CN213081468U

CN213081468U - 机器人臂

Info

Publication number: CN213081468U
Application number: CN201890001441.5U
Authority: CN
Inventors: A·汉德费斯特; 赫尔诺特·尼茨; J·托雷斯; S·奥兹皮纳尔
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: DE102017010405A1; DE212018000329U1; WO2019091892A1

Abstract

根据本实用新型的机器人臂，具有：调整节肢(4)和相邻节肢(2)，它们在调整关节(3)中相互连接；承载节肢(5)，其通过至少一个中间关节(5A)与相邻节肢连接；和测量装置，具有在调整节肢侧的测量元件(1B)，测量元件在调整关节的预定的调整位置中位于测量平面(E₃)中，测量平面包含调整关节的关节轴并且与中间关节的关节轴围成80°至100°之间的角度。

Description

机器人臂

技术领域

本实用新型涉及一种机器人臂、一种用于调整机器人臂的关节的方法以及一种控制器和一种具有该机器人臂和控制器的机器人。

背景技术

由企业内部实践已知的是，为了调整使机器人臂的两个节肢相互连接的机器人关节，在两个节肢中的一个上设置测量槽口，并在两个节肢中的另一个上设有测量或调整盒，其上固定有用于调整的电传感器，该电传感器检测测量缺口是否位于测量平面中，这确定了机器人关节的一定义的位置，因此可以基于该定义的位置来校准机器人关节。

调整盒或传感器的放置可能会出现问题，尤其是出于结构原因。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改进对机器人臂的关节的调整。

本实用新型的目的通过一种机器人臂来实现。本实用新型还请求保护一种控制器或者一种具有在此所述机器人臂和在此所述控制器的机器人。

根据本实用新型的一种实施方式，机器人臂具有两个节肢，这两个节肢通过一关节相互连接，该关节在本文中不失一般性地被称为待校准的关节或调整关节。通过该调整关节相互连接的两个节肢被相应地称为调整节肢和相邻节肢，其中，在一种实施方式中，调整节肢相对于相邻节肢的姿势，特别是理论上的姿势，仅通过调整关节的位置来确定。

根据本实用新型的一种实施方式，机器人臂具有另一节肢，该节肢经由或通过至少一个关节与相邻节肢连接，该关节在本文中不失一般性地被称为中间关节。该另一节肢被称为承载节肢。

根据本实用新型的一种实施方式，机器人臂具有测量装置，该测量装置具有在调整节肢侧的、特别是特定于调整节肢的一件式或多件式的测量元件，该测量元件在调整关节的预定的调整位置中位于一测量平面中，该测量平面包含调整关节的关节轴并且与中间关节的关节轴围成一角度，该角度在80°至100°之间，特别是在85°至95°之间，或者在一种实施方式中为90°，或者至少基本上垂直于或正交于该中间关节的关节轴。

在一种实施方式中，该位于调整节肢侧并因此随着调整节肢围绕其关节轴的调节而一起运动的测量元件仅仅或排他性地位于预定的调整位置中，并且在必要时在相对于调整位置转动180°的位置上位于测量平面中。在一种实施方式中，(测量装置的)测量平面是预先设定的，特别是相对于承载节肢被定义，在一种实施方式中是相对于承载节肢位置固定的。

在一种实施方式中，测量装置、特别是测量元件和/或测量平面被设置为或者被设计为或者用于，检测测量元件位于或是否位于测量平面中，特别是检测测量元件通过测量平面，在一种实施方式中是检测测量元件是否是在调整关节的预定的调整位置上(通过测量装置)可检测地位于测量平面中，特别是仅(并且在必要时在相对于调整位置转动180°的位置上)在调整关节的预定的调整位置上(通过测量装置)可检测地位于测量平面中。

在一种实施方式中，测量平面具有由调整关节的关节轴所界定的半平面，并且测量装置、特别是测量元件和/或该半平面被设置为或设计为或用于，检测测量元件位于或是否位于半平面中，特别是检测测量元件通过该半平面，在一种实施方式中，是检测测量元件是否是在调整关节的预定的调整位置上 (通过测量装置)可检测地位于该半平面中，特别是仅在调整关节的预定的调整位置上(通过测量装置)可检测地位于该半平面中。

在一种实施方式中，通过借助于测量装置来检测测量元件是否位于测量平面或半平面中，可以确定调整关节是否处于预定的调整位置中：如果(检测到)测量元件位于测量平面或半平面中，则检测到调整关节处于预定的调整位置中，否则或者如果(检测到)测量元件不位于测量平面或半平面中，则检测到调整关节不处于预定的调整位置中。

在一种实施方式中，该测量平面从设计上或者从结构上，特别是相对于承载节肢或者通过承载节肢和/或不变地或静止地，特别是通过(一个或多个) 将在后面说明的测量标记和/或接口和/或(一个或多个)测量传感器(的布置或定向)而被预先设定，或者相应地设置测量装置，特别是接口、测量标记和/或测量传感器，在一种实施方式中，接口或测量传感器被设计用于仅在调整位置上检测测量标记。在一种实施方式中，为此将测量标记或接口或测量传感器布置在该测量平面或半平面中。

在本文中，转动关节的关节轴特别是指其旋转轴或者说转动轴，滑动关节的关节轴特别是指其平移轴或者说位移轴。

在一种实施方式中，通过使中间关节的关节轴相对于测量平面至少基本上正交地取向，则中间关节的位置至多轻微地影响对调整关节的调整位置的检测，优选(至少基本上)根本不影响。由此，在一种实施方式中，可以有利地放置测量装置，并且同时可以使测量装置的、特别是由此引起的测量误差保持很小，尽管由于精度降低而使得测量装置或通过至少2个关节或(关节)轴所进行的调整最初看来是不利的。

在一种实施方式中，承载节肢在一中间关节中与相邻节肢连接，从而在一种实施方式中使得承载节肢相对于相邻节肢的特别是理论上的姿势仅通过中间关节的位置来确定。换句话说，在一种实施方式中，该中间关节和该调整关节是(直接)彼此相继的关节，或者说承载节肢、相邻节肢和调整节肢是机器人臂的(运动学上直接)彼此相继的节肢。

由此，在一种实施方式中，测量装置的测量误差可以保持很小。

在一种替代的实施方式中，承载节肢经由或通过两个或更多个中间关节与相邻节肢连接，其中，测量平面与这些中间关节的关节轴分别围成在80°至100°之间、特别是在85°至95°之间、在一种实施方式中为90°的角度，或者这些关节轴分别至少基本上垂直或正交于测量平面。

由此，在一种实施方式中，可以有利地放置测量装置，并且同时可以使测量装置的、特别是由此引起的测量误差保持很小。

在一种实施方式中，测量元件可以具有特别是被静止地放置在调整节肢上的、特别是机械的(可检测的)和/或光学的(可检测的)测量标记，特别是凹陷部或***部，并且测量装置可以具有特别是被静止地放置在承载节肢上、特别是放置在测量平面、特别是半平面中的接口，在该接口上固定有测量传感器，特别是电测量传感器，在一种实施方式中，该测量传感器是被可无损拆卸地和/或暂时地固定在该接口上和/或固定在测量平面、特别是半平面中，通过或借助于该接口可以检测或者检测测量标记，或者特别是检测测量标记是否位于测量平面或半平面中，或者检测调整关节取决于此地是否具有预先设定的调整位置，或者接口、测量标记和/或测量传感器被设计用于此目的或被用于此目的。

在一种实施方式中，通过将测量传感器或接口放置在承载节肢上，在对调整关节进行调节时，测量传感器可以为了该调整而保持位置不变，并由此能够有利地放置测量装置和/或使测量装置的测量误差保持很小。

在一种替代的实施方式中，测量装置反过来可以具有特别是被静止地放置在承载节肢上的、特别是在测量平面、特别是半平面中的、特别是机械的 (可检测的)和/或光学的(可检测的)测量标记，特别是凹陷部或***部；并且测量元件具有特别是被静止地放置在调整节肢上的接口，特别就是特别是被静止地放置在调整节肢上的接口，在该接口上固定有测量传感器，特别是电测量传感器，在一种实施方式中，该测量传感器是可无损拆卸地和/或暂时地被固定在该接口上，通过或借助于该接口可以检测或检测测量标记，或者特别是接口或测量传感器是否位于测量平面或半平面中，或者调整关节是否与此相关地具有预先设定的调整位置，或者接口、测量标记和/或测量传感器被设计用于此目的或被用于此目的。因此在这种实施方式中，测量传感器由于对调整关节的调节而相对于测量平面运动。

由此，在一种实施方式中，可以使承载节肢更紧凑地构成。

在一种实施方式中，测量装置包括可固定在接口上的、特别是至少暂时固定在接口上的测量传感器。

附加地或替代地，接口本身可以具有特别是用于操纵测量传感器的、特别是可通过测量标记调节的和/或可平移调节的测量节肢，特别是接口本身可以是特别是用于操纵测量传感器的、特别是可通过测量标记调节的和/或可平移调节的测量节肢。

在一种实施方式中，接口或(被固定在接口上的)测量传感器的测量节肢、特别是探针的调节轴，在一种实施方式中为平移的调节轴，和/或测量标记与中间关节的一个或多个关节轴的接合方向(分别)围成在80°至100°之间、特别是85°至95°之间的角度，在一种实施方式中围成90°的角度，其中在一种实施方式中，调节轴或接合方向不与该关节轴相交，而是可以与其间隔开或相对于其倾斜(windschief)。附加地或替代地，在一种实施方式中，测量节肢的调节轴或测量标记的接合方向至少基本上平行于调整关节的关节轴。

由此，在一种实施方式中，可以使测量装置的测量误差保持很小。

在一种实施方式中，调整节肢是远端的端部节肢，特别是机器人(臂) 法兰。本实用新型对于这种远端的端部节肢是特别有利的，因为在那里为了提高可用性而需要优选为紧凑的尺寸，本实用新型并不限于此。

在用于对机器人臂的调整关节进行调整的方法中可以包括以下步骤：

-调节调整关节，在一种实施方式中为仅调节调整关节；

-借助于测量装置，特别是在对调整关节进行调节期间和/或之后，检测调整关节的调整位置(的存在)，特别是(存在)测量元件位于测量平面、特别是半平面中或者测量元件通过测量平面或半平面，在一种实施方式中为 (至少)对调整关节进行调节，直至借助于测量装置检测到调整关节的调整位置(的存在)，特别是(存在)测量元件位于测量平面或半平面中；以及

-根据所检测到的调整位置或其存在，对调整关节进行调节。

在一种实施方式中，对调整关节的校准或调整包括对调整关节、特别是 (调整)关节传感器的零位置或参考位置和/或偏移进行校准、特别是确定或修正，该(调整)关节传感器检测调整节肢和相邻节肢相对于彼此的位置，或者为此而设计或者被用于此目的。特别地，可以将在检测到调整位置时通过关节传感器检测到的调整关节的位置确定为零位置或参考位置，或者可以确定相应的偏移。附加地或替代地，在一种实施方式中，调整关节还可以被机械地改变或重新校准。

在一种实施方式中，该方法包括在对调整关节进行调节之前的步骤：

-将一个或多个中间关节(分别)调节到用于通过测量装置检测调整关节的调整位置的测量位置，或者调节到借助于测量装置可检测或者能够检测调整关节的调整位置的测量位置。

由此，在一种实施方式中，测量装置可处于有利的姿势中，而在一种扩展方案中，测量传感器和测量标记相对于彼此定向，并因此将测量装置的测量误差保持很小。

在一种实施方式中，提供一种用于控制机器人臂的控制器，该控制器特别是被硬件技术和/或软件技术地、特别是编程技术地设计用于执行在此所述的方法，和/或(至少)具有：

-用于对调整关节进行调节的装置，在一种实施方式中用于仅对调整关节进行调节；

-用于借助于测量装置检测调整关节的调整位置的装置；和

-用于根据检测到的调整位置来对调整关节进行调节的装置。

在一种实施方式中，该控制器或其装置包括：用于将一个或多个中间关节(分别)调节到借助于测量装置检测调整关节的调整位置的测量位置的装置。

本实用新型意义下的装置可以硬件技术和/或软件技术地构成，特别是具有：优选与存储***和/或总线***进行数据连接或信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，特别是微处理器单元(CPU)；和/或一个或多个程序或程序模块。为此，CPU可以被设计为：执行被实现为存储在存储***中的程序的指令；检测来自数据总线的输入信号，和/或将输出信号发送至数据总线。存储***可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，特别是光学的、磁的、固体的和/或其它非易失性的介质。程序可以是这样的：其能够体现或者说执行在此所述的方法，使得CPU能够执行该方法的步骤，并由此特别是能够控制机器人臂。在一种实施方式中，计算机程序产品可以具有特别是非易失性的、用于存储程序的存储介质或者其上存储有程序的存储介质，计算机程序产品特别可以是特别是非易失性的、用于存储程序的存储介质或者其上存储有程序的存储介质，其中，执行该程序使得***或控制器、特别是计算机能够执行此处所述的方法或该方法的一个或多个步骤。

在一种实施方式中，该方法的一个或多个步骤，特别是所有步骤，特别是通过控制器或其装置被完全或部分地自动化地执行。

在一种实施方式中，除了调整关节和一个或多个中间关节(其中的一个或多个可以是转动关节，在一种实施方式中全部可以是转动关节)以外，机器人臂还具有一个或多个其它的关节、特别是转动关节。在一种实施方式中，机器人臂整体上或者说包括一个或多个调整关节和中间关节在内具有至少五个关节，特别是至少六个关节，在一种实施方式中为至少七个关节，特别是转动关节。附加地或替代地，在一种实施方式中，机器人臂(相应地)具有用于调节其一个或多个关节的、特别是电的、优选为电动的驱动器，特别是用于调节调整关节的、特别是电的、优选为电动的驱动器，和/或(相应地) 具有用于调节一个或多个中间关节的、特别是电的、优选为电动的驱动器，在一种实施方式中，该驱动器(相应地)通过控制器来控制，特别是调节。

在一种实施方式中，静止的放置可以包括可无损拆卸的放置或者说持久的放置，特别是材料配合的固定或者整体的构成，静止的放置特别可以是可无损拆卸的放置或者说持久的放置，特别是材料配合的固定或者整体的构成。在一种实施方式中，如果特定于测量元件的参考点位于测量平面或半平面中，或者相对于测量平面或半平面具有最大为预定的公差距离，该公差距离在一种扩展方案中对应于预定的调节精度和/或为通过对调整关节的调节可实现的距测量平面或半平面的最大距离的最大1％，特别是最大0.1％，则在本实用新型的意义下，测量元件正好位于测量平面或半平面中。

附图说明

本实用新型的其它优点和特征由从属权利要求和实施例给出。在此部分示意性地示出：

图1为根据本实用新型的一种实施方式的机器人臂，其具有调整关节和中间关节；

图2为机器人臂的一部分，其包括处于测量位置的中间关节和处于调整位置的调整关节；

图3为机器人臂的一部分，其包括处于另一位置的调整关节和中间关节；

图4为根据本实用新型的一种实施方式的、用于调节机器人臂的调整关节的方法。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型的一种实施方式的机器人臂，其具有呈远端的端部节肢4形式的调整节肢和呈枢转壳体2形式的相邻节肢，该相邻节肢在调整转动关节3中与调整关节或者说远端的端部节肢4相连接，并且在中间转动关节中呈基体5形式的承载节肢相连接。

在基体5上静止地放置有呈已知的调整盒1形式的接口，用于固定测量传感器。

图2、图3分别示意性示出了机器人臂的一部分，它们分别包括在测量位置中的中间关节和在调整位置中的调整关节(图2)或者在相对于此移动的其它位置中的中间关节和调整关节(图3)。

在此，代替调整盒1地，在图2、图3中示出了被暂时固定于调整盒上的测量传感器1A，该测量传感器与控制器30进行通信。

此外，在图2和图3中，调整转动关节3的(关节)轴以点划线或者关节坐标q₃以及中间转动关节5A的(关节)轴来指示。

测量传感器1A(见图2、图3)或其调整盒1形式的接口(见图1)具有在结构上预定的、(位置)特定于承载节肢的操作方向或调节方向R_1A。该操作方向或调节方向位于测量装置的与图2、图3的绘图平面相同的测量平面E₃中，该测量装置具有测量传感器1A或其接口1和在调整关节或远端端部节肢4上的、测量槽口1B形式的测量标记，该测量标记(仅)在如图2 所示的调整关节3的调整位置上(并且在相对于该调整位置调节180°的位置上)位于该测量平面E₃中，或者仅在调整位置上位于相应的由关节轴界定的半平面中(在图2中右侧)。

从图2、图3中可以看出：由于调节方向R_1A或测量平面E₃相对于中间转动关节5A的(关节)轴是正交地取向，因此该中间转动关节的位置不包括在对调整转动关节3的位置的测量中。此外在该实施例中，调整转动关节 3的(关节)轴也平行于调节方向R_1A。

在一种未示出的变型中，调整节肢4上的接口1或测量传感器1A和测量槽口1B还可以反过来被特定于承载节肢地放置。

图4示出了根据本实用新型一种实施方式的用于对调整关节3进行调节的方法。

在步骤S10中，控制器30首先将中间关节5A调节到如图2中所示的测量位置，在该测量位置中，可以借助于测量装置检测调整关节3的调整位置，或者检测测量槽口1B是否位于测量平面或半平面E₃中(图3─>图2)。在此，在到达测量位置之前或之后，测量传感器1A被固定在调整盒1上。

随后在步骤S20中，控制器30仅命令调整关节3转动，并在此期间连续地检测测量槽口1B是否被布置在测量平面或半平面E₃中。

在步骤S30中，将所检测到的测量缺口1B通过测量平面或半平面E₃确定为调整关节3的机械零位置，并且相应地校准调整关节3，例如使关节角度传感器(未示出)归零等。

由此，关节角度传感器可以利用预先设定的机械位置，即调整关节3的调整位置，被可靠且精确地校准，随后可以基于由关节角度传感器检测到的位置而可靠且精确地确定调整关节3的实际机械位置。

尽管在前面的描述中已经阐述了示例性的实施方式，但是应该指出的是，还可能有很多的变型。此外还应指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是示例，其不应对保护范围、应用和结构形成任何限制。相反，通过前面的描述能够赋予本领域技术人员实现对至少一个示例性实施方式进行转换的教导，其中，在不脱离保护范围的情况下，可以实现特别是关于所述部件的功能和布置的各种变化，例如可以根据权利要求和等效的特征组合获得。

附图标记列表

1 调整盒(接口)

1A 测量传感器

1B 测量槽口(测量标记)

2 枢转壳体(相邻节肢)

3 转动关节(调整关节)

4 远端的端部节肢(调整节肢)

5 基体(承载节肢)

5A 中间(旋转)关节轴

30 控制器

E₃ 测量平面或半平面

q₃ 关节角度

R_1A 调节方向。

Claims

1.一种机器人臂，具有：

-调整节肢(4)和相邻节肢(2)，它们在调整关节(3)中相互连接，

-承载节肢(5)，其通过至少一个中间关节(5A)与所述相邻节肢连接，和

-测量装置，其具有在调整节肢侧的测量元件，所述测量元件在所述调整关节的预先设定的调整位置中位于测量平面(E₃)中，所述测量平面包含所述调整关节的关节轴并且与所述中间关节的关节轴围成一80°至100°之间的角度。

2.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述承载节肢在一中间关节中与所述相邻节肢连接。

3.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述承载节肢通过至少两个中间关节与所述相邻节肢连接，其中，所述测量平面与所述中间关节的关节轴分别围成80°至100°之间的角度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机器人臂，其特征在于，

-所述测量元件具有被特别是静止地放置在所述调整节肢上的、特别是机械的和/或光学的测量标记(1B)，并且所述测量装置具有被特别是静止地放置在所述承载节肢上的、用于固定测量传感器(1A)以检测所述测量标记的接口(1)；或者

-所述测量装置具有被特别是静止地放置在所述承载节肢上的、特别是机械的和/或光学的测量标记，并且所述测量元件具有被特别是静止地放置在所述调整节肢上的、用于固定所述测量传感器以检测所述测量标记的接口。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的机器人臂，其特征在于，所述调整节肢是远端的端部节肢。

6.根据权利要求4所述的机器人臂，其特征在于，所述调整节肢是远端的端部节肢。

7.一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的机器人臂的控制器(30)，所述控制器具有：

-用于调节调整关节的装置；

-用于借助于测量装置检测所述调整关节的调整位置的装置；以及

-用于根据检测到的调整位置来调节所述调整关节的装置。

8.一种机器人，具有机器人臂和根据权利要求7所述的用于控制机器人臂的控制器(30)。