CN109843515A - 工具联接器 - Google Patents

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Abstract

工具联接器包括第一工具件(4)和第二工具件(14)，第二工具件(14)相对于第一工具件(4)可移动。该工具联接器包括用于可拆卸地保持第一工具件(4)的第一基座件(6)和相对于第一基座件(6)可移动的用于可拆卸地保持第二工具件(14)的第二基座件(16)。第一基座件(6)包括相对于第一基座件(6)可移动的用于拆卸第一工具件(4)的推动器(11)，并且第二基座件(16)包括相对于第二基座件(16)可移动的用于拆卸第二工具件(14)的帽(21)。

Description

工具联接器
技术领域
本发明涉及一种工具联接器，并且尤其涉及一种用于将工具联接到机器人手臂、机床或类似物的远端的机械联接器。
技术现状
机床、手术机器人手臂和其他装置需要更换在其末端设置的特定工具。那些工具可能是夹具、焊接仪器、切割器等，并且通常具有移动件。为了操作任何移动件，通常安装类似于例如鲍登线或类似元件的元件。另一种选择是通过联接器在机器(驱动装置)和工具(从动装置)之间安装扭矩传递器。
那些工具的一个示例是由Karl Storz(德国)以“ClickLine”品牌销售的手术工具。
当机器人或机床必须进行精细的工作，如外科手术或某些工业过程时，必须小心控制，以便它轻柔而精确地操作。此外，这种工作通常需要使用不同的工具，这意味着在联接和解除联接操作中浪费了大量的时间。因此，需要在工具和工具夹持器之间提供联接机构，其提供刚性和精确的联接以及不同工具的容易快速的联接和解除联接，同时允许某种运动传递到工具的移动子集。
发明描述
本发明旨在提供一种有助于工具和基座之间的机械联接的工具联接装置。该工具包括第一件和第二件，并且第二工具件相对于第一工具件可移动。第一工具件可包括轴向孔，第二件在其中前后移动。第二工具件可以是往复杆或缆索或扭矩传递器。工具的自由端可以插入基座的孔中，该孔配备有用于该工具的保持器。
基座可以是机床或工业机器人中的工具托架。优选地，该基座是手术机器人，并且该工具是手术工具。
根据本发明，基座包括：第一基座件，其用于可拆卸地保持有待联接的工具的第一工具件；以及第二基座件，其用于可拆卸地保持有待联接的工具的第二工具件。第二基座件相对于第一基座件可移动。第一基座件还包括用于当工具被联接到工具联接器时拆卸第一工具件的推动器，并且第二基座件包括用于当工具被联接到工具联接器时拆卸第二工具件的帽。
在一个实施例中，第一基座件包括至少一个第一锁定元件和第一倾斜引导件，第一锁定元件被容纳在第一倾斜引导件中并且可从第一锁定位置移动到第二非锁定位置。在第一锁定位置，第一锁定元件至少部分地被容纳在第一工具件的第一颈部中，使得第一工具件不能从第一基座件拆卸。第一基座件还包括第一弹性元件，其将第一锁定元件朝向锁定位置推动。
在一个实施例中，推动器包括垫圈，并且该推动器被安装在第一基座元件上，使得第一弹性元件将垫圈推抵于第一锁定元件，以将第一锁定元件移动到第一倾斜引导件内的锁定位置，第一工具件在其中被接合。
在一个实施例中，手动操作推动器以相对于第一基座件移动，将垫圈推抵于第一弹性元件，以将第一锁定元件移动到第一倾斜引导件内的非锁定位置，使得第一工具件能够被拆卸。
在一个实施例中，第二基座件包括至少一个第二锁定元件和第二倾斜引导件，第二锁定元件被容纳在第二倾斜引导件中并且从第一锁定位置可移动到第二非锁定位置。在第一锁定位置，第二锁定元件至少部分地被容纳在第二工具件的第二颈部中，使得第二工具件不能从第二基座件拆卸。第二基座件还包括第二弹性元件，其将第二锁定元件朝向锁定位置推动。
在一个实施例中，帽包括内壁，并且帽被安装在第二基座元件上，使得第二弹性元件将内壁推抵于第二锁定元件，以使第二锁定元件移动到第二倾斜引导件内的锁定位置。
在一个实施例中，手动操作帽以相对于第二基座件移动，从而将内壁推抵于第二弹性元件，以将第二锁定元件移动到第二倾斜引导件内的非锁定位置，使得第二工具件能够被拆卸。
在一个可替代实施例中，第二基座件是可移动的，由马达致动，用于将帽推抵于第一基座件，使得内壁推抵第二弹性元件，以将第二锁定元件移动到第二倾斜引导件内的非锁定位置，以便能够拆卸第二工具件。
在一个实施例中，第一工具件是往复式缆索或杆，并且第二件包括至少一个限位开关。
在一个实施例中，第二基座件通过力传感器连接到马达或致动器。
附图的简要说明
为了完成描述并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。所述附图形成说明书的组成部分并且示出了本发明的实施例，其不应被解释为限制本发明的范围，而是仅作为如何实施本发明的示例。附图包括下图：
图1示出了本发明的工具联接器的透视图。
图2示出了本发明的工具联接器的剖视图。
图3示出了本发明的工具联接器的剖视图，其中没有工具。
图4示出了本发明的工具联接器的剖视图，其中第一工具件被接合并且第二工具件被解除接合。
图5示出了本发明的工具联接器的剖视图，其中第一工具件被接合并且第二工具件被接合。
图6示出了本发明的工具联接器的剖视图，其中第一工具件和第二工具件被解锁并且能够被解除接合。
图7示出了本发明的工具联接器的剖视图，其中第一工具件被接合并且第二工具件被解锁并且能够被解除接合。
发明实施方式的描述
图1和2示出了本发明的工具联接器1和有待联接的工具2的实施例。工具联接器1被放置在机床或机器人手臂的远端。
工具2包括第一工具件4和第二工具件14。第一工具件4是中空的，使得第二工具件14可以通过第一工具件4中的通道5向后和向前移动。工具2进一步包括由第二工具件14移动的工具头3。
工具联接器1包括第一基座件6和第二基座件16，第一基座件6包括保留或保持第一工具件4的部件，第二基座件16可以通过马达26致动移动并且能够被附接到第二工具件14以移动第二工具件14。如果传递的运动是往复运动，则第二工具件14将前后移动。
第一基座件6包括对应于第一工具件4的第一孔7，使得第一工具件4可插入并保持在第一孔7中。第一工具件4和第一孔7可具有相应的肩部以限制第一工具件4在第一孔7中的插入。第一工具件4包括第一颈部8，其与第一基座件6中的至少一个第一锁定元件9配合。第一锁定元件9通过第一弹性元件或弹簧10被朝向第一颈部8推动，将第一工具件4保持在第一基座件6的第一孔7内。第一基座件6包括推动器11，其可被手动推动以压缩第一弹性元件10使得第一锁定元件9可以移动到第一颈部8的外部并因此释放第一工具件4。在图1和2所示的实施例中，示出了两个这样的第一锁定元件9。在该实施例中，每个第一锁定元件9是杆，其在第一倾斜引导件12中在杆的每个端部处横穿第一孔7的壁，使得第一锁定元件9可以(通过第一弹性元件10)被移动到锁定位置，其中第一锁定元件9被容纳在第一颈部8中或者可以通过垫圈13移动到第一倾斜引导件12内的解锁位置，使得第一工具件4能够被拆卸。
如已经陈述的那样，第二工具件14穿过第一工具件4中的通道5，并且比第一工具件4更远离工具头3而连接到第二基座件16。类似于第一工具件4，第二工具件14具有第二颈部18，其中第二基座件16中的至少一个第二锁定元件19与第二工具件14接合。第二锁定元件19也通过第二弹性元件20被推入第二颈部18，也位于第二倾斜引导件22中。第二弹性元件20可被向后推，以便通过向后移动帽21来释放第二工具件14，以压缩第二弹性元件20，使得第二锁定元件19可以移动到第二颈部18的外部。不是向后移动帽21，而是可以向前移动第二基座件16的其余部分。
由于第一和第二倾斜引导件12,22，第一弹性元件10和第二弹性元件20都平行于第一工具件4布置。因此，可以将帽21和推动器11彼此面对放置，以便第二基座件16朝向第一基座件6的运动将推动器11和帽21两者压抵于相应的弹簧10,20，从而完全释放工具2。第二工具件14连接于马达26或致动器，其提供操作工具头3所需的机械动力。所述连接穿过力传感器25，力传感器25实时检测施加在工具头3上的力，并且因此能够将数据发送到控制器(未示出)，该控制器减少或增加所述力。在图1至6所示的实施例中，马达26提供沿第二工具件14的往复运动，但是还可以理解，有待传递的动力可以是扭矩。在所示的实施例中，可以将一个或多个限位开关27安装在第二基座件16中，以便在一个或两个方向上标记往复运动的端点。而且，该马达26或致动器可以移动第二基座件16以便推动推动器11和帽21两者，从而释放第一工具件4。
第一工具件4和第二工具件14的两端都是锥形的，以便于进入第一孔7，并暂时移动第一锁定元件9和第二锁定元件19。控制器可以是PLC(可编程逻辑控制器)或通过任何合适的手段(控制屏幕、杠杆刚度等)接收反馈的人类操作员。
利用本发明的工具联接装置，联接和解除联接操作如下：
图3示出了没有工具2接合的工具联接器1。在该位置，推动器11接触第一基座件6。第一锁定元件9在第一倾斜引导件12中处于解锁位置。第一锁定元件9位于第一基座件6的第一孔7的外部。类似地，第二锁定元件19在第二倾斜引导件22中处于解锁位置。第二锁定元件19位于第二基座件16的第二孔17的外部。
第一工具件的联接(图4)：
从图3所示的位置开始，在第一基座件6的第一孔7中引入工具2，克服由第一弹性元件10施加的力而推动第一基座件6，使得第一基座件6移动(在图4中的第一倾斜引导件12的右边缘)并且第一锁定元件9在第一倾斜引导件22内移动，直到它被容纳在第一工具件4的第一颈部8中。在该位置，因为第一锁定元件9被由第一锁定元件9推动的垫圈13按压，所以不能从第一基座件6中拔出第一工具件4，使得第一锁定元件9不能返回到解锁位置(在图4中倾斜引导件12的左边缘)。第二工具件14未与第二基座件16接合。
第二工具件的联接(图5)：
第二工具件14克服第二弹性元件20的力而推动第二基座件16，并且第二锁定元件19在第二倾斜引导件22内移动，直到其被容纳在第二工具件14的第二颈部18中。在该位置，因为第二锁定元件19被由第二锁定元件19推动的帽21的内壁24按压，不能从第二基座件16中抽出第二工具件14，因此第二锁定元件19不能返回到解锁位置(在图5中倾斜引导件22的右边缘)。
在图5中，第一和第二工具件都被接合并且工具被完全接合。
第二工具件的解除联接(图6)：
克服第二弹性元件20的力(朝向图6中右侧)推动帽21，帽21的内壁24将第二锁定元件19推向解锁位置(在图6中第二倾斜引导件22的右边缘)。
第一工具件的解除联接(图6)：
克服第一弹性元件10的力将推动器11推向图6中左侧，推动器11的垫圈13将第一锁定元件9推向解锁位置，在图6第一倾斜引导件12的左边缘。
图7示出了用于工具2的解除联接的不同方式。在该实施例中，马达26致动使得第二基座件16(朝向图7中左侧)移动，将帽21推抵于第一基座件6，直到帽21相对于第二基座件16的运动向后移动(朝向图7中右侧)。帽21压缩第二弹性元件20，使得第二锁定元件19在第二倾斜引导件22内移动到解锁位置，使第二工具件14解锁。马达26进一步致动引起第二基座件16的进一步运动，推动第一基座件6(朝向图7中左侧)压缩第一弹性元件10，使得第一锁元件9在第一倾斜引导件12内部移动到解锁位置，从而解锁第一工具件4。
在本文中，术语“包括”及其派生词(例如“包括着”等)不应以排除的含义理解，也就是说，这些术语不应被解释为排除所描述和所定义的内容可能包括其他元素、步骤等的可能性。
本发明显然不限于本文所述的具体实施例，还包括本领域技术人员可以考虑的任何变化(例如，关于材料、尺寸、部件、配置等的选择)，都落在权利要求中限定的本发明的一般范围内。

Claims (12)

1.用于将工具联接到基座的工具联接器，所述工具包括第一工具件(4)和第二工具件(14)，所述第二工具件(14)相对于所述第一工具件(4)可移动，其特征在于，所述工具联接器包括：第一基座件(6)，其用于可拆卸地保持有待联接的所述工具的所述第一工具件(4)；和第二基座件(16)，其相对于所述第一基座件(6)可移动，用于可拆卸地保持有待联接的所述工具的所述第二工具件(14)，其中：
-所述第一基座件(6)包括相对于所述第一基座件(6)可移动的推动器(11)，用于当工具被联接到所述工具联接器时拆卸所述第一工具件(4)；和
-所述第二基座件(16)包括相对于所述第二基座件(16)可移动的帽(21)，用于当工具被联接到所述工具联接器时拆卸所述第二工具件(14)；
所述第二基座件(16)可往复运动，由马达(26)致动并可附接到所述有待联接的工具的所述第二工具件(14)，以来回移动第二工具件(14)。
2.根据权利要求1所述的工具联接器，其中所述第二基座件(16)通过力传感器(25)连接到马达(26)或致动器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接器，其中所述第一基座件(6)包括至少一个第一锁定元件(9)和第一倾斜引导件(12)，所述第一锁定元件(9)被容纳在所述第一倾斜引导件(12)内部并且从锁定位置可移动到非锁定位置，其中在所述锁定位置，所述第一锁定元件(9)至少部分地被容纳在所述第一工具件(4)的第一颈部(8)中，使得所述第一工具件(4)不能从所述第一基座件(6)拆卸，所述第一基座件(6)还包括用于将所述第一锁定元件(9)推向所述锁定位置的第一弹性元件(10)。
4.根据权利要求3所述的工具联接器，其中，所述推动器(11)包括垫圈(13)，并且所述推动器(11)被安装在所述第一基座件(6)上，使得所述第一弹性元件(10)将所述垫圈(13)推抵于所述第一锁定元件(9)，用于将所述第一锁定元件(9)移动到所述第一倾斜引导件(12)内的所述锁定位置，使得所述第一工具件(4)被接合。
5.根据权利要求4所述的工具联接器，其中，所述推动器(11)被手动操作以相对于所述第一基座件(6)移动，从而将所述垫圈(13)推抵于所述第一弹性元件(10)，以将所述第一锁定元件(9)移动到所述第一倾斜引导件(12)内的所述非锁定位置，使得所述第一工具件(4)能够被拆卸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接器，其中，所述第二基座件(16)包括至少一个第二锁定元件(19)和第二倾斜引导件(2)，所述第二锁定元件(19)被容纳在所述倾斜引导件(2)中，并且从锁定位置可移动到非锁定位置，其中在所述锁定位置，所述第二锁定元件(19)至少部分地被容纳在所述第二工具(14)的第二颈部(18)中，使得所述第二工具件(14)不能从所述第二基座件(16)拆卸，所述第二基座件(16)还包括将所述第二锁定元件(19)推向所述锁定位置的第二弹性元件(20)。
7.根据权利要求6所述的工具联接器，其中所述帽(21)包括内壁(24)，并且所述帽(21)被安装在所述第二基座件(16)上方，使得所述第二弹性元件(20)将所述内壁(24)推抵于所述第二锁定元件(19)，用于将所述第二锁定元件(19)移动到所述第二倾斜引导件(22)内的所述锁定位置，使得所述第二工具件(14)被接合。
8.根据权利要求7所述的工具联接器，其中所述帽(21)被手动操作以相对于所述第二基座件(16)移动，从而将所述内壁(24)推抵于所述第二弹性元件(20)，以将所述第二锁元件(19)移动到所述第二倾斜引导件(22)内的所述非锁定位置，使得所述第二工具件(14)能够被拆卸。
9.根据权利要求6所述的工具联接器，其中，所述第二基座件(16)可移动，由马达(26)致动，用于将所述帽(21)推抵于所述第一基座件(6)，使得所述内壁(24)推抵于所述第二弹性元件(20)，以将所述第二锁定元件(19)移动到所述第二倾斜引导件(22)内的所述非锁定位置，使得所述第二工具件(14)能够被拆卸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接器，其中，所述第二工具件(14)是往复式缆索或杆。
11.根据前述权利要求中任一项所述的工具联接器，其中，所述基座是机器人手臂或机床。
12.一种组件，包括如前述权利要求中任一项所述的工具联接器和工具，所述工具包括第一工具件(4)和第二工具件(14)，所述第二工具件(14)相对于所述第一工具件可移动(4)。
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