具有夾緊裝置的人機協作工作站的制作方法

本發明涉及一種MRK工作站，其具有機器人，所述機器人具有機器人控制器和機器人臂，所述機器人臂具有多個關節和將這些關節連接的節肢，所述機器人臂的關節能夠被所述機器人控制器自動調節，以便通過調整所述機器人臂的關節而使由所述機器人臂所保持的工具或工件在空間中停住和/或運動，此外，所述MRK工作站具有夾緊裝置，夾緊裝置具有位置固定的基礎臺架和固定裝置，所述固定裝置被構造用于以如下方式牢固保持工件或工具，即，保持在所述夾緊裝置上的工件和/或工具與所述機器人臂合作地被裝配和/或工作。

背景技術：

WO 2014/049637 A1描述了一種借助于焊接鉗來焊接構件的工作站，該焊接鉗由機器人來引導。在翻轉臺上能擺動地支承兩個相同的夾具。每個夾具被構造用于保持待焊接的構件。通過轉動所述翻轉臺可以使各夾具有選擇地靠近所述機器人，使得所述機器人可以借助于由該機器人所引導的焊接鉗焊接所述構件；或靠近人、也就是工人，使得工人可以從夾具取出完成焊接的構件并可以在夾具上插入新的待焊接構件。各夾具可以通過自動的控制裝置主動地擺動，使得夾具可以通過主動運動視其所配屬的不同而相對于工人或機器人不同地取向。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種MRK工作站，其具有擴寬的安全特性。

本發明的目的通過一種MRK工作站來實現，其具有機器人，所述機器人具有機器人控制器和機器人臂，所述機器人臂具有多個關節和使這些關節連接的節肢，所述機器人臂的關節能夠被所述機器人控制器自動調節，以便通過調整所述機器人臂的關節而使由所述機器人臂所保持的工具或工件在空間中停住和/或運動，此外，所述MRK工作站具有夾緊裝置，夾緊裝置具有位置固定的基礎臺架和固定裝置，所述固定裝置被構造用于以如下方式牢固保持工件或工具，即，保持在所述夾緊裝置上的工件和/或工具能夠與所述機器人臂合作地被裝配和/或加工，其中，所述夾緊裝置具有機械式調節裝置和能由所述機器人控制器操控的觸發裝置，并且所述調節裝置被構造為，當所述觸發裝置被激活時，使所述固定裝置關于所述基礎臺架從運行位置自動地調節到安全位置中。

MRK工作站的名稱用于人機協作工作站。在這種MRK工作站上活動著也可以被稱作工人的人，其中，在空間上的附近、尤其是在與人的直接共同工作中，能自動操控的機器人實施運動、尤其是進行對工件的工作，而沒有通過保護欄將機器人與人隔開。如果需要的話，尤其可以在MRK工作站上允許或發生人與機器人的接觸、尤其是機器人也由人來手動引導和/或工件由人和機器人共同處理和/或加工。

根據本發明的MRK工作站可以具有不動地由夾緊裝置位置固定地保持的工件和由機器人所引導的工具。在此，工件可以由機器人所引導的工具來加工和/或裝配。在此，由機器人實施的加工和/或裝配由工人來支持，也就是說，工人可以自身手動地影響加工過程和/或裝配過程，例如通過附加的手動引導的工具和/或通過手動添加的機器元件或另外的構件來影響。

替換地或補充地，根據本發明的MRK工作站可具有不動地由夾緊裝置位置固定地保持的工具和由機器人所引導的工件。在此，由機器人所引導的工件可以由位置固定的工具來加工和/或裝配。在此，由機器人實施的加工和/或裝配由工人來支持，也就是說，工人可以自身手動地影響加工過程和/或裝配過程，例如通過附加的手動引導的工具和/或通過手動添加的機器元件或另外的構件來影響。

具有所配屬的機器人控制器的機器人臂、尤其是工業機器人是工作機，這些工作機可以為了自動處理和/或加工物件而配備有工具，并且在例如關于定向、位置和工作流程的多個運動軸線上可編程。工業機器人通常具有機器人臂，該機器人臂具有多個通過關節連接的節肢和能編程的機器人控制器(控制裝置)，這些機器人控制器在運行期間自動控制或調節所述機器人臂的運動流程。通過由機器人控制器所操控的驅動器、尤其是電驅動器，尤其地關于工業機器人的代表關節的運動自由度的運動軸線來使所述節肢運動。

具有多個通過關節連接的節肢的機器人臂，可以被配置為具有多個串聯地相繼布置的節肢和關節的彎臂機器人，尤其地，冗余式工業機器人可以具有帶七個或更多個關節的機器人臂。

機器人尤其可以是冗余式機器人，冗余式機器人被理解為能借助于機器人控制器運動的機器人臂，該機器人臂具有比滿足任務所需的更多的操縱自由度。冗余的度由機器人臂自由度的數量與事件空間的維數的差獲得，在該事件空間中能夠解決所述任務。在此，可以涉及運動學冗余或特定于任務的冗余。在運動學冗余的情況下，運動學自由度的數量、一般是機器人臂的關節的數量大于事件空間，該事件空間在真實環境中在所述空間中運動的情況下由三個平移自由度和三個旋轉自由度、即六個自由度來構造。冗余式工業機器人因此例如可以是具有七個關節、尤其是七個轉動關節的輕型結構機器人。在特定于任務的冗余的情況下，任務狀況的維數反而小于機器人臂的運動學自由度的數量。當機器人臂在它的手法蘭上承載能繞工具驅動軸線轉動的工具(例如根據本發明的擰緊裝置)并且機器人臂的轉動關節中的一個轉動關節沿著該工具驅動軸線取向時，例如是這種情況。

在機器人臂的關節被力調節和/或力矩調節地操控時，機器人臂的關節可以關于它們的剛性被給定參數。為此，在所有實施方案中，可以借助于阻抗調節或導納調節(Admittanzregelung)來進行對機器人臂的驅動器的力調節和/或力矩調節的操控。機器人控制器可以被設置為，尤其借助于阻抗調節或導納調節來產生機器人臂的適用于安全的人機協作的撓性。

但是，具有所配屬的機器人控制器的機器人臂、例如工業機器人尤其可以是所謂的輕型結構機器人，它們首先與常見的工業機器人區分開的是，這些輕型結構機器人具有對于人機協作(MRK)有利的結構尺寸并在此具有相對它們的自重相對高的承載能力。

這種機器人臂或這種輕型結構機器人通常具有多于六個的自由度，使得就此而言提供了一種超定的系統，由此，空間中的同一點可以在相同的定向中在機器人臂的多個、尤其是甚至無限多的不同姿勢中被實現。輕型結構機器人可以對外部的力作用以合適的方式作出反應。為了測量力可以使用力傳感器，這些力傳感器可以在所有三個空間方向上測量力和轉矩。替換地或補充地，也可以無傳感器地、例如根據輕型結構機器人關節上的驅動器的所測量到的電機電流來計算外力。作為調節方案，例如可以使用通過將輕型結構機器人建模作為機械阻力(阻抗)的間接力調節或使用直接的力調節。

此外，尤其也可像提到的那樣，代替僅位置調節地而是力調節和/或力矩調節地來運行輕型結構機器人，這例如更安全地實現人機協作(MRK)。此外，通過如下方式可以實現這種安全的人機協作，即，例如機器人臂與人員的無意碰撞可以要么被阻止，要么至少被減弱使得人員或工人不受傷。

根據本發明，所述夾緊裝置具有機械式調節裝置和能由機器人控制器操控的觸發裝置，并且調節裝置被構造用于，當觸發裝置被激活時，使固定裝置關于基礎臺架從運行位置自動地調節到安全位置中，在例如工人身體部分被夾住的情況下可以盡可能快地消除、也就是排除所述夾住。所以這點特別有利，因為在由機器人識別出的碰撞的情況下，出于安全原因，機器人臂借助于安全相關的停止被立即停住并且這可以在不利的情況下導致現在停機的機器人臂夾住工人的身體部分。因為安全相關地被停住的機器人臂僅可以非常時間延遲地又被帶入到操作準備就緒的狀態中，和/或機器人的啟動甚至會導致不希望的運動，所以根據本發明的夾緊裝置有益于非常快地可以將被夾住的工人從該處境中解放。因為根據本發明的夾緊裝置優選在沒有任何主動操控的情況下設法應付、即自動地工作，所以也可以在電能輸入失靈的情況下或在機器人控制器失靈的情況下將根據本發明的夾緊裝置立即帶到安全位置中，在該安全位置中可靠地消除了可能的夾持。

所述機器人可以具有碰撞識別裝置，并且所述機器人控制器在此可以被構造和/或設置用于，在識別出所述機器人臂與障礙物、尤其是人碰撞時激活所述觸發裝置。

碰撞識別裝置可以在機器人控制器中被實現，并且例如以已知的方式被實施。因此，碰撞識別裝置例如可以具有單獨的碰撞傳感器。例如，這類碰撞傳感器可以布置在機器人臂的結構上、也就是機器人臂的節肢上。然而，碰撞識別也可以通過由機器人控制器來評價機器人臂關節中的力和力矩來被程序控制地進行。

所述機器人尤其可以具有碰撞識別裝置，所述碰撞識別裝置被構造用于，識別障礙物、尤其是人或人體部分在由所述夾緊裝置所保持的工件或工具與由所述機器人臂所保持的和/或所運動的工具或工件或所述機器人臂本身的節肢之間被夾住，并且所述機器人控制器在此可以被構造和/或設置用于，在識別出夾住時激活所述觸發裝置。

如果碰撞被碰撞識別裝置識別出，那么通過機器人控制器尤其是安全相關地停住所述機器人臂。同時，例如通過機器人控制器的安全出口可以將控制信號發送到根據本發明的夾緊裝置。例如，這種控制信號可以正好僅僅是將電保持磁體(elektrischen Haltemagneten)的電能供給切斷，這些電保持磁體逆著彈簧預緊力或逆著重力將固定裝置保持在運行位置中。這意味著，在機器人臂被安全相關地停住的情況下，機器人控制器中斷電保持磁體的電流供給，由此將固定裝置自動地、也就是在不需要能量供給的情況下從運行位置運動到安全位置中。

所述機械式調節裝置可以被構造用于，使所述固定裝置相對于所述基礎臺架沿豎直方向、尤其是沿重力方向從所述運行位置調節到所述安全位置中。

當所述機械式調節裝置借助于支承件、尤其是線性引導件在所述基礎臺架上以如下方式受支承，即，所述固定裝置在觸發裝置被激活時自動地借助于重力運動到所述安全位置中時，那么這種豎直可調節性是特別適宜的。因此，固定裝置可以在運行位置中處于較高的豎直位置上并就此而言具有較高的勢能。安全位置于是處在較低的豎直位置中，并且在此，固定裝置就此而言具有比在運行位置中更小的勢能。固定裝置可以因此單獨通過勢能、也就是通過重力運動到安全位置中。固定裝置因此可以純被動地工作，也就是說尤其不需要外部的能量供給。

但是，所述機械式調節裝置也可以被構造用于，使所述固定裝置相對于所述基礎臺架沿水平方向被調節。

當所述機械式調節裝置借助于彈簧預緊的支承件、尤其是彈簧預緊的線性引導件在所述基礎臺架上以如下方式受支承，即，所述固定裝置在觸發裝置被激活時自動地借助于彈簧預緊力運動到所述安全位置中，這種水平可調節性是特別適宜的。彈簧預緊力例如可以由金屬性彈簧螺旋來施加，該彈簧螺旋在固定裝置的運行位置中被張緊，并且當其松弛時固定裝置運動到它的安全位置中。因此，固定裝置可以在這種實施方式中借助于至少一個也存儲勢能的機械式彈簧也純被動地工作，也就是尤其不需要外部的能量供給。

但是，所述機械式調節裝置也可以在另外的實施方案變型中借助于支承件、尤其是線性引導件在所述基礎臺架上以如下方式受支承，即，所述固定裝置在觸發裝置被激活時自動地借助于重力運動到所述安全位置中。

但是，所述機械式調節裝置也可以在另外的實施方案變型中借助于彈簧預緊的支承件、尤其是彈簧預緊的線性引導件在所述基礎臺架上以如下方式受支承，即，所述固定裝置在觸發裝置被激活時自動地借助于彈簧預緊力運動到所述安全位置中。

例如，也可以在一軌道上進行固定裝置從它的運行位置到它的安全位置中的運動，該軌道具有不僅豎直而且水平的方向分量(Richtungskomponenten)。例如，也可以借助于擺動運動將固定裝置從運行位置帶到安全位置中。

所述觸發裝置可以具有至少一個機械式保持裝置、尤其是具有待機械式操縱的鎖銷的機械式保持裝置，和/或具有氣動保持裝置、尤其是具有待氣動運動的鎖銷的氣動保持裝置，和/或具有電磁保持裝置，其中，對應的保持裝置被構造用于，使所述固定裝置在所述觸發裝置的未激活狀態下保持在所述運行位置中。

對應的保持裝置可以被構造用于，使所述固定裝置在所述觸發裝置的激活狀態下被釋放，使得所述固定裝置能夠自動地從所述運行位置調節到所述安全位置中。

所述電磁保持裝置可以具有緊固在所述基礎臺架上的至少一個、尤其是四個電磁體，所述電磁體被構造用于，使與所述固定裝置連接的錨板(Ankerplatte)在所述觸發裝置的未激活狀態下借助于磁力固定保持在所述固定裝置的運行位置中。

附圖說明

在隨后的描述中參考附圖詳細闡釋本發明的具體實施例。該示例性實施例的具體特征可以與它們在哪個具體上下文中被提到無關地、有可能也單個或組合地被考慮來表示本發明的一般性特征。

其中：

圖1示出了示例性的MRK工作站的示意圖，其具有引導工具的機器人、位置固定地布置在根據本發明的夾緊裝置上的工件和工人，工人引導附加的手動工具，

圖2在單獨姿態(Alleinstellung)中在夾緊裝置的運行位置上示出了根據圖1的根據本發明的夾緊裝置的剖視圖，

圖3為在觸發裝置被激活之后在單獨姿態中在夾緊裝置的下降的安全位置中的根據圖1的根據本發明的夾緊裝置的剖視圖，以及

圖4示出了根據圖1的根據本發明的夾緊裝置的分解視圖。

具體實施方式

圖1示意性示出了MRK工作站，其具有作為所謂的輕型結構機器人的示例性實施方案的機器人1。機器人1具有機器人臂2和機器人控制器3。機器人臂2包括多個、在當前實施例的情況下八個相繼布置的并借助于七個關節4能轉動地彼此連接的節肢5至12。

機器人1的機器人控制器3被構造或設置用于實施機器人程序，機器人臂2的關節4通過該機器人程序可以按照該機器人程序自動化地或在手動移動運行中自動調節或轉動運動。為此，機器人控制器3與能操控的電驅動器連接，這些驅動器被構造用于調節所述機器人1的關節4。

機器人臂2的也被稱作機器人法蘭的端部節肢12承載一工具14a。該工具14a在本實施例的情況下被構造用于自動加工工件14b。

在示例性的MRK工作站上，工人13與機器人1協作。為此，工人13用手操縱手動工具14c，工人在他的手15中保持該手動工具并可以借助于他的臂16使該手動工具運動。

本實施例的MRK工作站此外具有夾緊裝置17。夾緊裝置17包括位置固定的基礎臺架19和固定裝置18。固定裝置18被構造用于在本實施例的情況下以如下方式固定保持所述工件14b，即，保持在夾緊裝置17上的、圖1中以虛線示出的工件14b與機器人臂2和工人3合作地被裝配和/或加工。基礎臺架19被位置固定地安裝。基礎臺架19為此例如可以裝配在車間地面上或裝配在與車間地面連接的支架上。固定裝置18例如可以具有鉆孔、槽和/或燕尾引導部，以便可以將最不同的工件14b暫時固定在所述固定裝置18上(例如借助于夾緊抓鉤)。固定裝置18由此可以一般地構造為類似于機臺。

如圖2和圖3中在單獨姿態中示出的那樣，夾緊裝置17具有機械式調節裝置20和能由機器人控制器3操控的觸發裝置21。

調節裝置20被構造為，當觸發裝置21被激活時，固定裝置18關于所述基礎臺架19從圖2中示出的運行位置自動地調節到圖3中示出的安全位置中，就像這通過箭頭P所示的那樣。

固定裝置18具有基板22。基板22在此可以遮蓋基礎臺架19的空腔23。為此，基板22可以具有圍裙式(schürzenartig)被拉下來的邊緣區段22.1，當固定裝置18處于圖2中所示的運行位置中時，通過該邊緣區段來阻止嵌入到空腔23中。空腔23被構造用于，在根據圖3的安全位置中收納降低狀態中的固定裝置18。

為了可以使固定裝置18從運行位置調節到降低的安全位置中，固定裝置18借助于支承件24、尤其是線性引導件24a在所述基礎臺架19上以能線性調節的方式受支承。借助于支承件24、尤其是線性引導件24a，機械式調節裝置20在本實施例的情況下被構造用于，使固定裝置18相對于基礎臺架19沿豎直方向(箭頭P)、也就是沿重力方向從運行位置調節到安全位置中。

當機器人1借助于它的可以至少部分地或完全集成到機器人控制器3(圖1)中的碰撞識別裝置識別出碰撞時，就像圖2中示意性示出的那樣，例如當機器人臂2將工人13的手15或臂16夾在機器人臂2與工件14b之間時，那么通過機器人控制器3激活所述觸發裝置21。

如果機器人控制器3激活所述觸發裝置21，那么由于機械式的和自動地的調節裝置20或借助于支承件24、尤其是線性引導件24a，固定裝置18自動地借助于重力運動到如圖3中所示的安全位置中。

固定裝置18就此而言借助于重力向下落到安全位置中。為了使所述固定裝置18不硬撞擊基礎臺架19，可以設置彈性緩沖器30，該緩沖器減震地接住掉落到安全位置中的固定裝置18。

在安全位置中，于是就像圖3中示意示出的那樣消除了夾持，也就是說在所示示例的情況下，工人13的手15或臂16不再夾在機器人臂2與工件14b之間，而是又被釋放。

至少一個位置探測器25、尤其是兩個在此方面冗余地實施的位置探測器25例如可以具有霍爾傳感器，并通過與能下降的固定裝置18連接的、可以是金屬條帶的接片26來識別出：固定裝置18是處在如圖3中示出那樣的安全位置中，還是如圖2中示出那樣處在運行位置中。位置探測器25可以與機器人控制器3電連接并在控制技術上以如下方式集成，即，僅當由位置探測器25自動確定了固定裝置18處在運行位置中時，才可以自動操控所述機器人臂2。

觸發裝置21在本實施例的情況下具有電磁保持裝置27。電磁保持裝置27被構造用于，使固定裝置18在觸發裝置21未激活狀態下保持在運行位置中。

電磁保持裝置27在此被構造用于，使固定裝置18在觸發裝置21激活狀態下被釋放，使得固定裝置18可以自動地從根據圖2的運行位置調節到根據圖3的安全位置中。

在圖4中明顯地示出，在本實施例的情況下，電磁保持裝置27具有緊固在基礎臺架19上的四個電磁體28.1、28.2、28.3、28.4，它們被構造用于，將與固定裝置18連接的錨板29在觸發裝置21未激活狀態下借助于磁力固定保持在固定裝置18的根據圖2的運行位置中。