TWI624340B - Industrial robot - Google Patents

Abstract

本發明可不導致臂驅動用馬達之大型化或臂動作速度之降低，而擴大對象物之可搬質量之範圍。本機器人1包括：下部臂機構5，其具有第1平行連桿構造；上部臂機構12，其具有第2平行連桿構造；基座部3，其形成第1平行連桿構造之下邊部分；手腕部15，其形成第2平行連桿構造之遠位邊部分；中間連結部11，其形成第1平行連桿構造之上邊部分及第2平行連桿構造之近位邊部分；及上部臂施力組件19，其對構成第2平行連桿構造之下邊部分之上部臂14賦予與朝手腕部15下降的方向之旋轉動作對抗之作用力。

Description

產業用機器人

本發明係關於一種產業用機器人，尤其關於包括具有平行連桿構造之臂機構之產業用機器人。

先前，產業用機器人作為用以搬送對象物之搬送用機器人或用以進行對象物之加工等之作業用機器人，而設置於電氣機器、機械或汽車等之各種生產工廠。產業用機器人根據其用途而包括各種形態，作為其中之一類型，有包括具有平行連桿構造之臂機構之機器人(專利文獻1)。

該類型之機器人包括具有平行連桿構造之下部臂機構，且於下部臂機構連接有上部臂機構。該機器人具有如下特徵：藉由下部臂機構具有平行連桿構造，而即便於構成下部臂機構之下部臂進行傾倒動作之情形時，上部臂機構之姿勢亦不會變化。

藉由利用該特徵，例如可不管下部臂之傾倒動作而均將手腕軸始終維持於朝向下方之狀態。因此，該類型之機器人適合利用安裝於手腕部之末端效應器保持對象物並將該對象物堆積於托板上的作業(碼垛作業)。

又，作為此種碼垛用機器人存在如下者，即不僅下部臂機構，而且上部臂機構亦具有平行連桿構造(專利文獻2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2003-39351號公報

[專利文獻2]日本專利特開2011-31372號公報

然而，於上述先前之產業用機器人中，可搬送之對象物之質量(可搬質量)的範圍比較有限，難以用一台機器人對應質量不同之各種對象物。

為了提高可搬質量之範圍上限，而考慮使驅動臂之馬達之電容變大，或使將馬達之驅動力傳遞至臂時之減速比變大。然而，若使馬達電容變大，則會導致馬達大型化，且成本亦增大。又，若使減速比變大，則有搬送速度降低而使作業效率降低之問題。

本發明係鑒於上述先前技術之問題點而完成者，其目的在於提供一種可於不導致臂驅動用馬達之大型化或臂動作速度之降低的情況下擴大對象物之可搬質量之範圍的產業用機器人。

為了解決上述課題，第1態樣之本發明之產業用機器人之特徵在於包括：下部臂機構，其具有第1平行連桿構造；上部臂機構，其具有第2平行連桿構造；基座部，其形成上述第1平行連桿構造之下邊部分；手腕部，其形成上述第2平行連桿構造之遠位邊部分；中間連結部，其形成上述第1平行連桿構造之上邊部分及上述第2平行連桿構造之近位邊部分；及上部臂施力組件，其用以對構成上述第2平行連桿構造之下邊部分或上邊部分之上部臂賦予與朝上述手腕部下降的方向之旋轉動作對抗之作用力。

第2態樣之本發明係如第1態樣之本發明，其中上述上部臂於上述上部臂之近位端側具有超過上述上部臂之旋轉軸線而延伸之臂延長部，上述上部臂施力組件以對上述臂延長部賦予作用力之方式構成。

第3態樣之本發明係如第2態樣之本發明，其中上述上部臂施力組件之上述作用力於推壓上述臂延長部之方向作用。

第4態樣之本發明係如第2態樣之本發明，其中上述上部臂施力組件之上述作用力於牽引上述臂延長部之方向作用。

第5態樣之本發明係如第1至第4態樣之本發明，其中上述上部臂施力組件具有氣彈簧。

第6態樣之本發明係如第5態樣之本發明，其中上述氣彈簧具有：氣缸，其連接於上述中間連結部側；及活塞，其連接於上述臂延長部側。

第7態樣之本發明係如第1至第6態樣之本發明，其中上述上部臂施力組件係裝卸自如地構成。

第8態樣本發明係如第1至第7態樣之本發明，其中上述上部臂施力組件穩態地對上述上部臂賦予作用力。

第9態樣之本發明係如第1至第8中任一態樣之本發明，其中藉由上述上部臂施力組件而被賦予上述作用力之上述上部臂係藉由驅動源直接驅動之臂。

第10態樣之本發明係如第1至第9中任一態樣之本發明，其中上述第1平行連桿構造具有：第1下部臂，其構成該第1平行連桿構造之前側邊部分；及第2下部臂，其構成該第1平行連桿構造之後側邊部分；且上述第1下部臂與上述第2下部臂相對於其等之扭轉而具有同等強度。

第11態樣之本發明係如第10態樣之本發明，其中上述第1下部臂及上述第2下部臂之至少一者由中空構造形成。

第12態樣之本發明係如第10或第11態樣之本發明，其中上述第1下部臂及上述第2下部臂中藉由驅動源直接驅動之臂，相對於上述基座部而以懸臂支持構造連接。

第13態樣之本發明係如第1至第12中任一態樣之本發明，其中更包括下部臂施力組件，該下部臂施力組件用以對構成上述第1平行連桿構造之前側邊部分或後側邊部分之下部臂，賦予與上述下部臂之向前方之傾倒動作對抗的作用力。

第14態樣之本發明係如第13態樣之本發明，其中上述第1平行連桿構造包括：第1下部臂，其構成該第1平行連桿構造之前側邊部分；及第2下部臂，其構成該第1平行連桿構造之後側邊部分；且上述下部臂施力組件對上述第1下部臂及上述第2下部臂中與藉由驅動源直接驅動之臂不同之臂賦予作用力。

第15態樣之本發明係如第1至第14中任一態樣之本發明，其中上述基座部可繞垂直軸線旋轉，且具有用以對上述基座部賦予旋轉驅動力之左右一對驅動源。

根據本發明，可提供一種能於不導致臂驅動用馬達之大型化或臂動作速度之降低的情況下擴大對象物之可搬質量之範圍的產業用機器人。

1‧‧‧機器人

2‧‧‧基台

3‧‧‧基座部

4、8、16、17‧‧‧伺服馬達(驅動源)

5‧‧‧下部臂機構

6‧‧‧第1下部臂

7‧‧‧第2下部臂

9‧‧‧下部臂施力組件(平衡器)

10、20‧‧‧氣彈簧

10A、20A‧‧‧氣彈簧之氣缸

10B、20B‧‧‧氣彈簧之活塞

11‧‧‧中間連結部

11A‧‧‧中間連結部之下方突出部

11B‧‧‧中間連結部之前方突出部

11C‧‧‧中間連結部之後方突出部

12‧‧‧上部臂機構

13‧‧‧上部輔助連桿

14‧‧‧上部臂

14A‧‧‧臂延長部

15‧‧‧手腕部

15A‧‧‧手腕部之支持構件

18‧‧‧旋轉體

19‧‧‧上部臂施力組件(平衡器)

21‧‧‧氣彈簧支持體

22‧‧‧第1下部臂之支持構件

J1、J4‧‧‧垂直軸線

J2A、J2B、J2C、J2D、J3A、J3B、J3C、J3D、L0‧‧‧水平軸線

圖1係自斜後方觀察本發明之一實施形態之產業用機器人時之立體圖。

圖2係自斜前方觀察圖1所示之產業用機器人時之立體圖。

圖3係用以說明圖1所示之產業用機器人之連桿機構之模式圖。

圖4係將圖1所示之產業用機器人之上部臂機構放大而表示之側視圖。

圖5係將圖4所示之上部臂機構之一部分切除而表示之俯視圖。

圖6係將圖1所示之產業用機器人之下部臂機構之下半部放大而表示之側視圖。

圖7係自前方觀察圖6所示之下部臂機構之下半部之縱剖視圖。

圖8係自後方觀察圖6所示之下部臂機構之下半部之縱剖視圖。

圖9係用以說明圖1所示之產業用機器人之一變化例之連桿機構之模式圖。

以下，參照圖式對本發明之一實施形態之產業用機器人進行說明。

再者，以下說明之本實施形態之機器人包括4個驅動軸(4軸機器人)，適合例如用以於托板上載置複數個對象物而使用之碼垛機器人。然而，本發明之產業用機器人之應用範圍並不限定於碼垛機器人，可廣泛應用於包括具有平行連桿構造之臂機構之產業用機器人。

如圖1至圖3所示般，本實施形態之機器人1具有設置於地板面之基台2，且於基台2上設置有基座部3。如圖3所示般，基座部3可相對於基台2繞垂直軸線J1旋轉。如圖1及圖7所示般，對於基座部3之旋轉驅動力藉由以中間隔著垂直軸線J1而配置於左右之一對伺服馬達(驅動源)4賦予。

本實施形態之機器人1包括具有第1平行連桿構造之下部臂機構5，第1平行連桿構造之下邊部分由基座部3形成。

如圖3所示般，構成下部臂機構5之第1平行連桿構造具有構成其前側邊部分之第1下部臂6、及構成其後側邊部分之第2下部臂7。第1下部臂6之下端可繞水平軸線J2A旋轉地連接於基座部3。第2下部臂7之下端可繞水平軸線J2B旋轉地連接於基座部3。如圖1所示般，第1下部臂6藉由設置於基座部3之伺服馬達(驅動源)8而相對於基座部3繞水平軸線J2A旋轉驅動。

如圖1、圖2、及圖7所示般，機器人1更包括下部臂施力組件(平衡器)9，其用以對構成第1平行連桿構造之後側邊部分之第2下部臂7 賦予與第2下部臂7朝前方之傾倒動作對抗之作用力，該第1平行連桿構造構成下部臂機構5。下部臂施力組件9具備左右一對氣彈簧10，氣彈簧10之氣缸10A之後端部可旋轉地連接於第2下部臂7，並且氣彈簧10之活塞10B之前端部可旋轉地連接於基座部3。

如圖2及圖4所示般，構成下部臂機構5之第1平行連桿構造之上邊部分由中間連結部11構成。中間連結部11包括下方突出部11A、前方突出部11B及後方突出部11C。第1下部臂6之上端部可繞水平軸線J2C旋轉地連接於中間連結部11之下方突出部11A。第2下部臂7之上端部可繞水平軸線J2D旋轉地連接於中間連結部11之後方突出部11C。

如圖3所示般，以4個水平軸線J2A、J2B、J2C、J2D為頂點而形成第1平行連桿構造，當藉由伺服馬達8而使第1下部臂6向前方或後方傾倒動作時，第1平行連桿構造之上邊部分(連結水平軸線J2C與J2D之部分)一面維持其斜率一面向前後擺動。即，不管下部臂機構5之傾倒動作，而中間連結部11均維持相同姿勢。

如圖1至圖5所示般，機器人1更包括具有第2平行連桿構造之上部臂機構12。構成上部臂機構12之第2平行連桿構造之上邊部分由上部輔助連桿13構成。上部輔助連桿13之近位端部可繞水平軸線J3B旋轉地連接於中間連結部11之前方突出部11B。構成上部臂機構12之第2平行連桿構造之下邊部分由上部臂14構成。上部臂14之近位端部可繞水平軸線J3A旋轉地連接於中間連結部11之中央部分。

構成上部臂機構12之第2平行連桿構造之遠位邊部分由手腕部15構成。即，形成大致三角形狀之手腕部15之支持構件15A之一頂部可繞水平軸線J3C旋轉地連接於上部臂14之前端部。又，手腕部15之支持構件15A之另一頂部可繞水平軸線J3D旋轉地連接於上部輔助連桿13之前端部。

如圖5所示般，上部臂14藉由設置於中間連結部11之伺服馬達(驅動源)16而相對於中間連結部11繞水平軸線J3A旋轉驅動。如圖3及圖4所示般，以4個水平軸線J3B、J3A、J3C、J3D為頂點而形成第2平行連桿構造，因此當藉由伺服馬達16而相對於中間連結部11旋轉驅動上部臂14時，手腕部15一面維持其姿勢一面向上下擺動。

於手腕部15設置有：伺服馬達(驅動源)17，其設置於支持構件15A；及旋轉體18，其藉由伺服馬達17而繞垂直軸線J4旋轉驅動。如上述般，手腕部14之支持構件14A一面維持其傾斜一面上下擺動，因此手腕部14之旋轉體18之垂直軸線J4始終維持於垂直方向。

再者，如上述般，下部臂機構5包括平行連桿構造，因此即便下部臂機構5進行傾倒動作，上部臂機構12之上部臂14之姿勢亦不會變化，對於上部臂14之重力負載亦不會變化。即，即便繞與機器人1之第2軸對應之水平軸線J2A旋轉驅動下部臂6，繞與機器人1之第3軸對應之水平軸線J3A的轉矩亦不會變化。

如圖1及圖2所示般，本實施形態之機器人1更包括上部臂施力組件(平衡器)19，其用以對構成上部臂機構12之第2平行連桿構造之下邊部分的上部臂14，賦予與朝手腕部15下降之方向之旋轉動作對抗的作用力。再者，如上述般，上部臂14係藉由伺服馬達16而直接驅動之臂。

如圖3所示般，上部臂14於上部臂14之近位端側具有超過上部臂14之旋轉軸線即水平軸線J3A而延伸之臂延長部14A，上部臂施力組件19以對臂延長部14A賦予作用力之方式構成。

上部臂施力組件19包括氣彈簧20，氣彈簧20之氣缸20A之後端部可繞水平軸線L0旋轉地連接於氣彈簧支持體21之另一端，該氣彈簧支持體21係一端固定於中央連結部11。氣彈簧20之活塞20B之前端部連接於臂延長部14A，氣彈簧20之作用力穩態地向推壓臂延長部14A之 方向作用。

再者，氣彈簧支持體21可於與中央連結部11分開形成之後連接於中央連結部11，亦可自最初就與中央連結部11形成為一體。

上部臂施力組件19係裝卸自如地構成。即，氣彈簧20之氣缸20A之後端部係可相對於氣彈簧支持體21分離地連接，氣彈簧20之活塞20B之前端部係可相對於臂延長部14分離地連接。藉此，上部臂施力組件19可根據需要而適當地卸除。

再者，如圖4所示般，氣彈簧支持體21自中間連結部11向上方突出，但其突出範圍被限定於不會妨礙機器人1之作業之範圍。

於本實施形態之機器人1中，構成下部臂機構5之第1下部臂6與第2下部臂7相對於其等之扭轉而具有同等強度。即，如圖1及圖6所示般，第1下部臂6與第2下部臂7由大致相同粗度之構件形成。

又，第1下部臂6及第2下部臂7分別由剖面字狀之中空構造形成。藉此，鑄造時之兩臂之澆鑄性得以改善。

如圖8所示般，藉由伺服馬達8直接驅動之第1下部臂6之下端部，相對於基座部3而藉由單一之支持構件22以懸臂支持構造連接。該構成可藉由如下方法而容易地實現，即，藉由如上述般使第1下部臂6與第2下部臂7由大致相同粗度之構件形成，而使第1下部臂6較先前變細。

如圖1及圖7所示般，下部臂施力組件9以不僅對藉由伺服馬達8直接驅動之第1下部臂6，亦對第2下部臂7賦予作用力之方式構成。該構成可藉由如下方法而容易地實現，即，藉由如上述般使第1下部臂6與第2下部臂7由大致相同粗度之構件形成，而使第2下部臂7較先前變粗。

圖9表示上述實施形態之一變化例，於該例中，上部臂施力組件19之作用力向牽引臂延長部14A之方向作用，藉此，以與向手腕部15 下降之方向之旋轉動作對抗的作用力賦予至上部臂14之方式構成。即，上部臂施力組件19之氣彈簧20向推壓其活塞20B之方向作用。

又，作為其他變化例，亦能以不僅對後側之第2下部臂7，亦對前側之第1下部臂6賦予作用力之方式設置下部臂施力組件9。

又，作為其他變化例，亦可於上部臂施力組件19，使用採用彈簧之平衡器、或採用錘之平衡錘機構來代替氣彈簧20。

根據上述實施形態及其變化例，藉由上部臂施力組件19而對上部臂14賦予與向手腕部15下降之方向之旋轉動作對抗的作用力，因此即便不使驅動上部臂14之伺服馬達16之電容變大，或不使減速比變大，亦可提高對象物之可搬質量之範圍上限。即，可於不導致臂驅動用馬達之大型化或臂動作速度之降低的情況下擴大對象物之可搬質量之範圍。

Claims (14)

1. 一種產業用機器人，其包括：下部臂機構，其具有第1平行連桿構造；上部臂機構，其具有第2平行連桿構造；基座部，其形成上述第1平行連桿構造之下邊部分；手腕部，其形成上述第2平行連桿構造之遠位邊部分；中間連結部，其形成上述第1平行連桿構造之上邊部分及上述第2平行連桿構造之近位邊部分；及上部臂施力組件，其用以對構成上述第2平行連桿構造之下邊部分或上邊部分之上部臂賦予與朝使上述手腕部下降的方向之旋轉動作對抗之作用力；上述上部臂於上述上部臂之近位端側具有超過上述上部臂之旋轉軸線而延伸之臂延長部，且上述上部臂施力組件以對上述臂延長部賦予作用力之方式構成。
2. 如請求項1之產業用機器人，其中上述上部臂施力組件之上述作用力於推壓上述臂延長部之方向作用。
3. 如請求項1之產業用機器人，其中上述上部臂施力組件之上述作用力於牽引上述臂延長部之方向作用。
4. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中上述上部臂施力組件具有氣彈簧。
5. 如請求項4之產業用機器人，其中上述氣彈簧具有：氣缸，其連接於上述中間連結部側；及活塞，其連接於上述臂延長部側。
6. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中上述上部臂施力組件係裝卸自如地構成。
7. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中上述上部臂施力組件穩態地對上述上部臂賦予作用力。
8. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中藉由上述上部臂施力組件而被賦予上述作用力之上述上部臂係藉由驅動源直接驅動之臂。
9. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中上述第1平行連桿構造具有：第1下部臂，其構成該第1平行連桿構造之前側邊部分；及第2下部臂，其構成該第1平行連桿構造之後側邊部分；且上述第1下部臂與上述第2下部臂相對於其等之扭轉而具有同等強度。
10. 如請求項9之產業用機器人，其中上述第1下部臂及上述第2下部臂之至少一者由中空構造形成。
11. 如請求項9之產業用機器人，其中上述第1下部臂及上述第2下部臂中藉由驅動源直接驅動之臂，相對於上述基座部而以懸臂支持構造連接。
12. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中更包括下部臂施力組件，該下部臂施力組件用以對構成上述第1平行連桿構造之前側邊部分或後側邊部分之下部臂，賦予與上述下部臂朝前方之傾倒動作對抗的作用力。
13. 如請求項12之產業用機器人，其中上述第1平行連桿構造包括：第1下部臂，其構成該第1平行連桿構造之前側邊部分；及第2下部臂，其構成該第1平行連桿構造之後側邊部分；且上述下部臂施力組件對上述第1下部臂及上述第2下部臂中、與藉由驅動源直接驅動之臂不同之臂賦予作用力。
14. 如請求項1至3中任一項之產業用機器人，其中上述基座部可繞 垂直軸線旋轉，且具有用以對上述基座部賦予旋轉驅動力之左右一對驅動源。