[发明专利]用于运动和定位抓持单元的方法和设备以及设置有抓持单元的机器人

说明书

技术领域

本发明涉及运动和定位机器人的抓持单元。更准确地，本发明涉及借助于缆线运动和定位机器人抓持单元。

背景技术

多种机器人在不同工业任务中的使用从现有技术中已知。机器人例如用于多种组装任务中，通常用于必须非常准确重复的任务中，例如电路板的制造。在这种情况下，机器人通常设置有抓持待组装部件并将其准确地放置在待组装产品的正确位置的抓持元件。一种用于机器人使用的重要应用是焊接，其中机器人根据其中编程的逻辑程序同样特别是在困难地点快速和准确地进行焊接操作。包装工业也使用多种不同的机器人，例如用于包装物品的堆垛机器人。

特别是在包装工业中开发的用于应对小和重量轻物品的机器人是德耳塔机器人，其由在下端附接到同一基础主体或平面的三个臂形成，使得所述臂支承工作表面。德耳塔机器人的操作依赖于基于平行四边形控制，其中机器人在四个不同自由度上受到控制，即三个平移自由度(X，Y和Z)和一个转动自由度。德耳塔机器人的优势在于加速快，达到30g，以及相当高的速度，高达10m/s。

设置有操纵器的机器人的一个操作原理在于借助于缆线连接，以便控制操纵器。这种机器人的例子是Robocrane式机器人。Robocrane式机器人的操纵器通过六条缆线和与缆线连接的伺服绞盘控制，使得操纵器可以在所有六个不同自由度上运动，即三个平移自由度和三个转动自由度。

在此说明书中，术语“伺服绞盘”指的是设置有用于卷绕缆线的适当装置的伺服马达，例如在最简单的情况下是通过伺服马达转动的缆线卷筒。

其中例如抓持单元的操纵器借助于缆线控制的其它机器人的例子是Fraunhofer机构的单向控制缆线机器人，例如IPAnema，其借助于八条缆线控制。

设置有通过多条缆线控制的抓持单元的这些机器人的问题例如有抓持单元的振动，来自不同方向的缆线使其难以限定机器人的工作空间，以及所需伺服绞盘的数量和每条缆线所需的控制增加了机器人的制造成本。除此之外，所需控制逻辑和影响运动性能是复杂的。

即使常规工业机器人已经用于许多不同的工业领域，它们不能很好适用于其中机器人及其操纵器(例如抓持单元)例如受到冲击并需要与连续改变的目标一起工作的任务。

这种类型的工业领域之一是废弃物分拣，其中废弃物材料被连续馈送以便例如在输送带上分拣。在这种情况下，分拣的物体的形状不同，并且材料流的形式连续改变。这种分拣工作中，同样需要机器人快速工作运动，这进一步增加了已知机器人在极有可能碰撞的情况下损坏的可能性。此外，现有技术机器人极为精密，实际上使得机器人的成本很高，特别是在例如废弃物分拣的活动中不需要这种高精度时。此外，已知机器人过于缓慢，而不有效进行废弃物分拣，并且可能的速度增加(由于传统的沉重结构)造成过高的转矩，这特别在碰撞情况下会是灾难性的。

发明内容

通过根据本发明的用于运动和定位机器人抓持单元的解决方案，借助于缆线实现了抓持单元的快速和准确的控制系统，其中使得与抓持单元碰撞相关的可能问题最小化。该解决方案基于抓持单元紧固中使用的机械紧固布置，由此抓持单元的至少一个或多个自由度被移除，使得相应的抓持单元控制可以通过较少的缆线和所连接的伺服绞盘来实现。这种机械紧固布置在使用抓持单元的同时还提供用于导引和连接所需钢丝/缆线的有利排布，例如到抓持单元的电气和数据缆线或气动或液压管。

因此根据本发明的抓持单元的结构简化的运动和定位显著简化了控制抓持单元时所采用的可编程逻辑，以及使用抓持单元的整个机器人的结构。这种简化的结构使得根据本发明的布置特别耐用和轻质，这意味着其操作中所采用的速度可以增加。

在特别有利的解决方案中，根据本发明的布置可适用于用于分拣废弃物的机器人。在这种情况下，通过机器人操作的物体重量通常为0.1-5kg，但是在根据本发明的布置中，在需要时，最大重量可以通过简单的结构调节升高到几十或甚至几百千克。

与已知缆线机器人相比，通过使用根据本发明的抓持单元的机械紧固，容易实现用于抓持单元的圆形或弯曲路径，这是只通过缆线实现的最容易出问题的运动形式，并且在控制缆线的紧固点之间需要长的距离。

与已知门式机器人，即借助于控制轨道控制的机器人相比，基于缆线和抓持单元的机械紧固的根据本发明的布置的使用造成更简单的结构和显著改善的碰撞耐用性。