机器人装置的制作方法

本发明涉及机器人装置。

背景技术：

专利文献1公开了具备台座、基座部、下部臂、上部臂、第1臂、第2臂以及手腕部的7轴机器人。第1臂能够绕第1轴旋转地支承于上部臂的前端部。第2臂能够绕第2轴摆动地支承于第1臂的前端部。手腕部设置于第2臂的前端部，并在手腕部安装末端执行器。

专利文献1作为通过7轴机器人被自动化的作业的一个例子而公开了在箱状工件内的密封材料涂覆。在该例子中，台座设置在工件外。上部和下部臂从台座上的基座部向上方延伸，上部臂的前端位于较工件上缘靠上方。第1臂从上部臂大致水平地延伸，在俯视时第1臂的前端位于工件的内侧区域。第2臂从第1臂向下方延伸，采取相对于第1臂折弯的姿势。手腕部位于工件内，末端执行器与应涂覆密封材料的部位对置。

专利文献1：日本特开2018-183843号公报

在上述机器人中，第2轴与第1轴正交。为了在进行例示的作业的情况下扩大手腕部和末端执行器的可动区域，存在改善的余地。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够扩大可动区域的机器人装置。

本发明所涉及的机器人装置具备：第1连杆，绕第1轴旋转；第2连杆，能够绕第2轴旋转地支承于前述第1连杆的前端部；以及手部，支承于前述第2连杆的前端部。将与前述第1轴正交的一个方向设为第1正交方向，并将与前述第1轴和前述第1正交方向均正交的方向设为第2正交方向。前述第2轴平行于前述第1正交方向地延伸，从前述第1轴向前述第2正交方向偏移。

这里，将第2连杆平行于第1轴地延伸的姿势设为“第2连杆的基准姿势”，将第2连杆从基准姿势旋转以将第2连杆的前端朝向第2轴的偏移侧时的旋转方向设为“第1旋转方向”，第2连杆从基准姿势旋转以将第2连杆的前端朝向与第2轴的偏移侧相反的一侧时的旋转方向设为“第2旋转方向”。

根据前述结构，第2轴位于相对于第1轴扭转的位置。第2轴平行于第1正交方向，但不与第1轴交叉，从第1轴沿第2正交方向偏移。这里，和第2轴与第1轴正交的情况对比。在第2连杆沿第1旋转方向旋转时，第2连杆的可动区域(能够不使第2连杆与第1连杆等机器人装置的部件干涉地绕第2轴旋转的范围)与该比较例相比而变大。附随地，手部的可动区域也变大，作业性提高。

在进行上述例示的作业的情况下，例如，在设定第1轴的旋转角以使第2轴从第1轴向下方偏移的基础上，也可以使第2连杆绕第2轴旋转以将第2连杆的前端朝向下侧(第2轴的偏移侧)。第2连杆的可动区域变大，实现作业性的提高。

此外，第2轴的从第1轴的偏移量也可以设为超过制造误差的范围的距离或尺寸。也可以在误差范围内第2轴与第1轴不交叉的程度地，使第2轴从第1轴偏移。

也可以构成为，在前述第1连杆和前述第2连杆设置有用于配置供给电和/或材料的供给线的线空间，前述线空间包括：第1插通孔，形成于前述第1连杆的中心部并在前述第1连杆的前端部开口；第2插通孔，形成于前述第2连杆的中心部并在前述第2连杆的基端部开口；以及间隙空间，形成在前述第1插通孔的前端开口与前述第2插通孔的基端开口之间，在前述第2连杆的基准姿势下，前述第2插通孔的前述基端开口的中心相对于前述第1插通孔的前述前端开口的中心在前述第2正交方向上偏移。

根据前述结构，供给线在间隙空间内跟随第2连杆的旋转而改变曲率并弯曲。这里，在第2连杆的基准姿势下，与前端开口的中心和基端开口的中心位于第1轴上的情况对比。在第2连杆从基准姿势沿第1旋转方向旋转时，从前端开口到基端开口的距离与该比较例相比变远。由此，在间隙空间内的供给线的曲率与该比较例相比变小。因此，在使第2连杆沿第1旋转方向旋转的情况下，能够保护供给线。

根据本发明，能够提供能够扩大可动区域的机器人装置。

附图说明

图1是实施方式所涉及的机器人装置的立体图。

图2是表示实施方式所涉及的控制装置的框图。

图3是实施方式所涉及的第1连杆和第2连杆的侧面图。示出第2连杆的基准姿势、使第2连杆沿第1旋转方向旋转到可动区域极限的状态、以及使第2连杆沿第2旋转方向旋转到可动区域极限的状态。

图4是实施方式所涉及的第1连杆和第2连杆的侧面图。示出使第2连杆沿第1旋转方向旋转了与比较例的可动区域极限相同的旋转角的状态。

图5是比较例所涉及的第1连杆和第2连杆的侧面图。

图6是表示采用实施方式所涉及的机器人装置来进行的作业例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

图1示出了实施方式所涉及的机器人装置1。机器人装置1具备基台2和多关节型的机器人臂3。作为一个例子，基台2安放在水平的设置面上。机器人臂3具备回转台4、臂5、第1连杆11、第2连杆12以及手部15。

回转台4能够绕回转轴a1旋转地支承于基台2。臂5在基端部支承于回转台4，在前端部将第1连杆11支承为能够旋转。臂5包括下部臂6和上部臂7。下部臂6的基端部能够绕下臂轴a2摆动地支承于回转台4。上部臂7能够绕上臂轴a3摆动地支承于下部臂6的前端部。

第1连杆11的基端部支承于臂5的前端部(上部臂7)。第1连杆11绕第1轴l1旋转。第2连杆12能够绕第2轴l2旋转地支承于第1连杆11的前端部。手部15支承于第2连杆12的前端部。在手部15的前端部能够装卸地安装末端执行器80(参照图6)。手部15包括第3连杆13和第4连杆14。第3连杆13能够绕第3轴l3旋转地支承于第2连杆12。第4连杆14能够绕第4轴l4旋转地支承于第3连杆13。末端执行器80安装于第4连杆14，能够与第4连杆14一起相对于第3连杆13绕第4轴l4旋转。

在基台2水平地设置的情况下，回转轴a1朝向铅垂方向，上下的臂轴a2、a3朝向水平方向。上下的臂轴a2、a3平行。第1轴l1是与第1连杆11的中心轴同轴状。第2轴l2位于相对于第1轴l1扭转的位置。第2轴l2平行于与第1轴l1正交的方向地延伸，不与第1轴l1交叉，从第1轴l1偏移。第2轴l2的配置后述(参照图3～图5)。第3轴l3与第2轴l2平行。第4轴l4与第3轴l3正交。

机器人臂3具有：多个连杆部件；多个关节，将邻接的连杆部件连结为能够绕对应的旋转轴旋转；以及多个关节驱动部，与关节对应。各关节驱动部包括伺服驱动器、伺服马达、旋转角检测器以及减速器。各伺服马达绕对应的旋转轴旋转驱动对应的连杆部件。

在本实施方式中，机器人装置1具有7个连杆部件4、6、7、11～14以及7个关节。7个旋转轴a1～a3、l1～l4分别对应7个关节，7个伺服马达分别对应7个关节地设置。各伺服马达的旋转通过控制装置50(参照图2)伺服控制。绕7个旋转轴a1～a3、l1～l4的旋转角(即，7个连杆部件4、6、7、11～14的姿势)能够相互独立地被控制。

如图2所示，控制装置50具备rom、ram等存储部51、cpu等运算部52、以及伺服控制部53。控制装置50例如是微型控制器等具备计算机的机器人控制器。控制装置50可以由进行集中控制的单独控制装置50构成，也可以由相互配合地进行分散控制的多个控制装置50构成。

在存储部51存储有作为机器人控制器的基本程序、各种固定数据等信息。运算部52通过读出并执行存储于存储部51的基本程序等软件，而控制机器人装置1的各种动作。例如，控制装置50基于预先存储于存储部51的程序、或者由作业者输入的操作而控制机器人臂3的动作。即，运算部52生成机器人装置1的控制指令，并将其输出至伺服控制部53。伺服控制部53构成为基于由运算部52生成的控制指令，控制与机器人臂3的各关节对应的伺服马达的驱动。

图3和图4示出实施方式所涉及的第1连杆11和第2连杆12。参照图1、图3以及图4，在第1连杆11和第2连杆12设置有用于配置供给电和/或材料的供给线85的线空间40。供给线85可以是供给电的电缆、供给材料的软管、或者将电缆和软管集中一起的综合线。电缆对伺服马达(特别是，驱动手部15的伺服电机)或者末端执行器80(参照图6)进行供电。软管将通过机器人装置1进行的作业所需要的材料供给至末端执行器80。作为材料，能够例示焊接作业所需要的焊丝、涂装作业所需要的涂料。

线空间40包括第1插通孔41、第2插通孔42以及间隙空间43。第1插通孔41形成于第1连杆11的中心部并在第1连杆11的前端部开口。第2插通孔42形成于第2连杆12的中心部并在第2连杆12的基端部开口。间隙空间43形成在第1插通孔41的前端开口41a与第2插通孔42的基端开口42a之间。

作为第1连杆11和第2连杆12的构造的一个例子，第1连杆11具有筒状部11a和分岔部11b。筒状部11a与下部臂6相同程度地细长，筒状部11a的基端部支承于臂5(上部臂7)。第1轴l1是与筒状部11a的中心轴同轴状。分岔部11b形成于筒状部11a的前端部，构成第1连杆11的前端部。第2连杆12具有基端分岔部12a、筒状部12b以及前端分岔部12c。筒状部12b短于筒状部11a。基端分岔部12a构成第2连杆12的基端部，前端分岔部12c构成第2连杆12的前端部。在基端分岔部12a的一对外表面分别接触于分岔部11b的一对内表面的状态下，第2连杆12双支承于分岔部11b。成为分岔部11b的根部的筒状部11a的前端面从成为基端分岔部12a的根部的筒状部12b的基端面分离。此外，前端分岔部12c将第3连杆13双支承为能够旋转。

第1插通孔41在筒状部11a内沿着筒状部11a的中心轴(即，第1轴l1)延展。第1插通孔41的前端开口41a在筒状部11a的前端面(分岔部11b的根部)开口。第2插通孔42在筒状部12b内沿着筒状部12b的中心轴延展。第2插通孔42的基端开口42a在筒状部12b的基端面(基端分岔部12a的根部)开口。间隙空间43形成在筒状部11a、12b间，另外，形成在基端分岔部12a之间。前端开口41a和基端开口42a向间隙空间43敞开。前端开口41a的中心位于筒状部11a的中心轴(第1轴l1)上。基端开口42a的中心位于筒状部12b的中心轴上。

供给线85配置在第1插通孔41内，穿过前端开口41a、间隙空间43以及基端开口42a而配置在第2插通孔42内。若第2连杆12旋转，则基端开口42a的相对于前端开口41a的位置或者姿势绕第2轴l2变化。在间隙空间43内，供给线85跟随第2连杆12的姿势而弯曲。以下，将供给线85中的、间隙空间43内的部位称为“可折部85a”。

图5示出比较例所涉及的第1连杆911和第2连杆912。在实施方式和比较例中，第1连杆和第2连杆的构造相同，但第2轴的相对于第1轴的配置不同。以下，将第2连杆平行于第1轴地延伸的状态称为“第2连杆的基准姿势”。在图示例中，第1轴水平，第2连杆在基准姿势下也水平地延伸。以下，将与第1轴正交的一个方向称为“第1正交方向y”，将与第1轴和第1正交方向y均正交的方向称为“第2正交方向z”。在图示例中，第1轴朝向纸面的左右方向。第1正交方向y与垂直于纸面的方向对应，是水平方向。第2正交方向z与纸面的上下方向对应，是铅垂方向。

在比较例所涉及的机器人装置900中，第2轴l2′与第1轴l1′正交。第2轴l2′朝向第1正交方向y，与第1轴l1′交叉。将第2连杆912绕第2轴l2′从基准姿势向下旋转时，第2连杆912能够旋转到第1极限角θ1′。在将第2连杆912绕第2轴l2′从基准姿势向上旋转时，第2连杆912能够旋转到第2极限角θ2′。第1极限角θ1′和第2极限角θ2′是大体相同的值。

第2连杆912的中心轴从第1轴l1′与第2轴l2′的交点通过。在第2连杆912处于基准姿势时，不仅第1插通孔941的前端开口941a的中心，第2插通孔942的基端开口942a的中心也位于第1轴l1′上。

参照图3，在本实施方式中，第2轴l2平行于第1正交方向y地延伸，相对于第1轴l1在第2正交方向z上偏移。在图示例中，第2轴l2位于第1轴l1的下方。以下，将第2连杆12从基准姿势旋转以将第2连杆12的前端朝向第2轴l2偏移的一侧(图示例为下侧)时的旋转方向称为“第1旋转方向r1”。将第2连杆12从基准姿势旋转以将第2连杆12的前端朝向与第2轴l2偏移的一侧相反的一侧(图示例为上侧)时的旋转方向称为“第2旋转方向r2”。

在本实施方式中，当第2连杆12沿第1旋转方向r1旋转时，能够不使第2连杆12与第1连杆11干涉地，使第2连杆12从基准姿势旋转到第1极限角θ1。通过使第2轴l2偏移，从而第1极限角θ1与比较例的第1极限角θ1′相比变大。即，第2连杆12的第1旋转方向r1上的可动区域变大。附随地，设置于第2连杆12的前端部的手部15和末端执行器80的可动区域也变大。当第2连杆12沿第2旋转方向r2旋转时，第2连杆12能够从基准姿势旋转到第2极限角θ2。第1极限角θ1也大于第2极限角θ2。

此外，第2轴l2的从第1轴l1的偏移量(第2正交方向z上的距离)设定为超过制造误差的范围的距离。作为一个例子，偏移量为20mm～50mm。在制造误差的范围(例如1mm左右)内，第2轴l2不与第1轴l1交叉。

该轴布局的结果是，在第2连杆12的基准姿势中，第2连杆12的中心轴从第1轴l1分离并与第1轴l1平行地延伸。因此，第2插通孔42的基端开口42a的中心相对于第1插通孔41的前端开口41a的中心在第2正交方向z上偏移。开口的偏移量与轴的偏移量等同。

图4示出了第2连杆12从基准姿势沿第1旋转方向r1旋转了比较例的第1极限角θ1′的状态。将第2连杆12从基准姿势旋转相同的旋转角时，从前端开口41a的中心到基端开口42a的距离长于比较例。因此，可折部85a的曲率r与比较例中曲率r′相比变小。在使第2连杆12从基准姿势沿第1旋转方向r1旋转时，缓和可折部85a的曲率，供给线85的保护性变高。

图6示出采用机器人装置1来进行的作业例。这里，例示末端执行器80采用涂装用的喷枪，用喷枪涂装工件90的作业。喷枪喷射经由供给线85(参照图3和图4)供给的涂料。工件90具有开口91。基台2设置于工件90的外侧。应涂装的部位是工件90的内表面，位于开口91的下方。

在涂装作业时，控制装置50控制与上下的臂轴a2、a3对应的伺服马达，以使第1连杆11成为大致水平地延伸的姿势。第1连杆11插通于开口91，第1连杆11的前端部定位在工件90内。控制装置50驱动与第2轴l2对应的伺服马达，以使第2连杆12成为大致铅垂地延伸并相对于第1连杆11向下方折弯的姿势。控制装置50控制与第3轴l3对应的伺服马达，以使手部15成为大致水平地延伸并相对于第2连杆12折弯的姿势。其结果是，从回转台4到第1连杆11的部分采取相对大型的倒l字姿势。在工件90内，第2连杆12和手部15采取相对小型的l字姿势。由此，末端执行器80能够在较开口91靠下方与工件90的内表面对置，能够对应涂装的部位喷射涂料。

控制装置50控制与第1轴l1对应的伺服马达，以使第2正交方向z朝向铅垂方向、第2轴l2相对于第1轴l1向下方偏移。由此，当在开口91的下方进行涂装作业的情况下，第2连杆12以及末端执行器80的可动区域扩大，作业性提高。另外，能够缓和供给线85的可折部85a的曲率，保护供给线85。

此外，在开口91的上方进行作业的情况也相同。控制装置50控制与第1轴l1对应的伺服马达，以使第2轴l2成为相对于第1轴l1向上方偏移的姿势。

以上说明的实施方式是一个例子。上述的结构在本发明的范围内能够适当地变更、追加和/或削除。

附图标记说明

1…机器人装置；2…基台；4…回转台；5…臂；11…第1连杆；12…第2连杆；13…第3连杆；14…第4连杆；15…手部；40…线空间；41…第1插通孔；41a…前端开口；42…第2插通孔；42a…基端开口；43…间隙空间；85…供给线；a1…回转轴；a2…下臂轴；a3…上臂轴；l1…第1轴；l2…第2轴；l3…第3轴；l4…第4轴；y…第1正交方向；z…第2正交方向。