用于驱动机械手的方法、机械手、平移机械手、机械手系统以及用于驱动机械手系统的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于驱动机械手的方法，所述机械手包括具有至少两个联接元件的元件链，其中第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连，第二联接元件在第三旋转轴上旋转铰接地连接到所述第一联接元件，其中在所述第二旋转轴上设置有用于所述第一联接元件的驱动装置，所述第二联接元件在其与所述第一联接元件相对的末端区域具有执行器旋转支点，其中所述方法如此设计：如此驱动所述曲柄元件和所述第一联接元件：所述执行器旋转支点在所述曲柄元件旋转期间按照确定的角度范围停留在静止位置上。根据本发明规定：为了缩短所述执行器旋转支点在所属静止位置上的停留时间，借助在所述第二旋转轴上的驱动装置在所述第一联接元件上施加转矩，所述转矩在期望的停留时间的时期内最大为所述转矩的5%，而这对于在缩短的停留时间情况下实现所述执行器旋转支点的停留而言是必需的。本发明还涉及一种用于执行该方法的机械手。
【专利说明】用于驱动机械手的方法、机械手、平移机械手、机械手系统以及用于驱动机械手系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于驱动机械手的方法、机械手本身、平移机械手、机械手系统以及用于驱动机械手系统的方法。
【背景技术】
[0002]如今在不同的工业生产过程中会使用机械手，这些机械手根据它们的使用而具有不同的运动学原理。在此，机械手经常承担所谓的“拾取与放置”作业，在这些作业中，机械手必须在一个地方抓取物体并在另一地方将其放下。在此希望快速地抓起物体(货物)、运送并在尽可能短的时间内在保持较高定位精度的前提下能够将该其在目标地方放下。还希望使得机械手空载运行的比重尽可能的小。
[0003]从以上描述可知，机械手根据作业不同而按照不同的方式和待作业的物体(货物)进行接触。和物体的这种接触通过机械手的至少一个执行器来实现，该执行器例如可以是镭射或抓取装置。可是执行器还可以是特殊的装置，机械手通过该装置按照合适的方式作用在待作业(或待运送)的物体上。
[0004]在所谓的SCARA机械手(该机械手例如根据US4702668可知)中，使用两条可相互旋转运动地相连的水平操作臂来对执行器进行定位。在此，在其第一末端上的第一臂可旋转运动地和底座以及旋转驱动装置相连，其中第一臂的第二末端可旋转运动地和第二臂的末端相连。这两条臂的公共轴也具有第二旋转驱动装置。在第二臂的另一末端上设置有执行器。借助该至少两个旋转驱动装置采用诸如“点到点”、“同步点到点”或“连续路径”的已知的方法来对机械手的执行器进行定位。通过受驱动的驱动装置使得SCARA机械手的惯性力矩相对较高，而该驱动装置对于接纳高的作业力量而言是必须装备的。
[0005]在SCARA机械手中，由于以上提到的缺点，经常要避免具有相连的全体臂的1800的“拾取和放置”作业，从而为了能够使得待操作的区域(从中拿取物体的区域以及将物体放入其中的区域)直接相邻而要选择更大尺寸的SCARA机械手。
[0006]从US6275748B1和US6593718B1可知，机械手具有三条刚性的、设置为可运动的臂，其中该臂固定在三条旋转轴上，每条旋转轴具有旋转的驱动装置。特别是，第一臂和第二臂以及第二臂和第三臂每组都具有公共的旋转轴。也可以采用诸如“点到点”、“同步点到点”或“连续路径”的已知的方法来对设置在第三臂的末端上的执行器进行定位。这一构想和SCARA机械手相似，仅仅是现在规定是三条臂而非两条臂。
[0007]还已知所谓的delta机械手，其具有大致并行的运动学理论和相对较小的重量，由此delta机械手能够实现极其短的、位于0.4秒范围内的循环周期。该delta机械手包括安装在平板上的不可运动的底座。该delta机械手还包括四条臂以及四个(可旋转地)驱动装置。三条由上臂和下臂组成的臂将底座和位于下末端上的运动平台相连，该平台承载有执行器。在此，臂的几何形状使得平台始终和底座平行。臂的并行运动学理论可实现较高的刚性和加速度。第四臂用来转移转矩并实现执行器的旋转。由于delta机械手强制性的平板安装使得其使用领域受到限制。而且，三条臂在相对很多作业位置处要伸出超过执行器很远。因此，delta机械手不可能进入到仅仅具有一个侧面入口的作业空间中去。即使在靠近侧壁的情况下也不可以使用delta机械手。而这是有缺陷的，因为在很多安装过程或者加工过程中存在从机器中(侧面的)拾取工件，在拾取中，为了能够在所有以后过程中保持所定义的地方位置，要通过机械手或机械手系统一次性地确保该工件的定位。针对这样的作业，delta机械手由于以上提到的缺陷而不可以被使用。
【发明内容】
[0008]根据本发明，该任务在于通过使用根据本发明的机械手来提供机械手、用于驱动机械手的方法、机械手系统以及用于驱动机械手系统的方法，采用方法或系统能够按照高效节能的、成本低廉的、时间最优化的方式来运送货物，其中运送应当运送货物的接收和放置或分类。
[0009]为了完成以上任务，根据本发明提出一种用于驱动机械手的方法，所述机械手包括具有至少两个联接元件的元件链，其中第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连，第二联接元件在第三旋转轴上旋转铰接地连接到所述第一联接元件，其中在所述第二旋转轴上设置有用于所述第一联接元件的驱动装置，所述第二联接元件在其与所述第一联接元件相对的末端具有执行器旋转支点。所述方法如此设计:如此驱动所述曲柄元件和所述第一联接元件:所述执行器旋转支点在所述曲柄元件旋转期间按照确定的角度范围停留在静止位置上，其中，为了缩短所述执行器旋转支点在所属静止位置上的停留时间，借助在所述第二旋转轴上的驱动装置在所述第一联接元件上施加转矩，所述转矩在期望的停留时间的时期内最大为所述转矩的5%，而这对于在缩短的停留时间情况下实现所述执行器旋转支点的停留而言是必需的。在执行器旋转支点上连接有诸如夹具或吸气装置的末端执行器。执行器旋转支点因此是夹具或吸气装置的旋转轴的位置。应当选择对于产生非缩短的或者最大的停留时间而言是必需的力矩曲线范围，以便缩短执行器旋转支点在静止位置上的停留时间以在该时间窗内实现诸如0.03秒的停留时间，该力矩曲线具有最小的转矩数值。该受限的或者经削减的转矩通过在第二轴上的驱动装置施加在第一联接元件上，确切地说就是在刚刚到达静止位置以后并通过执行器旋转支点来施加。和机械手在非缩短的停留时间情况下(即在这样的停留时间的情况下:在执行器旋转支点或者末端执行器具有确定的转速和质量关系时，其在第二旋转轴没有进汽冲击(Beaufschlagung)时在一定转矩下将会停留在静止位置(在只有曲柄元件和/或第一曲柄元件运行的情况下))的运行相反，通过根据本发明的方法来实现，较多地缩短停留时间并且仅仅必须在第一联接元件上施加非常小的转矩以使得机械手运行。因此，该方法是节能高效的，并且在第二旋转轴上仅仅设置相对较小的定位的驱动装置是可行的。
[0010]优选地如此实施根据本发明的方法:如此驱动在所述第一旋转轴和在所述第二旋转轴上的驱动装置:将所述执行器旋转支点从第一静止位置移动到第二静止位置，其中所述执行器旋转支点和所述第三旋转轴在所述第一静止位置和所述第二静止位置之间的理论直线连接的各个相对侧的它们各自路径的至少80%上运动。第一静止位置和第二静止位置位于相对第一旋转轴大致完全相反的位置处。因此，所谓的拉伸的内部转动时可行的，在该内部转动中会实现执行器旋转支点的接近直线的运动，该运动的路径长度大约为第一静止位置和第二静止位置之间的理论上的直线连接长度的11/10。
[0011]根据本发明停留时间得到极大地缩短，从而与具有非缩短的停留时间的运行相t匕，机械手的运动链不再具有执行所谓的拉伸的外部转动的意图，在该外部转动中执行器旋转支点绕第一旋转轴呈大致圆弧形状来回转动。为了实现依据缩短的停留时间的这样的外部转动，相对很多的能量是必需的，以在这些转动轴上施加转矩。除去上述缺陷以外，该外部转动还具有相对较大的空间需求。因此在根据本发明的方法的有利设计中规定，执行器转动支点执行所谓的拉伸的内部转动而不是在静止位置上依据缩短的停留时间的外部转动，在拉伸的内部转动中，在第一旋转轴和第二旋转轴上的驱动装置需要相对较少的能量。
[0012]根据在机械手上的转速、旋转加速度和质量关系并且根据在静止位置中所期望的定位精度，可以如此设计该方法:为了实现所述执行器旋转支点从所述第一静止位置运动到所述第二静止位置，还要驱动在用于移动所述第二联接元件的第三旋转轴上的驱动装置。
[0013]第三联接元件在第四旋转轴上可旋转地连接到所述执行器旋转支点，在所述第三联接元件上设置有末端执行器，其中在所述执行器旋转支点从所述第一静止位置到所述第二静止位置的运动中如此转动所述末端执行器:在所述末端执行器的末端区域的加速度小于所述执行器旋转支点的加速度。末端执行器进行转动以平衡从第一静止位置到第二静止位置的运动中的至少某一路段的加速周期，其中经平衡的加速度可以是正的或负的。第三联接元件因此在第四旋转轴上具有可旋转地进行设置的悬臂，这样第三联接元件的末端区域能够在环绕轨道中绕第四旋转轴转动。第三联接元件的末端区域因此是第三联接元件相对第四旋转轴具有最大间隔的区域。第三联接元件在执行器旋转支点从第一静止位置到第二静止位置的运动开始时设计成相对运动轨道是成角度的，在这种情况末尾时，第三联接元件和运动轨道之间的角度会变大，这样在每个时间单元内执行器旋转支点经过的路径大于在相同时间单元内第三联接元件的末端区域经过的路径。只要这种运动是可执行的，就会实现第二联接元件和第三联接元的拉伸的布置。
[0014]根据本发明还提出了一种机械手，所述机械手包括具有至少两个联接元件的元件链，其中第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连，第二联接元件在第三旋转轴上旋转铰接地连接到所述第一联接元件，其中在所述第二旋转轴上设置有用于所述第一联接元件的驱动装置，所述第二联接元件在其与所述第一联接元件相对的末端上具有执行器旋转支点，其中所述机械手还包括控制装置，通过所述控制装置如此控制所述曲柄元件和所属第一联接元件的驱动装置:所述执行器旋转支点在所述曲柄元件旋转期间按照确定的角度范围停留在静止位置上，并且为了缩短所述执行器旋转支点在所属静止位置上的停留时间，可以借助在所述第二旋转轴上的驱动装置在所述第一联接元件上施加转矩，所述转矩在期望的停留时间的时期内最大为所述转矩的5%，而这对于在缩短的停留时间情况下实现所述执行器旋转支点的停留而言是必需的。为了实现个别元件彼此相对的旋转运动，选择铰链显而易见地设置在曲柄元件和联接元件之间。
[0015]有利地如此规定:第三联接元件可绕第四旋转轴旋转地与所述执行器旋转支点相连，第一末端执行器与所述第四联接元件相连。第三联接元件因此包括围绕第四旋转轴的设计成悬臂的联接或者摇臂。优选地将用以转动第三联接元件的驱动装置连接到第三旋转轴上。
[0016]为了使得运送能力翻倍如此规定:第四联接元件可绕所述第四旋转轴旋转地与所述执行器旋转支点相连，第二末端执行器与所述第四联接元件相连。
[0017]也就是说，在与执行器旋转支点相适应的接合中心上可以连接两个联接元件，其在具有末端执行器的配置中能够作为所谓的加倍抓取器来运行。
[0018]优选地如此规定:所述第三联接元件和所述第四联接元件每个都设置在驱动轴上，所属传动轴被设置成与所述第四旋转轴共轴。也就是说，轴中的纵向轴或旋转轴在第四旋转轴方向上。在此驱动轴中的至少一个可以配置成空心轴，这样驱动轴可以设置成共轴的。通过驱动轴的转动，末端执行器可以绕第四旋转轴转动。
[0019]所述末端执行器中的至少一个在其末端区域具有可绕轴旋转的操作工具，其中所述操作工具和具有驱动单元的传动装置相连，所述传动装置的驱动轴运行时和所述第四旋转轴平行。操作工具例如可以是吸盘或夹具，其借助诸如可以是牵拉传动装置的传动装置是可转动的。
[0020]在第三联接元件和第四联接元件具有共轴设置的驱动轴的设计中优选地如此规定:所述驱动轴中的至少一个可沿轴向移动。在特别方便的设计中，两个驱动轴可以共轴地移动。例如可以借助螺栓传动装置来实现所定义的移动。
[0021]所述机械手还可以包括至少一个齿轮传动装置，通过所述齿轮传动装置可以驱动末端执行器的驱动轴中的至少一个。为实现该目的可以在驱动轴上设置外部齿轮装置，该装置通过齿轮与槽轴相啮合，该槽轴反过来可以通过驱动单元进行驱动并且可以在其共轴位置上和驱动轴的每个共轴位置相适应。
[0022]根据本发明还提出一种平移机械手，该平移机械手包括具有第一联接元件的元件链，所述第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连。可绕第三旋转轴旋转地末端执行器作为第二联接元件连接到第一联接元件。所述曲柄元件可以在平移自由度内移动。平移自由度优选地在曲柄元件旋转轴的方向上。平移机械手也还可以具有在多个层面上相重叠的所提到的元件链中的两个。
[0023]在一个实施方式中，还被描述成底座轴的第一旋转轴表现为竖直地设计并固定的螺纹-槽-轴(例如2米长)。在该轴上按照相互间固定的间隔安装有开槽螺母(仅仅用于竖直运动)和螺母(仅仅用于螺旋形运动)。
[0024]螺母设计为具有伺服电机，其实现性能驱动。具有两个联接元件和夹具或末端执行器的水平设计的机械手臂通过支架和行动模块(螺母-开槽螺母-组合)相连。因此对于旋转而言，该臂基本上与行动模块是非联接的。可是也存在有目的地将该臂和螺母、开槽螺母或“非(nicht)”啮合的可能性。
[0025]通过竖直螺线管和竖直弹簧来实现啮合。在啮合中运送每个齿轮对，该齿轮对指向为竖直方向并设置在第一旋转轴或转轴的方向上。该臂由此或者(可能通过行动模块的抬升部件)执行自由旋转运动，或者在通过螺母的啮合中执行螺旋形运动，或者在通过开槽螺母的啮合中执行抬升运动。
[0026]在该臂的元件之间存在竖直的第二旋转轴(水平旋转地)，该轴通过同一啮合原理可以进行啮合或非啮合。也可以通过这样的“啮合轴”或传统意义上的轴或者不通过任何轴来实现末端执行器和第二联接元件的连接。
[0027]齿轮对的每个构件都具有特殊性。其具有通过迷你驱动装置(压力驱动装置，线形的或旋转的)进行啮合的可能性，以准确地转动少于一个齿。在伺服电机领域或者更低的精度使得两个齿轮可以啮合，可是没有相关的力经由该迷你驱动装置进行传递，该力而是经经由摩擦联接器进行传递，该摩擦联接器就在齿轮啮合前不久本身开始啮合，并提升迷你电机的自由度。通过竖直弹簧来施加摩擦力。通过诸如启动缸的简易的线形驱动装置来施加竖直向上的啮合力。
[0028]在啮合轴的齿轮对具有较小的相对速度时，该轴因此能够在不改变转向角的情况下准确地进行啮合或者停止并最终传递力矩。
[0029]通过对啮合轴的发明解决了欠驱动操作的问题:可控制性就在静止状态前由于系统动力的丧失而变为无效。由于轴设置形成圆柱形的作业空间。
[0030]啮合轴位于末端执行器和第二联接元件之间，这样末端执行器的重心距离啮合轴的旋转支点越远，其可以越好的转动。因此，当有效负载的惯性增加时(例如，该有效负载是偏长形的，其重心因此也会距离末端执行器一啮合轴较远)，该系统运行的会特别好。
[0031]平移机械手优选的应用领域是支座，比如托板(尤其是欧式托板)或者缓冲器支座(Pufferlagern)的装载与却载，其例如具有智能车辆塔台(Smart-Center-Prinzip)。欧式托板运输具有百万倍的应用场合。价格低廉地、分散地在较低速度下执行欧式托板运输看起来尤其便利的。此外，在每个待移动的物件以及其重心的设置能够包含在平移机械手的设计和控制中的情况下，平移机械手的运行是非常高效的。
[0032]因此提出一种平移机械手，其仅仅具有一个性能驱动装置，制造起来非常低廉，具有较大的作业空间并且实现较高的精度。
[0033]此外根据本发明提出一种机械手系统，所述机械手系统具有作为第一机械手的根据本发明的机械手以及平移机械手。
[0034]根据本发明的机械手系统的优点尤其在于:和仅仅使用一个所提到的机械手而可能完成的运送作业相比，通过第一机械手和平移机械手的共同作用可以在不同的层面和大体上更多自由度的情况下完成运送作业。有利地，采用第一机械手可以实施托盘给送，采用平移机械手可以实施台架给送。
[0035]此外根据本发明还提出一种用于驱动根据本发明的机械手系统的方法，其中借助所述平移机械手如此放置至少一个运送货物:所述运送货物位于所述第一机械手的静止位置区域中，并由所述第一机械手接收位于该位置的所述运送货物，或者其中，位于所述静止位置区域的运送货物由所述第一机械手来放置，并由所述平移机械手来接收。第一机械手的目标区域相对较小，也就是说，在其中根据本发明可节能高效地实现静止阶段或零空间运动的平面区域相对较小。该目标区域的移动将会和高的能量消耗和设备费用相关。可是在目标区域或目标地段内部，采用第一机械手可以取得非常精确的定位。平移机械手同样具有相对较小的定位精度。可是通过位置确定装置能够非常精确地确定平移机械手的操作构件或末端执行器的每个位置。该确定可以通过测量技术和/或通过计算来实现。平移机械手的定位精度是足够的，以在第一机械手的目标区域或目标地段内部足够精确地对运送货物进行定位:平移机械手能够接收运送货物，或者反过来说，平移机械收能够足够精确地在第一机械手的目标区域中对操作工具进行定位，这样能够从第一机械手来接收运送货物。借助位置确定装置能够像第一机械手传达平移机械手的操作构件的每个位置，并因此通过第一机械手实现该位置的开动。也就是说，通过第一机械手和平移机械手的组合能够补偿单个机械手的每个缺陷，其中通过平移机械手实施相对粗略的定位并通过第一机械手在该机械手的合作下实现精确调准。
[0036]可以如此实现对机械手系统节能高效的驱动:所述平移机械手的驱动装置仅仅在其第一旋转轴上实现，以使得所述曲柄元件转动。此外，借助制动固定在第二和/或第三旋转轴上的旋转运动，或者停止每个固定效果并因此允许旋转运动。
[0037]下面借助在附图描绘的实施方式描述本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是第一机械手的运动链的俯视图。
[0039]图2是第一机械手的运动链的侧视图。
[0040]图3是当执行器旋转支点在静止位置上停留时第一机械手的单个元件的运动的俯视图。
[0041]图4是在第一静止位置上缩短的零空间运动期间在第一、第二和第三旋转轴上的转矩的力矩示意图。
[0042]图5是在第二静止位置上缩短的零空间运动期间在第一、第二和第三旋转轴上的转矩的力矩示意图。
[0043]图6是拉伸的内部转动的侧视图。
[0044]图7是在受限的零空间运动的情况下在静止位置上两种零空间运动的位置示意图。
[0045]图8是在在第二旋转轴上的转矩受到限制的情况下第一零空间运动的力矩示意图。
[0046]图9是在在第二旋转轴上的转矩受到限制的情况下第二零空间运动的力矩示意图。
[0047]图10是外部转动的位置示意图。
[0048]图11是外部转动的力矩示意图。
[0049]图12图示了连接到第四旋转轴的两个末端执行器。
[0050]图13是平移机械手的侧视图。
【具体实施方式】
[0051]图1和图2描绘了第一机械手，该机械手具有可绕第一旋转轴112转动的曲柄元件110。第一联接元件120通过旋转铰链102与第二旋转轴122相连。在与第二旋转轴122相对的一侧，第一联接元件120在另一旋转铰链102上具有第三旋转轴132，第二联接元件130可旋转地连接到第三旋转轴132。在第二联接元件130的末端设置有第四旋转轴142，其与执行器旋转支点160相符合。如下面还将进行描述地，第三联接元件和/或第四联接元件可以与该执行器旋转支点160相连。特别从图2可以看出，在第二旋转轴122上设置有驱动装置124，在第三旋转轴132上设置有驱动装置134。通过这些驱动装置可以不依靠由曲柄元件110的转动而引起的运动来驱动联接元件120和联接元件130。在图2中，第三联接元件140在第二联接元件130的末端处连接到执行器旋转支点160，然而第三联接元件140可以不具有在图2中所描绘的配置，而是具有这样的悬臂:其可以引起第三联接元件140围绕执行器旋转支点160的回转运动。
[0052]图3描绘了第一机械手100的零空间运动，正如在说明相关现有技术中已经进行基本地描述的。可以看出，执行器旋转支点160在曲柄元件110以及联接元件120与联接元件130运动期间可以具有两个静止位置，即第一静止位置164和第二静止位置166，其大体上位于针对第一旋转轴112的相对位置处。如图3所描绘的，在曲柄元件110转动以及至少第一联接元件120执行回转运动期间，执行器旋转支点160占据这些静止位置164和静止位置166。
[0053]与此同时，静止位置164和静止位置166会保持相当长的时间。可是针对时间最优化的运送和给送过程而言，希望较短的停留时间。因此，在到达第一静止位置164和第二静止位置I “以后，执行器旋转支点160必须较快地离开该静止位置。也就是说，不应该实现常见的零空间运动(机械手的原件在执行器旋转支点位于平衡位置期间的运动)，而是实现缩短的零空间运动。根据本发明，在该缩短的零空间运动期间(也就是说为了实现在静止位置164和静止位置166处的缩短的停留时间)，应该通过在旋转轴上的驱动装置来产生力矩，该力矩使得第一机械手进行有效操作。
[0054]从图4和图5可以看到力矩曲线，通过第一旋转轴112、第二旋转轴122和第三旋转轴132上的驱动装置针对在0.03秒内的缩短的零空间运动必定可以实现该力矩曲线。同时将各个旋转轴的附图标记提供给各个在图4和图5中描绘的功能。在此，图4图示了旋转轴112、旋转轴122和旋转轴132在第一静止位置164的力矩曲线，图5图示了在第二静止位置166的力矩曲线。
[0055]在第二旋转轴122上而在图4和图5中所描绘的转矩根据本发明最大仅仅为转矩的5%，为了实现具有非缩短停留时间的执行器旋转支点的停留，该转矩是必要的。通过这种方式来实现第一机械手100的转动，其中执行器旋转支点160在第一静止位置164和第二静止位置166处具有在0.03秒内的缩短的停留时间或缩短的零空间运动的停留。
[0056]通过这种方式:第一机械手可以通过缩短在静止位置164和静止位置166的停留时间来不进行运动过程(第一机械手可以在非缩短停留时间的情况下使用尽可能少的能量供给来实现该运动过程)，还会非高效节能地造成如图10所描绘的外部转动。此外，这样的外部转动具有相对较大的空间需求的缺点。
[0057]因此根据本发明，执行器旋转支点160按照这样的方式从在第一静止位置164转动到第二静止位置166:执行器旋转支点160执行近乎直线运动来通过长路径。这一直线运动还被称作拉伸的内部转动170。在拉伸的内部转动170中，第一联接元件120和第二联接元件130在轨道运动过程中如同在外部转动中那样相对拉伸，可是曲柄元件110和第一联接元件120相对成一角度，相反地他们在外部转动中同样被拉伸。由此，设置在执行器旋转支点160上的末端执行器162能够沿着第一静止位置164和第二静止位置166之间的理想线路附近运动。因此减小了末端执行器160的返回路径。该路径越短，为了在规定的时间窗内从第一静止位置164到达第二静止位置166的加速度必定越小。
[0058]图7描绘了第一机械手的运动过程，其中为了避免第二旋转轴上的驱动装置过载而将第二旋转轴122上的转矩限制为一个确定的值，例如170Nm。为了避免通过联接元件拉伸的位置时在理论上产生无限大的转矩，这是必需的。
[0059]此外，图8和图9描绘了第二旋转轴122在第一静止位置164 (图8)以及第二静止位置166 (图8)上的各自的力矩曲线。可以清楚地看出，在到达各自静止位置之前的力矩曲线在在各自静止位置中以及在该静止位置后的停留过程中不超过在第二旋转轴122上的170Nm的转矩。
[0060]为了图示内部转动的效果，图10描绘了外部转动的示意图，从中可以看出，与图6所描绘的拉伸的内部转动相比，在这种形式的运动中存在大体上更多的空间需求。
[0061]从图11可以看出，在大体上更长的时间段上要再第二旋转轴122上施加相对较大的转矩。
[0062]参考图12来说明在第一机械手上的末端执行器在结构上的配置。第三联接元件140以及第四联接元件150通过转轴连接到在图1中可以清楚看出的第四旋转轴142或者执行器旋转支点160,其中第一执行器162与第三联接兀件140相连,第二执行器163与第四联接元件150相连。通过螺纹轴3，与其联接的第四联接元件150可旋转地运动。第四联接元件150设计为偏心臂15。在此，通过开槽螺母7来实现螺纹轴3的旋转驱动。此外，螺纹轴3还与螺母5相啮合，螺母5能够实现螺纹轴3在第四旋转轴142上的平移运动。在螺纹轴3上带动转轴2，在转轴2的轴末端18上联接有皮带传动装置17，该装置与第二末端执行器163有效连接，这样在转轴2转动时，通过皮带传动装置17第二末端执行器163同样也会转动，从而转动运送货物。
[0063]在螺纹轴上可旋转地设置有空心轴11，设计为第三联接元件140的偏心臂14连接到该空心轴。第一末端执行器162可旋转地连接到第三联接元件140上。此外，第一执行器162与皮带传动装置13相啮合，同时皮带传动装置13与设置在空心轴11上的空心轴12相啮合。空心轴12与齿轮相啮合，该齿轮设置在槽轴4上。可以通过开槽螺母8驱动槽轴4。通过开槽螺母8的操作来使槽轴4旋转，因而驱动空心轴12，空心轴12反过来驱动皮带传动装置13，皮带传动装置13来驱动第一末端执行器162。第三联接元件140或者它的偏心臂14的转动反过来通过齿轮10的啮合来与空心轴11相连，其中齿轮10设置在槽轴I上,通过开槽螺母6来驱动槽轴I。此外，槽轴I以及槽轴4穿过外壳9突起。
[0064]因此，可以在执行器旋转支点160加速阶段中这样来驱动末端执行器162和末端执行器163中的每一个:末端执行器162和末端执行器163中的每个特别在运动进程开始或者结束时相比执行器旋转支点160保持较小的加速度。而这通过如下方式实现:由于最初的第三联接元件140或者第四联接元件150相对第二联接元件130的角度位置将会在执行器旋转支点160的运动中产生相对第二联接元件130的拉伸位置，这样将第二联接元件130以及第三联接元件140或者第四联接元件150调整为大体上与每条运动路径相切。这减小了末端执行器162和末端执行器163的机械负载以及制动力，而这对于在执行器旋转支点160运动期间通过末端执行器来将每个运送货物固定在执行器旋转支点160上而言是必需的。
[0065]图13描绘了平移机械手200，该平移机械手200在根据本发明的系统中应当和第一机械手100共同使用。该平移机械手200包括曲柄元件210，该曲柄元件可绕第一旋转轴A2转动。第一联接元件220可旋转联接地连接到曲柄元件210，第二联接元件230可旋转地设置在第一联接元件220的第二旋转轴A3上。在设置在第二联接元件230上的第三旋转轴A4上连接有平移机械手200的末端执行器300。此外，可以这样来涉及平移机械手200:其曲柄元件210可以在平移自由度内(即沿着第一旋转轴A2)移动。平移机械手200还可以具有更多个相互设置的元件链，其包括曲柄元件210、第一联接元件220以及第二联接元件230。该平移机械手特别适合给送台架。在适当的设备花费情况下，它的定位精度可仅仅是较小的。
[0066]在静止位置164和静止位置166中的每一个都位于其中的目标区域中，第一机械手具有相对较高的定位精度。可是在目标区域以外，定位精度相对较小。通过位置确定装置或者控制装置可以实现第一机械手100和平移机械手200之间的最优化合作，而采用位置确定装置或者控制装置可以很精确地确定平移机械手200中末端执行器300的位置。借助该平移机械手可以在第一机械手100的目标区域内在足够的精度下放置运送货物。借助位置确定装置可以将平移机械手200放置的运送货物的准确位置告知第一机械手。通过运送货物位于第一机械手100的目标区域，第一机械手100可以很精确地得知运送货物的位置并接收该运送货物。显而易见，相反的运动过程也是可行的，其中，借助第一机械手100将运送货物放置在目标区域中，并由平移机械手200进行接收。通过平移机械手200的曲柄元件210在平移自由度Al以及因此在竖直方向上的运动的可行性，可以通过两个机械手100和200的组合来实现多种运动过程。 [0067]附图标记列表
[0068]槽轴I
[0069]轴2
[0070]螺纹轴3
[0071]槽轴4
[0072]螺母5
[0073]开槽螺母6
[0074]开槽螺母7
[0075]开槽螺母8
[0076]外壳9
[0077]齿轮10
[0078]空心轴11
[0079]空心轴12
[0080]皮带传动装置13
[0081]偏心臂14
[0082]偏心臂15
[0083]末端执行器 16
[0084]皮带传动装置17
[0085]轴末端18
[0086]末端执行器 19
[0087]第一机械手 100
[0088]旋转铰链 102
[0089]曲柄元件110[0090]第一旋转轴 112
[0091]第一联接元件120
[0092]第二旋转轴122
[0093]第二旋转轴上的驱动装置124
[0094]第二联接元件130
[0095]第三旋转轴132
[0096]第三旋转轴上的驱动装置134
[0097]第三联接元件140
[0098]第四旋转轴142
[0099]第四联接元件150
[0100]执行器旋转支点160
[0101]第一末端执行器162
[0102]第二末端执行器163
[0103]第一静止位置164
[0104]第二静止位置166
[0105]拉伸的内部转动170
[0106]平移机械手200
[0107]曲柄元件210
[0108]第一旋转轴A2
[0109]第一联接元件220 [0110]第二旋转轴A3
[0111]第二联接元件230
[0112]第三旋转轴A4
[0113]平移自由度Al
[0114]末端执行器300
【权利要求】
1.用于驱动机械手的方法，所述机械手包括具有至少两个联接元件的元件链，其中第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连，第二联接元件在第三旋转轴上旋转铰接地连接到所述第一联接元件，其中在所述第二旋转轴上设置有用于所述第一联接元件的驱动装置，所述第二联接元件在其与所述第一联接元件相对的末端区域上，优选地在相对的接合中心上，具有执行器旋转支点， 其中所述方法如此设计: 如此驱动所述曲柄元件和所述第一联接元件:所述执行器旋转支点在所述曲柄元件旋转期间按照确定的角度范围停留在静止位置上， 其特征在于， 为了缩短所述执行器旋转支点在所属静止位置上的停留时间，借助在所述第二旋转轴上的驱动装置在所述第一联接元件上施加转矩，所述转矩在期望的停留时间的时期内最大为所述转矩的5%，而这对于在缩短的停留时间情况下实现所述执行器旋转支点的停留而言是必需的。 在第二旋转轴122上而在图4和图5中所描绘的转矩根据本发明最大仅仅为转矩的5%，为了实现具有非缩短停留时间的执行器旋转支点的停留，该转矩是必要的。
2.根据权利要求1所述的用于驱动机械手的方法，其中如此驱动在所述第一旋转轴和在所述第二旋转轴上的驱动装置:将所述执行器旋转支点从第一静止位置移动到第二静止位置，其中所述执行器旋转支点和所述第三旋转轴在所述第一静止位置和所述第二静止位置之间的理论直线连接的各个相对侧的它们各自路径的至少80%上运动。
3.根据权利要求2所述的用于驱动机械手的方法，其中为了实现所述执行器旋转支点从所述第一静止位置运动到所述第二静止位置，还要驱动在用于移动所述第二联接元件的第三旋转轴上的驱动装置。
4.根据权利要求2和3其中之一所述的用于驱动机械手的方法，在所述机械手中第三联接元件在第四旋转轴上可旋转地连接到所述执行器旋转支点，在所述第三联接元件上设置有末端执行器，其中在所述执行器旋转支点从所述第一静止位置到所述第二静止位置的运动中如此转动所述末端执行器:在所述末端执行器的末端区域的加速度小于所述执行器旋转支点的加速度。
5.机械手，所述机械手包括具有至少两个联接元件的元件链，其中第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连，第二联接元件在第三旋转轴上旋转校接地连接到所述第一联接元件，其中在所述第二旋转轴上设置有用于所述第一联接元件的驱动装置，所述第二联接元件在其与所述第一联接元件相对的末端区域上，优选地在相对的接合中心上，具有执行器旋转支点， 其中所述机械手还包括控制装置，通过所述控制装置如此控制所述曲柄元件和所属第一联接元件的驱动装置:所述执行器旋转支点在所述曲柄元件旋转期间按照确定的角度范围停留在静止位置上，并且 为了缩短所述执行器旋转支点在所属静止位置上的停留时间，可以借助在所述第二旋转轴上的驱动装置在所述第一联接元件上施加转矩，所述转矩在期望的停留时间的时期内最大为所述转矩的5%，而这对于在缩短的停留时间情况下实现所述执行器旋转支点的停留而目是必需的。
6.根据权利要求5所述的机械手，其中第三联接元件可绕第四旋转轴旋转地与所述执行器旋转支点相连，第一末端执行器与所述第四联接元件相连。
7.根据权利要求6所述的机械手，其中第四联接元件可绕所述第四旋转轴旋转地与所述执行器旋转支点相连，第二末端执行器与所述第四联接元件相连。
8.根据权利要求7所述的机械手，其中所述第三联接元件和所述第四联接元件每个都设置在驱动轴上，所属传动轴被设置成与所述第四旋转轴共轴。
9.根据权利要求8所述的机械手，其中所述末端执行器中的至少一个在其末端区域具有可绕轴旋转的操作工具，其中所述操作工具和具有驱动单元的传动装置相连，所述传动装置的驱动轴运行时和所述第 四旋转轴平行。
10.根据权利要求8和9其中之一所述的机械手，其中所述驱动轴中的至少一个可沿轴向移动。
11.根据权利要求8至10其中之一所述的机械手，其中所述机械手包括至少一个齿轮传动装置，通过所述齿轮传动装置可以驱动末端执行器的驱动轴中的至少一个。
12.平移机械手，所述平移机械手包括具有第一联接元件的元件链，所述第一联接元件在第二旋转轴上旋转铰接地与受驱动可以绕第一旋转轴转动的曲柄元件相连， 其中可绕第三旋转轴旋转地末端执行器作为第二联接元件连接到第一联接元件，并且 其中所述曲柄元件可以在平移自由度内移动。
13.机械手系统，所述机械手系统包括根据权利要求5至11其中之一所述的机械手以及根据权利要求12所述的平移机械手。
14.用于驱动根据权利要求13所述的机械手系统的方法， 其中借助所述平移机械手如此放置至少一个运送货物:所述运送货物位于所述第一机械手的静止位置区域中，并由所述第一机械手接收位于该位置的所述运送货物，或者其中，位于所述静止位置区域的运送货物由所述第一机械手来放置，并由所述平移机械手来接收。
15.根据权利要求14所述的用于驱动机械手系统的方法，其中所述平移机械手的驱动装置仅仅在其第一旋转轴上实现，以使得所述曲柄元件转动。
【文档编号】B25J9/04GK103648731SQ201280026517
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】托拜厄斯·布雷特, 霍尔格·奎尔奥 申请人:柏林工业大学