CN108500964B - 端部效应器组件和具有端部效应器组件的机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种端部效应器组件，其包括主要动臂、框架轨道、至少一个分支轨道以及摆动臂，该框架轨道联接于主要动臂，至少一个分支轨道由分支锁可动地联接于框架轨道，且摆动臂由摆动锁可动地联接于至少一个分支轨道。摆动锁包括夹持件，该夹持件构造成将摆动臂可动地固定于分支轨道。枢转轴延伸穿过夹持件和摆动臂，以将摆动臂旋转地固定于夹持件。摆动板固定于枢转轴并且构造成与构造工具接合。此外，锁定紧固件延伸穿过摆动板并且进入枢转轴。锁定紧固件构造成将摆动锁沿着分支轨道锁定就位和解锁。

Description

端部效应器组件和具有端部效应器组件的机器人系统

技术领域

本发明涉及一种具有可重构端部效应器组件的机器人系统。

背景技术

本节的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，且可能并不构成现有技术。

多轴工业机器人包括经由接头连接的铰接臂。每个臂区段经由一个或多个接头电机驱动。典型的工业机器人相对于六个不同的控制轴线控制。共同地，控制轴线使得机器人能相对于固定或可动基部旋转、第一臂延伸/缩回和第二臂升起/下降，以及接头旋转和设置在第二臂的远侧端部处的腕部的旋转/平移。附加的臂可取决于设计而用在串联结构中，且可操纵连接于腕部的端部效应器以执行期望的作业任务。

术语“端部效应器”指代特定的端部连接件或区段，这些端部连接件或区段取决于机器人的设计能牢固地抓持、运输、定向和释放工件。某些端部效应器组件经由细长梁和/或轨道的格栅阵列形成，一组悬置有端部工具（例如，用于在制造设施中移动金属面板或玻璃片的吸盘或抓持器类型）的工具分支附连于该格栅阵列。各个工具分支和工具模块通常在执行特定的作业任务之前由操作者手动地调节至预定构造。

发明内容

端部效应器组件包括主要动臂、框架轨道、至少一个分支轨道以及摆动臂，该框架轨道联接于主要动臂，至少一个分支轨道由分支锁可动地联接于框架轨道，且摆动臂由摆动锁可动地联接于至少一个分支轨道。摆动锁包括夹持件，该夹持件构造成将摆动臂可动地固定于分支轨道。枢转轴延伸穿过夹持件和摆动臂，并且构造成将摆动臂可旋转地固定于夹持件。摆动板固定于枢转轴并且构造成与构造工具接合。此外，锁定紧固件延伸穿过摆动板并且进入枢转轴。锁定紧固件构造成将摆动锁沿着分支轨道锁定就位和解锁。

在端部效应器组件的一些实施例中，分支锁能相对于框架轨道在解锁和锁定状态之间移动，以使得分支轨道相对于框架轨道固定就位。此外，摆动锁能沿着分支轨道在解锁和锁定状态之间旋转地和线性地移动，以使得摆动臂相对于分支轨道固定就位。附加地，端部效应器组件进一步包括端部工具，该端部工具设置在摆动臂的远侧端部处，且该端部工具限定端部效应器组件的用于与工件接合的第一侧部。分支锁和摆动锁构造成在端部效应器组件的与第一侧部相对的第二侧部上由构造工具接合。此外，夹持件进一步在端面上限定突部，且摆动臂限定对应形状的凹槽，其中当锁定紧固件锁定时，突部和凹槽匹配地连结。因此，保持环可固定在摆动板内并且构造成将锁定紧固件保持在其中。保持环捕获锁定紧固件，以辅助从凹槽释放突部。摆动锁还可包括至少一个过度拉伸限制装置，该至少一个过度拉伸限制装置具有至少一个过度拉伸紧固件，该至少一个过度拉伸紧固件固定在夹持件内用以在摆动锁解锁期间限制夹持件。

用于端部效应器的摆动锁组件包括夹持件，该夹持件构造成将摆动臂可动地固定于分支轨道。夹持件包括臂部分和基部部分，该基部部分在其端面上具有突部。摆动臂具有凹槽，该凹槽与突部对应地成形。枢转轴延伸穿过夹持件的臂和基部部分，并且构造成将摆动臂可旋转地固定于夹持件。摆动板设置在夹持件的臂部分上并且键接至枢转轴。摆动板包括至少一个凸片，该至少一个凸片构造成与构造工具接合。锁定紧固件延伸穿过摆动板并且进入枢转轴。锁定紧固件构造成将摆动锁组件沿着分支轨道锁定就位和解锁，且在锁定紧固件锁定时，突部和凹槽匹配地连结。

在一些实施例中，摆动锁组件还包括保持环，该保持环固定在摆动板内并且构造成将锁定紧固件保持在其中。保持环捕获锁定紧固件，以辅助从凹槽释放突部。此外，摆动锁能沿着分支轨道在解锁和锁定状态之间旋转地和线性地移动，以使得摆动臂相对于分支轨道固定就位。附加地，摆动锁组件还可包括端部工具，该端部工具设置在摆动臂的远侧端部处。该端部工具限定端部效应器的第一侧部。摆动锁组件构造成在端部效应器的与第一侧部相对的第二侧部上由构造工具接合。摆动锁组件还可包括至少一个过度拉伸限制装置，该至少一个过度拉伸限制装置具有至少一个过度拉伸紧固件，该至少一个过度拉伸紧固件固定在夹持件的臂部分和基部部分之间，用于在锁定紧固件的解锁期间保持夹持件。

可用于摆动锁组件的构造工具可包括工具主体、抓持器以及螺丝刀头，该抓持器联接于工具主体，而该螺丝刀头从工具主体延伸。抓持器包括多个抓持器指部，这些抓持器指部能朝向和远离彼此移动。当抓持器指部接合至少一个凸片时，该构造工具联接于摆动锁组件。此外，当抓持器指部接合至少一个凸片时，螺丝刀头与锁定紧固件对准，以使得旋转螺丝刀头致使摆动锁组件在锁定和解锁状态之间移动。

用于端部效应器的摆动锁组件包括夹持件，该夹持件构造成将摆动臂固定于分支轨道。夹持件具有第一表面和相对的第二表面。枢转轴延伸穿过夹持件和摆动臂，以将摆动臂旋转地固定于夹持件。枢转轴具有凸缘，该凸缘设置在夹持件的第二表面处。摆动板设置在夹持件的第一表面上并且键接至枢转轴。摆动板包括至少一个凸片，该至少一个凸片构造成与构造工具接合。锁定紧固件延伸穿过摆动板并且进入枢转轴。锁定紧固件构造成使得摆动板和凸缘朝向彼此移动，以使得将摆动锁组件沿着分支轨道并且远离彼此锁定就位，从而将摆动锁组件从沿着分支轨道的位置解锁。

在一些实施例中，摆动锁组件能沿着分支轨道在解锁和锁定状态之间旋转地和线性地移动，以使得摆动臂相对于分支轨道固定就位。附加地，摆动锁组件还可包括端部工具，该端部工具设置在摆动臂的远侧端部处。该端部工具限定端部效应器的第一侧部。摆动锁组件构造成在端部效应器的与第一侧部相对的第二侧部上由构造工具接合。此外，枢转轴可键接用以随着摆动臂进行旋转运动。

可用于摆动锁组件的构造工具可包括工具主体、抓持器以及螺丝刀头，该抓持器联接于工具主体，而该螺丝刀头从工具主体延伸。抓持器包括多个抓持器指部，这些抓持器指部能朝向和远离彼此移动。当抓持器指部接合至少一个凸片时，该构造工具联接于摆动锁组件。此外，当抓持器指部接合至少一个凸片时，螺丝刀头与锁定紧固件对准，以使得旋转螺丝刀头致使摆动锁组件在锁定和解锁状态之间移动。

在又一些实施例中，机器人具有端部效应器，该端部效应器包括如上所述的摆动锁组件。

从本文提供的描述中，其他可应用领域会变得显而易见。应理解的是，说明书和特定示例仅仅旨在说明的目的并且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文描述的附图仅仅用于说明的目的并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1是根据本发明的包括端部效应器组件的机器人系统的立体图；

图2是图1所示端部效应器组件的立体图；

图3是图2所示端部效应器组件的框架轨道和工具分支的立体图；

图4是端部效应器组件沿着图2的剖线4-4剖取的剖视图；

图5是端部效应器组件沿着图3的剖线5-5剖取的剖视图；

图6是可用作图1所示机器人系统的一部分的构造工具的立体图，且抓持器指部示作处于脱开状态中；

图7是可用作图1所示机器人系统的一部分的构造工具的立体图，且抓持器指部示作处于接合状态中；

图8是朝向端部效应器组件的分支锁移动的构造工具的立体图；

图9是联接于端部效应器组件的分支锁移动的构造工具的立体图；

图10是朝向端部效应器组件的摆动锁移动的构造工具的立体图；

图11是联接于端部效应器组件的摆动锁移动的构造工具的立体图；以及

图12是用于端部效应器组件的替代摆动锁的分解视图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明、应用或使用。应理解的是，在整个附图中，对应的附图标记指代类似的或对应的部件和特征。此外，诸如“顶部”、“侧部”、“后部”、“下部”以及“上部”的方向用于解释的目的，而并非旨在需要特定的定向，除非另有指示。这些方向仅仅提供为相对于所提供示例的参考框架，但可在替代的应用中改变。

参照附图，其中，类似的附图标记指代整个若干附图中的类似部件，机器人系统10在图1中示意地示出。机器人系统10包括下文详细描述的多轴工业机器人12、构造工具14以及可重构端部效应器组件16。机器人系统10的总体操作控制可经由控制器18实现。例如下文将更详细描述的是，机器人系统10还包括构造支架20。

控制器18可构造成主机（例如，数字计算机），该主机确切地编程为执行步骤或指令。为此，控制器18包括充足的硬件来执行所需的方法步骤，即具有充足的存储器22、处理器24和诸如高速时钟、模拟到数字和/或数字到模拟电路、定时器、输入/输出电路和相关联装置、信号调节和/或信号缓冲电路的其它相关联硬件。存储器22包括充足的有形非瞬态存储器，诸如磁性或光学只读存储器、闪存存储器等，以及随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等等。控制器18接收并记录来自至少一个位置传感器28的所测得接头位置（箭头26），并且还在构造端部效应器组件16的过程中以及在给定工件（未示出）上操作的同时，监控所施加于端部效应器组件16的力。控制器18产生或接收输入信号（箭头30），以告知控制器18在对应工件上执行的所需作业任务，且控制器向机器人12输出控制信号（箭头32）以指令从机器人12的所需动作。

机器人12可构造成6轴工业机器人，并且可包括固定或可动基部34以及多个机器人接头36，这些机器人接头的至少一些在图1中示出。各个接头36连接机器人12的区段或串联连接件，包括第一或下部机器人臂38、第二或上部机器人臂40以及腕部42，它们共同地提供执行所指定作业任务所需的期望运动范围和控制自由度数量。可设想的是，机器人12可包括或多或少的机器人臂和腕部。机器人12所执行的此类作业任务的示例包括抓持、提升、定位以及布置金属面板或玻璃片，以及诸如喷涂和焊接的许多其它可能任务。如前所述，接头位置传感器28可相对于每个接头36定位，并且构造成测量且向控制器18报告所测得的接头位置（箭头26）。附加地，一个或多个力传感器（未示出）也可相对于接头36定位并且用于向控制器18提供力或转矩反馈，这可避免端部效应器组件16的工件上产生过大的力。

关于端部效应器组件16，该结构可包括主要动臂44和栅格状端部效应器阵列46。所示出实施例中的端部效应器阵列46包括一个框架轨道48，该框架轨道相对于主要动臂44的纵向轴线50正交地设置。然而，可设想的是，端部效应器阵列46可包括一个以上框架轨道48。在所示出的实施例中，框架轨道48具有基本上圆柱形的形状。端部效应器阵列46还可包括多个工具分支52，该多个工具分支可动地联接于框架轨道48。然而，端部效应器阵列46可替代地仅仅具有单个工具分支52。每个工具分支52包括分支轨道54和工具模块56，该工具模块从框架轨道48悬出并且从框架轨道48径向地向外延伸。各种分支轨道54滑动地且旋转地附连于框架轨道48。换言之，如下文将更详细描述的是，分支轨道54可动地联接于框架轨道48。各个工具模块56从分支轨道54悬置或者可动地联接于分支轨道。框架轨道48进而经由机械联接件58连接于主要动臂44。

现参照图2，主要动臂44可包括双侧工具更换组件60，该双侧工具更换组件具有相对的工具更换器62、64。术语“工具更换器”涉及使得能够快速地换出机器人端部效应器的手动或自动组件。此类装置通常根据需要包括集成电源和通信端口、连接器等等，用于诸如抓持器或真空吸盘66的端部工具起作用。在所示出的实施例中，工具更换器组件60确切地构造成提供主要动臂44与机器人12和构造支架20两者的同时接合，且构造支架在图1中示意地示出。

针对本发明的目的，构造支架20可相对于底板固定或者从诸如机器柱或壁的垂直表面悬置。构造支架20在笛卡尔（例如，XYZ）参照系中具有预定位置，并且由此在端部效应器组件16的重构期间提供校准参照点来用于机器人12的归零。例如，当从第一构造过渡为另一构造时，机器人12将工具更换器64连接于构造支架20并且释放工具更换器62。在机器人12重构端部效应器组件16时，借助由构造支架20提供的参照系中的已知位置，下文描述的锁定机构（例如，分支锁定机构74和摆动锁定机构70）的每个在自由空间中的位置对于控制器18是已知的。在端部效应器组件16的构造在操作期间变得未知（例如，由于撞击事件或电源故障）的事件中，端部效应器组件16在从构造支架20悬置的同时可手动地设定至校准设置，其中，各个端部工具和锁定机构的位置是已知的，且构造之后从归零设置开始。

如下文具体地参照图2和3所描述地，附连有工具模块56的分支轨道54能通过机器人12使用构造工具14和由控制器18所执行的指令自动地重构。因此，工具分支52可根据期望设置成允许工具模块56或更精确地说工具模块56的各个端部工具66能附连于给定工件或以其它方式与给定工件相互作用。在非限制的主体面板示例中，各个附图中示出的对应端部工具66构造成气动吸盘或一定类型的抓持器，该气动吸盘或一定类型的抓持器通常用于在不损坏装饰展示表面的情形下固定并移动汽车或其它主体面板。然而，可使用其它端部工具66，例如钳子、夹持件、喷洒喷嘴。因此，端部工具66的特定构造可改变。在每个工具分支52中，如下文会更详细描述的是，摆动臂68通过摆动锁定机构70联接在端部工具66和分支轨道54之间。摆动臂68相对于分支轨道54倾斜地成角度，以有助于端部工具66与工件相互作用。

端部效应器组件16能重构成与相对于彼此具有不同尺寸、形状和/或表面轮廓的工件以及其它工件相互作用，并且由不同材料构成。例如，工件可显著地比其它工件大且更均匀，由此需要同一端部效应器组件16的不同构造。在给定制造操作中，可能遇到任何数量的可能工件，且由此端部效应器组件16能根据需要由机器人12重构，以对这些工件的任一个个别地操作。

例如经由通过操作者的手动选择、RFID标签的检测或者任何其它合适的识别过程，控制器18经由输入信号（图1的箭头30）意识到所要操作的特定工件。控制器18然后从其存储器22中自动地选择对应的构造。在端部效应器组件16已经由工具更换器64沉积在构造支架20上之后，机器人12然后经由工具更换器62释放端部效应器组件16并且移动，以在合适的作业站（未示出）处经由安装在构造工具14（参见图6）上的另一工具更换器142将构造工具14附连于其腕部42或者其它合适的端部连接件，以构造端部效应器组件16。此种作业站可体现为固定件，该固定件允许构造工具14能保持在校准位置处、即易于被腕部42触及的位置处。在端部效应器组件16保持捕获在构造支架20上的同时，所有这些发生。此外，本文的实施例允许端部效应器组件16能由机器人12构造，而无需构造支架20上的任何“翻转”，因为能从端部工具66的相反方向触及摆动锁70和分支锁74的锁定/解锁特征件。

一旦端部效应器组件16已使用构造工具14完全地构造成用于手头的任务，机器人12就将构造工具14自动地沉积至其作业站，经由在构造工具14上释放工件更换器142来将构造工具14从腕部42分离，移动以通过同时接合工具更换器62和释放工具更换器64来拾取最新构造的端部效应器组件16，从构造支架20中移除端部效应器组件16以及在工件上开始操作。机器人12在不翻转端部效应器组件16的情形下重构端部效应器组件16的能力允许其在宽泛范围的可能工件并且在各种不同环境中使用，而无需考虑空间限制。这样，能增强制造灵活性和效率，同时降低加工成本和系统停机时间。

参照图2，端部效应器组件16包括至少一个框架轨道48，该至少一个框架轨道相对于主要动臂44的动臂轴线50正交地设置，且各个工具模块56相对于径向延伸的分支轨道54相连接。在端部工具66是气动抓持器的示例实施例中，气动管道可沿着主要动臂44行进并且引导至各个端部工具66。

参照图2和3，每个工具分支52包括分支锁74，该分支锁将分支轨道54联接于框架轨道48。在所示出的实施例中，分支锁74能在锁定和解锁状态之间移动。在锁定状态中，分支锁74固定分支轨道54相对于框架轨道48的位置，且由此，分支轨道54相对于框架轨道48保持静止。当分支锁74处于解锁状态中时，分支轨道54能沿箭头76所指示的方向沿着框架轨道48平移，并且能沿由箭头78所指示的方向绕框架轨道48旋转。这样，响应于来自控制器18的指令（箭头32），可根据需要由机器人12设定工具模块56的任何数量不同构造。由于框架轨道48的导圆横截面（例如，圆形横截面），因而当分支锁74处于解锁状态中时，该框架轨道允许分支锁74能绕框架轨道轴线80旋转。此外，当分支锁74设置在解锁状态中时，该分支锁能沿着框架轨道轴线80滑动。如下文详细讨论的是，构造工具14能用于使得分支锁74在锁定和解锁状态之间移动。

在图3和4中示出的所示出实施例中，分支锁74包括用于夹持框架轨道48的夹持件82。夹持件82构造成裹绕式夹持件并且包括夹持件基部84和夹持件臂86，该夹持件臂可动地联接于夹持件基部84。夹持件基部84和夹持件臂86限定夹持件凹槽88，该夹持件凹槽构造、定形并且定尺寸成接收框架轨道48的一部分。夹持件凹槽88可具有凹入形状，以允许框架轨道48能坐落在夹持件基部84上。

紧固件96能用于调节夹持件基部84和夹持件臂86之间的距离。作为非限制示例，紧固件96可以是用于朝向或远离夹持件基部84移动夹持件臂86的螺钉、螺栓或任何其它合适紧固件。例如在所示出的实施例中，紧固件96是螺栓，该螺栓具有设置在夹持件臂86外部的头部部分和设置在夹持件基部84外部的螺母。例如应理解的是，旋转紧固件96致使螺母能将夹持件臂86朝向或远离夹持件基部84移动，由此相对于框架轨道48拧紧或松开夹持件82。确切地说，沿第一旋转方向（例如，顺时针）旋转紧固件96锁定夹持件82，且沿相反方向（例如，逆时针）旋转紧固件96解锁夹持件82。当夹持件82锁定时，分支轨道54相对于框架轨道48固定，且因此，相对于框架轨道48保持静止。当夹持件82解锁时，分支轨道54能相对于框架轨道48平移和旋转。夹持件82也可构造成具有一个铰链的双部件式夹持件、双铰链的三部件式夹持件或者任何其它合适的夹持件设计。

如下文将更详细描述的是，分支锁74可进一步限定多个凸耳或凸片97，这些凸耳或凸片提供用于构造工具14的特征件，以接合和调节分支锁74。凸片97的至少一个可包含对中特征件，该对中特征件由机器人12用在对准控制中。分支锁74附加地包括永久夹持件98，该永久夹持件相对于框架轨道48正交地保持分支轨道54。

继续参照图2和图3，每个工具分支52还可包括摆动锁定机构70，该摆动锁定机构将分支轨道54联接于摆动臂68。在所示出的实施例中，摆动锁70能在锁定和解锁状态之间移动。在锁定状态中，摆动锁70固定摆动臂68相对于分支轨道54的位置，且因此，摆动臂68相对于分支轨道54保持静止。当摆动锁70处于解锁状态中时，摆动臂68能沿箭头100所指示的方向沿着分支轨道54平移，能沿箭头102所指示的方向绕分支轨道54旋转，并且能沿箭头103所指示的方向绕枢转轴104（参见图5）旋转。这样，响应于来自控制器18的指令（箭头32），可根据需要由机器人12设定工具模块56的任何数量不同构造。由于分支轨道54的导圆横截面（例如，圆形横截面），因而当摆动锁70处于解锁状态中时，该框架轨道允许摆动锁70能绕分支轨道轴线105旋转。此外，当摆动锁70设置在解锁状态中时，该摆动锁能沿着分支轨道轴线105滑动。如下文详细讨论的是，构造工具14能用于使得摆动锁70在锁定和解锁状态之间移动。

现参照图5，摆动,70包括用于将摆动臂68夹持于分支轨道54的裹绕式夹持件106、用于将摆动臂68旋转地固定于裹绕式夹持件106的枢转轴104、用于与构造工具14接合的摆动板108、用于将枢转轴104固定于摆动臂68的连结机构110以及用于拧紧和释放摆动锁70的锁定紧固件112。具体地说，裹绕式夹持件106能通过挤压和/或释放一对可分凸缘（即，可分凸缘基部114、可分凸缘臂116）而在分支轨道54上夹持和/或松开。裹绕式夹持件106进一步包括从可分凸缘基部114朝向摆动臂68突出的截头圆锥形楔部118。摆动臂68限定对应的截头圆锥形凹槽120，该截头圆锥形凹槽构造、定形且定尺寸成接收截头圆锥形楔部118，以增强裹绕式夹持件106和摆动臂68之间的夹持力。

在锁定状态中时，摆动臂68可拧紧至裹绕式夹持件106，但在解锁状态中随着经由连结机构110（例如，螺栓、螺钉、定位销、焊接部）紧固的枢转轴104自由地旋转。为此，枢转轴104可延伸穿过可分凸缘基部114和可分凸缘臂116中的开口，并且终止在摆动板108处。枢转轴104可经由至少一个键122键接至摆动板108，该至少一个键将枢转轴104旋转地但非轴向地固定于摆动板108。

锁定紧固件112能将可分凸缘基部114可动地联接于可分凸缘臂116。作为非限制示例，锁定紧固件112可以是包括外部螺纹的螺钉、螺栓或任何其它合适的紧固件。例如，在所示出的实施例中，锁定紧固件112是经由保持环124固定在摆动板108内的捕获紧固件。这样，当解开夹持时，锁定紧固件112自由地旋转，但枢转轴104可轴向地推开以分离并且致使锁定紧固件112能回推构造工具14，而非截头圆锥形楔部和凹槽118、120，而截头圆锥形楔部和凹槽否则会保持摩擦地楔紧在一起。

锁定紧固件112进一步包括轴126和联接于轴126的头部128。头部128设置成从摆动板108突出，而轴126部分地设置在延伸穿过枢转轴104的盲孔130内。枢转轴104的盲孔130在内部带螺纹并且构造、定形且定尺寸成与轴126的外部螺纹匹配。于是，旋转锁定紧固件112致使可分凸缘基部114和可分凸缘臂116一起移动或分开，由此相对于分支轨道54和摆动臂68共同地拧紧或松开裹绕式夹持件106。确切地说，沿第一旋转方向（例如，顺时针）旋转锁定紧固件112将锁定紧固件112旋拧到枢转轴104中并且锁定裹绕式夹持件106，而沿相反方向（例如，逆时针）旋转锁定紧固件112使得锁定紧固件112从枢转轴104解开并且解锁裹绕式夹持件106。

在解开夹持期间，截头圆锥形楔部和凹槽118、120之间的摩擦力可将摆动臂68绑系至截头圆锥形楔部118，而可分凸缘基部114和可分凸缘臂116持续地移动分开。然而，过度拉伸限制器131例如经由带螺纹端部和头部防止这发生，该带螺纹端部紧固于可分凸缘臂116中的匹配带螺纹孔，且头部沿轴向方向松弛地保持在可分凸缘基部114中的沉孔内部。可分凸缘基部和臂114、116之间的轴向移动会致使过度拉伸限制器131的头部接触沉孔的底部，并且停止可分凸缘基部和臂114、116之间的分离，这进而使得解开夹持能量朝向分开截头圆锥形楔部和凹槽118、120而改向。这样，在摆动锁70处于解锁状态中时，摆动臂68能绕枢转轴104的轴线旋转，同时还绕分支轨道54的轴线平移和旋转。

此外，气动装配件132可联接于枢转轴104，以将气动管道流体地联接于设置在摆动臂68上的端部工具66。气动装配件132可与通过枢转轴104形成的流体通道134流体连通。如下文将更详细描述的是，摆动板108可进一步限定多个凸耳或凸片136，这些凸耳或凸片提供用于构造工具14的特征件，以接合和调节裹绕式夹持件106。凸片136的至少一个可包含对中特征件，该对中特征件由机器人12用在对准控制中。

特别参照图6和图7，构造工具14包括轴向延伸的工具组件140和工具更换器142，该工具更换器经由轴向延伸的支承轨道144联接于工具组件140。工具组件140包括工具主体146，该工具主体包括平行板148，各个平行板成形为矩形或其它多边形。每个平行板148均朝向第二端板152安装于第一端板150（且从中延伸）.第一和第二端板150、152是工具主体146的一部分并且在形状上可以是矩形的。第一端板150可在面积上大于第二端板152，以便于用于构造端部效应器组件16。

螺母扳手154能绕螺母扳手轴线156（即，刀头轴线）且延伸穿过第二端板152，并用于调节分支锁74和摆动锁70。在本发明中，术语“螺母扳手”意指能够使用气动、电动或液压动力来旋转和传递转矩的动力转矩扳手。螺母扳手154可利用伺服电机驱动并控制精确且一致的旋转。

此外，工具组件140包括抓持器158，该抓持器在比靠近第一端板150更靠近第二端板152的位置处联接于工具主体146。抓持器158平行于螺母扳手154，并且包括抓持器致动器160和可动地联接于抓持器致动器160的多个抓持器指部162。抓持器致动器160可以是电动或气动致动器，且当构造工具14安装于腕部42时，工具更换器142能引导用于控制抓持器158的电力或气动流体。在所示出的实施例中，抓持器158包括两个指部162。然而，抓持器158可包括两个以上指部162。不管质量如何，抓持器指部162能相对于彼此在第一或脱开位置（图6）和第二或接合位置（图7）之间移动。当设置在第一位置（图6）中时，抓持器指部162比起在第二位置（图7）中更靠近彼此。抓持器指部162可经由滑动构件164联接于抓持器致动器160。滑动构件164联接于抓持器指部162并且能由抓持器致动器160致动，以使得抓持器指部162在第一和第二位置之间移动。

抓持器158的抓持器指部162构造成抓持分支锁74的凸片97以保持分支锁74，由此允许构造工具14能相对于框架轨道48移动（平移或旋转）工具分支52。类似地，抓持器158的抓持器指部162能抓持摆动锁68的凸片136以保持摆动板108，由此允许构造工具14能相对于分支轨道54移动（例如，旋转或平移）工具模块56。具体地说，为了释放摆动锁68，构造工具14以机器人的方式指令在凸片136上抓持摆动板108，然后，螺母扳手154逆时针地转动锁定紧固件112以推动枢转轴104且由此摆动臂68远离截头圆锥形楔部118。此外，这允许机器人12能围绕框架轨道48滑动并且旋转工具分支52，以及组合地滑动和旋转摆动臂68，用以将端部工具66移动至期望位置。类似地，为了在达到期望位置时锁定摆动锁68，并且在构造工具14仍接合的同时，螺母扳手154顺时针地转动锁定紧固件112，以将枢转轴104和摆动臂68拉到一起，从而由此接合截头圆锥形楔部118和截头圆锥形凹槽120。进而，这将裹绕式夹持件106的可分凸缘114、116挤压到分支轨道54之上，由此将端部效应器组件16牢固地锁定就位。

类似于主要动臂44上的工具更换器62，构造工具14的工件更换器142可以是任何合适的机械联接件，以允许机器人12能拾取构造工具14且包括引导销166或其它合适的联接装置，该引导销或其它合适的联接装置使得机器人12能将构造工具14与腕部42接合。工具更换器142还可包括电气和气动端口，这些电气和气动端口能够引导电力和气动动力以及控制信号，以经由螺母扳手154内部的驱动电机来运行螺母扳手154。一旦联接于腕部42，构造工具14就锁定就位且电气和/或气动动力根据需求提供给螺母扳手154，以旋转螺丝刀头168、例如六角头刀头。因此，致动螺母扳手154来致使螺丝刀头168转动。螺母扳手154的至少一部分沿远离第一端板150的方向延伸穿过第二端板152，以使得螺丝刀头168在工具主体146外部并且延伸超出第二端板152。

参照图8和图9，为了重构工具分支52，首先操纵构造工具14以使得螺母扳手154及其螺丝刀头168与分支锁74的裹绕在框架轨道48上的紧固件96相接合，同时构造工具14上的抓持器指部162保持在第一位置中（即，脱开位置中），但处于准备好与凸片97的至少一个相接合的位置中。确切地说，机器人12使得构造工具14朝向分支锁74移动，以使得螺丝刀头168与紧固件96对准且抓持器158的抓持器指部162与凸片97的至少一个对准，同时抓持器指部162处于第一位置（即，脱开状态）中。构造工具14可朝向分支锁74移动，直到螺丝刀头168与紧固件96对准且抓持器指部162与凸片97的至少一个对准为止。然后，例如图9最佳示出的是，抓持器指部162然后移动至第二位置（即，接合状态），以抓持凸片97的至少一个。如上所述，抓持器指部162能气动地或电气地致动。

接下来，控制器18电气地指令螺母扳手154，以使得螺丝刀头168与紧固件96接合。螺丝刀头168可旋转（例如，逆时针），以松开紧固件96并且将分支锁74从在框架轨道48上稳固接合中释放。在构造工具14的抓持器指部162紧密地抓持抵靠于凸片97的至少一个的情形下，机器人12能沿着框架轨道48滑动分支轨道54，以及将分支轨道54围绕框架轨道48旋转至期望位置或定向。随后，（通过控制器18）指令构造工具14的螺母扳手154旋转（例如，顺时针），以拧紧紧固件96，来将分支锁74固定在框架轨道48上的期望位置中。控制器18还指令抓持器指部162脱开（即，移动至第一位置），以释放凸片97的至少一个并且使得构造工具14从分支锁74脱开，从而完成重构操作。

现参照图10和图11，为了构造摆动臂68或调节端部工具66（例如，真空抓持器）的位置和/或定向，可操纵构造工具14来使得螺母扳手154及其螺丝刀头168与摆动锁70的锁定紧固件112接合，同时构造工具14上的抓持器指部162保持脱开（即，在第一位置中），但处于准备好与锁定紧固件112接合的位置中。确切地说，机器人12使得构造工具14朝向摆动锁70移动，以使得螺丝刀头168与锁定紧固件112对准且抓持器158的抓持器指部162与凸片136的至少一个对准，同时抓持器指部162处于第一位置（即，脱开状态）中。构造工具14可朝向摆动锁70移动，直到螺丝刀头168与锁定紧固件112的头部对准且抓持器指部162与凸片136的至少一个对准为止。然后，例如图11最佳示出的是，抓持器指部162接合（即，移动至第二位置），以抓持凸片136的至少一个。如上所述，抓持器指部162能气动地或电气地致动。

接下来，控制器18电气地指令螺母扳手154，以使得螺丝刀头168与锁定紧固件112接合。螺丝刀头168可旋转（例如，逆时针），以远离枢转轴104松开或推动锁定紧固件112。此种动作进而允许截头圆锥形楔部118能远离截头圆锥形凹槽120移动，由此将摆动锁70从在分支轨道54上稳固接合中释放，同时共同地允许摆动臂68相对于摆动锁70移动。在构造工具14的抓持器指部162紧密地抓持在凸片136的至少一个上的情形下，机器人12能沿着分支轨道54滑动摆动臂68，以及将工具模块56围绕分支轨道54旋转至期望位置或定向。附加地，机器人12能围绕枢转轴104的轴线旋转摆动臂68和端部工具66（例如，真空抓持器）。随后，（经由控制器18）指令构造工具14的螺母扳手154旋转（例如，顺时针），以拧紧锁定紧固件112，从而将摆动锁70固定在分支轨道54上的期望位置中，以及将截头圆锥形楔部118固定在截头圆锥形凹槽120中，从而将摆动臂68固定在相对于摆动锁70的合适定向中。然后，控制器18还指令抓持器指部162脱开（即，移动至第一位置），以释放凸片136并且使得构造工具14从摆动锁70脱开，从而完成重构操作。

现参照图12，针对可重构端部效应器组件16的另一示例性摆动锁270包含用于将摆动臂268夹持于分支轨道54的裹绕式夹持件306、用于将摆动臂268旋转地固定于裹绕式夹持件306的枢转轴308、用于与构造工具14接合的摆动板310以及用于拧紧或释放摆动锁270的锁定紧固件312。参照附图，其中，类似的附图标记指代类似的部件，例如之前相对于摆动锁70所描述地，通过挤压和/或释放裹绕式夹持件306的一对可分凸缘（即，可分凸缘基部314、可分凸缘臂316），裹绕式夹持件306能在分支轨道54上夹持和/或松开。然而，除了利用截头圆锥形楔部和凹槽118、120来增强裹绕式夹持件306和摆动臂268之间的夹持力以外，该组件固定在裹绕式夹持件306和枢转轴308的凸缘370之间。摆动臂268能通过使用键372和夹持件组件374在摆动臂268的远侧端部376处旋转地固定于枢转轴308。在一替代结构中，摆动臂268也可设置成固定在裹绕式夹持件306和枢转轴308的凸缘370之间。

如前所述，摆动臂268可承载端部工具266。此外，摆动臂268可具有通过相对于摆动板310拧紧或释放锁定紧固件312得到的与摆动臂68类似的锁定和解锁状态。

本文描述了本发明的实施例。该描述在本质上仅仅是示例性的，且因此，并不偏离本发明精神的变型旨在落在本发明的范围内。本文附图并非必须是按比例的；一些附图可放大或缩小，以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节并不解释为限制的，而是仅仅作为教示本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。本领域普通技术人员会理解的是，相对于任何一个附图说明且描述的各个特征能与一个或多个其它附图中说明的特征相组合，以产生并未明确说明或描述的实施例。所说明特征的组合提供针对各种应用的代表性实施例。然而，根据本发明教示的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施方式会是所期望的。

Claims (10)

1.一种端部效应器组件，包括：

主要动臂；

框架轨道，所述框架轨道联接于所述主要动臂；

至少一个分支轨道，所述至少一个分支轨道由分支锁可动地联接于所述框架轨道；以及

摆动臂，所述摆动臂由摆动锁可动地联接于所述至少一个分支轨道，其中，所述摆动锁进一步包括：

夹持件，所述夹持件构造成将所述摆动臂可动地固定于所述分支轨道；

枢转轴，所述枢转轴延伸穿过所述夹持件和所述摆动臂，且所述枢转轴构造成将所述摆动臂旋转地固定于所述夹持件；

摆动板，所述摆动板固定于所述枢转轴并且构造成与构造工具接合；以及

锁定紧固件，所述锁定紧固件延伸穿过所述摆动板并且进入所述枢转轴，其中，所述锁定紧固件构造成将所述摆动锁沿着所述分支轨道锁定就位并且解锁。

2.根据权利要求1所述的端部效应器组件，其中，所述分支锁能相对于所述框架轨道在解锁和锁定状态之间移动，以将所述分支轨道相对于所述框架轨道固定就位。

3.根据权利要求1所述的端部效应器组件，其中，所述摆动锁能沿着所述分支轨道在解锁和锁定状态之间旋转地和线性地移动，以使得所述摆动臂相对于所述分支轨道固定就位。

4.根据权利要求1所述的端部效应器组件，进一步包括端部工具，所述端部工具设置在所述摆动臂的远侧端部，且所述端部工具限定所述端部效应器组件的用于与工件接合的第一侧部，其中，所述分支锁和所述摆动锁构造成在所述端部效应器组件的与所述第一侧部相对的第二侧部上由所述构造工具接合。

5.根据权利要求1所述的端部效应器组件，其中，所述夹持件进一步在端面上限定突部，且所述摆动臂限定对应形状的凹槽，且其中当所述锁定紧固件锁定时，所述突部和所述凹槽匹配地连结。

6.根据权利要求5所述的端部效应器组件，进一步包括保持环，所述保持环固定在所述摆动板内并且构造成将所述锁定紧固件保持在其中，其中，所述保持环捕获所述锁定紧固件，以辅助从所述凹槽释放所述突部。

7.根据权利要求1所述的端部效应器组件，其中，所述摆动锁进一步包括至少一个过度拉伸限制装置。

8.根据权利要求7所述的端部效应器组件，其中，所述过度拉伸限制装置包括至少一个过度拉伸紧固件，所述至少一个过度拉伸紧固件固定在所述夹持件内，用以在所述摆动锁解锁期间限制所述夹持件。

9.根据权利要求1所述的端部效应器组件，其中，所述摆动板包括至少一个凸片，所述至少一个凸片构造成与构造工具接合，并且其中所述构造工具包括：

工具主体；

抓持器，所述抓持器联接于所述工具主体，且所述抓持器包括多个抓持器指部，所述多个抓持器指部能朝向和远离彼此移动，其中，当所述抓持器指部接合所述至少一个凸片时，所述构造工具联接于所述摆动锁组件；以及

螺丝刀头，所述螺丝刀头从所述工具主体延伸，其中，当所述抓持器指部接合所述至少一个凸片时，所述螺丝刀头与所述锁定紧固件对准，以使得旋转所述螺丝刀头致使所述摆动锁组件在所述锁定和解锁状态之间移动。

10.一种机器人，所述机器人具有包括摆动锁组件的根据权利要求1所述的端部效应器。

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