用於驅動機械手的方法、機械手、平移機械手、機械手系統以及用於驅動機械手系統的方法
2023-11-11 05:18:57 3
用於驅動機械手的方法、機械手、平移機械手、機械手系統以及用於驅動機械手系統的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於驅動機械手的方法，所述機械手包括具有至少兩個聯接元件的元件鏈，其中第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連，第二聯接元件在第三旋轉軸上旋轉鉸接地連接到所述第一聯接元件，其中在所述第二旋轉軸上設置有用於所述第一聯接元件的驅動裝置，所述第二聯接元件在其與所述第一聯接元件相對的末端區域具有執行器旋轉支點，其中所述方法如此設計：如此驅動所述曲柄元件和所述第一聯接元件：所述執行器旋轉支點在所述曲柄元件旋轉期間按照確定的角度範圍停留在靜止位置上。根據本發明規定：為了縮短所述執行器旋轉支點在所屬靜止位置上的停留時間，藉助在所述第二旋轉軸上的驅動裝置在所述第一聯接元件上施加轉矩，所述轉矩在期望的停留時間的時期內最大為所述轉矩的5%，而這對於在縮短的停留時間情況下實現所述執行器旋轉支點的停留而言是必需的。本發明還涉及一種用於執行該方法的機械手。
【專利說明】用於驅動機械手的方法、機械手、平移機械手、機械手系統以及用於驅動機械手系統的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於驅動機械手的方法、機械手本身、平移機械手、機械手系統以及用於驅動機械手系統的方法。
【背景技術】
[0002]如今在不同的工業生產過程中會使用機械手，這些機械手根據它們的使用而具有不同的運動學原理。在此，機械手經常承擔所謂的「拾取與放置」作業，在這些作業中，機械手必須在一個地方抓取物體並在另一地方將其放下。在此希望快速地抓起物體(貨物)、運送並在儘可能短的時間內在保持較高定位精度的前提下能夠將該其在目標地方放下。還希望使得機械手空載運行的比重儘可能的小。
[0003]從以上描述可知，機械手根據作業不同而按照不同的方式和待作業的物體(貨物)進行接觸。和物體的這種接觸通過機械手的至少一個執行器來實現，該執行器例如可以是鐳射或抓取裝置。可是執行器還可以是特殊的裝置，機械手通過該裝置按照合適的方式作用在待作業(或待運送)的物體上。
[0004]在所謂的SCARA機械手(該機械手例如根據US4702668可知)中，使用兩條可相互旋轉運動地相連的水平操作臂來對執行器進行定位。在此，在其第一末端上的第一臂可旋轉運動地和底座以及旋轉驅動裝置相連，其中第一臂的第二末端可旋轉運動地和第二臂的末端相連。這兩條臂的公共軸也具有第二旋轉驅動裝置。在第二臂的另一末端上設置有執行器。藉助該至少兩個旋轉驅動裝置採用諸如「點到點」、「同步點到點」或「連續路徑」的已知的方法來對機械手的執行器進行定位。通過受驅動的驅動裝置使得SCARA機械手的慣性力矩相對較高，而該驅動裝置對於接納高的作業力量而言是必須裝備的。
[0005]在SCARA機械手中，由於以上提到的缺點，經常要避免具有相連的全體臂的1800的「拾取和放置」作業，從而為了能夠使得待操作的區域(從中拿取物體的區域以及將物體放入其中的區域)直接相鄰而要選擇更大尺寸的SCARA機械手。
[0006]從US6275748B1和US6593718B1可知，機械手具有三條剛性的、設置為可運動的臂，其中該臂固定在三條旋轉軸上，每條旋轉軸具有旋轉的驅動裝置。特別是，第一臂和第二臂以及第二臂和第三臂每組都具有公共的旋轉軸。也可以採用諸如「點到點」、「同步點到點」或「連續路徑」的已知的方法來對設置在第三臂的末端上的執行器進行定位。這一構想和SCARA機械手相似，僅僅是現在規定是三條臂而非兩條臂。
[0007]還已知所謂的delta機械手，其具有大致並行的運動學理論和相對較小的重量，由此delta機械手能夠實現極其短的、位於0.4秒範圍內的循環周期。該delta機械手包括安裝在平板上的不可運動的底座。該delta機械手還包括四條臂以及四個(可旋轉地)驅動裝置。三條由上臂和下臂組成的臂將底座和位於下末端上的運動平臺相連，該平臺承載有執行器。在此，臂的幾何形狀使得平臺始終和底座平行。臂的並行運動學理論可實現較高的剛性和加速度。第四臂用來轉移轉矩並實現執行器的旋轉。由於delta機械手強制性的平板安裝使得其使用領域受到限制。而且，三條臂在相對很多作業位置處要伸出超過執行器很遠。因此，delta機械手不可能進入到僅僅具有一個側面入口的作業空間中去。即使在靠近側壁的情況下也不可以使用delta機械手。而這是有缺陷的，因為在很多安裝過程或者加工過程中存在從機器中(側面的)拾取工件，在拾取中，為了能夠在所有以後過程中保持所定義的地方位置，要通過機械手或機械手系統一次性地確保該工件的定位。針對這樣的作業，delta機械手由於以上提到的缺陷而不可以被使用。
【發明內容】
[0008]根據本發明，該任務在於通過使用根據本發明的機械手來提供機械手、用於驅動機械手的方法、機械手系統以及用於驅動機械手系統的方法，採用方法或系統能夠按照高效節能的、成本低廉的、時間最優化的方式來運送貨物，其中運送應當運送貨物的接收和放置或分類。
[0009]為了完成以上任務，根據本發明提出一種用於驅動機械手的方法，所述機械手包括具有至少兩個聯接元件的元件鏈，其中第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連，第二聯接元件在第三旋轉軸上旋轉鉸接地連接到所述第一聯接元件，其中在所述第二旋轉軸上設置有用於所述第一聯接元件的驅動裝置，所述第二聯接元件在其與所述第一聯接元件相對的末端具有執行器旋轉支點。所述方法如此設計:如此驅動所述曲柄元件和所述第一聯接元件:所述執行器旋轉支點在所述曲柄元件旋轉期間按照確定的角度範圍停留在靜止位置上，其中，為了縮短所述執行器旋轉支點在所屬靜止位置上的停留時間，藉助在所述第二旋轉軸上的驅動裝置在所述第一聯接元件上施加轉矩，所述轉矩在期望的停留時間的時期內最大為所述轉矩的5%，而這對於在縮短的停留時間情況下實現所述執行器旋轉支點的停留而言是必需的。在執行器旋轉支點上連接有諸如夾具或吸氣裝置的末端執行器。執行器旋轉支點因此是夾具或吸氣裝置的旋轉軸的位置。應當選擇對於產生非縮短的或者最大的停留時間而言是必需的力矩曲線範圍，以便縮短執行器旋轉支點在靜止位置上的停留時間以在該時間窗內實現諸如0.03秒的停留時間，該力矩曲線具有最小的轉矩數值。該受限的或者經削減的轉矩通過在第二軸上的驅動裝置施加在第一聯接元件上，確切地說就是在剛剛到達靜止位置以後並通過執行器旋轉支點來施加。和機械手在非縮短的停留時間情況下(即在這樣的停留時間的情況下:在執行器旋轉支點或者末端執行器具有確定的轉速和質量關係時，其在第二旋轉軸沒有進汽衝擊(Beaufschlagung)時在一定轉矩下將會停留在靜止位置(在只有曲柄元件和/或第一曲柄元件運行的情況下))的運行相反，通過根據本發明的方法來實現，較多地縮短停留時間並且僅僅必須在第一聯接元件上施加非常小的轉矩以使得機械手運行。因此，該方法是節能高效的，並且在第二旋轉軸上僅僅設置相對較小的定位的驅動裝置是可行的。
[0010]優選地如此實施根據本發明的方法:如此驅動在所述第一旋轉軸和在所述第二旋轉軸上的驅動裝置:將所述執行器旋轉支點從第一靜止位置移動到第二靜止位置，其中所述執行器旋轉支點和所述第三旋轉軸在所述第一靜止位置和所述第二靜止位置之間的理論直線連接的各個相對側的它們各自路徑的至少80%上運動。第一靜止位置和第二靜止位置位於相對第一旋轉軸大致完全相反的位置處。因此，所謂的拉伸的內部轉動時可行的，在該內部轉動中會實現執行器旋轉支點的接近直線的運動，該運動的路徑長度大約為第一靜止位置和第二靜止位置之間的理論上的直線連接長度的11/10。
[0011]根據本發明停留時間得到極大地縮短，從而與具有非縮短的停留時間的運行相t匕，機械手的運動鏈不再具有執行所謂的拉伸的外部轉動的意圖，在該外部轉動中執行器旋轉支點繞第一旋轉軸呈大致圓弧形狀來迴轉動。為了實現依據縮短的停留時間的這樣的外部轉動，相對很多的能量是必需的，以在這些轉動軸上施加轉矩。除去上述缺陷以外，該外部轉動還具有相對較大的空間需求。因此在根據本發明的方法的有利設計中規定，執行器轉動支點執行所謂的拉伸的內部轉動而不是在靜止位置上依據縮短的停留時間的外部轉動，在拉伸的內部轉動中，在第一旋轉軸和第二旋轉軸上的驅動裝置需要相對較少的能量。
[0012]根據在機械手上的轉速、旋轉加速度和質量關係並且根據在靜止位置中所期望的定位精度，可以如此設計該方法:為了實現所述執行器旋轉支點從所述第一靜止位置運動到所述第二靜止位置，還要驅動在用於移動所述第二聯接元件的第三旋轉軸上的驅動裝置。
[0013]第三聯接元件在第四旋轉軸上可旋轉地連接到所述執行器旋轉支點，在所述第三聯接元件上設置有末端執行器，其中在所述執行器旋轉支點從所述第一靜止位置到所述第二靜止位置的運動中如此轉動所述末端執行器:在所述末端執行器的末端區域的加速度小於所述執行器旋轉支點的加速度。末端執行器進行轉動以平衡從第一靜止位置到第二靜止位置的運動中的至少某一路段的加速周期，其中經平衡的加速度可以是正的或負的。第三聯接元件因此在第四旋轉軸上具有可旋轉地進行設置的懸臂，這樣第三聯接元件的末端區域能夠在環繞軌道中繞第四旋轉軸轉動。第三聯接元件的末端區域因此是第三聯接元件相對第四旋轉軸具有最大間隔的區域。第三聯接元件在執行器旋轉支點從第一靜止位置到第二靜止位置的運動開始時設計成相對運動軌道是成角度的，在這種情況末尾時，第三聯接元件和運動軌道之間的角度會變大，這樣在每個時間單元內執行器旋轉支點經過的路徑大於在相同時間單元內第三聯接元件的末端區域經過的路徑。只要這種運動是可執行的，就會實現第二聯接元件和第三聯接元的拉伸的布置。
[0014]根據本發明還提出了一種機械手，所述機械手包括具有至少兩個聯接元件的元件鏈，其中第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連，第二聯接元件在第三旋轉軸上旋轉鉸接地連接到所述第一聯接元件，其中在所述第二旋轉軸上設置有用於所述第一聯接元件的驅動裝置，所述第二聯接元件在其與所述第一聯接元件相對的末端上具有執行器旋轉支點，其中所述機械手還包括控制裝置，通過所述控制裝置如此控制所述曲柄元件和所屬第一聯接元件的驅動裝置:所述執行器旋轉支點在所述曲柄元件旋轉期間按照確定的角度範圍停留在靜止位置上，並且為了縮短所述執行器旋轉支點在所屬靜止位置上的停留時間，可以藉助在所述第二旋轉軸上的驅動裝置在所述第一聯接元件上施加轉矩，所述轉矩在期望的停留時間的時期內最大為所述轉矩的5%，而這對於在縮短的停留時間情況下實現所述執行器旋轉支點的停留而言是必需的。為了實現個別元件彼此相對的旋轉運動，選擇鉸鏈顯而易見地設置在曲柄元件和聯接元件之間。
[0015]有利地如此規定:第三聯接元件可繞第四旋轉軸旋轉地與所述執行器旋轉支點相連，第一末端執行器與所述第四聯接元件相連。第三聯接元件因此包括圍繞第四旋轉軸的設計成懸臂的聯接或者搖臂。優選地將用以轉動第三聯接元件的驅動裝置連接到第三旋轉軸上。
[0016]為了使得運送能力翻倍如此規定:第四聯接元件可繞所述第四旋轉軸旋轉地與所述執行器旋轉支點相連，第二末端執行器與所述第四聯接元件相連。
[0017]也就是說，在與執行器旋轉支點相適應的接合中心上可以連接兩個聯接元件，其在具有末端執行器的配置中能夠作為所謂的加倍抓取器來運行。
[0018]優選地如此規定:所述第三聯接元件和所述第四聯接元件每個都設置在驅動軸上，所屬傳動軸被設置成與所述第四旋轉軸共軸。也就是說，軸中的縱向軸或旋轉軸在第四旋轉軸方向上。在此驅動軸中的至少一個可以配置成空心軸，這樣驅動軸可以設置成共軸的。通過驅動軸的轉動，末端執行器可以繞第四旋轉軸轉動。
[0019]所述末端執行器中的至少一個在其末端區域具有可繞軸旋轉的操作工具，其中所述操作工具和具有驅動單元的傳動裝置相連，所述傳動裝置的驅動軸運行時和所述第四旋轉軸平行。操作工具例如可以是吸盤或夾具，其藉助諸如可以是牽拉傳動裝置的傳動裝置是可轉動的。
[0020]在第三聯接元件和第四聯接元件具有共軸設置的驅動軸的設計中優選地如此規定:所述驅動軸中的至少一個可沿軸向移動。在特別方便的設計中，兩個驅動軸可以共軸地移動。例如可以藉助螺栓傳動裝置來實現所定義的移動。
[0021]所述機械手還可以包括至少一個齒輪傳動裝置，通過所述齒輪傳動裝置可以驅動末端執行器的驅動軸中的至少一個。為實現該目的可以在驅動軸上設置外部齒輪裝置，該裝置通過齒輪與槽軸相嚙合，該槽軸反過來可以通過驅動單元進行驅動並且可以在其共軸位置上和驅動軸的每個共軸位置相適應。
[0022]根據本發明還提出一種平移機械手，該平移機械手包括具有第一聯接元件的元件鏈，所述第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連。可繞第三旋轉軸旋轉地末端執行器作為第二聯接元件連接到第一聯接元件。所述曲柄元件可以在平移自由度內移動。平移自由度優選地在曲柄元件旋轉軸的方向上。平移機械手也還可以具有在多個層面上相重疊的所提到的元件鏈中的兩個。
[0023]在一個實施方式中，還被描述成底座軸的第一旋轉軸表現為豎直地設計並固定的螺紋-槽-軸(例如2米長)。在該軸上按照相互間固定的間隔安裝有開槽螺母(僅僅用於豎直運動)和螺母(僅僅用於螺旋形運動)。
[0024]螺母設計為具有伺服電機，其實現性能驅動。具有兩個聯接元件和夾具或末端執行器的水平設計的機械手臂通過支架和行動模塊(螺母-開槽螺母-組合)相連。因此對於旋轉而言，該臂基本上與行動模塊是非聯接的。可是也存在有目的地將該臂和螺母、開槽螺母或「非(nicht)」嚙合的可能性。
[0025]通過豎直螺線管和豎直彈簧來實現嚙合。在嚙合中運送每個齒輪對，該齒輪對指向為豎直方向並設置在第一旋轉軸或轉軸的方向上。該臂由此或者(可能通過行動模塊的抬升部件)執行自由旋轉運動，或者在通過螺母的嚙合中執行螺旋形運動，或者在通過開槽螺母的嚙合中執行抬升運動。
[0026]在該臂的元件之間存在豎直的第二旋轉軸(水平旋轉地)，該軸通過同一嚙合原理可以進行嚙合或非嚙合。也可以通過這樣的「嚙合軸」或傳統意義上的軸或者不通過任何軸來實現末端執行器和第二聯接元件的連接。
[0027]齒輪對的每個構件都具有特殊性。其具有通過迷你驅動裝置(壓力驅動裝置，線形的或旋轉的)進行嚙合的可能性，以準確地轉動少於一個齒。在伺服電機領域或者更低的精度使得兩個齒輪可以嚙合，可是沒有相關的力經由該迷你驅動裝置進行傳遞，該力而是經經由摩擦聯接器進行傳遞，該摩擦聯接器就在齒輪嚙合前不久本身開始嚙合，並提升迷你電機的自由度。通過豎直彈簧來施加摩擦力。通過諸如啟動缸的簡易的線形驅動裝置來施加豎直向上的嚙合力。
[0028]在嚙合軸的齒輪對具有較小的相對速度時，該軸因此能夠在不改變轉向角的情況下準確地進行嚙合或者停止並最終傳遞力矩。
[0029]通過對嚙合軸的發明解決了欠驅動操作的問題:可控制性就在靜止狀態前由於系統動力的喪失而變為無效。由於軸設置形成圓柱形的作業空間。
[0030]嚙合軸位於末端執行器和第二聯接元件之間，這樣末端執行器的重心距離嚙合軸的旋轉支點越遠，其可以越好的轉動。因此，當有效負載的慣性增加時(例如，該有效負載是偏長形的，其重心因此也會距離末端執行器一嚙合軸較遠)，該系統運行的會特別好。
[0031]平移機械手優選的應用領域是支座，比如託板(尤其是歐式託板)或者緩衝器支座(Pufferlagern)的裝載與卻載，其例如具有智能車輛塔臺(Smart-Center-Prinzip)。歐式託板運輸具有百萬倍的應用場合。價格低廉地、分散地在較低速度下執行歐式託板運輸看起來尤其便利的。此外，在每個待移動的物件以及其重心的設置能夠包含在平移機械手的設計和控制中的情況下，平移機械手的運行是非常高效的。
[0032]因此提出一種平移機械手，其僅僅具有一個性能驅動裝置，製造起來非常低廉，具有較大的作業空間並且實現較高的精度。
[0033]此外根據本發明提出一種機械手系統，所述機械手系統具有作為第一機械手的根據本發明的機械手以及平移機械手。
[0034]根據本發明的機械手系統的優點尤其在於:和僅僅使用一個所提到的機械手而可能完成的運送作業相比，通過第一機械手和平移機械手的共同作用可以在不同的層面和大體上更多自由度的情況下完成運送作業。有利地，採用第一機械手可以實施託盤給送，採用平移機械手可以實施臺架給送。
[0035]此外根據本發明還提出一種用於驅動根據本發明的機械手系統的方法，其中藉助所述平移機械手如此放置至少一個運送貨物:所述運送貨物位於所述第一機械手的靜止位置區域中，並由所述第一機械手接收位於該位置的所述運送貨物，或者其中，位於所述靜止位置區域的運送貨物由所述第一機械手來放置，並由所述平移機械手來接收。第一機械手的目標區域相對較小，也就是說，在其中根據本發明可節能高效地實現靜止階段或零空間運動的平面區域相對較小。該目標區域的移動將會和高的能量消耗和設備費用相關。可是在目標區域或目標地段內部，採用第一機械手可以取得非常精確的定位。平移機械手同樣具有相對較小的定位精度。可是通過位置確定裝置能夠非常精確地確定平移機械手的操作構件或末端執行器的每個位置。該確定可以通過測量技術和/或通過計算來實現。平移機械手的定位精度是足夠的，以在第一機械手的目標區域或目標地段內部足夠精確地對運送貨物進行定位:平移機械手能夠接收運送貨物，或者反過來說，平移機械收能夠足夠精確地在第一機械手的目標區域中對操作工具進行定位，這樣能夠從第一機械手來接收運送貨物。藉助位置確定裝置能夠像第一機械手傳達平移機械手的操作構件的每個位置，並因此通過第一機械手實現該位置的開動。也就是說，通過第一機械手和平移機械手的組合能夠補償單個機械手的每個缺陷，其中通過平移機械手實施相對粗略的定位並通過第一機械手在該機械手的合作下實現精確調準。
[0036]可以如此實現對機械手系統節能高效的驅動:所述平移機械手的驅動裝置僅僅在其第一旋轉軸上實現，以使得所述曲柄元件轉動。此外，藉助制動固定在第二和/或第三旋轉軸上的旋轉運動，或者停止每個固定效果並因此允許旋轉運動。
[0037]下面藉助在附圖描繪的實施方式描述本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是第一機械手的運動鏈的俯視圖。
[0039]圖2是第一機械手的運動鏈的側視圖。
[0040]圖3是當執行器旋轉支點在靜止位置上停留時第一機械手的單個元件的運動的俯視圖。
[0041]圖4是在第一靜止位置上縮短的零空間運動期間在第一、第二和第三旋轉軸上的轉矩的力矩示意圖。
[0042]圖5是在第二靜止位置上縮短的零空間運動期間在第一、第二和第三旋轉軸上的轉矩的力矩示意圖。
[0043]圖6是拉伸的內部轉動的側視圖。
[0044]圖7是在受限的零空間運動的情況下在靜止位置上兩種零空間運動的位置示意圖。
[0045]圖8是在在第二旋轉軸上的轉矩受到限制的情況下第一零空間運動的力矩示意圖。
[0046]圖9是在在第二旋轉軸上的轉矩受到限制的情況下第二零空間運動的力矩示意圖。
[0047]圖10是外部轉動的位置示意圖。
[0048]圖11是外部轉動的力矩示意圖。
[0049]圖12圖示了連接到第四旋轉軸的兩個末端執行器。
[0050]圖13是平移機械手的側視圖。
【具體實施方式】
[0051]圖1和圖2描繪了第一機械手，該機械手具有可繞第一旋轉軸112轉動的曲柄元件110。第一聯接元件120通過旋轉鉸鏈102與第二旋轉軸122相連。在與第二旋轉軸122相對的一側，第一聯接元件120在另一旋轉鉸鏈102上具有第三旋轉軸132，第二聯接元件130可旋轉地連接到第三旋轉軸132。在第二聯接元件130的末端設置有第四旋轉軸142，其與執行器旋轉支點160相符合。如下面還將進行描述地，第三聯接元件和/或第四聯接元件可以與該執行器旋轉支點160相連。特別從圖2可以看出，在第二旋轉軸122上設置有驅動裝置124，在第三旋轉軸132上設置有驅動裝置134。通過這些驅動裝置可以不依靠由曲柄元件110的轉動而引起的運動來驅動聯接元件120和聯接元件130。在圖2中，第三聯接元件140在第二聯接元件130的末端處連接到執行器旋轉支點160，然而第三聯接元件140可以不具有在圖2中所描繪的配置，而是具有這樣的懸臂:其可以引起第三聯接元件140圍繞執行器旋轉支點160的迴轉運動。
[0052]圖3描繪了第一機械手100的零空間運動，正如在說明相關現有技術中已經進行基本地描述的。可以看出，執行器旋轉支點160在曲柄元件110以及聯接元件120與聯接元件130運動期間可以具有兩個靜止位置，即第一靜止位置164和第二靜止位置166，其大體上位於針對第一旋轉軸112的相對位置處。如圖3所描繪的，在曲柄元件110轉動以及至少第一聯接元件120執行迴轉運動期間，執行器旋轉支點160佔據這些靜止位置164和靜止位置166。
[0053]與此同時，靜止位置164和靜止位置166會保持相當長的時間。可是針對時間最優化的運送和給送過程而言，希望較短的停留時間。因此，在到達第一靜止位置164和第二靜止位置I 「以後，執行器旋轉支點160必須較快地離開該靜止位置。也就是說，不應該實現常見的零空間運動(機械手的原件在執行器旋轉支點位於平衡位置期間的運動)，而是實現縮短的零空間運動。根據本發明，在該縮短的零空間運動期間(也就是說為了實現在靜止位置164和靜止位置166處的縮短的停留時間)，應該通過在旋轉軸上的驅動裝置來產生力矩，該力矩使得第一機械手進行有效操作。
[0054]從圖4和圖5可以看到力矩曲線，通過第一旋轉軸112、第二旋轉軸122和第三旋轉軸132上的驅動裝置針對在0.03秒內的縮短的零空間運動必定可以實現該力矩曲線。同時將各個旋轉軸的附圖標記提供給各個在圖4和圖5中描繪的功能。在此，圖4圖示了旋轉軸112、旋轉軸122和旋轉軸132在第一靜止位置164的力矩曲線，圖5圖示了在第二靜止位置166的力矩曲線。
[0055]在第二旋轉軸122上而在圖4和圖5中所描繪的轉矩根據本發明最大僅僅為轉矩的5%，為了實現具有非縮短停留時間的執行器旋轉支點的停留，該轉矩是必要的。通過這種方式來實現第一機械手100的轉動，其中執行器旋轉支點160在第一靜止位置164和第二靜止位置166處具有在0.03秒內的縮短的停留時間或縮短的零空間運動的停留。
[0056]通過這種方式:第一機械手可以通過縮短在靜止位置164和靜止位置166的停留時間來不進行運動過程(第一機械手可以在非縮短停留時間的情況下使用儘可能少的能量供給來實現該運動過程)，還會非高效節能地造成如圖10所描繪的外部轉動。此外，這樣的外部轉動具有相對較大的空間需求的缺點。
[0057]因此根據本發明，執行器旋轉支點160按照這樣的方式從在第一靜止位置164轉動到第二靜止位置166:執行器旋轉支點160執行近乎直線運動來通過長路徑。這一直線運動還被稱作拉伸的內部轉動170。在拉伸的內部轉動170中，第一聯接元件120和第二聯接元件130在軌道運動過程中如同在外部轉動中那樣相對拉伸，可是曲柄元件110和第一聯接元件120相對成一角度，相反地他們在外部轉動中同樣被拉伸。由此，設置在執行器旋轉支點160上的末端執行器162能夠沿著第一靜止位置164和第二靜止位置166之間的理想線路附近運動。因此減小了末端執行器160的返迴路徑。該路徑越短，為了在規定的時間窗內從第一靜止位置164到達第二靜止位置166的加速度必定越小。
[0058]圖7描繪了第一機械手的運動過程，其中為了避免第二旋轉軸上的驅動裝置過載而將第二旋轉軸122上的轉矩限制為一個確定的值，例如170Nm。為了避免通過聯接元件拉伸的位置時在理論上產生無限大的轉矩，這是必需的。
[0059]此外，圖8和圖9描繪了第二旋轉軸122在第一靜止位置164 (圖8)以及第二靜止位置166 (圖8)上的各自的力矩曲線。可以清楚地看出，在到達各自靜止位置之前的力矩曲線在在各自靜止位置中以及在該靜止位置後的停留過程中不超過在第二旋轉軸122上的170Nm的轉矩。
[0060]為了圖示內部轉動的效果，圖10描繪了外部轉動的示意圖，從中可以看出，與圖6所描繪的拉伸的內部轉動相比，在這種形式的運動中存在大體上更多的空間需求。
[0061]從圖11可以看出，在大體上更長的時間段上要再第二旋轉軸122上施加相對較大的轉矩。
[0062]參考圖12來說明在第一機械手上的末端執行器在結構上的配置。第三聯接元件140以及第四聯接元件150通過轉軸連接到在圖1中可以清楚看出的第四旋轉軸142或者執行器旋轉支點160,其中第一執行器162與第三聯接兀件140相連,第二執行器163與第四聯接元件150相連。通過螺紋軸3，與其聯接的第四聯接元件150可旋轉地運動。第四聯接元件150設計為偏心臂15。在此，通過開槽螺母7來實現螺紋軸3的旋轉驅動。此外，螺紋軸3還與螺母5相嚙合，螺母5能夠實現螺紋軸3在第四旋轉軸142上的平移運動。在螺紋軸3上帶動轉軸2，在轉軸2的軸末端18上聯接有皮帶傳動裝置17，該裝置與第二末端執行器163有效連接，這樣在轉軸2轉動時，通過皮帶傳動裝置17第二末端執行器163同樣也會轉動，從而轉動運送貨物。
[0063]在螺紋軸上可旋轉地設置有空心軸11，設計為第三聯接元件140的偏心臂14連接到該空心軸。第一末端執行器162可旋轉地連接到第三聯接元件140上。此外，第一執行器162與皮帶傳動裝置13相嚙合，同時皮帶傳動裝置13與設置在空心軸11上的空心軸12相嚙合。空心軸12與齒輪相嚙合，該齒輪設置在槽軸4上。可以通過開槽螺母8驅動槽軸4。通過開槽螺母8的操作來使槽軸4旋轉，因而驅動空心軸12，空心軸12反過來驅動皮帶傳動裝置13，皮帶傳動裝置13來驅動第一末端執行器162。第三聯接元件140或者它的偏心臂14的轉動反過來通過齒輪10的嚙合來與空心軸11相連，其中齒輪10設置在槽軸I上,通過開槽螺母6來驅動槽軸I。此外，槽軸I以及槽軸4穿過外殼9突起。
[0064]因此，可以在執行器旋轉支點160加速階段中這樣來驅動末端執行器162和末端執行器163中的每一個:末端執行器162和末端執行器163中的每個特別在運動進程開始或者結束時相比執行器旋轉支點160保持較小的加速度。而這通過如下方式實現:由於最初的第三聯接元件140或者第四聯接元件150相對第二聯接元件130的角度位置將會在執行器旋轉支點160的運動中產生相對第二聯接元件130的拉伸位置，這樣將第二聯接元件130以及第三聯接元件140或者第四聯接元件150調整為大體上與每條運動路徑相切。這減小了末端執行器162和末端執行器163的機械負載以及制動力，而這對於在執行器旋轉支點160運動期間通過末端執行器來將每個運送貨物固定在執行器旋轉支點160上而言是必需的。
[0065]圖13描繪了平移機械手200，該平移機械手200在根據本發明的系統中應當和第一機械手100共同使用。該平移機械手200包括曲柄元件210，該曲柄元件可繞第一旋轉軸A2轉動。第一聯接元件220可旋轉聯接地連接到曲柄元件210，第二聯接元件230可旋轉地設置在第一聯接元件220的第二旋轉軸A3上。在設置在第二聯接元件230上的第三旋轉軸A4上連接有平移機械手200的末端執行器300。此外，可以這樣來涉及平移機械手200:其曲柄元件210可以在平移自由度內(即沿著第一旋轉軸A2)移動。平移機械手200還可以具有更多個相互設置的元件鏈，其包括曲柄元件210、第一聯接元件220以及第二聯接元件230。該平移機械手特別適合給送臺架。在適當的設備花費情況下，它的定位精度可僅僅是較小的。
[0066]在靜止位置164和靜止位置166中的每一個都位於其中的目標區域中，第一機械手具有相對較高的定位精度。可是在目標區域以外，定位精度相對較小。通過位置確定裝置或者控制裝置可以實現第一機械手100和平移機械手200之間的最優化合作，而採用位置確定裝置或者控制裝置可以很精確地確定平移機械手200中末端執行器300的位置。藉助該平移機械手可以在第一機械手100的目標區域內在足夠的精度下放置運送貨物。藉助位置確定裝置可以將平移機械手200放置的運送貨物的準確位置告知第一機械手。通過運送貨物位於第一機械手100的目標區域，第一機械手100可以很精確地得知運送貨物的位置並接收該運送貨物。顯而易見，相反的運動過程也是可行的，其中，藉助第一機械手100將運送貨物放置在目標區域中，並由平移機械手200進行接收。通過平移機械手200的曲柄元件210在平移自由度Al以及因此在豎直方向上的運動的可行性，可以通過兩個機械手100和200的組合來實現多種運動過程。 [0067]附圖標記列表
[0068]槽軸I
[0069]軸2
[0070]螺紋軸3
[0071]槽軸4
[0072]螺母5
[0073]開槽螺母6
[0074]開槽螺母7
[0075]開槽螺母8
[0076]外殼9
[0077]齒輪10
[0078]空心軸11
[0079]空心軸12
[0080]皮帶傳動裝置13
[0081]偏心臂14
[0082]偏心臂15
[0083]末端執行器 16
[0084]皮帶傳動裝置17
[0085]軸末端18
[0086]末端執行器 19
[0087]第一機械手 100
[0088]旋轉鉸鏈 102
[0089]曲柄元件110[0090]第一旋轉軸 112
[0091]第一聯接元件120
[0092]第二旋轉軸122
[0093]第二旋轉軸上的驅動裝置124
[0094]第二聯接元件130
[0095]第三旋轉軸132
[0096]第三旋轉軸上的驅動裝置134
[0097]第三聯接元件140
[0098]第四旋轉軸142
[0099]第四聯接元件150
[0100]執行器旋轉支點160
[0101]第一末端執行器162
[0102]第二末端執行器163
[0103]第一靜止位置164
[0104]第二靜止位置166
[0105]拉伸的內部轉動170
[0106]平移機械手200
[0107]曲柄元件210
[0108]第一旋轉軸A2
[0109]第一聯接元件220 [0110]第二旋轉軸A3
[0111]第二聯接元件230
[0112]第三旋轉軸A4
[0113]平移自由度Al
[0114]末端執行器300
【權利要求】
1.用於驅動機械手的方法，所述機械手包括具有至少兩個聯接元件的元件鏈，其中第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連，第二聯接元件在第三旋轉軸上旋轉鉸接地連接到所述第一聯接元件，其中在所述第二旋轉軸上設置有用於所述第一聯接元件的驅動裝置，所述第二聯接元件在其與所述第一聯接元件相對的末端區域上，優選地在相對的接合中心上，具有執行器旋轉支點， 其中所述方法如此設計: 如此驅動所述曲柄元件和所述第一聯接元件:所述執行器旋轉支點在所述曲柄元件旋轉期間按照確定的角度範圍停留在靜止位置上， 其特徵在於， 為了縮短所述執行器旋轉支點在所屬靜止位置上的停留時間，藉助在所述第二旋轉軸上的驅動裝置在所述第一聯接元件上施加轉矩，所述轉矩在期望的停留時間的時期內最大為所述轉矩的5%，而這對於在縮短的停留時間情況下實現所述執行器旋轉支點的停留而言是必需的。 在第二旋轉軸122上而在圖4和圖5中所描繪的轉矩根據本發明最大僅僅為轉矩的5%，為了實現具有非縮短停留時間的執行器旋轉支點的停留，該轉矩是必要的。
2.根據權利要求1所述的用於驅動機械手的方法，其中如此驅動在所述第一旋轉軸和在所述第二旋轉軸上的驅動裝置:將所述執行器旋轉支點從第一靜止位置移動到第二靜止位置，其中所述執行器旋轉支點和所述第三旋轉軸在所述第一靜止位置和所述第二靜止位置之間的理論直線連接的各個相對側的它們各自路徑的至少80%上運動。
3.根據權利要求2所述的用於驅動機械手的方法，其中為了實現所述執行器旋轉支點從所述第一靜止位置運動到所述第二靜止位置，還要驅動在用於移動所述第二聯接元件的第三旋轉軸上的驅動裝置。
4.根據權利要求2和3其中之一所述的用於驅動機械手的方法，在所述機械手中第三聯接元件在第四旋轉軸上可旋轉地連接到所述執行器旋轉支點，在所述第三聯接元件上設置有末端執行器，其中在所述執行器旋轉支點從所述第一靜止位置到所述第二靜止位置的運動中如此轉動所述末端執行器:在所述末端執行器的末端區域的加速度小於所述執行器旋轉支點的加速度。
5.機械手，所述機械手包括具有至少兩個聯接元件的元件鏈，其中第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連，第二聯接元件在第三旋轉軸上旋轉校接地連接到所述第一聯接元件，其中在所述第二旋轉軸上設置有用於所述第一聯接元件的驅動裝置，所述第二聯接元件在其與所述第一聯接元件相對的末端區域上，優選地在相對的接合中心上，具有執行器旋轉支點， 其中所述機械手還包括控制裝置，通過所述控制裝置如此控制所述曲柄元件和所屬第一聯接元件的驅動裝置:所述執行器旋轉支點在所述曲柄元件旋轉期間按照確定的角度範圍停留在靜止位置上，並且 為了縮短所述執行器旋轉支點在所屬靜止位置上的停留時間，可以藉助在所述第二旋轉軸上的驅動裝置在所述第一聯接元件上施加轉矩，所述轉矩在期望的停留時間的時期內最大為所述轉矩的5%，而這對於在縮短的停留時間情況下實現所述執行器旋轉支點的停留而目是必需的。
6.根據權利要求5所述的機械手，其中第三聯接元件可繞第四旋轉軸旋轉地與所述執行器旋轉支點相連，第一末端執行器與所述第四聯接元件相連。
7.根據權利要求6所述的機械手，其中第四聯接元件可繞所述第四旋轉軸旋轉地與所述執行器旋轉支點相連，第二末端執行器與所述第四聯接元件相連。
8.根據權利要求7所述的機械手，其中所述第三聯接元件和所述第四聯接元件每個都設置在驅動軸上，所屬傳動軸被設置成與所述第四旋轉軸共軸。
9.根據權利要求8所述的機械手，其中所述末端執行器中的至少一個在其末端區域具有可繞軸旋轉的操作工具，其中所述操作工具和具有驅動單元的傳動裝置相連，所述傳動裝置的驅動軸運行時和所述第 四旋轉軸平行。
10.根據權利要求8和9其中之一所述的機械手，其中所述驅動軸中的至少一個可沿軸向移動。
11.根據權利要求8至10其中之一所述的機械手，其中所述機械手包括至少一個齒輪傳動裝置，通過所述齒輪傳動裝置可以驅動末端執行器的驅動軸中的至少一個。
12.平移機械手，所述平移機械手包括具有第一聯接元件的元件鏈，所述第一聯接元件在第二旋轉軸上旋轉鉸接地與受驅動可以繞第一旋轉軸轉動的曲柄元件相連， 其中可繞第三旋轉軸旋轉地末端執行器作為第二聯接元件連接到第一聯接元件，並且 其中所述曲柄元件可以在平移自由度內移動。
13.機械手系統，所述機械手系統包括根據權利要求5至11其中之一所述的機械手以及根據權利要求12所述的平移機械手。
14.用於驅動根據權利要求13所述的機械手系統的方法， 其中藉助所述平移機械手如此放置至少一個運送貨物:所述運送貨物位於所述第一機械手的靜止位置區域中，並由所述第一機械手接收位於該位置的所述運送貨物，或者其中，位於所述靜止位置區域的運送貨物由所述第一機械手來放置，並由所述平移機械手來接收。
15.根據權利要求14所述的用於驅動機械手系統的方法，其中所述平移機械手的驅動裝置僅僅在其第一旋轉軸上實現，以使得所述曲柄元件轉動。
【文檔編號】B25J9/04GK103648731SQ201280026517
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月13日 優先權日:2011年6月15日
【發明者】託拜厄斯·布雷特, 霍爾格·奎爾奧 申請人:柏林工業大學