CN113795356A - 工具更换系统、工业机器人和由工业机器人操纵工具的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于工业机器人(10)的工具更换系统(12)，工具更换系统(12)包括工具(22)；基部构件(20)，该基部构件被布置在该工业机器人(10)的操纵器(14)中并且用于保持该工具(22)；以及工具储存部(24)，该工具储存部(24)用于在工具(20)从基部构件释放时保持该工具(22)；以及基部构件施力设备(34)，该基部构件施力设备被配置为当工具(22)由基部构件(20)保持时，在基部构件(20)的任何取向上，将工具(22)施力到基部构件(20)；以及工具储存施力设备(56)，该工具储存施力设备被配置为用于在该工具(22)被该工具储存部(24)保持时，在该工具储存部(24)的任何取向上将该工具(22)施力到该工具储存部(24)。还提供了一种由工业机器人(10)操纵工具(22)的方法。

Description

工具更换系统、工业机器人和由工业机器人操纵工具的方法

技术领域

本发明总体上涉及工具更换系统。具体地，提供了一种用于工业机器人的工具更换系统，一种包括工具更换系统的工业机器人，以及一种由工业机器人操纵工具的方法。

背景技术

一些已知的工业机器人包括一个或多个末端执行器，该末端执行器具有一个或多个用于操纵工件的工具。例如，末端执行器可以包括两个用于夹持工件的夹持指。许多工业实施需要机器人处理各种类型的工件(例如具有不同形状、不同尺寸、不同结构强度和/或不同表面特性的工件)。因此，可能需要不同形状的夹持指来操纵不同类型的工件。

更换夹持指的任务通常是困难且耗时的。为了更换工具，机器人可以包括各种多物体抓取系统。这种抓取系统通常包括可更换的末端执行器或多功能末端执行器。更换整个末端执行器是费时和昂贵的，因为需要提供数个装备好的末端执行器。多功能末端执行器(例如包括可旋转设备上的多个末端执行器)很重，从而降低了机器人的有效载荷能力和功能性。

DE 3705884 A1公开了一种用于工业机器人的夹持器系统。该夹持器系统包括可移动的夹持指，多个夹持爪可以被附接到夹持指上该夹持爪以准备状态被放置在匣盒中。通过夹持器系统从或沿着垂直于夹持指的运动方向的方向的线性运动，夹持爪可以被插入到对应的储料匣位置中或从对应的储料匣位置移除。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统具有灵活的设计。

本发明的另一目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统能够紧凑地储存一个或多个工具。

本发明的又一目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统能够简单、快速和/或可靠地更换工业机器人所使用的一个或多个工具。

本发明的又一目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统便宜。

本发明的又一目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统具有简单的设计。

本发明的又一目的是提供一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统组合地解决了上述目的中的几个或全部。

本发明的又一目的是提供一种包括工具更换系统的工业机器人，该工业机器人解决了上述目的中的一个，几个或全部。

本发明的又一目的是提供一种通过工业机器人操纵工具的方法，该方法解决了上述目的中的一个，几个或全部。

根据一个方面，提供了一种用于工业机器人的工具更换系统，该工具更换系统包括：工具；基部构件，该基部构件被布置在该工业机器人的操纵器中并且用于保持该工具；以及，工具储存部，该工具储存部用于在工具从基部构件被释放时保持工具；以及，基部构件施力设备，基部构件施力设备被配置为当工具由基部构件保持时，沿着基部构件的任何取向将工具施力到基部构件；以及，工具储存施力设备，该工具储存施力设备被配置为当该工具被工具储存保持时，沿着该工具储存部的任何取向将工具施力到该工具储存部。

借助于基部构件施力设备，基部构件可以在空间中沿着任何方向和任何取向移动，同时工具由基部构件稳定地保持。借助于该工具储存施力设备，一个或多个工具可以由该工具储存保持在该工具储存部的任何取向上。这提高了工业机器人的灵活性。

基部构件施力设备可以被布置在基部构件上、在工具上、或在基部构件和工具两者上。工具储存施力设备可以被布置在工具储存部上、在工具上、或在工具储存部和工具两者上。在工具储存部面朝下的情况下，工具储存施力设备可以在工具上产生垂直向上指向力抵靠工具储存部。工具储存施力设备可以在工具上产生抵靠工具储存部的保持力，该保持力克服作用在工具上的重力。因此，一个或多个工具可以借助于工具储存施力设备从工具储存部下方悬挂。

工具储存部可以被配置为连接到固定结构。工具储存部可以形成为一个单元。

基部构件被配置为形成操纵器的一部分。基部构件可以例如由操纵器的指安装板构成，或者可以被附接到这种指安装板上。因此，工具更换系统能够将工具更换系统改装到现有的工业机器人上。基部构件可以在垂直于基部构件方向的平面中具有主要尺寸。

工具更换系统可以包括一个或几个工具储存部。在任何情况下，每个工具储存部可以包括一个或多个储存位置，其中工具可以在每个储存位置由工具储存保持。每个工具储存部可以例如包括四个储存位置，用于保持多达四个工具。备选地，储存位置可以被称为站。工具更换系统能够仅更换操纵器的工具，而不是操纵器的整个末端执行器或手。

基部构件施力设备和工具储存施力设备可以纯机械地起作用，即不需要任何电子器件。工具更换系统可以包括多个工具。

基部构件施力设备可以包括永磁体。基部构件施力设备的永磁体可以被布置为当基部构件被定位在工具附近时，在工具和基部构件之间产生吸引磁力。因此，可以避免对通过操纵器到一个或多个基部构件的电气布线的需要。永磁体提供可靠的操作并且相对便宜。

基部构件施力设备的永磁体可以被布置在基部构件上或工具上。例如，基部构件施力设备可以包括布置在基部构件上的永磁体和对布置在工具上的磁场强烈响应的材料，反之亦然。备选地，该基部构件施力设备可以包括两个吸引永磁体：永磁体分别被设置在基部构件和工具上。

工具储存施力设备可以包括磁体，例如永磁体。工具储存施力设备的磁体可以被布置为当工具位于工具储存部附近时在工具储存部和工具之间产生吸引磁力。

工具储存施力设备的磁体可以被布置在工具储存部上或工具上。例如，工具储存施力设备可以包括布置在工具储存部上的永磁体和对布置在工具上的磁场强烈响应的材料，反之亦然。可替代地，该工具储存施力设备可以包括两个吸引永磁体：一个永磁体设置在每个工具储存部和工具上。作为另一选择，工具储存施力设备可以包括布置在工具储存部上的电磁体和对布置在工具上的磁场强烈响应的材料。

工具更换系统还可以包括具有远侧连杆构件(例如手)的操纵器。在这种情况下，基部构件可以被布置在操纵器中，并且基部构件可以被配置为沿着致动线相对于远侧连杆构件线性地移动。在整个本公开中，基部构件沿着致动线相对于操纵器的远侧连杆构件的运动可以被称为致动运动。

根据本发明，操纵器可以包括两个基部部件。在这种情况下，每个基部部件是可以沿着对应的致动线(例如沿着两条平行但偏移的致动线，或者沿着相同的致动线)线性可动的。操纵器的两个基部构件可以是夹持机构。

该工具更换系统还可以包括工业机器人，该工业机器人包括操纵器。工业机器人可以包括一个，两个或两个以上操纵器。每个操纵器可以在三个或更多个轴线上是可编程的并且可以包括远侧连杆构件。

基部构件施力设备可以被配置为当工具由基部构件保持时，沿着基本垂直于或垂直于致动线的基部构件方向将工具施力到基部构件。当工具由基部构件保持并且基部构件沿着致动线移动时，基部构件的移动不会抵消工具借助于基部构件施力设备对基部构件的施力。

这种变型提供了一种简单的方式来将工具附接到基部构件上，以及将工具从基部构件上拆卸下来，而不必使基部构件沿着致动线相对于远侧连杆构件运动。此外，在工具更换系统包括具有在夹紧机构中的两个基部构件的操纵器和连接到每个基部构件的工具的情况下，第一工具可以从第一基部构件被拆卸，而第二工具维持由第二基部构件保持，而不必相对于远侧连杆构件沿着致动线移动任何基部构件。换言之，该变型使得能够通过仅移动操纵器来更换两个工具中的仅一个，而不必执行任何基部构件的致动运动。

该工具储存施力设备可以被配置为当工具由工具储存部和基部构件保持时，沿着基本平行于或平行于致动线的工具储存方向将工具施力到工具储存部。例如，在工具更换系统包括在夹紧机构中的两个基部构件的情况下，该变型使得由基部构件保持的两个工具中的一个能够以简单的方式被更换。

无论基部构件是否被配置为沿着致动线线性移动，基部构件施力设备可以被配置为沿着基部构件方向将工具施力到基部构件，并且工具储存施力设备可以被配置为当工具由工具储存部和基部构件保持时，沿着基本垂直于或垂直于基部构件方向的工具储存方向上将工具施力到工具储存部。因此，为了将工具从基部构件拆卸并且将工具附接到工具储存部，基部构件首先在工具储存方向上朝向工具储存部执行运动(借助于操纵器)，以将工具附接到工具储存部，然后，在基部构件方向上执行远离工具的运动，以将工具从基部构件拆卸。相反地，为了将工具附接到基部构件，基部构件首先执行与基部构件方向平行的朝向工具的运动，以将工具附接到基部构件，然后，执行与工具储存方向平行的远离工具储存设备的运动，以将工具从工具储存设备拆卸。因此，工具更换系统使得操纵器能够仅通过基部构件的两次运动就将工具放在工具储存部处，并且仅通过基部构件的两次运动就从工具储存部拾取工具。

工具储存部可以包括沿储存位置线布置的多个储存位置。在这种情况下，当工具由基部构件和工具储存保持时，储存位置线可以基本上垂直于或垂直于基部构件方向和工具储存方向中的每一个。这实现了工具储存部的紧凑设计。

该工具可以包括具有连接部件基部表面的连接部。在这种情况下，基部构件可以包括基部构件保持表面，并且基部构件施力设备可以被配置为当工具由基部构件保持时，施力连接部件基部表面紧密地抵靠基部构件保持表面。连接部件基部表面可以具有基本上相应于或相应于基部构件保持表面的形状和尺寸。连接部件基部表面和基部构件保持表面中的每一个可以是平坦的。连接部件基部表面是连接部件上的表面，被布置为与基部构件接触。基部构件保持表面是基部构件上的表面，被布置为与工具接触。

该工具可以包括具有连接部件储存表面的连接部件。在这种情况下，工具储存部可以包括工具储存保持表面，工具储存施力设备可以被配置为当工具由工具储存保持时，施力连接部件储存表面紧密地抵靠工具储存保持表面，并且连接部件储存表面紧密地抵靠工具储存保持表面。连接部件储存表面和工具储存保持表面中的每一个可以是平坦的。连接部件储存表面是连接部件上的表面，被布置为与工具储存部接触。工具储存保持表面是工具储存部上的表面，被布置为与工具接触。

该工具更换系统还可以包括基部构件定位装置，该基部构件定位装置被配置为当工具由基部构件保持时，无疑义地限定工具和基部构件之间的相对位置。基部构件定位装置可以包括定位销和相应的孔的一对或多对。

工具更换系统还可以包括工具储存定位装置，该工具储存定位装置被配置为当工具由工具储存保持时，无疑义地限定工具和工具储存部之间的相对位置。工具储存定位装置可以包括定位销和孔的一对或多对。

工具储存部可以包括具有主延伸平面的平坦主体。在这种情况下，主体可以包括工具储存保持表面，该工具储存保持表面基本上垂直于或垂直于主体的主延伸平面，并且工具可以包括连接部件，该连接部件具有连接部件储存表面，用于当工具由工具储存保持时与工具储存保持表面配合。平坦主体使得能够紧凑地储存一个或多个工具，特别是包括相对于连接部件倾斜的夹持指的工具。

此外，工具储存部的平坦主体使得工具储存部能够在相同的储存位置中以两个相反的取向保持工具。例如，在平坦主体被水平定向的情况下，包括连接部件和从该连接部件延伸的夹持指的工具，可以在夹持指指向上方或夹持指指向下方的情况下，被保持在储存位置中。这使得能够在工具储存部中紧凑地堆叠数个工具，例如包括从基本上平行于工具储存保持表面的连接部件以一定角度(例如45°)延伸的夹持指的工具。

此外，在这些工具中的一个或多个工具包括连接部件以及从该连接部件以一定角度(例如45°)延伸的夹持指的情况下，该工具储存部的平坦主体使得该工具储存部能够以夹持指在该平坦主体上方或下方延伸(即超过该工具储存保持表面)的方式保持一个或多个这样的工具。

该工具可以包括连接部件和用于操纵工件的夹持指。在这种情况下，夹持指可以从连接部件延伸，基部构件施力设备可以被配置为当工具由基部构件保持时，施力连接部件抵靠基部构件，并且工具储存施力设备可以被配置为当工具由工具储存保持时施力连接部件抵靠工具储存部。

工具更换系统可以包括两个基部部件和两个工具。在这种情况下，每个工具可以包括夹持指，并且夹持指可以被布置为当工具连接到基部构件时夹持工件。

根据另一方面，提供了一种包括根据本公开的工具更换系统的工业机器人。工业机器人可以是协作机器人。该工具储存部可以被附接到该工业机器人的基部上或工作台上。

根据另一方面，提供了一种通过工业机器人操纵工具的方法，该工业机器人包括：操纵器，该操纵器具有用于保持工具的基部构件；工具储存部，该工具储存部用于在工具从该基部构件释放时保持该工具；基部构件施力设备，该基部构件施力设备被配置为用于在该工具被该基部构件保持时在该基部构件的任何取向上将该工具施力到该基部构件上，以及工具储存施力设备，该工具储存施力设备被配置为当该工具被该工具储存保持时在该工具储存部的任何取向上将该工具施力到该工具储存部，该方法包括借助于该基部构件施力设备将该工具保持到该基部构件；借助于该操纵器将该工具移动到该工具储存部，使得该工具附加地借助于该工具储存施力设备由该工具储存保持，以及使得该基部构件施力设备沿着基部构件方向对该工具施加力并且该工具储存施力设备在基本上垂直于该基部构件方向的工具储存方向上对该工具施加力；以及借助于操纵器沿着基本上垂直于工具储存方向移动基部构件，使得工具从基部构件释放并且由工具储存保持。这样，工业机器人能够以简单且可靠的方式自动地将工具从基部构件移交到工具储存部。该方法可以由包括根据本公开的任何类型的工具更换系统的工业机器人执行。

该方法还可以包括借助于该工具储存施力设备将该工具保持在该工具储存部中；借助于该操纵器将该基部构件移动到该工具储存部，使得该工具附加地借助于该基部构件施力设备由该基部构件保持；借助于该操纵器在该工具储存方向上移动该基部构件，使得该工具从该工具储存部中被释放并且被该基部构件保持。这样，工业机器人能够以简单且可靠的方式从工具储存部自动拾取工具。

附图说明

通过以下结合附图的实施例，本公开的进一步细节\优点和方面将变得清楚，其中：

图1示意性地表示包括工具更换系统的工业机器人的前视图；

图2示意性地表示工具更换系统的基部构件的透视图；

图3示意性地表示工具更换系统的工具的透视图；

图4示意性地表示该工具更换系统的工具储存部的透视图；以及

图5示意性地表示工具更换系统的透视图。

具体实施方式

在下文中，将描述用于工业机器人的工具更换系统，包括工具更换系统的工业机器人，以及通过工业机器人操纵工具的方法。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。

图1示意性地表示包括工具更换系统12的工业机器人10的前视图。该示例的工业机器人10由双臂协作机器人构成，该双臂协作机器人包括具有类似或相同配置的两个操纵器14和基部16。工业机器人10被定位在工作台18上。每个操纵器14包括多个关节，从而关于多个轴线可动。在图1的示例中，每个操纵器14包括七个关节并且具有七个自由度。

本示例的工业机器人10是真正的协作机器人，即被构造成不能伤害人类的协作机器人。工业机器人10可以具有100kg或更小的质量。备选地或附加地，工业机器人10可以包括以小于80W的功率驱动的一个或多个臂。真正的协同机器人不同于最初的非协同工业机器人，该非协同工业机器人使用传感器改装以具有协同性。真正的协同机器人的一个示例是ABB的

尽管图1中的工业机器人10是协作机器人，但是本公开不限于这种类型的机器人。

该示例的工具更换系统12包括两个操纵器14、多个基部部件20、多个工具22和两个工具储存部24。每个操纵器14包括远侧连杆构件，这里呈现为手26的形式。在每个手26处提供包括两个基部部件20的夹持机构。每个基部构件20被设计用于永久安装在对应操纵器14的手26中(在该示例中，借助于穿过基部构件20中的螺钉孔(未示出)的一个或多个螺钉，通过将基部构件20紧固到相关联的指安装板(未示出))。

如图1所示，每个基部部件20保持一个工具22。每个基部部件20相对于手26沿着致动线(未示出)可动。通过沿着致动线彼此相向地移动基部部件20，每个手26可以借助于工具22夹持工件28。

此外，图1中的每个工具储存部24保持两个工具22。每个工具储存部24包括多个储存位置(在该示例中为四个)。在图1中，每个工具储存部24水平地面向(在图1中分别向左和向右)。工具22在工作台18的侧面上的对应工具储存部24中总体竖直地定向，而工作台18上的工件28可以由手26的工具22操纵。因此，工具更换系统12能够实现紧凑的工作空间和/或工业机器人10的工作空间的有效利用。

借助于工具储存施力设备(未示出)，每个工具储存部24可以在空间中任意定向。一个或多个工具储存部24可以例如面向下，使得由工具储存部24保持的一个或多个工具22在工具储存部24下方。在图1中，每个工具储存部24被配置为附接到工作台18上的一个单元。然而，一个或多个工具储存部24可以被附接到基部16或工业机器人10的工作空间中的其他部件。每个工具储存部24可以例如借助于增材制造一体地形成。

图2示意性地示出了图1中工具更换系统12的基部部件20的一个的透视图。在图2中，可以看到用于通过螺钉将基部部件20连接到手26的螺钉孔30。

该示例的基部部件20包括三个永磁体32。永磁体32形成基部构件施力设备34的一个示例的一部分，当工具22由基部构件20保持时，该施力设备34用于在基部构件20的任何取向上施力工具22朝向基部构件20。

该示例的基部部件20还包括四个定位开口36。定位开口36形成基部部件定位装置38的一个示例的一部分。

除了定位开口36，螺纹孔30和用于容纳永磁体32的可能的凹槽之外，基部部件20是实心结构。图2还示出了基部部件20的平坦基部部件保持表面40。永磁体32被布置在基部构件保持表面40中。

图3示意性地示出了图1中的工具更换系统12的工具22之一的透视图。图3中的示例的工具22包括连接部件42和从连接部件42延伸的夹持指44。在图3中，夹持指44部分地相对于连接部件42以45°的角度延伸。

连接部件42包括平坦的连接部件基部表面46和平坦的连接部件储存表面48。连接部件储存表面48垂直于连接部件基部表面46。

该示例的工具22包括布置在连接部件基部表面46上的三个永磁体50。当工具22靠近基部部件20时，工具22的永磁体50和基部部件20的永磁体32彼此磁性吸引。工具22的永磁体50与基部构件20的永磁体32一起形成基部构件施力设备34的一个示例，该基部构件施力设备被配置为当工具22由基部构件20保持时在基部构件20的任何取向上施力工具22到基部构件20。

该示例的工具22还包括四个定位销52。定位销52从连接部件基部表面46突出。工具22的定位销52和基部构件20的定位开口36形成基部构件定位装置38的一个示例，该基部构件定位装置38被配置为当工具22由基部构件20保持时，无疑义地限定工具22和基部构件20之间的相对位置。工具22的定位销52和基部部件20的相应定位开口36使得工具22能够与基部部件20对齐。

当工具22由基部构件20保持时，连接部件基部表面46与基部构件保持表面40配合。连接部件基部表面46具有与基部构件保持表面40相同的形状和尺寸。

借助于定位销52和永磁体32、50，工具22可以容易地相对于基部部件20定位在无疑义限定的相对位置中。当基部部件20接近工具22时，与永磁体32，50结合的基部部件定位装置38提供对齐效果。因此，当接近工具22时，对基部部件20的运动精度的要求降低。如图3所示，每个定位销52具有锥形尖端(在图3中为圆形)，其进一步促进工具22和基部部件20之间的相对定位。

定位销52还消除了工具22和基部部件20之间的间隙。工具22可以借助于永磁体32、50被可靠地保持在基部部件20上。这样，当在工件28上执行处理操作时，防止了工具22从基部部件20脱离。

在图3的示例中，工具22的连接部件42包括布置在连接部件储存表面48上的永磁体54。永磁体54形成工具储存施力设备56的一个示例的一部分，该工具储存施力设备56用于将工具22施力朝向工具储存部24。

此外，在图3的示例中，工具22的连接部件42包括布置在连接部件储存表面48中的两个定位开口58。定位开口58形成工具储存定位装置60的一个示例的一部分。

除了用于容纳永磁体50、54和定位销52的部件的定位开口58和可能的凹槽之外，工具22(包括连接部件42和夹持指44)是实心结构。工具22可以例如借助于增材制造(例如通过3D打印)来生产。

图4示意性地表示图1中的工具更换系统12的一个工具储存部24的透视图。在图4中，还示出了工具储存部24的储存位置62。工具储存设备24被配置为将从基部部件20释放的工具22保持在储存位置62的一个、几个或每个储存位置。

工具储存部24包括多个平坦的工具储存保持表面64，每个储存位置62有一个工具储存保持表面64。该示例的工具储存保持表面64在同一平面内对齐。此外，储存位置62沿储存位置线66并排布置。

工具储存部24包括平坦主体68，该平坦主体68具有垂直于工具储存保持表面64的主延伸平面。工具储存部24还包括用于容纳螺钉(未示出)的螺钉孔70，该螺钉用于将工具储存部24附接到固定结构，例如附接到工业机器人10或工作台18的基部16。

该示例的工具储存部24包括多个永磁体72。一个永磁体72设置在对应的工具储存保持表面64上。当工具22靠近储存位置62时，工具22的永磁体54和工具储存部24的储存位置62中的永磁体72彼此磁性吸引。工具22的永磁体54与工具储存部24的永磁体72一起形成工具储存施力设备56的一个示例，该工具储存施力设备56被配置为当工具22由工具储存部24保持时，在工具储存部24的任何取向上将工具22施力到工具储存部24。

该示例的工具储存部24还包括多个定位销74。两个定位销74从每个工具储存保持表面64突出。工具储存部24的定位销74和工具22的定位开口58形成工具储存定位装置60的一个示例，该工具储存定位装置60被配置为当工具22由工具储存部24保持时，无疑义地限定工具22和工具储存部24之间的相对位置。工具22的定位开口58将工具22引导到工具储存部24。永磁体54、72被配置为将工具22可靠地保持在储存位置62。

借助于定位销74和永磁体54、72，工具22可以容易地相对于工具储存部24被定位在储存位置62之一中的无疑义限定的相对位置中。当工具22接近工具储存部24时，与永磁体54、72结合的工具储存定位装置60提供对齐效果。因此，当接近工具储存部24时，对工具22的运动精度的要求降低。如图4所示，每个定位销74具有锥形尖端(在图4中为圆形)，其进一步促进工具22和工具储存部24之间的相对定位。

当工具22由工具储存部24保持时，工具22的连接部件储存表面48与工具储存部24的工具储存保持表面64中的一个工具储存保持表面配合。连接部件储存表面48比工具储存保持表面64宽，即连接部件储存表面48比主体68的厚度宽。

图5示意性地表示工具更换系统12的透视图。图5示出了致动线76，例如在抓握运动期间，基部构件20可以沿着该致动线76相对于相关联的手26移动。图5还示出了左工具22可以被附接到工具储存部24上，使得夹持指44在工具储存部24的主体68下方突出。

图5还示出了基部构件方向78，当工具由基部构件20保持时，基部构件施力设备34沿着该方向78将工具22施力到基部构件20。在图5的示例中，基部构件方向78垂直于致动线76。

图5还示出了工具储存方向80，当工具22由工具储存部24保持时，工具储存施力设备56沿着该方向80将工具22施力到工具储存部24。如图5所示，工具储存方向80垂直于基部构件方向78。在图5的示例中，工具储存方向80与致动线76平行。

参照图5，将描述由工业机器人10操纵工具22的方法的一个示例。为了拆卸由基部构件20保持的工具22，操纵器14被移动，使得基部构件20基本上在工具储存方向80上朝向储存位置62之一移动，并且使得工具22的定位开口58基本上与工具储存部24的对应定位销74对齐。在沿工具储存方向80移动的最后部分期间，工具储存定位装置60将工具22相对于工具储存部24对齐，并且工具储存施施力设备56将工具22施力到选定的储存位置62。由此工具22由工具储存部24保持。

然后移动操纵器14，使得基部构件20在储存位置62中基本上沿垂直于工具储存方向80的基部构件方向78移动远离工具22。工具22由此从基部部件20释放，同时工具22由工具储存部24维持保持。然后可以旋转手26，以便以相同的方式在第二储存位置62将第二工具22从第二基部部件20拆卸。

为了将不同的工具22附接到基部构件20上，操纵器14移动到该工具22的储存位置62附近。然后移动操纵器14，使得基部构件20沿基本上平行于基部构件方向78移动朝向在储存位置62的工具22，并且使得基部构件20的定位开口36基本上与工具22的对应定位销52对齐。在平行于基部构件方向78的运动的最后部分期间，基部构件定位装置38将使基部构件20相对于工具22对齐，并且基部构件施力设备34将工具22施力到基部构件20。由此工具22由基部部件20保持。

然后移动操纵器14，使得基部部件20沿基本平行于工具储存方向80移动远离工具储存部24。工具22由此从工具储存部24释放，同时工具22由基部构件20维持保持。然后可以旋转手26以将第二工具22附接到第二基部部件20。

尽管已经参照示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于上述内容。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要改变。因此，本发明仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (15)

1.一种用于工业机器人(10)的工具更换系统(12)，所述工具更换系统(12)包括：

工具(22)；

基部构件(20)，所述基部构件被布置在所述工业机器人(10)的操纵器(14)中并且用于保持所述工具(22)；以及

工具储存部(24)，所述工具储存部用于在所述工具从所述基部构件被释放时，保持所述工具(22)；以及

基部构件施力设备(34)，所述基部构件施力设备被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时，沿着所述基部构件(20)的任何取向来将所述工具(22)施力到所述基部构件(20)；以及

工具储存施力设备(56)，所述工具储存施力设备被配置为当所述工具(22)由所述工具储存部(24)保持时，沿着所述工具储存部(24)的任何取向来将所述工具(22)施力到所述工具储存部(24)。

2.根据权利要求1所述的工具更换系统(12)，其中所述基部构件施力设备(34)包括永磁体(32、50)。

3.根据权利要求1或2所述的工具更换系统(12)，其中所述工具储存施力设备(56)包括磁体(54、72)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，还包括具有远侧连杆构件(26)的操纵器(14)，其中所述基部构件(20)被布置在所述操纵器(14)中，并且其中所述基部构件(20)被配置为沿着致动线(76)相对于所述远侧连杆构件(26)线性地移动。

5.根据权利要求4所述的工具更换系统(12)，其中所述基部构件施力设备(34)被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时，沿基本垂直于所述致动线(76)的基部构件方向(78)将所述工具(22)施力到所述基部构件(20)。

6.根据权利要求4或5所述的工具更换系统(12)，其中所述工具储存施力设备(56)被配置为当所述工具(22)由所述工具储存部(24)和所述基部构件(20)保持时，沿基本平行于所述致动线(76)的工具储存方向(80)将所述工具(22)施力到所述工具储存部(24)。

7.根据权利要求5和6所述的工具更换系统(12)，其中所述工具储存部(24)包括沿着储存位置线(66)布置的多个储存位置(62)，并且其中当所述工具(22)由所述基部构件(20)和由所述工具储存部(24)保持时，所述储存位置线(66)基本上垂直于所述基部构件方向(78)和所述工具储存方向(80)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，其中所述工具(22)包括具有连接部件基部表面(46)的连接部件(42)，其中所述基部构件(20)包括基部构件保持表面(40)，并且其中所述基部构件施力设备(34)被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时，使所述连接部件基部表面(46)紧密地施力抵靠所述基部构件保持表面(40)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，其中所述工具(22)包括具有连接部件储存表面(48)的连接部件(42)，其中所述工具储存部(24)包括工具储存保持表面(64)，其中所述工具储存施力设备(56)被配置为当所述工具(22)由所述工具储存部(24)保持时，使所述连接部件储存表面(48)紧密地施力抵靠所述工具储存保持表面(64)，并且其中所述连接部件储存表面(48)比所述工具储存保持表面(64)宽。

10.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，还包括基部构件定位装置(38)，所述基部构件定位装置(38)被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时，无疑义地限定所述工具(22)和所述基部构件(20)之间的相对位置。

11.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，还包括工具储存定位装置(60)，所述工具储存定位装置(60)被配置为当所述工具(22)由所述工具储存部(24)保持时，无疑义地限定所述工具(22)和所述工具储存部(24)之间的相对位置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，其中所述工具储存部(24)包括具有主延伸平面的平坦主体(68)，其中所述主体(68)包括基本垂直于所述主体(68)的所述主延伸平面的工具储存保持表面(64)，并且其中所述工具(22)包括连接部件(42)，所述连接部件(42)具有连接部件储存表面(48)，用于在所述工具(22)由所述工具储存部(24)保持时与所述工具储存保持表面(64)配合。

13.根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)，其中所述工具(22)包括连接部件(42)和用于操纵工件(28)的夹持指(44)，其中所述夹持指(44)从所述连接部件(42)延伸，其中所述基部构件施力设备(34)被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时施力所述连接部件(42)抵靠所述基部构件(20)，并且其中所述工具储存施力设备(56)被配置为当所述工具(22)由所述工具储存部(24)保持时，施力所述连接部件(42)抵靠所述工具储存部(24)。

14.一种工业机器人(10)，包括根据前述权利要求中任一项所述的工具更换系统(12)。

15.一种由工业机器人(10)操纵工具(22)的方法，所述工业机器人(10)包括：操纵器(14)，所述操纵器(14)具有用于保持工具(22)的基部构件(20)；工具储存部(24)，用于在工具从所述基部构件(20)释放时保持所述工具(22)；基部构件施力设备(34)，所述基部构件施力设备(34)被配置为当所述工具(22)由所述基部构件(20)保持时，在所述基部构件(20)的任何取向上将所述工具(22)施力到所述基部构件(20)；以及工具储存施力设备(56)，所述工具储存施力设备被配置为当所述工具(22)被所述工具储存部(24)保持时在所述工具储存部(24)的任何取向上将所述工具(22)施力到所述工具储存部(24)，所述方法包括：

借助于所述基部构件施力设备(34)将所述工具(22)保持到所述基部构件(20)；

借助于所述操纵器(14)将所述工具(22)移动到所述工具储存部(24)，使得所述工具(22)附加地借助于所述工具储存施力设备(56)由所述工具储存部(24)保持，并且使得所述基部构件施力设备(34)在基部构件方向(78)上在所述工具(22)上施加力，以及所述工具储存施力设备(56)在基本上垂直于所述基部构件方向(78)的工具储存方向(80)上在所述工具(22)上施加力；以及

借助于所述操纵器(14)，基本上垂直于所述工具储存方向(80)移动所述基部构件(20)，使得所述工具(22)从所述基部构件(20)释放并且由所述工具储存部(24)保持。

Images