CN85107402A - 装卸用机器人 - Google Patents

Abstract

装卸用机器人采用平行联杆结构，四条臂7、8、9、10构成机器人的臂A。用支撑装置B支撑着前边的纵臂(第二条臂)8的下部。行程驱动装置支撑着后边的纵臂(第三条臂)9的下部，并且使其能在水平方向及垂直方向运动。在第一条臂7的顶部活动范围从而得到扩大。特别是行程驱动装置C是负载平衡式结构，且运转灵活，使机械手的臂A能稳定地工作并有极大作业范围。

Description

本发明涉及进行重物的提升、支撑或搬送、放到托盘上、从托盘上卸下等的装卸用机器人。

图6及图7所示为从前的装卸用机器人（特开昭57-140993号及特开昭57-140994号），这两种机器人中，机器人手臂都是把四个手臂构件连接成平行四边形的封闭空间，以便在垂直或水平面内摇动。

于是，图6的装卸用机器人是适用于水平面作业的，如果靠驱动装置（1）使机器人手臂（2）的力点（2a）移动到（2a′）或（2a″）的位置，则机器人手臂（2）的承载部（作用点）（2b）大体上水平地移动到（2b′）或（2b″）的位置。另外，图7的装卸用机器人是适用于垂直面作业的，如果靠驱动装置（3）使机器人手臂（4）的力点（4a）移动到（4a′）或（4a″）的位置，则机器人手臂（4）的承载部（作用点）（4b）大体上垂直地移动到（4b′）或（4b″）的位置。从前的装卸用机器人中，力点相对支承构件移动的结构是复杂而昂贵的，与此相反，这两种机器人中采用的结构是在力点（2a）或（4a）处设置滚轮或滑块，与设置在支承构件（5）或（6）上的直线导轨配合，靠驱动装置（1）或（3）使之移动从而驱动手臂，因而是简单而可以廉价地制造的。

但是，无论如何也不能肯定，与水平作业和垂直作业二者能用一台进行的从前的装卸用机器人相比，仅能进行水平或垂直的单功能作业的装卸用机器人优越的根据是具有力点相对支承构件移动的结构是简单而可以廉价地制造的这个优点。也就是说，对于用户来说，在工厂内的作业中通常有水平作业和垂直作业，设置两台昂贵的机器人是浪费的，所以必然希望水平作业和垂直作业二者能用一台进行。另外，对于图6的仅能进行水平作业的装卸用机器人来说，即使支承构件（5）能回转360°，承载部（2b）也完全不能进行垂直移动，所以对于水平面内仅作交接作业也不实用。另一方面，对于图7的仅能进行垂直作业的装卸用机器人来说，即使支承构件（6）能回转360°，承载部（4b）也完全不能进行水平移动，所以工件的接受位置和交付位置必须设计成达到承载部（4b）的回转圆之下。结果，这两种机器人的缺点是机器人应有的活动范围被限制在缺乏实用性的阶段。

另一方面，图6和图7的装卸用机器人，与从前的机器人相比，由于支点是固定的，所以在使机器人手臂极其稳定地动作方面下了功夫。就是说，从前的装卸用机器人中，机器人手臂采用用四个手臂构件形成平行四边形的连接并安装在支承构件上，以便在垂直或水平面内摇动的结构，这一点虽然相同，但是为了扩大动作范围，采用支点也配合成能在支承构件上滑动，是浮动的，而且与驱动装置相结合，使支点也是力点的结构，却有着复杂而昂贵的缺点。

本发明是鉴于上述各点而研究出来的，提供了支点固定而机器人手臂极其稳定地动作，可以确保在上下及水平二维方向上手臂的动作范围很大，而且可以自由地设定动作轨迹的装卸用机器人。

本发明的装卸用机器人由

第一、第二、第三及第四个手臂构件连接成平行四边形的封闭空间，而且第一个手臂构件构成平行四边形的上边，向前方延长，其前端构成承载部（作用点），这样的机器人手臂，与

使此机器人手臂能在垂直面内摇动而可回转地支承第二个手臂构件下部的支承构件，与

使行程轴线垂直或呈与此略有倾斜的状态，两端在与第三个手臂构件和第四个手臂构件的铰接点或其附近形成力点，在该力点与支承构件之间铰接的手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置，与

使行程轴线水平或呈与此略有倾斜的状态，两端与上述力点或不同力点及支承构件之间铰接的手臂水平运动用行程驱动装置组成，

其特点在于，当机器人手臂的平行四边形变成矩形时，手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置设定成作用点达到上限或其附近，而水平运动用行程驱动装置设定成行程状态达到中点或其附近。

图1是与本发明的实施例有关的装卸用机器人的主要部分侧视图。

图2是手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置的纵剖视图。

图3是手臂水平运动用行程驱动装置的纵剖视图。

图4是设置了在加强手臂的同时使机器人手臂的动作稳定的平衡手段的变形例的主要部分侧视图。

图5是把力点取成两点，扩大行程驱动装置的行程的变形例的主要部分侧视图。

图6及图7是表示从前的装卸用机器人（特开昭57-140993号及特开昭140994号）的简略侧视图。

参照图1、图2及图3说明本发明的装卸用机器人的实施例。

图1是装卸用机器人的总体剖视图。符号A是机器人手臂，用第一个手臂构件（7）、第二个手臂构件（8）、第三个手臂构件（9）及第四个手臂构件（10）这四个手臂构件连接成平行四边形的封闭空间，第一个手臂构件（7）构成平行四边形的上边并向前方延长，其前端构成承载部（作用点）（7a）。第二个手臂构件（8）及第三个手臂构件（9）构成平行四边形的长边，第四个手臂构件（10）构成平行四边形的短底边。符号B为支承构件，图中虽未表示出来但可360°回转自如。此支承构件B可回转地支承着第二个手臂构件（8）的下部（8a），使机器人手臂A可在垂直面内摇动。因而，随着支承构件B的回转，机器人手臂A在垂直和水平面内摇动自如。符号C是手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置，它由借助于伺服电机（13）的旋转实现活塞杆（12a）往复运动，同时靠流体压力来平衡机器人手臂A的负载的流体压力缸（12）组成，伺服电机（13）可回转地固定在设置于支承构件B的上部的支架（14）上并使活塞杆（12a）的行程轴线垂直，同时活塞杆（12a）的前端可回转地连接于第三个手臂构件（9）和第四个手臂构件（10）的铰接点（9a）。符号D是手臂水平运动用行程驱动装置，采用借助于伺服电机（15）的旋转实现可动杆（16）往复运动的结构，伺服电机（15）可回转地固定在设置于支承构件B的下部的支架（18）上并使可动杆（16）的行程轴线处于对水平略有倾斜的状态，同时可动杆（16）的前端可回转地连接于第三个手臂构件（9）和第四个手臂构件（10）的铰接点（9a）。

图2表示手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置C。流体压力缸装置（12）中，由伺服电机（13）带动旋转的滚珠丝杠（12d）贯通活塞（12C）伸入中空的活塞杆（12a）内，与滚珠丝杠（12d）啮合的滚珠螺母（12b）固定在活塞（12C）上。一定压力的流体出入缸室（12e）。因而，使伺服电机（13）旋转时，活塞杆（12a）即往复运动，同时无论活塞杆（12a）处于什么行程状态都借助于图中未表示的控制阀把缸室（12e）中的流体压力控制成始终等于对应于挂在承载部上的负载W的力点反力R，由此实现活塞杆（12a）与机器人手臂A所提升的负载的平衡。

另外，图3表示手臂水平运动用行程驱动装置D。可动杆（16）制成中空的;在伺服电机（15）的安装匣体（19）内导向成可以往复运动而不能旋转，其内端固定着滚珠螺母（20），由伺服电机（15）带动旋转的滚珠丝杆（21）与滚珠螺母（20）啮合并伸入可动杆（16）内。因此，使伺服电机（15）旋转时，可动杆（16）即往复运动。

下面说明动作。

负载平衡型行程驱动装置C和行程驱动装置D对支承构件B铰接，二者的行程可以互相跟踪。如图1所示，当机器人手臂A的平行四边形连接的形状处于纵向长的矩形状态时，负载平衡型行程驱动装置C被设定成行程为最大或其附近的状态，而行程驱动装置D被设定成行程为中点或其附近的状态。于是，机器人手臂A的承载部（作用点）（7a）与支点（8a）及力点（9a）处于同一直线上时，△lmn与△lpq成为相似三角形，根据缩放原理，与力点（9a）的轨迹对应的作用点（7a）处的轨迹，按作为关于支点（8a）点对称的相似形扩大。另外，机器人手臂A的力点的移动范围取决于负载平衡型行程驱动装置C与行程驱动装置D各自的行程，为点划线g所包围的范围，与此对应的作用点（7a）的移动范围为点划线h所包围的范围。

再者，当作用点（7a）上作用着负载W时，力点（9a）上作用着反力R，由于缸室（12e）的流体压力产生的把活塞（12C）下推的力与反力R平衡，伺服电机13上没有负载，旋转平滑，活塞杆（12a）的行程得到补偿。另外，行程驱动装置D中不产生与负载W相应的反力，由伺服马达（15）的旋转，可动杆（16）的行程得到补偿。

本发明中，以下的变形例也包含在记载于权利要求书中的发明的技术范围内。

（1）象图4那样设置辅助手臂构件（7′）、（8′），设置成用连接杆（22）把它们连接起来，加强第一及第二个手臂构件（7）、（8），在第二个手臂构件（8）与第四个手臂构件（10）的铰接点（8b）可回转地固定在支承构件B上的流体压力缸装置（23）的活塞杆（23a）垂直连接，由此而减轻机器人手臂A的自重引起的作用在手臂水平运动用行程驱动装置D上的负载，使水平方向的运动容易，就是说，采取使机器人手臂A的动作稳定的措施。

这里虽然由于行程驱动装置D上不产生与负载W相应的反力R所以没有必要用负载平衡型，但是由于机器人手臂A的自重有影响，其大小的负载作用着，所以设置手臂自重平衡装置。

（2）象图5那样把第三个手臂构件（9）从第四个手臂构件（10）的铰接点（9a）向下方延长，把力点取成铰接点（9a）及其下方的（9b）两个点，把铰接点（9a）与行程驱动装置D相连，把点（9b）与负载平衡型行程驱动装置C相连，借此放大行程驱动装置D的行程。

（3）以第二个手臂构件（8）的下端为支点。

（4）力点不设在第三个手臂构件（9）与第四个手臂构件（10）的铰接点，而设在该铰接点附近。

（5）负载平衡型行程驱动装置C不垂直设置，而设置成对垂直倾斜例如15°。另外，行程驱动装置D不水平设置，而设置成对水平倾斜例如15°。

（6）作用点与支点与力点也可以不设置在同一直线上。这是因为可以用使机器人动作的程序来控制的缘故。

（7）力点也可以设置在负载平衡型行程驱动装置C的下侧、行程驱动装置D的前侧。

（8）机器人手臂A也可以是平行四边形的上边和底边为长边，两个侧边为短边的。

如以上说明的那样，如果采用本发明的装卸用机器人，则

由于支点作为固定点，可回转地铰接于支承构件，所以机器人手臂极其稳定地动作，此外，由于力点不用导向槽导向，而是采用靠分别铰接于支承构件上的上下运动用行程驱动装置和水平运动用行程驱动装置来保持的结构，所以

可以确保在上下及水平二维方向上手臂的动作范围很大，用一台就能满足从前的水平移动型和垂直移动型的机能，而且借助于两个行程驱动装置可以自由地设定动作轨迹，实用性极高，作为装卸用机器人是优异的。

Claims (1)

1. 装卸用机器人，包括：

   第一、第二、第三、第四等四个手臂构件连接成平行四边形的封闭空间，且第一手臂构件构成平行四边形上边并向前方延长，其前端构成承载部(作用点)这样的机器手臂，与

   使此机器人手臂能在垂直面内摇动而可回转地支承第二手臂构件下部的支承构件，与

   使行程轴线垂直或呈与此略有倾斜的状态，两端在与第三手臂构件和第四手臂构件的铰接点或其附近形成力点，在该力点与支承构件之间铰接的手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置，与

   使行程轴线水平或呈与此略有倾斜的状态，两端与上述力点或不同力点及支承构件之间铰接的手臂水平运动用行程驱动装置，

   其特点在于，当机器人手臂的平行四边形变成矩形时，手臂上下运动用负载平衡型行程驱动装置设定成作用点达到上限或其附近，而水平运动用行程驱动装置设定成行程状态达到中点或其附近。

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