CN104209950A - 可重构机器人末端执行器组件 - Google Patents

Abstract

可重构末端执行器组件包括主臂、支臂和分支。分支从支臂径向向外延伸。串联分支关节组件将分支连接到支臂，并且包括第一和第二分支关节，第一和第二分支关节的每一个具有凸轮锁。安装到分支的工具模块是关于分支可平移和可旋转的。关节组件仅在凸轮锁被释放时关于支臂的纵向轴线旋转和滑动。配置工具具有致动器和指件。分支关节限定开口，开口通过指件接合。工具包括闩，闩接合凸轮锁，并且夹持凸轮锁和将凸轮锁松开夹持。柔性裙状组合件可安装到支臂，并且配置为按一定路线将多段导管引导到每一个工具模块。

Description

可重构机器人末端执行器组件

技术领域

本公开涉及可重构机器人末端执行器组件。

背景技术

机器人末端执行器被用于多种制造工艺中来执行对指定工件的作业。末端执行器可包括具有末端工具的工具模块，末端工具根据设计可以夹持、运输、取向和释放工件。某些末端执行器包括主臂，其根据需要由物料处理机器人抓握和移动。末端执行器的支臂从主臂向外延伸。多个分支从支臂径向向外延伸，以形成工具模块阵列。

各个工具模块和末端工具可在执行作业任务之前手动调节到期望的位置和取向。这样的末端执行器可便于制造工艺。但是，传统的用于相互连接多个支臂和分支以及用于将功率按一定路线引导到末端工具的设计相对于包装尺寸、可调节性和重量来说可能仍然不够理想。

发明内容

本文公开的末端执行器组件旨在通过使用重量轻的串联分支关节组件，一定程度上解决前述问题，串联分支关节组件的每一个利用一对具有相应手柄的凸轮锁。该对凸轮锁形成能够相对快速地锁定/解锁并且再定位末端执行器组件的多个分支的偏心关节。

末端执行器组件可包括具有致动器的配置工具。致动器可被用于直接接合凸轮锁手柄和每一个串联分支关节组件的两个分支关节。配置工具自动地释放凸轮锁，并且之后关于指定支臂旋转和/或线性地定位分支关节，其中由工件的设计确定特定配置。

另外，还可包括柔性裙状组合件，其将气动管或其他柔性导管按一定路线引导到末端工具中的每一个。与现有组合件不同，本发明的柔性裙状组合件实现此而无需承载分支的结构载荷。

在结合附图时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从后面实现本发明的最佳模式中的一些和其他实施例的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是具有根据本公开的多个可配置工具模块和配置工具的可重构末端执行器组件的示意性平面示图。

图2是图1的末端执行器组件的分支部分的示意性立体示图。

图3是图2中所示的示例性串联分支关节组件的示意性立体示图。

图3A是可与图3的串联分支关节组件一起使用来结合单独的偏心分支关节的柔性卡入式套筒的示意性立体示图。

图4是图1中所示的配置工具的示例性实施例的示意性平面示图。

图5是可与图1的可重构末端执行器组件一起使用的柔性裙状组合件的示意性侧示图。

图6是图5中所示的柔性裙状组合件的示意性平面示图。

具体实施方式

参照附图，其中在全部附图中，相似的附图标记指代相似的部件，可重构末端执行器组件10示意性地显示在图1中。末端执行器组件10包括主臂12，其经由T形配件15或其他适当连接器连接到具有纵向轴线11的支臂16。支臂16可具有内壁19，如图2和4中所示。主臂12可根据机器人(R)14的需要(例如通常在制造设施中用于物流目的的类型的多轴线物料处理机器人)定位在笛卡尔(xyz)参照系(即自由空间)中的任何位置。如本领域很容易理解的，这样的机器人14可编程、固定到静止或可动基底并且配置为根据需要关于工件(WP)定位主臂12。

末端执行器组件10的支臂16通过T形配件15关于主臂12正交地延伸，并且对多个分支18提供必要的横向结构支撑。分支18中的每一个支撑工具模块20，其中每一个工具模块20包括末端工具22。分支18可以悬臂方式附接到支臂16。如本文所述，具有附接的工具模块20的分支18是可动的，并且因而可根据需要布置为允许末端工具22附接到工件(WP)或以其他方式与工件相互作用，所述工件例如为一片玻璃、结构主体面板等。

与非限制性主体面板示例一致，对应的末端工具22在全部多幅附图中显示为用于固定和移动汽车或其他主体面板，而不划伤其制成的显示表面类型的气动吸盘。但是，可在本发明的预期范围内容易地预见其他末端工具22，例如夹钳、夹具、喷嘴等，并且因此末端工具22的特定构造可改变。

图1中所示的工具模块20通过线性/可旋转锁定机构24(即允许工具模块20沿关于分支18的纵向轴线13的旋转方向(箭头A)和线性方向(箭头B)锁定在位并且沿任一方向解锁以允许工具模块20关于分支18平移或旋转的任何装置或机构)连接到对应的分支18。例如Lin等的US2011/0182655(其以其全部内容以引用的方式合并在此)中公开了可适用于用作锁定机构24的示例性锁定机构。每一个分支18从支臂16的纵向轴线11径向向外延伸。接着，多个分支18通过对应的串联分支关节组件30连接到支臂16。

串联分支关节组件30(其结构在下面参照图2和3进一步详细描述)允许每一个分支18手动地或通过配置工具(CT)关于支臂16的轴线11快速调节和重新定位，如由图1中的箭头C和D所示。这样的配置工具50的示例在下面参照图4描述。每一个串联分支关节组件30以偏心配置将不同的分支18结合到支臂16。图4的配置工具50可直接地与指定的串联分支关节组件30对接，以根据需要选择地解锁串联分支关节组件30和重新定位分支18，或操作者可手动地完成该任务。

图2图示了图1的末端执行器组件10的沿轴线13(即从串联的分支关节组件30到工件模块20)的分开的分支节段。串联的分支关节组件30关于轴线13通过锁定机构24锁定在期望的取向中。柔性导管63，例如气动管道或软管，允许力被传送到末端工具22，在该例子中真空由吸盘形式的末端工具22提供。在其他实施例中，导管63可提供电功率或液压流体动力。串联分支关节组件30同样被关于支臂16的轴线11锁定在期望的取向中。

术语“串联”具体指的是使用两个相似但是相反取向的偏心分支关节32A和32B。分支关节32A和32B独立地定位或配置，但是可联接为下面描述的一体的串联单元。每一个分支关节32A和32B包括一对内壁33和37，每一个限定开口，支臂16和分支18分别接收在该开口中。分支关节32A、32B然后被通过紧固件35牢固地夹持到分支18。凸轮锁34设置在分支关节32A、32B中的每一个处，即每一个串联分支关节组件30有两个凸轮锁34，以由此将分支关节32A和32B牢固地夹持到支臂16。

当被夹持时，凸轮锁34将串联分支关节组件30沿轴向和旋转方向牢固地锁定到支臂16。串联的分支关节组件30可通过凸轮锁34的致动简单地松开夹持，以允许串联分支关节组件30沿轴线11(图1中的箭头C)自由地滑动，或围绕轴线11(图1中的箭头D)自由地旋转。虽然为了简明被从图2省略，但是内壁33、37可设置有摩擦界面，例如滚花图案、花键或摩擦材料，以最小化夹持的凸轮锁34可能仍随时间关于轴线11运动的可能。

参照图3，串联分支关节组件30显示在相对于支臂16的一部分夹持的位置中。可任选的自动导向标记(M)可标志或刻划在图1的末端执行器组件10的多个表面上，这里显示为沿着支臂16，以在一些情况下便于重构。将末端执行器组件10配置到图3的自动导向标记(M)可手动地实现。因此，定位在例如不与末端执行器组件10的其他部件相干涉的位置和/或任何关节的行进范围的物理限制处的自动导向标记(M)对于人类操作者来说应当是易于识别的。自动导向标记(M)提供将末端执行器组件10的全部关节快速地重新设置为期望配置的参照线或点，这在建设周期或工具失效之后是特别有用的。在一些实施例中，机器视觉可被用于将自动导向标记(M)成像，以使重构过程自动化，或操作者还能使用自动导向标记(M)来手动重构该架构。

参照图3A，虽然由单独的分支关节32A和32B构成，但是图3的串联分支关节组件30可通过使用柔性卡入式套筒40形成一体的串联单元。柔性卡入式套筒40可包括一对由柔性橡胶或聚合物材料制成的凸缘42、43，凸缘42、43由环形侧壁41的长度分隔。环形侧壁41可如图所示切开，以限定成角度的狭槽45。狭槽45的存在允许凸缘42和43(其侧部在图3的视图中可见)在侧壁41被压缩时部分地塌缩。这又允许套筒40穿过串联分支关节组件30。弹性的套筒40在凸缘43完全穿过分支关节32A和32B时弹回到图3A的大体柱形的形状，凸缘42和43与分支关节32A、32B侧面相接。当凸轮锁34解锁时，每一个分支关节32A和32B可独立地铰接到支臂16上，同时仍一起沿轴线11线性地平移。

参照图4，图1的末端执行器组件10可通过上面说明的配置工具50自动地调节。在示例性实施例中，配置工具50包括具有致动器52和52A的致动器壳体53，致动器52和52A赋予由箭头J和/或箭头F和G所示的运动，如下面陈述的。配置工具50可包括逻辑板58、通过致动器52运动的致动指件54和通过致动器52A运动且接合凸轮锁34的手柄36的凸轮闩55。致动器52和52A可以是配置为向致动指件54和凸轮闩55施加力的任何气动、液压或电动机械装置，例如旋转球螺钉或其他线性或旋转致动器。

机器人(未示出)将配置工具50运动到关于指定分支关节32A或32B的位置，并且通过发出到逻辑板58的信号选择地由致动器52关闭致动指件54。部分关闭和完全关闭位置由在图4中E1和E2处的相应的实线和虚线显示。远离分支关节32A或32B的持续的运动将致动指件54移动到完全打开位置，即从分支关节32A或32B分离。致动器52将致动指件54移动足够远，以不触及分支关节32A或32B，然后关闭致动指件54，以抓住分支关节32A或32B。致动指件54的端部39进入定位器开口38，以直接接合特定的分支关节32A或32B。在替代实施例中，仅致动指件54中的一个运动，同时另一个保持固定，这种构造可降低复杂性，同时在所示的夹钳功能方面没有牺牲太多。

图4的凸轮闩55可如图所示大体为L状，或以其他方式充分成形为接收并且接合凸轮锁34的手柄36。闩臂56可连接到凸轮闩55或与凸轮闩55一体形成，并且延伸到致动器壳体53中的另一致动器52A。在末端执行器配置期间，致动器52部分地关闭致动指件54，以使每一个致动指件54的端部39进入定位器开口38中，以部分地接合特定的分支关节32A或32B。接着，凸轮闩55和连接的闩臂56运动来接合凸轮锁34的手柄36。另一个致动器52A然后使凸轮闩55和连接的闩臂56竖直地运动到位置I，并且因而将凸轮锁34的手柄36运动到位置H，即朝向致动器52A(箭头F)，以解锁分支关节32A或32B，从而进行末端执行器重构。

为了重构串联分支关节组件30，致动指件54然后由致动器52完全关闭，以确保当配置工具50由物料处理机器人(未示出)旋转和平移时分支关节32A或32B的抓握和运动。在期望的分支关节位置，致动器52A沿箭头G方向驱动凸轮闩55和连接的闩臂56，并且由此将凸轮锁34的手柄36运动到锁定位置，并且由此锁定分支关节32A或32B。

参照图5和6，柔性裙状组合件60分别以侧视图和俯(平面)视图示出。裙状组合件60可与图1的末端执行器组件10一起使用，以容纳多段柔性导管63并且将多段柔性导管63按一定路线引导到各个末端工具22(参见图1和2)。导管63根据特定构造将所需的真空、压缩空气、液压流体或电传送到末端工具22，用于致动末端工具22。导管63可以设置成适合的长度，该长度允许足够宽的运动范围。与现有技术的柔性裙状组合件不同，图5和6的设计不承载各个分支18的结构载荷，而是仅分别对柔性和刚性托架70、72提供必要的支撑。

如图5中最佳示出的，支臂16可由主臂套筒64外接。分支导轨62从分支关节32A或32B向外辐射，每一个分支导轨62限定U形通道61，导管63接收在U形通道61内。锁定机构24沿指定分支18(参见图1)关于与柔性裙状组合件60分开的分支导轨62定位，其中导管63的端部终止在布置在锁定机构24附近的对应的末端工具22(参见图1)处。

I型梁68平行于图1中所示的支臂16的轴线11延伸，并且支撑柔性托架70和刚性托架72，其中刚性托架72围绕/外接指定的串联分支关节组件30。因而，托架70,72被允许沿分支18线性地运动(参见图1)，但是托架70、72不与分支18的铰接关节共同旋转(参见图2)。

柔性和刚性托架70和72分别关于I型梁68显示在图6中。由尼龙或其他刚性耐磨材料构造的缆线轨道是特定类型的柔性托架70，其可与柔性裙状组合件60一起使用，尽管也可以使用能够在其中接收导管63并且将其遮蔽而不限制其运动以避免损坏的任何其他设计。容纳在柔性托架70中的导管63可按照一定路线引导到中部集管75，例如用于图1的末端工具22的吸盘示例中的气动集管。这样的集管75可被用于按一定路线将导管63引导到各个使用点。集管75的使用还允许每一个分支18的柔性托架70约为I型梁68的长度的一半。

本文所述的末端执行器组件10，无论经由图1或4的配置工具50自动配置还是手动配置，以此提供快速释放、重量轻的夹持关节设计的益处。本设计保留了现有分支和支臂式末端执行器的优点。在自动生产线中，其中一个物料处理机器人通常服务于一个工作台，末端执行器重构可通过成批运行或混合运行实现。对于成批运行，其中在从一个批次转变到另一个批次期间有较长的时间周期可用，每一个机器人可将其末端执行器组件10停止在被动重构架台(未示出)上。

一旦停止，机器人可拾取配置工具50(参见图4)，并且重构末端执行器组件10。另一种配置工具可被用于重构锁定机构24，例如US2011/0182655(其以其全部内容以引用的方式合并在此)中所述的。如果时间允许，滑动导轨上的一个或多个重构架台可服务于所有机器人。对于混合运行，转换至多为一个循环时间，以保持生产流畅。这里，机器人可将末端执行器组件10放置在主动配置架台(未示出)，且这样的架台具有一组配置工具50，其可自动地并且同时在短时间周期中配置所有串联分支关节组件30。

详细的描述和附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。虽然已经详细描述了用于实现要求保护的本发明的最佳模式(如果已知)和其他实施例，但是仍存在用于实施所附权利要求中限定的本发明的多种替代设计和实施例。

本申请要求享有于2013年05月30日申请的美国临时申请61/828,808号的优先权权益，该申请整体通过引用结合于此。

Claims (8)

1.一种可重构末端执行器组件，包括：

主臂，其具有端部；

支臂，其关于所述主臂正交布置，并且刚性地连接到所述主臂的端部；

多个分支，其从所述支臂径向向外延伸；

多个串联分支关节组件，每一个将分支的至少两个连接到所述支臂，其中，串联分支关节组件中的每一个包括第一和第二分支关节，并且其中，第一和第二分支关节中的每一个包括可释放的凸轮锁；和

多个工具模块，每一个安装到分支中对应的一个，并且关于分支中对应的一个可选择地是可平移的和可旋转的；

其中，串联分支关节组件中的每一个仅在凸轮锁被释放时关于支臂的纵向轴线旋转和滑动。

2.根据权利要求1所述的可重构末端执行器组件，进一步包括具有致动器的配置工具，和可通过致动器运动的一对致动指件，其中，所述第一和第二分支关节限定定位器开口，所述定位器开口通过该对致动指件接合。

3.根据权利要求2所述的可重构末端执行器组件，其中，所述配置工具包括凸轮闩，其可通过致动器运动，并且接合凸轮锁中的一个，并且其中，凸轮闩沿相应的第一和第二方向的运动夹持凸轮锁和将凸轮锁松开夹持。

4.根据权利要求1所述的可重构末端执行器组件，进一步包括柔性裙状组合件和柔性导管，其中，柔性裙状组合件具有主臂套筒，其外接支臂，并且将柔性导管按一定路线引导到工具模块中的每一个。

5.根据权利要求4所述的可重构末端执行器组件，其中，所述柔性裙状组合件进一步包括分支导轨，所述分支导轨限定U型通道，所述U型通道接收柔性导管中对应的一个。

6.根据权利要求4所述的可重构末端执行器组件，其中，所述柔性裙状组合件包括集管，所有柔性导管被按照一定路线引导到集管。

7.根据权利要求1所述的可重构末端执行器组件，进一步包括柔性卡入式套筒，其定位在所述串联分支关节组件中的一个内，其中，柔性卡入式套筒具有一对凸缘，该对凸缘将第一和第二分支关节保持到彼此。

8.根据权利要求1所述的可重构末端执行器组件，其中，所述多个工具模块包括气动吸盘。