使用機器人管理進行儲存以及處理多種零件形狀的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】使用機器人管理進行儲存以及處理多種零件形狀的方法及系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請案/優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請請求2013年4月29日申請的美國第61/816927號臨時專利申請案為優(yōu)先權(quán)，該專利的說明在此加入作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請所公開以及請求的發(fā)明構(gòu)思一般涉及機器人制造以及CNC數(shù)值加工機，尤其涉及CNC數(shù)值加工機的機器人管理。
【背景技術(shù)】
[0004]本發(fā)明涉及機器人系統(tǒng)。更具體地說機器人系統(tǒng)能夠由從零件貨架區(qū)域抓持零件，提交零件至作業(yè)區(qū)域，可選擇性地一次或多次重新置放以及重新提交零件至作業(yè)區(qū)域以及再存儲零件回到貨架區(qū)域。
[0005]在業(yè)界零件處理的機器人系統(tǒng)為人所熟知。該機器人系統(tǒng)典型的為ABB Robotics的IRB-140。IRB-140為六軸機器人手臂。作為零件處理應(yīng)用，IRB-140通常配置支臂器具端部(Ε0ΑΤ)安裝于機器人的手臂端部。Ε0ΑΤ可操作來抓取零件，以及將其從一個位置移動到另一個位置。
[0006]由于機器人可以快速地移動以及功能強大出乎預(yù)期，通常提供保護性防護。在機器人周圍防護可防止人們進入機器人可能碰擊和傷害人們的區(qū)域。通常，提供進入防護區(qū)域的出入門以及配備感應(yīng)器，使得當(dāng)出入門打開時，防止機器人移動。
[0007]機器人零件處理一般應(yīng)用是CNC數(shù)值加工機管理。CNC數(shù)值加工機通常將材料從一零件切割形成新形狀的零件。零件幾乎為無限種類的形狀以及大小。零件通常置于以及通過夾具或其他構(gòu)件牢固地夾住以固定零件于CNC數(shù)值加工機中。夾具通常具有可替換，可機械加工的規(guī)定。夾爪通常可加工以與零件的形狀匹配，由于其將被固定進行第一次機器加工操作。在許多情況下，零件需要第二次機器加工操作。對于第二次加工操作，零件通常固定于使用在第一次操作中加工的零件的表面的夾具中。因為在第一次操作之后，零件形狀通常會改變，第一次操作后與零件形狀匹配的第二組夾爪固定在第二夾具中，其通常需要固定零件用于第二次操作。
[0008]CNC數(shù)值加工機管理應(yīng)用中，零件通常穿過出入門放在位于機器人防護區(qū)域內(nèi)的零件貨架區(qū)域內(nèi)。當(dāng)貨架區(qū)填滿零件以及出入門關(guān)緊時，操作員將傳送信號給系統(tǒng)以開始作業(yè)。零件貨架區(qū)域通常被設(shè)計為精確放置各零件于精確的位置以便收集整理。機器人的Ε0ΑΤ通常設(shè)計以配合零件的形狀，使得零件能夠精確地定位以由貨架上取出以及精確地放置于CNC數(shù)值加工機夾具中。在許多情況下，用于放置用于第一次操作的零件的機器人Ε0ΑΤ并不適合將零件從第一次操作移動至第二次操作。此外，在許多情況下，機器人使用第三Ε0ΑΤ，移動離開第二操作的配件和回到零件貨架。每一機器人Ε0ΑΤ通常是訂制的并且通常具有比CNC數(shù)值加工機中所使用夾爪高的成本。如果具有不同尺寸的新零件加入CNC數(shù)值加工機管理應(yīng)用中，則必須制作新零件貨架，機器人程式設(shè)計，EOATs以及CNC數(shù)值加工機夾具。
[0009]為了管理多個EOATs，機器人通常以兩種方式之一配置:多個附接至機器人手臂端部的Ε0ΑΤ或機器人Ε0ΑΤ變換器。多個EOATs具有增加重量至機器人手臂端部的缺點。額外的重量可能需要更大更昂貴的機器人。機器人Ε0ΑΤ變換器重量較輕，但通常是較昂貴的替代物。
[0010]實施機器人CNC數(shù)值加工機管理應(yīng)用可能會非常昂貴。機器人的費用包括圍籬，門以及其他安全設(shè)備；零件貨架，多個EOATs，器具變換器以及其他的設(shè)備需固定，擷取以及定位零件。機器人設(shè)備的成本通常相似于CNC數(shù)值加工機以及夾具之成本。但是，設(shè)計零件貨架，EOATs,防護以及程式設(shè)計的工程費用通常是遠遠高于設(shè)計以及程式設(shè)計人工載入零件的工程成本。機器人技術(shù)工程師的成本一般是CNC數(shù)值加工機程式設(shè)計師的兩到四倍。
[0011]對于一般CNC數(shù)值加工機管理的應(yīng)用，具有單一零件的整個系統(tǒng)的機器人工程以及實施費用在2萬元至10多萬元范圍內(nèi)。然而夾爪以及單一零件的CNC數(shù)值加工機工程以及實施費用通常小于1，000美元。添加新的不同零件至現(xiàn)有機器人管理應(yīng)用會引起零件貨架，Ε0ΑΤ以及機器人程式設(shè)計之新機器人的工程費用，約為$5000到超過$100000。在許多情況下，在機器人管理應(yīng)用中一個零件與另外一個零件之間切換設(shè)定時間需要機器人工程師許多工作小時并且價格過高。然而在現(xiàn)代CNC數(shù)值加工機中，一個零件與另外一個零件之間切換的設(shè)定時間通常小于1個小時，能夠由廉價的受過訓(xùn)練的操作員工進行。
[0012]在一些應(yīng)用中，因為速度，精度或安全的要求，人工不能代替機器人，。在CNC數(shù)值加工機管理應(yīng)用中，這通常不是個案。CNC數(shù)值加工機管理通常是由人工進行的。在CNC數(shù)值加工機管理應(yīng)用中在決定使用人工或機器人時，成本和投資回報率幾乎總是決定的關(guān)鍵。然而對于大多數(shù)應(yīng)用，機器人工程成本太高以至于不能在在預(yù)期壽命內(nèi)分期償還。
[0013]因此需要一種機器人系統(tǒng)，能夠管理各種各樣零件，以具有最小工程成本以及每次零件操作的最低設(shè)定成本。因為大多數(shù)的制造設(shè)施雇用相對較低成本的CNC數(shù)值加工機程式師而非機器人工程師，所以機器人系統(tǒng)應(yīng)該很容易地被CNC數(shù)值加工機程式師而非機器人程式設(shè)計師適用于廣泛的零件。
[0014]另外一個機器人管理系統(tǒng)包含固定零件至托架的貨架系統(tǒng)。Erowa RobtCompact (ERC)是典型的系統(tǒng)。而不是固定工作件的貨架，ERC儲存托架于系統(tǒng)貨架中。操作員固定每一零件于托架，放置托架于ERC內(nèi)。所有托架儲存于貨架系統(tǒng)中的精確位置并且對ERC Ε0ΑΤ具有共同的界面。托架位置預(yù)先界定出以及并不需要改變Ε0ΑΤ以處理不同的零件，ERC克服了機器人管理系統(tǒng)直接挑選零件離開貨架的主要缺點，每一零件并不需要訂制的Ε0ΑΤ，也不需要管理不同零件至CNC數(shù)值加工機的訂制程式設(shè)計。
[0015]然而，這樣的系統(tǒng)存在至少兩個缺點:載入每一零件到托架上所需要的人工費用及托架費用和儲存要求。托架通常包含訂制的配件以固定每一零件至托架。包含訂制的配件的每一托架的費用在250美元至1000美元以上范圍內(nèi)。大部份零件通常需要兩個不同的加工操作，每一操作利用兩種不同類型的配件。對于擁有50個托架的系統(tǒng)，安裝管理50個兩個操作單一零件系統(tǒng)的配置費用在25000美元到超過100，000美元的范圍內(nèi)，相較于一般人工加載零件為1000美元。此外，在該類型系統(tǒng)中，操作員必須載入和固定每一零件至托架進行加工，之后在完成時解除固定和卸除每一零件，因而在傳統(tǒng)機器人管理系統(tǒng)中機器人擷取零件，操作員只需要放置零件于機器加工貨架上以及加工后由貨架取出零件。
[0016]因此存在需要一種機器人系統(tǒng)，能夠以最小的工程成本以及最低的各零件設(shè)定費用管理各種各樣的零件。所需要加載以及卸除系統(tǒng)的人工最少。因為大部份制造設(shè)備采用相當(dāng)?shù)统杀镜腃NC數(shù)值加工機程式師而不是機器人工程師，所以機器人系統(tǒng)應(yīng)該很容易地通過CNC數(shù)值加工機程式師而非機器人程式設(shè)計師適用于各種各樣的零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明目的在于能夠使并不熟悉專利或法律條款或語詞的公眾，尤其是科學(xué)家，工程師以及從業(yè)人員由粗略的檢查而迅速地確定本申請技術(shù)內(nèi)容的性質(zhì)以及本質(zhì)。摘要并不旨在界定本申請由權(quán)利要求書限定的發(fā)明構(gòu)思，也不是想要以任何方式限制本發(fā)明概念的范圍。
[0018]業(yè)界熟知此技術(shù)者能夠由下列詳細說明本發(fā)明概念的優(yōu)先實施例立即地了解目前所揭示以及請求專利范圍之發(fā)明概念的其他特點以及優(yōu)點，其簡單地通過實施本發(fā)明概念顯示出所考慮的最佳模式。人們了解本發(fā)明概念在各方面能夠改變而并不會脫離本發(fā)明概念。因而，優(yōu)先實施例的說明以及附圖視為列舉性質(zhì)以及并非作為限制性質(zhì)。
[0019]所揭示內(nèi)容為使用機器人管理CNC數(shù)值加工機的方法。所謂管理系指供應(yīng)要被處理的零件至CNC數(shù)值加工機，在其中進行處理零件?！ㄌ幚怼ㄏ抵冈谥圃炝慵型ǔ＿M行一些步驟。處理可以包括加工，鉆孔，EDM(放電加工)，研磨，焊接，噴砂，拋光，以及其他加工處理，其通過CNC數(shù)值加工機進行。
[0020]所揭示方法包含步驟為:提供零件夾持夾爪，其設(shè)計作為夾持零件。零件夾爪具有至少一個左夾爪以及右夾爪以及夾爪可展開以及閉合。在工業(yè)界中一些裝置包含具有三個零件之夾爪，以及該三個零件之夾爪屬于在此加所揭示本發(fā)明概念范圍內(nèi)。假如零件為圓形的零件，所提供外形為兩個凹環(huán)結(jié)構(gòu)，其安裝在圓形零件直徑四周。圓形零件亦可被一個夾爪上兩個凸出柱狀物所夾持，其操作相對于另一個夾爪上兩個凸出柱狀物。除了具有夾持外形以夾持零件的外徑，一些零件最好使用零件內(nèi)側(cè)特征加以夾持，以及亦可提供內(nèi)徑夾持外形。零件夾爪具有第一側(cè)邊以及第二側(cè)邊，第一側(cè)邊中夾持外形能夠視為零件零件夾持外形的頂部側(cè)邊。
[0021]所述方法包括提供機械臂支臂器具端部(Ε0ΑΤ)。Ε0ΑΤ配置成接合零件夾持顎夾之左及右夾爪。其亦能夠移動左及右夾爪在一起或分開以夾持要被處理零件于零件夾持外形中。Ε0ΑΤ能夠是安裝在夾爪每一凹口中叉狀物，例如兩個分叉在Ε0ΑΤ每一側(cè)邊上，一個分叉使用其他結(jié)構(gòu)，其夾持左及右夾爪以及能夠使Ε0ΑΤ移動左及右夾爪分開或閉合。假如Ε0ΑΤ使用分叉以接合零件夾持顎夾，零件夾持顎夾提供通道，Ε0ΑΤ之叉狀物安裝其中。
[0022]方法的下一步為放置要被處理的零件于CNC數(shù)值加工機中，其位于利用所附接Ε0ΑΤ機械臂擷取的位置。零件能夠放置于例如貨架中，該處放置數(shù)打該零件，或在自動再儲存的單一位置中。如果機械臂知道每一零件在貨架中的位置，其能夠依次地擷取每一零件以及將其移動至CN