CN109564420A - 机器人系统、机器人系统的控制方法和加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人系统(1)、相应的方法和加工系统，其中沿着由引导轨(20,23)形成的加工线(2,19,22,26)或在输送带(6)上，物体(4,10,11,15)或工件可选地在具有把手件(13,16)的承载装置(5,12,14)上移动或运送。机器人臂(7)通过从加工线的平面或表面拉拽或推动物体至作业空间(17)中而将物体(4,10,11,15)从加工线移开，即以通过力控制的非刚性方式，其中所述物体通过引导件18在作业空间中被定位和取向。在作业空间(7)中处理物体(4,10,11,15)之后，物体被机器人臂(7)推回或拉回至加工线(2,19,22,26)上。加工线(2,19,22,26)可以包括被动非驱动的辊等来代替主动驱动的输送带(6)，其中机器人臂(7)碰撞或推动所述物体(4,10,11,15)，以便输送物体。
Description
本发明涉及机器人系统、机器人系统的控制方法和利用机器人系统的加工系统或加工站。
机器人系统的各种不同设计是已知的。所谓“取放”机器人系统尤其被用在生产线或加工线领域，在此例如用于处理/机加工、拣选和/或包装的物体在单独的加工站或加工设备之间通过主动输送带或被动输送带被连续引导。
这些具有至少一个机器人臂，其例如移动物体或待处理物品或待拣选物品从一个位置到另一个位置。端部带有手爪或末端效应器的机器人臂例如从容器取出物体并以其装载机床等，或从这样的机床取出物体并将其送至另一容器以便输送。
从用于使物体通过输送带在其中运动的现有技术中知道的流水线式或非中断式自动化加工设备或加工系统总是与高昂的投资成本相关，因为必须在物体周围针对物体设置部分被驱动的相应输入和输出装置。另外，这种系统的特点是就加工处理不同类型的产品或物体而言灵活性差。
如果现想要在这样的如用于包装物体或码垛堆放物体的经典的流水线式/非中断式加工设备领域中布置“取放”机器人系统，则有几个问题。像这样的“取放”机器人系统被设计成执行具有相对高的速度和精度的单调乏味的应用。但这要求这样的流水线式加工设备的输送机构须关于物料流被精确定时，其当然需要就精度和编程而言的高昂投资，但仍带来一定易出错性。
因为时钟被精确规定，故机器人系统只能利用移动的组装线或输送机被“训练”，这对于机器人系统整体而言使得示教过程更加复杂，因而增加计划成本。在这样的流水线式加工设备运行过程中，移动的输送机和机器人系统运动的同步化要求所谓“输送机跟踪”，此时机器人臂能跟随输送带，为此需要附加的控制装置、传感器以及除机器人系统的示教外还有整个系统的合适的控制编程。
在流水线式/非中断式被动加工设备情况下，例如在布置在相应斜坡上的、物体能沿其单独移动的滚轮情况下，被动材料流必须总是从外侧被启动，例如由人员或附加技术装置。这使得与机器人系统运动的时钟同拍和进而同步更加困难。
从现有技术中知道的“取放”机器人系统只用于移除物体或装备设备、容器或用这些物体包装。它们因此需要物体、设备、包装等位置的精确参数化。这也意味着在相关加工线上移动的所述物体、容器、承载装置或类似物须总处于相对于机器人系统的正确相对位置上。因此“取放”作业过程证明在偶有位置偏差的情况下是很易出错的。
原则上，一方面是移动物体位置的准确确定和另一方面是在静止不动状态下和由其执行的运动中准确分派给机器人或其效应器要求许多传感器，还伴随有相应的有时复杂的评估电子装置。只有传感器能探测与机器人相互作用的物体的任何形式的任何位置偏差，但没有明显排除误差。相反，探测待机加工物体的运动和根据需要其类型的传感器需要这些物体沿着包含至少一个机器人的相应的流水线式加工设备或机加工系统的某路线或加工线最好呈线性被严格一致地引导。反过来，这要求相应高精度设计用于物体或还有用于这些物体的容器或承载装置的所述加工设备、输送带等。在运动框架内和在待执行的处理步骤内在整个系统中设定的所述物体或承载装置的不同的位置和位置顺序只能由位置受控制的或位置受调节的机器人系统接近。当然，这明显增加与所用传感器的分布相关的编程成本。机器人系统无法在这样的环境中被简单教会。
另外，现有技术的被设计用于在所指定的作业空间区域中处理物体的机器人系统如组装机器人因其运动学、尺寸或设计和所用效应器而不能在不同的位置之间同时运送这些物体。这通常也是因为以下事实，作业空间在功能上和空间上脱离了待处理物体沿着单独移动或借助被驱动的输送机移动的加工线。通常，额定作业空间紧挨着生产设备或拣选设备。
为了改善产品拣选和/或生产的自动化并因此缩短伴随成本节约的周期时间，在制造技术方面都在努力提高产品多样性和生产线变型。几个不同的物体优选应沿加工线移动，它们也可以根据加工线经受借助一个或多个机加工装置的不同的机加工过程。但这要求相关的既定用来运送或处理物体的设备、尤其用在这样的流水线式加工设备中的该机器人系统的一定的灵活性和可调整性。
此外，从现有技术中知道的“取放”机器人系统并非针对进一步处理步骤例如小零件的组装、零部件的组装或插入、材料搬运、测量或检验等设计的。但对高度自动化生产线而言可能期望组合这些处理步骤中的几个步骤。
基于此，本发明的目的是创建一种机器人系统和一种控制这样的机器人系统的方法，该机器人系统能被定位在加工线区域中并且能在那里被灵活使用，从而用于想要用在该加工线上的物体的既定应用或工作过程可以被简化，同时进一步提高自动化。另外，本发明的目的是提供一种加工系统，其中采用了上述意义的机器人或机器人系统，由此，用于要对其执行的既定处理操作的物体定位将被进一步简化。就此而言，用于计划和设计用于移动物体的路线和加工线的努力被进一步最小化，并且可能易出错的传感器的使用将被大体避免或甚至完全排除。
这些目的利用根据权利要求1的机器人系统、根据权利要求6的机器人系统控制方法和根据权利要求12的利用与本发明相关的机器人系统的机加工/处理或工作系统来实现。
因此，本发明在第一方面中涉及一种机器人系统，其包括至少一个机器人臂和用于控制机器人臂运动的控制单元，机器人臂包括至少一个效应器，该机器人系统能被定位在加工线区域内，物体或其上布置有物体的承载装置能沿该加工线运动，所述控制单元和机器人臂如此设计：
-机器人臂能在分配给机器人系统的作业空间区域内与该物体相互作用，从而使得该效应器处理该物体，
-机器人臂能通过效应器引导所述物体或承载装置进入和/或离开作业空间，
该机器人系统具有柔顺性控制，且该控制单元进一步被如此设计，机器人臂使所述物体或承载装置相对于该作业空间的至少一个用于引导物体或承载装置的引导机构运动，使得所述物体或承载装置被自动定位在相对于机器人系统的用于机加工或搬运的正确位置上。
为了本发明的目的，柔顺性控制意味着阻抗控制、间接力控制、力控制或这些控制措施的组合。
就此而言，根据本发明的机器人柔顺性应该优选是这样的，所述物体的引导造成如下所述的运动收敛。
另外，柔顺行为应该被设计成使在被机器人引导期间在所述物体和引导机构之间出现的力未造成物体受损。
因此，本发明的目的是一种机器人系统，其通过效应器与物体主动相互作用。在本发明的上下文中必须理解的是，机器人系统也可以打算和设计用于进入与物体的主动相互作用中，这就像例如在从现有技术中知道的“取放”机器人系统中那样超出单纯的运输，或者超出自身通常总是在作业中按照相同方式重复的装配机器人的简单组装步骤。
因为以下事实：机器人臂不仅在为此设置的作业空间内“处理”该物体，也在机器人臂的效应器与物体相互作用以实现既定目的之前主动且单独地在至少一个引导机构的帮助下引导所述物体或用于物体的承载装置进入作业空间并相应地将其定位在那里和/或在完成处理之后根据需要在至少一个引导机构的帮助下离开该作业空间，因此本发明带来以下优点，即为此既定的处理作业可以被显著简化和加速。周期时间可以被显著缩短。
就此而言，本发明的所针对的但并非排他地是轻型机器人系统。这样的机器人系统在机器人臂的每个关节中具有力矩传感器和/或力传感器。所述力/力矩传感器系统容许机器人系统的可编程的柔顺性，从而可以使用更简单、少维护且因而更便宜的工具或效应器。
也称为阻抗控制或刚性控制的柔顺性控制原则上是机器人系统的关节的间接力控制，在这里，它的行为例如就像是与外部施加的或外侧作用的力矩和力相关的线性弹簧质量阻尼器系统那样。换言之，要由手爪施加至物体的期望接触力例如在存在接触情况下通过“期望行为”而间接出现且未被明确规定，就像在利用传统力控制时那样，此时要由机器人系统施加的接触力或者待施加力矩在考虑规定的控制目标情况下被明确规定。
在一个实施例中，该机器人系统如此设计，作业空间设置在加工线区域内，所述控制单元和机器人臂被设计成使机器人臂能沿加工线在两个间隔开的引导机构之间通过效应器引导所述物体或承载装置。该加工线如被动输送带优选紧挨着机器人系统布置。原则上，这样的“被动”输送带只由扁平路段构成，其走向由呈侧向接合该路段的导向面或导向壁形式的两个引导机构限定。所述物体或承载装置在导向壁之间被引导经过机器人臂，导向面可以说作为周向壁。具有整体柔顺性的机器人实质上只施加移动物体所需的力即拉力或推力，而此时物体通过该引导机构被引导，机器人以其几个轴通过柔顺方式顺随由引导机构在物体上引起的运动方向，此时在引导面和所述物体或承载装置之间设有相应间隙。这样一来，根据本发明，被机器人驱动的所述物体或承载装置可以跟随基本线性的加工线以及任何弯曲的加工线。
所述引导面优选被设计成它们具有低摩擦系数。这将会具有对物体引导而言的重要优点，但不是绝对需要的，因为摩擦系数和进而在引导面和沿其移动的物体之间的摩擦副在设计待用机器人系统的柔顺性控制时作为基础被适当地纳入考量。
在另一实施例中，该机器人系统如此设计，即该作业空间设置在该加工线之外，并且所述控制单元和机器人臂被设计成使机器人臂能从加工线进入作业空间地在两个相互敛聚的引导机构之间引导所述物体或承载装置和/或离开这些引导机构且因此离开作业空间而回到加工线。机器人臂能从加工线上取出所述物体或承载装置并将其送至作业空间以用于要由机器人臂或在其末端的效应器执行的进一步处理步骤。在既定工作步骤结束之后，机器人臂使所述物体或承载装置返回到加工线，加工线可以是主动输送带且例如随后自动进一步输送经过处理的物体。
敛聚的引导机构可被设计成两个漏斗状引导面，其朝向物体的最终机加工位置收敛。机器人将物体定位在两个引导面之间并在最终位置方向上拉拽或推动物体，此时该引导面越来越进一步包围物体且最终将其定中。根据本发明，这只能以相应柔顺的行为来实现，因此将不会产生在所述物体和引导机构之间的过大接触面。
根据本发明，尤其优选的是如此设计机器人臂，即它没有例如像用于移除或安放的“取放”机器人臂做的那样在不同位置之间提升或放置所述物体或承载装置，而是在一个平面或表面上、沿加工线的平面或表面和/或作业空间的平面或表面拉动物体或承载装置，或者推动其经过该平面或表面。各平面不一定必然形成共同平面，但可以相互偏离一定程度。这是可能的，因为根据本发明的具有其固有编程柔顺性和/或与对应的力控制相结合的机器人系统允许离开不规则表面。
无论机器人臂在末端所载有的且与物体相互作用或处理物体的效应器是何种类型，本发明总是允许该控制系统和机器人臂被设计成使得机器人臂优选以效应器简单地例如在侧向上接合所述物体或承载装置，以便通过施加轻微的推力来进一步推动所述物体或承载装置。
或者，所述控制单元和机器人臂如此设计，机器人臂能通过效应器施加拉力和/或推力至物体或承载装置。
在具体实施例中，机器人臂具有手爪作为效应器，其也打算与所述物体相互作用，例如给该物体配备其它部件，为此，手爪也用来且设计用于主动抓取或缩回所述物体或承载装置并且相应地通过施加相应小的拉力沿加工线将其拉入作业空间中。
就此而言，也可以根据本发明由四个渐缩的壁形成引导机构，渐缩的壁形成一种漏斗，机器人从上方将物体插入其中，为此，经过漏斗壁地引导该物体至最终位置。这样一来，组装过程如将物体插入为此设置的支座或容槽可以就编程而言被相当程度上简化。
当使用承载装置时，承载装置可以包含设计用于接合手爪的部件如把手、环眼、凸起等。
布置在机器人臂上的效应器可以如此设计，即它非接触地与物体相互作用，例如是被移动经过物体以便检测的照相机。
但是，这也可以是接触到物体的效应器，例如测量针或用于将组成部件插入物体中的手爪。
也可以想到这样的效应器，其设计成工具并且能以物理方式改变该物体，例如烙铁或用于固定组成部件的工具。
无论效应器的设计或效应器的既定使用如何，根据本发明，它总是可以被用来在加工线区域内的规定位置之间主动引导所述物体或其承载装置。
本发明的机器人系统的一个主要优点因此是，它决定机加工/工作过程本身的时钟。这取消了对恒定自动化输送带和跟踪、即输送带与机器人系统之间的运动同步的需要。
在被动输送系统中，机器人系统可以从本发明的加工线上自动取出物体，在处理完之后将其返回至加工线，并且需要时沿加工线敲回或推回它们，使得它们随后又沿着加工线自动移动。
由本发明所实现的、具有柔顺性的机器人系统能与至少一个引导机构相互作用地引导物体的可能性使得形成下述的机加工系统或加工站成为可能，在这里，相应的机器人被简单定位在桌台或工作台区域内，并且引导机构固定不动地被相应固定在台面上。这允许机加工系统或加工站针对既定应用以各种不同的配置形式来制造，它们也尤其适用于人机协作(HRC)加工站。
在第二方面，本发明也涉及一种机器人系统的控制方法，该机器人系统包括至少一个机器人臂和用于控制机器人臂的运动的控制单元，机器人臂包括至少一个效应器，该机器人系统具有柔顺性控制并且能被定位在加工线区域内，物体或其上安置有物体的承载装置能沿该加工线运动，该机器人臂在配属于机器人系统的作业空间区域内与该物体相互作用，该作业空间包括用于引导所述物体或承载装置的至少一个引导机构，该方法包括如下步骤：
-用效应器处理该物体；
-为了处理所述物体，通过机器人臂相对于作业空间的至少一个引导机构引导所述物体或承载装置，使得所述物体或承载装置被自动定位在相对于机器人系统的用于处理的正确位置上；和/或
-在物体处理结束之后，通过机器人臂引导所述物体或承载装置离开引导机构和进而离开作业空间。
如果引导机构设置在加工线区域内且间隔开，则引导步骤牵涉到机器人臂在引导机构之间且因此沿着加工线拉拽或推压所述物体或承载装置。
如果引导机构离开加工线，则引导步骤牵涉到机器人臂使所述物体或承载装置从加工线在两个相敛聚的引导机构之间和/或从这些引导机构返回加工线。
在本发明方法的一个实施例中，该引导步骤包括：
-通过效应器非连接地接触所述物体或承载装置；
-通过效应器施加拉力和/或推力或相应的力矩至所述物体或承载装置。
在本发明方法的另一实施例中，该引导步骤包括：
-通过效应器抓获所述物体或承载装置；
-通过效应器施加拉力和/或推力至所述物体或承载装置，或者
-通过效应器提升物体或承载装置，将其移送至工作位置并在此工作位置上落置所述物体或承载装置。
换言之，根据本发明的方法，在此采用了具有编程的柔顺性且根据需要与规定的力控制相结合的本发明机器人系统通常是涉及如下步骤，即，位于生产线区域内的机器人系统从机器人系统的机器人臂可到达的在额定作业空间之外的位置到在其作业空间内的且与设于那里的各自引导机构相互作用的规定位置地推压或拉拽待机加工的工件，其中机加工也可以就非接触测量等意义来理解，在这里，该作业空间可以直接位于生产线上或其旁边。于是，机器人系统对该物体执行既定处理步骤。在处理完成后，如果需要，机器人臂再次借助引导机构利用其效应器将工件推回到加工线上或在加工线上朝着既定生产方向，如果需要推至下一生产站。
本发明方法的一个特殊优点是，所述控制单元和机器人臂也能如此设计，在所述物体或承载装置的引导期间的时钟只由机器人系统本身来规定。
由机器人系统规定的时钟基本上允许周期时间被缩短，因为在加工线上的物体的运动与由机器人系统执行的处理步骤脱离关联。整个系统的编程和还有机器人系统的示教被显著简化。
另一个显著优点是，几个不同物体可以在同一加工线或生产线中被处理，它们以随机顺序运动。机器人系统也可以如此设计，即它能依据该物体对该物体执行各种不同动作，借此，机器人系统能够将物体区分开，例如通过合适的外设传感器系统以实时方式或渐进编程方式。
为了在引导所述物体或承载装置时限定运动轨迹，待机加工的工件或者承载装置的各自起点位置和相关接近运动轨迹由使用者存储在机器人系统上，此时考虑了为此针对额定作业空间而设置的各自引导机构连同抓取或接触位置，优选通过示教程序。此外，在作业空间区域内的工件最终位置和相应的返回轨迹在机器人系统上设定。
可以说，这使得机器人系统易于接获所述物体或工件或载运物体或工件至自身的承载装置，以执行原先编程的机加工步骤或工作步骤。
因为该引导机构实际上与机器人或其个别轴的运动相互作用地引导该物体，故要由机器人系统横越的运动路径不一定被高精度限定，即被精确地位置控制或调节，或通过复杂的外部传感器例如图像处理或跟踪系统被监视和确保，相反，这些运动路径在考虑误差和偏差情况下被存储或教导就够了。于是，显著简化了辛苦的编程成本。
在物体要沿着加工线延长部运动的被动输送系统情况下，机器人系统总是拉拽或推移相应下一个物体或下一个承载装置经过机器人臂，由此自动运送在先的最后经过处理的物体或对应承载装置至加工线上的下一个工站。或者，机器人系统能引导经过机加工的工件本身至下一个工站，为此，相关的运动轨迹于是也必须被使用者存储在机器人系统中。在两者情况下，物体的最终引导总是由设置在加工线区域内的引导机构执行。
在第三方面，本发明涉及一种加工系统，其具有物体或用于所述物体的承载装置能沿其运动的加工线以及布置在加工线区域中的机器人，该机器人具有一个或多个轴且被构造和设计成具有柔顺性控制，设有至少一个引导机构，其布置在加工线区域内且设计用来通过机器人的运动将所述物体或承载装置移送入既定用于物体进一步处理的处理位置。
在机加工系统或加工系统的一个实施例中，该引导机构由用于所述物体或承载装置的间隔开的引导面构成，引导面沿着线性设计或非线性设计的加工线布置。
因为沿加工线的物体的运动或者说驱动通过柔顺设计的机器人运动发生，但实际引导通过引导机构本身发生，故可以相对于沿加工线被引导的所述物体或承载装置以一定间隙布置引导面。这允许例如物体尺寸的误差偏差得到补偿。规定间隙或空隙的设置也使得编程机器人必然以一定偏差、即一定不精确程度所经历的运动变得可行和更容易。
加工线是生产线或具有任何设计的自动线，待处理物体可以在其上连续或间歇移动，如果需要在几个加工站之间移动。但也可以想到简单的工作台表面，合适的引导机构被固定在其上，为此，机器人被简单定位在桌台区域中。原则上也可以为此采用移动式机器人，其本身无法相对于桌台很精确定位，但移动式机器人的这种不准确定位可以通过将柔顺性控制与本发明的引导机构相组合被容易地补偿。
它也可以是被动输送系统，例如在斜坡上的几个滚轮，使得物体通过其自重运动，对此可在机器人系统的作业空间区内或附近设置至少一个止挡件用于所述物体或承载装置。该物体碰撞止挡件且机器人臂直接从那里取走待加工物体。
在机加工系统的进一步实施例中，至少一个引导机构可以设置在加工线区域之内或之外、优选紧邻加工线以用于所述物体或承载装置。
尤其是在额定作业空间在加工线以外的实施例中，可设有相向敛聚的两个引导机构。该机器人臂将待处理物体从加工线拉入位于这两个引导机构之间的作业空间。也可以由弹性材料制造以便抵制误差偏差的引导机构的敛聚设计将物体或承载装置自动定位在相对于机器人系统的正确相对位置或取向上。这进一步简化了对机器人系统编程的要求。
在本发明的机加工系统或加工系统中，所述作业空间和加工线优选实质上位于一个水平高度。但也可能的是它们位于不同的平面中并且该引导机构相对于加工线平面横向地或成一个角度地对准。所述引导机构由待敛聚的表面形成，物体通过机器人从上方被插入它们之间并且可以被向下定中至期望的最终位置。
变得清楚明白的是，本发明机器人系统的和实现这种机器人系统的加工系统的主要优点在于以下事实，不需要专门的、尤其在空间上高度精确的设计和布置所述作业空间和加工线。
流水线式或连续的加工设备或加工线可以与要由机器人系统执行的处理步骤无关地设计成是完全被动的，这明显降低投资成本，因为既不必设置启用的供应和排出装置，也不必设置相应的运动控制。
因为本发明机器人系统的根据需要与可编程的力控制结合的柔顺性，它通过明确规定机加工步骤的时钟和其运动速度几乎自给自足地与加工线相结合地工作。
但是，使用具有柔顺性控制的机器人系统的一个主要优点是，沿着加工线以及相对于作业空间引导待处理物体只能与为此设计的且布置在对应地点的引导机构相互作用地发生。因为这消除了机器人严格位置控制的需要，故不需要传感器来检测物体或承载装置在其移动时的单独位置。用于此目的的评估电子装置/传感器和控制系统可以被完全省掉。
本发明的其它的优点和特点来自以下对附图所示实施例的说明，其中：
图1示例性示出在已知的流水线式加工设备上的机器人系统的立体图；
图2示出具有本发明第一实施例的机器人系统的加工系统的立体图；
图2a、图2b和图2c是在图2的加工系统中的机器人系统的机器人臂的不同位置的例子；
图3是具有本发明第二实施例的机器人系统的加工系统的立体图；
图3a、图3b示出了在图3的加工系统中的本发明机器人系统的机器人臂的不同位置的例子；
图4a是具有本发明第三实施例的机器人系统的加工系统的立体图；
图4b是图4a的加工线的俯视图的例子；和
图5是具有本发明第四实施例的机器人系统的加工系统的立体图。
图1示出了现有技术布置的例子，在此，优选具有轻型设计的机器人系统1被定位在流水线式或非中断式加工设备3的加工线2上。沿加工线2，布置在相应的承载装置5上的工件或物体4通过主动输送带6被移动经过机器人系统1。
机器人系统1具有多轴机器人臂7，它在其末端上装有效应器8如测量针，机器人臂7借此在分配给机器人臂7的作业空间9区域内互动，该作业空间在加工线2上正好位于机器人系统1前面。利用测量针8，机器人臂7可以扫描物体4以便例如测试。
在此布置中，通过主动驱动的输送带6使物体4自动移动经过机器人系统1。因为输送带6以预定速度运动，故用于机器人系统1的工作过程的周期最终由输送带6的速度决定。因此，机器人臂7的运动必须依据输送带6速度被调节，而要由机器人臂7执行的机加工步骤的时间段仍然有限。
另一方面，图2示出了在本发明第一实施例中的加工系统，在此，机器人系统1本身可以设定时钟。
各种不同物体10、11被放置在对应的承载装置12上，承载装置在侧面具有框架或把手13。
加工线19由呈引导面20形式的两个引导机构形成，该引导面相互等间距布置，承载装置12可以在引导面之间沿其移动。引导面20用作导轨，可以说在导轨之间，承载装置12被拉拽或推压前行，做法是机器人臂7接合在承载装置12的把手13上。
图2a至图2c以平面视图示意性示出了机器人系统1、优选是具有7轴机器人臂或操作手7的移动式机器人的不同位置状态。
图2a示出了机器人臂7以其效应器8在加工线19上如何向额定作业空间9的左侧作用承载装置12的把手13以将其拉入额定作业空间9。
当在承载装置12上的物体已处理完后(在此未示出)，效应器8又接合承载装置12的把手13并在加工线2上进一步将其推向右侧，如图2b和图2c所示。机器人臂7于是可以再回移向左侧以便接触到下一个承载装置12并将其拉回到额定作业空间9区域以便机加工和工作。
因为机器人臂7自动沿处理线2将承载装置12拉入在此情况下正好布置在机器人系统1前方的额定作业空间9中并在处理之后随后将承载装置12推出额定作业空间9，故要由机器人系统1完成的工作步骤的周期被自动设定，或者机器人系统1根据待完成的工作步骤决定加工线19上的供应速率。
由于造成了处理步骤多样性的提升，不同的物体10和11可以被单独处理并且如果需要在同一个加工系统内用同一个机器人系统1来不同地处理，并且沿加工线19被单独输送。
因为根据本发明所述机器人或机器人系统1包括柔顺性控制，故机器人臂7只须在效应器8接触把手13时沿加工线19施加拉力或推力。在此情况下，承载装置12的线性引导只通过这两个引导面20进行。这种引导功能与要由机器人臂7施加的力相互作用地完全足以使效应器8简单抵靠在把手13侧。
基于机器人系统1在不需要位置控制和调整情况下就不必占据相对于加工线19的固定不变的空间位置的事实，根据本发明，机器人系统1可以通过活动平台21被容易地定位在相对于额定作业空间9和加工线19的既定位置上。机器人系统1的位置因此可根据改动的机加工过程被调节而无需复杂的改组措施。此外，在这样的加工系统中可以有几个这样的机器人系统1在加工线19上单独地或协同地工作，可能甚至在一个或多个工人介入的情况下。这允许针对机加工系统如具体设定带有HRC机器人系统的生产线设计出任何后果。实际上对这样的本发明加工系统的设计和配置的多样性没有限制。
图2示出了具有完全线性的加工线19的加工系统，图4a示出了本发明第三实施例中的加工系统，其具有走向有改变的加工线22。此加工线22也由两个间隔的导轨或导向面23形成，物体24在其中可以被机器人臂7推动前行。因为机器人臂7连同其柔顺性控制仅通过与之侧向接触的效应器8提供物体24送入，故可行的是该物体24能在与引导面23相互作用下沿着加工线22的弯道部25被引导。
为了防止阻塞，在引导面23和物体24尺寸之间规定一定间隙S，如图4b所示。因此，机器人系统1能够使物体24沿着加工线22运动，同时因其控制行为而在运动方向的横向上有一定不精确度。
图3示出了本发明第二实施例中的另一个加工系统。
承载装置14沿着加工线26、在此又是主动输送带6移动，待处理的物体15位于该输送带上。承载装置14在前侧包括把手件16。
额定作业空间17正好在机器人系统1的前方，该作业空间由两个相向敛聚的引导机构18构成。
如可在图3a和图3b中示意性看到地，根据本发明的机器人系统1的机器人臂7从输送带6接获承载装置14并将其拉入在其前方的作业空间17中，由此，敛聚的引导机构18自动定中承载装置14到最终工作位置，做法是承载装置14接合引导机构18的止挡18'，使得机器人臂7随后可以执行期望的工作步骤而无需高精度定位承载装置14，这有助于其事先参数化。
在物体15的处理完成之后，机器人臂7可以通过其简单接合把手件16的效应器8将承载装置14推回到输送带6上。
本发明所采用的机器人的柔顺性控制也允许机器人系统1在输送机6和作业空间17之间来回移动承载装置4，尽管输送机6和作业空间17不在共同平面上。
图5示意性示出了在本发明第四实施例中的加工系统。在此设有更远离输送带6的额定作业空间27，物体24在输送带上向前移动。机器人系统1的效应器被设计成抓取机构28，其能抓住物体24。机器人臂7提升物体24并通过转动运动将其移送至作业空间27，如机器人臂7的几个位置所示。作业空间27具有呈渐缩风道或漏斗29形式的引导机构，机器人臂7将物体24插入其中。一旦物体24已经完全脱离机器人臂7，物体24随后就在最终工作位置或组装位置上通过漏斗29的锥形壁被自动定中。
根据本发明，与其设计无关的沿预定引导机构的引导可以通过以下事实实现，本发明的机器人系统就马达功能或运动学而言是固有柔顺的，这进一步得到例如力、柔顺性和阻抗控制的可能性，或者通过因这些不同控制的组合而导致的组合做法，可以实现在机器人臂的连杆的个别关节中的驱动单元。这可以呈现许多形式。最重要的是关节坐标中的控制即协调轴控制或在例如笛卡尔空间中被限定的任务专向控制，并且通过几何形状投影被转换，例如像通过雅克比矩阵、名义关节力矩或名义关节力。另外，可以采用像多优先级控制这样的扩展。
与在加工线区域内的所规定的引导机构相互作用地，于是可以实现借助机器人的物体简单引导。
本发明的机器人系统1也尤其适用于以下环境，即在其中人们同时牵涉到包含该机器人系统1的流水线式加工设备的工作过程中，因而这样的机器人系统1可以针对相应的人机协调来设计。
以下事实变得清楚明白，即根据本发明，本身超出单纯的“取放“工作步骤和重复性组装步骤的机器人系统1旨在主动处理物体，单独确定在流水线式加工设备中的单独工作步骤的时刻，对就待处理物体的类型以及要对这些物体执行的处理步骤而言的灵活多变性没有限制。
根据本发明的机器人系统1可以针对各自既定目的被单独使用且被相应编程和参数化，为此，依据这种机器人系统1的柔顺设计，辛苦的编程成本较低。尤其是，关于机器人臂的和本发明机器人系统1的单独关节的就其总体行为而言上述柔顺性控制和力控制可以被用于此目的。
Claims (21)
1.一种机器人系统(1)，该机器人系统具有至少一个机器人臂(7)和用于控制该机器人臂(7)的运动的控制单元，该机器人臂具有至少一个效应器(8)，所述机器人系统(1)能在加工线(19；22；26)的区域内定位和取向，物体(10,11,15,24)或其上安置有所述物体(10,11,15,24)的承载装置(12,14)能沿所述加工线运动，所述控制单元和机器人臂(7)被设计成
-所述机器人臂(7)能在配属于所述机器人系统(1)的作业空间(9,17,27)的区域中与所述物体(10,11,15,24)相互作用以便所述效应器(8)处理所述物体(10,11,15,24)，和
-所述机器人臂(7)能通过所述效应器(8)将所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)引导到所述作业空间(9,17,27)中和/或离开所述作业空间；
其中所述机器人系统(1)具有柔顺性控制，且该控制单元进一步设计成所述机器人臂(7)相对于所述作业空间(9,17,27)的用于引导所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)的至少一个引导机构(18；20；23；29)移动所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)，使得所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)被自动定位在相对于所述机器人系统(1)的正确位置上以便处理。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述作业空间(9)设置在所述加工线(19,22,26)的区域内，所述控制单元和所述机器人臂(7)被设计成允许所述机器人臂(7)能通过所述效应器(8)沿着所述加工线(2)在两个相互间隔的引导机构(18,20,23)之间引导所述物体(10,11)或所述承载装置(12)。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，所述作业空间(17,27)设置在所述加工线(19,22,26)之外，所述控制单元和所述机器人臂(7)被设计成所述机器人臂(7)借助所述效应器(8)能够将所述物体(15)或所述承载装置(14)从所述加工线(19,22,26)引导到两个敛聚的引导机构(18；29)之间的所述作业空间(17,27)中和/或引导离开这些引导机构(18；29)且由此从所述作业空间(17,27)回到所述加工线(19,22,26)。
4.根据权利要求2或3所述的机器人系统，其中，所述控制单元和所述机器人臂(7)如此设计，即所述机器人臂(7)能通过所述效应器(8)向所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)施加拉力和/或推力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中，所述效应器(8)被设计成它能在所述作业空间(9,17,27)的区域中以不接触的方式与所述物体(10,11,15,24)合作，形成接触或改变所述物体(10,11,15,24)。
6.一种机器人系统(1)的控制方法，该机器人系统具有至少一个机器人臂(7)和用于控制该机器人臂(7)的运动的控制单元，该机器人臂具有至少一个效应器(8)，所述机器人系统(1)具有柔顺性控制且能在加工线(2)的区域内被定位和取向，物体(10,11,15,24)或其上安置有所述物体(10,11,15,24)的承载装置(12,14)能沿所述加工线运动，所述机器人臂(7)在配属于所述机器人系统(1)的作业空间(9,17,27)的区域内与所述物体(10,11,15,24)合作，且所述作业空间(9,17)具有用于引导所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)的至少一个引导机构(18；20；23；29)，该方法包括以下步骤：
-通过所述效应器(8)处理所述物体(10,11,15,24)；
-为了处理所述物体(10,11,15,24)，通过所述机器人臂(7)相对于所述作业空间(9,17,27)的所述至少一个引导机构(18；20；23；29)引导所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)，从而所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)被自动定位在相对于所述机器人系统(1)的正确位置上以便处理；和/或
-在所述物体(10,11,15,24)处理结束之后，所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)通过所述机器人臂(7)被引导离开所述引导机构(18；20；23；29)并因此离开所述作业空间(9,17,27)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述引导机构(20；23)设置在所述加工线(19；22)的区域内并且相互间隔，所述机器人臂(7)在所述引导机构(20；23)之间并因此沿着所述加工线(2)引导所述物体(10,11,24)或所述承载装置(12)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述机器人臂(7)引导所述物体(15)或所述承载装置(14)从所述加工线(2)到两个相互敛聚的引导机构(18；29)之间和/或离开这些引导机构(18；29)回到所述加工线(19；22)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，引导步骤包括：
-通过所述效应器(8)以未连接的方式接触所述物体(10,11,15,24)或承载装置(12,14)，和
-通过所述效应器(8)施加拉力和/或推力至所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，引导步骤包括：
-通过所述效应器(8)抓获所述物体(24)或所述承载装置(12,14)；和
-通过所述效应器(8)施加拉力和/或推力至所述物体(24)或所述承载装置(12,14)，或
-通过所述效应器(8)提升所述物体(24)或所述承载装置(12,14)，将其移入工作位置并在此工作位置上落置所述物体(24)或所述承载装置(12,14)。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中，所述控制单元和所述机器人臂(7)被如此设计，即当所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)被引导时由所述机器人系统(1)预定时钟。
12.一种加工系统，该加工系统包括加工线(19；22；26)和布置在所述加工线(19；22；26)的区域中的机器人(1)，物体(10,11,15,24)或用于这些物体(10,11,15,24)的承载装置(12,14)能沿着所述加工线(19；22；26)移动，所述机器人(1)具有一个或多个轴线(7)且形成有柔顺性控制，其特征是，设有至少一个引导机构(18；20；23；29)，其布置在所述加工线(19；22,26)的区域内且适于通过所述机器人(1)的运动移送所述物体(10,11,15,24)或所述承载装置(12,14)到设置用于所述物体(10,11,15,24)的进一步处理的处理位置中。
13.根据权利要求12所述的加工系统，其中，所述引导机构由用于所述物体(10,11,15)或所述承载装置(12,14)的间隔开的引导面(20；23)形成。
14.根据权利要求13所述的加工系统，其中，所述该引导面(20；23)沿具有线性结构或非线性结构的加工线(19；22,26)布置。
15.根据权利要求14所述的加工系统，其中，所述引导面(20；23)以间隙(S)相对于沿着所述加工线(19；22；26)被引导的物体(10,11,15)或所述承载装置(12,14)布置。
16.根据权利要求13所述的加工系统，其中，所述引导面布置在作业空间(9,17,27)中，该作业空间位于所述加工线(19；22；26)的区域中或靠近所述加工线(9,17,27)。
17.根据权利要求15所述的加工系统，其中，所述作业空间(9,17,27)和所述加工线(19；22；26)基本上在一个平面上。
18.根据权利要求15所述的加工系统，其中，所述作业空间(9,17,27)和所述加工线(19；22；26)处于不同的平面内，并且所述引导机构(29)在所述加工线(19；22；26)的平面的横向上对准或相对于所述加工线(19；22；26)的平面倾斜地对准。
19.根据权利要求16或17所述的加工系统，其中，所述引导面(18；29)相互朝向既定的机加工位置敛聚。
20.根据权利要求12至18中任一项所述的加工系统，其中，所述引导机构(18；20；23；29)被以柔顺方式设计。
21.根据权利要求12至19中任一项所述的加工系统，其中，所述机器人(1)是移动式机器人。
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