制单元构造成使所述并联连杆机器人执行放置操作，通过所述放置操作，由所述拾取操作拾取的所述目标对象被放置到具有预定深度的盒中，并且所述盒放在高度位置比所述拾取部低的所述放置部上。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述拾取部和所述放置部中的至少一者包括输送器。