CN105690418A - 工具适配器及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工具适配器及机器人。该工具适配器用于将工具安装于具有能够以第1轴为中心进行转动的第1转动构件以及能够以与第1轴正交的第2轴为中心进行转动的第2转动构件的机器人手腕部。工具适配器包括：第1部分，其利用第1安装部安装于第2转动构件；以及第2部分，其自第1部分延长，并利用第2安装部安装于工具。第1安装部和第2安装部分别配置于在使用了工具的作业中、经由工具自对象物向第2部分施加的反作用力的方向成为与第1轴和第2轴这两者相交叉的方向的位置。

Description

工具适配器及机器人
技术领域
本发明涉及一种用于将工具安装于机器人的手腕部的工具适配器。本发明还涉及一种在手腕部安装有工具适配器的机器人。
背景技术
产业用机器人(在本发明中称为机器人)的手腕部通常具有两个自由度或者三个自由度。在向该手腕部安装例如螺柱焊枪、开孔头等在作业中从对象物受到较大的反作用力的工具(即末端执行器)时，有时应该考虑经由工具从对象物向手腕部施加的反作用力的方向。例如，在日本专利公开公报平07-001276号公报(JPH07-001276A)中公开的工具支承装置构成为：具有以工具能够摆动且相对于重力为平衡状态的方式将该工具安装于多轴机器人的臂顶端的结构，并且具有将安装了的工具向工件按压的加压装置。若参照附图，则可以理解“机器人臂Ra的顶端”以能够将第1轴线(与纸面正交的轴线)作为中心进行转动的方式连结于“机器人臂Ra”，“安装于机器人臂Ra的顶端的支承支架10”以能够将与第1轴线正交的第2轴线作为中心进行转动的方式连结于“机器人臂Ra的顶端”。另外，若参照附图，则可以理解作业中从工件向工具施加的反作用力的向量存在于自“支承支架10”所具有的第2轴线大致平行地偏移的位置且存在于与“机器人臂Ra的顶端”所具有的第1轴线不交叉的位置。
在JPH07-001276A所公开的上述结构中，由于作业中从工件向工具施加的反作用力，在“机器人臂Ra的顶端”即手腕部产生以第1轴线为中心的力的力矩。若因该力的力矩而在手腕部产生挠曲，则有可能对使用了工具的机器人作业的品质产生影响。在这种情况下，若构成为使作业中从工件向工具施加的反作用力的向量的位置与“支承支架10”的第2轴线一致，则能够避免力的力矩的产生。但是在这种结构中，可以预测到从“机器人臂Ra的顶端”的第1轴线到工件顶端的距离增加，另外有容易对工件、工件的周边物体产生干涉而使作业性恶化的忧虑。
发明内容
在用于向机器人的手腕部安装工具的工具适配器中，期望的是，不会使使用了工具的机器人作业的作业性恶化并能够排除经由工具从对象物向手腕部施加的反作用力对作业的品质产生的影响。
本发明的一技术方案为一种工具适配器，该工具适配器用于将工具安装于具有能够以第1轴为中心进行转动的第1转动构件以及能够以与第1轴正交的第2轴为中心进行转动的第2转动构件的、两个自由度以上的机器人手腕部，其中，该工具适配器包括：第1部分，其具有第1安装部，并利用第1安装部安装于第2转动构件；以及第2部分，其自第1部分延长，该第2部分具有第2安装部，并利用第2安装部安装于工具，第1安装部和第2安装部分别配置于在使用了工具的作业中、经由工具自对象物向第2部分施加的反作用力的方向成为与第1轴和第2轴这两者相交叉的方向的位置。
本发明的另一技术方案为一种机器人，其中，该机器人包括安装了上述工具适配器的两个自由度以上的手腕部。
在一技术方案的工具适配器中，在机器人作业中经由工具向工具适配器的第2部分施加的反作用力的向量配置于与第1轴相交叉的位置，因此避免了对手腕部产生以第1轴为中心的力的力矩。因此，包含第1转动构件及第2转动构件的手腕部的构成零件不会产生由反作用力引起的挠曲。若手腕部的构成零件不产生挠曲，则能够排除反作用力对作业的品质带来的影响。此外，第1安装部和第2安装部配置于反作用力的方向成为与第2轴相交叉的方向的位置，因此能够将具有第2轴的第2转动构件配置于自工件离开以第1轴为中心的规定角度的位置，其结果是，能够避免手腕部与对象物、其他周边物体之间的干涉。通过将工具安装于第2部分，从而缩短自第1轴到工具顶端的距离，避免手腕部与对象物、其他周边物体之间的干涉。根据这样的工具适配器，不会使使用了工具的机器人作业的作业性恶化，能够排除经由工具自对象物向手腕部施加的反作用力对作业的品质带来的影响。
根据另一技术方案的机器人，不会使使用了工具的机器人作业的作业性恶化，能够提高机器人作业的品质。
附图说明
通过与附图相关联的以下的实施方式的说明，能够进一步使本发明的目的、特征以及优点变得明确。在本发明的附图中，
图1是概略表示一实施方式的机器人的主视图；
图2是图1的机器人的手腕部的放大立体图；
图3A是从一方向表示一实施方式的工具适配器的立体图；
图3B是从另一方向表示一实施方式的工具适配器的立体图；
图4是表示使用了工具的机器人作业的一例的立体图，该工具利用图3A的工具适配器安装于手腕部；
图5是表示使用了工具的机器人作业的另一例的主视图，该工具利用图3A的工具适配器安装于手腕部；
图6是安装有另一实施方式的工具适配器的手腕部的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在所有附图中，对于相对应的构成要素标注相同的附图标记。
图1表示一实施方式的机器人10。机器人10包括：静止基座12；旋转台14，其以能够将铅垂的轴线J1(以下称为轴J1)作为中心进行转动(旋转)的方式连结于静止基座12；下臂部16，其以能够将与轴J1正交的水平的轴线J2(以下称为轴J2)作为中心进行转动(摆臂)的方式连结于旋转台14；上臂部18，其以能够将与轴J2平行的水平的轴线J3(以下称为轴J3)作为中心进行转动(摆臂)的方式连结于下臂部16；以及手腕部20，其以能够将与轴J3正交的轴线J4(以下称为轴J4)作为中心进行转动(手腕旋转)的方式连结于上臂部18。
如在图2中放大所示，手腕部20具有第1转动构件22和第2转动构件24，该第1转动构件22以能够将与轴J4正交的第1轴线J5(以下称为第1轴J5)作为中心进行转动(手腕弯曲)的方式连结于上臂部18，该第2转动构件24以能够将与第1轴J5正交的第2轴线J6(以下称为第2轴J6)作为中心进行转动(手腕转动)的方式连结于第1转动构件22。轴J4、轴J5及轴J6配置于相互在一点相交叉的位置。在第2转动构件24安装有一实施方式的工具适配器26，且在工具适配器26上供工具28支承。
如上所述，该实施方式的机器人10包括垂直多关节型机械手，该垂直多关节型机械手具有3个自由度(J1～J3)的臂结构和3个自由度(J4～J6)的手腕结构。机器人10多样地控制各个轴J1～J6，通过使下臂部16和上臂部18以及手腕部20多彩多样地进行动作，从而能够使用工具28执行各种各样的作业。此外在本发明中，机器人10的轴结构不限定于上述结构。机器人10例如也能够包括5轴以下、7轴以上的垂直多关节型机械手，另外也能够包括水平多关节型、直角坐标型等多种多样的机械结构的机械手。另外手腕部20也能够具有例如省略了轴J4的两个自由度的结构。
一实施方式的工具适配器26为用于将工具28安装于具有第1转动构件22和第2转动构件24的、两个自由度以上的手腕部20的构件。如图3A所示，工具适配器包括具有第1安装部30的第1部分32以及自第1部分32延长并具有第2安装部34的第2部分36。如图2所示，第1部分32利用第1安装部30安装于第2转动构件24并利用未图示的螺栓/螺母等紧固部件固定于第2转动构件24。第2部分36利用第2安装部34安装于工具28并利用螺栓/螺母等紧固部件38固定于工具28。在该实施方式中，第1安装部30具有分别供螺栓贯穿的多个贯通孔，第2安装部34具有1个供螺栓贯穿的贯通孔。
如图3A所示，第1部分32和第2部分36各自具有平板状的形状。在该实施方式中，第1部分32和第2部分36互相成形为一体。包含第1安装部30的平板状的第1部分32与包含第2安装部34的平板状的第2部分36以互相成不为零的角度θ进行配置。此外如图2所示，第1安装部30和第2安装部34分别配置于在使用了工具28的机器人作业中、经由工具28自对象物向第2部分36施加的反作用力F的方向成为与第1轴J5和第2轴J6这两者相交叉的方向的位置。
参照图4及图5说明使用了工具28的机器人作业的例子，该工具28利用工具适配器26安装于手腕部20。在该例子中，工具28是螺柱焊枪，如图所示螺柱40安装于工具28。另外本发明不限定工具28的种类，能够利用工具适配器26将各种各样的工具28安装于手腕部20。当工具28为螺柱焊枪、开孔头等在作业中自对象物承受比较大的反作用力的工具时，本发明的效果格外且极其有利。
在图4所示的作业例中，机器人10使用了利用工具适配器26安装于手腕部20的工具28向作为对象物的工件W焊接螺柱40。工件W被支承于支承台42。在焊接中，由于以规定的按压力将螺柱40按压于工件W，因此按压力的反作用力F经由螺柱40以及工具28向工具适配器26的第2部分36施加。此时，如图2所示，反作用力F的向量配置于与第1轴J5相交叉的位置，因此避免了对手腕部20产生以第1轴J5为中心的力的力矩。因此，包含第1转动构件22及第2转动构件24的手腕部20的构成零件不会产生由反作用力F引起的挠曲。若手腕部20的构成零件不产生挠曲，则能够排除例如螺柱40在工件W上滑动等反作用力F对作业(螺柱焊接)的品质带来的影响。
如图5所示，在向支承于支承台42的工件W的其他部位执行与图4相同的机器人作业时，有时会在手腕部20与工件W、其他周边物体之间产生干涉。在图5的例子中，手腕部20有可能与工件W所具有的突出部分Wa相碰撞。在这种情况下，如图2所示，工具适配器26的第1安装部30和第2安装部34配置于如下位置，即反作用力F的方向成为与第2轴J6相交叉的方向的位置，因此能够将具有第2轴J6的第2转动构件24配置于自工具28离开以第1轴J5为中心的规定角度的位置。如此配置的结果是，在手腕部20的第1转动构件22与工具适配器26的第2部分36之间产生空间，利用该空间，避免手腕部20与工件W的突出部分Wa之间的干涉。假设，将工具28安装于工具适配器26的第1部分32而构成为反作用力F的向量的位置与第2轴J6一致时，自第1轴J5到螺柱40的顶端的距离变长，手腕部20与工件W之间仍然会产生干涉。对此，通过将工具28安装于工具适配器26的第2部分36，从而缩短自第1轴J5到螺柱40的顶端的距离，避免手腕部20与工件W之间的干涉。
像这样，根据工具适配器26，不会使使用了工具28的机器人作业的作业性恶化，能够排除自工件W经由工具28向手腕部20施加的反作用力F对作业的品质带来的影响。此外，根据将工具适配器26安装于手腕部20的机器人10，不会使使用了工具28的机器人作业的作业性恶化，能够提高机器人作业的品质。
如图3B所示，工具适配器26包括沿着平板状的第1部分32及平板状的第2部分36的一对侧缘设置的一对侧壁44以及自第1部分32及第2部分36大致平行地离开并延伸设于两侧壁44之间的上壁46。该侧壁44及上壁46的作用为提高具有平板状的第1部分32及平板状的第2部分36的工具适配器26的、相对于外力(尤其是反作用力F)的整体的刚性。通过提高工具适配器26的刚性，从而在例如图4及图5所示的机器人作业中，防止由反作用力F引起的、在工具适配器26自身产生挠曲，排除对机器人作业的品质产生的影响。
工具适配器26能够具有图示结构以外的各种各样的结构。第1部分32及第2部分36能够具有图示的大致矩形的轮廓以外的多边形、椭圆形的轮廓。通过增加第1部分32及第2部分36的厚度，从而也能够省略侧壁44及上壁46。能够将第1部分32及第2部分36分别作为单独零件制成并以互相固定的方式连结。如图6所示，也能够将第1部分32与第2部分36之间所成的角度θ设为大致90°。工具适配器26的结构能够根据应用的机器人10、手腕部20的结构、机器人作业的内容、对象物(工件W)的形状、要求的刚性等多种多样地进行设定。
以上说明了本发明的实施方式，但是能够在不脱离权利要求书的公开范围的前提下进行多种多样的修改及变更，这对本领域的技术人员来说是能够理解的。

Claims (4)

1.一种工具适配器，该工具适配器用于将工具安装于具有能够以第1轴为中心进行转动的第1转动构件以及能够以与该第1轴正交的第2轴为中心进行转动的第2转动构件的、两个自由度以上的机器人手腕部，其中，
该工具适配器包括：
第1部分，其具有第1安装部，并利用该第1安装部安装于所述第2转动构件；以及
第2部分，其自所述第1部分延长，该第2部分具有第2安装部，并利用该第2安装部安装于所述工具，
所述第1安装部和所述第2安装部分别配置于在使用了所述工具的作业中、经由所述工具自对象物向所述第2部分施加的反作用力的方向成为与所述第1轴和所述第2轴这两者相交叉的方向的位置。
2.根据权利要求1所述的工具适配器，其中，
所述第1部分与所述第2部分各自具有平板状的形状，
包含所述第1安装部的平板状的所述第1部分与包含所述第2安装部的平板状的所述第2部分互相成不为零的角度。
3.根据权利要求1或2所述的工具适配器，其中，
所述工具为螺柱焊枪或开孔头。
4.一种机器人，其中，
该机器人包括安装了权利要求1～3中任一项所述的工具适配器的两个自由度以上的手腕部。
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