CN101855047A - 用于对物体进行处理和/或执行加工操作的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在物体上进行处理和/或执行加工操作的装置，包括：第一臂(2)和第二臂(3)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)各自具有第一端部(2a、3a)和第二端部(2b、3b)；支撑体(4)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)连接至所述支撑体(4)；支撑和移动构件(5)，其与所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的第二端部(2b、3b)相关联；以及至少一个第一线性电动机(6a)和至少一个第二线性电动机(6b)，所述至少一个第一线性电动机(6a)和所述至少一个第二线性电动机(6b)各自与相应的臂(2、3)相关联，以使所述相应的臂产生移动。

Description

用于对物体进行处理和/或执行加工操作的装置
技术领域
本发明涉及用于对物体进行处理和/或执行加工操作的装置。
具体地，本发明能在工业产业中应用在重几千克的小质量物体的移动系统中，该移动系统要求快速和精确移动。
背景技术
本发明能应用在称为“拾取和放置”系统的用于收集和定位产品的系统中、应用在产品包装或组装生产线上、应用在用于将产品分开和/或分类的机器中或者应用在物体处理系统中。
在特定情况下，本发明可以用在医学领域中，用于移动和处理手术器械，或者用在机械加工领域中，用于移动诸如铣刀、钻头、钳子或类似物的工具，或用于诸如激光器的精密仪器的大致移动和对准。
众所周知，这些系统使用由多个铰接联接机构构成的机械臂，机械臂的端部支承诸如钳子、吸盘或任何其它加工器具的工具。
具体地，在拾取和放置应用中，位于水平面上或者传送带上的物体被收集和移动，移动的方向与加工面平行或者物体的定向相对于该加工面改变，以便放到特定壳体或第二传送带的内部。
现有技术中发展出来的机器人体系结构基本上为两个类型：传统类型的臂(通常是仿人的)或者具有平行运动机构的自动装置。
大体而言，这两种方案都使用传统的致动器，该传统的致动器通常由与机械减速器相连的电动机构成，该机械减速器通常通过减小转速和增大扭矩值使得扭矩-速度特性适应于应用的需求。
仿人结构的限制实质上在于，致动器沿着构成臂的运动链系分布，从而在移动时涉及相当多的块体并且限制了操作的动态特性，由此限制了整个生产线的加工速度。要记住的是，对于每个臂而言，所要求的加工速度是每分钟收集200次的级别。
然而，传统的结构具有较大的工作空间并且通常需要更易于实现的控制算法。
平行运动机器通过将所有致动器集中在保持固定的自动操作区域而消除了上述动态限制，经由机械联接的复杂机械结构将运动传递给物体，该机械结构通常包括多于一个的臂，而该臂是轻的和刚性的。
尽管该方法给出了高动态水平，但是平行运动机械臂仅仅能够执行受限的工作空间。此外，在工作空间具有不能到达的区域进一步减小了有用的加工区域，在工作期间要避免不能到达的区域从而不使结构中断。最后，结构的复杂性使得控制算法的实现变得极为复杂。
对于这两者方案，其限制在于必须提供具有机械减速器的致动器，这除了构成额外的成本之外，还使得维护操作变得复杂，使得结构刚度变小，增大了系统中的噪声和振动，降低了系统可靠性并且使得控制过程变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的解决方案中所具有的缺陷。
具体地，本发明的目的在于提供用于在物体上进行处理和/或执行加工操作的装置，其将仿人结构的工作空间特性与平行运动机器的高水平动态特性和精确度结合起来。
换言之，本发明的目的在于提供用于在物体上进行处理和/或执行加工操作的装置，其能够减少在尤其是最靠近物体的区域中的运动块体，能够提供动态性能、明显较大的工作空间以及极为简单的控制结构。
此外，本发明的另一个目的在于提供用于在物体上进行处理和/或执行加工操作的装置，其设置有简化的运动结构，不具有诸如减速器、螺纹系统、用于将圆形运动转换为直线运动的系统等的辅助机械机构，从而降低了成本，增大了系统可靠性，能够更好地控制力和力矩，并且大大地简化控制算法。
附图说明
现在将借助附图中所示的用于物体的处理装置的非限制性例子、优选但非排它性的实施例进行说明，其中：
图1是根据本发明的用于处理物体的装置的透视图；
图2是图1的装置的细节正视图；
图3是图2的细节放大图。
具体实施方式
参考附图，1表示根据本发明的用于在物体上进行处理和/或执行加工操作的装置。
该装置1包括第一臂2和第二臂3，该第一臂2和第二臂3各自具有第一端部2a、3a和第二端部2b、3b。
有利地，臂2、3是直的并且沿着相应的纵向轴线Z延伸。两个臂2、3的轴线Z优选地彼此平行。
为了减轻装置的重量，第一臂2和第二臂3优选地由碳制成。
装置1还包括支撑体4，第一臂2和第二臂3通过其相应的第一端部2a、3a均连接至该支撑体4。
装置1具有与各个臂2、3的第二端部2b、3b相关联的支撑和移动构件5。该支撑和移动构件5优选地设计成支撑和移动工具9。
装置1至少包括分别与第一臂2和第二臂3相关联的第一线性电动机6a和第二线性电动机6b，以便移动其所关联的臂2、3。
具体地，各个线性电动机6a、6b使相应的臂2、3沿着直的滑动方向Z1、Z2移动。
臂2、3的滑动方向Z1、Z2优选地彼此平行，并且更优选地与两个臂2、3的轴线Z平行。
第一臂2的滑动方向独立于第二臂3的滑动。
由相应的线性电动机6a、6b触发的第一臂2和第二臂3能够沿着相应的滑动方向Z1、Z2交替移动，或者可以一起移动。
第一线性电动机6a和第二线性电动机6b优选地为无铁芯电动机。
在无铁芯线性电动机中，线圈布置在永磁体的两个面对的磁道之间，并且通量完全与线圈的圈数相结合。该无铁芯线性电动机内部不具有铁磁体核，使得电动机轻量化。
具体参考图3，支撑和移动构件5优选地是铰接的，并且至少包括第一连杆7和第二连杆8，第一连杆7和第二连杆8的相应第一端部7a、8a彼此铰接。
各个连杆的第二端部7b、8b铰接至相应的臂2、3。具体地，第一连杆7的第二端部7b铰接至第一臂2的第二端部2b，第二连杆8的第二端部8b铰接至第二臂3的第二端部3b。
如前所述，支撑和移动构件5支撑工具9；具体地，工具9连接至单个连杆，例如第一连杆7，如图3所示。
有利的是，工具9可以是诸如钳子或吸盘的夹持器具，或者是诸如钻头、铣刀、激光器或类似物的加工工具。在任何情况下，任何类型的工具可以根据需要连接至支撑和移动构件5。第一连杆7和第二连杆8与各个臂2、3的第二端部2b、3b一起限定了四连杆机构，使得工具9能够沿包含在+/-90°之间的圆周弧移动。
工具9扫过的圆周的范围取决于设计选择，具体取决于两个臂2、3之间的距离和连杆7、8的长度，其中所述距离通常是固定的。
通过传统的电动机10引起工具9绕其旋转轴线9a的运动，该电动机10与支承工具9的连杆相关联。
两个臂2、3均与支撑体4可滑动地关联。具体地，支撑体4包括第三线性电动机11，第一臂2和第二臂3通过其相应的第一端部2a、3a连接至该第三线性电动机11。
因此，线性电动机11包括线性引导件12和在该线性引导件上移动的滑块13。
各个臂2、3的第一端部2a、3a约束到滑块13上。
引导件12沿着方向X定向，该方向X是横向的，并且优选地与臂2、3的滑动方向Z1、Z2垂直。
这样，除了沿着圆周弧移动、绕旋转轴线9a旋转以及沿着与臂2、3的轴线Z平行的方向平移之外，工具9还可以沿着横向于臂2、3的轴线Z方向的方向平移。
本发明具有显著的优点，因为其提供了具有受限尺寸的结构，该结构能够管理为仿人结构的特征的工作空间，但是具有平行运动机器通常拥有的高动态特性和精确度。这是借助特别设计成能够采用方向运动新型致动器的非传统运动结构而获得的，该非传统运动结构不需要设置辅助机械机构。
线性电动机直接向其所应用的元件发送指令，避免了使结构加重的运动连接，增大了移动部件的数量并且减缓了机器的运行速度和动态特性。
使用无铁芯线性电动机的特别构造选择产生了显著的优点。
磁场是对称的，磁通量的得到极好的利用，没有吸力并且移动部件的质量较小。尽管类似的电动机不提供高推力水平，通常不超过2kN，但是其能够快速且精确地移动，最好是用于拾取和放置应用或直角坐标机器人。
碳臂有助于减轻装置的重量，线性电动机的构造简单简化了现有技术的装置通常具有的结构复杂性。
不具有辅助机械机构进一步降低了成本、提高了系统可靠性、能更好地控制扭力并且大大地简化控制算法。

Claims (17)

1.一种用于对物体进行处理和/或执行加工操作的装置，包括：
至少第一臂(2)和第二臂(3)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)各自具有第一端部(2a、3a)和第二端部(2b、3b)；
支撑体(4)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)连接至所述支撑体(4)；
支撑和移动构件(5)，其与所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的第二端部(2b、3b)相关联；
其中，所述装置包括至少一个第一线性电动机(6a)和至少一个第二线性电动机(6b)，所述至少一个第一线性电动机(6a)和所述至少一个第二线性电动机(6b)各自与相应的臂(2、3)相关联，以使所述相应的臂产生运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，各个线性电动机(6a、6b)使相应的臂(2、3)沿着直的滑动方向(Z1、Z2)移动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的所述直的滑动方向(Z1、Z2)彼此平行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)是直的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，各个线性电动机(6a、6b)是无铁芯电动机。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)与所述支撑体(4)能滑动地相关联。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述支撑体(4)包括第三线性电动机(11)，所述第三线性电动机(11)包括直的引导件(12)和能在所述引导件(12)上滑动的滑块(13)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，各个臂(2、3)的第一端部(2a、3a)被约束到所述滑块(13)上。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，所述直的引导件(12)沿着横向于所述臂(2、3)的滑动方向(Z1、Z2)的方向(X)定向。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，所述直的引导件(12)沿着与所述臂(2、3)的滑动方向(Z1、Z2)垂直的方向(X)定向。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述支撑和移动构件(5)是铰接的。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述支撑和移动构件(5)包括至少一个第一连杆(7)和至少一个第二连杆(8)，所述至少一个第一连杆(7)和所述至少一个第二连杆(8)的相应第一端部(7a、8a)彼此铰接，并且所述至少一个第一连杆(7)和至少一个第二连杆(8)与各个臂(2、3)的第二端部(7b、8b)一起限定了四连杆机构。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述支撑和移动构件(5)设置成支撑一工具(9)。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的装置，其中，所述连杆(7、8)中的至少一个设置成支撑一工具(9)。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置至少包括传统的电动机(10)，所述传统的电动机(10)与支承所述工具(9)的至少一个连杆(7、8)相关联，以使得所述工具(9)能够运动。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述工具(9)是夹持器具。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述工具(9)是加工工具。
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