CN116262349A - 用于机器人的受控顺从抓取和操纵系统 - Google Patents

Abstract

一种顺从末端执行器，包括机器人安装支架和部件支撑构件。部件支撑构件包括侧表面和顶表面。一种部件夹紧系统包括可操作地向部件支撑构件的侧表面移动的第一夹具构件和可操作地向部件支撑构件的顶表面移动的第二夹具构件。控制器可操作地连接到夹紧系统。控制器被配置成当部件抓取和操纵系统处于设定位置时接合第一和第二夹具构件，并且当部件抓取和操纵系统正在移动到设定位置时，释放第一夹具构件和第二夹具构件，允许由部件夹紧系统握住的部件的一部分以一个或多个自由度移动。

Description

用于机器人的受控顺从抓取和操纵系统

技术领域

本主题公开涉及制造机器人的技术，并且更具体地，涉及用于机器人的受控顺从(compliant)抓取和操纵系统。

背景技术

机器人通常用于制造过程。机器人可用于焊接、安装部件、操作紧固件、执行检查等。在一些环境中，机器人可以包括两个或更多个握住(hold)和/或操纵物体的抓取(gripping)装置。在其他环境中，两个或更多的机器人可以握住一物体。具有两个或更多抓取装置的机器人不需要复杂的协调方案。也就是说，机器人可以控制每个抓取装置来握住物体。当两个或更多的机器人握住一物体时，需要协调以减少施加不必要的压力。

协调两个或更多个机器人的动作需要传感器、反馈电路和复杂的编程。握住单个物体的两个机器人之间的位置不匹配会引起应变，这可能导致破裂、焊缝断裂或其他损坏。此外，任何位置上的不匹配都可能导致部件的错误施加，形成不希望的开口，或者焊道或者与预先计划的位置不对准，或者位于不希望的位置。因此，行业将欢迎一种系统，该系统能够容易且简单地协调操纵同一物体的两个不同机器人之间的操作，而不会施加不期望的应力。

发明内容

根据一非限制性示例，用于部件抓取和操纵系统的顺从末端执行器包括可安装至机器人操纵臂的机器人安装支架，以及连接至机器人安装臂的部件支撑构件。部件支撑构件包括侧表面和顶表面。部件夹紧(clamping)系统包括可操作地向部件支撑构件的侧表面移动的第一夹具构件和可操作地向部件支撑构件的顶表面移动的第二夹具构件。控制器可操作地连接到该夹紧系统。控制器被配置成当部件抓取和操纵系统处于设定位置时接合第一和第二夹具构件，并且当部件抓取和操纵系统正在移动到设定位置时，释放第一夹具构件和第二夹具构件，允许由部件夹紧系统握住的部件的一部分以一个或多个自由度移动。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述部件支撑构件包括具有第一侧表面和第一顶表面的第一部件支撑构件，以及具有第二侧表面和第二顶表面的第二部件支撑构件，其中第一夹具构件可操作地向第一侧表面移动。

除了本文所述的一个或多个特征之外，部件支撑构件包括相对于机器人安装支架固定安装的第一支撑元件和与被支撑部件可接合的第二支撑构件。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二支撑元件相对于第一支撑元件可移位。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二支撑元件包括侧表面和顶表面。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第一夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的侧表面上。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的顶表面上。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二夹具构件包括连接至旋转致动器的可旋转臂。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第一夹具构件包括与线性致动器联接的活塞。

除了本文所述的一个或多个特征之外，部件接地系统由部件支撑件支撑，部件接地系统为被支撑部件提供电气接地。

根据非限制性示例，还公开了一种部件抓取和操纵系统，其包括第一机器人和第二机器人，第一机器人具有固定连接至部件的第一端的第一部件末端执行器，第二机器人具有顺从连接至部件的第二端的第二部件末端执行器。第二部件末端执行器包括连接到第二机器人的机器人安装支架和连接到机器人安装臂的部件支撑构件。部件支撑构件包括侧表面和顶表面。一种部件夹紧系统包括可操作地向部件支撑构件的侧表面移动的第一夹具构件和可操作地向部件支撑构件的顶表面移动的第二夹具构件。控制器可操作地连接到夹紧系统。控制器被配置成当部件抓取和操纵系统处于设定位置时接合第一和第二夹具构件，并且当部件抓取和操纵系统正在移动到设定位置时，释放第一夹具构件和第二夹具构件，允许由部件夹紧系统握住的部件的一部分以一个或多个自由度移动。

除了本文所述的一个或多个特征之外，所述部件支撑构件包括具有第一侧表面和第一顶表面的第一部件支撑构件，以及具有第二侧表面和第二顶表面的第二部件支撑构件，其中第一夹具构件可操作地向第一侧表面移动。

除了本文所述的一个或多个特征之外，部件支撑构件包括相对于机器人安装支架固定安装的第一支撑元件和与被支撑部件可接合的第二支撑构件。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二支撑元件相对于第一支撑元件是可移位的。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二支撑元件包括侧表面和顶表面。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第一夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的侧面上。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的顶表面上。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第二夹具构件包括连接至旋转致动器的可旋转臂。

除了本文所述的一个或多个特征之外，第一夹具构件包括与线性致动器联接的活塞。

除了本文所述的一个或多个特征之外，部件接地系统由部件支撑件支撑，部件接地系统为被支撑部件提供电气接地。

从以下结合附图时的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点显而易见。

附图说明

其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，在附图中：

图1描绘了根据非限制性示例的受控部件抓取系统的透视图；

图2描绘了根据非限制性示例的图1的受控部件抓取系统的顺从末端执行器的平面图；

图3描绘了根据非限制性示例的图2的受控部件抓取系统的顺从末端执行器的分解图；

图4是根据非限制性示例的沿线4-4截取的图2的顺从末端执行器的端视图；

图5是根据非限制性示例的沿线5-5截取的图2的顺从末端执行器的部分横截面顶端视图；和

图6描绘了根据非限制性示例的受控部件抓取系统的顺从末端执行器的透视图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其施加或用途。应当理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。如本文所用的，术语模块指的是处理电路，其可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。

根据一非限制性示例，部件抓取和操纵系统在图1中总体上以10表示。部件抓取和操纵系统10包括与第二机器人操纵器18隔开的第一机器人操纵器16。第一机器人操纵器16包括第一操纵臂22，其上固定有第一末端执行器24。第二机器人操纵器18包括具有第二末端执行器30的第二操纵臂28。每个机器人操纵臂16和18以及相关联的末端执行器24、30是独立的装置，其控制可以被协调(orchestrate)以操纵单个部件。

如本文所述的，根据一非限制性示例，第一末端执行器24为固定末端执行器，即，当连接时，末端执行器握住部件，以便在任何自由度(例如，上/下；左右；和/或进/出)总是被禁止。相比之下，第二末端执行器30是顺从末端执行器，即末端执行器松散地或以允许在被操纵时以一个或多个自由度移动的方式握住部件。利用顺从的末端执行器，部件仍然被支撑，但是允许一些移动，从而在操纵期间不会产生应力。更具体地说，一端处的移动自由度防止了由于第一机器人操纵器16和第二机器人操纵器18之间的任何不匹配或缺乏同步而在操纵期间将应力引入部件。

在非限制性示例中，第一末端执行器24固定连接至部件34的第一端32，第二末端执行器30顺从连接至部件34的第二相对端35。在非限制性示例中，部件34以经历制造过程的框架导轨36的形式示出。在非限制性示例中，具有第一控制模块38的第一控制系统39连接到第一机器人操纵器16，具有第二控制模块44的第二控制系统42连接到第二机器人操纵器18。第一和第二控制系统39和42基于由第一和第二控制模块38和44接收或存储在其中的指令，引导第一和第二机器人操纵器16和18将框架导轨36操纵到用于制造步骤(例如零件连接、焊接等)的位置。

现在参考图2-5，并继续参考图1，根据非限制性示例描述第二末端执行器30。第二末端执行器30包括机器人安装支架53，其用作与第二操纵臂28的接口。在非限制性示例中，部件支撑和夹紧系统60由机器人安装支架53支撑。部件支撑和夹紧系统60包括支撑支架62，部件支撑件66连接到该支撑支架62。

在图3所示的非限制性示例中，部件支撑件66包括第一部件支撑构件70和第二部件支撑构件72。第一部件支撑构件70相对于第二部件支撑构件72固定。第一部件支撑构件70和第二部件支撑构件72彼此的尺寸和间距被设置成以便插入框架导轨36的第二端35中，如图4和5所示。第一和第二支撑构件70和72选择性地在框架导轨36的第二端35内浮动。在图3-5所示的非限制性示例中，第一部件支撑构件70包括第一支撑元件78和第二支撑元件80。类似地，第二部件支撑构件72包括第一支撑元件82和第二支撑元件84。

在非限制性示例中，第一部件支撑构件70的第二支撑元件80可通过第一支承件86的相互作用，沿轴线“A”(图5)相对于第一支撑元件78过渡。同样，第二部件支撑构件72的第二支撑元件84可以通过第二支承件88的相互作用相对于第一支撑元件82过渡。以这种方式，当被操纵时，框架导轨36可以沿着由轴线“A”限定的第一自由度平移。在非限制性示例中，第一部件支撑构件70的第二支撑元件80包括第一侧表面90和第一顶表面92。第一侧表面90包括第一成角度表面部分94。

在非限制性示例中，第二部件支撑构件72的第二支撑元件84包括第二侧面96和第二顶表面98。第二侧表面96包括第二成角度表面部分100。第一和第二成角度表面部分94、100限制每个第二支撑元件80、84的表面面积的量，以便减小可能抑制框架导轨36相对于第一部件支撑构件70和第二部件支撑构件72移动的摩擦力。

在图4所示的非限制性示例中，第一部件支撑构件70可包括第一上支撑件101和第一下支撑件102。第一上支撑件101可以由例如第一和第二支撑元件78和80限定。第一下支撑元件102可以由第三和第四下支撑元件(未单独标出)限定。类似地，第二部件支撑构件72可以包括第二上支撑件104和第二下支撑件105。第二上支撑件104可以由第一和第二支撑元件82和84限定。而第二下支撑件105可由第三和第四下部支撑元件(未单独标出)限定。虽然示出为由上和下支撑元件形成，但是每个部件支撑构件70和72可以由单个构件形成。

在非限制性示例中，部件夹紧系统116由部件支撑和夹紧系统60支撑。部件夹紧系统116包括第一夹具构件120和第二夹具构件122。第一夹具构件120包括如图4所示的第一夹具124和第二夹具126(图3)。第一夹具124连接到由旋转致动器130旋转的驱动轴127。第二夹具126包括相应的结构。第一和第二夹具124和126由结构128支撑。当旋转致动器被激活时，夹具124移动到与第二支撑元件84的第二侧表面96接触，并推动或迫使框架导轨36朝向第二支撑元件84的第二侧表面96。当被激活时，框架导轨36的第二端35被第二末端执行器30锁定或固定支撑。

在图4所示的非限制性示例中，第二夹具构件122采用部件接地系统129的形式，包括第一夹具部件136和第二夹具部件138。第一夹具部件136采取连接到第一线性致动器142的第一活塞140的形式，第二夹具部件138采取连接到第二线性致动器144的第二活塞143的形式。当被激活时，第一和第二线性致动器142和144驱动或推动第一和第二夹具部件136和138抵靠第一部件支撑构件70的第一顶表面92和第二部件支撑构件72的第二顶表面98，建立电接地以支持焊接操作，并进一步将框架导轨36的第二端35锁定到第二末端执行器30。

在操作中，当框架导轨36在选定的静态位置之间移动时，第二控制模块44释放第一夹具构件120和第二夹具构件122。当被释放时，框架导轨36的第二端35可以相对于第一部件支撑构件70和第二部件支撑构件72以一个或多个平移和/或旋转自由度浮动或移动。在一个非限制性示例中，第二或顺从末端执行器30可以包括测量框架导轨36的末端的一个或多个自由度的线性和/或旋转位移的传感器。传感器可以向例如第二控制系统42提供反馈，指示当被操纵时框架导轨36的第二端35的移动量，以便检测和/或停止任何过大或过度的行进状况。在非限制性示例中，框架导轨36的第二端35可以相对于第一部件支撑构件70和第二部件支撑构件72以至少三个自由度移动，即前/后、上/下和左右移动。因此，移动中的任何不匹配，无论多小或多大，都不会被输入到框架导轨36，从而产生可能造成内部薄弱的应力。

当第一和第二机器人操纵器16和18将框架导轨36定位在选定的取向上进行制造步骤时，第一控制模块38夹紧框架导轨36的第一端32，第二控制模块44激活第一和第二夹具构件120和122夹紧框架导轨36的第二端35。此时，另一个(多个)机器人(未示出)可以施加焊道、安装紧固件、形成开口等。另一个(多个)机器人可以使用机器视觉来定位框架导轨36上的特定区域，或者在非限制性示例中，可以接收来自传感器的反馈，该反馈指示框架导轨36上的特定位置，包括可归因于第二末端执行器30的任何偏移。一旦制造步骤完成，第二控制模块44释放第一和第二夹具构件120和122，允许框架导轨36的第二端35以一个或多个自由度浮动，同时框架导轨36被操纵到用于下一制造步骤的位置。

在这一点上，应理解可进行各种修改。例如，如图6所示，顺从的末端执行器200可以设计成握住和操纵较大的部件，例如车辆框架210。顺从末端执行器200包括部件支撑件220，该部件支撑件220包括第一部件支撑件230和第二部件支撑件234。第二部件支撑件234可以包括第一支撑元件236和第二支撑元件238。当在选择位置之间被操纵时，部件支撑件220宽松地握住车辆框架210。顺从末端执行器200还包括部件夹具系统260，该部件夹具系统260包括第一夹具构件280和第二夹具构件300。

第一夹具构件280包括第一夹具302和第二夹具304，以辊子形式示出(未单独标出)。第二夹具构件300包括第三夹具308和第四夹具310，以辊子的形式示出(也没有单独标出)。第一和第二夹具构件280和300在经历制造过程时固定车辆框架210，但是以类似于这里讨论的方式，在操纵车辆框架210期间释放夹紧力，以便消除可能由机器人之间的移动不匹配引起的应力。在非限制性示例中，辊子进一步促进车辆框架210在操纵期间的移动，以减轻或防止由于末端执行器之间的位置不匹配而引起的应力。

当需要使用两个机器人操纵零件时；如本文所述的，为一个机器人提供固定的末端执行器，并为第二机器人提供顺从的末端执行器，导致降低操作期间零件和机器人上的应力。重量超过单个机器人的重量限制的零件，具有在多个点处被更好地支撑的长度的零件；和/或单个机器人难以操纵的零件，分配两个或更多个机器人用于特定的过程可以提高制造目标并握住零件的完整性。

尽管已参照示例性实施例对上述公开内容进行了描述，但本领域技术人员应理解，可以进行各种改变并且可以用等价物代替其元件而不背离其范围。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于部件抓取和操纵系统的顺从末端执行器，包括:

可安装到机器人操纵臂的机器人安装支架；

连接到机器人操纵臂的部件支撑构件，该部件支撑构件包括侧表面和顶表面；

部件夹紧系统，该部件夹紧系统包括可操作以朝向所述部件支撑构件的侧表面移动的第一夹具构件和可操作以朝向所述部件支撑构件的顶表面移动的第二夹具构件；和

可操作地连接到夹紧系统的控制器，该控制器被配置成当所述部件抓取和操纵系统处于设定位置时接合第一夹具构件和第二夹具构件，并且当所述部件抓取和操纵系统正在移动到设定位置时，释放第一夹具构件和第二夹具构件，允许由所述部件夹紧系统握住的部件的一部分以一个或多个自由度移动。

2.根据权利要求1所述的顺从末端执行器，其中，所述部件支撑构件包括具有第一侧表面和第一顶表面的第一部件支撑构件，以及具有第二侧表面和第二顶表面的第二部件支撑构件，其中第一夹具构件可操作以朝向第一侧表面移动。

3.根据权利要求1所述的顺从末端执行器，其中，所述部件支撑构件包括相对于机器人安装支架固定地安装的第一支撑元件和与被支撑部件可接合的第二支撑元件。

4.根据权利要求3所述的顺从末端执行器，其中，第二支撑元件相对于第一支撑元件是可移位的。

5.根据权利要求4所述的顺从末端执行器，其中，第二支撑元件包括侧表面和顶表面。

6.根据权利要求5所述的顺从末端执行器，其中，第一夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的侧表面上。

7.根据权利要求5所述的顺从末端执行器，其中，第二夹具构件将被支撑部件推靠在第二支撑元件的顶表面上。

8.根据权利要求1所述的顺从末端执行器，其中，第二夹具构件包括连接至旋转致动器的可旋转臂。

9.根据权利要求1所述的顺从末端执行器，其中，第一夹具构件包括联接至线性致动器的活塞。

10.根据权利要求1所述的顺从末端执行器，还包括由所述部件支撑件支撑的部件接地系统，该部件接地系统为被支撑部件提供电接地。

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