DE102022115003A1

DE102022115003A1 - Robotersysteme mit drei Freiheitsgraden für automatische und/oder zusammenarbeitende ebene Befestigungsoperationen

Info

Publication number: DE102022115003A1
Application number: DE102022115003.8A
Authority: DE
Inventors: Qiao SUN; Xianbao Chen; Jing Sun; Feng Gao; Dalong Gao; Ningjian Huang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-05-17
Also published as: CN116135478A; US11931892B2; US20230150118A1

Abstract

Ein Robotersystem enthält eine Tragstruktur, eine Motorhalterungsanordnung, erste und zweite parallele Ketten, eine Anordnung zur seriellen Translation, einen Sensor und ein Steuermodul. Die Motorhalterungsanordnung enthält Drehmotoren, wobei die Drehmotoren einen ersten Drehmotor und einen zweiten Drehmotor enthalten. Die ersten und die zweiten parallelen Ketten sind mit der beweglichen Plattform, den Drehmotoren und der Motorhalterungsanordnung verbunden. Die Anordnung zur seriellen Translation ist mit der Tragstruktur und der Motorhalterungsanordnung verbunden und enthält einen linearen Aktuator und einen dritten Drehmotor. Der Sensor ist mit der beweglichen Plattform verbunden und detektiert die durch eine menschliche Bedienungsperson auf die bewegliche Plattform ausgeübte Kraft und erzeugt ein Signal, das die ausgeübte Kraft angibt. Das Steuermodul steuert die Drehmotoren und den dritten Drehmotor basierend auf dem Signal, um die menschliche Bedienungsperson beim Bewegen der beweglichen Plattform zu unterstützen.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt bereitgestellten Informationen dienen dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Sowohl die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder, in dem Ausmaß, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, als auch die Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt des Einreichens nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Robotersysteme, die für Befestigungselemente während der Produktion verwendet werden.
Während der Produktion z. B. eines Fahrzeugs werden zahlreiche Befestigungselemente (z. B. Muttern, Schrauben, Bolzen usw.) an Vorrichtungen, Baugruppen, Komponenten und Strukturen des Fahrzeugs befestigt. Die Befestigungselemente können manuell oder unter Verwendung eines vollautomatischen Robotersystems befestigt werden. Wenn sie manuell befestigt werden, ist dem Festlegen, Anziehen (das hier als „Anziehen“ bezeichnet wird) und dem richtigen Festziehen der Befestigungselemente ein erheblicher Zeitaufwand zugeordnet. Wenn die Befestigungselemente manuell befestigt werden, können Verkantungsfehler auftreten, was die Produktion verlangsamt und die Kosten aufgrund der Reparatur und/oder des Austauschs der beteiligten Teile erhöht. Gleichzeitig muss die Bedienungsperson eine elektrische Anziehpistole halten, was viel Kraft kosten kann, um sie zu halten. Falls dieser Prozess ständig wiederholt wird, kann dies eine Ermüdung verursachen.
Obwohl ein vollautomatisches Robotersystem beim Installieren von Befestigungselementen Zeit sparen kann, ist das vollautomatische System für eine spezielle Anwendung und eine spezielle Vorrichtung und/oder Komponente konfiguriert. Falls z. B. Muttern an einer Kraftmaschine installiert werden, enthält das automatisierte Robotersystem eine Ein-Stopp-Station, die für die spezielle Kraftmaschine und die beteiligten Muttern konfiguriert ist. Die Muttern weisen typischerweise die gleiche Größe auf. Das automatische Robotersystem ist nicht auf andere Vorrichtungen und/oder Komponenten anwendbar. Zusätzlich kann das vollautomatische System mehrere Befestigungswerkzeuge (z. B. Mutteranziehvorrichtungen) zum Befestigen der Muttern enthalten. Ein vollautomatisches Robotersystem ist sperrig, komplex und teuer.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Robotersystem geschaffen, das eine Tragstruktur, eine Motorhalterungsanordnung, erste parallele Ketten, zweite parallele Ketten, eine Anordnung zur seriellen Translation, einen Sensor und ein Steuermodul enthält. Die Motorhalterungsanordnung enthält Drehmotoren, wobei die Drehmotoren einen ersten Drehmotor und einen zweiten Drehmotor enthalten. Die ersten parallelen Ketten sind mit der beweglichen Plattform, dem ersten Drehmotor und der Motorhalterungsanordnung verbunden. Die zweiten parallelen Ketten sind mit der beweglichen Plattform, dem zweiten Drehmotor und der Motorhalterungsanordnung verbunden. Die Anordnung zur seriellen Translation ist mit der Tragstruktur und der Motorhalterungsanordnung verbunden und enthält einen linearen Aktuator und einen dritten Drehmotor. Der Sensor ist mit der beweglichen Plattform verbunden und konfiguriert, eine durch eine menschliche Bedienungsperson auf die bewegliche Plattform ausgeübte Kraft zu detektieren und ein Signal zu erzeugen, das die ausgeübte Kraft angibt. Das Steuermodul ist konfiguriert, die Drehmotoren und den dritten Drehmotor basierend auf dem Signal zu steuern, um die menschliche Bedienungsperson beim Bewegen der beweglichen Plattform bezüglich der Tragstruktur zu unterstützen.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die ersten parallelen Ketten eine erste Kette und eine zweite Kette. Die erste Kette erstreckt sich parallel zur zweiten Kette. Die zweiten parallelen Ketten enthalten eine dritte Kette und eine vierte Kette. Die dritte Kette erstreckt sich parallel zur vierten Kette.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die ersten parallelen Ketten eine erste Kette. Die erste Kette ist mit einem ersten Motor der Motorhalterungsanordnung und mit einer Platte der Motorhalterungsanordnung verbunden. Die zweiten parallelen Ketten enthalten eine zweite Kette. Die zweite Kette ist mit einem zweiten Motor der Motorhalterungsanordnung und mit der Platte der Motorhalterungsanordnung verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die ersten parallelen Ketten eine obere äußere Kette und eine untere innere Kette, die einwärts und unterhalb der oberen äußeren Kette angeordnet ist.
Gemäß anderen Merkmalen enthält die untere innere Kette zwei parallel verlaufende Ketten.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die ersten parallelen Ketten: eine erste Kette, die drei Gelenke, ein Verbindungsstück, zwei Stäbe und eine Gabel enthält; und eine zweite Kette, die fünf Gelenke und drei Stäbe enthält.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die ersten parallelen Ketten: eine erste Kette, die erste Drehgelenke enthält; und eine zweite Kette, die zweite Drehgelenke enthält.
Gemäß anderen Merkmalen stellen die ersten parallelen Ketten und die zweiten parallelen Ketten zwei parallelogrammförmige Anordnungen bereit.
Gemäß anderen Merkmalen stellen die ersten parallelen Ketten, die zweiten parallelen Ketten, die Motorhalterungsanordnung und die Anordnung zur seriellen Translation eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden für die bewegliche Plattform bereit.
Gemäß anderen Merkmalen enthält das Robotersystem ferner ein Befestigungswerkzeug, das an der beweglichen Plattform und/oder dem Sensor angebracht ist.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der lineare Aktuator: einen Riemen; erste Führungsschienen; einen Montageblock, der auf den ersten Führungsschienen verschiebbar ist und mit der Motorhalterungsanordnung und dem Riemen verbunden ist; zweite Führungsschienen; und ein Ausgleichsgewicht, das auf den zweiten Führungsschienen verschiebbar ist und mit dem Riemen verbunden ist.
Gemäß anderen Merkmalen wird ein Robotersystem geschaffen, das enthält: eine Tragstruktur; eine bewegliche Plattform; eine Motorhalterungsanordnung, Sätze paralleler Ketten, eine Anordnung zur seriellen Translation und ein Steuermodul. Die Motorhalterungsanordnung enthält Drehmotoren, wobei die Drehmotoren einen ersten Drehmotor und einen zweiten Drehmotor enthalten. Die Sätze paralleler Ketten sind über die Motorhalterungsanordnung mit der beweglichen Plattform und den Drehmotoren verbunden und stellen eine parallelogrammförmige Anordnung bereit. Die Anordnung zur seriellen Translation ist mit der Tragstruktur und der Motorhalterungsanordnung verbunden und enthält einen linearen Aktuator und einen dritten Drehmotor, wobei der lineare Aktuator die Sätze paralleler Ketten basierend auf der Ausgabe des dritten Drehmotors bewegt. Das Steuermodul ist konfiguriert, die Drehmotoren und den dritten Drehmotor zu steuern, um eine Bewegung in drei Freiheitsgraden der beweglichen Plattform bezüglich der Tragstruktur zu schaffen.
Gemäß anderen Merkmalen enthalten die Sätze paralleler Ketten: eine erste obere äußere Kette; eine zweite obere äußere Kette, die mit der ersten oberen äu-ßeren Kette eine erste Parallelogrammanordnung bereitstellt; eine erste untere innere Kette; und eine zweite untere innere Kette, die mit der ersten unteren inneren Kette eine zweite Parallelogrammanordnung bereitstellt.
Gemäß anderen Merkmalen enthält jede der ersten oberen äußeren Kette, der zweiten oberen äußeren Kette, der ersten unteren inneren Kette und der zweiten unteren inneren Kette Gelenke und Stäbe, die seriell verbunden sind.
Gemäß anderen Merkmalen erstreckt sich die erste obere äußere Kette parallel zur ersten unteren inneren Kette. Die zweite obere äußere Kette erstreckt sich parallel zur zweiten unteren inneren Kette.
Gemäß anderen Merkmalen enthält die erste untere inneren Kette zwei Ketten. Die zweite untere inneren Kette enthält zwei Ketten.
Gemäß anderen Merkmalen enthält das Robotersystem ferner einen Sensor, der mit der beweglichen Plattform verbunden ist und konfiguriert ist, eine durch eine menschliche Bedienungsperson auf die bewegliche Plattform ausgeübte Kraft zu detektieren und ein Signal zu erzeugen, das die ausgeübte Kraft angibt. Das Steuermodul ist konfiguriert, den Betrieb der Drehmotoren und des dritten Drehmotors zu steuern, um die menschliche Bedienungsperson bei der Bewegung der beweglichen Plattform zu unterstützen.
Gemäß anderen Merkmalen sind die Sätze paralleler Ketten konfiguriert, sich parallel zu einer Ebene zu bewegen.
Gemäß anderen Merkmalen stellen die Sätze paralleler Ketten bereit: eine erste Schleife zur Translation der beweglichen Plattform; und eine zweite Schleife, um das auf die bewegliche Plattform ausgeübte Drehmoment zu kompensieren.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der lineare Aktuator: einen Riemen; erste Führungsschienen; einen Montageblock, der auf den ersten Führungsschienen verschiebbar ist und mit der Motorhalterungsanordnung und dem Riemen verbunden ist; zweite Führungsschienen; und ein Ausgleichsgewicht, das auf den zweiten Führungsschienen verschiebbar ist und mit dem Riemen verbunden ist.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offensichtlich. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht vorgesehen, den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden; es zeigen:

1 eine perspektivische Vorderansicht eines Beispiels eines Robotersystems mit drei Freiheitsgraden (3-DOF-Robotersystems), das auf einem Gestell angebracht ist und einen einzelnen Hubmotor und zwei Stabdrehmotoren enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 eine perspektivische Vorderansicht des 3-DOF-Robotersystems nach 1 von oben;
3 eine perspektivische Rückansicht des 3-DOF-Robotersystems nach 1 von oben;
4 eine Unteransicht des 3-DOF-Robotersystems nach 1;
5 eine seitliche Querschnittsansicht eines Abschnitts des 3-DOF-Robotersystems nach 1 an der Schnittlinie A-A nach 4; und
6 ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung

In den Zeichnungen können Bezugszeichen mehrfach verwendet werden, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vollautomatische Robotersysteme enthalten typischerweise Controller, Motoren, Arme, Endeffektoren, Sensoren usw. zum automatischen Positionieren, Festlegen, Anschließen und/oder Befestigen von Komponenten. Es ist keine menschliche Wechselwirkung einbezogen. Jedes der vollautomatischen Robotersysteme ist anwendungseingeschränkt, komplex, teuer und benötigt einen beträchtlichen Platz.
Die hier dargelegten Beispiele enthalten 3-DOF-Robotersysteme (die als die „Robotersysteme“ bezeichnet werden), die automatisch und/oder zusammenarbeitend sind. Die Befestigungsoperationen können automatisch und/oder zusammenarbeitend ausgeführt werden. Die Robotersysteme verwenden menschliche Sinne und Intelligenz, um eine schnelle und genaue Befestigung zu Beginn einer Operation zu sicherzustellen, während die Mehrzahl der Operationen bei dem Robotersystem allein gelassen wird. Die Robotersysteme enthalten Plattformen, die durch eine Systembedienungsperson mit geringem Widerstand beweglich sind und die Befestigungswerkzeuge enthalten, die, sobald sie positioniert sind, die Befestigungsoperationen ohne Hilfe der Systembedienungsperson ausführen. Die Robotersysteme weisen eine leichte bis mittlere Betriebs-Nutzlastfähigkeit auf und sind kostengünstig und flexibel, so dass jedes Robotersystem für viele verschiedene Vorrichtungen und Komponenten anwendbar ist.
Die hier dargelegten Beispiele enthalten Robotersysteme, die Befestigungsoperationen, einschließlich fahrzeugbezogener und nicht fahrzeugbezogener Befestigungsoperationen, ausführen können. Die Robotersysteme können z. B. an Fahrzeugsystemen, Fahrzeugteilsystemen, Kraftmaschinen, Instrumententafeln, Rädern, Türen, Verkleidungen usw. verwendet werden. Die Robotersysteme können sowohl automatisch als auch zusammenarbeitend mehrere Befestigungsoperationen ausführen, während sie sich in derselben Orientierung befinden. Die Robotersysteme enthalten: parallele Ketten zur Translation in einer ersten Richtung (z. B. einer horizontalen Richtung); und serielle Translationsanordnungen für die Translation in einer zweiten Richtung (z. B. einer vertikalen Richtung). Die parallelen Ketten in der ersten Richtung unterstützen es, dem Drehmoment des Befestigungswerkzeugs zu widerstehen. Die Robotersysteme sind kompakt und stellen große Arbeitsbereiche bereit.
Die 1-5 zeigen ein 3-DOF-Robotersystem 100, das an einem Gestell 102 angebracht ist. Das Gestell 102 kann zwei Plattformen (oder Tische) 104, 105 enthalten, die das 3-DOF-Robotersystem 100 und eine Vorrichtung (z. B. eine Kraftmaschine) 106 tragen, die jeweils auf den Plattformen 104, 105 angeordnet sind. Obwohl die Vorrichtung 106 gezeigt ist, können andere bearbeitete Objekte auf der Plattform 105 angeordnet sein. Die erste Plattform 104 kann auf einer höheren Ebene als die zweite Plattform 105 angeordnet sein. Ein Bedienungsperson 108 steht vor der Vorrichtung 106 und kann ein nach außen vorstehendes Ende 109 des 3-DOF-Robotersystems 100 bewegen, um ein Befestigungselement an die Vorrichtung 106 zu setzen. Die Bedienungsperson 108 kann das nach außen vorstehende Ende 109 über die Griffe 110 bewegen, um ein Befestigungswerkzeug (z. B. eine Mutteranziehvorrichtung) 112 mit einer Befestigungselement-Haltespitze 114 zu der Stelle an der Vorrichtung 106 zu bewegen, an der das Befestigungselement angebracht und an der Vorrichtung 106 befestigt werden soll. Das Befestigungswerkzeug 112 kann verschiedene Befestigungselement-Haltespitzen für verschiedene Typen und Stile von Befestigungselementen halten. Jede Befestigungselement-Haltespitze kann für unterschiedliche Typen und Stile von Befestigungselementen einstellbar sein.
Das 3-DOF-Robotersystem 100 enthält einen Rahmen (oder ein Gestell) 120, der eine obere Platte 122 und eine untere Platte 123 aufweist, die auf der Plattform 104 sitzt und an der Plattform befestigt sein kann. Das 3-DOF-Robotersystem 100 ist ein hybrides serielles/paralleles System und enthält ferner: (i) ein paralleles System der Ketten 124 und (ii) eine Anordnung 126 zur seriellen Translation. Der erste Teil des hybriden seriellen/parallelen Systems (d. h., die Anordnung 126 zur seriellen Translation) stellt eine vertikale Bewegung bereit, während der zweite Teil des hybriden seriellen/parallelen Systems (d. h., das parallele System 124) eine horizontale Bewegung bereitstellt. Die gesamten hybriden seriellen/parallelen Systeme 100 sind konfiguriert, das Befestigungswerkzeug 112 in drei Translationsrichtungen (z. B. in den kartesischen Richtungen x, y, z) zu bewegen. Das parallele System der Ketten 124 ist konfiguriert, sich parallel zu einer Ebene zu bewegen. Die Ebene kann sich horizontal und/oder parallel zu den Tragplattformen 104, 105 erstrecken. Die Anordnung 126 zur seriellen Translation ist konfiguriert, das parallele System der Ketten 124 in eine Richtung (normalerweise eine Richtung außerhalb der Ebene, die durch die Bewegungen vom parallelen Mechanismus 124 erzeugt wird, z. B. eine vertikale Richtung) zu bewegen.
Die parallelen Systeme der Ketten 124 enthalten zwei Sätze hybrider serieller/paralleler Ketten 130, 132. Die Sätze paralleler Ketten 130, 132 enthalten die innere Schleife/das innere Paar Ketten, die/das aus der Kette 136B (den Stäben 182 und 188) auf der linken Seite und der Kette 136A (den Stäben 182 und 188) auf der rechten Seite besteht, wie in 4 am besten zu sehen ist. In 4 sind die Gelenke als Punkte gezeigt, während die Verbindungsstücke als Liniensegmente gezeigt sind. Die Motoren 142, 144 treiben die Ketten 136B und 136A an und bewegen die Plattform 146 für ebene 2DOF-Bewegungen. Die Sätze paralleler Ketten 130, 132 enthalten außerdem die äußere Schleife/das äußere Paar Ketten, die/das aus der Kette 134B (den Stäben 166 und 172) auf der linken Seite und der Kette 134A (166 und 172) auf der rechten Seite besteht, wie in 4 am besten zu sehen ist. Die innere Schleife/das innere Paar Ketten 136A, 136B ist mit der äußeren Schleife/dem äußeren Paar Ketten 134A, 134B unter Verwendung von Verbindungsstücken (eines der Verbindungsstücke ist in 2 mit 196 bezeichnet) verbunden, so dass auf jeder Seite zwei Parallelogramme erzwungen werden. Die Parallelogramme schränken die Drehung der Plattform 146 innerhalb einer Bewegungsebene ein, so dass sich die Plattform 146 nur entlang der 2 Translationsrichtungen innerhalb der Ebene bewegen kann. Um die Steifigkeit der Plattform 146 gegenüber einer Drehung aus der Ebene weiter zu erhöhen, ist jede der Ketten 136A und 136B mit zwei parallelen Stäben 188, 190 implementiert, wie in den 2-4 gezeigt ist.
Die Motorhalterungsanordnung 144 enthält eine erste Platte 150 und eine zweite Platte 152. Die zweite Platte 152 ist von der ersten Platte 150 entfernt angeordnet und mit dieser verbunden, so dass zwischen der ersten Platte 150 und der zweiten Platte 152 ein Spalt besteht. Die Motoren 140, 142 sind an der Motorhalterungsplattform 144 angebracht und bewegen jeweils eines der beiden parallelen Systeme der Ketten 124.
Jede der äußeren Ketten 134 kann mit der Platte 150 (die als das „Grund-Verbindungsstück“ bezeichnet wird) beginnen und enthält ein erstes Gelenk 164, einen ersten Stab 166, eine Gabel 168, ein zweites Gelenk 170, einen zweiten Stab 172 und ein drittes Gelenk 174, das mit der Plattform 146 verbunden ist. Die Platte 150 stellt für jede der Ketten 134 ein Grund-Verbindungsstück bereit, das durch die Linien 162 dargestellt ist. Jedes der Gelenke 164, 170, 174 ist ein Drehgelenk. Der Anfang der parallelen Kettenplatte 150 ist mit dem ersten Gelenk 164 verbunden. Das erste Gelenk 164 ist mit der ersten Platte 150 der Motorhalterungsplattform 144 und dem ersten Stab 166 verbunden. Die Gabel 168 ist mit dem ersten Stab 166 und dem zweiten Gelenk 170 verbunden. Das zweite Gelenk 170 ist mit der Gabel 168 und dem zweiten Stab 172 verbunden. Das dritte Gelenk 174 ist mit dem zweiten Stab 172 und der beweglichen Plattform 146 verbunden.
Jede der inneren Ketten 136 kann mit der Platte 150 (oder dem Grund-Verbindungsstück) beginnen und enthält ein erstes Gelenk 180, einen ersten Stab 182, ein Paar Gelenke (ein zweites und ein drittes Gelenk) 184, 186, einen zweiten Stab 188, einen dritten Stab 190, ein viertes Gelenk 192 und ein fünftes Gelenk 194. Jedes der Gelenke 180, 184, 186, 192, 194 ist ein Drehgelenk. Das erste Gelenk 180 ist mit einem der Motoren 140, 142 und dem ersten Stab 182 verbunden. Das Paar Gelenke 184, 186 ist mit dem ersten Stab 182, dem zweiten Stab 188 und dem dritten Stab 190 verbunden. Das Paar Gelenke 184, 186 verbindet den ersten Stab 182 mit dem zweiten und dem dritten Stab 188, 190. Das vierte Gelenk 192 ist mit dem zweiten Stab 188 und der beweglichen Plattform 146 verbunden. Das fünfte Gelenk 194 ist mit dem dritten Stab 190 und der beweglichen Plattform 146 verbunden. Das Paar Gelenke 184, 186 ist über ein Verbindungsstück 196 mit dem dritten Gelenk 170 der oberen äußere Kette 130 verbunden.
Die Anordnung 126 zur seriellen Translation enthält einen Montageblock 200, der über eine Platte 202 und einen linearen Aktuator 203 mit der Motorhalterungsanordnung 144 verbunden ist. Der Montageblock 200 kann auf ersten Führungsschienen 204, 206 gleiten, die sich durch die Buchsen 208, 210 im Montageblock 200 und zwischen den Platten 122, 123 erstrecken und mit diesen verbunden sind.
Der lineare Aktuator 203 bewegt den Montageblock 200 in einer linearen Richtung (z. B. in einer vertikalen Richtung). In einer Ausführungsform enthält der lineare Aktuator 203 einen Riemen 212, der über einen Drehmotor 218 an einer ersten und einer zweiten Rolle 214, 216 angetrieben ist. Die erste Rolle 214 ist an einer Welle des Drehmotors 218 befestigt. Die zweite Rolle 216 kann mit der oberen Platte 122 verbunden sein und darf sich drehen. Der Riemen 212 ist über eine erste Befestigungsplatte 219 am Montageblock 200 und über eine zweite Befestigungsplatte 221 an einem Ausgleichsgewicht 220 befestigt. Das Ausgleichsgewicht 220 wird verwendet, um das Gewicht des Montageblocks 200, der Motorhalterungsanordnung 144, der Motoren 140, 142, der hybriden seriellen/parallelen Systeme der Ketten 124, der beweglichen Plattform 146, des Befestigungswerkzeugs 112, der Griffe 110 und eines Sensors 230, die an der beweglichen Plattform 146 angebracht sein können, auszugleichen. Das Ausgleichsgewicht 220 kann auf zweiten Führungsschienen 222, 224 gleiten, die sich durch die Buchsen 226, 228 im Ausgleichsgewicht 220 und zwischen den Platten 122, 123 erstrecken und mit diesen verbunden sind. In einer weiteren Ausführungsform enthält der lineare Aktuator 203 eine Kugelumlaufspindel anstelle eines Riemens zum Bewegen des Montageblocks 200 in einer linearen Richtung.
Der Sensor 230 kann an der beweglichen Plattform 146 befestigt sein. In einer Ausführungsform ist der Sensor 230 zwischen der beweglichen Plattform 146 und dem Befestigungswerkzeug 112 befestigt. Ein Steuermodul 240 ist mit den Drehmotoren 140, 142, 216, dem Sensor 230 und dem Befestigungswerkzeug 112 verbunden. Das Steuermodul 240 steuert den Betrieb der Drehmotoren 140, 142, 216 und des Befestigungswerkzeugs 112 basierend auf den Signalen des Sensors 230 und einer Eingabevorrichtung 242. Der Sensor 230 kann an der Plattform 146 angebracht sein, wie gezeigt ist, und stellt dem Steuermodul 240 eine Rückmeldung bereit. In einer Ausführungsform ist der Sensor 230 ein 6-dimensionaler Sensor, der eine durch die Bedienungsperson 108 auf die Plattform 146 ausgeübte Kraft misst. Der Sensor 230 misst die Kräfte in den Richtungen kartesischer Koordinaten (x, y, z). Der Sensor 230 kann die Kraft und das Drehmoment messen, die durch die Bedienperson 108 und das Befestigungswerkzeug 112 auf die Plattform 146 ausgeübt werden. In einer Ausführungsform werden nur drei Kanäle des Sensors 230 verwendet, um die Kraft in den x-, y-, z-Richtungen und die entsprechenden Winkeldrehmomente um die x-, y-, z-Achsen zu messen.
Ein Steuermodul 240 steuert die Positionierung der beweglichen Plattform 146 und folglich des Befestigungswerkzeugs 112 bezüglich des Rahmens 120, der Tragplattformen 104, 105 und der Vorrichtung 106. Das Steuermodul 240 kann eine auf die Griffe 110 ausgeübte Kraft über den Sensor 230 detektieren und in Reaktion basierend auf der Rückmeldung von dem Sensor 230 durch das Unterstützen der Bedienungsperson 108 bei der Bewegung der beweglichen Plattform 146 in Richtung der ausgeübten Kraft eine aktive Nachgiebigkeit bereitstellen. Die bewegliche Plattform 146 kann in den x-, y- und z-Richtungen bewegt werden. Das Steuermodul 240 unterstützt die Bedienungsperson 108 bei der Bewegung der beweglichen Plattform 146 bezüglich einer Tragstruktur, wie z. B. der Plattformen 104, des Rahmens 120, der Platten 122, 123 und/oder einer anderen Tragstruktur.
Obwohl die Anordnung 126 zur seriellen Translation in einer vertikalen Anordnung gezeigt ist und konfiguriert ist, die hybriden seriellen/parallelen Systeme der Ketten 124 und folglich die bewegliche Plattform 146 in einer vertikalen Richtung zu bewegen, kann die Anordnung 126 zur seriellen Translation angeordnet sein, um die Plattform in einem Winkel bezüglich der Tragplattform 104 zu bewegen. Außerdem können die Anordnung 126 zur seriellen Translation und/oder die hybriden seriellen/parallelen Systeme der Ketten 124 umgedreht angeordnet sein.
In einer Ausführungsform arbeitet das 3-DOF-Robotersystem 100 als ein zusammenarbeitendes System, durch das (i) das Abtasten, die Bewegung der Plattform 146 zu einer Startposition und die Regelkreis-Rückkopplung durch die Bedienungsperson 108 bereitgestellt werden und (ii) das Abtasten, die Bewegung der Plattform 146 zu einer Startposition und das Befestigen (oder Festziehen) eines Befestigungselements durch das Robotersystem 100 ausgeführt werden. Die Bedienungsperson 108 bringt in einer Ausführungsform ein Befestigungselement an der Spitze des Befestigungswerkzeugs 112 an, bewegt die Plattform 146 mit der Unterstützung des 3-DOF-Robotersystems 100 zu einer Startposition, gibt an, das Befestigen des Befestigungselements zu beginnen, und wartet, um eine Fertigstellungsangabe zu hören und/oder zu sehen. Die Angabe, um das Befestigen zu beginnen, kann durch die Bedienungsperson 108 bereitgestellt werden, die die Eingabevorrichtung 242, wie z. B. eine Starttaste an der Plattform 146 oder an anderer Stelle, berührt. Die Eingabevorrichtung 242 kann sich an dem Robotersystem 100, dem Rahmen 120 oder an anderer Stelle befinden. Die Fertigstellungsangabe kann durch eine Anzeigevorrichtung 244 bereitgestellt werden. Die Anzeigevorrichtung 244 kann eine Leuchte, einen Lautsprecher, eine Klickvorrichtung, die konfiguriert ist, ein „Klick“-Geräusch zu erzeugen, wenn ein vorgegebenes Drehmomentniveau an dem entsprechenden Befestigungselement erreicht worden ist, eine Nachricht auf einer Anzeige usw. enthalten. In einer Ausführungsform erzeugt das Befestigungswerkzeug 112 das Klickgeräusch, wenn ein Befestigungselement auf das vorgegebene Niveau festgezogen worden ist. In einer weiteren Ausführungsform steuert das Steuermodul 240 automatisch die Anfangspositionierung des Befestigungswerkzeugs, um die Befestigungsorte und das Befestigen der Befestigungselemente festzulegen.
Das Steuermodul 240 steuert basierend auf einer Rückmeldung von dem Sensor 230 den Betrieb der Drehmotoren 140, 142, des Motors 147 des Befestigungswerkzeugs 112 und des Motors 218. Der Sensor 230 kann an der Plattform 146 angebracht sein, wie gezeigt ist, und stellt dem Steuermodul 240 eine Rückmeldung bereit. In einer Ausführungsform ist der Sensor 230 ein 6-dimensionaler Kraft- und Drehmomentsensor, der die Kraft und das Drehmoment misst, die durch die Bedienperson 108 und das Befestigungswerkzeug 112 auf die Plattform 146 ausgeübt werden. Der Sensor 230 misst die Kräfte und die Drehmomente in den Richtungen kartesischer Koordinaten (x, y, z).
6 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Robotersystems, wie z. B. irgendeines der hier offenbarten Robotersysteme. Das Verfahren kann bei 600 beginnen. Bei 602 kann ein Befestigungswerkzeug ein Befestigungselement ergreifen, wie oben beschrieben worden ist. Bei 604 kann ein Sensor (z. B. der Sensor 230 nach 2 oder ein anderer hier offenbarter Sensor) einer Plattform (z. B. der Plattform 146 nach 2 oder einer anderen beweglichen Plattform) des Robotersystems die Kraft (die Kräfte) und das (die) Drehmoment(e) detektieren, die auf die Plattform ausgeübt werden.
Bei 606 kann ein Steuermodul (z. B. das Steuermodul 240 nach 2) ein oder mehrere Steuersignale jeweils für einen oder mehrere Motoren basierend auf der Ausgabe des Sensors erzeugen. In einer Ausführungsform sind die durch das Steuermodul ausgeführten Operationen als maschinenausführbare Anweisungen implementiert, die in einem nicht transitorischen computerlesbaren Medium gespeichert sind. Bei 608 stellt das Steuermodul durch das Steuern der Ausgabe des einen oder der mehreren Motoren basierend auf dem einen oder den mehreren Motorsteuersignalen, um die Bewegung der Plattform zu unterstützen, eine aktive Nachgiebigkeit bereit. Die unterstützte Bewegung kann in den Richtungen x, y, z stattfinden.
Bei 610 kann das Steuermodul eine Angabe empfangen oder erzeugen, um das Befestigen eines Befestigungselements zu beginnen. Dies kann basierend auf einer von einem Anwender über die Eingabevorrichtung (z. B. die Eingabevorrichtung 242 nach 2) empfangenen Eingabe und/oder basierend auf einem Ort und/oder Orientierung der Plattform stattfinden. Bei 612 zieht das Steuermodul über das Befestigungswerkzeug das Befestigungselement bis zu einem vorgegebenen Drehmomentniveau fest. Bei 614 erzeugt das Steuermodul eine Angabe, dass das Befestigungselement festgezogen ist, wobei es das Befestigungselement freigibt. Falls es ein weiteres Befestigungselement gibt, um festgezogen zu werden, kann die Operation 602 ausgeführt werden, andernfalls kann das Verfahren bei 618 enden.
Die vorhergehende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Art und ist in keiner Weise vorgesehen, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in verschiedenen Formen implementiert sein. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, sollte deshalb der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so eingeschränkt werden, weil andere Modifikationen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden. Es sollte erkannt werden, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser Merkmale, die bezüglich irgendeiner Ausführungsform der Offenbarung beschrieben worden sind, in irgendeiner der anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit den Merkmalen irgendeiner der anderen Ausführungsform kombiniert sein, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schlie-ßen einander nicht aus, wobei Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung verbleiben.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung verschiedener Begriffe, z. B. „verbunden“, „im Eingriff‟, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf‟, „über“, „unter“ und „angeordnet“, beschrieben. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber außerdem eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, wenn sie nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben ist. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet wird, sollte er ausgelegt werden, dass er ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen ODER bedeutet, und nicht ausgelegt werden, dass er „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ bedeutet.
In den Figuren demonstriert die Richtung eines Pfeils, wie durch die Pfeilspitze angegeben ist, im Allgemeinen den Informationsfluss (wie z. B. von Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Wenn z. B. das Element A und das Element B verschiedene Informationen austauschen, aber die vom Element A zum Element B übertragenen Informationen für die Veranschaulichung relevant sind, kann der Pfeil vom Element A zum Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil impliziert nicht, dass keine anderen Informationen vom Element B zum Element A übertragen werden. Ferner kann das Element B für die vom Element A zum Element B gesendeten Informationen Anforderungen für die oder Empfangsquittungen der Informationen an das Element A senden.
In dieser Anmeldung einschließlich der Definitionen im Folgenden kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, Teil sein von, oder enthalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam benutzt, dediziert oder Gruppe), die den durch die Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen der Obigen, wie z. B. in einem System auf einem Chip.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), dem Internet, einem Weitbereichsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann zwischen mehreren Modulen verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Mehrere Module können z. B. einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (das außerdem als ein entferntes oder Cloud-Modul bekannt ist) einige Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam benutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die etwas oder alles des Codes von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einiges oder alles des Codes von einem oder mehreren Modulen ausführt. Die Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Dies, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzigen Die, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus dem Obigen. Der Begriff gemeinsam benutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die etwas oder alles des Codes von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern etwas oder alles des Codes 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 z. B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff CRM kann deshalb als greifbar und nicht transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nicht transitorischen, greifbaren CRM sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie z. B. eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare programmierbare Festwertspeicherschaltung oder eine Maskenfestwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (z. B. eine statische Schreib-Lese-Speicher-Schaltung oder eine dynamische Schreib-Lese-Speicher-Schaltung), magnetische Speichermedien (wie z. B. ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie z. B. eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray-Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer implementiert sein, der durch das Konfigurieren eines Universalcomputers erzeugt wird, um eine oder mehrere spezielle in Computerprogrammen verkörperte Funktionen auszuführen. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Ablaufplankomponenten und anderen Elemente dienen als Software-Spezifikationen, die durch die Routinearbeit eines ausgebildeten Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme enthalten prozessorausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nicht transitorischen, greifbaren CRM gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten oder sich auf gespeicherte Daten stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Eingabe-/Ausgabesystem (BIOS), das mit der Hardware des Spezialcomputers wechselwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit speziellen Vorrichtungen des Spezialcomputers wechselwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Anwenderanwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, wie z. B. HTML (Hypertext-Auszeichnungssprache), XML (erweiterbare Auszeichnungssprache) oder JSON (JavaScript-Objektbezeichnung), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der durch einen Compiler aus Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler usw. Lediglich als Beispiele kann der Quellcode unter Verwendung der Syntax von Sprachen einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext-Auszeichnungssprache, 5. Überarbeitung), Ada, ASP (Aktive Server-Seiten), PHP (PHP: Hypertext-Vorprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims

Robotersystem, das umfasst: eine Tragstruktur; eine bewegliche Plattform; eine Motorhalterungsanordnung, die mehrere Drehmotoren umfasst, wobei die mehreren Drehmotoren einen ersten Drehmotor und einen zweiten Drehmotor umfassen; mehrere erste parallele Ketten, die mit der beweglichen Plattform, dem ersten Drehmotor und der Motorhalterungsanordnung verbunden sind; mehrere zweite parallele Ketten, die mit der beweglichen Plattform, dem zweiten Drehmotor und der Motorhalterungsanordnung verbunden sind; eine Anordnung zur seriellen Translation, die mit der Tragstruktur und der Motorhalterungsanordnung verbunden ist und einen linearen Aktuator und einen dritten Drehmotor umfasst; einen Sensor, der mit der beweglichen Plattform verbunden ist und konfiguriert ist, eine durch eine menschliche Bedienungsperson auf die bewegliche Plattform ausgeübte Kraft zu detektieren und ein Signal zu erzeugen, das die ausgeübte Kraft angibt; und ein Steuermodul, das konfiguriert ist, die mehreren Drehmotoren und den dritten Drehmotor basierend auf dem Signal zu steuern, um die menschlichen Bedienungsperson beim Bewegen der beweglichen Plattform bezüglich der Tragstruktur zu unterstützen.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei: die mehreren ersten parallelen Ketten eine erste Kette und eine zweite Kette umfassen; sich die erste Kette parallel zur zweiten Kette erstreckt; die mehreren zweiten parallelen Ketten eine dritte Kette und eine vierte Kette umfassen; und sich die dritte Kette parallel zur vierten Kette erstreckt.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei: die mehreren ersten parallelen Ketten eine erste Kette umfassen; die erste Kette mit einem ersten Motor der Motorhalterungsanordnung und mit einer Platte der Motorhalterungsanordnung verbunden ist; die mehreren zweiten parallelen Ketten eine zweite Kette umfassen; und die zweite Kette mit einem zweiten Motor der Motorhalterungsanordnung und mit der Platte der Motorhalterungsanordnung verbunden ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren ersten parallelen Ketten umfassen: eine obere äußere Kette; und eine untere innere Kette, die einwärts und unterhalb der oberen äußeren Kette angeordnet ist.
Robotersystem nach Anspruch 4, wobei die untere innere Kette zwei parallel verlaufende Ketten umfasst.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren ersten parallelen Ketten umfassen: eine erste Kette, die drei Gelenke, ein Verbindungsstück, zwei Stäbe und eine Gabel umfasst; und eine zweite Kette, die fünf Gelenke und drei Stäbe umfasst.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren ersten parallelen Ketten umfassen: eine erste Kette, die mehrere erste Drehgelenke umfasst; und eine zweite Kette, die mehrere zweite Drehgelenke umfasst.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren ersten parallelen Ketten und die mehreren zweiten parallelen Ketten zwei parallelogrammförmige Anordnungen bereitstellen.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren ersten parallelen Ketten, die mehreren zweiten parallelen Ketten, die Motorhalterungsanordnung und die Anordnung zur seriellen Translation eine Bewegung in drei Freiheitsgraden für die bewegliche Plattform bereitstellen.
Robotersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Befestigungswerkzeug umfasst, das an der beweglichen Plattform und/oder dem Sensor befestigt ist.