CN116133807A - 部件保持夹具、机器人系统以及部件安装方法 - Google Patents

Abstract

期望在将部件安装于工件时，放宽其可安装的部位的限制。机器人系统(100)具有向工件(W)供给部件(P)的部件供给机器人(300)。在部件供给机器人的臂前端装配有工具转换器(4)的母板(4M)。部件保持夹具具有：相对于母板装卸自如的工具板(4T)；安装于工具板，根据经由母板的操作而相对于工件进行吸附脱离的吸附脱离机构(20)；以及与吸附脱离机构连结，在吸附脱离机构吸附于工件的状态下将部件按压于工件的部件按压机构(30)。

Description

部件保持夹具、机器人系统以及部件安装方法

技术领域

本发明涉及部件保持夹具、机器人系统以及部件安装方法。

背景技术

在通过电弧焊接等将部件焊接于母材时，多数情况下利用夹紧夹具等将部件保持在安装位置以使部件相对于母材无法移动。在将部件焊接于汽车的车体等复杂形状的母材的情况下，从夹紧位置到焊接位置之间的母材自身成为干涉物。另外，在较大的母材W焊接部件P的情况下，从夹紧位置到焊接位置之间较远，因此产生不能利用夹紧夹具900相对于母材W夹紧部件P，或者即使能够夹紧也不能牢固地夹紧的问题(参照图16)。利用这样的夹紧夹具900，有时能够焊接的部位受限。

另外，作为机械臂的前端的末端执行器，除焊枪之外，有时还装备供给部件的机构以及对部件进行按压的机构。然而末端执行器的构造变得复杂，而且无法避免大型化，所以不仅末端执行器变得昂贵，而且因为末端执行器与母材干涉而导致能够焊接的部位受限。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-89228号公报

发明内容

发明要解决的课题

在工件上安装部件时，期望放宽其可安装的部位的限制。

用于解决的课题的手段

本公开的一方案的机器人系统具备向工件供给部件的部件供给机器人、将被供给的部件相对于工件保持在安装位置的部件保持夹具、以及将被保持在安装位置的部件安装于工件的安装机器人。在部件供给机器人的臂前端装备有工具转换器的母板。部件保持夹具具有：工具板，相对于母板装卸自如；吸附脱离机构，安装于工具板，根据经由母板的操作而相对于工件进行吸附脱离；以及，部件按压机构，与吸附脱离机构连结，在吸附脱离机构吸附于工件的状态下将部件按压于工件。

发明效果

根据本方案，得以实现构造简单且在将部件安装于工件时，放宽其可安装的部位的受限的机器人用夹具。

附图说明

图1是示出本实施方式的机器人系统的侧视图。

图2是示出图1的部件保持夹具的一例的侧视图。

图3是示出图2的部件保持夹具的移送时的磁铁位置的图。

图4是示出图2的部件保持夹具的部件保持动作开始之后的磁铁位置的图。

图5是示出图2的部件保持夹具对部件的保持状态的图。

图6是示出图1的机器人系统的焊接动作的第一阶段的图。

图7是示出图1的机器人系统的焊接动作的第二阶段的图。

图8是示出图1的机器人系统的焊接动作的第三阶段的图。

图9是示出图1的机器人系统的焊接动作的第四阶段的图。

图10是示出图1的机器人系统的焊接动作的第五阶段的图。

图11是示出图1的机器人系统的焊接动作的第六阶段的图。

图12是示出图1的机器人系统的焊接动作的第七阶段的图。

图13是示出图1的机器人系统的焊接动作的第八阶段的图。

图14是示出图1的部件保持夹具的其他例的侧视图。

图15是示出图1的部件保持夹具的其他例的侧视图。

图16是示出现有例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式的机器人系统进行说明。在以下的说明中，对于具有大致相同的功能以及结构的结构要素，标记相同的附图标记，仅在需要的情况下进行重复说明。

如图1所示，机器人系统100具有对工件W供给部件P的部件供给机器人300、将所供给的部件P保持在工件W的安装位置的部件保持夹具1、以及将被保持在安装位置的部件P安装于工件W的安装机器人400。

部件供给机器人300和安装机器人400隔着载置有工件W的作业台610而分别配置在两侧。在部件供给机器人300的附近，配置有载置有部件P的部件供给台710。

部件供给机器人300具有多关节臂机构。在部件供给机器人300的臂前端，装配有用于把持部件P的部件把持手3、工具转换器4的母板4M。工具转换器4的工具板4T设置于部件保持夹具1。通过向母板4M输送空气压或电信号，能够使工具板4T相对于母板4M装卸。部件保持夹具1的详细在后叙述。

安装机器人400具有多关节臂机构。在安装机器人400的臂的前端，装配有焊枪2。在安装机器人400的臂上，装配有向焊枪2供给焊丝的焊丝供给装置(未图示)。

上述的结构要素以外，机器人系统100具有：用于向部件保持夹具1供给空气的压缩机等空气供给装置320；对焊枪2以及焊丝供给装置供给驱动用电源的焊接电源420；承担部件供给机器人300的动作控制以及部件保持夹具1的动作控制的部件供给机器人控制装置330；承担安装机器人400的动作控制以及焊接电源420的控制的安装机器人控制装置430；以及，总括控制部件供给机器人控制装置330以及安装机器人控制装置430的总括控制装置500。

部件供给机器人控制装置330具备存储有用于控制部件供给机器人300以及部件保持夹具1的动作的部件供给程序的HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等存储装置、执行存储装置所存储的程序的CPU(Central Processing Unit：中央处理机)等运算处理装置等。通过由运算处理装置执行部件供给程序，部件供给机器人300能够按照部件供给程序所规定的部件供给顺序将部件P向工件W供给，部件保持夹具1能够将部件P保持在工件W的安装位置。

安装机器人控制装置430具备存储有用于控制安装机器人400以及焊枪2的动作的部件安装程序的HDD等存储装置、执行存储装置所存储的程序的CPU等运算处理装置等。通过由运算处理装置执行部件安装程序，安装机器人400能够与焊枪2同步地，按照部件安装程序所规定的焊接顺序进行动作，将部件P焊接于工件W。

总括控制装置500具备存储有用于控制部件供给机器人300以及安装机器人400的动作开始的时间点的总括控制用程序的HDD等存储装置、执行存储装置所存储的控制用程序的CPU等运算处理装置等。通过由运算处理装置执行总括控制用程序，能够使部件供给机器人300和安装机器人400同步地动作。

如图2所示，部件保持夹具1具有相对于工具转换器4的母板4M装卸自如的工具板4T。经由工具转换器4，部件保持夹具1相对于部件供给机器人300装卸自如。工具板4T设置在板状的基座10的上表面。在基座10上设置有吸附于工件W吸附以及从工件W脱离的吸附脱离机构20和在吸附脱离机构20吸附于工件W的状态下将部件P按压于工件W的部件按压机构30。

部件按压机构30具有在预定的可动范围内沿上下方向移动自如地支撑于基座10的杆33。在杆33的前端，安装有与部件P抵接的弹性体等触头31。在杆33上插入有压缩螺旋弹簧35。压缩螺旋弹簧35被压入基座10与触头31之间。在杆33下降到最下位置时，触头31的底面比缸22的底面更向下侧突出。

吸附脱离机构20具有磁铁21和将磁铁21支撑为沿上下方向移动自如的磁铁支撑机构。磁铁支撑机构具有圆筒形状的缸22和在其内部滑动的活塞23。缸22的上下端被封闭，缸22的内部被活塞23分隔为上部空间和下部空间。利用活塞施力机构，活塞23与磁铁21一起被向下方施力。典型地，应用压缩螺旋弹簧24作为活塞施力机构。压缩螺旋弹簧24的上端与缸22的上部空间的上表面连接，另一端与活塞23的上表面连接。在活塞23的下表面经由销25固定有磁铁21。磁铁21利用压缩螺旋弹簧24而悬吊于活塞23的上表面。

作为活塞23的驱动方式采用双动式。在缸22的上部空间的侧壁设有与空气管28连接的口26，在缸22的下部空间的侧壁设有与其他系统的空气管29连接的口27。通过独立地切换两个口26、27的供排气，能够与活塞23一起将磁铁21向下方按压，或向上方推起。由此，通过经由母板4M来自外部压缩机的空气的供给/停止(排气)操作，能够对磁铁21相对于工件W的吸附脱离进行外部操作。活塞23的驱动方式也可以为单动式。

部件保持夹具1的两个口26、27的供排气的切换在部件保持夹具1装配于部件供给机器人300的状态下，经由母板4M的空气操作来实现。具体来说，在从空气供给装置320到部件保持夹具1的空气的配管路径上，在部件供给机器人300的臂前端或母板4M设置有电磁阀。通过部件供给机器人控制装置330对电磁阀进行开闭控制，能够切换两个口26、27的供排气。

在从上方的口26向缸22的内部供给空气、从下方的口27将缸22内部的空气排气时，磁铁21与活塞23一起被向下方按出而配置于缸22的底部。

在经由上方的口26而从缸22的内部的上部空间排出空气、经由下方的口27而向缸22内部的下部空间供给空气时，磁铁21与活塞23一起向上方被推起，配置在缸22的上部。

此外，在不从两个口26、27中的任一个向缸22的内部供给空气时，活塞23被压缩螺旋弹簧24向下方施力。磁铁21被按压于缸22的底面。

参照图3至图5，对部件保持夹具1对部件P的保持动作进行说明。

如图3所示，部件保持夹具1在使触头31与载置于工件W的部件P接触的状态下，以缸22的底面与工件W的表面之间空开间隙的方式决定各要素的尺寸。在部件保持夹具1被部件供给机器人300移送期间，从上方的口26从缸22的内部上方的空间排出空气，从下方的口27向缸22的内部下方的空间供给空气。由此，部件保持夹具1的磁铁21与活塞23一同被向缸22的内部上方推起。如图3所示，即使在使部件保持夹具1的触头31与载置于工件W的部件P接触的状态下，磁铁21配置在缸22的内部上方，因此磁铁21相对于工件W的距离变远，工件W与磁铁21相互吸引的力(吸附力)变弱。因此，缸22不会被拉向工件W。

在使部件保持夹具1的触头31与载置于工件W的部件P接触的状态下，切换两个口26、27的供排气。即，从上方的口26向缸22的内部上方的空间供给空气，从下方的口27排出缸22的内部下方的空间的空气。由此，部件保持夹具1的磁铁21与活塞23一起被向缸22的内部下方拉拽。由于磁铁21配置在缸22的底部，磁铁相对于工件W的距离变短，工件W与磁铁21相互吸引的力(吸附力)变强。以该吸附力能够抵抗部件按压机构30的压缩螺旋弹簧35的复原力而维持压缩状态的方式事先确定磁铁21的磁力、压缩螺旋弹簧35的弹簧系数。部件保持夹具1抵抗部件按压机构30的压缩螺旋弹簧35的复原力，与缸22一起被拉向工件W并吸附。

如图5所示，当部件保持夹具1被拉向工件W时，压缩螺旋弹簧35被压缩。压缩螺旋弹簧35被压缩的距离与部件保持夹具1被拉向工件W的距离相等。触头31通过压缩螺旋弹簧35产生的作用力，将部件P按压于工件W，由此，能够将部件P保持在工件W的安装位置。

以下，参照图6至图13，对利用机器人系统100的、对工件W焊接多个部件P1、P2···的顺序进行说明。

首先，部件供给机器人300经由设置于臂前端的工具转换器4而装配部件保持夹具1。部件供给机器人300通过设置于臂前端的部件把持手3，从部件供给台710拾取部件P1(参照图6)，与部件保持夹具1一起搬运至工件W的部件P1的安装位置，在安装位置释放部件P1(参照图7)。接下来，部件供给机器人300将部件保持夹具1移送至载置于安装位置的部件P1的上方，朝向部件P1下降，使部件保持夹具1的触头31与部件P接触(参照图8)。此外，在图6至图8所示的阶段中，部件保持夹具1的磁铁21配置于远离缸22内部的底部的位置(参照图3)。

在使部件保持夹具1的触头31与部件P1接触的状态下，通过切换两个口26、27的供排气，利用部件保持夹具1的部件按压机构30，将部件P1保持在工件W的安装位置(参照图9)。此时，期望部件供给机器人300的软浮子(Soft float)功能有效。由此，将部件供给机器人300的臂前端与部件保持夹具1一起拉向工件W，能够获取拉近后的臂前端的位置。由此，部件供给机器人控制装置330能够继续控制部件供给机器人300。

在由部件保持夹具1保持部件后，部件供给机器人300将部件保持夹具1分离，使臂后退(参照图10)。在从部件供给机器人300将部件保持夹具1分离前，利用部件供给机器人控制装置330，使从工具转换器4到两个口26、27的空气配管路径上的电磁阀关闭，使得即便在部件供给机器人300分离的状态下，空气也不会从缸22的内部泄漏。由此，部件保持夹具1在从部件供给机器人300分离后，也能够维持将部件P1保持在工件W的安装位置的状态。此外，原本，磁铁21与活塞23一起被压缩螺旋弹簧24施力，配置在缸22的内部的下方。因此，即便万一空气从两个口26、27泄漏，由于能够维持吸附脱离机构20对工件W吸附的状态，因此也能够避免焊接中部件P1移动的事故。

在利用部件供给机器人300使部件保持夹具1分离后，安装机器人400通过焊接将被部件保持夹具1保持的部件P1安装于工件W。部件供给机器人300在安装机器人400实施工件W的安装作业期间，拾取下一个部件P2，并搬运至下一个安装位置(参照图11)。安装机器人400在安装作业结束后，使臂后退。部件供给机器人300将保持有结束了安装作业的部件P1的部件保持夹具1装配(参照图12)，切换两个口26、27的供排气，解除部件保持夹具1对部件P1的保持状态。部件供给机器人300使部件保持夹具1移送至已经搬运完毕的部件P2上，朝向部件P2下降，使部件保持夹具1的触头31与部件P2接触(图13参照)。部件供给机器人300、部件保持夹具1以及安装机器人400重复执行图9至图13所说明的动作顺序直到全部部件P向工件W的安装作业结束。

本实施方式所说明的部件保持夹具1能够单独且通过吸附将部件P保持于工件W，所以在向工件W安装部件时，能够放宽对其可安装部位的限制。

另外部件保持夹具1利用被压缩的压缩螺旋弹簧35的作用力将部件P按压于工件W，因此能够增大部件P相对于工件W的保持力，并能够牢固地保持。另外，部件保持夹具1并没有具有太多的功能，只要具有吸附于工件W、从工件W脱离的吸附脱离机构20和将部件P按压于工件W的部件按压机构30即可，而且，吸附脱离机构20的吸附脱离动作能够通过缸22内部的磁铁21的上下的移动来实现，部件按压机构30对部件P的按压动作能够利用压缩螺旋弹簧35的作用力来实现，都不是复杂的构造。将压缩螺旋弹簧35压缩的动力利用了由吸附脱离机构20将部件保持夹具1整体拉向工件W的力，所以不需要用于将压缩螺旋弹簧35压缩的马达等驱动源。这样一来，本实施方式的部件保持夹具1可以说是非常简单的构造。

再有部件保持夹具1即使从部件供给机器人300分离，也能够单独地维持部件P相对于对工件W的保持状态。因此，部件供给机器人300通过分离将部件P保持在工件W的安装位置的部件保持夹具1，在安装机器人400将部件P焊接于工件W期间，能够执行下一个部件向安装位置的搬运等其他作业。由此，能够缩短焊接作业的循环时间，能够提高作业效率。

在本实施方式中，对机器人系统100具有2台机器人的结构进行了说明。然而，如果循环时间允许，也能够通过交替部件保持夹具1和焊枪2，从而仅由1台机器人来构筑系统。

在本实施方式中，对通过焊接将部件P安装于工件W的例子进行了说明，但由于部件保持夹具1将部件P暂时固定于工件W，所以将部件P固定于工件W的方法不限于电弧焊接。按照部件P向工件W的固定方法，焊枪2例如能够替换为胶枪等以因热和熔化的树脂进行粘接的设备、涂敷粘接剂的设备、利用超声波的超音波焊接器等。

在本实施方式中，对作为部件按压机构30使用压缩螺旋弹簧35的例子进行了说明，但只要能够将部件P按压于工件W即可，部件按压机构30的结构就不限于上述构造。例如，可以代替压缩螺旋弹簧35而使用气缸。如图14所示，部件按压机构40具有缸42、活塞43、经由穿过缸42的底面的被密封的孔的杆45而与活塞43连结的触头41。活塞43被压缩螺旋弹簧44悬吊于缸42的内部。在缸42的侧面开设有两个口46、47。在两个口46、47分别连接有从工具转换器4延伸来的空气管48、49。与吸附脱离机构20一样，通过单独操作设置于缸42的两个口46、47的供排气，能够将触头41按压于部件P、使触头41从部件P离开。由此，能够切换部件P相对于工件W的保持以及部件P相对于工件W的保持状态的解除。

根据如上所述地构成的部件按压机构40，在利用吸附脱离机构20使部件保持夹具1的位置相对于工件W固定后，切换口46、47的供排气，使活塞43朝向下方移动，由此能够将触头41按压于部件P，将部件P保持在工件W的安装位置。由于能够分别独立地进行吸附脱离机构20的吸附动作和部件按压机构40的按压动作，因此能够按照部件的种类、安装位置等来调整部件按压机构40的触头41的行程长度。因此，通用性提高。

只要采用使用气缸的部件按压机构40即可，也能够替换吸附脱离机构20的磁铁21而使用吸附垫。如图15所示，吸附脱离机构50具有吸附垫51。吸附垫51经由杆52而与基座10连接。在吸附垫51上设置有与空气管54连接的口53。在使吸附垫51与工件W接触的状态下，通过对由吸附垫51和工件W所规定的空间的空气进行排气，能够使吸附垫51吸附于工件W，将部件保持夹具1固定于工件W。此外，为使在分离工具转换器4时空气不发生泄漏，需要构建使用止逆阀等的配管。利用如上所述地构成的吸附脱离机构50，在将部件保持夹具1相对于工件W的位置固定后，能够利用部件按压机构40将部件P按压于工件W，进行临时固定。由于能够不利用磁铁21的吸附就相对于工件W固定部件保持夹具1的位置，因此在工件W为非磁性体的情况、因使用环境的制约而无法使用磁铁21的情况下，也能够将部件P临时固定于工件W。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并非要对发明的范围进行限定。这些实施方式能够以其他各种各样的方式实施，在不超出发明的意旨的范围内，能够进行各种省略、置换、改变。这些实施方式及其变形与发明的范围、意旨所含的内容一样，均包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

附图标记说明

1…部件保持夹具，3…部件把持手，4…工具转换器，4M…母板，4T…工具板，10…基座，20…吸附脱离机构，21…磁铁，22…缸，23…活塞，24…压缩螺旋弹簧，25…销，26、27…口，28、29…空气管，30…部件按压机构，31…触头，33…杆。

Claims (7)

1.一种机器人系统，其中，具备：

部件供给机器人，向工件供给部件，

部件保持夹具，将被供给的所述部件相对于所述工件保持在安装位置，以及

安装机器人，将被保持在所述安装位置的所述部件安装于所述工件；

在所述部件供给机器人的臂前端装配有工具转换器的母板，

所述部件保持夹具具有：

工具板，相对于所述母板装卸自如，

吸附脱离机构，安装于所述工具板，根据经由所述母板的操作而相对于所述工件进行吸附脱离，以及

部件按压机构，与所述吸附脱离机构连结，在所述吸附脱离机构吸附于所述工件的状态下将所述部件按压于所述工件。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，

所述吸附脱离机构具有磁铁和将所述磁铁支撑为沿与所述工件接近远离的方向上移动自如的支撑机构。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，

所述支撑机构具有缸和活塞，

通过经由所述母板向所述缸供给空气的供给操作，对所述磁铁的从所述工件的离开和所述磁铁的向所述工件的吸附进行切换。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，

在所述缸内装备有将所述活塞与所述磁铁一起向接近所述工件的方向施力的弹簧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人系统，其中，

所述部件按压机构具有与所述部件接触的触头和将所述触头按压于所述工件的压缩弹簧。

6.一种部件安装方法，向工件安装部件，其中，

部件供给机器人装配部件保持夹具，并且拾取所述部件，

所述部件供给机器人将所述部件搬运至所述工件的安装位置并释放，

所述部件供给机器人将所述部件保持夹具移送至被释放的所述部件上，

所述部件保持夹具将被释放的所述部件保持在所述安装位置，

所述部件供给机器人使所述部件保持夹具脱离并后退，

所述安装机器人将被保持的所述部件安装于所述工件，

所述部件供给机器人回收所述部件保持夹具。

7.一种部件保持夹具，将由部件供给机器人供给的部件相对于工件保持在安装位置，其中，具有：

工具板，在装备于所述部件供给机器人的臂前端的工具转换器的母板上装卸自如；

吸附脱离机构，安装于所述工具板，根据经由所述母板的操作而相对于所述工件进行吸附脱离；以及，

部件按压机构，与所述吸附脱离机构连结，在所述吸附脱离机构吸附于所述工件的状态下将所述部件按压于所述工件。

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