[發(fā)明專利]包括可折疊機(jī)械臂的機(jī)器人系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980117563.6
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN102026781A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·C·蓋斯特;H·B·布朗;H·M·喬賽特;B·薩爾
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司;卡耐基-梅隆大學(xué)
• 主分類號: B25J9/04
• 分類號: B25J9/04;B25J9/06
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

背景技術(shù)

對能夠在狹窄的工作空間內(nèi)緊貼工作面精確定位末端執(zhí)行器的需求一直存在。同時也存在對操縱末端執(zhí)行器穿過進(jìn)入端口并進(jìn)入狹窄的工作空間的機(jī)器人系統(tǒng)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

在一個實(shí)施例中，系統(tǒng)包括末端執(zhí)行器，用于定向末端執(zhí)行器的機(jī)械腕；以及可折疊成堆疊的機(jī)械臂。該機(jī)械腕安裝到機(jī)械臂最末端的連桿。

在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)包括機(jī)械臂，該機(jī)械臂具有多個連桿以及平行軸接頭配置，從而使所述連桿能夠與堆疊在彼此頂部的連桿一起被折疊成緊湊結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)還包括安裝到機(jī)械臂最末端的連桿的機(jī)械腕，以及安裝到機(jī)械腕的末端執(zhí)行器。該機(jī)械臂被用來定位末端執(zhí)行器，而機(jī)械腕被用來定向末端執(zhí)行器。

附圖說明

圖1為機(jī)器人系統(tǒng)的框圖。

圖2a及2b為機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)施例的示圖。

圖3為末端執(zhí)行器及機(jī)械腕的示圖。

圖4為具有狹窄工作空間及通向該狹窄工作空間的進(jìn)入端口的構(gòu)造的示圖。

圖5為應(yīng)用圖2a及2b的機(jī)器人系統(tǒng)的方法的示圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1，其圖示說明機(jī)器人系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100包括末端執(zhí)行器110。該末端執(zhí)行器110的設(shè)計取決于其所意圖的任務(wù)。例如，末端執(zhí)行器可以被設(shè)計用來支持檢查工具(例如，借助照相機(jī)或其他傳感器)、切割操作(例如，鉆孔、沖孔或銑削)、緊固操作(例如，通過鉚釘或螺絲)或其他組裝操作。

系統(tǒng)100也包括用于定向末端執(zhí)行器110的機(jī)械腕120。該機(jī)械腕120不局限于任何特定類型。機(jī)械腕120的活動范圍和自由度由不同工作面所具有的方位的數(shù)量決定。作為另一個示例，具有三個自由度的球腕可以被用來定向末端執(zhí)行器110。

系統(tǒng)100還包括具有可折疊成堆疊的多個連桿的機(jī)械臂130。該機(jī)械臂130可以為具有多個連桿及平行軸接頭配置的SCARA型機(jī)械臂(縮寫SCARA指的是Selective?Compliant?Articulated?Robot?Arm，即選擇順應(yīng)性鉸接機(jī)械臂)。這些接頭的軸可以標(biāo)稱地與重力矢量平行，從而使各接頭的軸上的重力扭矩最小。多個連桿可以與堆疊在彼此頂部上的連桿一起被折疊成緊湊結(jié)構(gòu)。

機(jī)械臂130定位末端執(zhí)行器110。機(jī)械腕120允許末端執(zhí)行器110到達(dá)機(jī)械臂130自身可能達(dá)不到的方位。

系統(tǒng)100還可以包括用于定位，升高和傾斜機(jī)械臂130底座的外部設(shè)備140。該設(shè)備140對于具有狹窄工作空間以及通向該工作空間的進(jìn)入端口的結(jié)構(gòu)具有特殊實(shí)用性。設(shè)備140可以操縱折疊的機(jī)械臂130經(jīng)過進(jìn)入端口并進(jìn)入狹窄工作空間內(nèi)。例如，設(shè)備140可以包括具有三個自由度的底座，以用于沿垂直軸移動機(jī)械臂130(即調(diào)整機(jī)械臂130的高度)，圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂130以及俯仰以上下擺動整個機(jī)械臂130。一旦處于工作空間內(nèi)，機(jī)械臂130就可以被展開并用于在工作空間內(nèi)緊貼工作面定位末端執(zhí)行器110。

此外，機(jī)器人系統(tǒng)100可以安裝在托架組件150上。該托架組件150可以用于沿地面移動系統(tǒng)100以將該系統(tǒng)100關(guān)于進(jìn)入端口定位。

現(xiàn)在參照圖2a，其圖示說明機(jī)器人系統(tǒng)210的示例。機(jī)器人系統(tǒng)210包括具有通過接頭224連接的多個連桿222的機(jī)械臂220。接頭224定向?yàn)槠叫休S。盡管圖2a中圖示說明五個等長的連桿222，但本文所述的機(jī)械臂并不受此限制。

接頭224可以包括用于折疊和展開臂220的軸承和致動器(如電動機(jī))。這些接頭的軸可以標(biāo)稱地與重力矢量平行。接頭的這種布置可以使各接頭224上的重力扭矩最小。如果所有的主要承重接頭都與重力平行，則致動器的尺寸及功率的要求急劇下降。

機(jī)器人系統(tǒng)210還包括機(jī)械腕230和末端執(zhí)行器240。機(jī)械腕230被安裝到最后連桿的端部。同樣顯示了用于定位、升高和傾斜的致動器系統(tǒng)250以及機(jī)械臂220。

現(xiàn)在參照圖2b，其圖示說明與其堆疊在彼此頂部的連桿222一起處于緊湊結(jié)構(gòu)中的機(jī)械臂210。圖2b所示的連桿222的結(jié)構(gòu)被稱為“同延堆疊”。圖2b還顯示了機(jī)械腕230，該機(jī)械腕230被定向?yàn)槭沟闷渑c末端執(zhí)行器240均處于最后連桿上的裝入(stow)位置中，這使機(jī)器人系統(tǒng)210更為緊湊。

參照圖3，其圖示說明末端執(zhí)行器300與機(jī)械腕310的示例。機(jī)械腕310模擬具有三個自由度的球腕的運(yùn)動學(xué)。機(jī)械腕310包括用于控制末端執(zhí)行器300的俯仰、偏轉(zhuǎn)和搖擺的第一、第二和第三轉(zhuǎn)動接頭320、330和340。