作业装置和作业方法 技术领域 本发明涉及一种包括多关节式机器人的作业装置， 并且更具体地涉及一种允许平 衡器和多关节式机器人协作的作业装置和作业方法。
背景技术 汽车以及汽车零件的装配线通过使用多关节式机器人自动地安装汽车零件 ( 例 如， 参见日本特开专利公报 No.2000-210825)。日本特开专利公报 No.2000-210825 公开了 一种用于通过使用多关节式机器人自动地将轮胎 ( 其中一种重件 ) 安装到车体上的安装设 备。更具体地， 日本特开专利公报 No.2000-210825 中公开的该安装设备包括 ： 用于自动地 将轮胎 20 安装到车辆上的轮胎安装机构 32， 该轮胎安装机构 32 具有多个螺母扳手 114a 至 114d、 116 以将与毂螺栓相同数量的多个螺母 2 按照给定的周向间隔放置在车辆上 ； 用于以 垂直姿态一次供应一个螺母 24 的螺母供应机构 22 ； 以及螺母布置机构 33， 该螺母布置机构 用于以周向间隔以圆形格局来放置由螺母供应机构 22 供应的螺母 24， 所有螺母扳手 114a 至 114d、 116 都按照上述周向间隔以圆形格局布置， 并且所述螺母布置机构用于将螺母 24 传送到螺母扳手 114a 至 114d、 116( 参见日本特开专利公报 No.2000-210825 的摘要 )。
汽车和汽车零件的某些装配线利用平衡器来帮助工人移动重件 ( 例如， 参见日本 特开专利公报 No.2001-139300)。 日本特开专利公报 No.2001-139300 中公开的平衡器在载 荷 2 被挂在钩子 16 上时根据该载荷 2 的重量来产生向上的力。工人可通过施加水平外力 借助于臂 1 来水平地移动载荷 2。工人还可通过操作操作杆 17 借助于臂 1 来垂直地移动载 荷 2。( 例如， 参见日本特开专利公报 No.2001-139300 的第
段至
段以及图 1)。
发明内容
对于日本特开专利公报 No.2000-210825 中公开的安装设备， 用于夹持轮胎 20 的 轮胎夹持装置 110 以及用于将轮胎 20 紧固到车辆上的螺母扳手 114a 至 114d、 116 被安装 在单个机器人 10 上。
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段以及图 1)。
发明内容
对于日本特开专利公报 No.2000-210825 中公开的安装设备， 用于夹持轮胎 20 的 轮胎夹持装置 110 以及用于将轮胎 20 紧固到车辆上的螺母扳手 114a 至 114d、 116 被安装 在单个机器人 10 上。
最近需要更小的并且更简单的整体设备来用作轮胎安装设备以及各种其他设备。
努力满足以上要求而做出本发明。 本发明的目的是提供一种能够用简单并且紧凑 的装置有效地实施期望的作业过程的作业装置和作业方法。
段以及图 1)。
发明内容
对于日本特开专利公报 No.2000-210825 中公开的安装设备， 用于夹持轮胎 20 的 轮胎夹持装置 110 以及用于将轮胎 20 紧固到车辆上的螺母扳手 114a 至 114d、 116 被安装 在单个机器人 10 上。
最近需要更小的并且更简单的整体设备来用作轮胎安装设备以及各种其他设备。
努力满足以上要求而做出本发明。 本发明的目的是提供一种能够用简单并且紧凑 的装置有效地实施期望的作业过程的作业装置和作业方法。
根据本发明的作业装置包括平衡器和多关节式机器人。 平衡器利用平衡器臂来支 撑工件或外部装置， 利用取决于工件或外部装置的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的 高度， 取决于施加到平衡器臂的水平外力来水平移动平衡器臂， 并且能响应于外部命令而 垂直运动。 机器人指示平衡器垂直运动， 以便控制平衡器臂的垂直运动， 并且通过机器人臂 将水平外力施加到平衡器臂， 以便水平移动平衡器臂。
根据本发明， 机器人臂可以控制平衡器臂的位移。因为机器人臂的操作过程可因 此得到平衡器臂的辅助， 所以多关节式机器人可以在尺寸上得以减小， 并且在结构上得以简化。因此， 可以通过一种简单并且紧凑的装置来有效地实施期望的操作过程。
平衡器可包括垂直运动开关， 该垂直运动开关用于从外部控制平衡器臂的垂直运 动， 并且机器人可通过机器人臂操作垂直运动开关， 以便控制平衡器臂的垂直运动。
机器人可具有 80W 以下的最大功率或最大额定输出 ( 致动器的驱动源的最大额定 输出 )。多关节式机器人因此可以满足国际标准组织 (ISO) 的标准 (ISO-10218-1 ： 工业机 器人的安全要求 ) 或根据日本工业标准 (JIS) 的标准 (JIS B8433-1 ： 工业机器人 - 安全要 求 - 第一部分 ： 机器人 )。此外， 机器人可以被排除在劳动安全健康法规的适用范围之外。
作业装置可还包括 ： 接合件， 该接合件使平衡器臂和机器人臂互相接合， 其中， 接 合件将机器人臂以可拆卸的方式接合到平衡器臂。如果需要， 机器人臂可以从平衡器臂分 开， 并且平衡器臂可以被应用到不同的使用模式 ( 例如， 用于辅助由操作员实施的操作过 程 )。
作业装置还可包括 ： 驱动装置， 该驱动装置用于将垂直驱动力施加到平衡器臂 ； 以及控制器， 该控制器用于控制驱动装置。 控制器控制驱动装置， 以利用取决于工件或外部 装置的重量以及机器人臂的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的高度， 并且进一步控制 驱动装置， 以取决于机器人臂的上升而提升平衡器臂， 并取决于机器人臂的下降而使平衡 器臂下降。因为机器人臂的重量由平衡器臂承载， 所以机器人臂不需要承载其自身的垂直 重量， 这样可以减少机器人臂的输出。因此， 由于可以减少机器人臂的输出， 结果机器人可 以被用在存在操作员的环境中。 驱动装置可包括马达和气缸至少其中之一。
根据本发明的作业装置包括平衡器、 多关节式机器人， 以及物理上接合平衡器的 平衡器臂和机器人的机器人臂的接合件。平衡器利用平衡器臂来支撑工件或外部装置， 利 用取决于工件或外部装置的重量的输出来将平衡器臂保持在恒定的高度， 取决于施加到平 衡器臂的水平外力来水平移动平衡器臂， 并且具有垂直运动开关， 该垂直运动开关用于从 外部控制平衡器臂的垂直运动。机器人通过机器人臂操作垂直运动开关， 以便控制平衡器 臂的垂直运动， 并且通过机器人臂和接合件将水平外力施加到平衡器臂， 以便水平移动平 衡器臂。
根据本发明， 机器人臂可以控制平衡器臂的位移。因为机器人臂的操作过程可因 此得到平衡器臂的辅助， 所以多关节式机器人可以在尺寸上得以减小， 并且在结构上得以 简化。因此， 可以通过一种简单并且紧凑的装置来有效地实施期望的操作过程。
平衡器的垂直运动开关可包括能在假想垂直平面内在给定的角度范围内旋转的 旋转杆以及用于检测旋转杆的角位移的电位计。当旋转杆处于水平位置时， 平衡器臂的垂 直运动停止， 当旋转杆向上移位时， 平衡器臂被提升， 并且当旋转杆向下移位时， 平衡器臂 下降。 接合件可包括垂直延伸并且固定到平衡器臂的线性引导件以及能在线性引导件上往 复运动并被固定到机器人臂的滑动件。当旋转杆处于水平位置时， 旋转杆的末端保持与滑 动件接合， 并且机器人导致滑动件使旋转杆移位， 以便控制平衡器的垂直运动。
因此， 平衡器臂和机器人臂通过简单的结构相互接合。某些可从商业上得到的平 衡器包括利用旋转杆和电位计的操作开关。 上述接合件使得能够利用可从商业上得到的平 衡器以及可从商业上得到的多关节式机器人构造根据本实施方式的工件进给设备。 因为当 旋转杆向上移位时， 平衡器臂被提升， 并且因为当旋转杆向下移位时， 平衡器臂下降， 所以
机器人臂和滑动件可在平衡器臂移位之前垂直运动， 因此， 机器人臂和滑动件可以有效地 操作。
滑动件可具有在其内限定的凸轮槽， 凸轮槽接合旋转杆的末端。当旋转杆处于停 止平衡器臂的垂直运动的位置时， 旋转杆的末端进入凸轮槽， 并且当旋转杆处于提升或下 降平衡器臂的位置时， 旋转杆的末端移出凸轮槽。旋转杆的位置可因此得到稳定的保持以 停止平衡器臂。
接合件可包括用于检测滑动件的位置的位置传感器， 位置传感器布置在滑动件的 上极限位置和下极限位置至少其中之一处。 位置传感器使得能够防止滑动件移动得太远离 旋转杆， 使得机器人臂可以随平衡器臂移位。
接合件可包括可拆卸的构件， 机器人臂通过该可拆卸的构件接合到平衡器臂。如 果需要， 机器人臂可以从平衡器臂分开， 由此， 平衡器臂可以被应用到不同的使用模式 ( 例 如， 用于辅助由操作员实施的操作过程 )。
根据本发明， 还提供了一种使用作业装置的作业方法， 所述作业装置包括利用平 衡器臂来支撑工件或外部装置的平衡器以及具有机器人臂的多关节式机器人， 所述作业方 法包括以下步骤 ： 由机器人指示平衡器垂直运动， 以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑 的同时使平衡器臂垂直运动 ； 以及将水平外力从机器人臂施加到平衡器臂， 以便在工件或 外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂水平移动， 其中， 机器人具有 80W 以下的最大 功率或最大额定输出。 根据本发明， 还提供了一种使用作业装置的作业方法， 所述作业装置包括利用平 衡器臂来支撑工件或外部装置的平衡器、 以及多关节式机器人， 该多关节式机器人具有通 过接合件接合到平衡器臂的机器人臂， 所述作业方法包括以下步骤 ： 利用机器人臂操作平 衡器的垂直运动开关， 以便在工件或外部装置由平衡器臂支撑的同时使平衡器臂垂直运 动； 以及通过接合件将水平外力从机器人臂施加到平衡器臂， 以便在工件或外部装置由平 衡器臂支撑的同时使平衡器臂水平移动。
附图说明 图 1 是根据本发明第一实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备的装配线 的立体图 ；
图 2 是根据第一实施方式的保持有工件的工件进给设备的侧视图 ；
图 3 是示出使工件进给设备的机器人臂和平衡器臂互相接合的方式的侧视图 ；
图 4 是使平衡器臂和机器人臂互相接合的接合件及其周围零件的局部剖切侧视 图；
图 5 是接合件及其周围零件的分解立体图 ；
图 6 是接合件及其周围零件的立体图 ；
图 7 是示出根据第一实施方式的用于控制平衡器上的垂直驱动力的大致布置的 框图 ；
图 8 是示出机器人臂控制平衡器臂的垂直运动的控制方式的示意图 ；
图 9 是根据第一实施方式的平衡器的控制器控制马达的输出的过程的流程图 ；
图 10 是工件进给设备将工件移动到输送机上的板台夹具 (palletjig) 上的过程
的流程图 ；
图 11 是根据本发明第二实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备的装配线 的立体图 ；
图 12 是根据第二实施方式的保持有工件的工件进给设备的侧视图 ；
图 13 是根据第二实施方式的接合件及其周围零件的局部立体图 ；
图 14 是示出根据第二实施方式的用于控制平衡器上的垂直驱动力的大致布置的 框图 ； 以及
图 15 是平衡器的控制器控制气缸的输出的过程的流程图。 具体实施方式
A. 第一实施方式
[ 第一实施方式的布置 ]
图 1 是根据本发明第一实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备 12 的装配 线 10 的立体图。图 2 是保持有工件 14 的工件进给设备 12 的侧视图。
在装配线 10 上， 台架 16 保持多个工件 14， 比如， 悬挂件。工件 14 被从台架 16 取 出并被转移到输送机 20 的板台夹具 18 上。输送机 20 沿着由图 1 中的箭头 X 指示的方向 供送放置有工件 14 的板台夹具 18。
工件进给设备 12 包括悬挂在天花板上的平衡器 22、 安装在平衡器 22 的末端上的 手形夹具 24， 以及多关节式机器人 26。机器人 26 设置在滑轨 28 上， 以使得机器人 26 在必 要时能够运动。平衡器 22 包括平衡器臂 30， 机器人 26 包括机器人臂 32。平衡器臂 30 和 机器人臂 32 通过接合件 34 相互接合。
平衡器 22 具有马达 36( 驱动装置 )， 该马达根据施加到平衡器臂 30 的载荷而产生 垂直向上的力， 以便将支撑在平衡器臂 30 的末端上安装的手形夹具 24 上的工件 14 保持在 半空中， 即， 将工件 14 保持在恒定的高度处。取决于施加到平衡器臂 30 的水平外力， 平衡 器 22 可以水平地移动手形夹具 24 以及支撑在其上的工件 14。平衡器 22 还能够通过稍后 描述的过程垂直地移动平衡器臂 30。
根据第一实施方式， 可以使用气缸来代替马达 36， 或可以使用马达 36 和气缸的组 合， 例如， 日本特开专利公报 No.2001-139300 中所公开的组合。
图 3 是示出使机器人臂 30 和平衡器臂 32 互相接合的方式的侧视图。图 4 是接合 件 34 及其周围零件的局部剖切侧视图。图 5 是接合件 34 及其周围零件的分解立体图。图 6 是接合件 34 及其周围零件的立体图。
如图 3 至图 5 所示， 在平衡器臂 30 和手形夹具 24 之间的接合处附近， 设置有电位 计单元 40( 下文称为 “PM 单元 40” )， 该电位计单元包括能在假想垂直平面内在给定的角度 范围 ( 比如， -30°至 +30° ) 内旋转的旋转杆 42( 下文称为 “杆 42” ) 以及用于检测杆 42 的角位移 θ[ 度 ] 的电位计 44。在杆 42 的末端安装有辊子 46。手形夹具 24 与支撑在其 上的工件 14 一起可以通过从外部操作杆 42 而被升高和降低， 以便改变其角位移 θ。
图 7 是示出用于控制平衡器 22 上的垂直驱动力的大致布置的框图。如图 7 所示， 除了马达 36 和电位计 44 之外， 平衡器 22 还包括位置传感器 100 和控制器 104。
在平衡器 22 中包括位置传感器 100， 以检测平衡器臂 30 的垂直位置坐标 ( 高度H)。控制器 104 基于由电位计 44 检测到的角位移 θ 以及由位置传感器 100 检测到的高度 H 来控制马达 36 的输出。
图 8 是示出由机器人臂 32 控制平衡器臂 30 的垂直运动的控制方式的示意图。如 图 8 所示， 当杆 42 处于初始位置 P1 时， 杆 42 被水平地定向， 并且角位移 θ 是零。当杆 42 处于初始位置 P1 时， 平衡器 22 不垂直地运动， 并且马达 36 运转以将平衡器臂 30 和手形夹 具 24 保持在恒定的高度。当杆 42 被垂直向上旋转并且进入例如位置 P2 时， 平衡器 22 借 助于马达 36 而向上运动， 从而使平衡器臂 30 和手形夹具 24 垂直向上地移位。相反， 当杆 42 被垂直向下旋转并且进入例如位置 P3 时， 平衡器 22 通过马达 36 而向下运动， 从而使平 衡器臂 30 和手形夹具 24 垂直向下地移位。
根据第一实施方式， 除了机器人臂 32 之外， 机器人 26 还包括控制器 48( 图 2 和图 3)， 由此， 机器人臂 32 的运动基于来自控制器 48 的命令而受到控制。机器人臂 32 的末端 通过接合件 34 接合到平衡器臂 30 末端。因此， 机器人臂 32 可经由接合件 34 将水平外力 施加到平衡器臂 30， 以便基于机器人臂 32 的垂直运动来操作平衡器臂 30 的杆 42， 如稍后 详细描述的。机器人臂 32 具有结合有马达 ( 未示出 ) 的关节， 所述马达作为驱动源， 每个 马达均具有 80W 以下的最大功率。
如图 4 至图 6 所示， 接合件 34 包括具有大体上矩形截面的框架构件 50、 使框架构 件 50 和平衡器臂 30 互相接合的接合构件 52、 垂直地布置在框架构件 50 的内侧上的两个线 性引导件 54， 以及被夹在两个线性引导件 54 之间并且以固定方式接合到机器人臂 32 的滑 动件 56。当机器人臂 32 垂直运动时， 滑动件 56 在线性引导件 54 之间并沿着线性引导件 54 垂直地移位。此时， 包括框架构件 50、 接合构件 52 以及线性引导件 54 在内的其他构件 不移动。接合构件 52 通过多个螺栓 58 固定到平衡器臂 30。
如图 4 所示， 滑动件 56 具有在其远离机器人臂 32 的表面 60 中限定的凸轮槽 62。 凸轮槽 62 和杆 42 上的辊子 46 被定位成使得， 当杆 42 处于初始位置 P1 时， 杆 42 上的辊子 46 进入凸轮槽 62。当滑动件 56 通过机器人臂 32 而向上移位时， 辊子 46 移出凸轮槽 62， 并 与表面 60 的除了凸轮槽 62 之外的另一部分相接触。此时， 杆 42 旋转， 而平衡器 30 垂直地 运动。
如图 4 至图 6 和图 8 所示， 在框架构件 50 上安装有两个接近传感器 64。这些接 近传感器 64 被分别布置在滑动件 56 的上极限位置 Pu 和下极限位置 Pl( 见图 8)。在图 8 中， 为了说明的目的， 变更接近传感器 64 的布置示出。接近传感器 64 经由未示出的通讯线 路将输出信号发送到机器人 26 的控制器 48。当滑动件 56 到达上极限位置 Pu 或下极限位 置 Pl 时， 控制器 48 阻止机器人臂 32 操作。
[ 对平衡器臂 30 的垂直控制 ]
以下将描述对根据第一实施方式的平衡器臂 30 的高度 H 进行控制的过程。平衡 器臂 30 的高度 H 通过控制马达 36 的输出而受到控制。
图 9 是控制器 104 控制马达 36 的输出的过程的流程图。在步骤 S1， 控制器 104 基 于由电位计 44 检测到的角位移 θ， 确定是否有针对 PM 单元 40 的垂直运动命令。如果角 位移 θ 是 +30°， 即， 如果杆 42 处于位置 P2， 则控制器 104 判断， 已经下达了提升平衡器臂 30 的命令。如果角位移 θ 是 -30°， 即， 如果杆 42 处于位置 P3， 则控制器 104 判断， 已经下 达了降低平衡器臂 30 的命令。换句话说， 当角位移 θ 是正值时， 控制器 104 提升平衡器臂30。控制器 104 可以随着角位移 θ 的增加而增加马达 36 的输出。类似地， 当角位移 θ 是 负值时， 控制器 104 降低平衡器臂 30。控制器 104 可以随着角位移 θ 的绝对值的增加而减 少马达 36 的输出。
如果存在垂直运动命令 (S1 ： 是 )， 则控制器 104 根据垂直运动命令来调整马达 36 的输出。在下一步骤 S3， 控制器 104 确定针对 PM 单元 40 的垂直运动命令是否已经终止， 例 如， 角位移 θ 是否已变为零。
如果垂直运动命令继续 (S3 ： 否 )， 则控制返回到步骤 S2。如果垂直运动命令终止 (S3 ： 是 )， 则在步骤 S4 中， 控制器 104 从位置传感器 100 获得高度 H。所获得的高度 H 将被 称为 “高度 H( 当前 )” ， 以便与从下一循环中使用的先前高度 H 所获得的获取高度 H 相区别。 将在下一循环中作为先前高度 H 的值称为 “高度 H( 先前 )” 。在步骤 S5 中， 控制器 104 在 未示出的存储器中将高度 H( 当前 ) 存储为高度 H( 先前 )。
如果不存在垂直运动命令 (S1 ： 否 )， 则在步骤 6 中， 控制器 104 从位置传感器 100 获得高度 H( 当前 )。如果当前循环是第一循环， 并且不存在高度 H( 先前 )， 则控制器 104 执行步骤 S6 两次， 使用第一次获得的高度作为高度 H( 先前 )， 使用第二次获得的高度作为 高度 H( 当前 )。 在步骤 S7 中， 控制器 104 确定高度 H( 当前 ) 是否大于高度 H( 先前 )。如果高度 H( 当前 ) 大于高度 H( 先前 )(S7 ： 是 )， 则表明平衡器臂 30 被提升了。在步骤 S8 中， 控制 器 104 减少马达 36 的输出， 从而降低平衡器臂 30 的提升速度， 以便保持平衡器臂 30 的高 度 H。如果高度 H( 当前 ) 不大于高度 H( 先前 )(S7 ： 否 )， 则控制进行到步骤 S9。
在步骤 S9 中， 控制器 104 确定高度 H( 当前 ) 是否小于高度 H( 先前 )。如果高度 H( 当前 ) 小于高度 H( 先前 )(S9 ： 是 )， 则表明平衡器臂 30 被降低了。在步骤 S10 中， 控制 器 104 增加马达 36 的输出， 从而降低平衡器臂 30 的下降速度， 以便保持平衡器臂 30 的高 度 H。如果高度 H( 当前 ) 不小于高度 H( 先前 )(S9 ： 否 )， 则在步骤 S11 中， 控制器 104 保 持马达 36 的输出。
与在步骤 S4 之后类似， 在步骤 S8、 S10 和 S11 之后， 则在步骤 S5 中， 控制器 104 在 未示出的存储器中将高度 H( 当前 ) 存储为高度 H( 先前 )。
控制器 104 以固定的循环周期重复图 9 中示出的过程， 所述固定的循环周期均在 几微秒到几百微秒的范围内。
[ 工件 14 的移动方法 ]
以下将描述使用第一实施方式的工件进给设备 12 将工件 14 转移到输送机 20 上 的板台夹具 18 上的过程。
图 10 是工件进给设备 12 将工件 14 移动到输送机 20 上的板台夹具 18 上的过程 的流程图。在步骤 S21 中， 机器人 26 的控制器 48 用传感器 ( 未示出 ) 确定台架 16 是否已 经被定位在预定的位置 Pc 中。台架 16 由操作员 70( 图 1) 来定位。
如果台架 16 尚未定位 (S21 ： 否 )， 则重复步骤 S21。 如果台架 16 已经被定位 (S21 ： 是 )， 则控制器 48 在平衡器 22 操作的同时使机器人臂 32 移位， 以便使手形夹具 24 支撑工 件 14。此时， 另一传感器 ( 未示出 ) 检测待被移动的工件 14 的位置。控制器 48 使操作 PM 单元 40 的机器人臂 32 垂直移动， 于是平衡器臂 30 垂直移动， 以便使手形夹具 24 垂直移动。
控制器 48 还使机器人臂 32 水平移动， 以便使手形夹具 24 水平移动。 更具体地说，
当机器人臂 32 水平移动时， 固定到机器人臂 32 的滑动件 56 也水平移动。当滑动件 56 水 平移动时， 来自滑动件 56 的挤压力经由两个线性引导件 54、 框架构件 50 以及接合构件 52 中的至少一个而被传递到平衡器臂 30。结果， 平衡器臂 30 和手形夹具 24 水平移动。
在步骤 S23 中， 控制器 48 控制机器人臂 32 以便将工件 14 转移到输送机 20 上的 板台夹具 18 上。一旦完成工件 14 的转移， 控制器 48 就控制平衡器臂 30 以便使手形夹具 24 返回到台架 16， 并且在步骤 S24 中， 控制器 48 确定是否存在下一个工件 14。如果存在下 一个工件 14(S24 ： 是 )， 则控制返回到步骤 S22。如果不存在下一个工件 14(S24 ： 否 )， 则结 束当前的程序。控制器 48 类似地重复以从另一台架 16 转移工件 14。
如果在某些故障情况下， 由操作员 70( 图 1) 而不是机器人 26 手动地转移工件 14， 则操作员从平衡器臂 30 移除接合件 34。更具体地， 操作员 70 松开螺栓 58， 以便使接合件 34 和机器人臂 32 从平衡器臂 30 分开。然后， 操作员 70 沿着滑轨 28 远离作业位置收回机 器人 26。当机器人 26 正在维修时， 操作员 70 操作杆 42， 以便将工件 14 转移到板台夹具 18 上。
[ 第一实施方式的效果 ]
根据第一实施方式， 如上所述， 机器人臂 32 能够控制平衡器臂 30 的移位。因为机 器人臂 32 的操作可以得到平衡器臂 30 的辅助， 所以多关节式机器人 26 的尺寸可以减少， 并且结构可以简化。因此， 可以通过简单并且紧凑的布置有效地实施期望的操作过程。 根据第一实施方式， 机器人 26 具有 80W 的最大功率。因此， 机器人 26 可以满足国 际标准组织 (ISO) 的标准 (ISO-10218-1 ： 工业机器人的安全要求 ) 或日本工业标准 (JIS) 的标准 (JIS B8433-1 ： 工业机器人 - 安全要求 - 第一部分 ： 机器人 )。
根据第一实施方式， 接合件 34 将机器人臂 32 以可拆卸的方式接合到平衡器臂 30。 换句话说， 当接合构件 52 被从平衡器臂 30 拆除时， 机器人臂 32 和平衡器臂 30 能够相互分 开。如果需要， 机器人臂 32 可以从平衡器臂 30 分开， 并且平衡器臂 30 可以被应用到不同 的使用模式 ( 例如， 用于辅助由操作员 70 实施的操作过程 )。
根据第一实施方式， 机器人臂 32 通过包括线性引导件 54 和滑动件 56 的接合件 34 控制平衡器臂 30 的垂直运动。 因此， 平衡器臂 30 和机器人臂 32 通过简单的结构互相接合。 某些可从商业上得到的平衡器包括具有旋转杆和电位计的操作开关。接合件 34 使得能够 利用可从商业上得到的平衡器以及可从商业上得到的多关节式机器人构造根据本实施方 式的工件进给设备 12。因为当旋转杆 42 向上移位时， 提升平衡器臂 30， 并且因为当旋转杆 42 向下移位时， 降低平衡器臂 30， 所以机器人臂 32 和滑动件 56 可在平衡器臂 30 被移位之 前垂直移动， 因此， 机器人臂 32 和滑动件 56 可以有效地操作。
根据第一实施方式， 滑动件 56 包括在其内限定的凸轮槽 62 以接合旋转杆 42 上的 辊子 46。当旋转杆 42 处在停止平衡器臂 30 的垂直运动的位置 ( 初始位置 P1) 时， 辊子 46 进入凸轮槽 62。当旋转杆 42 处在提升或降低平衡器臂 30 的另一位置 ( 例如， 位置 P2 或 位置 P3) 时， 辊子 46 被定位在凸轮槽 62 的外面。因此， 辊子 46 在初始位置 P1 被稳定地保 持。
根据第一实施方式， 接合件 34 包括检测滑动件 56 的位置的接近传感器 64， 并且这 些接近传感器 64 被分别布置在滑动件 56 的上极限位置 Pu 和下极限位置 Pl。接近传感器 64 使得能够防止滑动件 56 移动得太远离旋转杆 42， 使得机器人臂 32 可以随着平衡器臂 30
移位。 根据第一实施方式， 接合件 34 将机器人臂 32 以可拆卸的方式接合到平衡器臂 30。 换句话说， 当接合构件 52 被从平衡器 30 拆除时， 机器人臂 32 和平衡器臂 30 相互分开。如 果需要， 机器人臂 32 可从平衡器臂 30 分开， 并且平衡器臂 30 可以被应用到不同的使用模 式 ( 例如， 用于辅助由操作员 70 实施的操作过程 )。
B. 第二实施方式
[ 第二实施方式的布置 ( 与第一实施方式的区别 )]
图 11 是根据本发明第二实施方式的包括作为作业装置的工件进给设备 12a 的装 配线 10A 的立体图。图 12 是保持有工件 14 的工件进给设备 12a 的侧视图。
根据第二实施方式的工件进给设备 12a 基本上具有与根据第一实施方式的工件 进给设备 12 相同的结构。第二实施方式的与第一实施方式相同的那些部件由相同的附图 标记表示， 并且以下将不再详细描述这样的特征。
第二实施方式与第一实施方式的不同之处如下。根据第一实施方式， 机器人臂 32 能垂直于平衡器臂 30 相对运动 ( 见图 8)。 根据第二实施方式， 机器人臂 32 通过接合件 34a 固定到平衡器臂 30。更具体地， 如图 13 所示， 机器人臂 32 的末端通过螺栓 118 紧固到接 合件 34a。接合件 34a 还通过未示出的螺栓紧固到平衡器臂 30 的末端。因此， 平衡器臂 30 在任一方向都与机器人臂 32 一起运动。换句话说， 根据本实施方式的平衡器臂 30 承载机 器人臂 32 的重量。
根据第二实施方式的平衡器 22a 包括气缸 120( 驱动装置 ) 和垂直运动引导件 122。然而， 平衡器 22a 不具有 PM 单元 40。
根据第二实施方式， 可以使用马达来代替气缸 120， 或可以使用气缸 120 和马达的 组合， 例如， 日本特开专利公报 No.2001-139300 中所公开的组合。
图 14 是示出用于控制平衡器 22a 上的垂直驱动力的大致布置的框图。如图 14 所 示， 除了气缸 120 之外， 平衡器 22a 还包括载荷传感器 110、 工件传感器 112 以及控制器 114。
在平衡器 22a 中包括载荷传感器 110， 以直接或间接检测施加到平衡器臂 30 的载 荷 L[Kg]。更具体地， 载荷传感器 110 包括压力传感器， 用于检测施加到气缸 120 中的活塞 ( 未示出 ) 的压力， 并且该载荷传感器 110 输出所检测到的表示载荷 L 的压力。如果使用 马达来代替气缸 120， 或使用马达与气缸 120 的组合， 则可使用电流传感器作为载荷传感器 110， 用于检测马达的扭矩。
工件传感器 112 包括例如布置在平衡器臂 30 的末端附近的图像传感器， 该图像传 感器能够检测平衡器臂 30 当前是否支撑工件 14， 并能够识别工件 14 的类型。工件传感器 112 例如通过比较工件 14 和手形夹具 24 的相对位置坐标来确定平衡器臂 30 是否支撑工 件 14。工件传感器 112 提取工件 14 的轮廓， 并确定所提取的轮廓是否与参考型式一致， 以 此来识别工件 14 的类型。可替换地， 工件传感器 112 可包括任一种传感器， 例如， 接近传感 器、 压力传感器等， 而不是图像传感器。可替换地， 可将 IC 标签应用到工件 14， 并且可将用 于读取 IC 标签的信息的无线电通信单元用作工件传感器 112 的一部分。
与第一实施方式一样， 根据第二实施方式的气缸 120 用于将垂直驱动力施加到平 衡器臂 30， 并且可包括例如日本特开专利公报 No.2001-139300 中所公开的气缸。控制器 114 基于由载荷传感器 110 所检测到的载荷 L 和由工件传感器 112 所检测的表示与工件 14
有关的信息的工件信号 Sw 来控制气缸 120 的输出。
[ 对平衡器臂 30 的垂直控制 ]
以下将描述对根据第二实施方式的平衡器臂 30 的高度 H 进行控制的过程。通过 控制气缸 120 的输出而控制高度 H。
图 15 是控制器 114 控制气缸 120 的输出的过程的流程图。在步骤 S31 中， 控制器 114 基于来自工件传感器 112 的工件信号 Sw 来确定平衡器臂 30 当前是否支撑工件 14。如 果平衡器臂 30 没有支撑工件 14(S31 ： 否 )， 则在步骤 S32 中， 控制器 114 将载荷 L 的目标值 ( 目标载荷 Ltar)[Kg] 设定为初始目标值 Ltar1[Kg]。初始目标值 Ltar1 是根据机器人臂 32 在没有支撑工件 14 时机器人臂 32 的重量来建立的。当气缸 120 产生对应于初始目标值 Ltar1 的垂直向上的驱动力时， 机器人臂 32 上将没有垂直载荷， 并且因此， 即使在气缸 120 的输出较小的情况下， 机器人臂 32 也能够保持垂直位置。
如果平衡器臂 30 支撑工件 14(S31 ： 是 )， 则在步骤 S33 中， 控制器 114 基于来自工 件传感器 112 的工件信号 Sw 来识别工件 14 的类型。在下一步骤 S34 中， 控制器 114 根据 工件 14 的类型设定目标载荷 Ltar。工件 14 的类型和目标载荷 Ltar 之间的关系被预先存 储在控制器 114 的存储单元 ( 未示出 ) 中。
因为可以将马达的扭矩， 或可替换地， 将气缸中的压力用作表示载荷 L 的量， 所以 目标载荷 Ltar 可以作为扭矩或压力的目标值进行控制。
在步骤 S35 中， 在步骤 S32 或步骤 S34 之后， 控制器 114 从载荷传感器 110 获取载 荷 L。在接下来的步骤 S36 中， 控制器 114 确定载荷 L 是否大于目标载荷 Ltar。如果载荷 L 大于目标载荷 Ltar(S36 ： 是 )， 则考虑来自机器人 26 的载荷由于机器人臂 32 的下降而增 加了。换句话说， 机器人 26 使机器人臂 32 下降意味着平衡器 22 已经得到使平衡器臂 300 下降的指令。在步骤 S37 中， 控制器 114 使由气缸 120 所产生的垂直向上的驱动力降低， 从 而使平衡器臂 30 下降。更具体地， 控制器 114 减少施加到气缸 120 中的活塞 ( 未示出 ) 的 压力。如果载荷 L 不大于目标载荷 Ltar(S36 ： 否 )， 则控制进行到步骤 S38。
在步骤 S38 中， 控制器 114 确定载荷 L 是否小于目标载荷 Ltar。如果载荷 L 小于 目标载荷 Ltar(S38 ： 是 )， 则考虑机器人 26 由于机器人臂 32 的上升而承载部分载荷。换句 话说， 机器人 26 提升机器人臂 32 意味着平衡器 22 已经得到提升平衡器臂 300 的指令。在 步骤 S39 中， 控制器 114 增加气缸 120 的输出。更具体地， 控制器 114 增加施加到气缸 120 中的活塞 ( 未示出 ) 的压力。如果使用马达来代替气缸 120， 或除了气缸 120 之外还使用马 达， 则控制器 114 增加马达的扭矩。
如果载荷 L 不小于目标载荷 Ltar(S38 ： 否 )， 则载荷 L 等于目标载荷 Ltar， 并且在 步骤 S40 中， 控制器 114 保持平衡器臂 30 的高度。换句话说， 控制器 114 保持施加到气缸 120 中的活塞 ( 未示出 ) 的压力。如果使用马达来代替气缸 120， 或除了气缸 120 之外还使 用马达， 则控制器 114 保持马达的扭矩。
控制器 114 以固定的循环周期重复图 14 中示出的过程， 每个循环周期例如均在几 微秒到几百微秒的范围内。
[ 第二实施方式的效果 ]
除了提供第一实施方式的效果之外， 以上所述第二实施方式提供了以下效果。根 据第二实施方式， 因为机器人臂 32 的重量由平衡器臂 30 承载， 所以机器人臂 32 不需要承载其自身的垂直重量， 因此可以减少马达的用于机器人臂 32 的输出 ( 例如， 机器人 26 可具 有 80W 以下的最大功率或最大额定输出 )。因此， 可以减少机器人 26 的输出， 结果， 机器人 26 可以被用在存在操作员的环境中。
C. 变型例
本发明不限于上述实施方式， 而是可以基于本说明书的内容采用多种布置。 例如， 本发明可以采用以下可替换的布置。
对于根据上述实施方式的工件进给设备 12、 12a， 手形夹具 24 被安装在平衡器臂 30 的末端上以进给工件 14。然而， 手形夹具 24 可以由其他夹具代替， 以进给其他类型的工 件。可替换地， 诸如处理装置 ( 例如， 用于安装轮胎的螺母扳手 ) 的外部装置可以安装在机 器人臂 32 的末端上并由平衡器臂 30 支撑。
在第一实施方式中， 机器人臂 32 操作 PM 单元 40， 以便控制平衡器臂 30 的垂直运 动。在第二实施方式中， 平衡器臂 30 的垂直运动是根据表示机器人臂 32 的垂直运动的载 荷 L 来控制的。然而， 机器人 26 的控制器 48 和平衡器 22、 22a 可相互通信， 由此， 控制器 48 发送电信号以指示平衡器 22、 22a 垂直运动， 从而控制平衡器臂 30 的垂直运动。
在上述实施方式中， 平衡器 22、 22a 被悬挂在天花板上。然而， 平衡器 22、 22a 也可 以被安装在地板或其他位置上。
在上述实施方式中， 机器人 26 具有 80W 的最大功率。然而， 机器人 26 可具有较小 的最大功率， 例如， 大于等于 50W 并小于 80W 的最大功率。 具有这样的最大功率的机器人 26 能够满足 ISO-10218-1 以及 JIS B8433-1 标准。可替换地， 机器人 26 可具有 80W 以下的最 大额定输出， 例如， 大于等于 50W 并小于 80W 的最大额定输出。具有这样的最大额定输出的 机器人 26 可以被排除在劳动安全健康法规的适用范围之外。
在上述实施方式中， 平衡器臂 30 和机器人臂 32 通过接合件 34、 34a 相互接合。然 而， 在平衡器臂 30 被布置成辅助机器人臂 32 的情况下， 平衡器臂 30 和机器人臂 32 不必相 互接合。
在上述实施方式中， 滑动件 56 被夹在两个线性引导件 54 之间。然而， 滑动件 56 可借助于单个线性引导件 54 来引导。