CN111770853A - 用于对象的抓持装置、具有抓持装置的充电机器人 - Google Patents

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K.方达尔
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Abstract

本发明涉及一种用于对象的抓持装置(20)以及一种具有这种抓持装置(20)的充电机器人。所述抓持装置(20)具有壳体(21)，所述壳体具有内部轮廓(22)。所述内部轮廓(22)以阴轮廓的形式与所述对象的轮廓的至少一部分适配。所述对象尤其可以指用于机动车的充电插头。

Description

用于对象的抓持装置、具有抓持装置的充电机器人
本发明涉及一种用于对象的抓持装置、尤其是用于充电插头的抓持装置，所述充电插头用于机动车。本发明还涉及一种具有这种抓持装置的充电机器人。
交流充电电缆和直流充电电缆的通过机器人的自动化的插入是一种有前景的方案，以便补充机动车的自动化的停泊功能并提高用于机动车的充电站的利用率。针对自动化的插入,交流电缆或者直流电缆必须由机器人在所述电缆的把手处通过专门与所述把手适配的抓具抓持。
在该背景下，专利文献EP 2 636 638 B1描述了一种用于机动车的充电插头的支撑臂。所述支撑臂由两个臂区段构成，所述臂区段分别由平行四边形连杆构成。所述臂区段通过固持装置相互连接。在臂区段的端部借助固持装置固定用于充电插头的L形的悬挂装置。所述悬挂装置包括两个叉区段，充电插头引入所述两个叉区段之间。叉区段分别具有孔，销子移入所述孔中以便固定充电插头。悬挂装置还可以具有用于充电插头的锁定装置。
插头的抓持在当前系统中通常通过传统的两指式抓具实现，所述两指式抓具具有专门与插头类型适配的指形轮廓。因此必须为每种插头类型研发专门的、主动式的抓持工具，在所述抓持工具中通过附加的致动器控制抓持运动。此外，根据使用区域，确定的插头需要使用按钮附加地锁定和解锁所述插头。自动化在此意味着抓具方面或者交通工具方面的附加的耗费。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于对象的抓持装置，在所述抓持装置中能够通过仅一个工具抓持不同的对象。
所述技术问题通过具有权利要求1的特征的抓持装置解决。本发明的优选设计方案是从属权利要求的技术方案。
用于对象的抓持装置按照本发明地具有壳体，所述壳体具有内部轮廓，其中，所述内部轮廓以阴轮廓的形式与对象的轮廓的至少一部分适配。所述对象例如可以是用于机动车的充电插头。
所述解决方案采取的措施是，抓持装置的壳体的内部轮廓与待抓持的对象的轮廓适配。所述内部轮廓由此呈现为对象轮廓的阴轮廓。如果多个对象至少部分地具有共同的轮廓，则能够以此方式抓持多个对象。这尤其在用于机动车的充电插头中适用，因为充电插头的提供者出于经济生产的原因，也考虑到品牌识别度(Wiedererkennungswert)，通常使用不同充电插头类型的统一设计。由此通常能够通过仅一个单独的、设置完成的抓持装置容纳提供者的所有充电插头。抓持装置优选例如通过能替换的壳体模块化地并且能调节地设计以便与不同提供者的充电插头适配。
按照本发明的一个方面，壳体的内部轮廓与充电插头的把手区域的轮廓适配。电触头并且由此充电插头的插塞区域通常根据使用区域并且根据以交流电或者直流电充载而相互区别。插塞区域因此由受系统限制地无法始终设计具有统一的轮廓。而把手区域则能够尽可能不依赖于充电插头的其它设计进行设计，从而在该区域中通常能够实现统一的轮廓。
按照本发明的一个方面，抓持装置具有锁定机构，所述锁定机构将充电插头固定在壳体中。通过锁定机构能够提高充电插头和抓持装置的配对可靠性，因为防止了充电插头从抓持装置中的意外松脱。尤其是在将充电插头插入机动车的充电插孔中或者在将充电插头从充电插孔中移除时出现力，所述力在没有锁定机构时可能导致这种意外松脱。
按照本发明的一个方面，锁定机构啮合入充电插头的把手槽中。把手区域由于把手槽而具有内部的倒圆部，所述倒圆部能够用于锁定机构。锁定机构的锁定件为此在闭合的状态中啮合入把手槽中并且压紧把手区域的内部的倒圆部。所述压紧可以通过弹簧产生，所述弹簧将锁定件压入壳体中。锁定件可以围绕轴旋转并且在打开时向外翻转。为了能够使充电插头松脱，必须将所述充电插头从抓持装置中歪出来。为此必须抵抗锁定件的固持力做功。
按照本发明的一个方面，锁定机构具有能调节的销子，所述销子能够引入把手区域的空腔中。许多充电插头具有空心把手以便节省材料和重量。这种情况可以用于主动式的锁定机构，在所述锁定机构中在没有力的耗费的情况下实现充电插头的松脱和连接。通过销子实现固定的配对，所述销子移入把手的空腔中。在销子移动时仅需要非常小的力，因为固持力不是由致动器装置产生的，而是通过所述结构和支承直接导入壳体中。在保险的状态中，如果销子伸入了空腔中，则由此可以关闭致动器装置。
按照本发明的一个方面，抓持装置具有用于充电插头的保险元件的解锁机构。当前的充电插头部分地具有保险元件，所述保险元件必须通过操作解锁按钮来解锁。在没有解锁的情况下无法从机动车的充电插孔中移除充电插头。因此对于充电过程的自动化有利的是，能够通过抓持装置进行解锁，从而不需要人工的介入。
按照本发明的一个方面，解锁机构具有用于操作保险元件的弹簧机构。通过使用弹簧机构能够在没有附加的致动器的情况下实现解锁。仅通过由抓持装置容纳充电插头即可解锁保险元件。通过弹簧机构能够在此补偿充电插头的高度差并且始终可靠地解锁保险元件。在充电插头插入充电插孔中之后将抓持装置从充电插头上松脱时，保险元件自动地重新锁定，从而能够开始充电过程。
按照本发明的一个方面，解锁机构具有用于操作保险元件的致动器。在该实施方式中，通过附加的致动器主动地操作解锁机构。如果操作保险元件需要更大的力，则该解决方案尤其是有利的。
按照本发明的一个方面，壳体具有固定的销栓，所述销栓的轮廓与充电插头的把手区域的空腔的轮廓适配。该实施方式的优点是降低的复杂性。抓持装置在此不是真正意义上的抓持，而是从下方推套至充电插头上。该纯粹的形状配合连接除了沿着插套方向之外不允许抓持装置和充电插头之间的其它的相对移动。这是足够的，因为在连接充电插头与交通工具时，插塞方向与下述方向不一致，充电插头以所述方向与抓持装置连接。
按照本发明的一个方面，抓持装置具有用于操作充电插头的保险元件的杆。所述杆在此优选具有曲率或者说弯曲部，所述曲率或者说弯曲部与把手区域的形状适配。所述杆这样布置在抓持装置上，使得在充电插头推入抓持装置时所述杆被自动地操作并且解锁保险元件。杆的曲率改善了相对于充电插头的把手的接触角。所述接触角优选在每个位置中都保持为约45°。这一方面降低了摩擦并且还使得杆的移动范围增大。
特别有利的是，由用于机动车的充电机器人使用按照本发明的抓持装置。这种充电机器人例如可以用于在自动化的充电站中或者在制造电动交通工具时机器人辅助地将直流充电插头和交流充电插头与所述电动交通工具连接。然而按照本发明的抓持装置同样可以用于抓持具有至少部分地统一地成形的轮廓的其它对象、例如具有把手的经典的加油泵管。
本发明的其他技术特征由以下描述和所附权利要求结合附图示出。
图1示出了用于机动车的充电插头的第一实施方式作为待抓持的对象的示例；
图2示出了用于机动车的充电插头的第二实施方式作为待抓持的对象的示例；
图3示出了抓持装置的第一实施方式；
图4示出了抓持装置的第二实施方式；
图5示出了图4中的抓持装置的锁定机构的锁定件；
图6示出了抓持装置的第三实施方式；
图7示出了图6中的抓持装置的锁定机构的销子；
图8示出了用于充电插头的保险元件的解锁机构的第一示例；
图9示出了用于充电插头的保险元件的解锁机构的第二示例；
图10示出了用于充电插头的保险元件的解锁机构的第三示例；
图11示出了用于充电插头的保险元件的解锁机构的第四示例；
图12示出了用于充电插头的保险元件的解锁机构的第五示例；
图13示出了抓持装置的第四实施方式；并且
图14示出了图13中的抓持装置的解锁机构。
为了更好地理解本发明的原理，以下根据附图在用于机动车的充电插头的示例中详细阐述本发明的实施方式。应该理解的是，本发明不局限于该实施方式，而是还能够将所述技术特征进行组合或优化，只要不离开本发明的在权利要求中规定的保护范围即可。
图1示出了用于机动车的充电插头10的第一实施方式作为待抓持的对象的示例。子图a)在此示出了侧视图，子图b)示出了从斜上方观察的视图并且子图c)示出了背视图。所示的PHOENIX CONTACT公司的充电插头10具有把手11，所述把手具有把手区域12。由于充电插头10设置用于通过手操作，因此把手11具有把手槽13，使用者能够用手插入所述把手槽中。把手区域12具有突出的把手轮廓14和倒圆的形状，从而把手区域12具有内部的倒圆部15，倒圆部15与把手槽13邻接。把手区域12包围向后开放的空腔16。在充电插头10的前部的端部布置有电插塞触头，所述电插塞触头根据充电电流的类型和充电插头10的使用区域可以不同地设计。把手区域12与电插塞触头17的设计无关地相同地设计。
图2示出了用于机动车的充电插头10的第二实施方式作为待抓持的对象的示例。仅示出了侧视图。充电插头10的把手11与图1中的充电插头10尽可能地结构相同。然而把手11在其上部的区域中具有用于充电插头10的保险元件19的解锁按钮18。此外，电插塞触头17以及充电插头10的壳体在电插塞触头17的区域中不同地设计。
图3示出用于图1和图2中的充电插头的抓持装置20的第一实施方式。子图a)在此示出了从斜下方观察的视图，子图b)示出了侧视图，子图c)示出了从斜上方观察的视图并且子图d)示出了从下方观察的视图。在该实施方式中，充电插头的把手区域被抓持装置20包围。抓持装置20的壳体21的内部轮廓22是充电插头的把手轮廓的阴模。壳体21能够从后方推套至充电插头上并且通过翻转啮合。壳体21的内部轮廓22和充电插头的把手轮廓彼此咬合。把手材料在把手区域中的弹性实现了如在卡固机构中那样的啮合。在此主要通过形状配合连接产生配对。该实施方式实现了抓持装置20的被动式的设计并且除了抓持的机器人的致动器之外不需要其它致动器。为了精确地调节，壳体21可以两部分地制造，从而通过选择正确的调节垫圈能够最佳地调节配合。
以下根据图4至14阐述本发明的一些优选实施方式。
图4示出了用于图1和图2中的充电插头的抓持装置20的第二实施方式。子图a)在此示出了侧视图，子图b)示出了从斜上方观察的视图。抓持装置20与图3中的抓持装置20基本上相同。然而为了提高充电插头和抓持装置20的配对可靠性，抓持装置20具有被动式的锁定机构23。所述锁定机构23包含布置在轴24上的锁定件25。锁定件25在闭合的状态中啮合入充电插头的把手槽中并且在把手区域的内部的倒圆部上压紧。所述压紧通过布置在轴24上的螺旋弹簧(未示出)产生，所述螺旋弹簧将锁定件25压入壳体21中。锁定件25可以围绕轴24旋转并且在打开时向外翻转。为了能够使充电插头松脱，必须将所述充电插头从抓持装置20中歪出来。为此必须抵抗锁定件25的固持力做功。为了将充电插头与抓持装置20连接，将所述抓持装置20从后方推套至充电插头的把手上。锁定件25的接触面倾斜地成形，由此使把手能够简单地移动至壳体21中。
图5示出了图4中的抓持装置的锁定机构的锁定件25；子图a)在此示出了沿着轴观察的视图，子图b)示出了侧视图，子图c)示出了从斜上方观察的视图。在子图a)和子图c)中可以清楚地看到压紧元件26，所述压紧元件在封闭的状态中在充电插头的把手区域的内部的倒圆部上压紧。同样可以清楚地看到的是压紧元件26的倾斜地成形的接触面27，所述接触面使得把手能够简单地移动至壳体中。
图6示出了用于图1和图2中的充电插头的抓持装置20的第三实施方式。子图a)在此示出了从下方观察的视图，子图b)示出了侧视图并且子图c)示出了从斜上方观察的视图。在该实施方式中使用主动式的锁定机构23，由此能够在没有力的耗费的情况下实现充电插头的松脱和连接。壳体21和充电插头可以在这种情况下具有微小的间隙。壳体21从后方推套至充电插头的把手上以便抓持。通过销子28实现固定的配对，所述销子从下方移入把手的空腔中。所述销子28支承在壳体21中并且通过运动学装置能线性地移动。运动学装置在示例中包括装入销子28中的齿杆29和驱动的齿轮30。在移动销子28时仅需要非常小的力，因为固持力不是由致动器装置产生的，而是通过所述结构和支承直接导入壳体21中。在保险的状态中，如果销子28移入了空腔中，则由此可以关闭致动器装置。
图7示出了图6中的抓持装置的锁定机构的销子28。子图a)在此示出了前视图，子图b)示出了侧视图并且子图c)示出了从下方观察的视图。可以清楚地看到装入销子28的底侧中的齿杆29，所述齿杆能够通过驱动的齿轮使销子28在抓持装置中移动。
图2中的充电插头具有保险元件，所述保险元件必须通过操作解锁按钮来解锁。以下为此介绍一系列解锁机构。所述解锁机构与上述所有抓持装置兼容。
图8示出了用于充电插头10的保险元件的解锁机构40的第一示例。解锁机构40的这种变型设计使用引入抓持装置20内的弹簧辅助的系统，所述系统能够补偿充电插头10的高度差，以便可靠地解锁充电插头10的保险元件。弹簧辅助的系统由两个平行地定向的臂41、42构成，所述臂的上部的端部分别通过轴43、44与壳体21连接。下部的端部分别通过轴45、46与板条47连接。所述板条还通过轴45和臂41装备有轮48，所述轮在竖直方向上位于解锁按钮18上方。其它的轴49位于板条47的右侧的端部上，所述轴将拉力弹簧50耦连至所述板条47上。拉力弹簧50在另一端部上与抓持装置20的壳体21连接。弹簧50的拉力方向使得臂41、42这样围绕其轴43、44旋转，使得所述臂的端部向充电插头10的方向挤压板条47并且由此将轮48挤压到解锁按钮18上。
图9示出了用于充电插头10的保险元件的解锁机构40的第二示例。解锁机构40的该变型设计成刚性的，然而机器人能够针对解锁自主地配置所述机构并且因此使所述机构适应于不同的充电插头10。所述机构由开设在壳体21的壁中的轮廓51构成，所述轮廓用作用于销钉52的导引装置并且针对不同充电插头10具有相应的卡锁位置53。销钉52固定在摇杆54的左侧的端部上并且这样从壳体21中突伸出来，使得机器人臂能够借助支座移动所述销钉。在摇杆54的中部在轴45上存在自由转动的轮48，所述轮居中地定位在充电插头10的解锁按钮18的上方。在摇杆54的右侧的端部上引入其它销钉55，所述销钉在凹槽56中水平地导引。这实现了左侧的销钉52在轮廓51中的水平移动。为了防止销钉52意外地滑脱，还在凹槽56中安装有压力弹簧57，所述压力弹簧将摇杆54固定在多个卡锁位置53的一个中。在这些卡锁位置53中，把手相对于保险元件完全解锁的点的距离与相应的充电插头10适配，由此使所述充电插头在由机器人抓持时通过持续的操作自动地解锁。
图10示出了用于充电插头10的保险元件的解锁机构40的第三示例。解锁机构40的这种变型使用引入抓持装置20内的弹簧辅助的系统，所述系统能够补偿充电插头10的高度差，以便可靠地解锁充电插头10的保险元件。弹簧辅助的系统由两个臂41、42构成，所述臂在下部的端部上通过轴45相互连接。在该轴45上还支承有轮48。右侧的臂42在上部的端部上通过其它轴44耦连至壳体21上。左侧的臂42在上部的端部上通过轴43与弹簧套筒58连接，压力弹簧57的右侧的端部位于所述弹簧套筒中。轴43还通过壳体21中的水平的凹槽56导引。另一端部位于壳体21中的弹簧57将左侧的臂41的上部的端部从壳体壁朝向其它臂42的方向挤压。通过该剪切运动使下部的轴45并且由此使位于解锁按钮18上方的轮48压在所述解锁按钮18上，由此操作所述解锁按钮。
图11示出了用于充电插头10的保险元件的解锁机构40的第四示例。解锁机构40的该变型使用致动器59，在所述致动器的轴上设置有蜗轮60，所述涡轮驱动球面轮61。所述球面轮61在轴62上自由转动地支承在壳体21上并且侧向地配设有孔，轴63穿过所述孔。所述轴63将一对臂64在其上部的端部上与球面轮61耦连。下部的端部通过其它轴65与推杆66耦连。为了确保竖直的导引，推杆66与轴65共同在壳体壁中的竖直的长孔67中导引。推杆66为此成形为平行于轴65的轴68的形式。如果通过致动器装置运行球面轮61，则臂64将旋转运动转化为直线运动。所述直线运动使推杆66朝向充电插头10的解锁按钮18的方向移动并且解锁或者锁定保险元件。子图a)示出了侧视图。子图b)示出了蜗轮60、球面轮61和推杆66连同轴63、65、68和臂64的前视图。
图12示出了用于充电插头10的保险元件的解锁机构40的第五示例。解锁机构40的这种变型设计使用引入抓持装置20内的弹簧辅助的系统，所述系统能够补偿充电插头10的高度差，以便可靠地解锁充电插头10的保险元件。弹簧辅助的系统由摇杆54构成，所述摇杆在右侧的端部上通过轴44耦连至壳体21上。在摇杆54的中部，轮48通过轴45自由转动地支承在充电插头的解锁按钮18的上方。摇杆的另一端部通过轴43与短的弹簧套筒58连接，竖直地定向的压力弹簧57位于所述弹簧套筒中。弹簧57的上部的端部位于支座69中，所述支座与壳体21连接。弹簧57通过弹簧套筒58将摇杆54相对充电插头10挤压并且由此将轮48相对所述充电插头的解锁按钮18挤压，由此操作所述解锁按钮18。
图13示出了用于图1和图2中的充电插头的抓持装置20的第四实施方式。该实施方式使用其它的抓持机构。子图a)示出了从上方观察的视图，子图b)示出了侧视图，子图c)示出了从斜上方观察的视图并且子图d)示出了剖切抓持装置20的剖面。复杂性得以进一步降低，方式是抓持装置20不是真正意义上的抓持，而是插套。壳体21作为阴轮廓与充电插头的下部的部分适配。壳体21在内部中具有固定的销栓31，所述销栓与把手区域的空腔的内部轮廓适配。抓持装置20因此能够从下方推套至充电插头上。该纯粹的形状配合连接除了沿着插套方向之外不允许抓持装置20和充电插头之间的其它的相对移动。这是足够的，因为在连接充电插头与交通工具时，插塞方向与下述方向不一致，充电插头以所述方向与抓持装置20连接。固定的销栓31的位置优选能够调节，以便实现抓持装置20和充电插头之间的最佳的间隙。抓持装置20具有解锁机构40，以下描述所述解锁机构的工作原理。
图14示出了图13中的抓持装置20的解锁机构40的工作原理，所述抓持装置使用改变的解锁方案。如果充电插头10移动至抓持装置20中，则所述充电插头操作杆70，所述杆通过轴71耦连至壳体21上。杆70的曲率改善了相对于把手11的接触角，所述接触角优选在任意位置中保持为约45°这一方面降低了摩擦并且还使得杆70的移动范围增大。因此实现了围绕轴71的更大的旋转。杆70通过弹簧72与轮74的固持装置73连接。一旦杆70被充电插头10从壳体21中挤出，则所述杆使弹簧72张紧并且轮子74试图翻转到内部。然而所述轮子74被充电插头10的把手11阻止。只有当充电插头10完全移动至壳体中时，轮子74才能翻转到内部。在翻转到内部的状态中，轮子74挤压到充电插头10的解锁按钮上并且保险元件解锁。该机构在此不仅操作解锁按钮，而是同时将充电插头10固定在壳体21中。为了打开必须抵抗弹簧72做功，以便使轮子74从壳体21中移动出来。
附图标记列表
10 充电插头
11 把手
12 把手区域
13 把手槽
14 把手轮廓
15 内部的倒圆部
16 空腔
17 电插塞触头
18 解锁按钮
19 保险元件
20 抓持装置
21 壳体
22 内部轮廓
23 锁定机构
24 轴
25 锁定件
26 压紧元件
27 接触面
28 销子
29 齿杆
30 齿轮
31 销栓
40 解锁机构
41、42 臂
43-46 轴
47 板条
48 轮
49 轴
50 拉力弹簧
51 轮廓
52 销钉
53 卡锁位置
54 摇杆
55 销钉
56 凹槽
57 压力弹簧
58 弹簧套筒
59 致动器
60 蜗轮
61 球面轮
62、63 轴
64 臂
65 轴
66 推杆
67 长孔
68 轴
69 支座
70 杆
71 轴
72 弹簧
73 固持装置
74 轮

Claims (13)

1.一种用于对象的抓持装置(20)，其特征在于，所述抓持装置(20)具有壳体(21)，所述壳体具有内部轮廓(22)，其中，所述内部轮廓(22)以阴轮廓的形式与所述对象的轮廓的至少一部分适配。
2.根据权利要求1所述的抓持装置(20)，其中，所述对象是用于机动车的充电插头(10)。
3.根据权利要求2所述的抓持装置(20)，其中，所述壳体(21)的内部轮廓(22)与充电插头(10)的把手区域(12)的轮廓(14)适配。
4.根据权利要求2或3所述的抓持装置(20)，其中，所述抓持装置(20)具有锁定机构(23)，所述锁定机构将所述充电插头(10)固定在壳体中(21)。
5.根据权利要求4所述的抓持装置(20)，其中，所述锁定机构(23)啮合入所述充电插头的把手槽(13)中。
6.根据权利要求4所述的抓持装置(20)，其中，所述锁定机构(23)具有能调节的销子(28)，所述销子能够引入所述抓持区域(12)的空腔(16)中。
7.根据权利要求2至6之一所述的抓持装置(20)，其中，所述抓持装置(20)具有用于所述充电插头(10)的保险元件(19)的解锁机构(40)。
8.根据权利要求7所述的抓持装置(20)，其中，所述解锁机构(40)具有用于操作所述保险元件(19)的弹簧机构。
9.根据权利要求7所述的抓持装置(20)，其中，所述解锁机构(31)具有用于操作所述保险元件(19)的致动器(59)。
10.根据权利要求2所述的抓持装置(20)，其中，所述壳体(21)具有固定的销栓(31)，所述销栓的轮廓与所述充电插头(10)的把手区域(12)的空腔(16)的轮廓适配。
11.根据权利要求10所述的抓持装置(20)，其中，所述抓持装置(20)具有用于操作所述充电插头的保险元件(19)的杆(70)。
12.根据权利要求11所述的抓持装置(20)，其中，所述杆(70)具有曲率，所述曲率与所述把手区域(12)的形状适配。
13.一种用于机动车的充电机器人，其特征在于，所述充电机器人具有根据权利要求2至12之一所述的用于充电插头(10)的抓持装置(20)。
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