CN101628413B - 工业机器人和用于运行工业机器人的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业机器人(1)，其具有机器人臂(3)和与该机器人臂(3)相连接的数据采集模块(7)，该数据采集模块设计为用于无线通讯，其特征在于，该数据采集模块(7)具有利用换能器单元(21)实现的自给自足的能量供应，借助于该换能器单元，机械能可以转换为电能，其中为此充分利用了来自机器人臂(3)的运动的能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有机器人臂和数据采集模块的工业机器人。本发明也涉及一种用于运行这种工业机器人的方法。
背景技术
由DE 102006009979A1已知了一种与现场用仪表进行无线通讯的设备。在工业自动化中存在这种趋势，即越来越多的无线通讯应用于自动化网络中。在过程邻接(prozessnahe)的自动化组件中布线的取消就会导致在构建过程技术设备时大量的费用节省。但是在传感器与数据模块的无线连接时的核心问题在于提供自给自足的能量供应，因为为能量供应而敷设电缆可能会显著地降低取消数据导线的优点。DE 102006009979A1建议应用一种无线模块，其中电池存储器通过能源管理单元提高寿命地运行。
DE 102006030834A1公开了一种用于监控机床加工过程的传感器系统。对于这样的传感器系统重要的是，其测量设备安装在加工工具附近，以便可以接收加工过程的相关的测量参数。能量供应在此显现了一个问题。当测量设备安装在机床的快速运动的部件上时，如工具主轴，通过电缆的能量供应是不利的。为了解决该问题，例如在DE 10163734A1中建议，按照变压器原理应用无线能量供应，其中能量无线地从初级线圈向次级线圈传输。与此相对地，DE 102006030834A1建议，应用两个能量供应系统，其中一个系统无线地接收来自周围电磁场的能量，而另外的系统是电池驱动的。
在论文“Energiewandlersysteme für den Betrieb von autarkenSensoren in Fahrzeugen(用于运行在汽车中的自给自足的传感器的能量转换系统)”，Gunther Naumann，德累斯顿技术大学，04.07.2003中，对于自给自足的能量供应的解决方案借助于在汽车中的机-电换能器进行了研究。在汽车中的电子系统的大量增加以及因此的传感器的大量增加导致了需求，即节省电缆以减少重量和费用以及提高可靠性。车辆的运动可以用于该传感器的自给自足的能量供应。对旋转地和平移地工作的换能器进行了研究。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种工业机器人，其具有仅需较少维护的、可简单和成本低地安装的通讯系统。本发明的另一个目的是提出一种相应的用于运行工业机器人的方法。
该目的根据本发明通过提出一种具有机器人臂和与机器人臂相连接的数据采集模块的工业机器人实现，该数据采集模块设计为用于无线通讯，其中数据采集模块具有利用换能器单元实现的自给自足的能量供应，借助于该换能器单元，机械能可以转换为电能，其中为此充分利用了来自机器人臂的运动的能量。
在上述自动化技术领域内在工业机器人中有着特殊条件。它们的复杂的、可自由定义的运动和经常是特别高程度的电磁辐射背景，例如在焊接机器人的情况下，但也由于机器人的驱动技术需要特别的用于通讯技术的措施。这项技术至少部分安装在机器人臂的末端，目的是利用传感器来控制或监控所实施的工作步骤和传输为此所必需的数据。基于机器人运动学的驱动技术已存在一种敷设电缆，因此无线通讯技术几乎确保不了优点，以及同时由于高噪声背景和附加的持续变换的在工作机器人臂上设置的通讯-和测量模块的位置，因而看来特别有问题。
但是本发明从这样的认识出发，即无线通讯技术仍然可以显示出巨大的优点，因为电缆基于机器人运动而经受了特殊的负荷以及由此增加的脆弱性和维护费用。为此本发明针对这种特殊应用情况提供了一种对于通讯技术自给自足运行的特别适合的能量存储器，该能量存储器充分利用机器人的运动并且因此原则上保持在机器人的全部寿命期间内。基于机电转换的能量存储器还显示出比例如从周围电场获取能量更大的能量密度，并且因此显示出发射功率的可能性，它们可以克服由高噪声背景、变换的位置以及由此可能出现的屏蔽效应所带来的问题。
换能器单元优选地将平移运动转换为电能。换能器单元优选地将旋转运动转换为电能。换能器单元进一步优选地将旋转和平移运动转换为电能。那么换能器单元可以与机器人的大多数的运动序列(Bewegungsablaeufe)相适应，以使得换能器单元达到特别高的效率。
数据采集模块优选地具有能量存储器，产生的电能可存储在该能量存储器中。那么能量不(仅)直接用于通讯或测量任务，而是倘使能量过剩，就存储在能量存储器中，例如蓄电池。
数据采集模块更优选地借助于工业W-LAN通讯标准，借助于蓝牙通讯标准或借助于ZigBee通讯标准进行通信。
数据采集模块优选地设置在机器人臂的最大平均运动的位置。
针对于方法的目的通过一种用于运行工业机器人的方法而实现，该机器人具有机器人臂和与机器人臂相连接的数据采集模块，该数据采集模块设计为用于无线通讯，其中数据采集模块具有利用换能器单元实现的自给自足的能量供应，借助于该换能器单元，机械能被转换成电能，以及其中为此充分利用了来自机器人臂的运动的能量。
这种方法的优点与工业机器人的优点的实施是相符合的。
附图说明
根据附图利用实施例更详细地说明本发明。附图所示为示意性的而不是按比例的：
图1：工业机器人，
图2：具有平移式换能器单元的数据采集模块，
图3：旋转式换能器单元。
具体实施方式
图1示出了工业机器人1。该工业机器人1具有多轴线运动的机器人臂3。在机器人臂3的末端设置有工作头5，利用该工作头可以实施工作步骤，例如在未示出的部件处的点焊。在工作头5上设置有数据采集模块7。该数据采集模块7通过无线通讯路径11与控制系统9(Leitsystem)通信。
在工业机器人1的运行中，进行该程序控制的工作步骤。为此通过未详细示出的传感器，例如距离传感器或摄像机对参数进行监控，这些参数例如可以实现对工作头的精确定位。传感器数据通过数据采集模块7无线传输到控制系统9上。该数据采集模块具有自给自足的能量存储器，如根据图2和3更详细说明的。
图2示出具有平移式换能器单元21的数据采集模块7，该换能器单元与能量存储器23相连。能量存储器23再与通讯单元25相连，通过该通讯单元可以实现无线通讯。换能器单元21具有永久磁铁31，该永久磁铁沿其纵向轴线悬挂在两个弹簧33之间。磁铁31设置在电线圈35中。平移运动导致磁铁31的振动，并因此导致在线圈35中电压的感应。该电压给能量存储器23充电，并且为通讯单元25提供电能。与无线系统的自给自足的能量供应的其它方法相比，该能源提供了高能量密度，并因此相比较地实现了高发射功率。
图3示出换能器单元21，其转换旋转运动。为此磁铁31旋转地设置在就旋转轴线而言具有不平衡性的半圆盘41上。磁铁设置在软磁轭43内，在其对面的铁心(Schenkel)上卷绕有线圈35。机器人臂3的旋转运动导致磁铁31的旋转，并因此导致在轭43中的磁通。该磁通在线圈35中再感应一个电压，该电压如上所述为数据采集模块7提供电能。利用这样的换能器也可以达到高能量密度。
Claims (14)
1.一种工业机器人（1），具有机器人臂（3）和与所述机器人臂（3）相连接的数据采集模块（7），所述数据采集模块设计为用于无线通讯，其特征在于，所述数据采集模块（7）具有利用换能器单元（21）实现的自给自足的能量供应，所述数据采集模块（7）还具有能量存储器（23）和通讯单元（25），其中所述换能器单元（21）连接至所述能量存储器（23），所述能量存储器（23）再与所述通讯单元（25）连接，借助于所述换能器单元，机械能可以转换为电能，其中为此充分利用了来自所述机器人臂（3）的运动的能量。
2.根据权利要求1所述的工业机器人（1），其中所述换能器单元（21）将平移运动转换为电能。
3.根据权利要求1所述的工业机器人（1），其中所述换能器单元（21）将旋转运动转换为电能。
4.根据权利要求1所述的工业机器人（1），其中所述换能器单元（21）将旋转和平移运动转换为电能。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工业机器人（1），其中所产生的电能可以存储在所述能量存储器内。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于工业W－LAN通讯标准进行通信。
7.根据权利要求5所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于工业W－LAN通讯标准进行通信。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于蓝牙通讯标准进行通信。
9.根据权利要求7所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于蓝牙通讯标准进行通信。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于ZigBee通讯标准进行通信。
11.根据权利要求9所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）借助于ZigBee通讯标准进行通信。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）设置在所述机器人臂（3）最大平均运动的位置。
13.根据权利要求11所述的工业机器人（1），其中所述数据采集模块（7）设置在所述机器人臂（3）最大平均运动的位置。
14.一种用于运行工业机器人（1）的方法，所述工业机器人具有机器人臂（3）和与所述机器人臂（3）相连接的数据采集模块（7），所述数据采集模块设计为用于无线通讯，其特征在于，所述数据采集模块（7）具有利用换能器单元（21）实现的自给自足的能量供应，所述数据采集模块（7）还具有能量存储器（23）和通讯单元（25），其中所述换能器单元（21）连接至所述能量存储器（23），所述能量存储器（23）再与所述通讯单元（25）连接，借助于所述换能器单元，机械能被转换为电能，其中为此充分利用了来自所述机器人臂（3）的运动的能量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150311 Termination date: 20200224 |