[发明专利]气动安全联锁

说明书

一种机器人工具更换器，通过在工具更换器坐置在工具架上并且与工具架适当地对准的情况下仅向气动耦合机构的解耦端口提供气动流体来确保固有安全的解耦操作。将用于解耦气动耦合机构的气动流体从空气源引导到工具架。工具架中的直通管道使气动流体返回到工具更换器中通向气动耦合机构的解耦端口的气动路径。因此，所述工具更换器必须坐置在工具架上，以便所述解耦端口接收气动流体进行操作。此外，在工具架和解耦端口之间的气动路径上插入安全耦合件。安全耦合件要求工具更换器坐置在工具架上，并与工具架正确对准，以实现气动流体的流动，否则，气动流体将排放到大气中。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下专利申请的权益：2019年8月26日提交的美国专利申请No.16/550928，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及机器人技术，并且具体地涉及接收动力以从工具架解耦的固有安全的机器人工具更换器。

背景技术

工业机器人已成为现代制造业不可缺少的一部分。无论是在洁净室中将半导体晶片从一个处理室转移到另一个处理室，还是在汽车制造厂的地板上切割和焊接钢材，机器人都在恶劣的环境中以高精度和可重复性不知疲倦地执行许多制造任务。

在许多机器人制造应用中，利用相对通用的机器人臂来完成各种任务是成本有效的。例如，在汽车制造应用中，机器人臂可用于在一个生产阶段期间切割、磨削或以其它方式成形金属部件，并且在另一个阶段中执行各种焊接任务。不同的焊接工具几何形状可以有利地与特定的机器人臂配合，以在不同的位置或不同的取向执行焊接任务。

在这些应用中，工具更换器用于将不同的机器人工具匹配到机器人。工具更换器的一半，称为主单元，永久地固定在机器人臂上。另一半称为工具单元，固定到机器人可利用的每个机器人工具。机器人可利用的各种机器人工具通常在机器人臂的运动范围内存储在工具架中，所述工具架的尺寸和形状被设计为在不使用时牢固地保持每个工具。当机器人臂将主单元定位在机器人臂的末端上、邻近连接到位于工具架中的期望机器人工具的工具单元时，致动耦合机构，该耦合机构将主单元和工具单元机械地锁定在一起，从而将机器人工具固定到机器人臂末端。因此，工具更换器在机器人臂和各种机器人工具之间提供一致的机械接口。工具更换器还可以将公用设施传递给机器人工具。

机器人工具可能需要公用设施，例如电流、气压、液压流体、冷却水、电子或光学数据信号等用于操作。当同一机器人使用许多不同的工具--需要不同的公用设施时，每次更换工具时，都必须手动建立公用设施连接。为了消除该过程，机器人工具更换器的一个重要功能是提供公用设施传递模块。这样的模块可以附接到机器人工具更换器的主单元和工具单元上的标准化位置。所述模块包括配合端子、阀连接、电连接器等，使得当所选工具被耦合到机器人臂时所选工具可利用公用设施。许多工具更换器包括围绕其外围的一个或多个标准尺寸的“壁架”，根据需要，各种公用设施通过模块可连接到该壁架上。工具更换器和公用设施传递模块在机器人技术领域中是公知的，并且可从诸如受让方(北卡罗来纳州的Apex的ATI Industrial Automation)购得。

如上所述，当不使用时，每个机器人工具被存储在机器人臂的操作范围内的专用机架或工具架中。机器人臂控制器软件“记住”每个机器人工具所在的位置，并且在工具更换器的解耦之前，每一个机器人工具返回到其工具保持架中精确的相同位置。类似地，机器人臂控制器软件精确地“知道”下一个期望的机器人工具被存储在何处，并且其将工具更换器的主单元定位(在机器人臂上)邻近工具单元(在期望机器人工具上)，然后致动工具更换器以将下一个机器人工具耦合到机器人臂。

在制造环境中，安全是最重要的问题。各种工作场所规则管理大型工业机器人的使用，重型机器人工具附接于其上。例如，ISO13849，“机械安全-控制系统的安全相关部件”定义了五个性能水平(PL)，记为A至E。性能水平D(PLD)是许多工业机器人应用的强制要求，要求每小时发生危险故障的概率小于106，即危险故障之间至少运行一百万小时。