TW202237353A - 機器人操作裝置及機器人 - Google Patents

Abstract

一種機器人操作裝置，組設於在前端的法蘭上固定有長型的工具的機器人，機器人操作裝置包括把手部及感測器。把手部具有供工具貫穿的內孔，且在包覆著工具的縱軸的狀態下，操作者可以透過其中之一手握持把手部。當將把手部組設於法蘭時，感測器可以檢測操作者施加在把手部上的力或力矩。根據感測器所檢測到的力或力矩，機器人可以透過引導控制系統改變位置或姿勢。

Description

機器人操作裝置及機器人

本申請涉及一種機器人操作裝置及機器人。

習知一種機器人操作裝置，操作者向機器人施加力以透過引導控制來操作機器人(舉例來說，請參閱專利文獻1)。此機器人操作裝置，具有透過力感測器被安裝到機器人的臂部的前端部上的把手部，透過力感測器檢測施加在把手部上的力，並根據被檢測到之力的大小及方向，讓機器人作動。把手部，沿著相對於機器人的法蘭的中心軸平行的平面，隔著間隔被配置。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明專利2019-34412號公開說明書

（發明所欲解決之問題）

當使用如上述的把手，透過引導控制系統，在操作沿著法蘭的中心軸被配置的把手或焊炬等的長形的工具的前端之定位時，操作者較難有直接地操作工具的感覺。也就是說，握持把手的操作者，操作工具就像是遠程操作一樣，對於將工具的尖端準確地配置於所需的位置及角度，需要一定的經驗。因此，透過直接地操作被固定在法蘭上的長形的工具，並由引導控制系統作動機器人是被期望的。 （解決問題之手段）

有鑑於此，本申請根據一實施例提供一種機器人操作裝置，組設於在前端的法蘭上固定有長型的工具的機器人，機器人操作裝置包括把手部及感測器。把手部具有供工具貫穿的內孔，且在包覆著工具的縱軸的狀態下，操作者可以透過其中之一手握持把手部。當將把手部組設於法蘭時，感測器可以檢測操作者施加在把手部上的力或力矩。根據感測器所檢測到的力或力矩，機器人可以透過引導控制系統改變位置或姿勢。

關於本申請第一實施例之機器人操作裝置1及機器人100，請參閱圖式及下列說明。本實施例的機器人100，如圖1所示，包括機器人本體(機器人)101、及被組裝於機器人本體101的機器人操作裝置1。機器人本體101上，連接有控制機器人本體101的控制裝置102。

如圖1所示，機器人本體101，例如為立式六軸多關節機器人，機器人本體101包括基部110及旋轉臂120。基部110被安裝於地板表面等被安裝面上。旋轉臂120繞著第一軸線A相對於基部110可旋轉地被支撐。此外，機器人本體101包括第一臂130、第二臂140及手腕單元150。第一臂130繞著第二軸線B相對於旋轉臂120可旋轉地被支撐。第二臂140可以繞著第三軸線C相對於第一臂130可旋轉地被支撐。進一步地，手腕單元150係為三軸手腕單元，被支撐於第二臂140的前端。

如圖2及圖3所示，手腕單元150包括法蘭160，法蘭160可以繞著手腕單元150最前端的旋轉軸線(第六軸)X旋轉。機器人本體101，最前端的手腕元件151形成為中空之形狀，且法蘭160也形成為具有內孔160a之環形狀。另外，圖未示出用於讓法蘭160繞旋轉軸線X旋轉的機構。

控制裝置102，根據被教導的動作程式，控制機器人本體101。此外，當被引導控制系統指示時，控制裝置102可以根據由後述感測器5檢測到之力或力矩的大小和方向以操作機器人本體101的位置和姿勢。

機器人本體101的法蘭160上，固定有具有內孔161a的環狀之適配器161。適配器161，係為將工具及後述的拖架2組設於法蘭160的轉接構件。舉例來說，工具係為像焊炬170的長形的工具，如圖4所示，焊炬170透過適配器161被固定於法蘭160。

焊炬170，具有焊炬本體171、頸部支架172及導引管173。焊炬本體171係為在縱軸方向的路徑上朝向一方向彎曲之管狀。頸部支架172略呈圓柱狀，且被連接於焊炬本體171的基端。導引管173被連接於頸部支架172的基端。頸部支架172具有相較於焊炬本體171更大之外徑尺寸。

導引管173、頸部支架172和焊炬本體171設有供焊絲180沿縱軸方向貫穿之內孔(圖未示出)。焊炬170透過使穿過內孔的焊絲180從焊炬本體171的前端凸出，在工件和焊炬170之間產生電弧來進行焊接。

在本實施例中，如圖2所示，將連接於頸部支架172的基端側上的導引管173貫穿適配器161的內孔161a及法蘭160的內孔160a，並將頸部支架172的基端側固定於適配器161。如此，焊炬本體171和頸部支架172相連接部分的縱軸Y將與法蘭160的旋轉軸線X同軸地配置。

如圖2及圖3所示，機器人操作裝置1包括拖架2、第一把手(把手)3、第二把手4及感測器5。拖架2透過適配器161可拆卸地組設於法蘭160上。第一把手3可拆卸地組設於拖架2上。拖架2包括二腳部6，二腳部6在徑向上夾持著頸部支架172的位置處，平行於旋轉軸線X延伸。各腳部6的基端，可拆卸地組設於適配器161，二腳部6的前端，透過第一安裝部7連接。此外，二腳步6的基端附近設有第二安裝部8。

第一安裝部7，形成具有環形之內孔7a，內孔7a具有可以供頸部支架172的前端部插入的內徑尺寸。腳部6，具有相當於頸部支架172的軸方向長度的長度，如圖5所示，透過將基端固定到適配器161，第一安裝部7可以配置於焊炬本體171的基端附近。第二安裝部8，用於將第二把手4固定到拖架2的基端的部分。

感測器5，係為六軸感測器，可以檢測正交之三軸方向的力及繞著三軸的力矩，如圖2所示，感測器5形成具有內孔5a之圓環狀，內孔5a具有可以供焊炬本體171在徑方向上隔著間隙貫穿的尺寸。感測器5，將焊炬本體171從前端側插入內孔5a內，並透過將感測器5沿著縱軸Y移動至焊炬本體171的基端側，如圖7所示，感測器5在軸方向的一端可拆卸地固定於被固定在法蘭160的拖架2的第一安裝部7上。

此外，如圖2所示，第一把手3形成具有內孔3a之圓筒狀，內孔3a具有可以供焊炬本體171在徑方向上隔著間隙貫穿的尺寸。第一把手3，將焊炬本體171從前端側插入內孔3a內，並透過將第一把手3沿著縱軸Y移動至焊炬本體171的基端側，如圖7所示，第一把手3可拆卸地固定於被組設於第一安裝部7上的感測器5在軸方向的另一端。如此，第一手柄3配置在沿法蘭160的旋轉軸線X延伸的焊炬本體171周圍的位置。

如圖8所示，第一把手3，透過操作者的其中之一手(此係為右手)，以相較於半圓周更廣泛之範圍包覆的狀態下握持，並具有可以從各個方向施力的外徑尺寸。第一把手3的外周面上，形成有溝部9及凸部10之凹凸部，溝部9及凸部10之凹凸部形成於圓周方向上的全圓周，並供操作者放置握持第一把手3的手之手指。此外，第一把手3的外周面上，設置二個按鈕開關(操作開關)12、13，二個按鈕開關位於可以供握持手的食指或拇指操作的位置處。

其中之一個按鈕開關12，係為教導按鈕(操作開關、位置教導推測開關)，當按下按鈕開關12，按鈕開關12可以儲存按下時機器人100的各軸角度。此外，其中之另外一個按鈕開關13，係為模式切換按鈕(操作開關、動作模式切換開關)，每當按下按鈕開關13，可以將機器人100的動作模式切換於正交動作及各軸動作之間。

第二把手4，形成具有內孔4a之環狀，內孔4a具有可以供拖架2及頸部支架172插入的尺寸。第二把手4，將焊炬本體171從前端側插入內孔4a內，並透過將第二把手4沿著縱軸Y移動至拖架2的基端側，如圖6所示，第二把手4可拆卸地固定於拖架2的第二安裝部8。

如圖8所示，第二把手4具有外徑尺寸，外徑尺寸可以供操作者的其中之另一手(此係為左手)，以相較於半圓周更廣泛之範圍包覆的狀態下握持。第二把手4的外周面上，設有可以供握持手的拇指操作的引導控制開關11。

引導控制開關11是透過電纜(圖未示出)與控制裝置102連接的按鈕式開關。操作者藉由第二把手4的握持手按壓引導控制開關11，將引導控制指令傳送至控制裝置102。第二把手4，以隔著法蘭160的旋轉軸線X，在與焊炬本體171的前端相反側位置之操作者的正面上，配置了引導控制開關11的位置狀態下，被固定於第二安裝部8。

關於本實施例中機器人操作裝置1及機器人100的功效，以下述內容進行說明。透過本實施例的機器人操作裝置，操作者可以以右手握持第一把手3，以左手握持第二把手4，同時進行機器人本體101的引導控制及教導。並且，可以以握持第二把手4的左手手指按壓被設於第二把手4上的引導控制開關11。

如此，將引導控制系統切換為開啟。在此狀態下，透過操作者在第一把手3施加力，施加的力及力矩的大小及方向，經由感測器5檢測，並根據所檢測之力及力矩改變機器人本體101的位置及姿勢。

然後，操作者，透過按下設於第一把手3上的模式切換按鈕13以設定為動作模式的狀態下，再透過引導控制系統操作機器人本體101，並於所需的位置，按下教導按鈕12。如此，儲存按下教導開關12時機器人本體101的各軸角度及前往所需位置的動作模式。透過重複上述操作，可以教導機器人本體101的操作程序。

在此狀態下，透過拖架2被固定於法蘭160的第一把手3，形成為操作者容易握持的圓筒狀，且第一把手3在焊炬本體171的基端上，與焊炬本體171的縱軸Y同軸地配置。如此，握持第一把手3的操作者，就像握持著焊炬本體171的基端一樣，可以透過對第一把手3施加力，並以引導控制系統操作機器人100。

如此，操作者可以容易且直觀地控制焊炬本體171的位置和姿勢，並且可以將工具尖端點的焊絲180的尖端準確地設置在操作者期望的位置。此外，向握持第一把手3的右手施力時，可以使用握持第二把手4的左手作為輔助，讓感測器5可以檢測各式各樣的力及力矩。

此外，由於第一把手3的內孔3a和焊炬本體171之間設有間隙，即使在焊炬本體171過熱的情況下，機器人本體101也可以在握持第一手柄3的同時透過引導控制系統來操作。此外，由於感測器5的內孔5a和焊炬本體171之間設有間隙，能夠防止焊炬本體171的熱度傳遞至感測器5，避免感測器5的檢測精度受到影響。

此外，由於第一把手3的外周面上，設有供握持第一把手3的操作者的手指放置之凹凸部9、10，操作者可以容易地對第一把手3施力，以容易地移動機器人本體101至期望的姿勢。

此外，由於第一把手3及第二把手4透過拖架2，和焊炬170的頸部支架172及焊炬本體171同軸地配置，第一把手3及第二把手4不會從法蘭160的旋轉軸線X的徑方向大幅地凸出。因此，能夠避免第一把手3及第二把手4，和周邊構件的相互干涉，能夠容易地進行教導。

此外，第一把手3、第二把手4及感測器5可拆卸地組設於拖架2上，透過在動作程式的教導後及執行前先將其拆卸，以減少在執行過程中與周邊構件的相互干涉。此外，透過拆卸拖架2，更進一步地減少了干涉。在此狀態下，不需要將焊炬170從法蘭160上拆卸，並少了進行拆卸作業的時間。

此外，即使不拆卸第一把手3、第二把手4及感測器5，由於其與頸部支架172及焊炬本體171同軸地配置，動作程式執行時亦不容易與周邊構件相互干涉。此外，由於第一把手3及第二把手4透過拖架2，和焊炬170的頸部支架172及焊炬本體171同軸地配置，操作者即使非使用慣用手，只需要更換把手，便可能容易地進行操作。

此外，根據本實施例的機器人操作裝置1，第一把手3和拖架2之間，具有檢測第一把手3被施加的力或力矩之感測器5。如此，機器人本體101即使為不具有感測器5之泛用機器人，仍可以在引導控制系統開啟的同時，進行機器人本體101的教導。接著，教導完成後，透過將機器人操作裝置1拆卸，作為泛用機器人，可以執行被教導的動作程式。

教導按鈕12或動作模式切換按鈕13，透過短壓的操作，可作為教導按鈕12或動作模式切換按鈕13的功能，另外，舉例來說，透過長壓的操作，可以將功能切換成為了教導工具動作指令的工具動作教導開關。

此外，在本實施例中，將感測器5、第一把手3及第二把手4透過位於焊炬170的外側的適配器161，可拆卸地組設於固定在法蘭160的拖架2上。取而代之的是，如圖9及圖10所示，將焊炬170的頸部支架172作為拖架2使用，亦可以將感測器5及第一把手3透過頸部支架172可拆卸地固定於法蘭160。此外，如圖1所示，將頸部支架172自身作為第二把手，亦可以將引導控制開關11設於頸部支架172。

此外，在本實施例中，示例了機器人本體101具有中空的法蘭160，並且焊炬170與法蘭160的旋轉軸線X同軸地配置的狀態。取而代之的是，如圖11所示，法蘭160不具有內孔160a的狀態下，焊炬170透過拖架2支撐於相對於法蘭160的旋轉軸線X偏心的位置上。

如圖11所示，焊炬本體171，從被固定於拖架2的位置沿著包含法蘭160的旋轉軸線X的平面P彎曲，而焊絲180凸出到與法蘭160的旋轉軸線X相交的位置。法蘭160的旋轉軸線X與焊絲180的交點通常被設置為工具尖端點。

在此情況下，將拖架2固定於法蘭160的適配器161構成具有引導控制開關11的第二把手，讓焊炬本體171貫穿的感測器5和第一把手3，被固定於拖架2上。如此，由於第一把手被配置於包覆著焊炬本體171的縱軸Y的位置，握持第一把手3的操作者，就像是直接地握持焊炬本體171一樣，透過引導控制系統操作機器人本體101。此外，教導完成後，不需要將焊炬本體170拆卸，第一把手3及感測器5便可以從拖架2上拆卸。

此外，在本實施例中，第一把手3的外周面上，設有溝部9及凸部10，溝部9及凸部10位於全圓周上，並供握持第一把手3的手之手指放置。取而代之的是，凹凸部，亦可以僅設於圓周方向上的一部分。此外，凹凸部雖然是在圓周方向上延伸，但亦可以在軸方向上延伸，或在圓周方向及軸方向，兩個方向上延伸。此外，取代用於放置握持第一把手3的操作者的手的手指之溝部9，亦可以為坑狀之凹部或任意形狀之凸部。

此外，在上述實施例中，示例了作為第一把手3及感測器5，具有圓筒狀或圓環狀之內孔3a、5a，以讓工具貫穿。取而代之的是，舉例來說，作為第一把手3及感測器5，亦可以採用具有從外周面貫穿內孔3a、5a且可以讓工具沿徑向通過之狹縫，並形成橫斷面為的C形之狀態。

此外，在本實施例中，作為被固定於法蘭160的工具，示例了例如為焊炬170。取而代之的是，只要為長形的工具，亦可以為其他任意工具。舉例來說，例如，亦可以為連接在基端側並引導雷射的光纜，以從前端射出雷射之雷射焊炬或雷射加工用噴嘴。

此外，工具也可以為連接在基端側的電源線，並透過配置在前端的刀具來對工件進行加工。另外，也可以為連接在基端側的流體管，並從前端以噴嘴排出流體。進一步地，亦可以透過由連接在基端側的電源線供給電源，或透過連接在基端側的流體管供給加壓流體，以對配置在前端之夾爪的指部開合進行控制。

1:機器人操作裝置 2:拖架 3:第一把手 3a:內孔 4:第二把手 4a:內孔 5:感測器 5a:內孔 6:二腳部 7:第一安裝部 7a:內孔 8:第二安裝部 9:溝部 10:凸部 11:引導控制開關 12:教導按鈕(操作開關、位置教導推測開關) 13:模式切換按鈕(操作開關、動作模式切換開關) 100:機器人 101:機器人本體 102:控制裝置 110:基部 120:旋轉臂 130:第一臂 140:第二臂 150:手腕單元 151:手腕元件 160:法蘭 160a:內孔 161:適配器 161a:內孔 170:焊炬 171:焊炬本體 172:頸部支架 173:導引管 180:焊絲 A:第一軸線 B:第二軸線 C:第三軸線 X:旋轉軸線 Y:縱軸

[圖1]為根據一實施例機器人之立體示意圖。 [圖2]為表示具備機器人用操作裝置的圖1的機器人之局部剖視圖。 [圖3]為圖1中的機器人操作裝置之側面示意圖。 [圖4]為透過適配器將焊炬安裝於圖1的機器人本體的法蘭的狀態之局部立體圖。 [圖5]為將拖架安裝於圖4的適配器的狀態之局部立體圖。 [圖6]為將第二把手安裝於圖5的拖架的狀態之局部立體圖。 [圖7]為將感測器及第一把手安裝於圖6的拖架的狀態之局部立體圖。 [圖8]為操作者握持圖7的第一把手和第二把手的狀態之局部立體圖。 [圖9]為圖2的機器人操作裝置的變形例之局部剖視圖。 [圖10]為圖9的機器人操作裝置之側面示意圖。 [圖11]為圖2的機器人操作裝置的其他變形例之立體示意圖。

1:機器人操作裝置

2:拖架

3:第一把手

4:第二把手

5:感測器

6:腳部

7:第一安裝部

9:溝

10:凸部

11:引導控制開關

12:教導按鈕(操作開關、位置教導推測開關)

13:模式切換按鈕(操作開關、動作模式切換開關)

150:手腕單元

151:手腕元件

160:法蘭

161:適配器

170:焊炬

171:焊炬本體

173:導引管

180:焊絲

X:旋轉軸線

Y:縱軸

Claims (9)

1. 一種機器人操作裝置，組設於在前端的一法蘭上固定有長型的一工具的一機器人，該機器人操作裝置包括： 一把手部，具有供該工具貫穿的一內孔，且在包覆著該工具的縱軸的狀態下，一操作者可以透過其中之一手握持該把手部；以及 一感測器，當將該把手部組設於該法蘭時，該感測器可以檢測該操作者施加在該把手部上的力或力矩； 其中，根據該感測器所檢測到的力或力矩，該機器人可以透過一引導控制系統改變位置或姿勢。
2. 如請求項1所述之機器人操作裝置，更包括一支架，該支架被固定於該法蘭，且該感測器被固定於該支架上。
3. 如請求項1或2所述之機器人操作裝置，更包括一引導控制開關，該引導控制開關被設於該法蘭附近，透過該操作者其中之另一手進行操作，將該引導控制系統切換為開啟或關閉。
4. 如請求項1至3任一項所述之機器人操作裝置，其中，在該把手部上，設有一操作開關，在握持著該把手部的狀態下的該操作者以其中之一該手可以操作該操作開關，該操作開關為一位置教導推測開關和一動作模式切換開關的至少其中之一。
5. 如請求項4所述之機器人操作裝置，其中，該操作開關中的至少一個，可以透過長壓，將功能變更為用於工具動作指示教導的一工具動作教導開關。
6. 如請求項1至5任一項所述之機器人操作裝置，其中，在該工具固定於該法蘭的狀態下，該把手部可以從該法蘭上拆卸。
7. 如請求項1至6任一項所述之機器人操作裝置，其中，在該工具固定於該法蘭的狀態下，該感測器可以從該法蘭上拆卸。
8. 如請求項1至7任一項所述之機器人操作裝置，其中，該把手部的外周面上，設有一凹凸部，該凹凸部供握持著該把手部的該操作者的其中之一該手的手指放置。
9. 一種機器人，包括如請求項1至8任一項所述之機器人操作裝置。

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