机器人臂、移动机器人和物流系统的制作方法

本发明涉及：一种机器人臂；一种移动机器人，其具有底盘和布置在底盘上的机器人臂；以及一种物流系统，其具有被设计用于临时存储货物的货物承载件和被设计用于运输货物承载件的无人驾驶运输车辆以及相应的移动机器人。

背景技术：

由专利文献ep2102080bl已知用于分拣货物的一种装置和一种方法，该方法包括以下步骤：将用于分拣混合的堆垛所需的所有堆垛单元装载到至少一个自主的运输车辆上；使装载有分拣混合的堆垛所需的所有堆垛单元的至少一个自主运输车辆自动驶向具有堆垛机器人的堆垛工作站；随后，借助于堆垛机器人从该至少一个自主运输车辆上连续地卸载堆垛单元，并将堆垛单元放置到运输托盘上以形成混合的堆垛，堆垛机器人根据预先确定的混合堆垛的打包样式(packmuster)卸载该至少一个被装载的自主运输车辆。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人臂、一种移动机器人和一种物流系统，通过它们可以特别灵活、有效和快速地执行处理任务。

本发明的目的通过一种机器人臂来实现，其具有：

-基础支架，

-沿着竖直方向可移动地安装在基础支架上的滑架，和被设计用于相对于基础支架调节滑架的第一电机，

-围绕竖直的第一转动轴可枢转地安装在滑架上的近端侧枢转节肢，和被设计用于使近端侧枢转节肢相对于滑架枢转的第二电机，

-围绕竖直的第二转动轴可枢转地安装在近端侧枢转节肢上的中间枢转节肢，和被设计用于使中间枢转节肢相对于近端侧枢转节肢枢转的第三电机，

-围绕竖直的第三转动轴可枢转地安装在中间枢转节肢上的远端侧枢转节肢，和被设计用于使远端侧枢转节肢相对于中间枢转节肢枢转的第四电机，

-围绕水平第四转动轴可转动地安装在远端侧枢转节肢上的执行节肢承载件，

并且还具有：

-第一转换装置，其被设计为，使执行节肢承载件在执行节肢承载件处于第一位置的第一锁定枢转位置与使执行节肢承载件处于偏离第一位置的第二位置的第二锁定枢转位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构，和/或

-可位移地安装在执行节肢承载件上的电连接装置。

通过第一转换装置，可以有利地以简单的方式改变(冗余的)机器人臂。特别地，机器人臂的通过第一转换装置连接的两个节肢可以按照它们的相对位置通过第一转换装置彼此重新配置，优选地在至少两个、特别是恰好两个位置之间，在此，在下文中还将这种可通过转换装置在两个位置之间重新配置的机器人节肢称为“二元关节”或“二元轴”，因为它们可以恰好具有两个状态，并且对于机器人臂来说，可操作的中间位置是不可能的。

替代地或附加地，可以在执行节肢承载件上安装电连接装置，该电连接装置可以建立去往互补连接装置的电连接。为了便于将连接装置插接到互补连接装置中，连接装置被可位移地布置在执行节肢承载件上。由此可以实现在两个和更多个位置之间的位移。特别是可以实现在恰好两个位置之间的位移，优选地借助上述的转换装置或二元关节。替代地或附加地，连接装置可以至少被围绕第一线性方向可移动地安装和/或被围绕第五转动轴可转动地安装。优选地，该连接装置被可复位地安装，特别是借助于可复位的轴承元件，例如，弹簧装置或弹性体连接件。弹性体连接件可以例如被设计为橡胶缓冲器或由另外的弹性体构成。

优选地，机器人臂具有可调节地安装在执行节肢承载件上的执行节肢，并具有第二转换装置，其被设计为，使执行节肢在执行节肢处于第一位置的第一锁定位置与执行节肢处于偏离第一位置的第二位置的第二锁定位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构。

更优选地，机器人臂还具有围绕第五转动轴可旋转地安装在执行节肢上的末端执行器，和被设计用于使末端执行器相对于执行节肢转动的第五电机。更优选地，不是将电连接装置设置在执行节肢承载件上，而是可以将可位移地安装的电连接装置替代末端执行器地设置在执行节肢上，其中，该安装特别是可复位地进行，优选地至少是围绕第一线性方向可移动地进行和/或围绕第五转动轴可转动地进行。术语“可复位地”特别是包括术语“弹性”或主要是弹性的，即，不是完全塑性的。这种可复位性可以例如通过弹性体节肢产生，或者通过具有相应自由度的弹簧产生。

此外，该连接装置的一个组成部分可以是电插拔连接器。其特别可以是公插拔连接器或母插拔连接器。此外，可以有至少一条电导线在电插拔连接器与基础支架或电源之间建立电连接。更优选地，可以配置传感器装置，其可以布置或紧固在执行节肢上或在执行节肢承载件上或在基础支架上或在枢转节肢之一上或在其它位置处。该传感器装置可以特别被设计用于检测末端执行器或插拔连接器及其环境，例如在小于10cm或小于20cm或小于50cm或优选小于1m的范围内。该传感器装置还可以特别被设计为，特别是在插接过程期间检测互补的插拔连接器。该传感器装置可以优选为光学传感器装置，例如相机，特别是立体相机或深度成像相机。对车辆充电的任务可以通过根据本发明所述的机器人臂作为充电装置的一部分来完成，其中，充电装置可以优选地具有其它的元件，例如，电源和/或用于在墙壁或地面上的紧固的紧固装置和/或电导线和/或壳体和/或用于与车辆无线地或有线地通信的通信装置和/或机器人臂的控制器或电充电控制器。

在本发明的框架下，机械地重新配置机器人臂的运动结构被理解为：改变机器人臂的节肢的几何形状，使得通过该节肢连接的两个相邻的关节通过这种改变而相互处于另一相对位置和/或方向中，而不是通过机器人臂的电机来实现这种改变，该电机被设计用于自动地和/或手动地改变机器人臂的关节位置。因此在本发明的框架下，机械地重新配置机器人臂的运动结构不能被理解为：通过操作机器人臂的电机来改变机器人臂的关节位置，这确定了机器人臂的姿态，即，代表了机器人臂的所有关节自由度的总和。

通过沿着竖直方向可移动地安装在基础支架上的滑架，提供了机器人臂的平移关节。通过使机器人臂除了具有该平移关节和三个可围绕竖直的转动轴运动的转动关节以外，还具有第四个可围绕竖直的转动轴运动的转动关节，从而构成冗余的scara机器人结构。在这种冗余的scara机器人结构中，末端执行器可以在机器人臂的一个以上的单独的关节位置姿态中在空间中处于相同的位置和方向，由此可以非常灵活地定位机器人臂等。通过使这样构成的冗余的scara机器人臂另外还具有至少一个第一转换装置和第二转换装置，可以附加地改变该冗余的scara机器人臂的结构。机器人臂的通过第一转换装置或第二转换装置连接并通过它们在其相对位置上彼此重新配置的两个节肢在下文中也被称为“二元关节”或“二元轴”，这是由于它们可以恰好具有两个状态，并且对于机器人臂来说可操作的中间位置是不可能的。因此，换句话说，“二元关节”或“二元轴”提供了机械的、特别是双稳态的开关，其可以具有两个开关状态。

基础支架和在其上可线性调节的滑架可以被设计为，使安装在滑架上的机器人臂的前臂特别是能够从接近地面高度到其设计高度进行任意的高度调节。近端侧枢转节肢由于结构限制而被比远端侧枢转关节更接近基础支架和滑架，即，更接近由基础支架和滑架构成的机器人臂的升降柱，而远端侧枢转关节由于结构限制而相比于近端侧枢转节肢离基础支架和滑架更远，即，离由基础支架和滑架构成的机器人臂的升降柱更远。

在第一种实施方式中，执行节肢承载件可以是平移关节承载件，在此，可以将第一转换装置构造为，使平移关节承载件在平移关节承载件处于第一方向作为其位置的第一锁定枢转位置与平移关节承载件处于偏离第一方向的第二方向的第二锁定枢转位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构。在这种情况下，执行节肢是被可移动地安装在平移关节承载件上的平移节肢，并且在此将第二转换装置构造为，使平移节肢在平移节肢处于作为其位置的第一位置的第一锁定平移位置与平移节肢处于偏离第一位置的第二位置的第二锁定平移位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构。

被设计用于使平移关节承载件在第一锁定枢转位置与第二锁定枢转位置之间转换的第一转换装置可以具有第一锁定件，其被设计为，使平移关节承载件在其第一方向上保持在一竖直方向，平移节肢在该竖直方向中可相对于平移关节承载件被竖直地调节；并且可以具有第二锁定件，其被设计为，使平移关节承载件在其第二方向上保持在一水平方向，平移节肢在该水平方向中可以相对于平移关节承载件被水平地调节。

第二转换装置被设计用于使平移关节承载件在第一锁定平移位置与第二锁定平移位置之间转换，其可以具有第三锁定件，该第三锁定件被设计为，将处于其第一位置的平移节肢保持在相对于平移关节承载件缩回的位置中；并且具有第四锁定件，其被设计为，将处于其第二位置的平移节肢保持在相对于平移关节承载件伸出的位置中。

在第二种实施方式中，执行节肢承载件可以是枢转关节承载件而非平移关节承载件，其中，第一转换装置在此可以被设计为，使枢转关节承载件在枢转关节承载件处于第一方向作为其位置的第一锁定枢转位置与枢转关节承载件处于偏离第一方向的第二方向的第二锁定枢转位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构。执行节肢在这种情况下是可转动地安装在枢转关节承载件上的枢转节肢，并且在此将第二转换装置设计为，使枢转节肢在枢转节肢处于第一方向作为其位置的第一锁定枢转位置与枢转节肢处于偏离第一方向的第二方向的第二锁定枢转位置之间转换，以便机械地重新配置机器人臂的运动结构。

在这种情况下，可以将第一转换装置设计为，使枢转关节承载件在第一锁定枢转位置与第二锁定枢转位置之间转换；并且可以具有第一锁定件，其被设计为，使枢转关节承载件在其第一方向上保持在一水平方向，枢转节肢在该水平方向中可以相对于枢转关节承载件被可转动地调节；并且还可以具有第二锁定件，其被设计为，使枢转关节承载件在其第二方向上保持在一竖直方向，枢转节肢在该竖直方向中可以相对于枢转关节承载件被可枢转地调节。

在此，第二转换装置可以被设计为，使枢转节肢在第一锁定枢转位置与第二锁定枢转位置之间转换；并且为此可以具有第三锁定件，其被设计为，将枢转节肢在其第一方向上保持在相对于枢转关节承载件布置的方向中；且在此可以具有第四锁定件，其被设计为，使枢转节肢在其第二方向上保持在相对于枢转关节承载件转向的方向中。

在所有的可选实施方式中，第一转换装置均可以具有第一驱动装置，其被设计为，使平移关节承载件或枢转关节承载件进入第一方向；并具有第二驱动装置，其被设计为，使平移关节承载件或枢转关节承载件进入第二方向。

在所有的可选实施方式中，第二转换装置均可以具有第三驱动装置，其被设计为，使平移节肢或枢转节肢进入到第一位置或第一方向；并且具有第四驱动装置，其被设计为，使平移节肢或枢转节肢进入到第二位置或第二方向。

第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置和第四驱动装置中至少有一个通常可以具有至少一个执行装置，该执行装置从包括电磁执行装置、液压执行装置、气动执行装置和/或弹簧弹性执行装置的组中选出。

在滑架与近端侧枢转节肢之间的转矩传递路径中，可以布置第一安全耦接，其被设计为，在当前所传递的转矩低于对应于第一安全耦接的切换力矩时，建立从第二电机到近端侧枢转节肢的传递转矩连接；在当前所传递的转矩高于对应于第一安全耦接的切换力矩时，中断从第二电机到近端侧枢转节肢的传递转矩连接。

第一安全耦接可以具有第一锁止装置，其被设计为，在其锁止状态下，即使当前所传递的转矩高于对应于第一安全耦接的切换力矩，仍然保持从第二电机到近端侧枢转节肢的传递转矩连接。

第一安全耦接可以具有第一空转装置，其被设计为，在其空转状态下，即使当前所传递的转矩低于对应于第一安全耦接的切换力矩，仍然解除从第二电机到近端侧枢转节肢的传递转矩连接。

替代或附加于第一安全耦接地，在近端侧枢转节肢与中间枢转节肢之间的转矩传递路径中，可以设置第二安全耦接，其被设计为：在当前所传递的转矩低于对应于第二安全耦接的切换力矩时，建立从第三电机到中间枢转节肢的传递转矩连接；在当前所传递的转矩高于对应于第二安全耦接的切换力矩时，中断从第三电机到中间枢转节肢的传递转矩连接。

第二安全耦接可以具有第二锁止装置，其被设计为，在其锁止状态下，即使当前所传递的转矩高于对应于第二安全耦接的切换力矩，仍然保持从第三电机到中间枢转节肢的传递转矩连接。

第二安全耦接可以具有第二空转装置，其被设计为，在其空转状态下，即使当前所传递的转矩低于对应于第二安全耦接的切换力矩，仍然解除从第三电机到中间枢转节肢的传递转矩连接。

在机器人臂的一种特定的实施方式中，无论是在第一安全耦接中，还是在第二安全耦接中，可以总共恰好有机器人臂的三个操作状态，它们是：第一操作状态，在该状态下，机器人臂的相关转动关节(第一转动轴和第二转动轴)总是刚性地、传递转矩地联接在对应的电机(第二电机和第三电机)上；第二操作状态，在该状态下，机器人臂的相关转动关节在达到和/或高于相关转动关节的切换力矩时无转矩地接通相关的转动关节；和第三操作状态，在该状态下，机器人臂的相关转动关节总是被无转矩地接通。就此而言，可以将第一操作状态视为功率模式，在该模式下能够导入用于机器人臂运动的最大转矩，但是没有针对意外碰撞的保护。第二操作状态可以被视为安全模式，在该模式下，仅能够传递达到最高边界(切换力矩)的转矩，这样才不会发生严重的伤害。第三操作状态可以被视为示教模式或者移动模式，在该模式下根本不能传递转矩，而是无论是为了教示机器人臂位置或者仅是为了推开机器人臂，都可以通过人手的触摸和移动来手动地调节机器人臂的相关转动关节。

本发明的目的还通过一种移动机器人来实现，该移动机器人具有可区域性移动的架设装置(aufstellvorrichtung)和布置在该架设装置上的根据本发明所述的一种或多种实施方式的机器人臂，在此，架设装置被设计用于移动地承载机器人臂，并具有联接装置，该联接装置被设计用于将无人驾驶运输车辆联接到架设装置上，使得机器人臂可以通过无人驾驶运输车辆的运动而从其位置运动并由此局部地移动。

特别是将可区域性移动的架设装置理解为承载有机器人臂并且可稳定地立在地基(例如地板)上的基座，并且能够使机器人臂运动并调节其关节，而机器人臂不会翻倒。可区域性移动意味着：机器人臂可以通过架设装置有选择地定位、即安装在地基或地面的不同位置上。在此，移动可以是将架设装置从一个位置行驶、滚动、推动或滑动到另一位置。移动还可以包括将架设装置从一个位置抬起并将该架设装置放置到另一位置。相应地，机器人臂的机动性可以特别是通过使机器人臂行驶或抬升并移动地放置机器人臂来提供。无人驾驶运输车辆也可以被称为自主车辆。无人驾驶运输车辆特别是被设计为没有人员驾驶台。

架设装置可以具有支架，该支架包括支脚并具有支撑装置，架设装置特别是可以通过无人驾驶运输车辆在该支撑装置上被抬起。架设装置可以相应地被执行为具有支腿的桌子的形式，在此，架设装置可以被无人驾驶运输车辆下穿(unterfahren)。如果无人驾驶运输车辆驶入架设装置的下方，则可以通过设置在无人驾驶运输车辆上的升降装置或者设置在架设装置上的升降装置来抬升架设装置，并由此抬升机器人臂，从而使得支脚和/或支腿从地面抬起，并且架设装置并因此还有机器人臂可以驶离。

架设装置除了具有支架和/或升降装置的实施方式以外，还可以替代地或附加地具有特别是自己的底盘，该底盘包括多个无驱动的车轮，这些车轮被设计用于使架设装置并因此使机器人臂从第一区域点滚动地移动到第二区域点。相应地，架设装置并因此还有机器人臂可以在地面上被动地被来回推动。例如，这种来回推动可以由人通过手动推动来实现，或者通过联接在架设装置上的无人驾驶运输车辆来拉动和/或推动，无人驾驶运输车辆在此形成用于架设装置的牵引车辆。随后，无人驾驶运输车辆就此与架设装置形成一挂车。

本发明的目的还通过一种物流系统来实现，该物流系统具有至少一个被设计用于临时存储货物的货物承载件、至少一个被设计用于运输货物承载件的无人驾驶运输车辆和至少一个根据本发明所述的一种或多种实施方式的移动机器人，该物流系统的架设装置具有联接装置，该联接装置包括被设计用于将货物承载件直接机械地联接到架设装置上的第一联接机构和被设计用于将承载货物承载件的运输车辆直接机械地联接到架设装置上的第二联接机构，使得可以在货物承载件的联接状态下将货物通过机器人臂从货物承载件中取出和/或放置在货物承载件上。

相应地，第一联接机构和第二联接机构可以是两个单独的联接机构。替代地，第一联接机构和第二联接机构也可以由一共同的、唯一的联接机构构成。这两个联接机构，无论是单独的或组合的联接机构，均相应地共同构成联接装置。

货物承载件可以由柜式的或架式的存储装置构成。货物承载件可以具有箱形的基体，该基体具有存放面、台面、存放板和/或货板，并特别是可以具有一个或多个台架。

为了运输货物承载件，无人驾驶运输车辆可以具有承载板，货物承载件可安装于其上。特别地，货物承载件可以具有支脚、支腿、滚轮和/或车轮，从而在货物承载件的底部与地面或道路之间形成间隙，由此货物承载件可以被无人驾驶运输车辆下穿，并且货物承载件可以由无人驾驶运输车辆、特别是由无人驾驶运输车辆的升降装置抬升并前移，以便通过无人驾驶运输车辆运输货物承载件。

物流系统可以具有机器人控制器，其被设计为，根据机器人程序操控机器人臂的第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机，以使末端执行器按照其空间位置和方向自动运动，其中，在机器人控制器中存储有货物承载件(其具有至少一个存放面)的形状的几何模型，并且机器人控制器被设计为，在考虑到货物承载件的形状的几何模型和至少一个存放面的情况下使末端执行器移动，从而通过被设计用于抓取货物的末端执行器，在货物承载件于架设装置上处于联接状态下时，借助于末端执行器将货物从货物承载件的存放面取出和/或放置到货物承载件的存放面上。

根据货物承载件的几何模型，由机器人控制器执行的机器人程序可以借助于机器人臂的末端执行器自动地将货物从货物承载件的存放面中取出和/或放置到货物承载件的存放面上。由于货物承载件在架设装置上处于联接状态，因此能够预先设定货物承载件相对于架设装置的被正确定义的相对位置和方向，并因此还能够预先设定货物承载件相对于基座、即相对于机器人臂的基础支架的被正确定义的相对位置和方向。

无人驾驶运输车辆可以选择性地用于移动多个货物承载件中的一个和/或用于移动多个机器人臂中的一个。

因此，不同于迄今为止所表达的，本发明还描述了创新的整体构思。机器人系统应使用scara-机器人结构的优势，并且还允许将物品(例如货物或包裹)水平翻转90度并扭转地放置，使得能够从非常狭窄和/或满的架子上取出，即使是从很远的后方，从而实现了交替地从上方和侧面抓取物品，并且能够将物品从深和/或窄的箱中取出和/或放置。

除此之外还展示了一种移动的机器人系统，其可以是高度灵活的并且可以优选地被自动配置，使得可以由多个机器人单元组成的整个系统能够尽可能有效率地工作。

此外，单个的机器人系统应该是尽可能高性能的，可在与人间隔开的区域中工作，还具有可选的模式，在该模式中人和机器人的安全协作或共存是可能的。此外，机器人可以在另一模式下非常容易且直观地由手引导。各个机器人臂应具有尽可能大的工作区域，同时具有最小的干扰轮廓，并且可以围绕障碍物(例如，竖直柱、架元件、其它货物或箱)夹取。

这些问题和目标通过如权利要求中所述的多元件机器人系统来实现。其可以特别是根据需求被重新配置。在一种基础实施方式中，物流系统包括三个基本单元。第一基本单元包括机器人单元，即机器人臂。该机器人臂可以被布置在被动的、即非驱动行进的移动平台上。该移动平台可以具有滚轮、制动器和/或用于物品(例如货物或包裹)的固定选项。第二基本单元包括“载体单元”，即货物承载件。货物承载件可以通过具有耦接可能性的自主移动平台来运动。第三基本单元包括运输单元，即无人驾驶运输车辆。无人驾驶运输车辆可以是具有存放面和存储容量的移动平台。无人驾驶运输车辆还可以具有例如抓手、螺丝刀这样的工具和/或诸如生产中的装配辅助工具这样的装置。无人驾驶运输车辆可以是完全被动或主动移动的和可耦接的。

这三个基本单元可以相互自由组合，从而能够覆盖不同的任务领域。在第一种实施方式变型中，移动的机器人臂可以独立行驶到其使用地点，或在行驶期间执行任务。在第二种实施方式变型中，移动的机器人臂可以被临时性地固定使用并在本地执行处理任务。在第三种实施方式变型中，移动的机器人臂可以被临时性地固定使用并在本地执行处理任务，并在此将诸如货物这样的物品从运输单元拾取或放置到运输单元上。在第四种实施方式变型中，例如在物流中，移动的机器人臂可以与移动的自主运输车辆一起执行对货物、生产资料和/或工具的交付和运走。

根据本发明的总体目的和使用领域，这三个基本单元，即，机器人臂、底盘(移动的机器人)和无人驾驶运输车辆，可以存在不同的数量并相互组合。

本发明的一个重要方面在于根据本发明的机器人臂，其具有scara基础结构，该基础结构在运动链中具有从基础支架出发的第一竖直平移轴(例如升降柱)，并依次具有三个竖直的转动轴。这种scara基础结构通过一附加的竖直转动轴扩展为运动冗余的机器人结构，即，机器人配置，从而使得先前的运动性不足(例如由于叉形轴承而降低的关节运动性)得到补偿，并且机器人臂的整个工作空间，即使是围绕障碍物或基柱，也得到明显的改善。此外，两个二元附加轴，即可切换的附加轴，例如带有转换装置的切换节肢，被集成到该运动结构中。二元轴允许切换到两个状态或两个关节位置中，并且不仅可以被实现为二元转动关节，而且还可以被实现为二元平移关节。通过这种二元关节，可以实现总共四个不同的末端执行器姿态，即，对机器人法兰和/或机器人夹持器的空间定位和定向。

第一末端执行器姿态形成基础位置。该姿态可以便用于机器人结构的所有动态运动。在此，末端执行器具有尽可能低的惯性并且被稳定地支撑在两个二元关节的导向轴承中。两个关节，特别是平移关节，在两个末端位置，特别是在该基础姿态下，被稳定地压靠在止挡件上，并且附加地在侧面借助于例如一短的轨道或者端部上的两个导向销钉被固定，或者在接近基础姿态时有利地关于横向载荷和翻转力矩被固定。

第二末端执行器姿态形成一下部位置。该姿态可以被用于例如从上到深处抓取箱子，而机器人组件、特别是机器人结构不与箱子边缘发生碰撞。在此，线性的二元关节例如相对于末端止挡件完全地伸出。

第三末端执行器姿态形成一侧向位置。在该姿态下，货物可以被从货架中移出或移入到货架中。在此，旋转的二元关节例如相对于末端止挡件枢转。

第四末端执行器姿态形成一侧向伸出的位置。在该姿态下，货物可以从非常狭窄的货架中被移出或者被移入到非常狭窄的货架中。即使是位于更深处的货架区域也能够容易地到达，而机器人组件、特别是机器人结构不会与货架发生碰撞。为此，旋转的二元关节将枢转，并且线性的二元关节将伸出。

二元关节，即，具有转换装置的关节，由于明显更简单的结构而相比于传统的伺服驱动关节具有一些优点，主要反映在特别是组件重量、空间和成本方面。例如，二元关节可以在竞争和对抗的意义下例如在两侧运动，或者在一侧例如通过弹簧被动地复位。据此，驱动器可以特别是电磁地、液压地和/或气动地产生驱动力。在此，关节总是运动经过整个关节角度或整个行程路线，并且在关节边界上压靠在末端止挡件上。如果需要，该状态可以通过相应的探针、接收器和/或传感器来检测。由于不需要识别中间状态，因此不需要高成本的位置传感器。此外，还可以替代地或附加地将由形状记忆合金(例如镍钛(niti)合金)制成的装置用于二元的关节运动。该装置非常轻并且非常便宜，并且可以根据电流供应(即，根据温度)呈现不同的形状和特征。

近端侧的驱动分布，也就是电机在节肢上的布置，其在运动链中尽可能地靠近机器人臂的基础支架，将额外地减小机器人臂的运动质量。据此，伺服电机，必要时还包括第一转动轴和第二转动轴的传动装置，也就是第二电机和第三电机，可以被布置在滑架上。在此，伺服电机以及必要时还有第一转动轴和第二转动轴的传动装置可以共线地放置。第三电机到中间枢转节肢上的运动传递例如通过皮带实现。出于空间的原因，第四电机可以稍微偏移地定位在第二电机的附近，设置在近端侧枢转节肢上。在此进行优选未转换的驱动运动跨过中间枢转节肢或者借助于两个皮带传动经由中间枢转节肢到远端侧枢转节肢上的传递。在运动链中接下来的两个轴是可二元转换的，并因此相对简单和/或容易地组装。最后的轴(其也是转动轴)可以被直接驱动，或者通过偏心设置的小电机利用皮带传动来驱动。这种驱动分布将驱动单元、即电机的大部分质量集中在升降柱、也就是基础支架和/或滑架的附近，从而可以使其保持较低的惯性。

可以提供附加的安全概念，通过压敏探针元件和开关触条来检查机器人节肢之间有威胁的挤压，然后使系统减慢，并将关键的关节轻微地反向撤回。这里不存在例如具有分层节肢的机器人臂的运动结构中的基本剪切点。此外，机器人系统可以在旋转作用的轴中具有安全耦接，该安全耦接定义了驱动件和从动件(即，随后的结构元件或皮带轮)之间的力流，是可重复的并且在达到阈值时可以便机械地安全分离。这在动态碰撞情况下减少了反射的质量，因为其被驱动器所引起的机器人节肢之间的牢固连接直接抵消。此外，还可以防止机器人与环境之间的人员和物品被夹住。尽管机器人臂总共有五个完整的、主动的驱动器和两个附加的二元驱动器，但是只需接通第一转动轴和第二转动轴就足以实现其碰撞保护。在这种情况下，末端执行器可以在机器人臂的整个平面上以两个自由度自由地运动，并且可以手动地推开所限定的阻力。这种机械功率限制不需要对与延迟时间相关的传感器信号进行复杂的控制技术处理。其随时可以使用并且是安全的。对极限驱动力矩的调整可以通过调整耦接结构来实现。

如上所述，安全耦接将机器人臂的性能限制在人-机器人-协作(mrk)的水平上，其中，机器人臂应该以降低的速度在人的旁边或者与人协同工作。如果附加的保护装置(例如进入限制等)被激活并使人员保持远离机器人，则可以转换安全耦接。这可以手动地或电动地机械地完成(例如，通过电磁体或形状记忆元件)。在这种所谓的功率模式下，全部的驱动力矩被无限制地传递到机器人结构上。机器人臂现在可以高性能地工作。

机器人臂的各个状态可以从外部例如通过相应的信号照明或彩色元件来显示，因此易于识别。这些状态可以在内部通过安全探针扫描并传送到控制器。

作为附加的可能的模式，可以选择手动模式。这使得安全耦接被完全接通，即，其对应于设定为零nm的极限驱动力矩。因此，机器人臂可以在平面中由用户完全不用力地引导。在此，驱动器的可能附加的从动侧位置传感器在示教的意义下记录整个运动或仅记录单独的臂位置。

因此，所描述的安全耦接可以例如在三个模式中转换。第一模式对应于功率模式。在此，应通过相应布置的形状配合的锁止元件来防止打滑。传动系的表现类似于机器人的常见的传动系。第二模式对应于mrk模式。在此，会在预先定义的驱动力矩的情况下产生有目的的打滑。传动系的表现直至其极限力矩类似于常见的传动系。此外，可传递的力矩被限制在该极限力矩。第三模式对应于示教模式。在此，耦接元件直接分离，从而没有力矩被传递。相关的关节因此被完全地接通，并且可以无摩擦或摩擦很小地从外部移动。

总之，本发明描述了一种可重新配置的移动的机器人系统的创新概念，其由基础模块机器人单元、“载体单元”和运输单元组成，它们可以相互任意地组合。机器人单元具有基于scara的新型七轴结构。这些是物流应用的理想选择。其在运动学上被简单、冗余地执行，并且具有两个附加的二元致动的关节。这些关节可以各自在两个位置中转换，使得能够以简单的方式实现总共四个末端执行器位置。这些位置除了允许从上面和从侧面实现简单的夹持以外，还允许实现在深箱中的夹持以及在狭窄的、深的货架中的夹持。第一转动轴和第二转动轴中的两个可切换的机械安全耦接可以根据需要限制功率，并将机器人臂在与人一起工作时所造成的受伤风险降至最低。

附图说明

在示意性的附图中示例性地示出了本发明的实施例。这些实施例的具体特征可以代表本发明的一般性特征，而与提及它们的具体环境，是可能单独地考虑还是被以其它组合的方式考虑无关。其中：

图1示出了根据本发明的机器人臂的第一种实施方式在第一种配置下的的侧视图，

图2示出了如图1所示的根据本发明的机器人臂的第一种实施方式在第二种配置下的侧视图，

图3示出了如图1所示的根据本发明的机器人臂的第一种实施方式在第三种配置下的侧视图，

图4示出了如图1所示的根据本发明的机器人臂的第一种实施方式在第四种配置下的侧视图，

图5示出了根据本发明的机器人臂的第二种实施方式在第一种配置下的的侧视图，

图6示出了如图5所示的根据本发明的机器人臂的第二种实施方式在第二种配置下的侧视图，

图7示出了如图5所示的根据本发明的机器人臂的第二种实施方式在第三种配置下的侧视图，

图8示出了如图5所示的根据本发明的机器人臂的第二种实施方式在第四种配置下的侧视图，

图9示出了取消分拣和预分类的示例性第一场景，

图10示出了搬入和搬出货物的示例性第二场景，

图11示出了搬完-支撑的示例性第三场景，

图12示出了对退回货物分类的示例性第四场景，

图13示出了处于起始位置的充电装置，

图14示出了处于工作位置的如图13所示的充电装置，

图15示出了具有传感器装置的执行节肢承载件，

图16示出了具有传感器装置的执行节肢承载件，

图17以另一透视图示出了如图15所示的执行节肢承载件，

图18示出了处于工作位置的充电装置以及所连接的车辆，

图19示出了车库中的充电装置，

图20示出了车库中的充电装置，

图21示出了车库中的充电装置。

具体实施方式

图1至图4示出了根据本发明的机器人臂1的第一种示例性实施方式。在当前实施例的情况下，机器人臂1具有基础支架2。在基础支架2上沿着竖直方向可移动地安装有滑架3。机器人臂1具有第一电机ml，其被设计为，相对于基础支架2调节滑架3的高度，这通过滑架3上的双箭头示出。

在滑架3上，围绕竖直的第一转动轴dl可枢转地安装有近端侧枢转节肢4。机器人臂1具有第二电机m2，其被设计为，使近端侧枢转节肢4相对于滑架3枢转。在近端侧枢转节肢4上，围绕竖直的第二转动轴d2可枢转地安装有中间枢转节肢5。机器人臂1具有第三电机m3，其被设计为，使中间枢转节肢5相对于近端侧枢转节肢4枢转。在中间枢转节肢5上，围绕竖直的第三转动轴d3可枢转地安装有远端侧枢转节肢6。机器人臂1具有第四电机m4，其被设计为，使远端侧枢转节肢6相对于中间枢转节肢5枢转。布置在滑架3上的第三电机m3通过第一皮带7.1联接在中间枢转节肢5上。布置在近端侧枢转节肢4上的第四电机m4通过第二皮带7.2和第三皮带7.3与远端侧枢转节肢6联接。

机器人臂1具有在远端侧枢转节肢6上围绕水平的第四转动轴d4可转动安装的平移关节承载件8a。机器人臂1还具有第一转换装置9.1，其被设计为，使平移关节承载件8a在平移关节承载件8a处于第一方向(如图1和图2中示出的竖直方向)时的第一锁定枢转位置与平移关节承载件8a处于偏离第一方向的第二方向(如图3和图4所示的水平方向)时的第二锁定枢转位置之间转换，以重新配置机器人臂1。图1至图4中的每一个均示出了处于机器人臂1的不同配置中的机器人臂1。

机器人臂1的平移节肢10a可移动地安装在平移关节承载件8a上。机器人臂1还具有第二转换装置9.2，其被设计为，使平移节肢10a在平移节肢10a处于第一位置(如图1和图3所示的缩回位置)时的第一锁定平移位置与平移节肢10a处于偏离第一位置的第二位置(如图2和图4所示的伸出位置)时的第二锁定平移位置之间转换，以便用于重新配置机器人臂1。图1至图4中的每一个均示出了处于机器人臂1的不同配置中的机器人臂1。

附加地，末端执行器11围绕第五转动轴d5可转动地安装在平移节肢10a上。为此，机器人臂1具有第五电机m5，其被设计为，使末端执行器11相对于平移节肢10a转动。电机ml至m5由机器人控制器12根据机器人程序自动地或在手动操作中手动地操控。

第一转换装置9.1被设计为，使平移关节承载件8a在第一锁定枢转位置与第二锁定枢转位置之间转换，并为此包括：第一锁定件，其被设计为，使平移关节承载件8a在其第一方向上保持在竖直方向，在该竖直方向上，平移节肢10a可相对于平移关节承载件8a被竖直地调节，这特别如图1和图2所示；和第二锁定件，其被设计为，使平移关节承载件8a在其第二方向上保持在水平方向，在该水平方向上，平移节肢10a可相对于平移关节承载件8a被水平地调节，这特别如图3和图4所示。

第二转换装置9.2被设计为，将平移节肢10a在第一锁定平移位置与第二锁定平移位置之间转换，并为此包括：第三锁定件，其被设计为，将处于其第一位置的平移节肢保持在相对于平移关节承载件缩回的位置中；和第四锁定件，其被设计为，将处于其第二位置的平移节肢10a保持在相对于平移关节承载件8伸出的位置中，这特别如图2和图4所示。

在当前实施例的情况下，第一转换装置具有第一驱动装置，其被设计为，使平移关节承载件8a进入第一方向；并具有第二驱动装置，其被设计为，使平移关节承载件8a进入第二方向。

在当前实施例的情况下，第二转换装置具有第三驱动装置，其被设计为，使平移节肢10a进入第一位置；并具有第四驱动装置，其被设计为，使平移节肢10a进入第二位置。

此外，在滑架3与近端侧枢转节肢4之间的转矩传递路径中，布置第一安全耦接13.1，其被设计为，如果当前所传递的转矩低于对应于第一安全耦接13.1的切换力矩，则建立从第二电机m2到近端侧枢转节肢4的传递转矩连接；如果当前所传递的转矩高于对应于第一安全耦接13.1的切换力矩，则中断从第二电机m2到近端侧枢转节肢4的传递转矩连接。

第一安全耦接13.1还具有第一锁止装置14.1，其被设计为，在其锁止状态下，即使当前所传递的转矩高于对应于第一安全耦接13.1的切换力矩，仍然保持从第二电机m2到近端侧枢转节肢4的传递转矩连接。

在近端侧枢转节肢4与中间枢转节肢5之间的转矩传递路径中，可以布置第二安全耦接13.2，其被设计为，如果当前所传递的转矩低于对应于第二安全耦接13.2的切换力矩，则建立从第三电机m3到中间枢转节肢5的传递转矩连接；如果当前所传递的转矩高于对应于第二安全耦接13.2的切换力矩，则中断从第三电机m3到中间枢转节肢5的传递转矩连接。

第二安全耦接13.2还具有第二锁止装置14.2，其被设计为，在其锁止状态下，即使当前所传递的转矩高于对应于第二安全耦接13.2的切换力矩，仍然保持从第三电机m3到中间枢转节肢5的传递转矩连接。

图5至图8示出了根据本发明的机器人臂1的第二种示例性实施方式。

在该第二种实施方式中，执行节肢承载件8是枢转关节承载件8b，第一转换装置9.1在此被设计为，使枢转关节承载件8b在枢转关节承载件8b处于第一(水平)方向作为其位置的第一锁定枢转位置(图5和图7)与枢转关节承载件8b处于偏离第一方向的第二(竖直)方向的第二锁定枢转位置(图6和图8)之间转换，以便机械地重新配置机器人臂1的运动结构。在这种情况下，执行节肢10是被可转动地安装在枢转关节承载件8b上的枢转节肢10b，并且第二转换装置9.2在此被设计为，使枢转节肢10b在枢转节肢10b处于第一方向作为其位置的的第一锁定枢转位置(图5和图6)与枢转节肢10b处于偏离第一方向的第二方向的第二锁定枢转位置(图7和图8)之间转换，以便机械地重新配置机器人臂1的运动结构，其中，第一方向的特征在于，使枢转节肢10b以其纵向延伸指向与枢转关节承载件8b的纵向延伸相同的方向，其中，第二方向的特征在于，使枢转节肢10b以其纵向延伸相对于枢转关节承载件8b的纵向延伸成直角。

在这种情况下，第一转换装置9.1被设计为，将枢转关节承载件8b在第一锁定枢转位置(图5和图7)与第二锁定枢转位置(图6和图8)之间转换，并具有第一锁定件，其被设计为，使枢转关节承载件8b在其第一方向上保持在一水平方向上，在该水平方向上，枢转节肢10b可转动地相对于枢转关节承载件8b是可调节的；并且还具有第二锁定件，其被设计为，使枢转关节承载件8b在其第二方向上保持在一竖直方向，在该竖直方向中，枢转节肢10b可枢转地相对于枢转关节承载件8b是可调节的。

第二转换装置9.2被设计为，将枢转节肢10b在第一锁定枢转位置(图5和图6)与第二锁定枢转位置(图7和图8)之间转换，并具有第三锁定件，其被设计为，将处于第一方向的枢转节肢10b保持在一相对于枢转关节承载件8b布置的方向上，在该方向上，枢转节肢10b以其纵向延伸指向与枢转关节承载件8b的纵向延伸相同的方向；并具有第四锁定件，其被设计为，将处于第二方向的枢转节肢10b保持在一相对于枢转关节承载件8b转向的方向上，在该方向上，枢转节肢10b以其纵向延伸与枢转关节承载件8b的纵向延伸成直角。

图9至图12示出了示例性物流系统的不同场景，其中机器人臂1被安装在架设装置15上。无人驾驶运输车辆16被设计为，可以有选择地区域性地移动、特别是移走架设装置15，或者能够区域性地移动、特别是移走货物承载件17。

这样构成的移动机器人具有可区域性移动的架设装置15和布置在架设装置15上的机器人臂1。架设装置15被设计用于移动地承载机器人臂1，并具有联接装置，该联接装置被设计用于将无人驾驶运输车辆1联接在架设装置15上，使得机器人臂1能够通过无人驾驶运输车辆16的移动而从其位置移动，并由此可以区域性地移动。

在当前实施例的情况下，架设装置15具有支架18，其包括支脚19a和支撑装置，在该支撑装置上，架设装置15可以通过无人驾驶运输车辆16被抬升。

替代支脚19a地，架设装置15可以具有底盘，该底盘包括多个无驱动的轮19b，这些轮被设计用于架设装置15的滚动运动，并因此使机器人臂1从第一区域点滚动运动到第二区域点。

在所示实施例的情况下，物流系统包括多个被设计用于临时存储货物21的货物承载件20。物流系统还包括多个被设计用于运输各个货物承载件20的无人驾驶运输车辆16。

物流系统可以通过机器人控制器12根据机器人程序来操控，以使末端执行器11在其空间位置和方向中自动运动，在此，在机器人控制器12中存储有货物承载件20(其具有至少一个存放面22)的形状的几何模型，并且机器人控制器12被设计为，在考虑到货物承载件20的形状的几何模型和至少一个存放面22的情况下使末端执行器11移动，从而通过被设计用于抓取货物21的末端执行器11，在货物承载件20于架设装置15上处于联接状态下时，借助于末端执行器11将货物21从货物承载件20的存放面22中取出和/或放置到货物承载件20的存放面22上。

图13示出了用于对电动车辆充电的充电装置101，其具有处于起始位置(ruheposition，静止位置)的机器人臂102。充电装置101包括：基础支架111；沿着竖直方向可移动地安装在基础支架111上的滑架113；第一电机115，其被设计用于相对于基础支架111对滑架113进行调节；围绕竖直的第一转动轴117可枢转地安装在滑架113上的近端侧枢转节肢119；第二电机121，其被设计用于使近端侧枢转节肢119相对于滑架113枢转；围绕竖直的第二转动轴123可枢转地安装在近端侧枢转节肢119上的中间枢转节肢125；第三电机，其被设计用于使中间枢转节肢125相对于近端侧枢转节肢119枢转；围绕竖直的第三转动轴129可枢转地安装在中间枢转节肢125上的远端侧枢转节肢131；第四电机，其被设计用于使远端侧枢转节肢131相对于中间枢转节肢125枢转；围绕水平的第四转动轴133可转动地安装在远端侧枢转节肢131上的执行节肢承载件137；可位移地安装在执行节肢承载件137上的电连接装置139。连接装置139特别是被可复位地安装在执行节肢承载件137上，并且优选被至少围绕第一线性方向可移动地和/或围绕第五转动轴可转动地安装。电插拔连接器141可以是连接装置139的组成部分。电导线143可以在电插拔连接器141与基础支架11之间建立电连接。此外，可以提供一传感器装置145，用于检测、特别是光学地检测连接装置139与互补连接装置(未示出)之间的插接过程，该互补连接装置可以是电动车辆的组成部分。

图14示出了根据图13的充电装置101处于工作位置时的情况，其中，近端侧枢转节肢119、中间枢转节肢125和/或远端侧枢转节肢131相对于彼此位移或枢转。

图15示出了具有传感器装置145的执行节肢承载件137。该传感器装置可以优选是相机145，特别是立体相机或深度成像相机，其中，可以配置人造光源147，以实现对相机检测区域的照明。

图16示出了根据图15的执行节肢承载件137，其具有作为优选的末端执行器的插拔连接器141的各种不同的运动自由度。轴a4描述了围绕竖直的转动轴的旋转。轴a5描述了围绕水平转动轴的俯仰(nicken)。轴a6描述了围绕基本上垂直于轴a5的水平转动轴的滚动，轴a5可以特别是基本上平行于插拔连接器141的插接方向来定向。在此，插拔连接器141借助于具有弹性体的支承部149来安装，使得插拔连接器141在有限的范围内是可枢转的或可位移的，而不是由机器人的电机主动移动。

图17以另一透视图示出了根据图15的执行节肢承载件137。执行节肢承载件137可以特别是具有插拔连接器141的线性支承部150，优选为槽导向件的形式。据此，可以有利地补偿插拔连接器141的随后沿着方向v的移动，例如，通过松弛空气悬架来降低车辆103(在图18中示出)。

图18示出了处于工作位置上的如图13至图17所示的充电装置101以及所连接的车辆103，该车辆具有互补连接装置151，用以与连接装置139发生电接触。在此，来自基础支架111内的电源的电流通过电导线143传递到连接装置139和151并传递到车辆中，以对车辆充电。

图19示出了在车库中处于工作位置上的如图13至图18所示的充电装置101以及所连接的车辆103，其中，充电装置101可以被紧固在车库墙壁105上和/或紧固在车库地面上。图20和图21示出了在车库中处于起始位置的根据图19的充电装置101以及未被连接的车辆103，其中，充电装置101优选地具有约为68xca.42xca.37cm(高x宽x深)的最大尺寸，并且特别是具有约30kg的最大重量，因此，车库中仍存在行走的空间，并且车库墙壁的负荷能力可以保持较低。

附图标记列表

101充电装置

102机器人臂

103车辆

105车库墙壁

111基础支架

113滑架

115第一电机

117第一转动轴

119近端侧枢转节肢

121第二电机

123第二转动轴

125中间枢转节肢

127第三电机

129第三转动轴

131远端侧枢转节肢

133第四转动轴

135第四电机

137承载件

139连接装置

141插拔连接器

143电导线

145传感器装置

147光源

149支承部

150线性支承部

151互补连接装置。