機器人的制作方法

專利名稱：機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，該機器人具備有多個關節的多關節手臂。
背景技術：
近幾年，在制造業中，由于將具備多關節手臂的機器人引入裝配線，將由作業人員對作業對象進行的作業自動化的動向活躍起來。作為所述機器人是，例如專利文獻I中公開了雙臂機器人，該雙臂機器人在支承于基臺并相對該基臺能夠旋轉的軀體的左右，具備經由關節機構連結了多個手臂的多關節手臂。這樣的機器人，相對于配置在該機器人的作業區域的作業對象，進行與安裝于多關節手臂前端的手端操作裝置相適應的作業。專利文獻I :日本專利特開2007-118177號公報
可是，在裝配線中所謂作業人員進行作業的范圍是距離作業人員不超過300mm以上的情況很多。并且，這樣的作業也利用機器人頻繁地進行，那么在多關節手臂中，該手端操作裝置以接近機器人主體的方式折疊的情況也很多。另一方面，在專利文獻I所記載的機器人中手端操作裝置為了接近機器人主體，在多關節手臂中，各關節機構需要各關節機構伸出到機器人主體的側面側的狀態，而不是在機器人的正面側重疊幾層的狀態。其結果是，每當利用機器人進行所述的動作，為了回避多關節手臂與外部的干涉，只好在機器人主體的側方將機器人進行動作的空間變大。

發明內容
本發明是鑒于所述實際情況而完成的，其目的在于提供一種機器人，該機器人能夠縮小折疊的多關節手臂所占有體積。本發明的機器人是具有多關節手臂的機器人，該多關節手臂具備第一手臂，其基端部相對于基體能夠旋轉地連結；第二手臂，其基端部經由第一屈伸機構能夠屈伸地連結于所述第一手臂的前端部；以及第三手臂，其基端部經由第二屈伸機構能夠屈伸地連結于所述第二手臂的前端部，所述第二手臂具有相對該第二手臂扭轉所述第二屈伸機構的第一扭轉機構，所述第三手臂具有連結于所述第二屈伸機構的手腕部件、安裝手端操作裝置的機械手、以及連結所述手腕部件與所述機械手并使所述機械手相對所述手腕部件旋轉從而使所述機械手相對于所述手腕部件扭轉的第二扭轉機構，所述第二扭轉機構中的旋轉軸配置于在與所述第一扭轉機構中的旋轉軸平行時相對于該旋轉軸偏移的位置，所述第一手臂具有形成為如下形狀的收容凹部，即、在所述第一屈伸機構中的旋轉軸與所述第二屈伸機構中的旋轉軸處于相互平行的狀態下，所述第二手臂的伸張方向相對于該第一手臂開放，并在所述第二手臂相對于所述第一手臂彎曲，且第三手臂相對于第二手臂向與所述第一手臂相反一側彎曲的狀態下，所述收容凹部收容所述第二手臂、所述第一扭轉機構、所述第二屈伸機構的各自至少一部分。根據本發明的機器人，在第二手臂相對于第一手臂彎曲的狀態下，第二手臂、第一扭轉機構、第二屈伸機構的各自至少一部分被收容于第一手臂的收容凹部。由此，能夠使第二手臂、第一扭轉機構、第二屈伸機構所占有的體積的一部分與第一手臂所占有的體積的一部分重疊。其結果是，與通常情況下第一手臂所占有的體積和第二手臂、第一扭轉機構、第二屈伸機構的各自所占有的體積分別設置的機器人相比，能夠將折疊后多關節手臂所占有的體積縮小與所述重疊了的體積對應的部分。另外，將第二手臂等的一部分收容于第一手臂的收容凹部從而擴大第二手臂相對于第一手臂的旋轉范圍，且第二扭轉機構的旋轉軸相對于第一扭轉機構的旋轉軸偏移配置，從而與未設置有這樣偏移的結構相比，能夠提高手端操作裝置相對于第二手臂的位置的自由度。因此，能夠縮小多關節手臂所占有的體積，并且在目標位置配置手端操作裝置時能夠提高多關節手臂做出的姿勢的自由度。
在此機器人中，所述第二屈伸機構使所述第三手臂相對所述第二手臂彎曲，從而使所述第二扭轉機構的旋轉軸從所述第一扭轉機構的旋轉軸與所述第二扭轉機構的旋轉軸平行的狀態至少旋轉150°。根據該機器人，因為是從第一扭轉機構的旋轉軸與第二扭轉機構的旋轉軸平行的狀態至少旋轉150°，所以使用第二屈伸機構使第三手臂相對于第二手臂旋轉從而能夠使機械手的朝向在沿著第一扭轉機構的旋轉軸的方向大致相反。其結果是，能夠進一步提高在特定位置配置機械手時的多關節手臂的姿勢的自由度。在該機器人中，所述第一手臂具有形成向所述第二手臂相對于該第一手臂彎曲的方向凹陷的形狀，回避與所述第二手臂的干涉的退避部。這里，例如從基端部到前端部使用直線狀的部件構成第一手臂的情況，第二手臂會與第一手臂干涉，從而第二手臂相對于第一手臂的旋轉角度不僅被限制，例如為將第二屈伸機構收容于第一手臂的收容凹部也可能會使第二手臂形狀復雜化。對于這方面，根據所述結構，第二手臂與第一手臂的干涉通過退避部回避，因此能夠擴大第二手臂相對于第一手臂的旋轉角度且能夠抑制第二手臂的形狀復雜化。該機器人也可以具備多個所述多關節手臂。在具備多個多關節手臂的機器人中，可以只讓一個多關節手臂動作來進行作業，此時，需要預先使其他多關節手臂從動作中的多關節手臂的動作范圍避讓。根據所述結構，將所述的其他多關節手臂折疊從而縮小避讓中的多關節手臂所占有的體積，由此能夠抑制與動作中的多關節手臂的干涉并且能夠提高多關節手臂的避讓位置的自由度。


圖I是表示本發明所涉及的一個實施方式的機器人的整體構造的立體圖。圖2是表示基本姿勢中的機器人的側面構造的側視圖。圖3是表示折疊手腕部件后的多關節手臂的側面構造的側視圖。圖4是表示折疊了的多關節手臂的側面構造的側視圖。圖5是表示機器人的主視圖，在機器人的正面的近前側向下作業的機器人圖。
具體實施例方式以下，參照圖I 圖5，對本發明所涉及的機器人的一個實施方式進行說明。圖I是表示機器人的整體構造的立體圖，是表示機器人20的基本姿勢的圖。如圖I所示，機器人20具有固定設置于未圖示的座上的圓筒狀的基座部21。在基座部21的上端，經由具有未圖示的的伺服電機等的關節機構22連結有軀體23，該軀體相對于該基座部21能夠以旋轉軸CO為中心進行旋轉。在軀體23上，在其左右兩側，經由配置在軀體23內的未圖示的關節機構，以與旋轉軸CO正交的旋轉軸Cl為中心連結相對軀體23能夠旋轉的左右一對的多關節手臂25。以下，對機器人20所具有的多關節手臂25的結構進行說明 ，但連結于左右兩側的多關節手臂25，夾著軀體23且其構造對稱，所以對圖I中配置于紙面近前側的左側的多關節手臂25進行說明，而省略掉對配置在紙面靠里側的右側的多關節手臂25的說明。如圖I以及圖2所示，在軀體23上經由未圖示的關節機構連結第一肩部件26的基端，該第一肩部件以所述旋轉軸Cl為中心相對于該軀體23能夠旋轉。該關節機構使第一肩部件26以旋轉軸Cl為中心進行旋轉，從而扭轉軀體23與第一肩部件26之間的關節。在第一肩部件26的前端經由關節機構27連結作為基體的第二肩部件28，該第二肩部件能夠以與旋轉軸Cl正交的旋轉軸C2為中心相對于第一肩部件26進行旋轉。關節機構27使第二肩部件28以旋轉軸C2為中心進行旋轉，從而彎曲以及伸張第一肩部件26與第二肩部件28之間的關節。在第二肩部件28上經由關節機構29連結作為第一手臂的上臂部件30，該上臂部件能夠以與旋轉軸C2正交的旋轉軸C3為中心相對于第二肩部件28進行旋轉。關節機構29使上臂部件30以旋轉軸C3為中心進行旋轉，從而扭轉第二肩部件28與上臂部件30之I司的關節。對于上臂部件30，該上臂部件30的基端部31連結于關節機構29，并形成為從該關節機構29沿著旋轉軸C3延長的長條狀。上臂部件30是由面向機器人20的后方的板狀的后側板32和連結于該后側板32的靠基座部21 —側且面向基座部21的板狀的內側板33構成。該上臂部件30形成的形狀是，與旋轉軸C3正交的剖面呈近似L字狀。S卩，對于上臂部件30，相對于上臂部件30在第一前臂部件36伸張的方向且在圖2中后側板32的右側的區域開放，并且在圖2中相對于內側板33的紙面近前側的區域也開放。在內側板33上，在其長度方向的中央部分形成有使位于機器人20的前側的端邊向機器人20的后側凹陷的退避部33a。并且，對于上臂部件30，由該上臂部件30所占有的體積即這些后側板32以及內側板33形成了收容凹部34。在上臂部件30的前端部經由第一屈伸機構35，在上臂部件30的靠近基座部21側連結有作為第二手臂的第一前臂部件36，該第一前臂部件能夠以與旋轉軸C3正交的旋轉軸C4為中心相對于上臂部件30進行旋轉。第一前臂部件36形成為向機器人20的前側延伸的長條狀，其基端部經由第一屈伸機構35連結在上臂部件30的內側板33的靠近基座部21偵彳。第一屈伸機構35使第一前臂部件36以旋轉軸C4為中心進行旋轉從而彎曲以及伸張上臂部件30與第一前臂部件36之間的關節。若使第一前臂部件36以旋轉軸C4為中心向上臂部件30進行旋轉，則其前端部36a進入由退避部33a形成的凹陷，并旋轉到該前端部36a與上臂部件30的退避部33a即將卡合的位置。在第一前臂部件36的前端部36a上經由第一扭轉機構37連結第二前臂部件38，該第二前臂部件能夠以與旋轉軸C4正交的旋轉軸C5為中心相對于第一前臂部件36進行旋轉。第一扭轉機構37是以在使第一前臂部件36朝上臂部件30進行旋轉時，不與上臂部件30的內側板33干涉的方式設置。在第二前臂部件38上經由第二屈伸機構39連結手腕部件40，該手腕部件能夠以與旋轉軸C5正交的旋轉軸C6為中心相對于第二前臂部件38進行旋轉。第二屈伸機構39使手腕部件40以旋轉軸C6為中心進行旋轉從而彎曲以及伸張第二前臂部件38與手腕部件40之間的關節。在手腕部件40的前端部40a經由第二扭轉機構41連結連結部件42，該連結部件能夠以與旋轉軸C6正交方向的旋轉軸C7為中心相對于手腕部件40進行旋轉。在連結部件42上固定設置有機械手部43，在該機械手部43上安裝有與使機器人20執行的作業對應的手端操作裝置。第二扭轉機構41使連結部件42以旋轉軸C7為中心進行旋轉，從而執行機械手部43相對于手腕部件40的扭轉動作。另外，手腕部件40形成為，在進行扭轉動作的、第一扭轉機構37的旋轉軸C5以及第二扭轉機構41的旋轉軸C7平行時，這些旋轉軸C5、Cl配置在相互偏移位置。在本實施方式中，以如下方式形成手腕部件40 :使手腕部件40以旋轉軸C5為中心向下側旋轉大致180°，從而如圖4所示，第二扭轉機構41以及機械手部43能夠配置于第一扭轉機構37以 及第二屈伸機構39的正下面。這里，在未設置偏移的結構中，即在第一扭轉機構37中的旋轉軸C5與第二扭轉機構41中的旋轉軸C7平行的狀態下，該旋轉軸C5、C7配置在同一直線上的結構中，欲使旋轉軸C7從該平行狀態相對于旋轉軸C5旋轉大致180°的過程中，機械手部43等會與第一前臂部件36干涉。S卩，通過設置偏移，能夠使第二扭轉機構41的旋轉軸C7相對于第一扭轉機構37的旋轉軸C5從平行的狀態旋轉大致180°。其結果是，能夠提高機械手部43相對于第一前臂部件36的相對位置所涉及的自由度。換言之，通過將機械手部43配置在特定的位置，第一前臂部件36的自由度提高并且與此伴隨地多關節手臂25姿勢的自由度也提高。另外，在本實施方式中，雖然構成為能夠使旋轉軸C7旋轉大致180°，但如果能夠旋轉至少150°也能得到所述的效果。即，在機器人20中，作為第一手臂的上臂部件30相對于作為基體的第二肩部件28可旋轉地連結。另外，在上臂部件30的前端部可屈伸地連結有由第一前臂部件36以及第二前臂部件38構成的第二手臂。并且，由手腕部件40以及機械手部43構成的第三手臂經由第二屈伸機構39可屈伸地與第一前臂部件36連結。可是，第一屈伸機構35使第一前臂部件36以旋轉軸C4為中心進行旋轉，從而進行上臂部件30與第一前臂部件36之間關節的屈伸動作。第一扭轉機構37使第二前臂部件38以旋轉軸C5為中心進行旋轉，從而扭轉第一前臂部件36與第二前臂部件38之間的關節。第二屈伸機構39使手腕部件40以旋轉軸C6為中心進行旋轉，從而執行第二前臂部件38與手腕部件40之間關節的屈伸動作。在這種結構的情況下，旋轉軸C4與旋轉軸C6的距離總是維持恒定。并且，在處于基本姿勢的機器人20中，以在使第一前臂部件36以旋轉軸C4為中心朝上臂部件30進行旋轉時不與內側板33干涉且在上臂部件30的基端部31與第一屈伸機構35之間通過的方式設置有第二屈伸機構39。接下來，參照圖3及圖4，作為所述結構的機器人系統的作用，對多關節手臂25折疊時的動作進行說明。在多關節手臂25折疊時，如圖3所示，首先，在處于基本姿勢的機器人20中，手腕部件40以旋轉軸C6為中心朝下方旋轉，并在第一扭轉機構37以及第二屈伸機構39的正下面的彎曲位置配置第二扭轉機構41以及機械手部43。接著，如圖4所示，第一前臂部件36以旋轉軸C4為中心朝上臂部件30旋轉。若第一前臂部件36旋轉，則該第一前臂部件36的前端部36a進入退避部33a，與此伴隨，第一扭轉機構37以及第二屈伸機構39進入上臂部件30的收容凹部34。并且，若第一前臂部件36旋轉到第一前臂部件36的前端部36a與退避部33a即將卡合的位置，即旋轉到第一前臂部件36與上臂部件30所形成的角度最小的彎曲位置，則第一扭轉機構37以及第二屈伸機構39收容于上臂部件30的收容凹部34，從而配置在上臂部件30的基端部31與設置于該上臂部件30的前端部的第一屈伸機構35之間。并且，通過在第一扭轉機構37的旋轉軸C5與第二扭轉機構41的旋轉軸C7之間設置偏移，在機器人20的正面的近前側能夠提高使機械手部43朝向下的、多關節手臂25的姿勢的自由度。由此，如圖5所示，在機器人20的正面的近前側執行作業時，能夠在折疊了多關節手臂25的狀態下，即將第一前臂部件36等收容于上臂部件30的收容凹部34的狀態下執行作業。
如上說明，根據本實施方式所涉及的機器人20，能夠得到以下列舉的效果。(I)根據所述實施方式，在多關節手臂25折疊后，上臂部件30所占有的體積的一部分與、第一前臂部件36、第一扭轉機構37、第二屈伸機構39所占有的體積的一部分重疊。由此，與通常情況下上臂部件30所占有的體積和第一前臂部件36、第一扭轉機構37、第二屈伸機構39所占有的體積分別設置的結構相比，能夠縮小將多關節手臂25折疊后該多關節手臂25所占有的體積。(2)并且，由于第一前臂部件36的旋轉范圍擴大上臂部件30所占有的體積的一部分與第一前臂部件36、第一扭轉機構37、第二屈伸機構39所占有體積的一部分重疊的部分的量，所以由于該擴大的部分，例如能夠提高向目標位置移動手端操作裝置時的軌道或者多關節手臂25的姿勢的自由度。(3)另外，手腕部件40是以第二扭轉機構41的旋轉軸C7與第二屈伸機構39的旋轉軸C6配置在相互偏移位置的方式形成。根據這樣的結構，能夠進一步提高在將手端操作裝置配置在目標位置時多關節手臂25的姿勢的自由度。(4)通過所述⑴ (3)，在機器人20中，能夠縮小多關節手臂25所占有的體積，并能提高在將手端操作裝置配置在目標位置時多關節手臂25所能做出的姿勢的自由度。其結果是，例如能夠在機器人20正面的近前側且靠近基座部21的區域進行作業時抑制多關節手臂25向機器人20的側方突出很大的情況。(5)在所述實施方式的上臂部件30上設置有退避部33a，在上臂部件30與第一前臂部件36所形成的角度最小的狀態下，該退避部回避第一前臂部件36的前端部36a與上臂部件30的干涉。根據這樣的結構，能夠將第一扭轉機構37收容于上臂部件30的收容凹部34，并能夠使第一前臂部件36的旋轉角度擴大且能夠抑制為將第一扭轉機構37收容于收容凹部34而使第一前臂部件36的形狀復雜化的情況。(6)在所述實施方式的機器人20中，只使用一側的多關節手臂25也能夠進行作業，此時，需要使另一側的多關節手臂25從這一側的多關節手臂25的動作范圍中預先回避。根據所述結構，折疊了的多關節手臂25所占有的體積縮小，所以能夠提高待機中的多關節手臂的回避位置的自由度。另外，所述實施方式也能夠進行如下適宜變更來實施。 所述實施方式的機器人20是在軀體23的左右兩側具備多關節手臂25的機器人。不限于此，機器人可以是具體化為具備一個所述結構的多關節手臂25的機器人，也可以是具備三個以上多關節手臂25的機器人。 在所述實施方式的上臂部件30的內側板33上設置有退避部33a，在上臂部件30與第一前臂部件36所形成的角度最小的狀態下，該退避部回避第一前臂部件36的前端部36a與上臂部件30的干涉。不限于此，也可以通過將第一扭轉機構37收容于收容凹部34，改變第一前臂部件36的形狀而從內側板33省略掉退避部33a。
在所述實施方式中，第一扭轉機構37的旋轉軸C5與第二扭轉機構41的旋轉軸C7配置在這些旋轉軸C5、C7平行時相互偏移的位置，但是也可以改變這種情況，將旋轉軸C5、C7配置在相同的直線上。 多關節手臂可以具有使用上臂部件30進行例示的第一手臂；使用第一前臂部件36以及第二前臂部件38進行例示的第二手臂；使用第二屈伸機構39、手腕部件40以及機械手部43進行例示的第三手臂。即，若使用所述實施方式的結構進行例示，則例如可以是省略掉第二肩部件28以及關節機構29，而經由關節機構27在第一肩部件26連結上臂部件30的方式。例如，還可以是省略掉第一肩部件26、第二肩部件28、關節機構27、29，而將上臂部件30連結到軀體23的方式。另外，多關節手臂的軸數也不限定于7根軸，可以是5根軸以下，還可以是8根軸以上。 所述實施方式的上臂部件30通過后側板32和內側板33而形成為剖面呈L字狀從而形成收容凹部34。不限于此，上臂部件30也可以在該上臂部件30的基端部31與設置于前端部的第一屈伸機構35之間形成收容第一前臂部件36、第二前臂部件38、第二屈伸機構39的各自一部分的凹部，其形狀不限定于剖面呈L字狀。附圖標記說明CO、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7…旋轉軸，20…機器人，21…基座部，22…關節機構，
23…軀體,25…多關節手臂,26…第一肩部件,27…關節機構,28…第二肩部件,29…關節機構，30…上臂部件，31…基端部，32…后側板，33…內側板，33a…退避部，34…收容凹部，35…第一屈伸機構，36…第一前臂部件，36a…前端部，37…第一扭轉機構，38…第二前臂部件，39…第二屈伸機構，40…手腕部件，40a…前端部，41…第二扭轉機構，42…連結部件，43…機械手部,50…作業人員。
權利要求
1.一種機器人,其特征在于， 該機器人是具有多關節手臂的機器人， 該多關節手臂具備第一手臂，其基端部相對于基體能夠旋轉地連結； 第二手臂，其基端部經由第一屈伸機構能夠屈伸地連結于所述第一手臂的前端部；以及 第三手臂，其基端部經由第二屈伸機構能夠屈伸地連結于所述第二手臂的前端部； 所述第二手臂具有相對于該第二手臂扭轉所述第二屈伸機構的第一扭轉機構， 所述第三手臂具有連結于所述第二屈伸機構的手腕部件、安裝手端操作裝置的機械手、以及連結所述手腕部件與所述機械手并使所述機械手相對所述手腕部件旋轉從而使所述機械手相對所述手腕部件扭轉的第二扭轉機構， 所述第二扭轉機構中的旋轉軸配置于在與所述第一扭轉機構中的旋轉軸平行時相對于該旋轉軸偏移的位置， 所述第一手臂具有形成為如下形狀的收容凹部，即、在所述第一屈伸機構中的旋轉軸與所述第二屈伸機構中的旋轉軸處于相互平行的狀態下，所述第二手臂的伸張方向相對于該第一手臂開放， 并在所述第二手臂相對于所述第一手臂彎曲，且第三手臂相對于第二手臂向與所述第一手臂相反一側彎曲的狀態下，所述收容凹部收容所述第二手臂、所述第一扭轉機構、所述第二屈伸機構的各自至少一部分。
2.根據權利要求I所述的機器人，其特征在于， 所述第二屈伸機構使所述第三手臂相對于所述第二手臂彎曲，從而使所述第二扭轉機構的旋轉軸從所述第一扭轉機構的旋轉軸與所述第二扭轉機構的旋轉軸平行的狀態至少旋轉150°。
3.根據權利要求I或者2所述的機器人，其特征在于， 所述第一手臂具有形成向所述第二手臂相對于該第一手臂彎曲的方向凹陷的形狀，以回避與所述第二手臂的干涉的退避部。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的機器人，其特征在于， 具備多個所述多關節手臂。
全文摘要
本發明提供一種機器人。該機器人的多關節手臂具有與第二肩部件連結的上臂部件；經由第一屈伸機構連結于上臂部件的第一前臂部件；以及經由第二屈伸機構連結于第一前臂部件前端部的手腕部件，第一前臂部件具有使第二屈伸機構旋轉的第一扭轉機構，手腕部件經由第二扭轉機構連結機械手部并使第一扭轉機構的旋轉軸與第二扭轉機構的旋轉軸之間偏移。上臂部件具有收容凹部，在第一前臂部件相對于上臂部件彎曲，并且手腕部件相對于第一前臂部件彎曲的狀態下，該收容凹部收容第一前臂部件、第一扭轉機構、第二屈伸機構的至少一部分。
文檔編號B25J9/06GK102756368SQ201210127879
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月26日 優先權日2011年4月28日
發明者星野真吾, 桐原大輔 申請人:精工愛普生株式會社