使用机器人管理进行储存以及处理多种零件形状的方法及系统的制作方法
【专利说明】使用机器人管理进行储存以及处理多种零件形状的方法及系统
[0001]相关申请案/优先权
[0002]本申请请求2013年4月29日申请的美国第61/816927号临时专利申请案为优先权，该专利的说明在此加入作为参考。
技术领域
[0003]本申请所公开以及请求的发明构思一般涉及机器人制造以及CNC数值加工机，尤其涉及CNC数值加工机的机器人管理。
【背景技术】
[0004]本发明涉及机器人系统。更具体地说机器人系统能够由从零件货架区域抓持零件，提交零件至作业区域，可选择性地一次或多次重新置放以及重新提交零件至作业区域以及再存储零件回到货架区域。
[0005]在业界零件处理的机器人系统为人所熟知。该机器人系统典型的为ABB Robotics的IRB-140。IRB-140为六轴机器人手臂。作为零件处理应用，IRB-140通常配置支臂器具端部(Ε0ΑΤ)安装于机器人的手臂端部。Ε0ΑΤ可操作来抓取零件，以及将其从一个位置移动到另一个位置。
[0006]由于机器人可以快速地移动以及功能强大出乎预期，通常提供保护性防护。在机器人周围防护可防止人们进入机器人可能碰击和伤害人们的区域。通常，提供进入防护区域的出入门以及配备感应器，使得当出入门打开时，防止机器人移动。
[0007]机器人零件处理一般应用是CNC数值加工机管理。CNC数值加工机通常将材料从一零件切割形成新形状的零件。零件几乎为无限种类的形状以及大小。零件通常置于以及通过夹具或其他构件牢固地夹住以固定零件于CNC数值加工机中。夹具通常具有可替换，可机械加工的规定。夹爪通常可加工以与零件的形状匹配，由于其将被固定进行第一次机器加工操作。在许多情况下，零件需要第二次机器加工操作。对于第二次加工操作，零件通常固定于使用在第一次操作中加工的零件的表面的夹具中。因为在第一次操作之后，零件形状通常会改变，第一次操作后与零件形状匹配的第二组夹爪固定在第二夹具中，其通常需要固定零件用于第二次操作。
[0008]CNC数值加工机管理应用中，零件通常穿过出入门放在位于机器人防护区域内的零件货架区域内。当货架区填满零件以及出入门关紧时，操作员将传送信号给系统以开始作业。零件货架区域通常被设计为精确放置各零件于精确的位置以便收集整理。机器人的Ε0ΑΤ通常设计以配合零件的形状，使得零件能够精确地定位以由货架上取出以及精确地放置于CNC数值加工机夹具中。在许多情况下，用于放置用于第一次操作的零件的机器人Ε0ΑΤ并不适合将零件从第一次操作移动至第二次操作。此外，在许多情况下，机器人使用第三Ε0ΑΤ，移动离开第二操作的配件和回到零件货架。每一机器人Ε0ΑΤ通常是订制的并且通常具有比CNC数值加工机中所使用夹爪高的成本。如果具有不同尺寸的新零件加入CNC数值加工机管理应用中，则必须制作新零件货架，机器人程式设计，EOATs以及CNC数值加工机夹具。
[0009]为了管理多个EOATs，机器人通常以两种方式之一配置:多个附接至机器人手臂端部的Ε0ΑΤ或机器人Ε0ΑΤ变换器。多个EOATs具有增加重量至机器人手臂端部的缺点。额外的重量可能需要更大更昂贵的机器人。机器人Ε0ΑΤ变换器重量较轻，但通常是较昂贵的替代物。
[0010]实施机器人CNC数值加工机管理应用可能会非常昂贵。机器人的费用包括围篱，门以及其他安全设备；零件货架，多个EOATs，器具变换器以及其他的设备需固定，撷取以及定位零件。机器人设备的成本通常相似于CNC数值加工机以及夹具之成本。但是，设计零件货架，EOATs,防护以及程式设计的工程费用通常是远远高于设计以及程式设计人工载入零件的工程成本。机器人技术工程师的成本一般是CNC数值加工机程式设计师的两到四倍。
[0011]对于一般CNC数值加工机管理的应用，具有单一零件的整个系统的机器人工程以及实施费用在2万元至10多万元范围内。然而夹爪以及单一零件的CNC数值加工机工程以及实施费用通常小于1，000美元。添加新的不同零件至现有机器人管理应用会引起零件货架，Ε0ΑΤ以及机器人程式设计之新机器人的工程费用，约为$5000到超过$100000。在许多情况下，在机器人管理应用中一个零件与另外一个零件之间切换设定时间需要机器人工程师许多工作小时并且价格过高。然而在现代CNC数值加工机中，一个零件与另外一个零件之间切换的设定时间通常小于1个小时，能够由廉价的受过训练的操作员工进行。
[0012]在一些应用中，因为速度，精度或安全的要求，人工不能代替机器人，。在CNC数值加工机管理应用中，这通常不是个案。CNC数值加工机管理通常是由人工进行的。在CNC数值加工机管理应用中在决定使用人工或机器人时，成本和投资回报率几乎总是决定的关键。然而对于大多数应用，机器人工程成本太高以至于不能在在预期寿命内分期偿还。
[0013]因此需要一种机器人系统，能够管理各种各样零件，以具有最小工程成本以及每次零件操作的最低设定成本。因为大多数的制造设施雇用相对较低成本的CNC数值加工机程式师而非机器人工程师，所以机器人系统应该很容易地被CNC数值加工机程式师而非机器人程式设计师适用于广泛的零件。
[0014]另外一个机器人管理系统包含固定零件至托架的货架系统。Erowa RobtCompact (ERC)是典型的系统。而不是固定工作件的货架，ERC储存托架于系统货架中。操作员固定每一零件于托架，放置托架于ERC内。所有托架储存于货架系统中的精确位置并且对ERC Ε0ΑΤ具有共同的界面。托架位置预先界定出以及并不需要改变Ε0ΑΤ以处理不同的零件，ERC克服了机器人管理系统直接挑选零件离开货架的主要缺点，每一零件并不需要订制的Ε0ΑΤ，也不需要管理不同零件至CNC数值加工机的订制程式设计。
[0015]然而，这样的系统存在至少两个缺点:载入每一零件到托架上所需要的人工费用及托架费用和储存要求。托架通常包含订制的配件以固定每一零件至托架。包含订制的配件的每一托架的费用在250美元至1000美元以上范围内。大部份零件通常需要两个不同的加工操作，每一操作利用两种不同类型的配件。对于拥有50个托架的系统，安装管理50个两个操作单一零件系统的配置费用在25000美元到超过100，000美元的范围内，相较于一般人工加载零件为1000美元。此外，在该类型系统中，操作员必须载入和固定每一零件至托架进行加工，之后在完成时解除固定和卸除每一零件，因而在传统机器人管理系统中机器人撷取零件，操作员只需要放置零件于机器加工货架上以及加工后由货架取出零件。
[0016]因此存在需要一种机器人系统，能够以最小的工程成本以及最低的各零件设定费用管理各种各样的零件。所需要加载以及卸除系统的人工最少。因为大部份制造设备采用相当低成本的CNC数值加工机程式师而不是机器人工程师，所以机器人系统应该很容易地通过CNC数值加工机程式师而非机器人程式设计师适用于各种各样的零件。
【发明内容】
[0017]本发明目的在于能够使并不熟悉专利或法律条款或语词的公众，尤其是科学家，工程师以及从业人员由粗略的检查而迅速地确定本申请技术内容的性质以及本质。摘要并不旨在界定本申请由权利要求书限定的发明构思，也不是想要以任何方式限制本发明概念的范围。
[0018]业界熟知此技术者能够由下列详细说明本发明概念的优先实施例立即地了解目前所揭示以及请求专利范围之发明概念的其他特点以及优点，其简单地通过实施本发明概念显示出所考虑的最佳模式。人们了解本发明概念在各方面能够改变而并不会脱离本发明概念。因而，优先实施例的说明以及附图视为列举性质以及并非作为限制性质。
[0019]所揭示内容为使用机器人管理CNC数值加工机的方法。所谓管理系指供应要被处理的零件至CNC数值加工机，在其中进行处理零件。〃处理〃系指在制造零件中通常进行一些步骤。处理可以包括加工，钻孔，EDM(放电加工)，研磨，焊接，喷砂，抛光，以及其他加工处理，其通过CNC数值加工机进行。
[0020]所揭示方法包含步骤为:提供零件夹持夹爪，其设计作为夹持零件。零件夹爪具有至少一个左夹爪以及右夹爪以及夹爪可展开以及闭合。在工业界中一些装置包含具有三个零件之夹爪，以及该三个零件之夹爪属于在此加所揭示本发明概念范围内。假如零件为圆形的零件，所提供外形为两个凹环结构，其安装在圆形零件直径四周。圆形零件亦可被一个夹爪上两个凸出柱状物所夹持，其操作相对于另一个夹爪上两个凸出柱状物。除了具有夹持外形以夹持零件的外径，一些零件最好使用零件内侧特征加以夹持，以及亦可提供内径夹持外形。零件夹爪具有第一侧边以及第二侧边，第一侧边中夹持外形能够视为零件零件夹持外形的顶部侧边。
[0021]所述方法包括提供机械臂支臂器具端部(Ε0ΑΤ)。Ε0ΑΤ配置成接合零件夹持颚夹之左及右夹爪。其亦能够移动左及右夹爪在一起或分开以夹持要被处理零件于零件夹持外形中。Ε0ΑΤ能够是安装在夹爪每一凹口中叉状物，例如两个分叉在Ε0ΑΤ每一侧边上，一个分叉使用其他结构，其夹持左及右夹爪以及能够使Ε0ΑΤ移动左及右夹爪分开或闭合。假如Ε0ΑΤ使用分叉以接合零件夹持颚夹，零件夹持颚夹提供通道，Ε0ΑΤ之叉状物安装其中。
[0022]方法的下一步为放置要被处理的零件于CNC数值加工机中，其位于利用所附接Ε0ΑΤ机械臂撷取的位置。零件能够放置于例如货架中，该处放置数打该零件，或在自动再储存的单一位置中。如果机械臂知道每一零件在货架中的位置，其能够依次地擷取每一零件以及将其移动至CN