TWI586495B - Arms robot - Google Patents

Description

雙臂機器人

本發明係關於具備兩支機器臂之雙臂機器人。

以往，已知有一種於單一支撐體具備兩支機器臂之雙臂機器人(亦被稱為double arm機器人或duel arm機器人)。例如，於專利文獻1之圖2揭示了一種產業用機器人，其複數支機器臂以既定之高低段差上下依序配設於立設在固定基台之支柱上，此等複數支機器臂各自獨立水平旋轉及水平自由伸縮而構成。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開昭59-7573號公報。

如上所述之雙臂機器人，其左右兩支機器臂可獨立作業亦可協同作業。於作業時，於各機器臂之前端安裝對應該作業之末端效應器。以兩支機器臂之協同作業之一例而言，例如有藉由兩個末端效應器在兩點保持板狀工件並加以升起，以移動該板狀工件之搬送作業。於此搬送作業中，例如係藉由使兩個末端效應器於板狀工件之作用點之高度位置一致， 以使板狀工件維持水平姿態來搬送。

專利文獻1所記載之習知之雙臂機器人，由於其兩支機器臂之基部係配置於同一軸線上，因此無法使兩支機器臂之第一連結件彼此之高度一致。再者，一機器臂與另一機器臂之前端彼此之間亦會產生高低差。因此，為使兩個末端效應器之高度位置之下降界限相等，一末端效應器之汽缸與另一末端效應器之汽缸之間設有長短之差異。

當如上所述，兩支機器臂之前端彼此之高度位置相異時，兩個末端效應器之構造即不同。因此，在維護或更換時，有兩個末端效應器之調整繁雜之問題。又，當將兩個末端效應器視使用者之要求進行客製化時，不得不設計不同構造之末端效應器，而有零件之種類增加或難以削減成本之課題。

本發明有鑒於上述情形，其目的在於，至少減少習知技術所具有之一個以上之課題。

本發明之一實施態樣之雙臂機器人，其具備第一臂及第二臂，該第一臂及該第二臂分別具有可繞第一軸線旋動之第一連結件、以及可旋動地連結於該第一連結件且界定有末端效應器安裝部之第二連結件；該第一臂之該第一連結件與該第二臂之該第一連結件在該第一軸線之延伸方向分離配設；該第一臂之該第二連結件與該第二臂之該第二連結件位於該第一臂之該第一連結件與該第二臂之該第一連結件之該第一軸線之延伸方向之間，且配設成該末端效應器安裝部彼此於該第一軸線之延伸方向之位置實質相同。

依據本發明所涉及之雙臂機器人，第一臂及第二臂之末端效應器安裝部彼此之高度相等。藉此，可於第一臂及第二臂之各末端效應器安裝部安裝相同構成之末端效應器。

1‧‧‧雙臂機器人

3‧‧‧機器臂(第一臂)

4‧‧‧機器臂(第二臂)

5‧‧‧末端效應器

5A‧‧‧手腕部

5B‧‧‧工具部

6‧‧‧控制器

7‧‧‧台車

21‧‧‧第一連結件

22‧‧‧第二連結件

25‧‧‧配線台

30‧‧‧連結構件

31A、31B‧‧‧第一軸

32‧‧‧軸承

33‧‧‧第一驅動裝置

41A、41B‧‧‧第二軸

42‧‧‧軸承

43‧‧‧第二驅動裝置

51‧‧‧托架

52‧‧‧線性導件

53‧‧‧伺服馬達

54‧‧‧減速機

55‧‧‧支架

71‧‧‧筐體

72‧‧‧車輪

73‧‧‧把手

81‧‧‧伺服馬達

82‧‧‧輸出齒輪

83‧‧‧動力傳達機構

84‧‧‧輸出軸

222‧‧‧末端效應器安裝部

311‧‧‧第一軸之下部

313‧‧‧齒輪

315‧‧‧軸襯

411‧‧‧顯現於連結構件之外側之部分

412‧‧‧內插於連結構件之部分

413‧‧‧齒輪

415‧‧‧軸襯

521‧‧‧滑件

L1‧‧‧第一軸線

L2，L2’‧‧‧第二軸線

圖1為顯示本發明之一實施形態所涉及之雙臂機器人之整體概略構成之前視圖。

圖2為顯示圖1所示之雙臂機器人之概略構成之俯視圖。

圖3為顯示雙臂機器人之動力傳達之概略構成之圖2之III-III剖面圖。

接著，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。本發明之一實施形態之雙臂機器人係被設置於電氣、電子零件等之組立線，用以對沿線傳送而來之工件進行移送、零件之組裝或配置更換、姿勢變換等之作業中之至少一者。此種雙臂機器人中，為提高通用性，安裝於機器臂之末端效應器可視作業替換。

圖1為顯示本發明之一實施形態之雙臂機器人之整體構成之前視圖，圖2為圖1所示之雙臂機器人之俯視圖。如圖1及圖2所示，本發明之一實施形態之雙臂機器人1具備台車7、由台車7所支撐之兩支機器臂3、4、以及控制兩支機器臂3、4之動作之控制器6。末端效應器5可拆裝地安裝於各機器臂3、4之前端。此等末端效應器5之動作亦由控制器6控制。以下詳細說明雙臂機器人1之各構成要素。

首先，對台車7進行說明。台車7具備長方體形狀之筐體71、設於筐體71之下面之複數個車輪72、以及設於筐體71背面之把手73。筐體71為中空狀，於筐體71內部配設有控制器6或未圖示之空氣壓供給裝置等。

接著，對兩支機器臂3、4進行說明。兩支機器臂3、4各自具備可繞第一軸線L1旋動之第一連結件21、以及連結於第一連結件21之前端之第二連結件22。兩支機器臂3、4之第一連結件21之第一軸線L1一致，一機器臂3之第一連結件21與另一機器臂4之第一連結件21被配置成上下設有高低差。以下，兩支機器臂3、4之中，將第一連結件21位於下方者視為第一臂3，將另一者視為第二臂4。

首先，對第一臂3進行詳細說明。第一臂3具備連結成可相對於台車7繞第一軸線L1旋動之第一連結件21、與連結成可繞第一連結件21之前端所界定之第二軸線L2相對於第一連結件21旋動之第二連結件22。第一軸線L1與第二軸線L2平行，本實施形態之第一軸線L1與第二軸線L2係垂直地延伸。

圖3為顯示雙臂機器人之動力傳達之概略構成之圖2之III-III剖面圖。如圖3所示，第一連結件21具備連結構件30、第一軸線L1通過其軸心之第一軸31A、將連結構件30連結成可相對於第一軸31A旋動之軸承32、以及使連結構件30相對於第一軸31A繞第一軸線L1旋動之第一驅動裝置33。較佳為，連結構件30可繞第一軸線L1旋轉360度。

連結構件30為於水平方向呈長條狀之中空狀箱體。連結構件30之基端自其下面插入第一軸31A之上部，連結構件30透過軸承32可 旋動地被第一軸31A支撐。於第一軸31A之上部，在連結構件30之內部中齒輪313被外嵌固定。

第一軸31A整體為中空軸狀，軸襯315插入其中空部。軸襯315之內周側被利用作為配線、配管空間。本實施形態之軸襯315之內徑雖為固定，但軸襯315亦可係上部之內徑向上逐漸擴大之所謂的具有上部呈喇叭狀擴大之內徑之中空軸狀體。藉此可減輕配線、配管與軸襯315之摩擦，防止配線、配管之損傷。

第一驅動裝置33設於連結構件30內部。第一驅動裝置33大體具備作為驅動源之伺服馬達81、與透過與第一軸31A之齒輪313嚙合之輸出齒輪82將伺服馬達81之馬達輸出往第一軸31A之齒輪313傳達之動力傳達機構83。輸出齒輪82固定於被連結構件30支撐成可旋動之輸出軸84或與輸出軸84一體成形。動力傳達機構83由複數齒輪構成，亦兼具減低馬達輸出之旋轉速度並輸出至輸出齒輪82之減速機之功能。此外，第一驅動裝置33之動作係由控制器6控制，連接第一驅動裝置33與控制器6之纜線類通過連結構件30之內部及第一軸31A之軸襯315之內部。

第一連結件21進一步具備第二軸線L2通過其軸心之第二軸41A、將第二軸41A可旋動地連結於連結構件30之軸承42、以及使第二軸41A相對於連結構件30繞第二軸線L2旋動之第二驅動裝置43。

第二軸41A之下部插入連結構件30前端之上面，第二軸41A透過軸承42可旋動地被連結構件30支撐。較佳為，第二軸41A可相對於連結構件30繞第二軸線L2旋轉360度。

第二軸41A為一體成形或構成為可分割。本實施形態中， 顯現於連結構件30之外側之部分411與內插於連結構件30之部分412係於第二軸41A之軸心之延伸方向直列地結合而成。於內插於第二軸41A之連結構件30之部分412，齒輪413被外嵌固定。第二軸41A整體為中空軸狀，軸襯415插入其中空部。軸襯415之內周側被利用作為配線、配管空間。

於顯現於第二軸41A之連結構件30外側之部分411，第二連結件22之基端被固定。此第二連結件22與第二軸41A一起作動，藉由第二驅動裝置43，被驅動而繞第二軸線L2旋轉。於第二連結件22界定有末端效應器安裝部222，該末端效應器安裝部222為於水平方向呈長條狀之板狀構件且用以將末端效應器5可拆裝地安裝於第二連結件22前端之上面。於本實施形態之末端效應器安裝部222設有用以鎖固後述托架51之未圖示之鎖固孔。

第二驅動裝置43設於連結構件30之內部。第二驅動裝置43與第一驅動裝置33有大致相同之構成，對第一驅動裝置33與第二驅動裝置43中具有共同機能之構件賦予同一參照符號。第二驅動裝置43大體具備作為驅動源之伺服馬達81、與透過與第二軸41A之齒輪413嚙合之輸出齒輪82將伺服馬達81之馬達輸出傳達至第二軸41A之齒輪413之動力傳達機構83。

第一連結件21之內部與台車7之內部藉由設於台車7上面之開口與立設於此開口上之第一軸31A之軸襯315相連通。又，第一連結件21之內部與外部藉由第二軸41A之軸襯415相連通。如此，台車7與第一連結件21之內部空間相連通，此內部空間被利用於配線、配管之目的。於第二連結件22設有綁束自台車7通過第一連結件21內部且從第一連結件 21之前端被拉出至外部之配線或配管之配線台25。

上記構成之第一臂3中，在第一驅動裝置33之輸出齒輪82利用伺服馬達81所傳達之動力旋轉後，輸出齒輪82即於齒輪313周圍旋轉。藉此，支撐輸出齒輪82之連結構件30以第一軸線L1為中心相對於第一軸31A旋動。又，上記構成之第一臂3中，在第二驅動裝置43之輸出齒輪82利用伺服馬達81所傳達之動力旋轉後，與輸出齒輪82嚙合之齒輪413即旋轉。藉此，與齒輪413一體作動之第二軸41A及固定於第二軸41A之第二連結件22以第二軸線L2為中心相對於連結構件30旋動。

接著，對第二臂4進行詳細說明。第二臂4具備可繞第一軸線L1旋動之第一連結件21、與連結成可繞第一連結件21之前端所界定之第二軸線L2’相對於第一連結件21旋動之第二連結件22。第一軸線L1與第二軸線L2’平行。

第二臂4與第一臂3之相異點在於，相對於第一臂3中第一連結件21之第二軸41A自連結構件30向上方突出，第二臂4中第一連結件21之第二軸41B自連結構件30向下方突出。除了此相異點，第二臂4與第一臂3實質上構造相同。因此，關於第二臂4之構造，賦予與已對第一臂3進行說明之構成要素共通之參照符號，並省略進一步之詳細說明。

上記構成之第二臂4之第一連結件21之第一軸31B被配設成與第一臂3之第一軸線L1一致，且固定於第一臂3之第一連結件21之基端之上面。第二臂4之第一連結件21之第一軸31B之下部311兼具作為支撐第二臂4之連結構件30之支撐構件之功能、與使第一臂3之第一連結件21與第二臂4之第一連結件21於第一軸線L1之延伸方向分離之間隔件 之功能。

接著，對末端效應器5進行說明。視雙臂機器人1進行之作業，使用具有適當構造之末端效應器5。因此，此處對末端效應器5之一例進行簡單說明。本實施形態之末端效應器5大致由手腕部5A與設於手腕部5A前端之工具部5B構成。手腕部5A具有使工具部5B沿垂直軸於上下方向移動之昇降功能與使工具部5B繞垂直軸旋動之旋動功能。

手腕部5A例如係由利用鎖固具等可拆裝地安裝於第二連結件22之末端效應器安裝部222之托架51、固定於托架51之線性導件52、固定於線性導件52之滑件521之支架55、被支架55支撐之伺服馬達53、以及與伺服馬達53之輸出軸相連結之減速機54構成。而與作業相應之工具部5B則安裝於減速機54之輸出軸上。

如以上說明，本實施形態之雙臂機器人1具備兩支機器臂，即第一臂3及第二臂4。而第一臂3及第二臂4各自具有可繞第一軸線L1旋動之第一連結件21、以及可旋動地連結於第一連結件21並界定有末端效應器安裝部222之第二連結件22。由於此第一臂3及第二臂4之第一連結件21之第一軸線L1於同一軸線上，相較於第一連結件21之第一軸線L1彼此在不同軸線上之情形，可縮小雙臂機器人1的設置空間。

再者，本實施形態之雙臂機器人1中，第一臂3之第一連結件21與第二臂4之第一連結件21，係藉由發揮間隔件功能之第二臂4之第一軸31B之下部311，於第一軸線L1之延伸方向分離配設。而第一臂3之第二連結件22，自與第一軸線L1正交之方向觀看時，由自第一臂3之第一連結件21向第二臂4之第一連結件21之方向突出之作為第一突出構件發揮 功能之第二軸41A所支撐。同樣的，第二臂4之第二連結件22，自與第一軸線L1正交之方向觀看時，由自第二臂4之第一連結件21向第一臂3之第一連結件21之方向突出之作為第二突出構件發揮功能之第二軸41B所支撐。如此，第一臂3之第二連結件22與第二臂4之第二連結件22位於第一臂3之第一連結件21與第二臂4之第一連結件21之第一軸線L1之延伸方向之間，且配設成末端效應器安裝部222彼此於第一軸線L1之延伸方向之位置實質相同。也就是說，自高度基準(例如台車7之筐體71之上面)至第一臂3之末端效應器安裝部222為止之第一軸線L1之延伸方向的距離，與自高度基準至第二臂4之末端效應器安裝部222為止之第一軸線L1之延伸方向的距離實質相等。

本實施形態中，由於第一臂3與第二臂4雙方之第二連結件22之上面界定有末端效應器安裝部222，因此第一臂3之第二連結件22與第二臂4之第二連結件22被配設成在第一軸線L1之延伸方向之位置實質相同。換言之，自高度基準至第一臂3之第二連結件22之上面為止之第一軸線L1之延伸方向之距離，與自高度基準至第二臂4之第二連結件22之上面為止之第一軸線L1之延伸方向之距離實質相等。

本實施形態之雙臂機器人1中，各機器臂3、4之各構成要素係使用實質上形狀相同之構件。又，以使自高度基準至各機器臂3、4之末端效應器安裝部222之高度位置成為實質相等之方式，決定連結構件30之形狀、第一軸31B之作為間隔件發揮功能之下部311於第一軸線L1方向之長度、第二軸41A、41B於第一軸線L1方向之突出量等。然而，各機器臂3、4之各構成要素有製造上的形狀、尺寸誤差。因此，利用設於第二軸 41A、41B與第二連結件22之間、第一臂3之連結構件30與第二臂4之第一軸31B之間等至少一處之墊板等高度調整構件，將各機器臂3、4之末端效應器安裝部222彼此於第一軸線L1之延伸方向之位置調整成實質相等。

如上述，由於各機器臂3、4之末端效應器安裝部222彼此於第一軸線L1之延伸方向之位置實質相同，因此可將安裝於各機器臂3、4之末端效應器5作成實質相同之構造。亦即，雖然各機器臂3、4之第一連結件21彼此於第一軸線L1之延伸方向之位置設有差異，此差異亦可不由兩個末端效應器5吸收。此外，「實質相同之構造」係指末端效應器5之構成要素之形狀及功能為共通，除了同一構造，亦包含構造左右對稱、構造左右反轉等之末端效應器5。只要兩個末端效應器5為實質相同之構造，即可謀求抑制零件之種類之增加，使零件更換或調整等之維護變得容易，亦可削減成本。此點例如於視使用者之要求進行客製化時亦為有利。

又，只要兩個末端效應器5為實質相同之構造，兩個機器臂3、4之自重及末端效應器5之重量所造成之撓曲量則大致相等。因此，於維護或更換時使兩個末端效應器5之高度位置一致之調整變得容易。再者，兩個機器臂3、4進行協同作業時，為使兩個末端效應器5所到達之高度位置一致而進行之機器臂3、4及末端效應器5之控制亦能單純化。

又，本實施形態之雙臂機器人1中，於各機器臂3、4之第一連結件21設有作為支撐構件發揮功能之第一軸31A、31B、被第一軸31A、31B支撐為可繞第一軸線L1旋動之連結構件30、以及設於連結構件30且使該連結構件30相對於第一軸31A、31B繞第一軸線L1旋動之第一驅動裝置33。於各機器臂3、4之第一連結件21進一步設有被連結構件30支撐為 可繞與第一軸線L1平行之第二軸線L2、L2’旋動之作為軸構件發揮功能之第二軸41A、41B、以及設於連結構件30且使第二軸41A、41B相對於連結構件30繞第二軸線L2、L2’旋動之第二驅動裝置43。

如此，於各機器臂3、4之第一連結件21上匯集有使第一連結件21繞第一軸線L1旋動之機構，以及使第二連結件22繞第二軸線L2旋動之機構。因此，可使各機器臂3、4之第二連結件22由例如平板狀之單純化之連結構件形成，進而使各機器臂3、4之末端效應器安裝部222之位置調整變得容易。

再者，本實施形態之雙臂機器人1中，於第一臂3之第一連結件21之連結構件30固定有第二臂4之第一連結件21之第一軸31B，藉由此第二臂4之第一軸31B，第一臂3之第一連結件21與第二臂4之第一連結件21在第一軸線L1之延伸方向分離。

如上述，由於第一臂3之第一連結件21與第二臂4之第一連結件21於第一軸線L1之延伸方向之相對位置由第二臂4之第一軸31B之下部311決定，因此可在此第一軸31B或第一軸31B與連結構件30之連結部調整第一連結件21彼此之分離距離。藉此，各機器臂3、4之末端效應器安裝部222之位置調整變得容易。

透過以上之本發明之較佳實施形態之說明，本領域具有通常知識者可清楚得知本發明之多種改良或其他實施形態。因此，上述說明應僅作為例示解釋，以對本領域具有通常知識者教示本發明之最佳實行態樣為目的而提供。於不脫離本發明精神之情形下，可實質變更其詳細之構造及/或功能。

1‧‧‧雙臂機器人

3‧‧‧機器臂(第一臂)

4‧‧‧機器臂(第二臂)

5‧‧‧末端效應器

6‧‧‧控制器

7‧‧‧台車

71‧‧‧筐體

72‧‧‧車輪

21‧‧‧第一連結件

22‧‧‧第二連結件

25‧‧‧配線台

51‧‧‧托架

52‧‧‧線性導件

521‧‧‧滑件

53‧‧‧伺服馬達

54‧‧‧減速機

55‧‧‧支架

5A‧‧‧手腕部

5B‧‧‧工具部

222‧‧‧末端效應器安裝部

311‧‧‧第一軸之下部

L1‧‧‧第一軸線

L2，L2’‧‧‧第二軸線

Claims (5)

1. 一種雙臂機器人，其具備：第一臂及第二臂，該第一臂及該第二臂分別具有可繞第一軸線旋動之第一連結件、以及可旋動地連結於該第一連結件且界定有末端效應器安裝部之第二連結件；該第一臂之該第一連結件與該第二臂之該第一連結件在該第一軸線之延伸方向分離配設；該第一臂之該第二連結件與該第二臂之該第二連結件位於該第一臂之該第一連結件與該第二臂之該第一連結件之該第一軸線之延伸方向之間，且配設成該末端效應器安裝部彼此於該第一軸線之延伸方向之位置實質相同；其中，該第一臂之該第二連結件，支撐於在從與該第一軸線正交之方向觀看時自該第一臂之該第一連結件朝該第二臂之該第一連結件之方向突出之第一個軸，該第一個軸係由內插於該第一臂之該第一連結件之第一個部分、與位於該第一臂之該第一連結件之外側且固定有該第一臂之該第二連結件之第二個部分直列地結合而構成，該第二臂之該第二連結件，支撐於在從與該第一軸線正交之方向觀看時自該第二臂之該第一連結件朝該第一臂之該第一連結件之方向突出之第二個軸，該第二個軸係由內插於該第二臂之該第一連結件之第一個部分、與位於該第二臂之該第一連結件之外側且固定有該第二臂之該第二連結件之第二個部分直列地結合而構成。
2. 如申請專利範圍第1項之雙臂機器人，其中，該第一臂之該第二連結 件與該第二臂之該第二連結件配設成於該第一軸線之延伸方向之位置實質相同。
3. 如申請專利範圍第1或2項之雙臂機器人，其中，該第一連結件具有支撐構件、被該支撐構件支撐成可繞該第一軸線旋動之連結構件、以及設於該連結構件且使該連結構件相對於該支撐構件繞該第一軸線旋動之第一驅動裝置。
4. 如申請專利範圍第3項之雙臂機器人，其中，該第一連結件進一步具有被該連結構件支撐成可繞與該第一軸線平行之第二軸線旋動之軸構件、以及設於該連結構件且使該軸構件相對於該連結構件繞該第二軸線旋動之第二驅動裝置；該第二連結件固定於該軸構件。
5. 如申請專利範圍第3項之雙臂機器人，其中，於該第一臂之該第一連結件之該連結構件固定有該第二臂之該第一連結件之該支撐構件，藉由該支撐構件使該第一臂之該第一連結件與該第二臂之該第一連結件在該第一軸線之延伸方向分離。