專利名稱：作業(yè)用機器人和加工廠的制作方法
作業(yè)用機器人和加工廠技術(shù)領(lǐng)域
本文所討論的實施方式涉及作業(yè)用機器人和加工廠。
背景技術(shù)：
按照慣例，作業(yè)用機器人廣泛用于諸如生產(chǎn)工廠的作業(yè)現(xiàn)場。一般來說，放置有作業(yè)用機器人的作業(yè)現(xiàn)場設(shè)置有安全護欄，該安全護欄圍繞作業(yè)用機器人充分遠(yuǎn)離該作業(yè)用機器人的可動范圍設(shè)置以防止該作業(yè)用機器人和操作員的接觸并且減少對操作員的影響。
然而，最近在沒有利用安全護欄的情況下與人一起執(zhí)行協(xié)同作業(yè)的作業(yè)用機器人引起注意。例如，日本特開第2010-120139號公報公開了例如一種作業(yè)用機器人，該作業(yè)用機器人通過輔助操作員不擅長的作業(yè)操作而提供有效的作業(yè)環(huán)境。
然而，因為和人一起執(zhí)行協(xié)同作業(yè)的人共存式作業(yè)用機器人應(yīng)該考慮對操作員的影響或者影響的大小，因此不能容易地設(shè)計出人共存式作業(yè)用機器人。因此，在本情況下， 人共存式作業(yè)用機器人僅為有限的作業(yè)操作而設(shè)置。
根據(jù)實施方式的一方面，本實施方式的目的在于提供一種能夠更容易地減少對操作員的影響的作業(yè)用機器人和加工廠。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實施方式的一方面的作業(yè)用機器人包括臂部，該臂部包括多個臂構(gòu)件；以及多個馬達，所述多個馬達分別驅(qū)動所述多個臂構(gòu)件。在本文中，分別與所述馬達對應(yīng)的額定功率是相同的。
根據(jù)實施方式的一方面，能提供一種作業(yè)用機器人，該作業(yè)用機器人通過將驅(qū)動軸的額定功率設(shè)定成確認(rèn)安全性的大小而能容易地減少對操作員的影響。


由于通過結(jié)合附圖參照下列詳細(xì)說明能更好地理解發(fā)明及其相隨的許多優(yōu)點，因此能夠更完整地理解本發(fā)明及其相隨的許多優(yōu)點，在附圖中
圖I是典型地示出根據(jù)實施方式的加工廠的示意性構(gòu)造的示意圖；和
圖2是示出作業(yè)用機器人的構(gòu)造的示意圖。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)地說明根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的作業(yè)用機器人和加工廠。另外，下文所公開的實施方式并不旨在限制本發(fā)明。
圖I是典型地示出了根據(jù)本實施方式的加工廠的示意性構(gòu)造的示意圖。在下文中，作為被包括在加工廠中的作業(yè)用機器人的示例來說明幫助組裝諸如汽車的車輛(加工對象的示例)的機器人。然而，本實施方式不限于此。作業(yè)用機器人能被應(yīng)用于各種作業(yè)操作。而且，假設(shè)X軸的正向是前向，Y軸的正向是右向，并且Z軸的正向是上向。
如圖I所示，根據(jù)本實施方式的加工廠包括作業(yè)空間1，操作員4在該作業(yè)空間I 中執(zhí)行對車輛5的加工操作，該車輛5是加工對象的一個示例；天花板2，該天花板2是設(shè)置在作業(yè)空間I的上側(cè)的支承構(gòu)件；以及作業(yè)用機器人10。
保持機構(gòu)6附接到作業(yè)用機器人10的前端，該保持機構(gòu)6保持由作業(yè)用機器人10 搬運的作為搬運對象的工件W。操作員4通過移動保持機構(gòu)6的位置能容易地將保持在保持機構(gòu)6中的工件W組裝到車輛5中。而且，作為搬運對象的工件W例如是用于車輛5的座椅組件或者安裝在車輛5上的備用輪胎。而且，保持機構(gòu)6可以采用例如眾所周知的機構(gòu)，該機構(gòu)能保持或卸下搬運對象。
作業(yè)用機器人10包括基座部11、升降連桿機構(gòu)12以及臂部13。作業(yè)用機器人10 通過驅(qū)動待在下面描述的第一至第四馬達來升降臂部13，并且通過改變臂部13的姿勢進一步將保持機構(gòu)6移到期望的位置和姿勢。
通行軌7在作業(yè)空間I上方的天花板2的后部沿著該天花板2鋪設(shè)。作業(yè)用機器人10通過使用設(shè)置在基座部11的底部上的行進裝置50能沿前后方向沿著天花板2移動。 因為升降連桿機構(gòu)12和臂部13由基座部11支承，所以附接至臂部13的前端的保持機構(gòu) 6的位置通過在通行軌7上移動基座部11而能夠被沿前后方向移動。
作業(yè)用機器人10受控制裝置30控制?？刂蒲b置30預(yù)先在其中存儲控制指令，該控制指令被應(yīng)用于作業(yè)用機器人10?；诖鎯?nèi)容控制作業(yè)用機器人10。
例如，當(dāng)通過操作員4進行的車輛5組裝操作未被執(zhí)行時，控制裝置30控制作業(yè)用機器人10處于初始位置。更具體地，控制裝置30驅(qū)動行進裝置50以將作業(yè)用機器人10 移到最后側(cè)并且還驅(qū)動升降連桿機構(gòu)12以向上舉起臂部13。此外，控制裝置30驅(qū)動臂部 13以使該臂部13具有預(yù)先限定的姿勢并因而將作業(yè)用機器人10設(shè)置在初始位置。
當(dāng)通過操作員4進行的車輛5組裝操作被執(zhí)行時，控制裝置30驅(qū)動行進裝置50 以使作業(yè)用機器人10沿前向移動并且還驅(qū)動升降連桿機構(gòu)12以使臂部13向下移動。此外，控制裝置30驅(qū)動臂部13以使該臂部13具有期望的姿勢并且因而將保持機構(gòu)6定位在操作員4組裝車輛5的地方。這樣，因為保持機構(gòu)6能被定位在操作員4的作業(yè)位置，所以操作員4能容易地將工件W組裝到車輛5中同時調(diào)整被保持在保持機構(gòu)6中的工件W的位置和姿勢。
接著，將說明升降連桿機構(gòu)12和臂部13的具體構(gòu)造。圖2是示出作業(yè)用機器人 10的構(gòu)造的示意圖。如上所述，作業(yè)用機器人10包括基座部11、升降連桿機構(gòu)12以及臂部13。而且，保持機構(gòu)6附接至臂部13的前端。臂部13包括第一臂構(gòu)件14、第二臂構(gòu)件 15、第三臂構(gòu)件16以及第四臂構(gòu)件17。通過改變臂部13的姿勢能改變保持機構(gòu)6的位置和姿勢。
基座部11包括第一馬達21和使該第一馬達21的輸出減速的第一減速器31。通過驅(qū)動第一馬達21，該第一馬達21的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由第一減速器31引入升降連桿機構(gòu)12，從而通過升降連桿機構(gòu)12執(zhí)行提升或降下。升降連桿機構(gòu)12將基座部11連接到臂部13的底端以提升或降下該臂部13。升降連桿機構(gòu)12是這樣的連桿機構(gòu)，該連桿機構(gòu)連接到第一臂構(gòu)件14的底端以提升或降下該第一臂構(gòu)件14，同時維持該第一臂構(gòu)件14的姿勢。
更具體地，升降連桿機構(gòu)12包括第一連桿構(gòu)件12a和第二連桿構(gòu)件12b。第一連桿構(gòu)件12a的底端繞水平軸線01由基座部11可旋轉(zhuǎn)地支承。而且，第一連桿構(gòu)件12a的前端可旋轉(zhuǎn)地支承第一臂構(gòu)件14的底端的上部。另一方面，第二連桿構(gòu)件12b的底端繞平行于軸線01的水平軸線由基座部11可旋轉(zhuǎn)地支承。而且，第二連桿構(gòu)件12b的前端可旋轉(zhuǎn)地支承第一臂構(gòu)件14的底端的下部。通過利用第一馬達21使第一連桿構(gòu)件12a繞軸線01旋轉(zhuǎn)，提升或降下第一臂部14的底端。這時，第一臂構(gòu)件14的姿勢由第二連桿構(gòu)件12b恒定地維持。為了通過利用升降連桿機構(gòu)12容易地提升或降下臂部13，空氣平衡器18附接至作業(yè)用機器人10?？諝馄胶馄?8放置在基座部11和升降連桿機構(gòu)12之間，并且將張力加到升降連桿機構(gòu)12，該張力與通過將臂部13的負(fù)載能力的一半加上其自重獲得的重量對應(yīng)。因為空氣平衡器18以這樣的方式設(shè)置，所以與不設(shè)置空氣平衡器18的情況相比，第一馬達21的負(fù)載能被消除一半。例如，假如臂部13的重量是IOOkg并且負(fù)載能力是60kg，則第一馬達21的最大負(fù)載可以是30kg。而且，配重或另一個平衡器可以用于代替空氣平衡器18。在第一臂構(gòu)件14中，第一臂構(gòu)件14的底端連接到升降連桿機構(gòu)12的前端并且第一臂構(gòu)件14的前端向下延伸。第二臂構(gòu)件15的底端圍繞平行于重力方向的軸線02被可旋轉(zhuǎn)地支承在第一臂構(gòu)件14的前端上。第一臂構(gòu)件14的前端包括位于其中的第二馬達22和使該第二馬達22的輸出減速的第二減速器32。通過驅(qū)動第二馬達22，該第二馬達22的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由第二減速器32引入第二臂構(gòu)件15的底端。結(jié)果，第二臂構(gòu)件15的底端繞軸線02旋轉(zhuǎn)。第二臂構(gòu)件15包括水平臂構(gòu)件15a，該水平臂構(gòu)件15a從底端延伸到其前向；和豎直臂構(gòu)件15b，該豎直臂構(gòu)件15b連接到水平臂構(gòu)件15a的前端并且向下延伸。第三臂構(gòu)件16的底端可旋轉(zhuǎn)地連接到在豎直臂構(gòu)件15b的前端并且支承在其上，也就是說，第二臂構(gòu)件15的前端圍繞平行于重力方向的軸線03。豎直臂構(gòu)件15b的前端包括位于其中的第三馬達23和使該第三馬達23的輸出減速的第三減速器33。通過驅(qū)動第三馬達23，該第三馬達23的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由第三減速器33引入第三臂構(gòu)件16的底端。結(jié)果，第三臂構(gòu)件16的底端繞軸線03旋轉(zhuǎn)。第四臂構(gòu)件17的底端繞水平軸線04可旋轉(zhuǎn)地連接到第三臂構(gòu)件16的前端并且支承在該前端上。第三臂構(gòu)件16的前端包括位于其中的第四馬達24和使該第四馬達24的輸出減速的第四減速器34。通過驅(qū)動第四馬達24，該第四馬達24的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由第四減速器34引入第四臂構(gòu)件17的底端。結(jié)果，第四臂構(gòu)件17的底端繞軸線04旋轉(zhuǎn)。保持機構(gòu)6附接至第四臂構(gòu)件17以與該第四臂構(gòu)件17的旋轉(zhuǎn)一致地繞軸線04旋轉(zhuǎn)。在該情況下，馬達21至24以及減速器31至34不限于圖2所示的布置。因此，該布置能被適當(dāng)改變。例如，第二馬達22和第二減速器32可以被收納在第二臂構(gòu)件15中，或者第三馬達23和第三減速器33可以被收納在第三臂構(gòu)件16中。在本實施方式的作業(yè)用機器人10中，馬達21至24具有低額定功率。更具體地，馬達21至24的額定功率被設(shè)定成對操作員4具有微小影響的功率，并且馬達21至24的額定功率是相同的。通過以這樣的方式將馬達21至24的額定功率設(shè)定為相同值，能在對操作員4的安全影響足夠小的范圍內(nèi)有效地改善作業(yè)用機器人10的驅(qū)動性能。因此，能容易地提供和操作員4 一起執(zhí)行協(xié)同作業(yè)的人共存式作業(yè)用機器人。例如，當(dāng)操作員4和作業(yè)用機器人10接觸時，通過將所有馬達21至24的額定功率設(shè)定為80W，能減少對操作員4的影響。而且，馬達21至24的額定功率在嚴(yán)格意義上可以不具有相同的值。例如，假如功率值在±5%至±10%內(nèi)，則可以說額定功率是相同的?？刂蒲b置30(見圖I)將同時被驅(qū)動的多個馬達設(shè)定為多個馬達21至24之中的一個。結(jié)果，位于附接到臂部13的保持機構(gòu)6的位置(在下文中，工具中心點)的最大功率能抑制為較低。例如，假設(shè)所有馬達21至24的額定功率都是80W，位于工具中心點的最大功率變成80W，因而能減少對操作員4的影響。本文中，已經(jīng)說明，作為一個示例馬達21至24的額定功率是80W。然而，額定功率不限于80W。例如，當(dāng)導(dǎo)致機器人對操作員4有影響的額定功率的范圍由機器人的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限定，馬達21至24的額定功率可以設(shè)定為小于由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限定的額定功率范圍的值。同時，額定功率(W)是由額定轉(zhuǎn)速(rpm)和額定轉(zhuǎn)矩(N. m)限定的值。因此，馬達21至24改變額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩，同時維持額定功率為相同值，以根據(jù)軸線01至04具有適當(dāng)?shù)囊?guī)格，從而能改善作業(yè)用機器人10的性能。例如，第一馬達21是驅(qū)動升降連桿機構(gòu)12的馬達。升降連桿機構(gòu)12的升降速度最好是快的。另一方面，因為通過升降連桿機構(gòu)12進行升降操作所需的轉(zhuǎn)矩由空氣平衡器18抑制，所以第一馬達21的額定轉(zhuǎn)矩能被抑制得低。因此，第一馬達21采用速度優(yōu)先的馬達，該馬達的額定轉(zhuǎn)速相對大并且額定轉(zhuǎn)矩相對小。第二臂構(gòu)件15是驅(qū)動該第二臂構(gòu)件15的馬達。因為由第二馬達22驅(qū)動的第二臂構(gòu)件15沿水平方向較長，與圍繞軸線02的第二馬達22的驅(qū)動量相比，第二臂構(gòu)件15的前端行進距離較大。因此，第二馬達22采用轉(zhuǎn)矩優(yōu)先的馬達，該馬達的額定轉(zhuǎn)速相對小并且額定轉(zhuǎn)矩相對大。在所有馬達21至24中，第二馬達22具有最大額定轉(zhuǎn)矩。而且，第三馬達23和第四馬達24分別驅(qū)動第三臂構(gòu)件16和第四臂構(gòu)件17。本文中，馬達不會傾向轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩中的任何一個。因此，第三馬達23和第四馬達24具有相對中值的額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩。換言之，第三馬達23和第四馬達24的額定轉(zhuǎn)速在第一馬達21的額定轉(zhuǎn)速和第二馬達22的額定轉(zhuǎn)速之間。而且，第三馬達23和第四馬達24的額定轉(zhuǎn)矩小于第二馬達22的額定轉(zhuǎn)矩。通常，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩小時，馬達和減速器具有小尺寸(型號)。為此，第三馬達23和第四馬達24以及第三減速器33和第四減速器34可能比第二馬達22和第二減速器32更小且更輕。結(jié)果，第二馬達22的前端側(cè)負(fù)載能被抑制，因此作業(yè)用機器人10能被以實際時間致動，即使輸出是小的也是如此。此外，當(dāng)工件W被搬運到車體中時，例如車輛5和作業(yè)用機器人10之間的干涉(接觸)面積通過抑制第三馬達23和第四馬達24的尺寸而被減小，因此提高作業(yè)操作的自由度。因此，根據(jù)本實施方式的作業(yè)用機器人10包括第一臂構(gòu)件14至第四臂構(gòu)件17以及多個馬達21至24，所述多個馬達21至24分別驅(qū)動第一臂構(gòu)件14至第四臂構(gòu)件17并且具有相同的額定功率。因為馬達21至24的額定功率是相同的，所以在對操作員4的影響小的范圍內(nèi)能有效地改善作業(yè)用機器人10的驅(qū)動性能。而且，通過相對于軸線01至04將馬達21至24的額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩設(shè)定為適當(dāng)值，能有效地改善作業(yè)用機器人10的性能。上述作業(yè)用機器人10通過使用減速器31至34使馬達21至24的輸出減速并且將該輸出供給到第一臂構(gòu)件14至第四臂構(gòu)件17。因此，通過使用減速器31至34能容易地執(zhí)行對于軸線01至04的旋轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。而且，馬達21至24的輸出可以被直接供給到第一臂構(gòu)件14至第四臂構(gòu)件17。
當(dāng)設(shè)計作業(yè)用機器人10時，馬達21至24具有根據(jù)軸線01至04適當(dāng)設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩。然而，在許多情況下不存在根據(jù)設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩的馬達。在該情況下，根據(jù)設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩的馬達被單獨設(shè)計和制造。
因為額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)子的特征和定子的特征來決定，所以單獨設(shè)計和制造轉(zhuǎn)子和定子引起設(shè)計成本和制造成本的增加。
因此，通過改變現(xiàn)有馬達的一部分以獲得期望的額定功率，可以抑制設(shè)計成本和制造成本的增加。更具體地，在包括定子和轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有馬達中選擇這樣的馬達，所述馬達的額定轉(zhuǎn)矩與期望額定轉(zhuǎn)矩相同并且額定轉(zhuǎn)速大于期望額定轉(zhuǎn)速，在所述現(xiàn)有馬達的定子中，定子線圈附接至定子鐵心，所述現(xiàn)有馬達的轉(zhuǎn)子與定子的內(nèi)周側(cè)相對地設(shè)置。
因此，通過改變所選擇的馬達的定子線圈，額定轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)成與期望的額定轉(zhuǎn)速相同。通過增大定子線圈的電阻來執(zhí)行定子線圈的改變，例如通過減小形成定子線圈的導(dǎo)線的線尺寸或者通過增加定子線圈的線圈數(shù)量來增大定子線圈的電阻。通過增大定子線圈的電阻來減小流入定子線圈的電流，從而能減小額定轉(zhuǎn)速。
這樣，因為通過改變現(xiàn)有馬達的定子線圈能提供具有期望的額定功率的馬達，所以與馬達被重新設(shè)計和制造的情況相比能降低馬達的成本。
上述作業(yè)用機器人10可以包括傳感器，該傳感器檢測操作員4是否進入其可以接觸臂部13的范圍。那么，當(dāng)傳感器檢測到操作員4進入檢測范圍時，控制裝置30停止驅(qū)動升降連桿機構(gòu)12、臂部13以及行進裝置50。結(jié)果，能進一步防止對操作員4的影響。
權(quán)利要求
1.一種作業(yè)用機器人，該作業(yè)用機器人包括 臂部，該臂部包括多個臂構(gòu)件；以及 多個馬達，所述多個馬達分別驅(qū)動所述多個臂構(gòu)件，其中 分別與所述馬達對應(yīng)的額定功率是相同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的作業(yè)用機器人，其中，所述多個馬達包括速度優(yōu)先的馬達和轉(zhuǎn)矩優(yōu)先的馬達，所述速度優(yōu)先的馬達的額定轉(zhuǎn)速相對較大并且額定轉(zhuǎn)矩相對較小，所述轉(zhuǎn)矩優(yōu)先的馬達的額定轉(zhuǎn)速相對較小并且額定轉(zhuǎn)矩相對較大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的作業(yè)用機器人，該作業(yè)用機器人還包括 基座部； 升降連桿機構(gòu)，該升降連桿機構(gòu)將所述基座部連接到所述臂部的底端以提升和降下該臂部； 致動所述升降連桿機構(gòu)的馬達；以及 平衡器，該平衡器輔助由所述升降連桿機構(gòu)執(zhí)行的所述臂部的提升和降下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的作業(yè)用機器人，其中 所述臂部包括 第一臂構(gòu)件，該第一臂構(gòu)件連接到所述升降連桿機構(gòu)并且向下延伸；以及第二臂構(gòu)件，該第二臂構(gòu)件以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到所述第一臂構(gòu)件的前端并且沿水平方向延伸；并且 所述多個馬達之中的使所述第二臂構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的馬達具有最大的額定轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的作業(yè)用機器人，其中 所述臂部還包括 第三臂構(gòu)件，該第三臂構(gòu)件以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到所述第二臂構(gòu)件并且向下延伸； 第四臂構(gòu)件，該第四臂構(gòu)件以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到所述第三臂構(gòu)件的前端并且沿水平方向延伸； 使所述第三臂構(gòu)件繞平行于重力方向的軸線旋轉(zhuǎn)的馬達；以及 使所述第四臂構(gòu)件繞水平軸線旋轉(zhuǎn)的馬達。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的作業(yè)用機器人，其中，所述第四臂構(gòu)件設(shè)置有保持搬運對象的保持機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的作業(yè)用機器人，其中，所述多個馬達的輸出軸設(shè)置有減速器，這些減速器分別使所述馬達的輸出減速并且將該輸出供給到所述多個臂構(gòu)件。
8.—種加工廠，該加工廠包括 作業(yè)空間，操作員和加工對象位于該作業(yè)空間中； 支承構(gòu)件，該支承構(gòu)件設(shè)置在所述作業(yè)空間上方； 行進裝置，該行進裝置設(shè)置在所述支承構(gòu)件上以沿著該支承構(gòu)件行進； 基座部，該基座部附接至所述行進裝置； 升降連桿機構(gòu)，該升降連桿機構(gòu)連接到所述基座部； 臂部，該臂部連接到所述升降連桿機構(gòu)以上下移動；以及 多個馬達，所述多個馬達驅(qū)動所述升降連桿機構(gòu)和所述臂部，其中分別與所述馬達對應(yīng)的額定功率是相同的。
全文摘要
本發(fā)明涉及作業(yè)用機器人和加工廠。根據(jù)本實施方式的作業(yè)用機器人包括臂部以及多個馬達。所述臂部包括多個臂構(gòu)件。所述多個馬達分別驅(qū)動所述多個臂構(gòu)件。本發(fā)明中，分別與所述馬達對應(yīng)的額定功率是相同的。
文檔編號B25J9/08GK102975200SQ20121003725
公開日2013年3月20日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者岡久學(xué) 申請人:株式會社安川電機