[发明专利]包括可折叠机械臂的机器人系统

说明书

背景技术

对能够在狭窄的工作空间内紧贴工作面精确定位末端执行器的需求一直存在。同时也存在对操纵末端执行器穿过进入端口并进入狭窄的工作空间的机器人系统的需求。

发明内容

在一个实施例中，系统包括末端执行器，用于定向末端执行器的机械腕；以及可折叠成堆叠的机械臂。该机械腕安装到机械臂最末端的连杆。

在另一实施例中，系统包括机械臂，该机械臂具有多个连杆以及平行轴接头配置，从而使所述连杆能够与堆叠在彼此顶部的连杆一起被折叠成紧凑结构。该系统还包括安装到机械臂最末端的连杆的机械腕，以及安装到机械腕的末端执行器。该机械臂被用来定位末端执行器，而机械腕被用来定向末端执行器。

附图说明

图1为机器人系统的框图。

图2a及2b为机器人系统实施例的示图。

图3为末端执行器及机械腕的示图。

图4为具有狭窄工作空间及通向该狭窄工作空间的进入端口的构造的示图。

图5为应用图2a及2b的机器人系统的方法的示图。

具体实施方式

参照图1，其图示说明机器人系统100。该系统100包括末端执行器110。该末端执行器110的设计取决于其所意图的任务。例如，末端执行器可以被设计用来支持检查工具(例如，借助照相机或其他传感器)、切割操作(例如，钻孔、冲孔或铣削)、紧固操作(例如，通过铆钉或螺丝)或其他组装操作。

系统100也包括用于定向末端执行器110的机械腕120。该机械腕120不局限于任何特定类型。机械腕120的活动范围和自由度由不同工作面所具有的方位的数量决定。作为另一个示例，具有三个自由度的球腕可以被用来定向末端执行器110。

系统100还包括具有可折叠成堆叠的多个连杆的机械臂130。该机械臂130可以为具有多个连杆及平行轴接头配置的SCARA型机械臂(缩写SCARA指的是Selective Compliant Articulated Robot Arm，即选择顺应性铰接机械臂)。这些接头的轴可以标称地与重力矢量平行，从而使各接头的轴上的重力扭矩最小。多个连杆可以与堆叠在彼此顶部上的连杆一起被折叠成紧凑结构。

机械臂130定位末端执行器110。机械腕120允许末端执行器110到达机械臂130自身可能达不到的方位。

系统100还可以包括用于定位，升高和倾斜机械臂130底座的外部设备140。该设备140对于具有狭窄工作空间以及通向该工作空间的进入端口的结构具有特殊实用性。设备140可以操纵折叠的机械臂130经过进入端口并进入狭窄工作空间内。例如，设备140可以包括具有三个自由度的底座，以用于沿垂直轴移动机械臂130(即调整机械臂130的高度)，围绕垂直轴旋转机械臂130以及俯仰以上下摆动整个机械臂130。一旦处于工作空间内，机械臂130就可以被展开并用于在工作空间内紧贴工作面定位末端执行器110。

此外，机器人系统100可以安装在托架组件150上。该托架组件150可以用于沿地面移动系统100以将该系统100关于进入端口定位。

现在参照图2a，其图示说明机器人系统210的示例。机器人系统210包括具有通过接头224连接的多个连杆222的机械臂220。接头224定向为平行轴。尽管图2a中图示说明五个等长的连杆222，但本文所述的机械臂并不受此限制。

接头224可以包括用于折叠和展开臂220的轴承和致动器(如电动机)。这些接头的轴可以标称地与重力矢量平行。接头的这种布置可以使各接头224上的重力扭矩最小。如果所有的主要承重接头都与重力平行，则致动器的尺寸及功率的要求急剧下降。

机器人系统210还包括机械腕230和末端执行器240。机械腕230被安装到最后连杆的端部。同样显示了用于定位、升高和倾斜的致动器系统250以及机械臂220。

现在参照图2b，其图示说明与其堆叠在彼此顶部的连杆222一起处于紧凑结构中的机械臂210。图2b所示的连杆222的结构被称为“同延堆叠”。图2b还显示了机械腕230，该机械腕230被定向为使得其与末端执行器240均处于最后连杆上的装入(stow)位置中，这使机器人系统210更为紧凑。

参照图3，其图示说明末端执行器300与机械腕310的示例。机械腕310模拟具有三个自由度的球腕的运动学。机械腕310包括用于控制末端执行器300的俯仰、偏转和摇摆的第一、第二和第三转动接头320、330和340。