CN102317042B - 双臂机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有两个手臂(1，2)的工业机器人。根据本发明，至少一个手臂包括布置成与另一手臂邻接的邻接装置(11，12)。

Description

双臂机器人
技术领域
本发明在第一方面中涉及一种具有两个手臂的工业机器人而在第二方面中涉及一种用于操作这样的机器人的方法。
背景技术
双臂机器人用于组装操作。为了进行组装操作，经常有必要施加加工力使得待组装的零件扣合就位。可以用两种不同方式完成利用双臂机器人的组装。第一类型是在一个机器人手臂携带组件而另一手臂携带待组装的部件时。第二类型是在一个机器人手臂持有组件或者待组装的部件而其它部分位于静止的固定装置中(通常位于组装台上)。
对于两类操作，一个手臂可以施加的最大力限制可以进行的操作和可以获得的准确性。
可以在如下文献中发现双臂机器人的两个手臂如何协作的示例：JP 2003159683，JP 8185 218，US 4260 941，US 4826 392，DE3932013，Dauchez P.等人；Task modelling and force control for atwo-arm robot，Proceedings of the 1991 IEEE International Conferenceon Robotics and Automation，Bonitz，R.G.等人；Robust Dual-armManipulation of Rigid Objects via Palm Grasping-Theory andExperiments，Proceedings of the 1996 IEEE Conference on Robotics andAutomation，Jazidiec，A等人；Multi-Point Compliance Control ofDual-Arm Robots，Proceedings of the 1992 IEEE/RSJ InternationalConference on Intelligent Robots and Systems，Meghadari；TheCooperative Dual-arm Cam-lock manipulators，Robotics andAutomation，1994.Proceedings of the 1994 IEEE InternationalConference，Kosuge，K等人；Unified Control for Dynamic CooperativeManipulation，Proceedings of the IEEE/RSJ/GI International Conferenceon Munich，Germany 12-16 September and Osumi，H.等人；Cooperative Control between two Position-controlled Manipulators，Proceedings of the 1994 IEEE International Conference on San Diego，USA 8-13 May 1994。
然而现有技术文献的任何一个都未公开一种如何以简单方式增加可用力和/或增加手臂之间相对准确性的令人满意的解决方案。
本发明的目的在于扩展利用双臂机器人的操作可能性。
发明内容
本发明的目的在第一方面中实现如下：一种属于开篇指明的类型的机器人包括如下具体特征，机器人手臂中的至少第一手臂包括布置成与另一手臂邻接的第一邻接装置。
由于处于该方式的两个手臂预先布置成通过相互邻接来协作，所以增加稳定性和有效力。
当机器人根据上述第一操作类型操作时，由于手臂相互支撑而可以增加最大加工力。然而更重要的是，准确性将增加。与这一类组装工艺相关的仅有准确性是在两个手臂之间的相对准确性。如果两个手臂相互邻接，则相对准确性与自由手臂长度有关。通过来自邻接装置的支撑来明显减少自由手臂长度，这导致增加的准确性。
在根据上述第二类型的操作的情况下，手臂之一持有工件并且能够用某一最大力操纵工件。当通过与另一手臂接触来支撑这一手臂时，经由邻接装置来自后者的接触力将最大力增加至来自每个手臂的最大力之和。这通常代表倍增可能的最大力。由于该支撑，也将增加稳定性，这增加精确性。
根据一个优选实施例，第二手臂包括布置成与第一手臂的第一邻接装置邻接的第二邻接装置。
通过也在第二手臂提供邻接装置，在两个手臂之间的接触位置变为被良好地限定，并且将增加在一个手臂支撑另一手臂时的操作精确性。
根据又一优选实施例，每个手臂包括至少六个轴(优选为至少七个轴)和对应数目的关节，并且每个手臂的邻接装置位于如下关节上，这些关节被定位成使得共计三个关节可以在邻接装置之后移动。
三个关节可以都在手臂之一上，或者可以在手臂之一上有一个而在另一手臂上有两个。
由此，手臂尽可能与机器人工具接近地相互支撑，这优化从一个手臂向另一手臂的力传送并且导致高稳定性。当机器人根据第一操作类型操作时，从支撑区到工具的距离短从而导致高准确性。
根据又一优选实施例，每个邻接装置包括两个相对指向的邻接表面。
这一布置允许在根据第二操作类型操作时自由使用任一设备作为对另一手臂的支撑以及关于操作力方向的更大自由度。
根据又一优选实施例，每个邻接表面是平坦的。
这一实施例具有制造优点，因为容易提供这样的平坦表面。它也使机器人的编程简单。接触力将易于分布于大的区域之上，并且力方向变为被清楚地限定。
优选地，每个邻接表面由涂敷于手臂的部分上的涂层形成。
邻接表面由此可以由比机器人手臂的材料更硬并且更好地耐受接触力的材料制成。
根据又一优选实施例，第一和第二邻接装置中的每个邻接装置包括非平坦表面，这两个非平坦表面以凹/凸关系相互匹配。
这样的邻接表面可能制造起来比平坦表面更复杂，但是这一实施例具有的优点在于可以变化从一个手臂向另一手臂传送的力的方向。这一实施例在根据第一操作类型操作时特别有价值，因为匹配表面有助于增加在手臂之间的相对准确性。
根据又一优选实施例，非平坦表面为球形表面。
使用球形表面，变化支撑力的方向的自由度将比较高，并且力可以容易分布于相对大的区域上。
根据又一优选实施例，至少一个手臂的邻接装置布置于从手臂突出的突出部分上。
由此，手臂可以相互支撑而无需使它们相互接近。这减少手臂之间干扰的风险并且增加如何在手臂之间进行力传送的可能性。
当根据第一操作类型操作时，可以适配突出物的定向使得它优化准确性。为了实现这一点，通常优选的是两个邻接装置布置于相应突出物上。
在有相互匹配的非平坦邻接表面的实施例中，优选的是每个手臂具有凹和凸邻接表面。这提供了根据第一操作类型两种不同协作可能性。这在非平坦表面布置于突出物上时特别优选。
优选地，每个邻接装置包括布置成协作的平坦邻接表面和布置成协作的非平坦邻接表面两者。由于非平坦表面最好地适合于上述第一操作类型而平坦表面在许多情况下最好地适合于上述第二操作类型，所以机器人将由此有灵活性并且适于进行具有优化结果的两种操作。
根据又一优选实施例，机器人被布置成在如下两个模式中的任一模式操作：协作模式，其中两个手臂共同操作一个工件；以及精确组装模式，其中两个手臂操作单独的工件。
机器人由此可以容易适于在需要增加的力的情况下借助邻接装置进行操作而在需要的情况下用两个手臂独立操作。由此，机器人将很好地适合于进行两类操作中的任一操作。
根据又一优选实施例，机器人包括布置成响应于命令来选择所述模式之一的软件，并且该软件包括取决于已经选择哪个模式的操作指令。
这一实施例有助于进一步简化在两个模式中的任一模式中的操作。
根据又一优选实施例，软件在协作模式中包括用于使手臂之一与另一手臂邻接的指令、用于限定手臂之一为主控手臂而另一手臂为从属手臂的指令、用于使主控手臂进行某一操作的指令以及用于使从属手臂跟随主控手臂的指令。
通过布置软件提供这些指令，可以有效执行协作模式操作。
根据又一优选实施例，软件在精确组装模式中包括用于手臂之一的第三手臂段的第一指令集和用于另一手臂的第三段的第二指令集。
通过布置软件提供这样的指令，将以高度的准确性有效地执行精确的组装模式操作。
在本发明的具体描述中指明本发明的工业机器人的上述优选实施例。
在本发明的第二方面中，目的实现如下：一种用于操作具有两个手臂的工业机器人的方法包括如下具体操作，使手臂相互物理接触使得在手臂之间建立接触力并且机器人用相互接触的两个手臂进行操作。
根据本发明方法的一个优选实施例，该方法执行于每个手臂包括至少六个轴(优选为至少七个轴)和对应数目的关节这一类型的机器人上，并且每个手臂的邻接装置位于如下关节上，这些关节被定位成使得共计三个关节可以在邻接装置之后移动。
三个关节可以都在手臂之一上，或者可以在手臂之一上有一个而在另一手臂上有两个。
根据本发明方法的又一优选实施例，机器人被布置成在如下两个模式之一中操作：协作模式，其中两个手臂共同操作一个工件；以及精确组装模式，其中两个手臂操作单独的工件，由此在机器人开始操作之前选择模式。
根据进一步的优选实施例，用根据本发明并且具体根据其任何优选实施例的机器人执行该方法。
本发明方法及其优选实施例具有与本发明机器人及其优选实施例的并且上文已经描述的优点对应的实施例。
也将注意当然可以通过上述优选实施例的任何可能组合来实现进一步的优选实施例。
将通过对本发明示例的下文具体描述并且参照附图进一步说明本发明。
附图说明
图1是根据本发明的机器人的第一示例的示意图。
图2是根据本发明的机器人的第二示例的示意图。
图3是本发明的第三示例的透视图。
图4是图示了图3的细节的透视图。
图5图示了根据本发明的机器人的又一示例。
具体实施方式
图1示意地图示了用于组装操作并且具有第一机器人手臂1(该手臂具有第一工具，该工具具有抓指7a)和第二机器人手臂2(该手臂具有第二工具，该工具具有抓指7b)的双臂工业机器人，这些手臂连接到机器人基座3。每个手臂具有七个轴。
在第一操作模式中，第一手臂1的指7a携带组件，而第二手臂2的指7b携带待组装的部件。
在随着第一手臂1的第四轴移动的手臂部分上提供由突起物11(在本例中为短销的形式)构成的第一邻接装置。在销的外端有具有球形凹度的插座12。
在随着第二手臂2的第五轴移动的手臂部分上提供由突起物13(在本例中为短销的形式)构成的第二邻接装置。在销的外端有球14。
球14的半径等于插座12的球形凹度的半径或者可以更小一些。
在操作中使球14和插座12相互对接从而形成刚性支撑件。当进行精确组装操作时，自由手臂从支撑件起的长度与整个手臂长度相比为短，并且可以用很高硬度和准确性进行组装。充分的DOF留给工具之间的互作用。
图1中所示布置也可以用于根据上述第二操作模式(即当手臂之一携带待组装的部件而其它部分位于静止的固定装置中时)的组装。
另外当进行这一操作模式时使球14和插座12相互对接。假设第一手臂1的抓指7a携带待组装的部件并且布置成在图中的向左方向上按压它就位。第二手臂2上的球14与第一手臂1上的插座12相抵按压使得在向左按压部件就位时第二手臂2的力添加到第一手臂的力。在这一模式中，机器人因此可以用个别手臂力之和的力进行操作。
仅需对手臂之一进行编程用于进行操作，而另一手臂充当编程为跟随主控手臂的从属手臂。
图2图示了根据本发明的机器人的第二示例。这一机器人的主要结构类似于图1中的机器人的主要结构。主要不同在于邻接装置的布置。在这一示例中，第一手臂1的邻接装置由附着到腕关节10a一侧的板上的第一平坦表面15和附着到腕关节10a相对侧的板上的第二平坦表面16构成。第二手臂2具有对应地布置的平坦表面17、18。
虽然这一示例中的邻接装置布置也可以用于任何操作模式，但是它主要用于第二操作模式。当第一手臂1的抓指7a用于在向左方向上移动待组装的部件就位时，第二手臂2在它的邻接表面17在第一手臂的邻接表面16上推动时支持该移动。利用在每个腕关节的两侧上的邻接表面，如果一个或者两个腕关节在与所示位置相差180°的位置，也获得支撑。
然而将理解有可能在每个腕关节上仅有一个邻接表面。在仅一个腕关节上具有专用邻接表面也就足够了，尽管这导致较低的准确性。
可以修改图1中所示示例使得每个腕关节具有带插座的一个突出物和带球的一个突出物。
在又一替代示例中，每个腕关节可以具有球和/或插座并且还具有种类与图2的邻接表面类似的平坦邻接表面。
图3图示了第一手臂1上的邻接装置包括一个插座12a和一个球14a的示例。对应地，第二手臂2的邻接装置具有一个插座12b和一个球14b。
在图4中，以放大比例图示了第一手臂1的邻接装置的插座12a和球14a。
图5图示了可以用简易方式选择操作模式的本发明示例。通过向机器人100的软件101提供信号I或者II将机器人编程为根据精确组装模式(即上述第一操作模式)或者根据协作模式(即上述第二操作模式)工作。
可以通过机器人上的物理按钮或者它的控制器启动该信号，或者可以通过软件按钮或者机器人程序命令启动它。在精确组装模式I中仅对相应手臂的腕轴进行编程。在协作模式II中仅对一个手臂(主控手臂)进行编程而另一手臂(从属手臂)被布置成跟随主控手臂。

Claims (15)

1.一种具有两个手臂(1，2)的工业机器人，所述手臂连接到共同的机器人基座(3)，并且设置有安装于其上的工具，并且每个手臂(1，2)包括至少六个轴以及对应数目的关节，其特征在于，所述手臂的第一手臂包括第一邻接装置(11，12，15，16)，所述手臂的第二手臂包括第二邻接装置(13，14，17，18)，并且所述第一邻接装置和所述第二邻接装置布置成在机器人的手臂(1，2)的操作期间相互邻接，由此通过第一和第二邻接装置的邻接在两个手臂之间建立接触力，使得在机器人的操作期间力被从一个手臂传送到另一个手臂，并且此外每个手臂(1，2)的所述邻接装置(11，12，13，14，15，16，17，18)位于如下关节上，这些关节被定位成使得共计三个关节可以在所述邻接装置之后移动。
2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，每个手臂(1，2)包括至少七个轴和对应数目的关节。
3.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述邻接装置(15，16，17，18)包括两个相对指向的邻接表面(15，16，17，18)。
4.根据权利要求3所述的工业机器人，其特征在于，每个邻接表面(15，16，17，18)是平坦的。
5.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述第一邻接装置(11，12)和第二邻接装置(13，14)中的每个邻接装置包括非平坦表面(12，14)，两个非平坦表面(12，14)以凹/凸关系相互匹配。
6.根据权利要求5所述的工业机器人，其特征在于，所述非平坦表面(12，14)为球形表面。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的工业机器人，其特征在于，所述手臂中的至少一个手臂的邻接装置(11，12，13，14)布置于从所述手臂突出的突出部分(11，13)上。
8.根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人被布置成在如下两种模式(I-II)中的任一模式中操作：协作模式(II)，其中所述两个手臂(1，2)共同操作一个工件；以及精确组装模式(I)，其中所述两个手臂(1，2)操作待组装的单独的工件。
9.根据权利要求8所述的工业机器人，其特征在于，所述机器人包括布置成响应于命令选择所述模式(I-II)之一的软件(101)，并且所述软件包括取决于已经选择哪个模式的操作指令。
10.根据权利要求9所述的工业机器人，其特征在于，所述软件(101)在所述协作模式(II)中包括用于使所述手臂(1，2)之一与另一手臂(2，1)邻接的指令、用于限定所述手臂(1，2)之一为主控手臂而另一手臂(2，1)为从属手臂的指令、用于使所述主控手臂进行某一操作的指令和用于使所述从属手臂跟随所述主控手臂的指令。
11.根据权利要求9所述的工业机器人，其特征在于，所述软件在所述精确组装模式(I)中包括用于所述手臂(1，2)之一的第三手臂段的第一指令集和用于另一手臂(2，1)的第三手臂段的第二指令集。
12.一种用于操作具有两个手臂的工业机器人的方法，所述手臂连接到共同的机器人基座(3)，设置有安装于其上的工具，并且每个手臂(1，2)包括至少六个轴以及对应数目的关节，其特征在于，在每个手臂的关节处提供邻接装置，并且将邻接装置定位使得共计三个关节可以在所述邻接装置之后移动，借助于邻接设置于每个手臂上的相应的所述邻接装置使所述手臂相互物理接触，由此通过所述邻接装置在所述手臂之间建立接触力，以及所述机器人用相互接触的所述两个手臂进行操作使得在机器人的手臂的操作期间力被从一个手臂传送到另一个手臂。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，执行所述方法于每个手臂包括至少七个轴和对应数目的关节这一类型的机器人上。
14.根据权利要求12或者13所述的方法，其特征在于，操作所述机器人在如下两种模式中的任一模式中工作：协作模式，其中所述两个手臂共同操作一个工件；和组装模式，其中所述两个手臂操作单独的工件，以及在所述机器人开始操作之前选择所述模式。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，用根据权利要求1-11中的任一权利要求所述的机器人执行所述方法。
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