CN107107350A

CN107107350A - 机器人系统及机器人装置

Info

Publication number: CN107107350A
Application number: CN201580069675.4A
Authority: CN
Inventors: 高濑宗祐
Original assignee: Life Robotics Inc
Current assignee: Life Robotics Inc
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-08-29
Also published as: EP3238894A1; WO2016104290A1; JP2016120586A; EP3238894A4; US20170297205A1

Abstract

本发明提供一种自由度高并且高效的机器人布局。一种机器人系统，具备：载置作业对象物的作业台、以及机器人装置。机器人装置，具有：基部(1)；以及臂部(2)，臂部具有基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性。通过安装在臂部的前端的末端效应器(3)，对作业对象物与作业员协同执行作业。在伴随围绕第一轴及第二轴的旋转和沿第三轴的直动伸缩的臂部的可动区域(MR)与基于作业员的作业区域(WAM)至少部分地重叠的位置，配置基部。

Description

机器人系统及机器人装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种机器人系统及机器人装置。

背景技术

近年，机器人与使用者在同一空间的环境正在变多。可以认为今后看护用机器人、产业用机器人与作业者一同进行作业的状况会逐步扩大。这种机器人大多具备垂直多关节部臂机构。垂直多关节部臂机构针对位置要求三个自由度(x，y，z)，针对姿势要求三个自由度一般而言，由被称为根部三轴的旋转关节部J1、J2、J3和被称为腕部三轴的旋转关节部J4、J5、J6将其实现。

末端的并进移动对关节部J1、J2、J3要求其连动旋转，因此，特别是被称为肘部的关节部J2的移动非常大并且无法预测其移动，特别是在奇点的附近，肘部的移动非常快的情形是无法避免的。

因此，在机器人的周围使其有用于避免与作业者或其他构造物的接触的多余空间、以及安全栅的设置是不可或缺的，这种机器人布局非常没有效率。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种自由度高并且高效的机器人布局。

用于解决问题的方案

本实施方式所涉及的机器人系统具备载置作业对象物的作业台、以及机器人装置。机器人装置，具有：基部；以及臂部，臂部具有基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性。通过安装在臂部的前端的末端效应器，对作业对象物与作业员协同执行作业。在伴随围绕第一轴及第二轴的旋转和沿第三轴的直动伸缩的臂部的可动区域与基于作业员的作业区域至少部分地重叠的位置，配置基部。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的机器人装置的臂机构的外观立体图；

图2是表示图1的机械臂机构的内部构造的立体图；

图3是从剖面方向观察图1的机械臂机构的内部构造的图；

图4是通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构的图；

图5是表示图1的机械臂机构的直动伸缩关节部的伸缩长度的图；

图6是表示图1的机械臂机构的臂部的可动区域的图；

图7是表示相对于作业员将图1的机械臂机构的基部相邻配置的布局例的图；

图8是表示相对于作业员将图1的机械臂机构的基部配置在右90度的布局例的图；

图9是表示相对于作业员将图1的机械臂机构的基部相对地配置的布局例的图；

图10是表示相对于作业员将图1的机械臂机构的基部配置在前方的布局例的图；

图11是表示在作业员的作业区域能够将图1的机械臂机构的作业区域重叠的状况的图；

图12是表示相对于多个作业员的图1的机械臂机构的基部的布局例的图；

图13是表示相对于作业员的图1的两台机械臂机构的基部的布局例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本实施方式所涉及的机器人系统及机器人装置进行说明。机器人系统包含载置作业对象物的作业台，以及用于对作业对象物与作业员协同执行作业的机器人装置。机器人装置包含机械臂机构，以及担当向其机械臂机构的电力供给和动作控制的主体部。机械臂机构包含基部，以及被基部支撑的臂部。在臂部的前端装备有执行作业的手等末端效应器(末端执行器)。首先，对机械臂机构进行说明。

如图1所示，机械臂机构200具有大致圆筒形状的基部1以及被基部1支撑的臂部2。在机械臂部2的前端安装有被称为末端执行器的末端效应器3。图1图示把可把持住对象物的手部作为末端效应器3。末端效应器3不限定于手部，还可以是其他工具，或照相机、显示器。也可以在机械臂部2的前端设置可以更换为任意种类的末端效应器3的转接器。

机械臂部2具有多个、在此是六个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基部1依序配设。一般而言，第一、第二、第三轴RA1、RA2、RA3被称为根部三轴，第四、第五、第六轴RA4、RA5、RA6被称为腕部三轴。收纳构成腕部三轴的第四、第五、第六轴RA4、RA5、RA6的部分被称为腕部4，腕部4的物理性前端被定义为臂部的前端。构成根部三轴的关节部J1、J2、J3的至少一个是直动关节。这里，第三关节部J3构成为直动关节，特别是伸缩距离比较长的关节部。第一关节部J1是以例如被基座面垂直支撑的第一旋转轴RA1为中心的扭转关节。第二关节部J2是以相对于第一旋转轴RA1垂直配置的第二旋转轴RA2为中心的弯曲关节。第三关节部J3是以相对于第二旋转轴RA2垂直配置的第三轴(移动轴)RA3为中心，直线地伸缩的关节。第四关节部J4是以与第三移动轴RA3一致的第四旋转轴RA4为中心的扭转关节，第五关节部J5是以相对于第四旋转轴RA4正交的第五旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第六关节部J6是以相对于第四旋转轴RA4正交、且相对于第五旋转轴RA5垂直配置的第六旋转轴RA6为中心的弯曲关节。

通过第一关节部J1的扭动旋转，臂部2与手部3一同旋转。通过第二关节部J2的弯曲旋转，臂部2与手部3一同以第二关节部J2的第二旋转轴RA2为中心进行起伏移动。形成基部1的臂支撑体(第一支撑体)11a具有以第一关节部J1的旋转轴RA1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第一关节部J1安装在未图示的固定台上。第一关节部J1旋转时，第一支撑体11a与臂部2的旋转一同轴旋转。另外，第一支撑体11a也可以固定在接地层上。在此情形时，设置成与第一支撑体11a分开，臂部2独立旋转的构造。在第一支撑体11a的上部连接有第二支撑部11b。

第二支撑部11b具有与第一支撑部11a连续的中空构造。第二支撑部11b的一端安装在第一关节部J1的旋转部上。第二支撑部11b的另一端开放，第三支撑部11c在第二关节部J2的旋转轴RA2能够转动自如地嵌入。第三支撑部11c具有与第一支撑部11a及第二支撑部连通的鳞状的中空构造。第三支撑部11c伴随着第二关节部J2的弯曲旋转，其后部被收纳或送出至第二支撑部11b。构成臂部2的直动关节部的第三关节部J3的后部通过其收缩，被收纳在第一支撑部11a与第二支撑部11b的连续的中空构造的内部。

第一关节部J1包含圆环形状的固定部和旋转部，并且固定在固定部的未图示的基台上。旋转部上安装有第一支撑部11a和第二支撑部11b。当第一关节部J1旋转时，第一、第二、第三支撑体11a、11b、11c以第一旋转轴RA1为中心与臂部2和手部3一同旋转。

第三支撑部11c在其后端下部以旋转轴RA2为中心能够转动自如地嵌入第二支撑部11b的开放端下部。由此，构成作为以旋转轴RA2为中心的弯曲关节部的第二关节部J2。如果第二关节部J2转动，那么，臂部2与手部3一同以第二关节部J2的旋转轴RA2为中心在垂直方向转动，即进行起伏动作。

如上所述，作为关节部的第三关节部J3是构成臂部2的主要构成部分。在臂部2的前端设置上述手部3。通过第一至第六关节部J1-J6的旋转、弯曲、伸缩，可以将手部3的两个指手16配置为任意的位置、姿势。特别是第三关节部J3的直动伸缩距离的长度可实现手部3对基部1的附近位置至远距离位置的大范围的对象的作用。

第三关节部J3的特征在于通过构成其的直动伸缩臂机构所实现的直动伸缩距离的长度。直动伸缩距离的长度通过图2、图3所示的构造所达成。直动伸缩臂机构具有第一连结链节排21和第二连结链节排20。在臂部2水平配置的基准姿势下，第一连结链节排21位于第二连结链节排20的下部，第二连结链节排20位于第一连结链节排21的上部。

第一连结链节排21具有相同的剖面“コ”字形，并且包含通过销在背面位置排状连结的多个第一连结链节23。通过第一连结链节23的剖面形状及基于销的链接位置，第一连结链节排21具备下述性质，即，能够向其背面方向BD弯曲，但是相反地，无法向表面方向FD弯曲。第二连结链节排20具有与第一连结链节23大致相等的宽度的大致平板形状，并且包含以在背面方向和表面方向都可以弯曲的状态，通过销排状连结的多个第二连结链节22。第一连结链节排21与第二连结链节排20在前端部通过结合链节26结合。结合链节26具有第一连结链节23与第二连结链节22成为一体的形状。结合链节26成为始端，从第三支撑部11c，第二连结链节排20与第一连结链节排21一同被送出时，第一连结链节排21与第二连结链节排20相互接合。第一连结链节排21与第二连结链节排20在前端部通过结合链节26结合，分别在后部在第三支撑体11c的内部被保持，防止拔出，由此，保持接合状态。第一连结链节排21与第二连结链节排20保持接合状态时，第一连结链节排21与第二连结链节排20的弯曲被限制，由此，通过第一连结链节排21和第二连结链节排20，构成具备一定刚性的柱状体。第一连结链节排21与第二连结链节排20相互分离时，解除弯曲限制，分别恢复能够弯曲的状态。第一连结链节排21与第二连结链节排20在第三支撑体11c的开口附近接合，被送出。第一连结链节排21与第二连结链节排20在第三支撑体11c的内部分离，分别成为能够弯曲的状态。第一连结链节排21与第二连结链节排20分别弯曲，在第一支撑体11a的内部作为独立个体被收纳。

如图2所示，在第二连结链节22的内侧独立地形成线性齿轮22a。线性齿轮22a在第二连结链节22成为直线状时被连结，构成连续的线性齿轮。如图3所示，第二连结链节22在第三支撑体11c内被夹持在辊R1与驱动齿轮24a之间。线性齿轮22a与驱动齿轮24a啮合。通过马达M1，驱动齿轮24a正向旋转，由此，第二连结链节排20与第一连结链节排21一同从第三支撑体11c送出。这时，第一连结链节排21与第二连结链节排20被设置在第三支撑体11c的开口附近的一对上下辊R2、R4夹持，被相互挤压，以接合状态沿第三移动轴RA3被直线地送出。通过马达M1，驱动齿轮24a逆向旋转，由此，第二连结链节排20与第一连结链节排21在第三支撑体11c的内部在上下辊R2、R4的后方解除接合状态，相互分离。分离的第二连结链节排20与第一连结链节排21分别成为可以弯曲的状态，被第二、第三支撑体11b、11c的内部设置的导轨引导，在沿第一旋转轴RA1的方向弯曲，被收纳在第一支撑体11a的内部。

如图1所示，手部3安装在臂部2的前端。手部3通过第一、第二、第三关节部J1、J2、J3能够移动到任意位置，通过第四、第五、第六关节部J4、J5、J6能够配置成任意姿势。手部3具有开闭的两个指部16a、16b。第四关节部J4是具有沿臂部2的伸缩方向的臂部2的中心轴，即与第三关节部J3的移动轴RA3典型地一致的旋转轴RA4的扭转关节。如果第四关节部J4旋转，那么，从第四关节部J4至前端，手部3以旋转轴RA4为中心旋转。末端效应器3的末端基准点，在此，将手部3的两个指部16a、16b的中央点作为原点Σh0，并规定末端坐标系Σh。

第五关节部J5是具有相对于第四关节部J4的移动轴RA4正交的旋转轴RA5的弯曲关节部。如果第五关节部旋转，那么，从第五关节部J5至前端，与手部16一同上下转动。第六关节部J6是具有与第四关节部J4的旋转轴RA4正交、与第五关节部J5的旋转轴RA5垂直的旋转轴RA6的弯曲关节。如果第六关节部J6旋转，那么手部16左右旋转。

图4中通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构。机械臂机构通过构成根部三轴的第一关节部J1、第二关节部J2、第三关节部J3，以及构成腕部三轴的第四关节部J4、第五关节部J5、第六关节部J6，实现三位置自由度和三姿势自由度。第一关节部J1配设在第一支撑部11a与第二支撑部11b之间，构成为以旋转轴RA1为中心的扭转关节。旋转轴RA1与设置第一关节部J1的固定部的基座的基准面BP垂直地配置。将旋转轴RA1上的任意点作为原点规定正交三轴的基准坐标系(Xb,Yb,Zb)。将与旋转轴RA1平行的轴规定为Zb轴，将与旋转轴RA2平行的轴规定为Xb轴。基准坐标系被定义为与第一关节部J1的旋转一同旋转的旋转坐标系。

第二关节部J2构成为以旋转轴RA2为中心的弯曲关节。第二关节部J2的旋转轴RA2与空间坐标系上的Xb轴平行地设置。第二关节部J2的旋转轴RA2相对于第一关节部J1的旋转轴RA1在垂直的朝向设置。另外，第二关节部J2相对于第一关节部J1，在第一旋转轴RA1的方向(Zb轴方向)和与第一旋转轴RA1垂直的Yb轴方向这两个方向偏移。与第一关节部J1和第二关节部J2的Zb轴方向相关的关节间距离(称为关节中心间距离、链路长或偏移距离)为d1，与第一关节部J1和第二关节部J2的Yb轴方向相关的关节间距离为L1。另外，旋转关节部的关节中心称为旋转面上的构造中心，直动关节部的关节中心是最收缩的状态下的构造中心。

为了使第二关节部J2相对于第一关节部J1在上述两个方向偏移，将第二支撑体11b安装在第一支撑体11a上。将第二关节部J2连接在第一关节部J1上的假想的臂杆部分(链路部分)具有前端弯曲成直角的两个钩形状体组合的曲柄形状。该假想的臂杆部分由具有中空构造的第一、第二支撑体11a、11b构成。

第三关节部J3构成为以移动轴RA3为中心的直动关节。第三关节部J3的移动轴RA3设置在相对于第二关节部J2的旋转轴RA2垂直的朝向。在第二关节部J2的旋转角为零度，即在臂部2的起伏角为零度、臂部2为水平的基准姿势下，第三关节部J3的移动轴RA3设置在与第二关节部J2的旋转轴RA2垂直且与第一关节部J1的旋转轴RA1也垂直的方向。在空间坐标系上，第三关节部J3的移动轴RA3与相对于Xb轴及Zb轴垂直的Yb轴平行地设置。另外，第三关节部J3相对于第二关节部J2，向其旋转轴RA2的方向(Yb轴方向)以及与移动轴RA3正交的Zb轴的方向这两个方向偏移。第二关节部J2和第三关节部J3的在Zb轴方向的关节间距离(偏移距离)为d2，第二关节部J2和第三关节部J3的在Yb轴方向的关节间距离为L2。为了使第三关节部J3相对于第二关节部J2在上述两个方向偏置，第三支撑体11c安装在第二支撑体11b上。将第三关节部J3连接在第二关节部J2上的假想的臂杆部分(链路部分)具有前端垂直弯曲的钩形状体。该假想的臂杆部分由第二、第三支撑体11b、11c构成。

上述第一关节部J1与第二关节部J2的在Yb轴方向的关节间距离L2与第二关节部J2和第三关节部J3的在Zb轴方向的关节间距离d2被设定为不同的值。

第四关节部J4构成为以旋转轴RA4为中心的扭转关节。第四关节部J4的旋转轴RA4以与第三关节部J3的移动轴RA3大致一致的方式配置。第五关节部J5构成为以旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第五关节部J5的旋转轴RA5以与第三关节部J3的移动轴RA3及第四关节部J4的旋转轴RA4大致正交的方式配置。第六关节部J6构成为以旋转轴RA6为中心的扭转关节。第六关节部J6的旋转轴RA6以与第四关节部J4的旋转轴RA4及第五关节部J5的旋转轴RA5大致正交的方式配置。第六关节部J6是用于使作为末端效应器的手部3旋转而设置，可作为其旋转轴RA6与第四关节部J4的旋转轴RA4及第五关节部J5的旋转轴RA5大致正交的弯曲关节而安装。

如此，将多个关节部J1-J6的根部三轴中的一个旋转关节部换成直动关节部J6，使第二关节部J2相对于第一关节部J1朝两个方向偏移，使第三关节部J3相对于第二关节部J2朝两个方向偏移，由此实现在构造上消除奇点姿势。

如图5(a)所示，在使直动关节部J3最大地伸展，使臂部2成为最长的状态下，将从第一轴RA1至臂部2的前端的长度设为RL1(long)，在同样的状态下，将从第二轴RA2至臂部2的前端的长度设为RL2(long)。如图5(b)所示，在使直动关节部J3最大地收缩，使臂部2成为最短的状态下，将从第一轴RA1至臂部2的前端的长度设为RL1(short)，在同样的状态下，将从第二轴RA2至臂部2的前端的长度设为RL2(short)。

本实施方式中，因为没有肘关节，所以可以使可动区域简单化，将基于直动关节部J3的直动伸缩性的臂长RL1(long)、RL2(long)、RL1(short)、RL2(short)作为参数，通过将它们作为半径的扇形状的配置等，能够使机器人布局以更高的自由度，更高效地设计机器人布局。

如图6(a)、图6(b)所示，将基于臂机构200的关节部J1、J3的安装上的能够动作的旋转角(旋转角)、伸缩距离的臂部2到达的区域称为在水平方向的臂部2的可动区域MR(L)。臂机构200中，其在水平方向的臂部2的可动区域MR(L)的特征在于能够限定大致扇形状的区域，该大致扇形状的区域将在使直动关节部J3最大地伸展使臂部2设置为最长的状态时的、从第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)设定为半径，将第一关节部J1的动作角度设为中心角，本实施方式中，利用其特征，一边调整大致扇形状的区域的半径和中心角，一边使机器人装置的基部1相对于作业台、作业员、周围的壁面等布局，由此，将作为这样布局的机器人系统整体的其布局的自由度扩大，并且提高其效率。

另外，关于垂直方向(基于第二关节部J2的围绕旋转轴RA2的起伏方向)也是同样的，以直动关节部J6最大地伸展，臂部2最长的状态，如图6(b)所示，当第二关节部J2轴旋转，臂部2起伏时，描述了以从第二轴RA2至臂部2的前端的长度RL2(long)为半径的第二轴RA2作为中心的大致扇形状的可动区域MR(V)。立体的臂部2的可动区域MR是与可动区域MR(V)综合的区域，该可动区域MR(V)是相对于与上述水平方向的扇形状的可动区域MR(L)垂直方向的可动区域MR(V)，将扇形状的可动区域MR(L)表示为在第二关节部J2的作用范围内起伏的纵横地扇形状。基部1的正面是指可动区域MR的中心线的朝向。

在此，重要的是，本实施方式所涉及的机器人装置的直动伸缩臂机构，如上所述，没有肘关节，因为其更换为直动伸缩关节，所以，在大致扇形状的可动区域MR的外侧，臂部2包含关节，几乎没有突出，因此，危险性比较少，并且，臂部2在从末端至基部1的直线性的范畴内动作，因此，作业者等能够以较高的预测性根据末端的移动预测臂部2的移动，更能够降低其危险性。

因此，将机器人装置的特别是基部1根据作业内容和周边环境进行布局时，其布局能够通过将上述大致扇形状的可动区域MR与作业时预定设置的作业者等的人的要素、工具架等的构造要素以及壁面等的设备要素的干扰以及接触等空间关系与第一关节部J1的围绕第一轴RA1的运转范围(运转旋转角)、第二关节部J2的围绕第二轴RA2的运转范围(运转起伏角)及第三关节部J3的运转范围(运转伸缩长度)一同考虑后实现。特别是危险预测性较高是，将上述大致扇形状的臂部2的可动区域MR配置在作业者等的附近、换言之，以臂部2的可动区域MR干扰周围的干扰物例如作业员W的方式，来对基部1进行布局实际上是可能的，由此，在作业者等的末端的到达区域MM或在到达区域MM内实际地进行作业的作业区域WAM(参照图11)，将臂部2的可动区域MR或在可动区域MR内使机械装置实际地进行作业的作业区域WAR部分地重叠，能够实现对于同一作业对象物与作业员协同在机器人装置进行作业。

图7(a)表示将机器人装置的基部1与作业员W相邻配置的布局的一个例子。如上所述，臂部2的可动区域MR是表示以机器人装置的基部1的第一轴RA1、第二轴RA2为中心，将能够作用的旋转角、起伏角作为扇中心角的半径RL1(long)的纵横的扇形状的区域。另外，布局设计中，预先设定以从作业员W的前部从单腕的肩部至末端的假定长r1为半径的、成为大致扇形的末端的到达区域MM。另外，在作业员W的周围，设置与以其作业位置为中心的标准外形或假定外形对应的的半径Rm的圆形的占有区域OR。

另外，在作业员W的正面设置正面作业区域。正面作业区域是下述区域，即，在作业者W的正面，能够基于例如两手的协同作业，由此，表示比较高的作业效率的区域。另外，将正面作业区域与后述的作业区域区别。作业区域是指使作业者W进行作业的区域，即对其作业区域内的作业对象物(工作)，作业者W进行作业，相对于此，正面作业区域是根据人体工程学的作业者W的假定外形例如60cm×60cm的尺寸，在作业者W的正面，从作业者W隔开与假定外形相应的距离的位置，自然而然决定的区域。相对于作业者W实际进行作业的作业区域的面积(或体积)，将作业区域中的包含正面作业区域的区域的面积(或体积)的比例称为正面作业率，具备本实施方式的直动伸缩机构的机器人装置，能够将其配置在作业者W的附近，由此，通过机器热装置，能够辅助作业者W的作业，由此，能够将作业者W的作业区域尽可能减小，并且能够在作业者W的正面布局，能够提高正面作业率。即通过基于本实施方式所涉及的机器人装置的作业者W的作业辅助，作业者W能够将几乎所有的作业在正面作业区域内执行，提高其作业效率。

本实施方式的特征在于能够将机器人装置的基部1配置在作业员W的附近，其通过机器人装置的基部1与作业员W的距离变得明确。作为机器人装置的基部1与作业员W的距离的定义，在此，以机器人装置的基部1的中心与作业员W的占有区域OR的外周的最短距离进行说明，但是该定义不限于此，也可以作为例如机器人装置的基部1的中心与作业员W的占有区域OR的中心的距离、机器人装置的基部1与作业员W的占有区域OR的间隙距离进行定义。它们实质上可以说是是相同的定义，使用从机器人装置的基部1的中心至外面的距离、作业员W的占有区域OR的半径，能够容易更换。

机器人装置的基部1能够布局在下述位置，即，其中心从作业员W的占有区域OR的外周，仅隔开比从臂部2最大伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)短的距离Dne的位置。换言之，机器人装置的基部1能够从作业员W接近长度RL1(long)以内而布局。

另外，如图7(b)所示，以使机器人装置的基部1位于其中心从作业员W的占有区域OR的外周仅隔开比从臂部2最大收缩的时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(short)短的距离Dne的位置的方式，能够接近作业员W而布局。

该布局中，在臂部2的可动区域MR(L)，作业员W的到达区域MM至少部分地重叠。另外，臂部2的可动区域MR(L)与基于作业员W的作业区域至少部分地重叠。另外，在臂部2的可动区域MR(L)内，施于机器人装置的作业区域与施于作业员W的作业区域至少部分地重叠。图7(a)的例子中，臂部2的可动区域MR(L)与作业员W的正面作业区域部分地重叠，图7(b)的例子中，臂部2的可动区域MR(L)包含作业员W的正面作业区域。

另外，在实际工作时，对机器人装置根据施加的作业区域WAR及作业内容、以及周围的作业员W等的干扰物的位置，进行教学。根据通过该教学所设定的第一关节部J1的围绕第一轴RA1的运转范围(运转旋转角)、第二关节部J2的围绕第二轴RA2的运转范围(运转起伏角)及第三关节部J3的运转范围(运转伸缩长度)、以及腕部三轴的关节部J4、J5、J6的运转范围(运转旋转角)，将臂部2扫描的区域称为运转区域。当然，运转区域包含在可动区域MR中，与可动区域MR区别。

该布局中，本实施方式所涉及的机器人装置的直动伸缩臂机构没有肘关节，在大致扇形状的可动区域MR的外侧，关节等几乎没有突出，并且，在与臂部2的旋转中心RA1的同侧，配置作业者W，可以说与作业者W的接触的可能性较高的臂部2的旋转轨道根据末端的移动以高的预测性能够进行预测，能够更加降低其危险性，由此能够实现上述布局。

图8(a)表示将机器人装置的基部1配置在相对于作业员W约90度的朝向的前方的布局的一个例子。机器人装置的基部1可以布局在下述位置，即，在其中心在作业时，从以作业员W应该站立的预定位置(作业员W的占有区域OR的中心位置)为中心的占有区域OR的外周，仅隔开比从臂部2最大地伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)短的距离Dne的位置。另外，如图8(b)所示，也可以将机器人装置的基部1以其中心从作业员W的占有区域OR的外周仅隔开比从臂部2最大地收缩时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(short)短的距离Dne的位置的方式，接近作业员W而布局。

将距离Dne设定为比长度RL1(long)短，并设定为比RL1(short)短，由此，臂机构200的可动区域MR干扰作业员W的占有区域OR。但是，其运转区域包含对机器人装置施加的作业区域WAR，并且为了不对作业员W的占有区域OR进行干扰，根据教学而设定。基部1与作业员W的该距离Dne中，可动区域MR与到达区域MM部分地重叠，并且，如图11所示，在可动区域MR内，能够将对机器人装置施加的作业区域WAR与基于作业员W的到达区域MM内的作业区域WAM部分地重叠，其十分广的重叠区域能够对同一作业对象物，与作业员协同使机器人装置作业。

图8(a)的例子中，臂部2的可动区域MR(L)与作业员W的正面作业区域部分地重叠，图8(b)的例子中，臂部2的可动区域MR(L)能够包含作业员W的正面作业区域，由此，能够设计作业者的作业区域，使机器人装置辅助作业者W的作业，提高正面作业率。

图9(a)表示将机器人装置的基部1配置在与作业员W相对的朝向的布局的一个例子。机器人装置的基部1可以布局在下述位置，即，在其中心作业时，从以作业员W应该站立的预定位置(作业员W的占有区域OR的中心位置)为中心的占有区域OR的外周，仅隔开比从臂部2最大地伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)短的距离Dne的位置。另外，如图9(b)所示，也可以将机器人装置的基部1以其中心从作业员W的占有区域OR的外周仅隔开比从臂部2最大地收缩时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(short)短的距离Dne的位置的方式，接近作业员W而布局。

将距离Dne设定为比长度RL1(long)短，并设定为比RL1(short)短，由此，臂机构200的可动区域MR干扰作业员W的占有区域OR。但是，其运转区域包含对机器人装置施加的作业区域WAR，并且为了不对作业员W的占有区域OR进行干扰，根据教学而设定。基部1与作业员W的该距离Dne中，可动区域MR包含到达区域MM，在可动区域MR内，能够将对机器人装置施加的作业区域WAR与基于作业员W的到达区域MM内的作业区域WAM部分地重叠。

图9(a)、图9(b)的例子中，臂部2的可动区域MR(L)能够包含作业员W的正面作业区域，由此，能够设计作业者的作业区域，使机器人装置辅助作业者W的作业，提高正面作业率。

图10表示将机器人装置的基部1以与作业员W相同的朝向配置在作业员W的正前方的布局的一个例子。机器人装置的基部1在作业时，布局在作业员W应该站立的预定位置的正前方的位置，另外，机器人装置的基部1也可以布局在介入作业员W的占有范围OR的位置。这时，例如作为作业员W，假定为教学专员、或将机器人装置的基部1搭载在作业车上，通过机器人装置和推作业车的作业员W，假定例如从部件仓库的左右的部件架，与所需的部件协同并收集的状况。

本实施方式所涉及的机器人装置的直动伸缩臂机构中，没有肘关节，在大致扇形状的区域MR的外侧，没有关节等突出，因此，在机器人装置的基部1的背面作业员W站立，进行教学作业，由此，消除作业员W与末端、臂部2、所有关节部J1-J6接触的危险性，并且，在机器人装置的基部1的附近，能够直观的了解其基准坐标系Σb，可以高效地执行教学操作。

如图11所示，在机器人装置上对作业区域WAR内的作业对象物(工作)的施加作业。该作业区域WAR由作业空间设计的初期阶段规定。作业空间设计中，为了对作业区域WAR内的作业台上的作业对象物，与作业员W协同对机器人装置作业，以包含作业区域WAR，并且回避周围的作业员、工具架、壁面等干扰物的方式，设计大致扇形状的区域MR的配置及中心角θ(运转区域的设定)，在作为其结果的大致扇形状的区域MR的扇中心决定基部1的位置。

将上述的多个布局任意组合，实际上，能够如图12、图13所示地，进行扩展。如图12(a)所示，作业台，例如沿组装线配置机器人装置的基部1和两个作业员W1、W2，然后，将机器人装置的基部1可以布局在两个作业员W1、W2之间，从各自从臂部2最大地伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)，并且根据状况，隔开比RL1(short)短的距离的位置。该布局中，可动区域MR与基于一个作业员W1的到达区域MM1在区域C1中部分地重叠，与基于另一个作业员W2的到达区域MM2在区域C2中至少部分地重叠。该布局能够执行一台机器人装置与两个作业员W协同作业。

如图12(b)所示，在作业台，例如组装线的一侧配置机器人装置的基部1和作业员W3，然后，在线的相反侧配置作业员W4。机器人装置的基部1能够布局在一个作业员W3的附近并且与另一个作业员W4大致相对的位置。机器人装置的基部1能够布局在从相邻的作业员W3隔开比从臂部2最大地伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)短的距离的位置，以及从相对的另一个作业员W4隔开比从臂部2最大地伸展时的第一轴RA1至臂部2的前端的长度RL1(long)短的距离Dne的位置。该布局中，可动区域MR与基于相邻的作业员W3的到达区域MM3在区域C1部分地重叠，与基于正面的作业员W4的到达区域MM2在区域C2至少部分地重叠。另外，该布局中，也可以执行一台机器人装置与两个作业员W协同作业。

如图13(a)所示，作业台，例如沿组装线能够将两台机器人装置R1、R2的基部1与作业员W1相邻一列地布局。可以将一个机器人装置R1的基部1布局在从作业员W1隔开比长度RL1(long)短的距离的位置，将另一个机械装置R2的基部1布局在从另一个机械装置R1的基部1隔开比例如长度RL1(long)短的距离的位置。该布局中，一个机器人装置R1的可动区域MR1与基于作业员W1的到达区域MM1在区域C1中部分地重叠，两台机器人装置R1、R2的可动区域MR1、MR2在区域C2相互地至少部分地重叠。该布局能够执行两台机器人装置和作业员W协同作业。

同样地，如图13(b)所示，作业台，例如沿组装线的一侧，可以将机器人装置R3的基部1与作业员W2相邻地布局，在线的相反侧，另一个机器人装置R4可以将基部1布局在与作业员W2大致相对的位置。可以将一个机器人装置R3的基部1布局在从作业员W2隔开比长度RL1(long)短的距离的位置，将另一个机器人装置R4的基部1布局在从作业员W2隔开比长度RL1(long)短的距离的位置。在该布局中，机器人装置R3的可动区域MR3与基于作业员W2的到达区域MM2在区域C1部分地重叠，机器人装置R4的可动区域MR4与基于作业员W2的到达区域MM2在区域C2至少部分地重叠。另外，机器人装置R3的可动区域MR3与机械装置R4的可动区域MR4至少部分地重叠。该布局中，两台机器人装置能够执行与作业员W协同作业，另外，也可以执行两台机器人装置彼此协同作业。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

附图标记说明

1：基部

2：臂部

3：末端效应器

J1、J2、J4、J5、J6：旋转关节部

J3：直动关节部

11a：第一支撑体

11b：第二支撑体

11c：第三支撑体

20：第二连结链节排

21：第一连结链节排

22：第二连结链节

23：第一连结链节

26：结合链节

MR：机器人装置的可动区域

MM：作业员的到达区域

WAR：机器人装置的作业区域

WAM：作业员的作业区域

W：作业员

OR：占有区域

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

机器人装置，具有基部以及臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物与作业员协同执行作业，

在伴随着围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域与基于所述作业员的作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，从所述作业台观察，所述基部配置在与所述作业员相邻的位置。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述基部配置在夹着所述作业台与所述作业员相对的位置。

4.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

在伴随着围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域内，对所述机器人装置施加的作业区域与基于所述作业员的作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。

5.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

以使伴随着围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域干扰所述作业员的方式，配置所述基部。

6.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

机器人装置，具有基部以及臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物执行作业，

以在伴随着围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域外，并且作业员位于所述基部的背侧附近的方式，配置所述基部。

7.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

以作业员位于将从所述臂部的最大伸展时的所述第一轴至所述臂部的前端的长度作为半径的所述第一轴为中心的大致扇形状的区域的内侧的方式，配置所述基部。

8.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

多个机器人装置，具有基部以及臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物执行作业，

以使伴随着围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域在所述多个机器人装置间相互至少部分地重叠的方式，配置所述多个机器人装置各自的所述基部。

9.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

机器人装置，具有基部以及臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物与作业员协同执行作业，设置在所述作业台的附近，

在从所述作业员相比所述臂部最大地伸展时的从所述第一轴至所述臂部的前端的长度近的位置，配置所述基部。

10.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

在从所述作业员相比所述臂部最大地收缩时的从所述第一轴至所述臂部的前端的长度近的位置，配置所述基部。

11.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

机器人装置，具有基部以及臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物执行作业，设置在所述作业台的附近，

将从所述第一轴至所述臂部的前端的长度作为半径的大致扇形状的区域以包括对所述机器人装置施加的作业区域的方式而设置，在所述大致扇形状的区域的扇中心配置所述基部。

12.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

将从所述第一轴至所述臂部的前端的长度作为半径的大致扇形状的区域以对附近的干扰物进行干扰的方式设置，在所述大致扇形状的区域的扇中心配置所述基部。

13.一种机器人系统，其特征在于，包括：

作业台，载置作业对象物；以及

在伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域与所述作业员的正面假定的正面作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。

14.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对作业对象物与作业员协同执行作业，其特征在于，

在伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域与基于所述作业员的作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。

15.根据权利要求14所述的机器人装置，其特征在于，所述基部配置在与所述作业员相邻的位置。

16.根据权利要求14所述的机器人装置，其特征在于，所述基部配置在与所述作业员相对的位置。

17.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物与作业员协同执行作业，其特征在于，

在伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域内的对所述机械装置施加的作业区域与基于所述作业员的作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。

18.一种机器人装置，具有：基部；以及

以使伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域干扰所述作业员的作业区域的方式，配置所述基部。

19.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对作业对象物执行作业，其特征在于，

以在伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域外，并且作业员位于所述基部的背侧附近的方式，配置所述基部。

20.一种机器人装置，具有：基部；以及

21.一种机器人装置，具有：基部；以及

以使伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域在其他机器人装置间相互至少部分地重叠的方式，配置所述基部。

22.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对作业对象物与作业员协同执行作业，设置在所述作业台的附近，其特征在于，

在从所述作业员相比从所述臂部最大地伸展时的所述第一轴至所述臂部的前端的长度近的位置，配置所述基部。

23.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对作业对象物与作业员协同执行作业，设置在所述作业台的附近，其特征在于，

在从所述作业员相比从所述臂部最大地收缩时的从所述第一轴至所述臂部的前端的长度近的位置，配置所述基部。

24.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对作业对象物执行作业，设置在所述作业台的附近，其特征在于，

将从所述第一轴至所述臂部的前端的长度作为半径的大致扇形状的区域以包含对所述机器人装置施加的作业区域的方式而设置，在所述大致扇形状的区域的扇中心配置所述基部。

25.一种机器人装置，具有：基部；以及

将从所述第一轴至所述臂部的前端的长度作为半径的大致扇形状的区域以对附近的干扰物进行干扰的方式而设置，在所述大致扇形状的区域的扇中心配置所述基部。

26.一种机器人装置，具有：基部；以及

臂部，所述臂部具有所述基部的大致中心线所涉及的围绕第一轴的扭动旋转性、与所述第一轴正交的围绕第二轴的弯曲旋转性、以及与所述第二轴正交的沿第三轴的直动伸缩性，为了通过安装在所述臂部的前端的末端效应器，对所述作业对象物执行作业，设置在所述作业台的附近，其特征在于，

在伴随围绕所述第一轴及所述第二轴的旋转和沿所述第三轴的直动伸缩的所述臂部的可动区域与在所述作业员的正面假定的正面作业区域至少部分地重叠的位置，配置所述基部。