CN107249780A - 用于机械紧固件的夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械紧固件的夹持装置(1)，所述机械紧固件例如是铆钉、螺钉、螺栓及类似物，本发明还涉及一种使用这种装置的机器人执行器。所述装置包括壳体(10)和设置在保持器(40)上的一对夹爪(20、21)，这对夹爪适于夹持位于其间的机械紧固件。保持器(40)则被可旋转地设置在壳体(10)内部，而夹爪(20、21)使所夹持的机械紧固件能够自定心。

Description

用于机械紧固件的夹持装置

技术领域

本发明涉及一种用于机械紧固件的夹持装置，所述机械紧固件例如是铆钉、螺钉、螺栓及类似物，以及(还涉及)一种机器人执行器(effector，效应器)和一种设有这种装置的机器人。

背景技术

在许多工业制造过程中，使用例如铆钉、螺钉、螺栓及类似物的机械紧固件将两个或更多个物件连接或固定在一起。这种机械紧固件的安装常常由机器或机器人自动执行，机器或机器人能够比人类更快地并且精度更高地来安装机械紧固件。对于这样的自动化系统，需要将机械紧固件快速可靠地供给到实际的安装机构。此工作可以手动完成，而在大多数情况下，优选使用适当的自动供给机构。因此，用于机械紧固件的自动安装过程常常要求从第一位置(例如从供给机构或从供应料盒之类)拾取要安装的紧固件，并将其移动到另一位置以进行进一步的处理或安装。因此，这种夹持装置应当不仅是可靠和准确的，而且往往希望以某种特定取向来提供机械紧固件。

从现有技术的文献DE 20 2008 014 886 U1已知一种机器人执行器，用于安装机械紧固件(即，特别是铆钉)。此机器人执行器设有附接到工业机器人的手部上的框架。在该框架上设置有安装机构，该安装机构可设有用于不同的机械紧固件的供应料盒。

鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种改进的用于机械紧固件的夹持装置，其为这种机械紧固件提供了安全、可靠和精确的夹持，并且其优选地还提供了在被夹持的机械紧固件的定向和处理过程中的附加的灵活性。本发明的另一个目的是提供这种夹持装置与用于安装机械紧固件的机器人执行器相联，从而可靠且精确地夹持机械紧固件并将机械紧固件从执行器的一个处理站移动到另一处理站。

这些目的以及(在阅读下文的描述时将显而易见的)其它的目的通过根据权利要求1所述的夹持装置、根据权利要求11所述的机器人执行器和根据权利要求14所述的机器人来实现。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于机械紧固件(例如铆钉、螺钉、螺栓及类似物)的夹持装置，该夹持装置包括壳体和一对夹爪(即至少两个夹爪，其中至少一个夹爪可相对于其它夹爪移动)，所述一对夹爪(jaw)适于夹持机械紧固件。这对夹爪被设置在保持器上，而该保持器则可旋转地安装在壳体内部。因此，能够使一被夹持的机械紧固件旋转，优选360°，以使紧固件达到期望的取向，或者例如通过使邻近一合适的添加物供给机构的紧固件进行旋转，而将上述合适的添加物(例如胶或密封材料)施加到被夹持的紧固件上。这些夹爪还被成形为使得被夹持的机械紧固件能够自定心(自对中)。这种自定心能够例如(并优选地)通过使至少一个夹爪设有凹形的夹持面、特别是V形或U形的夹持面来实现。因此，一旦夹爪例如从供应料盒中夹出一紧固件，那么被夹持的紧固件将被自动地移动到凹形夹持面的最深处，由此可将该紧固件自动地在所需的位置或取向上居中。优选地，两个夹爪相对于彼此移动并被机械地联接，使得两者始终移动相同的距离。这样具有如下有益效果：被夹持的紧固件不仅相对于一轴线(例如水平轴线)居中，也相对于另一轴线居中，该另一轴线优选垂直于上述一轴线。由此，能使紧固件对准，而使得每个紧固件的中心或中间轴线始终处于预定和期望的位置上，而无论紧固件的直径为多大。

通常优选的是，每个夹爪均被设置在杠杆臂的自由端部上，这些杠杆臂则由保持器可枢转地支撑。夹爪可以是与杠杆臂一体的部分，但是其优选为同样地安装成相对杠杆臂的端部可枢转，使得随着杠杆臂运动，夹爪能沿例如线性和直线方向被引导。这些杠杆臂优选被支撑为使得在杠杆臂的枢转运动期间，杠杆臂的自由端部朝向彼此和/或远离彼此地移动。由于夹爪被设置在自由端部上，这导致了夹爪的夹持运动。

优选地，夹爪的致动是借助致动活塞来实现的，该致动活塞被设置成能相对于夹爪线性移动。为此，优选的是上述杠杆臂中的至少之一包括从杠杆的枢转轴线偏移的致动突起部，并且致动活塞在其线性移动时与所述致动突起部接触并相互作用，由此使杠杆臂绕其枢转轴线旋转。致动活塞优选为以气动方式被致动。

优选地，夹持装置是用于安装例如铆钉、螺钉、螺栓及类似物的机械紧固件的机器人执行器的一部分。为此，该装置被安装在机器人执行器的框架上并且优选地安装为使该装置可移动。因此，能够例如使该装置从供给机构或机械紧固件的供应料盒移动到执行器的另一个处理站、例如安装机构。夹持装置例如从供给机构或供应料盒夹持一紧固件，并将被夹持的紧固件移动到安装机构，在该安装机构处，该紧固件被夹持装置放置到合适的接纳构件中。该安装机构优选是同一较大机器人执行器的一部分。安装机构随后根据需要来安装所提供的紧固件。为了实现高的灵活性，优选的是在这种设置中，夹持装置被能线性移动地设置在框架上并且设置为能旋转运动。

优选地，保持器被安装在壳体的内部并且能够借助例如由相应的驱动轮所驱动的齿轮而相对于壳体旋转。壳体包括一轴承结构，用以将保持器可旋转地接纳在其中。当齿轮被旋转时，保持器随着齿轮进行旋转上，由此也使夹爪旋转，因为夹爪被设置在保持器上。由于这种旋转，能使被夹持的紧固件(例如铆钉)旋转。由此，例如能使被夹持的紧固件移动到例如胶水或密封剂供应站，并在该供应站处使被夹持的紧固件旋转，以使其能被例如胶水或密封剂或类似物完全覆盖。每个夹爪优选被设置在一对杠杆臂的相应的自由端部处。这些杠杆臂借助枢转销而在保持器中或保持器之处被可枢转地支撑，这些枢转销被设置在轴承中，而该轴承被设置在保持器中。当杠杆臂枢转时，夹爪取决于旋转方向而打开或闭合。由于两个杠杆臂都具有限定的枢转轴线，杠杆臂的枢转运动在结构上是预设或预定的。杠杆臂的致动、即夹爪的移动优选借助致动活塞来实现。该致动活塞优选延伸穿过保持器，并且该致动活塞被设置为能在该保持器中沿与保持器旋转方向垂直的方向线性移动。其包括一相互作用装置，例如为活塞销的形式，该活塞销与设置在杠杆臂上的致动突起部相互作用。

每个致动突起部从其杠杆的枢转轴线偏移，并且当致动活塞在保持器的内部线性地前后移动时，此相互作用装置与致动突起部接合，由此使杠杆臂30、31绕相应的枢转销枢转。这样，两个杠杆臂的运动、且由此两个夹爪的运动被机械地联接，使得用于致动活塞的给定运动的每个杠杆臂的旋转量被精确地预设。这样就使两个杠杆(且因此两个夹爪)能够相对于彼此进行预定且精确的相对运动，从而当夹爪被关闭时，它们使处于其间的任何被夹持的紧固件居中在可靠的和精确限定的位置。

附图说明

在下文中参照附图示例性地描述本发明，在附图中：

图1a和图1b示出了包括根据本发明的夹持装置的机器人执行器的示意性三维图；

图2以三维分解视图示出了根据本发明的夹持装置；

图3以示意性局部剖切的三维视图示出了组装状态下的图2的装置；

图4a至图4c示出了图2和图3的装置的不同剖视图；

图5a和图5b示出了夹持装置的夹爪的前视图；以及

图6示意性地示出了配备有图1a和1b的执行器的工业机器人。

具体实施方式

在图1a中，以三维示意图示出了在所示的铆钉情况下用于安装机械紧固件的机器人执行器100。执行器100形成用于工业机器人的较大的末端执行器(未示出)的一部分，该较大的端部执行器还可以包括例如安装工具，测量工具等。该机器人执行器包括框架101，其支撑用于铆钉的自动安装所需的多个工作站。框架101包括固定板105，该固定板在使用中被附接到例如工业机器人的较大的端部执行器或手部上，类似于上文所论述的文献DE20 2008 014886 U1的图中所示的那样。框架101携带用于供给机械紧固件的供给机构110。在所示的构造中，提供了三条供给管线102、103、104，通过该三条供给管线可以通过空气将不同尺寸的铆钉从料盒传送给供给机构110。供给机构110包括三个出口111、112、113，以提供/呈送不同尺寸的铆钉。这些出口以期望的取向保持并呈送铆钉，使得它们能够被夹持装置1抓住。夹持装置1同样安装在框架101上并设置在其上，使得该夹持装置可绕旋转轴线120旋转。由此，夹持装置1能够旋转到执行器100的不同站，例如旋转到供给机构110的三个不同的出口。为此，当绕轴线120旋转时，这三个出口111、112和113被设置在夹持装置100所沿循的半径上。

在所示的实施例中，还另外设有用于添加物的供应站130。供应站130例如可以向夹持装置1所抓取的铆钉提供胶或密封剂流体。在实践中，夹持装置1首先旋转直到其夹爪与其中一个出口对准。在此处，夹持装置线性地朝向出口移动，直到夹持装置的夹爪能夹持所供给的铆钉中的一个。一旦被夹持，夹持装置1再次从供给机构110线性地移离，然后旋转，直到被夹持的铆钉处在供应站130处。如下文将更详细地说明的那样，在供给站处，被夹持的铆钉例如被提供一密封剂材料。此后，夹持装置1再次旋转到图1a所示的位置中，在该位置中铆钉例如被提供给另外的安装工具，这些另外的安装工具可以被提供在如上文所述的同一个较大的端部执行器上。

图1b以180°旋转的视图示出了图1a的装置。机器人执行器100另外包括用于夹持装置1的线性运动的滑动件121。因此，滑动件121可以使装置1来回移动，例如朝向供给机构110的出口移动以及从该出口移离。附图标记106表示执行器100的电子控制器。

图2示出了夹持装置1的示意性三维分解图，但无壳体，以允许看到其内部部分。壳体10以图3的局部剖切的三维示意图示出，其中图2的装置被以组装状态示出。回到图2，可以看到一个呈圆筒形中空形状的保持器40。该保持器可旋转地设置在壳体10内部，如下面将参照图3说明的那样。此外，该装置包括一对夹爪20、21，其通过相应的一对杠杆臂30和31安装到保持器40上。每个杠杆臂包括一自由端部32、33，夹爪20、21可枢转地设置在所述自由端部上。此外，提供了齿轮42，其借助螺钉固定地附接到保持器40上。保持器40经由齿轮42而被旋转，齿轮42又借助与齿轮42接合的驱动轮45、46而被致动。这些驱动轮在图3中示出。此外，提供了止动构件23，其目的在于防止被夹持的紧固件延伸到杠杆臂的致动部分，使得其运动不受任何被夹持的紧固件所阻碍。

转回到杠杆臂，每个杠杆臂30、31通过设置在轴承43中的枢转销38、39而由保持器40可枢转地支撑。本领域技术人员能从图2的图示中认识到，两个杠杆臂的枢转轴线是平行的，但不是相同的轴线，而是相互偏移一定距离。因此，杠杆臂30和31的两个枢转轴线限定了一个平面，该平面垂直于保持器40的旋转轴线。杠杆臂的致动，即夹爪20和21的移动是借助致动活塞50来执行的。致动活塞50穿过中空的保持器40并且被设置成能在其中线性地移动。该致动活塞包括活塞销51，该活塞销与杠杆臂上所设置的致动突起部36和37相互作用。每个致动突起部偏离其杠杆的枢转轴线，并且当致动活塞50在保持器40内部线性地前后移动时，活塞销51接合致动突起部36、37，由此杠杆臂30和31绕相应的枢转销38、39枢转。

该装置还包括盖60和气动连接器62，借助于该气动连接器将加压空气供应到致动活塞50后面的空间中，即供应到盖60和致动活塞50之间的空间中。因此，致动活塞50能够向图2中的右侧移动。提供密封环61以防止加压空气从壳体逸出。一旦加压空气供应被关闭，多个复位弹簧41推动活塞返回。

在图3中，以组装状态示出了在图2中以分解图示出的装置。可以看到保持器40如何被安装在壳体10内部。保持器40通过由驱动轮45和46驱动的齿轮42而被可旋转地设置在壳体10中。当保持器40旋转时，杠杆30和31、进而夹爪20和21也旋转，而盖60保持固定到壳体10上。由于这种旋转，能使被夹持的紧固件旋转，例如如图3所示的铆钉80。因此，能够将被夹紧的铆钉移动到供应站130并在供应站130处使铆钉80旋转，从而使其能被例如胶水、密封剂或类似物完全覆盖。致动活塞50只能借助加压空气而沿一个方向移动。活塞50的返回行程是借助复位弹簧41实现的。复位弹簧41因此由活塞50的底板支撑，并由保持器40直接或间接地支撑。如图3示出一剖视图，保持器40和齿轮42也以截面图示出，且因此图3中的弹簧41在一侧并不与夹持装置1的部分连接。“直接或间接地”可意指为：复位弹簧41能够由保持器40本身的表面或由另一元件支撑，该另一元件被连接到保持器40或者与保持器40连接(例如齿轮42连接，该齿轮被旋拧到保持器40上)。此外，图2和图3中示出了六个复位弹簧41。然而，也可以使用更多或更少的复位弹簧41，特别是二、四、六或八个复位弹簧41。

在图3中可以进一步看到夹爪20和21如何分别被可枢转地安装到杠杆臂的自由端部32或33上。

图4a示出了类似于图3的局部剖切的三维视图，然而具有被夹持在夹爪20和21之间的大得多的铆钉81。如能够从图4a和图4b的剖视图获知的，当加压空气经由连接器62被供给到盖60与活塞50之间的空间中时，致动活塞50能够向前移动，即图中的向右移动。当活塞50向图4a中的右方移动时，活塞销51与致动突起部37(及致动突起部36，然而该致动突起部在图4a和图4b中不可见)相互作用，使得杠杆臂31绕其枢转轴线35逆时针旋转。在图4a所示的取向上，杠杆臂30相应地顺时针旋转。这具有夹爪20、21打开的效果。借助复位弹簧41相应地实现夹爪20和21的闭合。然而，本领域技术人员应认识到，取决于所选择的几何形状，该机构能以同样方式反向配置，使得夹爪20、21通过供应加压空气而关闭，并且夹爪由于复位弹簧41(的作用)而打开。因此，复位弹簧41的数量取决于必须或应当施加在紧固件和/或夹爪20和21上的用于闭合或打开的力。在图4a的详细视图中，能够进一步看到夹持装置130的旋转轴线120相对于机器人执行器100的位置。此外，可以看到用于向供应站130供应例如密封剂之类的添加物的供应管线131，以便为铆钉81提供合适的添加物。夹持装置1借助滑动件121而被设置为能与夹持装置1的旋转轴线120平行地线性移动，使得例如铆钉81可在站130中来回移动，以便将所需的添加物提供给铆钉81的较大的表面区域。

图4b以侧剖视图示出与图4a基本相同的那些元件。

图4c示出了与图4b相同的配置，但是由夹爪20和21所夹持的铆钉82则小得多。能够看出，活塞50借助复位弹簧41而回移到几乎与帽60的内表面相接触。通过加压，活塞50将向图4c中的右方移动，由此使上杠杆31逆时针旋转，而下杠杆30顺时针旋转，从而夹爪打开。本领域技术人员应理解的是，在本说明书中使用的左、右、上、顺时针等表述仅为参照附图所示的取向，而在实践中，整个执行器能够随着其附接到工业机器人而以任何空间取向来设置。

图5a和图5b示出了夹爪20和21的前视细节视图。能够看到夹爪相对于齿轮42是如何设置的，并且夹爪将与齿轮42和保持器40一起旋转。夹爪20包括一特定的夹持面，即凹形或V形夹持面22，以提供自定心特征。夹爪21的夹持面则是直形的，即夹爪21具有直形夹持面24。然而，夹爪21也可以设有类似的凹形夹持面。本领域技术人员应领会的是，当铆钉被插设到两个夹爪之间且这些夹爪被关闭时，V形的夹持面22将自动使铆钉居中。此外，由于使夹爪移动的杠杆的对称设置，两个夹爪20和21将总是同时地和相同程度地关闭，使得任何铆钉不仅将在水平方向上居中，而且在竖直方向上也居中，即当利用本发明的夹持装置进行夹持时，任何圆柱形机械紧固件将自动且有利地在夹爪20和21的中心25处精确对准。

在图6中，为了说明的目的示出了配备有执行器100的工业机器人200(该执行器100仅被草绘出)。本领域技术人员应认识到，执行器100可以是较大的执行器的一部分，其可包括附加的安装装置，例如钻孔装置、测量设备、铆钉安装工具等。

附图标记列表

1 夹持装置

10 壳体

20、21 夹爪

22 V形夹持面

23 止动构件

24 直形夹持面

25 中心

30、31 杠杆臂

32、33 杠杆臂的自由端部

34、35 杠杆臂的枢转轴线

36、37 杠杆臂的致动突起部

38、39 杠杆臂的枢转销

40 保持器

41 复位弹簧

42 齿轮

45、46 驱动轮

50 致动活塞

51 活塞销

53 轴承

60 盖

61 密封圈

62 气动连接器

80、81、82 铆钉

100 机器人执行器

101 框架

102、103、104 供给管线

105 框架固定板

106 控制器

110 供给机构

111、112，113 供给机构的出口

120 夹持装置的旋转轴

121 夹持装置的线性运动的滑动件

130 添加物的供应站

131 添加物的供应管线

200 工业机器人

Claims (14)

1.用于机械紧固件的夹持装置(l)，所述机械紧固件例如是铆钉、螺钉、螺栓及类似物，所述夹持装置包括：

·壳体(10)；以及

·设置在保持器(40)上的一对夹爪(20、21)，所述一对夹爪适于夹持处于其间的机械紧固件，

其特征在于，所述保持器(40)被能旋转地设置在所述壳体(10)的内部，并且所述夹爪(20、21)被成形为使所夹持的机械紧固件能够自定心。

2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述夹爪中的至少一个夹爪(20)具有凹形夹持面，特别是具有V形或U形的夹持面(22)，以允许自定心。

3.根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，每个夹爪(20、21)均设置在杠杆臂(30、31)的自由端部(32、33)上，并且其中所述杠杆臂(30、31)由所述保持器(40)能枢转地支撑。

4.根据前述权利要求所述的夹持装置，其特征在于，所述杠杆臂(30、31)被支撑而使得在所述杠杆臂(30、31)的枢转运动期间，所述杠杆臂的所述自由端部(32、33)朝向彼此或远离彼此地移动。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的夹持装置，其特征在于，两个所述杠杆臂(30、31)的枢转轴线(34、35)是平行的。

6.根据前述权利要求所述的夹持装置，其特征在于，两个所述杠杆臂的枢转轴线(34、35)不相同并且限定了与所述保持器(40)的旋转轴线垂直的平面。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的夹持装置，其特征在于，所述装置还包括致动所述杠杆臂(30、31)的致动活塞(50)。

8.根据前述权利要求所述的夹持装置，其特征在于，所述杠杆臂(30、31)中的至少一个包括从所述杠杆的枢转轴线偏移的致动突起部(36、37)，并且其中，所述致动活塞(50)被设置成能在所述保持器(40)内部线性移动并且适于与所述致动突起部(36、37)相互作用，并且其中，所述致动活塞被设置成与所述保持器一起旋转。

9.根据前述权利要求中任一项所述的夹持装置，其特征在于，所述夹爪(20、21)被以气动方式致动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的夹持装置，其特征在于，所述保持器(40)呈圆筒形中空形状。

11.用于安装机械紧固件的机器人执行器(100)，所述机械紧固件例如是铆钉、螺钉、螺栓及类似物，所述机器人执行器包括支撑根据权利要求1至10中任一项所述的夹持装置(1)的框架(101)。

12.根据前述权利要求所述的机器人执行器(100)，其特征在于，所述执行器(100)还包括支撑在所述框架(101)上的供给机构(110)，用以向所述夹持装置(1)供给机械紧固件，例如铆钉、螺钉、螺栓及类似物，并且其中，所述夹持装置(1)能旋转地设置在所述框架(101)上以在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述夹持装置(1)从所述供给机构(110)夹取机械紧固件，而在所述第二位置，所述夹持装置(1)将所夹持的机械紧固件提供到安装机构。

13.根据前述权利要求所述的机器人执行器(100)，其特征在于，所述夹持装置(1)被设置为能在所述框架(101)上线性移动。

14.机器人(200)，包括根据权利要求11至13中任一项所述的机器人执行器(100)。