CN117083159A - 搬运用脚构件及机器人装置 - Google Patents

Abstract

目的在于降低构成机器人装置的部件在搬运过程中损坏的可能性。本公开的一方面的机器人装置具备机器人主体(11)和用于搬运机器人主体的搬运用脚部(50)。机器人主体具有机器人臂机构(30)和检测施加于机器人臂机构的外力的传感器装置(40)。传感器装置具有用于设置在机器人设置台(200)的传感器底板(41)、安装在机器人臂机构的基部(31)的底面的传感器顶板(43)和检测传感器底板与传感器顶板之间的位移的传感器主体(45)。搬运用脚部构成为可以以传感器底板不与搬运台接触的方式，将基部或传感器顶板相对于搬运台(100)固定。

Description

搬运用脚构件及机器人装置

技术领域

本发明涉及一种搬运用脚构件及机器人装置。

背景技术

近年来，能够与作业人员协作进行作业的安全性高的协作机器人开始普及。为了检查碰撞作业人员等，很多协作机器人中装配有检测作用于协作机器人的外力的传感器装置。在专利文献1中，公开了介于机器人与地面之间存在传感器装置的机器人。

在搬运在传感器装置上连结有机器人臂机构的协作机器人时，存在以下课题。一般地，工业用机器人利用在其基部开设的设置用螺栓孔，借助螺栓等固定件固定在搬运用托盘或卡车货架等。但是，在该搬运方法中，搬运时产生的振动等外力会直接作用于机器人。搬运时的振动是重力加速度的数十倍，远大于在使机器人正常工作的情况下所施加的力。因此，在搬运过程中有可能使传感器装置损坏。

作为防止搬运过程中传感器装置损坏的方法，可以考虑提高传感器装置的刚性，以使即便施加过大的外力也不会损坏。另外，还可以考虑在搬运时对传感器装置的部件彼此用固定件固定，以使即便施加外力也不会对传感器装置主体施加过大的负荷。

若为了即使施加过大的外力也不会损坏，而提高传感器装置的主体(检测部)的刚性，则传感器装置的主体会难以变形。由此，不仅会使较小的力的检测精度降低，还无法避免部件成本的增加、传感器装置的大型化、传感器装置的重量化。另外，为了对构成传感器装置的部件彼此用固定件固定，需要提高固定件的尺寸精度，并慎重地进行固定作业。万一部件彼此在偏移的状态下被固定，就会对传感器装置施加过大的力。提高固定件的尺寸精度会使部件成本增加，慎重地进行固定作业会使搬运工时增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2018-080941号公报

发明内容

发明要解决的问题

期望降低构成机器人装置的部件在搬运过程中损坏的可能性。

用于解决问题的手段

本公开的一方面的机器人装置具备机器人主体和用于搬运机器人主体的搬运用脚部。机器人主体具有机器人臂机构和检测施加于机器人臂机构的外力的传感器装置。传感器装置具有用于设置在机器人设置台的传感器底板、安装在机器人臂机构的基部的底面的传感器顶板和检测传感器底板与传感器顶板之间的位移的传感器主体。搬运用脚部构成为能够以传感器底板不与搬运台接触的方式，将基部或传感器顶板相对于搬运台固定。

发明效果

根据本公开的一方面，能够降低构成机器人装置的部件在搬运过程中损坏的可能性。

附图说明

图1是示出第一实施方式的机器人装置的立体图。

图2是示出第一实施方式的机器人装置的搬运用脚部的立体图。

图3是示出将图1的机器人装置固定在搬运台的状态的侧视图。

图4是示出将图1的机器人装置固定在设置台的状态的侧视图。

图5是示出第二实施方式的机器人装置的侧视图。

图6是示出第三实施方式的机器人装置的侧视图。

图7是示出第四实施方式的机器人装置的侧视图。

图8是用于说明将图7的机器人装置向搬运台固定的方法的图。

图9是示出第五实施方式的机器人装置的侧视图。

图10是示出第六实施方式的机器人装置的侧视图。

图11是用于说明将图10的机器人装置向搬运台固定的方法的图。

图12是示出第七实施方式的机器人装置的侧视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式的机器人装置进行说明。

(第一实施方式)

第一实施方式的机器人装置具有机器人主体11和控制机器人主体11的控制装置(未图示)。如图1所示，机器人主体11具有固定在机器人设置台上的传感器装置40和连结在传感器装置40上的机器人臂机构30。机器人臂机构30具有基部31、经由旋转关节与基部31连接的第一连杆33、经由旋转关节与第一连杆33连接的第二连杆35和经由旋转关节与第二连杆35连接的第三连杆37。在第三连杆37的前端经由旋转关节连接有末端执行器。在基部31上形成有螺栓孔32，用于借助螺栓等与传感器装置40的传感器顶板43连结。

传感器装置40检测作用于机器人臂机构30的外力。典型地，作为传感器装置40能够使用应变片式力传感器。例如，传感器装置40具有：传感器底板41，作为利用螺栓等紧固件固定在设置部位的固定部；传感器顶板43，相对于传感器底板41隔开预定的间隔而配置；以及柱部45，配置在传感器底板41与传感器顶板43之间，作为将传感器底板41与传感器顶板43相互连结的连结部。传感器装置40支撑机器人臂机构30。基部31借助螺栓等紧固件与传感器顶板43连结。传感器顶板43和传感器底板41是由难以相对于外力变形的硬质树脂或金属等材料形成。柱部45是由容易现对于外力变形的弹性树脂等材料形成。当外力作用于机器人臂机构30时，传感器顶板43相对于传感器底板41位移，通过该位移而柱部45变形。在柱部45安装有应变检测器(未图示)作为传感器主体。应变检测器追随柱部45的变形而变形，并改变其电阻，将与电阻对应的电压输出到控制装置。控制装置通过将从传感器装置40输出的电压值与阈值进行比较，能够确定是否对机器人臂机构30作用外力。

在搬运机器人主体11时，机器人主体11载置在搬运用托盘或卡车的货架等搬运台100上。机器人装置具有一对搬运用脚部50，用于将机器人主体11固定在搬运台100上以使机器人主体11在搬运台100上不动。第一实施方式的机器人装置的一个特征在于，搬运用脚部50不仅作为将机器人主体11相对于搬运台100固定的构件发挥作用，还作为防止搬运过程中因作用于的机器人主体11的外力而使传感器装置40损坏的构件发挥作用。

具体地，搬运用脚部50构成为能在机器人主体11与搬运台100之间形成间隙，换言之，传感器装置40的传感器底板41与搬运台100分离。由此，能够抑制作用于搬运台100的外力经由传感器装置40的传感器底板41直接传递到传感器装置40的柱部45。另外，搬运用脚部50构成为可以将搬运台100与设置在机器人主体11的比柱部45更靠前端侧的构件连接。由此，由于作用于机器人臂机构30的外力在经由传感器顶板43传递到柱部45之前，能够经由搬运用脚部50释放到搬运台100，因此可抑制对柱部45的负荷。由搬运过程中施加于机器人主体11的惯性，在柱部45产生以机器人主体11中的搬运用脚部50的固定位置为支点的力矩负荷。为了减小该力矩负荷，期望搬运用脚部50固定于在机器人主体11中的接近柱部45的位置所配置的构件。

如图1所示，搬运用脚部50一体地形成于传感器装置40的传感器顶板43。如图2所示，搬运用脚部50构成为将矩形板状的板的两端相互反向地弯折90度的形状。其一端侧53与传感器顶板43成为一体，在另一端侧55形成有用于插通螺栓60的螺栓孔56。搬运用脚部50构成为从其一端侧53到另一端侧55的高度比从传感器装置40的传感器底板41到传感器顶板43的高度长。搬运用脚部50的高度与连接一端侧53和另一端侧55的脚部主体51的长度对应。由此，如图3所示，仅将搬运用脚部50的另一端侧55固定在搬运台100上，就能够在传感器装置40的传感器底板41与搬运台100之间形成间隙，从而能够使传感器底板41与搬运台100分离。如图4所示，在使用机器人主体11时，机器人主体11设置在地面高度相对于周边部高的机器人设置台200。当然，若是地面高度一定的场所，则也可以在地面与机器人主体11之间存在间隔件。由此，能够与以往同样地使用机器人主体11，而无需使搬运用脚部50与地面接触。

根据如上所述构成的第一实施方式的机器人装置，会起到以下的效果。在将机器人主体11直接设置在搬运台100上的情况下，会由于在搬运过程中作用于机器人主体11的振动或惯性，对固定在搬运台100的传感器底板41和支撑机器人臂机构30的传感器顶板43施加各种方向、大小的外力。而且，施加于传感器底板41的外力的方向和施加于传感器顶板43的外力的方向不一定一致。在该情况下，会对连结传感器底板41和传感器顶板43的柱部45施加过大的力。

在第一实施方式的机器人装置中，利用搬运用脚部50固定搬运台100和传感器顶板43，以使机器人主体11相对于搬运台100稍微浮起。也就是，构成为仅用搬运用脚部50支撑机器人臂机构30。由此，由于能够使传感器装置40成为悬挂于机器人臂机构30的状态，换言之，使传感器底板41成为不固定在任何地方的自由状态，因此可抑制对柱部45施加过大的力。当然，由于作用于机器人主体11的外力，在柱部45产生以机器人主体11中的搬运用脚部50的固定位置为支点的力矩负荷。但是，该力矩负荷与如上述的传感器底板41和传感器顶板43与搬运台100和机器人臂机构30连接的情况下产生的负荷相比，非常小。因此，能够减轻在搬运过程中施加于传感器装置40的柱部45的负荷。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，搬运用脚部50与传感器装置40的传感器顶板43一体地形成，但也可以一体地形成于机器人臂机构30。如图5所示，在第二实施方式中，将机器人主体12支撑于搬运台100的搬运用脚部50一体地形成于机器人臂机构30的基部31。根据这样构成的第二实施方式的机器人装置，与第一实施方式的机器人装置同样地，能够减轻在搬运过程中施加于传感器装置40的柱部45的负荷。

一般地，机器人臂机构30的基部31比传感器装置40的传感器顶板43大。从设计自由度的观点出发，将搬运用脚部50一体地形成于机器人臂机构30的基部31的结构，与将搬运用脚部50一体地形成于传感器装置40的传感器顶板43的结构相比具有优势。另一方面，第一实施方式的机器人装置的搬运用脚部50与第二实施方式的机器人装置的搬运用脚部50相比，连接在更靠近传感器装置40的柱部45的位置。在传感器装置40的柱部45会产生与距搬运用脚部50所固定的位置的距离对应的力矩负荷。因此，从进一步减轻施加于传感器装置40的柱部45的负荷的观点出发，第一实施方式的机器人装置与第二实施方式的机器人装置相比具有优势。

(第三实施方式)

在第一、第二实施方式中，搬运用脚部一体地形成于机器人主体，但也可以相对于机器人主体装卸自如。如图6所示，在第三实施方式的机器人装置中，搬运用脚部50相对于机器人主体13装卸自如。在搬运用脚部50的一端侧53和传感器顶板43沿水平方向形成有螺栓孔。搬运用脚部50借助沿水平方向插入的螺栓61紧固于传感器顶板43。“水平方向”对应于与搬运台100的搬运面(表面)平行的方向。

在第一、第二实施方式的机器人装置中，由于搬运用脚部50与机器人主体11、12一体地形成，因此搬运用脚部50增大了机器人装置的占用面积。在第三实施方式的机器人装置中，由于搬运用脚部50相对于机器人主体13装卸自如，因此仅在搬运机器人主体13时将搬运用脚部50安装于机器人主体13即可。在使用机器人装置时，能够将搬运用脚部50从机器人主体13拆卸。由此，与搬运用脚部50一体地形成于机器人主体13的情况相比，能够减小机器人装置的设置面积，另外，也能够设置在地面高度一定的地面上。根据第三实施方式的机器人装置，能减轻在搬运过程中施加于传感器装置40的柱部45的负荷，并且与第一、第二实施方式的机器人装置相比，能提高机器人装置的设置自由度。

(第四实施方式)

在第三实施方式中，搬运用脚部50和传感器顶板43借助沿水平方向插入的螺栓61而被相互紧固，但插入螺栓的方向不限于上述。如图7所示，第四实施方式的机器人装置的搬运用脚部50和传感器顶板43借助沿着铅垂方向插入的螺栓63而被相互紧固。在搬运用脚部50的一端侧53和传感器顶板43沿着铅垂方向形成有螺栓孔。“铅垂方向”对应于与搬运台100的搬运面(表面)正交的方向。

根据第四实施方式的机器人装置，起到与第三实施方式的机器人装置同样的效果。进一步地，在第三实施方式中，由于螺栓插入的方向为水平方向，因此为了将机器人主体13固定在搬运台100上，需要利用起重机等抬起机器人主体13。在抬起机器人主体13的状态下安装搬运用脚部50，再将安装了搬运用脚部50的机器人主体13放下到搬运台100，并将搬运用脚部50固定在搬运台100上。在第四实施方式中，由于螺栓63插入的方向为铅垂方向，因此为了将机器人主体14固定在搬运台100上，如图8所示，在将机器人主体11载置于搬运台100的状态下，将搬运用脚部50固定在搬运台100上，并沿铅垂方向将螺栓63插入固定在搬运台100上的搬运用脚部50和机器人主体14并拧紧即可。由于搬运用脚部50固定在搬运台100上，因此若用螺栓63紧固搬运用脚部50和机器人主体14，则借助螺栓63的轴向力，机器人主体11朝向搬运用脚部50，也就是向铅垂方向的上方移动，从而能够使机器人主体14从搬运台100分离。

这样，从机器人主体14向搬运台100设置的容易性的观点出发，由于在将机器人主体14固定到搬运台100上的作业中不需要起重机等大型设备，仅需要螺栓60、63的紧固作业即可，因此第四实施方式的机器人装置与第三实施方式的机器人装置相比具有优势。另一方面，在第三实施方式的结构中，由于沿着水平方向开设螺栓孔即可，因此，例如通过使传感器顶板43的厚度比螺栓孔更厚，从而能够在其侧面开设螺栓孔。在第四实施方式的结构中，由于必须沿着铅垂方向开设螺栓孔，因此，例如必须使传感器顶板43的宽度或长度比机器人臂机构30的基部31更宽。因此，从机器人主体的占用面积的观点出发，第三实施方式的机器人装置与第四实施方式的机器人装置相比具有优势。

(第五实施方式)

在第四实施方式中，由于是将搬运用脚部50直接地相对于传感器顶板43装卸的结构，因此为了安装搬运用脚部50，必须增大传感器顶板43，导致机器人主体14的占用面积变大。为了解决该问题，在搬运用脚部50与传感器顶板43之间也可以存在其他构件。如图9所示，第五实施方式的机器人装置还具备相对于传感器顶板43装卸自如的搬运用辅助构件70。搬运用辅助构件70借助沿水平方向插入的螺栓65固定在传感器顶板43。搬运用脚部50借助沿铅垂方向插入的螺栓67固定在搬运用辅助构件70。根据第五实施方式的机器人装置，能减轻在搬运过程中施加于传感器装置40的柱部45的负荷，并且与第四实施方式的机器人装置相比，无需增大传感器顶板43，从而能够减小机器人主体15的占用面积。但是，由于安装部件增加，因此从作业工时的观点出发，第四实施方式的机器人装置与第五实施方式的机器人装置相比具有优势。

(第六实施方式)

在第一实施方式至第五实施方式中，使从安装于搬运台100的位置到安装于机器人主体的位置的搬运用脚部50的高度比从传感器装置40的传感器底板41到机器人主体中安装搬运用脚部50的位置的高度更长，从而通过搬运用脚部50的高度，能够使传感器底板41从搬运台100分离。但是，也可以使用于将搬运用脚部50固定在搬运台100的螺栓作为千斤顶(起动机)发挥作用。

如图10所示，第六实施方式的机器人装置的搬运用脚部50构成为从其一端侧53到另一端侧55的高度比从传感器装置40的传感器底板41到传感器顶板43的高度稍短。如图11所示，即使在将安装有搬运用脚部50的机器人主体16载置在搬运台100的状态下，也能够使搬运用脚部50不与搬运台100接触。通过将螺栓69插入安装于机器人主体11的搬运用脚部50和搬运台100并紧固，从而螺栓69的前端与搬运台100抵接。若进一步紧固螺栓69，则借助螺栓69的轴向力，机器人主体16与搬运用脚部50一起被向铅垂方向的上方抬起，从而能够使机器人主体16从搬运台100分离。从搬运台100分离的机器人主体16被带等固定构件固定在搬运台100。当然，通过在搬运台100上开设浅的螺栓孔，并将螺栓69的前端螺纹固定于在搬运台100开设的螺栓孔，从而能够将机器人主体16固定于搬运台100。根据第六实施方式的机器人装置，能减轻在搬运过程中施加于传感器装置40的柱部45的负荷，并且与第四实施方式的机器人装置同样地，在将机器人主体11固定于搬运台100的作业中不需要起重机等大型设备，仅通过螺栓的紧固作业即可，因此可以说容易将机器人主体16设置于搬运台100。

(第七实施方式)

第一实施方式至第六实施方式的机器人装置的机器人主体是传感器装置40上连结有机器人臂机构30的结构，但第一实施方式至第六实施方式的机器人装置的一个特征即搬运用脚部50也能够适用于具有上述结构的机器人主体以外。

为了保护机器人臂机构30内部的部件免受在搬运过程中作用的外力的影响，搬运用脚部50的一端侧53固定于在机器人臂机构30上比机器人臂机构30中的保护对象的部件更靠前端侧所设置的构件，另一端侧55固定于搬运台100，进一步地，搬运用脚部50的尺寸、形状决定能够使机器人臂机构30相对于搬运台100分离。

如图12所示，第七实施方式的机器人装置具有转矩传感器80。转矩传感器80装配在驱动连接基部31和第一连杆33的关节J1的马达单元90。马达单元90固定于基部31的框架311，马达单元90的输出轴91固定于第一连杆33的框架331。搬运用脚部50的一端侧53固定于第一连杆33，另一端侧55固定于搬运台100。搬运用脚部50构成为从其一端侧53到另一端侧55的高度比从机器人臂机构30的基部31的底面到搬运用脚部50的安装位置的高度更长。通过这样构成的搬运用脚部50，机器人臂机构30的基部31从搬运台100分离。

根据如上述构成的第七实施方式的机器人装置，由于由搬运用脚部50来支撑机器人臂机构30的比转矩传感器80更靠前端侧，因此可抑制作用于搬运台100的外力经由机器人臂机构30的基部31直接传递至转矩传感器80，并且能抑制作用于机器人臂机构30的外力经由第一连杆33传递至转矩传感器80，从而能减轻施加于转矩传感器80的负荷。

在本实施方式中，搬运用脚部50为一对，但搬运用脚部50的数量并不限于两个。另外，只要能将搬运用脚部50和机器人主体相互紧固，另外，只要能将搬运用脚部50和搬运台100相互紧固，则其装置并不限于螺栓。例如，根据实施方式，紧固装置可以是螺丝，也可以是带等。

另外，搬运用脚部50的一端侧53安装于传感器装置40的传感器顶板43或机器人臂机构30的基部31，另一端侧55安装于搬运台100。但是，只要能够借助搬运用脚部50使传感器底板41从搬运台100分离，则另一端侧55的安装位置并不限于此。例如，搬运用脚部50的另一端侧55也可以不安装于搬运台100的表面，而是例如安装于相对卡车货架的搬运台100固定的构件。

虽然对本发明的一些实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例提出的，并不用于限制发明范围。这些实施方式可以以其他的各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形与被包含在发明范围或主旨中同样地，被包含在权利要求书所记载的发明和其等同的范围中。

附图标记说明

11：机器人主体、

30：机器人臂机构、

31：基部、

33：第一连杆、

35：第二连杆、

37：第三连杆、

50：搬运用脚部、

100：搬运台。

Claims (9)

1.一种机器人装置，其中，具备：

机器人主体，具有机器人臂机构和检测施加于所述机器人臂机构的外力的传感器装置，以及

搬运用脚部，用于将所述机器人主体固定在搬运台；

所述传感器装置具有用于设置在机器人设置台的传感器底板、安装在所述机器人臂机构的基部的底面的传感器顶板和检测所述传感器底板与所述传感器顶板之间的位移的传感器主体，

所述搬运用脚部构成为能够以所述传感器底板不与所述搬运台接触的方式，将所述基部与所述搬运台连接，或将所述传感器顶板与所述搬运台连接。

2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，所述搬运用脚部构成为相对于所述基部或所述传感器顶板装卸自如。

3.根据权利要求2所述的机器人装置，其中，所述搬运用脚部借助在与所述搬运台平行的方向插入的第一螺栓安装于所述基部或所述传感器顶板。

4.根据权利要求3所述的机器人装置，其中，所述搬运用脚部具有比从所述传感器底板到所述基部的高度或从所述传感器底板到所述传感器顶板的高度稍短的高度，通过在与所述搬运台正交的方向插入的第二螺栓被紧固且其前端与所述搬运台抵接，由此使所述机器人主体从所述搬运台分离，在所述传感器底板与所述搬运台之间形成间隙。

5.根据权利要求2所述的机器人装置，其中，所述搬运用脚部具有比从所述传感器底板到所述基部的高度或从所述传感器底板到所述传感器顶板的高度长的高度，通过在与所述搬运台正交的方向插入的第一螺栓被紧固，所述搬运用脚部安装于所述基部或所述传感器顶板，并且借助所述第一螺栓的轴向力使所述机器人主体从所述搬运台分离，在所述传感器底板与所述搬运台之间形成间隙。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的机器人装置，其中，还具备辅助构件，所述辅助构件相对于所述基部或所述传感器顶板装卸自如，且辅助将所述搬运用脚部向所述基部或所述传感器顶板的安装。

7.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，所述搬运用脚部一体地形成于所述基部或所述传感器顶板。

8.一种机器人装置，其中，具备：

机器人臂机构，内置有保护对象的构件，以及

搬运用脚部，用于将所述机器人臂机构固定在搬运台；

所述搬运用脚部构成为能够以所述机器人臂机构不与所述搬运台接触的方式，将所述搬运台与比所述保护对象的构件靠所述机器人臂机构的前端侧的其他构件连接。

9.一种搬运用脚构件，装卸自如地安装于机器人装置的安装部，其中，

为了使所述机器人装置的底部与搬运台分离，具有比从所述机器人装置的底部到所述安装部的高度长的高度。