本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1所述特征的多軸機器人，該多軸機器人具有驅(qū)動器、工具頭和用于引導(dǎo)柔性管線的拖鏈(schleppkette)。

本發(fā)明處于加工對象表面的技術(shù)領(lǐng)域，所述對象表面可具有任意的曲率。本發(fā)明尤其是針對這類表面的印刷。

背景技術(shù)：

如de102012006371a1所公開，在借助由機器人引導(dǎo)的工具頭(尤其是噴墨印刷頭)加工任意彎曲的對象表面(尤其是印刷這類表面)時，通常要求經(jīng)由管線譬如以電方式供給工具頭，這些管線被引導(dǎo)至運動的工具頭。這類管線可沿著機器人被引導(dǎo)(如de202011004786u1所公開)并且在此可被鋪設(shè)在拖鏈中(如de20305677u1所公開)。

在此可能出現(xiàn)如下問題：譬如由于管線在特定運動時可能會纏繞機器人，因此管線可能會限制了機器人的運動。另一方面，也可能出現(xiàn)這樣的問題：管線可能會與待加工對象或者其它對象或者與機器人自身發(fā)生碰撞。這些問題都應(yīng)防止或者消除。

de10245984a1公開了一種具有拖鏈的機器人臂，該拖鏈的近工具端部可借助于保持件來緊固在機器人臂(或其最后關(guān)節(jié))上，并且該最后關(guān)節(jié)能夠運動(即旋轉(zhuǎn))。然而，在機器人臂的最后關(guān)節(jié)上通常也緊固有工具頭，從而拖鏈的近工具端部始終只能夠或者必須與工具頭一同運動。這樣一來，拖鏈的近工具端部的軌跡由工具頭的軌跡確定，并且可能會導(dǎo)致了拖鏈的近工具端部與待加工對象或者其它對象或者機器人自身發(fā)生碰撞。由此，de10245984a1沒有解決上述問題。

de102004026813a1公開了兩個機器人的應(yīng)用，或者說公開了兩個機器人相互協(xié)調(diào)地、合作性地工作。在此，其中，一個機器人是所謂的復(fù)制機器人(kopierroboter)，另一個是參考機器人(referenzroboter)。復(fù)制機器人跟隨著參考機器人(或其手部法蘭)的軌跡。為了實現(xiàn)這點，采用了耗費巨大的測量系統(tǒng)。de102004026813a1沒有給出任何用于防止碰撞或者防止在使用拖鏈時機器人運動限制的解決方案。

de102006002637a1公開了結(jié)合機器人應(yīng)用所謂的吊車(laufkatze)。然而，吊車在此僅被構(gòu)造成服從于機器人牽引的被動式系統(tǒng)。de102006002637a1沒有給出任何用于主動地防止碰撞或者主動地防止在使用拖鏈時機器人運動限制的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在該背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備，所述設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)：構(gòu)造具有工具頭(尤其是噴墨印刷頭)的、經(jīng)由拖鏈中的管線被供給的機器人，從而能夠防止了拖鏈的至少近工具端部與待加工對象、與其它對象或者與機器人發(fā)生碰撞，和/或能夠防止了機器人的運動限制。

該任務(wù)的根據(jù)本發(fā)明的解決方案是具有獨立權(quán)利要求1所述特征的機器人。

根據(jù)本發(fā)明的多軸機器人(具有驅(qū)動器、工具頭和用于將柔性管線沿著機器人至少一部分引導(dǎo)直至工具頭的拖鏈)是這樣的機器人：其中，輔助系統(tǒng)使拖鏈的近工具頭端部運動，該輔助系統(tǒng)具有至少一個不同于機器人驅(qū)動器的驅(qū)動器用于運動該端部。

根據(jù)本發(fā)明的解決方案以有利的方式允許：防止了拖鏈的至少近工具端部與待加工對象、與其它對象或者與機器人發(fā)生碰撞，和/或防止了機器人的運動限制。同樣能防止了線纜斷裂或者類似情況。換句話說：機器人的工作空間不受或者僅很小程度地受到限制或者甚至得以最大化。為此，根據(jù)本發(fā)明采用輔助系統(tǒng)。只要該輔助系統(tǒng)具有驅(qū)動器，則該輔助系統(tǒng)是主動式輔助系統(tǒng)。優(yōu)選地，這個驅(qū)動器與機器人的驅(qū)動器無關(guān)地控制。優(yōu)選地采用計算機進行控制。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是可運動地布置在多軸機器人上的臂部。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述臂部的驅(qū)動器基于傳感器信號被控制。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述臂部包括間隔傳感器，并且所述傳感器信號是間隔信號。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)的驅(qū)動器基于由計算機生成的軌跡規(guī)劃被控制，該軌跡規(guī)劃不同于由計算機針對工具頭所生成的軌跡規(guī)劃。因為輔助系統(tǒng)使拖鏈(尤其是拖鏈的近工具端部)在空間上運動，并且在此應(yīng)留意工具頭的運動(尤其是應(yīng)以給定的間隔且在避免碰撞的情況下跟隨著工具頭的運動)，因此上述兩個軌跡規(guī)劃在大多數(shù)情況下并非完全相互獨立。然而，輔助系統(tǒng)具有至少一個(與機器人針對工具頭所設(shè)定的自由度)獨立的運動自由度。通過這個自由度，使輔助系統(tǒng)以有利的方式處于如下狀態(tài)，即：雖然跟隨著工具頭，在此卻單獨地實施避讓運動。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是吊車。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述輔助系統(tǒng)是另一多軸機器人。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述工具頭是噴墨印刷頭和/或是用于借助輻射處理已印刷油墨的工具頭。

根據(jù)本發(fā)明的機器人的一種優(yōu)選的改進方案的特征能夠在于：所述柔性管線包括：至少一個用于電控制所述印刷頭的管線；和至少一個用于輸送油墨至所述印刷頭的管線。

附圖說明

接下來參考附圖依據(jù)不同實施例進行詳細描述本發(fā)明以及本發(fā)明結(jié)構(gòu)上和/或功能上有利的改進方案。在附圖中，相互對應(yīng)的元件分別采用相同的附圖標記表示。

附圖示出了：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選的實施例的側(cè)視圖；

圖2：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)選的實施例的側(cè)視圖；和

圖3：根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)選的實施例的側(cè)視圖。

具體實施方式

圖1示出了優(yōu)選地固定在地面的多軸機器人1，該多軸機器人1具有緊固在機器人法蘭(未示出的)上的工具頭2，該工具頭2在實施例中被構(gòu)造成噴墨印刷頭。替換地，所述工具頭2也可被構(gòu)造成用于借助輻射處理已印刷油墨的工具頭(譬如uv輻射干燥器或者ir輻射干燥器)。又替換地，所述工具頭也可以是噴墨印刷頭與輻射干燥器的組合。最后，替換地或附加地，所述工具頭也可以具有其它組件(譬如等離子噴嘴，用于在施加印刷圖像之前清潔待印刷表面)。

機器人1具有多個機器人軸線(在所示出的示例中是六個機器人軸線a1至a6)，其中，每個機器人軸線配屬有單獨的驅(qū)動器。這類機器人通常被稱為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機器人或者也被稱為工業(yè)機器人，并且能夠允許工具頭在空間上(或參照待加工的對象)自由定位和定向。

機器人1的前端上的工具頭2通過柔性管線4供給，該柔性管線4通過同樣柔性的拖鏈3(其它稱謂：能量引導(dǎo)鏈或者能量鏈)引導(dǎo)。拖鏈沿著機器人在外部被引導(dǎo)。在噴墨印刷頭的示例中，管線4是至少一個用于電控制印刷頭的管線(線纜)和至少一個用于輸送油墨至印刷頭的管線(軟管)。這些管線和所述拖鏈都如此柔性地設(shè)計，使得它們能夠跟隨機器人在空間上的運動。拖鏈3具有近工具端部3a，管線4從該近工具端部3a出發(fā)進一步引導(dǎo)至工具頭2。此外，拖鏈3可借助于張緊系統(tǒng)3b被接收在機器人上，并且通過這種方式在機器人運動時以所需張力得以保持，所述張緊系統(tǒng)3b是氣動缸，該氣動缸具有布置在其上的滾輪，拖鏈3被引導(dǎo)經(jīng)過所述滾輪。替代于所述拖鏈，也可采用其它任何可行的線纜引導(dǎo)裝置，在此，可行性意味著：管線可靠且精確地與機器人一同運動并且有效地防止了管線的損傷。

拖鏈的端部3a布置在輔助系統(tǒng)5上，其中，所述輔助系統(tǒng)5又布置在機器人1上。在此，所述輔助系統(tǒng)5如此構(gòu)造，使得該輔助系統(tǒng)5實現(xiàn)了拖鏈3的近工具端部3a的受控制的主動運動。該運動獨立于軸線a1至a6的運動(或所屬驅(qū)動器)進而具有自身的驅(qū)動器6。由此，該驅(qū)動器6不同于設(shè)置在機器人1上的驅(qū)動器a1至a6。優(yōu)選地，該驅(qū)動器6是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。

輔助系統(tǒng)5在圖1中額外單獨地且以俯視圖示出?？稍O(shè)想的是，該輔助系統(tǒng)5在實施例中具有臂部5a，該臂部5a可旋轉(zhuǎn)地布置在機器人1上并且能夠借助于驅(qū)動器6執(zhí)行旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)本發(fā)明，通過這種方式實現(xiàn)了：拖鏈3的端部3a相對于機器人1進而也相對于工具頭2運動。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的運動在所示實施例中優(yōu)選是圓形運動或者是至少一個在圓形區(qū)段上(或者說在0°至360°之間的角度范圍內(nèi))的運動。在此，驅(qū)動器6的旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選與旋轉(zhuǎn)軸線a6一起或者至少與之平行地布置。

在機器人1(或布置在機器人1上的工具頭2)沿著對象o的表面以預(yù)先給定的工作間隔運動的情況下，只要(如示例)對象涉及到具有任意彎曲表面的對象，則工具頭2必須在空間上占據(jù)不同的位置及定位。因此，除了所述機器人之外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備也具有計算機7，該計算機7將必要的控制信號或數(shù)據(jù)供給至機器人1，該機器人1需要這些信號或數(shù)據(jù)用以讓工具頭2行駛所規(guī)劃的軌跡。在此，可能發(fā)生如下情況并且這種情況可能是一個弊端，即：拖鏈3在機器人1運動期間纏繞該機器人1；或者近工具端部3a與對象o的表面的區(qū)段發(fā)生碰撞。同樣還可能會產(chǎn)生對機器人1的運動限制。根據(jù)本發(fā)明，上述情況得以防止。計算機7不僅控制所述機器人1，而且也控制所述輔助系統(tǒng)5。由此，輔助系統(tǒng)5可實施補償運動，該補償運動防止了拖鏈3不利地纏繞所述機器人1，或者防止了拖鏈3的近工具端部3a進入到碰撞位置，或者防止了產(chǎn)生不利的限制。計算機7具有足夠的數(shù)據(jù)用以將工具頭2在已規(guī)劃的軌跡上沿著對象表面引導(dǎo)。由這些數(shù)據(jù)可導(dǎo)出用于控制所述輔助系統(tǒng)5(或其驅(qū)動器6)的信號或數(shù)據(jù)。

一個簡單的示例可說明這點：譬如，如果機器人1由于拖鏈3的近工具端部3a的運動而將與對象o的表面的凸出區(qū)段發(fā)生碰撞，那么計算機7可這樣地控制所述輔助系統(tǒng)5，使得該輔助系統(tǒng)5實施基本上相反的運動，從而近工具端部3a不會到達碰撞位置。為此，計算機7中預(yù)設(shè)的軟件優(yōu)選地具有關(guān)于對象(或其表面)的數(shù)據(jù)并且必要情況下也可包括其它對象(或其形狀、位置和空間位置)的數(shù)據(jù)。機器人自身也可認為是這種其它對象。

也可設(shè)置的是，檢測出軸線a1至a6(或其各自的位置)并將與此相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞至計算機7。然后，計算機7能夠由機器人1的位置推導(dǎo)出輔助系統(tǒng)5用的控制信號或數(shù)據(jù)，這些控制信號或數(shù)據(jù)用于使輔助系統(tǒng)5和拖鏈3的近工具端部3a進行所要求的避讓運動。

替換地，也可設(shè)置的是，利用事先已規(guī)劃的用于控制所述機器人1的運動軌跡，以便從該運動軌跡出發(fā)計算出輔助系統(tǒng)5的附加運動并最終將其引入。在此，可應(yīng)用事前作為合適分類的啟發(fā)式算法(heuristik)或者加權(quán)函數(shù)。

替換地或者也附加地，可設(shè)置的是，輔助系統(tǒng)5包括傳感器8(優(yōu)選是間隔傳感器并且特別優(yōu)選是超聲波傳感器)，該傳感器8測量所述臂部5a(或其遠離于機器人的端部)與對象o的表面或者與空間中的其它對象之間的間隔，并且在即將低于最小間隔時將信號發(fā)送至驅(qū)動器6。由此，驅(qū)動器6促使臂部5a進行補償運動，該補償運動確保了最小間隔至少得以遵守。通過這種方式，以有利的方式并有效地防止了碰撞。

圖2也示出了機器人1的側(cè)視圖，該機器人1具有用于加工對象o表面的工具頭2。拖鏈3又以其近工具端部3a緊固在臂部5a上。如圖1中的實施例所示，臂部5a可借助于單獨的驅(qū)動器進行運動。但也可設(shè)置的是，臂部5a不可運動地布置在機器人1上。

為了防止拖鏈3在機器人1運動時纏繞該機器人1，或者防止與空間中的其它對象發(fā)生碰撞，設(shè)置有如下輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5基本上是吊車5b，該吊車5b優(yōu)選地布置在機器人1上方并且必要情況下可如蓋板一樣布置。吊車5b允許了拖鏈3在相互垂直的兩個方向上運動，為此，吊車5b配備有驅(qū)動器6a和6b(優(yōu)選是伺服馬達)。在機器人1在空間上運動以加工所述對象o時，計算機7不僅控制所述機器人1，而且也這樣地控制所述吊車5b，使得拖鏈3不會進入任何不期望的位置、定位以及尤其是碰撞位置。由此，吊車5b構(gòu)成了計算機控制的主動式輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5不僅僅受制于機器人1或拖鏈3的牽引力。

本發(fā)明的另一實施例在圖3所示的側(cè)視圖中示出。除了已在圖1和圖2中描述的用于加工對象o表面的機器人1之外，設(shè)置有如下輔助系統(tǒng)5，該輔助系統(tǒng)5在本實施例中被構(gòu)造成第二多軸機器人5c，該第二多軸機器人5c優(yōu)選地固定在壁上。然而，機器人5c不承載任何工具頭，而是在其前端(或其手)上緊固有拖鏈3的近工具端部3a。在此，與機器人1相比，對機器人5c的準確性要求(制造、控制、運動)可稍低。

在該示例中，計算機7控制上述兩個機器人1和5c并且在此確保了：拖鏈3的近工具端部3a不與對象o的表面或者其它對象發(fā)生碰撞，并且也不與機器人1發(fā)生碰撞。只要可能，通過對機器人5c的控制也防止了拖鏈3不利地繞著機器人1纏繞，或者防止了過分限制機器人1的運動自由。

一種本發(fā)明的替換技術(shù)解決方案可以是：替換于用于對拖鏈3的近工具端部3a進行保持的輔助系統(tǒng)5，而設(shè)置有繩纜，譬如包裹的鋼繩或者類似的元件(通常是牽引器件，譬如牽引繩、牽引帶或者牽引鏈)。所述繩纜(優(yōu)選集中地)緊固在拖鏈3的近工具端部3a和工具頭2(或其法蘭)或者機器人的法蘭上，并且通過這種方式(結(jié)合了張緊系統(tǒng)3b)確保了拖鏈3的近工具端部3a和工具頭2的定義間隔。同時，所述繩纜由于其柔性而允許了工具頭2幾乎任意運動。在給機器人或工具頭規(guī)劃軌跡時，已考慮到的是：繩纜一端進而拖鏈3的近工具端部3a跟隨著工具頭2。該解決方案有利的是，通過柔性的繩纜不會產(chǎn)生任何大大限制了機器人運動的干擾輪廓同時，繩纜確保了管線4足夠的張力釋放(zugentlastung)。

附圖標記列表

1多軸機器人

2工具頭，尤其是噴墨印刷頭

3拖鏈

3a拖鏈的近工具端部

3b張緊系統(tǒng)

4管線

5輔助系統(tǒng)

5a臂部

5b吊車

5c多軸機器人

6驅(qū)動器

6a,6b驅(qū)動器

6c驅(qū)動器

7計算機

8傳感器

a1-a6機器人軸線和所屬驅(qū)動器

o對象