CN101772403A - 工业机器人装置、工业机器人以及用于操纵物体的方法 - Google Patents

工业机器人装置、工业机器人以及用于操纵物体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工业机器人装置。该装置具有旋转接头，该旋转接头具有用于附接工具的附接部件。根据本发明，附接部件包括用于两种不同种类工具的至少两种不同的附接装置。第一附接装置(8、9)包括定位部件(9)，该定位部件限定所附接工具相对于旋转接头具有一定角位置。第二附接装置(10)被设置成使得所附接工具相对于旋转接头具有任意角位置。本发明还涉及设有本发明的装置的工业机器人以及一种用于操纵物体的方法。

Description

工业机器人装置、工业机器人以及用于操纵物体的方法
技术领域
本发明涉及一种工业机器人装置、一种工业机器人以及一种操纵物体的方法。所述工业机器人装置包括用于附接工具的附接部件。
背景技术
工业机器人包括操作装置和控制设备，操作装置在控制设备的帮助下执行工作范围内的任意操作。通常，这种操作装置包括支撑机械手的多个臂，工具设置在机械手上。在大多数机器人应用中，使用传统的六轴操作装置，该六轴操作装置具有充分的可动性从而通常以非常高的精度执行范围广泛的操作。然而，对于特定的应用来说，需要具有更少自由度却能更快操作的操作装置。这种操作装置可以以用于承载工具的机械手总是以预定方式定向在空间中的方式机械连接。
从US4976582和WO00/29177已知一种操作装置，通过该操作装置可动元件可以以保持的定向和保持的倾斜度相对于固定元件在空间中运动。该操作装置具有共同支撑可动元件的三个臂。这些臂中的每一个都围绕各自的第一轴线可旋转地轴颈支撑在固定元件中。臂支撑联动装置，联动装置的一端可旋转地轴颈支撑在臂的外部部分中，允许两个自由度的运动。在其另一端，联动装置支撑可动元件并轴颈支撑在其中，允许两个自由度的运动。
联动装置包括两个平行的连杆并被设置成与臂一起使得联动装置每一端的一个自由度构成围绕与各自臂的第一轴线平行的轴线的转动。因此，不管臂或联动装置的运动，这三个转动轴线都保持平行。这样，可动元件总是相对于固定元件具有相同的定向和倾斜度。然而，一种情况是臂的各自的第一轴线互成角度。这类工业机器人通常被称为并联运动学操作装置。
对于这类工业机器人以及各种其他类型的工业机器人的可动元件，可动元件设有用于附接操纵工具的旋转接头。因此，旋转接头具有用于特定种类工具的附接装置。
在很多情况下，机器人被应用于操纵需要不同种类工具的不同种类产品。当产品具有不同几何形状时就如此。可能还有需要更换工具的其他理由。例如，在食品行业，一种产品可能包括坚果，而另一种产品可能与坚果完全无关。如果一种产品不是旋转对称的，则在更换工具时需要对机器人进行重新校准。作为替代，待附接工具的板可以互换。但这需要卸下机器人的用于承载板的臂。这是非常复杂和耗时的。
本发明的目的是克服上述缺点并由此解决该问题，即在需要两种不同种类工具的情况下实现成本经济的操作。
DE202005003748U1公开了一种用于操作装置的具有一定灵活性的旋转接头。该旋转接头由模块构造，以允许不同数量的气动驱动件连接到旋转接头上。
发明内容
除非另外明确指明，在本申请的文本中，术语轴向、径向、角度和中心均以装置的旋转接头限定的轴线为参照。
上述问题通过根据本发明的第一方面加以解决，所讨论种类的装置具有以下具体特征：附接部件包括用于两种不同种类工具的至少两种不同的附接装置。所述附接装置的第一附接装置包括定位部件，该定位部件限定所附接工具相对于旋转接头具有一定角位置，且所述附接装置的第二附接装置被设置成使得所附接工具相对于旋转接头具有任意角位置。
由于有了两种附接装置，同一个旋转接头可用于两种不同种类的工具。当需要使用另一工具时，只要将安装的工具从其附接装置上拆下并将另一工具附接在另一附接装置上。由此将需要一定角位置的工具，例如夹持工具换成角定向并不重要的工具，例如像吸盘等旋转对称工具可以非常容易且低成本地进行，反之亦然。这在同一个工作过程中需要这些不同工具时提供了更高的效率。
因此，对于机器人的使用者来说，很大的好处在于不需要在更换工具时对要在其上附接工具的板进行重新校准或互换。这适用于非旋转对称工具与另一非旋转对称工具进行互换的情况以及旋转对称工具与非旋转对称工具进行互换的情况。
本发明还具有这样的好处，所述装置将附接非旋转对称工具的可能性与通常应用于旋转对称工具的有利的有效配重附件结合。因此，本发明为有效配重附件和包括角位置的附件都提供了可能性。
根据所述装置的一种优选实施方式，附接部件还包括被设置成使得所附接工具相对于旋转接头具有任意角位置的第三附接装置。
该实施方式体现了应用本发明的发明构思的更进一步，即允许更高自由度互换工具。因此，该实施方式例如在吸盘之外要采用另一旋转对称工具时尤其引人关注。该实施方式还具有这样的好处，即也是在只需要一个旋转对称工具的情况下，旋转接头适用于具有不同附接装置的这种工具。
根据另一优选实施方式，第一附接装置包括具有多个轴向孔的径向圆周装配表面。
这是用于要求一定角位置的这种工具的标准类型的附接装置。因此具有与其适应的好处。另一好处在于：用于要求一定角位置的工具的附接装置因此可比另一附接装置更加远离轴线定位。这增加了角精度。
根据另一优选实施方式，至少一些孔是带螺纹的。
这也是适应待附接的这类工具的通常设置方式的措施并进一步增加了将本发明的旋转接头用于现有工具的可能性。
根据一种优选实施方式，第二附接装置包括中心螺纹孔。
同样，这也是适应不需要注意其角位置而安装的工具的通常结构的一种措施，出于与上面提到的相同的理由，这也是有好处的。中心布置也有助于获得使第一附接装置可径向设置得更远的关系。
根据另一种优选实施方式，第三附接装置包括直径不同于第二附接装置的所述孔的直径的中心螺纹孔。
这使旋转接头更加灵活地适应于现有工具结构。
权利要求1的从属权利要求描述了本发明的旋转接头的上述优选实施方式。
本发明的工业机器人的具体特征在于设置有根据本发明或者本发明的任一种优选实施方式的装置。
该机器人具有与上面提到的本发明的装置及其优选实施方式相同的好处。
根据一种优选实施方式，工业机器人是并联运动学操作装置。
尽管所述装置也可用于其他类型的工业机器人，但其特别引人关注的好处是与这种类型的机器人相关的。
根据又一种优选实施方式，机器人被设置用于快速运动，快速运动是指运动的周期时间在0.1到1.0秒的范围内，特别优选在0.3到0.6秒的范围内。
由于快速机器人会出现很多需要利用两种不同种类工具工作的情形，因此本发明的旋转接头获得的好处在这种情形下尤其引人关注。
根据本发明的又一方面，提供一种用于操纵物体的方法，该目的通过由根据本发明的工业机器人来操纵这些物体而得到满足。
通过本发明的方法，能够实现与上面提到的对应的好处。
根据本发明的方法的一种优选实施方式，所述物体是食品。
对于本发明的旋转接头，工作过程的类型是非常重要的，尤其在食品行业中，工作过程期间时常需要交换工具。因此，该实施方式特别重要。
根据又一种优选实施方式，所述方法包括交替地将第一工具附接到所述第一附接装置和将第二工具附接到第二附接装置，并交替地利用所述第一工具和第二工具操纵所述物体。
因此，本发明的机器人提供的可能性得到了应用并因此使其好处变得有价值。
权利要求10的从属权利要求描述了本发明的方法的上述优选实施方式。
通过以下参照附图对本发明的有利实施例的描述对本发明进行详细解释。
附图说明
图1是工业机器人的立体图。
图2是图1中的装置的旋转接头的立体图。
图3是适于附接到图2的旋转接头的第一工具的示意侧视图。
图4是适于附接到图2的旋转接头的第二工具的示意侧视图。
具体实施方式
图1示出了一种类型的工业机器人，根据本发明的旋转接头特别适用于该类型的工业机器人。图1的机器人是通常被称为并联运动学操作装置的类型。该操作装置包括可动构件2和一个固定的基本构件1。基本构件1具有三个致动器(未示出)，每个致动器被设置用来使控制臂3枢转运动。每个控制臂3的外端通过联动装置5连接到一对连杆4。每对连杆在其另一端通过联动装置6连接到可动构件2。无论控制臂如何运动，可动构件2都保持与其自身平行。图1中所示类型的操作装置是公知的，因此不必进行详细解释。
在可动构件2上设置用来附接工具的旋转接头7。工具附接到可动构件2的下侧。旋转接头7设置在可动构件2的通孔中。软管(未示出)在可动构件2上方径向连接到旋转接头7。
图2示出了可动构件2的下侧。工具可通过两种不同种类的附接装置中的任一种附接到旋转接头7。
第一附接装置由围绕旋转接头的轴线0同心设置的圆周表面8形成。表面8是可进行角度调节的板的表面。该表面设有许多螺纹孔9。第一类工具可通过借助螺栓将该工具紧固到圆周表面8而附接到旋转接头。由此，工具将相对于旋转接头具有被限定的角位置。该第一附接装置因此适用于类似夹持构件的工具。
第二附接装置由与旋转接头的中心孔10同轴的中心螺纹孔11形成。这使工具能够旋紧到该孔中。
螺纹孔10、11适于附接例如吸附器等不需要一定角位置的工具。
第三附接装置由与中心孔10同轴的螺纹孔11形成并且其直径小于中心孔10。
在图3中示意性示出了设有夹持装置21的夹持工具20。夹持工具20适于附接到旋转接头7上的第一附接装置8、9。在凸缘22上设置有多个孔23，以与第一附接装置的孔9匹配并通过螺栓附接到孔9。
在图4中示意性示出了设有吸盘31的吸附器工具30。吸附器工具30适于附接到旋转接头7上的由螺纹孔10构成的第二附接装置。吸附器工具具有与螺纹孔10配合的外螺纹32。
当描述的工业机器人应用于需要交替通过吸附器进行拾取操作和通过夹持工具进行夹持操作的工作过程时，图3和图4所示的工具20、30相互交换。

Claims (12)

1.一种工业机器人装置，包括具有用于附接工具的附接部件的旋转接头(7)，该装置限定轴线(0)，该装置的特征在于，所述附接部件包括用于两种不同种类工具的至少两种不同的附接装置，所述附接装置的第一附接装置(8、9)包括定位部件(9)，该定位部件限定所附接工具(20)相对于所述轴线(0)具有一定角位置，且所述附接装置的第二附接装置(10)被设置成使得所附接工具(30)相对于所述轴线(0)具有任意角位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述附接部件还包括第三附接装置(11)，该第三附接装置被设置成使得所附接工具相对于所述轴线(0)具有任意角位置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一附接装置(8、9)包括具有多个轴向孔(9)的径向圆周表面(8)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述孔(9)的至少一些是带螺纹的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二附接装置(10)包括中心螺纹孔。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三附接装置(11)包括直径不同于所述第二附接装置的所述孔的直径的中心螺纹孔。
7.一种工业机器人，其特征在于，所述机器人包括根据权利要求1至6中任一项所述的装置。
8.根据权利要求7所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人是并联运动学操作装置。
9.根据权利要求7或8所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人被设置用于快速运动，快速运动是指运动周期时间在0.1到1.0秒的范围内，优选在0.3到0.6秒的范围内的运动。
10.一种用于操纵物体的方法，其特征在于，所述物体由根据权利要求7至9中任一项所述的工业机器人操纵。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述物体是食品。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，交替地将第一工具附接到所述第一附接装置上和将第二工具附接到第二附接装置上，并交替地利用所述第一工具和第二工具操纵所述物体。
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