CN101386171A - 拾取和放置工件翻转装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种拾取和放置工件翻转装置，用于对四－杆联动装置的第一和第二输入连接件进行独立地定位，以移动通过枢轴连接在其间的第一和第二跟随连接件，从而移动由在缩回位置和伸出位置之间的跟随连接件之一所支撑的卡盘。

Description

拾取和放置工件翻转装置

背景技术

大量的市场和商务的压力已经使制造业中使用的机器和方法不断地定型。例如，当高技术电子产品已经增长而甚至变成集成至通用的消费品中时，当今许多制造的产品相对比过去的产品要复杂。当必须在同一产品线上生产具有不同特性组的较小批量产品时，灵活性是制造商求得生存的关键。而当提供特性的清单继续增多时，相反，对它们进行封装的大小是实际问题，因为小型化和便携性也是重要的市场因子。结合这样的事实来看，即，价格要求已经迫使更着重于仔细检查加工站循环时间的效率达到一秒的几分之一的程度。

为了与这些进展因子并驾齐驱，制造商不断奋斗以高度复杂的和处理器控制的自动化系统来代替手工操作。还已经利用了取得成功的一些成就来重新建造工厂，使所有部件的装配正好及时来代替批加工。在产品设计和加工能力分析的过程中引入构造质量而不是在产品中进行检验。最终，整个制造操作的质量度量取决于许多加工步骤中的每一个步骤的质量。

在本技术领域中的这些和其它最近的改进已经大大地增加了制造商以有竞争的价格来制造有质量的产品的能力。本发明的实施例涉及这些成就中更进一步的成就。

发明内容

本发明的实施例一般涉及制造加工中使用的工具设备。

在一些实施例中，提供一种设备以及相关联的方法，用于对四—杆联动装置中的第一和第二输入连接件进行独立地定位以移动通过枢轴连接在其间的第一和第二跟随连接件，从而移动由缩回位置和伸出位置之间的跟随连接件之一所支撑的卡盘(chuck)。

在阅读下列详细说明和回顾相关联的附图后，定出要求专利权的实施例的特征的这些和各种其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例构成的末端执行器(end effector)的等轴描绘图，且它处于放置模式。

图2是从其它视点观看的且处于拾取模式的、图1的末端执行器的等轴描绘图。

图3是处于转换模式的图1的末端执行器的等轴描绘图。

图4是流程图，描绘根据本发一些实施例的、用于拾取和放置的方法中的一些步骤。

具体实施方式

一般参考附图，尤其参考图1和图2，图1和图2示出根据本发明的一些实施例构成的、和分别在放置模式和拾取模式中操作的末端执行器100的两个不同的透视图。末端执行器100具有主体102，该主体可以附加到机器人臂(未描绘)和用于拾取和放置部件104。例如，可以使用末端执行器100以独立地传送多个部件104中的每个部件，诸如从输送盘到一个装配点。末端执行器100因在使用不管是一轴、两轴或三轴型机器人臂的单个机器人臂拾取和放置部件104的同时具有翻转部件104的能力而特别有用。本实施例的末端执行器100也是特别有利的，这在于它可以通过机器人臂本身的任何操作独立地翻转部件104，使之有可能使用较小和较不昂贵的一轴或两轴机器人臂来代替三轴机器人臂。

主体102支撑两对相对的旋转定位器106、108和110、112。较佳地，定位器106、108和110、112是受到独立控制的电马达，诸如编码器或伺服马达。每个定位器106、108和110、112具有固定的用于旋转到各个输入连接件114、116和118、120(它们是第一四—杆联动装置122和第二四—杆联动装置124的一部分)中的一端的输出轴。为了本说明以及所附的权利要求书的意图，术语“输入连接件”意味着，在机械动作方面这是直接施加外力使之转动的多—杆联动装置中的连接件。这样，输入连接件114、116和118、120通过各自固定而用于转动的定位器106、108和110、112独立地移动。

第一四—杆联动装置122有一对跟随连接件126、128，它们是通过其最接近的末端处的枢轴130连接的。为了本说明和所附权利要求书的意图，术语“跟随连接件”意味着连接到从而响应于输入连接件的一个连接件，不管该连接件是直接地还是间接地通过枢轴132连接到输入连接件。通过枢轴132把跟随连接件126的远端连接到输入连接件116。把诸如但是不局限于真空型卡盘之类的第一卡盘134附加到其它跟随连接件128的远端。为了说明起见，这里所指的第一卡盘134是作为“拾取卡盘”134的。使其它输入连接件114通过枢轴136连接到跟随连接件128。在所示出的图1的实施例中，把枢轴136描绘成最好设置在拾取卡盘134和枢轴130之间的跟随连接件128中的中间，虽然不局限于本实施例。

第二四—杆联动装置124与第一四—杆联动装置122镜像对称。图2示出了它有一对跟随连接件138、140，它们是通过其最接近的末端处的枢轴142连接的。通过枢轴132把跟随连接件140的远端连接到输入连接件120。把诸如但是不局限于真空型卡盘之类的第二卡盘143附加到其它跟随连接件138的远端。为了说明起见，这里所指的第二卡盘143是作为“放置卡盘”142的。使其它输入连接件118通过枢轴144连接到跟随连接件138。在所示出的图2的实施例中，把枢轴144描绘成最好设置在放置卡盘143和枢轴142之间的跟随连接件138中的中间，虽然不局限于本实施例。

通过马达106、108的受控制的定位，可选择性地移动输入连接件114、116使之依次在图1的缩回位置和图2的伸出位置之间移动第一卡盘134。即，通过连接件114、116的受控制的相对的旋转，在枢轴136转变为向下同时枢轴132转变为向上时，使拾取卡盘134沿弓形的轨道移动。同样，通过马达110、112的受控制的定位，可选择性地移动输入连接件118、120，使之依次在图1的伸出位置和图2的缩回位置之间移动放置卡盘143。因为马达106、108和110、112是独立控制的以及四—杆联动装置122、124是分开的，所以可以使卡盘134、143相互独立地伸出和缩回。

图3描绘转换位置，由此使两个卡盘134、143缩回以得到相对立地面对的关系，以便可操作地啮合部件104的相对侧面。在所示的使用真空型卡盘的情况中，起初通过激励真空卡盘134来拾取部件104以通过紧密啮合部件104。在图3的转换位置处，还可以激励放置卡盘143以致两个卡盘134、143通过紧密啮合部件104。最终，解除对拾取卡盘134的激励以致只有放置卡盘143紧密啮合该部件104。

在图3的转换位置处，为了同时抓住该部件104而对准卡盘134、143。即，在转换位置处，沿实质上的公共水平轴纵向地设置各个跟随连接件128、138。通过在相同方向使两个输入连接件114、116协同地旋转，拾取卡盘134可以接近和离开转换位置，同时实质上保持跟随连接件128的水平设置。同样，在相同方向使两个输入连接件118、120(图2中示出120)协同地旋转，拾取卡盘143可以接近和离开转换位置，同时实质上保持跟随连接件138的水平设置。这允许卡盘134、143移动而出入转换位置，同时保持相互之间在同一直线上对准，以防止对部件104给与可能使其损坏的剪切力。然而，在其它情况中，如果部件104坚固得足以低档任何如此相关联的剪切力，则卡盘134、143可以按相对较不复杂和较快的连续弓形轨道相互接近和移开。

图4是流程图，描绘根据本发明一些实施例的用于拾取和放置的示意性方法200中的步骤。该方法通过如图2所示的缩回放置卡盘143和伸出拾取卡盘134而在步骤202中开始。要注意，在拾取操作期间不必定缩回放置卡盘143，但是通常这样做是有利的，因为这有效地减少了末端执行器100用于清除未拾取工件的足迹。

在方框204中，平移末端执行器100和/或诸如部件104之类的工件，以便把拾取卡盘134放置得邻近拾取位置处的工件。在方框206中激励拾取卡盘134，以便通过紧密啮合工件。现在使拾取卡盘134拖着工件缩回而与图3的转换位置处的放置卡盘143相遇。然后在方框210中很快地激励放置卡盘143以致两个卡盘134、143很快地通过紧密啮合工件。一旦放置卡盘143已经实现了紧密啮合，就在方框212中解除对拾取卡盘134的激励。然后在方框214中可以伸出放置卡盘143，在方框216中使它和/或另外的工件平移，以便在放置位置处放置该放置卡盘143。然后在方框218中解除对放置卡盘143的激励，以放开它对工件的紧密啮合。在方框220中，确定是否已经对最后的部件进行了加工。如果方框220的确定是否，则控制返回到方框202；否则，可以使末端执行器100停放在所要求的状态，并且准备下一次使用方法200。

通常，所描述的一些实施例考虑一种材料处理设备，该设备具有用于拾取和放置部件的、可在缩回位置和伸出位置之间操作的末端执行器联动装置组件；以及用于使联动装置组件定位的装置，以便在拾取和放置部件时使它翻转。为了本说明以及所附的权利要求书的意图，短语“用于定位的装置”所表达的意思是这里揭示的一些实施例的结构方面以及其结构等效物。例如，并非限制，所揭示的四—杆联动装置的使用是示意性的，而并非对于要求权益的本发明一些实施例的限制。例如，在响应于一个或多个输入连接件的受控制的运动而使各个卡盘定位的每个联动装置中，可以选择使用比四个连接件少或多的连接件。此外，实质上垂直和水平设置的、分别支撑卡盘使之处于伸出位置和缩回位置的跟随连接件同样是示意性的，并非对于要求权益的本发明一些实施例的限制。例如，在其它一些实施例中，末端执行器100可以在任何要求的空间取向上拾取/放置和转换，并且如果需要的话，可以对输入连接件的相关联的受控制的运动进行重力作用的补偿。

所表达的“用于定位的装置”的意思不包括要求末端执行器100外部的其它结构来实现翻转操作的尝试性解决方案。例如，通过“用于定位的装置”语言表达的要求权益的本发明一些实施例不考虑拾取卡盘拾取工件和把它放置在外部翻转窝式机构的一种配置，这种配置在拾取卡盘或放置卡盘都没有通过紧密啮合工件的同时发生工件的翻转。如另一个例子，如通过“用于定位的装置”语言表达的要求权益的本发明一些实施例并不考虑使用机器人臂上的拾取卡盘和不同的机器人臂上的放置卡盘。而是，要求权益的本发明一些实施例的新颖性有利地执行翻转步骤而无需两个机器人解决方案所需要的成本上和空间上的另外的支出。

要理解，虽然已经在上述说明书连同本发明的各个实施例的结构和功能的详细说明中阐明了本发明的各个实施例的许多特征和优点，但是本详细说明只是示意性的，可以在细节上，特别在部件的结构和配置方面，进行修改，都落在所附的权利要求书表达的术语的一般上位意义最大程度上指出的本发明的原理中。例如，可以改变特定元件的类型或配置而不偏离本发明的精神和范围。

此外，虽然这里描述的实施例是针对拾取和放置操作的，但是熟悉本领域的技术人员可以理解，这并非限制要求权益的主题，输送和可能翻转工件的各种其它系统都可以利用本发明而不偏离要求权益的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于部件处理组件的末端执行器设备，包括：

相对立的第一和第二输入连接件，它们可移动以便于旋转；

第一和第二定位器，用于分别选择性地使所述第一和第二输入连接件旋转；以及

第一和第二跟随连接件，它们在其近端处通过枢轴连接在一起，其中所述第一跟随连接件的远端通过枢轴与所述第一输入连接件连接，所述第二跟随连接件的远端支撑第一卡盘；并且所述第二输入连接件通过枢轴与所述第二跟随连接件连接。

2.如权利要求1所述的设备，还包括：

相对立的第三和第四输入连接件，它们可移动以便于旋转；

第三和第四定位器，用于分别选择性地使所述第三和第四输入连接件旋转；以及

第三和第四跟随连接件，它们在其近端处通过枢轴连接在一起，其中所述第三跟随连接件的远端通过枢轴与所述第三输入连接件连接，所述第四跟随连接件的远端支撑第二卡盘；并且所述第三输入连接件通过枢轴与所述第四跟随连接件连接。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一和第二输入连接件是可选择性地移动的，以便使所述第一卡盘依次在缩回位置和伸出位置之间移动；并且所述第三和第四输入连接件是可选择性地移动的，以便使所述第二卡盘依次在独立于所述第一卡盘的缩回位置和伸出位置之间移动。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，可在缩回位置中选择性地移动所述第一卡盘和所述第二卡盘使之处于相对立而面对面的关系，以便可操作地啮合插入其间的部件的相对侧面。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，用真空力使所述卡盘可操作地啮合所述部件，并且通过把真空力选择性地传送到两个卡盘中的一个或两个而使一部件从卡盘之一转换到另一个卡盘。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二输入连接件和所述第二跟随连接件之间的枢轴连接被设置在所述第一跟随连接件和所述第一卡盘的枢轴连接之间的所述第二跟随连接件的中间部分处。

7.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第四输入连接件和所述第四跟随连接件之间的枢轴连接被设置在所述第三跟随连接件和所述第二卡盘的枢轴连接之间的所述第四跟随连接件的中间部分处。

8.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一和第二输入连接件和所述第一和第二跟随连接件与所述第三和第四输入连接件和所述第三和第四跟随连接件镜像对称。

9.如权利要求2所述的设备，其特征在于，可移动所述卡盘使它们相互逼近和相互离开，同时在缩回位置中保持相互在同一直线上对准。

10.一种用拾取和放置材料处理末端执行器使部件翻转的方法，包括：使第一四—杆联动装置的第一和第二输入连接件独立地定位以移动通过枢轴连接在其间的第一和第二跟随连接件，从而移动由缩回位置和伸出位置之间的跟随连接件之一所支撑的第一卡盘。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，包括：使第二四—杆联动装置的第三和第四输入连接件独立地定位以移动通过枢轴连接在其间的第三和第四跟随连接件，从而移动由独立于第一卡盘的缩回位置和伸出位置之间的第三和第四跟随连接件之一所支撑的第二卡盘。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：使所述第一和第二输入连接件独立地定位以使所述第一卡盘移动到伸出位置；以及用所述第一卡盘紧密啮合一部件。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在紧密啮合的步骤之前，包括：平移所述第一四—杆联动装置和所述部件中的至少一个以使它们放置得彼此相邻。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在紧密啮合的步骤之前，包括：使所述第三和第四输入连接件独立地定位，以使所述第二卡盘移动到缩回位置。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括：

使所述第三和第四输入连接件独立地定位，以使所述第二卡盘移动到缩回位置；以及

在紧密啮合的步骤之后，使所述第一和第二输入连接件独立地定位，以使所述第一卡盘移动到缩回位置。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，包括：使所述第一和第二输入连接件以及所述第三和第四输入连接件中的至少一个定位；以及同时用两个卡盘紧密啮合所述部件的相对的侧面。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在同时用两个卡盘紧密啮合的步骤之后，包括：放开所述第一卡盘的紧密啮合。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，包括：使所述第一和第二输入连接件和所述第三和第四输入连接件中的至少一个独立地定位，以使所述第二卡盘移动到伸出位置。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，包括：放开所述第二卡盘的紧密啮合，以便在相对于紧密啮合步骤期间拾取所述部件时的部件取向为翻转的取向上放置所述部件。

20.一种材料处理设备，包括：

末端执行器联动装置组件，用于在缩回位置和伸出位置之间操作以便拾取和放置一部件；以及

用于使联动装置组件定位以便在拾取和放置所述部件时使其翻转的装置。

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