CN103818728A - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人系统，其包括：具有多个关节的机器人；以及构造成分别驱动所述多个关节的多个致动器。在所述机器人的末端，手设置成使得所述手能通过其中一个致动器绕第一旋转轴线旋转并且将工件保持在相对于该第一旋转轴线竖直偏移的位置中。此外，所述机器人系统包括控制器，所述控制器构造成控制所述多个致动器使得所述手绕第二旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线定位成比所述第一旋转轴线更靠近所述工件并且平行于所述第一旋转轴线。

Description

机器人系统

技术领域

本文所公开的实施方式涉及一种机器人系统。

背景技术

日本专利申请公布H11-199052公开了一种设计成将商品包装纸板盒一个在另一个上地放置和堆叠在货盘上的码垛装置。该码垛装置包括用于插入和夹持纸板盒的夹持单元以及在其末端部设置有该夹持单元的可旋转臂。

当使码垛工作自动化时，从经济的观点看需要使间歇时间尽可能短。为此，需要以高速搬运工件。

上述的常规的码垛装置利用夹持单元夹持纸板盒并且通过旋转臂来搬运该纸板盒。在该码垛装置中，搬运速度越高，由离心力等施加至工件的负荷越大。鉴于此，如果工件可容易地变形或者如果工件的内容物是脆弱的，则在以高速执行码垛工作中存在限制。这在码垛工作的自动化中成为问题。

发明内容

鉴于上述，本文所公开的实施方式提供能够在减小施加至工件的负荷的同时进行高速卸载工作的机器人系统。

根据本公开的一方面，提供一种机器人系统，该机器人系统包括：具有多个关节的机器人；构造成分别驱动所述多个关节的多个致动器；设置在所述机器人的末端处的手，该手能通过其中一个致动器绕第一旋转轴线旋转并且构造成将工件保持在相对于所述第一旋转轴线竖直偏移的位置；以及控制器，该控制器构造成控制所述多个致动器使得所述手绕第二旋转轴线旋转，该第二旋转轴线定位成比所述第一旋转轴线更靠近所述工件并且平行于该第一旋转轴线。

根据本文所公开的实施方式的机器人系统，在减小施加至工件的负荷的同时可以执行高速卸载工作。

附图说明

图1是示意地示出根据实施方式的机器人系统的整体结构的右侧视图。

图2是示意地示出机器人系统的整个结构的平面图。

图3是示意地示出手的结构的正视图。

图4是示意地示出手的结构的平面图。

图5A是沿图4中的箭头B的方向所看的侧视图，并且图5B是沿图4中的箭头C的方向所看的侧视图。

图6是示出控制器的结构的框图。

图7是示出以与用于驱动爪构件的伺服电动机成对应的关系设置的电动机控制装置的功能结构的框图。

图8至图17是用于说明在控制器的控制下执行的机器人和手的操作的示意图。

图18是示出改进示例中的控制器的结构的框图，在该改进示例中手的旋转中心位置根据纸板盒的尺寸而设定。

具体实施方式

现在将参照附图描述机器人系统的实施方式。如果注解“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”存在于附图中，则主题说明书的描述中所使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”表示由注解指示的方向。本文，“前-后”、“左-右”和“上-下”方向彼此正交。

<机器人系统>

首先参看图1和图2，将对根据本实施方式的机器人系统的整体结构进行描述。

如图1和图2所示，根据本实施方式的机器人系统1包括输送机30、机器人10、控制器20和手50。

输送机30将多个纸板盒（工件）W沿着预定输送路线（参见图1和图2中的箭头A1）一个接一个地输送。由输送机30输送的纸板盒W具有柔性并且在尺寸和容量方面彼此不同。指示由输送机30输送的纸板盒W的尺寸的尺寸信息（指示纸板盒W的宽度、深度和高度的信息）被输入控制器20。

输送机30包括布置在输送路线的下游侧的升降装置31。该升降装置31包括突起32以及多个升降部33。

突起32布置在输送路线的下游侧以向上突出。如果由输送机30输送的纸板盒W到达其中该纸板盒W由稍后描述的一对爪构件51L和51R保持的保持位置，则纸板盒W碰撞突起32并且停止在保持位置。

相应的升降部33通过未示出的合适的驱动装置彼此同步地上下移动。更具体地，由于同步的向上/向下运动，相应的升降部33可以被切换到下部位置（由图1中的双点划线指示）和上部位置（由图1中的实线指示），在该下部位置中，升降部33的上端定位成低于输送机30的输送表面，在该上部位置中，升降部33的上端定位成高于突起32的上端。

升降装置31将相应的升降部33保持在下部位置直到纸板盒W被输送到保持位置并且碰撞突起32。如果纸板盒W的输送在该纸板盒W被输送到保持位置并且碰撞突起32之后停止在该保持位置，则相应的升降部33被切换到上部位置。因此，升降装置31可以利用升降部33举起被突起32停止在保持位置的纸板盒W。

机器人10包括基块11、旋转体12和臂13。

基块11由未示出的锚栓竖立地固定到安装部（在图示的示例中，为未示出的地板部）。另选地，基块11可以固定到除地板部以外的部分（例如，未示出的天花板部或壁部）。

旋转体12连接到基块11的上端部以绕大体上垂直于该基块11的固定表面（图示示例中的底部）的旋转轴线Ax1旋转。通过操作设置在旋转体12和基块11之间的关节中（或者邻近于该关节）的致动器Ac1，旋转体12相对于基块11的上端部绕旋转轴线Ax1旋转地被驱动。

臂13包括从基端侧（旋转体12的一侧）到相对的末端侧布置的第一结构14、第二结构15、第三结构16、第四结构17以及第五结构18。

第一结构14连接到旋转体12的上端部以绕大体上垂直于旋转轴线Ax1的旋转轴线Ax2旋转。通过操作设置在第一结构14和旋转体12之间的关节中（或邻近于该关节）的致动器Ac2，第一结构14相对于旋转体12的上端部绕旋转轴线Ax2旋转地被驱动。

第二结构15连接到第一结构14的末端部以绕大体上平行于旋转轴线Ax2的旋转轴线Ax3旋转。通过操作设置在第二结构15和第一结构14之间的关节中（或邻近于该关节）的致动器Ac3，第二结构15相对于第一结构14的末端部绕旋转轴线Ax3旋转地被驱动。

第三结构16连接到第二结构15的末端部以绕大体上垂直于旋转轴线Ax3的旋转轴线Ax4旋转。通过操作设置在第三结构16和第二结构15之间的关节中（邻近于该关节）的致动器Ac4，第三结构16相对于第二结构15的末端部绕旋转轴线Ax4旋转地被驱动。

第四结构17连接到第三结构16的末端部以绕大体上垂直于旋转轴线Ax4的旋转轴线Ax5旋转。通过操作设置在第四结构17和第三结构16之间的关节中（或邻近于该关节）的致动器Ac5，第四结构17相对于第三结构16的末端部绕旋转轴线Ax5旋转地被驱动。

第五结构18连接到第四结构17的末端部以绕大体上垂直于旋转轴线Ax5的旋转轴线Ax6（第一旋转轴线）旋转。通过操作设置在第五结构18和第四结构17之间的关节中（或邻近于该关节）的致动器Ac6，第五结构18相对于第四结构17的末端部绕旋转轴线x6旋转地被驱动。

伺服电动机SM1、SM2、SM3、SM4、SM5和SM6（参见稍后描述的图6）分别被包括在设置在机器人10中的致动器Ac1至Ac6内。电动机M1、M2、M3、M4、M5和M6以及位置检测器PS1、PS2、PS3、PS4、PS5和PS6（参见稍后描述的图6）分别被包括在伺服电动机SM1至SM6内。指示相应的电动机M1至M6的旋转位置的旋转位置信息作为从相应的位置检测器PS1至PS6产生的信号以每一预定的计算周期被输出到控制器20。

手50附接到第五结构18的末端部（即，机器人10的末端部）。手50通过由致动器Ac6引起的第五结构18绕旋转轴线Ax6的旋转操作而绕旋转轴线Ax6旋转。手50可以将纸板盒W保持在相对于旋转轴线Ax6竖直偏移的位置（在下文有时称为“偏移位置”）中。

换言之，手50设置有用于保持和释放处于偏移位置中的纸板盒W的一对爪构件（保持构件）51L和51R。在本实施方式中，爪构件51L和51R的末端之间的中间位置设定为用于控制手50的位置的控制点P。另选地，控制点P可以设置在其他位置。稍后将更详细地描述手50以及设置在该手50中的爪构件51L和51R。

如上所述构造的机器人10执行作为一种卸载工作的码垛工作。机器人10通过手50的爪构件51L和51R将由输送机30输送到保持位置、停止在该保持位置且由升降装置31举起的纸板盒W保持在偏移位置（其细节将在稍后描述）。此外，机器人10将由手50的爪构件51L和51R保持的纸板盒W搬运到由控制器20指定的放置位置。接着，纸板盒W被释放并放置在放置位置（其细节将在稍后描述）。

控制器20包括至少一个计算机，所述至少一个计算机具有例如运算单元、存储单元和输入单元。控制器20通过驱动设置在机器人10中的致动器Ac1至Ac6来控制机器人10（具体地，旋转体12和臂13的第一结构14至第五结构18）的操作。此外，控制器20通过驱动设置在手50中的下面提及的伺服电动机SM7、SM8和SM9来控制手50（具体地，待稍后描述的爪构件51L和51R以及推动器56L和56R）的操作。稍后将更详细地描述控制器20的结构和功能以及由该控制器20控制的机器人10和手50的操作。

在机器人系统1中，设置两个货柜（运输容器）40，由手50的爪构件51L和51R释放的纸板盒W放置在这两个货柜上。每个货柜40均包括底板41以及绕该底板41布置在三侧的侧壁42。相应的货柜40布置在这样的位置中：需要手50相对于保持位置进行旋转操作（该位置位于保持位置的左后侧和右后侧）。

换言之，相应的货柜40（即，纸板盒W的放置位置）和保持位置处于这样的位置关系：需要手50进行旋转操作。货柜40可以布置在除位于保持位置的左后侧和右后侧外的位置中，即，布置在除需要手50相对于保持位置进行旋转操作的位置以外的位置中。

机器人10的手50的爪构件51L和51R可以仅沿前后方向（垂直于输送机30的工件输送方向的方向）接近以该方式构造和布置的相应的货柜40。更具体地，机器人10的手50的爪构件51L和51R可以仅沿左方向（沿图2中的箭头A2的方向）接近布置在保持位置的左后侧的货柜40。同样地，机器人10的手50的爪构件51L和51R可以仅沿右方向（沿图2中的箭头A3的方向）布置在保持位置的右后侧。

<手>

接着，将参照图3至图5描述手50的结构。

如图3至图5所示，手50包括具有大体上的长方体形的壳体52以及两个滑动机构53L和53R。

壳体52固定到第五结构18的末端部。响应于第五结构18绕旋转轴线Ax6的旋转，壳体52绕旋转轴线Ax6旋转。在以下描述中，壳体52的大体上垂直于旋转轴线Ax6的宽度方向（图3中的左右方向）将有时称为“手宽度方向”。此外，在下文描述中，壳体52的大体上垂直于旋转轴线Ax6的深度方向（图4中的前后方向）将称为“手深度方向”。

滑动机构53L和53R分别在手宽度方向的一侧（图3中的左侧）和手宽度方向的另一侧（图3中的右侧）布置在壳体52的位于手深度方向的一端处（图4的前侧处）的表面52a（在下文中有时称为“正面52a”）上。

滑动机构53L包括导轨54L和滑块55L。

导轨54L在手宽度方向的一侧处固定到壳体52的正面52a以沿手宽度方向延伸。

滑块55L接合导轨54L使得该滑块55L可以沿手宽度方向移动。滑块55L通过在手宽度方向的一侧处布置在壳体52的正面52a上的伺服电动机SM7的操作沿着导轨54L移动。

电动机M7和位置检测器PS7（参见稍后描述的图6）被包括在伺服电动机SM7内。电动机M7的旋转位置信息作为从位置检测器PS7产生的信号以每一预定计算周期被输出到控制器20。

爪构件51L固定到滑块55L。爪构件51L在滑块55L通过伺服电动机SM7的操作而沿着导轨54L移动时沿手宽度方向移动。爪构件51L沿大体上垂直于旋转轴线Ax6的平面方向（在图示示例中手深度方向）延伸得比每个货柜40的深度要长。换言之，爪构件51L的纵向尺寸L大于每个货柜40的深度方向尺寸D（参见图2）。

爪构件51L包括底板51aL以及相对于该底板51aL成预定角度（在图示示例中大体上成直角）形成的侧板51bL。在底板51aL的末端的位于旋转轴线Ax6的方向的一侧（在图3中的下侧）的表面510L上，设置有锥形部TL使得底板51aL的末端具有尖锐形状（参见图5A）。

在滑动机构53L中，如果伺服电动机SM7被驱动，则其驱动力经由未示出的合适的动力传递机构（例如，包括滚珠丝杠的动力传递机构）被传送到滑块55L。因此，滑块55L沿着导轨54L被移动。结果，爪构件51L由于滑块55L沿着导轨54L的运动而沿手宽度方向移动。

同时，滑动机构53R包括导轨54R和滑块55R。

导轨54R在手宽度方向的另一侧处固定到壳体52的正面52a以沿该手宽度方向延伸。

滑块55R接合导轨54R使得滑块55R可以沿手宽度方向移动。滑块55R通过在手宽度方向的另一侧处布置在壳体52的正面52a上的伺服电动机SM8的操作而沿着导轨54R移动。

电动机M8和位置检测器PS8（参见稍后描述的图6）被包括在伺服电动机SM8内。电动机M8的旋转位置信息作为从位置检测器PS8产生的信号以每一预定计算周期被输出到控制器20。

沿手宽度方向与固定到滑块55L的爪构件51L对称的爪构件51R固定到滑块55R。爪构件51R在滑块55R通过伺服电动机SM8的操作而沿着导轨54R移动时沿着手宽度方向移动。爪构件51R沿大体上垂直于旋转轴线Ax6的平面方向（图示示例中手深度方向）延伸得比每个货柜40的深度要长。换言之，爪构件51R的纵向尺寸L大于每个货柜40的深度方向尺寸D（参见图2）。

爪构件51R包括底板51aR以及侧板51bR，该侧板相对于底板51aR成预定角度（在图示示例中大体上成直角）形成并且布置成沿手宽度方向面向爪构件51L的侧板51bL。在底板51aR的末端的位于旋转轴线Ax6的方向的一侧处的表面510R（在下文中，有时称为“下表面510R”）上，设置有锥形部TR，该锥形部逐渐减小使得底板51aR的末端具有尖锐形状（参见图5B）。

在滑动机构53R中，如果伺服电动机SM8被驱动，则其驱动力经由未示出的合适的动力传递机构（例如，包括滚珠丝杠的动力传递机构）被传送到滑块55R。因此，滑块55R沿着导轨54R移动。结果，爪构件51R由于滑块55R沿着导轨54R的运动而沿手宽度方向移动。

因为爪构件51L和51R以前述方式沿手宽度方向移动，因此对于爪构件51L和51R而言可以保持和释放纸板盒W。换言之，爪构件51L和51R朝着彼此（沿手宽度方向朝着中心）移动。因此，停止在保持位置并且以上述方式被举起的纸板盒W被放置在底板51aL和51aR的位于旋转轴线Ax6的方向的另一侧处的表面511L和511R（在下文中，有时称为“上表面511L和511R”）上并且介于侧板51bL和51bR之间。

因此对于爪构件51L和51R而言可以将纸板盒W保持在偏移位置。如果保持纸板盒W的爪构件51L和51R中的一个爪构件（例如，爪构件51L）保持固定并且如果另一个爪构件（例如，爪构件51R）沿手宽度方向远离中心移动，则可以释放纸板盒W。

在壳体52内，布置有伺服电动机SM9、能够绕大体上沿手宽度方向延伸的旋转轴线Axa旋转的轴SH以及齿条-齿轮传动机构57。

电动机M9和位置检测器PS9（参见稍后描述的图6）被包括在伺服电动机SM9中。电动机M9的旋转位置信息作为从位置检测器PS9产生的信号以每一预定计算周期被输出到控制器20。

轴SH通过未示出的合适的齿轮机构连接到未示出的电动机M9的输出轴。因此，轴SH通过驱动伺服电动机SM9而绕旋转轴线Axa被旋转地驱动。

齿条-齿轮传动机构57包括两个小齿轮57aL和57aR以及两个齿条57bL和57bR。

小齿轮57aL和57aR分别沿手宽度方向固定到轴SH的一端和另一端以绕旋转轴线Axa旋转。如果轴SH通过驱动伺服电动机SM9而绕旋转轴线Axa旋转，则小齿轮57aL和57aR彼此同步地绕旋转轴线Axa旋转。

齿条57bL和57bR在手宽度方向的一侧和另一侧处沿手深度方向延伸并且与小齿轮57aL和57aR啮合以便沿手深度方向移动。齿条57bL和57bR跟随小齿轮57aL和57aR绕旋转轴线Axa的旋转并且彼此同步地沿手深度方向移动。在壳体52沿手深度方向的另一侧（图4中的右侧）处，设置有用于在手深度方向的另一端处覆盖齿条57bL和57bR的盖58。

推动器56L和56R分别沿手深度方向连接到齿条57bL和57bR的一端。如果齿条57bL和57bR通过驱动伺服电动机SM9而沿手深度方向移动，则推动器56L和56R彼此同步地沿手深度方向移动。

在齿条-齿轮传动机构57中，如果伺服电动机SM9被驱动，则其驱动力经由合适的齿轮机构被传送到轴SH。因此，轴SH绕旋转轴线Axa旋转，此时小齿轮57aL和57aR彼此同步地绕旋转轴线Axa旋转。结果，齿条57bL和57bR跟随小齿轮57aL和57aR绕旋转轴线Axa的旋转并且彼此同步地沿手深度方向移动。随同齿条57bL和57bR沿手深度方向的同步运动一起，推动器56L和56R彼此同步地沿手深度方向移动。

因为推动器56L和56R如上所述彼此同步地沿手深度方向移动，因此变得可以相对于爪构件51L和51R相对移动放置在爪构件51L和51R的底板51aL和51aR上的纸板盒W。

<控制器>

接着，将参照图6描述控制器20的结构和功能。

如图6所示，控制器20包括上部控制装置21以及以与伺服电动机SM1至SM9成对应的关系设置的电动机控制装置22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h和22i。

上部控制装置21由计算机（例如，通用个人计算机）、可编程逻辑控制器（PLC）或运动控制器形成。该上部控制装置21包括获取单元211和位置命令产生单元212。

获取单元211从未示出的外部设备（或者设置在上部控制装置21中的存储器）获取待由手50的爪构件51L和51R保持的纸板盒W的尺寸信息和放置位置信息（放置位置的坐标）。

位置命令产生单元212基于由获取单元211获取的纸板盒W的尺寸信息和放置位置信息产生涉及电动机M1至M9的位置命令Pr。因此产生的涉及电动机M1至M9的位置命令Pr被输出到对应的电动机控制装置22a至22i，从而控制对应的电动机M1至M9的旋转位置。

电动机控制装置22a至22i基于从上部控制装置21输入的位置命令Pr和从对应的位置检测器PS1至PS9输入的指示对应的电动机M1至M9的旋转位置的电动机位置信息来控制对应的电动机M1至M9的旋转位置。

接着，将参照图7描述电动机控制装置22g的功能结构。

如图7所示，电动机控制装置22g包括位置控制单元221、速度转变单元225、速度控制单元222、转矩限制单元223和功能有效性处理单元224。

基于从上部控制装置21输入的位置命令Pr和从位置检测器PS7反馈的电动机位置信息Pfb之间的位置偏差Pe，位置控制单元221输出速度命令Vr到速度控制单元222以便减小位置偏差Pe。因此，位置控制单元221对伺服电动机SM7执行位置控制，从而控制爪构件51L的运动位置。

基于从位置检测器PS7反馈的电动机位置信息Pfb的变化，速度转变单元225计算指示电动机M7的旋转速度的电动机速度信息Vfb。速度转变单元225输出电动机速度信号Vfb到速度控制单元222。微分器可以用作速度转变单元225。

基于从位置控制单元221输入的速度命令Vr和从速度转变单元225输入的电动机速度信息Vfb之间的速度偏差Ve，速度控制单元222输出转矩命令Tr到转矩限制单元223以便减小速度偏差Ve。因此，速度控制单元222在伺服电动机SM7上执行速度控制，从而控制爪构件51L的运动速度。

转矩限制单元223具有将依据从速度控制单元222输入的转矩命令Tr的指令转矩（在下文中有时称为“命令转矩”）限制为预定转矩极限值或更小的功能（转矩限制功能）。转矩限制单元223在例如PWM控制下输出驱动电流到电动机M7。转矩极限值是参数并且被设定为任意值。

取决于爪构件51L的位置，转矩限制单元223的转矩限制功能的有效性和无效性由功能有效性处理单元224切换。在其中转矩限制功能是有效的情况下，如果命令转矩Tr变得等于或大于转矩极限值，则转矩限制单元223实际上执行转矩限制操作。如果命令转矩Tr变得小于转矩限制值，则转矩限制单元223不会执行转矩限制操作。

除对伺服电动机SM7（电动机M7和位置检测器PS7）和爪构件51L的描述由对伺服电动机SM8（电动机M8和位置检测器PS8）和爪构件51R的描述代替以外，电动机控制装置22h的功能结构与电动机控制装置22g的功能结构相同。

因此，将不示出和描述电动机控制装置22h的功能结构。在下文描述中，电动机控制装置22h的相应的单元（位置控制单元、速度转变单元、速度控制单元、转矩限制单元和功能有效性处理单元）将由与表示电动机控制装置22g的对应的单元的附图标记相同的附图标记表示。

除转矩限制单元223和功能有效性处理单元224被省略并且伺服电动机SM7（电动机M7和位置检测器PS7）和爪构件51L的描述由对伺服电动机SM9（电动机M9和位置检测器PS9）以及推动器56L和56R的描述代替以外，电动机控制装置22i的功能结构与电动机控制装置22g的功能结构相同。因此，将不示出和描述电动机控制装置22i的功能结构。

在下文描述中，电动机控制装置22i的相应的单元（位置控制单元、速度转变单元和速度控制单元）将由与表示电动机控制装置22g的对应的单元的附图标记相同的附图标记表示。基于从位置控制单元221输入的速度命令Vr和从速度转变单元225输入的电动机速度信息Vfb之间的速度偏差Ve，电动机控制装置22i的速度控制单元222将例如依照转矩命令Tr的PWM控制驱动电流输出到电动机M9以便减小速度偏差Ve。

<机器人和手的操作的一个示例>

接着，将参照图8至图17描述在控制器20的控制下执行的机器人10和手50的操作的一个示例。在图8至图17中，在控制器20的控制下执行的机器人10和手50的操作按时间顺序示出。

如图8所示，由输送机30输送的纸板盒W由升降装置31的突起32停止在保持位置并且由升降部33举起。

然后，依据从上部控制装置21提供的位置命令Pr，电动机控制装置22a至22f对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制。因此，手50移到第一指定位置。

第一指定位置是指这样的位置，在该位置中控制点P位于定位在保持位置的纸板盒W的一个深度方向端部（图8中的前端部）、纸板盒W的沿宽度方向（图8中的左右方向）的大体上的中心位置以及纸板盒W的一个高度方向端部（图8中位于输送机30的输送表面的一侧处的下端部）。换言之，第一指定位置是这样的位置，在该位置中爪构件51L和51R位于定位在保持位置的纸板盒W的宽度方向相对两侧。

接着，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动，并且机器人10将手50移到如图9所示的第一指定位置。

如果手50被移到第一指定位置，则电动机控制装置22g和22h的位置控制单元221和221基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制，使得爪构件51L和51R能够移动到由纸板盒W的尺寸信息确定的第一位置。

第一位置是指这样的位置，在该位置中相应的侧板51bL和51bR恰好在与定位于保持位置中的纸板盒W的一个宽度方向侧表面（图9中的左表面）和另一宽度方向侧表面（图9中的右表面）接触。

电动机控制装置22g和22h的速度控制单元222基于从位置控制单元221和221提供的速度命令Vr对伺服电动机SM7和SM8执行速度控制操作，使得爪构件51L和51R可以以相对高速的第一速度移动到第一位置。

因此，如图10所示，爪构件51L和51R以第一速度朝着彼此被驱动并且被移动到第一位置。

当爪构件51L和51R被移动到第一位置时，电动机控制装置22q和22h的功能有效性处理单元224使由转矩限制单元223执行的转矩限制功能有效。结果，转矩限制单元223开始执行转矩限制操作。

同时，电动机控制装置22q和22h的位置控制单元221基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制，使得爪构件51L和51R从第一位置移动到第二位置。

第二位置是指这样的位置，在该位置中，侧板51bL和51bR比定位于保持位置的纸板盒W的一个宽度方向侧表面和另一宽度方向侧表面更靠近宽度方向中心定位（在所示示例中，位于尽可能更靠近宽度方向中心的位置）。

同时，电动机控制装置22q和22h的速度控制单元222基于从位置控制单元221和221提供的速度命令Vr对伺服电动机SM7和SM8执行速度控制操作，使得爪构件51L和51R可以以低于第一速度的第二速度从第一位置移动到第二位置。

因此，如图11所示，爪构件51L和51R以第二速度朝着彼此被驱动并且被移动到第二位置。当爪构件51L和51R朝着第二位置被移动并且侧板51bL和51bR与定位于保持位置的纸板盒W的一个宽度方向侧表面和另一宽度方向侧表面接触时，命令转矩Tr的值增大。此后，如果爪构件51L和51R朝着第二位置被进一步移动并且如果侧板51bL和51bR被压靠在定位于保持位置的纸板盒W的一个宽度方向侧表面和另一宽度方向侧表面上，则命令转矩Tr的值达到转矩极限值。

接着，转矩限制操作实际上由电动机控制装置22g和22h的转矩限制单元223执行。因此，爪构件51L和51R朝着第二位置的运动停止在第二位置，并且爪构件51L和51R被保持在第二位置，由此纸板盒W被放置在底板51aL和51aR上并且介于侧板51bL和51bR之间。

当爪构件51L和51R被移动到第二位置以便保持纸板盒W时，电动机控制装置22i基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM9执行位置控制，使得推动器56L和56R可以移到如下位置：其中该推动器56L和56R的末端部定位在纸板盒W的另一深度方向端部（图11中的后端部）。

结果，当爪构件51L和51R保持纸板盒W时，推动器56L和56R移动到如下位置：其中该推动器56L和56R的末端部定位在纸板盒W的另一深度方向端部。因此，纸板盒W由推动器56L和56R的末端部可靠地支撑。

如果纸板盒W由爪构件51L和51R保持，则电动机控制装置22a至22f基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制，使得手50可以朝着第二指定位置进行平移运动（在手50的取向中没有变化的运动）。

第二指定位置是指这样的位置，在该位置中，比旋转轴线Ax6（参见图2）更靠近纸板盒W定位并且保持大体上平行于该旋转轴线Ax6的旋转轴线Axb（第二旋转轴线）位于比纸板盒W的保持位置更向后的预定位置中。

在本实施方式中，旋转轴线Axb的位置被设定为大体上与控制点P的位置重合的位置。另选地，旋转轴线Axb的位置可以被确定为变成除与控制点P的位置大体上重合的位置以外的位置。

如上所述，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动，并且机器人10将手50平移到如图12所示的第二指定位置。

如果手50被移动到第二指定位置，则电动机控制装置22a至22f基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制，使得手50可以绕旋转轴线Axb旋转并且爪构件51L和51R的末端可以沿以下方向取向：在该方向上该手50可以接近具有指定放置位置的货柜40（所示示例中的右货柜40）。

因此，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动，并且机器人10使手50绕旋转轴线Axb旋转，从而使爪构件51L和51R的末端如图13和图14所示面向右。

如果爪构件51L和51R的末端面向右，则电动机控制装置22a至22f基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制，使得手50可以移到第三指定位置。

第三指定位置是指其中由爪构件51L和51R保持的纸板盒W被放置在放置位置的位置。

如上所述，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动，并且机器人10向右驱动手50并且将手50移动到第三指定位置，从而将爪构件51L和51R带入如图15所示位于保持位置的右后侧的货柜40中。

如果手50被移到第三指定位置，则电动机控制装置22g和22h的功能有效性处理单元224使由转矩限制单元223执行的转矩限制功能无效。结果，转矩限制单元223停止转矩限制操作。

同时，电动机控制装置22g和22h的位置控制单元基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制，使得爪构件51L和51R中的一个（在所示示例中为爪构件51L）可以保持静止而另一个爪构件（在所示示例中为爪构件51R）可以远离手宽度方向中心而移动。另选地，电动机控制装置22g和22h的位置控制单元221可以对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制，使得爪构件51R可以保持静止而爪构件51L可以远离手宽度方向中心而移动。

因此，爪构件51L保持静止而爪构件51R远离手宽度方向中心（图16中向后）而移动，由此爪构件51L和51R释放纸板盒W。

此后，电动机控制装置22a至22f基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制，使得手50可以向左移动。

结果，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动，并且机器人10向左移动手50，从而从纸板盒W收回爪构件51L和51R，如图17所示。

当爪构件51L和51R从纸板盒W被收回时，电动机控制装置22i基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM9执行位置控制，使得推动器56L和56R可以在手深度方向上移到一侧以便占据这样的位置，即，在该位置中，推动器56L和56R的末端部位于纸板盒W的另一深度方向端部（图17中的左端部）中。

结果，当爪构件51L和51R从纸板盒W被抽出时，推动器56L和56R沿手深度方向被移到一侧以便占据这样的位置，即，在该位置中，推动器56L和56R的末端部位于纸板盒W的另一深度方向端部中。因此，从爪构件51L和51R释放的纸板盒W由推动器56L和56R的末端部支撑。然后，纸板盒W被放置在放置位置。此后，重复上述操作。

如上所述，在本实施方式中，手50的爪构件51L和51R保持和释放纸板盒W，从而执行码垛操作。此外，上部控制装置21具有获取单元211以用于获取纸板盒W的尺寸信息。电动机控制装置22g和22h具有位置控制单元211并且对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制，使得爪构件51L和51R依据尺寸信息移动到第一位置并且接着移动到第二位置。如果爪构件51L和51R被移动到第一位置，则转矩限制单元223开始执行转矩限制操作。

因为以这样的方式依据纸板盒W的尺寸信息执行位置控制，因此可以处理具有不同尺寸的纸板盒W。此外，当在保持纸板盒W的过程中执行转矩限制操作时，可以以合适水平的精确控制的力夹紧和保持纸板盒W。因此，即使机器人10和手50以相对高的速度被操作，也可以执行高质量的码垛工作而不会向纸板盒W施加任何超负荷。结果，变得可以在降低施加至纸板盒W的负荷的同时执行高质量的码垛工作。

在本实施方式中，具体地，电动机控制装置22g和22h具有速度控制单元222以用于控制爪构件51L和51R，使得爪构件51L和51R移动到第一位置的速度可以高于爪构件51L和51R从第一位置移动到第二位置的速度。因此，爪构件51L和51R在与纸板盒W接触之前以高速移动，并且然后以低速移动，从而保持纸板盒W。因此可以防止在缩短间隙时间的同时通过接触将超负荷施加至纸板盒W。

通常，纸板盒W具有柔性并且在尺寸和容量方面彼此不同。纸板盒W的重心不必定位在其中心而是可以定位在偏向一方的位置。在该情况下，根据其中纸板盒W由一对爪构件从上方夹持的结构，存在这样的可能性，即，保持力因纸板盒W的变形而变弱并且该纸板盒W因由偏向一方的重心引起的其摇动而掉落。

相反，根据本实施方式，爪构件51L和51R设置有底板51aL和51aR以及侧板51bL和51bR。纸板盒W放置在底板51aL和51aR上并且由侧板51bL和51bR夹紧和保持。因此，爪构件51L和51R可以在支撑纸板盒W的底部和侧部的同时保持该纸板盒W。这使得可以稳定地保持具有偏向一方的重心的柔性纸板盒W。

在本实施方式中，具体地，爪构件51L和51R包括锥形部TL和TR，该锥形部形成在位于与供放置纸板盒W的上表面511L和511R相对一侧处的底板部51aL和51aR的末端部的下表面510L和510R上。这使得可以将底板51aL和51aR的末端部形成为尖锐形状。因此可以在放置纸板盒W的过程期间顺畅地执行将爪构件51L和51R插入货柜40和从该货柜移除。

在本实施方式中，具体地，可以获得下列效果。如果两个爪构件51L和51R都被移动以释放纸板盒W，则在纸板盒W的相对两侧处产生间隙。因此，变得不可能将纸板盒W靠近在一起放置。相反，根据本实施方式，电动机控制装置22g和22h具有位置控制装置221以用于对伺服电动机SM7和SM8执行位置控制使得，在释放纸板盒W时，爪构件51L可以保持静止而爪构件51R可以被移动。因此，可以在爪构件51L保持静止的情况下在定位纸板盒W的同时沿手宽度方向从一侧一个接一个地紧密放置纸板盒W。这使得可以防止在纸板盒W之间产生间隙。

在本实施方式中，具体地，纸板盒W被放置在爪构件51L和51R的底板51aL和51aR上，并且由底板51aL和51aR保持。在该情况下，当爪构件51L和51R在将纸板盒W搬运到放置位置并且在该放置位置释放纸板盒W之后从纸板盒W被收回时，纸板盒W可以因该纸板盒W与爪构件51L和51R的摩擦而被移出放置位置。

在本实施方式中，手50设置有推动器56L和56R，该推动器能够使放置在底板51aL和51aR上的纸板盒W相对于爪构件51L和51R相对移动。而且，上部控制装置21具有获取单元211以获取纸板盒W的放置位置信息。电动机控制装置22i具有位置控制单元221以用于对伺服电动机SM9执行位置控制，使得纸板盒W定位在放置位置。因此，在爪构件51L和51R从纸板盒W被收回时，可以防止该纸板盒W移动。因此可以精确地将纸板盒W定位在放置位置。

在本实施方式中，具体地，由输送机30输送到保持位置的纸板盒W由爪构件51L和51R保持。接着，纸板盒W被搬运到货柜40并且被释放。货柜40具有爪构件51L和51R可沿垂直于输送方向的方向接近的结构。当执行相对于货柜40的码垛操作时，机器人10将纸板盒W放置在爪构件51L和51R的底板51aL和51aR上并且在通过使用推动器56L和56R将纸板盒W保持在放置位置的同时从纸板盒W抽出爪构件51L和51R。在这点上，因为货柜40具有爪构件51L和51R可沿垂直于输送方向的方向接近的结构，因此可以提高工作效率。

在本实施方式中，具体地，输送机30的升降装置31将纸板盒W停止在保持位置并且举起该纸板盒W。这使得爪构件51L和51R容易执行保持操作。因此可以提高工作效率。

在本实施方式中，手50将纸板盒W保持在相对于旋转轴线Ax6竖直偏移的偏移位置。当将手50移到第三指定位置时，电动机控制装置22a至22f控制伺服电动机SM1至SM6使得手50绕旋转轴线Axb旋转，该旋转轴线Axb定位成比旋转轴线Ax6更靠近纸板盒W的中心并且大体上平行于该旋转轴线Ax6。

因此，与其中纸板盒W绕旋转轴线Ax6旋转的情况相比，可以缩短从旋转中心到纸板盒W的重心的距离。这使得可以减小作用于纸板盒W的离心力。因此，变得可以防止超负荷被施加至纸板盒W。由于作用于纸板盒W的离心力的减小，不需要强有力地保持纸板盒W。这也可以防止超负荷被施加至纸板盒W。而且，由于离心力的减小，可以以较高的速度搬运纸板盒W。因此，变得可以在减小施加至纸板盒W的负荷的同时执行高速码垛操作。

在本实施方式中，具体地，电动机控制装置22a至22f控制伺服电动机SM1至SM6，使得手50绕定位在爪构件51L和51R的末端之间的中间处的旋转轴线Axb旋转。这可以显著缩短从旋转中心到纸板盒W的重心的距离并且可以进一步减小离心力。因为手5绕爪构件51L和51R的末端侧旋转，因此作用于纸板盒W的离心力不朝着末端侧而是朝着相对侧取向。因此，可以可靠地防止超负荷被施加至纸板盒W。另外，手50的位置控制利用手50的末端（爪构件51L和51R的末端）作为控制点P来执行。因为旋转中心与控制点P重合，因此变得易于执行控制操作。

在本实施方式中，具体地，电动机控制装置22a至22f控制伺服电动机SM1至SM6，使得在平移手50的同时使旋转轴线Axb移动到预定位置。因此，即使机器人10的运动空间变窄并且即使难以保证供手在其内绕旋转轴线Axb旋转的旋转空间，该旋转空间也可以通过在没有改变其取向的情况下平移手50并且最终将旋转轴线Axb移动到预定位置来保证。因此，可以最小化旋转手50所需的运动空间。

在本实施方式中，具体地，货柜40以相对于需要手50的旋转操作的保持位置的这样的位置关系布置。通过该布置，离心力在纸板盒W从保持位置被搬运到每个货柜40时作用于纸板盒W。因此可以使减小离心力并且防止超负荷被施加至纸板盒W的效果显著。

在本实施方式中，具体地，用于保持纸板盒W的手50的爪构件51L和51R长于货柜40的深度。因此，爪构件51L和51R可以到达每个货柜40的最靠内位置并且可以没有间隙地放置纸板盒W。因为如上所述使爪构件51L和51R更长，因此作用于纸板盒W的离心力倾向于变得更大。在这点上，因为在将手50移动到第三指定位置时旋转中心被移动到纸板盒W，因此可以使减小离心力和防止超负荷被施加至纸板盒W的效果显著。

<修改例>

本公开不限于前述实施方式而是可以在不脱离本公开的精神和技术概念的情况下以多种不同的形式进行修改。现在将一个接一个地描述修改例。

（1）修改例

在前述实施方式中，用作手50的旋转中心的旋转轴线Axb的位置设定为位于爪构件51L和51R的末端之间的中间处。然而，旋转轴线Axb的位置不限于此。旋转轴线Axb的位置可以根据纸板盒W的尺寸而设定。

如图18所示，根据本修改例的控制器20的上部控制装置21还包括设定单元213。

获取单元211类似于前述实施方式的获取单元。

设定单元213基于由获取单元211获取的纸板盒W的尺寸信息和/或放置位置信息来设定前述旋转轴线Axb的位置。更具体地，设定单元213将旋转轴线Axb的位置设定成与纸板盒W的中心位置重合。另选地，设定单元213可以将旋转轴线Axb的位置设定成与除纸板盒W的中心位置以外的位置重合。

位置命令产生单元212基于由获取单元211获取的纸板盒W的尺寸信息和放置位置信息以及由设定单元213设定的旋转轴线Axb的位置的信息产生涉及相应的电动机M1至M9的位置命令Pr。因此产生的涉及电动机M1至M9的位置命令Pr被输出到对应的电动机控制装置22a至22i，从而控制对应的电动机M1至M9的旋转位置。

除上述以外的机器人系统1的其他结构与前述实施方式的结构相同，并且因此，将不再描述。

虽然图18中未具体示出，但是根据本修改例，如果手50被移动到如上所述的第二指定位置，则电动机控制装置22a至22f基于从上部控制装置21提供的位置命令Pr对伺服电动机SM1至SM6执行位置控制，使得手50可以被平移到预定位置并且接着可以绕设定在纸板盒W的中心位置的旋转轴线Axb旋转，并且使得爪构件51L和51R的末端可以沿以下方向取向：沿着该方向，爪构件51L和51R可以接近具有指定放置位置的货柜40。

因此，旋转体12以及臂13的第一结构14至第五结构18被适当地驱动。结果，机器人10使手50绕设置在纸板盒W的中心位置的旋转轴线Axb旋转，从而使爪构件51L和51R的末端沿以下方向取向：沿着该方向，爪构件51L和51R可以接近具有指定放置位置的货柜40。

根据本修改例，可以获得与前述实施方式中所获得的相同的效果。在本修改例中，上部控制装置21基于纸板盒W的尺寸信息使设定单元213将旋转轴线Axb的位置设定为与纸板盒W的中心位置重合。因此，旋转轴线Axb可以设定在合适的位置，即使纸板盒W具有不同的尺寸。因此可以进一步提高防止超负荷被施加至纸板盒W的效果。

（2）其他修改例

在前述实施方式中，一对爪构件51L和51R由伺服电动机SM7和SM8独立地移动。然而，本公开不限于此。爪构件51L和51R可以由单个伺服电动机移动。

在前述实施方式中，两个推动器56L和56R由一个伺服电动机SM9移动。然而，本公开不限于此。两个推动器56L和56R可以由不同的伺服电动机独立地移动。

在前述实施方式中，机器人10保持纸板盒W。然而，本公开不限于此。机器人10可以保持除纸板盒W以外的工件。

在前述实施方式中，工件（前述示例中的纸板盒W）由设置在手50中的一对爪构件51L和51R夹紧和保持。然而，设置在手50中的爪构件的数量、形状、结构和保持方式不被具体限制。而且，手50可以设置有除爪构件以外的结构（例如，抽吸装置）并且工件可以因此被保持。

在前述实施方式中，机器人10将工件（在前述示例中的纸板盒W）放置在货柜40上。然而，本公开不限于此。机器人10可以将工件放置在除货柜以外的运输容器上。另外，机器人10可以将工件放置在除运输容器以外的地方（例如，输送机或地板面）。

在前述实施方式中，工件（在前述示例中的纸板盒W）由输送机30输送到保持位置。然而，本公开不限于此。工件可以被提前放置在保持位置。

在前述实施方式中，机器人10由具有六个关节的机器人形成。然而，本公开不限于此。机器人10可以由具有五个或更少个关节的机器人或具有七个或更多个关节的机器人形成。在前述实施方式中，机器人10由所谓的单臂机器人形成。然而，本公开不限于此。机器人10可以由多臂机器人形成。

除上面的描述以外，上述实施方式和修改例可以被适当结合。

本领域技术人员应该理解的是，根据设计要求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同要求的范围内即可。

Claims (10)

1.一种机器人系统，所述机器人系统包括：

具有多个关节的机器人；

构造成分别驱动所述多个关节的多个致动器；

设置在所述机器人的末端处的手，所述手能借助所述致动器中的一个致动器而绕第一旋转轴线旋转，并且构造成将工件保持在相对于该第一旋转轴线竖直偏移的位置中；以及

控制器，所述控制器构造成控制所述多个致动器使得所述手绕第二旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线定位成比所述第一旋转轴线更靠近所述工件并且平行于所述第一旋转轴线。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述手包括保持构件，所述保持构件构造成通过沿着大体上垂直于所述第一旋转轴线的平面延伸而保持所述工件，并且所述控制器构造成控制所述多个致动器，使得所述手绕定位在所述保持构件的末端处的所述第二旋转轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，所述控制器构造成控制所述多个致动器，使得通过平移所述手而将所述第二旋转轴线移到预定位置。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述控制器包括构造成获取所述工件的尺寸信息的获取单元、和构造成基于所述尺寸信息来设定所述第二旋转轴线的位置的设定单元。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的机器人系统，该机器人系统还包括：

输送机，所述输送机构造成将所述工件输送到保持位置，在该保持位置中所述工件由所述手保持；以及

运输容器，在所述运输容器上放置有从所述手释放的所述工件，所述运输容器相对于所述保持位置以这样的位置关系布置：该位置关系需要所述手的旋转操作。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，所述运输容器构造成使得所述手沿垂直于所述工件由所述输送机输送所沿的输送方向的方向接近该运输容器，并且所述保持构件能沿着大体上垂直于所述第一旋转轴线的平面延伸得比所述运输容器的深度更长。

7.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，所述保持构件包括可动地安装在所述手中并且构造成保持和释放所述工件的多个爪构件，并且所述机器人系统还包括：构造成移动所述爪构件的至少一个伺服电动机，所述控制器还包括位置控制单元和转矩限制单元，所述位置控制单元构造成对所述伺服电动机执行位置控制，使得所述爪构件依据所述工件的所述尺寸信息移动到第一位置并且然后移动到第二位置，所述转矩限制单元构造成，在所述爪构件已移动到所述第一位置之后，将涉及所述伺服电动机的转矩命令限制到预定转矩或更小转矩。

8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，所述控制器还包括速度控制单元，所述速度控制单元构造成控制所述爪构件，使得所述爪构件移动到所述第一位置的速度变得高于所述爪构件从所述第一位置移动到所述第二位置的速度。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，每个爪构件均包括底板以及相对于该底板以预定角度形成的侧板，所述爪构件布置成一对，使得所述爪构件的所述侧板相互面对，所述工件被放置在所述爪构件的所述底板上并且由所述爪构件的所述侧板夹紧和保持。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的机器人系统，该机器人系统还包括：

至少一个推动器，所述至少一个推动器设置在所述手中，并且构造成相对于所述爪构件相对地移动放置在所述底板上的所述工件；以及

至少一个附加的伺服电动机，其构造成驱动所述推动器，

其中，所述获取单元构造成获取关于所述工件的放置位置的信息，所述位置控制单元构造成对所述附加的伺服电动机执行位置控制，使得在释放所述工件并且从该工件收回所述爪构件时，所述推动器将所述工件保持在所述放置位置。

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