[发明专利]用于在可编程运动系统中的软管布线的系统和方法

说明书

公开了一种可编程运动机器人系统，其包括：多个臂部段，所述多个臂部段在多个接头处相互接合以形成铰接臂；以及软管，其将所述可编程运动机器人系统的末端执行器联接到真空源，所述软管在所述软管的接头部分中附接到所述多个臂部段中的相互附接到所述多个接头中的接头的至少两个相邻臂部段，使得所述软管的所述接头部分基本保持在由当围绕所述接头旋转时所述相互相邻的臂部段的运动限定的任何平面外侧。

优先权

本申请要求于2019年2月27日提交的序列号为62/811,291的美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本发明总体上涉及可编程运动系统，并且具体涉及其任务是将物体从一个位置移动到另一个位置的机器人系统，诸如机器人拾取和放置系统。这样的系统的应用可以包括任何可能受益于自动化的材料处理系统，包括自动化包裹处理、自动化订单履行或自动化商店库存补货。

一些这样的机器人拾取和放置系统可以采用真空抓取来拾取物品。许多常见的真空系统使用文丘里泵在末端执行器处产生真空，这涉及提供高压(例如，80psi)空气吹过孔以在所述孔处产生真空，并且所述真空用于拾取物体，诸如产品、包裹、盒子、运输袋等。这些系统需要足够低的空气量，小直径(例如，小于1/4”)软管可使用所述足够低的空气量来在末端执行器处供应高压空气。这种小直径软管足够柔性，例如，具有足够小的弯曲半径，使得它们可以以适应机器人(例如大工作空间中的铰接臂)的运动的方式容易地布线到末端执行器。在这样的系统中，例如，软管的布线通常遵循铰接臂的轮廓，随着铰接臂的每个接头弯曲或旋转。

另一方面，一些机器人拾取和放置系统被设计用于抓取无法防止泄漏的物品。为了维持真空，系统需要补偿泄漏造成的空气损失。因此，与上述文丘里泵产生的真空方法相比，这样的系统必须能够通过真空夹持器抽吸大量空气。这些更高流量的真空源通常不能在末端执行器处产生，而通常由放置在机器人附近的固定鼓风机产生。然而，在这样的系统中，不是通过小直径软管将少量高压空气推到末端执行器，而是借助于通过更大直径的软管的更低压的真空从末端执行器中抽出更多的空气。由于软管中的摩擦力随空气速度的平方而增加，因此更高的气流需要更大直径的软管。对于相同体积的空气流量，将软管直径加倍会使所需的空气速度减半，因此更大直径的软管会减少摩擦和损失。

然而，较大直径的软管存在问题。较大直径的软管柔性较差，占用更多空间，并且较重，所有这些都使得机器人难以在大工作空间内自由移动。较大的软管需要足够坚固以承受真空下的塌缩，但又需要足够柔韧性以提供足够的柔性以适应机器人臂在其工作空间中的移动。许多这样的软管由塑料制成，并且通过设计成螺旋形唇缘结构而获得它们有限的柔性，其中例如沿着软管的长度提供连续的螺旋形唇缘。例如，图1在10和12处示出了两个这样的软管。软管10包括螺旋形唇缘14，并且可以具有约2cm至约4cm的内径d₁。软管12包括螺旋形唇缘16，并且可以具有约4cm至约8cm的内径d₂。

在软管中形成弯曲的地方，唇缘中的弯曲具有一定的移动自由度，从而使整个软管具有一定的弯曲柔顺性。然而，连续唇缘中的弯曲可能在循环载荷下失效，例如，如果软管反复弯曲超过其预期弯曲半径，或者如果软管在相对较长的时间段内反复弯曲和未弯曲。例如，机器人拾取和放置系统每年可能会进行数百万次来回运动，而使软管每年弯曲数百万次的设计不当的空气处理设计将导致软管失效。