用於對物體進行處理和/或執行加工操作的裝置的製作方法

2023-10-09 16:48:04 1

專利名稱：用於對物體進行處理和/或執行加工操作的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對物體進行處理和/或執行加工操作的裝置。具體地，本發明能在工業產業中應用在重幾千克的小質量物體的移動系統中，該 移動系統要求快速和精確移動。
背景技術：
本發明能應用在稱為「拾取和放置」系統的用於收集和定位產品的系統中、應用在 產品包裝或組裝生產線上、應用在用於將產品分開和/或分類的機器中或者應用在物體處 理系統中。在特定情況下，本發明可以用在醫學領域中，用於移動和處理手術器械，或者用在 機械加工領域中，用於移動諸如銑刀、鑽頭、鉗子或類似物的工具，或用於諸如雷射器的精 密儀器的大致移動和對準。眾所周知，這些系統使用由多個鉸接聯接機構構成的機械臂，機械臂的端部支承 諸如鉗子、吸盤或任何其它加工器具的工具。具體地，在拾取和放置應用中，位於水平面上或者傳送帶上的物體被收集和移動， 移動的方向與加工面平行或者物體的定向相對於該加工面改變，以便放到特定殼體或第二 傳送帶的內部。現有技術中發展出來的機器人體系結構基本上為兩個類型傳統類型的臂(通常 是仿人的)或者具有平行運動機構的自動裝置。大體而言，這兩種方案都使用傳統的致動器，該傳統的致動器通常由與機械減速 器相連的電動機構成，該機械減速器通常通過減小轉速和增大扭矩值使得扭矩_速度特性 適應於應用的需求。仿人結構的限制實質上在於，致動器沿著構成臂的運動鏈系分布，從而在移動時 涉及相當多的塊體並且限制了操作的動態特性，由此限制了整個生產線的加工速度。要記 住的是，對於每個臂而言，所要求的加工速度是每分鐘收集200次的級別。然而，傳統的結構具有較大的工作空間並且通常需要更易於實現的控制算法。平行運動機器通過將所有致動器集中在保持固定的自動操作區域而消除了上述 動態限制，經由機械聯接的複雜機械結構將運動傳遞給物體，該機械結構通常包括多於一 個的臂，而該臂是輕的和剛性的。儘管該方法給出了高動態水平，但是平行運動機械臂僅僅能夠執行受限的工作空 間。此外，在工作空間具有不能到達的區域進一步減小了有用的加工區域，在工作期間要避 免不能到達的區域從而不使結構中斷。最後，結構的複雜性使得控制算法的實現變得極為 複雜。對於這兩者方案，其限制在於必須提供具有機械減速器的致動器，這除了構成額 外的成本之外，還使得維護操作變得複雜，使得結構剛度變小，增大了系統中的噪聲和振 動，降低了系統可靠性並且使得控制過程變得複雜。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的解決方案中所具有的缺陷。具體地，本發明的目的在於提供用於在物體上進行處理和/或執行加工操作的裝 置，其將仿人結構的工作空間特性與平行運動機器的高水平動態特性和精確度結合起來。換言之，本發明的目的在於提供用於在物體上進行處理和/或執行加工操作的裝 置，其能夠減少在尤其是最靠近物體的區域中的運動塊體，能夠提供動態性能、明顯較大的 工作空間以及極為簡單的控制結構。此外，本發明的另一個目的在於提供用於在物體上進行處理和/或執行加工操作 的裝置，其設置有簡化的運動結構，不具有諸如減速器、螺紋系統、用於將圓形運動轉換為 直線運動的系統等的輔助機械機構，從而降低了成本，增大了系統可靠性，能夠更好地控制 力和力矩，並且大大地簡化控制算法。


現在將藉助附圖中所示的用於物體的處理裝置的非限制性例子、優選但非排它性 的實施例進行說明，其中圖1是根據本發明的用於處理物體的裝置的透視圖；圖2是圖1的裝置的細節正視圖；圖3是圖2的細節放大圖。
具體實施例方式參考附圖，1表示根據本發明的用於在物體上進行處理和/或執行加工操作的裝置。該裝置1包括第一臂2和第二臂3，該第一臂2和第二臂3各自具有第一端部2a、 3a和第二端部2b、3b。有利地，臂2、3是直的並且沿著相應的縱向軸線Z延伸。兩個臂2、3的軸線Z優 選地彼此平行。為了減輕裝置的重量，第一臂2和第二臂3優選地由碳製成。裝置1還包括支撐體4，第一臂2和第二臂3通過其相應的第一端部2a、3a均連接 至該支撐體4。裝置1具有與各個臂2、3的第二端部2b、3b相關聯的支撐和移動構件5。該支撐 和移動構件5優選地設計成支撐和移動工具9。裝置1至少包括分別與第一臂2和第二臂3相關聯的第一線性電動機6a和第二 線性電動機6b，以便移動其所關聯的臂2、3。具體地，各個線性電動機6a、6b使相應的臂2、3沿著直的滑動方向Zl、Z2移動。臂2、3的滑動方向Zl、Z2優選地彼此平行，並且更優選地與兩個臂2、3的軸線Z 平行。第一臂2的滑動方向獨立於第二臂3的滑動。由相應的線性電動機6a、6b觸發的第一臂2和第二臂3能夠沿著相應的滑動方向Z1、Z2交替移動，或者可以一起移動。第一線性電動機6a和第二線性電動機6b優選地為無鐵芯電動機。在無鐵芯線性電動機中，線圈布置在永磁體的兩個面對的磁軌之間，並且通量完 全與線圈的圈數相結合。該無鐵芯線性電動機內部不具有鐵磁體核，使得電動機輕量化。具體參考圖3，支撐和移動構件5優選地是鉸接的，並且至少包括第一連杆7和第 二連杆8，第一連杆7和第二連杆8的相應第一端部7a、8a彼此鉸接。各個連杆的第二端部7b、8b鉸接至相應的臂2、3。具體地，第一連杆7的第二端部 7b鉸接至第一臂2的第二端部2b，第二連杆8的第二端部8b鉸接至第二臂3的第二端部 3b。如前所述，支撐和移動構件5支撐工具9 ；具體地，工具9連接至單個連杆，例如第 一連杆7，如圖3所示。有利的是，工具9可以是諸如鉗子或吸盤的夾持器具，或者是諸如鑽頭、銑刀、激 光器或類似物的加工工具。在任何情況下，任何類型的工具可以根據需要連接至支撐和移 動構件5。第一連杆7和第二連杆8與各個臂2、3的第二端部2b、3b —起限定了四連杆機 構，使得工具9能夠沿包含在+/-90。之間的圓周弧移動。工具9掃過的圓周的範圍取決於設計選擇，具體取決於兩個臂2、3之間的距離和 連杆7、8的長度，其中所述距離通常是固定的。通過傳統的電動機10引起工具9繞其旋轉軸線9a的運動，該電動機10與支承工 具9的連杆相關聯。兩個臂2、3均與支撐體4可滑動地關聯。具體地，支撐體4包括第三線性電動機 11，第一臂2和第二臂3通過其相應的第一端部2a、3a連接至該第三線性電動機11。因此，線性電動機11包括線性引導件12和在該線性引導件上移動的滑塊13。各個臂2、3的第一端部2a、3a約束到滑塊13上。引導件12沿著方向X定向，該方向X是橫向的，並且優選地與臂2、3的滑動方向 Z1、Z2垂直。這樣，除了沿著圓周弧移動、繞旋轉軸線9a旋轉以及沿著與臂2、3的軸線Z平行 的方向平移之外，工具9還可以沿著橫向於臂2、3的軸線Z方向的方向平移。本發明具有顯著的優點，因為其提供了具有受限尺寸的結構，該結構能夠管理為 仿人結構的特徵的工作空間，但是具有平行運動機器通常擁有的高動態特性和精確度。這 是藉助特別設計成能夠採用方向運動新型致動器的非傳統運動結構而獲得的，該非傳統運 動結構不需要設置輔助機械機構。線性電動機直接向其所應用的元件發送指令，避免了使結構加重的運動連接，增 大了移動部件的數量並且減緩了機器的運行速度和動態特性。使用無鐵芯線性電動機的特別構造選擇產生了顯著的優點。磁場是對稱的，磁通量的得到極好的利用，沒有吸力並且移動部件的質量較小。盡 管類似的電動機不提供高推力水平，通常不超過2kN，但是其能夠快速且精確地移動，最好 是用於拾取和放置應用或直角坐標機器人。碳臂有助於減輕裝置的重量，線性電動機的構造簡單簡化了現有技術的裝置通常 具有的結構複雜性。
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不具有輔助機械機構進一步降低了成本、提高了系統可靠性、能更好地控制扭力 並且大大地簡化控制算法。
權利要求
一種用於對物體進行處理和/或執行加工操作的裝置，包括至少第一臂(2)和第二臂(3)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)各自具有第一端部(2a、3a)和第二端部(2b、3b)；支撐體(4)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)連接至所述支撐體(4)；支撐和移動構件(5)，其與所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的第二端部(2b、3b)相關聯；其中，所述裝置包括至少一個第一線性電動機(6a)和至少一個第二線性電動機(6b)，所述至少一個第一線性電動機(6a)和所述至少一個第二線性電動機(6b)各自與相應的臂(2、3)相關聯，以使所述相應的臂產生運動。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，各個線性電動機(6a、6b)使相應的臂(2、3)沿著 直的滑動方向(Z1、Z2)移動。
3.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的 所述直的滑動方向(Z1、Z2)彼此平行。
4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)是 直的。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，各個線性電動機(6a、6b)是無鐵芯 電動機。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)與 所述支撐體(4)能滑動地相關聯。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述支撐體(4)包括第三線性電動機(11)，所述 第三線性電動機(11)包括直的引導件(12)和能在所述引導件(12)上滑動的滑塊(13)。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，各個臂(2、3)的第一端部(2a、3a)被約束到所述 滑塊(13)上。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其中，所述直的引導件(12)沿著橫向於所述臂(2、 3)的滑動方向(Z1、Z2)的方向(X)定向。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的裝置，其中，所述直的引導件(12)沿著與所述 臂(2、3)的滑動方向(Z1、Z2)垂直的方向(X)定向。
11.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述支撐和移動構件(5)是鉸接的。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述支撐和移動構件(5)包括至少一個第一連 杆(7)和至少一個第二連杆(8)，所述至少一個第一連杆(7)和所述至少一個第二連杆(8) 的相應第一端部(7a、8a)彼此鉸接，並且所述至少一個第一連杆(7)和至少一個第二連杆 (8)與各個臂(2、3)的第二端部(7b、8b) —起限定了四連杆機構。
13.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述支撐和移動構件(5)設置成支 撐一工具(9)。
14.根據權利要求12和13中任一項所述的裝置，其中，所述連杆(7、8)中的至少一個 設置成支撐一工具(9)。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中，所述裝置至少包括傳統的電動機(10)，所述傳 統的電動機(10)與支承所述工具(9)的至少一個連杆(7、8)相關聯，以使得所述工具(9)能夠運動。
16.根據權利要求13至15中任一項所述的裝置，其中，所述工具(9)是夾持器具。
17.根據權利要求13至15中任一項所述的裝置，其中，所述工具(9)是加工工具。
全文摘要
本發明涉及一種用於在物體上進行處理和/或執行加工操作的裝置，包括第一臂(2)和第二臂(3)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)各自具有第一端部(2a、3a)和第二端部(2b、3b)；支撐體(4)，所述第一臂(2)和所述第二臂(3)連接至所述支撐體(4)；支撐和移動構件(5)，其與所述第一臂(2)和所述第二臂(3)的第二端部(2b、3b)相關聯；以及至少一個第一線性電動機(6a)和至少一個第二線性電動機(6b)，所述至少一個第一線性電動機(6a)和所述至少一個第二線性電動機(6b)各自與相應的臂(2、3)相關聯，以使所述相應的臂產生移動。
文檔編號B25J5/04GK101855047SQ200780101354
公開日2010年10月6日 申請日期2007年11月26日 優先權日2007年11月26日
發明者P·米尼亞諾 申請人:馬達動力公司