CN111716386A - 用于机器人构件的可移动式硬停止件 - Google Patents

Abstract

机器人系统包括机器人臂和设置成接近于机器人臂的可移动式硬停止件。可移动式硬停止件在第一操作状态下与机器人臂以至少一个空隙分离。可移动式硬停止件在第二操作状态下物理地接触机器人臂。机器人系统还包括一个或多个控制器，控制器配置成控制机器人臂的移动和可移动式硬停止件的移动，使得维持第一操作状态，或使得如果第二操作状态发生，则硬停止件阻止机器人臂的移动。

Description

用于机器人构件的可移动式硬停止件

本申请为2019年3月7日进入中国国家阶段的PCT专利申请“用于机器人构件的可移动式硬停止件”（申请号：201780054972.0，申请人：环球城市电影有限责任公司）的分案申请。

背景技术

本公开大体上涉及机器人的领域。更具体地，本公开的实施例涉及用于可移动式机器人构件(例如，机器人臂)的可移动式硬停止件(hardstop)。

在许多技术领域(包括制造、医疗以及娱乐产业)中采用机器人系统。例如，机器人系统可采用配置成促使构件或系统在制造工厂中的组装的可移动式机器人构件。机器人系统还可包括控制装置，这些控制装置配置成出于各种原因(包括机器人系统的保护)而限制可移动式机器人构件的运动。现在认识到，控制装置所引起或促使的运动限制可不必要地限制可移动式机器人构件的操作或流动性。所以，在传统的系统中，控制装置可不必要地限制可移动式机器人构件的性能或效率。因而，需要改进的控制装置来实现可移动式机器人构件的更好的性能和效率。

发明内容

下面概述了在范围方面与最初要求保护的主题相称的某些实施例。这些实施例不意在限制本公开的范围，而是这些实施例仅意在提供某些公开的实施例的简要概述。实际上，本公开可包含可与下面阐述的实施例类似或不同的各种各样的形式。

根据一个实施例，机器人系统包括机器人臂和设置成接近机器人臂的可移动式硬停止件。可移动式硬停止件在第一操作状态下与机器人臂以至少一个空隙分离。可移动式硬停止件在第二操作状态下物理地接触机器人臂。机器人系统还包括一个或多个控制器，控制器配置成控制机器人臂的移动和可移动式硬停止件的移动，使得维持第一操作状态，或使得如果第二操作状态发生，则硬停止件阻止机器人臂的移动。

根据另一实施例，用于机器人系统的控制系统包括控制器，控制器具有处理器和存储器，其中存储器配置成存储指令，其在由处理器执行时，致使控制器执动作作。动作包括针对机器人系统的机器人臂映射第一移动路径。动作还包括针对机器人系统的可移动式硬停止件映射第二移动路径。动作还包括执行第一移动路径和第二移动路径，使得在第一操作状态期间，在机器人臂的缓冲器与可移动式硬停止件的接触点之间维持空隙，且在第二操作状态期间，在机器人臂的缓冲器与可移动式硬停止件的接触点之间不维持空隙，由此在第二操作状态期间，缓冲器和接触点彼此物理地接触。

根据另一实施例，机器人系统包括机器人部件，机器人部件具有以机器人系统的中心点为中心的臂延伸部件。臂延伸部件还包括设置于臂延伸部件的唇状部的第一侧上的第一缓冲器和设置于臂延伸部件的唇状部的第二侧上的第二缓冲器，其中唇状部从臂延伸部件的中心部分延伸。机器人系统还包括可移动式硬停止件，可移动式硬停止件具有以机器人系统的中心点为中心且围绕机器人系统的中心点沿环形方向设置的齿条，齿条围绕臂延伸部件的中心部分设置，且与臂延伸部件的唇状部的第一缓冲器以第一空隙分离，且与臂延伸部件的唇状部的第二缓冲器以第二空隙分离。

附图说明

当参考附图而阅读以下详细描述时，本公开的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，遍及附图，相同的符号表示相同的部分，其中：

图1是根据本公开的方面的制造工厂和具有可移动式硬停止件的机器人系统的实施例的示意性侧视图；

图2是根据本公开的方面的沿着图1中的线2-2截取的图1的机器人系统的实施例的示意性横截面俯视图；

图3是根据本公开的方面的沿着图1中的线3-3截取的图1的机器人系统的可移动式硬停止件和机器人臂的实施例的示意性侧视图；

图4是根据本公开的方面的图1的机器人臂和可移动式硬停止件以及用于控制机器人臂和可移动式硬停止件的控制系统的实施例的分解示意性图示；

图5是图示根据本公开的方面的操作图4的机器人臂、可移动式硬停止件以及控制系统的方法的过程流程图；

图6是根据本公开的方面的包括容许误差容限的针对图1的机器人臂和可移动式硬停止件映射的位置与时间关系的曲线图的实施例的图示；

图7是根据本公开的方面的用于机器人臂的可移动式硬停止件的实施例的示意性侧视图；以及

图8是根据本公开的方面的用于机器人臂的可移动式硬停止件的实施例的示意性侧视图。

具体实施方式

本公开涉及机器人，且更具体地，涉及用于机器人系统的可移动式机器人构件(例如，机器人臂)的可移动式硬停止件。例如，可移动式机器人构件(诸如，机器人臂)可由控制系统控制。控制系统可在指示可移动式机器人构件移动之前或同时映射可移动式机器人构件的路径。控制系统可鉴于可移动式机器人构件的移动的预期结果且鉴于可移动式机器人构件周围的环境而映射路径。例如，控制系统可映射可移动式机器人构件的路径，使得机器人构件与物体交互(例如，拾起、放落、移动、推动、拉动或提起物体)，而不干扰周围环境的其它方面(例如，不接触环境的墙壁)。

根据本公开的实施例，机器人系统可包括可移动式硬停止件，该可移动式硬停止件设置成接近可移动式机器人构件的至少一部分。可移动式硬停止件(或多个硬停止件)可遵照由控制系统映射的可移动式机器人构件的路径。例如，控制系统可指示可移动式硬停止件“遵循”可移动式机器人构件的路径，或控制系统可(例如，基于可移动式机器人构件的路径、基于可移动式机器人构件的运动的预期结果和/或基于周围环境)计算且映射对于可移动式硬停止件(或多个硬停止件)将遵循的单独路径。因此，如果可移动式机器人构件从由控制器针对可移动式机器人构件映射的路径偏离，则可移动式硬停止件可阻止可移动式机器人构件干扰机器人周围的环境。因而，可移动式硬停止件(例如，与不可移动式或“刚性的”构件截然相反)能够以可变的方式且在无需不必要地限制可移动式机器人构件可通行(navigable)的空间体积的情况下阻止可移动式机器人构件在不同位置处的不期望的移动(例如，失控)。换句话说，本公开的实施例可包括可移动式硬停止件，且没有不动式硬停止件，使得机器人臂的运动不会不必要地受(例如，不动式硬停止件)限制，但仍可由硬停止件(例如，可移动式硬停止件)保护。

图1是制造工厂10和设置于制造工厂10中的机器人系统12的实施例的示意性侧视图。在图示的实施例中，机器人系统12可配置成使物体14从一个位置(例如，输送机系统16)移动到另一位置(例如，输送机系统18)。例如，机器人系统12可包括机器人臂20，机器人臂20具有配置成抓取且移动物体14的夹持机构22。机器人臂20可能够经由第一接头21而沿第一环形方向19(例如，围绕第一轴23以环形延伸)枢转。机器人臂20还可能够经由第二接头24而沿第二环形方向25(例如，围绕第二轴26以环形延伸)枢转。此外，机器人臂20的夹持机构22可能够经由第三接头27而沿第三环形方向28(例如，围绕轴29以环形延伸)枢转。因此，经由第一接头21、第二接头24以及第三接头27，机器人臂20可能够将物体14从第一输送机带16提起、枢转且将物体14放置于第二输送机系统18上。应当注意到，第二接头24及对应的特征将在下面被详细地描述，但相同或类似的特征和功能性可另外或备选地适用于第一接头21和/或第三接头21。在其它实施例中，可采用额外或较少的这样的接头。

如在图示的实施例中示出的，第二接头24可包括配置成包封第二接头24的构件的盖30。例如，盖30 可设置在机器人臂20的臂延伸部件32上，其中臂延伸部件32与机器人臂20刚性地联接，且可通过围绕延伸穿过臂延伸部件32的纵向轴线17(例如，在图示的实施例中与方向26平行)旋转而对机器人臂20施加运动。例如，臂延伸部件32可大体上为圆柱形，且可围绕纵向轴线17(例如，沿环形方向25)旋转。此外，机器人臂20可与臂延伸部件32刚性地联接，且可从臂延伸部件32向外延伸。因此，随着臂延伸部件32围绕臂延伸部件32的纵向轴线17沿环形方向25旋转，从臂延伸部件32延伸的机器人臂20也可围绕臂延伸部件32的纵向轴线17(例如，沿环形方向25)旋转。因而，定位于机器人臂20的远端上的夹持部件22可围绕纵向轴线17旋转，从而促使由夹持部件22夹持的任何物体(例如，物体14)的移动。

如示出的，第二接头24还可包括固定基部33，固定基部33并未刚性地联接到臂延伸部件32或机器人臂20。换句话说，在臂延伸部件32和刚性地联接到臂延伸部件32的机器人臂20围绕纵向轴线17旋转时，固定基部33保持不动。例如，固定基部33可包括沿方向26延伸的开口55，臂延伸部件32(或其一部分)延伸穿过开口55。因此，臂延伸部件32可在合乎人意地与固定基部33邻接的情况下在固定基部33的开口55内旋转。换句话说，固定基部33可不会接触臂延伸部件32而阻止臂延伸部件32沿环形方向25旋转。应当注意到，固定基部33中的开口55被所图示的臂延伸部件32遮蔽(且以虚线示出)，但将参考后面的图而详细地被示出且描述。还应当注意到，虽然在图示的实施例中，臂延伸部件32大体上为圆柱形，但臂延伸部件32可为矩形、正方形、三角形或任何其它合适的形状。固定基部33中的对应的开口55(例如，臂延伸部件32延伸穿过开口55)可为允许臂延伸部32相对于开口55延伸穿过其中的固定基部33移动的任何形状和/或尺寸。

根据本实施例，机器人系统12可包括配置成阻止机器人臂20的不期望的运动(例如，失控)的特征。例如，如示出的，臂延伸部件32包括从臂延伸部件32的中心部分37延伸的唇状部35。中心部分37可大体上为圆柱形，且可延伸穿过固定基部33中的开口55。唇状部35可为从中心部分37延伸的弓形形状。此外，唇状部35可(例如，相对于方向26)从固定基部33向外且更具体地从固定基部33中的开口55(中心部分37延伸穿过开口55)向外定位于臂延伸部件32上。换句话说，唇状部35可包括第一圆周部分41，第一圆周部分41具有第一半径47，第一半径47大于中心部分37的第二圆周部分43的第二半径49。臂延伸部件32的中心部分37延伸穿过其中的固定基部33中的开口55的尺寸可设计成仅适应中心部分37的第二圆周部分43(例如，唇状部35的第一圆周部分41的第一半径47可大于固定基部33中的开口55的半径)。因而，具有第一圆周部分41(其带有比中心部分37的第二圆周部分43的第二半径49更大的第一半径47)的唇状部35可仅相对于方向26(例如，在延伸穿过固定基部33的开口55外面)从固定基部33(例如，从固定基部33中的开口55)向外定位于臂延伸部件32上。

如示出的，从中心部分37延伸的唇状部35可包括第一缓冲器34和设置于第一缓冲器34上的第二缓冲器36。例如，第一缓冲器34和第二缓冲器36在唇状部35的第一圆周部分41与中心部分37的第二圆周部分43之间延伸。换句话说，第一缓冲器34和第二缓冲器36设置于唇状部35的相反侧上。然而，在另一实施例(例如，其中臂延伸部件32不同地成形)中，与所图示的第一缓冲器34和第二缓冲器36截然相反，臂延伸部件32可仅包括一个缓冲器。

机器人系统12还包括可移动式硬停止件38，可移动式硬停止件38具有齿条40，齿条40相对于第二接头24的固定基部33而围绕纵向轴线17(例如，沿环形方向25)旋转。例如，在图示的实施例中，可移动式硬停止件38包括齿条40、小齿轮42以及轨道44。轨道44沿环形方向25(例如，围绕臂延伸部件32的纵向轴线17)延伸，且可定位于固定基部33上(例如，刚性地联接到固定基部33)，或可按其它方式结合在机器人系统12中，使得轨道44在机器人系统12的操作期间保持固定。齿条40安装于轨道44上，且配置成沿着轨道44(例如，沿环形方向25且围绕纵向轴线17)移动。小齿轮42可例如为螺栓部件，其在旋转时，对齿条40施加旋转运动(例如，致使齿条40沿着轨道44且围绕纵向轴线17沿环形方向25移动)。例如，随着小齿轮42沿第三环形方向28旋转，小齿轮42的齿或螺纹(例如，螺旋形螺纹)接合齿条40的齿，致使齿条40沿第二环形方向25(例如，围绕臂延伸部件32的纵向轴线17)且沿着轨道44旋转。

大体上，如在下面详细描述的，可移动式硬停止件38可受控制，使得在正常操作状态期间，齿条40遵循(例如，遵照)臂延伸部件32的移动。因而，在正常操作状态期间，齿条40将不会接触设置于臂延伸部件32的唇状部35上的缓冲器34、36中的任一个。然而，机器人系统12可致使机器人臂20不合乎人意地动作，这可被称为不合乎人意的操作状态。例如，机器人系统12的控制器中的软件失灵可致使机器人臂20遵循非预期的路径。在不合乎人意的操作状态期间，设置于臂延伸部件32的唇状部35上的缓冲器34、36中的任一个可接触可移动式硬停止件38的齿条40，并且齿条40可随后阻止臂延伸部件32的旋转。换句话说，如果机器人臂20及对应的臂延伸部件32(例如，相对于包括移动的时间帧的期望路径)不合乎人意地旋转，则臂延伸部件32的缓冲器34、36之一可(例如，沿着齿条40的一个或多个接触点39)接触可移动式硬停止件38的齿条40，阻止臂延伸部件32以及因而刚性地联接到臂延伸部件32的机器人臂20的不合乎人意的移动。然而，应当注意到，缓冲器34、36(或单个缓冲器)可按与在图示的实施例中示出的方式不同的方式位于、定位于或设置于机器人系统12上，并且本文中使用的术语“缓冲器”指机器人臂20(或对应的臂延伸部件32)上的可由可移动式硬停止件的齿条40接触的点。

在图示的实施例中，如果可移动式硬停止件38接触缓冲器34、36中的任一个，则可移动式硬停止件38可强行地阻止机器人臂20的运动。在另一实施例中，缓冲器34、36可包括设置于其中或其上的传感器，并且传感器可检测缓冲器34、36之一与可移动式硬停止件38之间的紧密接近(或接触)。如果检测到紧密接近或接触，则控制系统可停止机器人臂20的运动。控制系统还可负责确定且执行机器人臂20、可移动式硬停止件38或两者的运动。

例如，在图示的实施例中，机器人系统12包括控制系统46，控制系统46具有臂控制器48和硬停止件控制器50。在另一实施例中，臂控制器48和硬停止件控制器50可结合到控制系统46的单个控制器中。如示出的，臂控制器48包括处理器52和存储器54，并且硬停止件控制器50还包括处理器56和存储器58。每个存储器54、58可配置成存储可执行指令，其在由对应的处理器 52、56执行时，致使对应的控制器48、50执行某些动作。例如，臂控制器48的存储器54可包括指令，其在由处理器52执行时，致使臂控制器48(或其处理器52)映射机器人臂20的路径(在一些实施例中，其包括夹持机构22的移动)。处理器52可鉴于许多因素而映射机器人臂20的路径。例如，处理器52可基于路径的预期结果而映射机器人臂20的路径。在图示的实施例中，由臂控制器48映射的路径的预期结果将允许机器人臂20从第一输送机系统16拾起物体14且将物体14递送到第二输送机系统18，且将物体14放置于第二输送机系统18上。

此外，硬停止件控制器50的存储器58可包括指令，其在由处理器56执行时，致使硬停止件控制器50(或其处理器56)映射可移动式硬停止件38的路径。例如，可映射可移动式硬停止件38的路径，使得可移动式硬停止件38类似于臂延伸部件32的预期路径或与其一起旋转。更具体地，硬停止件控制器50(或其处理器56)可基于针对机器人臂20(及对应的臂延伸部件32)映射的预期路径而映射可移动式硬停止件38的路径，且可致使小齿轮42以特定速度且沿特定方向(例如，沿第二环形方向25或与第二环形方向25相反地)旋转，以致使可移动式硬停止件38遵循路径。在图示的实施例中，硬停止件控制器50和臂控制器48如箭头51示出的那样通信地耦合。因此，臂控制器48可将针对机器人臂20(以及因而对应的臂延伸部件32)映射的路径或预期路径传递到硬停止件控制器50。硬停止件控制器50可从臂控制器48接收针对机器人臂20映射的路径，且可随后基于针对机器人臂20映射的路径而针对可移动式硬停止件38映射路径。在一些实施例中，臂控制器48和硬停止件控制器50可彼此分开且完全地基于路径的预期结果和制造工厂10的周围环境而分别映射机器人臂20和可移动式硬停止件38的路径。在任一实施例中，如果机器人臂20(及对应的臂延伸部件32)(例如，由于软件失效、失控或其它原因)从由臂控制器48映射的路径偏离，则在机器人臂20的臂延伸部件32的缓冲器34、36之一接触可移动式硬停止件38时，可移动式硬停止件38可阻止机器人臂20移动。换句话说，可移动式硬停止件38(例如，可移动式硬停止件38的齿条40的接触点39之一)可物理地接触机器人臂20的臂延伸部件32的缓冲器34、36之一。

为了进一步图示机器人臂20、臂延伸部件32以及具有臂延伸部件32延伸穿过其中的开口55的固定基部33，在图2中示出沿着图1中的线2-2截取的机器人系统12的实施例的示意性横截面俯视图。在图示的实施例中，如先前描述的，固定基部33包括开口55，臂延伸部件32的中心部分37延伸穿过开口55。例如，与臂延伸部件32的中心部分37相对应的第二圆周部分43的第二半径49可与穿过固定基部33的开口55的半径基本上相同或比其更小。因此，在没有阻止臂延伸部件32(及联接到臂延伸部件32的机器人臂20)(例如，围绕纵向轴线17且沿环形方向25)旋转运动的固定基部33的特征的情况下，臂延伸部件32的中心部分37可在固定基部33中的开口55内旋转。应当注意到，固定基部33还可包括腔57，腔57同样地促使机器人臂20围绕纵向轴线17且沿环形方向25的旋转运动。固定基部33可包括下部部分59，腔57设置在下部部分59上。

如示出的，固定基部33可包括联接到固定基部33的可移动式硬停止件38的轨道44。应当注意到，尽管事实上轨道44是固定的，但轨道44可被认为是移动式硬停止件38的构件。例如，如先前描述的，可移动式硬停止件38的齿条40可能够旋转地联接到轨道44，使得轨道44保持固定，并且齿条40沿环形方向25、围绕轨道44且围绕纵向轴线17旋转。因此，齿条40可遵照臂延伸部件32的运动。由于图示性配图，唇状部35在图示的实施例中不可见(例如，唇状部35设置于图示的横截面的上方)。然而，唇状部35以点线表示，且如示出的那样完全地设置在固定基部33中的开口55的外面。因此，唇状部35未通过接触固定基部33而阻止臂延伸部件32的运动；更确切地说，如先前所描述的，如果臂延伸部件32及对应的唇状部35沿着不期望的路径旋转，则齿条40可接触唇状部35，从而阻止唇状部35、对应的臂延伸部件32以及对应的机器人臂20的运动。

现在转到图3，示出沿着图1中的线3-3截取的可移动式硬停止件38和具有图1的机器人臂20的臂延伸部件32的接头24的实施例的示意性侧视图。如先前所描述的，臂延伸部件32(或更具体地，臂延伸部件32的中心部分37)延伸穿过机器人系统12的第二接头24的固定基部33(例如，如图2中所图示的固定基部33的开口55)。此外，臂延伸部件32可刚性地联接到机器人臂20或与机器人臂20成整体。

如先前所描述的，可移动式硬停止件38包括小齿轮42和安装于轨道44上的齿条40(例如，具有齿62)，其中，轨道44例如可为固定的且安装于机器人系统12的固定基部33上。在图示的实施例中，小齿轮42包括安装于其上(例如，从小齿轮42的电动机61延伸)的顶开螺栓60，其中顶开螺栓60接合齿条40的齿62。在另一实施例中，小齿轮42可包括适合于接合齿条40的齿62以使齿条40驱动成沿第二环形方向25 (或与其相反地)旋转的不同类型的螺栓、齿或任何其它接合机构。控制系统46的硬停止件控制器50可基于由臂控制器48针对机器人臂20映射的机器人臂20(及对应的臂延伸部件32)的路径而映射可移动式硬停止件38的路径。实际上，在一些实施例中，臂控制器48可将针对机器人臂20映射的路径传递到硬停止件控制器50，并且硬停止件控制器50可基于(或至少部分地基于)机器人臂20的路径而映射可移动式硬停止件38的路径。硬停止件控制器50和臂控制器48可随后分别执行可移动式硬停止件38和机器人臂20(及对应的臂延伸部件32)的映射的路径。

如示出的，可移动式硬停止件38的齿条40包括沿环形方向25延伸的弓形长度64。臂延伸部件32的唇状部35还包括沿环形方向25延伸的弓形长度66。此外，空隙68、70存在于齿条40与臂延伸部件32的唇状部35的两个缓冲器34、36之间(例如，其在正常操作状态的公差内变化)。换句话说，在正常操作状态期间，第一空隙68存在于齿条40与缓冲器34之间，并且第二空隙70存在于齿条40与缓冲器36之间。然而，如先前所描述的，在(例如，由于软件问题或其它原因而导致的)某些操作状态下，机器人臂20可移动，使得臂延伸部件32的缓冲器34、36之一接触齿条40。因而，在某些操作状态下，空隙68、70之一可在对应的缓冲器34、36接触齿条40时减小到零。应当注意到，在一些实施例中，出于讨论目的，第一空隙68和第二空隙70可为或可被称为单个空隙。还应当注意到，在操作期间，每个空隙68、70的尺寸可随着齿条40和臂延伸部件32移动而波动。因此，“空隙”并非指精确测量结果，而是指齿条40与缓冲器34、36之间的任何空间。空隙68、70的尺寸波动可为容许误差容限的结果，如在下面参考后面的图而详细讨论的，其与机器人系统12的物理限制相对应。例如，齿条40和臂延伸部件32可按增量式短距(其包括非无穷小的短距尺寸)移动。因而，在机器人系统12的操作期间，空隙68、70的尺寸可改变。

继续参考图示的实施例，空隙68、70可基于与臂延伸部件32和可移动式硬停止件38的映射路径相关联的容许误差容限而在尺寸上设计成包括弓形长度(例如，沿环形方向25延伸)。例如，容许误差容限可与机器人系统12的机械限制相对应，由此齿条40和可移动式硬停止件38仅可能够基于前面提到的机械限制(例如，对齿条40和臂延伸部件32施加的运动的短距尺寸限制)而使齿条40和可移动式硬停止件38的对应的映射路径符合某种程度的精度。例如，在上述的臂延伸部件32、可移动式硬停止件38或两者的容许误差容限内，空隙68、70的尺寸可设计成大到足以适应臂延伸部件32、可移动式硬停止件38或两者的移动。因而，只要臂延伸部件32(以及因而机器人臂20)和/或可移动式硬停止件38的齿条40在臂延伸部件32(以及因而机器人臂20)的容许误差容限内移动，可移动式硬停止件38就将不会阻止臂延伸部件32(以及因而机器人臂20)的移动。

此外，齿条40的环形尺寸64和臂延伸部件32的环形尺寸66(例如，在臂延伸部件的缓冲器34、36之间延伸)可在尺寸上设计成适应机器人臂20沿环形方向25运动的期望范围。例如，由于小齿轮42的顶开螺栓60仅旋转，而不会侧向(例如，沿方向23、26及29)移动，因而如果齿条40的齿62处于将由小齿轮42的顶开螺栓60接触(且因而物理上接近于顶开螺栓60)的位置，则顶开螺栓60仅可对齿条40施加旋转。换句话说，在齿条40不再定位在顶开螺栓60上时，齿条40的运动范围终止。因此，可移动式硬停止件38的齿条40的运动范围受齿条40的弓形长度64限制。然而，齿条40必须还能够接触臂延伸部件32的缓冲器34、36；因而，在缓冲器34、36之间必须存在臂延伸部件32的至少一定程度的不可忽略的距离66。为了允许可移动式硬停止件38的运动范围得到改进(以及因而机器人臂20及对应的臂延伸部件32的运动范围得到改进)，齿条40的环形距离64可增大，并且臂延伸部件32的唇状部35的环形距离66(例如，在臂延伸部件32的缓冲器34、36之间)可减小。例如，以沿着图示的轨道44(例如，导轨)的度数表示，齿条40的环形距离64可在100度与355度之间、200度与350度之间或300度与345度之间。当然，距离66和空隙68、70顾及到沿着轨道44(例如，导轨)的除360度之外的其余度数。

图4图示机器人系统12及对应的控制系统46的示意性表示。在图示的实施例中，如先前所描述的，控制系统46包括配置成控制机器人臂20的运动的臂控制器48和配置成控制可移动式硬停止件38的运动的硬停止件控制器50。

臂控制器48包括存储器54和处理器52，其中存储器54配置成存储指令，其在由处理器52执行时，致使臂控制器48实施某些动作或步骤。例如，存储于存储器54中的指令在由处理器52执行时，可致使臂控制器48(或处理器52)映射(例如，计算、推导、确定)针对机器人臂20的期望运动路径。路径可取决于运动的预期结果和机器人系统12周围的环境。运动的预期结果可在指令中被编码，或预期结果可输入至控制器48。例如，操作人员可(例如，通过将使物体从一个地点移动到另一地点的期望输入至控制器48[或控制系统46])将运动的预期结果输入至控制器48(或通用控制系统46)。处理器52可随后映射机器人臂20的路径，以达到预期结果。

此外，处理器52可与至少一个电动机驱动器100通信，以基于由臂控制器48(或其处理器52)映射的路径而(例如，经由介入的电动机)将机器人臂20驱动成旋转，从而引起机器人臂20的期望运动。在图示的实施例中，仅示出一个电动机驱动器100，其(例如，经由未在图示的实施例中示出的介入的电动机)与机器人系统12的第二接头24联接。然而，针对机器人臂20映射的路径可需要第一接头21、第二接头24、第三接头27或其任何组合的运动达到期望运动和期望运动的预期结果，其中每个接头21、24、27可包括其自身的独立电动机驱动器(和/或其自身的独立电动机)。此外，如先前所描述的，每个接头21、24、27还可包括类似的可移动式硬停止件38和在上下文中参考接头24而描述的相关联的控制特征。应当注意到，本文中所使用的“预期结果”可指总体性预期结果(例如，使物体从一个地点移动到另一地点)或组成该总体性预期结果的许多离散的预期结果之一(例如，使物体从一个地点移动到另一地点的机器人臂20的增量式短距)。此外，应当注意到，臂控制器48可致使机器人臂20在映射路径之后、或在映射路径的同时、或在路径的某些部分被映射且路径的其它部分未被映射之后移动。

臂控制器48可如箭头52图示的那样将针对机器人臂20映射的路径或路径的部分传递到硬停止件控制器50。硬停止件控制器50包括存储器58和处理器56，其中存储器58配置成存储指令，其在由处理器56执行时，致使硬停止件控制器50实施某些动作或步骤。例如，存储于存储器58中的指令可在由处理器56执行时，致使硬停止件控制器50(或处理器56)读取针对机器人臂20映射且从臂控制器48接收的路径。硬停止件控制器50可随后完全地或部分地基于由臂控制器48针对机器人臂20映射的路径的读取而针对可移动式硬停止件38映射路径。备选地，硬停止件控制器50(或其处理器56)可在从未接收或读取由臂控制器48针对机器人臂20映射的路径的情况下，映射可移动式硬停止件38的路径。例如，硬停止件控制器50可完全地基于机器人臂20的期望运动(例如，由臂控制器48用于映射机器人臂20的路径的相同[若干]参数[或相同[若干]参数的子集])而针对可移动式硬停止件38映射路径。

硬停止件控制器50可随后与和硬停止件38(例如，电动机61)联接的电动机驱动器102通信，以驱动可移动式硬停止件38的小齿轮42的顶开螺栓60。顶开螺栓60(或其它合适的接合机构)接合可移动式硬停止件38的齿62，将可移动式硬停止件驱动成沿第二环形方向26(或与第二环形方向26相反地)旋转。

图5是图示操作图4的机器人臂20、可移动式硬停止件38以及控制系统46的方法110的过程流程图。在图示的实施例中，方法110包括针对机器人臂映射期望运动路径(框112)。例如，如先前所描述的，臂控制器可映射机器人臂的运动的路径，以达到特定动作或目标。动作或目标可包括与机器人相关联的任何合适的动作或目标，诸如使物体从一个地点移动到另一地点、组装物体、使一个物体与另一物体联接等。还可鉴于机器人系统(或其机器人臂)周围的环境而映射路径。例如，可映射路径，以允许机器人臂达到期望动作或目标，而不接触或干扰周围环境，除非接触或干扰周围环境是期望动作或目标的一部分。期望动作或目标可被编程到控制器的软件构件中，或期望动作可被操作控制器的操作人员加入(例如，输入)。实际上，目前设想任何适合于加入期望动作或目标的机构。

如先前所描述的，机器人系统(或其机器人臂)可包括任何数量的接头(例如，1个接头、2个接头、3个接头、4个接头、5个接头、6个接头或更多个接头)，每个接头与臂控制器(或机器人系统的另一控制器)通信地耦合。因而，臂控制器可能够控制机器人系统的接头中的一个或多个的运动。因而，臂控制器根据由控制器映射的路径而允许机器人臂的移动，以达到机器人臂的期望动作或目标。

方法110还包括针对可移动式硬停止件映射期望运动路径(框114)。如先前所描述的，可移动式硬停止件可为用于机器人系统的特定接头的可移动式硬停止件。在一些实施例中，可移动式硬停止件可能够作为用于机器人系统的不止一个接头的可移动式硬停止件而操作。例如，可移动式硬停止件可能够从机器人系统的第一接头移动到机器人系统的另一接头。备选地，机器人系统的多个接头可设置成彼此紧密接近、与可移动式硬停止件紧密接近或两者，使得可移动式硬停止件能够作为用于机器人系统的多个接头的可移动式硬停止件而操作，不必从一个接头移位到另一接头。而且，如上面指示的，每个接头可具有其自身的可移动式硬停止件及相关联的控制特征。

为了映射可移动式硬停止件的路径，硬停止件控制器可从臂控制器接收针对机器人臂映射的期望运动路径。例如，臂控制器和硬停止件控制器可彼此通信地耦合。在一些实施例中，臂控制器和硬停止件控制器可为单个集成控制器。在图示的实施例中，硬停止件控制器接收由臂控制器针对机器人臂映射的期望运动路径，且鉴于针对机器人臂的期望运动路径映射针对可移动式硬停止件的期望运动路径。

在其它实施例中，硬停止件控制器可独立于针对机器人臂映射的期望运动路径而映射可移动式硬停止件的期望运动路径。例如，硬停止件控制器可针对臂控制器接收的机器人臂的运动的期望目标接收相同的输入。基于针对机器人臂的运动的期望目标的输入，硬停止件控制器可根据上面的描述而映射针对可移动式硬停止件的期望运动路径。如先前所描述的，可移动式硬停止件可能够作为用于机器人系统的不止一个接头的硬停止件而操作。在一些实施例中，可移动式硬停止件可设置在桥接(例如，横越)于机器人系统的两个接头之间的导轨上。取决于哪个接头需要可移动式硬停止件的操作(例如，由可移动式硬停止件保护)，硬停止件控制器可指示可移动式硬停止件沿着导轨从一个接头移动到另一接头。在可移动式硬停止件沿着导轨从一个接头移动到另一个接头之前、在此期间或在此之后，硬停止件控制器可鉴于由臂控制器操作的接头的运动的期望映射路径或期望动作或目标而映射可移动式硬停止件的期望运动路径。

在图示的实施例中，方法110还包括基本上同时地执行机器人臂的期望运动路径和可移动式硬停止件的期望运动路径(框116)。例如，如先前所描述的，臂控制器可执行针对机器人臂映射的期望运动路径，并且硬停止件控制器可执行针对可移动式硬停止件映射的期望运动路径。因而，机器人臂沿着与针对机器人臂的期望运动路径相对应的运动的实际路径移动，并且可移动式硬停止件沿着与针对可移动式硬停止件的期望运动路径相对应的运动的实际路径移动。大体上，可移动式硬停止件的齿条与机器人臂(例如，机器人臂的臂延伸部件的缓冲器)紧密接近而移动。如先前所描述的，可移动式硬停止件的齿条与机器人臂的臂延伸部件的缓冲器紧密接近的移动允许机器人臂在正常操作期间沿着针对机器人臂映射的运动的实际路径完全自由地移动。然而，可移动式硬停止件的齿条与机器人臂的臂延伸部件的缓冲器之间的紧密接近还致使在机器人臂(及对应的臂延伸部件)在针对机器人臂映射的期望运动路径之外或在其容许误差容限之外移动的情况下，可移动式硬停止件的齿条阻止机器人臂的运动。

例如，图6是位置122与时间124关系的曲线图120的实施例的图示。如曲线图120的信息索引(key)126中示出的，曲线图120包括臂延伸部件32和齿条40(例如，可移动式硬停止件38)的映射的期望运动路径132的表示。应当注意到，虽然臂延伸部件32和齿条40可处于不同的位置，但意在使齿条40的映射的运动对应于(例如，遵照)臂延伸部件32的映射的运动。因而，臂延伸部件32的位置可相移成与齿条40的位置相对应或反之亦然。更具体地，臂延伸部件32在任何给定时间的位置可与向量133的位置相对应(例如，在臂延伸部件32的缓冲器34、36之间居中)，齿条40在任何给定时间的位置可与向量135的位置相对应(例如，在齿条40的接触点39之间居中)，并且臂延伸部件32的向量133可相移(例如，180度)成与齿条40的向量135对齐。大体上，在相移之后，针对向量133、135的映射的期望运动路径132可基本上相同。应当注意到，用于在图示的曲线图120中图示期望运动路径132的向量133、135可分别与对应的臂延伸部件32和齿条40的任何点相交，任一个可相应地相移。换句话说，图示为在缓冲器34、36之间居中的向量133的位置和图示为与齿条40的中心相交的向量135的位置是示范性且非限制性的。

如在图示的曲线图120中示出的，还可在曲线图120上包括臂延伸部件32的容许误差容限128和齿条40的容许误差容限130。容许误差容限128、130可与机器人系统的机械限制相对应。例如，臂延伸部件32和齿条40可经由非无穷小的离散的短距而旋转。因此，臂延伸部件32和齿条40可分别能够在正常操作状态期间在对应的容许误差容限128、130内遵循映射的期望运动路径132。此外，臂延伸部件32的缓冲器34、36与齿条40的接触点39之间的空隙68、70的尺寸设计成在组合的容许误差容限131(例如，臂延伸部件32的容许误差容限128和可移动式硬停止件38的齿条40的容许误差容限130)内适应臂延伸部件32和齿条40的自由运动。然而，空隙68、70的尺寸可设计成恰好大到足以仅适应组合的容许误差容限131。换句话说，如果臂延伸部件32和/或齿条40移动到组合的容许误差容限131之外的区域140中，则缓冲器34、36之一可接触接触点39中的一个，从而致使可移动式硬停止件38阻止臂延伸部件32的运动(且如先前所描述的，阻止与臂延伸部件32刚性地联接的机器人臂[例如，图1-3的机器人臂20]的运动)。

现在转到图7和图8，示出了机器人系统12的额外的实施例。例如，在图7中，机器人系统12包括两个可移动式硬停止件38，每个可移动式硬停止件38设置成接近于机器人臂20的臂延伸部件32(例如，延伸穿过接头24的固定基部33)的缓冲器34、36之一。因此，两个可移动式硬停止件38都可随着机器人臂20的臂延伸部件32移动而移动。例如，可移动式硬停止件38可移动，以分别基本上维持可移动式硬停止件38与第一缓冲器34和第二缓冲器36之间的空隙68、70。如先前所描述的，控制系统46可控制可移动式硬停止件38、机器人臂20或其组合的运动。

在图8中，机器人系统12也包括两个可移动式硬停止件38。然而，在图7中，可移动式硬停止件38中的每个以机器人臂20的接头24的中心点148为中心，且包括从中心点148延伸的对应的臂150。在图示的实施例中，与设置于机器人臂20的构件上截然相反，缓冲器34、36设置于可移动式硬停止件38本身的臂150上。随着机器人臂20移动，可移动式硬停止件38及对应的缓冲器34、36也同样如此。例如，如先前所描述的，机器人臂20和可移动式硬停止件38的期望运动路径可由控制系统46映射且执行。可移动式硬停止件38的实际运动路径(与由控制系统46确定且映射的期望运动路径相对应)可致使缓冲器34、36维持所图示的空隙68、70。如果机器人臂20在机器人臂20的期望运动路径之外(或更具体地，在期望运动路径的容许误差容限之外)移动，则机器人臂20可接触缓冲器34、36之一。另外或备选地，缓冲器34、36可包括设置于其中或其上的传感器，这些传感器检测机器人臂20的接触或不合乎人意的接近。传感器可将接触或不合乎人意的接近传递到控制系统46，控制系统46停止机器人臂20的运动。

根据本公开的实施例，机器人系统包括机器人臂、至少一个可移动式硬停止件以及至少一个控制器。控制器可鉴于期望动作、目标或机器人臂的期望运动路径的结果、鉴于机器人臂周围的环境或两者而映射针对机器人臂的期望运动路径和针对至少一个可移动式硬停止件的期望运动路径。控制器可完全地独立于机器人臂的映射的期望运动路径或至少部分地基于机器人臂的映射的期望运动路径而映射至少一个可移动式硬停止件的期望运动路径。由于可移动式硬停止件可移动，以依循、遵照或遵循机器人臂的期望运动路径，因此在机器人臂从机器人臂的映射的运动路径偏离得过远(例如，在容许误差容限之外)的情况下，可移动式硬停止件实现保护，但无需不必要地限制机器人臂的能力或运动。换句话说，可移动式硬停止件可阻止机器人臂在机器人臂的映射的路径之外运动，但可移动式硬停止件不会限制可针对映射机器人臂的路径使用的可通行的空间体积。因而，无论如何，机器人臂的路径都可不受可移动式硬停止件限制。

虽然在本文中仅已图示且描述本公开的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。此外，应当理解，本文中所公开的各种实施例的构件可彼此组合或交换。因此，将理解，所附权利要求书意在涵盖如落入本公开的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (20)

1.一种机器人系统，包括：

机器人臂；以及

可移动式硬停止件，其设置成接近于所述机器人臂，其中所述机器人系统设置成在第一操作状态期间，在所述可移动式硬停止件的第一部分与所述机器人臂的第二部分之间保持空隙，且其中在第二操作状态期间，所述可移动式硬停止件设置成阻止所述机器人臂的移动。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，包括一个或多个控制器，所述一个或多个控制器配置成控制所述机器人臂的移动和所述可移动式硬停止件的移动，以维持所述第一操作状态，以及如果所述第二操作状态发生，则经由所述可移动式硬停止件阻止所述机器人臂的移动。

3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述第二操作状态指示所述可移动式硬停止件的所述第一部分物理地接触所述机器人臂的所述第二部分。

4.根据权利要求1所述的机器人系统，包括配置成检测所述第一部分和所述第二部分之间的操作距离的接近传感器。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中所述空隙包括大于所述可移动式硬停止件的所述第一部分和所述机器人臂的所述第二部分之间的阈值距离的间距，并且其中所述第二操作状态对应于所述第一部分与所述第二部分之间的所述操作距离，并且所述操作距离被所述接近传感器检测为小于所述阈值距离。

6.根据权利要求4所述的机器人系统，其中所述接近传感器设置在所述可移动式硬停止件上。

7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述空隙包括所述可移动式硬停止件的所述第一部分与所述机器人臂的所述第二部分之间期望的不可忽略的距离范围，并且其中所述第二操作状态指示从所述期望的不可忽略的距离范围偏离的所述可移动式硬停止件的所述第一部分和所述机器人臂的所述第二部分之间的操作距离。

8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述机器人系统包括轨道，所述可移动式硬停止件的齿条安装在所述轨道上，并且所述齿条由小齿轮关于所述轨道移动，其中所述齿条包括所述可移动式硬停止件的所述第一部分。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，包括配置成驱动所述小齿轮的马达。

10.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述机器人臂包括臂延伸部件，所述臂延伸部件关于中心点定心并且具有所述机器人臂的所述第二部分，其中所述可移动式硬停止件包括齿条，所述齿条关于所述中心点定心并且具有所述可移动式硬停止件的所述第一部分，其中所述臂延伸部件和所述齿条配置成关于所述中心点周向地移动，并且其中在所述第一操作状态期间所述可移动式硬停止件的所述齿条的所述第一部分配置成与所述机器人臂的所述臂延伸部件的所述第二部分分离。

11.一种操作机器人系统的方法，包括：

致动机器人臂；以及

致动设置成接近所述机器人臂的可移动式硬停止件，使得所述机器人系统在第一操作状态期间保持所述可移动式硬停止件的第一部分和所述机器人臂的第二部分之间的空隙，其中所述可移动式硬停止件配置成在第二操作状态期间阻止所述机器人臂的移动。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：

经由一个或多个控制器确定所述机器人臂的第一致动路径和所述可移动式硬停止件的第二致动路径；以及

经由一个或多个控制器执行所述第一致动路径和所述第二致动路径。

13.根据权利要求11所述的方法，包括：

使所述可移动式硬停止件的所述第一部分与所述机器人臂的所述第二部分接触；以及

经由所述可移动式硬停止件阻止所述机器人臂沿至少一个方向的移动。

14.根据权利要求11所述的方法，包括经由接近传感器检测所述第一部分和所述第二部分之间的操作距离。

15.根据权利要求14所述的方法，包括：

经由一个或多个控制器确定所述可移动式硬停止件的所述第一部分与所述机器人臂的所述第二部分之间的最小期望间距，其中所述空隙不小于所述第一操作状态期间的所述最小期望间距，并且其中所述空隙不大于所述第二操作状态期间的所述最小期望间距。

16.根据权利要求11所述的方法，包括经由一个或多个控制器确定所述可移动式硬停止件的所述第一部分和所述机器人臂的所述第二部分之间的期望的不可忽略的距离范围，其中所述第一操作状态指示所述可移动式硬停止件的所述第一部分和所述机器人臂的所述第二部分之间的操作距离落入所述期望的不可忽略的距离范围内，并且所述第二操作状态指示所述操作距离偏离所述期望的不可忽略的距离范围。

17.根据权利要求11所述的方法，其中致动所述可移动式硬停止件包括旋转小齿轮，所述小齿轮与安装在所述可移动式硬停止件上的齿条交接，其中所述齿条设置在轨道上，所述齿条沿着所述轨道旋转或平移。

18.一种操作机器人系统的方法，包括：

经由一个或多个控制器控制机器人臂的移动和设置成接近所述机器人臂的可移动式硬停止件的移动，使得在第一操作状态期间在所述可移动式硬停止件与所述机器人臂之间保持空隙；以及

由一个或多个控制器控制所述机器人臂和所述可移动式硬停止件的移动，使得响应于第二操作状态的发生，使所述可移动式硬停止件物理地接触所述机器人臂并且阻止所述机器人臂的移动。

19.根据权利要求18所述的方法，包括：

经由一个或多个控制器确定所述机器人臂的机器人臂路径；

经由一个或多个控制器确定所述可移动式硬停止件的可移动式硬停止件路径；以及

经由一个或多个控制器执行所述机器人臂路径和所述可移动式硬停止件路径，使得在所述第一操作状态期间保持所述空隙，并且使得响应于所述第二操作状态的发生，使所述可移动式硬停止件物理地接触所述机器人臂并且阻止所述机器人臂的移动。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二操作状态指示软件失灵。

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