CN110712214A - 手连接位置可变装置和机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种手连接位置可变装置和机器人。该手连接位置可变装置能够容易地避免机器人与周边物等之间的干涉，该机器人包括该手连接位置可变装置。手连接位置可变装置包括：连接器部，其安装于手腕部；手部，其用于保持机器人进行预定的作业所用的工具；定位机构，其构成为能够将手部相对于连接器部定位于包含第1位置和第2位置的多个位置中的任一者，该第2位置为工具相对于连接器部的位置和姿势中的至少一者与第1位置不同的位置；以及装卸机构，其以手部能够相对于连接器部装卸的方式保持手部。

Description

手连接位置可变装置和机器人
技术领域
本发明涉及能够变更手相对于机器人的连接位置的手连接位置可变装置和具备该装置的机器人。
背景技术
作为在机械臂的顶端对工具连接器进行定位并进行安装的机构，公知有使用了销、杆的机构(例如参照日本特开昭63－150180号公报、日本特开昭63－300885号公报、日本特开平08－011075号公报)。而且，还公知有自动更换工具的ATC(自动工具转换器)(例如参照日本特开平09－168989号公报)。
通过使用ATC等，能够从多种手中选择其一并相对于一台机器人进行装卸，而将该机器人使用于多个用途，但通常需要根据每个用途准备高价的手(工具)，因此，包含该机器人在内的设备的成本较高。例如，在需要将焊接手、软钎焊手、分配器手等手的顶端向相对较狭窄的空间导入的用途中，存在手的基部、机械臂、或其装备与周边物等干涉的情况，该情况下，需要准备不产生干涉的其他的手、或对周边物等干涉对象进行设计变更。因而，为了能够利用尽可能少的种类的手将机器人使用于较多的用途，期望一种能够容易地避免机器人与周边物等之间的干涉的构造。
发明内容
本发明的一技术方案为一种手连接位置可变装置，该手连接位置可变装置包括：连接器部，其安装于机器人的可动部；手部，其用于保持所述机器人进行预定的作业所用的工具；定位机构，其构成为能够将所述手部相对于所述连接器部定位于包含第1位置和第2位置的多个位置中的任一者，该第2位置为所述工具相对于所述连接器部的位置和姿势中的至少一者与所述第1位置不同的位置；以及装卸机构，其以利用所述定位机构进行了定位的所述手部能够相对于所述连接器部装卸的方式保持所述手部。
本发明的另一技术方案为一种机器人，该机器人包括上述手连接位置可变装置。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关的以下的实施方式的说明能够更加明确。在该附图中：
图1是表示具备较佳的实施方式所涉及的手连接位置可变装置的机器人的一构成例的图。
图2是表示手连接位置可变装置的一构成例的图。
图3是从与图2不同的角度观察手连接位置可变装置的图。
图4是从上方观察手连接位置可变装置的手部的图。
图5是图1的手连接位置可变装置的放大图。
图6是表示从图5的状态使连接器部旋转后的状态的图。
图7是从与图3相同的角度观察手连接位置可变装置的图，且是表示工具相对于连接器部的位置和姿势与图3不同的例子的图。
图8是从与图3相同的角度观察手连接位置可变装置的图，且是表示工具相对于连接器部的位置和姿势与图3以及图7不同的例子的图。
图9是表示手部的另一具体例的图。
图10是表示图9的手部安装于连接器部的状态的图。
图11是表示使用了图9的手部时的机器人的用途的一例的图。
图12是用于说明在图11的用途下避免机器人与搁架之间的干涉的图。
具体实施方式
图1是表示具备较佳的实施方式所涉及的手连接位置可变装置10的机器人12的一构成例。机器人12只要具有可进行后述的动作的可动部(机械臂)，就可以是任何构造，但在图示例中，机器人12为6轴的多关节机器人，其具有：基座14、能够相对于基座14绕大致铅垂方向上的轴线旋转的旋转体16、以能够相对于旋转体16旋转的方式安装于旋转体16的上臂18、以能够相对于上臂18旋转的方式安装于上臂18的前臂20以及以能够相对于前臂20旋转的方式安装于前臂20的手腕部22。
在机器人12连接有用于控制机器人12的机器人控制装置24，该机器人控制装置24具有运算处理装置、存储器等，后述的机器人12的动作也能够由机器人控制装置24来控制。
图2是表示手连接位置可变装置10的一构成例的图，图3是从与图2不同的角度观察手连接位置可变装置10的图。手连接位置可变装置10包括：连接器部26，其安装于机械臂的顶端(在此为手腕部22)；手部30，其用于保持机器人12进行预定的作业所用的工具28；定位机构，其构成为能够将手部30相对于连接器部26择一地定位于后述的第1位置和第2位置中的至少任一者；以及装卸机构，其以手部30能够相对于连接器部26装卸的方式保持手部30。
另外，图2例示出使用了自动工具转换器的情况，具体而言，借助ATC工具(主缸)32将连接器部(工具连接器)26安装于手腕部22。但是，自动工具转换器并不是必须的，因此，还能够不经由ATC工具32而将连接器部26直接安装于手腕部22。
作为工具28，能够根据机器人12的用途利用各种工具，例如可列举把持式或吸附式等的手、研磨工具、焊炬、针形件、软钎焊单元、密封剂或涂料的分配器等。而且，在工具28连接自连接器部26或ATC工具32延伸的线缆、软管等线条体34，该线条体34用于向工具28供给电力、压力气体等。
手部30具有：用于保持工具28的(此处，为具有能够供工具28贯穿的孔的)保持构件36和与保持构件36一体构成并设有后述的夹紧销和定位销的板状构件38。
图示例中的装卸机构包括：夹紧销40，其设于手部30(的板状构件38)，并且顶端呈楔形；以及缸体42(参照图3)，其设于连接器部26，并利用空气吸引等来牵引夹紧销40从而以能够装卸的方式把持夹紧销40。但是，装卸机构并不限定于这样的机构，还可以例如在连接器部26和手部30中的一者设置夹具等把持(夹持)构件，并在另一者设置被把持构件。另外，装卸机构的装卸动作能够利用机器人控制装置24等自动进行。
图示例中的定位机构包括：至少一个(图示例中四个)定位销44，其设于手部30(的板状构件38)，且顶端呈锥形；以及销孔46(参照图3)，其形成于连接器部26，并且在夹紧销40位于缸体42内时能够供各定位销44插入。通过将定位销44插入于销孔46，能够使手部30(工具28)相对于连接器部26的位置和姿势成为期望的状态。
图4是从上方观察手部30(板状构件38)的图，并且表示夹紧销40与定位销44之间的位置关系。定位销44配置于以夹紧销40为中心的圆48的圆周上，在此，以90°的等间隔配置有四个定位销。而且，如图3所示，连接器部26的销孔46也与定位销44的位置相对应地设有相同数量。通过这样地将多个定位销以等间隔配置于同一圆周上，如下所述，从而能够使工具28相对于连接器部26的位置和姿势中的至少一者变化。
另外，在该例子中，能够使工具28相对于连接器部26的位置和姿势(以每隔90°)变化成四种，但即使将定位销44的个数设为一个，将销孔46如图3所示地形成为四个，也能够同样地进行变化。然而，定位销44的个数较多的情况能够进一步提高工具28相对于连接器部26的定位精度。
在图示例中，作为包含设于连接器部26和手部30中的一者的销以及设于另一者的销孔的结构而对定位机构进行了说明，但定位机构并不限定于上述结构，例如可以将连接器部26和手部30构成为凹窝构造，也可以在连接器部26和手部30这两者设置如弧齿联轴器那样的互补的齿形。但是，定位机构优选为利用由机器人控制装置24等控制的机器人12的动作而能够自动地进行工具28相对于连接器部26的定位那样的构造。
接着，对将工具28相对于连接器部26的位置和姿势中的至少一者进行变更的动作进行说明。此处，将图1所示的工具28相对于连接器部26的位置和姿势称为第1位置，并说明使用临时放置台50将工具28变更成后述的第2位置的情况。
首先，如图5所示，利用机器人12的动作控制，将手部30载置于临时放置台50的预定位置。更具体而言，将设于临时放置台50的至少一个(图示例中两个)定位杆52的顶端插入于在手部30的板状构件38形成的杆孔54(参照图4)。由此，手部30(的重量)成为被临时放置台50支承的状态。
接着，自缸体42释放夹紧销40，并使连接器部26向上方移动。利用该动作，将连接器部26与手部30分离。
接着，如图6所示，使机器人12的手腕部22从图5的状态旋转预定角度(此处为逆时针旋转90°)，并使连接器部26下降。利用该动作，一边将夹紧销40再次向缸体42内牵引，一边将定位销44插入于销孔46内，而使工具部28移动到工具28相对于连接器部26的位置和姿势中的至少一者与第1位置(图5)不同的第2位置。另外，为了进行这些动作，使用众所周知的技术预先对机器人控制装置24教导机器人12应移动的位置和姿势。
这样一来，通过使工具28相对于连接器部26的位置和姿势中的至少一者变化，不仅使工具28的位置、姿势变化，还使连接于工具28的线条体34的位置、姿势(处理形态)变化。因而，在第1位置，在工具28或线条体34与周边物等干涉而难以进行预定的作业的情况下，通过将工具28变更到第2位置，能够不产生干涉地进行预定的作业。因而，根据本实施方式，不需要准备包括相同的工具且工具相对于连接器部的位置或姿势不同的多个手部，而谋求设备成本的降低。而且，图5～图6所示的一系列的动作能够全部自动进行，因此，作业人员几乎没有负担，相比于利用ATC等来进行工具更换的情况，周期没有太大变化。
图7是从与图3相同的角度观察手连接位置可变装置10的图，且表示利用与图5～图6所示的一系列的动作相同的机器人动作而使连接器部26相对于手部30顺时针旋转了90°的状态。而且，图8是从与图3相同的角度观察手连接位置可变装置10的图，且表示利用与图5～图6所示的一系列的动作相同的机器人动作而使连接器部26相对于手部30逆时针旋转了90°的状态。比较图3、图7以及图8可知，即使在使用了同一手部30的情况下，工具28的位置和姿势、线条体34的位置和姿势也能够较大程度地变化，因此，通过根据用途适当选择工具28的位置和姿势、线条体34的位置和姿势，能够大幅扩大可由同一手对应的用途的范围。
图9～图10是用于说明手连接位置可变装置10的其他构成例的图，具体而言，在图2的实施例中，手部30能够相对于连接器部26旋转，相对于此，本实施例中的手部30′能够相对于连接器部26在一方向上位移(偏移)。
具体而言，手部30′包括能够把持工件(未图示)的工具(把持式手)56以及与手56一体形成的板状构件58，在板状构件58配置有顶端呈楔形的多个(图示例中为两个)夹紧销60a、60b和分别自夹紧销60a、60b分开预定距离地配置的、顶端呈锥形的定位销62a、62b。
另一方面，连接器部26具有与图2～图3的实施例相同的缸体42以及与图2～图3的实施例相同的销孔46，该缸体42利用空气吸引等牵引夹紧销60a或夹紧销60b并以能够装卸的方式把持夹紧销60a或夹紧销60b，该销孔46在夹紧销60a位于缸体42内时能够供定位销62a插入并且在夹紧销60b位于缸体42内时能够供定位销62b插入。因而，在本实施例中也是，夹紧销60a和缸体42或夹紧销60b和缸体42构成装卸机构，定位销62a和销孔46或定位销62b和销孔46构成定位机构。因而，在图9的实施例中，通过与图5～图6的处理相同地使用临时放置台等，能够将手部30′相对于连接器部26的位置自动地设定、变更成第1位置(如图10所示，缸体42保持夹紧销60a的情况)和第2位置(保持夹紧销60b的情况)中的任一者。
图11是表示使用了图9的手连接位置可变装置的机器人12的较佳的用途的一例。在此，机器人12具有多个收纳空间64，设为相对于俯视呈大致日文“コ”字形的搁架66进行取出和放入板状的工件68的动作。
如图11所示，在使用构成为用于把持工件68并将已把持的工件68收纳于搁架66的手部30′的情况下，由于机器人(臂)的位置、姿势根据搁架66(收纳空间64)的位置、形状而变化，因此，存在臂、其装备(线条体34等)与搁架66干涉的情况。以往，为了避免干涉，需要以相对于机器人的各种姿势不产生干涉的方式设计搁架，而具有搁架大型化的倾向。而且，为了进行该设计，需要预先利用模拟等求出机器人可采取的姿势，也消耗时间和劳力。
于是，若使用图9所示那样的手连接位置可变装置10，则能够解决上述不良情况。例如，如图12所示，若设为手部30′相对于连接器部26向右侧移位的状态(参照图10)，则由于成为连接器部26相对于工件68向左侧移位的状态，因此，能够避免线条体34等与搁架66的右侧部分70干涉。这样，在机器人进入相对狭窄的区域进行作业的情况下，通过将连接器部与手部之间的位置关系预先(自动)变更成适当的位置关系，能够极力排除因机器人与周边物等干涉而使该作业无法进行(因而需要准备其他的手等)这样的问题。
根据上述实施方式，存在即使在机器人无法接近作业对象的情况下也能够通过选择、变更工具相对于连接器部的位置或姿势(角度)而接近作业对象的情况。另外，即使在机器人所保持的工件可能与周边物等干涉的情况下，通过适当选择工具相对于连接器部的位置或姿势，也能够避免干涉。此外，由于机器人的动作姿势，存在机器人的装备等与周边物干涉的情况，但通过改变工具相对于连接器部的位置或姿势，能够教导不产生干渉的机器人动作。这样，通过从连接器部上仅拆卸手部，并在变更了工具相对于连接器部的角度、位置之后，再次将手部安装于连接器，从而能够实现连接器部与工具之间的多个相对位置关系，并能够扩大机械手的动作范围、避免仅由机器人的动作无法避免的干涉。因而，在本公开中，能够极力减小准备、制作仅与连接器部之间的位置关系不同的多个手部的必要性，而有助于抑制设备成本。
根据本公开，能够容易地改变工具相对于连接器部的位置和姿势中的一者或这两者，因此，能够避免机器人与周边物等之间的干渉，并能够降低准备多种工具的必要性。

Claims (6)

1.一种手连接位置可变装置，其中，
该手连接位置可变装置包括：
连接器部，其安装于机器人的可动部；
手部，其用于保持所述机器人进行预定的作业所用的工具；
定位机构，其构成为能够将所述手部相对于所述连接器部定位于包含第1位置和第2位置的多个位置中的任一者，该第2位置为所述工具相对于所述连接器部的位置和姿势中的至少一者与所述第1位置不同的位置；以及
装卸机构，其以利用所述定位机构进行了定位的所述手部能够相对于所述连接器部装卸的方式保持所述手部。
2.根据权利要求1所述的手连接位置可变装置，其中，
所述装卸机构包括设于所述手部的夹紧销和设于所述连接器部并以能够装卸的方式保持所述夹紧销的缸体，
所述定位机构具有设于所述手部并配置于以所述夹紧销为中心的圆周上的至少一个定位销和设于所述连接器部并能够供所述定位销插入的销孔。
3.根据权利要求1所述的手连接位置可变装置，其中，
所述装卸机构包括互相分开地设于所述手部的多个夹紧销和设于所述连接器部并以能够装卸的方式保持所述多个夹紧销中的任一者的缸体，
所述定位机构具有设于所述手部并相对于所述多个夹紧销分别分开预定距离地配置的定位销和设于所述连接器部并能够供所述定位销插入的销孔。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的手连接位置可变装置，其中，
所述装卸机构自动进行动作。
5.一种机器人，其中，
该机器人包括权利要求1～4中的任一项所述的手连接位置可变装置和所述可动部。
6.根据权利要求5所述的机器人，其中，
该机器人构成为自动进行以下动作：
利用所述装卸机构相对于所述连接器部装卸所述手部；
以将自所述连接器部拆除了的所述手部定位于所述第1位置或所述第2位置的方式使所述连接器部相对于所述手部移动；以及
利用所述装卸机构保持已被定位的所述手部。
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