CN111417494A - 用于将运动链的最后一节连接至搬运装置的转接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将搬运装置(1)的运动链的最后一节(80)连接至所述搬运装置的转接系统，其中所述最后一节(80)具有计算与存储模块(94)以及至少一个执行器(83，84)和/或至少一个传感器。其中，在倒数第二(15)与最后一节(80)之间布置有至少三个依次定位的系统模块(20，30，50)。第一系统模块(20)为机械模块，电气和/或气动连接线穿过该机械模块。在第二系统模块(30)中，连接线与机电一体化的组合接口(39)的负转接头几何形状(38)的转移点(65)连接。在第二系统模块(30)与最后一节(80)之间以可耦合的方式布置有至少一个其他系统模块(50)。第三系统模块(50)具有电子组件(71)，其根据最后一节(80)的设备接口对预设的系统体系结构进行调整。

Description

用于将运动链的最后一节连接至搬运装置的转接系统

技术领域

本发明涉及一种用于将搬运装置的运动链的最后一节连接至这个搬运装置的转接系统，其中所述最后一节具有计算与存储模块以及至少一个执行器和/或至少一个传感器。

背景技术

此搬运装置结合最后一节例如为多节式的6轴机械手，其载有并行抓持器。

由DE 10 2015 012 779 A1已知这种用于机械地抓持工件的并行抓持器。抓持器的抓臂由机电驱动器驱动。处于抓持器壳体内的驱动电动机受远离抓持装置布置的可编程控制器控制。为此，在抓持器壳体中布置有用于与可编程控制器进行点对点通信的数据接口。此外，在抓持器壳体中安放有至少一个用于此抓持器的应用软件的计算与存储单元，以及伺服调节器。伺服调节器具有封闭式级联调节器、驱动电动机的控制装置和用于旋转编码器的编码器接口。

这种智能执行器通常也具有同样智能的传感器。单个传感器由基础传感器、电子分析设备和至少一个通信接口组成。执行器和传感器分别具有接口，在搬运设备的自动化环境中通常必须将这些接口集成至现有的系统体系结构中。在此体系结构内，不同的硬件平台或多或少地贯穿协调自动化平面，这些硬件平台从传感器和/或执行器总线经由现场总线和工厂总线延伸至主导平面。

发明内容

本发明的问题在于提供一种用于将搬运装置的运动链的最后一节连接至所述搬运装置的转接系统，所述转接系统可以用来使得运动链的配设有执行器和传感器的最后一节被集成至控制性和调节性后台软硬件的系统体系结构中。

这个问题的解决方案为主权利要求的特征。其中，在运动链的倒数第二和最后一节之间布置有至少三个依次定位的系统模块。第一系统模块为与倒数第二节机械匹配的机械模块，电气和/或气动连接线穿过该机械模块。在第二系统模块中，电气和/或气动连接线与机电一体化的组合接口的负转接头几何形状的转移点连接。在第二系统模块与最后一节之间布置有至少一个其他系统模块，其中这个系统模块正如其他系统模块那样，为了与前一系统模块连接在一起而具有正转接头几何形状，且为了与后一系统模块连接在一起而具有至少一个负转接头几何形状。在单个组合接口中，相接触的正负转接头几何形状设计为互补的。正负转接头几何形状可以借助耦合装置以防止相互扭转、防丢以及形状稳定的方式连接。第三系统模块具有电子组件，其对输入电气连接线的与预设系统体系结构进行交换的通信数据进行调整或转换，以便与最后一节的设备接口进行通信，并且可以通过负转接头几何形状的相应转移点进行通信。

各系统模块均多层地相继布置，并且可以局部地任意交换顺序。

由于在通信模块中装入用于四个端口的IO-Link主设备，就能为一个系统模块提供多个分支。其中，这个系统模块在其顶侧具有正转接头几何形状且在其下方区域内具有二至四个负转接头几何形状。负转接头几何形状的连接平面例如可以在一个平面内并排布置或布置成一个圈。在另一实施方式中，连接平面的法线例如处于圆锥曲面上。

附图说明

本发明的更多细节参阅从属权利要求和下文对至少一个示意性示出的实施方式的描述。

图1：搬运装置连同通过转接系统转接的抓持器的透视图；

图2：所述转接系统连同图1中的抓持器从斜上方的分解透视图；

图3：组合接口的正转接元件的放大图；

图4：所述转接系统连同图1中的抓持器从斜下方的分解透视图；

图5：组合接口的负转接元件的放大图；

图6：由抓持器与通信模块组成的组合的侧视图；

图7：图6的纵剖图。

具体实施方式

图1示出构建为关节式机械手的具有所谓的RRR运动学的搬运装置(1)。关节式机械手(1)的串行运动结构具有三个旋转主轴和三个旋转副轴。主轴为A轴(3)、B轴(5)和C轴(7)。A轴(3)为具有竖直旋转轴的转台(4)，该转台支承在搬运装置的底板(2)上。转台(4)作为第一运动链节支承可围绕水平的B轴(5)偏转(例如210度)的脚杆(6)。C轴(7)作为具有同样水平的偏转轴的节设在脚杆(6)的自由端上，该C轴载有肘杆(8)。肘杆(8)可相对脚杆(6)偏转例如270度。

第一副轴，也就是D轴(11)，为旋转轴。该副轴由可围绕其纵轴旋转的支臂(12)构成，该支臂支承在肘杆(8)的自由端上。

第二副轴为E轴(13)，手杆(14)可围绕该副轴偏转例如270度地支承。手杆(14)载有可偏转360度的转盘，该转盘可围绕F轴(16)旋转地支承。转盘为运动链的倒数第二节(15)。转接系统(19)连同抓持器(80)紧固在该节上。

通过对各轴(3，5，7，11，13，16)实施相应的协调性控制，就能近乎任意地驶过设置在关节式机械手(10)的工作腔中的直线路线或弯曲轨线。这一点也可以借助基于笛卡尔、圆柱或极坐标型机械手的搬运设备来实现。在此情形下，机械手相应地具有TTT、RTT或RRT运动学。其中，“T”代表平移式，“R”代表旋转式主轴或导引装置。

作为这些机械手的替代，同样可以应用某个搬运设备，其具有并行或混合结构作为串行结构的替代。可以应用三角、五角或六角作为并行结构。

图2示出转接系统(19)连同抓持器(80)从斜上方观察的分解透视图。转接系统(19)在实施例中包括四个相继布置的模块。这些模块的顺序为机械模块(20)、连接模块(30)、变形模块(40)和通信模块(50)。

机械模块(20)具有至少局部呈截锥形的基础模块壳体(21)，机械模块通过该基础模块壳体刚性地紧固在转盘(15)上。为此，基础模块壳体(21)在其顶侧上具有方形塞(22)，其在转盘(15)中形状配合地卡入相应的凹口。在图4中，机械模块(20)在其底侧上具有较大的定心沉孔(23)。在基础模块壳体(21)的外边缘与定心沉孔(23)之间布置有用于相对可加装的后续模块实施防扭保护的定心塞(24)。基础模块壳体(21)的顶侧和底侧通过中心通孔(25)相连。在此未示出的是，气动软管以及由多个芯线和绞合线制成的电缆束穿过通孔(25)。

机械模块(20)连同后续模块，也就是连接模块(30)，形成机械接口(29)。连接模块(30)具有同样局部呈截锥形的连接壳体(31)。正如在基础模块壳体(21)中那样，连接壳体(31)的直径在此同样朝转盘(15)增大。在图2中，连接壳体(31)的顶侧具有突出的环绕式定心环(32)，在其内部设有较大的凹槽。在凹槽中心布置有用于输送加压空气的进入管道(36)。在进入管道(36)左边设有电缆夹(35)，通过该电缆夹将上述电缆束以抗拉的方式锁定在机械模块(20)中。在连接壳体(31)的外边缘与定心环(32)之间布置有定位销孔(33)，在制造机械接口(29)时，机械模块(20)的定心塞(24)以定心的方式伸入该定位销孔。

在图4中，连接模块(30)的底侧嵌入大体呈圆形的例如中心盖部(61)，在其中心布置有板载板(63)并且用三个螺丝紧固。底侧连同盖部(61)和板载板(63)形成负转接头几何形状(38)。

板载板(63)在图5中单独示出。其中，板载板布置在其盖部(61)的凹口中。板载板(63)在其中心具有钻孔(64)，相应的后续模块的进入管道(60)以较大的间距伸入该钻孔。环绕钻孔(64)布置有例如16个接触板(65)。其中，十三个接触板(65)分成三组布置成一个大圈。接触板在组内的角分布为例如21度。其他三个接触板(65)因用于螺接板载板(63)的空间需求而朝钻孔(64)错开。接触板(65)的相应顶侧处于盖部(61)的外表面下方约0.1mm处。在接触板(65)与钻孔(64)之间设有12个围成一圈的较小的焊接连接孔(66)。

在空心的连接壳体(31)中，保持在电缆夹(35)中的电缆束的各芯线和绞合线主要通过焊接连接孔(66)与接触板(65)以导电的方式连接。

在图2中的分解图中，连接模块(30)紧接变形模块(40)。这两个模块(30，40)的连接为第一组合接口(39)。

变形模块(40)大体由壳体上部(41)、壳体下部(44)和布置在其间的弹性体层(43)构成。弹性体层(43)为柔性的壳体壁。

在变形模块(40)中例如装有辐条结构的力-力矩传感器。这个传感器由配设有方形辐条的脚环构成，该脚环具有中心圆盘、头环和四个方柱。方柱将圆盘与头环连接在一起。在每个柱上和每个辐条上均布置有一个应变计对。可以通过应变计的电阻变化由柱和/或辐条的弹性变形测定出就坐标轴而言起作用的力和力矩。其中，脚环紧固在壳体上部(41)上，而头环固定在壳体下部(44)上。通过6×8矩阵向量乘法将传感器所发出的信号转换成用于力和力矩的值。为此，变形模块具有自有的计算模块。通过转接系统的模块的线路和接触点将计算值传输至抓持器的计算与存储单元，以便在该处根据杆长度调整计算值，视转接系统的具体结构，该杆长度在变形模块(40)与抓臂(89)之间产生。

变形模块(40)在壳体上部(41)中具有正转接头几何形状(42)，其与载有变形模块(40)的模块的负转接头几何形状抵靠在一起。正如在连接模块(30)中已知的那样，壳体下部(44)具有负转接头几何形状(48)。正转接头几何形状(42)的触点的大部分与负转接头几何形状(48)的接触板接通。

如图2和图4所示，变形模块(40)连接通信模块(50)。模块(40，50)的朝向彼此的转接头几何形状(48，55)形成第二组合接口(49)。

通信模块(50)具有包含圆柱形外壁的通信壳体(51)。在通信模块(50)的顶侧中齐平地装有平整的盖部(54)。在盖部(54)的凹陷(59)中紧固有较深的销载板(56)，参阅图3。在大体浑圆的载板(56)上设有16个接触销(57)。在接触销(57)中集成有较小的螺旋弹簧，其实现最大1.5mm的接触销行程。接触销(57)的最高点在未受力状态下伸出盖部(54)的顶侧约1mm。接触销(57)在销载板(56)上的分布对应于接触板(65)在板载板(63)上的分布。对焊接连接孔(66)而言也是如此。

通信壳体(51)的顶侧连同盖部(54)和销载板(56)形成正转接头几何形状(38)。

转接头几何形状(38)的结构形式与在变形模块(40)中和在抓持器(80)的顶侧区域内相同。在这个模块中，正转接头几何形状(55)的大部分接触销(57)同样与负转接头几何形状(62)的接触板(65)接通。因此，电源供应同样主要是从顶侧传输至底侧。

在通信壳体(51)的内腔中例如装有构建在多个线路板(72)上的电子模块(71)，其通过这两个带电流和信号的接口经由相邻模块与抓持器(80)和控制搬运装置(1)的可编程逻辑控制器(PLC)连接。由于抓持器(80)具有机载IO-Link接口，但机械手系统使用不同的现场总线，因此，在此需要集成式的“以太网到IO-Link”转接头。电子模块(71)为IO-Link主设备，其例如操作四个IO-Link通道。此外，在电子模块中可以通过固件设置尽可能多的以太网-现场总线协议。电子模块同样针对内部电源供应具有自有的供电设备。此外，在此还设有以太网端口的内部分接头以连接摄像头(74)。

在图2和图4中，通信壳体(51)侧向地具有至少近似立方形的凸起(73)作为摄像头壳体。摄像头(74)放置在该凸起中。其摄像镜头布置在凸起(73)的底侧中的凹口之后。摄像镜头的光轴与设在抓臂(89)与抓持器(80)之间的夹紧空间大约在中心相交。因此，摄像头(74)的可见范围包括需要抓持的工件和抓臂(89)。在凸起(73)的底侧上环绕摄像镜头地布置有例如四个照亮夹紧空间的照明发光二极管(75)。

在图2中，抓持器(80)作为运动链的最后一节对接在通信模块(50)上。对接点形成第三组合接口(79)。

图7中示出抓持器(80)连同通信模块(50)的纵剖图。据此，抓持器(80)由电子部件和机械部件构成。抓持器通过基础壳体(91)紧固在通信模块(50)上。其中，结构上与正转接头几何形状(42)和(54)类似的正基础转接元件(92)抵靠在通信模块(50)的负转接头几何形状(62)上。

为了使得模块(30，40，50)与抓持器(80)能够可靠、简单且快速地相连，在图7中，模块(50)与抓持器(80)通过卡口连接机械地联接。为此，在相应的正转接头几何形状的边缘区域内的模块壳体(31，41，51)上和抓持器壳体(81)上布置有多个分布在周边上的卡口舌片(53)，参阅图6。

此外，每个模块壳体(31，41，51)均在壳体外壁上的相应负转接头几何形状的边缘区域内具有一个轴环(76)，细螺纹(82)被置入该轴环。在细螺纹上旋接有卡口环(77)。卡口环(77)在其底侧上具有环绕式的卡口连接片，其沿周边至少具有与模块壳体(31，41，51)所具有的卡口舌片(53)一样多的中断。

为了使得模块壳体(31，41，51)相连，将需要连接的模块的正负转接头几何形状放置在一起，其中卡口舌片(53)以一定的间隙与卡口环(77)的中断相匹配。通过螺接卡口环(77)，卡口连接片在径向上抵靠在卡口舌片(53)上，从而通过细螺纹将模块壳体(31，41，51)拉向彼此。为了预设定义的保持力，卡口环(77)可以具有扭转止挡。

在旋紧卡口环(77)后，通过手动作用力(在不使用工具的情况下)将模块(30，40，50)与抓持器(80)形状稳定地相连。在此过程中，全部的电接触均在相接触的转接头几何形状之间产生。

如图6和图7所示，在耦合时，也将模块气动地相连。为此，各有一个装入相应的正转接头几何形状的进入管道(60)以定心的方式沉入布置在负转接头几何形状的之后的进入孔(67)，参阅图7。在进入孔(67)中布置有密封环(68)。

模块(30，40，50)以及抓持器(80)借助定位销-定位销孔组合来防止围绕中心线(16)相互扭转。

图4和6示出用于连接模块的替代方法。在该处，各有三个接片(45)平行于中心线(16)地垂直地突出于每个模块的正转接头几何形状，这些接片在模块相接触时伸入相应的相邻模块的长孔状接片凹口(46)。每个接片(45)均具有一个螺纹孔。在相邻模块中，在各接片凹口(46)的区域内分别设有一个径向沉头孔(69)。为使得模块相互固定，将被拧紧在接片(45)的相应螺纹中的螺丝(47)嵌入相应的沉头孔(69)。

在抓持器(80)中，抓持器壳体(81)连接基础壳体(91)，该抓持器壳体通过支撑插入部(82)装在基础壳体(91)中。支撑插入部(82)借助后方卡合来固定抓持器壳体(81)。

在抓持器壳体(81)中仅示例性地布置有一个气缸-活塞单元(83，84)作为抓臂(89)的调节驱动器。气缸-活塞单元的气缸(83)居中紧固在支撑插入部(82)上。在气缸(83)的底部布置有用于导引两个可并排移行的滑座(87)的导轨(85)，该底部具有用于在气缸(83)中导引的活塞(84)的活塞杆的豁口。每个滑座(87)均载有一个抓臂(89)。

活塞(84)借助楔形钩传动装置(86)移动滑座(87)。为此，在活塞杆上紧固有两个楔形钩(88)。各有一个楔形钩(88)卡入滑座(87)的倾斜延伸的槽。在活塞杆的每个行程运动中，滑座(87)均横向于该活塞杆在强制导引下运动。活塞(84)的最终位置可以借助至少两个传感器进行编排。压力传感器视情况在楔形钩(88)上对在保持工件时存在于抓臂(89)上的夹紧力进行测量。

此外，在基础壳体(91)中布置有至少一个气动阀，以便以电子控制的方式为气缸(83)的压力室输送加压空气或将这个加压空气吹走。

作为图7所示抓持器的替代，通常使用具有机电驱动器的抓持器，参阅DE 10 2015012 779 A1的平行抓持器。

在这种抓持器的壳体中装有完整的伺服调节器或伺服轴调节器连同附属的计算与存储模块。伺服调节器由厂方如此地编程，使得最终使用者或机器操作者不需要任何特别的专业知识来将抓持装置调节至抓持物品或工件上。其中，抓持物品形状稳定且具有弹性。

除例如抓持行程以及弹性相关和抓持宽度相关的抓持行程补充等简单的参数外，可以在计算与存储模块中针对例如客户指定的某些特定的抓持物品保存特殊分类的抓持方案，机器操作者可以通过抓持物品编号调取这些抓持方案。以这种方式就能在两个已知的不同抓持任务间进行快速转换。

为此，伺服调节器和附属的计算与存储模块直接设在抓持器的壳体中。由制造商将所有抓持装置专用的值和调节设定直接编写进抓持装置软件。用于新的抓持任务的抓持方案由客户方的机器操作者以手动控制的方式学会，并且例如连同新的抓持物品编号一起直接且永久地保存在装置的计算与存储模块中。要么自动选择下一个自由编号作为新的抓持物品编号，要么通过PLC的输入键盘进行数字输入。其他设置或学习过程通常也通过这个键盘预设。

由机器操作者输入的抓持物品编号相关数据集可以更改或删除，而无需为此对机床的可编程控制器进行干预。

在抓持装置自有的计算与存储模块中可选地编入测量与分析算法，其可以在常规的抓持功能期间测量和记录环境参数，如壳体温度、壳体振动、结构声等等。将这些数据转换成磨损统计数据，以便由此测定出下一次维护或设备检修的时间点，并且例如在装置上例如以声音或光学的方式显示出到达这个时间点。也可以将环境参数以及/或者其分析和注释从计算与存储模块经由抓持装置自有的数据接口，也就是通信模块(50)，传输回控制搬运装置(1)或设备的可编程逻辑控制器。

在图2中，在抓持器壳体(81)上布置有两个分别形式为FSR传感器(96)的电阻式力传感器。借助这些传感器，就能由机器操作者现场打开或闭合抓持器(80)。

同样可以采用附图所示实施例的组合。

附图标记说明

1 搬运装置，关节式机械手，6轴机械手

2 底板

3 A轴

4 转台，第一节

5 B轴

6 脚杆

7 C轴

8 肘杆

11 D轴

12 支臂

13 E轴

14 手杆

15 倒数第二节；转盘

16 F轴，偏转轴，中心线

19 转接系统(模块的总和)

20 机械模块，第一系统模块

21 基础模块壳体

22 方形塞

23 定心沉孔

24 定心塞

25 通孔

29 机械接口

30 连接模块，第二系统模块

31 连接壳体，模块壳体

32 定心环

33 定位销孔

34 变径截锥

35 电缆夹

36 直径较大的进入管道

38 负转接头几何形状

39 第一组合接口

40 变形模块，第四模块

41 壳体上部，模块壳体

42 正转接头几何形状

43 弹性体层

44 壳体下部

45 接片

46 长孔形的接片凹口

47 螺丝

48 负转接头几何形状

49 第二组合接口

50 通信模块，第三模块

51 通信壳体，模块壳体

52 负转接头几何形状区域内的外螺纹

53 卡口舌片，卡口夹紧系统的部分

54 上盖部

55 正转接头几何形状

56 销载板

57 接触销，用于电能和信号的转移点

58 焊接连接孔

59 (51)中用于(56)的凹陷

60 进入管道，用于加压空气或气体的转移点

61 下盖部

62 负转接头几何形状

63 板载板

64 中心钻孔

65 接触板，用于电能和信号的转移点

66 焊接连接孔

67 进入孔，用于加压空气或气体的转移点

68 密封环

69 用于(47)的沉头孔

71 电子组件，视情况可更换的

72 内置线路板，

73 凸起，摄像头壳体，可选的

74 摄像头，可选的

75 照明发光二极管，可选的

76 具有细螺纹的轴环

77 卡口环，外部刻槽的，卡口夹紧系统的部分

79 第三组合接口，卡口夹紧系统的部分

80 最后一节；抓持器

81 抓持器壳体

82 支撑插入部

83 气缸

84 活塞，气动活塞

85 导轨

86 楔形钩传动装置

87 滑座

88 楔形钩

89 抓臂

91 基础壳体

92 正基础转接元件

93 电子装置

94 计算与存储模块

96 FSR传感器

Claims (7)

1.一种用于将搬运装置(1)的运动链的最后一节(80)连接至所述搬运装置的转接系统，其中所述最后一节(80)具有计算与存储模块(94)以及至少一个执行器(83，84)和/或至少一个传感器，其特征在于，

在所述运动链的倒数第二(15)与最后一节(80)之间布置有至少三个依次定位的系统模块(20，30，50)，

第一系统模块(20)为与所述倒数第二节(15)机械匹配的机械模块，所述电气和/或气动连接线穿过所述机械模块，

在第二系统模块(30)中，所述电气和/或气动连接线与机电一体化的组合接口(39)的负转接头几何形状(38)的转移点(65)连接，

在所述第二系统模块(30)与所述最后一节(80)之间布置有至少一个其他系统模块(50)，其中所述系统模块(50)正如其他系统模块(40)那样，为了与前一系统模块连接在一起而具有正转接头几何形状，且为了与后一系统模块连接在一起而具有负转接头几何形状，

在所述单个组合接口(39，49，79)中，所述相接触的正负转接头几何形状设计为互补的，

所述正负转接头几何形状可以借助耦合装置以防止相互扭转、防丢以及形状稳定的方式连接，

第三系统模块(50)具有电子组件(71)，所述电子组件对所述输入电气连接线的与所述预设系统体系结构进行交换的通信数据进行调整或转换，以便与所述最后一节(80)的设备接口进行通信，并且可以通过所述负转接头几何形状的相应转移点进行通信。

2.根据权利要求1所述的转接系统，其特征在于，所述运动链的最后一节(80)为抓持器。

3.根据权利要求2所述的转接系统，其特征在于，所述第三系统模块(50)在所述模块壳体(51)上具有凸起(73)，用于观察设在所述抓臂(89)之间的空间的摄像头(74)布置在所述凸起中。

4.根据权利要求1所述的转接系统，其特征在于，第四系统模块(40)为变形模块，其在两个相互垂直的平面内对由至少一个系统模块与所述最后一节(80)组成的组合的弯曲进行测量，其中所述两个平面的相交线为所述系统模块(20，30，40，50)的中心线(16)。

5.根据权利要求1所述的转接系统，其特征在于，将所述系统模块(30，40，50)连接在一起的耦合装置为卡口夹紧系统(53，76，77)，在所述卡口夹紧系统中，每个系统模块(30，40，50)在第一端侧上具有包含后方卡合连接片的螺丝环(77)，在第二端侧上具有径向地突出的卡口舌片(53)。

6.根据权利要求5所述的转接系统，其特征在于，所述卡口夹紧系统(53，76，77)配设有可电子监控的端部止挡，其对所述夹紧位置进行检测。

7.根据权利要求1所述的转接系统，其特征在于，一个系统模块具有一个正转接头几何形状以及两个或两个以上的负转接头几何形状，其中所述负转接头几何形状的连接平面处于一或多个平面内。

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