CN113524236A - 用于搬运不同形状和大小的物品或部件的抓取装置 - Google Patents

Abstract

一种抓取装置(1)，能用于例如机器人上，用于搬运变化的形状和大小的物品或部件(P)，包括：支撑结构(2)；多个抓取臂(3)，每个抓取臂包括第一近侧臂部分(3A)和至少一个第二远侧臂部分(3B)；以及多个致动器装置(4)，每个致动器装置用于命令第一近侧臂部分(3A)的关节式运动。装置(1)还包括至少一个筋(5)，该筋(5)与每个抓取臂(3)相关联，并且以可自由滑动的方式沿着第一臂部分和第二臂部分(3A，3B)被引导通过一系列引导元件(6，320)。与第一近侧臂部分(3A)相关联的引导元件(6)由内屈服面板(7)承载，使得当第一近侧臂部分(3A)的内侧上的内屈服面板(7)遵循由相应致动器装置(4)给出的命令而接合抵靠在待抓取的物品或部件(P)上时，由内屈服面板(7)承载的筋(5)的引导元件(6)致使筋(5)张紧，这导致第二远侧臂部分(3B)相对于第一近侧臂部分(3A)的关节式和/或弯曲运动。

Description

用于搬运不同形状和大小的物品或部件的抓取装置

技术领域

本发明涉及例如在机器人上可用类型的抓取装置或“抓爪”，用于在工业环境中搬运物品或部件。

具体而言，本发明涉及一种可用于工业组装线中的抓取装置，用于从储存这些物品或部件的容器中拾取物品或部件，以便转移到操作者或机器人可以使用其沿组装线安装的位置。

背景技术

具有专用配置（即根据抓爪必须抓住的物品形状和大小而设计的）的工业抓爪，已经为人所知并使用了很长时间。

还提出了具有一定程度的操作灵活性的抓爪，这允许其用于搬运不同形状和/或不同大小的物品或部件。然而，所有这种类型的解决方案都被证明是相对复杂和不可靠的。

在某些特定应用的情况下(例如在用于机动车辆的发动机单元的组装线中)，组成特定组装套件的物品或部件在形状和大小上都有很大的差异。因此，需要一种能够自动适应这些差异的抓爪，在任何情况下都保证抓取的稳定性，而不需要采用过于复杂的结构，还参考抓爪控制系统。

发明内容

发明目的。

因此，本发明的目的是提供一种抓取装置，该抓取装置具有高的操作灵活性，即能够自动适应具有的形状和大小也彼此非常不同的待抓取的物品和部件，并且该抓取装置仍然操作可靠，并且不需要复杂的控制系统。

发明概述。

为了实现上述目的，本发明涉及一种抓取装置，其能用于例如机器人上，用于搬运变化的形状和大小的物品或部件，所述装置包括：

-支撑结构，

-多个抓取臂，每个抓取臂包括枢转地连接到支撑结构的第一近侧臂部分和连接到第一近侧臂部分的至少一个第二远侧臂部分，

-多个致动器装置，其由支撑结构承载，并且每个致动器装置与相应的抓取臂相关联，用于命令所述第一近侧臂部分相对于支撑结构的关节式运动，

-至少一个筋，其与每个抓取臂相关联，并且具有分别固定到第一近侧臂部分和第二远侧臂部分的第一头部端和第二头部端，

-每个筋以可自由滑动的方式沿着所述第一臂部分和第二臂部分被引导通过与所述第一臂部分和第二臂部分相关联的一系列引导元件，

-其中与第一近侧臂部分相关联的引导元件由布置在所述第一臂部分的内侧上的内屈服面板承载，内屈服面板面向待抓取的物品或部件，

-使得当第一近侧臂部分的内侧上的内屈服面板遵循相应的致动器装置给出的命令而接合抵靠在待抓取的物品或部件上时，由内屈服面板承载的筋的引导元件致使筋张紧，这导致所述第二远侧臂部分相对于第一近侧臂部分的关节式运动和/或弯曲运动，

-使得每个抓取臂能够独立于其他抓取臂自动适应待抓取的物品或部件的配置。

由于前述特性，根据本发明的抓取装置在其自动适应甚至非常不同形状和大小的物品或部件的能力方面具有高的操作灵活性。

在一个优选实施例中，内屈服面板包括面向待抓取的物品或部件的第一表面和与第一表面相反的第二表面，引导元件承载在第二表面上。优选地，基本上彼此平行的两个筋与相关联的每个抓取臂相关联，并且其中所述筋以可自由滑动的方式被引导通过贯穿所述引导元件形成的一系列孔。

在该实施例的第一示例中，每个臂的第二远侧部分包括呈相互铰接元件链形式的背部构件以及面向待抓取的物品或部件的内部元件，与第二远侧臂部分相关联的引导元件承载在背部构件上，并且其中内部元件包括柔性辅助面板，具有第一端和第二端，通过多个连接元件相对于背部构件保持基本平行和间隔开。

在该实施例的第二示例中，每个臂的第二远侧部分包括呈相互铰接元件的第一链形式的背部构件和面向待抓取的物品或部件的内部元件，引导元件被承载在背部构件上，并且其中内部元件呈相互铰接元件的第二链形式，具有第一端和第二端，由多个连接元件相对于背部构件保持基本平行和间隔开。

在前述优选实施例中，每个抓取臂还包括连接到第二远侧部分的第三远侧部分。内部元件的第二端连接到所述第三远侧部分，使得筋的前述张紧状态还导致第三远侧臂部分相对于第二远侧臂部分的关节式运动和/或弯曲运动，从而进一步改进每个抓取臂对待抓取的物品或部件的适应性。

更优选地，第一近侧臂部分具有由两对臂限定的铰接四边形配置，每对臂在一端铰接到所述支撑结构，并且在相对端铰接到第一近侧臂部分与第二远侧臂部分之间的中间连接构件。在该优选实施例中，与每个抓取臂相关联的致动器装置是流体致动器缸，流体致动器缸具有通过连接运动机构分别连接到支撑结构和所述中间构件的相对端，连接运动机构被配置成使得致动器缸的长度变化产生第一近侧臂部分相对于所述支撑结构的摆动。

例如，每个抓取臂的第一近侧部分的前述内屈服面板可以是柔性面板或相互铰接的元件链的形式。

附图说明

从下面参考附图的描述中，本发明的其他特性和优点将变得显而易见，这些附图仅作为非限制性示例提供，其中:

-图1是根据本发明的抓取装置的优选实施例的第一示例的透视图；

-图2是容器的示例的透视图，该容器承载物品或部件套件，这些物品或部件套件意图通过图1所示的抓取装置进行搬运，以便其用于组装机动车辆发动机单元的工业流水线中；

-图3是处于第一操作状态的图1的抓取装置的抓取臂之一的侧视图；

-图3A-3E是图3的抓取臂的细节的透视图；

-图4是处于第二操作状态的图3的抓取臂的侧面图；

-图5是图3的抓取臂的一部分的分解透视图；

-图6是图5所示部分在三种不同操作状态下的侧面图；

-图7是根据本发明的抓取装置的优选实施例的第二示例的侧面图；

-图8是处于不同操作状态的图7的抓取装置的抓取臂之一的侧面图；

-图9-14是示出图7的抓取装置用于不同大小和形状的物品的视图，以及

-图15是图7所示抓取装置的局部透视图。

具体实施方式

参考图1，附图标记1以其整体表示抓取装置的优选实施例的第一示例，该抓取装置可用于例如机器人上，用于搬运变化的形状和大小的物品或部件。例如，装置1可以用于搬运意图用于组装机动车辆发动机单元的工业流水线中使用的物品或部件。然而，显而易见的是，根据本发明的抓取装置具有普遍的应用，并且特别表明在所用应用中需要抓取装置能够自动适应形状和大小甚至彼此差别很大的物品或部件。此外，尽管此处示出的装置特别意图用作搬运机器人上的末端执行器，但是不排除其在任何其他类型的机器或搬运装置上的应用。

如图1所示，抓取装置1包括支撑结构2和多个抓取臂3。根据本发明，抓取臂3至少为两个就足够了。在图示的示例中，抓取臂3的数量为四个。

在图示的情况下，支撑结构2呈环形板的形式，该环形板设有孔，用于将紧固螺钉接合到由机器人的手腕承载的凸缘(未示出)，装置1必须安装在该凸缘上。抓取臂3从环形板2开始沿径向方向彼此等角度地间隔开地延伸。

每个抓取臂3包括第一近侧部分3A、第二远侧部分3B和第三远侧部分3C。每个抓取臂3的第一近侧部分3A枢转地连接到环形板2。第二远侧部分3B枢转地连接到第一近侧部分3A。第三远侧部分3C连接到第二远侧部分3B。

参考图示的示例(见图3、图3A-3E和图5)，第一近侧部分3A具有由两对臂301、302限定的铰接四边形配置。特别参考图5，每个臂301、302具有铰接到支架303的端部。支架303具有叉形形状，叉形形状具有刚性连接到环形板2的相对应侧面的中央部分，和两对臂301和302铰接到其上的两个翼。

在支架303的相对侧上，每个臂301、302在第一部分3A与第二部分3B之间在中间铰接到连接构件304，在图示的示例中，连接构件304包括刚性连接在一起的两个平行且间隔开的板305。

如图1中可以看出的，相应的致动器装置4与抓取臂3相关联，被设置用于命令第一部分3A相对于环形板2的关节式运动。如图5中可见，每个致动器装置4是包括圆柱形主体4A和滑杆4B的流体致动器缸(优选为液压缸)。

本说明书和附图没有示出致动器装置4的电源电路，其可以以任何已知的方式实施。典型地，该电路包括用于在压力下将流体分配到致动器缸的电磁阀。此外，再根据该领域的常规技术，该系统包括电子控制器，该电子控制器根据操作者给出的命令或基于预定程序自动产生的命令来控制前述电磁阀。与这些部件相关的构造细节已经被省略，因为其可以以任何已知的方式制造，并且因为这些细节本身不是本发明的主题，并且最后因为其从附图中的去除使得附图更简单并且更容易理解。

再次参考图5和图6，每个致动器缸4具有通过连接运动机构(铰接臂306、307、308、309)分别连接到环形板2和板305的相对端，该连接运动机构被配置成使得致动器缸4的长度变化产生第一部分3A相对于环形板2的摆动。在图示的示例中，前述运动机构对应于所谓的霍肯运动机构(本领域已知)，并且具有允许每个致动器缸4被布置在平行于并邻近相应臂部分3A的位置的优点，从而保持由每个部分3A和相关致动器缸4组成的组件的总尺寸减小。然而，为了本发明的目的，致动器缸4和由其控制的臂部分3A之间的连接运动机构的布置和配置可以是任何类型。

特别参考图3和图4，一个或多个筋5与装置1的每个抓取臂3相关联(在图示的示例中，提供了两个筋，两个筋基本平行并且彼此间隔开)。每个筋5具有与第一部分3A相关联的第一头部端5A和与第二部分3B相关联的第二头部端5B。在图3和图4所示的示例中，每个筋5的头部5A连接到与致动器缸4相关联的运动机构的元件309，而第二头部5B连接到第二部分3B的结构，这将在下面详细描述。

两个筋5通过通孔6A(还参见图3B)以可自由滑动的方式接合，该通孔形成在由塑料柔性面板7承载的一系列引导元件6中(还参见图3A)。参考图3和图4，面板7以悬臂方式由板305支撑在臂3的内侧上，面向待抓取的物品或部件。柔性面板7具有的一端连接到板305，而相对端是自由的，并且构成屈服元件，该屈服元件能够在与被抓取的物品或部件接合之后在臂3的部分3A的方向上运动。引导元件6安装在面板7的与面向待抓取物品或部件的表面相反的表面上。

图4特别示出了面板7在与被抓取的物品或部件(未示出)接合后呈现的配置。如可以看出的，当面板7由于这种接合而屈服时，其推动引导元件6，从而引起筋5的张紧，这引起第二部分3B相对于第一部分3A的摆动或弯曲。

因此，虽然第一部分3A的摆动运动由相应致动器缸4强制控制，但是第二部分3B运动是第一部分3A的运动的自动结果，并且不是由另一个致动器的控制，因此前述臂3中的每个都属于所谓的“欠致动”搬运臂的类别。

参考图3、图3C和图4，每个臂3的第二远侧部分3B包括呈相互铰接元件311、312链形式的背部构件310。用312表示的该链的端部元件具有铰链衬套313，用于枢转连接到板305(构成第一部分3A与第二部分3B之间的中间连接构件304)和第三远侧部分3C(在图3E的透视图中可见)。

第二远侧部分3B还包括面向待抓取的物品或部件的内部元件。内部元件包括具有第一端314A和第二端314B的柔性辅助面板314，第一端314A和第二端314B中的每个具有两个铰链衬套315，用于枢转连接到中间连接构件304和第三远侧部分3C。如图3E中可见的，远侧部分3C具有两个穿孔附件316，用于将铰接销接合到衬套313和衬套315。

柔性辅助面板314通过多个连接元件317保持与背部构件310基本平行并间隔开。在一个优选实施例中，连接元件317是与面板314和两个条带318形成为单件的片状元件的形式，条带318具有孔319，用于将紧固螺钉接合到背部构件310的元件311、312。

多个引导元件320也与第二远侧部分3B相关联(还参见图3D)，被提供用于引导筋5。引导元件320通过柔性辅助面板314的条带318的相同紧固螺钉固定到背部构件310的元件311、312。在一个优选实施例中，引导元件320具有桥形形状，两个侧面部分320A具有用于紧固螺钉的孔和两个附加的通孔320B，通孔320B相对于用来接合筋的螺孔正交地定向。

上述抓取装置1的操作如下。

图1中可见的抓取装置1可以安装在任何类型的机器人上，用于拾取、搬运和放下各种形状和大小的物品或部件。

例如，装置1可以由机器人使用，该机器人准备要在发动机单元的组装线中组装的物品和部件的套件。图2示出了包含物品或部件P的容器8的示例，物品或部件P必须由人工操作者或自动化装置拾取并运送到为沿流水线组装提供的位置。

参考图1、图4和图5，当抓取装置1必须抓取物品P时，其被定位成抓取臂3处于图1所示的打开位置。从该位置开始，致动器缸4的启动导致第一部分3A相对于由机器人承载的环形板2摆动。因此，臂3接近待拾取的物品P，直到每个臂3的柔性面板7接合。在该接合之后，柔性面板7呈现例如图4中可见的拱形构型，或者在任何情况下弹性变形，以便使第一近侧部分3A的引导元件6在筋5中产生张力。如上文已经指出的，筋5的张紧导致第二远侧部分3B朝向待抓取的物品P摆动。如在图4中可以看出的，随着部分3B的进一步摆动，辅助柔性面板314又引起第三远侧部分3C的摆动。

图9、图10、图11、图12和图13参考将在下文中描述的第二实施例，示出了在上述操纵之后不同形状和大小的物品P的抓取状态。仍然参考图14，本发明的一个重要优点在于这样一个事实：即每次在致动器缸4启动后，抓取装置1的臂3中的每个都被布置成独立于另一个抓取臂3所呈现配置的抓取配置。还参考图15，在抓取装置1的运动过程中，在臂3之间没有拾取的物品P的情况下，如果每个臂3受到来自外部的力F，例如在与异物意外碰撞之后，每个臂3能够弹性地屈服，这使得根据本发明的装置也适合用于协作机器人，即与操作者一起工作的机器人，而不是操作者被排除在外的围栏区域中工作的机器人。

图7、图8示出了优选实施例的第二示例。在这些图中，与图1-6的零件相同或相对应的零件用相同的附图标记表示。与上述第一示例的主要区别在于，在这种情况下，每个臂3的第一近侧部分3A的内侧上的柔性面板7和每个臂3的第二远侧部分3B的柔性辅助面板314都由相互铰接的元件链组成。参考图8，背部构件310包括通过铰接销彼此直接连接并承载引导元件320的元件。

优选实施例的第二示例的操作完全类似于上面参考第一示例描述的操作。

特别是如在图9和图10中可以看出的，根据本发明的装置1甚至在抓取物品之前就能够将臂3布置成闭合构型，这有助于装置1穿入物品保持器容器中，例如用于收集留在容器底部上的物品。

如从上面的描述中可以清楚地看出的，根据本发明的抓取装置的特征在于，其具有高的操作灵活性，这使得其能够操作形状和大小甚至差别很大的物品和部件。此外，由于其构型，即使在存在操作者的环境中，该装置也能够完全安全地操作。

自然地，在不损害本发明的原理的情况下，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，构造和实施例的细节可以相对于那些纯粹通过示例描述和示出的内容有很大变化。

例如，支撑结构2可以具有任何不同的配置，而不是附图中所示的环形板配置。将每个致动器缸4连接到每个抓取臂3的部分3A的运动机构也可以是能够将致动器缸4的长度变化转变成部分3A相对于支撑结构2的摆动的任何类型。从上面的描述中还可以清楚地推断出，内屈服面板7、背部构件310和辅助内部面板314的构造细节可以相对于所示的示例有很大的不同。

Claims (11)

1.抓取装置(1)，能用于例如机器人上，用于搬运变化的形状和大小的物品或部件(P)，所述装置(1)包括：

-支撑结构(1)，

-多个抓取臂(3)，每个抓取臂包括枢转地连接到所述支撑结构(2)的第一近侧臂部分(3A)和连接到所述第一近侧臂部分(3A)的至少一个第二远侧臂部分(3B)，

-多个致动器装置(4)，其由所述支撑结构(2)承载，并且每个致动器装置与相应的抓取臂(3)相关联，用于命令所述第一近侧臂部分(3A)相对于所述支撑结构(2)的关节式运动，

-至少一个筋(5)，其与每个抓取臂(3)相关联，并且具有分别固定到所述第一近侧臂部分(3A)和所述第二远侧臂部分(3B)的第一头部端(5A)和第二头部端(5B)，

-每个筋(5)以可自由滑动的方式沿着所述第一臂部分和第二臂部分(3A，3B)被引导通过与所述第一臂部分和第二臂部分(3A，3B)相关联的一系列引导元件(6，320)，

-其中与所述第一近侧臂部分(3A)相关联的所述引导元件(6)由布置在所述第一臂部分(3A)的内侧上的内屈服面板(7)承载，所述内屈服面板面向待抓取的物品或部件(P)，

-使得当所述第一近侧臂部分(3A)的内侧上的所述内屈服面板(7)遵循相应的致动器装置(4)给出的命令而接合抵靠在待抓取的物品或部件(P)上时，由所述内屈服面板(7)承载的所述筋(5)的所述引导元件(6)致使所述筋(5)张紧，这导致所述第二远侧臂部分(3B)相对于所述第一近侧臂部分(3A)的关节式运动和/或弯曲运动，

-使得每个抓取臂(3)能够独立于其他抓取臂(3)自动适应待抓取的物品或部件(P)的配置。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内屈服面板(7)包括面向待抓取的物品或部件(P)的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述引导元件(6)承载在所述第二表面上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，基本上彼此平行的两个筋(5)与每个抓取臂(3)相关联，并且其中所述筋(5)以可自由滑动的方式被引导通过贯穿所述引导元件(6，320)形成的一系列孔(6A，320B)。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个臂(3)的第二远侧部分(3B)包括呈相互铰接元件(311，312)链形式的背部构件(310)以及面向待抓取的物品或部件(P)的内部元件(314)，与所述第二远侧臂部分(3B)相关联的引导元件(320)承载在所述背部构件上，并且其中所述内部元件(314)包括柔性辅助面板，具有第一端(314A)和第二端(314B)，通过多个连接元件(317)相对于所述背部构件(310)保持基本平行和间隔开。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，每个臂(3)的所述第二远侧部分(3B)包括呈相互铰接元件的第一链形式的背部构件(310)，所述引导元件(320)和面向待抓取的物品或部件(P)的内部元件(314)被承载在所述背部构件上，并且其中所述内部元件(314)呈相互铰接元件的第二链形式，具有第一端(314A)和第二端(314B)，由多个连接元件相对于所述背部构件(310)保持基本平行和间隔开。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，每个抓取臂(3)还包括连接到所述第二远侧部分(3B)的第三远侧部分(3C)，

并且其中所述内部元件(314)的第二端(314B)连接到所述第三远侧部分(3C)，

使得所述筋(5)的前述张紧状态还导致第三远侧臂部分(3C)相对于所述第二远侧臂部分(3B)的关节式运动和/或弯曲运动，从而进一步改进每个抓取臂(3)对待抓取的物品或部件(P)的适应性。

7.根据权利要求1或6所述的装置，其中，所述第一近侧臂部分(3A)具有由两对臂(301，302)限定的铰接四边形配置，每对臂在一端铰接到所述支撑结构(2，303)，并且在相对端铰接到所述第一近侧臂部分(3A)与所述第二远侧臂部分(3B)之间的中间连接构件(304)，并且

其中与每个抓取臂(3)相关联的致动器装置(4)是流体致动器缸，所述流体致动器缸具有通过连接运动机构(306-309)分别连接到所述支撑结构(2，303)和所述中间构件(304)的相对端，所述连接运动机构被配置成使得所述致动器缸(4)的长度变化产生所述第一近侧臂部分(3A)相对于所述支撑结构(2，303)的摆动。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一近侧臂部分(3A)的所述内屈服面板(7)具有连接到所述中间构件(304)的一端和相对自由端。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述内屈服面板(7)具有连接到所述中间构件(304)的一端，和直接或间接地连接到所述支撑结构(2)的相对端。

10.根据权利要求6和7所述的装置，其中，所述第二远侧臂部分(3B)的所述内部元件(314)的第一端(314A)连接到所述中间构件(304)。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，每个抓取臂(3)的第一近侧部分(3A)的内屈服面板(7)是柔性面板或相互铰接的元件链的形式。

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