CN104889999B - 机器人手、机器人系统以及定位把持方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供机器人手、机器人系统以及定位把持方法。本发明的机器人手具备：主体部；第1抵接部，其自主体部向Z方向突出，在顶端部具有供工件的第1面抵接的第1抵接面；第2抵接部和第3抵接部，其自主体部延伸，第2抵接部具有供工件的第2面抵接的第2抵接面、第3抵接部具有供工件的第3面抵接的第3抵接面；以及吸附部，其安装在主体部，具有能够吸附工件的第1面的吸附面。吸附部自主体部向Z方向突出，在顶端部具有吸附面。吸附部能够变形为吸附面在Z方向上配置在比第1抵接面靠前方的状态的伸长形状和吸附面在Z方向上配置在比第1抵接面靠后方的状态的收缩形状。

Description

机器人手、机器人系统以及定位把持方法

技术领域

本发明涉及具有工件的定位功能的机器人手、机器人系统、以及工件的定位把持方法。

背景技术

在使用各种工业用机器人输送工件时，优选的是利用安装在手臂的顶端部的手在将工件准确地定位了的状态下把持该工件。与此相关联，在JP－A－H6－182689中提出了一种利用设置在手上的定位用的引导件将应把持的工件引导到相对于手而言的正规位置的方法。更具体地讲，JP－A－H6－182689的手具备用于以工件能够沿水平方向移动的方式保持该工件的吸附头和用于进行驱动而使吸附头升降的缸体，通过使被吸附头保持着的状态的工件上升而抵接于引导件来进行定位。但是，由于JP－A－H6－182689的手需要用于以工件能够沿水平方向移动的方式保持该工件的机构和用于进行驱动而使缸体升降的动力源，因此，会使手的尺寸大型化并且制造成本增加。此外，由于JP－A－H6－182689的手利用缸体的驱动力使工件抵接于引导件，因此，有可能随着定位使工件变形。

寻求一种能够不使工件变形地准确定位并把持工件的机器人手。

发明内容

根据本发明的第1技术方案，提供一种机器人手，其为吸附式，用于把持具有互相交叉的第1面、第2面以及第3面的工件，其中，该机器人手具备：主体部；第1抵接部，其自主体部突出，在突出方向上的顶端部具有供工件的第1面抵接的第1抵接面；第2抵接部，其自主体部延伸，供工件的第2面抵接；第3抵接部，其自主体部突出，供工件的第3面抵接；以及吸附部，其安装在主体部，具有能够吸附工件的第1面的吸附面，吸附部自主体部向与第1抵接部相同的方向突出，在突出方向上的顶端部具有吸附面，吸附部能够变形为吸附面配置在比第1抵接面靠突出方向上的前方的状态的伸长形状和吸附面配置在比第1抵接面靠突出方向上的后方的状态的收缩形状。

根据本发明的第2技术方案，提供一种机器人手，在第1技术方案的基础上，在吸附面朝向重力方向上的下方时，吸附部利用自重变形为伸长形状，在吸附面朝向重力方向上的上方时，吸附部利用自重变形为收缩形状。

根据本发明的第3技术方案，提供一种机器人系统，其中，该机器人系统具备第1或第2技术方案的机器人手和能够变更机器人手的位置和姿势的机器人手臂。

根据本发明的第4技术方案，提供一种定位把持方法，其在第3技术方案的机器人系统中将工件相对于机器人手定位并把持，其中，利用吸附部吸附工件的朝向重力方向上的上方的第1面，变更吸附着工件的状态的机器人手的位置和姿势，使得第1面朝向重力方向上的下方，由此，利用重力使工件落下，使第1面抵接于第1抵接面，解除吸附部对工件吸附的吸附状态，进一步变更机器人手的位置和姿势，使得第1抵接面相对于水平方向倾斜，由此，利用重力使工件沿着第1抵接面滑动，使第2面抵接于第2抵接部，使第3面抵接于第3抵接部，利用吸附部再次吸附第2面已抵接于第2抵接部且第3面已抵接于第3抵接部的状态的工件的第1面。

参照附图中表示的本发明的例示的实施方式的详细说明，这些技术方案和其他的本发明的目的、特征以及优点可变得更加明确。

附图说明

图1是具备本发明的一实施方式的机器人手的机器人系统的立体图，表示机器人手把持工件之前的状态。

图2是具备本发明的一实施方式的机器人手的机器人系统的立体图，表示机器人手定位并把持工件之后的状态。

图3是图1中的机器人手的局部放大图，表示吸附部吸附工件之前的状态。

图4是图1中的机器人手的局部放大图，表示吸附部吸附了工件之后的状态。

图5是与图4同样的局部放大图，表示吸附面朝向了重力方向上的上方的状态。

图6是表示基于图1的机器人系统输送工件的输送方法的步骤的流程图。

图7是表示图6的流程图中的紧接步骤S601之后的机器人系统的立体图。

图8是表示图6的流程图中的紧接步骤S603之后的机器人系统的立体图。

图9是表示图6的流程图中的紧接步骤S605之后的机器人系统的立体图。

图10是表示图6的流程图中的紧接步骤S606之后的机器人系统的立体图。

图11是表示用于同时执行工件的各方向上的定位的机器人手的位置和姿势的立体图。

图12是从另一个角度看到的图11的状态的机器人手的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。在各附图中，对同样的构成要素标注同样的附图标记。另外，以下的记载并不限定权利要求书所记载的发明的技术范围、用词的意义等。

参照图1～图12说明具备本发明的一实施方式的机器人手的机器人系统。本实施方式的机器人系统是利用机器人手和机器人手臂的动作输送各种工件、例如自动化的制造生产线上的未加工或者加工完毕的部件的输送系统。图1是具备本实施方式的机器人手的例示的机器人系统RS的立体图。如图1所示，本例子的机器人系统RS具备：具有手腕部W的机器人手臂RA和安装于手腕部W的机器人手RH。

如图1所示，本例子的机器人手臂RA具备固定在地面上的固定基部B1、与固定基部B1连结的回旋基部B2、与回旋基部B2连结的下臂部A1、与下臂部A1连结的上臂部A2、以及与上臂部A2连结的手腕部W。而且，本例子的机器人手臂RA利用多个伺服马达M的驱动力使各部进行动作，从而能够任意地变更安装在手腕部W上的机器人手RH的位置和姿势。在图1中，虽然例示了具备6个伺服马达M的6轴的垂直多关节机器人，但本实施方式的机器人手臂RA的轴数并不限定于此。

此外，本例子的机器人手RH是用于吸附并把持各种工件的吸附式的机器人手，其具有与机器人手臂RA连动地将应把持的工件3维定位的功能。图2是与图1同样的立体图，表示了机器人手RH定位并把持了工件2之后的状态。如图2所示，利用本实施方式的机器人手RH把持的工件2具有互相交叉的第1面21、第2面22以及第3面23。特别是，图2所例示的工件2具有沿一个方向延伸的平板状的技术方案。而且，本例子的工件2具有与平板的延伸方向平行且互相交叉的第1面21和第3面23、以及与平板的延伸方向垂直且与第1面21和第3面23这两者正交的第2面22。

再次参照图1，本例子的机器人手RH具备沿一个方向延伸的平板状的主体部10和自主体部10突出的第1抵接部11。本例子的第1抵接部11具有供工件2的第1面21抵接的第1抵接面11S。在以下的说明中，为了方便起见，将主体部10的延伸方向称作X方向。此外，本例子的机器人手RH具备自主体部10延伸的第2抵接部12，本例子的第2抵接部12具有供工件2的第2面22抵接的第2抵接面12S。此外，本例子的机器人手RH具备自主体部10延伸的第3抵接部13，本例子的第3抵接部13具有供工件2的第3面23抵接的第3抵接面13S。并且，本例子的机器人手RH具备自主体部10向与第1抵接部11相同的方向突出的吸附部AM，本例子的吸附部AM具有能够吸附工件2的第1面21的吸附面AS。

如图1所示，本例子的机器人手RH具备沿着X方向排列的4个第1抵接部11，它们分别自主体部10的1个面与X方向垂直地突出。而且，本例子的第1抵接面11S设置在各个第1抵接部11的突出方向上的顶端部。在以下的说明中，为了方便起见，将第1抵接部11的突出方向设为Z方向，将与X方向和Z方向这两者垂直的方向设为Y方向。如图1所示，4个第1抵接部11中的2个第1抵接部11配置在主体部10的X方向上的中央部，剩余的2个第1抵接部11在主体部10的X方向上的两端部附近各配置1个。以下，有时将前者的第1抵接部11称作中央的第1抵接部11，将后者的第1抵接部11称作外侧的第1抵接部11。另外，本例子的机器人手RH具备自主体部10的与设有第1抵接部11的面相反侧的面延伸的安装部14，本例子的机器人手RH在该安装部14处安装于机器人手臂RA的手腕部W。

如图1所示，本例子的机器人手RH具备自主体部10的X方向上的顶端部向Z方向延伸的1个第2抵接部12，本例子的第2抵接面12S设置在第2抵接部12的朝向X方向的相反侧的侧面。此外，本例子的机器人手RH具备沿着X方向排列的2个第3抵接部13，它们分别隔着所述的外侧的第1抵接部11自主体部10延伸。更具体地讲，本例子的第3抵接部13分别自外侧的第1抵接部11各自的Y方向上的顶端部向Z方向突出。而且，本例子的第3抵接面13S设置在第3抵接部13各自的朝向Y方向的相反侧的侧面。由于本例子的工件2的第1面21、第2面22以及第3面23互相正交，因此，供第1面21抵接的第1抵接面11S、供第2面22抵接的第2抵接面12S以及供第3面23抵接的第3抵接面13S也互相正交。

如图1所示，本例子的机器人手RH具备沿X方向排列的4个吸附部AM，它们分别自主体部10的设有第1抵接部11的面朝向Z方向突出。更具体地讲，4个吸附部AM中的2个吸附部AM配置在所述的外侧的一个第1抵接部11和与该第1抵接部11相邻的中央的第1抵接部11之间，剩余的2个吸附部AM配置在外侧的另一个第1抵接部11和与该另一个第1抵接部11相邻的中央的第1抵接部11之间。而且，本例子的吸附面AS设置在各个吸附部AM的突出方向上的顶端部。图3和图4是放大地表示图1的机器人手RH中的彼此相邻的2个吸附部AM附近的局部放大图。在图3和图4中，为了方便起见，机器人手RH的位置和姿势变更为吸附面AS朝向重力方向上的下方。

如图3和图4所示，本例子的吸附部AM是由各种挠性材料形成的吸引杯，利用自真空泵等未图示的真空供给源供给的负压在吸附面AS上真空吸附工件2的第1面21。更具体地讲，在自真空供给源供给负压时，在吸附部AM的内部形成真空状态，由此，产生从吸附面AS朝向吸引部AM的内部的吸引力。利用这样产生的吸引力将工件2的第1面21吸附于吸附面AS。图3表示吸附部AM吸附工件2之前的状态，图4表示吸附部AM吸附了工件之后的状态。对图3和图4进行比较能够知晓，本例子的吸附部AM具有以其突出方向上的尺寸、即Z方向上的尺寸发生变化的方式伸缩自由的结构。更具体地讲，本例子的吸附部AM在吸附工件2之前具有向Z方向伸长了的形状(参照图3)。以下将这样的形状称作伸长形状。如图3所示，在吸附部AM具有伸长形状时，吸附面AS配置在比第1抵接面11S靠Z方向上的前方。特别是，本例子的吸附部AM在吸附面AS朝向重力方向上的下方时能够利用自重变形为伸长形状。另一方面，在吸附部AM的内部形成真空状态而吸附工件2时，吸附部AM能够变形为向Z方向的反向收缩了的形状(参照图4)。

接着，图5是与图4同样的局部放大图，表示吸附面AS朝向重力方向上的上方的状态。但是，在图5中设为解除了吸附部AM对工件2的吸附。如图5所示，在吸附面AS朝上的状态下解除对工件2的吸附时，吸附部AM能够具有进一步向Z方向的方向收缩的形状。以下将这样的形状称作收缩形状。通过吸附部AM变形为收缩形状，从而工件2能够利用重力向Z方向的反向移动，因此，工件2的第1面21可靠地抵接于机器人手RH的第1抵接面11S。由此，工件2的Z方向上的定位完成。特别是，本例子的吸附部AM在吸附面AS朝向重力方向上的上方时能够利用自重变形为收缩形状。对图3和图5进行比较可知晓，本例子的吸附部AM能够变形为吸附面AS配置在比第1抵接面11S靠Z方向上的前方的伸长形状(参照图3)和吸附面AS配置在比第1抵接面11S靠Z方向上的后方的收缩形状(参照图5)。

此外，如图5所示，在吸附面AS朝向重力方向上的上方的状态下解除对工件2的吸附时，吸附部AM变形为所述的收缩形状，并且吸附面AS自工件2的第1面21分离。由此，工件2能够在第1抵接面11S上向X方向和Y方向滑动，因此，通过使工件2的第1面21相对于水平方向适度地倾斜，能够使工件2的第2面22抵接于第2抵接面12S，使工件2的第3面23抵接于第3抵接面13S。由此，工件2的X方向和Y方向上的定位完成(也参照图9和图10)。

接着，说明基于具备本实施方式的机器人手RH的机器人系统RS输送工件2的输送方法。图6是表示基于图1的机器人系统RS输送工件2的输送方法的步骤的流程图。如图6所示，首先，在步骤S601中，利用机器人手臂RA使机器人手RH移动到作为工件2的取出地点的载置台MT的附近。图7是表示紧接步骤S601之后的机器人系统RS的立体图。如图7所示，在本例子的输送方法中，各个工件2在第1面21朝向重力方向上的上方的状态下载置于载置台MT。此外，在步骤S601中，变更机器人手RH的位置和姿势，使得机器人手RH的第1抵接面11S与工件2的第1面21相对、第2抵接面12S与工件2的第2面22相对以及第3抵接面13S与工件2的第3面23相对，而且机器人手RH的吸附面AS与工件2的第1面21接触。此时，机器人手RH的吸附部AM能够利用自重变形为所述的伸长形状(参照图3)。由此，能够防止因第1抵接部11而妨碍吸附部AM对工件2的吸附动作。

接着，在步骤S602中，利用吸附部AM吸附工件2(参照图4)。接着，在步骤S603中，利用机器人手臂RA变更机器人手RH的位置和姿势，使得第1抵接面11S朝向重力方向上的上方。图8是表示紧接步骤S603之后的机器人系统RS的立体图。如图8所示，在步骤S603中，工件2的第1面21朝向重力方向上的下方，因此，工件2利用重力向Z方向的反向移动，由此，工件2的第1面21抵接于机器人手RH的第1抵接面11S(参照图5)。由此，工件2的Z方向上的定位完成。接着，在步骤S604中解除吸附部AM对工件2的吸附。此时，机器人手RH的吸附部AM能够利用自重变形为所述的收缩形状(参照图5)。由此，能够防止因吸附部AM而妨碍工件2在第1抵接面11S上的滑动运动。

接着，在步骤S605中，利用机器人手臂RA进一步变更机器人手RH的位置和姿势，使得工件2在第1抵接面11S上朝向第2抵接部12滑动。图9是表示紧接步骤S605之后的机器人系统RS的立体图。如图9所示，在步骤S605中，工件2的第1面21相对于水平方向倾斜，使得工件2的第2面22朝向重力方向上的斜下方。由此，工件2利用重力在第1抵接面11S上向X方向滑动，工件2的第2面22抵接于第2抵接面12S。由此，工件2的X方向上的定位完成。若工件2的X方向上的定位完成，则机器人手RH的位置和姿势恢复到图8的状态。

接着，在步骤S606中，利用机器人手臂RA进一步变更机器人手RH的位置和姿势，使得工件2在第1抵接面11S上朝向第3抵接部13滑动。图10是表示紧接步骤S606之后的机器人系统RS的立体图。如图10所示，在步骤S606中，工件2的第1面21相对于水平方向倾斜，使得工件2的第3面23朝向重力方向上的斜下方。由此，工件2利用重力在第1抵接面11S上向Y方向滑动，工件2的第3面23抵接于第3抵接面13S。由此，工件2的Y方向上的定位完成。

接着，在步骤S607中，利用吸附部AM再次吸附完成了3个方向上的定位的工件2。更具体地讲，在步骤S607中，在吸附部AM的内部形成高度的真空状态，利用由此产生的吸引作用强制地使吸附部AM向Z方向伸长。其结果，吸附面AS与工件2的第1面21接触而使工件2吸附于吸附部AM。接着，在步骤S608中，将再次吸附于吸附部AM的工件2输送到预定的目的地。由此，机器人系统RS对工件2的输送完成。像以上那样，采用本例子的输送方法，不对工件2施加外力就能够使第1面21抵接于第1抵接面11S、使第2面22抵接于第2抵接面12S以及使第3面23抵接于第3抵接面13S，因此，能够不使工件2变形地准确定位并把持该工件2。

本发明并不仅限定于所述的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种改变。例如在图6～图10所例示的定位把持方法中，在不同的工序中执行工件2的各方向上的定位(步骤S603、S605、S606)，但在本发明的定位把持方法中，也可以在单一的工序中同时执行工件2的各方向上的定位。图11是表示用于同时执行工件2的各方向上的定位的机器人手RH的位置和姿势的一例子的立体图。此外，图12是从另一个角度看到的图11的状态的机器人手RH的立体图。

在本例子的定位把持方法中，若机器人手RH吸附了工件2，则机器人手臂RA立即将机器人手RH的位置和姿势变更为图11和图12所示的状态，而替代将机器人手RH的位置和姿势依次变更为图8、图9以及图10所示的状态。根据图11和图12可知晓，在本例子中，变更机器人手RH的位置和姿势，使得工件2的第1面21、第2面22以及第3面23全部朝向重力方向上的斜下方。由此，在工件2的第1面21朝向第1抵接面11S并向Z方向的反向移动的同时，第2面22朝向第2抵接面12S并向X方向滑动、第3面23朝向第3抵接面13S并向Y方向滑动。因而，采用本例子的定位把持方法，由于能够同时执行工件2的各方向上的定位，因此，能够缩短输送工件2时的周期。

发明的效果

根据本发明的第1、第3及第4技术方案，利用对工件作用的重力使工件落下，从而能够使工件的第1面抵接于第1抵接面，并且利用对工件作用的重力使工件在第1抵接面上滑动，从而能够使工件的第2面抵接于第2抵接面、使工件的第3面抵接于第3抵接面。这样，根据第1、第3及第4技术方案，不对工件施加外力就能够使第1面抵接于机器人手的第1抵接面、使第2面抵接于机器人手的第2抵接面以及使第3面抵接于机器人手的第3抵接面，因此，能够不使工件变形地准确定位并把持该工件。

根据本发明的第2技术方案，由于吸附部能够利用自重变形为伸长形状和收缩形状，因此，能够防止因第1抵接部而妨碍吸附部的吸附动作，并且能够防止因吸附部而妨碍工件在第1抵接面上的滑动运动。

Claims (3)

1.一种机器人手，其为吸附式，用于把持具有互相交叉的第1面、第2面以及第3面的工件，其中，

该机器人手具备：

主体部；

第1抵接部，其自所述主体部突出，在突出方向上的顶端部具有供所述工件的所述第1面抵接的第1抵接面；

第2抵接部，其自所述主体部延伸，供所述工件的所述第2面抵接；

第3抵接部，其自所述主体部突出，供所述工件的所述第3面抵接；以及

吸附部，其安装在所述主体部，具有能够吸附所述工件的所述第1面的吸附面，

所述吸附部自所述主体部向与所述第1抵接部相同的方向突出，在突出方向上的顶端部具有所述吸附面，

所述吸附部能够变形为所述吸附面配置在比所述第1抵接面靠突出方向上的前方的状态的伸长形状和所述吸附面配置在比所述第1抵接面靠突出方向上的后方的状态的收缩形状，其中，

在所述吸附面朝向重力方向上的下方时，所述吸附部利用自重变形为所述伸长形状，

在所述吸附面朝向重力方向上的上方时，所述吸附部利用自重变形为所述收缩形状。

2.一种机器人系统，其中，

该机器人系统具备权利要求1所述的机器人手和能够变更所述机器人手的位置和姿势的机器人手臂。

3.一种定位把持方法，其在权利要求2所述的机器人系统中将所述工件相对于所述机器人手定位并把持，其中，

利用所述吸附部吸附所述工件的朝向重力方向上的上方的所述第1面，

变更吸附着所述工件的状态的所述机器人手的位置和姿势，使得所述第1面朝向重力方向上的下方，由此，利用重力使所述工件落下，使所述第1面抵接于所述第1抵接面，

解除所述吸附部对所述工件吸附的吸附状态，

进一步变更所述机器人手的位置和姿势，使得所述第1抵接面相对于水平方向倾斜，由此，利用重力使所述工件沿着所述第1抵接面滑动，使所述第2面抵接于所述第2抵接部，使所述第3面抵接于所述第3抵接部，

利用所述吸附部再次吸附所述第2面已抵接于所述第2抵接部且所述第3面已抵接于所述第3抵接部的状态的所述工件的所述第1面。