CN113573857B - 用于电气开关设备的电气部件自动布线的夹具，相应的机器人和相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气开关设备的电气部件(11)的自动布线的夹具(1)，该夹具(1)具有至少两个夹具指(2)，其特征在于，夹具指(2)界定了它们之间的电缆导向通路(3)，其通道横截面在夹具指(2)的远端(D)由夹具指(2)的相对的夹爪(4)界定，并且在相对于远端(D)的近端方向由夹具指(2)的相对电缆驱动器(5)界定，其中，为了改变通道横截面，两个夹具指(2)通过线性调整单元(6)在与通道横截面的横截面方向相对应的调整方向(y)上是彼此线性可调整的。本发明进一步描述了相应的机器人和相应的方法。

Description

用于电气开关设备的电气部件自动布线的夹具，相应的机器 人和相应的方法

技术领域

本发明是基于一种夹具，用于电气开关设备的电气部件的自动布线，其中，该夹具包括至少两个夹具指。此类夹具从US8113557B2中已知。

背景技术

在开关设备和控制系统的生产中，电气元件的布线是最核心和最耗时的工作过程之一，目前主要还是手动进行。不仅这个工作过程具有高度的复杂性，而且最重要的是，百分百无故障的要求对进行布线的人员提出了很高的要求。

为了布线过程的优化，在不同的支持级别中都有各种技术辅助。它们包括用于电缆组装的手动工具和/或半自动机器，以及完全组装单独电线的全自动系统，即按长度切割、剥脱、应用套圈和压接。然后，以这种方式生产的预装电缆可以作为松散的单独电线、依次互连或串接的电线或电线束输出。

从DE102015103444A1可知缠绕在卷筒上的电缆顺序。BE1019651A描述了集成在布线系统端部效应器中的多功能加工头。DE4431254A1和EP0917259B1均描述了用于电气装置部件连接点布线的方法和装置。

EP0259394B1描述了一种用于敷设电缆的工具。

WO2018/189103A1示出了一种加工头以及用于自动安装带有电缆元件的连接器壳体的系统和方法。从EP1447888A1可知用于电缆加工装置的夹具。EP0440955B1描述了一种用于在连接器壳体中自动组装带有接触部件的电导体的装置。

随后公开的德国专利申请2018年12月21日的102018133337.4描述了一种借助铰接臂机器人为布置安装板上的电气开关设备的电气部件布线的方法，该机器人在其端部效应器处具有带有两个相对于彼此可调整的夹具指的夹具。为了能够可靠地处理柔性电缆，提出了一种协作夹具系统，其中，在每个端部效应器上均带有夹具的铰接臂机器人保持待布线的电缆的两个相对端中的一端。然而，这些系统也相应地复杂，因此部署起来复杂且成本高。

发明内容

本发明的目的是进一步开发上述类型的夹具，使其能够以简单的技术手段来处理柔性电缆和其他电线，以便为电气开关设备布线。

为此，夹具设有夹具指，在夹具指之间限定了电缆导向通路，该电缆导向通路的通道横截面在夹具指的远端由夹具指相对的夹爪限定，并且在相对于远端的近端由夹具指的相对的电缆驱动器限定。为了改变通道横截面，设置两个夹具指，这两个夹具指通过线性调整单元在与通道横截面的横截面方向相对应的调整方向上是彼此线性可调整的。

由于夹具的基本部件（即用于保持电缆的相对夹爪，特别是电缆端部）以及夹具指的相对电缆驱动器自身界定了电缆导向通路，并且经由线性调整单元夹具的基本部件和夹具指的相对电缆驱动器相对于彼此线性可调整以改变电缆导向通路的通道横截面，根据本发明的夹具的复杂性低。

每个夹具指可在其近端连接到线性致动器单元的致动器，并垂直于致动器各自的调整平面延伸。

可以规定，至少一个夹具指的至少一个电缆驱动器具有至少一个旋转驱动器。在这种情况下，两个夹具指的相对的旋转驱动器可以具有相反的旋转方向。例如，根据带式压力机的原理，两个旋转驱动器可以具有至少两个相对的压力带，它们彼此对齐以形成辊子间隙。只要辊子之间没有容纳电缆，辊子也可以彼此相邻。辊子优选地在其外圆周上具有相同和相反的转速。原则上，只要实现上述原理，旋转驱动器不限于任何特定实施例。因此，可以举例说明，旋转驱动器可以包括至少一个轮子、至少一个辊子和/或至少一条运送带。具体地，例如，成对的相对的旋转驱动器中的每个可包括至少一个轮子、至少一个辊子和/或至少一条运送带。

相对的电缆驱动器能够在夹具指的调整方向上是可调整的，并进行机械预张紧，优选进行弹簧预张紧。通过这种方式，可以确保始终对经由电缆驱动器传送的电缆施加均匀的接触压力，而不考虑加工后的电缆横截面，从而在电缆和电缆驱动器之间提供可靠的静摩擦。同样地，可以通过这种方式确保当夹具指从电缆接收位置转移到电缆传送位置时，电缆驱动器与电缆接触，并对电缆具有驱动电缆所需的静摩擦，其中，在电缆接收位置，夹爪将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆横截面，并且如有必要超过电缆端部处理的横截面；在电缆传送位置，夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或更大的横截面，但优选小于电缆端部处理的最大横截面。

特别是在加工长电缆时，以受控的方式引导通过夹具拾取的电缆远离夹具可能是适宜的。为此，在一个实施例中，可以在相对的电缆驱动器的近端电缆出口侧设置电缆导向件，其通入通道横截面。例如，电缆导向件可以是空管。电缆出口侧可以是在两个电缆驱动器之间形成的辊子间隙的近端开口。

相对的夹爪均能够围绕调整方向上延伸的轴可调整。例如，相对的夹爪可以在两个调整位置之间在同一方向上以0°到180°的角度范围调整，例如在两个位置之间相对彼此围绕轴以180°调整。具体地，然而，夹爪也能够围绕轴以0°到180°之间的任何角度可调整。

每个夹爪均可在其相对于轴的相对纵向端处具有夹持端，其中，优选在两个相对于彼此调整了180°的位置，夹持端中的一个面向其夹具指的远端，并且在每种情况下，另一个夹持端在相对于轴的另一相对侧面向电缆驱动器。夹爪优选地相对于轴对称。相对的夹爪可以形成为互补夹爪，特别是相对的夹爪可以具有互补互锁的轮廓。互锁夹爪可在它们之间形成具有通道横截面的电缆导向通路，通过借助线性调整单元来调整夹具指，可以调整通道横截面。可以规定，即使在电缆传送位置，其中夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或更大的横截面，但优选地，该通道横截面小于电缆端部处理的横截面，相对的互补夹爪仍然部分彼此接合，周向地限定电缆导向通路，使得在电缆导向通路内接收在夹爪之间的电缆被牢固地保持在夹爪之间。

线性致动器可构造为选择性地将夹具指相对于彼此移动到以下位置中的至少一个：

a.电缆保持位置，在该位置，夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面、电缆端部处理的横截面或更小的横截面；

b.电缆传送位置，在该位置，夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或更大的横截面，但优选小于电缆端部处理的横截面；以及

c.电缆接收位置，在该位置，夹爪将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆横截面，并且如有必要还超过电缆端部处理。

夹具指能够仅通过线性设置单元相对于彼此调整。这确保了高水平的加工可靠性。

根据另一方面，本发明涉及一种机器人，优选铰接臂机器人，例如从后发布的德国专利申请102018133337.4中了解的机器人，这种机器人包括前述类型的夹具。

根据另一方面，本发明涉及一种用于电气开关设备的电气部件的自动布线的方法，该方法包括以下步骤：

a.使用上述类型的夹具和/或机器人从电缆传输接口移除至少部分预制的电缆；

b.在电气开关设备的第一电气部件的第一接触点处接触电缆的第一电缆端部，将电缆从第一电气部件的第一接触点路由到电气开关设备的第二电气部件的第二接触点，并且在第二电气接触点处接触第二电缆端部；

其特征在于，从电缆传输接口移除电缆包括：

c.经由线性致动器将夹具指转移至电缆接收位置，在该位置，夹爪将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆横截面，并且如有必要还超过电缆的电缆端部处理。

d.经由远端和夹爪的扩展的通道横截面将第二电缆端部插入电缆路由通路中，直到第二电缆端部到达电缆驱动器；以及

e.将带有电缆驱动器的电缆传送到电缆导向通路中，直到第一电缆端部到达夹爪。

电缆的第一端已经到达夹爪时，其可以被夹爪保持住，并以前述方式在第一电气部件的第一接触点处接触。在随后将电缆从第一接触点敷设到第二接触点的过程中，电缆可经由电缆导向通路再次离开夹具，如有必要，电缆驱动器将电缆从电缆导向通路传送出来，直到第二电缆端部到达夹爪。

在将电缆从第一接触点敷设到第二接触点之后，以及在第二电气接触点处接触第二电缆端部之前，可以作出以下规定：在同一方向上以180°（或者如有必要，在0°和360°之间的另一个角度大小）调整相对的夹爪，以将第二电缆端部布置在夹具的远端，使得第二电缆端部可以被馈送至第二电气部件并在此接触。

传送电缆可包括经由线性致动器将夹具指从电缆接收位置转移到电缆传送位置，其中夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或更大的横截面，但优选小于电缆端部处理的最大横截面，使得电缆端部可以在夹爪之间通过。

接触第一和/或第二电缆端部可包括经由线性致动器将夹具指转移至电缆保持位置，其中夹爪将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面、电缆端部处理的横截面或比电缆端部处理的横截面更小的横截面，使得电缆端部保持在夹爪之间。

附图说明

参考以下附图解释本发明的进一步细节，由此显示了：

图1是根据现有技术借助铰接机器人用于预制电缆的预制和布线的布置的示意图；

图2根据本发明的夹具实施例的侧视图，例如该夹具可作为根据图1的布置中的夹具；

图3根据图2的夹具的立体图；

图4根据本发明的加工流程示意图。

具体实施方式

图1显示了用于为在安装板12上形成的电气开关设备系统的电气部件11布线的示例性布置。安装板12由传送车18水平保持，从而使带有夹具1的铰接臂机器人可以从上方接近电气部件11，用于电缆馈送、接触以及必要时的质量保证。根据本实施例，可选地，安装板12可以与水平面成一定角度定向。

铰接臂机器人具有带夹具1的端部效应器，经由该端部效应器，可以从电缆传输接口13移除预装电缆，并将其馈送至电气部件11以进行接触。如从现有技术中原则上已知的，预装电缆可借助自动电缆组装机17进行生产。

在第一步骤中，机器人10通过在其相对的预装电缆端部中的一个端部处抓住电缆15，借助其夹具1从电缆传输接口13移除第一条预装电缆15。这样，被保持的电缆端部14被馈送到第一电气部件的第一接触点并在第一接触点处被接触。在第一接触点处接触第一电缆端部后，电缆15从第一接触点路由到电气开关设备的第二电气部件的第二接触点，并且在第二电气接触点处接触第二电缆端部。

这里的问题是，作为柔性部件的电缆15必须在接触和敷设电缆15的过程中被操纵，从而确保电缆不会与电气开关设备的电气部件11或安装板12上的其他上部结构缠绕在一起。为了实现高水平加工的可靠性，因此，在将电缆从电缆传输接口13移除到在第二电气部件的第二接触点处接触第二电缆端部的整个加工序列中，有必要精确地引导电缆。

为了解决该问题，如图2和图3中的示例性实施例所示，根据本发明提出了夹具1。夹具1具有第一夹具指和第二夹具指，第一夹具指和第二夹具指可以经由线性调整单元6相对于彼此专门地线性调整，从而它们垂直于它们的纵向方向改变彼此的距离。夹具指2之间形成电缆导向通路3，该电缆导向通路3一方面由夹具指2相对侧上的互补夹爪4界定，另一方面则由相对的电缆驱动器5界定。在其近端，电缆导向通路3通入电缆导向件8，电缆导向件8例如可被设计为空管，经由该电缆导向件，插入空管内的电缆能够以过程安全的方式被引导离开夹具1。

电缆驱动器5设计为相对的跑台，每个跑台均由成对的旋转驱动器7夹紧。还可以考虑在旋转驱动器7之间的附加压力滚轮，用于最佳的电缆压紧。例如，旋转驱动器7可设计为齿轮，其中，每个电缆驱动器5的两个旋转驱动器7中至少有一个由马达19驱动。环绕齿轮的传动带可设计为内部设置突起的齿形带，突起与齿轮的相应凹部接合。可以以相同的速度且以相反的方向驱动两个电缆驱动器5。

在图2和图3中，夹具1在电缆接收位置示出，在该位置，电缆导向通路3的横截面被拓宽到电缆横截面之外，以允许将夹爪4远端的夹持端D上的电缆插入至电缆驱动器5，可经由线性调整单元6使夹具指2彼此靠近，这样使电缆导向通路3的通道横截面变窄。在电缆传送位置，夹爪4可以将它们之间的电缆导向通路3的通道横截面限制为电缆横截面或略大于此的横截面。特别地，在电缆传送位置可以设置通道横截面小于电缆端部处理的横截面，以便当电缆传送通过电缆导向通路3（该通路在上述位置呈锥形）时，电缆以其端侧电线端部处理靠在夹爪4的远端D上。

对于每个夹具指2，夹具1具有马达19，用于驱动分配给每个夹具指2的电缆驱动器5。

每个相对的夹爪4均可以绕着轴x相对于彼此调整，轴x沿着夹具指2的调整方向y延伸。特别是，夹爪4可以绕着轴x在相同方向上调整，也可以在绕着轴x的两个位置之间调整，这两个位置相对于彼此通过致动器22（例如伺服马达）调整180°，每个致动器经由齿轮箱20的主轴（未显示）联接至夹爪4中的一个。在这种情况下，每个夹爪4均在其相对于轴x彼此相对的纵向端处具有夹持端9，其中，在相对于彼此调整180°的两个位置中，在每种情况下，夹持端9中的一个面向其相应的夹具指2的远端D，并且另一个夹持端9在相对于轴x的另一侧面向电缆驱动器5。相对于轴x，每个夹爪都是对称的。

电缆驱动器5，特别是电缆驱动器5的旋转驱动器7，与负载传感器21联接，借助于该负载传感器，经由驱动电缆驱动器5的马达19的增加的负载来确定电缆端部是否位于电缆驱动器5的接合区内。例如，电缆端部可具有电缆端部处理，该电缆端部处理具有比布置在电缆驱动器5之间的电缆更大的横截面，使得电缆端部处理在电缆导向通路3中的两个电缆驱动器5之间的接合处接触并且代表可经由负载增加检测到的电阻，电缆导向通路3被限制在电缆驱动器5之间。当负载传感器21检测到负载上升时，可以由此控制马达19以停止驱动旋转驱动器7。

在图4和图1至图3的概要中，根据本发明的实施例描述了根据本发明的用于自动布线的方法。相应地，在第一步骤100中，该方法包括使用机器人10的夹具1从电缆传输接口13移除至少部分预装的电缆15。在随后的步骤200中，被移除的电缆15可经由其第一电缆端部在电气开关设备的第一电气部件的第一接触点处被接触。在接触200第一电缆端部之后，在步骤300中，电缆15可以从第一接触点路由到电气开关设备的第二电气部件的第二接触点。此后，在步骤400中，第二电缆端部可以在第二电气接触点处被接触。

当电缆15被从电缆传输接口13移除100时，在步骤110中，夹具指2可以经由线性调整单元6被移动至电缆接收位置，在该位置，夹爪4将它们之间的通道横截面扩展至超过待布线电缆15的电缆横截面和电缆15的电缆端部处理的横截面。这允许在步骤120中，第二电缆端部经由夹具指2的远端D和夹爪4的扩展的通道横截面被插入电缆路由通路内，直到第二电缆端部到达电缆驱动器5。通过致动电缆驱动器5，然后，可在步骤130中将电缆传送到电缆导向通路3内，直到第一电缆端部到达夹爪。后者可借助负载传感器21以上述方式重复检测。

电缆15的传送130可包括经由线性调整单元6将夹具指2从电缆接收位置转移131到电缆传送位置，在该位置，夹爪4将它们之间的通道横截面扩展到电缆横截面或更大的横截面，但小于电缆端部处理的最大横截面，从而电缆15可以在夹爪之间通过，但带有较大端部处理的电缆端部14（例如电线端部套筒）靠在夹爪4的远端D上。

接触200第一电缆端部和第二电缆端部可以包括经由线性调整单元6将夹具指2转移131到电缆保持位置，在该位置，夹爪4将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面、电缆端部处理的横截面或更小的横截面，使得电缆端部14保持在夹爪4之间。

该方法可进一步包括，在将电缆15从第一接触点敷设300到第二接触点之后，以及在第二接触点处接触400第二电缆端部之前，调整350，特别是以并行方式将相对的夹爪4绕轴x旋转180°。这特别是为了将第二电缆端部（其靠在夹爪4上或被夹爪4夹持）带到夹具1的远端D，从而使第二电缆端部，特别是设在那里的电缆端部处理，能够被馈送至第二电气部件的第二接触点。

在上面的说明书中、在附图中以及在权利要求中公开的本发明的特征，无论单独地还是以任意组合，对于实现本发明来说都是重要的。

附图标记列表

1夹具

2夹具指

3电缆导向通路

4夹爪

5电缆驱动器

6线性调整单元

7旋转驱动器

8电缆导向件

9夹持端

10机器人

11电气部件

12安装板

13电缆传输接口

14电缆端部

15电缆

16接触点

17自动电缆组装机

18传送车

19马达

20齿轮箱

21负载传感器

22致动器

23电缆出口侧

100移除

110转移

120插入

130传送

131转移

200接触

300敷设

350调整

400接触

D远端

X轴

y调整方向。

Claims (20)

1.一种用于电气开关设备的电气部件（11）的自动布线的夹具（1），夹具（1）具有至少两个夹具指（2），其特征在于，夹具指（2）界定夹具指之间的电缆导向通路（3），电缆导向通路（3）的通道横截面在夹具指（2）的远端（D）由夹具指（2）的相对的夹爪（4）界定，并且在相对于远端（D）的近端由夹具指（2）的相对的电缆驱动器（5）界定，其中，为了改变通道横截面，两个夹具指（2）通过线性调整单元（6）在与通道横截面的横截面方向相对应的调整方向y上相对于彼此是可调整的，

其中电缆（15）从远端（D）进入夹具指（2），与远端（D）相对的近端是夹具指（2）的靠近电缆驱动器（5）的一端。

2.根据权利要求1所述的夹具（1），其中每个夹具指（2）的电缆驱动器（5）具有至少一个旋转驱动器（7），其中两个夹具指（2）的彼此相对定位的旋转驱动器（7）具有相反的旋转方向。

3.根据权利要求2所述的夹具（1），其中至少一对相对的旋转驱动器（7）中的每个旋转驱动器（7）包括至少一个轮子、辊子或运送带。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具（1），其中相对的电缆驱动器（5）在夹具指（2）的调整方向y上是可调整的，并且进行机械预张紧。

5.根据权利要求4所述的夹具（1），其中相对的电缆驱动器（5）进行弹簧预张紧。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具（1），包括在相对的电缆驱动器（5）的近端的电缆出口侧（23）的电缆导向件（8），电缆导向件（8）通入通道横截面，其中电缆驱动器（5）的近端是电缆驱动器（5）的背离夹爪（4）的一端。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具（1），其中相对的夹爪（4）每一个绕着沿调整方向y延伸的轴x可调整。

8.根据权利要求6所述的夹具（1），其中相对的夹爪（4）能够在相同方向上且在绕着轴x的两个位置之间调整，所述两个位置相对于彼此在0°-180°的调整范围内进行调整。

9.根据权利要求7所述的夹具（1），其中每个夹爪（4）在其相对于轴x彼此相对的纵向端处均具有夹持端（9），其中，在两个相对于彼此位移的位置中，夹持端（9）中的一个面向其夹具指（2）的远端（D），夹持端（9）中的另一个在相对于轴x的另一侧面向电缆驱动器（5）。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具（1），其中线性调整单元（6）被布置成将夹具指（2）相对于彼此带入以下位置中的至少一个：

a. 电缆保持位置，在电缆保持位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面、电缆端部处理的横截面或更小的横截面；

b. 电缆传送位置，在电缆传送位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或比电缆横截面更大的横截面；以及

c.电缆接收位置，在电缆接收位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆横截面。

11.根据权利要求10所述的夹具（1），其中在电缆传送位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面限制为小于电缆端部处理的横截面。

12.根据权利要求10所述的夹具（1），其中在电缆接收位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆端部处理。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的夹具（1），其中夹具指（2）经由线性调整单元（6）相对于彼此是可调整的。

14.一种机器人（10），包括根据权利要求1至13中任一项所述的夹具（1）。

15.根据权利要求14所述的机器人（10），其中所述机器人为铰接臂机器人。

16.一种用于电气开关设备的电气部件（11）的自动布线的方法，所述方法包括以下步骤：

a.使用根据权利要求1-13中任一项所述的夹具（1）和/或根据权利要求14或15所述的机器人（10）从电缆传输接口（13）移除至少部分预制的电缆（15）；

b.在电气开关设备的第一电气部件的第一接触点处接触电缆（15）的第一电缆端部，将电缆（15）从电气开关设备的第一电气部件的第一接触点路由到第二电气部件的第二接触点，并且在第二电气接触点接触第二电缆端部；

其特征在于，从电缆传输接口（13）移除电缆（15）包括：

c.经由线性调整单元（6）将夹具指（2）转移至电缆接收位置，在电缆接收位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆（15）的电缆横截面；

d.经由远端（D）和夹爪（4）的扩展的通道横截面将第二电缆端部插入电缆导向通路（3）中，直到第二电缆端部到达电缆驱动器（5）；以及

e.将电缆（15）传送到电缆导向通路（3）中，直到第一电缆端部到达夹爪（4）。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在电缆接收位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面扩展至超过电缆（15）的电缆端部处理。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，传送电缆（15）包括经由线性调整单元（6）将夹具指（2）从电缆接收位置转移到电缆传送位置，其中夹爪（4）将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面或比电缆横截面更大的横截面，但小于电缆端部处理的最大横截面，使得电缆端部（14）能够在夹爪（4）之间通过。

19.根据权利要求16所述的方法，其中接触第一电缆端部和/或第二电缆端部包括经由线性调整单元（6）将夹具指（2）转移到电缆保持位置，在电缆保持位置，夹爪（4）将它们之间的通道横截面限制为电缆横截面、电缆端部处理的横截面、或比电缆端部处理的横截面更小的横截面，使得电缆端部（14）保持在夹爪（4）之间。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，在将电缆（15）从第一接触点敷设到第二接触点之后，并且在第二接触点处接触第二电缆端部之前，在相同方向上以180°调整相对的夹爪（4）。