接觸作業(yè)的主動(dòng)操作裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了自動(dòng)或機(jī)器人輔助接觸作業(yè)的操作裝置。所述操作裝置具有以下部件：可釋放地或固定地將機(jī)械手連接至操作裝置的機(jī)械接口；相對(duì)所述接口移動(dòng)的用于接納機(jī)具的支架；至少一個(gè)用來(lái)相對(duì)機(jī)械手的接口定位支架的無(wú)靜態(tài)摩擦致動(dòng)器、直接或間接地測(cè)量施加在至少一個(gè)調(diào)節(jié)件上的作用力的傳感器裝置；以及被設(shè)置為當(dāng)操作裝置與表面之間發(fā)生接觸時(shí)根據(jù)預(yù)設(shè)的作用力參數(shù)對(duì)接觸力進(jìn)行調(diào)整的控制設(shè)備。
【專利說(shuō)明】接觸作業(yè)的主動(dòng)操作裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及針對(duì)自動(dòng)化接觸作業(yè)(操作和定位作業(yè))的主動(dòng)式操作裝置和方法，例如，針對(duì)安裝、堆垛、分揀等過(guò)程中的機(jī)器人輔助表面處理或者機(jī)器零部件或工件操作。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)機(jī)器人輔助的自動(dòng)化表面接觸作業(yè)，例如表面加工(研磨、拋光等)以及工件或機(jī)器零部件的處理(堆疊、碼垛、組裝等)，的已知裝置有多種。在公開(kāi)文件US5，299，389中描述的研磨裝置可作為一個(gè)例子。就此裝置而言，其利用工業(yè)機(jī)器人將旋轉(zhuǎn)的砂輪片移動(dòng)到需研磨的工件表面上。通過(guò)驅(qū)動(dòng)砂輪片的電機(jī)的負(fù)載電流識(shí)別砂輪片與表面的接觸，其提供的方法對(duì)于許多應(yīng)用而言顯得太不精確。通常，在采用機(jī)器人觸及物體的機(jī)器人輔助自動(dòng)系統(tǒng)的情況下，問(wèn)題在于識(shí)別出接觸的時(shí)間點(diǎn)并調(diào)節(jié)接觸力。
[0003]即使是對(duì)于現(xiàn)代的作用力控制系統(tǒng)，在安裝于機(jī)器人上的機(jī)具與待接觸表面接觸時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一種具有沖擊波波形的接觸力，在一些情況下這可能不是個(gè)問(wèn)題，然而在精度尤為重要或者需加工非常敏感工件的應(yīng)用中，這是極端麻煩而且不可接受的。只有在機(jī)器人接觸工件表面之后，才能對(duì)接觸力進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此在實(shí)際加工中所述沖擊性接觸力肯定是有害的，毫無(wú)疑問(wèn)地需要減弱此種不利影響(例如在驅(qū)動(dòng)鏈中加裝一個(gè)被動(dòng)式彈性元件)，但是此類沖擊力并不能完全被消除。此外，這種通過(guò)彈性元件實(shí)現(xiàn)的被動(dòng)式柔性體以不受控的方式動(dòng)作，會(huì)妨礙所要求的加工進(jìn)程。
[0004]已知的作用力控制系統(tǒng)在存在非?？?即很高頻率)干擾的情況下，諸如在沖擊或撞擊下，往往沒(méi)有足夠迅速的反應(yīng)，因?yàn)槠淇烧{(diào)的驅(qū)動(dòng)鏈具有一定的慣性，產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間。對(duì)于剛性系統(tǒng)(如標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人)而言，即使是最細(xì)小的移動(dòng)，如果發(fā)生過(guò)快，都會(huì)造成接觸力大增的后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的根本目的在于提供一種機(jī)械手的主動(dòng)操作裝置(執(zhí)行器)，其設(shè)計(jì)目的在于以幾乎沒(méi)有沖擊的方式接觸工件表面以及平穩(wěn)地調(diào)整接觸力。
[0006]所述目的通過(guò)權(quán)利要求所要求保護(hù)的操作裝置實(shí)現(xiàn)。所述裝置的各種示例性實(shí)施例和用途同樣在權(quán)利要求中可見(jiàn)。
[0007]—種自動(dòng)接觸作業(yè)的操作裝置因此得以公開(kāi)。如本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例所主張的那樣，所述裝置采用的組件如下:可釋放地或固定地將機(jī)械手連接至操作裝置的機(jī)械接口 ；相對(duì)所述接口移動(dòng)的用于接納機(jī)具的支架；至少一個(gè)無(wú)齒輪的，尤其是無(wú)靜態(tài)摩擦的致動(dòng)器，相對(duì)機(jī)械手的接口定位支架；直接或間接地測(cè)定作用在至少一個(gè)致動(dòng)器上作用力的傳感器裝置；以及控制設(shè)備，所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于:
[0008]-只要操作裝置與工件表面之間沒(méi)有接觸，則以可調(diào)的最小作用力(Ftl)壓下支架至停止位，以及
[0009]-在操作裝置與工件表面之間存在接觸時(shí)，則根據(jù)給定的作用力級(jí)別調(diào)整接觸力，其中只要識(shí)別到接觸，則將接觸力從最小作用力(F。)提高到給定的預(yù)設(shè)作用力(FSQll)。
[0010]致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)無(wú)靜態(tài)摩擦和無(wú)沖擊的先決條件在于使用無(wú)齒輪的致動(dòng)器。舉例來(lái)說(shuō)，此類致動(dòng)器為無(wú)活塞的氣動(dòng)致動(dòng)器(伸縮囊式氣缸和氣動(dòng)人工肌肉)、具有以無(wú)靜態(tài)摩擦方式安裝的活塞的氣缸(例如采用石墨活塞的玻璃氣缸)以及具有以無(wú)靜態(tài)摩擦方式(例如氣浮或磁浮軸承)安裝的動(dòng)圈的無(wú)齒輪電氣線性單元。在被動(dòng)(無(wú)法調(diào)節(jié))的情況下，通過(guò)使用此類致動(dòng)器可獲得操作裝置非常平順的力-位移特性曲線。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下文將通過(guò)在以下附圖中示出的多個(gè)示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0012]圖1示出了設(shè)有機(jī)械手、研磨機(jī)和在機(jī)械手和研磨機(jī)之間安裝的研磨機(jī)的操作裝置的機(jī)器人輔助自動(dòng)研磨設(shè)備的示意圖；
[0013]圖2通過(guò)示意圖示出了本發(fā)明所要求保護(hù)的具有一個(gè)自由度的操作裝置，其中設(shè)有伸縮囊式氣缸作為致動(dòng)器克服彈性作用力工作；
[0014]圖3示出了根據(jù)圖2所示實(shí)施例構(gòu)造的操作裝置的詳細(xì)剖示圖；
[0015]圖4通過(guò)示意圖示出了本發(fā)明要求保護(hù)的具有一個(gè)自由度的操作裝置的另一個(gè)實(shí)施例，其中設(shè)有氣動(dòng)人工肌肉作為致動(dòng)器克服彈性作用力工作；
[0016]圖5通過(guò)示意圖示出了本發(fā)明要求保護(hù)的具有三個(gè)自由度的操作裝置的另一個(gè)實(shí)施例，其中設(shè)有三個(gè)伸縮囊式氣缸作為致動(dòng)器克服彈性作用力工作；
[0017]圖6示出了機(jī)具與工件之間產(chǎn)生接觸和脫離接觸時(shí)的調(diào)整后的作用力曲線；
[0018]圖7示出了彈性元件和緩沖式氣缸的力-位移特性曲線以及調(diào)整后的彈性特性曲線.[0019]圖8示出了用于調(diào)節(jié)彈性元件的力-位移特性曲線的杠桿結(jié)構(gòu)；以及
[0020]圖9示出了(a)由圖8中的杠桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彈簧長(zhǎng)度和板距之間的關(guān)系，以及(b)圖8中結(jié)構(gòu)調(diào)整后的力-位移特性曲線。
[0021]附圖中相同的附圖標(biāo)記指向具有相同或相似意義的相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0022]作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1示出了一臺(tái)機(jī)器人輔助的自動(dòng)研磨設(shè)備，其具有作為機(jī)械手20的工業(yè)機(jī)器人，作為機(jī)具的研磨機(jī)40以及操作裝置30’，所述操作裝置30’設(shè)置在機(jī)械手20的終端執(zhí)行器法蘭21與機(jī)具40之間，主要用于精度控制或者精確地調(diào)節(jié)機(jī)具40相對(duì)待加工工件50的移動(dòng)以及調(diào)節(jié)機(jī)具40施加在待加工工件50上的作用力。機(jī)械手20的結(jié)構(gòu)具有以下次要的作用。此實(shí)施例使用了具有四個(gè)臂段20a、20b、20c和20d的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人。機(jī)械手的作用主要在于在操作位置上將機(jī)具40定位到需加工工件50表面上或其上方。本發(fā)明通過(guò)操作裝置30’來(lái)進(jìn)行精確的定位調(diào)節(jié)，尤其是進(jìn)行精確的作用力調(diào)節(jié)。這隨后在此實(shí)施例中出于以下目的實(shí)施:朝向工件50移動(dòng)機(jī)具40(研磨機(jī))，并且在接觸時(shí)在工件50上施加作用力。因此，舉例來(lái)說(shuō)，研磨機(jī)的砂輪片會(huì)以一定的作用力壓到工件50上，以達(dá)到一定的研磨效果。作為作用力調(diào)節(jié)的結(jié)果，可保持此作用力大小，比如，在砂輪片部分磨損的情況下保持恒定。對(duì)于作用力調(diào)節(jié)，確定接觸力的測(cè)量參數(shù)是很有必要的，這可以借助，比如測(cè)力傳感器或測(cè)量研磨機(jī)的電機(jī)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1所示的自動(dòng)研磨設(shè)備的實(shí)施例，(例如)在出版物US5，299，389中得到了更詳細(xì)的描述。
[0023]僅通過(guò)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)具40的精確定位以及作用力調(diào)節(jié)雖然在原理上是可行的，但所述作業(yè)對(duì)機(jī)械手提出了很高的要求。精確的定位及準(zhǔn)確快速的作用力調(diào)節(jié)，對(duì)于許多接觸作業(yè)而言是必須的，但僅在采用非常昂貴的機(jī)械手時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)。為此，接管以上所述定位及作用力調(diào)節(jié)任務(wù)的操作裝置被設(shè)置在機(jī)械手的終端執(zhí)行器法蘭和實(shí)際的機(jī)具(例如研磨機(jī)、拋光機(jī)、夾具等等)之間。對(duì)機(jī)械手的精度要求因此可相對(duì)較低。這種操作裝置也被稱為“主動(dòng)式法蘭”。
[0024]通常，對(duì)于其中機(jī)器人接觸加工物體的機(jī)器人輔助或自動(dòng)化系統(tǒng)而言，問(wèn)題在于檢測(cè)接觸發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)以及調(diào)節(jié)接觸力。在機(jī)器人接觸工件表面之前實(shí)現(xiàn)接觸力的調(diào)節(jié)是不可能的。出于這個(gè)原因，對(duì)已知的接觸力控制系統(tǒng)而言，當(dāng)在安裝在機(jī)器人上的機(jī)具和待接觸表面之間發(fā)生接觸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生撞擊的接觸力。在這種碰撞下，不僅機(jī)具和操作裝置的質(zhì)量(即慣性，及產(chǎn)生的動(dòng)能)，而且整個(gè)機(jī)械手包括其驅(qū)動(dòng)裝置的質(zhì)量或動(dòng)能發(fā)生作用。所述質(zhì)量實(shí)質(zhì)上決定了(應(yīng)避免的)碰撞能量。
[0025]產(chǎn)生的沖擊式接觸力在許多情況下問(wèn)題并不大，然而，對(duì)于精度是關(guān)鍵因素或者加工處理非常敏感工件的應(yīng)用，這是極端麻煩且有害的。也就是說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于給定的接觸力曲線的實(shí)際作用力的過(guò)沖現(xiàn)象。另外，在加工工件表面(或在操縱物體)的過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)必須調(diào)節(jié)機(jī)具位置的情況，以保持所需的接觸力。在此情況下，主要是靜態(tài)摩擦(所謂的“粘滑作用”)的影響，導(dǎo)致接觸力變化中的瞬時(shí)過(guò)沖。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，對(duì)于有齒輪傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，齒輪的輪齒嚙合會(huì)造成有害的急促振動(dòng)沖擊，從而在處理或加工工件時(shí)，以上效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題。
[0026]通過(guò)在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中插入被動(dòng)彈性元件，通常能夠減少機(jī)器人應(yīng)用中的上述過(guò)沖現(xiàn)象。然而，所述元件以不受控制的方式運(yùn)作，因此不適用于精密的操作和接觸作業(yè)，因?yàn)樗鼈儥C(jī)械上定義的性能特性(力-位移特性曲線)是固定的，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制。
[0027]圖2示出了本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置(主動(dòng)式法蘭)的一個(gè)具體實(shí)施例。該裝置的第一法蘭件構(gòu)成了針對(duì)機(jī)械手(例如圖1所示機(jī)械手20的終端執(zhí)行器法蘭21)的接口 31。第二法蘭件32構(gòu)成了針對(duì)機(jī)具(例如研磨機(jī)或夾具)的支架32。在所述兩個(gè)法蘭件之間安裝有在本實(shí)施例中作為緩沖式氣缸34實(shí)施的無(wú)靜態(tài)摩擦線性致動(dòng)器。例如，所述無(wú)靜態(tài)摩擦致動(dòng)器為伸縮囊式氣缸和氣動(dòng)人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscles,即PAMs)?？蛇x地，使用裝有無(wú)靜態(tài)摩擦活塞的氣缸也是可能的，其一般由玻璃構(gòu)成并采用石墨活塞工作。另一種選擇則是采用電氣直接驅(qū)動(dòng)，尤其是以無(wú)靜態(tài)摩擦的方式(例如通過(guò)滾珠軸承、磁浮軸承或氣墊軸承)安裝的無(wú)齒輪線性驅(qū)動(dòng)裝置。這樣的驅(qū)動(dòng)裝置本身也帶固有的彈性，無(wú)論是基于空氣壓縮性(氣動(dòng)致動(dòng)器)，或是基于磁性恢復(fù)力(電氣直接驅(qū)動(dòng)器)的工作方式都一樣。
[0028]此外，該裝置還包括可鎖定除無(wú)靜態(tài)摩擦線性致動(dòng)器34的運(yùn)動(dòng)自由度之外所有運(yùn)動(dòng)自由度的導(dǎo)向設(shè)備35。即使是導(dǎo)向設(shè)備35也不允許在導(dǎo)向設(shè)備和其中引入的軸352之間產(chǎn)生可察覺(jué)的靜態(tài)摩擦。這種無(wú)靜態(tài)摩擦，例如可通過(guò)滾子軸承，比如線性滾珠軸承，尤其是循環(huán)滾珠軸承，來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2所示的實(shí)施例中，設(shè)有通過(guò)循環(huán)滾珠軸承351以非旋轉(zhuǎn)方式固定的導(dǎo)向設(shè)備35的軸352。因此，所述操作裝置精確地具有一個(gè)自由度，即在導(dǎo)向設(shè)備35的縱軸353的方向上平移，所述縱軸353天性上與線性致動(dòng)器(伸縮囊式氣缸34)的縱軸343平行布置。
[0029]空氣壓縮機(jī)60提供氣動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)必要的超壓，以驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)線性致動(dòng)器34。圖2所示的伸縮囊式氣缸34僅在膨脹時(shí)產(chǎn)生壓力。相反，上述的氣動(dòng)人工肌肉30僅在壓縮時(shí)產(chǎn)生拉力，因此，還必須對(duì)所述線性致動(dòng)器施加恢復(fù)力，例如通過(guò)(拉伸或壓縮)彈簧來(lái)提供此種恢復(fù)力。在圖2的實(shí)施例中，使用壓縮彈簧36抵住導(dǎo)向的軸352，使得預(yù)加應(yīng)力在下法蘭件(機(jī)械手的接口 31)的方向上作用于上法蘭件(支架32)上。線性致動(dòng)器34在與所述預(yù)加應(yīng)力相反的方向上主動(dòng)移動(dòng)。線性致動(dòng)器34的超壓由壓縮機(jī)6提供，并通過(guò)電子驅(qū)動(dòng)的控制閥61根據(jù)預(yù)設(shè)值(所需壓力)對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刹捎脡毫鞲衅?2對(duì)線性致動(dòng)器34內(nèi)的實(shí)際壓力(實(shí)際壓力)進(jìn)行測(cè)量。此外，還設(shè)有作為位移傳感器63的線性電位計(jì)，提供線性致動(dòng)器34當(dāng)前偏移的測(cè)量值，并因此提供支架32相對(duì)位置數(shù)據(jù)(相對(duì)機(jī)械手的接口或者相對(duì)機(jī)械手的終端執(zhí)行器法蘭)。
[0030]一般來(lái)說(shuō)，氣動(dòng)線性致動(dòng)器取決于壓力的力-位移特性曲線是已知的，這樣便可間接測(cè)量獲得法蘭件31和32上線性致動(dòng)器34提供的致動(dòng)器作用力。也就是說(shuō)，根據(jù)測(cè)出的致動(dòng)器內(nèi)壓力和測(cè)出的致動(dòng)器的偏移(揚(yáng)程)，就可很容易地計(jì)算出致動(dòng)器的接觸力。這樣，氣動(dòng)線性致動(dòng)器的力-位移特性曲線通常具有滯后性，因此在作用力的計(jì)算中需包括運(yùn)動(dòng)方向。對(duì)于電氣直接驅(qū)動(dòng)器，致動(dòng)器的作用力例如可通過(guò)電流消耗這種類似通過(guò)曲線特性的方法求出。
[0031]彈簧的恢復(fù)力也可以從彈簧和所測(cè)出偏移的力-位移特性曲線中計(jì)算出來(lái)。如果固定在操作裝置的支架32上的機(jī)具碰觸到工件，那么致動(dòng)器作用力和恢復(fù)力的差即為施加在機(jī)具上的可利用傳統(tǒng)方式進(jìn)行控制的凈作用力。為了從此計(jì)算出實(shí)際施加在物體表面上作用力，還必須考慮工件40的重量(對(duì)照?qǐng)D1)及其相對(duì)工件表面的空間位置。
[0032]在無(wú)接觸的情況下僅通過(guò)致動(dòng)器34的偏移測(cè)量值進(jìn)行位置調(diào)控制也是可能的。此外，還可以控制操作裝置30的柔性(或剛性)(阻抗調(diào)節(jié))，即根據(jù)預(yù)設(shè)值控制由線性致動(dòng)器和彈簧構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的剛性。
[0033]由于致動(dòng)器固有的彈性以及此結(jié)構(gòu)的無(wú)靜態(tài)摩擦特性，先前所述的接觸力過(guò)沖被降至最小。由于這樣的彈性性能特性，機(jī)械手(機(jī)械手臂和驅(qū)動(dòng)器)的活動(dòng)部件的質(zhì)量和慣性與機(jī)具解鉤并因此在彈力作用方向上脫離工件。因此，只有質(zhì)量更小的機(jī)具對(duì)動(dòng)能起決定作用。這在工件與機(jī)具接觸時(shí)降低了所述碰撞能量。
[0034]此外，由于無(wú)靜態(tài)摩擦和無(wú)齒輪的傳動(dòng)裝置在運(yùn)行中通過(guò)有效的作用力控制實(shí)際上完全排除了接觸力的過(guò)沖現(xiàn)象。反之，對(duì)于傳統(tǒng)的操作裝置，平滑的作用力控制由于靜態(tài)摩擦的影響總是難以通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償所期望的接觸力曲線。
[0035]圖3示出了根據(jù)圖2所示的結(jié)構(gòu)和原理的構(gòu)成的操作裝置的詳細(xì)剖面圖。在此所示的主動(dòng)式法蘭包括充當(dāng)作機(jī)械手接口的第一法蘭件31，其終端執(zhí)行器法蘭21如圖1所示，以及用作支架或接納機(jī)具的第二法蘭件32。這兩個(gè)法蘭件的幾何形狀在機(jī)器人領(lǐng)域是按標(biāo)準(zhǔn)制造的。殼體部件37與第一法蘭件31鋼性連接，根據(jù)如圖2所示的相同工作原理，所述殼體部件中設(shè)置有控制閥61以及無(wú)靜態(tài)摩擦導(dǎo)軸，并帶有調(diào)節(jié)彈簧。為防止灰塵和其它污染物進(jìn)入，在法蘭件31和32之間設(shè)有用作封套39的吸震器。所述封套也能以防水和/或防塵的方式制成，用于水下、惡劣的環(huán)境中或者干凈的空間中。伸縮囊式氣缸34作為無(wú)靜態(tài)摩擦、無(wú)齒輪傳動(dòng)的線性致動(dòng)器使用。所述線性致動(dòng)器設(shè)置在第一殼體部件37和與支架32鋼性連接的第二殼體部件38之間。
[0036]圖2所示的位移傳感器63在本實(shí)施例中被導(dǎo)向設(shè)備35所遮蓋，因此不可見(jiàn)。出于清晰說(shuō)明的目的，壓力傳感器和壓縮機(jī)沒(méi)有包含在圖3所述的示意圖中。進(jìn)氣和排氣管道的接頭布置在殼體部件37中。例如，進(jìn)氣管道的接頭通過(guò)軟管與壓縮機(jī)60相連接。又例如，排氣道的接頭被吸音材料所包覆。為能在水下使用，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，也可以使用軟管連接排氣道，以將排氣口引到水面以上，防止水進(jìn)入氣動(dòng)系統(tǒng)。用軟管組成的排氣管道，在敏感的加工工序中還可防止廢氣泄露。
[0037]圖4示出了本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置的另一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例使用了氣動(dòng)人工肌肉34代替伸縮囊式氣缸。該實(shí)施例中的彈簧36是這樣安裝的:當(dāng)氣動(dòng)人工肌肉34’施加與彈簧作用力方向相反的拉力時(shí)，兩個(gè)法蘭件31、32 (支架和機(jī)械手的接口)在壓力下彼此分離。除此之外，圖4所示的結(jié)構(gòu)與在圖2所示的例子一致。在無(wú)壓力的狀態(tài)下，圖4所示的裝置以最大偏移量移動(dòng)到終端位置，反之，圖2所示的裝置則以最小偏移量(即法蘭件31和32的之間距離)移動(dòng)到終端位置，出于安全原因這是有好處的。
[0038]一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置的優(yōu)點(diǎn)還包括，在出現(xiàn)能量丟失的情況下，系統(tǒng)將返回到起始位置，然后保持被動(dòng)狀態(tài)。即使在緊急關(guān)機(jī)后(比如，因?yàn)槌鲈试S的最大作用力)，該裝置將保持被動(dòng)的軟狀態(tài)，而能松開(kāi)被卡住的部件。
[0039]圖5示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。圖5所示的操作裝置(主動(dòng)法蘭)相對(duì)圖2至4所示的實(shí)施例而言具有三個(gè)自由度，即一個(gè)平移自由度(在伸縮囊式氣缸34a.34.34c的縱軸方向上平移)以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度(繞兩個(gè)相對(duì)伸縮囊式氣缸34a、34、34c的縱軸布置的旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn))。對(duì)于這三個(gè)自由度，三個(gè)無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)線性致動(dòng)器34a、34,34c是必須的，其在本實(shí)施例中圍繞操作裝置的中軸均勻布置。上述操作裝置的其余結(jié)構(gòu)，比如無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)線性致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，在原理上與圖2至4所示的實(shí)施例一致。無(wú)靜態(tài)摩擦導(dǎo)向設(shè)備35的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與圖4所示的實(shí)施例(在本實(shí)施例中，使用拉簧36’產(chǎn)生緩沖式氣缸的恢復(fù)力)相同，然而，導(dǎo)向的軸352不是與上述法蘭件(其構(gòu)成支架32)鋼性連接的，而是采用如球形接頭或萬(wàn)向節(jié)(未示出)等結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)以上所述的可能翻轉(zhuǎn)移動(dòng)。根據(jù)使用情況的不同，該接頭是抗旋轉(zhuǎn)固定的，從而(如本實(shí)施例所示)使得上述法蘭件只能作傾擺運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)旋轉(zhuǎn)。
[0040]原則上，不一定要使用彈簧來(lái)產(chǎn)生恢復(fù)力，通過(guò)第二無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)線性致動(dòng)器提供恢復(fù)力也是可行的。因此，在圖2所示的實(shí)施例中，也可以使用與所述伸縮囊式氣缸平行布置的氣動(dòng)人工肌肉(PAM，參照?qǐng)D4)，而不使用彈簧36。作為一種替代方案，使用雙動(dòng)無(wú)靜態(tài)摩擦氣缸也是可能的。
[0041]在圖6中，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作裝置的控制再次得到了詳細(xì)的描述。圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作裝置(經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的)接觸力的曲線。圖6b示出了驅(qū)動(dòng)操作裝置的致動(dòng)器的氣動(dòng)控制裝置80 (控制設(shè)備)的示意圖，所述致動(dòng)器即是本例中具有在缸體內(nèi)以無(wú)靜態(tài)摩擦方式滑動(dòng)的活塞的雙動(dòng)氣缸。圖6c顯示出在被動(dòng)(不可調(diào)節(jié)的)情況下，所述操作裝置具有相當(dāng)平順的力-位移特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，這樣與工件接觸時(shí)的沖擊力是極為微小的。
[0042]圖6a示出了操作裝置30施加在工件上的作用力F (t)在時(shí)間上的變化特性，其中，當(dāng)操作裝置30和工件50之間無(wú)接觸時(shí)(參見(jiàn)圖1)作用力F調(diào)整到最小值F。。而最小作用力Ftl接近為零，且僅具有剛好使操作裝置30保持完全伸展(或者完全縮回，視作用力方向而定)的大小。在這種狀態(tài)下，在產(chǎn)生接觸時(shí)激活接觸力控制的接觸監(jiān)控是有效的。在如圖6a所示的實(shí)施例中，在時(shí)間點(diǎn)t〈t0和t>t3上操作裝置30和工件50并無(wú)接觸(嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，接觸是間接通過(guò)安裝在操作裝置上的機(jī)具40產(chǎn)生的)，而且氣動(dòng)控制裝置80在終端停止位上以最小接觸力Ftl支持操作裝置的支架32(對(duì)照?qǐng)D2)。在本實(shí)施例中，識(shí)別出時(shí)間點(diǎn)t0上的接觸。為盡可能確保“軟”接觸，非常小的起始接觸力(理想為零)是必要的，只要檢測(cè)到接觸，操作裝置30的支架32不再?？吭诮K端停止位上，而且接觸力線性提高至各個(gè)接觸作業(yè)(例如拋光、研磨等)所需要或者必須的預(yù)設(shè)作用力FSm。在定義的時(shí)間范圍Te內(nèi)，接觸力從最小作用力F。提高到所需作用力FSttL。在本實(shí)施例中，在時(shí)間點(diǎn)tl上獲得所需作用力并且通過(guò)操作裝置對(duì)工件50進(jìn)行加工(或以其它方式進(jìn)行處理)。在后者中，氣動(dòng)控制裝置80的接觸監(jiān)測(cè)再次進(jìn)行，以檢測(cè)可能產(chǎn)生的接觸脫離。
[0043]在本實(shí)施實(shí)例中，在時(shí)間點(diǎn)t2上出現(xiàn)了脫離現(xiàn)象。作為對(duì)此的反應(yīng)，操作裝置30的支架32再次移動(dòng)到終端停止位上，而且控制裝置在時(shí)間間隔Tk內(nèi)將接觸力從預(yù)設(shè)作用力Fst^降低到所述述的最小作用力，以盡可能地再次構(gòu)成新的“柔”接觸。在此情況下，作用力在接觸后的斜坡形上升和在接觸脫離后的斜坡形下降具有同樣長(zhǎng)度(在兩種情況下Tk)。根據(jù)使用情況的不同，脫離接觸時(shí)的作用力下降也可以更加迅速(例如通過(guò)氣缸的無(wú)壓切換盡可能快地撤回作用力)。
[0044]圖6c通過(guò)力-位移特性曲線示出了上述操作裝置和工件之間的軟接觸。操作裝置的被動(dòng)(即不可控制的)力-位移特性曲線可通過(guò)上述合適的操作裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)平順地得到控制(實(shí)際特性曲線)。獲得，例如3牛頓每毫米位移的值，是可能的。與此相比較，已知的作用力控制系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)僵硬，而且在出現(xiàn)非?？?例如高頻率的)擾動(dòng)時(shí)，比如發(fā)生沖擊或撞擊時(shí)，往往不能足夠迅速地做出反應(yīng)，這是因?yàn)榭刂乞?qū)動(dòng)系統(tǒng)具有一定的慣性，需要相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間。對(duì)于剛性系統(tǒng)(例如標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人)來(lái)說(shuō)，哪怕是最小的位移AS量，如果動(dòng)作得過(guò)快，都會(huì)造 成作用力的高增加A frob,相反，本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置因其平順的特性曲線，僅產(chǎn)生了微不足道的細(xì)微力度變化Afflansdl,同時(shí)僅在識(shí)別到接觸之后，才輕柔地插入作用力控制。
[0045]以下進(jìn)一步描述識(shí)別接觸以及識(shí)別接觸脫離的不同方式。上述的最小作用力和所需作用力Fst^總是具有相同的在先極性，而且支架32在不接觸時(shí)總是移動(dòng)到相應(yīng)的終端停止位上。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)位移傳感器63 (見(jiàn)圖2)識(shí)別該終端停止位。當(dāng)操作裝置的支架32位于終端停止位時(shí)，就可以假設(shè)每次在此操作裝置30和工件40之間是沒(méi)有接觸的。
[0046]從該狀態(tài)(支架32?？吭诮K端停止位上)出發(fā)，只要支架32相對(duì)機(jī)械手的接口在與所需作用力FSm相反的方向上移動(dòng)(例如通過(guò)位移傳感器63檢測(cè)到位置變化)，就能檢測(cè)出接觸。因?yàn)榇嗽摃r(shí)間點(diǎn)，作用力已被調(diào)整到最小值Ftl，而且由于氣動(dòng)致動(dòng)器具有天然的柔性，因此接觸非常之輕柔而且在操作裝置30和工件50之間不致于發(fā)生碰撞。
[0047]舉例來(lái)說(shuō)，每當(dāng)操作裝置30的支架32的速度變化超過(guò)了給定的加速值，則識(shí)別出接觸脫離。以機(jī)械手的接口 31為參照，支架32的移動(dòng)速度在接觸脫離的時(shí)間點(diǎn)上被儲(chǔ)存下來(lái)。如果再次低于該速度(沒(méi)有靠近終端停止位)，將再次識(shí)別出接觸。速度變化可通過(guò)位移傳感器62或利用加速傳感器來(lái)檢測(cè)。
[0048]由于伸縮囊式氣缸或氣動(dòng)人工肌肉和彈簧的不同力-位移特性曲線(參見(jiàn)圖7中的曲線圖)，在許多實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)了問(wèn)題。彈簧一般具有隨變形量增大而線性增大的恢復(fù)力(從松弛狀態(tài)開(kāi)始)，而伸縮囊式氣缸(以及氣動(dòng)人工肌肉)具有在給定的內(nèi)壓下明顯非線性下降的特性曲線。參見(jiàn)下文圖2或3所示的實(shí)施例。施加在接觸表面上的接觸力在穩(wěn)態(tài)下等于緩沖式氣缸34的作用力Fb和彈簧36的恢復(fù)力Fk的差。當(dāng)外部的接觸力為零時(shí)，操作裝置的調(diào)節(jié)行程(偏移)則會(huì)被限制在力-移動(dòng)特性曲線的范圍內(nèi)，位于彈簧特性曲線和致動(dòng)器特性曲線之間交點(diǎn)的左側(cè)。當(dāng)接觸力大于零時(shí)，最大調(diào)節(jié)行程則相應(yīng)地小一些。為能夠?qū)嶋H使用線性致動(dòng)器理論上的最大行程，需要彈簧特性曲線也具有下降的特性(見(jiàn)調(diào)整后的特性曲線Fk’)。理想情況下，彈簧特性曲線具有如像致動(dòng)器特性一樣的相同形狀。如果以此種方式調(diào)整所述特性曲線，所述特性曲線之間的偏移量-在此情況下通過(guò)壓力變化可調(diào)-則相當(dāng)于可獨(dú)立于致動(dòng)器的偏移生成的接觸力。
[0049]圖8示出了如何通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)將彈簧作用力的特性曲線調(diào)整為至少能與致動(dòng)器的特性曲線相近似的曲線的可能性。在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，軸承361和362與法蘭件(例如針對(duì)機(jī)械手的接口 31)鋼性連接到一起，而且連桿363的頂端與另外的法蘭件(如針對(duì)機(jī)具的支架32)相連接。舉例來(lái)說(shuō)，L形導(dǎo)向桿464可樞轉(zhuǎn)地的安裝在軸承362上。在導(dǎo)向桿364的臂端和軸承361之間夾持有彈簧36 (具有近似的線性特性曲線)。在導(dǎo)向桿364的另一臂端和第二法蘭件之間設(shè)有連桿363。兩法蘭件31和32之間的距離如圖8中的hP所示?；陂g距hP作用在板間的恢復(fù)力的力-位移特性曲線見(jiàn)圖9b所示。圖9a示出了彈簧長(zhǎng)度和間距hP之間的關(guān)系。從圖Sb中可看出，圖8所示的由彈簧和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)的力-位移特性曲線與伸縮囊式氣缸或氣動(dòng)人工肌肉的力-位移特性曲線相同，因此可更好的利用無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)線性致動(dòng)器的可能行程。
[0050]由于此無(wú)靜態(tài)摩擦結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置對(duì)于接觸力也可僅作為“軟”(即柔性的)傳感器單元工作。這種情況下，機(jī)具的定位部分或完全地通過(guò)機(jī)械手(見(jiàn)圖1所示的機(jī)械手)來(lái)完成。這種情況下，“混合模式”和“傳感器引導(dǎo)模式”均是可以想象的到的。在混合模式下，小且高頻率的定位調(diào)節(jié)以及接觸力控制由操作裝置實(shí)現(xiàn)，而大范圍、大規(guī)模的移動(dòng)(粗定位)則通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)。在傳感器引導(dǎo)模式下，操作裝置起到被動(dòng)傳感器單元的作用而調(diào)節(jié)工作則由機(jī)械手完成。然而，這樣一種傳感器單元的柔性使基本上無(wú)沖擊的作用力控制成為可能。在純傳感器模式下，操作裝置的柔性，亦即其力-位移特性曲線(也稱為阻抗)，也是可主動(dòng)調(diào)節(jié)的而且在各種應(yīng)用中也是可控的。
[0051]在這兩種情況(混合模式以及傳感器引導(dǎo)模式)下，通過(guò)操作裝置測(cè)定的關(guān)于機(jī)具接觸力和/或機(jī)具相對(duì)機(jī)械手的終端執(zhí)行器法蘭的位置的信息(測(cè)量數(shù)據(jù))被反饋至機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)器(或者驅(qū)動(dòng)器單元)。與此相反，在“獨(dú)立模式”下，操作裝置獨(dú)立于機(jī)械手工作，并且沒(méi)有通過(guò)操作裝置測(cè)定的測(cè)量數(shù)據(jù)被反饋至機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)器控制裝置或控制裝置。機(jī)械手執(zhí)行預(yù)定的運(yùn)動(dòng)(例如用于在工件上定位機(jī)具)。如上所述，操作裝置不依賴于機(jī)械手實(shí)現(xiàn)對(duì)作用力的精確的控制和調(diào)節(jié)。
[0052]由于無(wú)靜態(tài)摩擦線性致動(dòng)器和復(fù)位彈簧的固有彈性，操作裝置(在作為主動(dòng)法蘭的模式和在作為純測(cè)量的模式下)可使機(jī)械手免受顫動(dòng)、撞擊以及類似的瞬時(shí)動(dòng)作所造成接觸力突然加大的影響，而常用的機(jī)械人控制系統(tǒng)并不能給予此類動(dòng)作補(bǔ)償。[0053]為了提高作用力測(cè)量的準(zhǔn)確性，在線性致動(dòng)器和法蘭件31或32之間裝有測(cè)力傳感器，這樣不僅可以通過(guò)計(jì)算方式確定作用力(例如根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向、壓力和偏移量)，而且還能直接進(jìn)行測(cè)量。
[0054]本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例公開(kāi)了一種通過(guò)機(jī)械手、在其上安裝的操作裝置(如圖2至5所示)以及與物件或表面相接觸的機(jī)具對(duì)物件進(jìn)行操作或?qū)Ρ砻孢M(jìn)行加工的方法。所述方法包括通過(guò)相應(yīng)地偏移操作裝置來(lái)定位機(jī)具從而使接觸力符合預(yù)定的所需數(shù)值，其中，依賴于機(jī)械手的位置決定所需數(shù)值是可能的。此外，所述方法還包括操作物件(例如定位和堆碼等)或加工表面(例如研磨和拋光等)。在操作或加工過(guò)程中，通過(guò)機(jī)械手確定的機(jī)具位置和接觸力受到不間斷的監(jiān)控，而且在需要時(shí)也可被記錄下來(lái)。因此，針對(duì)每一工件可準(zhǔn)備一個(gè)加工報(bào)告，而且還可對(duì)工件進(jìn)行相應(yīng)的分類(例如，如果在處理或加工中，未達(dá)到某一作用力公差，則分為B類)。
[0055]下文作為一個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明所要求保護(hù)的操作裝置的一些重要特征進(jìn)行總結(jié):
[0056]一種適合自動(dòng)接觸作業(yè)的操作裝置(主動(dòng)式法蘭)包括作為機(jī)械接口的可釋放地或固定地將操作裝置與機(jī)械手相連接的第一法蘭件以及相對(duì)于第一法蘭件可移動(dòng)的并作為接納機(jī)具構(gòu)成的支架的第二法蘭件。至少一個(gè)無(wú)齒輪、無(wú)靜態(tài)摩擦致動(dòng)器，用來(lái)相對(duì)第一法蘭件定位支架。進(jìn)一步，設(shè)有傳感器設(shè)備，直接或間接測(cè)定施加在至少一個(gè)致動(dòng)器上的作用力。最后，控制設(shè)備確保了 -當(dāng)安裝在支架上的機(jī)具和表面之間發(fā)生接觸時(shí)-根據(jù)給定的作用力變化對(duì)接觸力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0057]進(jìn)一步，在兩個(gè)法蘭件之間設(shè)有以無(wú)靜態(tài)摩擦(例如通過(guò)滾珠軸承或氣浮軸承)方式安裝的機(jī)械導(dǎo)向設(shè)備，所述機(jī)械導(dǎo)向設(shè)備可鎖止除了那些由至少一個(gè)致動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)的自由度外的所有自由度。在單個(gè)自由度的情況下，例如抗扭轉(zhuǎn)的軸導(dǎo)向能夠鎖止所有自由度到只剩下與致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)一致的平移自由度。
[0058]此外，所述操作裝置還設(shè)有在兩法蘭件之間產(chǎn)生與無(wú)靜態(tài)摩擦力執(zhí)行器的作用力的作用方向相反的恢復(fù)力的彈性元件。所述操作裝置施加在外部物體(例如工件)上凈作用力相應(yīng)地與致動(dòng)器作用力和彈簧恢復(fù)力之差一致。
[0059]每一無(wú)齒輪、無(wú)靜態(tài)摩擦的致動(dòng)器以及上述彈性元件都具有獨(dú)特的力-位移特性曲線。對(duì)于簡(jiǎn)單彈簧，這種特性曲線會(huì)呈線性的提高，而對(duì)于氣動(dòng)致動(dòng)器，則會(huì)下降并與壓力有關(guān)?？傊?，所述特性共同決定了操作裝置的彈性性能特性(即凈作用力對(duì)比支架相對(duì)機(jī)械手的位置)?？刂圃O(shè)備的構(gòu)成目的在于調(diào)整致動(dòng)器(或多個(gè)致動(dòng)器)的力-位移特性曲線，從而使所述操作裝置具有預(yù)定的彈性性能特性。
[0060]如上所述，所述調(diào)節(jié)件可以是無(wú)活塞氣動(dòng)致動(dòng)器、無(wú)靜態(tài)摩擦氣缸或者是無(wú)齒輪電氣直接驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于電氣直接驅(qū)動(dòng)器，會(huì)產(chǎn)生與電流相關(guān)的力-位移特性曲線，而不是壓力相關(guān)的力-位移特性曲線。
[0061]為將彈性元件的力-位移特性曲線調(diào)整為至少接近致動(dòng)器的力-位移特性曲線，可通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)(即杠桿機(jī)構(gòu))將彈簧向外作用的力-位移特性曲線修改為無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)執(zhí)行器的力-位移特性曲線。
[0062]傳感器設(shè)備對(duì)應(yīng)每個(gè)致動(dòng)器均設(shè)有可檢測(cè)各個(gè)調(diào)節(jié)件長(zhǎng)度的位置傳感器。作為替代方案，設(shè)置測(cè)定支架相對(duì)第一法蘭件(即機(jī)械手)的位置的傳感器也是可能的。
[0063]對(duì)于氣動(dòng)致動(dòng)器，傳感器設(shè)備的構(gòu)成目的在于對(duì)從至少一個(gè)調(diào)節(jié)件的測(cè)量長(zhǎng)度以及從調(diào)節(jié)件中的壓力中計(jì)算出作用在致動(dòng)器上的作用力和支架相對(duì)第一法蘭件的位置。
[0064]對(duì)于水下的應(yīng)用，或者對(duì)于其中存在氣流干擾的應(yīng)用，可在氣動(dòng)執(zhí)行器的排氣道上連接一條從操作裝置上導(dǎo)出廢氣的軟管，從而使該操作裝置附近不致于出現(xiàn)空氣流。另夕卜，也可將操作裝置密封起來(lái)防止水和/或灰塵進(jìn)入。
[0065]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)自由度的機(jī)械手、如前所述固定在操作裝置上的機(jī)械手以及安裝在操作裝置上的用于接觸作業(yè)的機(jī)具。另外，還設(shè)有調(diào)節(jié)機(jī)具施加在工件上的作用力的控制設(shè)備，其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于通過(guò)機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行粗定位，并通過(guò)操作裝置進(jìn)行精確定位以及作用力調(diào)節(jié)。
[0066]作為以上的替代方案，所述操作裝置可作為傳感器單元以純粹的被動(dòng)方式運(yùn)行，并通過(guò)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成作用力調(diào)節(jié)。在這兩種使用情況下，通過(guò)操作裝置可調(diào)的彈性實(shí)現(xiàn)工件與機(jī)械手慣性之間的機(jī)械解耦。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)接觸作業(yè)的操作裝置，包括以下部件: 可釋放地或固定地將機(jī)械手連接至操作裝置的機(jī)械接口(31)； 支架(32)，相對(duì)接口(31)移動(dòng)以接納機(jī)具； 至少一個(gè)無(wú)齒輪的，尤其是無(wú)靜態(tài)摩擦的致動(dòng)器，例如氣缸或氣動(dòng)肌肉，相對(duì)至機(jī)械手的接口定位支架； 直接或間接測(cè)定作用在至少一個(gè)致動(dòng)器上的作用力的傳感器設(shè)備，以及； 控制設(shè)備，基于以下目的設(shè)計(jì): 在操作裝置和一表面之間無(wú)接觸的情況下，在可調(diào)的最小作用力(Ftl)上壓下支架至停止位， 在操作裝置與一表面之間有接觸的情況下，根據(jù)給定的作用力曲線調(diào)節(jié)接觸力，其中只要識(shí)別到接觸，則將接觸力從最小作用力(F。)提高至預(yù)設(shè)作用力(FSQll)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作裝置，其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于識(shí)別接觸脫離，以及作為反應(yīng)，還在于將致動(dòng)器提供的預(yù)設(shè)作用力(FsttL)降至最小作用力(F。)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的操作裝置，其中在給定的時(shí)間間隔(Tk)內(nèi)線性地將所述接觸力從最小作用力(Ftl)提高到預(yù)設(shè)作用力(FSQll)或?qū)⒅聞?dòng)器提供的作用力從預(yù)設(shè)作用力(Fsoll)降到最小作用力(F0)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的操作裝置，其中所述傳感器設(shè)備具有測(cè)量接口(31)和支架(32)之間的相對(duì)位置的位移傳感器(63)，以及 其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于，當(dāng)支架(32)在與最小作用力(Ftl)相反的方向上相對(duì)接口( 31)移動(dòng)時(shí)，識(shí)別接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的操作裝置，其中所述傳感器設(shè)備具有測(cè)量接口(31)和支架(32)之間的相對(duì)位置的位移傳感器(63)，以及 其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于，其中當(dāng)支架在致動(dòng)器提供的作用力作用下朝向端部停止位移動(dòng)時(shí)，識(shí)別無(wú)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的操作裝置，其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于，當(dāng)支架(32)相對(duì)接口(31)的速度變化超出給定的閾值時(shí)，識(shí)別接觸脫離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作裝置，其中當(dāng)識(shí)別到接觸脫離時(shí)，存儲(chǔ)支架(32)相對(duì)接口(31)的速度，并在再次低于所述速度時(shí)，識(shí)別接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的操作裝置，所述操作裝置具有在支架和機(jī)械手的接口之間以無(wú)靜態(tài)摩擦方式安裝的機(jī)械導(dǎo)向設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的操作裝置，所述操作裝置額外具有在施加支架上與無(wú)靜態(tài)摩擦致動(dòng)器的作用力動(dòng)作方向相反的恢復(fù)力的彈性元件，或者所述操作裝置具有雙動(dòng)式氣缸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的操作裝置，其中至少一個(gè)無(wú)靜態(tài)摩擦致動(dòng)器以及彈性元件具有共同決定操作裝置的彈性性能特性的力-位移特性曲線，其中所述控制設(shè)備的構(gòu)成目的在于，調(diào)節(jié)所述力-位移特性曲線，使得所述操作裝置具有給定的彈性性能特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的操作裝置，其中所述致動(dòng)器為線性致動(dòng)器，尤其是無(wú)活塞氣動(dòng)致動(dòng)器、無(wú)靜態(tài)摩擦氣缸或電氣無(wú)齒輪直接驅(qū)動(dòng)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作裝置，其中所述傳感器設(shè)備具有針對(duì)每一致動(dòng)器的位置傳感器，以測(cè)量各致動(dòng)器的長(zhǎng)度或測(cè)量支架相對(duì)機(jī)械手的接口的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的操作裝置，其中所述傳感器設(shè)備的構(gòu)成目的在于從所測(cè)量的至少一個(gè)致動(dòng)器的長(zhǎng)度和從致動(dòng)器中的壓力中計(jì)算出作用在致動(dòng)器上的作用力以及支架相對(duì)機(jī)械手的接口的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13之一所述的操作裝置，其中所述彈性元件的力-位移特性曲線通過(guò)一運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)被調(diào)整為無(wú)靜態(tài)摩擦氣動(dòng)致動(dòng)器的力-位移特性曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的操作裝置，其中所述致動(dòng)器為無(wú)活塞氣動(dòng)致動(dòng)器或無(wú)靜態(tài)摩擦氣缸，其中所述致動(dòng)器的排氣管道與將廢氣從操作裝置中排出的軟管相連接。
16.一種使用機(jī)械手、根據(jù)權(quán)利要求1至15任一所述的并安裝在所述機(jī)械手上的操作裝置以及與物體或表面相接觸的機(jī)具對(duì)物體進(jìn)行操作或?qū)Ρ砻孢M(jìn)行處理的方法，所述方法包括: 對(duì)致動(dòng)器進(jìn)行致動(dòng)，從而提供可調(diào)的最小作用力并監(jiān)控機(jī)具和表面之間是否存在接觸， 通過(guò)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的致動(dòng)和/或通過(guò)偏移操作裝置對(duì)機(jī)具進(jìn)行定位，直至檢測(cè)出機(jī)具和表面之間的接觸， 提高致動(dòng)器提供的作用力，從而將接觸力在一定時(shí)間內(nèi)從最小值提高到預(yù)設(shè)值； 操作物體或處理表面并且監(jiān)控是否出現(xiàn)接觸脫離；以及 當(dāng)識(shí)別出接觸脫離時(shí)，將致動(dòng)器提供的作用力降低到最小作用力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 在操作或處理過(guò)程中，記錄由操作裝置所提供的測(cè)量值決定的位置和接觸力。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括: 在操作或處理過(guò)程中檢測(cè)接觸力是否位于預(yù)設(shè)值的給定公差范圍之內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18之一所述的方法，其中根據(jù)操作裝置的偏移，將接觸力自動(dòng)調(diào)整為對(duì)應(yīng)給定的力-位移特性曲線。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19之一所述的方法，其中以大體上線性的方式從最小作用力(F0)開(kāi)始提高接觸力至預(yù)設(shè)作用力(FSttL)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20之一所述的方法，其中在給定的時(shí)間間隔內(nèi)從最小作用力(F0)開(kāi)始提高接觸力至預(yù)設(shè)作用力(FsttL)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至21之一所述的方法，其中當(dāng)操作裝置移動(dòng)到端部停止位時(shí)，識(shí)別出到無(wú)接觸或接觸脫離。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至21之一所述的方法，其中當(dāng)操作裝置的支架(32)相對(duì)機(jī)械手的接口(31)的速度變化超出給定的閾值時(shí)，識(shí)別接觸脫離。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中當(dāng)識(shí)別到接觸脫離時(shí)，存儲(chǔ)支架(32)相對(duì)接口(31)的速度，并在再次低于所述速度時(shí)，識(shí)別接觸。
25.—種系統(tǒng)，包括具有至少一定自由度的機(jī)械手、根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的并安裝在機(jī)械手上的操作裝置、在操作裝置上設(shè)置的用于接觸作業(yè)的機(jī)具以及調(diào)節(jié)通過(guò)機(jī)具施加在工件上的作用力的調(diào)節(jié)單元，其中所述調(diào)節(jié)單元的構(gòu)成目的在于通過(guò)機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行粗定位以及通過(guò)操作裝置進(jìn)行精定位以及作用力調(diào)節(jié)。
26.—種系統(tǒng)，包括具有至少一定自由度的機(jī)械手、根據(jù)專利要求I至15之一所述的并安裝在機(jī)械手上的操作裝置、在操作裝置上設(shè)置的用于接觸作業(yè)的機(jī)具以及調(diào)節(jié)通過(guò)機(jī)具施加在工件上的作用力的控制設(shè)備，其中所述控制設(shè)備的構(gòu) 成目的在于只通過(guò)機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行定位以及通過(guò)操作裝置進(jìn)行對(duì)作用力調(diào)節(jié)必要的作用力測(cè)量，其中操作裝置的彈性性能特性根據(jù)所需值可調(diào)。
【文檔編號(hào)】B25J17/02GK103429400SQ201280013533
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】R·納德雷, P·費(fèi)拉拉, A·羅爾霍弗 申請(qǐng)人:菲爾羅伯蒂克斯順從式機(jī)器人技術(shù)有限公司