CN110914018A - 机器人夹持器 - Google Patents

Abstract

一种机器人夹持器具有外壳，所述外壳包含至少一个柔性腔室、至少一个指状物通道和至少一个杆柱通道；指状物，所述指状物被配置为插入在所述指状物通道内；以及至少一个杆柱，所述至少一个杆柱具有带有一个或更多个端口的基部、与所述端口连通的管道、以及用于进入所述管道的一个或更多个杆柱孔口；其中所述至少一个杆柱被配置为在所述一个或更多个杆柱孔口与所述一个或更多个柔性腔室对齐的情况下插入在所述至少一个杆柱通道内，使得所述柔性腔室与所述管道流体连通。随着流体进入第一组腔室，腔室扩张，由此使被附接到其的指状物在枢转点上枢转，从而使指状物的工作端闭合在一起。

Description

机器人夹持器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月22日提交的美国临时申请序列号62/523,685的权益，其以引用方式被并入本文。

技术领域

本公开涉及自动化机器和制造。更具体地，本公开涉及机器人夹持器。

背景技术

自动化机器的使用近年来稳定增加，特别是由于其能够增加生产速度同时减少人为错误。许多系统需要气动夹持器来夹持并运送各种部件。标准的气动夹持器具有内部滑动活塞和机构来一致地移动两个或更多个夹持指状物。然而，这些夹持器具有若干缺点，若干缺点中的许多由所需的多个移动零件引起。例如，由于多个零件，存在增加的摩擦，导致能量损失和摩擦(导致污染和精度的损失两者)。另外，零件的数量越高，那些零件中的一个失效的可能性越高。同样地，由于多个零件的制造和组装，制造夹持器的成本越来越高。本领域中已经尝试解决这些问题。例如，一些尝试包括使用波纹管/风箱(bellows)来致动夹持器(例如，US8011708)。‘708专利公开了刚性框架的使用，该刚性框架在波纹管响应于压力而展开时挠曲。然而，刚性材料具有有限的疲劳寿命，从而导致失效。另外，在‘708专利中提供的波纹管仅提供指状物的横向扩张，这由于中心框架区段的宽度而限制了夹持范围。

另一方法使用具有整体夹持指状物的可膨胀腔室(例如，DE4432253)。然而，找到一种对于指状物来说足够刚性的材料，同时具有膨胀腔室的柔性和伸长性，这是一个折衷方案。

本领域中的机器人夹持器的另一限制是夹持器不能被部分地和/或缓慢地致动用于精细物体的精确夹持。换言之，一旦到达压力，液压装置一般引起指状物完全打开或完全关闭，这在夹持精细物体时产生了问题。

因此，尽管现有技术中的尝试，但是依然存在对于制造起来相对便宜、几乎没有移动零件、没有滑动零件、在夹持上维持一致性并且可以被缓慢地或部分地致动用于夹持精细物体的机器人夹持器的需求。本公开旨在解决这些和其他问题。

发明内容

一种机器人夹持器包含外壳，所述外壳包含至少一个柔性腔室、至少一个指状物通道和至少一个杆柱通道；指状物，所述指状物被配置为插入在所述指状物通道内；以及至少一个杆柱，所述至少一个杆柱包含具有一个或更多个端口的基部、与所述端口连通的管道，以及用于进入所述管道的一个或更多个杆柱孔口；其中所述至少一个杆柱被配置为在所述一个或更多个杆柱孔口与所述一个或更多个柔性腔室对齐的情况下插入在所述至少一个杆柱通道内，使得所述柔性腔室与所述管道流体连通。

在一个实施例中，一种机器人夹持器包含基部、至少一个杆柱、至少一个腔室和至少一个指状物。

在一个实施例中，一种机器人夹持器包含夹持器的阵列和杆柱的阵列，每个夹持器包括被耦接到多个指状物的多个外壳构件。每个外壳构件包含一个或更多个腔室。在一个实施例中，每个杆柱具有通过所述基部的连接端口，用于使其中的流体经过管道。在另一实施例中，所述基部具有通过其中的一个或更多个通道，从而允许所述夹持器由到所述基部的少到一个连接端口来控制。

附图说明

图1是夹持球的机器人夹持器的前视图；

图2是夹持球的机器人夹持器的侧视图；

图3是机器人夹持器的分解视图；

图4是机器人夹持器的分解视图的横截面；

图5是夹持球的机器人夹持器的前横截面；

图6是夹持球的机器人夹持器的横截面透视图；

图7是夹持球的机器人夹持器的内部视图；

图8是夹持球的机器人夹持器的内部视图；

图9是夹持球的机器人夹持器的侧视截面图；

图10是处于自然位置的机器人夹持器的透视图；

图11是处于第一致动位置的机器人夹持器的透视图；

图12是处于第二致动位置的机器人夹持器的透视图；

图13是具有两个腔室的机器人夹持器的透视图；

图14是具有两个腔室的机器人夹持器的替代性构造；

图15是具有单个腔室的机器人夹持器的透视图；

图16是替代构造的具有两个腔室的机器人夹持器的透视图；

图17是具有六个腔室和三个指状物的机器人夹持器的透视图；

图18图示了用于夹持圆形物体的一对定制的指状物尖端；

图19图示了用于夹持敞开容器的一对定制的指状物尖端；

图20图示了机器人夹持器的阵列的俯视透视图；以及

图21图示了机器人夹持器的阵列的侧视图。

具体实施方式

以下描述仅仅描绘了示例实施例，并不被认为在范围上进行限制。本文中对“本发明”的任何提及不旨在将本发明约束或限制于在本说明书中公开的任何一个或更多个示例性实施例的精确特征或步骤。对“一个实施例”、“一实施例”、“各种实施例”等的提及可以指示如此描述的(一个或多个)实施例可以包括具体的特征、结构或特性，但不是每一个实施例必须包括该具体的特征、结构或特性。另外，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的重复使用不一定指的是相同的实施例，但它们可以是相同的实施例。

遍及本公开对附图的提及使用各种数字来进行。所使用的数字仅仅是为了制图者的方便，并且在明显顺序上的数字的缺失不应当被认为进行限制，且不暗含该具体实施例的另外的零件存在。从一个实施例到另一个实施例的编号型式不一定暗含每个实施例具有类似的零件，但它可以具有类似的零件。

相应地，所公开的具体布置旨在仅仅是说明性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及任何和所有等同形式的全部范围给出。尽管本文中采用了特定术语，但他们仅仅在一般且描述性意义上使用，并不是出于限制的目的。除非本文中另外明确限定，此类术语旨在被给予与在相关行业中可适用而不限制于下文中描述的任何特定实施例的意义一致的其宽泛的、普通的且惯例的意义。如本文中使用的，冠词“一”旨在包括一个或更多个项目。当在本文中被用来结合项目的列表时，术语“或”表示项目中的至少一个，但不排除该列表中的多个项目。对于示例性方法或过程，本文中描述的顺序和/或布置是说明性的，并不是限制性的。

应当理解，任何此类过程或方法的步骤不限制于以任何具体的顺序、布置、或利用任何特定的图形或界面被执行。实际上，所公开的过程或方法的步骤一般可以以各种顺序和布置被执行，同时仍然落在本发明的范围内。

术语“耦接”可以意味着两个或更多个元件直接物理接触。然而，“耦接”还可以意味着两个或更多个元件不与彼此直接接触，但是仍然与彼此协作或相互作用。

如关于实施例使用的术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义的，并且一般旨在作为“开放性”术语(例如，术语“包括”应当被解读为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解读为“至少具有”，术语“包括”应当被解读为“包括但不限于”等)。

如之前讨论的，存在对于制造起来相对便宜、几乎没有移动零件、没有滑动零件、在夹持上维持一致性并且可以被缓慢地或部分地致动用于夹持精细物体的机器人夹持器的需求。本文中公开的机器人夹持器解决这些需求和其他需求。

在一个实施例中，如在图1-9中示出的，机器人夹持器100包含基部102、外壳104和多个指状物106。基部102包含一个或更多个安装孔108(例如，用于接收螺钉或螺栓的螺纹孔)、至少一个杆柱110A-B、行进通过杆柱110A-B的用于流体(或空气或其他介质)通过的管道和至少一个连接端口114A-B。外壳104被配置为将杆柱110接收在杆柱通道111中。杆柱可以使用耦接板113和螺钉115被固定到外壳104。外壳104被进一步配置为将指状物106接收在指状物通道107中，(一个或多个)指状物通道107位于外壳104的外部中，其中杆柱通道111被置于其之间。外壳104进一步包含多个柔性腔室(第一腔室116和第二腔室118)，其具有第一流体端口117和第二流体端口119。第一流体端口117与第一杆柱端口127对齐，并且第二流体端口119与第二杆柱端口121对齐。在一个使用示例中，流体将会通过端口114B进入，并且进入杆柱110B的管道(即，杆柱110A-B是中空的，从而形成管道)。为了致动机器人夹持器100，流体被迫进入第一腔室116以扩张第一腔室116(类似于波纹管)。换言之，流体通过端口114进入，行进通过管道，并且流过与第一流体端口117对齐的第一杆柱端口119，允许流体进入第一腔室116)。随着流体的压力增加(即，气动压力)，第一腔室116扩张。这使用在性质上是弹性体并且一般落在50A至98A计示硬度的范围内的材料来实现。随着第一腔室116扩张，指状物106的第一端120被迫向外(例如参见图11)。随着指状物106的第一端120向外移动，指状物106的远端122(其可以具有在其上的尖端125)向内枢转，减小指状物106的远端122和尖端125之间的距离。这允许尖端125夹持物品，诸如在附图中示出的球126。这种枢转动作是将第一腔室116与第二腔室118分开的实心区段124的结果。在以上示例中，因为第二腔室118未被填充有流体并且是柔性的，所以指状物106的远端122容易闭合。应意识到，指状物106被致动的力是被施加于第一腔室116的流体的压力的功能。同样地，指状物106的远端122之间的距离通过控制流体压力而被容易地控制。因此，通过简单地改变进入第一腔室116的流体的压力，能够根据用户的需求定制夹持强度。这允许用户夹持精细物品，这在现有技术中是难题。另外，流体可以从第一腔室116被撤回，并且被添加到第二腔室118(流体通过基部端口114A进入并且遵循与之前描述的路径类似的路径)，这将会增加指状物106的远端122打开的速度。打开的距离也可以使用距离控制板123来进行控制。换言之，随着邻近基部102的指状物的末端向内移动，它们与距离控制板123接触，这阻止指状物超过预定的距离。然而，距离控制板不是必需的。另外，根据方案的需要，耦接板113也可以被用来阻止指状物尖端125靠的太近。这可以是期望的，以阻止被夹持的物品的意外碰撞。再次，然而，这种板不是必需的。如果没有流体被添加到第二腔室118，指状物106的远端122将会由于腔室116、118的弹性而仍然打开(即，相应远端之间的距离将会增加)。换言之，随着腔室116被排空，它们将会连同第二腔室118一起返回到其自然状态。假如用户需要更宽的打开，流体可以被添加到第二腔室118(作为一示例，参见图12)。同样地，在至少一个实施例中，远端122之间的距离可以通过在第一腔室116上使用真空来增加。随着第一腔室116溃缩，远端122分开。应意识到，存在上面描述的机器人夹持器100的若干益处，包括它具有更少要制造的零件、更少要发生故障的移动零件，它没有滑动零件(这消除了摩擦)，允许通过改变压力的部分闭合，允许指状物106由于相等的腔室压力而一致地移动，并且在重量上更轻，以及其他益处。

如在图1-9中示出的，基部102垂直于杆柱110。然而，这种构造不是必需的。例如，在一个实施例中，如在图10-12中示出的，基部202从杆柱210垂直地延伸。如图所示，安装孔208和连接端口214在基部202的侧面上。任一实施例可以是单个制造的，允许流体容易地流过其中。另外，在一个实施例中，如在图11中示出的，实心区段224可以是刚性的以帮助枢转。硬度可以在50D至80D计示硬度的范围内，其中腔室是50A至98A计示硬度。注意，实心区段224可以具有与外壳204相同的硬度，但也可以比外壳204更刚性以帮助枢转。图10图示了处于自然状态的机器人夹持器，图11图示了被扩张的第一腔室216，其中指状物206之间的距离被减少，并且图12图示了被扩张的第二腔室218，其中指状物206被分开更大的距离。

应意识到，本发明的任何数量的构造是可能的。例如，虽然图1-12图示了四个腔室，但也可以使用更多或更少的腔室。例如，图13图示了机器人夹持器300，机器人夹持器300包含形成杆柱310的基部302、两个柔性腔室316和两个指状物306。因为机器人夹持器300的外壳304仅包含两个腔室316，其中实心区段324在其基部处，当腔室316被扩张时(即，使用流体或空气)，指状物306在实心区段324上枢转并且在腔室316的远端处闭合在一起，从而引起夹持动作。再次，真空也可以被用来溃缩腔室316，引起指状物306分开。如在图14中示出的，实心区段构件424的放置可以在腔室416被扩张时改变指状物406的方向。换言之，当腔室416扩张时，实心区段构件424由于实心区段424邻近基部402而非远离那里(如在图13中图示的)的放置而引起指状物416在远端处向外枢转。在该构造中，真空压力也可以被用来溃缩腔室416，由此闭合指状物406。

应进一步意识到，腔室和指状物的若干组合可以被使用和配置。例如，图15图示了机器人夹持器500，其中支撑基部502和杆柱510进一步包含杆柱指状物505。外壳504包含单个腔室516。因为组合的杆柱510和基部502也充当非移动的杆柱指状物505，所以指状物506和杆柱指状物505夹持物体。换言之，如果真空压力被施加于腔室516，腔室溃缩，这引起指状物506朝向杆柱指状物505移动。应意识到，两个腔室也可以被使用，如在图16中示出的。因此，应理解，机器人夹持器可以包含至少一个指状物、至少一个腔室，以及至少一个基部和杆柱。

还应理解，多于两个指状物也可以被使用。例如，图17图示了机器人夹持器600，机器人夹持器600具有带有连接端口(不可见)的基部602、具有多个第一腔室616和第二腔室618的外壳604、多个指状物606，以及杆柱610。多于两个指状物606的益处是允许夹持器600拾取两个指状物不能充分保持的各种物品。图18-19示出了指状物也可以采取为用户所期望的任何形状。例如，指状物可以被定制为拾取各种物体，包括如在图18中示出的那样拾取圆形物体、或如在图19中示出的那样从内部拾取罐子/玻璃瓶、或拾取用户所期望的任何其他形状。另外，如遍及附图示出的，但是具体地参考图17，指状物606可以具有允许用户容易地将指状物606的夹持部分改变为期望形状的耦接孔口609。换言之，作为用于具有可互换尖端的装置，各种形状的尖端可以被螺接或要不然被耦接(榫槽锁、卡接、弹簧加载的按钮等)到指状物606，从而允许使用的定制。

在又一实施例中，如在图20-21中示出，机器人夹持器700包含夹持器701的阵列和杆柱710的阵列，每个夹持器701包括被耦接到多个指状物706的多个外壳构件704。每个外壳构件704包含一个或更多个腔室(在该视图中不可见)。在一个实施例中，每个杆柱710具有通过基部702的用于每个杆柱710的连接端口，诸如端口714(在该视图中不可见的与杆柱相对的其他端口)，用于使其中的流体经过杆柱710的管道712。在另一实施例中，基部702仅包含两个端口：一个端口用于致动多个第一腔室716和一个端口用于致动第二腔室718。例如，流体行进通过基部702中的两个连接端口并进入基部702内的一个或更多个通道，每个通道通向杆柱710中的管道并且相应地通过杆柱孔口721、727通向每个夹持器701的腔室。如图所示，杆柱孔口721、727可以在上方和下方具有o形环孔口729，以便密封孔口721、727和腔室之间的连接。指状物706可以是被耦接到其的尖端725，从而允许夹持的定制。如将会意识到的，腔室716、718将会在这种情况下由于相等的压力而同时扩张和收缩。虽然每个夹持器701被图示为均具有四个腔室，但是这种构造不是必需的，并且每个夹持器可以类似于本文中公开的其他实施例。另外，虽然指状物已经遍及附图被示为可插入在指状物通道内，但是通道不是必需的。换言之，指状物可以被耦接到外壳的外部，而非使用指状物通道被插入到外壳内。螺钉、粘合剂或其他固定装置可以被用来将指状物耦接到外壳的外部。此类修改在本文中被考虑。

上面公开的夹持器的阵列具有优于现有技术的若干优点。目前在本领域中，夹持器的阵列需要每个夹持器具有一组连接端口和相关联的硬件。这增加了每个阵列的复杂性、重量和成本。相比之下，上面描述的阵列可以使用单个连接端口来运行。换言之，因为基部具有经过那里到达每个杆柱710的管道的通道，所以一个连接端口能够同时控制阵列中的每个夹持器。因为仅需要一个连接端口，所以降低了臂端组件的重量。由于加速力，重量在机器人技术中很重要，并且由于力矩臂，重量在臂端组件中是最关键的。由此也减少了材料和成本。因此，本文中公开的阵列是优于现有技术的显著改进。

虽然上述示例已经描述了行进通过杆柱的管道，但是这种构造也同样不是必需的。用于将流体传到腔室的管道可以与杆柱分开而不从其脱离。

从上述内容应意识到，本文中描述的机器人夹持器解决了对于制造起来相对便宜、几乎没有移动零件、没有滑动零件、在夹持上维持一致性并且可以被缓慢地或部分地致动用于夹持精细物体的机器人夹持器的需求。

在上面描述了示例性实施例。在该描述中使用的元件、动作或命令不应当被解释为重要的、必要的、关键的或必不可少的，除非被明确地如此描述。尽管已经在本文中描述了仅仅几个示例性实施例，但是本领域技术人员将会容易地意识到，在实质上不脱离本文的新颖教导和优点的情况下，可以对这些示例性实施例进行许多修改。相应地，所有此类修改都旨在被包括在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种机器人夹持器，包含：

外壳，所述外壳包含至少一个柔性腔室、至少一个指状物通道和至少一个杆柱通道；

指状物，所述指状物被配置为插入在所述指状物通道内；以及

至少一个杆柱，所述至少一个杆柱包含具有一个或更多个端口的基部、与所述端口连通的管道，以及用于进入所述管道的一个或更多个杆柱孔口；

其中所述至少一个杆柱被配置为在所述一个或更多个杆柱孔口与所述一个或更多个柔性腔室对齐的情况下插入在所述至少一个杆柱通道内，使得所述柔性腔室与所述管道流体连通。

2.根据权利要求1所述的机器人夹持器，包含四个腔室、两个指状物和两个杆柱。

3.根据权利要求1所述的机器人夹持器，进一步包含距离控制板。

4.根据权利要求1所述的机器人夹持器，其中所述杆柱和指状物包含刚性材料。

5.根据权利要求1所述的机器人夹持器，其中所述柔性腔室在50A至98A计示硬度的范围内。

6.根据权利要求1所述的机器人夹持器，其中所述指状物可移除地耦接到所述外壳。

7.根据权利要求1所述的机器人夹持器，其中所述指状物包含用于交换尖端的装置。

8.根据权利要求1所述的机器人夹持器，其中所述基部包含形成阵列的多个杆柱，所述多个杆柱被配置为插入到所述多个外壳的所述多个杆柱通道内。

9.根据权利要求8所述的机器人夹持器，其中所述基部包含通过其中通向所述杆柱的所述管道的通道。

10.根据权利要求9所述的机器人夹持器，其中所述基部包含至少一个端口。

11.一种机器人夹持器，包含：

外壳，所述外壳包含至少一个柔性腔室和至少一个杆柱通道；

指状物，所述指状物被耦接到所述外壳；以及

至少一个杆柱，所述至少一个杆柱包含具有一个或更多个端口的基部、与所述端口连通的管道，以及用于进入所述管道的一个或更多个杆柱孔口；

其中所述至少一个杆柱被配置为在所述一个或更多个杆柱孔口与所述一个或更多个柔性腔室对齐的情况下插入在所述至少一个杆柱通道内，使得所述柔性腔室与所述管道流体连通。

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