CN106413999A - 用于人机协作的、具有槽和榫的钳口保护件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抓取装置(1)，特别是用作工业机器人的执行器，并且包括第一夹爪(10)和第二夹爪(20)，两者被设计为能相对于彼此移动，以抓取工件。在此，第一夹爪(10)配设有榫突出部(11)，并且第二夹爪(20)配设有相应的槽(21)，该槽在夹爪(10，20)的彼此运动状态中至少局部地被收纳在榫突出部(11)，以防止对象或身体部位无意地进入到已被占据的空间中。

Description

用于人机协作的、具有槽和榫的钳口保护件

技术领域

本发明涉及一种抓取装置，其特别是被设计用作工业机器人的执行器，并且该抓取装置配备有机械的保护件；本发明还涉及一种包括这种抓取装置的机器人系统，以及一种用于抓取配设有中空空间的工件的方法。

背景技术

工业机器人是可编程的机器，其被设计用于自动地操纵或加工对象或者说工件。一种典型的代表是所谓的关节机器人，其拥有多个节肢，这些节肢通过关节彼此连接。在最简单的形式中，这种机器人具有支架，在支架上可转动地设有所谓的转盘。在转盘上，通过另一转动关节连接机器人的第一臂，该第一臂也被称为摇臂。在该摇臂上通过另一转动关节设有另一臂，该另一臂在其自由端部上配设有用于工具的收纳部。该工具也被称为执行器。根据工业机器人的使用目的，可以配设不同的工具，从而使得工业机器人能够拥有各种各样的使用领域，例如操纵和运输对象和工件，加工工件，测量作业等。已知的有多种用于操纵对象或者说工件的机器人抓取工具。

例如由专利文献EP1943064B1已知一种机器人抓取机构，其被配置为机器人臂的执行器，或者可以被安装在线性驱动器或旋转驱动器的端部区域上。该已知的抓取机构包括至少一个框架和一设置在框架上的执行元件，该执行元件具有两个钳口或者说夹爪，该钳口或者说夹爪可以通过关节单元来操纵。该执行元件被设计为风箱式的，并且可以填充介质，由此使其膨胀并通过合适的力传递元件作用在夹爪上，以使夹爪彼此相对运动，从而能够抓取对象。在此，抓取机构本身不具有保护装置，这种保护装置能够例如防止与相应的机器人一起工作的人员被抓取机构伤害，特别是防止被挤伤。即，在该已知的抓取机构的夹爪的打开状态下，对象或者人的身体部位可能会无意地进入到两个夹爪之间的空间中。如果此时对执行机构进行操作，夹爪可能会在其运动过程中造成严重的伤害。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种改进的抓取装置，特别是与工业机器人一起使用，该抓取装置可以被更安全地操纵，并且利用该抓取装置能够降低在装置运行过程中伤害到人的危险。本发明的另一目的在于提出一种在安全技术上改进的机器人系统，以及一种方法，以便能够更好、更安全地抓住具有中空空间的对象。本发明的这些目的通过一种根据权利要求1所述的抓取装置、一种根据权利要求10所述的机器人系统和一种根据权利要求11所述的方法来实现。

根据本发明的抓取装置特别是设置为用于工业机器人的执行器，其包括第一夹爪和第二夹爪，为了能够抓取工件，所述夹爪被设计为可彼此相对移动的。在两个夹爪彼此相对运动时，如果例如有身体部位陷于两个夹爪之间(例如工作人员的一个或多个手指)，可能会对人造成严重伤害。为了防止这种危险，根据本发明设计为，为第一夹爪配设榫突出部。榫突出部在此以最通常的形式应理解为槽榫连接意义下的榫。该榫突出部设置在夹爪的在抓取装置中指向第二夹爪的一侧。相应地，第二夹爪在指向第一夹爪的一侧具有对应的槽，榫突出部可以没入该槽中。在夹爪的相互完全运动的状态下，榫突出部至少局部地被收纳在槽中，从而使得尽管存在榫突出部，但是两个夹爪仍然具有较大的运动区域。在夹爪的彼此运动远离的状态下，两个夹爪之间的空间至少局部地通过榫突出部来占据，以防止对象或身体部位会无意地进入到该被占据的空间中。由此，对象或身体部位无意地、即不经意地进入到(现在)被占据的空间中的情况将不再可能出现。

根据本发明的抓取装置的保护件特别是在“分叉抓取装置”类型的抓取装置中是有利的，其为此被构造为通过如下的方式来抓取具有中空空间的工件：将两个夹爪引入到工件的中空空间中，并随后使它们彼此远离地运动，直到两个夹爪与中空空间的内壁处于卡紧接触的状态下。在这种实施方式中，通常优选第一夹爪和第二夹爪分别具有相关联的抓取面，这些抓取面被设置在各个夹爪的背向另一夹爪的一侧上。换句话说，优选将抓取面设置在夹爪的这样的一侧：该侧是与各个夹爪的设置有榫突出部或槽的一侧相对置的。

在一种优选的实施方式中，第一夹爪和第二夹爪分别具有相关联的用于抓取工件的抓取面，并且该抓取面是凸圆形的。这样的凸圆形特别有利于前述的情况，其中，夹爪被引入到工件的中空空间中，因为这种凸圆形能够使夹爪或者说抓取装置在工件的中空空间中自定心，特别是在中空空间具有圆形内壁的情况下。

一般情况下，优选夹爪的抓取面配备有用于防止工件从抓取面滑出或者抵消这种滑出的器件。因此，特别优选夹爪的抓取面至少局部地配置有防滑材料，特别是橡胶。

在一种优选的实施方式中，抓取装置还具有壳体，夹爪被引导至该壳体中。该壳体还优选配设有合适的执行机构执行机构，特别是液压或气动驱动的执行机构执行机构，利用执行机构该执行机构使得两个夹爪运动。此外，优选壳体配设有固定件，壳体包括执行机构执行机构和抓取装置通过该固定件能够固定在工业机器人的臂上。

优选将抓取装置的夹爪构造为，基本上是杆形的并彼此平行地延伸，在此，榫突出部和所对应的槽沿着该杆形夹爪的纵轴线延伸。

在大多数应用情况中，有一个相应尺寸的榫突出部就足够了，但是在本发明的框架中，也可以考虑设置两个或多个这样的榫突出部，这些榫突出部例如被设置在一条线上，只要榫突出部之间的间距足够小，就可以防止身体部位无意地进入到它们之间。因此，在此所使用的表述，即夹爪具有榫突出部，应理解为夹爪具有至少一个榫突出部。

夹爪的前述杆状设计的优点在于，其能够使榫突出部和所对应的槽在夹爪的位于壳体之外的整个长度上延伸，即达到100％。但是对于本发明的目的而言，即构造更安全的抓取装置，榫突出部和所对应的槽延伸超过夹爪长度的至少80％就已经足够了，优选超过至少90％，更优选超过至少95％，然而如前所述地最优选100％地延伸。

本发明还涉及一种机器人系统，例如特别是工业机器人，例如关节机器人，其包括至少一个机器人臂。该机器人臂配设有根据本发明的抓取装置，由此将提供一种具有更好安全技术的机器人系统，该机器人系统特别是能够实现更安全的人机协作(Mensch-Roboter-Kollaboration,MRK)。

此外，本发明还涉及一种更好的、用于抓取配设有中空空间的工件的方法，该方法能够通过使用根据本发明的抓取装置来实现。该方法是基于前述的机器人系统，用于抓住具有中空空间的工件。为此，在第一步骤中，抓取装置的两个夹爪至少局部地相互运动，然后借助机器人臂被引入到待移动工件的中空空间中。随后，两个夹爪彼此分离地行进，直至夹爪与中空空间的壁相接触，并由此使得工件被安全地抓取。随后，可以移动被抓取的工件，并且例如借助于机器人被引导至期望的地点。在该处，两个夹爪再次彼此相对运动并运动离开工件的中空空间，随后机器人或机器人系统准备抓取另一个工件。

附图说明

本发明的其他优选的设计方案将参照下面给出的附图进行说明。其中：

图1示意性示出了根据本发明的抓取装置的三维视图，其包括被局部打开的壳体；

图2示出了根据图1的抓取装置，其在此具有关闭的壳体；以及

图3示出了根据图2的、两个夹爪朝向彼此运动时的视图。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明的抓取装置1在壳体30被局部打开时的三维视图。抓取装置1具有两个被设置为可相对于彼此移动的夹爪10和20。正如本领域技术人员所看到的那样，在图中示出的抓取装置1是一种分叉型抓取装置，其被设计为，被引入到工件的内部空间或者中空空间中，并且通过两个夹爪10和20的彼此分离运动或者分叉来抓住工件。两个夹爪被构造为杆状的并平行地延伸。第一夹爪10在朝向第二夹爪20的一侧具有榫突出部11。该榫突出部11被与夹爪10整体地构成，但是也可以是被设置或固定在第一夹爪10上的单独部件。第二夹爪20在指向第一夹爪的一侧具有槽，该槽被设计用于收纳榫突出部11。在如图1所示的设置中，两个夹爪相互分离地运动，即，它们处于彼此最远离的位置上。可以看到，两个夹爪之间的自由空间几乎完全被榫突出部11占据。因此，在如图1所示的夹爪的“打开”位置上可以阻止对象或身体部位无意地进入到该被占据的空间中。在如图1所示的被完全打开的状态下，在槽21和榫突出部11之间仍然存在有间隙。在一种优选的实施方式中，该间隙在完全打开的状态下也可以被关闭，从而使得榫突出部11在该完全打开状态下已经接合在槽21中或者说被槽21部分地收纳。

榫突出部11的深度扩展也小于夹爪10的深度扩展，因此，由此所产生的梯级(Absatz)和相对置的夹爪20的内侧之间发生咬合/挤压的可能性是很小的。在此，优选将榫突出部11的深度扩展调整为尽可能地接近夹爪10的深度扩展，以便使这种梯级尽可能得小。

第一夹爪10具有抓取面12，更确切地说是在夹爪10的背离另一夹爪20的一侧、即背向另一夹爪的一侧具有抓取面。类似地，第二夹爪20在背离第一夹爪的一侧上具有抓取面22。两个抓取面均是凸圆形的。在将两个夹爪10和20例如引入到待移动对象的中空空间中时，两个夹爪如图3所示地彼此相向运动。在夹爪被引入中空空间中之后，两个夹爪又彼此分离地运动，直到夹爪到达在图1和图2中示出的位置处。在该位置上，抓取面12和22与工件的中空空间的内壁接触，由此使得工件通过夹爪被卡紧并被抓取装置抓取，但是开口应当小于可以通过完全打开夹爪来抓取的最大直径，这样的开口同样也可以被抓取，在此，夹爪不会被完全打开，而是被协调一致地和/或适配地打开。抓取面12和22的凸圆形允许夹爪在工件的中空空间中自定心，并且能够特别安全地抓取工件。虽然根据本发明的抓取装置的保护件通过相应的榫突出部在所示出类型的分叉型抓取装置中是特别有效的，然而本发明当然不局限于分叉型抓取装置，而是也可以被有效地使用在其他类型的抓取装置。例如，在图中示出的抓取装置也可以这样来抓住对象：两个夹爪彼此相向行进，也就是利用两个杆状夹爪10和20的尖端部将对象卡紧。由此，在该实施方式中，榫突出部11不是在杆状夹爪的整个长度上延伸，而是只延伸至例如95％，并且终止于尖端部或者说夹爪10的自由端部之前。在两个夹爪10和20之间留下的、未被榫突出部11占据的自由空间在实践中是大大地小于可能进入并被卡住的身体部位，但是其也足够大至能够抓取相应形状的(小的)工件。

在抓取装置1的壳体30中还设有执行机构31，利用该执行机构能够操作或移动夹爪。执行机构例如可以是电动机，但是优选主要利用液压或气动的能量源来工作。在壳体30的头部上还设有用于将抓取装置1固定在机器人臂上的固定件32。

两个杆形的夹爪10、20在其壳体侧端部上具有足部15或25，夹爪通过该足部在壳体中或壳体上被引导。在所示出的实施方式中，该足部连接在杆形夹爪的壳体侧端部上，并以合适的角度远离杆形夹爪。足部可以如同所示出的那样与夹爪整体地构成，或者也可以作为单独的元件例如通过螺接固定在夹爪的壳体侧端部上。此外如果有需要的话，凸圆形抓取面12和22可以配备有防滑材料，特别是橡胶。

如图1所示，两个夹爪被构造为杆形的并且彼此平行地延伸，在此，榫突出部和对应的槽21沿着夹爪的纵轴线延伸。在该示出的实施方式中，恰好设有一个榫突出部11和一个槽21，但是本发明并不局限于这种类型的实施方式，而是也可以例如设置两个或多个榫突出部11。特别是可以考虑利用两个或多个榫突出部来构成榫突出部11，这些榫突出部位于一条线上，以便在各个榫突出部之间存在有空隙。这有利于制造技术上，并且只要各个突出部之间的空隙不是太大就不会降低榫突出部的保护功能。在该示出的实施方式中，榫突出部延伸经过杆形夹爪的壳体之外的长度的约95％，从而使得两个杆形夹爪10和20的尖端部、即夹爪的自由端部可以设有其他的抓取面，这些抓取面可以在两个夹爪彼此相向运动时抓取对象。但是，特别安全的设计是使榫突出部和对应的槽延伸经过位于杆形夹爪的壳体之外的整个长度，也就是达100％。在所示出的实施方式中，榫突出部11和槽21也延伸至夹爪10、11的设置在壳体30内的部分中，这有制造技术上的原因，并且对于这种结构的安全性而言不是必需的，因为夹爪的位于壳体中的部分可以受到壳体本身的保护，如图2和图3所示。

图2以三维视图示意性示出了壳体30已关闭的抓取装置1。两个夹爪10和20彼此分离地运动，即处于其完全分叉的位置上。榫突出部11几乎完全占据了两个夹爪之间的空间，从而能够有效地阻止对象和特别是身体部位无意地进入到该被占据的空间中。在图2中所看到的、在榫突出部11和第二夹爪20之间所保留的长间隙大大地小于会进入这里的身体部位。

在图3中再次示出了根据图2的抓取装置，两个夹爪10和20在这里完全彼此相向地运动。榫突出部11被引导至对应的槽21中。在没有榫突出部11的情况下，两个夹爪从图2中位置到图3中位置的相对运动是存在危险的，特别是当抓取装置被设置在自主工作的机器人上时，因为抓取装置本身通常不配备有相应的传感器来识别是否有对象或身体部位无意地进入到位于两个夹爪10和20之间的自由空间中。因此，根据本发明的抓取装置1的榫突出部11能够从安全技术上改进机器人系统的设计。

在此如图3所示，榫突出部11不是被完全引导至槽21中，也可以是这样的设计方案：在夹爪10和20完全关闭的状态下，榫突出部11被完全地设置在槽21中或者说被引导至该槽中。

此外，正如在图1至图3的全部视图中所看到的那样，夹爪10和20的至少一个边沿，但优选所有形成的边沿被圆化和/或倾斜化地构成，从而不会产生或者说存在会对工作人员造成伤害的锋利的和/或尖锐的边沿。优选榫突出部11和/或槽21也具有基本上被圆化和/或倾斜化的边沿。

附图标记列表

1 抓取装置

10 第一夹爪

11 榫突出部

12 抓取面

15 足部

20 第二夹爪

21 槽

22 抓取面

25 足部

30 壳体

31 执行机构

32 固定件

Claims (11)

1.一种抓取装置(1)，特别是用作工业机器人的执行器，所述抓取装置包括：

第一夹爪(10)和第二夹爪(20)，所述第一夹爪和第二夹爪被设计为能相对于彼此移动，以抓取工件，其特征在于，所述第一夹爪(10)在指向所述第二夹爪(20)的一侧具有榫突出部(11)，并且所述第二夹爪(20)在指向所述第一夹爪(10)的一侧具有相应的槽(21)，所述槽在所述夹爪(10，20)彼此相向运动的状态下至少部分地收纳所述榫突出部(11)，其中，在所述夹爪(10，20)彼此分离运动的状态下，两个夹爪(10，20)之间的空间至少局部地被所述榫突出部(11)占据，以便防止对象或身体部位无意地进入到该被占据的空间中。

2.根据权利要求1所述的抓取装置，其特征在于，所述第一和第二夹爪(10，20)分别具有相关联的抓取面(12，22)，其中，所述抓取面设置在所述夹爪各自的背离另一夹爪的侧面上，从而使得所述抓取装置作为分叉型抓取装置能够对具有中空空间的工件进行抓取。

3.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述第一和第二夹爪(10，20)分别具有相关联的抓取面(12，22)，并且该抓取面是凸圆形的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述第一和第二夹爪(10，20)分别具有相关联的抓取面，并且该抓取面配备有防滑材料，特别是橡胶。

5.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有壳体(30)，并且所述夹爪(10，20)在该壳体中被引导。

6.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述壳体(30)具有执行机构(31)，特别是液压、电动或气动驱动的执行机构。

7.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有壳体(30)，并且所述夹爪(10，20)在该壳体中被引导，其中，所述夹爪(10，20)被构造为杆形的并且彼此平行地延伸，并且其中，榫突出部(11)和对应的槽(12)沿着所述杆形的夹爪(10，20)的纵轴线延伸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，榫突出部(11)和对应的槽(12)延伸经过所述杆形的夹爪(10，20)的位于所述壳体(30)外的长度的至少80％，优选至少90％、更优选为95％、最优选为100％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)，其特征在于，所述杆形的夹爪(10，20)在其壳体侧端部上具有足部(15，25)，其中，所述足部相对于所述杆形的夹爪(10，20)成直角地伸出，并且在所述壳体(30)中被引导。

10.一种机器人系统，包括机器人臂，其特征在于，所述机器人臂配设有根据前述权利要求中任一项所述的抓取装置(1)。

11.一种用于抓住配设有中空空间的工件的方法，包括以下步骤：

提供根据权利要求10所述的机器人系统；

使得第一和第二夹爪(10，20)至少局部地彼此相向运动；

将两个彼此相向运动的夹爪(10，20)引入到工件的中空空间中；

两个夹爪(10，20)彼此分离地行进，直至所述两个夹爪与所述中空空间的内壁发生接触，并由此抓取所述工件；

移动被抓取的工件。