專利名稱：機器人系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人系統。
背景技術：
以往，有通過產業用機器人(以下簡單記作“機器人”)自動進行部件的組裝作業的機器人系統。例如，在專利文獻I中，公開了通過機器人自動進行將環狀部件嵌合到軸的組裝作業的技術。專利文獻I日本特開平8-187687號公報但是，在上述專利文獻I所記載的技術中，沒有考慮環狀部件與軸的嵌合強度，因此在組裝了要求嵌合強度的部件的情況下，存在成品率降低的問題。
發明內容
本發明公開的技術正是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供一種能夠在通過機器人自動進行將環狀部件嵌合到軸的組裝作業的情況下提高成品率的機器人系統。本發明公開的機器人系統具有機器人，其把持可在周面上安裝與環狀部件的內周面卡合的卡合部件的軸，使該軸轉動；夾具，其用于固定所述環狀部件；控制部，其在由所述機器人把持嵌合有所述環狀部件的所述軸并使該環狀部件與所述夾具接觸的狀態下，通過所述機器人向該軸施加轉動力；以及判定部，其根據施加了所述轉動力時的所述機器人的動作，判定是否已將所述卡合部件安裝到所述軸上。根據本發明公開的機器人系統的一個方式，起到如下效果在通過機器人自動進行將環狀部件嵌合到軸的組裝作業的情況下，能夠提高成品率。
圖I是示出實施例的機器人系統的配置的示意圖。圖2是示出實施例的機器人的外觀的示意圖。圖3是示出實施例的機器人系統的結構的框圖。圖4是示出實施方式的機器人的動作的圖。圖5是示出實施方式的機器人的動作的圖。圖6是示出實施例的控制裝置執行的處理步驟的流程圖。圖7是示出實施例的變形例的機器人系統的配置的示意圖。標號說明I、Ia :機器人系統；2 :機器人；28 :如端臂;28a :手旋轉軸;28b :致動器；3 :控制裝置；31 :控制部；32 :操作部；33 :判定部；4 :鍵安裝裝置；5 :軸；51 :鍵(key) ；6 :卡扣(留的具);7、7a、7b :齒輪；8 :粘接劑涂覆裝置；9 :嵌合用工作臺;10、10a、10b :夾具。
具體實施方式
下面，參照附圖對本發明公開的機器人系統的實施例進行詳細說明。另外，本發明不受以下所示的實施例中的示例限定。實施例以下，對通過機器人自動進行將作為環狀部件的齒輪嵌合到軸的組裝作業的機器人系統進行說明。另外，嵌合到軸的部件不限于齒輪，也可以是轉子或滑輪等任意的環狀部件。圖I是示出實施例的機器人系統I的配置的示意圖。如圖I所示，機器人系統I具有機器人2，其自動進行將齒輪7嵌合到軸5的組裝作業；以及控制裝置3，其設置在機器人2的活動區域100的外部，控制機器人系統I整體的動作。此處，使用圖2說明機器人2。圖2是示出實施例的機器人2的外觀的示意圖。如圖2所示，機器人2具有基礎部22，其安裝在固定于地板等的基座21上；從基礎部22延伸的機器人臂；以及安裝在機器人臂的前端的末端執行器(以下記作“手29”)。 機器人臂是從基端(基礎部22)朝向前端側連結第I臂23、第2臂24、第3臂25、第4臂26、第5臂27和第6臂28這6個臂而構成的。這些各臂在內部設置有致動器，如圖2的雙向箭頭所示，通過各致動器，以各臂的連結部為關節進行旋轉驅動。此外，在作為機器人臂前端的第6臂28 (以下記作“前端臂28”)的內部，設置有使手旋轉軸28a旋轉來對手29進行旋轉驅動的致動器28b。此外，在手29的內部，設置有對安裝在手29的前端的一對把持爪29a進行驅動的致動器(省略圖示)。上述前端臂28構成為能夠通過控制裝置3的控制來切換手固定控制和手空轉控制。此處，所謂手固定控制，是指如下的手29的旋轉控制在使手29旋轉時，不論經由手29施加到手旋轉軸28a的外力大小如何，都從致動器28b向手旋轉軸28a施加旋轉力。另一方面，所謂手空轉控制，是指如下的手29的旋轉控制在使手29旋轉時，在經由手29施加到手旋轉軸28a的外力的大小(轉矩)在預定閾值以上的情況下，控制手旋轉軸28a的動作，以使得手旋轉軸28a與手29 —起通過外力旋轉。另外，在通過控制裝置3選擇了手空轉控制的情況下，在使手旋轉軸28a旋轉時，如果經由手29施加到手旋轉軸28a的外力小于閾值，則手29通過手旋轉軸28a的旋轉而旋轉。并且，機器人2按照控制裝置3的控制，使第I臂23、第2臂24、第3臂25、第4臂26、第5臂27、第6臂28、手29和把持爪29a動作，進行把持軸5并嵌合齒輪7的組裝作業。在上述機器人2中，手29作為把持軸5的把持部發揮功能。返回圖I的說明，繼續與機器人系統I的配置相關的說明。如圖I所示，在機器人2的活動區域100的內部，分別在預定位置配置有軸用箱50、卡扣用箱60、齒輪用箱70、合格品用箱12和不合格品用箱13。軸用箱50是放置有多個軸5的容器，卡扣用箱60是放置有多個卡扣6的容器，齒輪用箱70是放置有多個齒輪7的容器。此外，合格品用箱12是放置通過機器人2組裝后被判定為合格品的部件的容器，不合格品用箱13是放置通過機器人2組裝后被判定為不合格品的部件的容器。另外，也可以替代合格品用箱12和不合格品用箱13,而是例如設置用于放置合格品和不合格品的成品的成品用容器，并且在成品用容器的附近設置顯示成品是否合格的判定結果的顯示裝置。在上述情況下，在將成品搬出到外部時，通過顯示裝置顯示成品是否合格的判定結果。并且，在機器人2的活動區域100的內部，分別在預定位置配置有鍵安裝裝置4、粘接劑涂覆裝置8、嵌合用工作臺9和夾具10。此處，鍵安裝裝置4是將與設置在齒輪7的內周面的作為被卡合部的凹部71卡合的卡合部件(以下記作“鍵”)安裝到設置于軸5的周面的安裝孔的裝置。此外，粘接劑涂覆裝置8是向嵌合齒輪7之前的軸5的周面涂覆粘接劑的裝置。此夕卜，嵌合用工作臺9是在嵌合到軸5時對齒輪7進行固定的裝置。此外，夾具10是在判定是否已將鍵合適地安裝到嵌合有齒輪7的軸5的情況下使用的器具。在本實施例中，使用與嵌合到軸5的齒輪7相同形狀(同一物件)的齒輪7作為夾具10。上述夾具10通過螺紋緊固而固定到固定于地板等上的臺11。另外，后面使用圖5對夾具10的使用方法進行敘述。由此，在本實施例中，使用了·組裝材料的一個齒輪7作為夾具10，因此不需要另外準備夾具10專用的部件。接著，使用圖3說明機器人系統I的結構。圖3是示出實施例的機器人系統I的結構的框圖。如圖3所示，機器人系統I包含機器人2、鍵安裝裝置4、粘接劑涂覆裝置8和控制裝置3。控制裝置3是統一控制機器人系統I整體的動作的裝置，具有控制部31、操作部32和判定部33。此處，操作部32是為了輸入由機器人2作業的內容和作業所需的各種參數等信息而由操作員進行操作的鍵盤或觸摸面板等輸入器件。控制部31是如下的處理部根據通過操作部32輸入的信息，向機器人2、鍵安裝裝置4和粘接劑涂覆裝置8輸出各種指令，進行將齒輪7嵌合到軸5的組裝作業。另外，后面使用圖4對組裝作業的詳細情況進行敘述。此外，控制部31在通過機器人2將齒輪7嵌合到軸5之前選擇上述的手固定控制，在將齒輪7嵌合到軸5之后選擇上述的手空轉控制。判定部33是如下的處理部根據從機器人2輸入的表示機器人2的動作狀態的信息，判定是否已將鍵合適地安裝到嵌合有齒輪7的軸5上。另外，后面使用圖5對判定部33判定鍵的安裝狀況的情況下的機器人2的動作進行敘述。此外，后面使用圖6對上述控制裝置3執行的處理進行敘述。接著，使用圖I、圖4和圖5對將齒輪7嵌合到軸5的機器人2的動作進行說明。圖4和圖5是示出實施方式的機器人2的動作的圖。另外，在圖4和圖5中，對與圖I和圖2所示的結構要素相同的結構要素標注相同標號。在機器人系統I中，在通過機器人2進行將齒輪7嵌合到軸5的組裝作業的情況下，控制裝置3的控制部31選擇手固定控制來使機器人2動作。并且，機器人2按照控制裝置3的控制，首先，從圖I所示的卡扣用箱60中把持卡扣6并放置到嵌合用工作臺9上，之后，從齒輪用箱70中把持齒輪7并放置到嵌合用工作臺9上。接著，如圖4 Ca)所示，機器人2從軸用箱50 (參照圖I)中把持并取出軸5。之后，機器人2將所把持的軸5插入到鍵安裝裝置4的開口部41 (參照圖I)。此處，鍵安裝裝置4將圓筒形狀的鍵51嵌合到設置于由機器人2插入的軸5的周面的安裝孔。由此，如圖4 (b)所示，在一端從軸5的周面凸出的狀態下安裝鍵51。
接著，機器人2使安裝有鍵51的軸5移動到粘接劑涂覆裝置8 (參照圖I)的位置。此處，粘接劑涂覆裝置8向軸5的周面涂覆粘接劑。接著，機器人2使涂覆有粘接劑的軸5移動到嵌合用工作臺9的位置，如圖4(c)所示，在使設置在齒輪7的內周面的凹部71和鍵51的位置對準的狀態下向齒輪7和卡扣6插入軸5。由此，如圖4 (d)所示，將齒輪7嵌合到軸5。此處，例如在鍵安裝裝置4內不存在要安裝的鍵51的情況、或者在從鍵51的安裝到齒輪7的嵌合的期間內鍵51從軸51脫落的情況下，機器人2將齒輪7嵌合到沒有安裝鍵51的軸5。在上述情況下，所組裝的部件的齒輪7與軸5的嵌合強度較低，因此會成為在使軸 5旋轉時軸5相對于齒輪7空轉的不合格品，從而成品率降低。因此，在機器人系統I中，在通過機器人2將齒輪7嵌合到軸5后，使用夾具10判定是否已將鍵51合適地安裝到軸5上。具體而言，在圖I所示的第I作業區域101中將齒輪7嵌合到軸5后，在把持軸5的狀態下移動到與第I作業區域101隔開的第2作業區域102。接著，如圖5 (a)所示，機器人2使嵌合到所把持的軸5的齒輪7的外周與夾具10的外周壓接。此處，如上所述，夾具10是與齒輪7相同形狀的齒輪。因此，通過使嵌合到軸5的齒輪7與夾具10壓接，齒輪7的齒與夾具10的齒嚙合。接著，控制裝置3的控制部31從手固定控制切換為手空轉控制，使機器人2動作。如前所述，上述手空轉控制是如下的旋轉控制在使手29旋轉時，在經由手29施加到手旋轉軸28a的外力的大小在預定閾值以上的情況下，以使得手旋轉軸28a與手29 —起通過外力旋轉。此處，將與施加到手旋轉軸28a的外力相關的閾值設為比在如下的情況下從手29施加到手旋轉軸28a的外力高的值，即在向沒有安裝鍵51的軸5涂覆粘接劑而將所嵌合的齒輪7固定成不轉動的狀態下通過手29轉動軸5的情況。另外，控制部31在通過手空轉控制使機器人2動作的情況下，以使手旋轉軸28a與鉛直方向平行的方式控制前端臂28的姿勢。由此，能夠防止手29由于軸5的重量而旋轉。并且，機器人2按照控制裝置3的控制，通過前端臂28內部的致動器28b向手旋轉軸28a施加旋轉力，向由手29把持的軸5施加轉動力。此時，在已將鍵51合適地安裝到軸5的情況下，通過夾具10固定齒輪7，通過鍵51使軸5相對于齒輪7固定。因此，在通過致動器28b向軸5施加轉動力時，會經由手29向手旋轉軸28a施加閾值以上的外力，因此，如圖5 (b)所示，手旋轉軸28a和手29不旋轉，軸5也不轉動。由此，在手旋轉軸28a不旋轉的情況下，控制裝置3的判定部33判定為已將鍵51合適地安裝到軸5，將軸5放置到圖I所示的合格品用箱12。此處，在向軸5施加轉動力時，在控制部31中選擇了手空轉控制，因此不會對手旋轉軸28a、手29、軸5和齒輪7等施加不必要的過度的轉矩。由此，在已將鍵51合適地安裝到軸5的情況下，能夠防止施加過度的轉矩而使手旋轉軸28a、手29、軸5和齒輪7等損壞的情況。
另一方面，在沒有在軸5上安裝鍵51的情況下，齒輪7通過夾具10固定，但是軸5由于沒有安裝鍵51，因此不能被固定到齒輪7。因此，在通過致動器28b向軸5施加轉動力時，不會從手29向手旋轉軸28a施加閾值以上的外力，因此如圖5 (c)所示，手旋轉軸28a、手29和軸5 —起旋轉。并且，在與手29以及軸5 —起旋轉的手旋轉軸28a的旋轉角度達到預定角度的情況下，控制裝置3的判定部33判定為沒有在軸5上安裝鍵51，將軸5放置到不合格品用箱
13。 由此，在機器人系統I中，在將齒輪7嵌合到軸5后，能夠通過機器人2的動作確認難以用目視確認的鍵51的安裝狀況，判定是否良好。由此，在機器人系統I中，針對判定為不合格品的部件，能夠暫時從軸5卸下齒輪7，重新向軸5安裝鍵51，將齒輪7再次安裝到軸5，由此提高成品率。此外，控制裝置3的控制部31在第I作業區域101中通過機器人2進行了將齒輪7嵌合到軸5的嵌合作業后，通過機器人2進行使用夾具10來判定是否已安裝鍵51的判定作業，其中，該夾具10設置在與第I作業區域101隔開的第2作業區域102中。由此，在使軸5從第I作業區域101移動到第2作業區域102時，第I作業區域101成為能夠放置接下來的齒輪7和卡扣6的狀態。因此，例如，在機器人系統I中設置了兩個機器人2的情況下，能夠通過兩個機器人2同時進行齒輪7的嵌合作業、和使用了夾具10的判定作業，因此作業效率提高。接著，使用圖6對控制裝置3的控制部31和判定部33執行的處理進行說明。圖6是示出實施例的控制裝置3執行的處理步驟的流程圖。在操作部32進行作業開始操作后，控制部31和判定部33反復執行圖6所示的處理。具體而言，控制部31首先開始手固定控制(步驟SlOl)。如上所述，上述手固定控制是如下的手29的旋轉控制在使手29旋轉時，不論經由手29施加到手旋轉軸28a的外力大小如何，都從致動器28b向手旋轉軸28a施加旋轉力。接著，控制部31向機器人2輸出卡扣6和齒輪7的放置指令(步驟S102)。由此，機器人2將卡扣6和齒輪7依次放置到設置在第I作業區域101中的嵌合用工作臺9的預
定位置。然后，控制部31向機器人2和鍵安裝裝置4輸出鍵安裝指令(步驟S103)。由此，機器人2使手29移動到軸用箱50并把持軸5，將軸5插入到在鍵安裝裝置4的上方開口的開口部41。鍵安裝裝置4在將軸5插入到開口部41后，將鍵51安裝到軸5。進而，控制部31向機器人2和粘接劑涂覆裝置8輸出粘接劑涂覆指令(步驟S104)。由此，機器人2使軸5移動到粘接劑涂覆裝置8的粘接劑的涂覆位置并使軸5旋轉。粘接劑涂覆裝置8向旋轉中的軸5的周面涂覆粘接劑。接著，控制部31向機器人2輸出齒輪嵌合指令(步驟S105)。由此，機器人2將軸5移動到設置在第I作業區域101中的嵌合用工作臺9上，并插入到齒輪7和卡扣6而進行嵌合。然后，控制部31向機器人2輸出齒輪壓接指令(步驟S106)。由此，機器人2使軸5移動到第2作業區域102，使嵌合到軸5的齒輪7的齒與夾具10的齒壓接并嚙合。進而，控制部31開始手空轉控制(步驟S107)。如上所述，上述手空轉控制是如下的手29的旋轉控制在使手29旋轉時，在經由手29施加到手旋轉軸28a的外力的大小在預定閾值以上的情況下，控制手旋轉軸28a的動作，以使得手旋轉軸28a與手29 —起通過外力旋轉。此處，將與施加到手旋轉軸28a的外力相關的閾值設為比在如下的情況下經由手29施加到手旋轉軸28a的外力高的值，即在向沒有安裝鍵51的軸5涂覆粘接劑而將所嵌合的齒輪7固定成不轉動的狀態下通過手29轉動軸5的情況。接著，控制部31向機器人2輸出手旋轉指令(步驟S108)。由此，機器人2驅動前端臂28的致動器28b，向手旋轉軸28a施加旋轉力。接著，判定部33判定手旋轉軸28a的旋轉角是否達到預定角度(步驟S109)。此處，判定部33在判定為手旋轉軸28a的旋轉角沒有達到預定角度的情況下(步驟S109，否)，判定為已在軸5上安裝鍵51 (合格品)(步驟S110)。然后，控制部31向機器人2輸出合格品用箱12的放置指令(步驟S111)。由此，機·器人2將判定為合格品的軸5移動到合格品用箱12進行放置，將處理轉移到步驟S101。另一方面，判定部33在判定為手旋轉軸28a的旋轉角達到預定角度的情況下(步驟S109，是)，判定為沒有在軸5上安裝鍵51 (鍵安裝不合格)(步驟S112)。進而，控制部31向機器人2輸出不合格品用箱13的放置指令(步驟S113)。由此，機器人2將判定為不合格品的軸5移動到不合格品用箱13進行放置，將處理轉移到步驟
SlOlo另外，在上述實施例中，針對嵌合到軸5的齒輪7為一種的情況進行了說明，但是機器人2有時將形狀、齒數不同的多個齒輪嵌合到軸5。此處，作為機器人系統I的變形例，使用圖7對通過機器人2將形狀、齒數不同的多種齒輪嵌合到軸5的機器人系統Ia進行說明。圖7是示出實施例的變形例的機器人系統Ia的配置的示意圖。另外，在圖7中，對與圖I所示的結構要素相同的結構要素標注相同標號。如圖7所示，變形例的機器人系統Ia在如下方面與圖I所示的機器人系統I不同在齒輪用箱70中，除了齒輪7以外,還放置了形狀、齒數與齒輪7不同的齒輪7a和齒輪7b ；以及設置了與齒輪7、7a、齒輪7b分別對應的夾具10、10a、10b。在機器人系統Ia中，將與齒輪7相同形狀的齒輪7作為夾具10而螺紋緊固到臺
11、與齒輪7a相同形狀的齒輪7a作為夾具IOa而螺紋緊固到臺11、與齒輪7b相同形狀的齒輪7b作為夾具IOb而螺紋緊固到臺lib。并且，在機器人系統Ia中，機器人2判別嵌合到軸5的齒輪7、7a和齒輪7b的形狀。接著，機器人2使嵌合到軸5的齒輪7、7a、齒輪7b與對應于所判別的齒輪7、7a、齒輪7b的同一形狀的夾具10、10a、IOb壓接。接著，機器人2根據向手旋轉軸28a施加轉動力的情況下的手旋轉軸28a的旋轉狀態，判定是否已在軸5上安裝鍵51。由此，在機器人系統Ia中，即使在將形狀、齒數不同的多種齒輪7、7a、齒輪7b嵌合到軸5的情況下，也能夠判定是否已將鍵51合適地安裝到各軸5。而且，在機器人系統Ia中，分別使用組裝材料的齒輪7、7a、齒輪7b中的一個作為夾具10、10a、10b,因此不需要另外準備夾具10、10a、IOb專用的部件。
另外，在機器人系統Ia中，夾具10、10a、10b全部設置在同一平面上，但是還能夠分別在鉛直方向上隔開預定間隔地設置夾具10、10a、10b。由此，能夠縮小夾具10、10a、IOb的設置空間。此外，在上述實施例和變形例中，對預先設置有夾具10、10a、10b的情況進行了說明，但是也可以將機器人系統I、Ia構成為在機器人2開始組裝作業前設置夾具10、10a、10b。在上述情況下，機器人2在開始組裝作業前，從齒輪用箱70取出齒輪7、7a和齒輪7b中的一個，通過螺釘等固定到臺11、I la、I Ib。由此，在機器人系統l、la中，能夠設置與嵌合到軸5的齒輪7、7a、齒輪7b準確嚙合的夾具10、10a、10b。因此，根據機器人系統l、la，能夠防止作業者等錯誤地設置形狀與嵌合到軸5的齒輪7、7a、齒輪7b不同的夾具10、10a、IOb這種人為錯誤的產生。 此外，在機器人系統I、Ia中，也可以在控制部31選擇了手固定控制的狀態下使嵌合到軸5的齒輪7與夾具10壓接，向軸5施加轉動力并判定是否已安裝鍵51。在上述情況 下，判定部33在手29轉動的情況下，判定為沒有安裝鍵51，在手29未轉動的情況下，判定為已安裝鍵。另外，上述控制裝置3例如可由計算機構成。此時，控制部31是CPU (CentralProcessing Unit :中央處理單元)。此外,控制部31的各功能能夠通過將預先生成的程序加載到控制部31并執行來實現。對于本領域技術人員而言，能夠容易地導出進一步的效果和變形例。因此，本發明的更廣泛的方式不限于如上那樣表示并且記述的特定的詳細的代表性的實施例。因此，能夠在不脫離由所附權利要求及其等同物所定義的概括性發明概念的精神或范圍的情況下進行各種變更。
權利要求
1.一種機器人系統,其特征在于,具有 機器人，其把持可在周面上安裝與環狀部件的內周面卡合的卡合部件的軸，使該軸轉動； 夾具，其用于固定所述環狀部件； 控制部，其在由所述機器人把持嵌合有所述環狀部件的所述軸并使該環狀部件與所述夾具接觸的狀態下，通過所述機器人向該軸施加轉動力；以及 判定部，其根據施加了所述轉動力時的所述機器人的動作，判定是否已將所述卡合部件安裝到所述軸上。
2.根據權利要求I所述的機器人系統，其特征在于， 所述機器人具有把持部，該把持部通過把持所述軸并進行旋轉來轉動所述軸， 所述判定部在向所述軸施加了轉動力的所述把持部進行了旋轉的情況下，判定為未將所述卡合部件安裝到所述軸上。
3.根據權利要求2所述的機器人系統，其特征在于， 所述控制部在使所述把持部旋轉時，在施加到該把持部的外力小于閾值的情況下，使所述把持部旋轉，在所述外力為所述閾值以上的情況下，進行所述把持部的旋轉控制，以使得所述把持部通過所述外力進行旋轉。
4.根據權利要求2或3所述的機器人系統，其特征在于， 所述把持部的旋轉軸被保持為與鉛直方向平行。
5.根據權利要求I 4中的任意一項所述的機器人系統,其特征在于， 所述控制部在第I作業區域中通過所述機器人進行了將所述環狀部件嵌合到所述軸的嵌合作業后，通過所述機器人進行使用第2作業區域中設置的所述夾具判定是否已安裝所述卡合部件的判定作業，其中，所述第2作業區域與所述第I作業區域隔開。
6.根據權利要求I 5中的任意一項所述的機器人系統,其特征在于， 按照所述環狀部件的形狀設置有多個所述夾具， 所述控制部使嵌合到所述軸的所述環狀部件接觸形狀與該環狀部件對應的夾具。
7.根據權利要求I 6中的任意一項所述的機器人系統,其特征在于， 在所述環狀部件是齒輪的情況下，所述夾具是與該環狀部件相同形狀的齒輪。
全文摘要
本發明提供機器人系統，在通過機器人自動進行將環狀部件嵌合到軸的組裝作業的情況下能夠提高成品率。機器人系統具有機器人，其把持可在周面上安裝與環狀部件的內周面卡合的卡合部件的軸，使該軸轉動；夾具，其用于固定所述環狀部件；控制部，其在由所述機器人把持嵌合有所述環狀部件的所述軸并使所述環狀部件與所述夾具接觸的狀態下，通過所述機器人向該軸施加轉動力；以及判定部，其根據施加了所述轉動力時的所述機器人的動作，判定是否已將所述卡合部件安裝到所述軸。
文檔編號B25J13/00GK102909724SQ20121027025
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月31日 優先權日2011年8月1日
發明者大川健, 松藤健司 申請人:株式會社安川電機