KR102339489B1 - Quick release mechanism for tool adapter plate and robot comprising same - Google Patents

Abstract

로봇 팔, 로봇 컨트롤러, 및 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 시스템과 함께 사용하기 위하여, 교환 가능한 엔드 이펙터 어셈블리는, 툴 플레이트, 퀵 릴리즈 메커니즘을 포함하고, 툴 플레이트는 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리: 통신 인터페이스: 프로세서: 및 제 1 커넥터와 접합 가능한(matable) 제 2 커넥터를 포함하고, 프로세서는 제 1 및 제 2 커넥터가 결합 시 로봇 컨트롤러로 데이터를 전송하도록 구성한다. For use with a robotic system comprising a robotic arm, a robot controller, and an end effector, the interchangeable end effector assembly includes a tool plate, a quick release mechanism, the tool plate comprising: a non-volatile memory storing data; a processor: and a second connector matable with the first connector, wherein the processor is configured to transmit data to the robot controller when the first and second connectors are mated.

Description

툴 어답터 플레이트를 위한 퀵 릴리즈 메커니즘 및 이를 포함하는 로봇Quick release mechanism for tool adapter plate and robot comprising same

본 출원은 2017년 4월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 No.62/482,958 호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/482,958, filed on April 7, 2017, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

다양한 실시예에 있어서, 본 발명은 로봇 구성 및 그 작동에 관련된 것이다. In various embodiments, the present invention relates to robot construction and operation thereof.

산업용 로봇은 물리적 물체의 이동 및 조작과 관련하여 다양한 작업을 수행한다. 전형적인 산업용 로봇은, 예를 들어, 그리퍼(grippers)가 장착된 하나 이상의 팔을 가질 수 있으며, 이는 로봇이 특정 위치에서 물체를 집어 들고 목적지 위치로 운반하고 특정 좌표에 따라 내려 놓을 수 있게, 예를 들어, 목적 위치에 있는 판지 상자에 넣거나 위치시킬 수 있도록, 허락한다.Industrial robots perform a variety of tasks related to the movement and manipulation of physical objects. A typical industrial robot may have, for example, one or more arms equipped with grippers, which enable the robot to pick up an object at a specific location, transport it to a destination location and put it down according to specific coordinates, e.g. For example, to allow it to be placed or placed in a cardboard box at the destination location.

로봇은 다양한 타입의 물체를 조작하고, 단순히 물체를 움직이는 것을 넘어 많은 작업- 예를 들어, 용접(welding), 접합(joining), 패스너 도포(fasteners applying) 등을 조작한다. 결과적으로, 많은 다양한 "엔드 이펙터"는 로봇 부속 장치에 배치하기 위해 개발되어 왔다. 그리퍼와 같은 이러한 엔드 이펙터 중 일부는다양한 범위의 작업을 수행하기 위하여 유용하며, 용접 건과 같은 다른 이펙터는 단일의 특수 작업을 수행하도록 설계된다. 범용성(versatility)를 증진시키기 위하여 사용 로봇은 다양한 엔드 이펙터를 수용할 수 있다. 예를 들어, 다양한 엔드 이펙터는 로봇 팔의 팔목(cuff) 또는 손목(wrist)에 상호 교환가능하게 장착되는 것을 허락하는 공통 링크 디자인을 공유할 수 있다. 로봇을 엔드 이펙터에 작동시키는 것은 더 어렵다. 종종, 로봇에 엔드 이펙터를 선택하는 것은 시스템 통합 또는 어셈블리 동안에 발생하고, 필수적으로 영구적이다; 선택된 엔드 이펙터를 동작시키기 위하여 필요한 프로그래밍은 로봇을 위한 컨트롤러 코드에 적힌다. 몇몇의 로봇에서, 엔드 이펙터는 동작하는 동안 다이나믹하게 변화하지만, 통상적으로, 사전 프로그래밍된 작업 실행 단계에서 발생한다. 즉, 로봇 컨트롤러 코드는 다음 작업을 관리하는 코드가 교체를 기대할 때, 새로운 엔드 이펙터가 필요하다는 신호를 보낸다. 로봇의 엔드 이펙터 내 역동적인 변화, 다시 말해, 작업을 실행하거나 새로운 작업을 위해 로봇이 아웃핏(outfitted)될 때, 로봇 기대에 대한 응답으로 발생한다. Robots manipulate different types of objects and do many more than just moving objects – such as welding, joining, applying fasteners, and more. As a result, many different “end effectors” have been developed for deployment in robotic attachments. Some of these end effectors, such as grippers, are useful for performing a wide range of tasks, while others, such as welding guns, are designed to perform a single, specialized task. In order to increase versatility, the use robot can accommodate a variety of end effectors. For example, various end effectors may share a common link design that allows them to be interchangeably mounted on the cuff or wrist of a robotic arm. It is more difficult to actuate the robot on the end effector. Often, the selection of an end effector for a robot occurs during system integration or assembly, and is essentially permanent; The programming required to operate the selected end effector is written in the controller code for the robot. In some robots, the end effector changes dynamically during operation, but typically occurs during a pre-programmed task execution phase. In other words, the robot controller code signals that a new end-effector is needed when the code that manages the next task expects to be replaced. Dynamic changes in the robot's end effectors occur in response to robot expectations, ie when the robot is outfitted for executing a task or for a new task.

따라서 필요한 것은, 그러므로, 오퍼레이터(operator)의 임의의 교체 및 로봇에 의한 다이나믹한 수용을 가능하게 하는 엔드 이펙터의 핫스왑(hot-swapping)에 대한 다양한 접근법이 필요하다. 예를 들어, 오퍼레이터는 로봇에 의해 작업이 수행되는 동안 현재의 그리퍼 세트가 허용하는 것보다 더 세밀한 제어를 요구한다는 것을 조작 중에 발견할 수 있다. 이러한 상황에서, 오퍼레이터는 더욱 알맞은 엔드 이펙터를 가지는 존재하는 그리퍼로 교체하나 로봇의 작업-실행 코드를 다시 적는 것 없는 것을 원한다. What is needed is, therefore, a diverse approach to hot-swapping of end effectors that allows for arbitrary replacement of operators and dynamic acceptance by robots. For example, an operator may discover during manipulation that a task is being performed by a robot, requiring finer-grained control than the current set of grippers allows. In this situation, the operator wants to replace an existing gripper with a more suitable end effector but without rewriting the robot's work-executable code.

본 발명의 실시예에 따른 로봇은, 로봇과의 통신을 용이하게 하여 엔드 이펙터를 메인 제어 프로그램으로 변경하지 않고 작동시킬 수 있는 소프트웨어를 동적으로 로드하고 실행하는 로봇과 통신을 용이하게 하는 엔드 이펙터와 관련된 소프트웨어 및 하드웨어, 및 엔드 이펙터의 동적인 교체를 수용하는 것이 가능하다. 이러한 이펙터-특정 프로그래밍을 여기서는 일관되게 "드라이버(driver)"라고 칭한다. 드라이버는 프로그램 실행하는 동안 대응하는 엔드 이펙터가 감지되면 동적으로 링크되고 실행될 수 있다.A robot according to an embodiment of the present invention includes an end effector that facilitates communication with the robot, and a robot that dynamically loads and executes software that can operate the end effector without changing the main control program to the end effector and facilitate communication with the robot; It is possible to accommodate the dynamic replacement of associated software and hardware, and end effectors. This effector-specific programming is consistently referred to herein as a "driver." Drivers can be dynamically linked and executed when the corresponding end effector is detected during program execution.

통상적으로, 로봇 컨트롤러는 드라이버의 라이브러리에 저장되고, 새로운 엔드 이펙터가 감지되면 적합한 드라이버가 로드된다; 이러한 프로세스는 여기서 "자체 구성(self-configuration)"이라고 칭한다. 그러나 컨트롤러 코드 자체는 특정 드라이버와 관련이 없지만 적절한 드라이버가 응답하도록 코딩된 일반 명령을 실행할 수 있다. 이는 다른 엔드 이펙터를 수용하는 컨트롤러 코드 레벨에서의 변경하지 않아도 된다.Typically, the robot controller is stored in a library of drivers, and the appropriate driver is loaded when a new end effector is detected; This process is referred to herein as "self-configuration." However, while the controller code itself is not specific to a specific driver, it can execute generic commands coded for the appropriate driver to respond. This does not require any changes at the controller code level to accommodate different end effectors.

용어 "구성 데이터(configuration data)" 또는 "구성 정보(configuration information)"는 특정 엔드 이펙터를 위한 적합한 드라이버를 식별하거나 인스턴트화(예를 들어, 선택 또는 파라미터화)하는 정보를 말한다. 따라서, 구성 데이터는 실제 드라이버, 일반 드라이버를 특정 엔드 이펙터에 맞추는데 사용되는 파라미터, 또는 필요한 드라이버의 유형에 대한 식별자일 수 있다. 용어 "식별자(identifier)" 또는 "식별 데이터(identification data)"는 엔드 이펙터를 식별하는 정보를 지칭하고, 엔드 이펙터를 위한 적합한 구성 정보를 위치시키는데 사용되거나 조합할 수 있다. 여기서 설명된 바와 같이, 드라이버, 구성 데이터 및 식별자는 디자인 순위 및 선호에 의존한 시스템의 구성 사이에 다양하게 분배될 수 있다. The term “configuration data” or “configuration information” refers to information that identifies or instantiates (eg, selects or parameterizes) a suitable driver for a particular end effector. Thus, the configuration data may be an actual driver, a parameter used to tailor a generic driver to a specific end effector, or an identifier for the type of driver required. The term “identifier” or “identification data” refers to information that identifies an end effector, and may be used or combined to locate suitable configuration information for an end effector. As described herein, drivers, configuration data, and identifiers may be distributed variously among the configurations of the system depending on design priorities and preferences.

다양한 실시예에서, 엔드 이펙터는 로봇 부속 장치에 직접 연결되지 않는 대신에, 로봇 부속 장치의 몸체 중앙으로부터 먼 거리에 제거 가능하게 장착된 "툴 플레이트(tool plate)"에 연결된다. 툴 플레이트는 엔드 이펙터에 기게적으로 수용되고 전원을 공급하고, 및 일부 케이스에서는 데이터 시그널을 공급한다. 다양한 유형 및 기능의 정도는 엔드 이펙터와 툴 플레이트 사이에서 분배되고, 후자는 하나 이상의 엔드 이펙터를 수용할 수 있다. 이러한 배열은 특정 로봇 아키텍처(architecture)에서 가장 적합한 기능의 유연한 배치를 용이하게 한다; 예를 들어, 하나의 구성요소 "덤(dumb)"(예를 들어, 통신 또는 데이터 프로세싱이 불가능함)이고, 또 다른 하나의 "스마트(smart)"(예를 들어, 로봇과 통신하고 데이터 프로세싱 동작을 수행할 수 있는) 일 수 있다. 따라서, 하나의 실행은 "덤" 엔드 이펙터 및 "스마트" 툴 플레이트를 특징으로 한다. 스마트 툴 플레이트는 이것(예를 들어, 엔드 이펙터 커넥터의 전기적 특성 및 기계적 구성)에 연결 가능한 엔드 이펙터의 복수 유형을 감지할 수 있고, 적합한 드라이버를 로드하도록 로봇 컨트롤러에 이를 리포트한다. 다른 대안으로, 스마트 툴 플레이트는 엔드 이펙터의 오로지 단일 유형을 수용하여 로봇 컨트롤러에 고유의 정체(identity)를 리포트하는 것이 필요한 경우로, 이는 적합한 드라이버를 결정하는 것으로 충분하기 때문이다. In various embodiments, the end effector is not connected directly to the robotic accessory, but instead is coupled to a "tool plate" that is removably mounted at a distance from the center of the body of the robotic accessory. The tool plate mechanically houses and supplies power to the end effector, and in some cases, a data signal. Various types and degrees of functionality are distributed between the end effector and the tool plate, the latter being capable of accommodating more than one end effector. This arrangement facilitates flexible deployment of functions that are best suited to a particular robot architecture; For example, one component “dumb” (eg, unable to communicate or data processing), and another “smart” (eg, communicating with a robot and processing data) capable of performing an action). Thus, one implementation features a "dumb" end effector and a "smart" tool plate. The smart tool plate can detect multiple types of end effectors connectable to it (eg the electrical properties and mechanical configuration of the end effector connector) and reports this to the robot controller to load the appropriate driver. Alternatively, the smart tool plate accommodates only a single type of end effector, where it is necessary to report a unique identity to the robot controller, as it is sufficient to determine a suitable driver.

다른 실행은 "스마트"엔드 이펙터 및 "덤" 툴 플레이트를 특징으로 하는 것으로, 이 경우에 툴 플레이트는 엔드 이펙터의 온-보드 프로세서 또는 컨트롤러 및 로봇 콘트롤러 사이의 통신을 용이하게 한다. 엔드 이펙터는 로봇 컨트롤러로 유선 또는 무선 방식으로 자신의 정체성에 관해 리포트한다. 이러한 구성에서, 예를 들어, 툴 플레이트는 로봇 부속 장치 및 기계적으로 호환되지 않는 엔드 이펙터 사이의 어답터로서 기능할 수 있다. 아래에서 설명된 바와 같이, "리포팅(reporting)"이 활성화(active)되어 있거나("스마트" 구성 요소가 로봇 컨트롤러와 통신을 시작하고 정보를 전송할 수 있음) 또는 수동적(passive)("스마트" 구성 요소가 로봇 컨트롤러의 폴링 신호 또는 기타 통신에 응답할 수 있음)일 수 있다. Another implementation features a "smart" end effector and a "dumb" tool plate, in which case the tool plate facilitates communication between the end effector's on-board processor or controller and the robot controller. The end effector reports about its identity to the robot controller in a wired or wireless way. In such a configuration, for example, the tool plate may function as an adapter between the robotic attachment and the mechanically incompatible end effector. As described below, either "reporting" is active ("smart" components can initiate communication with the robot controller and send information) or passive ("smart" configuration). element may be responsive to a polling signal or other communication from a robot controller).

본 발명의 다양한 실시예는 툴 플레이트가 퀵 릴리즈 메커니즘이 결합된 "로봇 측" 또는 "로봇 부"를 포함하는 것을 특징으로 하고, 이는 로봇 부속 장치의 커프 및 하나 이상의 엔드 이펙터를 수용하는 "툴 측" 또는 "툴 부"(로봇 측에 대항하여)에 고정된다. Various embodiments of the present invention are characterized in that the tool plate includes a "robot side" or "robot portion" to which a quick release mechanism is coupled, which is a "tool side" that accommodates the cuff of the robotic attachment and one or more end effectors. " or "tool part" (against the robot side).

통상적으로, 로봇 측은, 및 이에 따른 퀵 릴리즈 메커니즘은,로봇 팔에 고정적으로 설치된다(예를 들어, 볼트로 고정); 따라서, 여기서 "툴 플레이트"는 로봇 측 및 툴 측 또는 툴 측 단독을 총괄적으로 지칭할 수 있다. 툴 플레이트의 툴 측은 하나 이상의 엔드 이펙터에 고정적으로 장착(예를 들어, 볼트로 고정)되지만, 툴 측과 함께 사용되는 엔드 이펙터(들)은 서로 교환될 수 있다(예를 들어, 제거가능한 어댑터 플레이트가 툴 측을 구성하는 부분을 사용하여; 및 제거되거나 및 교체가능한 엔드 이펙터 및/또는 어답터 플레이트를 통하여). 이러한 배열은 엔드 이펙터 뿐만 아니라 툴 플레이트(또는 그 부분)이 편리하게 교환 가능하거나 다른 로봇(다른 이에 부착된 로봇 측을 통해)과 툴, 공기 압력 또는 전기 실행 없이 기계적으로 보안을 가지면서 연결되는 것을 가능하게 한다. 다양한 실시예에서, 퀵 릴리즈 메커니즘은 축 방향으로 슬라이딩 되는 리테이닝(retaining) 링의 위치에 의존하여 내측 또는 외측으로 방사상으로 이동하는 억류된 베어링 볼을 포함하고, 이는 툴 플레이트의 툴 측의 함몰부에 수용된다. 슬라이딩 링의 내부 표면에는 테이퍼되어 슬라이딩 링의 축방향 모션은 베어링 볼의 방사상 이동을 야기하고, 함몰부 내 그들을 확보한다. 로봇 측으로부터 툴 플레이트의 툴 측을 개방하기 위하여, 슬라이딩 링은 매뉴얼적으로 교환되고, 베어링 볼이 방사상 방향으로 바깥으로 이동하는 것을 허용하여 툴 플레이트를 자유롭게 한다. 이러한 슬라이딩 이동을 방지하기 위하여 제거 가능한 보안 칼라(collar)가 이용될 수 있고, 따라서 툴 플레이트는 로봇을 축 방향 및 회전 방향으로 고정시킨다. Typically, the robot side, and thus the quick release mechanism, is fixedly installed (eg bolted) to the robot arm; Thus, “tool plate” herein may collectively refer to the robot side and the tool side or the tool side alone. While the tool side of the tool plate is fixedly mounted (eg, bolted to) to one or more end effectors, the end effector(s) used with the tool side may be interchangeable (eg, a removable adapter plate). using parts that make up the tool side; and via removable and replaceable end effector and/or adapter plates). This arrangement ensures that the end effector as well as the tool plate (or parts thereof) are conveniently interchangeable or connected to another robot (via the robot side attached to the other) with mechanical security without running tools, air pressure or electricity. make it possible In various embodiments, the quick release mechanism includes a restrained bearing ball that moves radially inward or outward depending on the position of a retaining ring slid in the axial direction, which is a depression on the tool side of the tool plate. is accepted in The inner surface of the sliding ring is tapered so that the axial motion of the sliding ring causes radial movement of the bearing balls and holds them in the depression. To open the tool side of the tool plate from the robot side, the sliding ring is manually exchanged, allowing the bearing balls to move outward in the radial direction, freeing the tool plate. A removable security collar may be used to prevent this sliding movement, so that the tool plate holds the robot axially and rotationally.

일 측면에서, 본 발명의 실시 예는 본질적으로 다음을 포함하는 로봇 시스템과 함께 사용하기 위한 상호 교환 가능한 엔드 이펙터 어셈블리를 특징으로 한다. 또는 로봇 본체, 로봇 본체에 연결된 로봇 팔로 구성되며, 제 1 커넥터를 포함하는 원위(distal) 단부, 로봇 팔을 제어하기 위한 로봇 컨트롤러, 및 제 1 커넥터를 통해 연결된 엔드 이펙터로 구성된다. 엔드 이펙터 어셈블리는 로봇 팔에 제거가능하게 연결될 수 있는 툴 플레이트를 필수적으로 포함하거나, 또는 포함하는 것을 포함하고, 및 로봇 팔에 대향하여 툴 플레이트에 제거가능하게 고정시키는 퀵 릴리즈 메커니즘을 포함한다. 툴 플레이트는 데이터를 저장하도록 구성된 및/또는 저장하는 비휘발성 메모리(1)를 포함하고, 또는 식별 정보 및/또는 구성 정보를 필수적으로 포함하거나, 통신 인터페이스(2)를 포함하거나, 프로세서(3) 및 프로세서와 로봇 컨트롤러 사이에 통신 인터페이스를 통한 양방향 통신을 설립하기 위한 제 1 커넥터와 결합 가능한 제 2 커넥터(4)를 포함할 수 있다. 프로세서는 제 1 및 제 2 커넥터를 결합시킴에 따라 로봇 컨트롤러로 데이터의 전송을 야기하는 것을 구성할 수 있다. In one aspect, an embodiment of the present invention essentially features an interchangeable end effector assembly for use with a robotic system comprising: or a robot body, a robot arm connected to the robot body, and a distal end including a first connector, a robot controller for controlling the robot arm, and an end effector connected through the first connector. The end effector assembly essentially comprises, or comprises a tool plate removably connectable to the robotic arm, and a quick release mechanism for removably securing to the tool plate opposite the robotic arm. The tool plate comprises a non-volatile memory 1 configured to and/or for storing data, or comprises essentially identification information and/or configuration information, comprises a communication interface 2 , or comprises a processor 3 . and a second connector (4) engageable with the first connector for establishing two-way communication via a communication interface between the processor and the robot controller. The processor may be configured to cause the transmission of data to the robot controller upon engagement of the first and second connectors.

본 발명의 실시예는 하나 이상의 다음의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 툴 플레이트는 원주 방향으로 그 측벽 주위에 배열된 일련의 함몰부를 가지는 상승부를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 툴 플레이트의 상승부를 수용하기 위한 리세스, 상기 리세스를 둘러싸고, 동심 축을 따라 슬라이딩 가능한 링, 상기 슬라이딩 링의 내부 표면을 원주 방향으로 둘러싸도록 배열된 복수의 베어링 볼을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 제 1 방향으로의 링의 축방향 이동은 툴 플레이트의 상승부의 함몰 부 내에서 베어링 볼을 잠글 수 있고, 이에 의해 퀵 릴리즈 메커니즘 내 툴 플레이트를 유지시키고, 제 1 방향에 대향한 제 2 방향으로의 링의 축 방향 이동은 함몰부로부터 베어링 볼을 해제하여 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 툴 플레이트를 해제시킬 수 있다. 슬라이딩 가능한 링은 제 1 방향에서의 링의 축 방향 이동 동안에 베어링 볼을 함몰부로 변환하기 위해 테이퍼된(tapered)된 내부 표면을 가질 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 스프링 로드의, 리트랙터블 리텐션 링(retractable retention ring)을 포함할 수 있다. 리텐션 링은 나머지 위치에서 베어링 볼의 내부 반경 방향 이동을 방지할 수 있고, 툴 플레이트의 상승부의 진입에 응답하여 스프링 로드에 대해 수축될 때 베어링 볼이 함몰부 내로의 이동을 허용 할 수 있다. 리텐션 링은 압축 웨이브 스프링을 통하여 스프링 로드일 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 슬라이딩 링에 근접한 퀵 릴리즈 메커니즘과 맞물리도록 구성되는 제거 가능한 보안 칼라를 포함할 수 있고, 이에 의해 슬라이딩링의 제 2 방향으로의 이동이 방지된다. 엔드 이펙터는 제 3 커넥터를 가질 수 있다. 툴 플레이트는 제거가능한 어답터 플레이트를 포함할 수 있고, 어답터 플레이트는 제 3 커넥터와 접합(matable)가능한 제 4 커넥터를 가질 수 있다. 어답터 플레이트는 툴 플레이트의 제 2 커넥터에 대향하여 배치될 수 있다.Embodiments of the present invention may include various combinations of one or more of the following. The tool plate may include, consist essentially of, or consist of a raised portion having a series of depressions arranged around its sidewall in the circumferential direction. The quick release mechanism comprises a recess for receiving a raised portion of the tool plate, a ring surrounding the recess and slidable along a concentric axis, a plurality of bearing balls arranged to circumferentially surround an inner surface of the sliding ring; consists essentially of, or may consist of. Axial movement of the ring in the first direction may lock the bearing ball within the depression of the raised portion of the tool plate, thereby retaining the tool plate in the quick release mechanism, in a second direction opposite the first direction. Axial movement of the ring may release the bearing ball from the depression, thereby releasing the tool plate from the quick release mechanism. The slidable ring may have an inner surface that is tapered to convert the bearing ball into a depression during axial movement of the ring in the first direction. The end effector assembly or quick release mechanism may include a spring loaded, retractable retention ring. The retention ring may prevent inward radial movement of the bearing ball in the rest position and may allow movement of the bearing ball into the depression as it retracts against the spring load in response to the entry of the raised portion of the tool plate. The retention ring may be spring loaded through a compression wave spring. The end effector assembly or quick release mechanism may include a removable security collar configured to engage the quick release mechanism proximate the sliding ring, whereby movement of the sliding ring in the second direction is prevented. The end effector may have a third connector. The tool plate may include a removable adapter plate, and the adapter plate may have a fourth connector matable with a third connector. The adapter plate may be disposed opposite the second connector of the tool plate.

다른 일 측면에서, 본 발명의 실시예는 로봇 본체, 로봇 본체에 연결된 로봇 팔, 로봇 컨트롤러, 로봇 팔에 제거 가능하게 연결가능한 툴 플레이트, 툴 플레이트에 연결된 엔드 이펙터, 로봇 팔에 대향한 툴 플레이트에 제거가능하게 고정시키는 퀵 릴리즈 메커니즘을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성된 로봇 시스템을 포함한다. 로봇 팔은 제 1 커넥터를 포함하는 원위 말단을 포함한다. 로봇 컨트롤러는 로봇 팔과 제 1 커넥터를 통하여 연결된 엔드 이펙터를 제어한다. 툴 플레이트는 데이터를 저장하도록 구성된 및/또는 저장하는 비휘발성 메모리(1)를 포함하고, 또는 식별 정보 및/또는 구성 정보를 필수적으로 포함하거나, 통신 인터페이스(2)를 포함하거나, 프로세서(3) 및 프로세서와 로봇 컨트롤러 사이에 통신 인터페이스를 통한 양방향 통신을 설립하기 위한 제 1 커넥터와 결합 가능한 제 2 커넥터(4)를 포함할 수 있다. 프로세서는 제 1 및 제 2 커넥터를 결합시켜 로봇 컨트롤러로 데이터를 전송하는 것을 야기하도록 구성할 수 있다. In another aspect, an embodiment of the present invention provides a robot body, a robot arm connected to the robot body, a robot controller, a tool plate removably connectable to the robot arm, an end effector connected to the tool plate, and a tool plate opposite to the robot arm. and a robotic system that includes, consists essentially of, or consists of a quick release mechanism that removably secures. The robotic arm includes a distal end that includes a first connector. The robot controller controls the robot arm and the end effector connected through the first connector. The tool plate comprises a non-volatile memory 1 configured to and/or for storing data, or comprises essentially identification information and/or configuration information, comprises a communication interface 2 , or comprises a processor 3 . and a second connector (4) engageable with the first connector for establishing two-way communication via a communication interface between the processor and the robot controller. The processor may be configured to engage the first and second connectors to cause transmission of data to the robot controller.

본 발명의 실시에는 후술하는 다양한 조합의 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 데이터에 기초하여 자체-구성(self-configure)을 수용하고, 자체 구성(self-configuration)에 기초하여 연결된 엔드 이펙터의 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 데이터는 식별 정보 및 구성 정보를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함하지 않을 수 있다. 로봇 시스템은 엔드 이펙터를 식별 정보와 엔드 이펙터 구성 정보에 관한 레코드를 포함하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 대응되는 구성 정보를 획득하기 위하여 식별 정보를 사용하여 데이터 베이스를 문의하고 그에 기초하여 자체 구성되도록 추가적으로 적응될 수 있다. 데이터는 구성 정보를 더 포함할 수 있다. 구성 정보는 엔드 이펙터를 제어하기 위한 드라이버를 구체화할 수 있다. 구성 정보는 드라이버, 엔드 이펙터에 일반 드라이버를 맞추기 위해 사용 가능한 하나 이상의 파라미터, 및/또는 드라이버의 유형을 특정하는 식별자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다.The practice of the present invention may include any one or more of various combinations described below. The robot controller may be configured to accept a self-configure based on the data and to control movement of the connected end effector based on the self-configuration. Data may include, consist essentially of, or consist of identifying information and configuration information. The data may not include configuration information. The robotic system may include a database comprising records pertaining to end effector identification information and end effector configuration information. The robot controller may further be adapted to query the database using the identification information to obtain the corresponding configuration information and to configure itself based thereon. The data may further include configuration information. The configuration information may specify a driver for controlling the end effector. The configuration information may include, consist essentially of, or consist of an identifier that specifies the driver, one or more parameters usable for tailoring the generic driver to the end effector, and/or the type of driver.

툴 플레이트는 그 측벽 주위에 원주 방향으로 배열된 일련의 함몰부를 가지는 상승부를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 툴 플레이트의 상승부를 수용하기 위한 리세스, 상기 리세스를 둘러싸고 동심 축을 따라서 슬라이딩 가능한 링, 및 상기 슬라이딩 링의 내부 표면 둘레에 원주방향으로 배열된 복수의 베어링 볼을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 제 1 방향으로의 링의 축방향 이동은 툴 플레이트의 상승부의 함몰부내에 베어링 볼을 잠글 수 있고, 그러므로 퀵 릴리즈 메커니즘 내 툴 플레이트를 유지시키며, 제 1 방향과 반대되는 방향의 제 2 방향으로의 링의 축 방향 이동은 함몰부로부터 베어링을 해제시키며, 그러므로 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 툴 플레이트를 해제시킨다. 슬라이딩식 링은 제 1 방향으로의 링의 축 방향 이동 동안 베어링 볼을 함몰부로 변환하기 위하여 테이퍼된 내부 표면을 가질 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 스프링 장착(spring-loaded)된, 리트랙터블식(retractable) 리텐션(retention) 링을 포함할 수 있다. 리텐션 링은 베어링 볼의 내향 반경 방향의 이동을 방지할 수 있고, 툴 플레이트의 상승부의 진입에 응답하여 스프링 로드에 대해 수축될 때, 베어링 볼이 함몰부 내로 이동하는 것을 허락할 수 있다. 리텐션 링은 웨이브 스프링(wave spring)을 통하여 스프링 로드(spring-loaded) 될 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 슬라이딩식 링에 근접한 퀵 릴리즈 메커니즘과 함께 맞물리는 제거가능한 보안 칼라를 포함할 수 있고, 이로 인해 제 2 방향으로의 슬라이딩 식 링의 축 방향 이동이 금지된다. 엔드 이펙터는 제 3 커넥터를 가질 수 있다. 툴 플레이트는 제거가능한 어답터 플레이트를 포함할 수 있고, 및 어답터 플레이트는 제 3 커넥터에 접합 가능한(matable) 제 4 커넥터를 가질 수 있다. 어답터 플레이트는 툴 플레이트의 제 2 커넥터에 반대로 배치될 수 있다.The tool plate may include, consist essentially of, or consist of a raised portion having a series of depressions arranged circumferentially about its sidewall. The quick release mechanism comprises a recess for receiving a raised portion of the tool plate, a ring surrounding the recess and slidable along a concentric axis, and a plurality of bearing balls circumferentially arranged around an inner surface of the sliding ring, or is composed of, or may be composed of. Axial movement of the ring in the first direction may lock the bearing ball in the depression of the raised portion of the tool plate, thus retaining the tool plate in the quick release mechanism, in a second direction opposite the first direction. Axial movement of the ring releases the bearing from the depression and therefore the tool plate from the quick release mechanism. The sliding ring may have a tapered inner surface for converting the bearing ball into a depression during axial movement of the ring in the first direction. The end effector assembly or quick release mechanism may include a spring-loaded, retractable retention ring. The retention ring may prevent inward radial movement of the bearing ball and allow the bearing ball to move into the depression when retracted against the spring load in response to entry of the raised portion of the tool plate. The retention ring may be spring-loaded via a wave spring. The end effector assembly or quick release mechanism may include a removable security collar that engages with the quick release mechanism proximate the sliding ring, thereby inhibiting axial movement of the sliding ring in the second direction. The end effector may have a third connector. The tool plate may include a removable adapter plate, and the adapter plate may have a fourth connector matable to the third connector. The adapter plate may be disposed opposite the second connector of the tool plate.

또 다른 실시예에서, 본 발명의 실시예는 로봇 본체, 로봇 본체에 연결된 로봇 팔, 로봇 컨트롤러, 로봇 커넥터와 접합 가능한 제 1 툴 플레이트 커넥터를 통하여 로봇 팔과 제거가능하게 연결가능한 툴 플레이트, 로봇 팔에 대향하여 툴 플레이트를 제거 가능하게 유지하기위한 퀵 릴리즈 메커니즘 및, 로봇 팔에 제거가능하게 연결가능한 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 시스템을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 로봇 팔은 로봇 커넥터를 포함하는 원위 단부를 가질 수 있다. 로봇 컨트롤러는 로봇 팔과 이에 연결된 엔드 이펙터를 제어한다. 툴 플레이트는 제 1 툴 플레이트 커넥터의 반대방향에 제 2 툴 플레이트 커넥터를 포함한다. 엔드 이펙터는 (1) 식별 정보 및/또는 구성 정보를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성되는 데이터를 저장하기 위한 비휘발성 메모리, (2) 통신 인터페이스, (3) 프로세서, 및 (4) 통신 인터페이스를 통하여 로봇 컨트롤러와 프로세서 사이에서 양방향 통신을 설립하기 위해 제 2 툴 플레이트와 접합 가능한 엔드 이펙터 커넥터를 포함한다. 프로세서는 엔드 이펙터와 로봇 팔의 툴 플레이트를 접합시켜 로봇 컨트롤러로 데이터의 전송을 야기하도록 구성될 수 있다. In another embodiment, embodiments of the present invention include a robot body, a robot arm connected to the robot body, a robot controller, a tool plate removably connectable with a robot arm through a first tool plate connector bondable to the robot connector, a robot arm may comprise, consist essentially of, or consist of a robotic system comprising a quick release mechanism for removably holding the tool plate against a robotic arm and an end effector removably connectable to a robotic arm. The robotic arm may have a distal end that includes a robotic connector. The robot controller controls the robot arm and the end effector connected thereto. The tool plate includes a second tool plate connector opposite the first tool plate connector. The end effector includes (1) a non-volatile memory for storing data comprising, consisting essentially of, or consisting of identifying information and/or configuration information, (2) a communication interface, (3) a processor, and (4) and an end effector connector splicable with the second tool plate to establish bidirectional communication between the robot controller and the processor via a communication interface. The processor may be configured to bond the end effector and the tool plate of the robotic arm to cause transmission of data to the robot controller.

본 발명의 실시에는 다음의 다양한 조합의 하나 이상을 포함할 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함하지 않을 수 있다. 툴 플레이트는 데이터에 기초하여 엔드 이펙터에 대응하는 구성 정보를 위치시키기 위한 회로망(circuitry) 및 구성 정보를 저장하는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 데이터에 기초하여 자체-구성을 수용할 수 있고, 자체 구성에 기초하여 연결된 엔드 이펙터의 이동을 제어한다. 데이터는 식별 정보 및 구성 정보르 포함하거나, 필수적으로 구성하거나, 또는 구성할 수 있다. 로봇 시스템은 엔드 이펙터 식별 정보와 엔드 이펙터의 구성 정보에 관한 레코드를 포함하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 대응되는 구성 정보를 획득하기 위하여 식별 정보를 사용하여 데이터베이스를 문의(query)하고 그에 기초하여 자체 구성되도록 적응할 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함할 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함할 수 있다. 구성 정보는 엔드 이펙터를 제어하기 위한 드라이버를 특정할 수 있다. 구성 정보는 드라이버, 엔드 이펙터에 일반 드라이버를 맞추기 위해 사용가능한 하나 이상의 파라미터, 및/또는 드라이버의 유형을 특정하기 위한 식별자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다.The practice of the present invention may include one or more of the following various combinations. The data may not include configuration information. The tool plate may include circuitry for locating configuration information corresponding to the end effector based on the data and a non-volatile memory to store the configuration information. The robot controller may accept self-configuration based on the data, and control movement of the connected end effector based on the self-configuration. The data may include, consist essentially of, or consist of identifying information and configuration information. The robotic system may include a database including records pertaining to end effector identification information and end effector configuration information. The robot controller may adapt to query a database using the identification information to obtain the corresponding configuration information and to configure itself based thereon. The data may include configuration information. The data may include configuration information. The configuration information may specify a driver for controlling the end effector. The configuration information may include, consist essentially of, or consist of a driver, one or more parameters usable for tailoring a generic driver to an end effector, and/or an identifier for specifying a type of driver.

툴 플레이트는 그 측벽 주위에 원주 방향으로 배열된 일련의 함몰부를 가지는 상승부를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 툴 플레이트의 상승부를 수용하기위한 리세스, 리세스를 둘러싸고 동심축을 따라서 슬라이딩 가능한 링, 및 슬라이딩식 링의 내부 표면을 따라서 원주 방향으로 배열된 복수의 베어링 볼을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 그로 구성될 수 있다. 제 1 방향으로의 링의 축방향 이동은 툴 플레이트의 상승부의 함몰부내에 베어링 볼을 잠글 수 있고, 그러므로 퀵 릴리즈 메커니즘 내 툴 플레이트를 유지시키며, 제 1 방향과 반대되는 방향의 제 2 방향으로의 링의 축 방향 이동은 함몰부로부터 베어링을 해제시키며, 그러므로 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 툴 플레이트를 해제시킨다. The tool plate may include, consist essentially of, or consist of a raised portion having a series of depressions arranged circumferentially about its sidewall. The quick release mechanism comprises, or consists essentially of, a recess for receiving a raised portion of the tool plate, a ring surrounding the recess and slidable along a concentric axis, and a plurality of bearing balls arranged circumferentially along an inner surface of the slidable ring or may consist of. Axial movement of the ring in the first direction may lock the bearing ball in the depression of the raised portion of the tool plate, thus retaining the tool plate in the quick release mechanism, in a second direction opposite the first direction. Axial movement of the ring releases the bearing from the depression and therefore the tool plate from the quick release mechanism.

슬라이딩식 링은 제 1 방향으로의 링의 축 방향 이동 동안 베어링 볼을 함몰부로 변환하기 위하여 테이퍼된 내부 표면을 가질 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 스프링 장착(spring-loaded)된, 리트랙터블식(retractable) 리텐션(retention) 링을 포함할 수 있다. 리텐션 링은 베어링 볼의 내향 반경 방향의 이동을 방지할 수 있고, 툴 플레이트의 상승부의 진입에 응답하여 스프링 로드에 대해 수축될 때, 베어링 볼이 함몰부 내로 이동하는 것을 허락할 수 있다. 리텐션 링은 압축 웨이브 링을 통하여 스프링 로드 될 수 있다. 엔드 이펙터 어셈블리 또는 퀵 릴리즈 메커니즘은 슬라이딩식 링에 근접한 퀵 릴리즈 메커니즘과 함께 맞물리는 제거가능한 보안 칼라를 포함할 수 있고, 이로 인해 제 2 방향으로의 슬라이딩 식 링의 축 방향 이동이 금지된다. 툴 플레이트는 제 2 툴 플레이트 커넥터게 배치된 제거가능한 어답터 플레이트를 포함할 수 있다.The sliding ring may have a tapered inner surface for converting the bearing ball into a depression during axial movement of the ring in the first direction. The end effector assembly or quick release mechanism may include a spring-loaded, retractable retention ring. The retention ring may prevent inward radial movement of the bearing ball and allow the bearing ball to move into the depression when retracted against the spring load in response to entry of the raised portion of the tool plate. The retention ring can be spring loaded through the compression wave ring. The end effector assembly or quick release mechanism may include a removable security collar that engages with the quick release mechanism proximate the sliding ring, thereby inhibiting axial movement of the sliding ring in the second direction. The tool plate may include a removable adapter plate disposed to the second tool plate connector.

다른 측면에서, 본 발명의 일 실시에는 물품을 수용하기 위한 리세스를 포함하는 퀵 릴리즈 메커니즘을 특징으로 한다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 리세스를 둘러싸고 리세서의 동심 축을 따라서 슬라이딩 가능한 링, 슬라이딩식 링의 내부 표면을 원주 방향으로 둘러싸도록 배열된 복수의 베어링 볼을 포함하거나, 필수적으로 구성되거나, 또는 구성할 수 있다. 제 1 방향으로의 링의 축 방향이동은 물품의 상보적(complementary) 함몰부 내에 베어링 볼을 잠그고, 그로 인해 퀵 릴리즈 메커니즘 내 물품을 유지시킨다. 제 1 방향과 반대방향의 제 2 방향으로의 링의 축방향 이동은 함몰부로부터 베어링 볼을 해제시키고, 그로 인해, 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 물품을 해제시킨다. In another aspect, one embodiment of the invention features a quick release mechanism comprising a recess for receiving an article. The quick release mechanism may comprise, consist essentially of, or consist of a ring surrounding the recess and slidable along a concentric axis of the recesser, a plurality of bearing balls arranged to circumferentially surround an inner surface of the slidable ring. . Axial movement of the ring in the first direction locks the bearing ball in a complementary depression of the article, thereby retaining the article in the quick release mechanism. Axial movement of the ring in a second direction opposite the first direction releases the bearing ball from the depression, thereby releasing the article from the quick release mechanism.

본 발명의 실시예는 후술하는 다양한 조합의 하나 이상을 포함할 수 있다. 슬라이딩식 링은 링의 제 1 방향으로의 이동 동안에 베어링 볼을 함몰부로 변경하기 위한 테이퍼 진 내부 표면을 가질 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 스프링 로드, 리트랙터블 리텐션 링을 포함할 수 있다. 리텐션 링은 베어링 볼이 나머지 위치로의 내부 방향의 이동을 방지할 수 있다. 물품의 진입에 응답하여 스프링 로드에 대해 수축될 때, 리텐션 링은 베어링볼이 함몰부 내로 이동하는 것을 허락할 수 있다. 리텐션 링은 압축 웨이브 링을 통하여 스프링 로드 될 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 슬라이딩식 링에 근적합 퀵 릴리즈 메커니즘에 맞물리는 제거가능한 보안 칼라를 포함할 수 있고, 이는 제 2 방향으로의 슬라이딩 식 링의 축 방향이동을 방지한다. Embodiments of the present invention may include one or more of various combinations described below. The sliding ring may have a tapered inner surface for turning the bearing ball into a depression during movement of the ring in a first direction. The quick release mechanism may include a spring loaded, retractable retention ring. The retention ring may prevent inward movement of the bearing ball to the rest position. When retracted against the spring rod in response to entry of the article, the retention ring may allow the bearing ball to move into the depression. The retention ring can be spring loaded through the compression wave ring. The quick release mechanism may include a removable security collar that engages the snap-fit quick release mechanism on the sliding ring, which prevents axial movement of the sliding ring in a second direction.

또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예는 로봇 본체, 로봇 본체에 연결되고 원위 단부를 포함하거. 로봇 커넥터를 포함하는 로봇 팔, 로봇 팔을 제어하는 로봇 컨트롤러, 로봇 팔의 원위 단부에 연결된 퀵 릴리즈 메커니즘을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성하는 로봇 시스템의 사용을 위한 변환 가능한 툴 플레이트를 특징으로 한다. 툴 플레이트는, 퀵 릴리즈 메커니즘의 리세서 부분 내 접합 가능한 상승부, 및 퀵 릴리즈 메커니즘 내 상승부가 수용될 때 보완 전기 커넥터와 맞물리도록 구성되는 전기 커넥터를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성할 수 있다. 상승부는 측벽을 원주방향으로 둘러싸는 복수의 함몰부를 포함한다. 함몰부는 퀵 릴리즈 메커니즘 내 툴 플레이트의 제거가능한 리텐션을 위한 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 베어링볼을 잠금가능하게 수용하기 위한 사이즈 및 모형을 가진다. In another aspect, an embodiment of the present invention comprises a robot body, connected to the robot body, and a distal end. A robotic arm comprising a robotic connector, a robotic controller controlling the robotic arm, and a convertible tool plate for use in a robotic system comprising, consisting essentially of, or comprising a quick release mechanism connected to a distal end of the robotic arm. do. The tool plate may include, consist essentially of, or consist of a bondable elevation in a recesser portion of the quick release mechanism, and an electrical connector configured to engage a complementary electrical connector when the elevation in the quick release mechanism is received. . The elevation includes a plurality of depressions circumferentially surrounding the sidewall. The depression is sized and shaped for lockably receiving a bearing ball from the quick release mechanism for removable retention of the tool plate within the quick release mechanism.

본 발명의 실시예는 후술하는 다양한 조합의 하나 이상을 포함할 수 있다. 툴 플레이트는 엔드 이펙터를 수용하기 위한 상승부에 반대방향에 툴 플레이트 커넥터를 포함한다. 툴 플레이트는 툴 플레이트 커넥터가 배치된 제거가능한 어답터 플레이트를 포함할 수 있다. 툴 플레이트는 데이터를 저장 및/또는 저장하도록 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 데이터에 기초하여 자체-구성을 수용하고, 자체 구성에 기초하여, 툴 플레이트에 연결된 엔드 이펙터의 이동을 제어할 수 있다. 데이터는 식별 정보 및/또는 구성 정보를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성할 수 있다. 데이터는 식별 정보 및 구성 정보를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성할 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함하지 않을 수 있다. 로봇 시스템은 엔드 이펙터 식별 정보와 엔드 이펙터 구성 정보와 관련된 레코드를 포함하는 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 로봇 컨트롤러는 식별 정보를 사용하여 데이터 베이스를 질문하여 대응하는 구성 정보를 획득하고 그에 기초하여 자체 구성하도록 구성될 수 있다. 데이터는 구성 정보를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성할 수 있다. 구성 정보는 툴 플레이트에 접합가능한 엔드 이펙터를 제어하기 위한 드라이버를 특정할 수 있다. 구성 정보는, 엔드 이펙터에 일반 드라이버를 맞추기 위해 사용 가능한 하나 이상의 파라미터, 및/또는 드라이버의 유형을 특정하는 식별자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성할 수 있다. 툴 플레이트는 프로세서 및 로봇 컨트롤러 및 프로세서 사이의 양방향 통신을 위한 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 프로세서는 전기 커넥터와 상보적인 전기 커넥터의 결합 시에 로봇 컨트롤러로 데이터를 전송을 야기하도록 구성될 수 있다. 툴 플레이트는 퀵 릴리즈 메커니즘에 툴 플레이트를 잠금시키기위한 제거가능한 보안 칼라를 포함할 수 있다. 보안 칼라는 원형 또는 반원일 수 있다. Embodiments of the present invention may include one or more of various combinations described below. The tool plate includes a tool plate connector opposite the elevation for receiving the end effector. The tool plate may include a removable adapter plate having a tool plate connector disposed thereon. The tool plate may include non-volatile memory to store and/or store data. The robot controller may accept the self-configuration based on the data and, based on the self-configuration, control movement of the end effector connected to the tool plate. Data may include, consist essentially of, or consist of identifying information and/or configuration information. Data may include, consist essentially of, or consist of identifying information and configuration information. The data may not include configuration information. The robotic system may include a database containing records related to end effector identification information and end effector configuration information. The robot controller may be configured to query a database using the identification information to obtain corresponding configuration information and configure itself based thereon. Data may include, consist essentially of, or consist of configuration information. The configuration information may specify a driver for controlling the end effector bondable to the tool plate. The configuration information may include, consist essentially of, or consist of one or more parameters usable for tailoring the generic driver to the end effector, and/or an identifier that specifies the type of driver. The tool plate may include a communication interface for bidirectional communication between the processor and the robot controller and the processor. The processor may be configured to cause transmission of data to the robot controller upon mating of the electrical connector and the complementary electrical connector. The tool plate may include a removable security collar for locking the tool plate to the quick release mechanism. The security collar may be circular or semicircular.

본 명세서에 개시된 본 발명의 장점 및 특징과 함께, 이들 및 다른 목적은하기 설명, 첨부 도면 및 청구 범위를 참조하여보다 명백해질 것이다. 또한, 여기에 설명된 다양한 실시 예들의 특징들은 상호 배타적이지 않으며 다양한 조합 및 순열로 존재할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본원에 사용된 용어 "대략", "약" 및 "실질적으로"는 ±10%, 일부 실시 예에서는 ±5%를 의미한다. 용어 "본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 기능에 기여하는 다른 물질을 배제하는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다른 물질은 집합적으로 또는 개별적으로 미량으로 존재할 수 있다.Together with the advantages and features of the invention disclosed herein, these and other objects will become more apparent with reference to the following description, accompanying drawings and claims. Also, it should be understood that features of the various embodiments described herein are not mutually exclusive and may exist in various combinations and permutations. As used herein, the terms “approximately,” “about,” and “substantially” mean ±10%, and in some embodiments, ±5%. The term “unless otherwise defined herein, is meant to exclude other substances that contribute to a function. Nevertheless, such other substances may be present in trace amounts, either collectively or individually.

도면에서, 유사한 참조 부호는 일반적으로 상이한 도면 전체에서 동일한 부분을 지칭한다. 또한, 도면은 반드시 축척에 맞지는 않으며, 대신 본 발명의 원리를 설명하기 위해 일반적으로 강조된다. 이하의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시 예가 다음 도면을 참조하여 설명된다:
도 1A는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇의 사시도이다.
도 1B는 도 1A에 도시된 로봇의 내부 및 외부 구성 요소를 개략적으로 도시한다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트의 사시도이다.
도 3A 및 도 3B는 로봇 팔의 말단에 정합할 수 있는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트가 정합하는 방식을 각각 보여주는 사시도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 팔, 툴 플레이트 및 한 쌍의 엔드 이펙터를 포함하는 상호 운영되는 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 로봇 팔의 단부에 정합한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 서로 분리된 도 5에 도시된 툴 플레이트의 다양한 구성 요소의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 5의 툴 플레이트의 다양한 구성요소의 분해도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트의 로봇 측 퀵 릴리즈 메커니즘의 분해도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 분리된 구성 내 툴 플레이트의 로봇 측과 도 9의 툴 측의 단면도의 확대된 부분도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 결합된 구성 내 툴 플레이트의 로봇 측과 도 9의 툴 플레이트의 단면도의 확대된 부분도면이다. In the drawings, like reference numbers generally refer to like parts throughout different drawings. Furthermore, the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed on generally illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the present invention are described with reference to the following drawings:
1A is a perspective view of a robot in accordance with various embodiments of the present invention;
Fig. 1B schematically shows the internal and external components of the robot shown in Fig. 1A;
2A and 2B are perspective views of a tool plate in accordance with various embodiments of the present invention.
3A and 3B are perspective and plan views, respectively, showing how a tool plate mateable to the distal end of a robotic arm according to various embodiments of the present invention;
4 schematically illustrates an interoperable system comprising a robotic arm, a tool plate and a pair of end effectors in accordance with various embodiments of the present invention.
5 is a perspective view of a tool plate in accordance with various embodiments of the present invention mated to an end of a robotic arm;
6 is a perspective view of various components of the tool plate shown in FIG. 5 separated from each other in accordance with various embodiments of the present invention;
7 is an exploded view of various components of the tool plate of FIG. 5 in accordance with various embodiments of the present invention;
8 is an exploded view of a robot-side quick release mechanism of a tool plate according to various embodiments of the present disclosure;
9 is a cross-sectional view of a tool plate according to various embodiments of the present disclosure;
10 is an enlarged partial view of a cross-sectional view of the tool side of FIG. 9 and the robot side of a tool plate in a separate configuration in accordance with various embodiments of the present invention;
11 is an enlarged fragmentary view of a robot side of a tool plate in a combined configuration and a cross-sectional view of the tool plate of FIG. 9 in accordance with various embodiments of the present invention;

먼저 도 1A 및 도 1B를 참조하면, 각각 도 1A 및 도 1B는 대표적인 로봇(100)의 사시도 및 상세한 내부 작동 구성 요소를 도시한 개략도를 도시한다. 로봇(100)은 도1B에 도시된-적어도 하나의 로봇 팔(105), 물체를 조작하기 위한 하나 이상의 엔드 이펙터(110)에서 종료되는- 로봇은 하나 이상의 팔을 가질 수 있다.Referring first to FIGS. 1A and 1B , respectively, FIGS. 1A and 1B show a perspective view of a representative robot 100 and a schematic diagram illustrating detailed internally operating components. The robot 100 may have more than one arm, as shown in FIG. 1B - terminating in at least one robotic arm 105, one or more end effectors 110 for manipulating objects.

팔(105)은 적합한 (및 종래의) 회전 조인트에 대하여 제공되는 수개(예를 들어, 일곱)의 자유도(degrees of freedom)을 갖는다. 각 조인트는 바람직하게 일렬된 탄성 액츄에이터를 고용하고, 예를 들어 예상하지 못하는 충돌로 인한 힘과 같은 로봇에 가해지는 외부 힘을 감지하는 것을 가능하게 한다. 도 1A에 도시된 실시예에서, 로봇이 물체를 잡고, 들어 올리고, 및 물체를 움직이게 하는 팔(105)의 단부에 장착된 평행 조 그리퍼(parallel-jaw gripper)(110)는 아래에 도시된 바와 같이, 그리퍼(110)는 다양한 가능한 엔드 이페터의 단순히 하나이다. 로봇(100)은 또한 헤드 형 스크린(112)을 가지며, 이는 로봇의 방향을 주변 인원(personnel)에게 강화시키거나 그 상태를 알리는 한 쌍의 눈 또는 다른 출력을 표시 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스크린(110)은 수직 액세스를 중심으로 회전할 수 있고, 스크린(110)의 장축에 평행하게 진행하는 수평축을 중심으로 끄덕일 수 있다.Arm 105 has several (eg, seven) degrees of freedom provided for a suitable (and conventional) rotary joint. Each joint preferably employs a series of resilient actuators, making it possible to sense an external force applied to the robot, for example a force due to an unexpected collision. 1A, a parallel-jaw gripper 110 mounted to the end of an arm 105 that allows the robot to grip, lift, and move the object as shown below Likewise, the gripper 110 is simply one of a variety of possible end effectors. The robot 100 also has a head-like screen 112, which can display a pair of eyes or other outputs to indicate its status or enhance the direction of the robot to surrounding personnel. In some embodiments, the screen 110 may rotate about vertical access and nod about a horizontal axis running parallel to the long axis of the screen 110 .

로봇(110)은 하나 이상의 카메라들(115)을 포함한다. 도 1A에서, 카메라(115)는 스크린(112) 위에 보여진다. 로봇(100)은 또한 부속 장치(105)의 손목(117)에 하나 이상의 거리 센서를 포함 할 수 있고, 일부 실시 예에서, 하나 이상의 소나 센서(sonar sensors)가 환경에서 움직이는 물체를 검출한다. 이러한 센서에 더하여 시각적으로 및/또는 음향학적으로 물체를 감지하기 위하여, 로봇 (100)은 사람(예를 들어, 트레이너)과의 기계적 상호 작용을 용이하게 하는 다수의 터치 감지 센서 및 팔(105)상의 기계적 특징을 포함 할 수 있다. 예를 들어, 로봇(100)은 사용자가 스크린(112) 상에 디스플레이 된 정보에 응답 할 수 있게 하는 노브(knobs) 및 버튼("네비게이터")의 세트(118)를 포함 할 수 있고 (예를 들어, 메뉴 아이템을 선택하고, 훈련 모드와 실행 모드 사이를 전환함으로써), 디지털 로터리 노브를 통해 숫자(예: 상자에 포장할 행 및 열 수를 표시하기 위해) 또는 텍스트(예: 암호 또는 개체 및 작업 이름)를 입력할 수 있다.The robot 110 includes one or more cameras 115 . In FIG. 1A , a camera 115 is shown above a screen 112 . Robot 100 may also include one or more distance sensors on wrist 117 of accessory device 105 , and in some embodiments, one or more sonar sensors to detect moving objects in the environment. To detect objects visually and/or acoustically in addition to these sensors, the robot 100 may include a number of touch sensitive sensors and an arm 105 that facilitate mechanical interaction with a person (eg, a trainer). may include mechanical characteristics of the phase. For example, robot 100 may include a set 118 of knobs and buttons (“navigators”) that enable a user to respond to information displayed on screen 112 (eg, For example, by selecting a menu item, and toggling between training mode and run mode), numeric (e.g., to indicate the number of rows and columns to pack in a box) or text (e.g. password or object and job name).

전술 한 로봇(100)은 물론 본 발명에 따른 많은 가능한 로봇 실시 예 중 하나 일 뿐이며, 전술한 다양한 특징은 제한적인 것이 아니라 대표적인 것이다. 다양한 구성 요소 및 특징은 당업자에게 명백한 방식으로 수정 될 수 있다. 예를 들어, 로봇은 일반적으로 임의의 수의 팔(또는 더 일반적으로 부속물)을 가질 수 있고, 각 팔은 임의의 수의 자유도를 가질 수 있다. 팔의 링크는 자유도가 1 인 회전 조인트 (예 : 힌지 조인트)로 연결될 필요가 없으나, 예를 들어, 2 개의 회전 자유도를 제공하는 볼-앤-소켓 조인트 또는 병진 운동을 용이하게 하는 레일 시스템을 포함 할 수 있다.The robot 100 described above is, of course, only one of many possible robot embodiments according to the present invention, and the various features described above are representative and not limiting. Various components and features may be modified in a manner apparent to those skilled in the art. For example, a robot may generally have any number of arms (or more generally appendages), and each arm may have any number of degrees of freedom. The arm's link does not need to be connected by a rotational joint with one degree of freedom (such as a hinge joint), but includes, for example, a ball-and-socket joint that provides two degrees of rotational freedom or a rail system that facilitates translational motion. can do.

로봇 동작은 로봇 위치, 운동학, 역학 및 힘을 모니터링하고 변경하는 로봇 컨트롤러(125)에 의해 제어된다; 로봇 및/또는 로봇 컨트롤러의 지시에 따라 로봇 및/또는 그 움직이는 부분을 이동시키도록 조인트 레벨 액츄에이터를 제어하고; 이미지 처리, 사용자 상호 작용 등을 용이하게 하는 고급 계산 기능을 제어한다. 로봇 컨트롤러(125)는 일반적으로 하드웨어, 소프트웨어 또는 이 두개의 조합으로 일반적인 목적 또는 특수 목적 컴퓨터, CPU(130), 메모리(133), 저장 장치(136) 사이의 양방향 통신을 가능하게 하는 양방향 시스템 버스(128), 뿐만 아니라, 스크린(112), 카메라(115), 네비게이터(118), 손목 커프, 및 다른 입력 장치 및/또는 외부 센서와 같은 내부 또는 외부 인풋/아웃풋 장치 상에서 실행된다. 종래의 통신 인터페이스(138)는 인터넷 및/또는 다른 지반-기반 또는 무선 통신 네트워크 또는 시스템과 같은 네트워크 상에서 통신을 용이하게 한다. 저장 장치(136)는 후술하는 상세한 설명에서와 같이, 엔드 이펙터 데이터베이스(140)를 저장하고, 로봇(100)과 결부될 수 있는 다양한 유형의 엔드 이펙터(110)와 관련된 정보를 유지한다. 다양한 모듈은 C, C ++, C #, Ada, Basic, Cobra, Fortran, Java, Lisp, Perl, Python, Ruby 또는 Object Pascal과 같은 고급 언어, 또는 저수준 어셈블리 언어를 포함하되 이에 국한되지 않는 적절한 프로그래밍 언어로 프로그래밍 될 수 있다. 로봇 컨트롤러(125)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합에서 실행될 수 있다.Robot motion is controlled by a robot controller 125 that monitors and changes robot position, kinematics, dynamics and forces; controlling the joint level actuator to move the robot and/or its moving parts according to instructions of the robot and/or robot controller; Controls advanced computational functions that facilitate image processing, user interaction, and more. The robot controller 125 is a bidirectional system bus that enables bidirectional communication between a general purpose or special purpose computer, CPU 130 , memory 133 , and storage device 136 , typically in hardware, software, or a combination of the two. 128, as well as internal or external input/output devices such as screen 112, camera 115, navigator 118, wrist cuff, and other input devices and/or external sensors. Conventional communication interface 138 facilitates communication over networks, such as the Internet and/or other ground-based or wireless communication networks or systems. The storage device 136 stores the end effector database 140 and maintains information related to various types of end effectors 110 that may be associated with the robot 100, as will be described in detail below. The various modules are suitable for programming including, but not limited to, high-level languages such as C, C++, C#, Ada, Basic, Cobra, Fortran, Java, Lisp, Perl, Python, Ruby or Object Pascal, or low-level assembly languages. It can be programmed in any language. The robot controller 125 may be implemented in software, hardware, or a combination thereof.

엔드 이펙터(110)는 로봇 팔(105)에 하나 이상의 유형의 엔드 이펙터(110)를 수용할 수 있는 툴 플레이트(150)를 통하여 연결되고, 일부 실행에서, 한번에 하나 이상의 엔드 이펙터가 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 툴 플레이트(150)는 로봇 팔(105)을 통해 로봇(100)에 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되고 엔드 이펙터 (110)로부터 기계 및 전기 커넥터를 수용하는 "유니버설"커넥터로서 작용한다. 뿐만 아니라, 툴 플레이트(150)는 특정 엔드 이펙터(110)를 위한 적절한 드라이버를 위치시키고 및 설치시키기 위하여 로봇 컨트롤러(125)를 보조한다. 툴 플레이트(150)는 엔드 이펙터가 제거되고 다른 (그러나 호환 가능한) 엔드 이펙터로 교체 될 때 로봇 컨트롤러에 경고하여, 컨트롤러(125)가 적절한 새로운 드라이버를 실시간으로 찾고 로드하고 실행할 수 있게 하는 정보를 제공한다. 툴 플레이트 (150)는 로봇 팔(105)과 정합하기 위한 동일한 기계적 및 전기적 커넥터를 갖지만 상이한 엔드 이펙터를 수용하기 위한 상이한 리셉터클(receptacles)를 각각 갖는 상이한 다르게 구성된 툴 플레이트 중 하나 일 수 있다. 이러한 방법으로, 단일 툴 플레이트가 물리적으로 지지할 수 있는 리셉터클 수보다 많은 엔드 이펙터를 수용 할 수 있으며 시스템 확장 성을 용이하게 하고: 상이한 커넥터 구성을 갖는 새로운 엔드 이펙터가 개발됨에 따라, 전체 로봇(100) 또는 심지어 로봇 팔(105)을 교체 할 필요가 없고; 오히려, 툴 플레이트(150)를 교환하는 능력은 새로운 툴 플레이트를 설계하는 것만 필요하다는 것을 의미한다. 후술되는 툴 플레이트 (150)의 특징은 이와 관련하여 유연성을 제공한다. The end effector 110 is coupled to the robotic arm 105 via a tool plate 150 that may receive one or more types of end effectors 110 , and in some implementations, more than one end effector may be coupled at a time. In this way, the tool plate 150 is mechanically and electrically connected to the robot 100 via the robotic arm 105 and acts as a “universal” connector that receives mechanical and electrical connectors from the end effector 110 . In addition, the tool plate 150 assists the robot controller 125 in positioning and installing the appropriate driver for the particular end effector 110 . Tool plate 150 alerts the robot controller when an end effector is removed and replaced with another (but compatible) end effector, providing information allowing the controller 125 to find, load, and run the appropriate new driver in real time do. The tool plate 150 can be one of different differently configured tool plates, each having the same mechanical and electrical connectors for mating with the robotic arm 105 but with different receptacles for receiving different end effectors. In this way, a single tool plate can accommodate more end effectors than the number of receptacles it can physically support and facilitate system scalability: as new end effectors with different connector configurations are developed, the entire robot (100 ) or even the need to replace the robotic arm 105; Rather, the ability to change the tool plate 150 means that it is only necessary to design a new tool plate. The features of the tool plate 150 described below provide flexibility in this regard.

아래 더욱 상세한 설명과 같이, 툴 플레이트(150)의 다양한 실시예는 두개의 다른 부분(portions)를 포함하거나, 필수적으로 구성되거나 또는 구성할 수 있다. 특히, 툴 플레이트(150)의 제 1 부분(first portion)은 로봇 팔(105)에 부착되고 고정된 체로 유지되고, 툴 플레이트(150)의 제 2 부분(second portion)은 제 1 부분에 반대로 기계적으로 맞물릴 수 있다. 툴 플레이트(150)의 제 2 부분은 엔드 이펙터에 고정될 수 있고, 엔드 이펙터를 연결하기 위한 부착 가능한 어답터 플레이터에 심지어 통합될 수 있다. 이러한 방식으로, 툴 플레이트(150)의 전체 제 2 부분 또는 어댑터 플레이트는 필요에 따라 다른 유형의 엔드 이펙터를 수용하기 위해 전환 될 수 있다. 툴 플레이트(150)의 제 1 부분은 추가적으로 상세하게 후술하는 바와 같이, 이는 툴 플레이트(150)의 제 2 부분에 부착 및 탈착을 용이하게 하는 퀵 릴리즈 메커니즘에 통합될 수 있다.As discussed in more detail below, various embodiments of the tool plate 150 may include, consist essentially of, or consist of two different portions. In particular, a first portion of the tool plate 150 is attached to the robotic arm 105 and held stationary, and a second portion of the tool plate 150 is mechanically opposed to the first portion. can be engaged with The second portion of the tool plate 150 may be secured to the end effector and may even be integrated into an attachable adapter plate for connecting the end effector. In this way, the entire second portion or adapter plate of the tool plate 150 can be converted to accommodate other types of end effectors as needed. The first portion of the tool plate 150 may be incorporated into a quick release mechanism that facilitates attachment and detachment to and detaching from the second portion of the tool plate 150, as will be described in further detail below.

도 2A 및 도 2B는 발명의 다양한 실시예에 따른 툴 플레이트(150)의 양면을 도시하고, 도 3A 및 도 3B는 로봇 팔의 단부에 부착된 것을 묘사한다. 면(face)(205)dms 원형 둘레를 가지는 리세스(210) 및 리세스(210)의 중심에서 상보적인 리셉터클에 제거 가능한 전기적 연결을 설립하기 위한 10개의 스프링 장착된 핀(예를 들어, 포고 핀)인 상승 플랫폼(215)을 포함한다. 복수개의 보어(225)는 툴 플레이트(150를 통하여 연장되고 로봇 팔의 부착을 확보하기 위하여 볼트가 통과하는 것을 허용한다. 일 실시예에서, 이펙터 대향면(230)은 보어(225)를 노출시키는 인덴테이션(indentation)(240)을 가지는 상승된 환형 릿지(ridge)(240)를 포함한다. 일부 실시예에서, 이들 인덴테이션(240)은 릿지 (235)를 수용하는 엔드 이펙터 (도시되지 않음)상의 환형 리세스 내로 상보적인 연장부(extension)과 인터락(interlock)된다. 릿지(235)의 상부표면을 따른 일련의 볼트 구멍(245)은 엔드 이펙터가 툴 플레이트 (150)에 고정되게 한다. 설명된 실시예에서, 엔드 이펙터를 툴 플레이트(150)(예를 들어, 면(230))에 부착하는 것은 기계적인 연결을 오로지 야기한다. 전기 신호 및 전력은 하나 이상의 설치된 엔드 이펙터로 전달될 수 있다. 예시된 실시예에서, 툴 플레이트(150)(예를 들어, 면(230))에 엔드 이팩터의 부착은 기게적인 연결을 단지 초래한다. 전기 신호 및 전력은 하나 이상(예를 들어, 한쌍의)의 엔드 이펙터에 적합한 케이블을 통하여 연결된 기계적 커넥터(250)(예를 들어, M8 산업용 커넥터)에 의해 설치된 엔드 이펙터에 전달될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 전기 신호 및 전력은 일반적으로 로봇 제어기로부터 발생하고 핀 커넥터 (220)를 통해 툴 플레이트 (150)에 의해 수신된다. 툴 플레이트 (150)는 로봇으로부터 수신된 신호 및/또는 전력을 그에 장착 된 엔드 이펙터를 위해 다른 형태로 변환하는 회로를 포함 할 수 있다.2A and 2B show both sides of a tool plate 150 in accordance with various embodiments of the invention, and FIGS. 3A and 3B depict attachment to the end of a robotic arm. Recess 210 having a face 205 dms circular perimeter and 10 spring-loaded pins (eg, pogos) for establishing removable electrical connections to complementary receptacles at the center of recess 210 . a lifting platform 215 that is a pin). A plurality of bores 225 extend through the tool plate 150 and allow the bolts to pass through to secure attachment of the robotic arm. In one embodiment, the effector facing surface 230 is provided to expose the bores 225 includes raised annular ridges 240 having indentations 240. In some embodiments, these indentations 240 are end effectors (not shown) receiving ridges 235. Interlocked with a complementary extension into an annular recess in the phase A series of bolt holes 245 along the upper surface of the ridge 235 allow the end effector to be secured to the tool plate 150 . In the described embodiment, attaching the end effector to the tool plate 150 (eg, face 230) only results in a mechanical connection. Electrical signals and power may be transmitted to one or more installed end effectors. In the illustrated embodiment, attachment of the end effector to the tool plate 150 (eg, face 230) only results in a mechanical connection. of) may be delivered to the installed end effector by a mechanical connector 250 (eg, an M8 industrial connector) connected via a suitable cable to the end effector of from the robot controller and received by the tool plate 150 via a pin connector 220. The tool plate 150 converts signals and/or power received from the robot into other forms for end effectors mounted thereon. circuits may be included.

도 2A 및 도 3A를 참조하여, 툴 플레이트(150)는 로봇 팔(105)의 단부 면(end face)(305)과 접촉하게 되고, 단부 면(305)상의 상승된 원형 릿지 (310)는 툴 플레이트 (150)의 상보적 리세스(210) 내에 수용된다. 일련의 볼트 구멍(315)이 툴 플레이트를 통해 보어(225)와 정렬되어, 툴 플레이트(150)가 로봇 팔(105)에 볼트로 고정되거나 기계적으로 고정 될 수 있게 하고; 일부 실시예에서는 그러나, 볼트 대신에 퀵 릴리즈 래치가 사용된다. 핀 커넥터(220)은 리셉터클 내 툴 플레이트(150) 및 로봇 팔(150)이 도 3B에 도시된 정합된 구성을 가정할 때 수용된다. 2A and 3A, the tool plate 150 is brought into contact with the end face 305 of the robotic arm 105, and the raised circular ridge 310 on the end face 305 is received within the complementary recesses 210 of the plate 150 . a series of bolt holes 315 are aligned with the bore 225 through the tool plate, allowing the tool plate 150 to be bolted or mechanically secured to the robotic arm 105; In some embodiments, however, a quick release latch is used instead of a bolt. The pin connector 220 is received assuming the tool plate 150 and the robotic arm 150 in the receptacle are in the mated configuration shown in FIG. 3B .

툴 플레이트(150)의 동작 및 키 내부 구성요소는 도 4에 도시되어 있다. 툴 플레이트는 메모리(405), 지지 회로(410), 및 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 또는 다른 적절한 구성요소 일 수 있는 컨트롤 구성 요소(415)를 포함한다. 컨트롤 구성 요소(415)의 능력은 후술하는 바와 같이 툴 플레이트(150)에 할당된 기능에 의존한다. 툴 플레이트는 기계적으로 및 전기적으로 하나 이상의 엔드 이펙터(420)와 정합하고, 그 둘은 420₁ 및 420₂로 표시되어 나타나 있다. 즉, 툴 플레이트(150)는 각 엔드 이펙터를 위한, 두개의 리셉터클을 가지며, 각각은 기계적으로 및 전기적으로 엔드 이펙터와 정합하도록 활용되는 적절한 특성을 가진다. 앞서 설명된 바와 같이, 툴 플레이트(150)는 동시에 하나 이상의 엔드 이펙터(420)를 수용할 수 있고 및/또는 엔드 이펙터의 다른 유형을 상호 교환적으로 수용할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 물체 주변에 근접한 손가락과 함께 그리퍼를 대신하여, 엔드 이펙터(420)는 흡입 그리퍼 또는 물체를 유지 또는 조작하는 다른 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 엔드 이펙터는 툴(드릴, 톱, 용접기 등), 측정 장치(예를 들어, 스케일, 게이지 등) 또는 다른 기능 구현 장치일 수 있다.The operation of the tool plate 150 and the key internal components are shown in FIG. 4 . The tool plate includes a memory 405 , support circuitry 410 , and a control component 415 , which may be a microprocessor, microcontroller, or other suitable component. The capabilities of the control component 415 depend on the function assigned to the tool plate 150 as described below. The tool plate mechanically and electrically mates with one or more end effectors 420 , both shown as 420 ₁ and 420 ₂ . That is, the tool plate 150 has, for each end effector, two receptacles, each having the appropriate properties utilized to mate mechanically and electrically with the end effector. As described above, the tool plate 150 may simultaneously receive more than one end effector 420 and/or may interchangeably receive different types of end effectors. For example, in lieu of a gripper with a finger proximal to the object shown in FIG. 1 , the end effector 420 may include a suction gripper or other means of holding or manipulating the object. Alternatively or additionally, the end effector may be a tool (drill, saw, welder, etc.), a measuring device (eg, a scale, gauge, etc.) or other functional implementation device.

로봇 팔(105)과 기계적으로 및 전기적으로 정합할 때, 툴 플레이트(150)는 전력을 수신하고, 로봇 컨트롤러(125)(도 1B 참고)와 통신을 설립한다. 통상적으로, 이는 인터페이스(425) 및 로컬 모터 컨트롤러(430)와 같은 중간 미디어 하드웨어를 통하여 발생한다. 인터페이스는 로봇으로부터 툴 플레이트(150)로 전력을 공급하고 툴 플레이트(150)에 예를 들어, RS-485와 같은 시리얼 통신 프로토콜을 통하여 양방향 데이터 통신을 지지한다; 툴 플레이트(150)의 지지 회로(410)는 상보적 통신 구성 요소를 함유한다. 로컬 모터 컨트롤러(430)는 로봇 컨트롤러(125)로부터 (예를 들어, 이더넷과 같은 링크 층 프로토콜을 통하여) 명령을 수신하고, 로봇 팔(105)의 하나 이상의 근접 조인트에 결부된 모터를 활성화시켜 명령을 실행한다. 설명된 실행에서, 로컬 컨트롤러(430)는 엔드 이펙터(420)를 동작하는 로봇 컨트롤러(125)로부터 명령을 수신한다. 이는 인터페이스(425)(에를 들어, RS-485를 사용하여)를 통하여 툴 플레이트(150)로 이러한 명령을 통신하고, 툴 플레이트(150)는 디지털 출력 라인을 통해 어드레싱된 엔드 이펙터에 명령을 발행 (또는 전력을 제공)한다. 명령은 통상적으로 엔드 이펙터에 특정된 저-레벨의 명령이다. 즉, 툴 플레이트(150)가 로봇 컨트롤러(125)로부터 고-레벨의 일반적인 명령을 받아들이고 이를 이펙터 특정 신호로 변환하도록 구성 될 수 있지만, 일반적으로 이것은 수행되지 않는다; 오히려, 보다 전형적인 구현에서, 로봇 컨트롤러(125)는 이펙터 특정 명령을 전달하기 위해 "자체 구성"을 갖는다. 이것이 달성 될 수 있는 방식은 아래에서 설명된다. 로봇 팔(105) 자체는 더 높은 수준의 작업을 수행 할 수 있는 프로세서를 포함 할 수 있음을 강조해야 한다. 따라서, 프로세서(415)는 로봇 팔(125)과의 통신을 제어하기 위한 "마스터(master)"로서 작용할 수 있지만, 대신 로봇 팔의 프로세서에 대한 "슬레이브(slave)"역할을 할 수 있다(예를 들어, 툴 플레이트 (150)를 폴(poll)하고 데이터를 로봇 컨트롤러에 전송할 수 있다).Upon mechanically and electrically mating with the robotic arm 105 , the tool plate 150 receives power and establishes communication with the robot controller 125 (see FIG. 1B ). Typically, this occurs through intermediate media hardware such as interface 425 and local motor controller 430 . The interface supplies power from the robot to the tool plate 150 and supports bidirectional data communication to the tool plate 150 via a serial communication protocol such as, for example, RS-485; The support circuitry 410 of the tool plate 150 contains complementary communication components. Local motor controller 430 receives commands from robot controller 125 (eg, via a link layer protocol such as Ethernet) and activates motors associated with one or more proximity joints of robotic arm 105 to command run In the illustrated implementation, the local controller 430 receives commands from the robot controller 125 to operate the end effector 420 . It communicates these commands to the tool plate 150 via an interface 425 (e.g., using RS-485), and the tool plate 150 issues commands to the addressed end effector via a digital output line (using RS-485, for example). or provide power). Commands are typically low-level commands specific to the end effector. That is, the tool plate 150 may be configured to accept high-level general commands from the robot controller 125 and convert them into effector specific signals, but generally this is not done; Rather, in a more typical implementation, the robot controller 125 has “configuration itself” to communicate effector specific commands. How this can be achieved is described below. It should be emphasized that the robotic arm 105 itself may include a processor capable of performing higher level tasks. Thus, the processor 415 may act as a “master” for controlling communications with the robotic arm 125 , but instead act as a “slave” to the robotic arm's processor (eg, For example, it can poll the tool plate 150 and transmit data to the robot controller).

엔드 이펙터(420)가 툴 플레이트(150)와 정합되면, 최종 결과(end result)는 로봇 컨트롤러(125)와 엔드 이펙터(420) 사이에 전력을 제공하고 통신을 가능하게 하고, 로봇 컨트롤러가 엔드 이펙터를 작동시키기 위해 자체 구성 할 수 있게 하는 다양한 통신이 이루어진다. 하나의 대표적인 실현에서, 엔드 이펙터는 로봇 컨트롤러를 제공하기 위한 온보드(onboard) 정보가 없는 "덤 (dumb)"장치이다. 툴 플레이트(150)는 리셉터클 구성(예를 들어, 단일 유형의 엔드 이펙터를 수용하기 위하여 디자인된)때문에, 이것의 기계적 및 전기적 특성으로부터, 또는 툴 플레이트가 오로지 하나의 유형을 엔드 이펙터를 수용하기 때문에, 엔드 이펙터를 인식한다. 설명된 실시에에서, 메모리(405)는 두개의 가능한 엔드 이펙터(420₁, 420₂) 각각의 식별자를 저장한다. 특정 엔드 이펙터의 부착을 컨트롤 구성요소(415)가 감지하면, 로봇 팔(105)을 통하여 로소 컨트롤러(1225)에 대응하는 식별자와 통신한다. 로봇 컨트롤러는 데이터베이스(140)(도 1B 참고) 내에 엔드 이펙터를 위하여 구성 정보를 위치시키토록 통신된 식별자를 사용한다. 데이터베이스(140)는 구성 정보의 라이브러리 (예를 들어, 드라이버 또는 다른 곳에 저장된 드라이버에 대한 포인터)를 포함 할 수 있고, 수신된 엔드 이펙터 식별자에 기초하여 드라이버 정보를 선택하면, 로봇 컨트롤러(125)는 자체 구성, 즉 적절한 드라이버를 로드 및 설치한다. 툴 플레이트(150)는 엔드 이펙터의 설치 및 제거 모두를 감지할 수 있기 때문에, 이는 로봇의 전력 강하 및 리부팅 없는, 회로(410)를 통한; 실시간 "핫 스왑(hot swapped)"일 수 있고, 컨트롤 요소(415)는 새로운 엔드 이펙터가 부착되었다는 것을 로봇 컨트롤러(125)에 통지하고, 새로운 엔드 이펙터에 대한 식별자를 제공 할 것이다.When the end effector 420 is mated with the tool plate 150 , the end result is to provide power and enable communication between the robot controller 125 and the end effector 420 , and the robot controller to the end effector 420 . Various communications are made that allow them to be self-configured to make them work. In one exemplary implementation, the end effector is a "dumb" device with no onboard information to provide a robot controller. Tool plate 150 may be configured because of its receptacle configuration (eg, designed to receive a single type of end effector), from its mechanical and electrical properties, or because the tool plate accepts only one type of end effector. , the end effector is recognized. In the described embodiment, the memory 405 stores the identifier of each of the _{two possible end effectors 420 1} , 420 _{2 .} When the control component 415 detects attachment of a particular end effector, it communicates via the robotic arm 105 an identifier corresponding to the Rosso controller 1225 . The robot controller uses the communicated identifier to locate the configuration information for the end effector in the database 140 (see FIG. 1B). Database 140 may include a library of configuration information (eg, drivers or pointers to drivers stored elsewhere), and upon selecting driver information based on the received end effector identifier, robot controller 125 It configures itself, i.e. it loads and installs the appropriate drivers. Since the tool plate 150 is capable of sensing both installation and removal of the end effector, it is through circuit 410, without a power drop and reboot of the robot; It may be "hot swapped" in real time, and the control element 415 will notify the robot controller 125 that a new end effector has been attached, and will provide an identifier for the new end effector.

툴 플레이트 (150) 또는 로봇 제어기 (125) (예를 들어, 엔드 이펙터가 로봇 팔(105)에 직접 부착 된 경우)에 의해 엔드 이펙터의 부착을 검출하는 것은 능동 또는 수동 방식으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 또는 툴 플레이트는 로봇 컨트롤러 또는 툴 플레이트와 통신을 시작할 수 있습니다.Detecting attachment of the end effector by the tool plate 150 or the robot controller 125 (eg, if the end effector is directly attached to the robotic arm 105) may occur in an active or passive manner. For example, an end effector or tool plate can initiate communication with a robot controller or tool plate.

대안 적으로, 엔드 이펙터 또는 툴 플레이트는 부착 시 로봇 컨트롤러에 의해 검출된 특성 신호를 그 신호에 대해 폴링 할 수 있다. 어느 경우이든, 로봇 컨트롤러(125) (또는 일부 구현에서, 로봇 팔(105))은 엔드 이펙터 또는 툴 플레이트에 명령을 보내며, 이는 데이터(명령에 따른 I/O 또는 상태 데이터 또는 저장된 구성/식별 데이터)와 반응한다. Alternatively, the end effector or tool plate may poll for a characteristic signal detected by the robot controller upon attachment. In either case, the robot controller 125 (or, in some implementations, the robotic arm 105 ) sends a command to the end effector or tool plate, which may include data (I/O or status data according to the command or stored configuration/identification data). ) reacts with

일부 실시예에서, 구성 정보는 툴 플레이트(150)의 메모리(405)에 저장되고, 엔드 이펙터의 부착 감지에 따라, 컨트롤 요소(415)는 메모리(405)에 구성 요소에 대응하도록 위치하고, 로봇 컨트롤러(125)에 이를 전송한다. 다시 말해, 구성 정보는 드라이브 그것 자체 또는 그 포인터일 수 있고, 로봇 컨트롤러(125)가 자체 구성 이전에 가장 최근의 드라이버를 다운로드하거나 특정 엔드 이펙터를 위한 일반 드라이버를 파라미터화하도록 로봇 컨트롤러(125)를 동작시킨다. 메모리(405)는 또한 사이클 카운트 및 작동 시간과 같은 엔드 이펙터 특정 메트릭을 저장할 수 있어서, 흡입 컵 및/또는 다른 구성 요소가 정격 사이클 한계에 근접한 경우의 교체와 같은 예방적 유지 보수를 허용한다.In some embodiments, the configuration information is stored in the memory 405 of the tool plate 150 , and upon detection of attachment of the end effector, the control element 415 is located in the memory 405 to correspond to the component, and the robot controller Send it to (125). In other words, the configuration information can be the drive itself or a pointer to it, and allows the robot controller 125 to either download the most recent driver prior to its own configuration or parameterize a generic driver for a specific end effector. make it work Memory 405 may also store end effector specific metrics, such as cycle count and run time, to allow for preventive maintenance, such as replacement when suction cups and/or other components are approaching rated cycle limits.

다양한 실현에서, 어느 리셉터클(420)도 하나 이상의 유형의 엔드 이펙터를 수용할 수 있다. 그러한 경우에, 엔드 이펙터는 새로 설치된 엔드 이펙터와의 통신을 확립 할 때 툴 플레이트 (150)에 제공되는(또는 검색된) 식별자를 저장할 수 있다. 이 경우, 툴 플레이트(150)는 식별자를 로봇 컨트롤러 (125)와 통신하거나, 일부 실시 예에서, 식별자를 사용하여 메모리(405)로부터 구성 정보를 검색하고 이 정보를 로봇 컨트롤러 (125)에 전송한다. 정보의 최적 분포-즉 툴 플레이트 (150)에 구성 정보를 저장할 것인지 로봇 자체의 비 휘발성 메모리에 저장할 것인지-는 디자인 선택을 나타낸다. 더많은 정보가 툴 플레이트(150) 상에 저장되고, 더 많은 일반 정보를 로봇이 할 수 있으나, 더 많은 툴 플레이트(150)의 메모리가 요구된다. 다른 고려사항은 정보 업데이트 및 프로그래밍이 필요하다는 것이다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 구성 데이터가 업데이트되어야할 사항이면, 변하지 않는 정보만을, 예를 들어, 엔드 이펙터 식별자를 메모리(405)에, 저장하는 것이 바람직하다. 로봇 컨트롤러(125)는 파워 업(power-up) 또는 새로운 로봇 팔의 설치가 검출 될 때 그것이 최신 드라이버를 갖는지 검증할 수 있다. 물론, 로봇에 제공하기 전에 저장된 구성 정보에 대한 업데이트를 점검 할 수 있게 하는 기능을 툴 플레이트(150) 상에 포함시키는 것이 가능하며, 그러나 이러한 기능에는 온보드 연결 또는 로봇을 통해 네트워크 리소스(예를 들어, 인터넷을 통해)에 액세스 할 수 있는 기능이 필요하다.In various implementations, either receptacle 420 may receive one or more types of end effectors. In such a case, the end effector may store the identifier provided (or retrieved) to the tool plate 150 when establishing communication with the newly installed end effector. In this case, the tool plate 150 communicates the identifier with the robot controller 125 or, in some embodiments, uses the identifier to retrieve configuration information from the memory 405 and transmits this information to the robot controller 125 . . The optimal distribution of information - ie whether to store the configuration information on the tool plate 150 or the non-volatile memory of the robot itself - represents the design choice. More information is stored on the tool plate 150 , and more general information the robot can do, but more memory of the tool plate 150 is required. Another consideration is the need for information updating and programming. For example, if configuration data is to be updated over time, it is desirable to store only information that does not change, eg, an end effector identifier, in memory 405 . The robot controller 125 can verify that it has the latest drivers when a power-up or installation of a new robotic arm is detected. Of course, it is possible to include a function on the tool plate 150 that allows it to check for updates to stored configuration information before providing it to the robot, but such functionality includes on-board connectivity or network resources (eg, via the robot). , you need the ability to access it (via the Internet).

엔드 이펙터가 "스마트", 즉, 스스로 구성 정보를 가지는 경우, 인 경우에, 툴 플레이트(150)에 의하여 검색될 수 있고, 로봇 컨트롤러(125)에 제공될 수 있다. 툴 플레이트(150)가 적절한 온보드 무선 인터페이스를 사용하여 엔드 이펙터 및/또는 로봇 컨트롤러 (125)와 무선으로 통신하는 것이 가능하다. 한편, 로봇 컨트롤러(125)가 적합한 드라이버를 찾을 수 없는 경우, 원격(예를 들어, 호스팅된) 드라이버 저장소에서 드라이버를 검색하거나 적절한 드라이버를 자동으로 검색하여 설치 및 로봇이 실제로 정상적으로 작동하기 전에 툴 플레이트(150)를 통해 적절한 작동 및 기능성을 테스트하는 단계를 포함한다. When the end effector is "smart", that is, when it has configuration information on its own, it can be retrieved by the tool plate 150 and provided to the robot controller 125 . It is possible for the tool plate 150 to communicate wirelessly with the end effector and/or robot controller 125 using a suitable onboard wireless interface. On the other hand, if the robot controller 125 cannot find a suitable driver, it either searches for a driver in a remote (eg hosted) driver repository or automatically searches for a suitable driver to install and install the tool plate before the robot actually works normally. and testing through 150 for proper operation and functionality.

앞서 언급된 바와 같이, 툴 플레이트(150)의 컨트롤 요소(415)는 툴 플레이트가 수행하는 기능에 의존하여 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 중 어느 적합한 것이 될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 요소(415)는 임베디드 동작을 위해 명시적으로 설계된 프로그램가능한 마이크로 컨트롤러, 또는 캘리포니아 산타클라라(Santa Clara)의 인텔사 (Intel Corporation)에 의해 제조 된 펜티엄 (Pentium) 또는 셀러론 (Celeron) 프로세서 제품군과 같은 하나 이상의 종래의 프로세서 일 수 있다. 메모리(405)는 앞서 설명된 동작과 관련된 데이터 및/또는 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(405)는 램 메모리(RAM: random access memory), 롬 메모리(ROM: Read only memory), 및/또는 ASIC(Application Specific integrated circuits), FPGA(Field Programmable Gate arrays), EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memories), PROM(programmable read-only memories), 또는 PLD(programmable logic devices)의 하나 이상의 일반적으로 사용 가능한 하드웨어에 상주하는 플래시 메모리를 포함할 수 있다. As noted above, the control element 415 of the tool plate 150 can be either a microprocessor or a microcontroller, whichever is suitable, depending on the function the tool plate performs. For example, control element 415 may be a programmable microcontroller explicitly designed for embedded operation, or a Pentium or Celeron manufactured by Intel Corporation of Santa Clara, California. It may be one or more conventional processors, such as a family of processors. The memory 405 may store data and/or programs related to the operations described above. The memory 405 may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), and/or application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), electrically erasable programmable read (EEPROM), -only memories), programmable read-only memories (PROMs), or flash memories residing in one or more generally available hardware of programmable logic devices (PLDs).

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에서, 툴 플레이트(150)는 로봇 부속 장치(105)의 단부 또는 "커프"(510)에 자체적으로 고정된 퀵 릴리즈 메커니즘에 포함된 "로봇 측"(500) 및 하나 이상의 엔드 이펙터를 수용하는 "툴 측"(520)(로봇 측(500)에 반대되는)을 가진다. As shown in FIG. 5 , in various embodiments of the present invention, the tool plate 150 is a "robot" contained in a quick release mechanism that is fixed itself to the end or "cuff" 510 of the robotic attachment 105. It has a side" 500 and a "tool side" 520 (as opposed to the robot side 500 ) that houses one or more end effectors.

통상적으로, 로봇 측(500)은 로봇 부속 장치(105)에 고정적으로 설치(즉, 볼트)된다. 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)은 하나 이상의 엔드 이펙터에 고정적으로 설치(즉, 볼트)된다. 예를 들어, 툴 측(520)은 하나의 유형 이상의 엔드 이펙터와 기계적으로 결합하는 구성을 포함하는 변환 가능한 어답터 플레이트(525)를 포함한다. 이러한 배열은 엔드 이펙터 뿐만 아니라 툴 플레이트(150) 또는 그 부분 (즉, 툴 측(520) 또는 어답터 플레이트(525))가 편리하게 툴, 공기압 또는 전기적 활성화 없이 기계적 보안으로 다른 로봇(다른 로봇 측 부분에 고정된)과 교환되거나 연결되는 것을 가능하게 한다. 다양한 실시예에서, 로봇 측(500)은 빠르게 및 쉽게 퀵 릴리즈 메커니즘을 통하여 툴 측(520)으로부터 탈착될 수 있다. 퀵 릴리즈 메커니즘은 도 5에 도시된 바와 같이 맞물릴 때, 제거 가능한 보안 칼라(530)를 포함 할 수 있고, 따라서, 툴 측(520) 및 따라서 툴 플레이트(150)는 로봇에 축 방향 및 회전 방향으로 고정된다. 도 6은 보안 칼라(530)의 제거를 통해 로봇 측(500)으로부터 분리된 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 로봇 측 (500)은 로봇 부속 장치의 커프(510)에 부착 된 상태로 유지 될 수 있다.Typically, the robot side 500 is fixedly installed (ie, bolted) to the robot accessory 105 . The tool side 520 of the tool plate 150 is fixedly mounted (ie, bolted to) to one or more end effectors. For example, the tool side 520 includes a convertible adapter plate 525 that includes a configuration that mechanically engages one or more types of end effectors. This arrangement allows the end effector as well as the tool plate 150 or a portion thereof (ie, the tool side 520 or the adapter plate 525 ) to be conveniently secured to the other robot (the other robot side portion) without tool, pneumatic or electrical activation. fixed to ) and can be exchanged or connected to. In various embodiments, the robot side 500 can be quickly and easily detached from the tool side 520 via a quick release mechanism. The quick release mechanism may include a removable security collar 530 when engaged, as shown in FIG. 5 , so that the tool side 520 and thus the tool plate 150 are axially and rotated to the robot. is fixed to 6 shows the tool side 520 of the tool plate 150 separated from the robot side 500 through removal of the security collar 530 . As shown, the robot side 500 may remain attached to the cuff 510 of the robot accessory.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 툴 플레이트(150)의 분해도이다. 도시된 바와 같이, 퀵 릴리즈 메커니즘을 포함하는 로봇 측(500)(상세히 후술)은 하나 이상의 볼트(700) 또는 다른 패스너(Fastenrs)를 통하여 로봇 부속장치의 커프(510)에 고정될 수 있다. 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)은 사용될 엔드 이펙터(들)에 따라 변경 될 수 있고 하나 이상의 볼트(710) 또는 다른 패스너를 통해 툴 측 (520)에 부착 될 수 있는 어댑터 플레이트(525)를 포함 할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 툴 측(520)의 상승부(720)는 일련의 원주 방향으로 분포된 (및 전형적으로 등거리인) 함몰부를 포함하며, 그 중 하나는 730로 대표적으로 표시된다. 보여진 바와 같이, 이들 함몰부는 잠금 구성에서 툴 측(520)을 로봇 측(500)에 고정시키는 작용을 하는 베어링 볼을 수용한다.7 is an exploded view of the tool plate 150 shown in FIGS. 5 and 6 . As shown, the robot side 500 (described in detail below), including a quick release mechanism, may be secured to the cuff 510 of the robot attachment via one or more bolts 700 or other fasteners. The tool side 520 of the tool plate 150 may vary depending on the end effector(s) to be used and an adapter plate 525 that may be attached to the tool side 520 via one or more bolts 710 or other fasteners. may include In accordance with various embodiments of the present invention, the raised portion 720 of the tool side 520 includes a series of circumferentially distributed (and typically equidistant) depressions, one of which is representatively indicated at 730 . . As can be seen, these depressions receive bearing balls that act to secure the tool side 520 to the robot side 500 in a locked configuration.

구체적으로, 다양한 실시 예에서, 로봇 측(500)의 퀵 릴리즈 메커니즘은 축 방향으로 슬라이딩 가능한 리테이닝 링의 위치에 따라 반경 방향 내측 또는 외측으로 이동하고 툴 플레이트(150)의 툴 측 내 상보적인 함몰부(730) 내에 수용되는 캡티브(captive) 구형(spherical) 베어링 볼을 포함한다. 슬라이딩 링의 내부 표면은 테이퍼 될 수 있어서 슬라이딩 링의 축 방향 운동은 베어링 볼의 반경 방향 이동을 야기하고 이들을 함몰부(730) 내에 고정시킨다. 따라서, 안착 된 베어링 볼은 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)의 축 방향 이동을 방지한다. 로봇 플레이트(150) 로부터 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)을 해제하기 위해, 슬라이딩 링이 수동으로 시프트(shift)되어, 베어링 볼이 반경 방향 바깥쪽으로 이동하여 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)을 자유롭게 한다. Specifically, in various embodiments, the quick release mechanism on the robot side 500 moves radially inward or outward depending on the position of the axially slidable retaining ring and a complementary depression in the tool side of the tool plate 150 . and a captive spherical bearing ball received within portion 730 . The inner surface of the sliding ring may be tapered so that axial motion of the sliding ring causes radial movement of the bearing balls and holds them in the depression 730 . Accordingly, the seated bearing ball prevents axial movement of the tool side 520 of the tool plate 150 . To release the tool side 520 of the tool plate 150 from the robot plate 150 , the sliding ring is manually shifted so that the bearing ball moves radially outward to the tool side of the tool plate 150 . (520) is free.

제거가능한 보안 칼라(530)는 이러한 슬라이딩 식 이동을 방지하기 위하여 채용되고, 따라서, 로봇을 축방향 및 회전방향으로 고정하기 위하여 툴 플레이트(150)를 유지한다. 함몰부(730)가 반구형 형상 (즉, 단면 또는 둘레에서 원형)으로 도시되어 있지만, 다양한 실시 예에서 함몰부(730) 중 하나 이상 (또는 심지어 모두)은 다른 형상 (예를 들어, 직사각형, 난형, 다각형)을 가질 수 있고, 구형 베어링 볼의 모양에 반드시 맞지 않는 단면 또는 둘레에도 불구하고 그 안에 베어링 볼을 고정 시켜서 툴 플레이트(150)의 툴 측(520)의 축 방향 운동을 방지하는 데 효과적이다.A removable security collar 530 is employed to prevent this sliding movement and thus retains the tool plate 150 for axially and rotationally securing the robot. Although depression 730 is shown as a hemispherical shape (ie, circular in cross-section or perimeter), in various embodiments one or more (or even all) of depressions 730 may have other shapes (eg, rectangular, oval). , polygon), and is effective in preventing axial movement of the tool side 520 of the tool plate 150 by fixing the bearing ball therein despite the cross-section or perimeter that does not necessarily fit the shape of the spherical bearing ball to be.

툴 플레이트(150)의 로봇 측(500)의 퀵 릴리즈 메커니즘의 다양한 구성요소는 도 8의 분해도에 나타나 있다. 이는 탑 리테이닝 링(800), 복수의 압축 스프링(805), 퀵 릴리즈 메커니즘의 동작을 축방향 제어하는 슬라이딩 링(810), 볼 멈춤 링(815), 압축 웨이브 스프링(820), 베어링 리테이너(825), 및 복수의 베어링 볼(830)을 포함한다. 슬라이딩 링(810)은 사용자가 매뉴얼적으로 링을 움직이는 립(lip) 또는 플랜지(flange)를 포함한다. 압축 웨이브 스프링(820)(또는 다른 실시 예에서, 코일 스프링과 같은 다른 유형의 압축 스프링)은 슬라이딩 링(810)의 내부 릿지의 상부 표면 상에 놓여 있으며, 후술하는 바와 같이, 슬라이딩 링(810)의 축 방향 이동을 위한 보조력 및 상보 적 리세스(730) 내에서 베어링 볼(830)의 수반 결합을 제공한다. 슬라이딩 링 (810) 및 베어링 리테이너(825)는 하나 이상의 금속, 예를 들어 스테인레스 스틸 및/또는 내화성 금속 재료, 예컨대 티타늄, 텅스텐, 하프늄, 탄탈륨 및/또는 니오븀을 포함하거나, 본질적으로 구성되거나 또는 구성할 수 있다.The various components of the quick release mechanism of the robot side 500 of the tool plate 150 are shown in the exploded view of FIG. 8 . It consists of a top retaining ring 800, a plurality of compression springs 805, a sliding ring 810 that axially controls the operation of the quick release mechanism, a ball stop ring 815, a compression wave spring 820, a bearing retainer ( 825 , and a plurality of bearing balls 830 . The sliding ring 810 includes a lip or a flange that a user manually moves the ring. A compression wave spring 820 (or in another embodiment, another type of compression spring, such as a coil spring) rests on the upper surface of the inner ridge of the sliding ring 810 and, as described below, the sliding ring 810 . Provides an assisting force for axial movement of the and concomitant engagement of the bearing ball 830 within the complementary recess 730 . Sliding ring 810 and bearing retainer 825 include, consist essentially of, or consist of one or more metals, such as stainless steel and/or refractory metal materials, such as titanium, tungsten, hafnium, tantalum, and/or niobium. can do.

도 9에 도시된 바와 같이, 툴 측(520)의 상승부(720)는 슬라이딩 링(810) 및 베어링 리테이너(825)의 내부 안에 수용될 수 있다. 동작의 메커니즘은 도 9 내지 11에서 볼 수 있다. 툴 측의(520)의 상승부(720)가 베어링 리테이너(825) 내부에 수용되기 이전에, 볼-스톱 링(815)은 베어링 리테이너(825)의 내부 표면에 동심으로 인접하여 베어링 볼(830)이 내향으로 이동하는 것을 방지한다. 이 구성에서 볼-스톱 링(815)의 탭(835)에 대항하는 압축 스프링(805)에 의해 유지된다. 상승부(720)가 베어링 리테이너(825)에 진입할 때, 볼 스탑 링(815)을 압축 스프링(805)에 반하여 베어링 리테이너(825)의 리세스 부 내에 힘을 부여한다. 따라서, 볼-스톱 링(815)은 사용자가 툴 측(520)의 리세스 부분(720)을 퀵 릴리즈 메커니즘으로 푸시 할 때 잠금 메커니즘을 응답적으로 작동시키는 푸시-투-연결(push-to-connect) 기능을 제공하고; 사용자는 예를 들어 툴 플레이트 (150)를 연결하기 위해 슬라이딩 링(810)을 들어 올릴 필요가 없다.As shown in FIG. 9 , the raised portion 720 of the tool side 520 may be received within the interior of the sliding ring 810 and the bearing retainer 825 . The mechanism of operation can be seen in FIGS. 9 to 11 . Before the raised portion 720 of the tool side 520 is received within the bearing retainer 825 , the ball-stop ring 815 concentrically abuts the inner surface of the bearing retainer 825 to the bearing ball 830 . ) to prevent inward movement. In this configuration it is held by a compression spring 805 against the tab 835 of the ball-stop ring 815 . As the lift 720 enters the bearing retainer 825 , the ball stop ring 815 applies a force against the compression spring 805 into the recessed portion of the bearing retainer 825 . Accordingly, the ball-stop ring 815 is a push-to-connection that responsively activates the locking mechanism when the user pushes the recessed portion 720 of the tool side 520 into the quick release mechanism. connect) function; The user does not need to lift the sliding ring 810 to connect the tool plate 150, for example.

도 10에 도시된 해제 위치에서, 베어링 볼(830)은 툴 측(520)의 상승 부분의 함몰부(730)와 슬라이딩 링(810)의 내부 릿지(1000)의 비스듬한(beveled) 모서리(edge) 사이에 느슨하게 앉아있다. 툴 측 (520)은 자유롭게 철회 될 수 있고, 압축 스프링(805)은 볼-스톱 링(815)을 촉구함에 따라 툴 측(520)을 따라 가고 베어링 볼(830)이 도 10에 도시 된 바와 같이 내측으로 이동하는 것을 방지한다. In the released position shown in FIG. 10 , the bearing ball 830 has a depression 730 in the raised portion of the tool side 520 and a beveled edge of the inner ridge 1000 of the sliding ring 810 . sits loosely between Tool side 520 can be retracted freely, compression spring 805 follows tool side 520 as it urges ball-stop ring 815 and bearing ball 830 is shown in FIG. 10 . prevent inward movement.

슬라이딩 링(810)이 축 방향으로(도 11에 도시된 바와 같이, 아래방향으로) 움직일 때, 압축 웨이브 스프링(820)에 의하여 보조되고, 테이퍼 릿지(1000)의 내부 표면(예를 들어, 약 2° 내지 약 20°, 예를 들어, 약 5°)은 베어링 볼(830)을 반경 방향 내측으로 이동 시켜서 카운터성크(countersunk) 함몰부(730) 내에 안착되고, 슬라이딩 링(810) 자체에 의해 외향 이동이 방지된다. 압축 웨이브 스프링(820)의 스프링 힘은 이러한 맞물린 위치 내 슬라이딩 링(810)을 유지하기 위해 작용한다; 그러나, 보안 칼라(530)은 슬라이딩 링(810)의 상향 이동을 방지하기 위한 위치에 놓여질 수 있다. 베어링 볼(830)은 단단하게 로봇 측(500)에 맞물린 툴 측(520)을 유지한다. 다양한 실시 예에서, 퀵 릴리즈 메커니즘은 베어링 리테이너(825)의 원주 주위에서 서로 등거리로 이격될 수 있는 6 개의 베어링 볼 (830)을 이용한다. 베어링 볼의 최적의 개수는 페이로드(payload) 의존적이고, 통상적인 적용에서 이는 3개보다 적거나 또는 8개 또는 그 이상일 수 있다. 비슷하게, 볼멈춤 링(815)의 탭들(835)의 개수 및 대응하는 스프링(805)은 3개보다 적거나 또는 8개 또는 그 이상으로 다양할 수 있다. When the sliding ring 810 moves in the axial direction (downward, as shown in FIG. 11 ), it is assisted by a compression wave spring 820 , and the inner surface of the tapered ridge 1000 (eg, about 2 ° to about 20 °, for example, about 5 °) is seated in the countersunk depression 730 by moving the bearing ball 830 radially inward, and by the sliding ring 810 itself Outward movement is prevented. The spring force of the compression wave spring 820 acts to maintain the sliding ring 810 in this engaged position; However, the security collar 530 may be positioned to prevent upward movement of the sliding ring 810 . Bearing ball 830 holds tool side 520 firmly engaged with robot side 500 . In various embodiments, the quick release mechanism utilizes six bearing balls 830 that may be spaced equidistant from one another around the circumference of the bearing retainer 825 . The optimal number of bearing balls is payload dependent, and in typical applications this may be less than three or eight or more. Similarly, the number of tabs 835 of the ball stop ring 815 and the corresponding spring 805 may vary from less than three or eight or more.

본 명세서에 사용된 용어 및 표현은 설명의 용어 및 표현으로서 사용되며 제한되지 않으며, 이러한 용어 및 표현의 사용에서 도시되고 설명 된 특징 또는 그 일부의 동등한 것들 배제하려는 의도는 없다. 또한, 본 발명의 특정 실시 예를 설명 하였지만, 본 명세서에 개시된 개념을 포함하는 다른 실시 예가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음이 당업자에게 명백 할 것이다. 따라서, 설명 된 실시 예들은 모든 면에서 단지 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 간주 되어야 한다.The terms and expressions used herein are used as terms and expressions of description and are not limiting, and there is no intention to exclude from the use of such terms and expressions the equivalents of the features shown and described or portions thereof. In addition, although specific embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments incorporating the concepts disclosed herein may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.

Claims (18)

로봇 시스템에 있어서, 상기 로봇 시스템은,
로봇 본체;
상기 로봇 본체에 연결되고, 로봇 커넥터를 포함하는 몸의 중심에서 말단부(distal end)를 가지는 로봇 팔;
상기 로봇 팔을 제어하기 위한 로봇 컨트롤러;
(i) 상기 로봇 팔의 상기 말단부에 장착 가능하며 환형이고 상기 로봇 팔의 상기 말단부에 장착되면 상기 로봇 커넥터를 내부에 수용하는 로봇 측(robot side), 및 (ii) 상기 로봇 측에 제거 가능하게 연결되는 툴 측(tool side)을 포함하는, 툴 플레이트(tool plate);
상기 툴 플레이트의 툴 측(tool side)에 연결된 엔드 이펙터(end effector);
상기 툴 플레이트에 통합되며, 상기 툴 플레이트의 상기 로봇 측에 대해 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측을 제거 가능하게 유지시키는 퀵 릴리즈 메커니즘(quick-release mechanism); 및
상기 로봇 측과 상기 로봇 팔의 상기 말단부 사이의 인터페이스에 배치되며, 보안 칼라(security collar)가 상기 퀵 릴리즈 메커니즘에 위치하면 상기 툴 플레이트의 상기 로봇 측으로부터 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측이 제거되는 것을 방지하기 위해 상기 퀵 릴리즈 메커니즘과 맞물리는, 제거 가능한 보안 칼라;를 포함하는, 로봇 시스템.In the robot system, the robot system,
robot body;
a robot arm connected to the robot body and having a distal end at the center of the body including a robot connector;
a robot controller for controlling the robot arm;
(i) a robot side mountable on the distal end of the robot arm and annular and which receives the robot connector therein when mounted on the distal end of the robot arm, and (ii) removably on the robot side a tool plate comprising a connected tool side;
an end effector connected to a tool side of the tool plate;
a quick-release mechanism integrated into the tool plate for removably holding the tool side of the tool plate relative to the robot side of the tool plate; and
disposed at the interface between the robot side and the distal end of the robotic arm, wherein the tool side of the tool plate is removed from the robot side of the tool plate when a security collar is positioned on the quick release mechanism. and a removable security collar that engages the quick release mechanism to prevent. 제 1항에 있어서,
상기 툴 플레이트의 상기 툴 측은 측벽 주위에 원주 방향으로 배열된 일련의 함몰부(depressions)를 갖는 상승부(raised portion), 및 상기 상승부가 상기 퀵 릴리즈 메커니즘 내에 수용되면 상기 로봇 커넥터에 맞물리는 전기 커넥터를 포함하며,
상기 툴 플레이트의 상기 로봇 측 내에 배치되는 상기 퀵 릴리즈 메커니즘은:
상기 툴 플레이트의 상기 툴 측의 상기 상승부를 수용하기 위한 리세스(recess);
상기 리세스를 둘러싸고 이와 동심인 축을 따라 슬라이딩 가능한 링(ring);
제1 방향으로 상기 링의 축 방향 이동은 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측의 상기 상승부의 상기 함몰부 내에서 상기 복수의 베어링 볼을 잠궈서 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측을 상기 퀵 릴리즈 메커니즘 내에 유지시키고, 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 링의 축 방향 이동은 상기 복수의 베어링 볼을 상기 함몰부로부터 해제하여 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측을 상기 퀵 릴리즈 메커니즘으로부터 해제하도록, 상기 슬라이딩 가능한 링의 내부 표면 주위에 원주 방향으로 배열된 복수의 베어링 볼(bearing balls); 및
정지 위치(rest position)에서 상기 복수의 베어링 볼의 반경 방향 이동을 방지하고 상기 툴 플레이트의 상기 툴 측의 상기 상승부의 진입에 응답하여 스프링 하중에 대해 후퇴할 때 상기 복수의 베어링 볼을 상기 함몰부로 이동시키는, 스프링 장착식 리트랙터블 리텐션 링(spring-loaded, retractable retention ring);을 포함하는, 로봇 시스템.The method of claim 1,
The tool side of the tool plate has a raised portion having a series of depressions arranged circumferentially around a sidewall, and an electrical connector that engages the robot connector when the raised portions are received within the quick release mechanism. includes,
The quick release mechanism disposed within the robot side of the tool plate comprises:
a recess for receiving the elevation of the tool side of the tool plate;
a ring circumscribing the recess and slidable along an axis concentric therewith;
Axial movement of the ring in a first direction locks the plurality of bearing balls within the depression of the raised portion of the tool side of the tool plate to retain the tool side of the tool plate in the quick release mechanism and , axial movement of the ring in a second direction opposite to the first direction releases the plurality of bearing balls from the depression to release the tool side of the tool plate from the quick release mechanism, the slidable a plurality of bearing balls circumferentially arranged around the inner surface of the ring; and
Prevents radial movement of the plurality of bearing balls in a rest position and directs the plurality of bearing balls into the depressions when retracting against a spring load in response to entry of the raised portions on the tool side of the tool plate. A robotic system comprising: a spring-loaded, retractable retention ring; 제 2항에 있어서,
상기 슬라이딩 가능한 링은 상기 제1 방향으로 상기 링이 축 방향 이동 중에 상기 복수의 베어링 볼을 상기 함몰부로 이동시키기 위한 테이퍼형 내부 표면(tapered inner surface)을 갖는, 로봇 시스템.3. The method of claim 2,
wherein the slidable ring has a tapered inner surface for moving the plurality of bearing balls into the depression during axial movement of the ring in the first direction. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 리텐션 링은 압축 웨이브 스프링(compression wave spring)을 통해 스프링이 장착되는, 로봇 시스템.4. The method of claim 2 or 3,
wherein the retention ring is spring loaded via a compression wave spring. 제 1항에 있어서,
상기 보안 칼라는 반원형(semicircular)인, 로봇 시스템.The method of claim 1,
wherein the security collar is semicircular. 제 2항에 있어서,
상기 툴 플레이트는,
적어도 하나의 식별 정보 또는 구성 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리;
통신 인터페이스; 및
프로세서를 더 포함하고,
상기 툴 플레이트의 상기 전기 커넥터는 상기 통신 인터페이스를 통하여 상기 프로세서와 상기 로봇 컨트롤러 사이의 양방향 통신을 설립하기 위하여 상기 로봇 커넥터와 접합 가능하고(matable), 상기 프로세서는 상기 전기 커넥터와 상기 로봇 커넥터의 정합 시에 상기 로봇 컨트롤러로 데이터의 전송을 야기하도록 구성되는 로봇 시스템.3. The method of claim 2,
The tool plate is
a non-volatile memory for storing data including at least one piece of identification information or configuration information;
communication interface; and
further comprising a processor;
the electrical connector of the tool plate is matable with the robot connector to establish bidirectional communication between the processor and the robot controller via the communication interface, the processor being matable with the electrical connector and the robot connector a robot system configured to cause a transfer of data to the robot controller upon operation. 제 6항에 있어서,
상리 로봇 컨트롤러는 상기 데이터에 기초하여 자체 구성(self-configure)을 수용하고, 상기 자체 구성에 기반하여 상기 연결된 엔드 이펙터의 움직임을 제어하는 로봇 시스템.7. The method of claim 6,
The mutual robot controller accepts a self-configure based on the data, and controls the movement of the connected end effector based on the self-configuration. 제 6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터는 상기 식별 정보 및 상기 구성 정보 모두를 포함하는 로봇 시스템. 8. The method of any one of claims 6 or 7,
The data includes both the identification information and the configuration information. 제 6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터는 상기 구성 정보를 포함하지 않는 로봇 시스템.8. The method of any one of claims 6 or 7,
wherein the data does not include the configuration information. 제 9항에 있어서,
상기 로봇 시스템은,
상기 엔드 이펙터 식별 정보와 상기 엔드 이펙터에 대한 구성 정보에 관한 레코드(records)를 포함하는 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 로봇 컨트롤러는 상기 구성 정보를 획득하기 위하여 상기 식별 정보를 사용하여 상기 데이터 베이스를 문의(query)하고 그에 기초하여 자체 구성되도록 적응되는 로봇 시스템.10. The method of claim 9,
The robot system is
and a database comprising records relating to the end effector identification information and configuration information for the end effector, wherein the robot controller queries the database using the identification information to obtain the configuration information. A robotic system that is adapted to query and self-configure based thereon. 제 6항에 있어서,
상기 데이터는 상기 구성 정보를 포함하는 로봇 시스템.7. The method of claim 6,
The data includes the configuration information of the robot system. 제 11항에 있어서,
상기 구성 정보는 상기 엔드 이펙터를 제어하기 위한 드라이버를 특정하는 로봇 시스템.12. The method of claim 11,
The configuration information is a robot system that specifies a driver for controlling the end effector. 제 12항에 있어서,
상기 구성 정보는 상기 드라이버를 포함하는 로봇 시스템.13. The method of claim 12,
The configuration information includes the driver. 제 12항에 있어서,
상기 구성 정보는 상기 엔드 이펙터에 상기 드라이버를 맞추기 위해 사용 가능한 하나 이상의 파라미터를 포함하는 로봇 시스템.13. The method of claim 12,
wherein the configuration information includes one or more parameters usable to fit the driver to the end effector. 제 12항에 있어서,
상기 구성 정보는 상기 드라이버의 유형을 특정하는 식별자(identifier)를 포함하는 로봇 시스템.13. The method of claim 12,
The configuration information includes an identifier specifying the type of the driver. 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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