专利名称：并联运动机器人及控制该机器人的方法
技术领域：
本发明涉及用于在空间中移动物体的工业机器人。该物体例如是工具或者工件。这种机器人包括用于移动该物体的机械手(manipulator)和控制设备。该机械手包括并联运动机械手，其具有至少三个臂，每个臂包括一个连杆装置。该机械手包括由这三个臂共同支撑的平台。每个臂与一个致动器相关联，以移动该臂的连杆，从而实现该平台的运动。该平台的任务是直接或间接地支撑或大或小的工具或工件，用来移动、测量、处理、工作、连接等。具体地，该机械手意图用于制造工业，而且在海港或飞机场传送货物或者供乘客通行的轨道也可能是要讨论的。
背景技术：
工业机器人包括机械手和控制单元，该控制单元具有用于自动地操作该机械手的装置。存在不同类型的机械手，例如串联运动机械手和并联运动机械手。
并联运动机械手(PKM)定义为包括至少一个静止元件、代表平台的可移动元件和至少两个臂的机械手。每个臂包括一个连接到可移动平台的连杆装置。每个臂由优选地设置在静止元件上的驱动装置所致动，以减小运动质量。这些连杆装置将力传送到可移动平台。对于用于以三个自由度，例如沿迪卡尔坐标系统中的x、y和z方向移动平台的、完全建立好的并联运动机械手，需要三个并联工作臂。为了获得具有大承载能力和重量轻的刚性臂系统，并联运动机械手的臂应该总共具有六个连杆。这意味着这些臂必须在它们之间共用六个连杆，并且这只能由某种组合形式而实现。
当在机械手应用中需要矩形工作空间时，现在使用所谓的门架式机械手。这些机械手操纵通常具有三个自由度的平台x、y、z。这些机械手构成三个串联的线性轨道(path)，可移动单元沿x、y和z方向在其上移动。
国际专利申请WO02/34480公开了一种门架型工业机器人，其包括平台，设置成用于承载物体；第一臂，设置成用于以第一运动影响该平台，并包括第一致动器，其具有第一轨道和沿着该第一轨道线性移动的第一滑架；和至少两个连杆，每个连杆包括设置在该平台上的外接头和设置在第一滑架上的内接头；第二臂，设置成以第二运动影响该平台，并包括第二致动器，其具有第二轨道和沿着该第二轨道线性移动的第二滑架；和两个连杆，每个连杆包括设置在该平台中的外接头和设置在第二滑架中的内接头；以及第三臂，设置成以第三运动影响该平台，并包括第三致动器和至少一个连杆，该连杆包括设置在该平台中的外接头和连接到该第三致动器的内接头。当机械手具有四个自由度时，该臂支撑转动轴。在该文件中公开了一种机器人，这些臂在它们之间以3/2/1的组合形式共用六个连杆。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的工业机器人，其包括并联运动机械手。
根据本发明的一个方面，该目的通过如权利要求1所述的工业机器人来实现。
至少其中一个连杆设置为长度可调节，并且包括一个用于控制连杆长度的线性致动器。用于控制连杆长度的线性致动器适于根据机器人的控制单元发出的控制信号而改变该连杆的轴向长度。例如，线性致动器用于沿x、y或z方向控制该平台的运动，或者用于调整该平台的倾斜角从而增加机器人的自由度的数目。将用于控制连杆长度的线性致动器集成在连杆中在高刚度比高速度和高加速度更为重要的应用中特别有用。这种机器人应用的例子是对例如钢和铁的硬金属进行钻孔、切削、滚压和研磨。
若该机械手的其中一个连杆由长度可调节的连杆所替换时，提供多种用于提高机械手刚度的可能性。例如，若自由度超过所需数目，通过控制机器人配置即连杆结构的配置，所获得的额外的自由度能够用于提高机器人的刚度。期望优化连杆结构的配置，以实现尽可能最高的刚度。例如，时刻调节连杆，以提高连杆结构的刚度。
所获得的用于提高机械手刚度的一个可能性是测量在轨道中由于工具力而产生的应力。这些应力值用于计算直线轨道上的弯曲扭矩以及在连杆中增加的轴向力。借助直线轨道和连杆的弹性运动模型，计算连杆长度所需要进行的调节，以便于补偿由于机器人结构的弹性所导致的TPC(Tool Center Pont，工具中心浮起)。连杆长度基于所计算的调节值而调节。由此可能不仅补偿了力的低频变化，而且可能补偿研磨过程中的颤振或钻孔过程中的颤动等现象。
根据本发明的一个实施方式，第三臂的连杆设置成长度可调节并包括用于控制该连杆长度的线性致动器。为第三臂的连杆设置用于控制该连杆长度的线性致动器使得其能够控制连杆的倾斜度，以便于使得机器人相对于工具力最大化机器人的刚度。当倾斜度变化时，连杆的长度根据连接到该平台的外接头和连接到移动该连杆的致动器上的内接头之间的距离而调节。为了获得尽可能最高的刚度，连杆和直线轨道之间的角度将优选地约为90°，并且第三臂的连杆和其它臂的连杆之间的角度将优选地约为90°。从而，这个实施方式使得其能够以这种方式控制第三臂的连杆连杆和和直线轨道之间的角度接近于90°，和/或第三臂的连杆和其它臂的连杆之间的角度接近于90°。
根据本发明的一个实施方式，第一和第二致动器的至少其中一个包括直线轨道和能够沿着该轨道直线地移动的滑架，第三臂的连杆包括连接到该滑架的内接头。在此实施方式中，线性致动器用于主要在z方向上控制该平台的运动。这个实施方式能够在第一和/或第二臂的上部和下部接头之间具有大的距离，这减小了这些连杆上由工具力所产生的力，从而提高了机械手的刚度。该实施方式的另一优点在于其不需要三个直线轨道，这使得该机器人更便宜并且体积更小。对于例如机翼部件或风力叶片的非常长的物体而言，沿着该物体的全长具有三个甚至两个平行的直线轨道由于线性致动器的成本原因是不利的。更为节约成本的方案是使用两个轨道，或者仅使用一个轨道来覆盖该物体的全长，而使用由该轨道所承载的线性致动器。该线性致动器通过调节第三臂的连杆长度而控制该平台的运动。
根据本发明的一个实施方式，第一致动器包括第一轨道和沿着该第一轨道能够直线地移动的第一滑架，并且所述三个连杆的所述内接头连接到该第一滑架，所述第二致动器包括第二轨道和沿着该第二轨道能够直线地移动的第二滑架，并且所述两个连杆的所述内接头连接到该第二滑架，并且该第二轨道安装在该第一滑架上，第三臂的所述连杆包括连接到第二滑架的内接头。这个实施方式仅需要一个轨道覆盖该物体的长度，从而对于包括处理非常长的物体的应用而言，这是特别有用的。
根据本发明的一个方面，第一致动器包括第一轨道和沿着该第一轨道能够直线地移动的第一滑架，并且所述三个连杆的所述内接头连接到该第一滑架，所述第二致动器包括第二轨道和沿着该第二轨道能够直线地移动的第二滑架，并且所述两个连杆的所述内接头连接到该第二滑架，并且所述第三臂包括具有第三轨道和沿着该第三轨道能够直线地移动的第三滑架，第三臂的所述连杆包括连接到第三滑架的内接头。在该实施方式中，控制连杆长度的线性致动器主要在z方向上控制该平台的运动，沿着第三轨道能够直线移动的第三致动器控制该连杆的倾斜，以便于提高机械手的刚度。从而，第三臂是冗余的，这就是说致动器的个数多于移动该平台所操纵的自由度的数目。该冗余性用于提高机械手的刚度。
根据本发明的一个实施方式，该机械手包括至少两个设置成长度可调节的连杆，并包括用于控制该连杆长度的线性致动器。由此，能够提高机械手的刚度，同时改变该平台的方向。例如，两个设置成长度可调节的连杆的其中一个是第三臂的连杆。为了实现该平台在一个自由度上的倾斜，例如第二臂的其中一个连杆或者第一臂的其中一个连杆设置成长度可调节。为了实现该平台在两个自由度上倾斜，例如第二臂的其中一个连杆和第一臂的其中一个连杆设置成长度可调节。为了实现该平台在三个自由度上倾斜，例如第二臂的其中一个连杆和第一臂的其中两个连杆设置成长度可调节。
根据本发明的一个实施方式，该第一臂的所述三个连杆的至少其中一个设置成长度可调节，并包括用于控制该连杆长度的线性致动器。在该实施方式中，该线性致动器用于控制该平台的倾斜角。该实施方式的优点在于其使得能够操纵该平台的方向，而不会损失刚度。可选形式是将串联运动腕部组件安装在该平台上以转动和/或倾斜安装在该平台上的工具或工件。然而，这种串联腕部将很重并且具有较低的刚度。另一方面，使用用于控制连杆长度的致动器，将不会增加平台重量并且其容易设计成具有高刚度。
根据本发明的一个实施方式，该第二臂的所述两个连杆的至少其中一个设置成长度可调节，并包括用于控制该连杆长度的线性致动器。在该实施方式中，该线性致动器用于控制平台的倾斜角。
根据本发明的另一方面，该目的由在权利要求9中描述的方法所实现。
提出了一种方法，用于控制工业机器人，其中该第三臂包括轨道和能够沿着该轨道直线移动的滑架，一个连杆包括连接到该平台的外接头和连接到该第三滑架的内接头，并且该第三臂的连杆设置成长度可调节并包括用于控制该连杆长度的线性致动器。该第三臂的单个连杆的线性致动器提供了额外的自由度并且能够用于通过控制机器人配置而提高机器人的刚度。该方法包括沿着该轨道控制该第三臂的滑架的运动，由此控制第三臂的连杆的倾斜度，以便于提高该机器人相对于工具力的刚度，并且基于第三滑架的位置和该平台的所需位置而调节第三臂的连杆长度。由此提高该机器人的刚度。
根据本发明的一个实施方式，该方法包括确定第三臂的连杆和该机器人的其它连杆的至少其中一个之间的角度，并且基于该角度而沿着第三轨道控制该第三滑架的运动，以获得第三臂的连杆和其它连杆之间的有利于机器人刚度的期望角度。优选地，第三滑架的运动控制为使得第三臂的连杆和其它连杆之间的角度变得尽可能接近于90°。从而，提高机械手的刚度。
根据本发明的一个实施方式，该方法包括确定第三臂的连杆和该第三轨道之间的角度，并且基于该角度而沿着第三轨道控制该第三滑架的运动，以获得第三臂的连杆和第三轨道之间的有利于机器人刚度的期望角度。优选地，第三臂的连杆和第三轨道之间的期望角度变得尽可能接近于90°。从而，提高机械手的刚度。
根据本发明的另一方面，该目的由能够直接装载到计算机或处理器的内存中的计算机程序所实现，其包括软件代码部分，当所述程序在计算机上运行时，其用于执行根据本发明的方法的步骤的软件代码部分。计算机程序或者设置在计算机可读介质上，或者例如通过Internet提供。
根据本发明的另一方面，该目的由其上记录有程序的计算机可读介质所实现，当所述程序在计算机上运行时，该程序使得计算机执行根据本发明的方法的步骤。
根据本发明的另一方面，该目的由在权利要求15中所述的工业机器人所实现。线性致动器安装在第一和第二滑架的其中一个上，而不是将线性致动器集成到连杆中，以相对于滑架直线地移动连杆的外接头。线性致动器通过移动连杆的外接头而致动该平台，而不是改变连杆的长度，像本发明的前述实施方式中那样。该机器人的优点在于，线性致动器未将任何惯量增加到连杆结构上，从而在需要高速度和高加速度的应用中是有用的，例如在对铝、塑料、和木头等较软材料进行研磨、钻孔和修边的应用中。该方案对于机械手的高速度和高加速度比刚度更为重要的应用中特别有用。
现在将借助对本发明不同实施方式的描述并参照附图更详细地解释本发明。
图1示出具有连杆的工业机器人的实施例，该连杆带有用于改变连杆长度的线性致动器。
图2a-b示出用于改变连杆长度的线性致动器的两个例子。
图3示出用于控制机器人配置以提高该机器人刚度的方法的实施例。
图4-9示出具有连杆的工业机器人的另一实施例，该连杆带有用于改变连杆长度的线性致动器。
图10-11示出具有三个臂的工业机器人的两个实施方式，这三个臂各具有两个连杆。
图12-13示出工业机器人的两个实施例，其具有单独的线性致动器，该线性致动器安装在第一和第二滑架的其中一个上，以相对于滑架直线地移动该连杆的外接头。
图14-16示出并联运动机械手的不同实施例。
图17示出工业机器人的例子，其对于处理非常长的物体是有用的。
具体实施例方式
图1示出根据本发明第一实施方式的并联运动机械手(PKM)。该机械手包括两个直线轨道1和2，其一起形成了平行于世界坐标系的xwyw平面的平面。在轨道1上有滑架4，其例如由马达驱动滚珠丝杠线性模块、马达驱动带式传动机构、齿轮齿条驱动、直接驱动直线马达、气压缸或液压缸所致动而沿着轨道1移动。滑架5以同样的方式沿着轨道2所致动。该机械手还包括自线轨道3和沿着轨道3被致动的滑架6。轨道3平行于轨道1和2，并且在ywzw平面内与轨道1和2一起形成三角形的形状。
机器人还包括用于承载物体的平台16。该物体例如为工具。每个滑架4、5和6由一个臂连接到平台16，滑架4由第一臂7、滑架5由第二臂8、而滑架6由第三臂9连接到平台16。第一臂7包括三个平行连杆10、11、12。在连杆的每一端具有接头。从而，连杆10具有内接头10a和外接头10b，连杆11具有内接头11a和外接头11b，连杆12具有内接头12a和外接头12b。臂8包括两个平行连杆13和14，并且如同臂7那样这些连杆具有内接头和外接头，连杆13的是13a和13b，连杆14的是14a和14b。最后，臂9仅具有一个连杆15，其具有内接头15a和外接头15b。接头13a、13b、14a、14b、15a、15b必须具有至少两个自由度，下面简称为DOF。
轨道1上的滑架4承载平行连杆10、11和12，并且这些连杆由接头10a、11a和12a安装在滑架上。在另一端，连杆由接头10b、11b和12b安装在平台16上，这些接头都具有至少2个DOF。轨道2上的滑架5由接头13a和14a连接到连杆13和14，连杆的另一端由接头13b和14b连接到移动平台16。最后，轨道3上的滑架6由接头15a连接到连杆15，连杆15由接头15b连接到移动平台。所有接头必须具有至少两个DOF，但是为了获得非冗余的机械系统，在每个连杆一端的至少一个接头应该具有三个DOF。
如图1所示，三个线性致动器10c、13c、和15c集成到机械手的连杆结构中。该线性致动器实现为具有例如滚珠丝杠、齿轮齿条或带式传动系统。每个连杆10、13和15装备有线性致动器10c、13c、和15c，用于控制该连杆的长度。这些连杆将在连杆的轴向上施加力，并且将调整连杆每一端接头之间的距离。该致动将改变移动平台16的位置和方向。从而，线性致动器15c将上下移动平台，并且线性致动器10c和13c将改变平台的倾斜角。若连杆11中具有线性致动器，则其将能够绕图中世界坐标系的Zw轴转动该移动平台。
根据本发明的机器人包括具有存储器、一个或多个处理器和控制机器人的运动所必须的其它装备的控制单元(未示出)。该控制单元包括用于执行根据本发明的方法的步骤的软件。
在本发明的另一实施方式中，取下了致动器10c和13c，并且机械手仅包括线性致动器15c。
集成到连杆中以改变连杆长度的线性致动器能够以不同方式制造。图2a-b示出两种可能形式。图2a中，致动器15c包括马达15c1，其具有中空转子轴，连杆15能够穿过该转子轴。连杆长度由马达15c1所控制。借助滚珠丝杠的构思，马达转子的转动将迫使连杆15穿过转子而移动，并且接头15a和15b之间的距离将会变化。连杆15自身在该情形中是螺纹，并且球链(ball chain)位于中空转子轴之内。这种设计的优点在于，对于接头15a和15b之间的距离控制的工作范围是非常大的。然而，接头15a和15b必须能够处理由滚珠丝杠所产生的扭矩，并且必须设计为比机器人中其他接头更为坚固。一种消除该扭矩的方法是使用如图2b中所示的滑动机构，其具有线性轴承以解决滚珠丝杠机构产生扭矩的问题。图2b中致动器15c2包括滚珠丝杠机构的滚珠部分以及线性轴承以防止丝杠绕其自身轴线转动。若使用气压或液压致动器而不是滚珠丝杠机械，在连杆15上将不会产生扭矩，并且沿着15的长度将不需要线性轴承。当然，能够使用其它机构来改变接头15a和15b之间的距离，例如连接到带式传动机构或直接驱动直线马达的连杆。对于微操纵而言，还可使用压电线性驱动器。
图3是示出根据本发明的实施方式的方法和计算机程序产品的流程图。将要理解的是，流程图的每个框都能够由计算机程序指令来实现。参照图1中公开的机械手来描述该方法。图3示出当通过控制机器人的配置而提高机器人的刚度时，用于处理直线连杆致动器的冗余性的方法的实现。从而，当在框90中机械手的运动开始时，在框91中执行运动计算，不仅计算期望的致动器位置来得到预定的移动平台位置，还计算机器人连杆之间的角度。机器人能够设计为用于最大刚度模式，或者用于最小扭矩模式，框92。
在最大刚度模式中，在框93中计算连杆15与其余连杆10-14之间的角度与90度的偏差，并且若该偏差的绝对值大于零，在框94中，在被致动的滑架6和致动器15c的工作范围以及这些致动器单元的运动动力参数的给定约束条件下，计算滑架6的位置和连杆15的连杆长度以给出尽可能小的与90度的偏差值。在框97中，用于滑架6和致动器15c的这些值然后用作对机器人的下一增量运动进行控制的位置参考。对于下一运动增量，该过程从91开始重复，并且应该观察到，现在与90度偏差的最小连杆角度的旧值能够用作计算滑架6的位置和连杆15的长度的起点。
若使用滑架6的致动最小扭矩的策略，在框95和96中，对连杆15和轨道13之间的角度进行同样类型的计算。若该角度保持为0度，滑架6的致动将需要具有足够的动力以克服滑架6和轨道3之间的线性轴承摩擦。
图4示出了线性致动器10c和13c如何能够也用于其中连杆11和12连接到滑架4上的共用接头11a+12a的机器人中。该接头设置的优点在于能够重新设置整个机器人结构，以沿相反的方向工作，这将增大给定长度的直线轨道的工作空间。如图1所示，致动器10c和13c将控制移动平台16的倾斜角。
图5中，更容易理解图2中的连杆结构，此外，接头11a和12a在Zw方向分开，以获得该连杆结构的非冗余组件。与图2相比，另一不同在于，连杆13中的线性致动器13c由连杆14中的线性致动器14c所替代。然而功能是相同的，线性致动器10c和14c用于调整移动平台16的倾斜角。该移动平台绘制为一个运动结构，其优点在于当该结构装配好并且致动器10c和14c位于其工作范围的中间时，使直线23、62、63和64平行以具有尽可能最大的工作空间。
图6中用于第三轨道3的线性致动6换成被动的线性轴承装置62，第二滑架5安装在其上。从而，现在第二滑架5也在第二轨道2上移动连杆15。为了获得移动平台16的三个自由度的定位，用于控制连杆长度的线性致动器15c集成到连杆15中。连杆15在第二滑架5和移动平台16上的安装如此实现致动器15c将距连杆13和14一定距离。现在致动器15c将负责平台在Zw方向的运动。
图7中被致动的单个连杆已移动到第一轨道1上的第一滑架4上，接头15a安装在接头10a下方，接头15b安装在接头11b上方。现在该致动器将上方而不是从图6中所示的下方开始工作。机械手仅具有两个轨道1、2，并且用于将第一滑架4安装在第一轨道1上的轴承的刚度足以承受从连杆15来的额外的力。总体上四个连杆安装在第一滑架4上。
图8中线性致动器15c集成到连杆15，并且为了在连杆15上获得更为竖直的方向，接头15a安装在第二滑架5上的延伸部68上，并且接头15b安装在移动平台16上的延伸部67。延伸部67、58安装在相对方向上，并且其安装角度使得连杆15和线性致动器15c绝不会与连杆13和14冲突。
图9示出了对于安装在同一滑架上的连杆具有共用接头的机械手。这能够用于例如如图1所示的机器人中。然后，(图1中示出的)接头10a、11a和12a安装在第一滑架4的共用接头12a上，并且(图1中示出的)接头13a和14a安装在第二滑架5的共用接头14a上。据观察该构思的优点在于第一和第二滑架4和5能够制造得更小。然而，同样平台倾斜角将依赖于平台的位置。
图10示出了一种连杆结构，其中连杆11和12安装在第一滑架4上，连杆13和14安装在第二滑架5上并且连杆10和15安装在第三滑架6上。因此，与图1、4、5相比，连杆10已经从第一滑架4移动到第三滑架6。为了使该装置仅承受轴向力，六个连杆必需承受施加在移动平台16上的三个力和三个扭矩分量。连杆必需安装成使得其中任一条直线75、76和77都不彼此平行。而且，其中一条直线(图中的77)不能垂直于其它的任一条直线(图中的75和76)，这些直线由连接到同一滑架的一对连杆的接头的运动中心所形成。图中线性致动器集成在连杆结构中示例为连杆10的线性致动器10c、连杆15的线性致动器15c和连杆12的线性致动器12c。接头15a和10a之间的直线由78表示。
通过同时操纵致动器10c和15c，移动平台16将上下摆动，并且滑架6的致动冗余能够用于使得三个连杆对之间具有相对于刚度有利的角度。若非同步地致动致动器10c和15c，这能够用于改变平台的方向，并且与致动器12c一起能够使平台在两个自由度上重新定向。
图11是图10的变化形式，在此情形中，连杆15和10设置成在滑架6上具有共用接头15a，并且连杆15包括线性致动器15c，连杆10包括线性致动器10c。以同样的方式，连杆对11/12在第一滑架4上具有共用接头12a，连杆对13/14在第二滑架5上具有共用接头14a。为了获得平台的全部六个自由度的操纵，在连杆对11/12和连杆对13/14中的其中一个连杆安装有用于改变连杆长度的线性致动器——用于连杆12的12c和用于连杆14的14c。从而线性致动器10c、12c和14c能够视为用于控制平台方向的致动器，而线性致动器15c与10c一起用于使连杆结构具有更高的刚度。
不是将线性致动器与连杆15集成，而是将单独的线性致动器63安装在任一个滑架4和5上，而上下移动单个连杆15的接头15a。这在图12中示出。
图12示出了用于在空间中移动物体的工业机器人，其具有用于承载该物体的平台16。该物体例如为工具。第一臂80设置成用于以第一运动影响平台，包括第一直线轨道1、沿着该第一轨道1能够直线运动的第一滑架4和三个连杆10、11、12，每个连杆包括连接到平台16的外接头10b、11b、12b和连接到第一滑架4的内接头10a、11a、12a。第二臂81设置成沿第二运动影响平台16，包括第二直线轨道2、沿该第二轨道能够直线运动的第二滑架5和两个连杆13、14，每一个连杆包括连接到平台16的外接头13b、14b和连接到第二滑架5的内接头13a、14a。第三臂82设置成用于沿第三运动影响平台16，包括一个连杆15，其包括连接到平台16的外接头15b。第三臂82包括安装在第二滑架5上的线性致动器63，并且连杆15包括连接到线性致动器63的内接头15a，由此接头15a并且因而还有连杆15能够相对于滑架5直线地运动。
滑架5包括竖直延伸的长形梁62。该长形梁62竖直地安装在滑架5上。线性致动器63包括滑架，其能够沿着梁62直线地运动。接头15a连接到致动器63，其被控制而移动接头15a。该运动由连杆15和接头15b传递到移动平台16。该装置的优点在于，线性致动器没有向连杆结构增加任何惯量。另一方面，直线梁需要比集成的致动器15c更长，并且还需要弯曲刚性，而不是如集成的致动器15c那样仅需要相对于轴向力的刚性。从而，当高速和加速度最重要时，将使用图12中的方案，而当高刚度比高速度和高加速度更重要时，将使用如前面的附图中所示的集成的致动器方案。
图13中具有能够直线移动的致动器63的竖直梁62还包括移动连杆14的接头14a的第二滑架64。接头10a由安装在第一滑架4上的长形梁65上的滑架66以类似的方式移动。上下移动滑架64和66，将改变接头14a和13a以及接头10a和12a/11a之间的距离，其将倾斜移动平台16。从而，被致动的滑架64和65具有与图1中的集成的线性致动器13c和10c相同的目的，以控制平台16的倾斜角。正如参照附图12所述，当需要连杆结构质量小时，该装置是有利的。
图13中，接头13a直接安装在滑架5上，但是当然接头13a也能够安装在滑架64上，并且在该情况下，接头14a能够安装在滑架5上。将接头11a和11b以同样的方式安装在滑架66上而不是安装在第一滑架4上是可能的，并且在该情况下，接头10a安装在滑架4上而不是安装在滑架66上。
图1、4、5、10中的轨道1、2、3设置成使得它们形成三角形，第三轨道3位于轨道1和2之间。图14示出这不是必需的，而是将第三轨道3安装在轨道2上方，其使得更容易形成框架60a和60b，其上安装有直线轨道。该图中的连杆结构与图1中的相同，并且线性致动器能够集成到连杆结构，如图1所示。
图15示出可选的连杆组件，其中第二轨道2安装在第三轨道3上方而不是如图5所示的安装在其下方。当机器人必需在更高处工作，例如当工件在转动台上或者传送带上时使用这种设置。用于保持第一直线轨道1的框架未在任何一个附图14或15中示出，但是当然在图15中其必需比图14中的更高。
图16沿Xw方向示出图15中的机器人装置。图16中，腕部61具有自接头14b的偏移L2。在腕部上将存在力和扭矩，并且由于水平的力，L2越长，连杆10-14中的力越大。在这种情形下，为了在连杆10-14中获得尽可能小的力，重要的是将机器人设计成使得距离L1、L3和L4与长度L2相比尽可能大。同时，当然也很重要的是，不要获得太高的机械手，这意味着该机械手必需遵循图中参数H的约束条件。当然，线性致动器还能够集成到这种类型的连杆中。
图17示出了工业机器人的例子，其对于处理长物体是有用的。当工件非常长时，例如机翼、风力发电叶片、钢梁等，对于该物体的整个长度使用两个平行的线性致动器1和2可能过于昂贵。然后一种可能性是如图17所示安装机器人的致动部。直线轨道1将具有与工件相同的长度，被致动而沿着第一直线轨道1移动的滑架4包括两个部分4a和4b。第二直线轨道2安装为其滑架5位于部分4a上，并且连杆10-12直接安装在部分4b上。第三臂的连杆15设置成长度可调节，并且包括用于控制连杆15长度的线性致动器15c。连杆15具有连接到第二滑架5的内接头和连接到平台16的外接头。第二臂的连杆13、14和具有线性致动器15c的连杆15安装在滑架5上。两个连杆13、14的内接头连接到第二滑架5而两个连杆13、14的外接头连接到平台。因而，由此第二轨道2和致动器15c的直线工作范围将是小的，并且只有轨道1的工作范围需要覆盖工件的长度。
权利要求
1.一种用于在空间中移动物体的工业机器人，包括-平台(16)，设置成用于承载该物体，-第一臂(7)，设置成用于以第一运动影响该平台，其包括第一致动器(1，4)和三个连杆(10，11，12)，每一个连杆具有连接到该平台的外接头和连接到第一致动器的内接头，-第二臂(8)，设置成用于以第二运动影响该平台，其包括第二致动器(2，5)和两个连杆(13，14)，每一个连杆具有连接到该平台的外接头和连接到第二致动器的内接头，和-第三臂(9)，设置成以第三运动影响该平台，包括一个连杆(15)，其具有连接到该平台的外接头(15b)，其特征在于，所述连杆(10，11，12，13，14，15)的至少其中一个设置成长度可调节并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(10c，13c，14c，15c)。
2.如权利要求1所述的工业机器人，其中该第三臂(9)的所述连杆(15)是所述设置成长度可调节的连杆，其包括用于控制该连杆(15)长度的所述线性致动器(15c)。
3.如权利要求2所述的工业机器人，其中所述第一和第二致动器的至少其中一个包括轨道(1，2)和能够沿着该轨道直线移动的滑架(4，5)，并且该第三臂(9)的所述连杆(15)包括连接到所述滑架的内接头(15a)。
4.如权利要求2所述的工业机器人，其中所述第一致动器包括第一轨道(1)和能够沿着该第一轨道直线移动的第一滑架(4)，并且所述三个连杆(10，11，12)的所述内接头连接到所述第一滑架，所述第二致动器包括第二轨道(2)和能够沿着该第二轨道直线移动的第二滑架(5)，并且所述两个连杆(13，14)的所述内接头连接到第二滑架，并且所述第三臂(9)包括第三致动器，其具有第三轨道(3)和能够沿着该第三轨道直线移动的第三滑架(6)，并且所述第三臂(9)的所述连杆(15)包括连接到第三滑架的内接头(15a)。
5.如权利要求1到4中任一项所述的工业机器人，其中所述连杆(10，11，12，13，14，15)的至少其中两个设置成长度可调节的并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(10c，13c，14c，15c)。
6.如权利要求1到5中任一项所述的工业机器人，其中该第一臂的所述三个连杆(10，11，12)的至少其中一个设置成长度可调节的并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(10c)。
7.如前述权利要求中任一项所述的工业机器人，其中该第二臂的所述两个连杆(13，14)的至少其中一个设置成长度可调节的并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(13c，14c)。
8.如权利要求2所述的工业机器人，其中所述第一致动器包括第一轨道(1)和能够沿着该第一轨道直线移动的第一滑架(4)，并且所述三个连杆(10，11，12)的所述内接头连接到第一滑架，所述第二致动器包括第二轨道(2)和能够沿着该第二轨道直线移动的第二滑架(5)，并且所述两个连杆(13，14)的所述内接头连接到第二滑架，第二轨道(2)安装在第一滑架(4)上，并且第三臂的所述连杆(15)包括连接到第二滑架的内接头(15a)。
9.一种用于控制工业机器人的方法，该工业机器人用于在空间中移动物体，该工业机器人包括平台(16)，其设置成用于承载该物体；第一臂(7)，设置成用于以第一运动影响该平台，其包括第一致动器(1，4)和三个连杆(10，11，12)，每个连杆具有连接到该平台的外接头和连接到第一致动器的内接头；第二臂(8)，设置成用于以第二运动影响该平台，其包括第二致动器(2，5)和两个连杆(13，14)，每个连杆具有连接到该平台的外接头和连接到第二致动器的内接头；和第三臂(9)，设置成用于以第三运动影响该平台，其包括第三致动器，该第三致动器具有第三轨道(3)和能够沿着第三轨道移动的第三滑架(6)，一个连杆(15)，其具有连接到该平台的外接头(15b)和连接到该第三滑架的内接头(15a)，并且所述一个连杆(15)设置成长度可调节的并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(15c，10c，13c)，其中该方法包括沿着该第三轨道控制第三滑架(6)的运动，由此控制该第三臂的所述连杆的倾斜度，以便于提高该机器人相对于工具力的刚度；和根据第三滑架的位置和该平台的所期望位置调节该连杆(15)的长度。
10.如权利要求9所述的方法，其中该方法包括，确定第三臂的连杆(15)和该机器人的其它连杆的至少其中一个之间的角度，并且基于该角度而沿着第三轨道控制该第三滑架(6)的运动，以获得第三臂的连杆(15)和其它连杆之间的、有利于机器人的刚度的期望角度。
11.如权利要求9所述的方法，其中该方法包括，确定第三臂的连杆(15)和第三轨道之间的角度，并且基于该角度而沿着第三轨道控制该第三滑架(6)的运动，以获得第三臂的连杆(15)和第三轨道之间的、有利于机器人的刚度的期望角度。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述期望角度是90度。
13.一种能够直接装载到计算机内存中的计算机程序，包括用于执行权利要求9-12中任一项的步骤的软件。
14.一种计算机可读介质，其上记录有程序，其中当所述程序在计算机上运行时，该程序使得计算机执行如权利要求9-12中任一项的步骤。
15.一种用于在空间中移动物体的工业机器人，包括-平台(16)，设置成用于承载该物体，-第一臂(80)，设置成用于以第一运动影响该平台，其包括第一轨道(1)和能够沿着该第一轨道直线移动的第一滑架(4)，和三个连杆(10，11，12)，每个连杆包括连接到该平台的外接头和连接到第一滑架的内接头，-第二臂(81)，设置成以第二运动影响该平台，其包括第二轨道(2)和能够沿着该第二轨道直线移动的第二滑架(5)，和两个连杆(13，14)，每一个连杆包括连接到该平台的外接头和连接到第二滑架的内接头，和-第三臂(82)，设置成用于以第三运动影响该平台，包括一个连杆(15)，其具有连接到该平台的外接头(15b)和内接头(15a)，其特征在于，第三臂(82)包括线性致动器(63)，其连接到所述第一和第二滑架(4，5)的其中一个，并连接到第三臂的连杆的所述内接头(15a)，并且所述线性致动器(63)适于相对于其连接的滑架(4，5)直线地移动第三臂的连杆(15)。
全文摘要
一种用于在空间中移动物体的工业机器人，包括平台(16)，其设置成用于承载该物体；第一臂(7)，设置成以第一运动影响该平台，其包括第一致动器和三个连杆(10，11，12)，每个连杆包括连接到该平台的外接头和连接到第一致动器的内接头；第二臂(8)，设置成以第二运动影响该平台，其包括第二致动器和两个连杆(13，14)，每个连杆包括连接到该平台的外接头和连接到第二致动器的内接头；和第三臂(9)，设置成以第三运动影响该平台，包括一个连杆(15)，其具有连接到该平台的外接头(15b)。所述连杆(10，11，12，13，14，15)的至少其中一个设置成长度可调节并包括用于控制该连杆长度的线性致动器(15c，10c，13c)。
文档编号B25J9/16GK1964823SQ200580018640
公开日2007年5月16日 申请日期2005年6月3日 优先权日2004年6月10日
发明者托里尼·布罗加德 申请人:Abb公司