CN115956016A - 机器人、零点标定夹具、零点标定系统以及零点标定方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人，其在构成关节轴且被支撑为能够相对移动的两个部件(3、4)上分别设置有V字槽(12、22)或者V字突起，所述V字槽(12、22)具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的槽底处相交的两个倾斜内表面，所V字突起具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的棱处相交的两个倾斜外表面，在关节轴的两个部件(3、4)配置于预定的动作位置时，所述V字槽(12、22)或者所述V字突起配置于使槽底彼此、棱彼此或者槽底与棱一致的位置。

Description

机器人、零点标定夹具、零点标定系统以及零点标定方法

技术领域

本发明涉及机器人、零点标定夹具、零点标定系统以及零点标定方法。

背景技术

已知如下机器人：其在经由关节轴以能够相对旋转的方式连接的两个部件上分别设置有用于进行相互对齐的划线状的标记(例如，参照专利文献1。)。

在关节轴进行了零点标定的状态下，通过预先使设置于关节轴的两个部件的划线状的标记一致，能够在关节轴的马达或者减速器更换后，利用标记简易地使关节轴复原到原点位置。

另外，已知如下零点标定方法：在具有基准平面的基部安装夹具，并利用测量仪器测量以能够围绕旋转轴旋转的方式连接的可动部的可动平面与基准平面之间的距离(例如，参照专利文献2。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-251365号公报

专利文献2：日本特开2014-46399号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，划线状的标记对于原点位置的简易复原是有效的，但难以准确复原。

另一方面，虽然利用如专利文献2那样的夹具以及测量仪能够准确地复原原点位置，但是需要另外设置划线那样的用于简易复原的标记，并且加工用于高精度安装夹具的零件需要耗费成本和劳力。

因此，希望简易且低成本地实现原点位置的简易复原以及准确复原这两方面。

用于解决问题的方案

本发明的一个方案是一种机器人，所述机器人在构成关节轴且被支撑为能够相对移动的的两个部件上分别设置有V字槽或者V字突起，所述V字槽具有在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的槽底处相交的两个倾斜内表面，所述V字突起具有在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的棱处相交的两个倾斜外表面，在所述关节轴的两个所述部件配置于预定的动作位置时，所述V字槽或者所述V字突起配置于使所述槽底彼此、所述棱彼此或者所述槽底与所述棱一致的位置。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的机器人的一个例子的整体结构图。

图2是表示设置于图1的机器人的第二旋转关节轴的两个零点标定用支承面的一个例子的立体图。

图3是表示设置于图2的旋转体的零点标定用支承面、以及定位于该零点标定用支承面的第一夹具的一个例子的立体图。

图4是表示定位于设置于图2的臂的零点标定用支承面的第二夹具的托架的一个例子的立体图。

图5是表示设置于图2的臂的零点标定用支承面、以及定位于该零点标定用支承面的第二夹具的一个例子的立体图。

图6是表示以定位状态配置于图2的两个零点标定用支承面的本发明的一个实施方式的零点标定夹具的一个例子的立体图。

图7是说明本发明的一个实施方式的零点标定方法的一部分的流程图。

图8是说明图7的零点标定方法中的距离测量处理的流程图。

图9是说明图7的零点标定方法的一部分的流程图。

图10是表示图2的零点标定用支承面的变形例的立体图。

图11是表示以定位状态配置于图10的两个零点标定用支承面的图6的零点标定夹具的一个例子的立体图。

图12是表示图3的零点标定用支承面以及第一夹具的变形例的立体图。

图13是表示图5的零点标定用支承面以及第二夹具的变形例的立体图。

图14是表示设置于图12的第一夹具或者图13的第二夹具的凹部的变形例的立体图。

图15是表示设置于图3的第一夹具或者图5的第二夹具的凸部的变形例的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的机器人1、零点标定夹具50、零点标定系统以及零点标定方法进行说明。

本实施方式的零点标定系统具备机器人1以及零点标定夹具50。

如图1所示，本实施方式的机器人1例如是具备六个旋转关节轴(关节轴)的垂直多关节型机器人。机器人1具备基座(部件)2、旋转体(部件)3、以及第一臂(部件)4，其中，基座2设置于地面，旋转体3以能够围绕竖直的第一轴线A旋转的方式支撑于基座2，第一臂4以能够围绕水平的第二轴线B旋转的方式支撑于旋转体3。另外，机器人1具备第二臂(部件)5和三轴的手腕单元6，第二臂5以能够围绕与第二轴线B平行的第三轴线C旋转的方式支撑于第一臂4，三轴的手腕单元6配置于第二臂5的前端。

手腕单元6具备第一手腕元件(部件)7，第一手腕元件7以能够围绕配置于与第三轴线C正交的平面内的第四轴线D旋转的方式支撑于第二臂5。另外，手腕单元6具备第二手腕元件(部件)8，第二手腕元件(部件)8以能够围绕与第四轴线D正交的第五轴线E旋转的方式支撑于第一手腕元件7。而且，手腕单元6具备第三手腕元件(部件)9，第三手腕元件9以能够围绕与第五轴线E正交且与第三轴线C交叉的第六轴线F旋转的方式支撑于第二手腕元件8。

各旋转关节轴具备能够相对旋转的两个部件。例如，第一旋转关节轴具备能够相对旋转的基座2和旋转体3。另外，第二旋转关节轴具备能够相对旋转的旋转体3和第一臂4。另外，第三旋转关节轴具备能够相对旋转的第一臂4和第二臂5。

第四旋转关节轴具备能够相对旋转的第二臂5和第一手腕元件7。第五旋转关节轴具备能够相对旋转的第一手腕元件7和第二手腕元件8。并且，第六旋转关节轴具备能够相对旋转的第二手腕元件8和第三手腕元件9。

构成各旋转关节轴的两个部件2、3、4、5、7、8、9分别在与两个部件2、3、4、5、7、8、9的边界相邻的位置设置有零点标定用支承面10。各旋转关节轴的零点标定用支承面10、20相同，因此，在此以分别设置于构成第二旋转关节轴的旋转体3以及第一臂4的零点标定用支承面10、20为例进行说明。

如图2所示，旋转体3的零点标定用支承面10设置于与第一臂4的边界相邻且以第二轴线B为中心的圆筒状的外周面。另外，第一臂4的零点标定用支承面20设置于与旋转体3的边界相邻且与第二轴线B正交的侧面，且设置于比旋转体3的零点标定用支承面10更从第二轴线B向径向外侧远离的位置。

如图3所示，旋转体3的零点标定用支承面10具备支承面部11和V字槽(凹部)12，支承面部11由沿着以第二轴线B为中心的圆的切线方向延伸的平面构成，V字槽(凹部)12通过切去支承面部11的一部分而形成。V字槽12具备倾斜内表面13，倾斜内表面13由两个平面构成，该两个平面在与第二轴线B平行延伸的直线状的槽底12a处以预定的角度、例如90°的角度相交。第一臂4相对于旋转体3的移动方向是以第二轴线B为中心的圆的切线方向，V字槽12的槽底12a在与第一臂4的移动方向正交的方向上延伸。

另外，如图5所示，第一臂4的零点标定用支承面20具备支承面部21和V字槽(凹部)22，支承面部21由与第二轴线B正交的平面构成，V字槽(凹部)22通过切去支承面部21的一部分而形成。V字槽22具备倾斜内表面23，倾斜内表面23由两个平面构成，该两个平面在与第二轴线B正交的方向上延伸的直线状的槽底22a处以预定的角度、例如90°的角度相交。V字槽22的槽底22a在与第一臂4相对于旋转体3的移动方向正交的方向上延伸。

旋转体3的零点标定用支承面10是在构成旋转体3的部件的机械加工时通过对支承面部11和V字槽12进行机械加工而形成的，第一臂4的零点标定用支承面20是在构成第一臂4的部件的机械加工时对支承面部21和V字槽22进行机械加工而形成的。在第一臂4相对于旋转体3配置于原点位置、例如图1的位置时，旋转体3以及第一臂4的零点标定用支承面10、20在设计值上形成于如下位置：V字槽12、22的槽底12a、22a彼此配置于同一平面内的位置。

接下来，参照附图对本实施方式的零点标定夹具50进行说明。

零点标定夹具50具备第一夹具60以及第二夹具70，第一夹具60以定位状态配置于构成各旋转关节轴的两个部件2、3、4、5、7、8、9中的一个部件2、3、4、5、7、8的零点标定用支承面10，第二夹具70以定位状态配置于另一个部件3、4、5、7、8、9的零点标定用支承面20。另外，零点标定夹具50具备固定于第一夹具60或者第二夹具70的千分表(测量仪器)80。

此处也以用于对构成第二旋转关节轴的旋转体3和第一臂4进行零点标定的零点标定夹具50为例进行说明。

如图3所示，第一夹具60具备在表面具有基准平面(基准面)60a的平板状的本体部61、以及与本体部61正交地设置于本体部61的一端的平板状的定位部62。

在定位部62的位于与本体部61相反一侧的表面具备：由与零点标定用支承面10的支承面部11抵接的平面构成的抵接面63、以及使抵接面63的中央部分地隆起的V字突起(凸部)64。V字突起64具备倾斜外表面66，倾斜外表面66由两个平面构成，该两个平面在直线状的棱65处以预定的角度、例如90°的角度相交，并且V字突起64具有与零点标定用支承面10的V字槽12互补的形状。即，在V字突起64插入零点标定用支承面10的V字槽12时，两个倾斜外表面66与V字槽12的两个倾斜内表面13同时紧贴。

基准平面60a配置为与抵接面63正交且与V字突起64的棱65平行。

在将第一夹具60的V字突起64插入旋转体3的零点标定用支承面10的V字槽12，并将抵接面63与支承面部11抵接时，V字突起64的两个倾斜外表面66与V字槽12的两个倾斜内表面13同时紧贴，并且抵接面63与支承面部11紧贴。在该状态下，设置于第一夹具60的基准平面60a配置为如下状态：定位于在与支承面部11正交且与第二轴线B平行的方向上延伸的位置的状态。

通过使V字突起64与V字槽12啮合，使得仅允许第一夹具60相对于旋转体3的零点标定用支承面10在沿着V字槽12的槽底12a的方向上移动。由此，第一夹具60的基准平面60a相对于旋转体3被定位，如图6中箭头X所示，即便使第一夹具60沿着V字槽12在沿着第二轴线B的方向上移动，基准平面60a的位置也不会发生变动。

如图4以及图5所示，第二夹具70具备托架71和千分表80，托架71定位于设置于第一臂4的零点标定用支承面20，千分表80固定于托架71的贯穿孔71a。

托架71具备定位部72，定位部72用于定位于设置于第一臂4的零点标定用支承面20。定位部72具有与第一夹具60的定位部62相同的形状，并且具备与零点标定用支承面20的支承面部21抵接的平面状的抵接面73、以及使抵接面73的一部分隆起的、具有与零点标定用支承面20的V字槽22互补的形状的V字突起(凸部)74。

千分表80是采用使柱塞81进退的方式的千分表，以使柱塞81在与V字突起74的棱75正交的平面上沿与抵接面73平行的方向进退的方式固定于托架71。在图5中，附图标记82是将千分表80安装于托架71的安装配件，附图标记83是安装螺钉。千分表80可以在柱塞81的前端从托架71的突出量变为预定量的位置进行重置。

通过使V字突起74与V字槽22啮合，使得仅允许第二夹具70相对于第一臂4的零点标定用支承面20在沿着V字槽22的槽底22a的方向上移动。由此，第二夹具70的千分表80相对于第一臂4被定位。并且，若第一夹具60被高精度定位，则如图6中箭头Y所示，即便使第二夹具70沿着V字槽22在与第二轴线B正交的方向上移动，千分表80的柱塞81前端的突出量也不会发生变动。

将第一夹具60与旋转体3の零点标定用支承面10抵接，并将第二夹具70与第一臂4的零点标定用支承面20抵接，若调整第一臂4相对于旋转体3围绕第二轴线B的动作位置，则千分表80的柱塞81的前端与基准平面60a抵接。由此，能够利用千分表80测量旋转体3与第一臂4之间的相对位置关系(距离)。

接下来，对本发明的一个实施方式的零点标定方法进行说明。

本实施方式的零点标定方法包括：首先，在机器人1进行了零点标定的状态下，使用上述零点标定夹具50测量第一距离。第一距离是在各旋转关节轴的两个部件2、3、4、5、7、8、9配置于第一动作位置时通过千分表测量的距离。

例如，以第二旋转关节轴为例对第一距离的测量进行说明。如图7所示，在进行了零点标定的状态下(步骤S0)，通过调整第一臂4相对于旋转体3的旋转角度位置，将旋转体3和第一臂4配置于第一动作位置、例如原点位置(步骤S1)。在该状态下，实施距离测量处理(步骤S2)。

在步骤S3的距离测量处理工序中，如图8所示，将第一夹具60以定位状态配置于旋转体3的零点标定用支承面10(步骤S21)，将第二夹具70以定位状态配置于第一臂4的零点标定用支承面20(步骤S22)。在原点位置，如图2所示，旋转体3的零点标定用支承面10的V字槽12的槽底12a、与第一臂4的零点标定用支承面20的V字槽22的槽底22a排列在同一平面上。

当旋转体3和第一臂4配置于第一动作位置时，千分表80的柱塞81的前端被第一夹具60的基准平面60a按压，利用千分表80测量第一距离(步骤S23)。预先存储所测量的第一距离(步骤S3)。

接着，通过更换驱动第二旋转关节轴的马达或者减速器，从而在失去了零点标定的状态下(步骤S10)，如图9所示，利用与步骤S1同样的方法，测量第二距离。即，通过调整第一臂4相对于旋转体3的旋转角度位置，将旋转体3和第一臂4配置于第二动作位置、例如大致原点位置(步骤S11)。

在该状态下，实施第二距离的距离测量处理(步骤S2)。

然后，计算所测量的第二距离与预先存储的第一距离的差分(步骤S12)，并判定差分是否在预定的阈值以下(步骤S13)。

在差分大于预定的阈值的情况下，重复从步骤S11开始的工序。在差分变为预定的阈值以下时结束零点标定。

这样，根据本实施方式的机器人1、零点标定夹具50、零点标定系统以及零点标定方法，在构成各旋转关节轴的两个部件2、3、4、5、7、8、9上分别设置具有V字槽12、22的零点标定用支承面10、20。由此，仅通过使第一夹具60以及第二夹具70的V字突起64、74与各V字槽12、22紧贴，就能够将第一夹具60以及第二夹具70以高精度的定位状态配置于各部件2、3、4、5、7、8、9，并高精度地进行零点标定。

即，无需用螺栓或销进行固定，利用V字槽12、22就能够将第一夹具60以及第二夹具70定位于各部件2、3、4、5、7、8、9。具有V字槽12、22的零点标定用支承面10、20的加工与螺纹孔以及销孔的加工相比，能够更简易地进行。另外，具有如下优点：无需螺栓紧固或者销的打入作业，也能够容易地进行将第一夹具60以及第二夹具70安装于各部件2、3、4、5、7、8、9的作业。

另外，在本实施方式中，在使V字突起64、74与V字槽12、22紧贴的同时，使第一夹具60以及第二夹具70的抵接面63、73与零点标定用支承面10、20的支承面部11、21紧贴。第一夹具60以及第二夹具70的定位仅通过V字槽12、22与V字突起64、74的紧贴就能够进行。除此之外，还具有如下优点：通过辅助利用抵接面63、73与支承面部11、21的紧贴，使得仅用手指将抵接面63、73按压到不离开支承面部11、21的程度，就能够简易地防止第一夹具60的基准平面60a的倾倒以及第二夹具70的位置偏移。

另外，根据本实施方式的机器人1，具备零点标定用支承面10、20，零点标定用支承面10、20具备具有上述功能的V字槽12、22。因此，如图2所示，通过目视或者相机确认两个部件2、3、4、5、7、8、9的V字槽12、22的槽底12a、22a配置于同一平面内，能够简易地进行零点标定。即，具有如下优点：能够将V字槽12、22的槽底12a、22a作为划线标记使用。

此外，在本实施方式中，以第二旋转关节轴为例对零点标定用支承面10、20、零点标定夹具50以及零点标定方法进行了说明，但在其他旋转关节轴中也能够应用同样的零点标定用支承面10、20、零点标定夹具50以及零点标定方法。

即，在上述实施方式中，如图2所示，在构成第二旋转关节轴的旋转体3的围绕第二轴线B的外周面以及第一臂4的与第二轴线B正交的侧面设置零点标定用支承面10、20，零点标定用支承面10、20具有沿着相互正交的平面延伸的V字槽12、22。

但是，零点标定用支承面10、20不限于图2那样的配置，也可以是图10那样的配置。例如，在图1所示的机器人1中，能够在构成第一旋转关节轴的基座2与旋转体3之间、以及构成第五旋转关节轴的第一手腕元件7与第二手腕元件8之间(省略图示)设置图2的零点标定用支承面10、20。

另一方面，构成第三旋转关节轴的第一臂4与第二臂5之间、构成第四旋转关节轴的第二臂5与第一手腕元件7之间、以及构成第六旋转关节轴的第二手腕元件8与第三手腕元件9之间的零点标定用支承面10、20如图10所示。

图10的零点标定用支承面10、20均设置于围绕轴线C、D、F的圆筒面，并且在配置于原点位置时，V字槽12、22彼此在同一平面上配置于一条直线上或者平行配置。

对于设置有这样的零点标定用支承面10、20的旋转关节轴，如图11所示，也能够使用与图6相同的零点标定夹具50进行零点标定。即，具有如下优点：能够在多个旋转关节轴的零点标定中使用相同的零点标定夹具50，无需预先准备多种零点标定夹具，

另外，在本实施方式中，通过机械加工在构成各旋转关节轴的两个部件2、3、4、5、7、8、9的外表面形成零点标定用支承面10、20，但也可以将具有零点标定用支承面10、20的部件2、3、4、5、7、8、9作为单独部件进行制造，并将其以定位状态固定于各部件2、3、4、5、7、8、9。由此，具有如下优点：在零点标定用支承面10、20发生破损时，无需更换构成旋转关节轴的部件2、3、4、5、7、8、9，仅更换具有零点标定用支承面10、20的部件2、3、4、5、7、8、9即可。

另外，在本实施方式中，在使V字突起64、74与V字槽12、22紧贴的同时，使抵接面63、73与支承面部11、21紧贴，但是为了定位基准平面60a以及千分表80，也可以省略抵接面63、73。通过使抵接面63、73与支承面部11紧贴，能够防止基准平面60a以及千分表80的倾倒以辅助稳定的定位。

另外，在本实施方式中，在零点标定用支承面10、20设置V字槽12、22，在零点标定夹具50设置V字突起64、74，但如图12以及图13所示，也可以相反设置。另外，也可以在一个零点标定用支承面10、20上设置V字槽12、22，在另一个零点标定用支承面10、20上设置V字突起64、74。

另外，为了作为划线标记发挥作用，需要设置于零点标定用支承面10、20的V字槽12、22的槽底12a、22a以及V字突起64、74的棱65、75，但是零点标定夹具50中的V字突起64、74的棱65、75或者V字槽12、22的直线状的槽底12a、22a不是必需的。

例如，如图14所示，只要凹部30能够容纳V字突起64、74，并且具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的虚拟的槽底31处相交的两个倾斜内表面32即可。

另外，如图15所示，只要凸部40具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的虚拟的棱41处相交的两个倾斜外表面42即可。

另外，在本实施方式中，举例说明了应用于具有六个旋转关节轴的机器人1的情况，但不仅可以应用于旋转关节轴，也可以应用于仅具有直动关节轴的机器人、或者旋转关节轴与直动关节轴混合存在的机器人。

附图标记说明：

1：机器人

2：基座(部件)

3：旋转体(部件)

4：第一臂(部件)

5：第二臂(部件)

7：第一手腕元件(部件)

8：第二手腕元件(部件)

9：第三手腕元件(部件)

12、22：V字槽(凹部)

12a、22a、31：槽底

13、23、32：倾斜内表面

30：凹部

40：凸部

50：零点标定夹具

60：第一夹具

60a：基准平面(基准面)

70：第二夹具

64、74：V字突起(凸部)

65、75、41：棱

66、42：倾斜外表面

Claims (5)

1.一种机器人，其特征在于，

在构成关节轴且被支撑为能够相对移动的两个部件上分别设置有V字槽或者V字突起，所述V字槽具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的槽底处相交的两个倾斜内表面，所述V字突起具备在与移动方向正交的方向上延伸的直线状的棱处相交的两个倾斜外表面，在所述关节轴的两个所述部件配置于预定的动作位置时，所述V字槽或者所述V字突起配置于使所述槽底彼此、所述棱彼此或者所述槽底与所述棱一致的位置。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述机器人具备多个所述关节轴，设置于构成各该关节轴的两个所述部件的所述V字槽或者所述V字突起具有共同的形状。

3.一种零点标定夹具，其特征在于，具备：

第一夹具，其具备凸部或者凹部，所述凸部具有能够与权利要求1或权利要求2中所述的机器人的一个所述部件的所述V字槽的两个所述倾斜内表面同时紧贴的形状，所述凹部具有能够与一个所述部件的所述V字突起的两个所述倾斜外表面同时紧贴的形状，在将所述凸部与所述V字槽抵接、或者将所述凹部与所述V字突起抵接的状态下，所述第一夹具相对于一个所述部件在所述移动方向上被定位；以及

第二夹具，其具备凸部或者凹部，所述凸部具有能够与所述机器人的另一个所述部件的所述V字槽的两个所述倾斜内表面同时紧贴的形状，所述凹部具有能够与另一个所述部件的所述V字突起的两个所述倾斜外表面同时紧贴的形状，在将所述凸部与所述V字槽抵接、或者将所述凹部与所述V字突起抵接的状态下，所述第二夹具相对于另一个所述部件在所述移动方向上被定位，

所述第一夹具或者所述第二夹具中的一个具备在定位于所述部件的状态下在与所述移动方向正交的方向上延伸的基准面，所述第一夹具或者所述第二夹具中的另一个具备在定位于所述部件的状态下，能够测量沿着所述移动方向到所述基准面为止的距离的测量仪器。

4.一种零点标定系统，其特征在于，具备：

权利要求1或权利要求2中所述的机器人；以及

权利要求3中所述的零点标定夹具。

5.一种机器人的关节轴的零点标定方法，其特征在于，

所述机器人是权利要求1或权利要求2中所述的机器人，在所述零点标定方法中使用了权利要求3中所述的零点标定夹具，所述零点标定方法包括：

针对处于进行了零点标定的状态的所述关节轴，将所述第一夹具以定位状态配置于一个所述部件，并且将所述第二夹具以定位状态配置于另一个所述部件，使用所述测量仪器测量两个所述部件配置于第一动作位置时的第一距离；

存储所测量的所述第一距离；

针对处于失去了零点标定的状态的所述关节轴，将所述第一夹具以定位状态配置于一个所述部件，并且将所述第二夹具以定位状态配置于另一个所述部件，使用所述测量仪器测量两个所述部件配置于第二动作位置时的第二距离；以及

使所述关节轴动作，直到所测量的所述第二距离与所述第一距离之间的差分变为预定的阈值以下。

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