具有优化控制的协作装置的制作方法

具有优化控制的协作装置
1.本发明为协作工装的设计和制造领域。
2.更具体地，本发明涉及一种协作焊接装置。
3.协作工装，可以理解为一种装置，该装置包括在人类中间发展的机器人。特别地，这种协作装置可以采用自主且无需人工干预即可工作的自动模式，以及技术人员使用该装置的手动模式。在手动模式中，技术人员尤其可以与机器人协作，特别是在机器人作用于部件之前定位该部件。
4.这样的协作装置已广为人知。因此，由于虚拟现实和机器人技术的出现，可以用机器人自动执行的任务来取代对人类来说繁琐的任务。
5.为此，机器人必须学习它们必须执行的手势来取代人类的手势。
6.一般来说，这种学习是以数字方式进行的，即，机器人的轨迹或运动是由计算机人工创建的。
7.然后，技术人员例如通过软件等创建手臂的轨迹程序，使得手臂执行其必须执行的任务。
8.该程序可以通过从数据库中组合一系列要执行的动作和行动来生成，或者由处理程序生成，然后在技术人员定义了他希望获得的最终结果后，该处理程序自行生成机器人要执行的轨迹。
9.这种方法有一些弊端。
10.首先，这种方法可能需要处理时间，尤其是当该程序是由机器人执行一系列轨迹和动作组成时，每个轨迹和动作都必须由技术人员事先定义。
11.因此，在定义程序之前，技术员必须花时间确定最适合其零件生产的顺序。
12.其次，某些轨迹可能无法针对未来的轨迹进行优化。事实上，机器人只会做它们被要求做的事情。因此，与人类不同，机器人按照顺序执行任务，即一个接一个地执行任务，而不会预测到未来的任务。
13.相反地，人类通常会寻求使用优化的轨迹，以使得生活更轻松。
14.此后，通过计算机执行的用于控制机器人的轨迹并未经过优化，可能存在一些缺陷。
15.例如，在焊接臂的情况下，轨迹的优化很重要。
16.事实上，为了在难以进入的位置获得一些焊缝，例如，焊枪必须具有明确定义的倾斜度。
17.技术人员可能难以计算或定义该倾斜度，以使机器人复制该倾斜度。
18.虽然这仍然是可能的，但轨迹的优化通常是专门用于大批量零件的生产，例如在汽车工业中，相同零件的生产可能要进行数年。
19.事实上，这样的优化需要大量的实施时间，而对于小批量或中批量的零件生产来说，操作者没有或几乎没有实施时间。
20.特别地，本发明的一个目的是克服现有技术的弊端。
21.更具体地，本发明的一个目的是提供一种协作装置，使技术人员能够以简单的方
式记录机械臂的轨迹。
22.本发明的另一个目的是提供一种对于技术人员来说易于操作的装置。
23.本发明的另一个目的是提供一种确保机器人及其工具的优化轨迹和方向的装置。
24.这些目的以及下文将出现的其他目的都是借助本发明而得以实现的，本发明涉及一种协作装置，包括：
[0025]-机械臂，包括至少一个马达；
[0026]-工具，固定在所述机械臂的自由端；
[0027]-计算机单元，与所述机械臂连接，以传输用于控制所述机械臂的指令。
[0028]
该装置至少能够采用：
[0029]-学习模式，所述工具由技术人员移动，以及
[0030]-自动模式，所述机械臂复制技术人员在学习模式中手动执行的轨迹，
[0031]
其中，所述装置还包括插接在所述机械臂和所述工具之间的接头，所述接头具有：
[0032]-第一部分，固定在所述机械臂上；
[0033]-第二部分，固定在所述工具上；
[0034]-柔性连接件，插接在所述第一部分和所述第二部分之间，
[0035]
所述装置集成有至少一个参数化的传感器，以在所述装置的学习模式下，当技术人员移动所述工具时，检测施加在所述柔性连接件上的力，
[0036]
所述计算机单元配置为：
[0037]-接收来自所述传感器的数据；
[0038]-将所述数据转换为施加在所述机械臂的马达上的扭矩；
[0039]-生成用于衰减施加扭矩的指令，
[0040]-在技术人员在学习模式下移动所述工具期间，用衰减指令控制所述机械臂的马达，以限制所述马达的制动效果。
[0041]
因此，该装置使技术人员能够创建由计算机单元记录的轨迹，从而为机械臂生成自动化程序。
[0042]
此外，由于采用了学习模式，特别是施加扭矩的转换和衰减指令的生成，技术人员对工具的操作更加方便。
[0043]
事实上，这些衰减指令允许控制机械臂的马达，以执行与技术人员施加的力相反的运动。
[0044]
换言之，当技术人员移动工具时，衰减指令允许控制机械臂的马达，这样马达就不会对工具的运动起到制动作用，该制动作用相当于马达的制动效果。
[0045]
此后，技术人员在移动工具时不会或几乎不会感觉到机械臂。因此，机械臂的马达作为机械臂的附件来控制，即，马达是按照操作者施加的方向来驱动的。
[0046]
此外，借助于传感器，在装置自动应用时，生成的程序可以真实地复制技术人员对工具的移动。
[0047]
有利地是，在自动模式下，所述计算机单元配置为：
[0048]-在所述学习模式下，根据从所述传感器和/或从所述机械臂的马达的位置收到的数据，生成包括至少一个所述工具的轨迹的工作程序；
[0049]-通过所述工作程序控制所述机械臂的马达。
[0050]
在这种自动模式中，机械臂因此可以复制由技术人员手动执行的轨迹，从而允许创建相同的连续工作阶段。
[0051]
根据第一实施例，所述计算机单元配置为，以与技术人员在学习模式中应用的速度相同的速度，执行所述工具的移动的复制。
[0052]
在这种情况下，在自动模式中工具的移动与在学习模式中由技术人员执行的工具的移动完全相同。
[0053]
特别地，这允许在工具移动时保持适当的速度，特别地技术人员可能出于与工作质量相关的原因需要这样的速度。
[0054]
根据第二实施例，所述计算机单元配置为，根据恒定的目标速度，通过所述机械臂使所述工具移动的速度平滑。
[0055]
特别地，这使得在机械臂复制轨迹的过程中能够达到所需的生产速率。
[0056]
此外，可以随时知道工具将处于哪个位置，或者相反，能够在技术人员期望的时间点确定工具的位置，这也允许在不中断生产的情况下进行质量控制。
[0057]
根据第三实施例，所述计算机单元配置为，在所述工具处于非活动状态时，增大所述工具的移动速度。
[0058]
因此，可以提高该装置的制造速率。
[0059]
事实上，当工具处于活动状态时，应满足一些条件，特别是移动速度，需要确保工具执行工作的质量，并避免对在机械臂附近移动的技术人员造成任何危险。
[0060]
相反，当工具不活动时，可以缩短工具的行程时间，特别是返回到起点或改变移动区域的时间，以便减少生产时间，从而提高生产速率。
[0061]
优选地，所述计算机单元配置为使所述工作程序的轨迹平滑。
[0062]
因此，可以进一步提高所述装置的生产质量。
[0063]
在学习过程中，操作所述工具的技术人员可能会无意地在运动中产生干扰，特别是当必须依靠多个连续的点来稳定操作中的工具时。
[0064]
因此，轨迹的平滑化能够纠正技术人员在学习阶段的位置变化造成的任何抽搐或颠簸。
[0065]
此外，一些位置对于技术人员来说可能难以把握，技术人员在处理工具时可能会摇晃或犹豫。因此，轨迹的平滑化可以消除这些晃动，以进一步提高机械臂的生产质量。
[0066]
根据一个特定实施例，所述工具为焊枪。
[0067]
该工具通常由技术人员手动操作，由于机械臂的存在，这种工具可以以自动化的方式执行准确和快速的焊接。
[0068]
有利地，所述焊枪具有管子，所述管子内部插有焊丝引导件。
[0069]
这样就可以根据生产特点或需要快速且有效地更换焊枪，也可以根据生产特点更换焊丝类型。
[0070]
优选地，焊丝引导件插入所述管子中且与所述管子留有间隙。
[0071]
这样可以避免所述焊丝引导件和所述焊枪之间的任何接触，以使得焊枪的意外或无意的移动，后者的共振或振动，不会对完成的焊接质量产生影响。
[0072]
根据一个优选的实施例，所述焊枪包括在所述焊枪的一端由所述管子延伸形成的手柄，所述接头的所述第二部分安装在所述手柄和所述管子的接合处。
[0073]
这样的特点使技术人员能够良好地抓握住焊枪，并使易于使用。事实上，传统上，技术人员通过手柄握住焊枪，并且可能使用另一只手作为放置管子的引导件来引导焊枪的移动。
[0074]
在这种情况下，用户用他的另一只空闲的手作为放置管子的引导件，连接或接合的第二部分的位置允许简单的操作，由于技术人员对焊枪的操作和抓握与以通常的方式(即在协作装置的外侧)抓握和操作焊枪没有或几乎没有区别。
[0075]
优选地，所述焊枪包括至少一个双触点按钮，包括：
[0076]-第一触点，用于授权焊接；
[0077]-第二触点，用于控制所述计算机单元和生成所述工作程序。
[0078]
因此，技术人员可以继续以完全手动的方式使用焊枪，也就是说，就像焊枪没有连接到机械臂一样，在这种情况下，在创建工作程序之前执行几次测试。
[0079]
当技术人员对使用和焊接结果感到满意时，借助于所述第二触点，所述计算机单元可以自动地生成该装置的工作程序，然后由所述机械臂复制所述工作程序。
[0080]
有利地，所述装置包括用于设置所述工具的参数的面板，所述计算机单元连接到设置面板，并配置为根据所述设置面板的数据，并生成所述衰减指令和所述工作程序。
[0081]
借助于制造参数，即设置面板的数据，计算机单元可以进行平滑操作，增大或减小所述工具的移动速度，或仍然是衰减指令，而不影响生产质量。事实上，不同的焊接材料或不同类型的焊丝可能需要在特殊条件下进行焊接。
[0082]
本发明的其他特征和优点将在阅读以下作为说明性和非限制性实施例提供的本发明的优选实施例的描述后，以及从所附的附图中变得更加清楚，其中：
[0083]-图1是根据本发明的协作装置的立体图，包括机械臂和焊枪；
[0084]-图2是根据本发明的协作装置的侧视图，示出了工具的工作区域；
[0085]-图3是根据本发明的协作装置的焊枪的详细视图。
[0086]
图1示出了根据本发明的协作装置1。
[0087]
协作装置，应该理解为一种装置，该装置包括在人类中间发展的机器人。特别地，这种协作装置可以采用自主且无需人工干预即可工作的自动模式，以及技术人员使用该装置的手动模式。在手动模式中，技术人员可以与机器人协作，在机器人作用于部件之前定位该部件。
[0088]
该装置1包括：
[0089]-框架2；
[0090]-机械臂3，安装在框架2上；
[0091]-工具4，固定在机械臂3的自由端；
[0092]-计算机单元5，与机械臂3相连接，用于传输控制机械臂3的指令。
[0093]
该装置1可以采用：
[0094]-学习模式，工具4由技术人员移动；
[0095]-自动模式，机械臂3移动工具4，机械臂3由计算机单元5控制，这一点将在下文中解释。
[0096]
参照图1，框架2为定义了工作面21的盒子的形式，焊接控制台22安装在工作面21上。
[0097]
控制台22为可以根据需要从工作面21上拆下的可移动的部件，该控制台22适用于要制造的不同部件。
[0098]
有利地，框架2是可移动的，并且为此框架2包括四个脚轮23，以能够在车间内移动。
[0099]
机械臂3通过第一端固定在框架2上，并包括通过马达32相互连接的多个部分31。
[0100]
因此，马达32在每个部分31之间形成弯曲，从而使机械臂3具有多个位置。
[0101]
参照图2和图3，机械臂3具有自由端33，工具4固定在自由端33的末端或固定在该自由端33。
[0102]
更具体地，如图1、图2和图3所示，工具4可以为安装在机械臂3上的焊枪。
[0103]
为了确保将工具4安装在机械臂上，该装置还包括插接在机械臂3和工具4之间的接头6。
[0104]
如图3中更详细地显示，该接头6具有：
[0105]-第一部分61，固定在机械臂3上；
[0106]-第二部分62，固定在工具4上；
[0107]-柔性连接件63，插接在第一部分61和第二部分62之间。
[0108]
通过变形，柔性连接件63可以使工具4相对于机械臂3移动。
[0109]
如图3所示，装置1还包括参数化的传感器7，以在技术人员移动工具4时检测施加在柔性连接件63上的力。
[0110]
根据图1和图2所示的实施例，该传感器固定在框架2上。此外，传感器7也可以集成到接头6上，特别是容纳在柔性连接件63的内部。
[0111]
有利地，传感器7固定在工具4上，并位于接头6的下方。
[0112]
传感器7与计算机单元相连，使计算机单元能够从传感器获取数据并对数据进行处理，以控制机械臂。
[0113]
更具体地，计算机单元5配置为：
[0114]-接收传感器7的数据；
[0115]-将该数据转换为施加在机械臂3的马达32上的扭矩；
[0116]-生成衰减施加扭矩的指令。
[0117]-用衰减指令控制机械臂3的马达32。
[0118]
换言之，计算机单元5接收关于接头6的柔性连接件63的变形的数据，然后对数据进行处理，并将其转化为控制机械臂3的指令。
[0119]
如图1所示，装置1还包括用于设置工具4参数的面板8。
[0120]
例如，该面板8可以为触摸板的形式，固定或不固定在框架2上，使技术人员能够输入各种焊接参数，如焊丝的前进量或待使用的气体量。
[0121]
参照图3，焊枪，即工具4，包括在其一端由空心管42延伸而成的手柄41。
[0122]
空心管42有开口43，焊丝引导件44通过该开口43插入到空心管42的开口端45，该开口端45与焊枪的手柄41相对。
[0123]
有利地，焊丝引导件44安装在空心管42内且与空心管之间留有间隙，以确保在焊接过程中焊丝的位置不变，并且在焊枪意外操纵或振动的情况下，保持焊接质量。
[0124]
焊枪还包括至少一个按钮46，使得技术人员能够与焊枪本身进行交互以授权焊
接，或与计算机单元5交互。
[0125]
该按钮46是双触点按钮，包括：
[0126]-第一触点，用于授权焊接；
[0127]-第二触点，用于控制计算机单元5。
[0128]
更具体地，通过控制计算机单元5，第二触点可以生成机械臂3的工作程序。
[0129]
在操作中，技术人员首先选择以完全手动模式使用装置1，即他自己进行焊接，并且仅使用焊枪的按钮46的第一触点。
[0130]
然后用户在他认为合适的时候移动焊枪并定位，之后在必要的时候启动按钮46，以进行焊接并将两个部件组装在一起。
[0131]
用户还可以选择该装置的学习模式，使用户能够通过自动模式重复所需的焊接操作。
[0132]
为此，技术人员使用学习模式并移动焊枪，然后启动按钮46的第一触点，以执行希望的焊接。用户可以通过在移动焊枪时，按住按钮46的第一触点来进行连续焊接。
[0133]
技术人员可以根据需要多次重复操作，直到获得希望的质量结果。
[0134]
在手动模式或学习模式中，之后计算机单元使用传感器7的数据，即由于用户操作焊枪而导致的柔性连接件63变形的数据。
[0135]
之后，计算机单元5将这些数据转化为施加在机械臂3的马达32上的扭矩。
[0136]
之后，计算机单元5生成用于衰减施加扭矩的指令，并将其发送回机械臂3的马达32以控制这些扭矩。
[0137]
衰减指令的发送是即时的，即，一旦技术人员移动机械臂3，机械臂的马达就被控制。
[0138]
因此，这可以使马达32从它们可能施加以对抗技术人员所期望的运动的扭矩中释放出来。
[0139]
换言之，在没有计算机单元控制马达32的情况下，当技术人员移动焊枪时，机械臂3，特别是具有抵抗扭矩的机械臂3的马达32会制动或至少减慢该移动。
[0140]
由于即时控制，机械臂3对技术人员来说变得透明，在移动焊枪时不会或几乎不会引起不适，马达32的制动效果受到限制。
[0141]
即时控制，应该理解为一旦传感器7检测到接头6的柔性连接件63的变形，机械臂3就会被即时控制。
[0142]
为了自动地进行焊接，用户控制装置1使其位于自动位置。
[0143]
借助于按钮46的第二触点，在学习模式中，从传感器7和/或从机械臂3的马达32收到的各种数据随后也由计算机单元转换，以用于在自动模式中执行机械臂3的运动。
[0144]
事实上，通过按下按钮46的第二触点，计算机单元5也配置为生成包括工具4的至少一个轨迹的工作程序，并通过该工作程序控制机械臂3的马达32。
[0145]
更具体地，技术人员在学习阶段施加的不同运动可以由机械臂3复制，以准确地执行相同的运动，但这次是自动地。
[0146]
为了该目的，优选地，当技术人员移动工具4时，计算机单元5使用机械臂3的马达32的位置。当然，作为补充，为了更加精确，也可以使用来自传感器7的数据来生成工作程序。
[0147]
根据技术人员所需的生产参数，计算机单元5也可以配置为以与技术人员在学习模式中应用的速度相同的速度，执行工具4的移动的复制。
[0148]
因此，如果技术人员是完全掌握了焊枪的设置和移动速度的专家，那么自动复制的焊接质量将与技术人员的质量相同。
[0149]
相反地，例如在初级技术人员的情况下，其手势可能是摇晃的或不稳定的，计算机单元5可以配置为根据恒定的速度，通过机械臂3使工具4的移动速度平滑，甚至使工作程序的轨迹平滑。
[0150]
事实上，对于初级技术人员来说，无法满足恒定的速度，从而使焊缝变得不美观，即沿其长度方向具有非恒定的厚度，而且，由于厚度的不同，机械强度也很薄弱。
[0151]
这些抖动可以通过使得轨迹平滑来减弱，以获得美观的焊缝，美观的焊缝能够在机械强度方面提供良好的保证。
[0152]
在提高速度或生产条件的情况下，计算机单元5也可以配置为在工具4处于非活动状态时提高其移动速度。
[0153]
换言之，当工具4，即焊枪，不用于将两个零件焊接在一起时，它可以更快速地移动，以减少制造时间。
[0154]
这在焊枪的循环结束点和循环开始位置之间特别地有用。
[0155]
前述的协作装置1可以通过直接学习技术人员的手势，自动地复制技术人员的该手势。
[0156]
事实上，与仅在理论上创建的轨迹程序相比，例如通过计算机，除了获得不同的焊接位置外，通过技术人员的操作使用轨迹可以获得所需的焊枪倾斜度，从而实现所需的焊缝。
[0157]
此外，在学习阶段对机械臂3的即时或实时控制可以避免在技术人员移动焊枪时受到阻碍，这样才能为机械臂3生成尽可能流畅的工作程序。
[0158]
最后，在学习过程中，机械臂3不会对技术人员形成阻碍，技术人员随后可以以传统的方式平静地执行焊缝。