DE102021133137A1

DE102021133137A1 - Robotersysteme mit sechs Freiheitsgraden und drei Freiheitsgraden für automatische und/oder kollaborative Befestigungsvorgänge

Info

Publication number: DE102021133137A1
Application number: DE102021133137.4A
Authority: DE
Inventors: Qiao SUN; Xianbao Chen; Jing Sun; Dalong Gao; Feng Gao; Ningjian Huang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-05-17
Also published as: CN116135479A; US20230150117A1; US11813743B2

Abstract

Ein Robotersystem umfasst eine Trägerstruktur, eine Plattform, eine mittlere serielle Kette, äußere serielle Ketten, Motoren, einen Sensor und ein Steuerungsmodul. Die mittlere serielle Kette verbindet eine Mitte der Plattform mit der Trägerstruktur und umfasst erste Gelenke, die mit einer linearen Gleitwelle verbunden sind. Die äußeren seriellen Ketten sind radial außerhalb der mittleren seriellen Kette angeordnet. Jede der äußeren seriellen Ketten umfasst zweite Gelenke, die eine Stange mit der Plattform und der Trägerstruktur verbinden. Die Motoren sind mit den äußeren seriellen Ketten verbunden. Der Sensor ist mit der Plattform verbunden und detektiert eine Kraft und/oder ein Drehmoment, die bzw. das von einem menschlichen Bediener auf die Plattform angewendet wird, und erzeugt ein dies anzeigendes Signal. Das Steuerungsmodul steuert die Motoren basierend auf dem Signal, um den menschlichen Bediener bei der Bewegung oder Drehung der Plattform zu unterstützen.

Description

Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeiten der hier genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht zum Stand der Technik gehören, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Robotersysteme, die für Befestigungsmittel während der Produktion verwendet werden.
Bei der Produktion beispielsweise eines Fahrzeugs werden zahlreiche Befestigungsmittel (z. B. Muttern, Schrauben, Bolzen etc.) an Fahrzeugvorrichtungen, - baugruppen, -komponenten und -strukturen befestigt. Die Befestigungsmittel können manuell oder unter Verwendung eines vollautomatischen Robotersystems befestigt werden. Bei der manuellen Befestigung ist mit dem Setzen, Anziehen (im Folgenden als „Running bzw. Festziehen“ bezeichnet) und dem korrekten Festdrehen der Befestigungsmittel verbunden. Wenn die Befestigungsmittel manuell befestigt werden, kann es zu Fehlern des Gewindeüberdrehens kommen, was die Produktion verlangsamt und die Kosten für die Reparatur und/oder den Austausch der betroffenen Teile erhöht. Gleichzeitig muss der Bediener eine elektrische Anziehpistole halten, was viel Kraft erfordert. Falls dieser Vorgang ständig wiederholt wird, kann dies zu Ermüdung führen.
Obwohl ein vollautomatisches Robotersystem Zeit bei der Montage von Befestigungsmitteln sparen kann, wird das vollautomatische System für eine bestimmte Anwendung und ein bestimmtes Gerät und/oder eine bestimmte Komponente konfiguriert. Falls beispielsweise gerade Muttern an einem Motor angebracht werden, umfasst das automatisierte Robotersystem eine Ein-Stop-Station, die für den bestimmten Motor und die betreffenden Muttern konfiguriert ist. Die Muttern haben typischerweise die gleiche Größe. Das automatisierte Robotersystem ist nicht für andere Vorrichtungen und/oder Komponenten verwendbar. Außerdem kann das vollautomatische System mehrere Befestigungswerkzeuge (z. B. Festzieheinrichtungen für Muttern) zum Befestigen der Muttern umfassen. Ein vollautomatisches Robotersystem ist sperrig, komplex und teuer.
Zusammenfassung
Ein Robotersystem wird bereitgestellt und umfasst eine Trägerstruktur, eine bewegliche Plattform, eine mittlere serielle Kette, äußere serielle Ketten, Motoren, einen Sensor und ein Steuerungsmodul. Die mittlere serielle Kette verbindet direkt oder indirekt eine Mitte der beweglichen Plattform mit der Trägerstruktur und umfasst erste Gelenke, die direkt oder indirekt mit einer linearen Gleitwelle verbunden sind. Die äußeren seriellen Ketten sind radial außerhalb der mittleren seriellen Kette angeordnet. Jede der äußeren seriellen Ketten umfasst zweite Gelenke, die eine Stange direkt oder indirekt mit der beweglichen Plattform und der tragenden Struktur verbinden. Die Motoren sind mit den äußeren seriellen Ketten verbunden. Der Sensor ist mit der beweglichen Plattform verbunden und so konfiguriert, dass er eine Kraft und/oder ein Drehmoment detektiert, die und/der das von einem menschlichen Bediener auf die bewegliche Plattform ausgeübt wird, und ein Signal erzeugt, das die Kraft und/oder das Drehmoment anzeigt. Das Steuerungsmodul ist so konfiguriert, dass es die Motoren basierend auf dem Signal steuert, um den menschlichen Bediener beim Bewegen und/oder Drehen der beweglichen Plattform zu unterstützen.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten zumindest drei äu-ßere serielle Ketten.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten drei Paare von äu-ßeren seriellen Ketten. Jedes Paar äußerer serieller Ketten umfasst zwei äußere serielle Ketten.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten sechs äußere serielle Ketten.
In anderen Merkmalen umfassen die zweiten Gelenke jeder der äußeren seriellen Ketten ein erstes Gelenk und ein zweites Gelenk. Das erste Gelenk jeder der äu-ßeren seriellen Ketten ist ein Universalgelenk. Das zweite Gelenk jeder der äußeren seriellen Ketten ist ein Kugelgelenk.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten drei Paare Ketten. Das Steuerungsmodul ist so konfiguriert, dass es jede der äußeren seriellen Ketten unabhängig ansteuert bzw. betätigt.
In weiteren Merkmalen umfasst das Robotersystem Lineargleiter. Die äußeren seriellen Ketten umfassen drei Paare von Ketten. Jedes der drei Paare von Ketten ist mit einem jeweiligen der Lineargleiter verbunden.
In weiteren Merkmalen umfassen die ersten Gelenke der mittleren seriellen Kette ein erstes Gelenk und ein zweites Gelenk. Das erste Gelenk und das zweite Gelenk sind Universalgelenke.
In anderen Merkmalen ist eine Antriebsgabel des ersten Gelenks mit einer Antriebsgabel des zweiten Gelenks ausgerichtet. Eine angetriebene Gabel des ersten Gelenks ist mit einer angetriebenen Gabel des zweiten Gelenks ausgerichtet.
In anderen Merkmalen sorgen die äußeren seriellen Ketten und die mittlere serielle Kette für eine Bewegung der beweglichen Plattform mit drei Freiheitsgraden oder eine Bewegung der beweglichen Plattform mit sechs Freiheitsgraden.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten: eine erste äußere serielle Kette, eine zweite äußere serielle Kette und eine dritte äußere serielle Kette. Die zweite äußere serielle Kette ist um 120° azimutal getrennt von der ersten äußeren seriellen Kette in Bezug auf eine Mittellinie angeordnet, die durch die mittlere serielle Kette verläuft. Die dritte äußere serielle Kette ist um 120° azimutal getrennt von der ersten äußeren seriellen Kette und der zweiten äußeren seriellen Kette in Bezug auf die durch die mittlere serielle Kette verlaufende Mittellinie angeordnet.
In anderen Merkmalen umfassen die äußeren seriellen Ketten: eine erste äußere serielle Kette, eine zweite äußere serielle Kette und eine dritte äußere serielle Kette. Die zweite äußere serielle Kette ist um 90° azimutal getrennt von der ersten äußeren seriellen Kette in Bezug auf eine durch die mittlere serielle Kette verlaufende Mittellinie angeordnet. Die dritte äußere serielle Kette ist um 180° azimutal getrennt von der ersten äußeren seriellen Kette und der zweiten äußeren seriellen Kette in Bezug auf die durch die mittlere serielle Kette verlaufende Mittellinie angeordnet.
In weiteren Merkmalen umfasst das Robotersystem ferner: ein Befestigungswerkzeug; und ein zwischen der beweglichen Plattform und dem Befestigungswerkzeug angeordnetes Lager.
In anderen Merkmalen umfasst das Robotersystem überdies ein Befestigungswerkzeug, das an der mittleren seriellen Kette angebracht ist und zumindest einen Teil der mittleren serielle Kette dreht.
In anderen Merkmalen wird ein Robotersystem bereitgestellt, das eine Trägerstruktur, eine bewegliche Plattform, eine universale-prismatische-universale serielle Kette, Motoren, einen Sensor und ein Steuerungsmodul umfasst. Die universale-prismatische-universale serielle Kette verbindet direkt oder indirekt eine Mitte der beweglichen Plattform mit der Trägerstruktur. Die äußeren seriellen Ketten sind radial außerhalb der universalen-prismatischen-universalen seriellen Kette angeordnet. Jede der äußeren seriellen Ketten ist eine prismatische-universale-sphärische serielle Kette. Jede der äußeren seriellen Ketten verbindet die bewegliche Plattform mit der Trägerstruktur. Die Motoren sind mit den äußeren seriellen Ketten verbunden. Der Sensor ist mit der beweglichen Plattform verbunden und so konfiguriert, dass er eine Kraft und/oder ein Drehmoment detektiert, die und/oder das von einem menschlichen Bediener auf die bewegliche Plattform ausgeübt wird, und ein Signal erzeugt, das die ausgeübte Kraft und/oder das ausgeübte Drehmoment anzeigt. Das Steuerungsmodul ist so konfiguriert, dass es die Motoren basierend auf dem Signal steuert, um den menschlichen Bediener beim Bewegen und/oder Drehen der beweglichen Plattform zu unterstützen.
In weiteren Merkmalen umfasst die universale-prismatische-universale serielle Kette ein erstes Universalgelenk, eine lineare Gleitwelle und ein zweites Universalgelenk.
In weiteren Merkmalen weist jede der äußeren seriellen Ketten einen Lineargleiter, ein Universalgelenk, eine Stange und ein Kugelgelenk auf.
In anderen Merkmalen wird ein Robotersystem bereitgestellt, das eine Trägerstruktur, eine bewegliche Plattform, eine universale-prismatische-universale serielle Kette, umlaufende-universale-sphärische serielle Ketten, Motoren, einen Sensor und ein Steuerungsmodul umfasst. Die universale-prismatische-universale serielle Kette verbindet direkt oder indirekt eine Mitte der beweglichen Plattform mit der Trägerstruktur. Die umlaufenden-universalen-sphärischen seriellen Ketten sind radial außerhalb der universalen-prismatischen-universalen seriellen Kette angeordnet. Jede der umlaufenden-universalen-sphärischen seriellen Ketten verbindet die bewegliche Plattform mit der Trägerstruktur. Die Motoren sind mit den umlaufenden-universalen-sphärischen seriellen Ketten verbunden. Der Sensor ist mit der beweglichen Plattform verbunden und so konfiguriert, dass er eine Kraft und/oder ein Drehmoment detektiert, die und/der das von einem menschlichen Bediener auf die bewegliche Plattform ausgeübt wird, und ein Signal erzeugt, das die Kraft und/oder das Drehmoment anzeigt. Das Steuerungsmodul ist so konfiguriert, dass es die Motoren basierend auf dem Signal steuert, um den menschlichen Bediener beim Bewegen und/oder Drehen der beweglichen Plattform zu unterstützen.
In weiteren Merkmalen umfasst die universale-prismatische-universale serielle Kette sind ein erstes Universalgelenk, eine lineare Gleitwelle und ein zweites Universalgelenk.
In weiteren Merkmalen umfasst jeder umlaufenden-universalen-sphärischen serielle Ketten ein Drehgelenk, eine erste Stange, ein Universalgelenk, eine zweite Stange und ein Kugelgelenk.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Robotersystems mit sechs Freiheitsgraden (6-DOF) von vorne ist, das auf einem Gestell gemäß der vorliegenden Offenbarung montiert ist;
2 eine perspektivische Draufsicht des 6-DOF-Robotersystems von 1 von vorne ist;
3 eine perspektivische Ansicht des 6-DOF-Robotersystems von 1 von unten nach vorne ist;
4 eine perspektivische Draufsicht auf einen Teil des 6-DOF-Robotersystems von 1 ohne tragenden Rahmen ist;
5 eine perspektivische Ansicht eines Teils des 6-DOF-Robotersystems von 1 ohne tragenden Rahmen von unten ist;
6 eine Ansicht des 6-DOF-Robotersystems von 1 von unten ist;
7 eine perspektivische Draufsicht einer mittleren seriellen Kette des 6-DOF-Robotersystems von 1 ist;
8 eine perspektivische Ansicht einer mittleren seriellen Kette des 6-DOF-Robotersystems von 1 von unten ist;
9 eine repräsentative seitliche Blockansicht der mittleren seriellen Kette der 7-8 ist;
10 eine perspektivische Ansicht eines 6-DOF-Robotersystems mit einem oben montierten Befestigungsmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung von unten ist;
11 eine perspektivische Vorderansicht eines Beispiels eines 6-DOF-Robotersystems, das auf einem Gestell montiert ist und sechs Motoren zum Drehen von sechs Stangen enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
12 eine perspektivische Ansicht des 6-DOF-Robotersystems von 11 von oben nach hinten ist;
13 eine perspektivische Ansicht des 6-DOF-Robotersystems von 11 von unten nach vorne ist;
14 eine perspektivische Ansicht einer mittleren seriellen Kette des 6-DOF-Robotersystems von 11 von oben ist;
15 eine perspektivische Ansicht einer mittleren seriellen Kette des 6-DOF-Robotersystems von 11 von unten ist;
16 eine perspektivische Vorderansicht eines Beispiels eines 3-DOF-Robotersystems, das auf einem Gestell montiert ist und drei Drehmotoren enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
17 eine Seitenansicht des 3-DOF-Robotersystems und des Gestells von 16 ist;
18 eine Draufsicht des 3-DOF-Robotersystems und des Gestells von 16 ist;
19 eine perspektivische Ansicht des 3-DOF-Robotersystems von 16 von oben ist;
20 eine perspektivische Ansicht des 3-DOF-Robotersystems von 16 von unten nach vorne ist;
21 eine Seitenansicht des 3-DOF-Robotersystems von 16 ist;
22 eine Ansicht des 3-DOF-Robotersystems von 16 von unten ist;
23 eine perspektivische Draufsicht einer mittleren seriellen Kette des 3-DOF-Robotersystems von 16 ist;
24 eine perspektivische Ansicht einer mittleren seriellen Kette des 3-DOF-Robotersystems von 16 ist; und
25 ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

In den Zeichnungen können Bezugsziffern wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.
Detaillierte Beschreibung
Vollautomatische Robotersysteme umfassen typischerweise Controller, Motoren, Arme, Endeffektoren, Sensoren etc. zum automatischen Positionieren, Einstellen, Anbringen und/oder Befestigen von Komponenten. Ein menschliches Eingreifen geht damit nicht einher. Jedes der vollautomatischen Robotersysteme ist anwendungsbeschränkt, komplex, teuer und benötigt viel Platz.
Die hier dargelegten Beispiele umfassen 6-DOF- und 3-DOF-Robotersysteme (worauf im Folgenden als „Robotersysteme“ verwiesen wird), die automatisch und/oder kollaborativ sind. Befestigungsvorgänge können automatisch und/oder kollaborativ durchgeführt werden. Die Robotersysteme nutzen menschliche Sinne und Intelligenz, um eine schnelle und genaue Befestigung zu Beginn eines Vorgangs zu gewährleisten, während der Großteil der Vorgänge vom Robotersystem allein bewältigt wird. Die Robotersysteme umfassen Plattformen, die von einem menschlichen Systembediener mit geringem Widerstand bewegt werden können, und umfassen Befestigungswerkzeuge, die, einmal positioniert, Befestigungsvorgänge ohne Hilfe des Systembedieners durchführen. Die Robotersysteme haben eine hohe Nutzlastkapazität und sind kostengünstig und flexibel, so dass jedes Robotersystem für viele verschiedene Geräte bzw. Vorrichtungen und Komponenten verwendbar ist. Die offenbarten Robotersysteme können an verschiedenen Fahrzeug- und Nicht-Fahrzeugsystemen, Baugruppen, Vorrichtungen etc. eingesetzt werden. Die Robotersysteme können beispielsweise an Fahrzeugsystemen, Teilsystemen von Fahrzeugen, Motoren, Instrumententafeln, Rädern, Türen, Panels bzw. Tafeln etc. verwendet werden. Obgleich die folgenden Robotersysteme in 1-24 in einer vertikalen, aufrechten Anordnung dargestellt sind, können die Robotersysteme auch schräg, horizontal und auf dem Kopf stehend bzw. umgedreht angeordnet werden.
1-8 zeigen ein auf einem Gestell 102 montiertes 6-DOF-Robotersystem 100. Der Gestell 102 umfasst eine Plattform (oder einen Tisch) 104, der ein Gerät bzw. eine Vorrichtung (z. B. einen Motor) 106 trägt. Obwohl die Vorrichtung 106 dargestellt ist, können auch andere Objekte, an denen gearbeitet wird, auf der Plattform 104 angeordnet sein. Ein Bediener 108 steht in einem vorderen offenen Bereich des Gestells 102 und kann ein unteres Ende 109 des 6-DOF-Robotersystems 100 bewegen, um ein Befestigungsmittel an der Vorrichtung 106 einzurichten. Der Bediener 108 kann das untere Ende 109 über Griffe 110 bewegen, um ein Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung (engl.: nut runner)) 112 mit einer Befestigungsmittel-Haltespitze 114 zu der Stelle auf der Vorrichtung 106 zu bewegen, an der das Befestigungsmittel angebracht und an der Vorrichtung 106 befestigt werden soll. Das Befestigungswerkzeug 112 kann verschiedene Befestigungsmittel-Haltespitzen für verschiedene Bauarten und Typen von Befestigungsmitteln enthalten. Jede Befestigungsmittel-Haltespitze kann für verschiedene Bauarten und Typen von Befestigungsmitteln einstellbar sein.
Das 6-DOF-Robotersystem 100 umfasst einen Rahmen 120, der eine obere Platte 122 aufweist und vom Gestell 102 getragen wird, sechs prismatisch-universale-sphärische serielle Ketten (worauf als äußere serielle Ketten verwiesen wird) 124 und eine mittlere universale-prismatische-universale serielle Kette (auf die als mittlere serielle Kette verwiesen wird) 126.
Die sechs äußeren seriellen Ketten 124 umfassen drei Paare Ketten. Die Ketten jedes Paares können parallel verbunden bzw. geschaltet sein oder nicht. Falls beispielsweise das Werkzeug verwendet wird, um an einer Mutter zu arbeiten, die sich nicht auf einer ebenen Fläche befindet, können die beiden Glieder eines Kettenpaares in Bezug aufeinander (räumlich) verdreht sein. Die sechs äußeren seriellen Ketten 124 umfassen sechs Lineargleiter 128, die am Rahmen 120 montiert und über sechs Stangen (oder Glieder) 132 an einer beweglichen Plattform 130 befestigt sind. Die Stangen 132 sind an den Lineargleitern 128 über Universalgelenke 134, die jeweils 2-DOF aufweisen, befestigt. Die Lineargleiter 128 sind an drei vertikalen Platten 135 angebracht, welche am Rahmen 120 angebracht sind. Die Stangen 132 sind über sphärische bzw. Kugelgelenke 136, die 3-DOF aufweisen, an der Plattform 130 angebracht. Jeder der Lineargleiter 128 kann eine jeweilige Kugelumlaufspindel enthalten (eine Kugelumlaufspindel 138 ist in 3 dargestellt), die von einem jeweiligen Drehmotor gedreht wird (Drehmotoren 140 sind dargestellt). Die Drehmotoren 140 sind über Halterungen 141 an den Lineargleitern 128 angebracht. Der Begriff „prismatisch-universal-sphärisch“ bezieht sich auf die Lineargleiter 128, die Universalgelenke 134 und die Kugelgelenke 136. Auf den Lineargleiter 128 kann man als prismatisches Gelenk verweisen. Die sechs äußeren seriellen Ketten 124 stellen sechs einzeln angetriebene serielle Ketten für die 6-DOF-Bewegungssteuerung bereit.
Die mittlere serielle Kette 126 kann direkt oder indirekt mit dem Rahmen 120 und/oder dem Gestell 102 und/oder einer anderen tragenden Struktur wie etwa der oberen Platte 122 gekoppelt sein. Die mittlere serielle Kette 126 umfasst: ein erstes Universalgelenk 150, das über eine Kopplung 154 an der oberen Platte 122 montiert ist; eine lineare teleskopische Gleitwelle (oder erste Welle) 156, die ein inneres Element 158 und ein äußeres Element 160 umfasst; ein zweites Universalgelenk 162; eine zweite Welle 164; die Plattform 130; und das Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 112. Der Begriff „universal-prismatisch-universal“ oder „UPU“ bezieht sich auf das erste Universalgelenk 150, die erste Welle 156 und das zweite Universalgelenk 162. Auf die erste Welle 156 kann als prismatisches Gelenk verwiesen werden. Das zweite Universalgelenk 162 ist mit dem ersten Universalgelenk 150 ausgerichtet bzw. in Flucht, so dass die Achse entlang dem Gabelpaar des ersten Universalgelenks 150, das auf der ersten Welle 156 (auf dem inneren Element 158) montiert ist, parallel zur Achse entlang dem Gabelpaar des zweiten Universalgelenks 162 ist, das auf der ersten Welle 156 (auf dem äußeren Element 160) montiert ist. Die mittlere serielle Kette 126 kann aufgrund der ersten Welle 156 aus- und eingefahren werden, wobei das äußere Element 160 in Bezug auf das innere Element 158 frei gleiten kann, was eine vertikale Bewegung der Plattform 130 ermöglicht. Die mittlere Kette (oder die UPU-Kette) bietet 5-DOF, wobei die Drehbewegung um die Kettenachse (vertikale Achse in der Startposition) begrenzt ist. Dies ermöglicht, dass die Kette im passiven Modus dem Verdrehungsmoment der Mutternfestzieheinrichtung entgegenwirkt oder im aktiven Modus ein Drehmoment auf das Kopfende überträgt. Im aktiven Modus kann ein Motor hinter dem ersten U-Gelenk implementiert werden. Der Flansch des Motors ist an der oberen Platte befestigt. Die Motorwelle ist über eine Kopplung mit dem ersten U-Gelenk verbunden. Die mittlere serielle Kette 126 ermöglicht eine 6-DOF-Bewegung im aktiven Zustand und nur die Anlegung eines Drehmoments. Genauer gesagt wird der sechste (6.) DOF bei aktivem Antrieb bereitgestellt, bei dem das erste Universalgelenk mittels des Antriebsmotors drehen kann, und werden die anderen 5-DOF bereitgestellt, wenn die mittlere serielle Kette für eine Drehmomentübertragung und zum Widerstand genutzt wird. Im 5-DOF-Fall ist das erste Universalgelenk gegen Drehungen gesperrt, so dass ein DOF weniger zur Verfügung steht. Die Universalgelenke 150, 162 leisten dem mit dem Betrieb des Befestigungswerkzeugs 112 verbundenen Drehmoment Widerstand und/oder wirken ihm entgegen.
Die Plattform 130 wird von den sechs äußeren seriellen Ketten (oder Schenkeln) 124 und der mittleren seriellen Kette (oder dem Schenkel) 126 an Ort und Stelle bzw. in Position gehalten und kann von einem Bediener mit geringem Widerstand über die Griffe 110 bewegt werden. Ein Steuerungsmodul 170 ist mit den Drehmotoren 140 der Lineargleiter 128, einem Motor 171 des Befestigungswerkzeugs 112 und einem Sensor 172 verbunden und steuert die Positionierung der Plattform 130 und somit des Befestigungswerkzeugs 112 in Bezug auf den Rahmen 120, die Trägerplattform 104 und die Vorrichtung 106. Das Steuerungsmodul 170 kann über den Sensor 172 eine auf die Griffe 110 ausgeübte Kraft detektieren und als Reaktion darauf eine aktive Nachgiebigkeit bereitstellen, indem ein Bediener 108 bei der Bewegung der Plattform 130 in Richtung der angewandten Kraft basierend auf der Rückkopplung des Sensors 172 unterstützt wird. Die Plattform 130 kann in x-, y- und z-Richtung bewegt und um die x-, y- und z-Achsen geneigt werden.
In einer Ausführungsform arbeitet das 6-DOF-System 100 als kollaboratives System, mit dem (i) die Erfassung, die Bewegung der Plattform 130 zu einer Startposition und die Rückkopplung im geschlossenen Regelkreis durch den Bediener 108 bereitgestellt wird und (ii) die Erfassung, die Bewegung der Plattform 130 zu einer Startposition und das Befestigen (oder Festdrehen) eines Befestigungsmittels mittels des Robotersystems 100 durchgeführt wird. Der Bediener 108 bringt in einer Ausführungsform ein Befestigungsmittel an der Spitze des Befestigungswerkzeugs 112 an, bewegt die Plattform 130 mit Unterstützung des Robotersystems 100 zu einer Startposition, gibt an, dass mit dem Befestigen des Befestigungsmittels begonnen werden soll, und wartet, bis er eine Abschlussanzeige hört und/oder sieht. Die Anzeige zum Starten der Befestigung kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Bediener 108 eine Eingabevorrichtung 173 wie etwa eine Starttaste auf der Plattform 130 oder an anderer Stelle berührt. Die Eingabevorrichtung 173 kann sich auf dem Robotersystem 100, dem Gestell 102 oder an anderer Stelle befinden. Die Abschlussanzeige kann mittels einer Anzeigevorrichtung 174 erfolgen. Die Anzeigevorrichtung 174 kann eine Lampe, einen Lautsprecher, eine Klickvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein „Klick“-Geräusch erzeugt, wenn ein vorbestimmtes Drehmomentniveau am entsprechenden Befestigungsmittel erreicht wurde, eine Meldung auf einem Display etc. umfassen. In einer Ausführungsform erzeugt das Befestigungswerkzeug 112 das Klickgeräusch, wenn ein Befestigungsmittel bis zum vorgegebenen Drehmomentniveau festgedreht wurde. In einer anderen Ausführungsform steuert das Steuerungsmodul 170 automatisch die Startpositionierung des Befestigungswerkzeugs, um die Befestigungsstellen und die Befestigung der Befestigungsmittele festzulegen.
Das Steuerungsmodul 170 steuert den Betrieb der Drehmotoren 140 und des Motors 171 des Befestigungswerkzeugs 112 basierend auf der Rückkopplung des Sensors 172. Der Sensor 172 kann, wie dargestellt, an der Plattform 130 montiert sein und stellt eine Rückkopplung zum Steuerungsmodul 170 bereit. In einer Ausführungsform ist der Sensor 172 ein 6-dimensionaler Kraft- und Drehmomentsensor, der Kraft und Drehmoment misst, die vom Bediener 108 und dem Befestigungswerkzeug 112 auf die Plattform 130 ausgeübt werden. Der Sensor 172 misst Kräfte und Drehmomente in kartesischen Koordinatenrichtungen (x, y, z) und entsprechende Winkeldrehmomente um die x-, y- und z-Achsen.
9 zeigt eine repräsentative Blockansicht der mittleren seriellen Kette 126 der 1-8 (worauf als mittlere serielle Kette 126' verwiesen wird). Die mittlere serielle Kette 126' umfasst: das erste Universalgelenk 150', das an der oberen Platte 122' montiert ist; die lineare teleskopische Gleitwelle (oder erste Welle) 156'; das zweite Universalgelenk 162'; die zweite Welle 164'; die Plattform (oder den Endeffektor) 130'; und das Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 112' mit einer Spitze 114'. 9 zeigt den Fall, wenn die mittlere Kette so verwendet wird, dass sie dem Befestigungsdrehmoment von der in der Mitte von 130 montierten Drehmomentpistole passiv Widerstand leistet. Das erste Universalgelenk 150' kann auch durch einen Drehmomentgenerator/schlüssel von der oberen Platte 122' aus angetrieben werden, falls es genutzt wird, um ein Befestigungsdrehmoment von oben aktiv bereitzustellen, wie weiter unten beschrieben wird. Das Befestigungswerkzeug 112' umfasst einen Motor 171', der eine Welle 900 dreht, die wiederum die Spitze 114' in Drehung versetzt bzw. dreht. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich das Befestigungswerkzeug 112' durch die Plattform 130' und den Sensor 172' und läuft auf einem in der Plattform 130' montierten Lager 902. Die Plattform 130' kann zwei Platten umfassen, wobei der Sensor 172', wie dargestellt ist, zwischen den beiden Platten angeordnet und mit diesen in Kontakt ist. Die Plattform 130' ist über Stangen 132' mit den Lineargleitern 128' verbunden. Die Universalgelenke 150', 162' sind wie oben beschrieben zueinander ausgerichtet. Die Universalgelenke 150', 162' widerstehen dem mit dem Betrieb des Befestigungswerkzeugs 112' verbundenen Drehmoment und/oder wirken diesem entgegen. Die äußeren seriellen Ketten 124, die mit den Stangen 132' verbunden sind, leisten dem Drehmoment, das mit dem Betrieb des Befestigungswerkzeugs 112' verbunden ist, aufgrund des Lagers 902, das ermöglicht, dass sich das Befestigungswerkzeug 112' in Bezug auf die Plattform 130' und eine Rotationsachse 906 dreht, nicht Widerstand und/oder wirken diesem nicht entgegen. Das Befestigungswerkzeug 112' ist durch das Lager 902 von der Plattform 130' getrennt.
10 zeigt ein 6-DOF-Robotersystem 1000, das dem 6-DOF-Robotersystem 100 der 1-8 ähnlich ist, außer dass anstelle eines in der Nähe der Spitze der mittleren seriellen Kette angebrachten Befestigungswerkzeugs ein oben montierter Befestigungsmotor 1002 enthalten ist. Der oben montierte Befestigungsmotor 1002 ist an einem ersten Universalgelenk 1004 angebracht, das an einem prismatischen Gelenk (oder einer ersten Welle) 1006 angebracht ist. Die erste Welle 1006 kann innere und äußere Elemente ähnlich den Elementen 158, 160 der 1-8 umfassen. Das prismatische Gelenk 1006 ist an einem zweiten Universalgelenk 1008 angebracht, das an einer zweiten Welle 1010 angebracht ist. Die zweite Welle 1010 ist an einer Plattform 1012 angebracht, die einen Sensor 1014 enthält. Der Sensor 1014 kann ähnlich wie der Sensor 172 in 1-8 konfiguriert sein und funktionieren. Die zweite Welle 1010 dreht die Endwelle 1016, die mit einer Spitze 1018 verbunden ist.
Das 6-DOF-Robotersystem 1000 umfasst auch einen Rahmen 1020, eine obere Platte 1022 und Drehmotoren 1024, die Lineargleiter 1026 betätigen, die wiederum Stangen 1028 jeweiliger äußerer serieller Ketten bewegen. Die Motoren 1002, 1024 werden über ein Steuerungsmodul (z.B. das in 4 dargestellte Steuerungsmodul) basierend auf der Ausgabe des Sensors 1014 gesteuert.
Obwohl die sechs äußeren seriellen Ketten so dargestellt sind, dass sie drei Paare äußerer serieller Ketten umfassen, wobei jedes Paar in Bezug auf die Mittellinie 166 um 120° voneinander getrennt positioniert ist, können die Paare äußerer serieller Ketten unterschiedliche Trennungswinkel aufweisen. Beispielsweise können zwei der Paare um 180° voneinander getrennt sein, während das dritte Paar um 90° von den beiden anderen Paaren getrennt ist. Man betrachte zum Beispiel die in 11-13 dargestellte Anordnung. Dadurch, dass zwei Paare um 180° voneinander getrennt sind, sind die Paare äußerer serieller Ketten nicht im Weg und ermöglichen dem Bediener einen besseren Zugang zu der Vorrichtung, an der gearbeitet wird, und der beweglichen Plattform 130.
11-15 zeigen ein 6-DOF-Robotersystem 1100, das auf einem Gestell 1102 montiert ist. Der Gestell 1102 umfasst eine Plattform (oder einen Tisch) 1104, der eine darauf gesetzte Vorrichtung (z. B. einen Motor) 1106 trägt. Ein Bediener 1108 steht in einem vorderen offenen Bereich des Gestells 1102 und kann ein unteres Ende 1109 des 6-DOF-Robotersystems 1100 bewegen, um ein Befestigungsmittel auf die Vorrichtung 1106 zu setzen. Der Bediener 1108 kann das untere Ende 1109 bewegen, um ein Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 1112 mit einer Befestigungsmittel-Haltespitze 1114 zu der Stelle auf der Vorrichtung 1106 zu bewegen, an der das Befestigungsmittel an der Vorrichtung 1106 angebracht und befestigt werden soll.
Das 6-DOF-Robotersystem 1100 umfasst eine obere Platte 1120, die am Gestell 1102 angebracht ist, sechs umlaufende-universale-sphärische serielle Ketten (auf die als äußere serielle Ketten verwiesen wird) 1124 und eine mittlere universale-prismatische-universale serielle Kette (auf die als mittlere serielle Kette verwiesen wird) 1126.
Die sechs äußeren seriellen Ketten 1124 umfassen sechs Stangen 1128, die von sechs Drehmotoren 1129 gedreht werden, die an der oberen Platte 1120 montiert sind. Die sechs Stangen 1128 sind über Universalgelenke 1134 an den sechs weiteren Stangen 1132 angebracht. Die sechs Stangen 1132 sind über Kugelgelenke 1138 an einer beweglichen Plattform 1136 angebracht. Jedes der Universalgelenke 1134 weist eine 2-DOF-Bewegung auf. Die Kugelgelenke 1138 weisen eine 3-DOF-Bewegung auf.
Der Begriff „umlaufend-universal-sphärisch“ bezieht sich auf (i) die Verbindungen zwischen den Drehmotoren 1129 und den Stangen 1128, (ii) die Universalgelenke 1134 und (iii) die Kugelgelenke 1138. Die Verbindung jedes Paares aus einem der Drehmotoren 1129 und einer der Stangen 1128 ist ein Drehgelenk 1140, das eine Pendelbewegung der Stangen 1128 ermöglicht. Die sechs äußeren seriellen Ketten 124 stellen sechs einzeln angetriebene serielle Ketten für die 6-DOF-Bewegungssteuerung bereit.
Die mittlere serielle Kette 1126 umfasst ein erstes Universalgelenk 1150, das an einer Kappe 1152 montiert ist. Die Kappe 1152 ist an der oberen Platte 1120 montiert. Die mittlere serielle Kette 1126 umfasst ferner: eine lineare teleskopische Gleitwelle (oder erste Welle) 1156, die ein inneres Element 1158 und ein äußeres Element 1160 umfasst; ein zweites Universalgelenk 1162; eine zweite Welle 1164; die Plattform 1136; und das Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 1112. Der Begriff „universal-prismatisch-universal“ bezieht sich auf das erste Universalgelenk 1150, die erste Welle 1156 und das zweite Universalgelenk 1162. Auf die erste Welle 1156 kann als prismatisches Gelenk verwiesen werden. Das zweite Universalgelenk 1162 ist auf das erste Universalgelenk 1150 so ausgerichtet, dass die Achse entlang dem Gabelpaar des ersten Universalgelenks 1150, das auf der ersten Welle 1156 (auf dem inneren Element 1158) montiert ist, parallel zur Achse entlang dem Gabelpaar des zweiten Universalgelenks 1162 ist, das auf der ersten Welle 1156 (auf dem äußeren Element 160) montiert ist. Die mittlere serielle Kette 1126 kann aufgrund der ersten Welle 1156 aus- und eingefahren werden, wobei das äußere Element 1160 in Bezug auf das innere Element 1158 frei gleiten kann, was eine vertikale Bewegung der Plattform 1136 ermöglicht. Die mittlere Kette (oder die UPU-Kette) stellt 5-DOF bereit, wobei die Drehbewegung um die Kettenachse (vertikale Achse in der Startposition) begrenzt ist. Dies ermöglicht, dass die Kette im passiven Modus dem Verdrehungsmoment des Schraubers entgegenwirkt oder im aktiven Modus ein Drehmoment auf das Kopfende überträgt. Im aktiven Modus kann ein Motor hinter dem ersten U-Gelenk implementiert sein. Der Flansch des Motors ist an der oberen Platte befestigt. Die Motorwelle ist über eine Kopplung mit dem ersten U-Gelenk verbunden. Die mittlere serielle Kette 1126 ermöglicht eine 6-DOF-Bewegung nur in einem aktiven Zustand und beim Anlegen eines Drehmoments, während 5-DOF in einem passiven Zustand und, wenn dem Antriebsmoment des Befestigungswerkzeugs 1112 entgegengewirkt wird, erlaubt sind. Genauer gesagt, werden 6-DOF bereitgestellt, wenn aktiv angetrieben wird, wobei das erste Universalgelenk in der Lage ist, sich mittels des Antriebsmotors zu drehen, um einen zusätzlichen DOF bereitzustellen, und die anderen 5-DOF werden bereitgestellt, wenn die mittlere serielle Kette zur Drehmomentübertragung und zum Widerstand genutzt wird. Im 5-DOF-Fall ist das erste Universalgelenk gegen Drehungen gesperrt, so dass ein DOF weniger zur Verfügung steht. Die Universalgelenke 1150, 1162 leisten dem mit dem Betrieb des Befestigungswerkzeugs 1112 verbundenen Drehmoment Widerstand und/oder wirken ihm entgegen.
Die Plattform 1136 wird von den sechs äußeren seriellen Ketten (oder Schenkeln) 1124 und der mittleren seriellen Kette (oder dem Schenkel) 1126 in Position gehalten und kann von einem Bediener mit geringem Widerstand bewegt werden. Ein Steuerungsmodul (z. B. das Steuerungsmodul 170 von 4), das mit den Drehmotoren 1129, einem Motor des Befestigungswerkzeugs 1112 und einem Sensor 1172 verbunden ist, steuert die Positionierung der Plattform 1136 und somit des Befestigungswerkzeugs 1112 in Bezug auf das Gestell 1102, die obere Platte 1120, die tragende Plattform 1104 und die Vorrichtung 1106. Das Steuerungsmodul kann über den Sensor 1172 eine auf die Plattform 1136 angewandte Kraft detektieren und als Reaktion darauf den Bediener 1108 bei der Bewegung der Plattform 1136 in Richtung der angewandten Kraft basierend auf der Rückkopplung des Sensors 1172 unterstützen. Somit wird, wie oben beschrieben wurde, eine aktive Nachgiebigkeit erreicht. Der Sensor 1172 kann ähnlich dem Sensor 172 in 1-8 konfiguriert sein und arbeiten. Die Plattform 1136 kann in x-, y- und z-Richtung bewegt und um die x-, y- und z-Achsen geneigt werden. Die Plattform 1136 kann, wie oben beschrieben, Griffe für eine Bewegung der Plattform 1136 enthalten.
Die oben beschriebenen 6-DOF-Robotersysteme bieten die Freiheit für Vorgänge bzw. Operationen in verschiedenen x-, y- und z-Positionen und Winkeln in Bezug auf die x-, y- und z-Achsen. Parallele serielle Roboterketten sorgen für hohe Tragfähigkeit bzw. Lastkapazität und Systemsteifigkeit. Die äußeren seriellen Ketten können für einen verbesserten Zugang des Bedieners unter verschiedenen Winkeln angeordnet werden.
16-24 zeigen ein 3-DOF-Robotersystem 1600, das auf einem Gestell 1602 montiert ist. Das Gestell 1602 umfasst eine Plattform (oder einen Tisch) 1604, der eine darauf gesetzte Vorrichtung (z. B. ein Motor) 1606 trägt. Ein Bediener 1608 steht in einem vorderen offenen Bereich des Gestells 1602 und kann ein unteres Ende 1609 des 3-DOF-Robotersystems 1600 bewegen, um ein Befestigungsmittel auf die Vorrichtung 1606 zu setzen. Der Bediener 1608 kann das untere Ende 1609 bewegen, um ein Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 1612 mit einer Befestigungsmittel-Haltespitze 1614 zu der Stelle ufn der Vorrichtung 1606 zu bewegen, an der das Befestigungsmittel angebracht und an der Vorrichtung 1606 befestigt werden soll.
Das 3-DOF-Robotersystem 1600 umfasst einen Rahmen 1601, der am Gestell 1602 angebracht ist, eine obere Platte 1620, drei prismatisch-universale-universale (PUU) serielle Ketten (auf die als äußere serielle Ketten verwiesen wird) 1624 und eine mittlere universale-prismatische-universale serielle Kette (auf die als mittlere serielle Kette verwiesen wird) 1626. Obwohl die Ketten als serielle PUU-Ketten beschrieben werden, kann es sich bei ihnen auch um prismatische-universale-sphärische (PUS) serielle Ketten handeln, bei denen das letzte Gelenk in jeder Kette ein Kugelgelenk anstelle Universalgelenks ist. Um die 3-DOF zu bereitzustellen, können Universalgelenke genutzt werden; aber um die Herstellung und den Zusammenbau des Robotersystems 1600 zu erleichtern, können Kugelgelenke verwendet werden.
Die drei äußeren seriellen Ketten 1624 umfassen sechs Stangen 1628, die an drei Lineargleitern 1629 angebracht sind, die von drei Drehmotoren 1630 angetrieben werden, die an der oberen Platte 1620 montiert sind. Drei Paare der sechs Stangen1628 sind über sechs Universalgelenke 1634 an den drei Lineargleitern 1629 (auf die als prismatische Gelenke verwiesen wird) angebracht. Jedes Paar der Stangen 1628 ist parallel geschaltet bzw. verbunden. Die Lineargleiter 1629 können jeweilige Kugelumlaufspindeln 1631 enthalten. Die sechs Stangen 1628 sind ebenfalls über Universal- oder Kugelgelenke 1638 an einer beweglichen Plattform 1636 angebracht. Jedes der Gelenke 1634, 1638 bietet eine 2-DOF-Bewegung.
Die Begriffe „prismatisch-universal-universal“ und „prismatisch-universal-sphärisch“ beziehen sich auf die Lineargleiter 1629, die Universalgelenke 1634 und die Gelenke 1638, bei denen es sich um universale oder Kugelgelenke handeln kann. Die drei äußeren seriellen Ketten 1624 stellen drei einzeln angetriebene serielle Ketten für die 3-DOF-Bewegungssteuerung bereit. Jede der äußeren seriellen Ketten 1624 umfasst einen Teilmechanismus, der zwei parallele Universal-Universal-Ketten bereitstellt, die von den Gelenken 1634, 1638 und den Stangen 1628 bereitgestellt werden. Die drei äußeren seriellen Ketten 1624 behalten die Ausrichtung des Endeffektors (oder der Plattform) 1636 bei.
Die mittlere serielle Kette 1626 umfasst ein erstes Universalgelenk 1650, das an einer Kappe 1652 montiert ist. Die Kappe 1652 ist an der oberen Platte 1620 montiert. Die mittlere serielle Kette 1626 umfasst ferner: eine lineare teleskopische Gleitwelle (oder erste Welle) 1656, die ein inneres Element 1658 und ein äußeres Element 1660 umfasst; ein zweites Universalgelenk 1662; eine zweite Welle 1664; die Plattform 1636; und das Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutternfestzieheinrichtung) 1612. Der Begriff „universal-prismatisch-universal“ bezieht sich auf das erste Universalgelenk 1650, die erste Welle 1656 und das zweite Universalgelenk 1662. Auf die erste Welle 1656 kann als prismatisches Gelenk verwiesen werden. Das zweite Universalgelenk 1662 ist mit dem ersten Universalgelenk 1650 so ausgerichtet, dass die Achse entlang dem Gabelpaar des ersten Universalgelenks 1650, das auf der ersten Welle 1656 (auf dem inneren Element 1658) montiert ist, parallel zur Achse entlang dem Gabelpaar des zweiten Universalgelenks 1662 ist, das auf der ersten Welle 1656 (auf dem äußeren Element 160) montiert ist. Die mittlere serielle Kette 1626 kann aufgrund der ersten Welle 1656 aus- und eingefahren werden, wobei das äußere Element 1660 in Bezug auf das innere Element 1658 frei gleiten kann, was eine vertikale Bewegung der Plattform 1636 ermöglicht. Die mittlere Kette (oder die UPU-Kette) stellt 5-DOF bereit, wobei die Drehbewegung um die Kettenachse (vertikale Achse in der Startposition) begrenzt ist. Dies ermöglicht, dass die Kette im passiven Modus dem Verdrehungsmoment des Schraubers entgegenwirkt oder im aktiven Modus ein Drehmoment auf das Kopfende überträgt. Im aktiven Modus kann ein Motor hinter dem ersten U-Gelenk implementiert sein. Der Flansch des Motors ist an der oberen Platte befestigt. Die Motorwelle ist über eine Kopplung mit dem ersten U-Gelenk verbunden. Die mittlere serielle Kette 1626 ermöglicht eine 6-DOF-Bewegung in einem aktiven Zustand und das Anlegen eines Drehmoments; sie ermöglicht eine 5-DOF-Bewegung in einem passiven Zustand und, dem Antriebsmoment des Befestigungswerkzeugs 1612 entgegenzuwirken. Genauer gesagt werden 6-DOF bereitgestellt, wenn aktiv angetrieben wird, wobei sich das erste Universalgelenk drehen kann, und werden 5-DOF bereitgestellt, wenn die mittlere serielle Kette für den Drehmomentwiderstand genutzt wird. Im 5-DOF-Fall ist das erste Universalgelenk gegen Drehungen gesperrt, so dass ein DOF weniger zur Verfügung steht. Die Universalgelenke 1650, 1662 leisten dem mit dem Betrieb des Befestigungswerkzeugs 1612 verbundenen Drehmoment Widerstand und/oder wirken ihm entgegen.
Die Plattform 1636 wird von den drei äußeren seriellen Ketten (oder Schenkeln, wobei jede Kette/jeder Schenkel aus zwei parallelen Gliedern besteht) 1624 und der mittleren seriellen Kette (oder dem Schenkel) 1626 in Position gehalten und kann von einem Bediener mit geringem Widerstand bewegt werden. Ein Steuerungsmodul (z. B. das Steuerungsmodul 170 von 4), das mit den Drehmotoren 1630, einem Motor des Befestigungswerkzeugs 1612 und einem Sensor 1672 verbunden ist, steuert die Positionierung der Plattform 1636 und somit des Befestigungswerkzeugs 1612 in Bezug auf das Gestell 1602, die obere Platte 1620, die tragende Plattform 1604 und die Vorrichtung 1606. Das Steuerungsmodul kann über den Sensor 1672 eine auf die Plattform 1636 angewandte Kraft detektieren und als Reaktion darauf den Bediener 1608 bei der Bewegung der Plattform 1636 in Richtung der angewandten Kraft basierend auf der Rückkopplung des Sensors 1672 unterstützen. Somit wird, wie oben beschrieben wurde, eine aktive Nachgiebigkeit bereitgestellt. Der Sensor 1672 kann ähnlich dem Sensor 172 in 1-8 konfiguriert sein und arbeiten. Die Plattform 1636 kann in x-, y- und z-Richtung bewegt werden. Die Plattform 1636 wird in einem parallelen Zustand in Bezug auf die tragende Plattform 1604, die obere Platte 1620 und/oder einen Untergrund (Fußboden), auf den der Gestell 1602 gestellt ist, gehalten. Die Plattform 1636 ist über das Robotersystem 1600 nicht drehbar. Die Plattform 1636 kann, wie oben beschrieben, Griffe zum Bewegen der Plattform 1636 aufweisen.
Die oben beschriebenen Robotersystemen umfassen 6-DOF- und 3-DOF-Systeme. Die 6-DOF-Systeme stellen eine Handlungsfreiheit in verschiedenen x-, y- und z-Richtungen und Winkeln in Bezug auf die x-, y- und z-Achsen bereit. Die 3-DOF-Systeme stellen eine Handlungsfreiheit in verschiedenen x-, y- und z-Richtungen bereit. Parallele serielle Roboter-Ketten bieten eine hohe Tragfähigkeit bzw. Lastkapazität und Systemsteifigkeit. Äußere serielle Ketten können unter verschiedenen Winkeln für einen verbesserten Zugang des Bedieners angeordnet werden. Die 3-DOF-Systeme sind vereinfachte Versionen der 6-DOF-Systeme. Das 3-DOF-System kann Baukosten einsparen, verliert aber die Flexibilität, beim Befestigen von beispielsweise Muttern in schräger/abgewinkelter Lage.
25 stellt ein Verfahren zum Betrieb eines Robotersystems wie etwa eines der hier offenbarten Robotersysteme dar. Das Verfahren kann bei 2500 beginnen. Bei 2502 kann ein Befestigungswerkzeug ein Befestigungsmittel greifen, wie oben beschrieben wurde. Bei 2504 kann ein Sensor (z. B. der Sensor 172 von 4 oder ein anderer hierin offenbarter Sensor) einer Plattform (z. B. der Plattform 130 von 4 oder einer anderen beweglichen Plattform) des Robotersystems die Kraft (Kräfte) und/oder das (die) Drehmoment(e), die oder das (die) die auf die Plattform angewandt wird (werden), detektieren.
Bei 2506 kann ein Steuerungsmodul (z. B. das Steuerungsmodul 170 von 4) ein oder mehr Steuerungssignale für einen oder mehr Motoren basierend auf der Sensorausgabe erzeugen. In einer Ausführungsform sind die vom Steuerungsmodul durchgeführten Operationen als maschinenausführbare Anweisungen implementiert, die auf einem nicht-transitorischen computerlesbaren Medium gespeichert sind. Bei 2508 sorgt das Steuerungsmodul für eine aktive Nachgiebigkeit, indem es die Ausgabe des einen oder mehr Motoren steuert, um die Bewegung der Plattform basierend auf dem einen oder mehr Motorsteuerungssignale zu unterstützen. Die unterstützte Bewegung kann in x-, y-, z-Richtungen und/oder um x-, y-, z-Achsen erfolgen.
Bei 2510 kann das Steuerungsmodul eine Anzeige, mit dem Befestigen eines Befestigungsmittels zu beginnen, empfangen oder erzeugen. Dies kann auf einer von einem Benutzer über die Eingabevorrichtung (z. B. die Eingabevorrichtung 173 von 4) empfangenen Eingabe und/oder auf einer Stelle und/oder Orientierung der Plattform basieren. Bei 2512 zieht das Steuerungsmodul über das Befestigungswerkzeug das Befestigungsmittel auf ein vorbestimmtes Drehmomentniveau fest. Bei 2514 erzeugt das Steuerungsmodul eine Anzeige, dass das Befestigungsmittel mit einem Drehmoment festgezogen ist, und gibt das Befestigungsmittel frei. Falls ein weiteres Befestigungsmittel mit einem Drehmoment festzuziehen ist, kann der Vorgang 2502 durchgeführt werden; andernfalls kann das Verfahren bei 2018 enden.
Die vorhergehende Beschreibung ist in ihrer Art nur veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einschränken. Die umfassende Lehre der Offenbarung kann in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Daher soll, auch wenn diese Offenbarung besondere Beispiele enthält, der wahre Umfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, da nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Modifikationen offensichtlich werden. Es sollte sich verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Ferner kann, obgleich jede der Ausführungsformen oben als bestimmte Merkmale aufweisend beschrieben ist, eines oder mehr dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben wurden, in einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten schließen sich die beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus, und Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (zum Beispiel zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten etc.) werden unter Verwendung verschiedener Begriffen, einschließlich „verbunden“, „in Eingriff gebracht“, „gekoppelt“, „benachbart“, „nahe bzw. neben“, „auf“, „oberhalb“, „unterhalb“ und „angeordnet“, beschrieben. Sofern sie nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann, wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung beschrieben ist, diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hier verwendet, soll der Ausdruck „zumindest eines von A, B und C“ dahingehend aufgefasst werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODER bedeutet, und sollte nicht dahingehend aufgefasst werden, dass er „zumindest eines von A, zumindest eines von B und zumindest eines von C“ bedeutet.
In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angegeben wird, im Allgemeinen den Fluss von Informationen (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Wenn z.B. Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber von Element A zu Element B übertragene Informationen für die Veranschaulichung von Bedeutung sind, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil impliziert nicht, dass keine anderen Informationen von Element B zu Element A übertragen werden. Überdies kann für von Element A zu Element B übertragene Informationen Element B Anforderungen für, oder Empfangsbestätigungen der, Informationen an Element A senden.
In dieser Anmeldung kann, einschließlich der nachstehenden Definitionen, der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. „Der Begriff „Modul“ kann sich auf eine Schaltung beziehen, Teil einer solchen sein, oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die einen Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die einen von der Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder all der oben genannten Komponenten, wie etwa in einem System-on-Chip umfassen.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitbereichsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch bekannt als Remote- oder Cloud-Modul) einige Funktionen für ein Client-Modul ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen gewissen Teil oder den ganzen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltkreis umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einen gewissen Teil oder den ganzen Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf einzelnen Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzigen Chip, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff gemeinsam genutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen gewissen Teil oder den ganzen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen gewissen Teil oder den ganzen Code von einem oder mehreren Modulen speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium (CRM). Der Begriff CRM, wie er hier verwendet wird, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (wie etwa auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff computerlesbares Medium kann daher als materiell und nicht-transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nicht-transitorischen, materiellen CRM sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Nurlese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nurlese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (wie etwa ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie etwa eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können mittels eines Computers für spezielle Zwecke, der durch Konfigurieren eines Mehrzweck-Computers geschaffen wird, teilweise oder vollständig implementiert werden, um eine oder mehrere spezielle Funktionen auszuführen, die in Computerprogrammen verkörpert sind. Die oben beschriebenen funktionalen Blöcke, Komponenten von Flussdiagrammen und andere Elemente dienen als Software-Spezifikationen, die durch die Routinearbeit eines Fachmanns oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme enthalten von Prozessoren ausführbare Anweisungen, die auf zumindest einem nicht-transitorischen, materiellen CRM gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich auf diese stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Ein-/Ausgabesystem (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Computers für spezielle Zwecke, Gerätetreibern, die mit bestimmten Geräten des Computers für spezielle Zwecke interagieren, einem oder mehreren Betriebssystemen, Nutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen etc. interagieren.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) einen Beschreibungstext, der analysiert werden soll, wie etwa HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) einen Assembler-Code, (iii) einen Objektcode, der von einem Compiler aus dem Quellcode generiert wird, (iv) einen Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) einen Quellcode zur Kompilierung und Ausführung mittels eines Just-in-Time-Compilers, etc. Nur als Beispiele kann ein Quellcode unter Verwendung einer Syntax aus Sprachen geschrieben sein, die C, C++, C#, ObjectiveC-, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5. Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, FlashO, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® einschließen.

Claims

Robotersystem, aufweisend: eine Trägerstruktur; eine bewegliche Plattform; eine mittlere serielle Kette, die eine Mitte der beweglichen Plattform direkt oder indirekt mit der Trägerstruktur verbindet und eine erste Vielzahl von Gelenken aufweist, die direkt oder indirekt mit einer linearen Gleitwelle verbunden sind; eine Vielzahl von äußeren seriellen Ketten, die radial außerhalb der mittleren seriellen Kette angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl von äußeren seriellen Ketten eine zweite Vielzahl von Gelenken aufweist, die eine Stange direkt oder indirekt mit der beweglichen Plattform und der Trägerstruktur verbinden; eine Vielzahl von Motoren, die mit der Vielzahl äußerer serieller Ketten verbunden sind; einen Sensor, der mit der beweglichen Plattform verbunden und so konfiguriert ist, dass er eine Kraft und/oder ein Drehmoment detektiert, die und/oder das von einem menschlichen Bediener auf die bewegliche Plattform angewendet wird, und ein Signal erzeugt, das die angewandte Kraft und/oder das angewandte Drehmoment anzeigt; und ein Steuerungsmodul, das so konfiguriert ist, dass es die Vielzahl von Motoren basierend auf dem Signal steuert, um den menschlichen Bediener beim Bewegen und/oder Drehen der beweglichen Plattform zu unterstützen.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten zumindest drei äußere serielle Ketten umfasst.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten drei Paare äußerer serieller Ketten aufweist; und jedes Paar äußerer serieller Ketten zwei äußere serielle Ketten aufweist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten sechs äußere serielle Ketten aufweist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Vielzahl von Gelenken von jeder der Vielzahl von äußeren seriellen Ketten ein erstes Gelenk und ein zweites Gelenk aufweist; das erste Gelenk von jeder der Vielzahl von äußeren seriellen Ketten ein Universalgelenk ist; und das zweite Gelenk von jeder der Vielzahl von äußeren seriellen Ketten ein Kugelgelenk ist.
Robotersystem nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten drei Paare von Ketten aufweist; und das Steuerungsmodul so konfiguriert ist, dass es jede der Vielzahl von äu-ßeren seriellen Ketten unabhängig betätigt.
Robotersystem nach Anspruch 6, ferner aufweisend eine Vielzahl von Lineargleitern, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten drei Paare von Ketten aufweist; und jedes der drei Paare von Ketten mit einem jeweiligen der Vielzahl von Lineargleitern verbunden ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die erste Vielzahl von Gelenken der mittleren seriellen Kette ein erstes Gelenk und ein zweites Gelenk aufweist; und das erste Gelenk und das zweite Gelenk Universalgelenke sind.
Robotersystem nach Anspruch 8, wobei eine Antriebsgabel des ersten Gelenks mit einer Antriebsgabel des zweiten Gelenks ausgerichtet ist; und eine angetriebene Gabel des ersten Gelenks mit einer angetriebenen Gabel des zweiten Gelenks ausgerichtet ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von äußeren seriellen Ketten und die mittlere serielle Kette eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden für die bewegliche Plattform oder eine Bewegung mit sechs Freiheitsgraden für die bewegliche Plattform bieten.