CN107921648A - 用于连接机器人的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接机器人的设备，其中适配器1允许将物体4在通过抓取模块2抓取后利用驱动器9拉到腔内，腔通过外罩5形成。外罩5在此设定用于至少部分覆盖物体4，并且足够大地屏蔽物体4。适配器1能够理解为抓取基本系统，抓取模块2适配于抓取基本系统。驱动器9将整个抓取模块2和物体4拉入抓取基本系统中。适配器1针对安全的人机交互提供带有物体封装的安全抓取系统。外罩5保护人以防受到通过抓取模块2抓取的、尖棱的物体的影响，尖棱的物体在其他情况下可能导致位于工作室内的人员的受伤。由于该适配器1，尖棱的或尖锐的物体因此也能够安全地通过机器人运输。设备能够例如用于将抓取模块与工业机器人，例如德尔塔机器人或铰接臂机器人连接。

Description

用于连接机器人的设备

技术领域

根据VDI-标准2860，工业机器人是可普遍使用的带有多个轴的运动自动装置，其运动是可自由编程的并且必要时是可传感器引导的。这种机器人能够装备有抓取器并且能够实施操纵或制造任务。

背景技术

由在2015年7月23日因特网中在如下链接：http://www.schunk.de/schunk_files/attachments/GWS_064_DE.pdf得到的文献“GWS Wechseln -Greiferwechselsystem”公知了抓取器-交换容纳部，其设定用于容纳不同的抓取模块，其中抓取模块中的每个抓取模块设定用于保持物体。

这种抓取器-交换容纳部能够作为适配器安装在机器人臂上，由此，机器人臂能够装备有不同的抓取模块。

在人机合作的范围内，与机器人共同工作的人的安全必须得到确保。为此例如公知的是，将机器人封装在确保安全的机器人室内。

发明内容

通过本发明应该提供了用于连接机器人的设备，其相对于现有技术提供了替选方案。

该任务根据本发明通过如下设备解决，该设备具有抓取模块或设定用于容纳抓取模块的抓取器-交换容纳部，其中抓取模块设定用于保持物体。设备具有接口，接口设定用于将设备与机器人机械地连接。

该设备的特征在于驱动器，驱动器设定用于将抓取模块从移出的定位运动到移入的定位中。此外，设备的特征在于外罩：该外罩的尺寸设计用于在移出的定位中利用抓取模块来抓取物体，并且设备的特征在于在移入的定位中至少部分覆盖抓取模块和物体。

在第一变型方案中，抓取模块利用驱动器可移入和移出地安装在设备中。在第二变型方案中，抓取器-交换容纳部利用驱动器可移入和移出地安装在设备中，其中抓取模块能够灵活地在抓取器-交换容纳部中更换。

随后提到的优点不必必要时通过独立权利要求的主题获得。更确切地说在此也能够涉及仅通过各个实施方式、变型方案或改进方案获得的优点。

该设备允许将物体在通过抓取模块抓取后利用驱动器拉到腔内，腔通过外罩形成。外罩在此设定用于至少部分覆盖物体，并且足够大地屏蔽物体。设备能够理解为抓取基本系统，抓取模块适配于抓取基本系统。驱动器将整个抓取模块和物体拉入抓取基本系统中。

通过该设备提供一种适配器，其针对安全的人机交互提供带有物体封装的安全抓取系统。外罩保护人以防受到通过抓取模块抓取的、尖棱的物体的影响，尖棱的物体在其他情况下可能导致位于工作室内的人员的受伤。由于该设备，尖棱的或尖锐的物体因此也能够安全地通过机器人运输。

设备例如能够用于将抓取模块与工业机器人，例如德尔塔机器人或铰接臂机器人连接。设备附加地具有如下优点，其也能够用于安装任务。

根据实施方式，外罩是能弯曲的并且装备有应变传感器，尤其是应变测量条。这具有如下优点：通过人实现的导致能弯曲的外罩变形的接触能够借助应变传感器探测到。

在改进方案中，外罩在其表面上装备有电容传感器件，尤其是触觉表层。外罩尤其是能弯曲的、柔软的或缓震的。

该改进方案必要时具有如下优点：能够探测到通过人实现的接触。

根据实施方式，外罩具有筒柱或棱柱的围面的几何形状。

在改进方案中，抓取模块和被抓取的物体在移入的定位中完全位于通过外罩形成的腔内。

根据实施方式，外罩是平面地构造的覆盖部或者格栅形的覆盖部，其尤其是由金属管或塑料管制成。在管内能够铺设有线缆。

在改进方案中，驱动器是至少一个气动缸体、电动马达或伸缩式驱动器。

驱动器也能够用于快速容纳物体，整个机器人臂不必针对物体运动。伸缩式驱动器也能够实现为与电动马达连接的伸缩式机械装置并且提供如下优点：抓取模块至少能够移出伸缩式机械装置的基本长度。

根据实施方式，接口具有数据接口，其尤其是设计为尤其是针对CAN总线或Profibus的现场总线接口、串行接口尤其是火线、以太网或 Profinet接头和/或WLAN适配器。

在此有利地，数据接口的设计方案是作为现场总线接口，该设备除了工业设施中的另外的现场仪器、传感器和执行器以外还能够通过现场总线接口与自动仪器连接。

在改进方案中，接口附加地包括第一插接部件，其提供带有多个触点的控制接口，触点适用于传递控制信号。替选地或补充地，接口附加地包括第二插接部件，其提供用于连接负载供应的电接口。

该设备能够将控制信号和负载供应用于运行驱动器和抓取模块。

根据实施方式，接口附加地包含第三插接部件，其提供带有用于输入和输出压缩空气的接头的气动接口。

该设备能够将压缩空气用于运行驱动器和抓取模块。

在改进方案中，该设备具有至少一个第一传感器，尤其是图像传感器或红外线点式传感器，其尤其是安装在外罩的与接口对置的棱边上。

这具有如下优点：第一传感器的可见范围既不通过物体也不通过外罩来限制。与常规的传感器件相反地，周围环境在此没有通过物体遮盖。如果第一传感器是图像传感器，那么这也能够是红外线图像传感器。此外，图像传感器能够装备有光学器件，由此，第一传感器构造为摄像设备。

根据实施方式，该设备包含第二传感器，尤其是图像传感器或红外线点式传感器，其尤其是在与第一传感器对置的一侧安装在外罩的与接口对置的棱边上。

如果第一传感器和第二传感器都是图像传感器，那么它们能够例如选择为CCD传感器或CMOS传感器。温度点式传感器例如适用于作为红外线点式传感器。

在改进方案中，该设备包含第三传感器，其是红外线传感器并且设定用于监控检测区域，该检测区域大于第一传感器的检测区域。

第三传感器用于监控更大的范围或更大的距离。

根据实施方式，该设备包含计算单元，其设定用于评估第一传感器的信号，其中尤其地，第二和/或第三传感器的信号也得到处理。计算单元此外设定用于借助信号评估来探测物体。

对计算单元的相应的设定例如是适当的编程。

在改进方案中，计算单元设定用于通过数据接口输出信号评估的结果。这具有如下优点：传感器的信息在该设备中能够被预先处理并且压缩地进一步传导至上级的控制部中。

根据实施方式，第一传感器和第二传感器是图像传感器。计算单元设定用于评估第一传感器和第二传感器的信号，其中计算单元被编程用于从传感器的2D图像信息计算出3D图像信息，并且用于通过数据接口尤其是压缩地以矢量形式输出3D图像信息。

机器人臂装备有该设备。机器人同样装备有该设备。

在改进方案中，机器人具有控制部，其设定用于借助外罩的传感器的信号探测接触，并且用于将机器人置于保护模式，其中机器人的运动在保护模式中尤其是被中断、减速或实施有减小的力。

根据实施方式，机器人具有控制部，其设定用于借助外罩的传感器的信号探测接触，并且用于借助接触获悉运动过程。

附图说明

随后，本发明的实施例借助附图详细阐述。如果没有指出另外的情况，那么在附图中，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。其中：

图1示出了用于将抓取模块与机器人连接的适配器，其中用于抓取物体的抓取模块位于移出的定位中；

图2示出了图1的适配器，其中抓取模块位于移入的定位中，由此，抓取模块以及被抓取的物体通过外罩来保护和屏蔽；并且

图3示出了图2的适配器，其安装在机器人臂上。

具体实施方式

图1示出了用于将抓取模块2与机器人连接的适配器1。抓取模块2利用抓取钳3抓取安放在工作板6上的物体4。为此，抓取模块2借助驱动器9，在此是伸缩式驱动器移出，由此，抓取模块离开通过外罩5形成的腔。替选地，抓取钳3也能够是抓取指。

抓取模块在第一变型方案中牢固地与驱动器9连接。在第二变型方案中，在驱动器9的延长部中安装抓取器-交换容纳部，不同的抓取模块2能够安装到抓取器-交换容纳部中。

适配器1提供了抓取基本系统，利用抓取基本系统能够适配不同的抓取模块。在与抓取模块2对置的一侧，适配器1具有接口8，其设定用于将适配器1与机器人机械地连接。接口8例如设定用于安装在机器人臂的端部处的法兰上。

在本实施例的可能的变型方案中，外罩5是能弯曲的并且装备有应变传感器，尤其是应变测量条。外罩5例如由塑料制成。当适配器1通过机器人运动并且接触人时导致外罩5变形，该变形借助应变测量条探测到。这能够通知机器人的控制部，由此，机器人置于保护模式。在保护模式中，机器人的运动被中断，减速或实施有减小的力。

在本实施例的另外的变型方案中，外罩5装备有电容传感器件，尤其是在其表面上装备有触觉表层。外罩5在此能够是刚性的或能弯曲的、柔软的或缓震的。

相应的工艺由文献“Industrieroboter mit Annäherungsdetektion fürsichere Mensch-Roboter-Kollaboration”以及文献“Taktile Sensorsysteme”公知，第一篇文献在2015年7月28日因特网中在如下链接得到：

http://www.iff.fraunhofer.de/de/geschaeftsbereiche/robotersysteme/kapazitive-sensorik.html，第二篇文献在2015年7月27日因特网中在如下链接得到：

http://www.iff.fraunhofer.de/content/dam/iff/de/dokumente/robotersysteme/themenflyer/2013-03-taktile-sensorsysteme.pdf。

外罩的造型相应于筒柱或棱柱的围面，由此构造出筒柱或棱柱形的腔，驱动器9能够将抓取模块2和物体4完全拉入腔内。

外罩5要么平面形地构造，要么仅是格栅形的覆盖部，其中外罩尤其是由金属管或塑料管制成，有利地，传感器线缆能够在金属管或塑料管中引导。

驱动器9例如是气动缸体、电动马达或伸缩式驱动器，例如伸缩式主轴驱动器。

外罩5的直径例如是50mm至100mm。针对该直径的完全不同的值然而也是可能的，例如10mm或20cm至50cm。

接口8为了传递计算单元7的信息具有数据接口，数据接口例如是例如针对CAN总线或Profibus的现场总线接口、串行接口例如火线、以太网或 Profinet接头和/或WLAN适配器。

在变型方案中，接口附加地包含第一插接部件，第一插接部件提供带有多个触点的控制接口，触点适用于传递来自中央控制部的控制信号。在此例如涉及25极插接器。接口8此外能够具有第二插接部件，第二插接部件提供用于连接负载供应的电接口。负载供应例如是24V、230V或400V负载供应。在另外的变型方案中，接口具有第三插接部件，第三插接部件提供带有用于输入和输出压缩空气的接头的气动接口。

适配器1有利地针对抓取模块2提供控制信号、电负载供应以及压缩空气。此外，压缩空气或电能能够用于驱动器9。

在外罩5的下棱边上安装有第一摄像设备51，其例如由光学器件和CCD或CMOS图像传感器构成。在外罩5的下棱边的对置的侧面上安装有第二摄像设备61。两个摄像设备51、61的图像能够用于支持通过抓取钳3抓取物体4。为此例如在计算单元7中进行摄像设备图像的图像评估。对抓取钳3的操控通过计算单元7或中央控制部实现。在后一种情况下，计算单元7将摄像设备图像或摄像设备图像的被压缩的评估通过数据接口传送至中央控制部。计算单元7此外能够由摄像设备51、61的两个摄像设备图像借助公知的图像处理算法，例如棱边和物体识别算法计算出三维的图像信息。计算单元7在此能够将三维的图像信息减少为矢量，矢量通过接口8传送至中央控制部。

计算单元7例如是ARM处理器或DSP处理器，其适当地被编程。摄像设备51、61能够处理对于人可见的光谱，但也作为红外线摄像设备选择。此外，它们也能够分别是简单的红外线点式传感器，例如温度点式传感器。

适配器1能够具有另外的传感器，其是红外线传感器并且监控明显大于摄像设备51、61的检测范围的检测范围。

在抓取钳3抓取物体4后，抓取模块2借助驱动器9拉入通过外罩5形成的腔内。

图2示出了在抓取模块2和物体4完全被拉入腔内之后的适配器1。抓取模块2和物体4至少在侧面通过外罩5覆盖和屏蔽。

图3示出了图1和2的适配器1，适配器安装在机器人10的铰接件11上。 机器人10具有两个臂件12，其通过铰接件11相互连接并且安装在支脚13上。因为抓取模块和物体在图3中完全被拉入外罩的腔内，所以机器人10能够以高的速度移动其臂件12，而不会由于必要时尖棱的物体4使人员受伤。

此外，操作员能够接触适配器1并且通过操纵例如开关来激活机器人10的学习模式。在学习模式中，机器人10能够借助通过操作员导致的接触来获悉运动过程，为此，操作员例如根据期望的运动过程来运动适配器1。

相应的工艺由文献“Roboter lernen heute leichter”以及文献“ii feel you”公知，第一篇文献在2015年7月28日因特网中在如下链接得到：

http://www.Produktion.de/automatisierung/robotik-und-handhabung/roboter-lernen-heute-leichter/，第二篇文献在2015年7月27日因特网中在如下链接得到：

http://www.kuka-robotics.com/res/sps/a737ee03-5832-4c95-9d91-84e0de80c664_LBR_iiwa_Produkt_Broschuere_DE.pdf。

尽管本发明通过实施详细解释和描述，但其并不局限于公开的示例。另外的变型方案能够由本领域技术人员从中推导出，而不会离开本发明的保护范围。所描述的实施例、变型方案、实施方式和改进方案也能够自由地相互组合。

Claims (20)

1. 用于连接机器人的设备，其具有：

-抓取模块（2）或设定用于容纳抓取模块（2）的抓取器-交换容纳部，其中抓取模块（2）设定用于保持物体（4），和

-接口（8），其设定用于将设备与机器人机械地连接，

其特征在于

-驱动器（9），其设定用于将抓取模块（2）从移出的定位运动到移入的定位中，和

-外罩（5），所述外罩的尺寸设计用于：

-在移出的定位中利用抓取模块（2）来抓取物体，并且

-在移入的定位中至少部分覆盖抓取模块（2）和物体（4）。

2.根据权利要求1所述的设备，

-其中所述外罩（5）是能弯曲的并且装备有应变传感器，尤其是应变测量条。

3. 根据权利要求1或2所述的设备，

-其中所述外罩（5）在其表面上装备有电容传感器件，尤其是触觉表层，并且

-其中所述外罩（5）尤其是能弯曲的、柔软的或缓震的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

-其中所述外罩（5）具有筒柱或棱柱的围面的几何形状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

-其中所述抓取模块（2）和被抓取的物体（4）在移入的定位中完全位于通过外罩（5）形成的腔内。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述外罩（5）是

-平面地构造的覆盖部，或者

-格栅形的覆盖部，其尤其是由金属管或塑料管制成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

-其中所述驱动器（9）是至少一个气动缸体、电动马达或伸缩式驱动器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

-其中所述接口（8）具有数据接口，所述接口尤其是设计为：

--尤其是针对CAN总线或Profibus的现场总线接口，

--串行接口，尤其是火线，

--以太网或 Profinet接头，和/或

--WLAN适配器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述接口（8）附加地具有：

-第一插接部件，其提供带有多个触点的控制接口，触点适用于传递控制信号，和/或

-第二插接部件，其提供用于连接负载供应的电接口。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述接口（8）附加地具有：

-第三插接部件，其提供带有用于输入和输出压缩空气的接头的气动接口。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其具有：

-至少一个第一传感器（51），尤其是图像传感器或红外线点式传感器，其尤其是安装在外罩（5）的与接口（8）对置的棱边上。

12.根据权利要求11所述的设备，其具有：

-第二传感器（61），尤其是图像传感器或红外线点式传感器，其尤其是在与第一传感器（51）对置的一侧安装在外罩（5）的与接口（8）对置的棱边上。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其具有：

-第三传感器，其是红外线传感器并且设定用于监控检测区域，所述检测区域大于第一传感器的检测区域。

14. 根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其具有：

计算单元（7），所述计算单元设定用于

-评估第一传感器（51）的信号，其中尤其第二和/或第三传感器的信号也得到处理，并且

-借助信号评估来探测物体（4）。

15. 根据权利要求8和14所述的设备，

其中所述计算单元（7）设定用于

-通过数据接口输出信号评估的结果。

16. 根据权利要求12和15所述的设备，

-其中第一传感器（51）和第二传感器（61）是图像传感器，并且

-其中所述计算单元（7）设定用于

--评估第一传感器（51）和第二传感器（61）的信号，其中所述计算单元（7）被编程用于从传感器（51、61）的2D图像信息计算出3D图像信息，并且

--通过数据接口尤其是压缩地以矢量形式输出3D图像信息。

17.机器人臂，其装备有根据权利要求1至16中任一项所述的设备。

18. 机器人，其装备有根据权利要求1至16中任一项所述的设备。

19. 根据权利要求18所述的机器人，所述机器人具有控制部，其设定用于

-借助外罩（5）的传感器的信号探测接触，并且

-将机器人置于保护模式，其中所述机器人的运动在保护模式中尤其是被中断、减速或实施有减小的力。

20. 根据权利要求18或19所述的机器人，所述机器人具有控制部，其设定用于

-借助外罩（5）的传感器的信号探测接触，并且

-借助接触获悉运动过程。