[发明专利]用于操作由机械手驱动的工具的附加工具轴的方法和装置有效

专利信息
申请号: 201010188430.2 申请日: 2010-05-28
公开(公告)号: CN101898356A 公开(公告)日: 2010-12-01
发明(设计)人: 安得鲁·史特罗布尔;克里斯汀·逊勒;金特·韦德曼 申请(专利权)人: 库卡机器人有限公司
主分类号: B25J9/22 分类号: B25J9/22;B25J13/00;B23K26/10
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 谢顺星
地址: 德国奥*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 用于 操作 机械手 驱动 工具 附加 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种用于操作工具的附加工具轴的方法及装置,该工具由机械手,特别是机器人,驱动。

背景技术

例如,由US6,787,729 B2获知,焊把形式的工具通过六轴工业机器人驱动。在此工具-在机器人的工作范围的框架下-以任意长度和方向安装在笛卡尔空间中。附加的线性工具轴使得焊把的安装成为可能。US6,787,729 B2提出线性工具轴的控制可以集成在机器人的控制装置中,其也控制机械手轴。

由DE 10 2004 011 769 B3获知,用六轴工业机器人驱动远程激光头,它的燃烧宽度通过可移动的线性单元调节。在机器人的控制装置中嵌入一个程序,通过机器人手轴的运动来引导激光光束。DE 202007 018 689 U1也提出,激光光学系统通过变换机器人的轴的方法来修正激光的焦点位置。

迄今为止,关于通过机械手的控制装置来触发附加工具轴在实践中通常是这样进行的,即首先预先设定工具轴的预期轴位置,例如线性驱动器的位置或伺服电机的角度。这可例如在线通过所谓的训练(Teachen)或离线通过可编程代码进行。储存所预先设定的预期轴位置。在实施这种所储存的工作程序时控制装置读入所储存的预期轴位置,并根据这个预期轴位置控制诸如线性驱动器或伺服电机的致动器。

这种方法具有许多缺点,在远程激光焊接的例子中说明得很清楚。一方面,激光头的聚焦光学系统的燃烧宽度与所应用的激光的波长有关。假如现在为了工作程序的训练或检测而应用较弱的定位激光器,它的波长与工作操作中所使用的过程激光器存在差别,那么定位激光器在工件上的聚焦要求聚焦光学系统的驱动器的其他预期轴位置作为过程激光器的聚焦。另一方面,聚焦光学系统的燃烧宽度极其非线性地与聚焦光学系统的轴位置有关。假如例如燃烧宽度增加10mm,以在待焊接的工件上形成沉积物,那么这10mm不能在相应的预期轴线位置简单成比例地进行换算,特别是离线编程进一步使得这种精确地产生期望燃烧宽度的预期轴位置变得难以实现。

采用现有的控制装置,其提供直接预先设定的预期轴位置,然后在考虑工具的补偿和传动的情形下开始进行,所以不可能最佳地控制任意的工具轴,特别是这样的与轴位置或诸如激光波长的其他工具参数有非线性关系的工具轴。

发明内容

所以本发明的目的是改善机械手驱动的工具的附加工具轴的操作。

该目的通过具有权利要求1的特征部分所述的方法实现。权利要求13提供了一种装置,权利要求14或15提供了一种计算机程序或计算机程序产品,特别是存储介质或数据载体,用于实施权利要求1所保护的方法。从属权利要求涉及优选的改进方案。

根据本发明提出的是,机械手所驱动的工具的工具轴的位置大小和对其起作用的工具轴的轴位置进行自动转换。这样的自动转换例如可以考虑激光的波长或燃烧宽度和轴位置之间的非线性关系,进而使得机器人驱动的远程激光头的有利的训练成为可能。根据本发明的一个方面,过程相关的和直观的位置大小以这种方式应用在工作或计算机程序中,这使得编程变得容易,因为操作员现在可直接预先给出或编辑位置大小,例如燃烧宽度。根据本发明的另一方面,工具轴的相反的轴位置可以更过程相关的和更可见的方式表示位置大小。例如在训练的面的检验期间聚焦光学系统所精确占用的轴位置向燃烧宽度转换,这向操作员进行了显示。

机械手通常具有一个或多个,优选为至少六个机械手轴,例如,弯曲臂机器人或SCARA机器人的转动轴或龙门架机器人(Portalroboter)的线性轴。通过机械手轴的轴位置的预先给出可在空间中所期望的位置和/或方向安装一个机械手驱动的工具。该位置例如可通过相对于参照系统的笛卡尔坐标给出,该方向例如可通过相对于参考系统的例如通过相对于参照系统的欧拉角或万向角给出。轴的位置或轴位置可特别表示为围绕旋转轴的角度或沿着平移轴的偏差,也就是坐标值,其描述运动轴的自由度。机械手轴的轴位置通过机械手的向前运动描述工具的位置和方向。相反地,通过反变换或求解工具(例如激光光学系统)在机械手轴的轴位置的空间上向后运动期望的长度和/或沿期望的方向向后运动来描述,所以工具的空间长度和/或方向通过机械手轴的轴位置预先给出。

另一方面,机械手驱动的工具具有至少一个附加的工具轴,例如线性驱动或伺服电机的轴,可用来调节激光头的聚焦光学系统。这种附加的工具轴确定成,优选与机械手轴、工具的位置大小(例如激光头的燃烧宽度或它的燃烧点的距离)无关或解耦。

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