CN116135479A - 用于自动和/或协同紧固操作的六自由度和三自由度机器人系统 - Google Patents

用于自动和/或协同紧固操作的六自由度和三自由度机器人系统 Download PDF

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Abstract

一种机器人系统包括支撑结构、平台、中心串行链、外部串行链、马达、传感器和控制模块。中心串行链将平台的中心连接到支撑结构，并且包括连接到线性滑动轴的第一接头。外部串行链设置在中心串行链的径向外侧。每个外部串行链包括将杆连接到平台和支撑结构的第二接头。马达连接到外部串行链。传感器连接到平台，并且检测由人类操作者施加在平台上的力或扭矩中的至少一者，并且产生指示该力或扭矩的信号。控制模块基于该信号控制马达，以辅助人类操作者进行移动平台或旋转平台中的至少一种。

Description

用于自动和/或协同紧固操作的六自由度和三自由度机器人 系统
背景技术
在这一部分中提供的信息是为了总体地呈现本公开的背景的目的。在本部分中描述的程度上，当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不构成现有技术的描述的各方面，既不明示地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。
本公开涉及在生产期间用于紧固件的机器人系统。
在例如车辆的生产过程中，许多紧固件(例如螺母、螺钉、螺栓等)被紧固到车辆装置、组件、部件和结构。紧固件可以手动地或使用全自动机器人系统紧固。当手动附接时，相当长的时间量与设置、紧固(在本文称为“运行”)和适当地拧紧紧固件相关联。当紧固件被手动紧固时，可能发生螺纹错扣错误，这减慢了生产并且由于所涉及的部件的修理和/或更换而增加了成本。同时，操作者需要握住电动紧钉枪，这可能需要很大的力量来握住。如果连续重复该过程，则可能导致疲劳。
尽管全自动机器人系统可以节省安装紧固件的时间，但是全自动系统被配置用于特定应用和特定装置和/或部件。例如，如果螺母被安装在发动机上，自动机器人系统包括一个停止站，其被配置用于特定的发动机和所涉及的螺母。螺母通常具有相同的尺寸。自动化机器人系统不适用于其他装置和/或部件。此外，全自动系统可包括用于紧固螺母的多个紧固工具(例如，螺母拧紧器)。全自动机器人系统体积大、复杂且昂贵。
发明内容
提供了一种机器人系统，并且所述机器人系统包括支撑结构、可移动平台、中心串行链(serial chain)、外部串行链、马达、传感器和控制模块。中心串行链将可移动平台的中心直接或间接地连接到支撑结构，并且包括直接或间接地连接到线性滑动轴的第一接头。外部串行链径向地设置在中心串行链的外侧。每个外部串行链包括将杆直接或间接地连接到可移动平台和支撑结构的第二接头。马达连接到外部串行链。传感器连接到可移动平台并且被配置为检测由人类操作者在可移动平台上施加的力或扭矩中的至少一者并且生成指示施加的力或扭矩中的至少一者的信号。控制模块被配置成基于信号控制马达以辅助人类操作者移动或旋转可移动平台中的至少一者。
在其他特征中，外部串行链包括至少三个外部串行链。
在其他特征中，外部串行链包括三对外部串行链。每对外部串行链包括两个外部串行链。
在其他特征中，外部串行链包括六个外部串行链。
在其他特征中，外部串行链中的每一者的第二接头包括第一接头和第二接头。每个外部串行链的第一接头是万向接头。每个外部串行链的第二接头是球形接头。
在其他特征中，外部串行链包括三对链。控制模块被配置成独立地致动每个外部串行链。
在其他特征中，机器人系统还包括线性滑块。外部串行链包括三对链。三对链中的每一对都连接到线性滑块中的相应一个。
在其他特征中，所述中心串行链的所述第一接头包括第一接头和第二接头。第一接头和第二接头是万向接头。
在其他特征中，第一接头的驱动叉与第二接头的驱动叉对齐。第一接头的从动叉与第二接头的从动叉对齐。
在其他特征中，外部串行链和中心串行链为可移动平台提供三个自由度运动或为可移动平台提供六个自由度运动。
在其他特征中，外部串行链包括：第一外部串行链、第二外部串行链和第三外部串行链。第二外部串行链相对于延伸穿过中心串行链的中心线与第一外部串行链成120°方位角间隔设置。第三外部串行链相对于延伸穿过中心串行链的中心线与第一外部串行链和第二外部串行链成120°方位角间隔设置。
在其他特征中，外部串行链包括：第一外部串行链；第二外部串行链和第三外部串行链。第二外部串行链相对于延伸穿过中心串行链的中心线与第一外部串行链成90°方位角间隔设置。第三外部串行链相对于延伸穿过中心串行链的中心线与第一外部串行链和第二外部串行链成180°方位角间隔设置。
在其他特征中，所述机器人系统还包括：紧固工具；以及轴承，其设置在所述可移动平台与所述紧固工具之间。
在其他特征中，机器人系统还包括紧固工具，该紧固工具附接到中心串行链并且旋转中心串行链的至少一部分。
在其他特征中，提供了一种机器人系统，并且所述机械人系统包括支撑结构、可移动平台、万向-棱柱形-万向串行链、马达、传感器和控制模块。万向-棱柱形-万向串行链直接或间接地将可移动平台的中心连接到支撑结构。外部串行链设置在万向-棱柱形-万向串行链的径向外侧，每个外部串行链是棱柱形-万向-球形串行链。每个外部串行链将可移动平台连接到支撑结构。马达连接到外部串行链。传感器连接到可移动平台并且被配置为检测由人类操作者在可移动平台上施加的力或扭矩中的至少一者并且生成指示所施加的力或扭矩中的至少一者的信号。控制模块被配置成基于所述信号控制马达以辅助人类操作者移动或旋转可移动平台中的至少一者。
在其他特征中，所述万向-棱柱形-万向串行链包括第一万向接头、线性滑动轴和第二万向接头。
在其他特征中，每个外部串行链包括线性滑块、万向接头、杆和球形接头。
在其他特征中，提供了一种机器人系统，并且所述机器人系统包括支撑结构、可移动平台、万向-棱柱形-万向串行链、回转-万向-球形串行链、马达、传感器和控制模块。万向-棱柱形-万向串行链直接或间接地将可移动平台的中心连接到支撑结构。回转万向球形串行链设置在万向-棱柱形-万向串行链的径向外侧。每个回转-万向-球形串行链将可移动平台连接到支撑结构。马达连接到回转-万向-球形串行链。传感器连接到可移动平台并且被配置为检测由人类操作者在可移动平台上施加的力或扭矩中的至少一者并且生成指示所施加的力或扭矩中的至少一者的信号。控制模块被配置成基于信号控制马达以辅助人类操作者移动或旋转可移动平台中的至少一者。
在其他特征中，所述万向-棱柱形-万向串行链包括第一万向接头、线性滑动轴和第二万向接头。
在其他特征中，每个回转-万向-球形串行链包括回转接头、第一杆、万向接头、第二杆和球形接头。
从详细描述、权利要求和附图中，本公开的进一步的应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例旨在仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
从具体实施方式和附图中，本公开将变得更完全地被理解，其中：
图1是根据本公开的安装在支架上的六自由度(6-DOF)机器人系统的示例的前透视图；
图2是图1的6-DOF机器人系统的顶部前透视图；
图3是图1的6-DOF机器人系统的底部前透视图；
图4是图1的6-DOF机器人系统的没有支撑框架的一部分的顶部透视图；
图5是图1的6-DOF机器人系统的没有支撑框架的一部分的底部透视图；
图6是图1的6-DOF机器人系统的底视图；
图7是图1的6-DOF机器人系统的中心串行链的顶部透视图；
图8是图1的6-DOF机器人系统的中心串行链的底部透视图；
图9是图7-图8的中心串行链的侧面方框代表性视图；
图10是根据本公开的包括顶部安装的紧固马达的6-DOF机器人系统的底部透视图；
图11是根据本公开的安装在支架上并包括用于旋转六个杆的六个马达的6-DOF机器人系统的示例的前透视图；
图12是图11的6-DOF机器人系统的顶部后透视图；
图13是图11的6-DOF机器人系统的底部前透视图；
图14是图11的6-DOF机器人系统的中心串行链的顶部透视图；
图15是图11的6-DOF机器人系统的中心串行链的底部透视图；
图16是根据本公开的安装在支架上并且包括三个旋转马达的3-DOF机器人系统的示例的前透视图；
图17是图16的3-DOF机器人系统和支架的侧视图；
图18是图16的3-DOF机器人系统和支架的顶视图；
图19是图16的3-DOF机器人系统的顶部前透视图；
图20是图16的3-DOF机器人系统的底部前透视图；
图21是图16的3-DOF机器人系统的侧视图；
图22是图16的3-DOF机器人系统的底视图；
图23是图16的3-DOF机器人系统的中心串行链的顶部透视图；
图24是图16的3-DOF机器人系统的中心串行链的底部透视图；以及
图25示出了根据本公开的操作机器人系统的方法。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
全自动机器人系统通常包括控制器、马达、臂、末端执行器、传感器等，用于自动地定位、设置、附接和/或紧固部件。不涉及人的交互。每个全自动机器人系统应用有限、复杂、昂贵并且需要相当大的空间量。
本文阐述的示例包括自动和/或协作的6-DOF和3-DOF机器人系统(称为“机器人系统”)。紧固操作可以自动地和/或协作地执行。机器人系统利用人类感觉和智能来确保在操作开始时快速且准确的紧固，同时将大多数操作仅留给机器人系统。机器人系统包括可由人工系统操作者以较小阻力移动的平台，并且包括紧固工具，该紧固工具一旦定位就执行紧固操作而无需系统操作者的帮助。机器人系统具有高有效载荷能力并且是低成本和灵活的，使得每个机器人系统可应用于许多不同的装置和部件。所公开的机器人系统可以用于各种车辆和非车辆系统、组件、装置等。机器人系统可以用在例如车辆系统、车辆子系统、发动机、仪表面板、车轮、门、面板等上。尽管在图1-图24中示出了处于竖直直立布置的以下机器人系统。机器人系统可以成角度、水平和倒置布置。
图1-图8示出了安装在支架102上的6 DOF机器人系统100。支架102包括平台(或工作台) 104，其支撑设置在其上的装置(例如，发动机) 106。尽管示出了装置106，但是在平台104上可以设置其他加工对象（worked on object）。操作者108站在支架102的前开口区域中，并且可以移动6-DOF机器人系统100的下端109，以在装置106上设置紧固件。操作者108可以经由手柄110移动下端109，以将具有紧固件保持末端114的紧固工具(例如，螺母拧紧器) 112移动到装置106上的紧固件将被附接和紧固到装置106的位置。紧固工具112可以保持用于各种类型和样式的紧固件的各种紧固件保持末端。每个紧固件保持末端可以针对不同类型和样式的紧固件进行调节。
6-DOF机器人系统100包括具有顶板122并由支架102支撑的框架120、六个棱柱形-万向-球形串行链(称为外部串行链) 124、以及中心万向-棱柱形-万向串行链(称为中心串行链) 126。
六个外部串行链124包括三对链。每对的链可以并联或不并联连接。例如，如果工具用于在不在平坦表面上的螺母上工作，则一对链上的两个链节可能相对于彼此(在空间上)扭曲。六个外部串行链124包括安装在框架120上并经由六个杆(或链节) 132附接到可移动平台130的六个线性滑块128。杆132经由万向接头134附接到线性滑块128，每个万向接头具有2-DOF。线性滑块128附接到三个竖直板135，所述竖直板附接到框架120。杆132经由具有3-DOF的球形接头136附接到平台130。每个线性滑块128可包括由相应的旋转马达(示出了旋转马达140)旋转的相应的滚珠丝杠(图3中示出了一个滚珠丝杠138)。旋转马达140经由托架141附接到线性滑块128。术语“棱柱形-万向-球形”指的是线性滑块128、万向接头134和球形接头136。线性滑块128可以被称为棱柱接头。六个外部串行链124提供六个单独驱动的串行链，用于6-DOF运动控制。
中心串行链126可以直接或间接地联接到框架120和/或支架102和/或其他支撑结构，诸如顶板122。中心串行链126包括：第一万向接头150，其经由联接件154安装到顶板122；包括内部构件158和外部构件160的线性伸缩滑动轴(或第一轴) 156；第二万向接头162；第二轴164；平台130；以及紧固工具(例如螺母拧紧器) 112。术语“万向-棱柱形-万向”或“UPU”是指第一万向接头150、第一轴156和第二万向接头162。第一轴156可以被称为棱柱接头。第二万向接头162与第一万向接头150对齐，使得沿着安装在第一轴156上(在内部构件158上)的第一万向接头150的一对叉的轴线平行于沿着安装在第一轴156上(在外部构件160上)的第二万向接头162的一对叉的轴线。中心串行链126由于第一轴156而能够延伸或缩回，其中外部构件160相对于内部构件158自由滑动，这允许平台130的竖直运动。中心链(或UPU链)提供5DOF，其中围绕链轴线(初始位置处的竖直轴线)的旋转运动受到限制。这允许链在被动模式下时抵消螺母拧紧器的扭转扭矩，或者在主动模式下时将扭矩传递到末端端部。当处于主动模式时，马达可以实现在第一U形接头的后面。马达的凸缘固定在顶板上。马达轴经由联接件连接到第一U形接头。中心串行链126在主动状态下并且仅施加扭矩时允许6-DOF运动。更具体地说，当主动驱动时提供第6个自由度，其中第一万向接头能够通过驱动马达旋转，而当使用中心串行链用于扭矩传递和阻力时提供另一个5DOF 。在5DOF的情况下，第一万向接头被锁定而不能旋转，因此少一个DOF。万向接头150、162抵抗和/或抵消与运行紧固工具112相关的扭矩。
平台130通过六个外部串行链(或支腿) 124和中心串行链(或支腿) 126保持在适当位置，并且能够由操作者经由手柄110以很小的阻力移动。控制模块170连接到线性滑块128的旋转马达140、紧固工具112的马达171以及传感器172，并控制平台130以及因此紧固工具112相对于框架120、支撑平台104和装置106的定位。控制模块170可以经由传感器172检测施加在手柄110上的力，并且作为响应，通过基于来自传感器172的反馈帮助操作者108在所施加的力的方向上移动平台130来提供主动顺应性。平台130可以在x、y、z方向上移动，并且可以围绕x、y、z轴倾斜。
在实施例中，6-DOF系统100作为协作系统操作，通过该协作系统(i)感测平台130到开始位置的移动，并且由操作者108提供闭环反馈，以及(ii)感测平台130到开始位置的移动，并且由机器人系统100执行紧固(或拧紧)紧固件。在一个实施例中，操作者108将紧固件附接到紧固工具112的末端，在机器人系统100的辅助下将平台130移动到开始位置，指示开始紧固紧固件，并且等待听到和/或看到完成指示。开始紧固的指示可以通过操作者108触摸输入装置173来提供，所述输入装置是诸如平台130或其他位置上的开始按钮。输入装置173可以位于机器人系统100、支架102或其他地方上。完成指示可以由指示器174提供。指示器174可包括灯、扬声器、被配置为当在相应的紧固件上已经达到预定扭矩水平时产生“咔哒”声的咔哒装置、显示器上的消息等。在一个实施例中，当紧固件已经被拧紧到预定水平时，紧固工具112产生咔哒声。在另一实施例中，控制模块170自动控制紧固工具的初始定位，以设置紧固件的紧固位置和紧固。
控制模块170基于来自传感器172的反馈控制旋转马达140以及紧固工具112的马达171的操作。传感器172可以如图所示安装到平台130，并且向控制模块170提供反馈。在一个实施例中，传感器172是6维力和扭矩传感器，其测量由操作者108和紧固工具112施加在平台130上的力和扭矩。传感器172测量笛卡尔坐标方向(x，y，z)上的力和扭矩以及关于x，y，z轴的相应角扭矩。
图9示出了图1-图8的中心串行链126的方框代表性视图(称为中心串行链126')。中心串行链126'包括：安装到顶板122'的第一万向接头150'；线性伸缩滑动轴(或第一轴)156'；第二万向接头162'；第二轴164'；平台(或末端执行器) 130'；以及具有末端114'的紧固工具(例如，螺母拧紧器) 112'。图9示出了当中心链被动地用于抵抗来自安装在130的中心上的扭矩枪的紧固扭矩时的情况。如果用于主动地从顶部提供紧固扭矩，第一万向接头150'还可以由来自顶板122'的扭矩发生器/扳手驱动，如下面进一步描述的。紧固工具112'包括使轴900旋转的马达171'，该轴又使末端114'旋转。在所示的示例中，紧固工具112'延伸穿过平台130'、传感器172'，并且骑在安装在平台130'中的轴承902上。平台130'可包括两个板，其中传感器172'设置在两个板之间并与两个板接触，如图所示。平台130'经由杆132'连接到线性滑块128'。万向接头150'、162'如上所述彼此对齐。万向接头150'、162'抵抗和/或抵消与紧固工具112'的运行相关的扭矩。与杆132'相关联的外部串行链124由于轴承902而不抵抗和/或抵消与运行紧固工具112'相关联的扭矩，这允许紧固工具112'相对于平台130'和旋转轴线906旋转。紧固工具112'通过轴承902与平台130'分离。
图10示出了类似于图1-图8的6-DOF机器人系统100的6-DOF机器人系统1000，除了代替包括在中心串行链的末端附近附接的紧固工具，包括顶部安装的紧固马达1002。顶部安装的紧固马达1002附接到第一万向接头1004，该万向接头附接到棱柱形接头(或第一轴)1006。第一轴1006可包括与图1-图8的构件158、160类似的内部和外部构件。该棱柱形接头1006附接到第二万向接头1008，该万向接头附接到第二轴1010。第二轴1010附接到包括传感器1014的平台1012。传感器1014可与图1-图8的传感器172类似地构造和操作。第二轴1010使连接到末端1018的端轴1016旋转。
6-DOF机器人系统1000还包括框架1020、顶板1022、致动线性滑块1026的旋转马达1024，线性滑块进而移动相应的外部串行链的杆1028。马达1002、1024基于传感器1014的输出经由控制模块(例如，图4中所示的控制模块)来控制。
尽管六个外部串行链被示出为包括三对外部串行链，其中每对相对于中心线166彼此间隔120°定位，但是外部串行链对可以具有不同的分离角度。例如，所述对中的两对可以分开180°，其中第三对与另外两对分开90°。例如，参见图11-图13中所示的布置。通过具有相隔180°的两对，外部串行链对不碍事，并且允许操作者更好地接近正在被加工的装置以及可移动平台130。
图11-图15示出了安装在支架1102上的6-DOF机器人系统1100。支架1102包括平台(或工作台) 1104，其支撑设置在其上的装置(例如，发动机) 1106。操作者1108站在支架1102的前开口区域中，并且可以移动6-DOF机器人系统1100的下端1109，以在装置1106上设置紧固件。操作者1108可以移动下端1109，以将具有紧固件保持末端1114的紧固工具(例如，螺帽拧紧器) 1112移动到装置1106上的紧固件将要被附接和紧固到装置1106上的位置。
6-DOF机器人系统1100包括附接到支架1102的顶板1120、六个回转-万向-球形串行链(称为外部串行链) 1124、以及中心万向-棱柱形-万向串行链(称为中心串行链)1126。
六个外部串行链1124包括由安装到顶板1120的六个旋转马达1129旋转的六个杆1128。六个杆1128经由万向接头1134附接到另外六个杆1132。六个杆1132经由球形接头1138附接到可移动平台1136。每个万向接头1134具有2-DOF运动。球形接头1138具有3-DOF运动。
术语“回转-万向-球形”是指(i)旋转马达1129和杆1128之间的连接，(ii)万向接头1134，和(iii)球形接头1138。旋转马达1129中的一者和杆1128中的一者的每一对的连接是回转接头1140，其允许杆1128的摆动运动。六个外部串行链124提供六个单独驱动的串行链，用于6-DOF运动控制。
中心串行链1126包括安装到盖1152上的第一万向接头1150。盖1152安装到顶板1120。中心串行链1126还包括：线性伸缩滑动轴(或第一轴) 1156，其包括内部构件1158和外部构件1160；第二万向接头1162；第二轴1164；平台1136；以及紧固工具(例如，螺母拧紧器) 1112。术语“万向-棱柱形-万向”是指第一万向接头1150、第一轴1156和第二万向接头1162。第一轴1156可被称为棱柱形接头。第二万向接头1162与第一万向接头1150对齐，使得沿着安装在第一轴1156上(在内部构件1158上)的第一万向接头1150的一对叉的轴线平行于沿着安装在第一轴1156上(在外部构件160上)的第二万向接头1162的一对叉的轴线。中心串行链1126由于第一轴1156而能够延伸或缩回，其中外部构件1160相对于内部构件1158自由滑动，这允许平台1136的竖直运动。中心链(或UPU链)提供5DOF，其中围绕链轴线(初始位置处的竖直轴线)的旋转运动受到限制。这允许链在被动模式下时抵消螺母拧紧器的扭转扭矩，或者在主动模式下时将扭矩传递到末端端部。当处于主动模式时，马达可以实现在第一U形接头的后面。马达的凸缘固定在顶板上。马达轴经由联接件与第一U形接头连接。中心串行链1126仅在主动状态下允许6-DOF运动并施加扭矩，而在被动状态下允许5-DOF并抵抗紧固工具1112的驱动扭矩。更具体地，当主动驱动时提供6个自由度，其中第一万向接头能够由驱动马达旋转以提供附加的DOF，并且当使用中心串行链用于扭矩传递和阻力时提供另外的5DOF。在5DOF的情况下，第一万向接头被锁定而不能旋转，因此少一个DOF。万向接头1150、1162抵抗和/或抵消与运行紧固工具1112相关联的扭矩。
平台1136由六个外部串行链(或支腿) 1124和中心串行链(或支腿) 1126保持在适当位置，并且能够由操作者以很小的阻力移动。控制模块(例如，图4的控制模块170)连接到旋转马达1129、紧固工具1112的马达以及传感器1172，并且控制平台1136以及因此紧固工具1112相对于支架1102、顶板1120、支撑平台1104和装置1106的定位。控制模块可以经由传感器1172检测施加在平台1136上的力，并且作为响应，基于来自传感器1172的反馈帮助操作者1108在所施加的力的方向上移动平台1136。因此，如上所述提供了主动顺应性。传感器1172可以与图1-图8的传感器172类似地配置和操作。平台1136可在x、y、z方向上移动，且可围绕x、y、z轴倾斜。平台1136可包括如上所述的用于平台1136的移动的手柄。
上述6-DOF机器人系统提供了在不同的x、y、z位置和相对于x、y、z轴的角度的操作自由度。并联机器人串行链提供高负载能力和系统刚性。外部串行链可以以各种角度布置以改善操作者的接近。
图16-图24示出了安装在支架1602上的3-DOF机器人系统1600。支架1602包括支撑设置在其上的装置(例如，发动机) 1606的平台(或工作台) 1604。操作者1608站在支架1602的前部开口区域中，并且可以移动3-DOF机器人系统1600的下端1609，以在装置1606上设置紧固件。操作者1608可以移动下端1609以将具有紧固件保持末端1614的紧固工具(例如，螺母拧紧器) 1612移动到装置1606上的紧固件将被附接和紧固到装置1606的位置。
3-DOF机器人系统1600包括附接到支架1602的框架1601、顶板1620、三个棱柱形-万向-万向(PUU)串行链(称为外部串行链) 1624、以及中心-万向-棱柱形-万向串行链(称为中心串行链) 1626。尽管描述为PUU串行链，但是链可以是棱柱形-万向-球形(PUS)串行链，其中每个链中的最后接头是球形接头而不是万向接头。为了提供3-DOF，可以使用万向接头，然而为了使机器人系统1600的制造和组装更容易，可以使用球形接头。
三个外部串行链1624包括附接到三个线性滑块1629的六个杆1628，所述线性滑块由安装到顶板1620的三个旋转马达1630致动。三对六个杆1628经由六个万向接头1634连接到三个线性滑块1629 (称为棱柱形接头)。每对杆1628并联连接。线性滑块1629可以包括相应的滚珠丝杠1631。六个杆1628还经由万向接头或球形接头1638附接到可移动平台1636。每个接头1634、1638具有2-DOF运动。
术语“棱柱形-万向-万向”和“棱柱形-万向-球形”指的是线性滑块1629、万向接头1634和接头1638，其可以是万向接头或球形接头。三个外部串行链1624提供三个单独驱动的串行链以用于3-DOF运动控制。每个外部串行链1624包括子机构，该子机构包括由接头1634、1638和杆1628提供的两个并联的万向-万向链。三个外部串行链1624保持末端执行器(或平台) 1636的取向。
中心串行链1626包括安装到盖1652的第一万向接头1650。盖1652安装到顶板1620。中心串行链1626还包括：线性伸缩滑动轴(或第一轴) 1656，其包括内部构件1658和外部构件1660；第二万向接头1662；第二轴1664；平台1636；以及紧固工具(例如，螺母拧紧器) 1612。术语“万向-棱柱形-万向”是指第一万向接头1650、第一轴1656和第二万向接头1662。第一轴1656可以被称为棱柱形接头。第二万向接头1662与第一万向接头1650对齐，使得沿着安装在第一轴1656上(在内部构件1658上)的第一万向接头1650的该对叉的轴线平行于沿着安装在第一轴1656上(在外部构件160上)的第二万向接头1662的该对叉的轴线。中心串行链1626能够由于第一轴1656而延伸或缩回，其中外部构件1660相对于内部构件1658自由滑动，这允许平台1636的竖直移动。中心链(或UPU链)提供5DOF，其中围绕链轴线(初始位置处的竖直轴线)的旋转运动受到限制。这允许链在被动模式下时抵消螺母拧紧器的扭转扭矩，或者在主动模式下时将扭矩传递到末端端部。当处于主动模式时，马达可以实现在第一U形接头的后面。马达的凸缘固定在顶板上。马达轴经由联接件与第一U形接头连接。中心串行链1626允许在主动状态下的6-DOF运动并施加扭矩；它允许在被动状态下的5DOF运动，并且抵消紧固工具1612的驱动扭矩。更具体地，当主动驱动时提供6DOF，其中第一万向接头能够旋转，并且当使用中心串行链用于扭矩阻力时提供5DOF。在5DOF的情况下，第一万向接头被锁定而不能旋转，因此少一个DOF。万向接头1650、1662抵抗和/或抵消与运行紧固工具1612相关的扭矩。
平台1636通过三个外部串行链(或支腿，其中每个链/支腿由两个并联的链节组成) 1624和中心串行链(或支腿) 1626保持在适当的位置，并且能够由操作者以很小的阻力移动。控制模块(例如，图4的控制模块170)连接到旋转马达1630、紧固工具1612的马达以及传感器1672，并且控制平台1636以及因此紧固工具1612相对于支架1602、顶板1620、支撑平台1604和装置1606的定位。控制模块可经由传感器1672检测施加在平台1636上的力，并作为响应基于来自传感器1672的反馈帮助操作者1608使平台1636在所施加的力的方向上运动。因此，如上所述提供了主动顺应性。传感器1672可以与图1-图8的传感器172类似地配置和操作。平台1636可以在x、y、z方向上运动。平台1636相对于支撑平台1604、顶板1620和/或支架1602设置在其上的地面(或地板)保持在平行状态。平台1636不可经由机器人系统1600旋转。平台1636可包括如上所述的用于平台1636的移动的手柄。
上述机器人系统包括6-DOF和3-DOF系统。6-DOF系统提供在不同的x、y、z方向和相对于x、y、z轴的角度上的操作自由度。3-DOF系统提供了在不同的x、y、z方向上的操作自由度。并联机器人串行链提供高负载能力和系统刚性。外部串行链可以以各种角度布置以改善操作者的接近。3-DOF系统是6-DOF系统的简化变型。3-DOF系统可以节省建造成本，但是损失了例如以倾斜/成角度的取向紧固螺母的灵活性。
图25示出了操作机器人系统的方法，所述机器人系统是诸如本文公开的机器人系统中的任一者。该方法可以在2500处开始。在2502处，紧固工具可如上所述地抓住紧固件。在2504处，机器人系统的平台(例如，图4的平台130或其他可移动平台)的传感器(例如，图4的传感器172或本文公开的其他传感器)可以检测施加到平台的力和/或扭矩。
在2506处，控制模块(例如，图4的控制模块170)可以基于传感器的输出分别为一个或多个马达生成一个或多个控制信号。在一个实施例中，由控制模块执行的操作被实现为存储在非暂时性计算机可读介质上的机器可执行指令。在2508处，控制模块通过基于一个或多个马达控制信号控制一个或多个马达的输出以辅助平台的移动来提供主动顺应性。辅助移动可以是在x、y、z方向和/或围绕x、y、z轴。
在2510处，控制模块可接收或生成开始紧固紧固件的指示。这可以基于经由输入装置(例如，图4的输入装置173)从用户接收的输入和/或基于平台的位置和/或取向。在2512处，控制模块经由紧固工具将紧固件拧紧到预定扭矩水平。在2514处，控制模块生成紧固件被拧紧并且释放紧固件的指示。如果存在另一个紧固件需要拧紧，则可以执行操作2502，否则该方法可以在2018处结束。
前述描述本质上仅是说明性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书之后，其他修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。此外，尽管上文将实施例中的每一者描述为具有某些特征，但关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一者或多者可在其他实施例中的任一者的特征中实施和/或与其他实施例中的任一者的特征组合，即使未明确地描述所述组合。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换保持在本公开的范围内。
使用各种术语描述元件之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系，所述术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧挨着”、“在顶部”、“之上”、“之下”和“设置”。除非明确地描述为“直接的”，当第一和第二元件之间的关系在上述公开中描述时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以是在第一和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一者应该被解释为表示使用非排他逻辑OR（或）的逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一者、B中的至少一者和C中的至少一者”。
在附图中，箭头的方向，如箭头所指示的，通常表示图示感兴趣的信息(诸如数据或指令)的流动。例如，当元素A和元素B交换各种信息，但是从元素A传输到元素B的信息与图示相关时，箭头可以从元素A指向元素B。该单向箭头不暗示没有其他信息从元素B传输到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对该信息的请求或对该信息的接收确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指以下各项、作为以下各项的一部分或者包括以下各项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储器电路(共享、专用或组)，其存储由所述处理器电路执行的代码；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者上述中的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。
该模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成一些功能。
如上文所使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加处理器电路结合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多处理器电路的引用涵盖分立管芯上的多处理器电路、单个管芯上的多处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语“组存储器电路”涵盖与附加存储器结合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”(CRM)的子集。如本文所使用的术语CRM不涵盖传播通过介质(诸如在载波上)的暂时电或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性、有形CRM的非限制性示例是非易失性存储器电路(诸如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光存储介质(诸如CD、DVD或蓝光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分地或完全地由通过配置通用计算机以执行计算机程序中实施的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实现。上述功能块、流程图组件和其他元件用作软件规范，其可以由熟练技术人员或程序员的例程工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形CRM上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可以包括：（i）要解析的描述性文本，诸如HTML (超文本标记语言)、XML (可扩展标记语言)或JSON (JavaScript对象符号) (ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，可以使用来自包括C、C + +、C #、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5 (超文本标记语言第5次修订)、Ada、ASP (活动服务器页面)、PHP (PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的语言的语法来编写源代码。

Claims (10)

1.一种机器人系统，包括：
支撑结构；
可移动平台；
中心串行链，其将所述可移动平台的中心直接或间接地连接到所述支撑结构，并且包括直接或间接地连接到线性滑动轴的第一多个接头；
多个外部串行链，所述多个外部串行链从所述中心串行链径向外设置，其中所述多个外部串行链中的每一个包括将杆直接或间接地连接到所述可移动平台和所述支撑结构的第二多个接头；
多个马达，其连接到所述多个外部串行链；
传感器，所述传感器连接到所述可移动平台并且被配置为检测由人类操作者在所述可移动平台上施加的力或扭矩中的至少一者并且生成指示所施加的力或扭矩中的所述至少一者的信号；以及
控制模块，所述控制模块被配置成基于所述信号来控制所述多个马达，以辅助所述人类操作者进行移动所述可移动平台或旋转所述可移动平台中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述多个外部串行链包括至少三个外部串行链。
3. 根据权利要求1所述的机器人系统，其中：
所述多个外部串行链包括三对外部串行链；以及
每对外部串行链包括两个外部串行链。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述多个外部串行链包括六个外部串行链。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中：
所述多个外部串行链中的每个外部串行链的所述第二多个接头包括第一接头和第二接头；
所述多个外部串行链中的每一个的所述第一接头是万向接头；以及
所述多个外部串行链中的每一个的第二接头是球形接头。
6. 根据权利要求5所述的机器人系统，其中：
所述多个外部串行链包括三对链；以及
所述控制模块被配置成独立地致动所述多个外部串行链中的每一个。
7. 根据权利要求6所述的机器人系统，还包括多个线性滑块，其中：
所述多个外部串行链包括三对链；以及
所述三对链中的每一对都连接到所述多个线性滑块中的相应一个。
8. 根据权利要求1所述的机器人系统，其中：
所述中心串行链的所述第一多个接头包括第一接头和第二接头；以及
所述第一接头和所述第二接头是万向接头。
9. 根据权利要求8所述的机器人系统，其中：
所述第一接头的驱动叉与所述第二接头的驱动叉对齐；以及
所述第一接头的从动叉与所述第二接头的从动叉对齐。
10.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述多个外部串行链和所述中心串行链为所述可移动平台提供三自由度运动或为所述可移动平台提供六自由度运动。
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