CN101939133A

CN101939133A - 保持件

Info

Publication number: CN101939133A
Application number: CN2008801253221A
Authority: CN
Inventors: K-O·斯特伦伯格
Original assignee: FLEXPROP AB
Current assignee: FLEXPROP AB
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-01-05
Also published as: US20100289201A1; BRPI0822000A2; KR20100116193A; MX2010007675A; CA2712086A1; JP2011510821A; EP2234754A1; EP2234754A4; EP2234754B1; SE532109C2; WO2009091298A1; SE0800244L

Abstract

一种用于对工件进行定位和定位地固定的保持件，所述保持件包括至少一个固定片(2、3)，所述固定片用于安装固定器件或器具，其用于工件或者用于将所述保持件(1)固系在机器人上。所述保持件(1)包括数个内部的、相互连接的平坦层状材料件(7、13、14)；以及数个外部的平坦层状材料件(8)，所述外部的平坦层状材料件彼此相互连接且与所述内部材料件连接，并且一起限定封闭的容腔，所述各材料件之间的连接包括机械耦联器件(9、10、11)和/或胶接件。一种制造保持件的方法，所述方法包括下述步骤：所述保持件(1)带有至少一个固定片(2、3)。所述方法还包括下述步骤：从层状的、平坦材料开始，切割平坦的内(7、13、14)和外(8)材料件，从平坦的内(12、13、14)和外(8)材料件开始装配所述保持件(1)；所述内材料件(7、13、14)彼此相互连接，并且它们由所述外材料件(8)封闭并与之相互连接，其中所述外材料件(8)设置成使得其限定封闭的容腔，所述材料件之间的连接借助于机械耦联器件(9、10、11)和/或胶接件而实现。

Description

保持件

技术领域

本发明涉及一种用于将工件相对于固定点或另一工件进行定位和定位地固定的保持件，此种保持件包括至少一个固定装置，所述固定装置用于安装固定器件或固定器具，所述固定器件或固定器具用于定位地固定所述工件或者用于固系所述保持件例如在运动器具上。

本发明还涉及一种制造用于将工件相对于固定点或另一工件进行定位的保持件的方法，所述保持件带有至少一个固定装置，所述固定装置上安装有固定器件或固定器具，所述工件借助于所述固定器件或固定器具被定位地固定，或者所述保持件借助于所述固定器件或固定器具而被固系例如在运动器具上。

背景技术

在工业的很多领域中(一个典型的例子是汽车领域)，经常需要能够将工件相对于基准点或另一工件以精确的状态定位。

在此种情况下，经常使用保持件，保持件上有用于与各工件配合的夹。这些保持件通常称为机械手。在几何控制机械手和非几何控制机械手之间通常有明显区别。在对精确度的要求方面，对于几何控制机械手有相当严格的要求，为此，公差通常在十分之一或十分之几毫米之内，而对于非几何控制机械手，能够接受更宽的公差。

例如，在用于生产车体部件的冲压线中，平坦的金属板材坯件由某些类型的给送器给送，所述给送器带有机械手和夹，所述机械手和夹将坯件给送至包括在第一冲压线内的压力机中。当在工作行程中已执行了该过程时，已经被部分处理的工件由第二给送器移除，所述第二给送器可以是特别设计的给送器或者是通用工业机器人。该给送器或机器人也具有带夹的机械手，所述机械手将工件从包括在冲压线中的第一压力机传送至第二压力机。如果第二压力机中的冲压工具带有用于将所述已经部分处理的工件精确引导至正确处理位置的装置，那么给送器或机器人上的机械手可以是非几何控制类型的。然而，如果在第二压力机的冲压工具中没有此种引导装置，那么给送器或机器人以及与之相关的机械手必须以极其精确的方式来将工件定位在第二压力机的冲压工具中。

存在类似要求的另一情况是工作站，在该工作站处，例如许多车体部件通过焊接装配在一起。在此，可以有固定的保持器，在所述固定的保持器中放置不同的工件。此种固定的保持器也可称为是机械手。为了将不同的工件给送至所述固定的保持器，可以使用通用机器人，在此情况下，所述通用机器人带有机械手和夹。

常规地，此处所考虑类型的保持器经常构造成由钢或铝组成的框架系统。在此情况下，使用管状材料或型材，但是，在现有技术中还出现了片材构造和梁构造。

对于以钢制成的保持器而言，其具有良好的刚度，但是相对于其尺寸来说，重量太大。大的重量意味着不能令人满意地提高操作所述保持器的运动器具或工业机器人的工作速度，其原因在于加速力和减速力会过大。

对于铝而言，相对于钢来说，它具有低的密度，但是经常过于脆弱，使得在负载下可以出现大的挠曲。在快速运转的给送器或机器人中，这是不可接受的，其原因在于，所述挠曲意味着出现振动现象的风险，所述振动现象危及工件的精确定位。

在现有技术中还已知以管状材料或型材来制造此处所考虑类型的保持器，其中所述管状材料或型材由复合材料(主要是碳纤维复合物)组成。此种材料具有比铝高不少的刚度，并且密度相当低，大约是铝的一半。此种类型保持件的一个例子在SE 518 227 C2中说明。

发明内容

问题结构

本发明的目的是设计以介绍方式详述的保持件，使得所述保持件具有极高的刚度、高的精度和低的重量。

在方法方面，本发明的目的在于提供方法来实现相应目的。

解决方案

形成本发明基础的目的将通过保持件实现，如果该保持件以多个内部的、相互连接的平坦层状材料件以及多个外部的平坦层状材料件组成，其中所述外部的平坦层状材料件彼此相互连接且与所述内部的平坦层状材料件相互连接，所述外部的平坦层状材料件与所述内部的平坦层状材料件一起限定基本上封闭的容腔；所述各材料件之间相互连接包括机械耦联器件和/或胶接件。

关于所述方法，在下述情况下将实现本发明的目的：所述方法的特征在于，从层状的、平坦材料开始，切割平坦的内和外材料件，从所述平坦的内和外材料件装配所述保持件；所述内材料件彼此相互连接，并且它们由所述外材料件封闭并与之连接，其中所述外材料件设置成使得它们限定大体上封闭的容腔，所述材料件之间的相互连接借助于机械耦联器件和/或胶接件而实现。

附图说明

下面将结合附图对本发明进行详细说明。在所述附图中：

图1是根据本发明的保持件的第一实施方式的立体图，并带有局部放大图；

图2示出根据本发明的保持件的替代实施方式；

图3示出根据本发明的保持件的第三实施方式，该保持件带有附件；

图4是本发明的相对于图1稍微修改的实施方式的分解图，该图带有局部放大图；

图5示出包括在图4保持件中的元件；

图6示出图1的实施方式处在部分完成状态下的状况，该图带有局部放大图；

图7示出图6保持件的立体图，并且省去了外材料件之一，该图带有局部放大图；

图8示出根据图6的保持件，并且带有两幅局部放大图；以及

图9示出包括在根据图1、4、6、7和8的保持件中的单元，该单元用于固定器件或固定器具的安装。

具体实施方式

如上所述，本发明的保持件或机械手一方面能够固定地设置并构成夹具或工件夹具，例如用于将两个工件连接在一起。然而，所述保持件或机械手还设计成是可动的，并且用于牢固地保持工件，其在一些形式的运动器具(例如工业机器人)的作用下从一个工作站移位至另一工作站。上面公开的内容暗含的含义是，此说明书中使用的方向和位置指示仅仅是相对于图中所示状态或位置而言的，其原因在于，根据本发明的机械手在使用中可以在三维空间内随意地运动。

在下面的说明中以及在所附的权利要求书中，将使用术语“固定装置”。此种固定装置是用于表示下述装置：其位置和方向相对于保持件中的其它固定装置良好地限定。然而，术语固定装置本质上还包括对用于固系固定器件、固定器具等从而相对于所述固定装置定位地固定和保持工件的装置的意思。

需要强调的是，所述机械手的构造和尺寸可以在很宽的限制范围内变化，并且在文中所考虑的情况下，通常由待处理工件的外形来确定。

根据图1的保持件或机械手整体上被给予标号1，其形式为平行六面体的直角长形梁。在所示的实施方式中，保持件或机械手1具有在图1中可见的三个固定装置2，固定装置2用于固定与工件配合(例如通过对准或保持力)的固定器件、固定器具或类似物。这些具有彼此相对精确确定的位置和对准。保持件1具有在图中示出的另一固定装置3，该固定装置3相对于其它三个示出的固定装置2具有良好限定的位置和对准。固定装置3设计用于将保持件或机械手1保持在运动器具(例如工业机器人)上，并且因此可以也能够被称为机器人锚具。固定装置3还可以用于保持件或机械手1的定点固定。

在图1中，包括直角坐标系x、y、z。相应的坐标系自然也可以画到其它图中，以便于理解方向和位置。然而，图1是对于图示来说是足够的。固定装置2的精确位置和对准暗示着它们在绕坐标系的所有轴线枢转和旋转方面具有已知的对准和公差。此外，沿着所有轴线的位置和公差是已知的。

在图2所示的实施方式中，保持件1是大致H形的，并且带有数个固定装置2，这些固定装置2对用于工件的对准和/或保持的对齐器件、固定器件、固定器具或类似物进行固系。保持件1进一步带有形成为机器人锚具的固定装置3。

在根据图3的实施方式中，保持件1包括长形的、平行六面体的直角梁，具有数个固定装置，其中，固定装置3设计为机器人锚具。在梁的某些其它固定装置上，设置耦联装置4，耦联装置4可以用于牢固地固系型材(优选地碳纤维层形成的管状型材)的长形体部的附件5。如上文所述的，用于保持附件5的耦联装置4被固系在固定装置上，其中所述固定装置由耦联装置4遮盖，从而在图中是不可见的。这暗示着耦联装置4的相互位置和它们相对于机器人锚具的位置将良好地限定。进一步地，耦联装置4主要在用于相对于用于固系附件5的那些表面固系在固定器件上的表面上具有已知的位置和公差。

根据本发明，附件5用于固系附加的固定装置(图中未示出)，这些附加固定装置可以任选地被固系，但是沿着所述附件的长度具有良好测量和校准的位置。在此情况下，使用与图3中的耦联装置4相同或类似的耦联装置。以此方式，可以数个较小的零部件(从机器人锚具3至由耦联装置4固定地保持的部件)来组装极轻且高强度的机械手，具有公差和已知距离、枢转或旋转的完整链。

根据图3的保持件1具有的其耦联装置4的大部分安装在外部，但是根据本发明，可以设置在横梁相应耦联装置之内，例如用于附件6。相应的情况在此也应用于对准、距离和公差。

如同在图4至图7中最清楚示出的那样，根据本发明的保持件或机械手1由数个基本上平面盘形的内材料件7和数个外部的、基本平坦的、盘状材料件8组成。内材料件7彼此相互连接，使得与带有数个盒状的基本封闭构造的三维结构一起形成菱形图案。这些构造中的分隔件可以具有导入部或孔，用于为了其它目的的配线或管路。进一步地，内材料件的边缘表面或边缘区域连接至外材料件8。内材料件7可以说既是纵向的又是横向的，可以为直角。它们还可以星形构造或锯齿形构造或这些构造的组合来排列。

在一个优选的实施方式中，盘形材料是基于碳纤维和粘合剂的层状物。所述层状物使用部分真空而在工作台上制成，所述部分真空实现在层状物的固化和硬化时间期间的必要压缩力。此种制造方式暗示着成品的层状物在其朝着工作台的侧面上的平面度和公差将由工作台表面适当地确定，而另一侧面会有较多的缺陷。

平面材料件7和8，以及包括在该构造内的其它材料件(诸如材料件13、14和15)，在外形方面以及在突出销或相应凹部或其它孔口形式的引导装置10和11(例如用于下述的机械耦联器件9)方面以高精度切割，所述引导装置10和11后期用于被包括在保持件1内的零部件的相互定位。

内材料件7借助于机械耦联器件9或者借助于胶接件或这两者的组合而相互连接。对于机械耦联器件9，可以使用固定在内材料件7内的小金属块制造(图4和图9)，所述小金属块借助与铆接或螺接(有可能与胶接件一起)而固定在内材料件7内。这些金属块具有用于容纳相应螺钉的螺纹孔。在此情况下也可以采用铆钉。此种耦联器件9不提供任何高的精度。

作为机械耦联器件(其也满足用于紧密临近部件的精确相互定位的引导装置的功能)的例子，还需要注意的是配合在相应凹部或孔口中的突起或销，在此，对于销而言，不论其形状如何，采用了统一的标号10，而对于凹部，不论形状如何，采用了统一的标号11(见图1、5、4和6)。根据本发明，还可以在固定装置2和3以及紧密临近的材料件7或8之间采用相应的机械耦联器件。这些引导装置在尺寸精度、表面光洁度、对准和位置方面以高的精度加工生产。

对于耦联器件9，这些主要用于下述目的：在装配时，将本发明的主题保持在一起，使得能够以不“掉落分开”的方式来处理，而且还在施加胶接件时产生压缩压力。耦联器件9不允许对精度的高度要求。耦联器件9还满足下述功能：在相互临近的部件可能具有由胶接件桥连的小空隙或空间的情况下，防止在所述构造中产生应力，例如防止由于胶接件中采用的胶的收缩而产生应力。

所述类型的耦联器件(其包括配合在相应凹部11或孔口中的销或突起10)构成引导装置，并且实现下述目的：确保精确的结合以及包括在保持件1以及固定装置2和机器人锚具3内的材料件7、8、13、14和15的极窄的公差。

从图4和5一起可以清楚地看出，固定装置3(即用作机器人锚具的固定装置)组合而形成一体结合到所述梁内部的预装配单元18。该单元18的部分在图5中示出，而被安装的单元在图4中以部分放大的方式最佳地示出。所述单元由两个金属环12组成，所述两个金属环借助于直立的内材料件13而结合在一起。也可以采用管、棒或环来连接金属环12。在临近的材料件13之间，插着星形布设的内材料件14上的突起10，所述内材料件14沿着对置边缘具有进一步的突起10以及相应的凹部11，用于与加强片15的机械相互连接。为此，加强片15具有位置和尺寸精确设置的凹部和孔口11，用于容纳单元18上的相应突起10。这些零部件之间的机械耦联器件借助于胶接件而最终定位地固定。单元18在机器人锚具3的区域内的对置外(至少上和下)材料件8之间延伸，并将所述外材料件结合在一起。

从图5可以看出的是，两个金属环12沿着其上边缘和下边缘具有引导珠缘或条19，引导珠缘或条19用于实现将相互连接的金属环和内材料件13之间的相互引导。由于机械强度方面的原因，内材料件13是成对的，最外侧内材料件的高度(图1中的z向)使得其盖住引导珠缘或条19。

上述的加强片15，一个上加强片以及一个下加强片，如图4中所示地显然设置有星形布设的槽11，星形布设的内材料件14的销以被引导的方式接合在所述槽11中。进一步地，加强片15沿着其对置纵向侧部具有槽11和突起10——这些槽11和突起10分别用于与保持件的纵向侧部边缘8上的相应突起10配合，以及用于与其中的相应凹部或槽11配合。

在前文中，已经提到制造保持件1的层状材料仅仅在其一侧上具有良好的平面度。此外，包括在保持件内的所有层状材料件被以高度精度切割，为此，所有的边缘表面将具有相应的良好精度。为了尽可能地从所述层状材料的“最好”侧获益(该侧是在被包括在保持件内的外材料件8上朝内的一侧)，该侧将与内材料件7、13和14上的机加工/切割边缘表面相配合。

图9示出固定装置2，该固定装置2包括具有适当排列的金属片，以及用于安装某些器具(其例如设计用于抓握或定位由保持件1所处理的工件)的固定装置。沿着金属片的相应竖直边缘，固系有支撑片20，使得形成刚性的分离单元16，该单元16是直角的并且形成立方体结构或平行六面体结构。在此情况下，应该指出的是，支撑片以及金属片的下边缘21位于同一平面内。

沿着上侧部，金属片具有埋头孔部分22，所述埋头孔部分22在其两端处具有向上的突起10。支撑片20的埋头孔部分22以及上边缘位于同一平面内，且该平面平行于由下边缘21限定的平面。此外，支撑片具有数个机械耦联器件9——一方面用于与金属片结合在一起，另一方面用于与保持件1的上材料件(盖)和下材料件(底)/外材料件8结合在一起。

在根据本发明的保持件1的构造方面，为了简单起见，将参照根据图1的实施方式，但是对于本领域普通技术人员来说明显的是，根据其它附图的实施方式在整体上以类似的方式构造，在图9中示出的分离单元16以及单元18本身包括保持件的首先结合在一起的机器人锚具3。这些零部件结合在一起是在工程工作台上执行的，使得这些单元将具有完全平坦的底面。

固定装置2和3放置在工作台上伸出工作台外，由此它们在竖直方向(z方向)上的位置由工作台限定。所述工作台进一步限定绕x轴和y轴旋转的位置。在此状态下，沿x方向和y方向的位置、以及绕z轴旋转的位置仍然是待确定的。

内材料件7，在纵向或横向上，或者在其它方向上，在工作台上互相结合在一起，由此使得形成盒状结构，所述盒状结构将具有完全平坦的底部，由此所述底部朝着所述工作台。

在将所述结构施加为靠放在所述工作台上时，固定装置2和3通过图1中的保持件的上材料件8(所述盖)而在x方向上和y方向的对准，上材料件8带有凹部11，固定装置2所包括的金属片上的突起10与所述固定装置相配合并精确地定向所述固定装置。

为了图上的保持件1的上和下外材料件8的对准，外纵向材料件(图6)具有朝上的销10，销10接合在单元18的加强片15中的、以及上外材料件8(盖)的相应凹部11中。相应地，包括机器人锚具3的单元18具有接合在外材料件8中的相应凹部中的相应突起。

如同到现在已经说明的保持件1那样，其外材料件被安装，所述固定装置被安装，但是底侧仍然开放。进一步地，保持件的上侧8不是平坦的，因为机械耦联器件9延伸超出上侧的上表面。此外，所述盖上的外表面的精度不高。

在一个实施方式中，设置在用于保持件1的纵向外侧件8上的这些突起10的高度使得它们能够用于整个梁的对准——当其翻转并且放置成上侧朝下朝着工作台时。突起10的高度进一步使得它们允许安装机器人锚具的外环或外片17，并且不影响接续的安装操作。

在一个替代实施方式中，可以在固定装置2上安装凸片(elevation plate)，所述凸片具有朝下的突起，在所述保持件翻转在工作台上且其底8安装就位时，所述突起的高度足以提供上述的功能。

上述安装步骤意味着包括在固定装置2和盖8中的安装片彼此相对地定位。如果还希望所述底也相对于固定装置2的金属片在窄的公差内定位，则需要至少一个点、一条线和一个面。这些线由四个点限定，其连接至包括在固定装置2内的金属片，并且其引导所述底在x方向和y方向上的放置。

在上述凸片的辅助下控制竖直位置(z方向)，上述凸片控制包括在固定装置2内的金属片相对于所述工作台的竖直位置。

如果根据本发明的保持件将带有设置在上侧上的固定装置(这是在根据图3的实施方式的情况下)，这些固定装置将在包括在固定装置2的金属片中实施，并且将定位在所述盖上。所述盖具有孔，这些孔朝着金属片的外轮廓。所述盖中的孔引导在x方向和y方向上以及绕着z轴旋转方向上的定位。通过在朝着工作台的方向上或者朝着平行于工作台的表面向下移动包括在固定装置2内的金属片，随着竖直方向(z方向)的位置被确定，绕着所有轴线的旋转被锁定。为了获得所学的刚度，包括在固定装置2内的金属片通常必须以连接至保持件1底部的后掷结构(retrojacent structure)来加强。该后掷结构适当的带有销，这些销结合在所述底的相应孔或槽中，以便确保令人满意的对准和定位。

Claims

1.一种用于将工件相对于固定点或另一工件定位和定位地固定的保持件，所述保持件包括至少一个固定装置(2、3)，所述固定装置用于安装固定器件或固定器具，所述固定器件或固定器具用于定位地固定所述工件或者用于固系所述保持件(1)例如在一运动器具上，所述保持件包括数个内部的、相互连接的平坦层状材料件(7、13、14)；以及数个外部的平坦层状材料件(8)，所述外部的平坦层状材料件彼此相互连接且与所述内部材料件相互连接，并且一起限定基本上封闭的容腔，并且所述各材料件之间的连接包括机械耦联器件(9、10、11)和/或胶接件，其特征在于，所述机械耦联器件中的至少一些被设计为用于对包括在所述保持件(1)内的零部件(2、3、7、8、13、14)进行精确对准和定位的引导装置(10、11)。

2.根据权利要求1所述的保持件，其特征在于，所述内材料件(7、13、14)一起形成带有数个盒状的基本封闭构造的三维结构。

3.根据权利要求1或2所述的保持件，其特征在于，所述外材料件(8、15)通过胶接件而与所述内材料件(7、13、14)的边缘表面或边缘区域相互连接。

4.根据权利要求2或3所述的保持件，其特征在于，所述固定装置(2、3)各自设置在单元(分别为16、18)上，所述单元上的机械耦联器件(10、11)以及所述外材料件(8)之一彼此接合，用于所述固定装置在所述外材料件的平面内的相对于彼此的位置确定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的保持件，其特征在于，所述固定装置(2、3)包括金属片(12、17)，所述金属片的材料厚度大于所述层状材料件(7、8、13、14)中的材料厚度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的保持件，其特征在于，所述机械耦联器件包括配合在相应凹部或孔口(11)中的突起或销(10)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的保持件，其特征在于，所述机械耦联器件(9)包括铆钉和/或螺纹联接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的保持件，其特征在于，所述固定装置(3)中的至少一个是用于将所述保持件(1)固系在例如工业机器人等运动器具上的锚具。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的保持件，其特征在于，至少在一些固定装置(2)上，固系有用于固系管状材料或型材材料的长形臂(5)的耦联装置(4)；该耦联装置设置在此管状材料或型材材料上，这些耦联装置支撑固定装置或者其本身形成固定装置。

10.一种用于制造保持件的方法，其中所述保持件用于将工件相对于固定点或另一工件定位，所述保持件(1)带有至少一个固定装置(2、3)，所述固定装置(2、3)上安装有固定器件或固定器具，所述工件借助于所述固定器件或固定器具而定位地固定，或者所述保持件借助于所述固定器件或固定器具而固定在例如运动器具上，其特征在于，从层状的、平坦材料开始，切割平坦的内(12、13、14)和外(8)材料件，从平坦的内(12、13、14)和外(8)材料件装配所述保持件(1)；所述内材料件(7、13、14)彼此相互连接，并且它们由所述外材料件(8)封闭并与之连接，其中所述外材料件(8)设置成使得其限定大体上封闭的容腔，所述材料件之间的相互连接借助于机械耦联器件(9、10、11)和/或胶接件而实现；所述机械耦联器件(10、11)中的至少一些被用作用于对包括在所述保持件(1)内的零部件(2、3、7、8、13、14)进行精确对准和定位的引导装置。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述内材料件(7、13、14)装配成形成带有数个盒状、基本封闭构造的三维结构。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述外材料件(8)通过所述胶接件连接至所述内材料件(7、13、14)的边缘表面或边缘区域。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述固定装置(2、3)与内材料件(7、13、14)相互连接以用于单元(16、18，分别地)的构造，所述单元上的机械耦联器件(10、11)以及所述外材料件(8)之一用于确定所述单元在所述外材料件的平面内的相对于彼此的位置确定。

14.如权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述机械耦联器件的至少一些形成为配合在相应凹部或孔口(11)中的突起或销(10)。

15.如权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述固定装置中的至少一个形成为锚具(3)，所述保持件(1)借助于所述锚具而固系在例如工业机器人等运动器具上。