CN103568021B

CN103568021B - 可重新配置的抓取装置

Info

Publication number: CN103568021B
Application number: CN201310304039.8A
Authority: CN
Inventors: D.高; J.史; L.T.兰塞姆; R.C.贾尼斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-07-19

Abstract

提供了用于牢固地抓取、提升和运送工件的可重新配置的抓取装置。可重新配置的抓取装置可包括至少第一指部和第二指部，其每一个通过基座支撑件固定到基座平台。各指部的每一个可具有第一连杆、第二连杆和第三连杆，其每一个具有独立地驱动各连杆的相应驱动机构。第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构配置为控制各指部的每一个的抓持和适应性，以将第三连杆放置在工件上。第三连杆驱动机构配置为驱动各指部的每一个的第三连杆，以在工件上施加夹持力。

Description

可重新配置的抓取装置

技术领域

本发明涉及可重新配置的抓取装置，更特别地涉及机器手指，用于在工业应用中牢固地抓取、抓持和运送物体，例如用于在整个组装过程中的运动。

背景技术

工业生产过程常包括对特别重、特别大、特别易碎或必须以特别高的精度放置（以在没有机械辅助的情况下被放置）的工件的重复抓取、提升和运送。这些工件的抓取和抓持、运送和放置可以手动完成，或通过具有物料搬运装置的自动设备完成。抓取装置允许以具有提高的灵活性和效率的制造过程运送重、大和复杂的工件。

传统的夹具提供连续的大夹持力，并可适于随着旋转头的使用而旋转的较小板件。然而，对于大部分不同类型工件，传统夹具不是特别使用。传统夹具通常必须被针对具体任务而设计，或根据所针对的工件类型而装配有若干个不同的端部执行器。

可重新配置的机械夹持器或传统的机器手指包括一系列刚性连杆。所述系列刚性连杆视图适用于夹持位置中的变化。然而，这些夹持器的适用性可能不足以适应大量不同类型的工件的形状，特别是如果夹持器是欠驱动的。这种欠驱动的夹持器具有平均小于十五磅的特别低的夹持力。这些可重新配置的机械夹持器被更适当地设计以卷绕或包裹球形工件。然而，由于一旦夹持则不存在促动，所以可重新配置的机械夹持器不能在运送期间充分地夹持工件。

发明内容

提供了独特的可重新配置的抓取装置，用于牢固地抓取、提升和运送工件，该抓取装置提供提高的灵活性并节省占地空间。可重新配置的抓取装置可包括多个指部，包括至少第一指部和第二指部，其每一个通过基座支撑件固定到基座平台。各指部的每一个可具有第一连杆、第二连杆和第三连杆，其每一个具有独立地驱动各连杆的相应驱动机构。第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构配置为控制各指部的每一个的抓持和适应性，以将第三连杆放置在工件上。第三连杆驱动机构配置为驱动各指部的每一个的第三连杆，以在工件上施加夹持力。

可重新配置的抓取装置还可包括第一多个促动器，其固定到多个基座平台，所述基座平台适于支撑在基座结构上。第一多个促动器配置来为第一连杆驱动机构提供动力；第二多个促动器配置来为第二连杆驱动机构提供动力。可重新配置的抓取装置还可包括第三促动器，其配置来为第三连杆驱动机构提供动力。

各指部的每一个可具有多个指部连杆，其允许至少三个自由度，以近似人手指的运动。多个连杆允许抓取装置中的灵活性，以适于大量不同类型的工件，和在更大的活动范围内运送这些工件。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是可重新配置的抓取装置的示例实施例的示意性正视图，其中多个指部的各第一连杆和第二连杆分别独立地由第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构驱动，第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构由电机提供动力，所述电机设置在多个指部的每一个的基座处。

图2是多个指部中的一个的第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构的示例性实施例的示意性俯视图。

图3是多个指部中的一个的第三连杆驱动机构的示例性实施例的示意性俯视图。

图4是第三连杆驱动机构的示例性实施例的示意性正视图，其中各指部的每一个的第三连杆驱动机构通过气压缸驱动，所述气压缸被显示为处于收缩和空闲位置中的单作用气压缸。

图5是第三连杆驱动机构的示例性实施例的示意性正视图，其中各指部中的每一个的第三连杆驱动机构由气压缸驱动，所述气压缸显示为处于延伸和促动位置中的单作用气压缸，工件被显示为被夹持在多个指部的第三连杆之间。

具体实施方式

参考图1-5，其中相同的附图标记在若干幅视图中对应于相同或相似的部件，提供了用于牢固地抓取、提升和运送工件101的可重新配置的抓取装置100，所述工件例如汽车车身板件等。当操作为组装产品时，可重新配置的抓取装置100可提供提高的灵活性和节省占地面积。可重新配置的抓取装置100包括多个基座平台112、113和多个基座支撑件103a、103b、104a、104b；多个指部105、106；第一连杆驱动机构123、第二连杆驱动机构125；和第三连杆驱动机构149。

多个指部基座平台112、113可适于支撑在基座结构102上。多个指部基座平台112、113可包括第一平台112和第二平台113。然而，尽管示出了两个平台112、113，但是应理解，所述多个基座平台112、113可包括任意数量的平台，平台的数量等于存在于该可重新配置的抓取装置100中的多个指部105、106的指部的数量。第一平台112和第二平台113可通过第三促动器111操作地连接。多个指部基座支撑件103a、103b、104a、104b适于由多个基座平台112、113支撑。多个指部基座支撑件可包括与第一指部105和第二指部106每一个相关的第一基座支撑件103a、103b，第二基座支撑件104a、104b。

多个指部可包括第一指部105和第二指部106。尽管在各指部的每一个中仅示出了两个指部105、106，通过说明应理解，多个指部105、106可包括多于一个的任意数量的指部105、106。第一指部105和第二指部106的每一个可包括多个连杆，所述多个连杆至少包括具有第一连杆基座端部115a、115b和第一连杆远端部116a、116b的第一连杆114a、114b；具有第二连杆基座端部118a、118b和第二连杆远端部119a、119b的第二连杆117a、117b；和具有第三连杆基座端部121a、121b和第三连杆远端部122a、122b的第三连杆120a、120b。

参考图1和2，第一连杆114a、114b可通过第一连杆驱动机构123独立地驱动。第二连杆可通过第二连杆驱动机构125独立地驱动。驱动力由第一连杆驱动机构123和第二连杆驱动机构125中的每一个产生。各指部105、106的每一个以至少三个自由度发挥功能。这些自由度允许可重新配置的抓取装置100卷绕和包围球形工件101，并进一步为抓取装置100提供自由度来定位各第一指部105和第二指部106中的每一个的第三连杆120a、120b（在图3-5中示出），来以足够的夹持力牢固地抓持大量不同类型和不同尺寸的工件101。

各第一指部105和第二指部106中的每一个的第一连杆114a、114b可通过第一连杆驱动机构123直接驱动，所述第一连杆驱动机构可通过第一多个促动器107a、107b中的一个提供动力。第一多个促动器107a、107b可包括多个电机等。电机可包括齿轮箱（未示出）和第一可旋转输出连接轴124a、124b。第一可旋转输出连接轴124a、124b可将第一连杆基座端部115a、115b在第一关节132a、132b处连接到第一基座支撑件103a、103b。第一可旋转输出连接轴124a、124b可配置为将扭矩传递到第一连杆基座端部115a、115b，以直接并独立地驱动第一连杆114a、114b。

第一多个促动器107a、107b可包括第一电机107a和第二电机107b。第一电机107a可在第一指部第一销连接关节132a处固定到与第一指部105的第一连杆基座端部115a邻近的、第一指部105的第一基座支撑件103a。第二电机107b可在第二指部第一销连接关节132b处固定到与第二指部106的第一连杆基座端部115b邻近的、第二指部106的第一基座支撑件103b。

各第一指部105和第二指部106中的每一个的第二连杆117a、117b可通过第二杆驱动机构125直接驱动并通过第二多个促动器109a、109b中的一个提供动力。第二连杆驱动机构125可包括第一驱动连杆126a、126b和第一驱动联接杆127a、127b。第一驱动联接杆127a、127b可包括基座端部128a、128b和远端部129a、129b。

第二连杆驱动机构125可通过第二多个促动器109a、109b中的一个提供动力。第二多个促动器109a、109b可包括多个电机等。每一个电机可包括齿轮箱（未示出）和第二输出连接轴130a、130b。第二多个电机109a、109b的每一个的第二输出连接轴130a、130b可操作地将第一驱动连杆126a、126b连接到第二多个基座支撑件104a、104b中的一个，并配置为将扭矩从第二多个电机109a、109b中的一个传递到第一驱动连杆126a、126b。第一驱动连杆126a、126b还可在第二销连接关节131a、131b处操作地连接到第一驱动联接杆基座端部128a、128b。第一驱动联接杆127a、127b可在第三销连接关节133a、133b处在其远端部129a、129b处操作地连接到第二连杆基座端部118a、118b。第二连杆基座端部118a、118b可在第四销连接关节134a、134b处操作地连接到第一连杆远端部116a、116b。第一驱动联接杆127a、127b可配置为将扭矩从第二多个促动器109a、109b中的一个传递到第二连杆117a、117b，以独立地驱动第二连杆117a、117b。

第二多个促动器109a、109b可包括第三电机109a和第四电机109b。如图1和2所示，第三电机109a可固定到与第一指部105的第一驱动联接杆基座端部128a邻近的、第一指部105的第二基座支撑件104a；且第四电机109b可固定到与第二指部106的第一驱动联接杆基座端部128b邻近的、第二指部106的第二基座支撑件104b。

替代第一驱动连杆126a、126b和第一驱动联接杆127a、127b，第二连杆驱动机构125可包括多个机器人筋（robotic tendon）（未示出）或其他类似的柔性构件，例如线缆等（未示出）。在这种配置中，每一个筋（未示出）可在第一指部105第三销连接关节133a和第二指部106第三销连接关节133b处操作地连接到第二输出连接轴130和第二连杆117a、117b。筋（未示出）可将第二多个促动器中的每一个（即第三电机109a和第四电机109b）的旋转运动转换为线性运动，以独立地驱动各第一指部105和第二指部106中的每一个的第二连杆117a、117b。

第一筋（未示出）可操作地连接到各指部105、106中的每一个的第二连杆117a、117b，从而第一筋（未示出）中的张力迫使第二连杆117a、117b沿第一方向旋转，以收缩指部或引起指部折叠并抓持物体。第二筋（未示出）可操作地连接到第二连杆117a、117b，从而第二筋（未示出）中的张力迫使第二连杆117a、117b沿第二方向旋转，以缩回或打开指部105、106。

不是将第二多个促动器109a、109b定位为邻近第二基座支撑件104a、104b中的一个，而是，第二连杆驱动机构125可配置为直接驱动第二连杆117a、117b。在这种配置中，第三电机109a和第四电机109b可替代地定位为邻近第一指部105和第二指部106中的每一个的第二连杆基座端部118a、118b和第一连杆远端部116a、116b，且可配置为独立并直接地驱动第二连杆117a、117b。第三电机109a可定位为邻近第一指部105的第二连杆基座端部118a和第一连杆远端部116a；第四电机109b可定位为邻近第二指部106的第二连杆基座端部118b和第一连杆远端部116b设置。

参考图3-5，第一指部105和第二指部106中的每一个可包括第三连杆驱动机构149，其可产生和控制可重新配置装置100的夹持力F。第三连杆驱动机构149可包括：可旋转半齿轮135a、135b，它们安装在多个平台112、113中的一个上，适于通过基座结构102支撑；第二驱动联接杆136a、136b，其具有基座端部137a、137b和远端部138a、138b；第二驱动连杆139a、139b，具有第一附接点144a、144b，第二附接点142a、142b和第三附接点158a、158b；和第三驱动联接杆140a、140b，具有基座端部146a、146b和远端部147a、147b。

可旋转半齿轮135a、135b可操作地将第三连杆驱动机构149连接到多个基座平台112、113中的一个。可旋转半齿轮135a、135b可在各第一指部105和第二指部106的每一个的第一销连接关节132a、132b处绕第一可旋转输出连接轴124a、124b旋转。可旋转半齿轮135a、135b还可在各第一指部105和第二指部106的每一个的第五销连接关节141a、141b处连接到第二驱动联接杆基座端部137a、137b。

第二多个促动器109a、109b的每一个的第二输出连接轴130a、130b可操作地将第一驱动连杆126a、126b连接至第二基座支撑件104a、104b中的一个。第一驱动连杆126a、126b还可在第二销连接关节131a、131b处操作地连接到第一驱动联接杆基座端部128a、128b。第一驱动联接杆127a、127b可在第三销连接关节133a、133b处在其远端部129a、129b操作地连接到第二连杆基座端部118a、118b。第二连杆基座端部118a、118b还可在第四销连接关节134a、134b处操作地连接到第二驱动连杆139a、139b的第一附接点144a、144b和第一连杆远端部116a、116b。第二驱动连杆139a、139b可进一步绕第四销连接关节134a、134b旋转。

第二驱动连杆139a、139b另外可在第二附接点142a、142b处在第六销连接关节143a、143b处操作地连接到第二驱动联接杆远端部138a、138b。第二驱动连杆139a、139b可进一步在第三附接点158a、158b在第七销连接关节148a、148b处操作地连接到第三驱动联接杆基座端部146a、146b。

第三驱动联接杆远端部147a、147b可在第八销连接关节155a、155b处操作地连接到第三连杆远端部122a、122b。第三连杆基座端部121a、121b可在第九销连接关节156a、156b处操作地连接到第二连杆远端部119a、119b。

如图4和5所示，可重新配置的抓取装置100可包括第三促动器111，其配置为驱动第三连杆驱动机构149。第三促动器111可以是气压缸等，其具有第一延伸元件170和第二延伸元件172。第一指部105的可旋转半齿轮135a联接到第一延伸元件170，以用于随其运动，第二指部106的可旋转半齿轮135b联接到第二延伸元件172，以用于随其运动。

第三促动器111可以是单作用气压缸，其通过气压缸轴150沿一个横向方向向外气缸壳体151之外的延伸位置167移位（如图5中所示）而可产生气压动力的驱动力。单作用气压缸111可利用弹簧152通过动力的收缩力来使轴150返回外气缸壳体151内部的起始位置165，如图4中所示。第三促动器111在图4和5中被显示为单作用气压缸111。

第三促动器111可替代地是双作用气压缸，其可包括两个用于空气进入的端口（未示出）和一个用于空气排出的端口（未示出）。双作用气压缸111可利用气压驱动力来使气压缸轴150沿两个横向方向（即膨胀和收缩）在延伸位置167和起始位置165之间运动。

第三促动器111可驱动各第一指部105和第二指部106中的每一个的第三连杆120a、120b。气压缸111可在基座平台112、113之间并沿基座结构102运动，以使可重新配置的抓取装置100能够适用于大量工件101，和以需要的精度将第三连杆120a、120b放置在工件101上。气压缸111的线性运动可以是被动的，即安装在自由运动的滑块上，或由独立的线性促动器（未示出）驱动，以根据特定工件101而将气压缸111运动到具体位置。

进一步，气压缸111可配置为使气压缸轴150延伸，由此增大第一延伸元件170和第二延伸元件172之间的沿基座结构102的线性尺寸D，所述第一延伸元件与第一指部105的可旋转半齿轮135a联接，所述第二延伸元件与第二指部106的可旋转半齿轮135b联接。第一延伸元件170和第二延伸元件172之间的线性尺寸D的增大可将扭矩传递至可旋转半齿轮135a、135b，所述半齿轮可促动第三连杆驱动机构149，并由此经由各第一指部105和第二指部106中每一个的第三连杆120a、120b而在工件101上传递夹持力F。由气压缸111向第三连杆120a、120b施加的夹持力F可导致达到一百五十（150）磅的夹持力。在传统可重新配置机械夹持器的一个示例性实施例中，通过所提供的所需自由度，在抓握的执行期间，仅可产生达到十五磅的夹持力。

在抓持工件101后，可重新配置的抓取装置100可在选定区域内操作工件101。可重新配置的抓取装置100可选择性地将工件101放置和设置在各组件中的希望位置中。可重新配置的抓取装置100可随后释放工件101。在释放工件101过程中，气压缸轴150被返回至其在外气缸壳体151内的初始位置165。气压缸轴150在外气缸壳体151内的返回使第一延伸元件170和第二延伸元件172之间的沿基座结构102的线性尺寸D收缩，由此使与各第一指部105和第二指部106中每一个相关的可旋转半齿轮135a、135b旋转。可旋转半齿轮135a、135b的旋转释放由各第三连杆120a、120b施加在工件101上的夹持力F。在第三促动器111的气压缸轴150被返回至其在外气缸壳体151内的初始位置165之后，第一驱动连杆机构123和第二驱动连杆机构125被促动，并配置为打开各第一指部105和第二指部106中每一个，以释放可重新配置的抓取装置100和将其从工件101收回。

运动范围、灵活性和提高的夹持力的组合允许可重新配置的抓取装置100将多种类型的工件101固定在多种位置。另外，可重新配置的抓取装置100可牢固地操作和放置大量不同类型的工件101，而不需要为每种类型的工件101重新选择新的夹持末端执行器。这允许一台机器在组装中用作多种目的，和降低组装产品所需要的必要占地空间。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims

1.一种可重新配置的抓取装置，用于抓取、提升和运送工件，该抓取装置包括：

多个基座平台，适于支撑在基座结构上，包括至少第一基座平台和第二基座平台；

第一多个基座支撑件和第二多个基座支撑件，所述基座支撑件中的每一个连接到基座平台中的一个；

多个指部，包括至少第一指部和第二指部，各指部中的每一个具有多个连杆，所述连杆包括至少第一连杆、第二连杆、和第三连杆，各连杆中的每一个具有基座端部和远端部，多个指部中的每一个通过多个基座支撑件中的一个固定到多个基座平台中的一个；

第一连杆驱动机构，配置为独立地并直接地驱动各指部中的一个的第一连杆，该第一连杆驱动机构包括固定到多个基座平台的第一多个促动器中的一个；

第二连杆驱动机构，配置为独立地驱动各指部中的一个的第二连杆，该第二连杆驱动机构包括固定到多个基座平台的第二多个促动器中的一个；

第三连杆驱动机构，配置为独立地驱动各指部中的一个的第三连杆，第三连杆驱动机构包括：

第三促动器，具有定位在第一基座平台和第二基座平台之间的第一延伸元件和第二延伸元件，该第三促动器配置为线性地延长第一延伸元件和第二延伸元件之间的距离；

至少一个可旋转半齿轮，操作地连接到第一指部和第二指部中的一个的第一连杆基座端部，并被联接和配置用于随第一延伸元件和第二延伸元件中的一个运动，至少一个可旋转半齿轮配置为当第一延伸元件和第二延伸元件之间的线性距离通过第三促动器被延长时旋转；

其中第一连杆驱动机构和第二连杆驱动机构进一步配置为控制各指部中的一个的抓持和适应性，以将第三连杆放置在工件上；和

其中第三连杆驱动机构配置为驱动各指部中的一个的第三连杆，以将足够的夹持力施加在工件上，以使得装置能够抓取、提升和运送工件。

2.如权利要求1所述的可重新配置的抓取装置，其中所述第一基座平台配置为将第一指部固定到基座结构，第二基座平台配置为将第二指部固定到基座结构。

3.如权利要求2所述的可重新配置的抓取装置，其中：

所述第一多个促动器包括齿轮箱和第一可旋转输出轴，所述可旋转输出轴从第一多个促动器中的一个延伸穿过第一多个基座支撑件中的一个，并操作地连接到多个指部中的一个的第一连杆的第一连杆基座端部；

第二连杆驱动机构进一步包括：

第二多个促动器，每一个具有齿轮箱和第二可旋转输出轴，所述第二多个促动器配置成为多个指部中的一个的第二连杆提供动力；

第一驱动连杆，操作地连接到第二可旋转输出轴，且配置为将扭矩从第二多个促动器中的一个传递到多个指部中的一个的第二连杆；和

第一驱动联接杆，操作地将多个指部中的一个的第二连杆和第一驱动连杆联接，并配置为将扭矩从第二可旋转输出轴传递到第二连杆。

4.如权利要求3所述的可重新配置的抓取装置，其中第一多个促动器是第一多个电机。

5.如权利要求4所述的可重新配置的抓取装置，其中第一多个电机至少包括第一电机和第二电机，第一电机固定到第一基座平台，第二电机固定到第二基座平台。

6.如权利要求3所述的可重新配置的抓取装置，其中第二多个促动器是第二多个电机。

7.如权利要求6所述的可重新配置的抓取装置，其中第二多个电机至少包括第三电机和第四电机，第三电机固定到第一基座平台，第四电机固定到第二基座平台。

8.如权利要求2所述的可重新配置的抓取装置，其中，第三连杆驱动机构还包括：

第二驱动联接杆，具有第二驱动联接杆基座端部和第二驱动联接杆远端部，并在第二驱动联接杆基座端部处操作地连接到至少一个可旋转半齿轮，该第二驱动联接杆配置为接收来自至少一个可旋转半齿轮的扭矩；

第二驱动连杆，具有第一附接点、第二附接点和第三附接点，该第二驱动连杆在第二附接点处操作地连接到第二驱动联接杆远端部，该第二驱动连杆在第一附接点处操作地连接到第一连杆远端部和第二连杆基座端部，该第二驱动连杆配置为接收来自第一连杆和第二驱动联接杆的扭矩；

第三驱动联接杆，具有第三驱动联接杆基座端部和第三驱动联接杆远端部，该第三驱动联接杆在第三驱动联接杆基座端部操作地连接到第二驱动连杆的第三附接点，且在第三驱动联接杆远端部处操作地连接到第三连杆远端部，该第三驱动联接杆配置为接收来自第二驱动连杆的扭矩和将扭矩传递到第三连杆；和

第二连杆，在第二连杆基座端部处操作地连接到第二驱动连杆的第一附接点，并在第二连杆远端部处操作地连接到第三连杆基座端部。

9.如权利要求1所述的可重新配置的抓取装置，其中，第三促动器是气压缸。

10.一种可重新配置的抓取装置，用于抓取、提升和运送工件，该抓取装置包括：

多个基座平台，适于支撑在基座结构上；

第一连杆驱动机构，配置为独立地并直接地驱动各指部中的一个的第一连杆，其中，第一连杆驱动机构包括固定到多个基座平台的第一多个促动器，所述第一多个促动器中的每一个具有齿轮箱和第一可旋转输出轴，所述可旋转输出轴从第一多个促动器中的一个延伸穿过第一多个基座支撑件中的一个，并操作地连接到多个指部中的一个的第一连杆的第一连杆基座端部；和

第二连杆驱动机构，配置为独立地驱动各指部中的一个的第二连杆，其中，第二连杆驱动机构包括配置为直接并独立地驱动多个指部中的一个的第二连杆的第二多个促动器中的每一个，各第二多个促动器中的每一个定位在多个指部中的一个的第一连杆远端部和第二连杆基座端部之间；和

11.如权利要求10所述的可重新配置的抓取装置，其中多个基座平台至少包括第一基座平台和第二基座平台，所述第一基座平台配置为将第一指部固定到基座结构，第二基座平台配置为将第二指部固定到基座结构。

12.如权利要求11所述的可重新配置的抓取装置，其中第一多个促动器是第一多个电机。

13.如权利要求12所述的可重新配置的抓取装置，其中第一多个电机至少包括第一电机和第二电机，第一电机固定到第一基座平台，第二电机固定到第二基座平台。

14.如权利要求10所述的可重新配置的抓取装置，其中第二多个促动器是第二多个电机。

15.如权利要求14所述的可重新配置的抓取装置，其中第二多个电机至少包括第三电机和第四电机，第三电机定位在第一指部的第一连杆远端部和第二连杆基座端部之间，第四电机定位在第二指部的第一连杆远端部和第二连杆基座端部之间。

16.如权利要求10所述的可重新配置的抓取装置，其中第三促动器是气压缸。