CN111183005B - 机器人设备 - Google Patents

Abstract

一种机器人设备，包括：第一导轨；细长支撑件，附接到第一导轨，所述细长支撑件能够沿着第一导轨在两个方向上移动且能够在沿着第一导轨的每一位置处旋转；第一肢体，能够沿着细长支撑件中的第二导轨移动，所述第一肢体能够延伸且能够缩回；第二肢体，以可枢转方式附接到第一肢体；末端执行器座，位于第二肢体处且能够在第二肢体的一个末端处旋转；以及第三导轨，附接到细长支撑件以导引细长支撑件在细长支撑件能够沿着第一导轨移动的所述两个方向上的移动；以及驱动机构，用以驱动机器人设备的移动。

Description

机器人设备

技术领域

本发明涉及一种机器人设备，具体来说一种用于物品制造、物体组装和/或物体移动的机器人设备，包括因有限的工作空间或操作空间而具有适应小占用区的尺寸的机器人设备。

背景技术

圆柱坐标机器人是各轴线形成圆柱坐标系的机器人设备。其可用于组装操作、机床中的搬运、产品电子测试、商品分选及生物技术相关过程中的搬运。然而，传统的圆柱坐标机器人具有有限的移动量及达及范围，并且不适合以要求机器人设备具有适应小占用区(footprint)的尺寸的小规模来实施且不适合在有限的操作空间内工作。圆柱坐标机器人通常是大型机械，且是以适应大占用区的尺寸大规模地来实施。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种机器人设备，包括：

(a)第一导轨，用于在两个方向上导引移动；

(b)细长支撑件，附接到所述第一导轨，使得所述细长支撑件能够沿着所述第一导轨在所述两个方向上移动且能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转，其中所述细长支撑件包括第二导轨；

(c)第一肢体，附接到所述细长支撑件的所述第二导轨，使得所述第一肢体能够沿着所述第二导轨移动，其中所述第一肢体能够延伸且能够缩回；

(d)第二肢体，以可枢转方式附接到所述第一肢体的末端，使得所述第二肢体能够绕所述第一肢体的所述末端枢转；

(e)末端执行器座，附接到所述第二肢体的末端，使得所述末端执行器座能够在所述第二肢体的所述末端处旋转；以及

(f)第三导轨，附接到所述细长支撑件，以导引所述细长支撑件在所述细长支撑件能够沿着所述第一导轨移动的所述两个方向上的移动，其中所述细长支撑件能够在沿着所述第三导轨的每一位置处旋转；以及

(g)多个驱动机构，用以驱动所述细长支撑件、所述第一肢体、所述第二肢体及所述末端执行器座的移动。

所述第一导轨及所述第三导轨可通过支撑件彼此附接。

所述细长支撑件在沿着所述第一导轨的所述位置处的所述旋转可由所述多个驱动机构中的一个驱动机构驱动，且所述细长支撑件在沿着所述第三导轨的所述位置处的所述旋转可由所述多个驱动机构中的另一驱动机构单独地驱动。

所述细长支撑件沿着所述第一导轨的所述移动可由所述多个驱动机构中的一个驱动机构驱动，且所述细长支撑件沿着所述第三导轨的所述移动可由所述多个驱动机构中的另一驱动机构单独地驱动。

驱动所述细长支撑件在沿着所述第一导轨的所述位置处的所述旋转的所述驱动机构可被配置有比驱动所述细长支撑件在沿着所述第三导轨的所述位置处的所述旋转的所述驱动机构更强的驱动。

驱动所述细长支撑件沿着所述第一导轨的所述移动的所述驱动机构可被配置有比驱动所述细长支撑件沿着所述第三导轨的所述移动的所述驱动机构更强的驱动。

所述机器人设备可具有适应长度为0.5m至10m、宽度为0.45m至1m及高度为0.5m至3m的占用区的尺寸。

附接到所述末端执行器座的末端执行器可能够达及在所述机器人设备的一部分周围的长度为1m、宽度为1m及高度为1m的工作空间之内。

所述第一肢体可附接到所述细长支撑件的所述第二导轨，使得所述第二肢体在至少一个方向上的枢转移动不受所述细长支撑件阻碍。

所述细长支撑件可能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转到使得所述第一肢体和/或所述第二肢体在延伸时不会延伸超出在所述机器人设备的一部分周围的受限工作空间的角度。

所述细长支撑件可能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转到使得所述第一肢体以及包括所述末端执行器座的所述第二肢体在有或没有末端执行器安装到所述末端执行器座的情况下在延伸时不会延伸超出在所述机器人设备的一部分周围的受限工作空间的角度。

附图说明

依据以下书面说明仅通过实例并结合附图，所属领域中的技术人员将更好地理解及容易明了本发明的实施例，附图中：

图1是根据本发明实例的机器人设备的前立体图。

图2是与图1所示机器人设备类似的机器人设备的前立体图。

图3A是与图2所示机器人设备类似的机器人设备的前立体图。

图3B是图3A所示机器人设备的右侧视图。

图3C是图3A所示机器人设备的前视图。

图3D是图3A所示机器人设备的俯视图。

图4A是图2所示机器人设备的前立体图。

图4B是图4A所示机器人设备的右侧视图。

图4C是图4A所示机器人设备的前视图。

图5A是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第一步骤。

图5B是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第二步骤。

图5C是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第三步骤。

图5D是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第四步骤。

图5E是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第五步骤。

图5F是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第六步骤。

图5G是图1所示机器人设备的俯视图，其示出由机器人设备执行的操作中的第七步骤。

图6是示出被配置成控制所有前述图中示出的机器人设备的计算机或服务器的实例的框图。

图7是示出被配置成控制所有前述图中示出的机器人设备的控制器的实例的框图。

符号的说明

1、2、3、4、5、6、7、8、9、11、12：方向

100、200、300：机器人设备

101：轨道

102：第一导轨/导轨

103：细长支撑件的纵向轴线

104：细长支撑件

105：第一肢体的纵向轴线

106：第一肢体

107：部分/第一部分

108：第二导轨

109：部分/第二部分

110：第二肢体

111：轴线

112：末端执行器座

113：第二肢体的纵向轴线

114：第三导轨/导轨

115：驱动机构/第六驱动机构

116：驱动机构/第一驱动机构/支撑件

117：驱动机构/第二驱动机构

118：驱动机构/第五驱动机构

119：驱动机构/第三驱动机构

120：驱动机构/第四驱动机构

121：驱动机构/第七驱动机构

122：计算机或服务器

123：电源

124：细长杆/支撑杆

202：链条

204：第一圆形板

206：第二圆形板

500：工作空间

502：批次

504：末端执行器

506：生产线

602：处理单元

604：键盘/小键盘

608：显示装置

612：计算机网络

614：收发器装置

616：存储卡插槽

618：处理器

620：随机存取存储器(RAM)

622：只读存储器(ROM)

624、626、638：I/O接口

628：互连总线

630：本地数据存储装置

632：无线收发器装置

634：外部具无线通信能力的装置

636：计算机鼠标

702：控制器

A、B：位置

A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6：机器人移动轴线

Ctr：细长支撑件的中心

具体实施方式

本发明各图中存在的元件的所有尺寸均是以米或毫米为单位而提供，且仅用于说明目的。所述尺寸仅仅说明本发明中实例的尺寸。也可能存在其他合适的尺寸。

图1示出机器人设备100的实例，机器人设备100包括用于在两个方向上导引移动的第一导轨102。机器人设备100包括细长支撑件104，细长支撑件104的一个末端附接到第一导轨102，使得细长支撑件104的纵向轴线103正交于所述两个方向。细长支撑件104可沿着第一导轨102在所述两个方向上移动。在本实例中，第一导轨102包括两个轨道101，所述两个轨道101被布置成彼此相邻且平行，用于接纳细长支撑件104。在其他配置中，有可能使用更多的轨道或者仅实施一个轨道。细长支撑件104也可在沿着第一导轨102的每一位置处绕细长支撑件104的纵向轴线103旋转。细长支撑件104包括沿着细长支撑件104的纵向轴线103延伸的第二导轨108。在本实例中，细长支撑件104由两个间隔开的细长杆124形成，且细长杆124的相应末端接合在一起。第二导轨108位于细长杆124之间。

机器人设备100包括多于一个肢体。存在第一肢体106，第一肢体106附接到细长支撑件104的第二导轨108，使得第一肢体106可沿着第二导轨108移动。第一肢体106的纵向轴线105正交于细长支撑件104的纵向轴线103。第一肢体106可在沿着第一肢体106的纵向轴线105的方向上延伸及缩回。在本实例中，第一肢体106包括两个部分107及109。第一肢体106的第一部分107附接到细长支撑件104。第一肢体106的第二部分109以可滑动方式附接到第一部分107，使得第一肢体106的第二部分109能够远离细长支撑件104滑动以延伸或者朝向细长支撑件104滑动以缩回。具体来说，第二部分109被配置成在第一肢体106的外表面上滑动。在其他配置中，第一肢体106有可能包括多于两个这样的部分，以进一步使第一肢体106的操作达及范围延伸。在其他配置中，此类部分可以伸缩方式彼此附接。

机器人设备100包括第二肢体110，第二肢体110以可枢转方式附接到第一肢体106的一个末端，使得第二肢体110可绕与第一肢体106的纵向轴线105正交的轴线111枢转。具体来说，第二肢体110附接到第一肢体106的第二部分109。第二肢体110的纵向轴线113正交于细长支撑件104的纵向轴线103。第二肢体110可枢转到第一肢体106下方的位置，使得第二肢体110的纵向轴线113平行于第一肢体106的纵向轴线105。在此种配置中，第二肢体110在第一肢体106之下收起，且第二肢体110可通过第一肢体106的延伸及缩回而移动到另一操作位置。一旦第二肢体110由第一肢体106带到操作位置，第二肢体110便可从第一肢体106下方的收起配置枢转到执行工作的位置。第二肢体110的收起能力有助于使机器人设备100能够以适应小/紧凑占用区的尺寸来实施，且仍然具有宽的操作达及范围。

机器人设备100进一步包括位于第二肢体110的一个末端处的末端执行器座112，使得末端执行器座112可绕第二肢体110的纵向轴线113旋转。末端执行器座112被配置成接纳一种或多种类型的末端执行器(图1中未示出)。末端执行器座112可为附接到第二肢体110的单独元件或者可与第二肢体110集成。在本实例中，末端执行器座112是附接到第二肢体110的单独元件。视机器人设备100的应用而定，末端执行器的实例可为抓取装置、抽吸装置、磁性抓取装置等。

机器人设备100包括附接到细长支撑件104的第三导轨114。第三导轨114被配置成导引细长支撑件104在细长支撑件104可沿着第一导轨102移动的两个方向上的移动。细长支撑件104的与附接到第一导轨102的细长支撑件104末端相对的一个末端附接到第三导轨114。第三导轨114提供附加导引能力的优点，以确保细长支撑件104在细长支撑件104可沿着第一导轨102移动的两个方向上顺畅地移动。第三导轨114的另一优点是，其确保细长支撑件104稳定地移动，尤其是当细长支撑件104被配置成快速移动时。

在本实例中，第三导轨114及第一导轨102用于导引线性移动且彼此平行。应了解，在其他配置中，第三导轨114及第一导轨102的导引路径可为弯曲的且不是完全线性的。类似地，尽管在本实例中，细长支撑件104的第二导轨108的导引路径如图1所示是线性的，但在其他配置中，第二导轨108可为弯曲的且不是完全线性的。

在本实例中，第二肢体110被阐述为可绕与第二肢体110的纵向轴线113正交的轴线111枢转。然而，有可能提供万向接头来将第二肢体110接合到第一肢体106，且万向接头容许第二肢体110也绕其他轴线(例如第一肢体106的纵向轴线105)枢转。如果提供万向接头，则必须提供合适的驱动机构来驱动第二肢体110相对于第一肢体106的各种枢转移动。

所述机器人设备100进一步包括多个驱动机构115、116、117、118、119、120及121，以驱动细长支撑件104、第一肢体106、第二肢体110及末端执行器座112的移动。第一驱动机构116安装在细长支撑件104的附接到第一导轨102的末端处，以驱动细长支撑件104在第一导轨102上的每一位置处绕纵向轴线103的旋转移动。第二驱动机构117设置在第一导轨102的轨道101处，以驱动细长支撑件104沿着第一导轨102的移动。第三驱动机构119安装在第一肢体106中，以驱动第一肢体106的延伸及缩回移动。第四驱动机构120安装在第一肢体106的附接到第二肢体110的末端处，以驱动第二肢体110绕与第一肢体106的纵向轴线105正交的轴线111的枢转移动。在其他配置中，第四驱动机构120可改为安装在第二肢体110的附接到第一肢体106的末端处。第五驱动机构118安装在末端执行器座112处或安装在第二肢体110的附接到末端执行器座112的末端处，以驱动末端执行器座112绕第二肢体110的纵向轴线113的旋转移动。

在本实例中，第六驱动机构115安装在细长支撑件104的附接到第三导轨114的末端处，以驱动细长支撑件104在第三导轨114上的每一位置处绕细长支撑件104的纵向轴线103的旋转移动。第六驱动机构115是可选的，因为细长支撑件104在第三导轨114上的每一位置处及第一导轨102上的每一位置处绕细长支撑件104的纵向轴线103的旋转移动实际上可仅由一个驱动机构驱动，在此种情形中，所述驱动机构可为安装在细长支撑件104的附接到第一导轨102的末端处的第一驱动机构116。然而，如果存在第六驱动机构115，则第六驱动机构115提供如下优点：具有两个单独控制的驱动机构(在此种情形中是第一驱动机构116及第六驱动机构115)将实现细长支撑件104的更精确移动及对其快速移动的更好处置。此种精确度是有益的，尤其是在机器人设备100将被实施成具有适应例如大约长度为0.5m至10m(X轴范围)、宽度为0.1m至1m(Y轴范围)及高度为0.5m至3m(Z轴范围)的小占用区的尺寸的情况下。长度或X轴范围可为细长支撑件104沿着第一导轨102和/或第三导轨114的可移动长度，其可大约为第一导轨102或第三导轨114的长度。因此，宽度或Y轴范围则可为第一导轨102或第三导轨114的宽度。因此，高度或Z轴范围为细长支撑件104的长度。在这些长度(X)范围、宽度(Y)范围及高度(Z)范围内机器人设备100的被发现对某些应用特别有用的特定占用区大约是长度1.4m、宽度0.45m及高度2.6m。此类应用可包括在电子工业及生物医学/生物技术工业的组装/测试/制造过程中用于工业自动化的较小测试和/或分选站(或单元)中的应用。用于此类应用的机器人设备100的占用区的另一良好的紧凑范围是长度0.5m至2m、宽度0.4m至0.5m及高度0.4m至2.7m。使机器人设备100具有大约此种大小有利地容许机器人设备100设置有附接到末端执行器座112且能够达及在机器人设备100的一部分周围(例如，在细长支撑件104的中心Ctr周围)的长度为1m、宽度为1m及高度为1m的工作空间或体积之内的末端执行器。在本实例中，中心Ctr位于第二导轨108的长度的中途。机器人设备100的用于确定工作空间的部分的实例也可为其他部分，例如安装到末端执行器座112的末端执行器的中心、或者第一肢体106或第二肢体110的中心。视应用而定，工作空间或体积的可能下限可为长度0.4m、宽度0.4m及高度0.4m。对应地，机器人设备100的大小必须相应地被设定成能够在此工作空间内工作。传统的机器人无法在如此小的占用区及工作空间内操作。

在本实例中，第七驱动机构121(在图1中未完全绘制)安装在第三导轨114处，以驱动细长支撑件104沿着第三导轨114移动。第七驱动机构121是可选的，因为细长支撑件104沿着第三导轨114及沿着第一导轨102的移动实际上可仅由一个驱动机构(在此种情形中，其可为第一导轨102的轨道101处的第二驱动机构117)驱动。然而，如果存在第七驱动机构121，则第七驱动机构121提供如下优点：具有两个单独控制的驱动机构(在此种情形中是第二驱动机构117及第七驱动机构121)将实现细长支撑件104的更精确移动及对其快速移动的更好处置。类似地，此种精确度是有益的，尤其是在机器人设备100将被实施成具有适应例如大约长度为0.5m至10m(X轴范围)、宽度为0.1m至1m(Y轴范围)及高度为0.5m至3m(Z轴范围)的小占用区的尺寸的情况下。长度或X轴范围可为细长支撑件104沿着第一导轨102和/或第三导轨114的可移动长度，其可大约为第一导轨102或第三导轨114的长度。因此，宽度或Y轴范围则可为第一导轨102或第三导轨114的宽度。因此，高度或Z轴范围为细长支撑件104的长度。在这些长度(X)范围、宽度(Y)范围及高度(Z)范围内机器人设备100的被发现对某些应用特别有用的特定大小大约是长度1.4m、宽度0.45m及高度2.6m。此类应用可包括在电子工业及生物医学/生物技术工业的组装/测试/制造过程中用于工业自动化的较小测试和/或分选站(或单元)中的应用。用于此类应用的机器人设备100的占用区的另一良好的紧凑范围是长度0.5m至2m、宽度0.4m至0.5m及高度0.4m至2.7m。使机器人设备100具有大约此种大小有利地容许机器人设备100设置有附接到末端执行器座112且能够达及在机器人设备100的一部分周围(例如，在细长支撑件104的中心Ctr周围)的长度为1m、宽度为1m及高度为1m的工作空间或体积之内的末端执行器。视应用而定，工作空间或体积的可能下限可为长度0.4m、宽度0.4m及高度0.4m。对应地，机器人设备100的大小必须相应地被设定成能够在此工作空间内工作。传统的机器人无法在如此小的占用区及工作空间内操作。

细长支撑件104在第三导轨114及第一导轨102处的移动由实体上解耦的驱动机构的同步移动驱动。驱动机构之间不存在实体连接。此种特征容许细长支撑件104的移动高度精确并高速运行。可使用一个或两个单独的程序及软件来控制驱动细长支撑件104在第三导轨114及第一导轨102处移动的每一驱动机构115、116、117或121。所述程序及软件通过命令来控制驱动机构115、116、117及121。对由所述程序及软件发送到驱动机构115及116的命令进行协调以保持驱动机构115及116的驱动恰当地对准。类似地，对由所述程序及软件发送到驱动机构117及121的命令进行协调以保持驱动机构117及121的驱动恰当地对准。

针对驱动细长支撑件104在第三导轨114处移动的驱动机构与针对驱动细长支撑件104在第一导轨102处移动的驱动机构所使用的瓦数可不同。瓦数越高意味着驱动越强，且瓦数越低意味着驱动越低。可进行配置使得驱动细长支撑件104在第一导轨102处移动的驱动机构116及117是主驱动机构，而驱动细长支撑件104在第三导轨114处移动的驱动机构115及121是从驱动机构。主驱动机构可被配置成提供比从驱动机构更大的驱动，且因此具有比从驱动机构更高的瓦数。这样一来，如果缺乏协调或存在未对准，仍将存在由主驱动机构提供的足够强的驱动来超越控制由从驱动机构提供的驱动。具体来说，在本实例中，驱动细长支撑件104在沿着第一导轨102的位置处旋转的驱动机构116是主驱动机构，且被配置成具有比驱动细长支撑件104在沿着第三导轨114的位置处旋转的驱动机构115更强的驱动。驱动细长支撑件沿着第一导轨102移动的驱动机构117被配置成具有比驱动细长支撑件104沿着第三导轨114移动的驱动机构121更强的驱动。

驱动机构115至121中的每一者可被不同地构造及配置以提供所需的驱动。作为实例，驱动机构中的一者可包括一个或多个马达、齿轮、小齿轮、皮带、链条、液压/气动泵和/或阀等，以提供所需的驱动。应了解，技术人员将能够基于对本文所述机器人设备100的说明来制定驱动机构的合适设计。

如上所述的机器人设备100的元件的所有平移(包括线性)移动、旋转移动及枢转移动被理解为包括在至少一个方向上的平移(包括线性)运动、旋转运动或枢转运动。图1中存在的箭头示出所有可能的移动。

所述的机器人设备100可用于许多应用，例如，物品制造、物体组装、物体移动、机床中的搬运、点焊、物体检验、压铸机中所需的搬运、电子电路制造等。

机器人设备100的所有驱动机构115至121均连接到电源123且连接到计算机或服务器122，计算机或服务器122被布置成控制驱动机构115至121以驱动待由驱动机构115至121驱动的相应移动。电源123可为一个或多个便携式电池、发电机、电力干线等。视机器人设备100的应用而定，各种驱动机构115至121的移动速度(包括待安装到末端执行器座112的末端执行器的移动速度)可被配置为大约大于0m/s(米每秒)至大约1.3m/s的速度范围。工具尖端速度可为大约大于0m/s(米每秒)至大约1.3m/s的速度范围。

图1所示机器人设备100可被说成是能够服务于高密度测试单元的混合笛卡尔与圆柱机器人(hybrid Cartesian and cylindrical robot)。在本实例中，机器人设备100的机械机构(即图1中具有参考编号101至121的元件)具有如下优点：其可被设定成适应小/紧凑占用区的大小，且仍具有宽的操作达及范围。宽的操作达及范围可至少部分地由于以下原因而实现：

-第一导轨102及对应的第三导轨114在沿着第一导轨102及第三导轨114的位置处为机器人设备100提供操作达及范围；

-第一肢体106的可延伸及可收缩特征；

-可枢转的第二肢体110，在第一肢体106延伸之后进一步使操作达及范围延伸；以及

-第二导轨108在沿着第二导轨108的位置处为机器人设备100提供操作达及范围。

在本实例中，细长支撑件104、第一导轨102、第一肢体106、第二肢体110、第三导轨114及末端执行器座112被制成为模块化的且适应高速移动。由于模块化设计，机器人设备100是可扩缩的，以满足不同的应用需要。本实例中的模块化设计是指所陈述元件中的每一者被制成为可彼此脱离且由具有用于与其他元件附接的相同接头的元件替换。例如，可制作具有用于与第一导轨102及第三导轨114附接的相同接头且长度不同的几个不同的细长支撑件104。第一导轨102、第三导轨114、第一肢体106、第二肢体110及末端执行器座112(在不与第二肢体110集成的情况下)也可被制成为具有用于执行不同功能的不同版本和/或具有不同的尺寸，但所有这些元件均被制成为具有用于彼此附接的相同接头。这容许机器人设备可高度定制以服务于不同的目的。

图2示出与图1所示机器人设备100类似的机器人设备200的另一实例。除了一些差异之外，机器人设备200包括机器人设备100的所有元件，这些差异将在下面详细阐述。机器人设备100中的元件的参考编号被重新用于机器人设备200中也存在的类似元件。类似地，机器人设备200包括附接到细长支撑件104的两个导轨102及114，使得细长支撑件104可沿着两个导轨102及114移动，且可在沿着两个导轨102及114的每一位置处旋转。机器人设备200也包括第一肢体106，第一肢体106附接成可沿着第二导轨108移动，第二导轨108是沿着细长支撑件104的纵向轴线103设置。第一肢体106包括可相对于彼此移动的两个部分107及109。存在第二肢体110，其以可枢转方式附接到第一肢体106，使得第二肢体110可绕与第一肢体106的纵向轴线105正交的轴线111枢转。末端执行器座112位于第二肢体110处，使得末端执行器座112可绕第二肢体110的纵向轴线113旋转。在图2所示实例中，机器人设备200的末端执行器座112及第二肢体110彼此集成，使得其两者是一个元件而非单独地被彼此附接。机器人设备200进一步包括图1所示的驱动机构115至121、电源123及计算机或服务器122，这些元件设置在与图1中的这些元件相同的位置上或大约相同的位置处。然而，图2中仅标出所论述的元件。

如上所述的机器人设备200的元件的所有平移(包括线性)移动、旋转移动及枢转移动被理解为包括在至少一个方向上的平移(包括线性)运动、旋转运动或枢转运动。图2中存在的箭头示出所有可能的移动。

在机器人设备100中，参照图1，第二导轨108位于形成细长支撑件104的两个细长杆124之间。第一肢体106安装成可沿着第二导轨108移动，且因此第一肢体106位于两个支撑杆124之间。

然而，在机器人设备200中，参照图2，第二导轨108被配置为沿着细长支撑件104居中设置的轨道。第一肢体106的一个侧表面附接成可沿着第二导轨108移动。在其他配置中，可能具有多于一个轨道。

在机器人设备100中，参照图1，具体来说，第一肢体106的第二部分109可在第一肢体106的第一部分107的外表面上滑动以延伸或缩回。

然而，在机器人设备200中，参照图2，第一肢体106的第一部分107是壳体，且第一肢体106的第二部分109可缩回到壳体中并可延伸到壳体之外的区域。第二部分109被布置成可在壳体的一个或多个内表面上滑动。壳体有助于容纳第三驱动机构119的元件(例如链条202)，以提供使第二部分109相对于第一部分107延伸及缩回所需的驱动。具体来说，第一肢体106的附接成可沿着第二导轨108移动的侧表面是壳体的侧表面。因此，壳体还容纳与细长支撑件104的第二导轨108以可移动方式附接的元件。

此外，机器人设备200具有设置在细长支撑件104的附接到第一导轨102的末端处的第一圆形板204及设置在细长支撑件104的附接到第三导轨114的末端处的第二圆形板206。

图3A是与图2所示机器人设备200类似的机器人设备300的前立体图。机器人设备300包括图2所示机器人设备200的所有元件，但与图2所示第一肢体106的壳体及图2所示第二导轨108在设计上具有一些差异。然而，这些特征的功能/用途保持相同。图2所示机器人设备200中的元件的参考编号被重新用于在图3A所示机器人设备300中也存在的类似元件。类似地，机器人设备300包括附接到细长支撑件104的两个导轨102及114，使得细长支撑件104可沿着所述两个导轨102及114移动且可在沿着所述两个导轨102及114的每一位置处旋转。机器人设备300还包括第一肢体106，第一肢体106附接成可沿着细长支撑件104的第二导轨108移动。第一肢体106包括可相对于彼此移动的两个部分107及109。存在第二肢体110，其以可枢转方式附接到第一肢体106。末端执行器座112位于第二肢体110的末端处，使得末端执行器座112可绕第二肢体110的末端旋转。在图3A所示实例中，机器人设备200的末端执行器座112及第二肢体110彼此集成，使得其两者是一个元件而非单独地被彼此附接。就像图2所示机器人设备200一样，机器人设备300进一步包括图1所示的驱动机构115至121、电源123及计算机或服务器122，这些元件设置在与图1中的这些元件相同的位置上或大约相同的位置处。然而，在图3A中仅标出所论述的元件。此外，机器人设备300具有设置在细长支撑件104的附接到第一导轨102的末端处的第一圆形板204及设置在细长支撑件104的附接到第三导轨114的末端处的第二圆形板206。

在图3A中示出且在图1及图2所示实例中不存在的关键特征是附接到第一导轨102及第三导轨114的支撑件116。支撑件116将第一导轨102与第三导轨114对准，以为细长支撑件104沿着第一导轨102及第三导轨114在相同方向上的顺畅移动提供经对准的导引路径。在不具有此种支撑件116的图1及图2所示情形中，第一导轨102及第三导轨114例如必须被单独地安装到墙壁结构、横梁或支撑框架结构，以将第一导轨102及第三导轨114设定成对于机器人设备100及200的操作来说所需的或适当的配置。

图3B是图3A所示机器人设备300的右侧视图。图3C是图3A所示机器人设备300的前视图。图3D是图3A所示机器人设备300的俯视图。图3B至图3D的目的是示出机器人设备300的可能尺寸的实例，以强调如下事实：机器人设备300可配置有适应大约长度为0.5m至10m、宽度为0.45m至1m及高度为0.5m至3m的小/紧凑基准占用区的尺寸。

具体来说，图3B示出第一导轨102的宽度尺寸为304.80mm。

图3C示出支撑件116的长度尺寸为2348mm，其指示机器人设备300的高度且在0.5m至3m的基准占用区高度范围内。图3C还示出第一导轨102的全长尺寸为1350mm，其指示机器人设备300的长度且在0.5m至10m的基准占用区长度范围内。

图3D示出板204及206的直径尺寸为400mm，其指示机器人设备300的宽度且在0.1m至1m的基准占用区宽度范围内。

机器人设备300的尺寸的下限或下界受到例如以下等实际问题的限制：机器人设备300的应用、待搬运物品的大小、驱动机构115至121(在图3A至图3D中未标出)的可用组件的大小、以及机器人设备的其他元件(例如为了组装机器人设备300而将被装设的细长支撑件104、第一导轨102等)的可用组件的大小。

应了解，视机器人设备300的应用而定，本文参照图1至图3A所述的机器人设备100、200及300可被配置成具有比长度为0.5m至10m、宽度为0.1m至1m及高度为0.5m至3m的基准占用区大的尺寸。这些基准占用区范围对于待为电子工业及生物医学/生物技术工业的组装/测试/制造过程中用于工业自动化的较小测试和/或分选站(或单元)实施的特定应用来说特别有用。

图4A是图2所示机器人设备200的前立体图。图4B是图4A所示机器人设备200的右侧视图。图4C是图4A所示机器人设备200的前视图。图4B及图4C的目的是示出机器人设备200的可能尺寸的实例，以强调如下事实：机器人设备200可配置有适应大约长度为0.5m至10m、宽度为0.1m至1m及高度为0.5m至3m的小/紧凑基准占用区的尺寸。

图4B示出板206的直径尺寸为400mm，其指示机器人设备200的宽度且在0.1m至1m的基准占用区宽度范围内。

图4C示出第一导轨102及第三导轨114的末端间长度尺寸为2542mm，其指示机器人设备200的高度且在0.5m至3m的基准占用区高度内。图4C还示出第一导轨102的长度尺寸为1107.50mm，其指示机器人设备200的长度且在0.5m至10m的基准占用区长度内。

类似地，机器人设备200的尺寸的下限或下界受到例如以下等实际问题的限制：机器人设备200的应用、待搬运物品的大小、驱动机构115至121(在图4A至图4C中未标出)的可用组件的大小、以及机器人设备的其他元件(例如为了组装机器人设备200而将被装设的细长支撑件104、第一导轨102等)的可用组件的大小。

图5A至图5G示出图1所示机器人设备100在机器人设备100的工作空间500内执行操作。操作是在工作空间500内从位置A拾取物体并将所述物体放置在位置B处。位置A在工作空间500内的批次502中。位置B是沿着生产线506而定位。在机器人设备100的其他应用中，位置B可在检验站、物品组装线、将物体移动到下游的另一站的传送机构等中。从图5A至图5G将明了机器人设备100的有利的宽操作达及范围。在图5A至图5G中标出将在下面论述的机器人设备100的元件的参考编号。图5A至图5G中存在的箭头示出机器人设备100的元件的所有平移(包括线性)移动、旋转移动及枢转移动。箭头以1至12的序列被编号，以示出机器人设备100的元件的移动序列次序。注意，图5A至图5G中所示的仅为机器人设备100能够进行的一系列高效的顺序移动的实例。在图5A至图5G中故意使图1所示第三导轨114不存在，以更清楚地示出在第三导轨114之下操作的元件。

具体来说，图5A示出机器人设备100的配置，其中第一肢体106已远离细长支撑件104完全延伸，以达及待从工作空间500的批次502中的位置A拾取的物体。细长支撑件104位于第一导轨102的中间。位于第二肢体110处的末端执行器座112安装有被配置成拾取物体的末端执行器504。细长支撑件104也已在其沿着第一导轨102的位置处旋转，以便将末端执行器504的达及范围延伸到位置A。第二肢体110已绕第一肢体106的附接到第二肢体110的末端枢转足以使末端执行器504的达及范围延伸以拾取位置A处的物体的角度。图5A中的箭头1示出第二肢体110为了开始将所拾取物体从位置A移动到位置B的操作而必须首先枢转回到其在第一肢体106之下的收起配置的方向。另一箭头2示出细长支撑件104为了将第一肢体106与第一导轨102对准而必须在其沿着第一导轨102的位置处旋转的方向。第二肢体110将在其收起配置中与第一肢体106对准。

当然，在其他实例中，机器人设备100的元件可以其他可能的方式移动。例如，细长支撑件104首先沿着第一导轨102移动到更靠近位置A的位置，使得第一肢体106不必完全延伸，而是延伸成刚好足以容许第二肢体110枢转以使得安装到第二肢体110的末端执行器504能够达及位置A。

注意，在机器人设备100的设计中，第一肢体106必须充分地延伸出，以容许第二肢体110枢转且不会撞到细长支撑件104(在图5A中不可见)的两个细长杆124中的一者。在图2及图3A分别所示的机器人设备200及300的设计中，如果第二肢体110在避免与细长支撑件104接触的方向上枢转，则第二肢体110的枢转移动将不会被细长支撑件104阻挡，因为与机器人设备100的第二肢体110不同，第二肢体110不夹置在细长支撑件104的细长杆124之间，且当第一肢体106缩回时不会被细长杆124阻挡。至多，如果图2及图3A所示机器人设备200及300的第二肢体110在将与细长支撑件104的主体接触的方向上枢转，则第二肢体110的枢转移动被细长支撑件104的主体阻挡。然而，仍可能使第二肢体110在将不被细长支撑件104的主体阻碍的方向上进行枢转移动。因此，在所述配置中存在如下优点：第一肢体106附接到细长支撑件104的第二导轨108，使得第二肢体110在至少一个方向上的枢转移动不被细长支撑件104阻碍。

图5B示出在图5A中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。安装有携载物体的末端执行器504的第二肢体110已朝向第一肢体106枢转到中途。细长支撑件104已旋转到使得第一肢体106相对于其中第一肢体106与第一导轨102对准的配置稍微偏移一角度的配置。在此实例中，存在此角度偏移是为了确保延伸后的第一肢体106及第二肢体110或延伸后的第一肢体106以及包括末端执行器座112及末端执行器的第二肢体110不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围或四周的受限工作空间。换句话说，细长支撑件104可在沿着第一导轨102的每一位置处旋转到使得第一肢体和/或第二肢体在延伸时不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围的受限工作空间的角度。作为另一选择，在其他机器人设备的配置中，其中细长支撑件可在沿着第一导轨102的每一位置处旋转到使得第一肢体106以及包括末端执行器座112的第二肢体110在有或没有末端执行器安装到末端执行器座112的情况下在延伸时不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围的受限工作空间的角度。例如，工作空间可被限制于在细长支撑件104的中心(图1中的Ctr)周围0.45m乘0.45m乘0.45m。此维持机器人设备100的小/紧凑的占用区，这对于机器人设备100的元件的高速移动是有益的。可例如至少基于机器人设备100的大小及对工作空间的限制来计算角度偏移。第二肢体110的枢转移动及细长支撑件104的旋转移动可同时进行。应了解，在其他实例中，此类移动可不同时施行。图5B中的箭头3示出第二肢体110必须继续枢转回到其在第一肢体106之下的收起配置的方向。在第二肢体110与第一肢体106对准并呈现其收起配置之后，延伸后的第一肢体106在图5B所示箭头4的方向上朝向细长支撑件104缩回。此后，细长支撑件104在图5B所示箭头5的方向上旋转，以将第一肢体106与第一导轨102对准。

图5C示出在图5B中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。第二肢体110已完全枢转以与第一肢体106对准。第一肢体106已在朝向细长支撑件104的方向上完全缩回，但当前位于细长支撑件104的背对位置B的一侧上。细长支撑件104也已旋转到使得第一肢体106与第一导轨102对准的程度。机器人设备100相对于图5C所示配置的下一移动是使细长支撑件104在其沿着第一导轨102的位置处在箭头6的方向上旋转，使得第一肢体106将移动得更靠近面对位置B之处。

图5D示出在图5C中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。细长支撑件104已在其沿着第一导轨102的位置处旋转，使得第一肢体106现在更靠近位置B。类似地，细长支撑件104已旋转到使得第一肢体106相对于其中第一肢体106与第一导轨102对准的配置稍微偏移一角度的配置。在此实例中，存在此角度偏移是为了确保延伸后的第一肢体106及第二肢体110或延伸后的第一肢体106以及包括末端执行器座112及末端执行器的第二肢体110不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围或四周的受限工作空间。换句话说，细长支撑件104可在沿着第一导轨102的每一位置处旋转到使得第一肢体和/或第二肢体在延伸时不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围的受限工作空间的角度。作为另一选择，在其他机器人设备的配置中，其中细长支撑件可在沿着第一导轨102的每一位置处旋转到使得第一肢体106以及包括末端执行器座112的第二肢体110在有或没有末端执行器安装到末端执行器座112的情况下在延伸时不会延伸超出在机器人设备100的一部分周围的受限工作空间的角度。例如，工作空间可被限制于在细长支撑件104的中心(图1中的Ctr)周围0.45m乘0.45m乘0.45m。此维持机器人设备100的小/紧凑的占用区，这对于机器人设备100的元件的高速移动是有益的。可例如至少基于机器人设备100的大小及对工作空间的限制来计算角度偏移。机器人设备100相对于图5D所示配置的下一移动是使第一肢体106在更靠近位置B的方向(其由箭头7指示)上延伸。

图5E示出在图5D中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。第一肢体106继续在由箭头8指示的方向上延伸到足以使第二肢体110朝向位置B枢转并容许末端执行器504达及位置B的程度。

图5F示出在图5E中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。第二肢体110已从其收起配置枢转到中途以呈现容许末端执行器504达及位置B的配置。第二肢体110将继续在箭头9的方向上枢转，直到末端执行器504可达及位置B为止。同时或单独地，细长支撑件104将在箭头10的方向上旋转，以便将第一肢体106与第一导轨102对准。

图5G示出在图5F中机器人设备100的配置中施行移动之后机器人设备100的配置。细长支撑件104在图5G中被示出为沿着第一导轨102朝向位置B且在由箭头11指示的方向上移动。随着细长支撑件104朝向位置B移动，第一肢体106缩回。同时或单独地，第二肢体110进一步在由箭头12指示的方向上旋转，直到第二肢体110枢转使得末端执行器504可达及位置B为止。执行细长支撑件104朝向位置B的移动可能是期望在将物体从位置A移动到位置B的操作之后只进行一个步骤。当末端执行器504达及位置B时，末端执行器504将物体放置在位置B处以完成操作。

图6更详细地示出参照图1所述的计算机或服务器122的实例。也可使用相同的计算机或服务器122来控制参照图2至图5G所述的机器人设备的实例中的每一者。计算机执行用于图1所示机器人设备100操作的程序及软件，所述操作可包括控制图1所示驱动机构115至121。处理器可包括用于处理包括一个或多个计算机程序的软件的处理单元602，所述一个或多个计算机程序用于运行一个或多个计算机应用/服务器应用，以基于经预编程的移动序列和/或基于来自安装在机器人设备100上的一个或多个传感器的输入来判断何时驱动机器人设备100的移动。所述一个或多个计算机应用/服务器应用还可监测驱动机构115至121的移动状态，并提供反馈以确定机器人设备100的下一动作。

此外，处理单元602可包括用户输入模块，例如计算机鼠标636、键盘/小键盘604和/或多个输出装置(例如显示装置608)。显示装置608的显示器可为能够接收用户输入的触摸屏。显示装置608可显示驱动机构115至121中的每一者的当前移动状态，且向操作机器人设备100的操作者提供文本信息和/或图形信息。

处理单元602可经由合适的收发器装置614(即，网络接口)连接到计算机网络612，以使得能够存取例如内联网、互连网或例如有线局域网(Local Area Network，LAN)或广域网(Wide Area Network，WAN)等其他网络系统。处理单元602还可经由合适的无线收发器装置632(例如无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)收发器、蓝牙模块、适用于全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)、第三代(3G)、3.5G、4G电信系统等的移动电信收发器)连接到一个或多个外部具无线通信能力的装置634。所述一个或多个外部具无线通信能力的装置634可为安装到机器人设备100的传感器，以获得利于机器人设备100施行其被配置成执行的功能/操作的测量值和/或输入。所述一个或多个外部具无线通信能力的装置634也可为驱动机构115至121中的一者或多者。所述一个或多个外部具无线通信能力的装置634可进一步为用于远程控制机器人设备100操作的一个或多个装置。通过计算机网络612，处理单元602可能够存取可连接到计算机网络612的一个或多个存储装置(即，数据存储装置、数据库、数据服务器等)，以在所述一个或多个存储装置中检索和/或存储数据。所述一个或多个存储装置可包含机器人设备100的操作所需的计算机程序及软件以及数据。

处理单元602可包括处理器618、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)620及只读存储器(Read Only Memory，ROM)622。处理单元602还可包括数个输入/输出(Input/Output，I/O)接口，例如到计算机鼠标636的I/O接口638、存储卡插槽616、到显示装置608的I/O接口624以及到键盘/小键盘604的I/O接口626。

处理单元602的组件通常经由互连总线628并以相关领域中的技术人员已知的方式进行通信。

计算机程序及软件可被供应给计算机或服务器122的用户、或者所述一个或多个外部具无线通信能力的装置634中的一者的处理器(未示出)，被编码在例如光盘只读存储器(Compact Disc Read Only Memory，CD-ROM)等数据存储介质上、闪存载体或硬盘驱动器上，且将使用本地数据存储装置630的对应数据存储介质驱动器来读取。本地数据存储装置630可包含机器人设备100的操作所需的计算机程序及软件以及数据。也可从计算机网络612下载此类计算机程序或应用程序。处理器618读取应用程序并在应用程序的执行中进行控制。程序数据的中间存储可使用RAM 620来完成。

更详细来说，计算机程序或应用程序中的一者或多者可存储在任何非暂时性机器可读介质或计算机可读介质上。机器可读介质或计算机可读介质可包括例如以下等存储装置：磁盘或光盘、存储器芯片或适合与通用计算机或移动装置(例如移动智能电话、台式计算机、笔记本计算机等)介接的其他存储装置。机器可读介质或计算机可读介质还可包括硬连线介质(例如在互联网系统中例示的介质)或者无线介质(例如在无线LAN(WirelessLAN，WLAN)系统中例示的介质)等。当在此种通用计算机上加载及执行时，计算机程序有效地使得操作机器人设备100所需的计算方法的步骤得以实施。

在另一实例中，参照图7，参照图1所述的计算机或服务器122可为一个或多个控制器702，或者包括连接到图1所示驱动机构115至121的一个或多个控制器702。此种控制器的实例可为由欧姆龙公司(Omron Corporation)生产的NJ系列工业自动化控制器(也称为机器人中央处理器)中的一者。所述一个或多个控制器702可被配置成使用以太网现场总线技术(例如，由以太网控制自动化技术(Ethernet Control Automation Technology，EtherCAT)技术组提供)或其他合适的现场总线技术进行数据传输/信号传输。所述一个或多个控制器702也可用于控制参照图2至图5G所述的机器人设备的实例中的每一者。所述一个或多个控制器702执行用于图1所示机器人设备100操作的程序及软件，所述程序及软件可包括以汇编语言或其他合适的编程语言编程的程序及软件。所述程序及软件被配置成使用户或操作者能够控制图1所示驱动机构115至121。所述一个或多个控制器702连接到用户接口(显示屏、按钮/键盘控制件、触摸屏控制件等)，以使用户或操作者能够控制图1所示机器人设备100。在本实例中，每一驱动机构115至121负责线性/平移移动轴线上的运动或绕旋转移动轴线的运动。每一驱动机构115至121的机器人移动轴线分别由参考编号A0至A6指示。在本实例中，每一驱动机构115至121包括可由所述一个或多个控制器702控制的马达及马达放大器，以执行所需的相应移动。

在说明书及权利要求中，除非上下文清楚地指示，否则用语“包括(comprising)”具有所述词在“至少包括”的意义上的非排他性含义，而非在“仅由……组成”的意义上的排他性含义。这同样适用于所述词的其他形式的对应语法变化，例如“包括(comprise、comprises等)”。

虽然在本发明中已结合数个实施例及实施方案阐述了本发明，但本发明并非仅限于此，而是涵盖归属于所附权利要求的范围内的各种明显的修改及等效布置。尽管本发明的特征在各权利要求项中是以某些组合来表达，但可设想出这些特征可以任何组合及次序来布置。

Claims (9)

1.一种机器人设备，包括：

第一导轨，用于在两个方向上导引移动；

细长支撑件，附接到所述第一导轨，使得所述细长支撑件能够沿着所述第一导轨在所述两个方向上移动且能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转，其中所述细长支撑件包括第二导轨；

第一肢体，附接到所述细长支撑件的所述第二导轨，使得所述第一肢体能够沿着所述第二导轨移动，其中所述第一肢体能够延伸且能够缩回；

第二肢体，以可枢转方式附接到所述第一肢体的末端，使得所述第二肢体能够绕所述第一肢体的所述末端枢转；

末端执行器座，位于所述第二肢体的末端处，使得所述末端执行器座能够在所述第二肢体的所述末端处旋转；以及

第三导轨，附接到所述细长支撑件，以导引所述细长支撑件在所述细长支撑件能够沿着所述第一导轨移动的所述两个方向上的移动，其中所述细长支撑件能够在沿着所述第三导轨的每一位置处旋转；以及

多个驱动机构，用以驱动所述细长支撑件、所述第一肢体、所述第二肢体及所述末端执行器座的移动，

其中所述细长支撑件在沿着所述第一导轨的所述位置处的所述旋转由所述多个驱动机构中的一个驱动机构驱动，且所述细长支撑件在沿着所述第三导轨的所述位置处的所述旋转由所述多个驱动机构中的另一驱动机构单独地驱动，

其中驱动所述细长支撑件在沿着所述第一导轨的所述位置处的所述旋转的所述驱动机构被配置有比驱动所述细长支撑件在沿着所述第三导轨的所述位置处的所述旋转的所述驱动机构更强的驱动。

2.根据权利要求1所述的机器人设备，其中所述第一导轨及所述第三导轨通过所述细长支撑件彼此附接。

3.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中所述细长支撑件沿着所述第一导轨的所述移动由所述多个驱动机构中的一个驱动机构驱动，且所述细长支撑件沿着所述第三导轨的所述移动由所述多个驱动机构中的另一驱动机构单独地驱动。

4.根据权利要求1所述的机器人设备，其中驱动所述细长支撑件沿着所述第一导轨的所述移动的所述驱动机构被配置有比驱动所述细长支撑件沿着所述第三导轨的所述移动的所述驱动机构更强的驱动。

5.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中所述机器人设备具有适应长度为0.5m至10m、宽度为0.1m至1m及高度为0.5m至3m的占用区之内的尺寸。

6.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中附接到所述末端执行器座的末端执行器能够达及在所述机器人设备的一部分周围的长度为1m、宽度为1m及高度为1m的工作空间之内。

7.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中所述第一肢体附接到所述细长支撑件的所述第二导轨，使得所述第二肢体在至少一个方向上的枢转移动不受所述细长支撑件阻碍。

8.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中所述细长支撑件能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转到一角度，使得所述第一肢体和/或所述第二肢体在延伸时不会延伸超出在所述机器人设备的一部分周围的受限工作空间。

9.根据权利要求1或2所述的机器人设备，其中所述细长支撑件能够在沿着所述第一导轨的每一位置处旋转到一角度，使得所述第一肢体以及包括所述末端执行器座的所述第二肢体在有或没有末端执行器安装到所述末端执行器座的情况下在延伸时不会延伸超出在所述机器人设备的一部分周围的受限工作空间的角度。

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