机器人系统的制作方法

本发明涉及一种机器人系统，该机器人系统具有可通过铰接臂或龙门架移动的端部执行器，以及由端部执行器进行加工的加工目标。

背景技术：

1、如果这种机器人系统要在人类也可以进入的空间内操作，则必须采取预防措施，以将机器人受伤的风险降至最低，例如，将人类附近机器人的最高允许速度设置得足够低，以便机器人在接触人类之前能够安全停止。例如，因为人类走过机器人时没有与机器人互动，因此当人类和机器人只是偶尔接近时，这种方法是可行的。然而，如果两者必须长时间接近，例如在工件上一起工作时，则相关联的近距离和人类在机器人附近停留的长时间会对相当长一段时间内的最大速度施加严格限制。在许多情况下，与之相关的低生产率使得人类与机器人之间的协作工作不经济。

技术实现思路

1、因此，本发明的目标是提供一种机器人系统，该机器人系统确保在协作工作期间有效保护人类，即使机器人的最大速度没有严格限制，特别是当机器人在人类与机器人之间发生接触之前没有停止，但机器人移动时也允许接触。

2、该目标是在机器人系统中实现的，该机器人系统包括

3、机器人，包括底座和相对于底座可移动的端部执行器，以及

4、加工目标，可由端部执行器在至少一个优选方向上接近，

5、加工目标至少临时地且至少在优选方向上相对于底座可移动地安装。

6、如果人类无法从机器人的撞击中撤退，而是被卡在机器人和障碍物之间，那么与机器人接触而受伤的风险尤其高。虽然机器人工作所不需要的物体形式的障碍物可以从机器人的环境中移除，从而消除人类被卡在它们和机器人之间的风险，但机器人的加工目标(例如工件)显然不是这样。由于在任何时候机器人附近的加工目标的数量通常都很小，因此可以通过可管理的努力，以合规安装的形式采取安全措施。特别是，如果加工目标的惯性低于机器人的惯性，则可以高度有效地降低在端部执行器减速且加工目标加速的同时临时作用在人体部位的力。

7、特别是，加工目标可以包括工件夹持器，也可能包括工件。在本发明的背景下，工件夹持器可以是一个容器，其中工件被积极固定、夹紧或以其他方式临时固定，以及一个容器或支架，工件松散地放置在该容器或支架上，并且可以被端部执行器夹持，也可以被端部执行器放下。

8、致动器可以被连接到加工目标，以抵消加工目标在优选方向上的偏离，从而防止加工目标在正常操作期间(即，未采取临时安全措施保护机器人附近的人员时)从端部执行器后退。

9、致动器可以不受控制，例如，其可以弹性变形，因此反作用力是抵消致动器变形的反作用力。反作用力应足够低，以与iso/ts15066:2016中规定的人体部位瞬时或准静态作用力的极限值兼容，例如手部280n或140n。例如，为了不超过准静态作用力的极限值，致动器的预载和弹簧常数必须与制动距离(从而与端部执行器的最大允许速度)相匹配，这样，如果加工目标被端部执行器偏离，身体部位夹在中间，则从夹紧开始到端部执行器停止，反作用力将保持在极限值以下。

10、为了在不使加工目标被推回的情况下由端部执行器执行加工，弹性致动器在其静止位置相对于优选方向对加工目标施加的反作用力必须大于加工期间端部执行器在优选方向上施加的力。为此，可以预加载弹性致动器，并且在静止位置使其保持加工目标紧贴挡块。

11、这种预加载不可避免地缩短了在致动器的反作用力超过极限值之前可以将加工目标推回的距离。为了避免这一缺点，致动器可以在薄弱点处支撑，当超过负载极限(优选地低于极限值)时，该薄弱点产生屈服，从而允许致动器放松。

12、备选地，可以控制致动器，以根据需要改变反作用力，阻止加工目标与静止位置偏离。

13、为此，致动器可能具有含有流体的至少一个工作腔室，并且可以提供构件以通过改变流体的压力来改变反作用力。

14、机器人系统还可以包括固定摩擦表面和可与加工目标一起移动的摩擦表面，并且致动器可以被布置为通过施加在摩擦表面上的接触压力来控制反作用力。

15、备选地，可以通过使加工目标与其静止位置偏离(例如通过提供工作腔室的活塞，该活塞与加工目标耦接并与目标一起移动)来压缩工作腔室。

16、当端部执行器接近加工目标时，控制单元可以与致动器相互作用，以将反作用力设置为低值，因为只有这样，身体部位才有可能卡在端部执行器与加工目标之间。不必针对每次接近移动减小反作用力；作为附加条件，可以提供端部执行器与加工目标之间的距离低于适合有被卡住风险的身体部位(特别是手)的尺寸的极限距离。

17、相反，至少在端部执行器与加工目标接触时，控制单元应将反作用力设置为高值，因此在端部执行器与加工目标之间不能出现任何身体部位，但与此同时，加工目标的高反作用力可能是预期加工所必需的。

18、为了最小化剪切力造成的损伤风险，如果端部执行器与加工目标之间的距离低于极限距离，则可以设置控制单元以限制端部执行器进一步接近加工目标的方向与优选方向的偏差。

19、为了提供有效的保护，即使在加工目标的高惯性情况下，例如，如果其包括重工件(例如汽车车身)，也可以设置致动器以驱动加工目标在优选方向上的移动。

技术特征：

1.一种机器人系统，包括

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，所述加工目标(7)包括工件夹持器。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，致动器(14，18，23)被连接到所述加工目标(7)，用于利用反作用力阻止所述加工目标(7)在所述优选方向(11)上的偏离。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中所述致动器(14)是弹性变形的，并且所述反作用力是抵消所述致动器(14)的所述变形的反应力。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其特征在于，在加工期间，由所述弹性致动器(14)在所述加工目标(7)的静止位置，特别是在由挡块(13)限定的静止位置处施加的所述反应力大于由所述端部执行器(1)在所述优选方向(11)上在所述加工目标上施加的力。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的机器人系统，其特征在于，所述致动器(14)在薄弱点(21)处受到支撑，所述薄弱点在超过负载极限时产生屈服。

7.根据权利要求3所述的机器人系统，其中所述致动器(23，33，41)是可控的，以从静止位置改变阻止所述加工目标(7)的所述偏离的反作用力。

8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中所述致动器(33，41)包括含有流体的至少一个工作腔室(28，34)，并且所述流体的压力是可变的以改变所述反作用力。

9.根据权利要求7或8所述的机器人系统，具有在所述优选方向上固定的摩擦表面(42)以及能够利用所述加工目标(7)替换的摩擦表面(40)，所述致动器(41)被布置为控制所述摩擦表面(40，42)彼此之间的接触压力。

10.根据权利要求8所述的机器人系统，其中所述工作腔室(28，34)能够通过所述加工目标(7)与所述静止位置的偏离而压缩。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的机器人系统，其中控制单元(5)与所述致动器(23，33，41)协作以至少在所述端部执行器(1)接近所述加工目标时将所述反作用力设置为低值，和/或至少在所述端部执行器(1)接触所述加工目标(7)时将所述反作用力设置为高值。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的机器人系统，其中控制单元(5)与所述端部执行器(1)和/或所述加工目标(7)上的力传感器或偏离传感器(17)协作，以在所述端部执行器(1)和所述加工目标(7)彼此间隔的状态下，检测阻止所述端部执行器(1)和所述加工目标(7)接近的外力或所述加工目标(7)的偏离，并且在检测到所述外力或所述偏离时将所述致动器的所述反作用力(23，33，41)设置为低值。

13.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中当所述端部执行器(1)与所述加工目标(7)之间的距离低于极限距离(15)时，控制单元(5)适用于限制进一步接近的方向与所述优选方向(11)的偏差。

14.根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统，其中致动器(33)适用于驱动所述加工目标(7)在所述优选方向(11)上的移动。

技术总结
本公开的各实施例涉及机器人系统。一种机器人，其包括底座和相对于底座的可移动的端部执行器；以及端部执行器，在至少一个优选方向上驱动加工目标，其特征在于加工目标至少临时地且至少在优选方向上相对于底座移动。

技术研发人员：克里斯托夫·宾纳,勒内·科尔斯滕,比约恩·马赛厄斯,黛博拉·克莱维尔,哈拉尔德·斯塔布
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12