專利名稱：用于使重力平衡負(fù)載體自動(dòng)移動(dòng)的方法和執(zhí)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使重力平衡負(fù)載體自動(dòng)移動(dòng)的方法和一種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于負(fù)載體的重力平衡裝置。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)DE 102008032322A1公開了一種利用輕型機(jī)器人裝配兩個(gè)零件的方法，其中，首先利用機(jī)器人拿起第一個(gè)零件，隨后通過至少一個(gè)子區(qū)域(Teilbereich)插入第二個(gè)零件的缺口中，在此，在兩個(gè)零件之間已經(jīng)提前發(fā)生接觸。因此在插入運(yùn)動(dòng)期間，第一個(gè)零件通過輕型機(jī)器人至少暫時(shí)性地振蕩移動(dòng)。輕型機(jī)器人在此是指與其承載能力相比，這種機(jī)器人具有較小的自重和精準(zhǔn)的力控制。由于具有很輕的自重和精準(zhǔn)的控制，可以在將零件相對(duì)安裝時(shí)使其提前彼此發(fā)生接觸，而不會(huì)因此而損壞零件。
專利文獻(xiàn)US 2011/0048649 Al提出了一種輪胎安裝設(shè)備，其中，車輪固定螺母擰緊工具借助于直接與其相連接的重力平衡裝置保持在懸浮裝置(Schwebe)中，在此為分立的工業(yè)機(jī)器人配備夾持工具，用以抓住位于懸浮裝置中的車輪固定螺母擰緊工具，以自動(dòng)移動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種替代的、特別是經(jīng)過改進(jìn)的用于使重力平衡的負(fù)載體自動(dòng)移動(dòng)的方法和執(zhí)行系統(tǒng)(Handhabungssystem)。本發(fā)明的目的通過一種使重力平衡的負(fù)載體自動(dòng)移動(dòng)的方法得以實(shí)現(xiàn)，在該方法中，負(fù)載體受到負(fù)載體保持裝置支承，該負(fù)載體保持裝置與用于使負(fù)載體自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接，在此設(shè)置具有連接節(jié)肢的重力平衡裝置，該連接節(jié)肢附連(angreifen)在機(jī)器人的節(jié)肢或末端執(zhí)行器法蘭上，以使負(fù)載體實(shí)現(xiàn)重力平衡。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，負(fù)載體并不直接懸掛在重力平衡裝置上，而是固定在負(fù)載體保持裝置上，負(fù)載體保持裝置與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接，在此，重力平衡裝置附連在機(jī)器人上，特別是附連在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上，而不是直接附連在負(fù)載體或負(fù)載體保持裝置上。機(jī)器人可以具有操縱器臂和控制裝置?？刂蒲b置設(shè)計(jì)用于操縱器臂的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。負(fù)載體例如可以是在裝配過程中要被定位或組裝的組件。負(fù)載體保持裝置可以是機(jī)器人的末端執(zhí)行器。負(fù)載體保持裝置特別可以是夾鉗，其被固定、不可松脫地連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上，也就是法蘭連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，負(fù)載體主要、特別是至少在最大程度上或完全由重力平衡裝置支承，其中，重力平衡裝置將與重力相反的力通過機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭傳遞到負(fù)載體上。此外，還可以傳遞具有不與重力方向相反的分力的力。這種力一般從機(jī)器人的法蘭指向重力平衡裝置。因此，負(fù)載體可以通過機(jī)器人臂移動(dòng)，負(fù)載體具有較高的質(zhì)量，特別是其質(zhì)量要比根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)載能力可以由機(jī)器人單獨(dú)承載的質(zhì)量高得多。機(jī)器人至少在很大程度上或完全僅用于負(fù)載體在空間中的移動(dòng)，而不必將機(jī)器人設(shè)計(jì)或設(shè)置用于完全支承負(fù)載體。重力平衡裝置的連接節(jié)肢(Anschlussglied)可以通過具有至少一個(gè)自由度、尤其是具有三個(gè)自由度的關(guān)節(jié)連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上。該連接節(jié)肢提供了一種連接重力平衡裝置與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭的方式。該連接節(jié)肢可以通過關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)裝置與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接。關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)裝置例如可以具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。重力平衡裝置的連接節(jié)肢可以通過關(guān)節(jié)連接件(Gelenkkoppel)與機(jī)器人的節(jié)肢，特別是與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接，該關(guān)節(jié)連接件特別是具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。優(yōu)選關(guān)節(jié)連接件聯(lián)結(jié)在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上。但是，關(guān)節(jié)連接件也可以聯(lián)結(jié)在機(jī)器人的其他節(jié)肢上。在此，末端執(zhí)行器法蘭構(gòu)成了機(jī)器人的特殊節(jié)肢，即機(jī)器人遠(yuǎn)端的末端節(jié)肢。如果將重力平衡裝置聯(lián)結(jié)在機(jī)器人的不同于固定有負(fù)載體保持裝置的節(jié)肢的其他節(jié)肢上，則要確保位于重力平衡裝置的連接節(jié)肢和負(fù)載體保持裝置之間的機(jī)器人的節(jié)肢和/或關(guān)節(jié)能夠傳遞由于負(fù)載體的質(zhì)量和重力和/或由慣性力而出現(xiàn)的支承力。然而，在 最簡單的情況下，重力平衡裝置直接連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上，負(fù)載體保持裝置直接法蘭連接在該末端執(zhí)行器法蘭上，從而在重力平衡裝置和負(fù)載體保持裝置之間不再有機(jī)器人的節(jié)肢和/或關(guān)節(jié)。在所有的實(shí)施方式中，重力平衡裝置可以單獨(dú)根據(jù)機(jī)器人和/或負(fù)載體的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)而被動(dòng)地、特別是無自驅(qū)動(dòng)地伴隨運(yùn)動(dòng)。因此，重力平衡裝置不必?fù)碛凶约旱尿?qū)動(dòng)器，而是可以被構(gòu)造成主要或僅為機(jī)械式的關(guān)節(jié)裝置。在一種實(shí)施方式中，重力平衡裝置可以由具有兩個(gè)自由度的機(jī)械式關(guān)節(jié)懸臂(Gelenkausleger)構(gòu)成，其懸臂端部可以在水平面內(nèi)自由調(diào)整。因此，負(fù)載體例如可以掛在類似起重機(jī)的起重纜索上，該起重纜索從機(jī)械式活動(dòng)懸臂的懸臂端部向下垂落。負(fù)載體此時(shí)“自由浮動(dòng)地”懸掛著，即僅通過纜索吊在空中。纜索可以連接在這樣的裝置上該裝置在纜索上施加至少近似相當(dāng)于負(fù)載體重力的拉力。在一種實(shí)施方式中，重力平衡裝置可以僅對(duì)由負(fù)載體的質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償。在這種情況下，必須由機(jī)器人額外承擔(dān)一定的支承力，即，例如舉起負(fù)載體保持裝置和/或末端執(zhí)行器法蘭和/或由于當(dāng)負(fù)載體圍繞水平軸傾斜時(shí)而產(chǎn)生的額外力矩。這種力不必通過負(fù)載體的重心。此外，還可以或必須至少部分或完全地吸收動(dòng)態(tài)的力。在一種可選的實(shí)施方式中，重力平衡裝置除了對(duì)由負(fù)載體質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償之外，還可以對(duì)由負(fù)載體保持裝置的質(zhì)量和/或由機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭和/或一個(gè)或多個(gè)節(jié)肢的質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償。因此，機(jī)器人臂可以利用重力平衡裝置減輕由負(fù)載體保持裝置和/或各個(gè)節(jié)肢、特別是末端執(zhí)行器法蘭的質(zhì)量所產(chǎn)生的重力。此外，本發(fā)明的目的還通過一種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，其特別是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，該系統(tǒng)具有用于負(fù)載體的重力平衡裝置，其在負(fù)載側(cè)配備有連接節(jié)肢；以及負(fù)載體保持裝置和用于使重力平衡的負(fù)載體自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，該機(jī)器人具有末端執(zhí)行器法蘭，其中，重力平衡裝置的連接節(jié)肢通過關(guān)節(jié)連接件連接在機(jī)器人的節(jié)肢或末端執(zhí)行器法蘭上。因此，在根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)中，負(fù)載體并不直接懸掛在重力平衡裝置上，而是固定在與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接的負(fù)載體保持裝置上，其中，重力平衡裝置通過關(guān)節(jié)連接件附連在機(jī)器人上，特別是附連在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上，而不是直接附連在負(fù)載體或負(fù)載體保持裝置上。機(jī)器人可以包括操縱器臂和控制裝置。該控制裝置可以設(shè)計(jì)用于使操縱器臂自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。負(fù)載體例如可以是在裝配過程中要被定位或組裝的組件。負(fù)載體保持裝置可以是機(jī)器人的末端執(zhí)行器。負(fù)載體保持裝置特別可以是夾鉗，其被固定、不可松脫地連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上，也就是法蘭連接在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上。重力平衡裝置的連接節(jié)肢可以借助于關(guān)節(jié)連接件通過至少一個(gè)自由度、特別通過三個(gè)自由度聯(lián)結(jié)在機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭上。該連接節(jié)肢提供了一種將重力平衡裝置與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭連接起來的方式。該連接節(jié)肢可以通過關(guān)節(jié)連接件與機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭相連接。關(guān)節(jié)連接件例如可以具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在一種具體的實(shí)施方式中，機(jī)器人的將該機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭與在運(yùn)動(dòng)鏈中直接位于該末端執(zhí)行器法蘭前面的節(jié)肢相連接的關(guān)節(jié)構(gòu)造為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。在這種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的所有實(shí)施方式中，關(guān)節(jié)連接件可以具有與機(jī)器人節(jié)肢、特別是末端執(zhí)行器法蘭可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的連接節(jié)肢(Verbindungsglied),該連接節(jié)肢通過至少一個(gè)關(guān)節(jié)、特別是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)與保持節(jié)肢(Halteglied)相連接，該保持節(jié)肢與重力平衡裝置的連接節(jié)肢相耦合。連接節(jié)肢具有圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在機(jī)器人的節(jié)肢上、特別是安裝在末端執(zhí)行器法蘭上的環(huán)形體，該環(huán)形體借助于兩個(gè)彼此相對(duì)、特別是徑向向外位于共有的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，它們可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在部分環(huán)形和/或馬鐙形的保持節(jié)肢上，該保持節(jié)肢在其側(cè)面圍繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與重力平衡裝置的連接節(jié)肢相連接。末端執(zhí)行器法蘭是機(jī)器人的一種特殊節(jié)肢。如果將末端執(zhí)行器法蘭可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在機(jī)器人臂的最后關(guān)節(jié)上，則可以通過滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承將連接節(jié)肢可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在末端執(zhí)行器法蘭上。關(guān)節(jié)連接件可以具有馬鐙形的保持節(jié)肢。該馬鐙形的保持節(jié)肢可以沿圓形路徑伸展約270度角。該圓形路徑的半徑可以這樣選擇在末端執(zhí)行器法蘭附近的節(jié)肢可以完全沉入由馬鐙形保持節(jié)肢圍繞而成的自由空間中。該馬鐙形的保持節(jié)肢在其上端部區(qū)域內(nèi)具有指向內(nèi)部的缺口，重力平衡裝置的環(huán)形連接節(jié)肢嵌接在該缺口上。該連接節(jié)肢或者可以借助于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接件與纜索相連接，或者直接固定在纜索上，在此可以通過扭轉(zhuǎn)纜索實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。馬鐙形的保持節(jié)肢可以構(gòu)造為對(duì)稱的。在馬鐙形保持節(jié)肢的兩個(gè)彼此相對(duì)的端部上，可以在其中每一個(gè)上都設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)特別是可以位于共同的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。在這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上可以安裝環(huán)形體形式的連接節(jié)肢。該環(huán)形體可以構(gòu)成軸承、特別是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的外環(huán)。該環(huán)形體也可以構(gòu)造為單獨(dú)的組件，其與軸承、特別是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的外環(huán)相連接。因此軸承或其內(nèi)環(huán)可以與末端執(zhí)行器法蘭固定連接。就此而言，環(huán)形體可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在末端執(zhí)行器法蘭上。通過關(guān)節(jié)連接件和纜索可以實(shí)現(xiàn)具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的關(guān)節(jié)連接件，連接機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭通過該關(guān)節(jié)連接件與重力平衡裝置連接。此外，也被稱為平衡器系統(tǒng)的重力平衡裝置通常也用于手動(dòng)操作，以便使人們能夠以較小的力將較重的對(duì)象移動(dòng)至新的位置。、
在此平衡器系統(tǒng)的機(jī)械裝置能夠沿垂直方向在對(duì)象上施加力并將其提起。在此由使用者設(shè)定對(duì)象需要被提起的高度。在此可以由使用者手動(dòng)地使對(duì)象側(cè)向移動(dòng)。平衡器的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為使得能夠進(jìn)行這樣的側(cè)向移動(dòng)。平衡器的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以通過其他的機(jī)械結(jié)構(gòu)與待提起的對(duì)象相連接，也可以被稱為負(fù)載體保持裝置或被稱為對(duì)象保持器(Gegenstandhalter)。這種對(duì)象保持器可以擁有其它的自由度，特別是主動(dòng)自由度，這可以由使用者進(jìn)行控制。因此，例如可以將負(fù)載體保持裝置設(shè)計(jì)為夾鉗，其在打開位置和抓住負(fù)載體的閉合位置之間是可調(diào)整的。這種平衡器系統(tǒng)也可以由機(jī)器人使用。在此，機(jī)器人例如主動(dòng)在平面中移動(dòng)對(duì)象，待提起對(duì)象的重力部分或完全地由平衡器抵消。在此由機(jī)器人觸發(fā)或造成平衡器的垂直運(yùn)動(dòng)。在此可以將這種包括平衡器和對(duì)象保持器的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為與手動(dòng)使用的平衡器系統(tǒng)是一致的。對(duì)象保持器抓住待提起的對(duì)象，而機(jī)器人抓住對(duì)象或?qū)ο蟊３制鳌Ｍㄟ^機(jī)器人的平衡器系統(tǒng)的支持，機(jī)器人能夠至少以降低了的動(dòng)力來移動(dòng)對(duì)象， 對(duì)于其重力，機(jī)器人實(shí)際上并未加以考慮。這些對(duì)象應(yīng)該由機(jī)器人在平衡器的支持下置于具有干擾輪廓的環(huán)境中的新位置上。使用這種與機(jī)器人關(guān)聯(lián)的平衡器系統(tǒng)的問題在于對(duì)象保持器的較大的干擾輪廓，對(duì)象保持器與平衡器系統(tǒng)、也就是與重力平衡裝置相對(duì)應(yīng)。這將致使由平衡器和對(duì)象保持器組成的整個(gè)系統(tǒng)需要在每次使用時(shí)都進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，以便將這種干擾輪廓放置在對(duì)每個(gè)任務(wù)都不會(huì)造成妨礙的地點(diǎn)。在這里，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種使重力平衡的負(fù)載體自動(dòng)移動(dòng)的方法和一種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其中，通過重力平衡裝置支持機(jī)器人的正常運(yùn)動(dòng)，在設(shè)計(jì)對(duì)象保持器、即負(fù)載體保持裝置時(shí)不考慮重力平衡裝置，而是可以根據(jù)所使用的機(jī)器人和任務(wù)分配、特別是組裝任務(wù)分配來設(shè)計(jì)負(fù)載體保持裝置。由此可以避免較大的干擾輪廓。利用這種平衡器系統(tǒng)可以盡可能多地支持機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，而不必分別進(jìn)行調(diào)整。在空間中，物體，也就是負(fù)載體可以通過機(jī)器人在六個(gè)自由度上運(yùn)動(dòng)。平衡器不應(yīng)該限制這種運(yùn)動(dòng)可能性，并且平衡器應(yīng)該吸收負(fù)載體的全部或部分重力。此外，平衡器和/或負(fù)載體保持裝置應(yīng)該具有盡可能小的干擾輪廓，這種干擾輪廓可能會(huì)在工作環(huán)境中導(dǎo)致碰撞。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，將由整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的功能分成多個(gè)子功能，并與多個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。在此平衡器能夠在平面中移動(dòng)。提升機(jī)械裝置能夠提升對(duì)象。根據(jù)平衡器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，還可以將該功能集成在平衡器中。對(duì)象保持器可以與待提升的對(duì)象相連接，并且對(duì)象能夠圍繞單個(gè)或所有的空間軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在一種實(shí)施方式中，對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以由機(jī)器人的法蘭實(shí)現(xiàn)。在此平衡器的在垂直方向上的力直接被傳遞給機(jī)器人的法蘭，由此可以減輕機(jī)器人的節(jié)肢和/或傳動(dòng)關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān)。將力傳遞到法蘭的機(jī)械結(jié)構(gòu)只是輕微地限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。將力傳遞到法蘭的機(jī)械結(jié)構(gòu)特別是僅形成較小的圍繞機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的干擾輪廓?？梢詫C(jī)器人的法蘭延長較小的長度，例如15mm。在機(jī)器人的法蘭和待提升的對(duì)象之間以及圍繞對(duì)象將不再產(chǎn)生另外的干擾輪廓。在一種實(shí)施方式中，通過懸掛裝置(Aufhangung )實(shí)現(xiàn)對(duì)法蘭的力傳遞，該懸掛裝置具有三個(gè)被動(dòng)自由度。該懸掛裝置通過第一軸承與機(jī)器人法蘭相連接，其中，法蘭可以自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。在軸承外環(huán)的缺口中保持有環(huán)，缺口通過第二軸承與環(huán)鉸接連接。此外，環(huán)從上方被固定。這種連接可以垂直圍繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是圍繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，就此來說，該連接構(gòu)成第三軸承。力通過該連接傳遞到懸掛裝置上，懸掛裝置垂直向上和/或沿重力平衡裝置所在的方向移動(dòng)。懸掛裝置的環(huán)具有較大的內(nèi)徑，從而使機(jī)器人的至少一個(gè)預(yù)安裝在運(yùn)動(dòng)鏈上的節(jié)肢能夠不與環(huán)發(fā)生碰撞地插入環(huán)中。當(dāng)平衡器的第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸和保持力方向(Haltekraftrichtung)之間的角度不等于零時(shí)，懸掛裝置的角度調(diào)整總是唯一的。懸掛裝置具有如下特性只要該角度不等于零，則懸掛裝置上的力總是垂直穿過懸掛裝置的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的交點(diǎn)，該交點(diǎn)位于法蘭的中心。當(dāng)該角度等于零時(shí)，力仍然穿過該交點(diǎn)。但此時(shí)關(guān)節(jié)在法蘭上的位置不再是唯一的。如果機(jī)器人的法蘭垂直于保持力的方向，則懸掛裝置的第一和第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸彼此同軸，并因此能夠自由地相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，懸掛裝置在該位置上沒有能夠使機(jī)器人的倒數(shù)第二個(gè)滾動(dòng)關(guān)節(jié)(Rollgelenk)轉(zhuǎn)動(dòng)的獨(dú)立的關(guān)節(jié)。替代地，環(huán)上的力傳遞本身可以在懸掛點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。

為了確保當(dāng)法蘭離開垂直于保持力的方向的位置時(shí)，懸掛裝置的角位置是唯一的，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)必須滿足一定的前提條件。首先，機(jī)器人的法蘭必須向前傾斜，以獲得正角度，該角度例如在圖3和圖6中可以由圖面向外擺動(dòng)。這將確保懸掛裝置的角位置是唯一的。在由平衡器和提升機(jī)械裝置組成的系統(tǒng)的實(shí)施例中，提升機(jī)械裝置可以由滑車組構(gòu)成，其被牢固地安裝在位于機(jī)器人工作點(diǎn)上方的天花板上。在這種情況下，當(dāng)機(jī)器人法蘭運(yùn)動(dòng)離開工作點(diǎn)時(shí)，作用于機(jī)器人的懸掛裝置上的力不再垂直向上。天花板位于距離機(jī)器人工作點(diǎn)上方足夠遠(yuǎn)，從而當(dāng)機(jī)器人將其法蘭從工作點(diǎn)側(cè)向移開時(shí)，機(jī)器人能夠使用側(cè)向力。在由平衡器和提升機(jī)械裝置組成的系統(tǒng)的另一可選實(shí)施例中，提升機(jī)械裝置可以由滑車組構(gòu)成，其通過直線導(dǎo)軌安裝在天花板上。機(jī)器人在其工作空間中使用兩個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)上機(jī)器人需要支持力；或者使用多個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)至少大約位于一條直線上。在兩個(gè)工作點(diǎn)之間，將直線導(dǎo)軌安裝在天花板上，使得每個(gè)端部都位于一個(gè)工作點(diǎn)的上方。此外，直線導(dǎo)軌可以在終點(diǎn)上具有止動(dòng)件和/或阻擋件，當(dāng)以設(shè)定的動(dòng)力將導(dǎo)軌滑座(Fuhrungsschlitten)牽引至工作點(diǎn)位置時(shí)，導(dǎo)軌滑座可以在終點(diǎn)處直接停在其工作點(diǎn)的上方。


下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。其中圖I示出了具有重力平衡裝置、負(fù)載體和機(jī)器人的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的透視示意圖，圖2示出了機(jī)器人在其具有根據(jù)本發(fā)明的關(guān)節(jié)連接件的一種實(shí)施方式的法蘭區(qū)域中的第一部分透視圖，圖3示出了機(jī)器人在具有如圖I所示關(guān)節(jié)連接件的法蘭區(qū)域中的第二部分透視圖，圖4示出了機(jī)器人在具有如圖I所示關(guān)節(jié)連接件的法蘭區(qū)域中的第一側(cè)視圖，圖5示出了機(jī)器人在具有如圖I所示關(guān)節(jié)連接件的法蘭區(qū)域中的第二側(cè)視圖，圖6示出了機(jī)器人在具有如圖I所示關(guān)節(jié)連接件的法蘭區(qū)域中的前視圖。
具體實(shí)施例方式在圖I中示出了機(jī)器人1，特別是工業(yè)機(jī)器人。在所示出的本發(fā)明的實(shí)施例中例如是KUKA LBR III型的輕型機(jī)器人。機(jī)器人I具有操縱器臂Ia和控制裝置lb。操縱器臂Ia在其末端執(zhí)行器法蘭2上具有末端執(zhí)行器3a，特別是夾鉗形式的末端執(zhí)行器，其在下文中也被稱為負(fù)載體保持裝置3。末端執(zhí)行器3a也在很大程度上特別是也可以稱為夾鉗。所示出的末端執(zhí)行器3a可以具有兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的夾鉗夾片(Greiferbacke) 4和5。負(fù)載體6保持在夾鉗夾片4和5之間。操縱器臂Ia具有節(jié)肢7，這些節(jié)肢7通過關(guān)節(jié)8相互連接。通過操縱器臂Ia的關(guān)節(jié)8的運(yùn)動(dòng)使末端執(zhí)行器3a運(yùn)動(dòng)，并由此使負(fù)載體6運(yùn)動(dòng)。負(fù)載體6例如可以是在機(jī)器生產(chǎn)過程中在組裝期間要被移動(dòng)的機(jī)器配件?？刂蒲b置Ib用于使操縱器臂Ib自動(dòng)運(yùn)動(dòng)。、
根據(jù)本發(fā)明，不是由操縱器臂la，而是由單獨(dú)的重力平衡裝置9對(duì)負(fù)載體6進(jìn)行重力平衡。如在該實(shí)施例中示出的，重力平衡裝置9可以具有固定安裝的立柱10。重力平衡裝置9的懸臂12可以通過第一被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)11圍繞第一垂直軸可擺動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。支承臂14通過第二被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)13連接在懸臂12上。在該實(shí)施例中，纜索16從支承臂14的自由伸出的端部15垂直向下。在一種未不出的可選的實(shí)施方式中，使用桿代替纜索16。桿的優(yōu)點(diǎn)在于，在平衡器被動(dòng)移動(dòng)時(shí)，桿也可以傳遞橫向力。纜索16的自由端具有連接節(jié)肢17。借助于兩個(gè)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)11和13，支承臂14的自由伸出的端部15可以在水平取向的平面內(nèi)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。借助于通過平衡裝置20的第一轉(zhuǎn)向滑輪18和第二轉(zhuǎn)向滑輪19引導(dǎo)的纜索16，可以使纜索16或連接節(jié)肢17在根據(jù)纜索16的指向重力方向的纜索部分的垂直方向上下降和/或上升。根據(jù)由負(fù)載體6的質(zhì)量引起的、作用在連接節(jié)肢17上的重力，平衡裝置20可以在纜索16上施加拉力，該拉力與由負(fù)載體6的質(zhì)量引起并作用在連接節(jié)肢17上的重力相反，特別是其大小與該重力相等，從而使負(fù)載體6自由擺動(dòng)地懸掛在纜索16上。根據(jù)本發(fā)明，負(fù)載體6由負(fù)載體保持裝置3保持，該負(fù)載體保持裝置3不直接固定在重力平衡裝置9的纜索16上，而是固定在機(jī)器人I的末端執(zhí)行器法蘭2上。為了對(duì)負(fù)載體6進(jìn)行重力補(bǔ)償，根據(jù)本發(fā)明，重力平衡裝置9不直接附連在負(fù)載體6上，而是附連在機(jī)器人I的節(jié)肢7上。為此，重力平衡裝置9的連接節(jié)肢17通過關(guān)節(jié)連接件21與節(jié)肢7相連接，特別是與機(jī)器人I的末端執(zhí)行器法蘭2相連接。在圖2中詳細(xì)示出了根據(jù)本發(fā)明的關(guān)節(jié)連接件21的一種實(shí)施方式。關(guān)節(jié)連接件21具有馬鐙形的保持節(jié)肢22。該馬鐙形的保持節(jié)肢22沿圓形路徑延伸大約270度角。該圓形路徑的半徑大小可以選擇為，使在末端執(zhí)行器法蘭2附近的節(jié)肢7a能夠完全沉入由馬鐙形的保持節(jié)肢22圍繞而成的自由空間中。馬鐙形的保持節(jié)肢22在其上端部區(qū)域中具有指向內(nèi)部的缺口 23，重力平衡裝置9的環(huán)形連接節(jié)肢17嵌接在該缺口 23上。連接節(jié)肢17或者可以借助于轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接件與纜索16或桿相連接，或者直接固定在纜索16上，在此通過扭轉(zhuǎn)纜索16可以實(shí)現(xiàn)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸D3的可轉(zhuǎn)動(dòng)性。馬鐙形的保持節(jié)肢22被構(gòu)造為對(duì)稱的。在馬鐙形保持節(jié)肢22的兩個(gè)彼此相對(duì)的端部22a、22b上各設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)23a、23b。這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)23a、23b位于一個(gè)共同的轉(zhuǎn)動(dòng)軸D2上。在這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)23a、23b上安裝有環(huán)形體24a形式的連接節(jié)肢24。環(huán)形體24a構(gòu)成軸承、特別是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的外環(huán)。環(huán)形體24a也可以構(gòu)造為單獨(dú)的組件，其與軸承、特別是滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承的外環(huán)相連接。軸承或者其內(nèi)環(huán)因此可以與末端執(zhí)行器法蘭2固定連接。就此而言，環(huán)形體24a圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸Dl可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在末端執(zhí)行器法蘭2上。通過關(guān)節(jié)連接件21和纜索16可以為連接機(jī)器人I的末端執(zhí)行器法蘭2與重力平衡裝置9的關(guān)節(jié)連接件21提供三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在圖3中示出了如圖2所示在具有關(guān)節(jié)連接件的法蘭區(qū)域中的機(jī)器人I。但是，末端執(zhí)行器法蘭2從圖2所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)至垂直方向。在該垂直方向上，操縱器臂Ia的前球形節(jié)肢7a沉入馬鐙形保持節(jié)肢22中。除了圓形的基本形狀之外，馬鐙形保持節(jié)肢22還可以具有其他的基本形狀，例如還可以是長方形、正方形或三角形。在任何情況下都可以這樣
選擇基本形狀和/或使其具有這樣的大小根據(jù)操縱器臂Ia的前節(jié)肢7a的結(jié)構(gòu)(其可以具有不同于球形結(jié)構(gòu)的形狀)，確保節(jié)肢7a能夠沉入保持節(jié)肢22中。圖4示出了具有末端執(zhí)行器法蘭2的機(jī)器人1，該末端執(zhí)行器法蘭2在垂直方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。但在此纜索16位于偏離垂直方向的方向上。換句話說，重力平衡裝置9不是在末端執(zhí)行器法蘭2的上方垂直移動(dòng)，而是大約為側(cè)向移動(dòng)。在這種布置當(dāng)中，操縱器臂Ia必須吸收沿水平方向作用的橫向力，該橫向力通過拉力沿纜索16作用于末端執(zhí)行器法蘭2上。在如圖5所示的設(shè)置當(dāng)中，操縱器臂Ia或末端執(zhí)行器法蘭2由垂直方向向外傾斜一定的角度取向。同時(shí)纜索16沿垂直方向延伸，從而沒有橫向力作用于末端執(zhí)行器法蘭2上。但是安裝在末端執(zhí)行器法蘭2上的負(fù)載體保持裝置或設(shè)置在末端執(zhí)行器法蘭2上的負(fù)載體將在末端執(zhí)行器法蘭2上施加力矩，將該力矩必須由操縱器臂Ia吸收。圖6示出了操縱器臂Ia在具有關(guān)節(jié)連接件21的末端執(zhí)行器法蘭2的區(qū)域內(nèi)的另一視圖。末端執(zhí)行器法蘭2在水平面上伸展，也就是說，末端執(zhí)行器法蘭2圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸Dl是垂直取向的。同時(shí)，纜索16沿垂直方向延伸，從而沒有橫向力作用于末端執(zhí)行器法蘭2上，由懸掛在末端執(zhí)行器法蘭2上的負(fù)載體的質(zhì)量產(chǎn)生的重力可以通過關(guān)節(jié)連接件21傳遞到纜索16上，從而不必再由操縱器臂Ia吸收所產(chǎn)生的力。但在該位置上，外環(huán)24相對(duì)于內(nèi)環(huán)的角位置不再是唯一的。
權(quán)利要求
1.一種用于使重力平衡的負(fù)載體￠)自動(dòng)移動(dòng)的方法，其中，所述負(fù)載體(6)由負(fù)載體保持裝置(3)支承，該負(fù)載體保持裝置與機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器法蘭(2)相連接，以使所述負(fù)載體出)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中，設(shè)置具有連接節(jié)肢(17)的重力平衡裝置(9)，該連接節(jié)肢附連在所述機(jī)器人(I)的節(jié)肢(7，7a)或末端執(zhí)行器法蘭(2)上，以實(shí)現(xiàn)所述負(fù)載體(6)的重力平衡。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)通過具有至少一個(gè)、特別是具有三個(gè)自由度的關(guān)節(jié)連接在所述機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器法蘭(2)上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)通過關(guān)節(jié)連接件(21)與所述機(jī)器人(I)的節(jié)肢(7，7a)，特別是與所述機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器法蘭(2)相連接，該關(guān)節(jié)連接件特別是具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述重力平衡裝置(9)單獨(dú)根據(jù)所述機(jī)器人(I)和/或所述負(fù)載體出)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)而被動(dòng)地、特別是無自驅(qū)動(dòng)地伴隨運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述重力平衡裝置(9)僅對(duì)由所述負(fù)載體￠)的質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述重力平衡裝置(9)除了對(duì)由所述負(fù)載體出)的質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償之外，還對(duì)由所述負(fù)載體保持裝置(3)和/或由所述機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器法蘭(2)和/或一個(gè)或多個(gè)所述節(jié)肢(7，7a)的質(zhì)量產(chǎn)生的重力進(jìn)行補(bǔ)償。
7.一種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，特別是用于執(zhí)行如權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的方法，該執(zhí)行系統(tǒng)具有用于負(fù)載體￠)的重力平衡裝置(9)，其在負(fù)載側(cè)配備有連接節(jié)肢(17);負(fù)載體保持裝置(3);和用于使重力平衡的負(fù)載體￠)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人(I)，該機(jī)器人(I)具有末端執(zhí)行器法蘭(2)，其特征在于，所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)通過關(guān)節(jié)連接件(21)連接在所述機(jī)器人(I)的節(jié)肢(7，7a)或末端執(zhí)行器法蘭(2)上。
8.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)借助于所述關(guān)節(jié)連接件(21)通過至少一個(gè)自由度、特別是三個(gè)自由度連接在所述機(jī)器人的末端執(zhí)行器法蘭(2)上。
9.如權(quán)利要求7或8所述的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人(I)的將該機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器法蘭(2)與在運(yùn)動(dòng)鏈中直接位于該末端執(zhí)行器法蘭(2)前面的節(jié)肢(7a)相連接的關(guān)節(jié)(8a)構(gòu)造為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
10.如權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)連接件(21)具有能夠與所述機(jī)器人的節(jié)肢(7，7a)、特別是與所述末端執(zhí)行器法蘭(2)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的連接節(jié)肢(24)，該連接節(jié)肢通過至少一個(gè)關(guān)節(jié)、特別是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(23a，23b)與保持節(jié)肢(22)相連接，該保持節(jié)肢與所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)相耦合。
11.如權(quán)利要求10所述的自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于，所述連接節(jié)肢(24)具有圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Dl)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述機(jī)器人(I)的節(jié)肢(7，7a)上、特別是安裝在所述末端執(zhí)行器法蘭(2)上的環(huán)形體(24a)，該環(huán)形體借助于兩個(gè)彼此相對(duì)、特別是徑向向外位于共有的第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸(D2)上的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(23a，23b)，它們可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在部分環(huán)形和/或馬鐙形的保持節(jié)肢(22)上，該保持節(jié)肢在其一側(cè)圍繞第三轉(zhuǎn)動(dòng)軸(D3)可轉(zhuǎn)動(dòng)地與所述重力平衡裝置(9)的連接節(jié)肢(17)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使重力平衡的負(fù)載體(6)自動(dòng)移動(dòng)的方法，其中，負(fù)載體由負(fù)載體保持裝置(3)支承，該負(fù)載體保持裝置與機(jī)器人(1)的末端執(zhí)行器法蘭(2)相連接，以使負(fù)載體自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中，設(shè)置具有連接節(jié)肢(17)的重力平衡裝置(9)，該連接節(jié)肢附連在機(jī)器人的節(jié)肢(7，7a)或末端執(zhí)行器法蘭上，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載體的重力平衡。本發(fā)明還涉及一種自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，其具有用于負(fù)載體的重力平衡裝置，該重力平衡裝置在負(fù)載側(cè)配備有連接節(jié)肢；負(fù)載體保持裝置；和用于使重力平衡的負(fù)載體自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，該機(jī)器人具有末端執(zhí)行器法蘭，其中，重力平衡裝置的連接節(jié)肢通過關(guān)節(jié)連接件(21)連接在機(jī)器人的節(jié)肢或末端執(zhí)行器法蘭上。
文檔編號(hào)B25J17/00GK102729257SQ20121010425
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者京特·施賴伯, 斯文·布魯?shù)履峥? 約翰·邁施貝格爾 申請(qǐng)人:庫卡羅伯特有限公司