CN108139748A - 机器人臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有数量N个的臂区段A_n的机器人臂，这些臂区段A_n经数量N个的致动器可驱动的关节连接GV_n与机器人主体连接，n＝1，2，...，N；其中，远端臂区段A_N在其近端处经关节连接GV_N与臂区段A_N‑1连接，近端臂区段A₁在其近端处经关节连接GV₁与机器人主体连接，关节连接GV_N实现了臂区段A_N围绕旋转轴线D_N的旋转，机器人臂的臂区段A_N沿轴线L1延伸且轴线L1与旋转轴线D_N围成50至130°的角度，臂区段A_N的远端经致动器可驱动的关节连接GV_N+1与执行器E连接，其中，关节连接GV_N+1实现了执行器E围绕旋转轴线D_N+1的旋转，其中，旋转轴线D_N与D_N+1围成在50至130°范围内的角度W1，旋转轴线D_N+1与轴线L1围成在50至130°范围内的角度W2，并且在执行器E上或者在关节连接GV_N+1与执行器E之间设置的插入件ZW上形成与其刚性连接的、能够垂直于旋转轴线D_N+1延伸的延伸部F2，该延伸部F2能够一只手握住。所提出的机器人臂实现了在具有该机器人臂的机器人的学习性编程过程中更灵敏和更精确的操作。

Description

机器人臂

技术领域

本发明涉及一种具有数量N个的臂区段A_n的机器人臂，这些臂区段A_n能够经数量N个的致动器可驱动的关节连接(Gelenkverbindung)GV_n与机器人主体连接。本发明另外还涉及一种具有相同的机器人臂的机器人。

背景技术

在人和机器人的协作过程中，特别是机器人的所谓学习性编程(“示教(Teach-in)”方法)是已知的。在这种情况下，人抓住机器人的机器人臂，特别是在末端执行器处，并且执行机器人臂待学习的运动。在此，机器人有利地补偿了机器人臂的惯性和自重。机器人臂所执行的运动被存储并且可以随后由机器人自动执行。这实现了机器人的简单和快速的编程。当然可能的是，对机器人臂所执行和存储的运动进行后处理或优化。

在这个“示教”方法中，必须从不同的位置抓取和引导该机器人臂。此外，为了控制学习性编程或者实现状态显示或其他输出，在机器人或机器人臂上的操作元件和可能的显示元件是必需的。

发明内容

本发明的目的在于说明一种机器人臂，该机器人臂实现了具有机器人臂的机器人的更好的学习性编程。

本发明可由独立权利要求的特征得出。有利的扩展方案和设计为从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性和优点可由以下的描述以及对附图中示出的本发明实施例的说明中得出。

本发明的第一方面涉及一种机器人臂，该机器人臂具有数量N个的臂区段A_n，这些臂区段A_n能够经致动器可驱动的关节连接GV_n与机器人主体连接，其中n＝1，2，...，N。

按照本发明，所提出的机器人臂的特征在于，该机器人臂的远端的臂区段A_N在其近端处经关节连接GV_N与臂区段A_N-1连接，机器人臂的近端的臂区段A₁在其近端处能够经关节连接GV₁与机器人主体连接，关节连接GV_N实现了臂区段A_N围绕旋转轴线D_N的旋转，机器人臂的臂区段A_N沿轴线L1延伸并且该轴线L1与旋转轴线D_N围成50至130°的角度，臂区段A_N的远端能够经致动器可驱动的关节连接GV_N+1与执行器E连接，其中，关节连接GV_N+1实现了执行器E围绕旋转轴线D_N+1的旋转。另外，按照本发明，旋转轴线D_N与D_N+1围成在50至130°范围内的角度W1，而且旋转轴线D_N+1与轴线L1围成在50至130°范围内的角度W2，其中，在执行器E上或者在关节连接GV_N+1与执行器E之间设置的插入件ZW上形成其(与执行器E或关节连接GV_N+1或臂区段A_N)刚性连接的、能够垂直于旋转轴线D_N+1延伸的延伸部F2，该延伸部F2能够用一只手握住。

所提出的机器人臂特别是实现了，通过操作人员对机器人臂实施灵敏的、敏感的和更准确的引导和移动，并因此实现具有该机器人臂的机器人更准确的学习性编程。特别是可以在学习性编程的过程中更灵敏和更准确地经延伸部F2预设力和力矩。

一个有利的扩展方案的特征在于，在插入件ZW上设置在握住延伸部F2的手的拇指的可及范围内的一个或多个输入元件EE_ZW。输入元件EE_ZW优选这样设置，即，实现舒适且符合人体工程学地操作输入元件EE_ZW

一个有利的扩展方案的特征在于，臂区段A_N具有与其(与臂区段A_N)刚性连接的手握式的延伸部F1，该延伸部F1相对于旋转轴线D_N+1同心地延伸，延伸部的自由端FE相对于延伸部F1的其余部分是能够围绕旋转轴线D_N+1旋转的或以能够围绕旋转轴线D_N+1旋转的方式设置，而且自由端FE具有用于手动输入数据的输入元件EE。

所提出的输入元件EE在延伸部的自由端FE上的布设和设计特别是实现了良好的人体工程学操作，尤其是在具有这种机器人臂的机器人的学习性编程的过程中。信息经输入元件EE的输入有利地以手动的方式进行，即，借助对输入元件EE的触摸或手动操作。

有利的是，在自由端FE上的输入元件EE至少部分地围绕旋转轴线D_N+1同心地布设。即，两个，三个......或所有的输入元件EE同心地围绕旋转轴线D_N+1设置，有利地以相对于旋转轴线D_N+1相同的半径设置。如果用一只手握住延伸部F1并用该手的拇指操作输入元件EE，则即使在手的不同取向的情况下这些输入元件EE对于该拇指而言始终是同样易于到达或能够较好操作的。

有利的是，输入元件EE中的一个输入元件EE₀相对于旋转轴线D_N+1轴向地设置。有利地，该中心的输入元件EE₀用于输入和控制当前的主要参数，例如用于输入学习性编程的开始时间和结束时间。

有利的是，经输入元件EE或EE_ZW分别输入或控制的参数可以自动或手动地根据各个任务以变化的形式进行分配或选择。

有利的是，延伸部F1和/或延伸部F2形成为使得其可以由操作人员的一只手握住，其中，该手的拇指位于自由端FE上以用于操作输入元件EE或者位于输入元件EE_ZW上。为此，延伸部F1或延伸部F2有利地具有圆柱形形状或符合人体工程学的手柄形状。

有利的是，用于通过手的拇指操作输入元件EE的延伸部F1的自由端FE以符合人体工程学的方式形成。为此，在一种实施方式中，输入元件EE设置在一个平面上，该平面相对于与旋转轴线D_N+1垂直的平面以5至60°的角度倾斜。通过这种倾斜实现了输入元件EE的符合人体工程学的操作，其中，特别是进行操作的手的远端拇指关节不必例如以90°的角度弯曲。

有利的是，输入元件EE和/或输入元件EE_ZW具有包括一个或多个可控光源的照明元件。有利地，该一个或多个光源是发光二极管LED。

有利的是，输入元件EE或EE_ZW实施作为按键和/或摇杆开关(Wipptaster)和/或按钮和/或开关和/或旋钮和/或滑块。在另一个有利的实施方式中，输入元件EE实施作为触控板(触敏表面)或触控屏(触敏显示器)的输入区域。

在所提出的机器人臂的一个扩展方案中，延伸部F1的自由端FE以能够沿围绕旋转轴线D_N+1的不同取向拆卸的方式与延伸部F1的其余部分牢固地连接(例如借助闭锁连接或夹紧连接(Rast-oder Klippverbindungen))。即，自由端FE可以从与机器人臂刚性连接的延伸部F1的其余部分上拆卸，并且能够在另一个相对于旋转轴线D_N+1旋转的位置中再次与延伸部F1的其余部分连接。因此，输入元件EE分别相对于握住延伸部F1的手的取向以最理想的方式取向。但是，这种取向要求拆卸自由端FE并且使自由端FE与延伸部F1的其余部分以新的角度方向重新连接。

在机器人臂的一个特别有利的实施方式中，延伸部F1的自由端FE以能够围绕旋转轴线D_N+1旋转的方式与延伸部的其余部分牢固地连接。在这种实施方式中，有利的是，自由端FE可以自由地(即，没有止挡地)围绕旋转轴线D_N+1旋转。在该实施方式中省略了如上述扩展方案中所实施的自由端FE的拆卸和再次连接。

一个扩展方案的特征在于，在延伸部F1的自由端FE与其余部分之间设置机械的和/或电气的和/或磁性的扫描装置(Rastervorrichtung)，该扫描装置允许自由端FE以预设的扫描(Rasterung)围绕旋转轴线D_N+1旋转。这特别是防止了自由端FE相对于延伸部F1的其余部分的不希望的扭转(Verdrehen)。为了从一个扫描位置到达相邻的扫描位置，需要对自由端FE施加预设的力或预设的转矩。有利的是，该力或转矩选择为，实现在手在延伸部F1上的不同把握方向的情况下对输入元件的人体工程学的操作。有利的是，可以根据需要以可变的形式预设该力或该转矩。

一个扩展方案的特征在于，在臂区段A_N上设置用于输出图形信息和/或字母数字信息的输出单元。这实现了例如在执行学习性编程期间的相关信息的显示或输出。

一个扩展方案的特征在于，机器人臂或特别是臂区段A_N具有接口，通过该接口能够连接作为输出单元的智能手机。该接口可以是机械的/电气的接口或者是无线电接口(例如蓝牙，WLAN等)。

有利的是，延伸部F1和延伸部F2分别由操作人员的一只手握住或引导。

在一个特别优选的实施方式中，上述角度W1＝90°和/或W2＝90°。

本发明的另一个方面涉及一种具有上述机器人臂的机器人。

有利的是，该机器人包括用于检测机器人臂的机械状态Z(t)的传感器、用于检测经输入元件EE和/或EE_ZW的输入EG(t)的单元、用于评价状态Z(t)和输入EG(t)以用于确定评价结果AW(t)的单元和用于存储评价结果AW(t)的存储单元。

有利的是，该评价结果AW(t)是用于驱动机器人臂的控制指令。所提出的机器人因此实现了：检测机器人臂的状态Z(t)(这些状态特别是通过操作人员的机械引导而产生的)；检测操作人员经输入元件EE和/或EE_ZW的输入；对检测到的状态Z(t)、输入的评价及其向评价结果AW(t)的转换，该评价结果AW(t)特别是代表用于实施已输入的机器人臂的运动的控制指令。

在这种情况下有利的是，将机械状态Z(t)理解为机器人臂的定位、机器人臂的定位的时间推导(zeitliche Ableitung/en)和/或机器人臂上出现和作用的力和力矩。当然，根据任务和要求，状态Z(t)可以包括其他与时间有关的状态参数。用于检测输入EG(t)的单元有利地包括输入元件EE和/或EE_ZW以及与输入元件连接的处理器单元PE1。用于评价状态Z(t)的单元有利地是计算机或处理器单元PE2，借助于该计算机/处理器单元PE2执行相应的评价程序。有利的是，处理器单元PE1和PE2是相同的。

附图说明

其他的优点、特征和细节可从以下描述中得出，其中，在必要时参照附图详细地描述了至少一个实施例。相同的、类似的和/或功能相同的部件具有相同的附图标记。其中：

图1为所提出的机器人臂的一个实施例的部分示意图。

具体实施方式

图1示出了所提出的机器人臂的一个实施例的示意图。部分示出的机器人臂具有数量N个的臂区段A_n，这些臂区段A_n能够经致动器可驱动的关节连接GV_n与机器人主体连接，其中n＝1，2，...，N。在图1中仅示出了臂区段A_N-1和A_N。部分示出的机器人臂的特征在于，机器人臂的远端臂区段A_N在其近端处经关节连接GV_N与臂区段A_N-1连接，近端臂区段A₁在其近端处能够经关节连接GV₁与机器人主体(未示出)连接，关节连接GV_N实现了臂区段A_N围绕旋转轴线D_N的旋转，机器人臂的臂区段A_N沿轴线L1延伸而且该轴线L1与旋转轴线D_N围成90°的角度，臂区段A_N的远端能够经致动器可驱动的关节连接GV_N+1与执行器E(未示出)连接，其中，关节连接GV_N+1实现了执行器E围绕旋转轴线D_N+1的旋转，其中，旋转轴线D_N与D_N+1围成在90°范围内的角度W1，并且其中，旋转轴线D_N+1与轴线L1围成90°的角度W2。

部分示出的机器人臂的特征还在于，在关节连接GV_N+1与执行器E之间设置的插入件ZW上形成与其刚性连接的、能够垂直于旋转轴线D_N+1(即，径向地)延伸的延伸部F2，该延伸部F2能够用一只手握住。另外，臂区段A_N具有与臂区段A_N刚性连接的手柄式的延伸部F1，该延伸部F1相对于旋转轴线D_N+1同心地延伸，其中，延伸部F1的自由端FE相对于延伸部F1的其余部分能够围绕旋转轴线D_N+1自由旋转，并且自由端FE具有用于手动输入数据的输入元件EE。

在能够旋转的自由端FE的上侧为四个轴向设置的输入元件EE，一个中间轴设置的输入元件EE，以及在倾斜面上设置的总共四个另外的输入元件EE。输入元件EE的信号在可拆卸端部FE与延伸部F1的其余部分之间的电传输有利地由导线连接、或通过滑环传输或通过无线电传输来实现。

有利的是，输入元件EE至少部分地包括照明元件，借助这些照明元件例如可以输出当前的输入状态和/或这些照明元件可以用于识别当前激活的输入元件EE，和/或这些照明元件仅仅用于照亮输入元件EE。另外还有利的是，机器人臂具有声学和/或光学的输出单元，通过该声学和/或光学输出单元能够声学和/或光学地输出与输入元件EE的操作相关产生的状态。因此，可以通过输出单元输出机器人状态或错误提示。

可拆卸的自由端FE的灵活布设实现了适合于操作人员的取向，从而实现了来自不同角度和抓取方向的输入。

延伸部F2特别是实现了在所谓的“示教”过程中灵敏且准确的定位和力或力矩的预设。有利地，“示教”过程通过操作人员用一只手握住延伸部F1并用另一只手握住延伸部F2来进行，并且通过相应的拇指完成向输入元件EE或EE_ZW的所需的输入。

尽管通过优选的实施例详细地进一步示出和说明了本发明，但本发明并不限于所公开的实施例，而且本领域技术人员在不脱离本发明的范围的情况下可以由此衍生出其他变型。因此，显而易见的是，存在多种变化可能性。还应该理解的是，举例说明的实施例实际上仅是示例，其不应以任何方式理解为对本发明的范围、应用可能性或配置的限制。相反，以上的描述和附图描述使本领域技术人员能够具体地实现示例性实施方式，其中，在不超出由权利要求书及其法律等同部分(例如说明书中的进一步说明)限定的保护范围情况下，本领域技术人员基于对公开的本发明构思的认知可以采用例如关于在示例性的实施方式中所提及元件的功能或布设的各种变型。

Claims (10)

1.一种具有数量N个的臂区段A_n的机器人臂，所述臂区段A_n能够经数量N个的致动器可驱动的关节连接GV_n与机器人主体连接，n＝1，2，...，N；其中，

-所述机器人臂的远端的臂区段A_N在其近端处经关节连接GV_N与臂区段A_N-1连接，

-近端的臂区段A₁在其近端处能够经关节连接GV₁与所述机器人主体连接，

-所述关节连接GV_N实现了所述臂区段A_N围绕旋转轴线D_N的旋转，

-所述机器人臂的所述臂区段A_N沿轴线L1延伸并且所述轴线L1与所述旋转轴线D_N围成50至130°的角度，

-所述臂区段A_N的远端能够经致动器可驱动的关节连接GV_N+1与执行器E连接，其中，所述关节连接GV_N+1实现了所述执行器E围绕旋转轴线D_N+1的旋转，其中，

·所述旋转轴线D_N与D_N+1围成在50至130°范围内的角度W1，

·所述旋转轴线D_N+1与所述轴线L1围成在50至130°范围内的角度W2，并且

·在所述执行器E上、或者在所述关节连接GV_N+1与所述执行器E之间设置的插入件ZW上或者在所述臂区段A_N上形成与其刚性连接的、能够垂直于旋转轴线D_N+1延伸的延伸部F2，所述延伸部F2能够用一只手握住。

2.根据权利要求1所述的机器人臂，其中，在所述插入件ZW上设置在所述手的拇指的可及范围内的一个或多个输入元件EE_ZW。

3.根据权利要求1或2所述的机器人臂，其中，所述臂区段A_N具有与其刚性连接的手柄式的延伸部F1，所述延伸部F1相对于旋转轴线D_N+1同心地延伸，所述延伸部F1的自由端FE相对于所述延伸部F1的其余部分是能够围绕旋转轴线D_N+1旋转的或者以能够围绕旋转轴线D_N+1旋转的方式设置，并且所述自由端FE具有用于手动输入数据的输入元件EE。

4.根据权利要求3所述的机器人臂，其中，所述输入元件EE设置在一个平面上，所述平面相对于与所述旋转轴线D_N+1垂直的平面以5至60°的角度倾斜。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的机器人臂，其中，所述自由端FE能够以沿围绕所述旋转轴线D_N+1的不同取向可拆卸的方式与所述延伸部F1的所述其余部分牢固地连接。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的机器人臂，其中，所述自由端FE以能够围绕所述旋转轴线D_N+1旋转的方式与所述延伸部F1的所述其余部分牢固地连接。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的机器人臂，其中，在所述自由端FE和所述延伸部F1的所述其余部分之间存在机械的和/或电气的和/或磁性的扫描装置，所述扫描装置允许所述自由端FE以预设的扫描围绕所述旋转轴线D_N+1旋转。

8.一种具有根据权利要求1至7中任一项所述的机器人臂的机器人。

9.根据权利要求8所述的机器人，具有

-用于检测所述机器人臂的机械的状态Z(t)的传感器，

-用于检测经所述输入元件的输入EG(t)的单元，

-用于评价所述状态Z(t)和所述输入EG(t)以用于确定评价结果AW(t)的单元，和

-用于存储所述评价结果AW(t)的存储单元。

10.根据权利要求9所述的机器人，其中，所述评价结果AW(t)是用于控制所述机器人的所述机器人臂的控制指令。