CN106413996A - 具有夹紧装置的人机协作工作站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MRK工作站，其具有机器人(1)，机器人具有机器人控制器(3)和机器人臂(2)，机器人臂具有多个关节(4)和使这些关节(4)连接的节肢(5‑12)，机器人臂的关节(4)被机器人控制器(3)自动调节，以便通过调整机器人臂(2)的关节(4)而使由机器人臂(2)所保持的工具(14a)或工件(14b)在空间中停住和/或运动，此外，MRK工作站具有夹紧装置(17)，夹紧装置具有位置固定的基础台架(19)和固定装置(18)，固定装置被构造用于以如下方式牢固保持工件(14b)或工具(14a)，即，保持在夹紧装置(17)上的工件(14b)和/或工具(14a)能够与机器人臂(2)合作地被装配和/或加工，其中，夹紧装置(17)具有机械式调节装置(20)和能由机器人控制器(3)操控的触发装置(21)，并且调节装置(20)被构造为，当触发装置(21)被激活时，使固定装置(18)关于基础台架(19)从运行位置自动地调节到安全位置中。

Description

具有夹紧装置的人机协作工作站
技术领域
本发明涉及一种MRK工作站，其具有机器人，所述机器人具有机器人控制器和机器人臂，所述机器人臂具有多个关节和将这些关节连接的节肢，所述机器人臂的关节能够被所述机器人控制器自动调节，以便通过调整所述机器人臂的关节而使由所述机器人臂所保持的工具或工件在空间中停住和/或运动，此外，所述MRK工作站具有夹紧装置，夹紧装置具有位置固定的基础台架和固定装置，所述固定装置被构造用于以如下方式牢固保持工件或工具，即，保持在所述夹紧装置上的工件和/或工具与所述机器人臂合作地被装配和/或工作。
背景技术
WO 2014/049637 A1描述了一种借助于焊接钳来焊接构件的工作站，该焊接钳由机器人来引导。在翻转台上能摆动地支承两个相同的夹具。每个夹具被构造用于保持待焊接的构件。通过转动所述翻转台可以使各夹具有选择地靠近所述机器人，使得所述机器人可以借助于由该机器人所引导的焊接钳焊接所述构件；或靠近人、也就是工人，使得工人可以从夹具取出完成焊接的构件并可以在夹具上插入新的待焊接构件。各夹具可以通过自动的控制装置主动地摆动，使得夹具可以通过主动运动视其所配属的不同而相对于工人或机器人不同地取向。
发明内容
本发明的目的是提供一种MRK工作站，其具有扩宽的安全特性。
本发明的目的通过一种MRK工作站来实现，其具有机器人，所述机器人具有机器人控制器和机器人臂，所述机器人臂具有多个关节和使这些关节连接的节肢，所述机器人臂的关节能够被所述机器人控制器自动调节，以便通过调整所述机器人臂的关节而使由所述机器人臂所保持的工具或工件在空间中停住和/或运动，此外，所述MRK工作站具有夹紧装置，夹紧装置具有位置固定的基础台架和固定装置，所述固定装置被构造用于以如下方式牢固保持工件或工具，即，保持在所述夹紧装置上的工件和/或工具能够与所述机器人臂合作地被装配和/或加工，其中，所述夹紧装置具有机械式调节装置和能由所述机器人控制器操控的触发装置，并且所述调节装置被构造为，当所述触发装置被激活时，使所述固定装置关于所述基础台架从运行位置自动地调节到安全位置中。
MRK工作站的名称用于人机协作工作站。在这种MRK工作站上活动着也可以被称作工人的人，其中，在空间上的附近、尤其是在与人的直接共同工作中，能自动操控的机器人实施运动、尤其是进行对工件的工作，而没有通过保护栏将机器人与人隔开。如果需要的话，尤其可以在MRK工作站上允许或发生人与机器人的接触、尤其是机器人也由人来手动引导和/或工件由人和机器人共同处理和/或加工。
根据本发明的MRK工作站可以具有不动地由夹紧装置位置固定地保持的工件和由机器人所引导的工具。在此，工件可以由机器人所引导的工具来加工和/或装配。在此，由机器人实施的加工和/或装配由工人来支持，也就是说，工人可以自身手动地影响加工过程和/或装配过程，例如通过附加的手动引导的工具和/或通过手动添加的机器元件或另外的构件来影响。
替换地或补充地，根据本发明的MRK工作站可具有不动地由夹紧装置位置固定地保持的工具和由机器人所引导的工件。在此，由机器人所引导的工件可以由位置固定的工具来加工和/或装配。在此，由机器人实施的加工和/或装配由工人来支持，也就是说，工人可以自身手动地影响加工过程和/或装配过程，例如通过附加的手动引导的工具和/或通过手动添加的机器元件或另外的构件来影响。
具有所配属的机器人控制器的机器人臂、尤其是工业机器人是工作机，这些工作机可以为了自动处理和/或加工物件而配备有工具，并且在例如关于定向、位置和工作流程的多个运动轴线上可编程。工业机器人通常具有机器人臂，该机器人臂具有多个通过关节连接的节肢和能编程的机器人控制器(控制装置)，这些机器人控制器在运行期间自动控制或调节所述机器人臂的运动流程。通过由机器人控制器所操控的驱动器、尤其是电驱动器，尤其地关于工业机器人的代表关节的运动自由度的运动轴线来使所述节肢运动。
具有多个通过关节连接的节肢的机器人臂，可以被配置为具有多个串联地相继布置的节肢和关节的弯臂机器人，尤其地，冗余式工业机器人可以具有带七个或更多个关节的机器人臂。
机器人尤其可以是冗余式机器人，冗余式机器人被理解为能借助于机器人控制器运动的机器人臂，该机器人臂具有比满足任务所需的更多的操纵自由度。冗余的度由机器人臂自由度的数量与事件空间的维数的差获得，在该事件空间中能够解决所述任务。在此，可以涉及运动学冗余或特定于任务的冗余。在运动学冗余的情况下，运动学自由度的数量、一般是机器人臂的关节的数量大于事件空间，该事件空间在真实环境中在所述空间中运动的情况下由三个平移自由度和三个旋转自由度、即六个自由度来构造。冗余式工业机器人因此例如可以是具有七个关节、尤其是七个转动关节的轻型结构机器人。在特定于任务的冗余的情况下，任务状况的维数反而小于机器人臂的运动学自由度的数量。当机器人臂在它的手法兰上承载能绕工具驱动轴线转动的工具(例如根据本发明的拧紧装置)并且机器人臂的转动关节中的一个转动关节沿着该工具驱动轴线取向时，例如是这种情况。
在机器人臂的关节被力调节和/或力矩调节地操控时，机器人臂的关节可以关于它们的刚性被给定参数。为此，在所有实施方案中，可以借助于阻抗调节或导纳调节(Admittanzregelung)来进行对机器人臂的驱动器的力调节和/或力矩调节的操控。机器人控制器可以被设置为，尤其借助于阻抗调节或导纳调节来产生机器人臂的适用于安全的人机协作的挠性。
但是，具有所配属的机器人控制器的机器人臂、例如工业机器人尤其可以是所谓的轻型结构机器人，它们首先与常见的工业机器人区分开的是，这些轻型结构机器人具有对于人机协作(MRK)有利的结构尺寸并在此具有相对它们的自重相对高的承载能力。
这种机器人臂或这种轻型结构机器人通常具有多于六个的自由度，使得就此而言提供了一种超定的系统，由此，空间中的同一点可以在相同的定向中在机器人臂的多个、尤其是甚至无限多的不同姿势中被实现。轻型结构机器人可以对外部的力作用以合适的方式作出反应。为了测量力可以使用力传感器，这些力传感器可以在所有三个空间方向上测量力和转矩。替换地或补充地，也可以无传感器地、例如根据轻型结构机器人关节上的驱动器的所测量到的电机电流来计算外力。作为调节方案，例如可以使用通过将轻型结构机器人建模作为机械阻力(阻抗)的间接力调节或使用直接的力调节。
此外，尤其也可像提到的那样，代替仅位置调节地而是力调节和/或力矩调节地来运行轻型结构机器人，这例如更安全地实现人机协作(MRK)。此外，通过如下方式可以实现这种安全的人机协作，即，例如机器人臂与人员的无意碰撞可以要么被阻止，要么至少被减弱使得人员或工人不受伤。
根据本发明，所述夹紧装置具有机械式调节装置和能由机器人控制器操控的触发装置，并且调节装置被构造用于，当触发装置被激活时，使固定装置关于基础台架从运行位置自动地调节到安全位置中，在例如工人身体部分被夹住的情况下可以尽可能快地消除、也就是排除所述夹住。所以这点特别有利，因为在由机器人识别出的碰撞的情况下，出于安全原因，机器人臂借助于安全相关的停止被立即停住并且这可以在不利的情况下导致现在停机的机器人臂夹住工人的身体部分。因为安全相关地被停住的机器人臂仅可以非常时间延迟地又被带入到操作准备就绪的状态中，和/或机器人的启动甚至会导致不希望的运动，所以根据本发明的夹紧装置有益于非常快地可以将被夹住的工人从该处境中解放。因为根据本发明的夹紧装置优选在没有任何主动操控的情况下设法应付、即自动地工作，所以也可以在电能输入失灵的情况下或在机器人控制器失灵的情况下将根据本发明的夹紧装置立即带到安全位置中，在该安全位置中可靠地消除了可能的夹持。
所述机器人可以具有碰撞识别装置，并且所述机器人控制器在此可以被构造和/或设置用于，在识别出所述机器人臂与障碍物、尤其是人碰撞时激活所述触发装置。
碰撞识别装置可以在机器人控制器中被实现，并且例如以已知的方式被实施。因此，碰撞识别装置例如可以具有单独的碰撞传感器。例如，这类碰撞传感器可以布置在机器人臂的结构上、也就是机器人臂的节肢上。然而，碰撞识别也可以通过由机器人控制器来评价机器人臂关节中的力和力矩来被程序控制地进行。
所述机器人尤其可以具有碰撞识别装置，所述碰撞识别装置被构造用于，识别障碍物、尤其是人或人体部分在由所述夹紧装置所保持的工件或工具与由所述机器人臂所保持的和/或所运动的工具或工件或所述机器人臂本身的节肢之间被夹住，并且所述机器人控制器在此可以被构造和/或设置用于，在识别出夹住时激活所述触发装置。
如果碰撞被碰撞识别装置识别出，那么通过机器人控制器尤其是安全相关地停住所述机器人臂。同时，例如通过机器人控制器的安全出口可以将控制信号发送到根据本发明的夹紧装置。例如，这种控制信号可以正好仅仅是将电保持磁体(elektrischenHaltemagneten)的电能供给切断，这些电保持磁体逆着弹簧预紧力或逆着重力将固定装置保持在运行位置中。这意味着，在机器人臂被安全相关地停住的情况下，机器人控制器中断电保持磁体的电流供给，由此将固定装置自动地、也就是在不需要能量供给的情况下从运行位置运动到安全位置中。
所述机械式调节装置可以被构造用于，使所述固定装置相对于所述基础台架沿竖直方向、尤其是沿重力方向从所述运行位置调节到所述安全位置中。
当所述机械式调节装置借助于支承件、尤其是线性引导件在所述基础台架上以如下方式受支承，即，所述固定装置在触发装置被激活时自动地借助于重力运动到所述安全位置中时，那么这种竖直可调节性是特别适宜的。因此，固定装置可以在运行位置中处于较高的竖直位置上并就此而言具有较高的势能。安全位置于是处在较低的竖直位置中，并且在此，固定装置就此而言具有比在运行位置中更小的势能。固定装置可以因此单独通过势能、也就是通过重力运动到安全位置中。固定装置因此可以纯被动地工作，也就是说尤其不需要外部的能量供给。
但是，所述机械式调节装置也可以被构造用于，使所述固定装置相对于所述基础台架沿水平方向被调节。
当所述机械式调节装置借助于弹簧预紧的支承件、尤其是弹簧预紧的线性引导件在所述基础台架上以如下方式受支承，即，所述固定装置在触发装置被激活时自动地借助于弹簧预紧力运动到所述安全位置中，这种水平可调节性是特别适宜的。弹簧预紧力例如可以由金属性弹簧螺旋来施加，该弹簧螺旋在固定装置的运行位置中被张紧，并且当其松弛时固定装置运动到它的安全位置中。因此，固定装置可以在这种实施方式中借助于至少一个也存储势能的机械式弹簧也纯被动地工作，也就是尤其不需要外部的能量供给。
但是，所述机械式调节装置也可以在另外的实施方案变型中借助于支承件、尤其是线性引导件在所述基础台架上以如下方式受支承，即，所述固定装置在触发装置被激活时自动地借助于重力运动到所述安全位置中。
但是，所述机械式调节装置也可以在另外的实施方案变型中借助于弹簧预紧的支承件、尤其是弹簧预紧的线性引导件在所述基础台架上以如下方式受支承，即，所述固定装置在触发装置被激活时自动地借助于弹簧预紧力运动到所述安全位置中。
例如，也可以在一轨道上进行固定装置从它的运行位置到它的安全位置中的运动，该轨道具有不仅竖直而且水平的方向分量(Richtungskomponenten)。例如，也可以借助于摆动运动将固定装置从运行位置带到安全位置中。
所述触发装置可以具有至少一个机械式保持装置、尤其是具有待机械式操纵的锁销的机械式保持装置，和/或具有气动保持装置、尤其是具有待气动运动的锁销的气动保持装置，和/或具有电磁保持装置，其中，对应的保持装置被构造用于，使所述固定装置在所述触发装置的未激活状态下保持在所述运行位置中。
对应的保持装置可以被构造用于，使所述固定装置在所述触发装置的激活状态下被释放，使得所述固定装置能够自动地从所述运行位置调节到所述安全位置中。
所述电磁保持装置可以具有紧固在所述基础台架上的至少一个、尤其是四个电磁体，所述电磁体被构造用于，使与所述固定装置连接的锚板(Ankerplatte)在所述触发装置的未激活状态下借助于磁力固定保持在所述固定装置的运行位置中。
附图说明
在随后的描述中参考附图详细阐释本发明的具体实施例。该示例性实施例的具体特征可以与它们在哪个具体上下文中被提到无关地、有可能也单个或组合地被考虑来表示本发明的一般性特征。
其中：
图1示出了示例性的MRK工作站的示意图，其具有引导工具的机器人、位置固定地布置在根据本发明的夹紧装置上的工件和工人，工人引导附加的手动工具，
图2在单独姿态(Alleinstellung)中在夹紧装置的运行位置上示出了根据图1的根据本发明的夹紧装置的剖视图，
图3为在触发装置被激活之后在单独姿态中在夹紧装置的下降的安全位置中的根据图1的根据本发明的夹紧装置的剖视图，以及
图4示出了根据图1的根据本发明的夹紧装置的分解视图。
具体实施方式
图1示意性示出了MRK工作站，其具有作为所谓的轻型结构机器人的示例性实施方案的机器人1。机器人1具有机器人臂2和机器人控制器3。机器人臂2包括多个、在当前实施例的情况下八个相继布置的并借助于七个关节4能转动地彼此连接的节肢5至12。
机器人1的机器人控制器3被构造或设置用于实施机器人程序，机器人臂2的关节4通过该机器人程序可以按照该机器人程序自动化地或在手动移动运行中自动调节或转动运动。为此，机器人控制器3与能操控的电驱动器连接，这些驱动器被构造用于调节所述机器人1的关节4。
机器人臂2的也被称作机器人法兰的端部节肢12承载一工具14a。该工具14a在本实施例的情况下被构造用于自动加工工件14b。
在示例性的MRK工作站上，工人13与机器人1协作。为此，工人13用手操纵手动工具14c，工人在他的手15中保持该手动工具并可以借助于他的臂16使该手动工具运动。
本实施例的MRK工作站此外具有夹紧装置17。夹紧装置17包括位置固定的基础台架19和固定装置18。固定装置18被构造用于在本实施例的情况下以如下方式固定保持所述工件14b，即，保持在夹紧装置17上的、图1中以虚线示出的工件14b与机器人臂2和工人3合作地被装配和/或加工。基础台架19被位置固定地安装。基础台架19为此例如可以装配在车间地面上或装配在与车间地面连接的支架上。固定装置18例如可以具有钻孔、槽和/或燕尾引导部，以便可以将最不同的工件14b暂时固定在所述固定装置18上(例如借助于夹紧抓钩)。固定装置18由此可以一般地构造为类似于机台。
如图2和图3中在单独姿态中示出的那样，夹紧装置17具有机械式调节装置20和能由机器人控制器3操控的触发装置21。
调节装置20被构造为，当触发装置21被激活时，固定装置18关于所述基础台架19从图2中示出的运行位置自动地调节到图3中示出的安全位置中，就像这通过箭头P所示的那样。
固定装置18具有基板22。基板22在此可以遮盖基础台架19的空腔23。为此，基板22可以具有围裙式(schürzenartig)被拉下来的边缘区段22.1，当固定装置18处于图2中所示的运行位置中时，通过该边缘区段来阻止嵌入到空腔23中。空腔23被构造用于，在根据图3的安全位置中收纳降低状态中的固定装置18。
为了可以使固定装置18从运行位置调节到降低的安全位置中，固定装置18借助于支承件24、尤其是线性引导件24a在所述基础台架19上以能线性调节的方式受支承。借助于支承件24、尤其是线性引导件24a，机械式调节装置20在本实施例的情况下被构造用于，使固定装置18相对于基础台架19沿竖直方向(箭头P)、也就是沿重力方向从运行位置调节到安全位置中。
当机器人1借助于它的可以至少部分地或完全集成到机器人控制器3(图1)中的碰撞识别装置识别出碰撞时，就像图2中示意性示出的那样，例如当机器人臂2将工人13的手15或臂16夹在机器人臂2与工件14b之间时，那么通过机器人控制器3激活所述触发装置21。
如果机器人控制器3激活所述触发装置21，那么由于机械式的和自动地的调节装置20或借助于支承件24、尤其是线性引导件24a，固定装置18自动地借助于重力运动到如图3中所示的安全位置中。
固定装置18就此而言借助于重力向下落到安全位置中。为了使所述固定装置18不硬撞击基础台架19，可以设置弹性缓冲器30，该缓冲器减震地接住掉落到安全位置中的固定装置18。
在安全位置中，于是就像图3中示意示出的那样消除了夹持，也就是说在所示示例的情况下，工人13的手15或臂16不再夹在机器人臂2与工件14b之间，而是又被释放。
至少一个位置探测器25、尤其是两个在此方面冗余地实施的位置探测器25例如可以具有霍尔传感器，并通过与能下降的固定装置18连接的、可以是金属条带的接片26来识别出：固定装置18是处在如图3中示出那样的安全位置中，还是如图2中示出那样处在运行位置中。位置探测器25可以与机器人控制器3电连接并在控制技术上以如下方式集成，即，仅当由位置探测器25自动确定了固定装置18处在运行位置中时，才可以自动操控所述机器人臂2。
触发装置21在本实施例的情况下具有电磁保持装置27。电磁保持装置27被构造用于，使固定装置18在触发装置21未激活状态下保持在运行位置中。
电磁保持装置27在此被构造用于，使固定装置18在触发装置21激活状态下被释放，使得固定装置18可以自动地从根据图2的运行位置调节到根据图3的安全位置中。
在图4中明显地示出，在本实施例的情况下，电磁保持装置27具有紧固在基础台架19上的四个电磁体28.1、28.2、28.3、28.4，它们被构造用于，将与固定装置18连接的锚板29在触发装置21未激活状态下借助于磁力固定保持在固定装置18的根据图2的运行位置中。

Claims (10)

1.一种MRK工作站，具有机器人(1)，所述机器人带有机器人控制器(3)和机器人臂(2)，所述机器人臂具有多个关节(4)和使所述关节(4)连接的节肢(5-12)，所述机器人臂的关节(4)被所述机器人控制器(3)自动调节，以便通过调整所述机器人臂(2)的关节(4)而使由所述机器人臂(2)所保持的工具(14a)或工件(14b)在空间中停住和/或运动，此外，所述MRK工作站还具有夹紧装置(17)，所述夹紧装置带有位置固定的基础台架(19)和固定装置(18)，所述固定装置被构造用于以如下方式牢固保持工件(14b)或工具(14a)，即，保持在所述夹紧装置(17)上的工件(14b)和/或工具(14a)能够与所述机器人臂(2)合作地被装配和/或加工，其特征在于，所述夹紧装置(17)具有机械式调节装置(20)和能由所述机器人控制器(3)操控的触发装置(21)，并且所述调节装置(20)被构造为，当所述触发装置(21)被激活时，使所述固定装置(18)关于所述基础台架(19)从运行位置自动地调节到安全位置中。
2.根据权利要求1所述的MRK工作站，其中，所述机器人(1)具有碰撞识别装置，并且所述机器人控制器(3)被构造和/或设置用于在识别出所述机器人臂(2)与障碍物、尤其是人碰撞时激活所述触发装置(21)。
3.根据权利要求1或2所述的MRK工作站，其中，所述机器人(1)具有碰撞识别装置，所述碰撞识别装置被构造用于识别出障碍物、尤其是人或人体部分被夹在由所述夹紧装置(17)所保持的工件(14b)或工具(14a)与由所述机器人臂(2)所保持的和/或所运动的工具(14a)或工件(14b)或所述机器人臂(2)本身的节肢(5-12)之间，并且所述机器人控制器(3)被构造和/或设置用于在识别出夹住时激活所述触发装置(21)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的MRK工作站，其中，所述机械式调节装置(20)被构造用于使所述固定装置(18)相对于所述基础台架(19)沿竖直方向、尤其是从所述运行位置沿重力方向调节到所述安全位置中。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的MRK工作站，其中，所述机械式调节装置(20)被构造用于使所述固定装置(18)相对于所述基础台架(19)沿水平方向调节。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的MRK工作站，其中，所述机械式调节装置(20)借助于支承件(24)、尤其是线性引导件(24a)在所述基础台架(19)上以如下方式受支承，即，所述固定装置(18)在触发装置(21)被激活时自动地借助于重力运动到所述安全位置中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的MRK工作站，其中，所述机械式调节装置(20)借助于弹簧预紧的支承件(24)、尤其是弹簧预紧的线性引导件(24a)在所述基础台架(19)上以如下方式受支承，即，所述固定装置(18)在触发装置(21)被激活时自动地借助于弹簧预紧力运动到所述安全位置中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的MRK工作站，其中，所述触发装置(21)具有至少一个机械式保持装置、尤其是具有待机械式操纵的锁销的机械式保持装置，和/或具有气动保持装置、尤其是具有待气动运动的锁销的气动保持装置，和/或具有电磁保持装置(27)，其中，各所述保持装置(27)被构造用于使所述固定装置(18)在所述触发装置(21)的未激活状态下保持在所述运行位置中。
9.根据权利要求8所述的MRK工作站，其中，各所述保持装置(27)被构造用于使所述固定装置(18)在所述触发装置(21)的激活状态下被释放，使得所述固定装置(18)能够自动地从所述运行位置调节到所述安全位置中。
10.根据权利要求8或9所述的MRK工作站，其中，所述电磁保持装置(27)具有紧固在所述基础台架(19)上的至少一个、尤其是四个电磁体(28.1、28.2、28.3、28.4)，所述电磁体被构造用于使与所述固定装置(18)连接的锚板(29)在所述触发装置(21)的未激活状态下借助于磁力固定保持在所述固定装置的运行位置中。
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