本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1所述特征的多軸機(jī)器人，該多軸機(jī)器人具有驅(qū)動(dòng)器、工具頭和用于引導(dǎo)柔性管線的拖鏈(schleppkette)。

本發(fā)明處于加工對(duì)象表面的技術(shù)領(lǐng)域，所述對(duì)象表面可具有任意的曲率。本發(fā)明尤其是針對(duì)這類表面的印刷。

背景技術(shù)：

如de102012006371a1所公開(kāi)，在借助由機(jī)器人引導(dǎo)的工具頭(尤其是噴墨印刷頭)加工任意彎曲的對(duì)象表面(尤其是印刷這類表面)時(shí)，通常要求經(jīng)由管線譬如以電方式供給工具頭，這些管線被引導(dǎo)至運(yùn)動(dòng)的工具頭。這類管線可沿著機(jī)器人被引導(dǎo)(如de202011004786u1所公開(kāi))并且在此可被鋪設(shè)在拖鏈中(如de20305677u1所公開(kāi))。

在此可能出現(xiàn)如下問(wèn)題：譬如由于管線在特定運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)纏繞機(jī)器人，因此管線可能會(huì)限制了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。另一方面，也可能出現(xiàn)這樣的問(wèn)題：管線可能會(huì)與待加工對(duì)象或者其它對(duì)象或者與機(jī)器人自身發(fā)生碰撞。這些問(wèn)題都應(yīng)防止或者消除。

de10245984a1公開(kāi)了一種具有拖鏈的機(jī)器人臂，該拖鏈的近工具端部可借助于保持件來(lái)緊固在機(jī)器人臂(或其最后關(guān)節(jié))上，并且該最后關(guān)節(jié)能夠運(yùn)動(dòng)(即旋轉(zhuǎn))。然而，在機(jī)器人臂的最后關(guān)節(jié)上通常也緊固有工具頭，從而拖鏈的近工具端部始終只能夠或者必須與工具頭一同運(yùn)動(dòng)。這樣一來(lái)，拖鏈的近工具端部的軌跡由工具頭的軌跡確定，并且可能會(huì)導(dǎo)致了拖鏈的近工具端部與待加工對(duì)象或者其它對(duì)象或者機(jī)器人自身發(fā)生碰撞。由此，de10245984a1沒(méi)有解決上述問(wèn)題。

de102004026813a1公開(kāi)了兩個(gè)機(jī)器人的應(yīng)用，或者說(shuō)公開(kāi)了兩個(gè)機(jī)器人相互協(xié)調(diào)地、合作性地工作。在此，其中，一個(gè)機(jī)器人是所謂的復(fù)制機(jī)器人(kopierroboter)，另一個(gè)是參考機(jī)器人(referenzroboter)。復(fù)制機(jī)器人跟隨著參考機(jī)器人(或其手部法蘭)的軌跡。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，采用了耗費(fèi)巨大的測(cè)量系統(tǒng)。de102004026813a1沒(méi)有給出任何用于防止碰撞或者防止在使用拖鏈時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)限制的解決方案。

de102006002637a1公開(kāi)了結(jié)合機(jī)器人應(yīng)用所謂的吊車(chē)(laufkatze)。然而，吊車(chē)在此僅被構(gòu)造成服從于機(jī)器人牽引的被動(dòng)式系統(tǒng)。de102006002637a1沒(méi)有給出任何用于主動(dòng)地防止碰撞或者主動(dòng)地防止在使用拖鏈時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)限制的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在該背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備，所述設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)：構(gòu)造具有工具頭(尤其是噴墨印刷頭)的、經(jīng)由拖鏈中的管線被供給的機(jī)器人，從而能夠防止了拖鏈的至少近工具端部與待加工對(duì)象、與其它對(duì)象或者與機(jī)器人發(fā)生碰撞，和/或能夠防止了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)限制。

該任務(wù)的根據(jù)本發(fā)明的解決方案是具有獨(dú)立權(quán)利要求1所述特征的機(jī)器人。

根據(jù)本發(fā)明的多軸機(jī)器人(具有驅(qū)動(dòng)器、工具頭和用于將柔性管線沿著機(jī)器人至少一部分引導(dǎo)直至工具頭的拖鏈)是這樣的機(jī)器人：其中，輔助系統(tǒng)使拖鏈的近工具頭端部運(yùn)動(dòng)，該輔助系統(tǒng)具有至少一個(gè)不同于機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器用于運(yùn)動(dòng)該端部。

根據(jù)本發(fā)明的解決方案以有利的方式允許：防止了拖鏈的至少近工具端部與待加工對(duì)象、與其它對(duì)象或者與機(jī)器人發(fā)生碰撞，和/或防止了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)限制。同樣能防止了線纜斷裂或者類似情況。換句話說(shuō)：機(jī)器人的工作空間不受或者僅很小程度地受到限制或者甚至得以最大化。為此，根據(jù)本發(fā)明采用輔助系統(tǒng)。只要該輔助系統(tǒng)具有驅(qū)動(dòng)器，則該輔助系統(tǒng)是主動(dòng)式輔助系統(tǒng)。優(yōu)選地，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器與機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器無(wú)關(guān)地控制。優(yōu)選地采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是可運(yùn)動(dòng)地布置在多軸機(jī)器人上的臂部。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述臂部的驅(qū)動(dòng)器基于傳感器信號(hào)被控制。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述臂部包括間隔傳感器，并且所述傳感器信號(hào)是間隔信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器基于由計(jì)算機(jī)生成的軌跡規(guī)劃被控制，該軌跡規(guī)劃不同于由計(jì)算機(jī)針對(duì)工具頭所生成的軌跡規(guī)劃。因?yàn)檩o助系統(tǒng)使拖鏈(尤其是拖鏈的近工具端部)在空間上運(yùn)動(dòng)，并且在此應(yīng)留意工具頭的運(yùn)動(dòng)(尤其是應(yīng)以給定的間隔且在避免碰撞的情況下跟隨著工具頭的運(yùn)動(dòng))，因此上述兩個(gè)軌跡規(guī)劃在大多數(shù)情況下并非完全相互獨(dú)立。然而，輔助系統(tǒng)具有至少一個(gè)(與機(jī)器人針對(duì)工具頭所設(shè)定的自由度)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)自由度。通過(guò)這個(gè)自由度，使輔助系統(tǒng)以有利的方式處于如下?tīng)顟B(tài)，即：雖然跟隨著工具頭，在此卻單獨(dú)地實(shí)施避讓運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是吊車(chē)。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是另一多軸機(jī)器人。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述工具頭是噴墨印刷頭和/或是用于借助輻射處理已印刷油墨的工具頭。

根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案的特征能夠在于：所述柔性管線包括：至少一個(gè)用于電控制所述印刷頭的管線；和至少一個(gè)用于輸送油墨至所述印刷頭的管線。

附圖說(shuō)明

接下來(lái)參考附圖依據(jù)不同實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述本發(fā)明以及本發(fā)明結(jié)構(gòu)上和/或功能上有利的改進(jìn)方案。在附圖中，相互對(duì)應(yīng)的元件分別采用相同的附圖標(biāo)記表示。

附圖示出了：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選的實(shí)施例的側(cè)視圖；

圖2：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)選的實(shí)施例的側(cè)視圖；和

圖3：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)選的實(shí)施例的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了優(yōu)選地固定在地面的多軸機(jī)器人1，該多軸機(jī)器人1具有緊固在機(jī)器人法蘭(未示出的)上的工具頭2，該工具頭2在實(shí)施例中被構(gòu)造成噴墨印刷頭。替換地，所述工具頭2也可被構(gòu)造成用于借助輻射處理已印刷油墨的工具頭(譬如uv輻射干燥器或者ir輻射干燥器)。又替換地，所述工具頭也可以是噴墨印刷頭與輻射干燥器的組合。最后，替換地或附加地，所述工具頭也可以具有其它組件(譬如等離子噴嘴，用于在施加印刷圖像之前清潔待印刷表面)。

機(jī)器人1具有多個(gè)機(jī)器人軸線(在所示出的示例中是六個(gè)機(jī)器人軸線a1至a6)，其中，每個(gè)機(jī)器人軸線配屬有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器。這類機(jī)器人通常被稱為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)器人或者也被稱為工業(yè)機(jī)器人，并且能夠允許工具頭在空間上(或參照待加工的對(duì)象)自由定位和定向。

機(jī)器人1的前端上的工具頭2通過(guò)柔性管線4供給，該柔性管線4通過(guò)同樣柔性的拖鏈3(其它稱謂：能量引導(dǎo)鏈或者能量鏈)引導(dǎo)。拖鏈沿著機(jī)器人在外部被引導(dǎo)。在噴墨印刷頭的示例中，管線4是至少一個(gè)用于電控制印刷頭的管線(線纜)和至少一個(gè)用于輸送油墨至印刷頭的管線(軟管)。這些管線和所述拖鏈都如此柔性地設(shè)計(jì)，使得它們能夠跟隨機(jī)器人在空間上的運(yùn)動(dòng)。拖鏈3具有近工具端部3a，管線4從該近工具端部3a出發(fā)進(jìn)一步引導(dǎo)至工具頭2。此外，拖鏈3可借助于張緊系統(tǒng)3b被接收在機(jī)器人上，并且通過(guò)這種方式在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)以所需張力得以保持，所述張緊系統(tǒng)3b是氣動(dòng)缸，該氣動(dòng)缸具有布置在其上的滾輪，拖鏈3被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)所述滾輪。替代于所述拖鏈，也可采用其它任何可行的線纜引導(dǎo)裝置，在此，可行性意味著：管線可靠且精確地與機(jī)器人一同運(yùn)動(dòng)并且有效地防止了管線的損傷。

拖鏈的端部3a布置在輔助系統(tǒng)5上，其中，所述輔助系統(tǒng)5又布置在機(jī)器人1上。在此，所述輔助系統(tǒng)5如此構(gòu)造，使得該輔助系統(tǒng)5實(shí)現(xiàn)了拖鏈3的近工具端部3a的受控制的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)獨(dú)立于軸線a1至a6的運(yùn)動(dòng)(或所屬驅(qū)動(dòng)器)進(jìn)而具有自身的驅(qū)動(dòng)器6。由此，該驅(qū)動(dòng)器6不同于設(shè)置在機(jī)器人1上的驅(qū)動(dòng)器a1至a6。優(yōu)選地，該驅(qū)動(dòng)器6是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。

輔助系統(tǒng)5在圖1中額外單獨(dú)地且以俯視圖示出。可設(shè)想的是，該輔助系統(tǒng)5在實(shí)施例中具有臂部5a，該臂部5a可旋轉(zhuǎn)地布置在機(jī)器人1上并且能夠借助于驅(qū)動(dòng)器6執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了：拖鏈3的端部3a相對(duì)于機(jī)器人1進(jìn)而也相對(duì)于工具頭2運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的運(yùn)動(dòng)在所示實(shí)施例中優(yōu)選是圓形運(yùn)動(dòng)或者是至少一個(gè)在圓形區(qū)段上(或者說(shuō)在0°至360°之間的角度范圍內(nèi))的運(yùn)動(dòng)。在此，驅(qū)動(dòng)器6的旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線a6一起或者至少與之平行地布置。

在機(jī)器人1(或布置在機(jī)器人1上的工具頭2)沿著對(duì)象o的表面以預(yù)先給定的工作間隔運(yùn)動(dòng)的情況下，只要(如示例)對(duì)象涉及到具有任意彎曲表面的對(duì)象，則工具頭2必須在空間上占據(jù)不同的位置及定位。因此，除了所述機(jī)器人之外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備也具有計(jì)算機(jī)7，該計(jì)算機(jī)7將必要的控制信號(hào)或數(shù)據(jù)供給至機(jī)器人1，該機(jī)器人1需要這些信號(hào)或數(shù)據(jù)用以讓工具頭2行駛所規(guī)劃的軌跡。在此，可能發(fā)生如下情況并且這種情況可能是一個(gè)弊端，即：拖鏈3在機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)期間纏繞該機(jī)器人1；或者近工具端部3a與對(duì)象o的表面的區(qū)段發(fā)生碰撞。同樣還可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)限制。根據(jù)本發(fā)明，上述情況得以防止。計(jì)算機(jī)7不僅控制所述機(jī)器人1，而且也控制所述輔助系統(tǒng)5。由此，輔助系統(tǒng)5可實(shí)施補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，該補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)防止了拖鏈3不利地纏繞所述機(jī)器人1，或者防止了拖鏈3的近工具端部3a進(jìn)入到碰撞位置，或者防止了產(chǎn)生不利的限制。計(jì)算機(jī)7具有足夠的數(shù)據(jù)用以將工具頭2在已規(guī)劃的軌跡上沿著對(duì)象表面引導(dǎo)。由這些數(shù)據(jù)可導(dǎo)出用于控制所述輔助系統(tǒng)5(或其驅(qū)動(dòng)器6)的信號(hào)或數(shù)據(jù)。

一個(gè)簡(jiǎn)單的示例可說(shuō)明這點(diǎn)：譬如，如果機(jī)器人1由于拖鏈3的近工具端部3a的運(yùn)動(dòng)而將與對(duì)象o的表面的凸出區(qū)段發(fā)生碰撞，那么計(jì)算機(jī)7可這樣地控制所述輔助系統(tǒng)5，使得該輔助系統(tǒng)5實(shí)施基本上相反的運(yùn)動(dòng)，從而近工具端部3a不會(huì)到達(dá)碰撞位置。為此，計(jì)算機(jī)7中預(yù)設(shè)的軟件優(yōu)選地具有關(guān)于對(duì)象(或其表面)的數(shù)據(jù)并且必要情況下也可包括其它對(duì)象(或其形狀、位置和空間位置)的數(shù)據(jù)。機(jī)器人自身也可認(rèn)為是這種其它對(duì)象。

也可設(shè)置的是，檢測(cè)出軸線a1至a6(或其各自的位置)并將與此相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞至計(jì)算機(jī)7。然后，計(jì)算機(jī)7能夠由機(jī)器人1的位置推導(dǎo)出輔助系統(tǒng)5用的控制信號(hào)或數(shù)據(jù)，這些控制信號(hào)或數(shù)據(jù)用于使輔助系統(tǒng)5和拖鏈3的近工具端部3a進(jìn)行所要求的避讓運(yùn)動(dòng)。

替換地，也可設(shè)置的是，利用事先已規(guī)劃的用于控制所述機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便從該運(yùn)動(dòng)軌跡出發(fā)計(jì)算出輔助系統(tǒng)5的附加運(yùn)動(dòng)并最終將其引入。在此，可應(yīng)用事前作為合適分類的啟發(fā)式算法(heuristik)或者加權(quán)函數(shù)。

替換地或者也附加地，可設(shè)置的是，輔助系統(tǒng)5包括傳感器8(優(yōu)選是間隔傳感器并且特別優(yōu)選是超聲波傳感器)，該傳感器8測(cè)量所述臂部5a(或其遠(yuǎn)離于機(jī)器人的端部)與對(duì)象o的表面或者與空間中的其它對(duì)象之間的間隔，并且在即將低于最小間隔時(shí)將信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器6。由此，驅(qū)動(dòng)器6促使臂部5a進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，該補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)確保了最小間隔至少得以遵守。通過(guò)這種方式，以有利的方式并有效地防止了碰撞。

圖2也示出了機(jī)器人1的側(cè)視圖，該機(jī)器人1具有用于加工對(duì)象o表面的工具頭2。拖鏈3又以其近工具端部3a緊固在臂部5a上。如圖1中的實(shí)施例所示，臂部5a可借助于單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。但也可設(shè)置的是，臂部5a不可運(yùn)動(dòng)地布置在機(jī)器人1上。

為了防止拖鏈3在機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)時(shí)纏繞該機(jī)器人1，或者防止與空間中的其它對(duì)象發(fā)生碰撞，設(shè)置有如下輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5基本上是吊車(chē)5b，該吊車(chē)5b優(yōu)選地布置在機(jī)器人1上方并且必要情況下可如蓋板一樣布置。吊車(chē)5b允許了拖鏈3在相互垂直的兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，為此，吊車(chē)5b配備有驅(qū)動(dòng)器6a和6b(優(yōu)選是伺服馬達(dá))。在機(jī)器人1在空間上運(yùn)動(dòng)以加工所述對(duì)象o時(shí)，計(jì)算機(jī)7不僅控制所述機(jī)器人1，而且也這樣地控制所述吊車(chē)5b，使得拖鏈3不會(huì)進(jìn)入任何不期望的位置、定位以及尤其是碰撞位置。由此，吊車(chē)5b構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制的主動(dòng)式輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5不僅僅受制于機(jī)器人1或拖鏈3的牽引力。

本發(fā)明的另一實(shí)施例在圖3所示的側(cè)視圖中示出。除了已在圖1和圖2中描述的用于加工對(duì)象o表面的機(jī)器人1之外，設(shè)置有如下輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5在本實(shí)施例中被構(gòu)造成第二多軸機(jī)器人5c，該第二多軸機(jī)器人5c優(yōu)選地固定在壁上。然而，機(jī)器人5c不承載任何工具頭，而是在其前端(或其手)上緊固有拖鏈3的近工具端部3a。在此，與機(jī)器人1相比，對(duì)機(jī)器人5c的準(zhǔn)確性要求(制造、控制、運(yùn)動(dòng))可稍低。

在該示例中，計(jì)算機(jī)7控制上述兩個(gè)機(jī)器人1和5c并且在此確保了：拖鏈3的近工具端部3a不與對(duì)象o的表面或者其它對(duì)象發(fā)生碰撞，并且也不與機(jī)器人1發(fā)生碰撞。只要可能，通過(guò)對(duì)機(jī)器人5c的控制也防止了拖鏈3不利地繞著機(jī)器人1纏繞，或者防止了過(guò)分限制機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)自由。

一種本發(fā)明的替換技術(shù)解決方案可以是：替換于用于對(duì)拖鏈3的近工具端部3a進(jìn)行保持的輔助系統(tǒng)5，而設(shè)置有繩纜，譬如包裹的鋼繩或者類似的元件(通常是牽引器件，譬如牽引繩、牽引帶或者牽引鏈)。所述繩纜(優(yōu)選集中地)緊固在拖鏈3的近工具端部3a和工具頭2(或其法蘭)或者機(jī)器人的法蘭上，并且通過(guò)這種方式(結(jié)合了張緊系統(tǒng)3b)確保了拖鏈3的近工具端部3a和工具頭2的定義間隔。同時(shí)，所述繩纜由于其柔性而允許了工具頭2幾乎任意運(yùn)動(dòng)。在給機(jī)器人或工具頭規(guī)劃軌跡時(shí)，已考慮到的是：繩纜一端進(jìn)而拖鏈3的近工具端部3a跟隨著工具頭2。該解決方案有利的是，通過(guò)柔性的繩纜不會(huì)產(chǎn)生任何大大限制了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的干擾輪廓同時(shí)，繩纜確保了管線4足夠的張力釋放(zugentlastung)。

附圖標(biāo)記列表

1多軸機(jī)器人

2工具頭，尤其是噴墨印刷頭

3拖鏈

3a拖鏈的近工具端部

3b張緊系統(tǒng)

4管線

5輔助系統(tǒng)

5a臂部

5b吊車(chē)

5c多軸機(jī)器人

6驅(qū)動(dòng)器

6a,6b驅(qū)動(dòng)器

6c驅(qū)動(dòng)器

7計(jì)算機(jī)

8傳感器

a1-a6機(jī)器人軸線和所屬驅(qū)動(dòng)器

o對(duì)象