机器人手、机器人装置、以及生产电子设备的方法与流程

本技术涉及一种例如用于生产电子设备的机器人手和机器人设备、以及生产电子设备的方法。

背景技术：

近年来，在生产电子设备的步骤中已经广泛使用机器人设备。作为这种类型的机器人设备，已知使用包括能够真空吸附工件的吸盘的吸附系统(作为机器人手的工件保持机构)的机器人设备和使用包括能够抓握工件的手指的夹持系统(作为机器人手的工件保持机构)的机器人设备。

当拾取放置在平坦表面上的工件时，使用吸附系统的机器人手是有利的，但是，在吸力较弱的情况下，在移动过程中或在姿势改变时，工件可能从吸盘掉落。同时，因为机器人手直接抓握工件，所以使用夹持系统的机器人手能够实现相对较高的保持力。然而，在工件是诸如ffc的薄的带状构件的情况下，使用夹持系统的机器人手不能稳定地抓握放置在平坦表面上的工件。

鉴于此，已知一种既具有吸附系统又具有夹持系统的机器人手。例如，专利文献1公开了一种工件抓握设备，其包括能够通过吸力保持工件的吸盘和通过从工件的两边夹持工件而保持由吸盘保持的工件的一对抓握爪。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开公开号2010-82748

技术实现要素：

技术问题

在专利文献1描述的抓握设备中，该一对抓握爪只能移动来改变它们之间的间隔，出于此原因，在由吸盘保持的工件发生姿势改变之时，需要改变整个机器人手的姿势，并且难以在有限空间内改变工件的姿势。

鉴于上述所述情况，本技术的目标是提供一种能够在不改变整个手的姿势的情况下实现从工件的吸附至姿势改变的一系列操作的机器人手与机器人设备、以及生产电子设备的方法。

问题的解决方案

根据本技术的实施方式的机器人手包括：手主体；吸附单元；以及手指单元。

手主体包括基部。

吸附单元附接至基部并且包括能够在第一轴的方向上平行移动的吸附部。

手指单元附接至基部并且包括第一手指部和第二手指部，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交。

在上述所述机器人手中，因为第一手指部和第二手指部均被配置为能够围绕枢转轴独立枢转，所以可以将由吸附单元保持的工件的姿势改变成围绕上述所述枢转轴旋转任意角度的姿势。

手主体还可以包括与第三轴平行的连接轴，第三轴与第一轴和第二轴相交，并且基部可以被配置为能够围绕连接轴枢转。

因此，可以使吸附单元和手指单元围绕连接轴枢转，并且使手指单元围绕枢转轴和连接轴的多个轴枢转。

手主体还可以包括分别使第一手指部和第二手指部围绕枢转轴枢转的第一导线驱动机构和第二导线驱动机构。

可以使用各个导线驱动机构中的导线的弹簧性质消除各个手指部的旋转操作的时间偏差和位置偏差，并且更为适当地抓握工件。

第一导线驱动机构和第二导线驱动机构均可以包括导线张力调整单元，导线张力调整单元包括能够检测导线张力的检测结构。

因此，可以适当地调整每个导线驱动机构中的导线张力。

手主体还可以包括使基部围绕连接轴枢转的第三导线驱动机构。

因为用于使基部枢转的驱动源能够由与手指单元相同的系统配置，所以可以简化系统并且增加各个驱动源的控制的亲和性。

手指单元可以被配置为能够抓握由吸附部吸附的工件。

因此，可以实现从工件的吸附保持至姿势改变的一系列操作。

第一手指部和第二手指部均可以具有180度的可移动范围。

因此，可以通过手指单元反转工件的正面和背面。

手指单元可以被配置为能够从第一轴的方向夹持住被吸附部吸附的工件。

因此，即使在工件是具有较小厚度的挠性薄工件的情况下，也可以通过手指单元适当地保持工件。

根据本技术的实施方式的机器人设备包括：机器人臂；手主体；吸附单元；以及手指单元。

手主体包括基部并且附接至机器人臂。

吸附单元附接至基部并且包括能够在第一轴的方向上平行移动的吸附部。

手指单元附接至基部并且包括第一手指部和第二手指部，并且被配置为能够抓握由吸附部吸附的工件，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交。

根据本技术的实施方式的生产电子设备的方法是一种生产包括连接构件的电子设备的方法，包括：通过吸附单元吸附连接构件，吸附单元附接至机器人手的基部并且包括能够在与第一轴的方向上平行移动的吸附部。

通过附接至基部的手指单元抓握由吸附部吸附的连接构件，并且手指单元包括第一手指部和第二手指部，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交。

通过使抓握连接构件的手指单元围绕枢转轴枢转而改变连接构件的姿势。

发明的有利效果

如上所述，根据本技术，可以在不改变整个手的姿势的情况下实现从工件的吸附至姿势改变的一系列操作。

应注意，此处描述的效果不一定必须受限制并且可以是本公开中描述的任意效果。

附图说明

[图1]图1是示出根据本技术的实施方式的机器人设备的示意性正视图。

[图2]图2是示出机器人设备中的手部的配置的示意性立体图。

[图3]图3是手部的主要部分的放大图。

[图4]图4是手部的主要部分的正视图。

[图5]图5是手部的主要部分的左侧视图。

[图6]图6是手部的主要部分的右侧视图。

[图7]图7是示出手部的手指单元的打开状态的主要部分的正视图。

[图8]图8是图7的仰视图。

[图9]图9是示出机器人设备中的导线驱动机构的配置的示图。

[图10a]图10a是描述机器人设备的操作、示出吸附工件的步骤的示图。

[图10b]图10b是描述机器人设备的操作、示出吸附工件的步骤的示图。

[图10c]图10c是描述机器人设备的操作、示出抓握工件的步骤的示图。

[图10d]图10d是描述机器人设备的操作、示出改变工件的姿势的步骤的示图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本技术的实施方式进行描述。

图1是示出根据本技术的实施方式的机器人设备的示意性正视图。在本实施方式中，将描述生产电子设备的步骤中所使用的本技术对装配机器人的应用例。

[机器人设备的示意性配置]

根据本实施方式的机器人设备1包括装配机器人100、支撑电子设备e的半成品的工作台2、以及控制装配机器人100的驱动的控制器3。

装配机器人100包括手部101(机器人手)和能够使手部101以六个自由度移至任意坐标位置的铰接臂102(机器人臂)。

手部101被配置为能够在尖端处抓握作为工件的挠性线性或带状连接构件c(包括连接部)，诸如电缆、线束、ffc(柔性扁平电缆)、以及fpc(挠性印刷电路)等，并且被配置为将工件的姿势改变成预定的姿势，以将其装配成电子设备e的预定部分。

铰接臂102连接至设置在工作台2上或靠近工作台2的驱动单元(未示出)。铰接臂102被配置成使手部101移动或改变手部101的姿势的传输机构。通常，铰接臂102包括垂直铰接臂、水平铰接臂等，但是，可以包括xyz正交机器人(三轴机器人)等。

通常，控制器3包括含cpu(中央处理单元)、存储器等的计算机并且被配置为根据上述所述存储器中存储的程序控制装配机器人100的驱动。

[装配机器人]

图2是示出装配机器人100的手部101的配置的示意性立体图，并且图3是手部101的主要部分的放大图。

如图中所示，手部101包括手主体101、吸附单元30、以及手指单元40。

(手主体)

手主体10包括基部11、机构部12、以及连接部13。

基部11支撑吸附单元30和手指单元40。基部11包括与y轴方向平行的枢转轴111和与x轴方向平行的连接轴112。

机构部12形成包括大直径部121和小直径部122的多级圆柱形状。大直径部121的一端(上端)附接至铰接臂102，并且小直径部122设置在大直径部121的另一端(下端)的中心处。机构部12容纳使手指单元围绕枢转轴111旋转的驱动源、使基部11围绕连接轴112旋转的驱动源、用于这些驱动源的电力传输机构、用于这些驱动源的调整机构等。

连接部13将基部11与机构部12的小直径部122连接至彼此。连接部13包括由金属形成的矩形圆柱部分，该矩形圆柱部分容纳用于将机构部12中的各个驱动源的电力传输至基部11的相应部分的电力传输构件(驱动电线)。

图4是手部101的主要部分的正视图，图5是手部101的主要部分的左侧视图，图6是手部101的主要部分的右侧视图，图7是示出手指单元40的打开状态的主要部分的正视图，并且图8是图7的仰视图。在下文中，将描述吸附单元30和手指单元40的细节。

(吸附单元)

在本实施方式中，吸附单元30包括：包含吸附部311的吸嘴31、使吸嘴31在z轴方向上往复运动的驱动气缸32、将吸嘴31与驱动气缸32固定至彼此的固定构件33、以及将驱动气缸32与基部11连接着彼此的连接构件34。

吸嘴31包括位于一端(下端)的吸附部311和位于另一端(上端)的连接部312，连接部312连接至负压源(未示出)。例如，上述所述负压源包括安装在机构部12中的小型泵。

吸附单元311对连接构件c的吸附位置不受具体限制。在本实施方式中，如图8中所示，连接构件c的吸附位置位于连接构件c的一端附近的连接部ce的一侧上。进一步地，吸附位置并不一定必须需要在宽度方向上位于连接构件c的中心区域中，而是可以在如图8所示的宽度方向上、从其一侧(手指单元40侧)的中心处朝向连接构件c的边缘偏置的位置。

驱动气缸32包括固定至连接构件34，并且能够在z轴方向上扩展和收缩的驱动杆321。固定构件33将吸嘴31与驱动杆321连接至彼此并且被配置为能够通过驱动杆321的驱动而使吸嘴31(吸附部311)在z轴方向上平行移动。能够在z轴方向上平行移动的引导构件35被固定在固定构件33与连接构件34之间，由此确保吸附部311沿着z轴方向的移动准确性。

连接构件34包括支撑驱动气缸32的第一端341和固定至基部11的第二端342。使用诸如螺钉构件等适当的紧固件将第二端342固定在枢转轴111与连接轴112之间。因此，吸附单元30被配置为能够与基部11一起围绕连接轴112枢转。

(手指单元)

手指单元40包括第一手指部41和第二手指部42。第一手指部41和第二手指部42附接至基部11并且各自被配置为能够围绕枢转轴111独立枢转。

手指单元40被配置为能够抓握由吸附部311吸附的工件。在本实施方式中，手指单元40被配置为能够从其厚度方向(z轴方向)夹持由吸附部吸附的连接构件c。

第一手指部41和第二手指部42各自被配置为能够在其靠近彼此的夹持位置与其彼此分离的打开位置之间独立枢转。第一手指部41和第二手指部42各自的可移动范围(最大枢转角)不受具体限制并且在本实施方式中是180度。

手指单元40被设置成在x轴方向和y轴方向上距吸附单元30为预定的间隔，以避免在打开位置处干扰吸附单元30(见图7)。将手指单元40的高度设置成使得手指单元40的尖端(下端)位于吸附部311的最下端位置的上方。

在本实施方式中，第一手指部41和第二手指部42各自由诸如金属材料、合成树脂材料等适当的材料构成。第一手指部41和第二手指部42各自具有y轴方向上的宽度方向的夹持表面并且被配置为将工件夹持在夹持表面之间。

手主体10包括分别使第一手指部41和第二手指部42围绕枢转轴111枢转的第一导线驱动机构d1和第二导线驱动机构d2。手主体10包括使基部11围绕连接轴112枢转的第三导线驱动机构d3。如图1中所示，第一导线驱动机构d1至第三导线驱动机构d3安装在机构部12(大直径部121)内。

第一导线驱动机构d1至第三导线驱动机构d3具有相同的配置并且各自包括如图9中所示的电机m、滑轮p、以及导线w。具有其上形成螺旋槽的外围表面的旋转体ma被附接至电机m的旋转轴的尖端。由金属形成的导线w被桥接在旋转体ma的外围表面与经由机构部12的小直径部122而驱动的滑轮p之间，并且导线w被桥接在连接部13内。例如，电机m包括伺服电机并且使用导线w作为电力传输构件而使滑轮p在所需旋转方向上以所需旋转速率(旋转角)旋转。

如图5和图6中所示，第一导线驱动机构d1中的滑轮p1设置在第一手指部41的基端处，并且第一手指部41被配置为能够经由被桥接在滑轮p1之上的导线w1而围绕枢转轴111枢转。

第二导线驱动机构d2中的滑轮p2设置在第二手指部42的基端处，并且第二手指部42被配置为能够经由被桥接在滑轮p2之上的导线w2而围绕枢转轴112枢转。

因此，如图4中所示，第三导线驱动机构d3中的滑轮p3设置在基部11的上端处，并且基部11被配置为能够经由被桥接在滑轮p3之上的导线w3而围绕连接轴112枢转。

通过采用第一导线驱动机构d1至第三导线驱动机构d3，能够通过相同类型的驱动系统配置手指部41和42及基部11。因此，可以简化系统并且增加每个驱动源的控制亲和性。

如图4中所示，导线w1和w2分别经由通过连接轴112插入、以与滑轮p3邻近的第一引导滑轮g1和设置在枢转轴111与连接轴112之间的一对第二引导滑轮g2而被桥接在滑轮p1和p2之上。如图6中所示，该对第二引导滑轮g2均包括与x轴方向平行的轴中心，并且在y轴方向上彼此相邻地设置。各个引导滑轮g2包括独立支撑分别被桥接在滑轮p1和p2之上的导线w1和w2的两列滑轮组。

导线w1经由夹持设置在连接轴112的中心处的滑轮p3的一对内侧第一引导滑轮g1以及一对第二引导滑轮中的一个引导滑轮被桥接在滑轮p1之上。导线w2经由夹持上述所述一对内侧第一引导滑轮g1的一对外侧第一引导滑轮g1以及一对第二引导滑轮中的另一引导滑轮被桥接在滑轮p2之上。如图5和图6中所示，滑轮p1和p2被设置成在枢转轴111的轴方向上(在y轴方向上)彼此相邻。

通过采用手指单元40的驱动系统的导线驱动机构，可以实现电力传输机构的简化并节省空间。此外，利用导线w1和w2的弹簧性质，可以消除各个手指部41和42的旋转操作的时间偏差和位置偏差。

第一导线驱动机构d1至第三导线驱动机构d3各自包括导线张力调整单元，导线张力调整单元包括能够检测对应导线驱动机构的导线张力的检测机构。

如图9中所示，在各个导线驱动机构d1至d3中，经由负载单元c将电机m安装在基座b上。负载单元c构成用于在电机m对滑轮p的旋转驱动过程中检测导线w的张力的检测机构。

导线张力调整单元的配置不受具体限制。例如，如图9中所示，导线张力调整单元包括支撑被桥接在电机m与滑轮p之间的导线w的导线支撑部r。导线支撑部r包括第一单元r1和第二单元r2，第一单元r1包括分别支撑围绕电机m的旋转体ma缠绕的导线w的上游侧和下游侧的一对辊r11和r12，第二单元r2包括共同支撑导线w的上游侧和下游侧的辊r12。第二单元r2被配置为在一个轴方向上相对于第一单元r1可以相对移动。

上述所述配置的导线支撑部r构成能够对导线w的张力进行任意调整的导线张力调整单元。导线支撑部r基于包括负载单元c的检测机构的输出对导线w的张力进行调整，以使得将导线张力设置成预定的值或预定的范围。导线驱动机构d1至d3之间的导线w(w1至w3)的预定张力可以相同或不同。

[机器人设备的操作]

接着，将描述上述所述配置的机器人设备100与手部101的典型操作。

如上所述，根据本实施方式的机器人设备1执行通过手部101抓握诸如ffc等连接构件c的端侧及将连接构件c的姿势改变成预定的姿势、以使其连接至电子设备e的预定部分的工作。图10a至图10d分别是描述与上述所述工作相关联的手部101的一系列操作的示意图。

机器人设备1具有吸附连接构件c的步骤、抓握连接构件c的步骤、以及改变连接构件c的姿势的步骤。通过控制器3控制由下述所述机器人设备1执行的各种操作。

在吸附步骤，机器人设备1使臂部101在紧位于连接构件c上方的位置处停止，并且然后，使吸附单元30的吸附部311下降，以通过吸附而保持连接构件c的表面位于其端部附近。在吸附连接构件c之后，臂部101使吸附部311上升，以将连接构件c设置在手指单元40的一侧上(见图10b)。

通常，将连接构件c放置在电子设备w的上表面上。可以使用相机使臂部101移至紧位于连接构件c上方的位置。相机可以安装在臂部101或铰接臂102中。

在抓握步骤，臂部101通过手指单元40抓握由吸附部311吸附的连接构件c(见图10c)。在示出的实施例中，在使第一手指部41在面向连接构件c的上表面的位置处做好准备的同时，经由第二导线驱动机构d2使第二手指部42围绕枢转轴111旋转180度。因此，通过手指单元40在z轴方向上夹持由吸附部311吸附的连接构件c。

在完成由手指单元40抓握连接构件c的步骤之后，解除由吸附单元30吸附连接构件c的步骤。

在姿势改变步骤中，臂部101通过使抓握连接构件c的手指单元40围绕枢转轴111枢转而将连接构件c的姿势改变成预定的姿势。改变之后的姿势不受具体限制，并且通常，采用适合于下一步骤的姿势。

在姿势改变步骤中，第一手指部41和第二手指部42彼此围绕枢转轴111同步枢转。因此，在保持连接构件c的抓握状态的同时，可以改变连接构件c的姿势。臂部101可以使手指单元40不仅围绕枢转轴111枢转、而且还围绕连接轴112枢转。因此，连接构件c的姿势的自由度增加。

在完成连接构件c的姿势改变的步骤之后，臂部101将连接构件c的连接部ce(见图8)传输至电子设备w上的预定整合位置并且使其彼此连接。

如上所述，根据本实施方式，可以实现从工件的吸附保持至姿势改变的一系列操作。具体地，即使在工件是诸如ffc等具有较小厚度的一个工件(连接构件c)的情况下，也可以适当地执行通过吸附单元30的吸附步骤而拾取工件的操作。进一步地，因为能够通过手指单元40抓握由吸附单元30吸附的工件，所以用于工件的保持力增加，并且由此，可以稳定地执行改变工件的姿势的工作。

根据本实施方式，因为第一手指部41和第二手指部42分别被配置为能够围绕枢转轴111独立枢转，所以可以将由吸附单元30保持的工件(连接构件c)的姿势稳定地改变成以任意角度围绕枢转轴111旋转的姿势。因此，在不改变整个手部101的姿势的情况下，可以将由吸附单元30保持的工件的姿势改变成不同的姿势。因此，能够减少用于改变工件的姿势所需的空间，从而使得易于将工件传输至狭窄的区域。

此外，因为第一手指部41和第二手指部42的驱动源分别采用导线驱动机构d1和d2，所以可以通过使用导线的弹簧性质而消除各个手指部41和42的旋转操作的时间偏差和位置偏差。例如，在由两个手指部41和42抓握工件的情况下，即使将相应的目标位置(抓握位置)设置成略微重叠的位置，通过导线w1和w2的弹簧性质也能够消除这种重叠。因此，可以通过预定的保持力而稳定地抓握工件。

此外，因为提供导线w1和w2的检测和调整机构，所以手指单元40的保持是容易的，并且能够根据工件的类型对张力进行快速地设置。

尽管上面已经对本技术的实施方式进行了描述，然而，不言而喻，本技术并不仅局限于上述所述实施方式并且能够做出各种改造。

例如，已经将诸如ffc等挠性线性或带状连接构件c描述为上述所述实施方式中的工件的实施例。然而，工件的类型并不局限于此。例如，本技术还适用于诸如板状、卡状、硬币状、以及条状构件等具有较小厚度的另一构件的处理。进一步地，本技术不仅适用于工业机器人，而且还适用于家用机器人、医用机器人等。

在吸附单元30中，通过能够使吸附部311平行移动的驱动气缸32使得吸嘴31下降和上升。然而，吸嘴31自身可以包括能够扩展和收缩的吸附部。

进一步地，基于通过导线张力检测机构检测的导线张力，可以对调整单元进行动态控制，以使得将各个导线的张力设置成预定的值。因此，可以对导线张力进行实时调整。

应注意，本技术可以采用下列配置。

(1)一种机器人手，包括：

手主体，包括基部；

吸附单元，附接至基部并且包括能够在第一轴的方向上平行移动的吸附部；以及

手指单元，附接至基部并且包括第一手指部和第二手指部，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交。

(2)根据上面(1)所述的机器人手，其中，

手主体还包括与第三轴平行的连接轴，第三轴与第一轴和第二轴相交；并且

基部被配置为能够围绕连接轴枢转。

(3)根据上面(1)或(2)所述的机器人手，其中，

手主体还包括分别使第一手指部和第二手指部围绕枢转轴枢转的第一导线驱动机构和第二导线驱动机构。

(4)根据上面(3)所述的机器人手，其中，

第一导线驱动机构和第二导线驱动机构各自包括导线张力调整单元，导线张力调整单元包括能够检测导线张力的检测机构。

(5)根据上面(2)至(4)中任一项所述的机器人手，其中，

手主体还包括使基部围绕连接轴枢转的第三导线驱动机构。

(6)根据上面(1)至(5)中任一项所述的机器人手，其中，

手指单元被配置为能够抓握由吸附部吸附的工件。

(7)根据上面(1)至(6)中任一项所述的机器人手，其中，

第一手指部和第二手指部各自具有180度的可移动范围。

(8)根据上面(7)所述的机器人手，其中，

手指单元被配置为能够从第一轴的方向夹持由吸附部吸附的工件。

(9)一种机器人设备，包括：

机器人臂；

手主体，包括基部并且附接至机器人臂；

吸附单元，附接至基部，并且包括能够在第一轴的方向上平行移动的吸附部；以及

手指单元，附接至基部并且包括第一手指部和第二手指部，并且被配置为能够抓握由吸附部吸附的工件，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交。

(10)一种生产包括连接构件的电子设备的方法，包括：

通过吸附单元吸附连接构件，吸附单元附接至机器人手的基部并且包括能够在第一轴的方向上平行移动的吸附部；

通过手指单元抓握由吸附部吸附的连接构件，手指单元附接至基部并且包括第一手指部和第二手指部，第一手指部和第二手指部中的每个手指部能够围绕与第二轴平行的枢转轴独立枢转，第二轴与第一轴相交；并且

通过使抓握连接构件的手指单元围绕枢转轴枢转而改变连接构件的姿势。

参考标号列表

1机器人设备

3控制器

10手主体

11基部

30吸附单元

40手指单元

41第一手指部

42第二手指部

100装配机器人

101手部

102铰接臂

311吸附部

c线性构件。