CN115703246A - 用于操纵设备的补偿装置以及具有所述补偿装置的操纵设备 - Google Patents

Abstract

一种用于自动的操纵设备的补偿装置，其具有第一接口区段、第二接口区段、插入在它们之间的被动地起作用的偏移补偿装置以及用于夹持或锁止偏移补偿装置的至少一个第一夹持机构。在此，补偿装置能够在自由的第一运行状态与被夹持的第二运行状态之间切换，在该第一运行状态中补偿装置能够在来自六个运动自由度中的至少三个运动自由度中从初始位置运动到补偿位置中，在该第二运行状态中所有运动自由度被锁止，使得第一接口区段和第二接口区段固定地彼此连接。在此，偏移补偿装置具有支承在第一接口区段的配属的承窝中的、带有摆动杆的衔铁，该摆动杆穿过第一接口区段中的直通孔朝第二接口区段的方向延伸并且与第二接口区段固定地连接和/或可连接。

Description

用于操纵设备的补偿装置以及具有所述补偿装置的操纵设备

技术领域

本发明涉及一种用于在（搬运）机器人技术或者自动化技术或者笛卡尔系统的技术领域中的操纵设备或机器人设备的补偿装置（或者补偿模块、平衡模块）。此外，提出了一种具有按照本发明的补偿装置的操纵设备。

这样的补偿装置尤其在搬运或接合过程中用于根据来自所描述的运动自由度（平移的：TX、TY、TZ；旋转的：RX、RY、RZ）中的多达六种运动自由度来构造独立的（机器人的）运动学，例如用于操纵（或者用于搬运）、连接和定位有待操纵的部件（或者工具和/或工件或者单件货物）。

背景技术

由现有技术已知的、如例如在公开文献DD 296 245 A5以及DE 102015214003 A1中公开的补偿装置具有用于操纵器的第一接口区段和用于末端执行器的第二接口区段，从而使得所述补偿装置能够用至少一个铰接机构布置在所述操纵器与所述末端执行器之间。

例如，US 5964124公开了一种通过中央的弹簧来预紧的补偿装置。所述弹簧引起了所述补偿装置在消除这种偏移的力时强制地返回运动到零位中。

本申请人的被视为最接近的现有技术的DE 102015214003 A1已经公开了一种用于操纵设备的按照类型的补偿装置（所谓的“智能末端执行器”），在此通过参照使该文献明确地成为本公开文献的组成部分。在此，所述用于操纵设备的补偿装置具有用于操纵器的第一接口区段和用于末端执行器的第二接口区段，使得所述补偿装置能够布置/能够中间连接在所述操纵器与所述末端执行器之间。在所述接口区段之间，三个分开的、分别偏心地布置的球座（铰接机构组成部件）对其相对运动（操纵器相对于末端执行器）进行补偿，其中，这些球座在其整体上构成了铰接机构。相应的铰接机构组成部件具有带有球区段的第一铰接配对件和带有用于所述球区段的配属的接纳区段的第二铰接配对件，使得相应的铰接机构组成部件形成枢转关节或球节。在此，所述接纳区段包括至少一个斜坡区域，其中，所述球区段能够从正常位置沿着相对于第一轴线的横向方向移动到补偿位置中，使得所述铰接机构整体上形成移动关节。

发明内容

鉴于前面所描述的现有技术，本发明旨在提供一种得到改进的按照类型的补偿装置。这通过一种具有权利要求1的特征的用于操纵设备的补偿装置以及一种具有权利要求13的特征的操纵设备来实现。本发明的优选的或有利的实施方式由从属权利要求、在下文中的说明以及附图得出。

按照本公开内容的第一方面的补偿装置设立用于布置在操纵设备的操纵器（也就是说在机器人侧）与末端执行器（也就是说在工具侧或者抓具侧）之间。

按照本发明的另一可能优选的方面的操纵设备具有操纵器（如例如机器人、尤其关节臂机器人、笛卡尔机器人、拾取和放置机器人等）以及末端执行器（如例如抓具）。在已安装的状态下，所述补偿装置尤其按顺序地布置在所述操纵器与所述末端执行器之间。在特别的情况下，所述末端执行器通过补偿装置由操纵器来承载。在功能上观察，所述操纵设备通过补偿装置能够以下述方式用末端执行器来抓取错误定位的工件或工具（外部物体），即：通过所述补偿装置来相对于操纵器被动地改变所述末端执行器的位置。也就是说，所述补偿装置没有内部的驱动装置，而是当所述末端执行器撞上外部物体并且在该外部物体处滑出时通过所述执行器来进行致动。

按照本公开内容的补偿装置优选具有用于连接到操纵器处的第一接口区段（或者基体）并且进一步优选具有用于连接到末端执行器处的第二接口区段（或者配对体）。例如，所述第一接口区段能够通过快速联接器或通过螺纹连接来连接到操纵器处，并且所述第二接口区段能够通过快速联接器或螺纹连接来与末端执行器连接。此外，例如所述第一和/或第二接口区段也能够分别构造为结构组件。尤其所述第一和/或第二接口区段能够分别具有板区段（或者构造为这样的板区段），其中，（对置的）板区段以相对于彼此可倾斜的、可扭转的和/或可移动的方式来布置。优选接口区段沿着第一轴线的方向按顺序地或先后排成行。特别优选的是，所述第一轴线构造为操纵器的Z轴和/或竖轴。

所述补偿装置能够在多个运动自由度中实现在所述第一接口区段与所述第二接口区段之间的相对运动。相应的运动自由度能够构造为平移的运动自由度（TX、TY、TZ）之一并且/或者构造为旋转的运动自由度（RX、RY、RZ）之一。

在自由的第一运行状态中，所述补偿装置10优选在来自所述运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）中至少三个、优选所有运动自由度中从初始位置（或者说初始部位、初始方位/设计位置）可运动到补偿位置（不同于设计位置）中。尤其所述初始位置涉及所谓的零位（或零部位、零方位、原始位置）。在此，概念“可运动”也含有返回运动到初始位置中。因此，所述末端执行器能够相对于操纵器在多个运动自由度中运动，以便例如在抓取任务、定位任务和/或接合任务时补偿位置公差。

在此，所述补偿装置还优选设立用于，能够在所述自由的第一运行状态与被夹持的或者说被夹紧的第二运行状态之间切换（转换）。尤其为此控制单元能够设置并且设立用于（自动地）在所述第一运行状态与所述第二运行状态之间（来回）切换所述补偿装置。

所述被夹持的、优选被夹紧的第二运行状态根据本公开内容如此定义，从而在所述第二运行状态中所有六个运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）被锁止（或者被阻止、不存在、未被释放）。因此，所述第一接口区段和第二接口区段固定地（或者不可运动地）、优选刚性地彼此连接。换言之，在第二运行状态中，所述补偿装置的存在于第一运行状态中的至少三个、优选六个运动自由度被完全锁止或者说能够锁止（被阻止或者能够阻止）。由此，所述补偿装置有利地设立用于自发地或者说（在一定程度上）实时地从自由运动性的第一运行状态转换到完全刚性的第二运行状态（并且又返回）（尤其为此由尤其属于操纵设备的控制单元来操控）。

所述按照本公开内容的补偿装置（为了在来自所述六个运动自由度中的至少三个、优选所有运动自由度中呈现出可运动性）此外具有近似根据（唯一的）铰接机构的类型的偏移补偿装置。

所述（一个）偏移补偿装置与补偿装置轴线中的纵轴线/中轴线（或者竖轴、Z轴）相同指向地（或基本上平行地）定向。所述（一个）偏移补偿装置设立在第一接口区段与第二接口区段之间，以便（在它们之间）优选构成枢转关节或球节。

按照本公开内容，所述（一个）偏移补偿装置优选中央地构造为唯一的铰接机构。在此，所述（一个）偏移补偿装置构造在中轴线上，所述中轴线与第一轴线（Z轴）相同、相同指向或者平行。相同的情况意味着，所述中轴线与第一轴线重合。

在此，所述偏移补偿装置具有（唯一的）支承在第一接口区段的配属的（球节）承窝中的、尤其呈球形的或锥形的本体（下面简称为球）的形式的衔铁。换言之，所述唯一的中央的球以球节的方式支承在第一接口区段的（配属的）接纳区段中或者（在第一运行状态中）可运动地布置在该接纳区段中。

所述球具有摆动杆（以下也称为悬臂/销/栓）或者与这样的摆动杆固定地连接。在此，所述悬臂细长地（或者说销状地）从球穿过第一接口区段中的直通孔或空隙朝第二接口区段的方向延伸。换句话说，所述偏移补偿装置与球和悬臂一起如此穿过第一接口区段，使得所述球布置在第一接口区段的操纵器侧的一侧上并且所述悬臂布置在第一接口区段的末端执行器侧的一侧上。尤其在此所述第一接口区段中的空隙能够如此构造（或者构造有足够大的直径），以便允许所述悬臂从初始位置、尤其零位以相对于第一轴线的旋转角度来进行旋转式的枢转运动或者摆动式的偏转运动。例如，所述枢转角度（沿着操纵器侧的方向）能够高达40度角度、优选高达30度角度。

例如为了将悬臂与球连接起来，能够优选以压配合的和/或粘接的和/或关于横截面形状锁合的方式将所述悬臂插入或配合进入这个球中（或者插入或配合进入设置在球中的钻孔中）。作为替代方案，所述球和悬臂能够整体地制造、例如以车削的或侵蚀的部件的方式来制造。尤其所述球连同悬臂在以抵靠的方式支承在球节承窝中的状态下能够具有全部六个运动自由度。在此，所述沿着第一轴线（或者Z轴、竖轴）的、朝第二接口区段的方向的平移运动由于（操纵器侧敞开的）球节承窝而受到限制（或者朝与此相反的方向只在操纵器侧的半空间中是可能的）。

优选所述球的悬臂和所述第二接口区段彼此固定地连接并且/或者能够连接。在一种固定的连接的情况下，例如所述细长的（或者销状的）悬臂为此能够插入或者配合进入第二接口区段的相应的钻孔中。在另一种可连接性的情况下，在所述第二接口区段中可运动地得到导引的、尤其沿着中轴线的方向可纵向运动的悬臂的连接能够借助于可切换的夹持-或夹紧机构也在零位之外得到实现。

按照本公开内容的补偿装置此外以优选的方式包括至少一个用于夹持或夹紧衔铁的第一夹持-或夹紧机构。尤其对所述衔铁的夹持用于引起按照前述定义的被夹持/被夹紧的第二运行状态。

这有利地用于补偿机器人的不精确性。例如所述机器人会以编程的方式移近目标位置处，以便将工具（参考附图1：附图标记9）插入到属于所述工具的工具接纳部或者钻孔中。为此，所述机器人探测所述钻孔。在这种探测的范围中，所述补偿装置能够在一定程度上从其零位中弹出。本发明以特别有利的方式能够实现的是，能够在所述悬臂相对于第一轴线（或者Z轴、竖轴）的每种任意的偏移或者角度位置中进行夹持或者夹紧。所述至少一个夹持-/夹紧机构、尤其第一夹持-/夹紧机构用于此。

因此，本发明提供了一种特别简单且因此成本低廉的技术解决方案，该技术解决方案同时此外以较高的程度保持了关于机器人应用的所必需的产品质量。尤其所提出的解决方案以较高的程度满足了机器人技术的技术要求、如稳健性、灵活性、快速的响应特性、精确度。

作为替代方案或累积方案，优选所述至少一个第一夹持-/夹紧机构尤其能够固定地布置在第一接口区段处。在此，所述至少一个第一夹持-/夹紧机构能够设有可调节的第一夹紧区段（柱塞），以便将衔铁/球在第一接口区段的（球节）承窝中固定地夹紧在初始位置中和/或夹紧在补偿位置中。在此，尤其所述第一夹紧区段能够沿着第一轴线、尤其中轴线可调节地构成。

作为替代方案或累积方案，优选所述偏移补偿装置能够在夹持/夹紧到第二运行状态中时设立用于锁止所述悬臂。在此，当所述悬臂在第二运行状态中（或者在夹持/夹紧到第二运行状态中的时间点之前不久或者之中）处于（或者布置在）初始位置、尤其零位中时，所述悬臂被锁止在沿着中轴线的位置中。作为替代方案或累积方案，当所述悬臂在第二运行状态中（或者在夹持/夹紧到第二运行状态中的时间点之前不久或者之中）处于（或者布置在）补偿位置中时，所述悬臂被锁止在相对于中轴线偏转了一个旋转的运动自由度（RX、RY）的位置中。在此，尤其能够在所述第二接口区段的直通孔之内的所偏转的位置中进行所述锁止。

作为替代方案或累积方案，尤其所述补偿装置能够通过沿着第一轴线（Z轴）的方向将该补偿装置预紧的预紧元件、例如弹簧来预紧。在此，所述预紧元件设立（或者促使）用于，使所述补偿装置从补偿位置回引到初始位置中、尤其回引到被预紧的零位中。为此，所述预紧元件布置在第一接口区段与第二接口区段之间，以用于沿着第一轴线、尤其中轴线的方向将补偿装置预紧。这尤其引起以下优点，即：所述补偿装置能够夹持/能够夹紧在所述初始位置、尤其零位中。如果所述夹持机构是打开的，则所述补偿装置设立用于能够有弹力地从初始位置、尤其零位中移出来。在此，当没有外力作用到所述补偿装置上时，所述预紧元件、例如弹簧使所述补偿装置运动到初始位置、尤其零位中。

作为替代方案或累积方案，优选在此所述预紧元件能够被悬臂贯穿。例如，所述细长的悬臂能够被柱形尺寸的、抵靠（在该悬臂处）的或者在内侧（与该悬臂）间隔开的弹簧、如螺旋弹簧或波形弹簧所包围或者包裹。尤其能够优选的是，所述预紧元件围绕着悬臂或者相对于悬臂如此布置，使得所述预紧元件和悬臂相对于彼此构成摩擦锁合和/或形状锁合的、抗扭转的连接。为此，能够构造相应的横截面或者轮廓（例如多边形、星形），以便互补地和/或形状锁合地嵌合到彼此中。

作为替代方案或累积方案，优选所述预紧元件能够在其（操纵器侧的）端部处与第一接口区段、尤其在末端执行器侧的区域如第一定心突出部处抗扭转地布置、尤其固定地连接。作为替代方案、尤其作为累积方案，所述预紧元件能够在其另一个（末端执行器侧的）端部处与第二接口区段、尤其在操纵器侧的区域如第二定心突出部处抗扭转地布置、尤其固定地连接。在此，所述预紧元件设立（或者促使）用于，使所述补偿装置从围绕着中轴线扭转的补偿位置回引到初始位置中、尤其回引到被预紧的零位中。所述被预紧的零位尤其通过在所述预紧元件的两个端部处的抗扭转的连接来引起，因为通过在（切向）力作用到在所述补偿装置中被撑开的预紧元件上时所述预紧元件在内部扭转（TR）。因此，而后围绕着第一轴线（Z）、尤其中轴线的复位转矩能够引起旋转的复位。作为替代方案或累积方案，所述预紧元件此外优选能够构造用于，能够实现或者引起围绕着X/Y轴（TX、TY）的（复位）转动。优选所述预紧元件（例如波形弹簧）能够横向于悬臂分别通过（或者借助于）第一定心突出部尤其形状锁合地保持在第一接口区段处并且/或者通过第二定心突出部尤其形状锁合地保持在第二接口区段处。这以有利的方式引起了横向于悬臂（X/Y方向）的和不只是朝悬臂的方向（Z方向）的弹簧作用。

作为替代方案或累积方案，优选所述预紧元件能够构造为至少一个：波形弹簧；蜗卷弹簧；螺旋弹簧；磁性弹簧；波纹管式缸；弹性体环；或它们的串联的和/或并联的组合。所述波形弹簧能够由唯一的波形带（尤其多个圈）或者由多个（尤其固定地彼此连接的、串联连接的）单个波形弹簧构成。所述波形弹簧尤其能够包括螺旋形环绕的波形带，如此选择其波形长度，从而在指向彼此的“波峰”的相邻的线匝中出现相互抵靠。所述波形弹簧的（相比于备选的弹簧相对而言）大的直径以特别有利的方式产生了关于围绕着X/Y轴（TX、TY）的转动的足够的机械刚度。例如所述波形弹簧的机械特性能够借助于对波形带的和/或材料的宽度和/或厚度的选择来进行调节。尤其一个或多个蜗卷弹簧产生特别有利的弹簧作用。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够构造用于：在初始位置中、尤其在借助于预紧元件所预紧的零位中被夹持/被夹紧到第二运行状态中（或者被夹持地/被夹紧地处于第二运行状态中）。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够提供锁定机构，该锁定机构用于闭锁（在第一运行状态中在第一接口区段与第二接口区段之间所给定的）运动自由度中的至少一个运动自由度。优选所述（和/或另一个）锁定机构能够设立用于闭锁所述预紧机构。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够具有至少一个止挡元件。所述止挡元件布置在第一接口区段与第二接口区段之间并且设立用于限制补偿装置的沿着第一轴线的方向的最大偏移。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够包括第二夹持-或夹紧机构。在并不（持久地）固定地与第二接口区段连接的、而是（可切换地、可控制地）可连接的悬臂的（作为替代方案的）情况（或者作为替代方案的实施方式）下，所述（可连接的）悬臂在第二接口区段中关于中轴线以平移的和/或旋转的运动自由度（TZ、RZ）可运动地得到支承。在此（为了可连接性），第二夹持-/夹紧机构在所述第二接口区段处设立用于，将悬臂和第二接口区段彼此连接起来。在此，尤其第二夹持-/夹紧机构在所述第二接口区段处能够设立用于，在第二运行状态中锁止悬臂的所提到的平移的和/或旋转的运动自由度（TZ、RZ）。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够具有第三夹持-或锁止机构。在此，所述第三夹持-/锁止机构固定地布置在第一接口区段处或相对于第一接口区段来布置。尤其所述第三夹持-/锁止机构拥有（或者具有、包括）独立于第一夹持机构可调节的锁止芯轴，该锁止芯轴设立用于锁止到第二运行状态中。为此，所述锁止芯轴设立用于移入到衔铁/球的配属的钻孔中，该钻孔在处于初始位置、尤其零位中的（所定向的）球的情况下与之对准。尤其所述锁止芯轴能够沿着第一轴线、尤其沿着中轴线以可调节的方式来构成。作为锁止芯轴的替代方案，能够设置类似的闭锁元件。

作为替代方案或累积方案，优选所述补偿装置能够具有带有分析机构的至少一个传感器设备，以用于将传感器信号输出给所述分析机构。在此，所述传感器设备分别拥有（或者包括）至少一个传感器和至少一个配属的目标/传感器检测区域。在此，所述传感器布置在来自第一接口区段和第二接口区段中的一个接口区段处，并且所述目标区域布置在来自该第一接口区段和第二接口区段中的另一个接口区段处。在此，所述（第一/第二）传感器分别构造用于尤其无接触地探测目标区域。在此，所述分析机构构造用于，从传感器信号中确定第一接口区段与第二接口区段之间的相对位置。所述分析机构此外优选能够构造用于确定在所有六个运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）中的相对位置。

在本发明的前面提到的优选的改进方案中，所述补偿装置尤其涉及一种触觉上的、也就是说传感器支持地或者说基于传感器地所设立的、具有位置确定机构或者传感器设备的补偿装置。在此，所述传感器设备设立用于构造主动的测量功能（所谓的“智能灵活执行器（Smart Flex Effector）”）。例如，本申请人的在此通过参照而明确地成为本发明的组成部分的公开文献DE 10 2015 219 332 A1公开了一种用于补偿装置的传感器设备以及一种具有所述传感器设备的机器人设备。在此，所述传感器设备具有传感器基体和传感器配对体作为传感器本体；并且此外所述传感器设备具有多个用于输出传感器信号的传感器机构。所述传感器配对体相对于传感器基体以可相对运动的方式来布置。在此，所述传感器设备分别包括至少一个传感器和至少一个目标区域。在此，所述传感器布置在传感器本体中的一个传感器本体（或者来自第一和第二接口区段中的一个接口区段）处，并且所述目标区域布置在另一个本体（或者接口区段）处。也就是说，所述传感器或者对应的/配属的目标区域是设置在操纵器侧还是设置在末端执行器侧或者相反地设置是不重要的。此外，在此所述传感器分别构造用于利用分析机构来尤其无接触地探测目标区域。在此，所述分析机构构造用于从传感器信号中确定配对体与基体之间的相对位置。所述分析机构尤其构造用于确定在所述三个平移的运动自由度（X、Y、Z）中以及在所述三个旋转的运动自由度（RX、RY、RZ）中的相对位置。

这能够以有利的方式通过所集成的测量系统来实现灵活且快速的位置校正。由此成功地实时地补偿工具和/或工件的位置偏差。特别地，利用至少一个传感器设备来传感器支持的或者基于传感器的、具有传感装置或者说主动的测量功能的补偿装置（或者说平衡模块）的这样的优选的实施方式在六个运动自由度中提高了精确度，尤其在搬运机器人的情况下提高了精确度。

因此，能够开发出用于机器人和笛卡尔系统的全新的使用领域：在自动化技术或机器人技术中在具有窄小公差的搬运-或接合过程中；用于接合小公差；用于在所谓的工具中心点检测时进行质量记录；和/或用于自动补偿在六个运动自由度中的相应的运动自由度中的位置漂移。此外有利的是，所述测量值能够给出关于过程质量的信息并且因此能够用于进行质量监控和质量记录。

优选所述补偿装置的可塑性能够（在被夹紧的第二运行状态下）一直调节到完全闭锁。在优选的实施方式中，这能够借助于配属的分析机构和/或控制单元由于高分辨率的位置传感器来实现对工具的位置偏差进行检测并且将其转换为操纵器的主动的校正运动和/或实时地进行再调整。

尤其此外能够优选的是，所述传感器设备能够构造为闭锁元件。也就是说，所述传感装置和闭锁机构的功能或者作用方式能够合并，例如以斜置的传感器的方式来合并，所述传感器（通过沿着第一轴线的移动）能够形状锁合地闭锁地嵌合到配属的（尤其互补地成形的）目标区域中或者嵌合到反射器组件中。

按照本发明的另一个方面提出一种操纵设备，该操纵设备具有用于布置在操纵器与末端执行器之间的按照公开内容的补偿装置。由此产生如针对所述补偿装置的相应的优点。

本发明的主要用途在于，借助于对（具有配属的球节承窝的）一个/中央的球的夹紧或者借助于对所述一个/中央的（球）铰接机构的夹紧来产生完全锁止的（第二）运行状态。通过为了实现所述运动学而选择一个/中央的（球）铰接机构（悬架），则与所描述的现有技术相比明显降低了所述运动学的复杂性。

因此，特殊的优点在于尽可能简化的/精简的结构/布置，而不会（过多地）损害其他的应用技术要求或者规范。由此产生得以降低的制造及装配成本以及得到改进的耐久性/使用寿命连同得以降低的维护耗费。

尤其所述一个/中央的球或者一个/中央的铰接机构能够通过预紧元件/弹簧被夹紧。

附图说明

本发明的其他特征、优点和作用由本发明的优选实施例的以下描述以及附图得出。其中：

图1示出了具有补偿装置以及六个运动自由度的操纵设备的示意图；

图2示出了用于图1的操纵设备的由现有技术（DE 10 2015 214 003 A1）已知的补偿装置的极为简单化的图示；

图3示出了用于对按照本发明的具有第一夹持-/夹紧机构的第一种实施例的补偿装置进行说明的截面图；

图4示出了用于对按照本发明的具有第一和第二夹持-/夹紧机构的第二种实施例的补偿装置进行说明的截面图；

图5示出了用于对按照本发明的具有第一和第三夹持机构的第三种实施例的补偿装置进行说明的截面图的上部的或者操纵器侧的细节截取部分（在第一种或第二种实施例的变型方案中）；

图6示出了用于对按照本发明的第四种实施例的补偿装置进行说明的下部的或者末端执行器侧的第二接口区段的俯视图，所述补偿装置具有至少一个作为预紧元件的蜗卷弹簧；

图7a示出了用于对按照本发明的第五种实施例的补偿装置的居中的核心区域进行说明的透视的截面视图；

图7b示出了按照图7a的第五种实施例的补偿装置的居中的核心区域的透视的前视图；

图7c示出了按照图7a和图7b的第五种实施例的补偿装置的居中的核心区域的前视图；

图7d示出了图7c的以无外部部件的前视图的分解图的方式改动的图示。

具体实施方式

下面在附图1至图7d的基础上对本发明的实施例进行说明。彼此相对应的部件和参量在相应的附图中用彼此相对应的附图标记来示出。

图1以示意图示出了如其在自动化系统中用于接纳、存放和/或定位工件或工具那样的操纵设备1。所述操纵设备1具有操纵器2，该操纵器在本实例中构造为关节臂机器人；原则上所述操纵器2能够具有任意的机器人形状（例如笛卡尔机器人）。此外，所述操纵设备1具有末端执行器3。在此，所述末端执行器3在本实例中构造为抓具，该抓具抓取工件9。

在操纵器2与末端执行器3之间布置有补偿装置10，该补偿装置按顺序地或者串联地定位在末端执行器3与操纵器2之间。

如果观察具有所有六个运动自由度TX、TY、TZ、RX、RY、RZ的（工具）坐标系，该坐标系布置在所述补偿装置10中，那么所述补偿装置10沿着Z方向（或者高度方向）布置在操纵器2与末端执行器3之间。这个Z轴在此也相应于所述补偿装置10的中轴线M。X轴垂直于Z轴来伸展并且Y轴垂直于X轴来伸展。也就是说，X轴、Y轴或者Z轴分别彼此正交。

所述补偿装置10允许所述末端执行器3能够相对于操纵器2以不同的（根据应用情况有待配置的）运动自由度来运动。如由处于其之下的符号能够推导的那样，在本实施例的最普遍的设计方案中可行的是，本实施例能够以沿着X轴、Y轴或Z轴的平移的运动自由度TX、TY和TZ来运动以及以围绕着X轴、Y轴或Z轴旋转的运动自由度RZ、RY和RX来运动。

所述补偿装置10的任务是，在通过所述操纵设备1抓取工件9或将其定位时，可能在抓取或者放置时对于放置时的工件9来说在工件9的目标位置与实际位置之间出现位置公差。如果出现这样的公差，则所述操纵设备1不再或仅随机地能够抓取或放置工件9，换言之，通常在末端执行器3与工件/工具9之间出现碰撞。现在，所述补偿装置10允许末端执行器3与操纵器2之间的（被动的、也就是说不是马达驱动地被致动的）相对运动，使得所述末端执行器3在这种相对运动、尤其相对移动（以平移的方式）和/或相对旋转（以旋转的方式）的范围内能够在抓取时或者在放置时的放置位置中自动地调节、尤其调整到所述工件9的位置上。

根据一种基本的构造，所述补偿装置10在朝向操纵器2的一侧上具有第一接口区段20（或者说基体）并且在朝向末端执行器3的一侧上具有第二接口区段30（或者说配对体），其中，所述第一接口区段用于尤其刚性地与操纵器2或者机器人（臂）连接，所述第二接口区段用于尤其刚性地与工具9（例如抓具、探测尖端）连接。所述第二接口区段30通过偏移补偿装置的插入而相对于第一接口区段20以能相对运动的方式来布置。

在由现有技术（DE 10 2015 214 003 A1）得知的图2中再次极为简单化地示出了一种公知的补偿装置10，其中，在所述第一接口区段20与所述第二接口区段30之间设置了三个摆动-或铰接机构4以用于构造这样的偏移补偿装置。在图2所示的图示中，所述铰接机构4在共同的节圆上以相应的120度相互错开地围绕着中央地伸展的轴线分布，该轴线与Z轴相同地或平行地定向。

相对于此，在此如由与第一种至第五种实施例相关的图3至图7d得知的那样，所述按照公开内容的补偿装置10（刚好）具有（唯一的、中央的）摆动-或铰接机构（也被称为悬架）4以用于构造偏移补偿装置，所述摆动-或铰接机构具有在此呈球40和销状地从球40上伸出的摆动杆或悬臂41的形式的衔铁。在此要指出，也能够取代球40而设置具有球形的侧部的半球形状或部分球形状或者锥体。

具有在中央/居中地定位的摆动-/铰接机构4的偏移补偿装置沿着作为第一轴线的Z轴延伸。如能够由图3至图7d得知的那样，所述（唯一的）摆动-/铰接机构尤其能够在中央的区域中、优选居中地围绕着中轴线M或者在X-Y平面中定心地布置。

在此，所述摆动-/铰接机构（悬架）4主要具有在作为第一接口区段20的接纳区段的、配属的（球节）承窝22中得到支承的球40（参见图3至图5、图7a）。在第一运行状态中，所述（唯一的、中央的）球40相对于承窝22可运动地布置。也就是说，所述球能够在承窝22中转动，但是也能够从承窝22中朝操纵器的方向抬起。

所述（唯一的）摆动-/铰接机构4布置或者构造用于在第一接口区段20与第二接口区段30之间进行铰接的、也就是说可枢转的、可转动的、可移动的连接。因此，所述（唯一的）铰接机构4允许在未被夹持的、尤其未被夹紧的或者自由的第一运行状态中使第二接口区段30作为末端执行器侧的柔性的接口区段相对于操纵器侧的被固定的第一接口区段20按照来自所述六个运动自由度TX、TY、TZ、RX、RY、RZ中的所有运动自由度（参见图5）进行运动。

在图3至图6所示的第一种至第四种实施例中，所述接口区段20、30分别构造为法兰板或者极为简单化地示出。然而，在一种结构上的实施方式中，如在用于按照本公开文件的第五种实施例的补偿装置的居中的核心区域的图7a到图7d中所示出的那样，所述接口区段20、30能够分别构造为结构组件。

前面所提到的摆动杆或者悬臂41在径向上远离球40地穿过第一接口区段20中的空隙/直通孔朝着第二接口区段30的方向、即朝着从操纵器侧到末端执行器侧的方向延伸。所述细长的/直的悬臂41在这里所示的图3至图7d中以柱形的销或杆的简单形式来简单化地示出。然而，与柱形或圆形不同的形状或者横截面是能够考虑的并且在可能的情况下能够是有利的。

借助于至少一个夹持机构、在此为夹紧机构（参见图3：第一夹紧机构K1；图4：第一夹紧机构K1和/或第二夹紧机构K2；图5：第一夹紧机构K1（由具有驱动装置85的夹紧缸81、夹紧板80以及球40上的嵌合面82构成）和/或第三夹持机构/锁止机构K3）能够产生或者（由控制单元）接通被夹紧的第二运行状态。在所述第二运行状态中，所述补偿装置在所有六个运动自由度TX、TY、TZ、RX、RY、RZ中被锁止。换言之，所述第一接口区段20和第二接口区段30针对第二运行状态的时间段共同形成非柔性的或者刚性的布置结构，从而无论哪个自由度都（阶段性地）禁止相对运动。

所述第一夹紧机构K1的有利的功能是所谓的位置存储器。这用于补偿机器人的不精确性：

例如，机器人会以被编程的方式移动到特定的目标位置处，以便将外部物体（例如工具（参考图1：附图标记9）插入到钻孔（未被示出）中等。为此，机器人探测所述钻孔。在这种探测的范围内，当所编程的位置与实际的位置不同时，所述补偿装置10从其零位中弹出。而后特别有利的是，所述第一夹紧K1能够在悬臂41相对于第一轴线或Z轴（竖轴）的每种任意的偏移或角度位置中进行，以便于是近似地冻结补偿装置中的位置偏差。

图3/图4/图5/图6/图7a至图7d分别示出了一种可行的（第一种至第五种）实施例，其用于在补偿装置10中实现具有球40和悬臂41的悬架/铰接机构4。在此，尤其也相应地改动了与夹紧机构K1/K2/K3、用于进行机械导引的元件如固定的连接41、止挡元件23、定心突出部24/34、传感器设备60、61、11和/或预紧机构50相关的要点，以便示范性地说明可能的变化和修改。

所述球40的悬臂41和所述第二接口区段30要么原则上彼此固定地连接（例如参见图3：固定的连接42）要么选择性地能够连接（例如参见在其他方面相对于图3相同的图4：第二夹紧机构K2）。在原则上固定的连接42的情况下（参照图3），例如所述细长的（或者销状的）悬臂41为此能够插入或配合进入到第二接口区段30的相应的钻孔中。在（可逆的）可连接性的另一种情况下（参照图4），也能够在零位之外借助于可切换的第二夹紧机构K2来实现在所述第二接口区段30中沿着中轴线M的方向或者沿着Z轴可纵向运动地得到导引的悬臂41的连接。在图4中，所述第二夹紧机构K2借助于能横向于悬臂41移出和移入的压力销在技术上得到实现，其中，当然也能够考虑到其他的结构、如密封圈或类似的夹紧器件。

只要图5示出了补偿装置的上部的或者操纵器侧的细节截取部分（作为对第一种或第二种实施例的改动方案的第三种实施例），那么所述悬臂41是固定地被连接还是可连接对此来说不重要。图5中的第三种实施例用于说明具有第一夹紧机构K1和第三锁止机构K3的补偿装置10。

如能够由图3、图4、图6、图7c/图7d得知的那样，在所述补偿装置10中设置了作为预紧元件的弹簧50。该弹簧50被悬臂41居中地穿过。该弹簧50沿着第一轴线Z或中轴线M的方向将补偿装置10预紧。由于这种预紧，在消除偏转力时，所述补偿装置从补偿位置回引到初始位置或者说零位（设计位置）中。

如例如根据图3、图4能够看出的那样，所述弹簧50在其操纵器侧的端部处与第一接口区段20的末端执行器侧的第一定心突出部24布置在一起并且在其末端执行器侧的端部处与第二接口区段30的操纵器侧的第二定心突出部34布置在一起。在图3和图4中简单化的弹簧50示例性地以更加专门地构造的方式示出，也就是作为多排式波形弹簧（图7a-图7d）、作为一对蜗卷弹簧（图6）。

参照在图6中所示出的第四种实施例，所述围绕着中轴线M的（例如第二）定心突出部34以等厚3弧的式样来制作。为了引起弹簧复位，第一蜗卷弹簧50a和第二蜗卷弹簧50b以上下叠置地布置的方式抵靠在所述第二定心突出部34处。所述（例如连续的）第一蜗卷弹簧50a抵靠在等厚的长边处。所述（例如连续的）第二蜗卷弹簧50b抵靠在等厚的短边处。所述第一或者第二蜗卷弹簧50a、50b分别在（例如第二）接口区段的各三个第一或者第二点51、例如销处被撑开或者悬挂。所述三个第一或者第二点51分别均匀地（也就是120度）分布地布置节圆上。在此，所述悬架之间的、在用于所述第一或者第二蜗卷弹簧50a、50b的三个第一或者说第二点51中的60度的偏转用于引起更加均匀的弹簧复位。附加地，能够优选地设置螺旋弹簧（未被示出，该螺旋弹簧能够类似于图7c/图7d中可看出的波形弹簧50进行安装）。

总体上，图6中示例性地所示出的补偿装置10的突出之处在于以下优点，即：运动自由度的独立性；沿着Z轴均匀的力场的产生以及围绕着X轴或Y轴进行倾斜的可能性（TX、TY）；沿着Z轴（例如压力弹簧）或者沿着X轴或者Y轴的弹簧复位以及沿着Z轴的扭转；平面的X和Y偏移。

如由图3、图4、图7a、图7b能够得知的那样，所述补偿装置10能够具有三个止挡元件23。所述止挡元件23布置在第一接口区段20与第二接口区段30之间。所述止挡元件23用作导引杆（例如以简单的标准车削件的方式来制作）。由于在所述止挡元件23的末端执行器侧的自由端部处的盘形的止挡头，所述第二接口区段30的相对于第一接口区段20的相对偏移被限制到止挡元件23的高度上。

如由图5能够得知的那样，所述补偿装置10按照第三种实施例具有布置在第一接口区段20处的第三锁止机构K3。在此，所述第三夹紧机构K3具有可调节的锁止芯轴70，以便锁止到第二运行状态中。具体而言，将波纹管式缸85示例性地布置在第一夹紧机构K1的区域中，夹紧缸81借助于该波纹管式缸能够运动，在该夹紧缸的自由端部处固定有夹紧板80。所述夹紧板80构造用于摩擦锁合地对着球40的嵌合面82挤压，以便将球夹在其自身与承窝22之间。在夹紧缸的内部存在另一轴向驱动装置，该另一轴向驱动装置具有可由其操纵的锁止芯轴70，当所述球处于零位中时，所述锁止芯轴能够选择性地压入到球内的盲孔71中。

为了进行锁止，当所述钻孔71在球40的初始位置/零位中相对于锁止芯轴70同轴地定向时，所述锁止芯轴70因此能够移入到球40的配属的钻孔71中。尤其能够在不取决于第一夹紧机构K1的情况下调节或者移动所述锁止芯轴70。

如由图3、图4、图6、图7b、图7c/图7d能够得知的那样，所述补偿装置10能够具有可选的传感器设备，该传感器设备将传感器信号输出给分析机构11。在此，所述传感器设备相应地包括至少一个传感器61和至少一个配属的目标区域60。这有利地用于在所有六个运动自由度TX、TY、TZ、RX、RY、RZ中对相对位置进行确定（参见图5）。

如由图6、图7b、图7c/图7d能够得知的那样，所述传感器61和作为目标区域的反射器组件60分别以三倍数量设置的方式以120°的角度围绕着中轴线M布置。为了进行可选的闭锁，能够通过起重磁体将作为第二接口区段30的、所述末端执行器侧的工具法兰逆着弹簧50（例如图6中的蜗卷弹簧组50）朝作为第一接口区段20的机器人法兰的方向拉动。由于所述传感器61和反射器组件60的45度角的斜切，它们闭锁地嵌合到彼此中。

本发明概括地涉及一种用于自动的操纵设备的补偿装置（10），该补偿装置具有第一接口区段（20）、第二接口区段（30）、插入它们之间的被动地起作用的偏移补偿装置以及用于夹持或锁止偏移补偿装置的至少一个第一夹持机构（K1）。在此，所述补偿装置（10）能够在自由的第一运行状态与被夹持的第二运行状态之间切换，其中，在所述第一运行状态中所述补偿装置（10）能够在来自所述六个运动自由度中的至少三个运动自由度中从初始位置运动到补偿位置中，在所述第二运行状态中所有运动自由度被锁止，使得所述第一接口区段（20）和所述第二接口区段（30）固定地彼此连接。在此，所述偏移补偿装置具有支承在第一接口区段（20）的配属的承窝（22）中的、带有摆动杆（41）的衔铁（40），所述摆动杆穿过第一接口区段（20）中的直通孔朝第二接口区段（30）的方向延伸并且与所述第二接口区段（30）固定地连接（42）和/或可连接。

Claims (13)

1.用于布置在自动的操纵设备（1）的操纵器（2）与末端执行器（3）之间的补偿装置（10），所述补偿装置具有用于连接到所述操纵器（2）处的第一接口区段（20）、用于连接到所述末端执行器（3）处的第二接口区段（30）以及插入它们之间的偏移补偿装置，所述偏移补偿装置设置且构造用于，在所述末端执行器（3）相对于外部物体有位置偏差的情况下允许所述末端执行器（3）的被动的追踪，其中，

所述偏移补偿装置具有以下组成部件：

- 中央的悬架（4），所述中央的悬架具有：唯一的球形地或锥形地构成的衔铁、优选球（40），所述衔铁在设计位置中支承在中央地安置在所述补偿装置（10）的中轴线（M）上的定心凹槽、优选球窝（22）中，所述定心凹槽处于所述第一接口区段（20）的朝向所述操纵器（2）的一侧上；以及与所述衔铁（40）固定地连接的摆动杆（41），所述摆动杆穿过所述第一接口区段（20）中的直通孔朝向第二接口区段（30）的方向延伸并且与所述第二接口区段固定地连接或者选择性地固定地可连接，以及

- 预紧机构（50），所述预紧机构插入在所述第一与第二接口区段（20、30）之间并且使它们相互预紧。

2. 根据权利要求1所述的补偿装置，其特征在于至少一个第一夹持机构、优选夹紧机构（K1），其用于将所述悬架（4）、优选所述衔铁（40）夹持、优选夹紧在所述第一接口区段（20）处，由此所述补偿装置（10）能够在以下运行状态之间切换：

- 自由的第一运行状态，在所述第一运行状态中所述补偿装置（10）能够在来自六个运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）中的至少三个运动自由度、优选所有运动自由度中从初始位置、尤其设计位置或零位运动到补偿位置中，以及

- 被夹持的、优选被夹紧的第二运行状态，在所述第二运行状态中所有六个运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）被阻止，使得所述第一接口区段（20）和所述第二接口区段（30）不可运动地相互连接，其中，Z轴对应于所述中轴线（M）。

3.根据权利要求2所述的补偿装置（10），其特征在于，所述至少一个第一夹持机构、优选夹紧机构（K1）固定地布置在所述第一接口区段（20）处；并且设有可调节的、尤其可沿着Z轴调节的第一夹持区段、优选夹紧区段（82），以便将所述衔铁、尤其球（40）在所述第一接口区段（20）的定心凹槽（22）中抗扭转地至少保持在设计位置或初始位置中。

4.根据权利要求2或3所述的补偿装置（10），其特征在于，所述第一夹持机构、优选夹紧机构（K1）在切换到第二运行状态中时设立用于：当在初始位置、尤其设计位置/零位中时将所述摆动杆（41）锁止在沿着所述中轴线（M）的位置中；并且/或者当在补偿位置中时将所述摆动杆（41）锁止在相对于所述中轴线（M）偏转了一个旋转的运动自由度（RX、RY）的位置中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于在所述第一接口区段（20）与所述第二接口区段（30）之间为了将所述补偿装置（10）预紧而沿着Z轴的方向定向的、以及中央地布置的预紧元件（50），从而使得所述补偿装置（10）从所述补偿位置回引到初始位置中、尤其回引到被预紧的零位中。

6.根据权利要求5所述的补偿装置（10），其特征在于，所述预紧元件（50）被所述摆动杆（41）穿过，其中，进一步优选所述预紧元件（50）围绕着所述摆动杆（41）如此布置，以便构造彼此形状锁合的、抗扭转的连接。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于，所述预紧元件（50）在其一个轴向端部处与所述第一接口区段（20）并且在其另一个轴向端部处与所述第二接口区段（30）分别抗扭转地、尤其固定地连接，从而使得所述补偿装置（10）从围绕着所述中轴线（M）所扭转的补偿位置回引到所述初始位置中、尤其回引到被预紧的零位中。

8. 根据权利要求5至7中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于，所述预紧元件（50）构造为：

- 由至少一个波形带所构成的至少一个波形弹簧；和/或

- 至少一个蜗卷弹簧；和/或

- 至少一个螺旋弹簧；和/或

- 至少一个磁性弹簧；和/或

- 至少一个波纹管式缸（85）；和/或

- 至少一个弹性体环。

9.根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于在所述第一接口区段（20）与所述第二接口区段（30）之间为了限制所述补偿装置（10）的沿着Z轴的方向的最大偏移而布置的至少一个止挡元件（23）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于第二夹持机构、优选夹紧机构（K2），其安装在所述第二接口区段（30）处并且设立用于将所述摆动杆（41）与所述第二接口区段（30）彼此选择性地固定地连接起来。

11.根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于第三夹持机构、优选卡锁机构（K3），其固定地安装在所述第一接口区段（20）处并且为了锁止到所述第二运行状态中而具有锁止芯轴（70），所述锁止芯轴在不取决于所述第一夹持机构、优选夹紧机构（K1）的情况下能够调节、尤其沿着所述第一轴线（Z）能够调节，所述锁止芯轴设立用于，当所述衔铁（40）处于初始位置、尤其零位中时移入到所述衔铁（40）中的配属的钻孔（71）中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10），其特征在于至少一个传感器设备，以用于将传感器信号输出给分析机构（11），其中，

- 所述传感器设备具有至少一个传感器（61）和至少一个配属的目标区域或检测区域（60）；其中，所述传感器（61）布置在来自所述第一接口区段（20）和第二接口区段（30）中的一个接口区段处，并且所述目标区域（60）布置在所述第一接口区段和第二接口区段中的另一个接口区段处，并且所述传感器相应地构造用于尤其无接触地探测所述目标区域（60）；并且其中，

- 所述分析机构（11）构造用于，从所述传感器信号中确定所述第一接口区段（20）与所述第二接口区段（30）之间的相对位置，进一步优选确定在所有六个运动自由度（TX、TY、TZ、RX、RY、RZ）中的相对位置。

13.操纵设备（1），其具有尤其布置在操纵器（2）与末端执行器（3）之间的、根据前述权利要求中任一项所述的补偿装置（10）。

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