CN107000215A - 用于部件堆叠系统的柔性夹持装置、部件堆叠系统和用于定位部件堆叠系统的夹持元件的定位方法 - Google Patents

用于部件堆叠系统的柔性夹持装置、部件堆叠系统和用于定位部件堆叠系统的夹持元件的定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于部件堆叠系统的柔性夹持装置，该柔性夹持装置包括多个支撑臂(20)和附接于所述支撑臂(20)的多个夹持元件(23)，所述夹持元件(23)中的至少一些能相对于相应的所述支撑臂(20)移动。每个所述支撑臂(20)均包括至少一个导轨(21)，并且每个能移动夹持元件(23)均包括能在对应的所述导轨(21)中移动的支架(24)。每个支架(24)和相应的所述导轨(21)之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间利用所述静态摩擦力将所述能移动夹持元件(23)相对于所述支撑臂(20)保持固定，并且所述能移动夹持元件(23)克服所述静态摩擦力相对于相应的所述支撑臂(20)定位。本发明还涉及包括柔性夹持装置的部件堆叠系统和用于定位夹持元件的定位方法。

Description

用于部件堆叠系统的柔性夹持装置、部件堆叠系统和用于定 位部件堆叠系统的夹持元件的定位方法
技术领域
本发明涉及用于部件堆叠系统的柔性夹持装置、部件堆叠系统和用于定位部件堆叠系统的夹持元件的定位方法。
背景技术
已知将机器人用于包括多个杆和多个吸盘的夹持装置，吸盘布置在所述杆中，用于堆叠部件。为了堆叠不同形状和大小的部件，夹持装置必须适应部件的形状。
已知必须为待操纵的每种类型的部件提供夹持装置，并且必须根据待操纵的部件来改变臂。
另外，已知夹持装置包括用于每个杆或吸盘的驱动件，使得可利用所述驱动件来移动杆或吸盘。这样的夹持装置的缺陷在于，臂非常重，因此不能高速工作。
DE3504586A1公开了一种柔性操纵器臂，该柔性操纵器臂包括两个杆和具有布置在所述杆上的相应吸盘的多个夹持元件。每个夹持元件均包括阻挡/解除阻挡元件，该阻挡/解除阻挡元件将所述夹持元件保持在所期望位置并且释放夹持元件，使得当夹持元件将被定位时，它可在对应杆中移动。为了将夹持元件定位在杆中，定位系统包括用于保持待定位夹持元件的装置。
US2009/0194922A1公开了一种柔性夹持装置，该柔性夹持装置联接到机器人操纵器，该机器人操纵器包括多个支撑臂和附接于所述支撑臂的多个夹持元件，每个夹持元件均包括相应的吸盘。夹持元件能相对于相应的支撑臂移动，每个支撑臂均包括至少一个导轨，并且每个能移动夹持元件均包括能在对应导轨中移动的支架。柔性夹持装置包括阻挡/解除阻挡螺栓，为了将夹持元件定位在对应导轨中，必须松动该螺栓，并且为了将夹持元件保持在对应导轨中，必须拧紧该螺栓。
发明内容
本发明的目的是提供柔性夹持装置、部件堆叠系统和用于定位夹持元件的定位方法。
本发明的第一方面涉及一种用于部件堆叠系统的柔性夹持装置，该柔性夹持装置包括多个支撑臂和附接于所述支撑臂的多个夹持元件，所述夹持元件中的至少一些能相对于相应的所述支撑臂移动。每个支撑臂均包括至少一个导轨，并且每个能移动夹持元件均包括能在对应的所述导轨中移动的支架。
每个支架和相应的导轨之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间利用所述静态摩擦力将所述能移动夹持元件相对于所述支撑臂保持固定，并且所述能移动夹持元件克服所述静态摩擦力相对于相应的所述支撑元件定位。
本发明的第二方面涉及一种部件堆叠系统，该部件堆叠系统包括机器人操纵器和与所述机器人操纵器联接的柔性夹持装置，所述柔性夹持装置具有上述特征。
本发明的第三方面涉及一种用于定位堆叠系统(诸如，上述的堆叠系统)的夹持元件的定位方法。
柔性夹持装置允许定位夹持元件，从而适应于不同形状和大小的部件。由于不需要用于将夹持元件阻挡/解除阻挡的装置，因此用于定位夹持元件的定位方法更简单更快速。
凭借本发明的附图和详细描述，本发明的这些和其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
图1示出根据本发明的部件堆叠系统的一个实施方式的立体图。
图2示出图1的部件堆叠系统的柔性夹持装置的第一立体图。
图3示出图1的部件堆叠系统的柔性夹持装置的第二立体图。
图4示出图1的部件堆叠系统的柔性夹持装置的细节的立体图。
图5示出图1的部件堆叠系统的柔性夹持装置的一部分的立体图。
图6示出图1的部件堆叠系统的定位装置的一个实施方式的立体图。
图7示出图6的定位装置的定位工具的立体图。
图8示出图1的部件堆叠系统的一部分的平面图。
图9示出图1的部件堆叠系统的细节的立体图，其中，夹持元件被保持在定位装置中。
图10示出图1的部件堆叠系统的一部分的立体图，其中，支撑臂被保持在定位装置中。
具体实施方式
图1示出根据本发明的部件堆叠系统1的一个实施方式。
部件堆叠系统1包括机器人操纵器5和联接至所述机器人操纵器5的柔性夹持装置2。
在这个实施方式中，机器人5是人形机器人。在其他实施方式中，机器人可以是本领域技术人员已知的可用于移动柔性夹持装置2的线性臂或任何其他类型的机器人。
图2和图3详细地示出柔性夹持装置2，柔性夹持装置2包括多个支撑臂20和附接于所述支撑臂20的多个夹持元件23。在这个实施方式中，每个夹持元件23均包括相应的吸盘32。在这个实施方式中，所有夹持元件23都能相对于将它们布置在其中的支撑臂20移动。在其他可能的实施方式中，每个夹持元件均包括电磁体、抽吸元件或本领域技术人员已知的任何其他夹持装置。其他可能的实施方式可包括被固定于供布置的支撑臂的夹持元件和能相对于供布置的支撑臂移动的夹持元件。
每个支撑臂20均包括导轨21，并且每个能移动夹持元件23均包括能在对应导轨21中移动的支架24。在这个实施方式中，每个支撑臂20和相应导轨21是例如用螺钉相互固定的两个不同元件。在其他实施方式中，每个支撑臂和相应导轨可以是单个元件。
每个支架24和相应导轨21之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间能移动夹持元件23相对于支撑臂20保持固定。换句话讲，基于柔性夹持装置2将要操纵的一些类型的部件的特性，调节每个支架24和对应导轨21之间的静态摩擦力，使得静态摩擦力等于或大于所述组件在部件堆叠处理期间必须耐受的最大力。具体地，这考虑到了将堆叠的所述类型的部件的重量和形状以及堆叠处理中的工作速度。
每个支架24和对应导轨21之间的静态摩擦力因此将在堆叠处理期间将夹持元件23相对于支撑臂20保持固定。在不改变每个支架24和对应导轨21之间的所述静态摩擦力的情况下，仅仅克服所述静态摩擦力，就可以将夹持元件23相对于支撑臂20定位。
因此，所述静态摩擦力允许在每个支架24和对应导轨21之间省掉阻挡/解除阻挡元件，因为每个支架24和对应导轨21之间的静态摩擦力高得足以在堆叠处理期间将夹持元件23相对于支撑臂20保持固定，而低得足以允许定位所述夹持元件23。由于待定位夹持元件不需要被阻挡/解除阻挡，因此用于定位夹持元件23的定位处理更简单。
图4详细地示出根据这个实施方式的附接于支撑臂20的夹持元件23。每个夹持元件23均包括支撑件30，夹持元件23的支架24被固定于支撑件30中。此外，夹持元件23包括阻尼轴31，阻尼轴31的第一端被固定于支撑件30而阻尼轴31的第二端被固定于吸盘32。当阻尼轴31抵靠在待堆叠部件上时以及当它释放所述部件时，阻尼轴31吸收吸盘32的冲击。
在这个实施方式中，支架24和导轨21二者都由金属(特别地，铝)制成。支架24包括与对应导轨21联接的外壳。多个滑动元件(附图中未示出)布置在支架24的外壳内部，与导轨21的外壳接触。在每个滑动元件和相应支架24之间布置调节元件(附图中未示出)。可通过调节对应支架24的调节元件，在预定极限内手动地改变每个支架24和对应导轨21之间的静态摩擦力。
在附图中未示出的另一个实施方式中，每个支架24和对应导轨21之间的能移动附接件可包括固定在对应支架中的、用于向支架-导轨组件提供更大静态摩擦力的附加静态摩擦装置。
柔性夹持装置2包括具有多个固定臂26的固定结构25。在这个实施方式中，支撑臂20能相对于所述固定臂26移动。为此目的，每个固定臂26均包括导轨27，并且每个能移动支撑臂20均包括两个支架22。每个支架均能在对应固定臂26的导轨27中移动。图5详细地示出利用两个支架22以能移动方式附接于固定臂26的支撑臂20。在这个实施方式中，支撑臂20相互平行并且垂直于固定臂26。
每个支架22和相应导轨27之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间支撑臂20相对于固定臂26保持固定。换句话讲，基于柔性夹持装置2将要操纵的一些类型的部件的特性，调节每个支架22和对应导轨27之间的静态摩擦力，使得静态摩擦力等于或大于所述组件在部件堆叠处理期间必须耐受的最大力。每个支架22和对应导轨27之间的静态摩擦力因此将在堆叠处理期间保持支撑臂20固定。如以上说明的，在没有改变每个支架22和对应导轨27之间的所述静态摩擦力的情况下，仅仅克服所述静态摩擦力，就可以将支撑臂20相对于对应的支撑臂26定位。该静态摩擦力允许在每个支架22和对应导轨27之间省掉阻挡/解除阻挡元件。
在这个实施方式中，支撑臂20的支架22和固定臂26的导轨27的特征与针对夹持元件23的支架24和支撑臂20的导轨21描述的那些特征相同，所以不必考虑再描述它们。
在这个实施方式中，固定结构25包括相互平行的两个中心臂28。在所述中心臂28中布置适于被固定于机器人操纵器5的支撑件29。固定结构25还包括相互平行的两个固定臂26。固定臂26附接于中心臂28，固定臂26和中心臂28相互垂直。支撑臂20垂直于固定臂26。
在这个实施方式中，吸盘23是真空吸盘。此外，吸盘23可优选地被独立启用，使得它们可更好地适应待堆叠的部件的不同形状。
在这个实施方式中，部件堆叠系统包括用于定位夹持元件4(诸如，图6中详细示出的夹持元件)的装置。
用于定位夹持元件4的装置包括图7中详细示出的定位工具40，定位工具40包括适于保持能移动夹持元件23的外壳41，从而允许柔性夹持装置2相对于被保持的能移动夹持元件23移动，以便将所述夹持元件23移至相应支撑臂20中的新位置。图9示出被容纳在外壳41中的夹持元件。具体地，其是夹持元件23的支撑件30的被容纳在外壳41中的部分。外壳41具有与夹持元件23的支撑件30的外部形状互补的形状但具有一定容差，使得当将夹持元件23的支撑件30容纳在外壳41中时存在用于进行操纵的小空间，从而降低两者元件撞击彼此的可能性。
在这个实施方式中，定位工具40包括第二外壳42，第二外壳42适于保持能移动支撑臂20，从而允许柔性夹持装置2相对于被保持的能移动支撑臂20移动，以便将所述支撑臂20移至固定结构25中的新位置。
此外，在这个实施方式中，用于定位夹持元件4的装置包括第二定位工具43，第二定位工具43包括外壳44，外壳44适于保持能移动支撑臂20，从而允许柔性夹持装置2相对于被保持的能移动支撑臂20移动，以便将所述支撑臂20移至固定结构25中的新位置。
在这个实施方式中，第一定位工具40和第二定位工具43被布置成，使得支撑臂20可同时被容纳在第一定位工具40的第二外壳42中和第二定位工具43的外壳44中。
在这个实施方式中，用于定位夹持元件4的装置包括一对传感器45，这一对传感器45是针对定位工具40、43的每个外壳41、42和44，用于检测待保持的柔性夹持装置2的夹持元件23或支撑臂20的位置。所使用的传感器45优选地是激光传感器。利用所述传感器45，可验证待保持的夹持元件23或支撑臂20在被容纳在相应外壳41、42和44中之前，相对于所述外壳41、42和44布置在合适位置。在其他实施方式中，用于定位夹持元件4的装置可包括用于定位工具的每个外壳的一个传感器或多个传感器。
以下，描述根据本实施方式的用于定位堆叠系统1的夹持元件23的定位方法。
所述方法包括用于保持能移动夹持元件23的保持步骤，在保持步骤中，柔性夹持装置将夹持元件23容纳在定位工具的外壳41中。
该方法还包括定位步骤，在定位步骤中，柔性夹持装置2克服被保持的夹持元件23的支架24和供在其中布置支架24的支撑臂20的导轨21之间的静态摩擦力而移动，两个元件之间产生相对移动直到夹持元件23移至所期望位置。如以上说明的，由于没有阻挡元件，因此不必进行用于将被保持的夹持元件23解除阻挡的解除阻挡步骤。夹持元件23在夹持元件23的支架24和对应导轨21之间存在的静态摩擦力的作用下被保持在对应的支撑臂20中。因此，当夹持元件23将相对于供布置的支撑臂20定位时，唯一要做的事情是克服夹持元件23的支架24和对应导轨21之间存在的所述静态摩擦力。如以上说明的，不必改变夹持元件23的支架24和对应导轨21之间的静态摩擦力。当调节所述静态摩擦力时，将静态摩擦力设置成高得足以将夹持元件23在对应支撑臂20中保持固定，但低得足以允许其定位。用于定位夹持元件的定位方法因此更简单并且可在更短时间内执行，因为可省掉阻挡步骤和另一解除阻挡步骤。
所述方法包括用于释放被保持的能移动夹持元件23的释放步骤，在释放步骤中，从定位工具的外壳41中去除夹持元件。
堆叠系统1的该实施方式允许同时移动两个夹持元件23，使得夹持元件可在更短时间内定位。为此目的，用于定位上述夹持元件23的定位方法中的定位步骤包括子步骤，在该子步骤中，柔性夹持装置2一直移动，直到定位工具40继而保持第二夹持元件23，尤其是，直到外壳41的外部部分到达第二夹持元件23的支撑件30。在另一个子步骤中，柔性夹持装置2相对于被保持的夹持元件23和第二夹持元件23移动。在下一个子步骤中，当第二夹持元件23到达所期望位置时，柔性夹持装置2停止，并且在最后的子步骤中，定位被保持的夹持元件23。
另外，堆叠系统1的该实施方式允许将柔性夹持装置2的支撑臂20相对于所述柔性夹持装置2的固定臂26定位，从而定位与所述支撑臂附接的夹持元件23。对于可定位支撑臂20的这个实施方式，本发明的方法包括：用于保持能移动支撑臂20的保持步骤，其中将支撑臂20容纳在定位工具40的第二外壳42中和第二定位工具的外壳44中。定位步骤，其中柔性夹持装置2克服被保持的支撑臂20的支架22和供在其中布置支架22的固定臂26的导轨27之间的静态摩擦力而移动，两个元件之间产生相对移动直到支撑臂20移至所期望位置；以及用于释放能移动支撑臂20的释放步骤，其中从外壳42和44中去除支撑臂。如以上说明的，不必改变支架22和对应导轨27之间的静态摩擦力。当调节所述静态摩擦力时，将静态摩擦力设置成高得足以将支撑臂在对应支撑臂20中保持固定，但低得足以允许其定位。

Claims (13)

1.一种用于部件堆叠系统的柔性夹持装置，该柔性夹持装置包括多个支撑臂(20)和附接于所述支撑臂(20)的多个夹持元件(23)，所述夹持元件(23)中的至少一些能相对于相应的所述支撑臂(20)移动，每个支撑臂(20)均包括至少一个导轨(21)，并且每个能移动夹持元件(23)均包括能在对应的所述导轨(21)中移动的支架(24)，其特征在于，每个支架(24)和相应的所述导轨(21)之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间利用所述静态摩擦力将所述能移动夹持元件(23)相对于所述支撑臂(20)保持固定，并且所述能移动夹持元件(23)克服所述静态摩擦力相对于相应的所述支撑臂(20)定位。
2.根据前一权利要求所述的柔性夹持装置，该柔性夹持装置包括固定结构(25)，所述固定结构(25)包括多个固定臂(26)，所述支撑臂(20)中的至少一个能相对于所述固定臂(26)移动，每个固定臂(26)均包括至少一个导轨(27)，并且每个能移动支撑臂(20)均包括能在对应固定臂(26)的所述导轨(27)中移动的至少一个支架(22)，每个支架(22)和相应的所述导轨(27)之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间将所述支撑臂(20)相对于所述固定臂(26)保持固定。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的柔性夹持装置，其中，每个夹持元件(23)均包括相应的吸盘(32)。
4.根据前一权利要求所述的柔性夹持装置，其中，所述吸盘(32)优选地是真空吸盘并且能被独立地启用。
5.一种部件堆叠系统，该部件堆叠系统的特征在于包括机器人操纵器(5)和与所述机器人操纵器(5)联接的根据权利要求1所述的柔性夹持装置(2)。
6.根据前一权利要求所述的部件堆叠系统，该部件堆叠系统包括用于定位夹持元件(4)的装置，所述用于定位夹持元件(4)的装置包括定位工具(40)，所述定位工具(40)具有适于保持能移动夹持元件(23)的外壳(41)，从而允许所述柔性夹持装置(2)相对于被保持的所述能移动夹持元件(23)移动，以便将所述夹持元件(23)移至相应的所述支撑臂(20)中的新位置。
7.根据前一权利要求所述的部件堆叠系统，其中，所述柔性夹持装置(2)包括固定结构(25)，所述固定结构(25)包括多个固定臂(26)，所述支撑臂(20)中的至少一个能相对于所述固定臂(26)移动，每个固定臂(26)均包括至少一个导轨(27)，并且每个能移动支撑臂(20)均包括能在对应固定臂(26)的所述导轨(27)中移动的至少一个支架(22)，每个支架(22)和相应的所述导轨(27)之间的静态摩擦力使得在部件堆叠处理期间将所述支撑臂(20)相对于所述固定臂(26)保持固定，并且所述定位工具(40)包括第二外壳(42)，所述第二外壳(42)适于保持能移动支撑臂(20)，从而允许所述柔性夹持装置(2)相对于被保持的所述能移动支撑臂(20)移动，以便将所述支撑臂(20)移至所述固定结构(25)中的新位置。
8.根据前一权利要求所述的部件堆叠系统，其中，所述用于定位夹持元件(4)的装置包括第二定位工具(43)，所述第二定位工具(43)包括外壳(44)，所述外壳(44)适于保持能移动支撑臂(20)，从而允许所述柔性夹持装置(2)相对于被保持的所述能移动支撑臂(20)移动，以便将所述支撑臂(20)移至所述固定结构(25)中的新位置。
9.根据前一权利要求所述的部件堆叠系统，其中，所述第一定位工具(40)和所述第二定位工具(43)被布置成，使得支撑臂(20)能同时被容纳在所述第一定位工具(40)的所述第二外壳(42)中和所述第二定位工具(43)的所述外壳(44)中。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的部件堆叠系统，其中，所述用于定位夹持元件(4)的装置包括至少一个传感器(45)，所述至少一个传感器(45)用于检测待保持的所述柔性夹持装置(2)的所述夹持元件(23)或所述支撑臂(20)的位置。
11.一种用于定位根据权利要求6至10中的任一项所述的堆叠系统(1)的夹持元件(23)的定位方法，其特征在于，该定位方法包括：
-保持步骤，其用于保持能移动夹持元件(23)；
-定位步骤，其中所述柔性夹持装置(2)克服被保持的所述夹持元件(23)的所述支架(24)和供在其中布置所述支架的所述支撑臂(20)的所述导轨(21)之间的静态摩擦力而移动，所述支架和所述导轨之间产生相对移动直到所述夹持元件(23)移至所期望位置；以及
-释放步骤，其用于释放被保持的所述能移动夹持元件(23)。
12.根据权利要求11所述的用于定位夹持元件(23)的定位方法，其中，所述定位步骤包括以下的子步骤：
-其中所述柔性夹持装置(2)一直移动直到定位工具(40)继而保持第二夹持元件(23)的子步骤；
-其中所述柔性夹持装置(2)相对于被保持的所述夹持元件(23)和所述第二夹持元件(23)移动的子步骤；
-其中当所述第二夹持元件(23)到达所期望位置时所述柔性夹持装置(2)停止的子步骤；以及
-其中将被保持的所述夹持元件(23)定位的子步骤。
13.一种用于定位根据权利要求7至10中的任一项所述的堆叠系统的夹持元件(23)的定位方法，该定位方法包括：
-保持步骤，其用于保持能移动支撑臂(20)；
-定位步骤，其中所述柔性夹持装置(2)克服被保持的所述支撑臂(20)的所述支架(22)和供在其中布置所述支架(22)的所述支撑臂(26)的所述导轨(27)之间的静态摩擦力而移动，所述支架(22)和所述导轨之间产生相对移动直到所述支撑臂(20)移至所期望位置；以及
-释放步骤，其用于释放所述能移动支撑臂(20)。
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