机器人支持的物体堆放方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于放置或堆放物体的机器人辅助方法，例如借由机械手堆放工件的方法。
【背景技术】
[0002]在堆放大量均一或同类物体的自动化生产中频繁的呈现问题。例如完整的、已选择性包装好的工件被堆放至用于运输的托盘上，或半成品工件被堆放至一个(临时的)贮存位置以在后续时期进一步处理。一个类似的作业是具有待运输物体的盒子和货箱的装卸。具有很大程度上的自由度(机械手)、能够按照实际需求放置物体的工业机器人被用于批量生产中以实现这一目的。
[0003]DE 40 18 684 C2公开一种适合这种目的的简单机器人。一个可进一步分离、长度可变的枢转臂被设置在竖直的圆柱上。一个分离的、用于操作的物体抓具设置在臂的末端。
[0004]工业机器人的机器人控制通常被编程，以便所谓“工具中心点”(toll centerpoint, TCP)在预先设定的轨道运行、预先计划，借由很多方法规划运动路径。计划轨道和依照路径的搬运作业(例如，拾取器具，释放器具)被统指为机器人编程。机器人编程通常适用于被操作的物体。因此机器人控制需要“知道”，例如何时堆放物体、物体有多高以将下一个物体放置在前一个上。假设第一个物体(例如，内部包装有易碎物体或食物产品的盒子)被放置在地上而该物体为20cm高。然后机器人必须如此放置下一个物体:在放下物体之前使物体底面高于地面20cm高度。再下一个物体则要被放置在高于地面40cm以被放置在前一个物体之上，等等。相似的，当将物体放置入罩体或包装时，机器人需要“知道”罩体或包装的形状和位置。用于实现此类功能的机器人被称为“堆积机器人”。
[0005]上述描述概括出一个理想的情况，在该种情况下待放置或堆积物体的尺寸，和罩体尺寸都必须知道并被严格遵循。如果，例如，物体的实际高度不同于指定尺寸，当机械手放下下一个物体时可能会碰撞前一个物体(如果它的高度大于指定高度)或者物体可能会被太早释放而落在前一个物体之上(如果它的高度小于指定高度)。各个物体的尺寸差异在堆垛中会累积。为了避免碰撞，机器人程序可以如此设置:一个物体总是在比理想状态下的放置水平高出一个特定距离时被释放。在该种情况下，不管怎样物体总会下落一个较短的距离。在很多应用中，把物体投下一较短距离(些许毫米并无大碍，然而有一些应用中，待操作的物体必须被小心轻放并且“轻柔”的操作是必须的。这种“轻柔”的操作是不可能用传统机器人来实现的(没有复杂的和/或昂贵的出、外加的传感器系统)因为机器人控制控制机械手从而所谓“工具中心点”TCP沿着移动路径移动(例如点对点)至准确的终点(指定的位置)；机器人因此总是移动至(先前)定义的确定位置而不能考虑(随机)被操作的物体的偏离和公差。
【发明内容】
[0006]因此本发明要解决的技术问题是找到一种方法，该方法允许“轻柔”的定位和物品堆积。该种方法对于实际尺寸的变化和物体的目标位置而言是稳定的。尤其是，所述物体会被放置至接触并且不会落下。该问题由权利要求1所述的方法解决，所述方法的不同实施例是附属权利要求的主题。
[0007]—种用于放置，尤其是堆积，物体的方法被描述了。所述方法借由具有外加驱动器的机械手执行，所述外加驱动器设置在机械手和待放置物体之间。在本发明的一个实施例中，所述方法包括拾取物体、借由机械手移动物体至一临近放置表面的起始位置，该放置表面用于定位并放置物体。该方法还进一步包括借由机械手将物体朝向放置表面移动。所述驱动器被控制以使驱动力弥补物体的重量或调整驱动力以使一可调节的最小净驱动力作用的驱动器的一个终止端(在临界状态下可为0)。驱动器的偏移被进一步检测且偏移的变化被探测。在检测到驱动器偏移的变化时，机械手的移动被停止，在此物体被释放。
[0008]在本发明更进一步的实施例中，该方法包括控制驱动器以使垂直方向上的驱动力与物体的重力一致；包括如果驱动器的偏移至少变化了一预定义的值则发起安全措施。
[0009]进一步的，提供一种用于放置物体的装置。在本发明进一步的实施例中，该装置包括一具有可在水平面内移动的机械臂和用于在垂直方向上定位机械臂的提升装置的机械手。该装置进一步包括设置在工件和待放置物体之间的驱动器和用于控制驱动器以使垂直方向上的驱动力大约弥补物体的重力的机器人控制。该机器人控制还用于监控驱动器的偏移和在偏移超出一预定义值的同时发起安全措施。
【附图说明】
[0010]本发明将参照附图进行更详细的解释。附图和进一步的描述能够帮助理解该发明。展示的细节无需被理解为对本发明的限制；相反的用于展示本案潜在的原理。如图所不ο
[0011]图1适用于堆积或放置物体的工业机器人示例；
[0012]图2 —设置在机器人上的驱动器，机械地设置在机器人和待操作的物体之间，以允许机器人和物体之间近乎无静摩擦的相对移动。
[0013]图3示意性地，堆积作业的第一部分；
[0014]图4示意性地，堆积作业的第二部分；
[0015]图5驱动器重力补偿的压力调节示意图；和
[0016]图6实施例描述的可能的紧急停止情形的示意图。
【具体实施方式】
[0017]相同的标号代表具有相同或类似意义的相同或类似的元件。
[0018]—种适于应对先前提到的堆积和放置工作的机械手(机器人)如图1所示。该机械手10包括借由举升装置而可以在竖直方向上沿固定的柱体11上下移动的机械臂12。在本实施例中，所述柱体稳固地与底座15连接，该底座15可以相应地稳固地固定在地板或者地基上。在本实施例中，机械臂12包括两个连接部13和14，机械臂通过连接部14以铰接的方式连接至举升装置。所述连接部13连接机械臂的两个部分(上臂或近段，下臂或远段)。所述连接部13和14的设计使得机械臂能够在水平面移动。该水平面的竖直位置可由举升装置固定。一驱动器20安装在与连接处14相对的机械臂末端并能相较于机械臂执行小范围的竖直移动Z.。可选择地，该驱动器20也能够以铰接的方式可旋转地连接在机械臂12上，从而驱动器20能够沿其自身(纵向)轴线(枢轴16)旋转。该驱动器20将一器具(例如夹子)连接至机械臂，该器具相较于机械臂的竖直位置ZRa (驱动器的偏移)可以经由驱动器20调整。
[0019]特别地，该驱动器20没有静态摩擦，该种连接的没有静态摩擦可以理解为作用在驱动器的可移动部件之间的静态摩擦小到忽略不计，尤其是小于实际驱动力的5%。所谓驱动力是驱动器20施加在器具(例如夹子)上的力。
[0020]所述驱动器20是可以设计成为线性致动器，例如电力直接驱动装置或者气压传动装置。采用气压传动装置时，驱动器的使用没有(静态)摩擦力或几乎没有摩擦力，例如与产生回复力的弹簧元件相反作动的波纹管气缸或气动肌肉。驱动器20也可具有双作用气缸。在这种情况下，不再需要弹簧来产生一回复力。在定位工作时，特别是在堆积物体时，作用在驱动器可移动部件之间的静摩擦是不确定的。波纹管气缸或气动肌肉自身不存在静摩擦因为没有部件相对于另一个部件相互产生滑动。气缸的缸内也具有可以忽略不计的静摩擦。换句话说，在200牛顿最大驱动力的情况下，只需克服静摩擦(例如，静摩擦为最大驱动力的1%)共计2牛顿。具有如此小静摩擦的驱动器被称为“无静摩擦”驱动器。传统的驱动器贡献大约20倍于静摩擦的力。为了避免(明