一种操作设备的制作方法

1.本发明涉及一种被预先设置用于在操作人员可进入的工作区域中进行操作的操作设备。


背景技术：

2.在此背景下，存在用于保证操作人员或其他操作者的安全的已知的技术方案，其设想监视操作设备周围的区域，并且在当该设备检测到操作者正在接近该设备时，使得该设备处于停止状态或进入慢速操作模式。
3.所讨论的解决方案通常设想在该设备周围的多个位置中放置多个存在传感器，以提供一个或多个监视区域。
4.另一方面，在本领域中还已知为总体上安全地连续进行人机交互而特别预设的操作设备，通常被称为“协作机器人”，其内部集成了各种类型的传感器系统(例如，由力传感器、接近传感器、接触传感器或它们的组合组成)，用于检测和识别操作者通过直接施加在机器人上的动作发出的设备命令。
5.上面提到的第一类已知解决方案具有以下缺点：由于要分配给操作设备的新任务可能经常需要对存在传感器进行重新定位和重新编程以便重新配置监视，因此存在非通用性的缺点。
6.另一方面，协作机器人的解决方案具有呈现高复杂性和相应地高成本的缺点，这是由于使机器人能够直接且即时地与操作者交互的必要手段所致。但是，尚未证明这种解决方案能够满足生产量大的周期运行的工业生产线的需求。
7.最后，文件wo2018/145990a1中披露了一种用于机械臂的监视系统，其将在机械臂周围提供多个存在传感器以限定给定监视区域的解决方案与在机械臂本身的操作单元上提供存在传感器以限定一个相对于该操作单元固定的移动监控区域的解决方案相结合。由于上面讨论的第一类已知解决方案所提到的相同原因，该解决方案也呈现出非通用性的缺点。此外，就保证操作者的高安全性的目的而言，由移动传感器与机器人的操作单元执行的监视动作被证明是远远无效的。
8.在这种情况下，本发明的目的是提供一种能够克服上述缺点的操作设备。
9.上述目的是通过一种具有技术方案1所述特征的操作设备来实现的。
附图说明
10.从下面的描述和附图中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。
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图1示出了本技术所述类型的操作设备的示例的轴测图；
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图2是图1的操作设备的俯视图；
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图3是图1的操作设备的详细视图；
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图4是图1的设备以及工作空间(该设备在其中工作)周围的区域的正视图；
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图5a和5b是图1的操作设备在两个不同的操作条件下的示意图；
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图6示出了本技术所述的操作设备的另一示例；和
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图7示出了本技术所述的操作设备的又一示例。
具体实施方式
18.在下文中，示出了各种具体细节，旨在实现对实施方案的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者在具有其他方法、组件或材料等的情况下获得该实施方案。在一些情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，因此该实施方案的各个方面将不会含糊不清。
19.本技术中使用的附图标记仅出于方便起见，因此不限定保护范围或实施方案的范围。
20.如开始时所预期的，本发明涉及一种被预先设置用于在操作人员可进入的工作区域中进行操作的操作设备。
21.本发明特别参考在食品工业的生产和包装领域中的应用。但是，以下内容中提供的相同教导可以应用于任何其他工业领域。
22.通常，参考图1至图4，本技术所述的操作设备包括机械臂10，该机械臂10在其端部承载有操作单元12。
23.机械臂10包括一连串的臂元件10i(在该示例中以10i、10ii和10iii表示的臂元件)，它们绕各自的旋转轴xi(在该示例中由x1，x2和x3表示的旋转轴)以可旋转的方式彼此安装；并且一连串的臂元件10i分别地或多个元件同时地被驱动以使操作单元12在空间中运动。
24.在所示的示例中，机械臂10是具有六个旋转轴的铰接机械臂。在任何情况下，仅以示例的方式提供所示的机械臂。实际上，本技术描述的操作设备可以设想某种其他类型的机械臂，例如人形机器人，scara机器人等，其可以具有或不具有用于在不同工作站之间移动机器人的第七平移轴。
25.再次参考所示的示例，机械臂10被预先设置为在工作空间l中操作以执行一个或多个任务。
26.如前所述，本技术所述的解决方案已经特别参考食品工业中的生产和包装领域而设计。就此而言，上文所述的任务可以例如涉及产品和/或其部分、和/或包装和/或其部分、和/或生产方式和/或包装方式的处理和/或操纵和/或定位。
27.该操作设备还可以可操作地与其他设备或机器相关联，以执行所涉及的任务，例如传送带、托盘、手推车、工作台等的输送设备，或者其他操作设备。
28.例如，本技术描述的操作设备可以用于拾取和放下产品的操作。
29.通常应注意，本技术描述的操作设备的使用不仅限于食品工业领域，而是可以考虑任何其他领域。
30.本技术描述的操作设备还包括至少一个存在传感器14，用于检测人或物体的存在。如将在下文中更详细地看到的，一个或多个传感器14用以确定监视体积。
31.与现有技术相比，本技术所述的操作设备的特征在于，至少一个存在传感器由机械臂本身通过定位系统承载，尽管机械臂10在工作空间l中运动以执行其任务，该定位系统能够以恒定的方式将存在传感器保持在一个预设定向。
32.通常，所涉及的定位系统包括：支撑件，至少一个存在传感器14被支撑在该支撑件上，该支撑件以可定向的方式安装在机械臂的元件10i上；以及定位单元，其被预先设置用于，通过机械臂的运动，定位单元使支撑件相对于该支撑件所安装处的臂元件10i旋转，从而保持支撑件的定向不变。
33.特别参考所示出的示例，定位系统包括支撑件22，在支撑件22上设置有布置在两条平行列的多个传感器14。特别地，支撑件22由弯曲成u形的板构成，该u形具有基部22a和彼此相对并且正交于基部22a的两个侧部22b。两列传感器安装在板的两侧部22b上。
34.在所示的实施方案中，定位单元包括四杆联动机构24，该四杆联动机构24被限定到机械臂10并承载支撑件22。机构24进行操作以保持支撑件22，并因此保持布置在其上的传感器14为预设定向，从而使两排传感器14在各自的垂直方向z1、z2上延伸，该垂直方向z1、z2在水平方向y上隔开一定距离设置(图2)。传感器14限定了监视体积s1、s2，它们相对于方向y对称并在机械臂10的相对侧上延伸，以便将使其自身覆盖机械臂旁边的从工作空间l的边缘延伸的区域(图4)。
35.特别地，参考图3，四杆联动机构24包括第一杆24i，第一杆24i安装在臂元件10i与臂元件10ii之间的联接接口处，第一杆24i根据水平定向被固定至臂元件10i。机构24还包括第二杆24ii，其安装在臂元件10ii和臂元件10iii之间的联接接口处，并且可相对于两个臂元件均绕旋转轴线x3旋转。在第二杆24ii处，臂元件10iii可旋转地安装在臂元件10ii上。最后，机构24包括第三杆24iii，第三杆24iii在其相对端可旋转地连接到两个杆24i和24ii的端部。
36.杆24ii具有偏心部分24iia，支撑件22固定到该偏心部分24iia。支撑件22定向成使其基部22a水平设置，以便将两排传感器14保持在各自的垂直方向z1、z2上。
37.鉴于前述内容，本领域的技术人员将理解，机构24被预先设置成，通过臂元件10ii绕旋转轴线x2运动，机构24改变其杠杆的构型，以使得支撑件22保持在水平方向。
38.在这方面，图5a和图5b分别示出了在第一状态和第二状态下的机械臂10。在第一状态下，臂元件10ii被设置为相对于竖直方向成大约20
°
的角度。在第二状态下，臂元件10ii设置为相对于竖直方向成大约45
°
的角度。从这些图中清楚地看出，臂元件10ii的位置变化引起机构24中的构型改变，使得支撑件22相对于臂元件10ii旋转以便保持在水平状态。
39.由于传感器14的定位系统的以上操作模式，使得根据工作空间l始终保持了监视体积s1、s2。
40.现在应当注意，所描述的由四杆联动机构24构成的定位单元仅作为示例提供。
41.实际上，可以根据其他配置获得执行保持传感器14的方向不变的功能。
42.例如，根据图6所示的替代实施方案，定位单元由陀螺仪系统44构成，其包括绕旋转轴线i可旋转地安装的转子44i以及可移动框架44ii。可移动框架44ii承载转子44i，并且定义一个或两个振荡轴，在其附近，旋转轴i可以围绕可移动框架44ii在空间中定向。支撑件22固定地安装到承载转子44i的可移动框架的模块上。
43.根据陀螺仪系统的特有操作模式，尽管机械臂10为了执行分配给它的任务而运动，由于转子44i围绕旋转轴线i连续旋转产生的角动量，旋转轴线i以及因此支撑件22保持在预设定向。
44.根据另一变型(在图7中示出)，定位单元包括致动器54和控制单元(未示出)。致动器54用于使支撑件22相对于安装有支撑件22的臂元件运动，控制单元被配置为根据指示该臂元件在空间中的位置的信号，控制致动器54，将支撑件22保持在预设定向。
45.鉴于前述内容，将理解的是，通常，支撑件22和传感器14的前述预设定向将优选地是“水平”方向，使得定位单元将被预先设置为为了保持上述定向不会由于承载支撑件22的臂元件绕一般的非垂直轴的任何运动而改变(顺便提一下，此处的“水平方向”是指支撑件和/或传感器不一定必然水平放置，而是相对于水平面参考，并设想支撑件和传感器的任何一点与该平面之间的距离将固定不变)。另一方面，在臂元件的围绕竖直轴线的运动过程中或直线运动过程中，即在不能改变上述预设定向的运动过程中，定位单元都不会介入。
46.在任何情况下，都可以设想这样的实施方案，其中，支撑件22和传感器14的预设定向可以是其他类型，并且根据上面讨论的方式，定位单元将被预先设置成保持该另一定向。
47.现在将注意到，支撑件22有利地安装到在工作空间l中操作的机械臂10的顶部。这使得可以通过传感器14确定监视体积s1、s2，这可使得在距工作空间l相当远的距离侦查相对较大的区域。
48.通常，本技术描述的解决方案设想确定至少一个监视体积，该监视体积由上述定位系统携带的至少一个存在传感器限定。监视体积的数量、形状和尺寸可能会根据特定的应用而变化。
49.所示示例的监视体积s1、s2通常形状像球体的扇形(图4)。它们各自由一组扇形(s1i、s1ii、s1iii和s2i、s2ii、s2iii)形成，每个扇形部分由单个传感器14确定。
50.具体参考监视体积s1，其包括第一部分s1i、第二部分s1ii和第三部分s1iii，它们分别具有圆锥体的几何形状，并且根据特定角度以它们自身的几何轴定向。该特定角度相对于底板所限定的水平面，从第一部分到第三部分逐渐增加。第一部分s1i被预先设置以识别紧邻工作空间l的操作者的可能存在。第二部分s1ii定义了进入受监控区域的区域a1，该区域a1距工作空间l的距离最远，通过它可以检测到操作者正在接近工作空间。朝向上方的第三部分s1iii被预先设置用于检测接近工作空间l的任何上空的物体(例如，在高架输送系统上，例如高架起重机或悬挂的输送线)。
51.监视体积s2根据相同的方式由部分s2i、s2ii、s2iii形成。
52.鉴于前述内容，显然可以通过将由给定数量的存在传感器14确定的相应数量的部分放在一起来提供任何形状的监视体积。另一方面，也可以提供由单个存在传感器14确定的由单个部分形成的监视体积。
53.传感器14可以是适合于上述目的的任何已知类型。例如，所讨论的传感器可以是用于发射和接收电磁波的模块，其被预先设置用于通过分析接收到的由模块发出并被物体自身反射回该相同模块而产生的电磁波的信号的一个或多个特性来确定物体的位置和/或速度。所讨论的波可以例如是无线电波或微波。leuze公司销售的安全雷达传感器代表了市场上存在的一种适用于上述用途的传感器。另一种类型是由位置和位移激光传感器组成。
54.本领域技术人员将理解，监视体积的(上述)部分由发射器和接收器模块发出的电磁波束确定。因此，这些监视体积的部分的尺寸和几何形状将取决于所用传感器的类型。
55.以本身已知的方式，在操作期间，由设备提供的监视体积用于为可能接近或进入
工作空间l的操作人员建立安全条件。
56.特别地，设备的控制单元100可以被配置为根据来自传感器14的信号来控制机械臂10的不同操作状态。在机械臂10的操作中进行干预的标准和方式可以根据各个国家/地区和各个活动领域当前有效的标准来建立。
57.例如，参照图1至图4所示的应用，该设备的控制单元100可以在传感器14检测到操作者进入区域a1时，根据低速位移模式来控制机械臂10的操作；然后在传感器14检测到在靠近工作空间l的工作区域中存在操作者(监视体积s1i被拦截)时，，控制单元100发出使机械臂10完全停下的指令。
58.当然，在不损害本发明的原理的情况下，相对于纯粹通过非限制性示例在此示出的内容，具体构型和实施方案的细节可以变化，甚至显着地变化，而不由此脱离权利要求所定义的本发明的范围。