专利名称：机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人系统以及搬运方法。
背景技术：
期望由机器人进行以往由人进行的各种作业，从而实现生产工序或搬运工序等的 无人化或少人化。例如，在产业用机器人等的机械产品的制造现场等中，由于工厂布局的原因，多有 不能设置完整的搬运线的情况，而产生将处于制造过程中的工件从上一个工序移送到下一 个工序等的转载作业。为了使相关作业实现自动化，例如，在日本国专利公开号2006-035397中，公开有 将工件取出并搬运的机器人。但是，在使用机器人搬运工件时，在搬运的工件重量较重时需要可搬运重量较重 的机器人，存在设备大型化的问题。另外，由于可搬运重量较重的机器人一般价格高昂，因 此也存在设备所需的费用增加的问题。
发明内容
本发明鉴于现有技术的问题而进行，目的在于提供一种使用小型机器人的同时可 以自动化搬运相对较大重量工件的搬运系统、机器人装置及搬运方法。根据本发明的一个实施方式，其具有吊车单元，悬垂支撑工件；吊车移动结构， 可以在水平方向上移动吊车单元；机械手单元，抓持移动支撑工件的吊车单元；及控制器， 控制吊车单元及机械手单元的动作，控制器为，通过吊车单元支撑处于第1位置的工件，通 过机械手单元向第2位置侧移动支撑工件的吊车单元，将支撑的工件放置于第2位置。根据本发明，由于被悬垂支撑于吊车单元，因此可以支撑较大重量的工件，同时由 于通过机械手单元抓持吊车单元来进行动作，因此可以沿着吊车移动结构移动工件。因此，在使用小型机器人(机械手单元)的同时，也可以自动化搬运较大重量工 件。另外，作为吊车单元可以借用工厂设备等中已有的悬垂式吊车设备(起重机等) 来构成，在引入自动化设备时，可以减少所需空间。另外，还可以降低引入设备时的费用。
通过附图更加详细地说明本发明。图1是表示系统构成的框图。图2是表示系统整体构成的模式配置图。图3是表示传感器单元的模式仰视图。图4是表示算法执行处理的流程图。
具体实施例方式第1实施方式本实施方式的搬运系统100构成机械产品(工件W)生产线的一部分，以将在省略 图示的上一个工序(第1设备)中加工的工件W搬运到省略图示的下一个工序(第2设 备)的形式构成。并且，虽然在附图中将工件W作为箱状物体表示，但是实际的工件W是例 如产业用机器人的基体构件、臂构件等，可以适用于各种机械产品。整体构成如图1及图2所示，搬运系统100的构成为具有机器人(机械手单元)101 ；起重 机(吊车单元、支撑机构)102 ；吊车导轨(吊车移动结构、移动机构)103 ；搬入皮带(第1 位置)104 ；第1搬出皮带(第2位置)105 ；第2搬出皮带(第2位置)106 ；及控制器107。支撑机构悬垂支撑工件。移动机构103可以使支撑机构102在水平方向上移动。 在本实施方式中，作为支撑机构适用起重机101，作为移动机构适用吊车导轨103。控制器107由具有存储装置、电子运算装置、输入装置及显示装置(均省略图示) 的计算机构成，可通过省略图示的线路以相互进行通信的形式与机器人101、起重机102及 吊车导轨103的传动装置连接。搬入皮带104具有搬运传送带，将在省略图示的上一个工序中加工的工件W按顺 序搬入到搬运系统100。第1搬出皮带105及第2搬出皮带106均具有搬运传送带，将工件W搬运到下一 个工序。并且，也可以如下构成，将搬入皮带104、第1搬出皮带105及第2搬出皮带106当 中的任一方或者全部变换成搬运传送带，通过自动搬运车等搬运台车将工件从上一个工序 搬运，在此时搬运台车相当于本发明中的第1位置或者第2位置。吊车单元起重机102及吊车导轨103使用在生产工厂等中已有的吊车装置而构成。吊车导 轨103具有被支撑于顶棚的相互平行地在水平方向上延伸的一对导轨构件32 ；及架在各 导轨构件32、32之间的导轨构件31。并且，在此“水平方向，，指与重力方向正交的全部方向，“水平方向，，并不是指在数 学意义上进行严格规定，只要包含与重力方向正交的方向成分即可。导轨构件31通过一对移动台车33被支撑于各导轨构件32、32，通过移动台车33 的驱动沿着各导轨构件32、32的延长方向(箭头Al)移动。并且，移动台车33分别具有未 图示的电动传动装置，通过控制器107控制其动作。起重机102由固定钩20、钢丝21、卷扬装置22、移动台车23构成。移动台车23被支撑于导轨构件31，通过移动台车23的驱动沿着导轨构件31的延 长方向(箭头A2)移动。另外，移动台车23具有未图示的电动传动装置，通过控制器107 控制其动作。从卷扬装置22上垂下卷挂的钢丝21，在钢丝21的最下部，通过滑轮20A悬挂固定 钩20。固定钩20通过将事先连接于工件W的连接构件(在此是钢丝)20B挂在钩上，可 以抵抗重力而将工件W悬垂支撑。
卷扬装置22为具有伺服马达的构成，以通过伺服马达的驱动卷扬钢丝21，或者， 通过反卷在上下方向上驱动固定钩20的形式构成。并且，卷扬装置22的伺服马达被连接成可以与控制器107相互进行通信，伺服马 达的旋转位置信息(位置信号)输入到控制器107的输入端子(吊车信号输入部)，从控制 器107向伺服马达发送驱动信号。机械手单元通过未图示的系紧螺栓将机器人101的基台1固定在地板上，在该基台1上搭载 有在铅锤面内旋转自如的旋转机体部2。在该旋转机体2的左右分别设有右腕部(臂)3R及左腕部(臂)3L的一对臂。除了右腕部3R及左腕部3L左右对称地构成之外，其构成相同，均是7自由度的垂 直多关节型机械手。也就是说，在各个臂3R、3L的可动部分别内置有伺服马达，通过来自控 制器107的信号控制驱动。更具体而言，右腕部3R及左腕部3L分别被设置成肩部4可以沿着水平面(与地 板平行的面)旋转，在该肩部4可摆动地设置有上腕A部5。而且，在上腕A部5的顶端设 有上腕B部6，可给予使上腕A部5旋转的扭转动作。而且在上腕B部6的顶端可摆动地设置有下腕部7。在该下腕部7的顶端设有手 腕A部8，在手腕A部8的顶端设有手腕B部9。 并且，构成为该手腕A部8进行旋转的扭转动作，手腕B部9进行弯曲的旋转动作。在手腕B部9的顶端设有凸缘10，在凸缘10上安装有手单元11。手单元11呈通 过可以使凸缘10进行动作的伺服马达的驱动来旋转手单元11，可以在控制器107指示的位 置停止(定位)。手单元11具有可相互进退、抓持物体的一对指构件，指构件的进退动作也通过伺 服马达进行，通过控制器107进行控制。以在控制器107的存储装置中事先存储有作业顺序，根据存储的作业顺序来使机 器人100、起重机102、吊车导轨103进行动作的形式进行设定。另外，还以在控制器107中存储有施加于机器人101的各伺服马达的干扰负载 (转矩)的阈值T，在施加T以上的外部负载时，模拟负载方向而容许伺服马达旋转的形式 设定(转矩限制机构)。本实施方式的搬运系统如上构成，并如下进行动作。如图3所示，首先作为步骤S10，当从控制器107的输入装置输入作业开始信号时， 则控制器107读入被存储的作业顺序。在步骤S20中，使移动台车23、33进行动作而将固定钩20移动到搬入皮带104的 端部上方。另外，在此时，机器人101的右腕部3R及左腕部3L的各臂3R、3L也移动到搬入 皮带侧。而且，在步骤S30中，使各臂3R、3L进行动作，通过各手单元11抓持事先固定于工 件W的连接构件20B而挂在固定钩上。通过步骤SlO S30，构成通过起重机102支撑处于第1位置的工件W的机构。当挂完连接构件20B，则作为步骤S40卷扬装置22进行动作，由于固定钩20移动 到上方，因此工件W被钢丝21悬垂。
接下来，作为步骤S50，通过右腕部3R的手单元11把持(抓持)固定钩20部分， 作为步骤S60，通过左腕部3L的手单元11把持(抓持)事先设定的工件W的位置(偏离工 件W重心位置的部分)。当执行步骤S60时，作为步骤S70，移动台车23、33及机器人101进行动作，工件W 移动到第1搬出皮带105、第2搬出皮带106当中的任意一方的上方。并且，在此，虽然以按照第1搬出皮带105、第2搬出皮带106的顺序交替地移动工 件的形式进行设定，但是也可以构成为根据下一个工序的加工处理状况或工件种类来判断 将第1搬出皮带105、第2搬出皮带106当中哪个作为移送地点。在步骤S80中，卷扬装置22进行动作将钢丝21卷回(将钢丝21放出)，将支撑的 工件W移动到下方，将工件W放置于第1搬出皮带105或第2搬出皮带106。当放置工件W时，作为步骤S90，通过各臂3R、3L将连接构件20B从固定钩20上取 下，再次重复从步骤Sio开始的处理。通过步骤S50 S80，通过机器人101将支撑工件W的起重机102移动到第2位置 侧，构成将所支撑的工件W放置于第2位置的机构。这样根据本实施方式的搬运系统，在将重量大的工件W从搬入皮带104搬运到第 1搬出皮带105或第2搬出皮带106时，通过机器人101将工件W挂在起重机102的固定 钩20上，通过悬垂支撑，即使适用可搬运重量较小的机器人101也可以充分支撑大重量的 工件W。另外，由于构成为通过控制器107对机器人101和对卷扬装置22及各移动台车 23、33的动作一同进行控制，因此可以沿着导轨构件31及导轨构件32在水平方向上移动支 撑的构件。另外，由于只要连接工厂设备等中已有的起重机102、吊车导轨103的伺服马达、 电动传动装置与控制器107即可以与机器人101协作构建系统，因此在引入设备时不需重 新设置吊车等大型器材，可以节省空间。另外，还可以降低引入系统时的费用。另外，首先，由于在用右腕部3R抓持固定钩20之后，在用右腕部3R抓持固定钩20 的状态下用左腕部3L进行抓持工件W的动作，因此即使是悬垂于钢丝21的自由(不稳定) 状态下的工件W，也可以确实地进行抓持。另外，由于在用右腕部3R抓持相当于工件W重心位置的固定钩20的同时，用左腕 部3L抓持偏离重心位置的位置，因此可以限制钢丝21在扭转方向上的旋转，以所希望的姿 势搬运工件W。第2实施方式对本发明的第2实施例进行说明。并且，在本实施方式中未进行特殊说明的部分 的构成与上述第1实施方式相同，使用相同符号进行说明。本实施方式为机器人(机械手单元)201由具有一个臂的单腕型机械手构成。机器人201的构成为具有可旋转地连接于基台202的第1构件203 ；相对于第1 构件203可旋转地连接的第2构件204 ；及相对于第2构件204可旋转地连接的第3构件 205。在各旋转部分内置有伺服马达，通过控制器107控制动作。另外，与第1实施例同 样，以在控制器107中存储有施加于各伺服马达的干扰负载(转矩)的阈值T，在施加T以上的外部负载时，模拟负载方向而容许伺服马达旋转的形式设定(转矩限制机构)。在第3构件205的顶端连接有手单元41。在手单元41安装有气缸42，从气缸42 可出入地构成有省略图示的杆构件。另外，手单元41通过连接构件20B连接于滑轮20A，始终被悬垂支撑于起重机 102。并且，在本实施方式中，未将传动装置设置于起重机102及吊车导轨103的各移动 台车23、33上，而将从动轮(省略图示)设置于各移动台车23、33上，从动轮可以沿着导轨 构件31、32移动。本实施方式的搬运系统如上构成，控制器107首先使机器人201进行动作，使手单 元41移动到搬入皮带104的上方。在此时，起重机102的移动台车23及吊车导轨103的 各移动台车33按照机器人201的动作从动地进行移动。之后，通过卷扬装置22的驱动将钢丝21放出，使手单元41下降到工件W的附近。 接下来在事先设定的工件W的嵌合孔内插入来自气缸42的杆构件，通过手单元41抓持工 件W。当抓持工件W时，则通过卷扬装置22向上方提升手单元41，工件W通过手单元41 被钢丝21悬垂。接下来，机器人201进行动作，手单元41被移动到第1搬出皮带105、第2搬出皮 带106中的任意一方的上方。在此时，起重机102的移动台车23及吊车导轨103的各移动 台车33也按照机器人201的动作从动地进行移动。而且，卷扬装置22进行动作放出钢丝21，将所支撑的工件W移动到下方放置于第 1搬出皮带105或第2搬出皮带106上。放置工件W后，气缸42进行动作，从工件W取下杆构件，解除通过手单元41进行 的对工件W的抓持。根据如上本实施方式的搬运系统，可以使用作为机器人201比较简单构成的机械 手来自动搬运重量相对较大的工件W。在此基础上，事先，由于手单元41持续悬垂于起重机 102，因此只要用手单元41的杆构件等抓持工件W，即可通过起重机102支撑工件W，可以顺 利地进行支撑及放开工件W的动作，可以提高作业效率。但是，为了在工件W的嵌合孔内插入杆构件，对手单元41要求高度的定位精度，但 是由于机器人201的各伺服马达模拟负载(外力)而容许旋转，因此即使在嵌合孔与杆构 件的位置或方向上产生误差的情况下，也可以吸收相关误差，通过手单元41更高精度地抓 持工件W。以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明的搬运系统并不局限于 上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以适当地进行变形而适用。例如，在上述的实施方式中，吊车单元及吊车移动结构的构成为均具有支撑于顶 棚的导轨构件，但是吊车单元及吊车移动结构并不局限于实施方式，只要可以悬垂支撑工 件W且可以在水平方向上移动所支撑的工件，可以使用任一方式。另外，也可以如第1实施方式，在具有一对臂的机械手上安装共同的手单元，使相 关手单元以持续用吊车单元悬垂支撑的形式构成。
权利要求
1.一种机器人系统，其特征在于，具有 吊车单元，悬垂支撑工件；吊车移动结构，可以在水平方向上移动所述吊车单元； 机械手单元，抓持移动支撑所述工件的所述吊车单元； 及控制器，控制所述吊车单元及所述机械手单元的动作， 所述控制器，通过所述吊车单元支撑处于第1位置的所述工件，通过所述机械手单元向第2位置侧移动支撑所述工件的所述吊车单元，将所述所支撑 的工件放置于所述第2位置。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中， 所述机械手单元具有臂与驱动所述臂的多个伺服马达， 所述控制器具有在所述多个伺服马达上施加事先设定的值以上的负载时，模拟所述负载而容许所述伺 服马达旋转的转矩限制机构。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，在所述机械手单元的顶端设有可以抓持及放开所述工件的手单元， 通过所述吊车单元可悬垂地连接所述手单元。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中， 所述机械手单元具有分别在顶端设有手单元的一对臂。
5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，在通过所述机械手单元向第2位置侧移动所述吊车单元时，用所述一对臂中的一个臂 来支撑所述吊车单元，用另一个臂来抓持被支撑于所述吊车单元的所述工件。
6.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述吊车移动结构具有在顶棚部水平方向上延长设置的导轨构件， 所述吊车单元被支撑成可以沿着所述导轨构件移动。
7.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，在所述机械手单元的顶端设有可以抓持及放开所述工件的手单元， 通过所述吊车单元可悬垂地连接所述手单元。
8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中， 所述机械手单元具有分别在顶端设有手单元的一对臂。
9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，在通过所述机械手单元向第2位置侧移动所述吊车单元时，用所述一对臂中的一个臂 来支撑所述吊车单元，用另一个臂来抓持被支撑于所述吊车单元的所述工件。
10.根据权利要求9所述的机器人系统，其中，所述吊车移动结构具有在顶棚部水平方向上延长设置的导轨构件， 所述吊车单元被支撑成可以沿着所述导轨构件移动。
11.一种机器人系统，其特征在于，具有 具有手单元的机械手单元；及控制所述机械手单元的动作的控制器， 所述控制器，接收来自吊车单元的位置信号输入的吊车信号输入部，吊车单元在悬垂支撑工件的同 时在上下方向上驱动工件，根据来自所述吊车单元的所述位置信号来控制所述机械手单元的动作。
12.一种机器人系统，其特征在于，具有 悬垂支撑工件的支撑机构；可以在水平方向上移动所述支撑机构的移动机构； 抓持移动支撑所述工件的所述支撑机构的机械手单元； 通过所述支撑机构支撑处于第1位置的所述工件的机构；及通过所述机械手单元向第2位置侧移动支撑所述工件的所述支撑机构，将所述所支 撑的工件放置于所述第2位置的机构。
全文摘要
本发明提供一种机器人系统，具体为，其具有可以在水平方向上移动吊车单元的吊车移动结构，吊车单元悬垂支撑工件W；及抓持移动吊车单元的机械手单元，吊车单元支撑工件W，通过吊车单元支撑处于第1位置的工件W，向第2位置侧移动支撑工件W的吊车单元，将所支撑的工件W放置于第2位置。
文档编号B25J11/00GK102001090SQ20101026298
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月31日
发明者宫内幸平, 平野祐辅 申请人:株式会社安川电机