CN103934827A - 机械手及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供机械手及机器人。无论工件的多样性如何，都能够可靠地防止发生干涉。实施方式涉及的机械手包括多个保持部和气压驱动部。上述多个保持部设置成能够分别保持多个工件的每一个。上述气压驱动部在上述保持部中的一个保持上述工件时，使该保持部通过气压比其他的保持部向上述工件侧突出。

Description

机械手及机器人

技术领域

所公开的实施方式涉及机械手及机器人。

背景技术

以往，利用设置在臂的前端的机械手进行加工品的组装这种规定的作业的机器人为公众所知。

作为具体例子，该机器人例如构成为具有具备夹头等的机械手的水平多关节型的所谓关节型机器人，其进行使用夹头对电容器等电子部件进行把持，并将该电子部件向基板安装的加工作业。

另外，为了使机器人高效地进行这种加工作业而实现工序作业时间的缩短等，还提出了具有具备多个夹头的机械手的机器人（例如，参照专利文献1）。

具体而言，专利文献1中所公开的“工件的搬送装置”所具备的机器人在机械手具有能够独立驱动的多个夹头，且构成为能够同时把持处理前的工件及处理完成后的工件。需要说明的是，该多个夹头配置成大致一列，且使工件的把持方向朝向排列方向（即，大致同一方向）。

【专利文献1】日本特开2003-159687号公报

然而，对于上述的以往的机械手而言，无论工件的多样性如何，在可靠地防止干涉这一点都存在进一步改善的余地。具体而言，对于以往的机械手而言，由于把持方向大致相同的多个夹头配置成大致一列，所以夹头各自的把持宽度受到了限定。因此，无法应对把持需要较大把持宽度的工件的情况。

对于这一点，虽然利用具备较大把持宽度的夹头能够应对需要把持多种工件（例如，大型工件）的情况，但是这会招致机械手的大型化，从而机械手容易发生干涉。

发明内容

所公开的实施方式涉及一形态鉴于上述情况而完成，其目的在于提供无论工件的多样性如何都能可靠地防止发生干涉的机械手及机器人。

所公开的实施方式涉及一个形态的机械手具备多个保持部和气压驱动部。所述多个保持部设置成能够分别保持多个工件中的每个。所述气压驱动部在所述保持部中的一个保持所述工件时，使该保持部通过气压比其他保持部向所述工件侧突出。

(发明效果)

根据所公开的实施方式涉及一个形态，无论工件多样性如何，都能够可靠地防止发生干涉。

附图说明

图1A是表示实施方式的机器人的简略结构的示意性侧视图。

图1B是表示机器人所加工的加工品的一例的示意图。

图2A是表示实施方式的手的结构的示意性主视图。

图2B是表示实施方式的手的结构的示意性立体图。

图3A是表示气压驱动部的连接结构的图。

图3B是表示与气压驱动部的动作连动的夹头的动作的示意性立体图。

图4A是表示第一夹头～第三夹头的配置关系的示意性俯视图。

图4B是更为简略地表示图4A的示意图。

图5A是利用气压得到的效果的说明图（其一）。

图5B是利用气压得到的效果的说明图（其二）。

符号说明

10           机器人

11           臂部

11a          第一臂

11b          第二臂

12           手

12a          夹头

12aa         第一夹头

12ab         第二夹头

12ac         第三夹头

12b          夹头驱动部

12c          夹头驱动源

12d          导向轴

12e          气压驱动部

12ea         气缸

12eb         换向阀

12ec         电磁阀

13           臂基体

14           基台部

CB           基板

CR           交叉管

H            孔部

Ld           引脚

P1～P3       控制点

R            轴

R1           回旋径

R2           假想圆

S            轴

T            轴

Tb           管

V1～V3       阀

W，W1，W2    工件

a～c         把持宽度

r            半径

t1～t3       切线方向

θ1～θ3     配置角

具体实施方式

以下，参照附图对本申请所公开的机械手及机器人的实施方式进行详细地说明。需要说明的是，本发明并不因以下所示的实施方式而受到限定。

另外，以下，以对基板安装电容器等电子部件的组装机器人为例进行说明。另外，对于组装机器人，仅记载为“机器人”。另外，对于作为末端执行器的“机械手”，记载为“手”。

另外，对于向基板安装的电子部件记载为“工件”，若种类不同则如工件W1、W2···这样附加“W+编号”的符号，在无关种类而统称工件整体的情况下，附加“W”这样单独的符号。

首先，利用图1A说明实施方式的机器人10的结构。图1A是表示实施方式的机器人10的简要结构的示意性侧视图。

需要说明的是，为了使说明便于理解，在图1A中，对包含将朝向铅直上方作为正方向、将朝向铅直下方作为负方向的Z轴的三维正交坐标系进行图示。因此，沿着XY平面的方向是指“水平方向”。对于该正交坐标系，也有在以下说明中所使用的其他附图中表示的情况。

另外，以下，对于由多个构成的构成要素，存在仅对多个中的一部分附加符号而对其他省略附加符号的情况。在这种情况下，表示附加符号的一部分与其他部分为同样的结构。

如图1A所示，机器人10是具备在水平方向上进行动作的臂部11的水平多关节机器人。具体而言，机器人10包括臂部11、手12、臂基体13、基台部14。

手12是设置在臂部11的前端部的末端执行器。臂基体13是将臂部11支承为能够水平旋转的臂部11的基部。另外，臂部11具备第一臂11a和第二臂11b。

第一臂11a被连结成其基端部能够相对于臂基体13绕轴S旋转（参照图中的箭头101）。另外，第二臂11b被连结成其基端部能够相对于第一臂11a的前端部绕轴R旋转（参照图中的箭头102）。

另外，手12的基端部与第二臂11b的前端部连结成能够绕轴T旋转（参照图中的箭头103）。手12具备以前端部分别朝向铅直下方的方式设置的多个夹头12a，利用该夹头12a对电子部件进行把持。需要说明的是，关于包括夹头12a的手12的结构的详细内容，将利用图2A之后的内容进行描述。

需要说明的是，臂基体13设置成相对于基台部14能够沿铅直方向（即，Z轴方向）进行滑动（参照图中的箭头104）。以下，存在将沿着该铅直方向的滑动动作记载为机器人10的“Z轴动作”的情况。

基台部14是对臂基体13进行支承且同时使该臂基体13沿铅直方向滑动的单元，即，使机器人10进行“Z轴动作”的单元。

在此，对该机器人10进行的加工作业预先简略地进行描述。图1B是表示机器人10所加工的加工品的一例的示意图。

如图1B所示，机器人10例如进行向基板CB安装工件W1、工件W2这样的电子部件的加工作业。需要说明的是，如图1B所示，在该工件W1、工件W2例如为电容器、电阻器等的情况下，通常各自形状、大小有所不同。

因此，若机器人10设置成根据该形状、大小而预先具备把持宽度等不同的多个夹头12a，并对它们进行选择性地使用（切换）且分别把持工件W1、工件W2，则能够更高效地进行作业。

其中，如图1B所示，例如，当向基板CB安装工件W2时，若在所靠近的部位存在工件W1等障害物，则此时把持工件W2的夹头12a可能与该障害物发生干涉。因此，实现利用了多个夹头12a的作业的高效化并可靠防止夹头12a乃至手12与障害物发生干涉是至关重要的。

因此，在本实施方式中，手12具备设置成能够分别把持多个工件W的多个夹头12a，且在该夹头12a中的一个把持工件W时使该夹头12a比其他夹头12a朝向工件W侧突出。另外，对于该突出，利用气压实现。

进一步而言，在本实施方式中，将多个夹头12a沿着作为手12的旋转轴的轴T（换而言之，所有夹头的旋转轴）的周向配置。以下，对于这种手12的结构的详细内容，利用图2A之后的内容进行具体地说明。

图2A是表示手12的结构的示意性主视图，图2B是表示手12的结构的示意性立体图。如图2A所示，手12具备多个夹头12a。多个夹头12a分别设置成其前端部朝向铅直下方。

需要说明的是，在本实施方式中,设置成具备三个夹头12a，分别记载为第一夹头12aa、第二夹头12ab、第三夹头12ac。但是,这并不限定夹头12a的个数，只要至少具备两个以上即可。

在此，如图2B所示，例如，第一夹头12aa～第三夹头12ac能够设置成各自的把持宽度a～c不同等结构不同的组合。

该把持宽度a～c等根据所处理的工件W的形状、大小等被规定。需要说明的是，在图2B所示的例子中，第一夹头12aa～第三夹头12ac各自的把持宽度a～c满足“a<b<c”的关系。

另外，第一夹头12aa～第三夹头12ac的结构无需各不相同。例如，通过利用同一结构的第一夹头12aa～第三夹头12ac并行地把持同一形状的多个工件W，可以缩短工序作业时间。需要说明的是，在本实施方式中，以第一夹头12aa～第三夹头12ac各自结构不同的情况进行说明。

另外，如图2B所示，第一夹头12aa～第三夹头12ac沿着作为与铅直方向大致平行的手12的旋转轴的轴T的周向配置。后面将利用图4A及图4B对该第一夹头12aa～第三夹头12ac的配置关系的详细内容进行描述。

返回图2A，手12进一步具备夹头驱动部12b、夹头驱动源12c、导向轴12d、气压驱动部12e。另外，气压驱动部12e具备气缸12ea、换向阀12eb、电磁阀12ec。

夹头驱动部12b是与夹头12a各自的基端部相连结且对夹头12a所具有的1组夹爪进行开闭的机构，例如，构成为包括齿条与齿轮等。该开闭机构由与夹头驱动部12b连结的夹头驱动源12c的驱动力驱动。

另外，夹头驱动部12b内置有夹头驱动部12b沿着导向轴12d滑动时的导向机构。

气缸12ea是经由夹头驱动部12b分别与每个夹头12a连结的机械要素，将压缩空气的能量转换为直线运动并使夹头12a沿着导向轴12d滑动。另外，气缸12ea构成为具有两个以上的口部的双动型结构。

需要说明的是，在此，气缸12ea设置成分别具有将夹头12a朝向铅直下方压下的“OUT”口和将夹头12a朝向铅直上方顶起的“IN”口这两个口。关于这一点的详细内容，后面将使用图3A进行描述。

另外，在图2A示出的换向阀12eb是分别与每个气缸12ea连结并对向该气缸12ea供给的气压的流向进行切换的方向控制阀。

具体而言，换向阀12eb具有两个入口和一个出口，利用从两个入口供给的气压的高低差将上述出口与任意一方的入口连接。需要说明的是，在本实施方式中，换向阀12eb的出口始终与高压侧的入口连接。对于该换向阀12eb，后面将利用图3A进行描述。

电磁阀12ec是为了使夹头12a中的任意一个排他性地突出而控制换向阀12eb对气压的流向进行的切换的单元。具体而言，电磁阀12ec通过对气压信号系统线上的各口部进行打开/关闭，从而对利用换向阀12eb对气压的流向的切换进行控制。对于该电磁阀12ec，后面利用图3A进行描述。

构成这些气压驱动部12e的气缸12ea、换向阀12eb及电磁阀12ec经由管Tb、交叉管CR这些连接构件而相互连接。

接下来，利用图3A对该气压驱动部12e的连接结构进行说明，另外，利用图3B对与该气压驱动部12e的动作连动的夹头12a的动作进行说明。

图3A是表示气压驱动部12e的连接结构的图。另外，图3B是表示与气压驱动部12e的动作连动的夹头12a的动作的示意性立体图。

需要说明的是，在图3A中，关于气缸12ea、换向阀12eb及交叉管CR各自的符号，对第一夹头12aa的系统的气缸、换向阀及交叉管附加“-1”的编号，对第二夹头12ab的系统的气缸、换向阀及交叉管附加“-2”的编号，对第三夹头12ac的系统的气缸、换向阀及交叉管附加“-3”的编号。

另外，在图3A中，电磁阀12ec是具有三个口部的三口电磁阀，但是对于口数并不限定。另外，在此，主要对第一夹头12aa的系统进行说明，对于第二夹头12ab及第三夹头12ac各自，存在设置成具有同样构成而简化说明的情况。

另外，在图3B中，示出了夹头12a中的第一夹头12aa及第三夹头12ac，但是隐去第二夹头12ab。

如图3A所示，电磁阀12ec具有与三个口部相连的阀V1～V3。此外，与第一夹头12aa连结的气缸12ea-1所具有的“OUT”口同来自阀V1的气压供给路连接。

另外，该来自阀V1的气压供给路经由交叉管CR-1分支，并与换向阀12eb-2及换向阀12eb-3的一方的入口连接。

在该图3A所示的连接结构中，在于与阀V1相连的电磁阀12ec的口部为打开的情况下，电磁阀12ec将预先规定为高压用压力的气压向阀V1的系统供给。需要说明的是，该高压用的气压优选为0.5MPa（兆帕）左右。

另一方面，此时，与阀V2及V3相连的电磁阀12ec的口部被关闭。即，阀V2及V3的系统成为比阀V1的系统低的相对低压，从而产生气压的高低差。

然后，在这种情况下，作为阀V1的系统的气缸12ea-1的“OUT”口部被供给高压用的气压。由此，气缸12ea-1如图3B所示那样将第一夹头12aa朝向铅直下方压下（参照图中的箭头301）。

另外，在这种情况下，利用前述的气压的高低差经由换向阀12eb-2及12eb-3向气缸12ea-2及12ea-3的“IN”口供给高压用的气压。由此，气缸12ea-2及12ea-3如图3B所示那样将第二夹头12ab（省略图示）及第三夹头12ac朝向铅直上方顶起（参照图中的箭头302）。

即，通过仅使阀V1～V3中的与阀V1相连的口打开，第一夹头12aa比其他的第二夹头12ab及第三夹头12ac向工件W侧排他性地突出。

与该第一夹头12aa的情况同样，在利用图3A所示的连接构成仅使与阀V2相连的电磁阀12ec的口打开的情况下，第二夹头12ab比其他的第一夹头12aa及第三夹头12ac向工件W侧排他性地突出。

另外，同样也是，在仅使与阀V3相连的电磁阀12ec的口打开的情况下，第三夹头12ac比其他的第一夹头12aa及第二夹头12ab向工件W侧排他性地突出。

即，通过仅使所使用的夹头12a每次都比其他的夹头12a向工件W侧突出，从而即便是在工件W集中而混在一起的情况下或在狭窄的场所等，也能够在不与障害物发生干涉的情况下进行对工件W的把持或解除。

需要说明的是，如图3A的连接结构所示，通过使用换向阀12eb-1～12eb-3，还能够获得防止所供给的气压的逆流的效果。

接下来，利用图4A及图4B，对构成夹头12a的第一夹头12aa～第三夹头12ac配置关系进行说明。图4A是表示第一夹头12aa～第三夹头12ac的配置关系的示意性俯视图。另外，图4B是更为简略地表示图4A的示意图。

如图4A所示，第一夹头12aa～第三夹头12ac沿着作为手12的旋转轴的轴T的周向配置，这在上述的说明中已经描述过。由此，能够将手12整理得紧凑，从而有利于小型化。

另外，由于能够防止手12在绕轴T旋转时的回旋径R1肥大化，从而有利于防止手12与障害物发生干涉。

在此，利用图4B进行更为详细地说明。如图4B所示，第一夹头12aa～第三夹头12ac优选设置成如下方式，即，不仅是沿着轴T的周向，在俯视的情况下，在以轴T为中心所描绘的假想圆R2的圆周上配置有各个控制点P1～P3。

需要说明的是，在此所述的控制点P1～P3相当于第一夹头12aa～第三夹头12ac各自的作用点（把持工件W的部分）等，在机器人10进行动作时通过逐次运算被求得。

由此，由于能够以从轴T的第一夹头12aa～第三夹头12ac的控制点P1～P3距离为等距离（即，半径r）而进行运算，从而能够不会使机器人10的控制复杂化。

另外，为了获得该效果，若使图4B所示的配置角θ1～θ3相等，即，将第一夹头12aa～第三夹头12ac等间隔地配置在假想圆R2的圆周上，则更为优选。

另外，优选第一夹头12aa～第三夹头12ac的控制点P1～P3配置在假想圆R2的圆周上，且各自的把持方向401～403设置成与假想圆R2上的控制点P1～P3的切线方向t1～t3大致平行。

由此，例如，在对应于工件W的大小而需要较大的把持宽度的情况下等，在回旋径R1所描绘的区域内，更换为具有较大到一定程度的把持宽度的夹头12a，从而能够使用该较大的把持宽度的夹头12a。

因此，由于能够防止回旋径R1肥大化，从而能够有利于防止手12与障害物发生干涉。另外，还能够应对工件W的多样性。

接下来，关于通过在使夹头12a突出时使用气压所获得的效果，利用图5A及图5B进行具体说明。图5A及图5B是通过使用气压所获得的效果的说明图（其一）及（其二）。

如图5A所示，机器人10在对基板CB安装工件W1时，例如，使用夹头12a的任意一个把持工件W1，且同时进行将从工件W1伸出的引脚Ld插入到在基板CB上形成的孔部H的动作。该动作由机器人10的Z轴动作进行。

此时，由于夹头12a在气压驱动部12e的驱动下,即,利用气压,而突出，所以利用作为工作流体的一例的空气而成为弹簧力发生了作用的状态。因此，通过机器人10的Z轴动作能够吸收并缓和将工件W1的引脚Ld插入孔部H时的冲击。

即，能够有利于防止工件W1这种电子部件等发生无用的破损。另外，考虑到能够吸收该冲击这一点，能够用于提高机器人10的Z轴动作的动作速度，所以能够有利于工序作业时间的缩短化。

另外，通过使夹头12a被气压突出，从而能够辅助机器人10的Z轴动作。

例如，夹头12a需要设置成在把持工件W的同时使该工件W向规定的嵌合部位嵌合。

在这种情况下，为了使工件W嵌合，如图5B所示，需要以规定的压入力使机器人10进行Z轴动作（参照图中的箭头501）。其中，此时，夹头12a在气压驱动部12e的驱动下成为弹簧力发生了作用的状态。

因此，机器人10由于能够利用该弹簧力的辅助（参照图中的箭头502），因而无需仅以基于Z轴动作规定的压入力使工件W嵌合。由此，即便是机器人10是小型轻量的，也能够防止仅基于Z轴动作的压入力使臂部11弯曲等。

如上述那样，实施方式的手（机械手）具备多个夹头和气压驱动部。上述多个夹头设置成能够分别保持多个工件的每一个。上述气压驱动部在上述夹头中的一个保持上述工件时，使该夹头通过气压比其他的夹头向上述工件侧突出。

因此，根据实施方式的手，无论工件的多样性如何，都能够可靠地防止干涉。

需要说明的是，在上述的实施方式中，虽然以利用夹头把持工件的情况为例进行了说明，但是不限定装卸工具的种类，只要是能够保持工件的结构，则可以为基于吸附的结构等。因此，对于上述夹头，可以换而言之为“保持部”。

另外，在上述的实施方式中，虽然例举出水平多关节型的所谓关节型机器人，但是只要在臂的前端具有手，且该手利用保持部能够保持工件，则不限定机器人的种类。

另外，在上述的实施方式中，虽然例举出作为方向控制阀而利用换向阀的情况，但是并不限于换向阀。

另外，在上述的实施方式中，虽然以向基板安装电子部件的情况为例进行了说明，但是机器人进行的加工动作的形态并不限于此。

对于进一步的效果、变形例，本领域技术人员容易地将其导出。因此，本发明的更为广泛的形态不限于以上那样表述且记载的特定详细及代表性的实施方式。因此，只要不超出由所附权利要求书及与其同等物定义的总括性的发明的思想理念或范围，则可以进行各种变更。

Claims (7)

1.一种机械手，其特征在于：

包括：保持部，其设置成分别保持多个工件的每一个，为多个；以及

气压驱动部，在所述保持部中的一个保持所述工件时，使该保持部通过气压比其他的保持部向所述工件侧突出。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：

所述气压驱动部包括：

气缸，其分别与每个所述保持部连结；

方向控制阀，其分别与每个所述气缸连结，且对向该气缸供给的气压的流动方向进行切换；以及

电磁阀，其通过控制所述方向控制阀对气压的流动方向进行的切换，从而使所述保持部中的一个排他性地突出。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于：

所述方向控制阀是具有两个入口和一个出口且利用从所述两个入口输入的气压的高低差使所述出口与任意一方的所述入口连接的换向阀。

4.根据权利要求1、2、3中任意一项所述的机械手，其特征在于：

所述保持部分别设置成其前端部朝向铅直下方，且沿着与铅直方向大致平行的所述保持部的旋转轴的周向配置。

5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于：

所述保持部为通过一组夹爪把持所述工件的夹头，

所述夹头以如下方式定向，即，在俯视情况下在以所述旋转轴为中心描绘的假想圆的圆周上配置该夹头的控制点，且该夹头的把持方向与所述假想圆上的对应的控制点的切线方向大致平行。

6.根据权利要求5所述的机械手，其特征在于：

所述夹头等间隔地配置在所述假想圆的圆周上。

7.一种机器人，其特征在于：

包括权利要求1～6中任意一项所述的机械手。