CN115194730A - 机械致动的臂端工具装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“机械致动的臂端工具装置”。一种用于抓握物体的机械装置包括：下臂，所述下臂限定近端部分、远端部分、内轮廓以及至少一个轨道，所述至少一个轨道沿着所述下臂的一部分设置在所述近端部分与所述远端部分之间。上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓。致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括至少一个突出部，所述至少一个突出部可滑动地设置在所述下臂的所述轨道内。

Description

机械致动的臂端工具装置

技术领域

本公开涉及工具装置，并且更具体地涉及用于抓取物体的工具装置。

背景技术

本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

动力外骨骼(也称为外骨骼装甲)是一种可穿戴移动设备，其由电动马达、气动装置、杠杆、液压装置或其组合提供动力，以帮助穿戴者以增加的力量和耐力进行他/她的肢体运动。例如，外骨骼装甲可以通过分担来自物体的一些负载来帮助穿戴者提起或移动重物。外骨骼装甲包括传感器以感测穿戴者的运动并将信号发送到控制器，所述控制器根据穿戴者的运动来控制外骨骼装甲的各种部件的移动。外骨骼装甲为穿戴者的肩部、腰部和大腿提供支撑，并辅助用户提起、握持和移动重物。

外骨骼装甲已被用于帮助在厂房和工厂中移动管件和方形坯料以及其他汽车设备。外骨骼装甲需要臂端工具装置来拾取物体。通常，臂端工具装置被专门设计成拾取或提升某些物品，但是由于其他物品的不同形状和大小而不能对其进行拾取或提升。因此，需要储存有各种臂端工具装置来处理具有不同配置和大小的物体，由此增加了运营成本。

此外，用于外骨骼装甲的臂端工具装置通常由动力源致动。当外骨骼装甲在材料处理期间失去动力时，由臂端工具装置保持的物体可能无法有效地移动，因此中断制造操作。

本公开解决了与臂端工具装置(诸如作为示例用于外骨骼套装中的那些)的使用相关的这些问题。

发明内容

本部分提供了对本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在一种形式中，提供了一种用于抓握物体的机械装置，所述机械装置包括：下臂，所述下臂限定近端部分、远端部分、内轮廓以及至少一个轨道，所述至少一个轨道沿着所述下臂的一部分设置在所述近端部分与所述远端部分之间。上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓。致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括至少一个突出部，所述至少一个突出部可滑动地设置在所述下臂的所述至少一个轨道内。

在可以单独地或以任何组合实施的这种形式的变型中：所述机械装置还包括接收器，其中所述下臂在其近端部分处固定到所述接收器；所述致动器还包括上部突起，所述上部突起包括设置在所述上部突起的端部处的接合构件；所述接合构件包括被配置为与所述物体配合的轮廓化(profiled)几何形状；所述接合构件包括磁体；所述下臂包括相对臂构件，所述相对臂构件中的每一者包括至少一个轨道，并且所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间；所述至少一个轨道包括至少一个锁定部分；所述机械装置还包括偏置装置，所述偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间；所述机械装置还包括固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器；所述上臂和所述下臂中的至少一者的所述内轮廓为凹形；并且所述上臂和所述下臂中的至少一者包括向内延伸的远端部分。

在另一种形式中，一种用于抓握物体的机械装置包括：接收器；下臂，所述下臂包括相对臂构件，每个相对臂构件限定近端部分、远端部分、内轮廓和至少一个轨道，所述下臂构件在其近端部分处固定到所述接收器；上臂，所述上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓；偏置装置，所述偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间；以及致动器，所述致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间。所述致动器还包括上部突起，所述上部突起包括接合构件，所述接合构件设置在所述上部突起的端部处。

在可以单独地或以任何组合实施的这种形式的变型中，所述下臂构件中的每一者的所述至少一个轨道包括沿着所述至少一个轨道设置的至少一个锁定部分；所述接合构件包括被配置为与所述物体配合的轮廓化几何形状；并且所述机械装置还包括固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器。

在又一种形式中，一种用于抓握物体的机械装置包括：接收器；下臂，所述下臂包括相对臂构件，每个相对臂构件限定近端部分、远端部分、内轮廓和至少一个轨道，所述至少一个轨道包括沿着所述至少一个轨道设置的至少一个锁定部分。所述下臂的相对臂在其近端部分处固定到所述接收器，并且上臂枢转地连接到所述下臂。所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓，并且偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间。致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间。

在可以单独地或以任何组合实施的这种形式的变型中，所述接合构件包括被配置为与所述物体配合的轮廓化几何形状；所述上臂和所述下臂中的至少一者的所述内轮廓为凹形；并且所述机械装置还包括固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器。

根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得明显。应当理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，而不意在限制本公开的范围。

附图说明

为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：

图1是根据本公开的教导构造的用于抓握物体的机械装置的透视图，所述机械装置被示出为处于打开位置；

图2是图1的机械装置被示为处于打开位置的侧视图；

图3是图2的细节A的放大图；

图4是图1的机械装置的俯视图；

图5是图1的机械装置被示为处于打开位置的前视图；以及

图6是图1的机械装置的侧视图，其示出了机械装置处于关闭和锁定位置。

本文中描述的附图仅用于说明目的，而并非意图以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。

参考图1和图2，示出了用于抓握物体的机械装置，并且其总体上由附图标记20指示。机械装置20被构造成可在没有动力源(未示出)的情况下操作，然而，动力源可以与机械装置20一起实施，同时保持在本公开内。如图所示，一种形式的机械装置20包括任选的接收器22，所述接收器适于作为臂端工具(EOAT)固定到外骨骼装甲(未示出)。然而，应当理解，接收器22可以连接到任何装置，诸如机械臂或其他结构/装置，并且本文的教导不应限于外骨骼装甲应用。

机械装置20还包括固定到接收器22的任选的可互换适配器24。可互换适配器24被配置用于相对于接收器22以特定取向和位置安装机械装置20。可互换适配器24可以是如图所示的L形支架的形式，或者可互换适配器24可以采用另一种配置，诸如笔直支架(未示出)。替代地，机械装置20可以直接安装到接收器22，或者直接安装到外骨骼装甲，并且接收器22可以与机械装置一体地形成，而不是如本文所示的单独部件，同时保持在本公开的范围内。

如进一步所示，机械装置20包括下臂28，所述下臂经由可互换适配器24固定到接收器22。在这种形式中，下臂28包括如图所示间隔开的相对臂构件29。尽管示出了两个下臂28，但是应当理解，在保持在本公开的范围内的同时，可以仅采用一个臂或任何数量的臂构件。在这种形式中，上臂30通过延伸穿过相对臂构件29和上臂30的销32枢转地连接到下臂28。应当理解，销32可以用其他合适的装置代替以提供枢轴，诸如例如螺栓(未示出)。用于打开和关闭机械装置20的上臂30(如下文进一步描述)的致动器34枢转地连接到上臂30的近端部分36。类似地，这种形式的枢转连接件包括销33(在图2中最佳地示出)，所述销如图所示延伸穿过上臂30和致动器34。因此，下臂28和上臂30共同限定机械“爪”配置，其间具有接收空间35。

下臂28包括(在这种形式中经由可互换适配器24)固定到接收器22的近端部分38、远端部分40和内轮廓42，如图所示。在这种形式中，内轮廓42为凹形，但是应当理解，内轮廓42可以采用任何数量的形状，包括线性轮廓(未示出)。在线性轮廓的情况下，可以沿着轮廓采用附加特征，诸如夹取垫或磁体(未示出)，以便更好地抓握物体。下臂28还包括呈沿着下臂28的一部分延伸的通道的形式的至少一个轨道44。在这种形式中，相对臂构件29中的每一者包括轨道44。

还参考图3，这种形式的轨道44包括沿水平方向延伸的笔直部分46和沿着轨道44设置的至少一个锁定部分48。在一种形式中，锁定部分48设置在笔直部分46的近端处，如图所示。致动器34包括可滑动地设置在下臂28的轨道44内的至少一个对应突出部54。因此，锁定部分48用于将突出部54(以及因此致动器34)锁定在适当位置，使得当没有力施加到致动器34时，上臂30可以维持在关闭位置，如下面更详细描述的。尽管突出部54被示出为与致动器34成一体的特征，但是应当理解，可以采用其他零件，诸如作为示例，单独的螺栓(未示出)，同时保持在本公开的范围内。在这种形式中，锁定部分48是与轨道44相邻的弯曲狭槽，如图所示。然而，应当理解，可以采用用于将致动器34固定就位的各种锁定装置，同时保持在本公开的范围内。例如，可以沿着轨道44采用多个锁定位置48'和48”，同时保持在本公开的范围内。

如进一步所示，这种形式的致动器34包括从基座62延伸的上部突起60和设置在上部突起60的端部处的接合构件64。接合构件64具有与被抓握的物体配合或大体上适形于所述物体的轮廓化几何形状。在这种形式中，接合构件64是如图所示的凹形垫。然而，应当理解，可以采用各种接合构件，同时保持在本公开的范围内。例如，接合构件64可以为钩的形式和/或包括磁体。因此，如本文所示的轮廓化几何形状不应被解释为限制本公开的范围。

这种形式的致动器34由下臂28的相对臂构件29侧接或设置在所述相对臂构件之间，并且包括从基座62的外表面横向延伸的一对相对突出部54。这种形式的相对突出部54为圆形突片，然而，可以采用突出部54的各种形状，同时保持在本公开的范围内。所述一对相对突出部54可滑动地设置在下臂28的相对臂构件29的轨道44中的每一者中。

返回参考图2，任选的偏置装置70(以虚线示出)可操作地连接在上臂30与下臂28之间。这种形式的偏置装置70是弹簧，例如其可以是扭转弹簧，并且用于将上臂30偏置在打开位置或远离下臂28。可以采用其他偏置装置，诸如弹性构件(未示出)，同时保持在本公开的范围内。

参考图4和图5，这种形式的上臂30设置在下臂28的相对臂构件29之间。如下面更详细描述的，上臂30在操作期间围绕销32旋转。

返回参考图1和图2，类似于下臂28，上臂30也限定凹形内轮廓56，如图所示。当上臂30关闭时，凹形内轮廓42/56一起协作以抓握物体，如下面更详细描述的。

上臂30可在打开位置(图2)与关闭位置(图6)之间移动，在所述打开位置中，上臂30远离下臂28枢转以打开接收空间35以允许将物体抓握在其中，在所述关闭位置中，上臂30朝向下臂28枢转以关闭接收空间35。如上所述，上臂30通过偏置装置70远离下臂28偏置，以在抓握物体之前保持接收空间35打开。

具体参考图1和图2，为了使用机械装置20来抓握物体(未示出)，用户将致动器34的接合构件64推靠在物体上。用户继续推动并且致动器34的突出部54在下臂构件29的轨道44内沿近侧方向X滑动，因此继续沿近侧方向X移动致动器34。当突出部54在轨道内滑动时，上臂30借助于销32和33处的可枢转连接件而朝向下臂28枢转并向下旋转。突出部54继续沿着轨道44的笔直部分52滑动，直到它们到达锁定部分48。然后，突出部54落入锁定部分48中，所述锁定部分这种形式中是弯曲狭槽，如图所示。由于上臂30远离下臂28偏置，因此一旦突出部54落入锁定部分48中，上臂30就相对于下臂28锁定就位(图6)。在图6所示的该锁定位置中，上臂30相对于下臂28锁定就位，并且物体可以被捕获在接收空间35内。有利地，在这种形式中，上臂30和下臂28都包括向内延伸的远端部分80，所述向内延伸的远端部分用于围绕物体延伸并捕获物体，并且关闭接收空间35。然而，应当理解，这些向内延伸的远端部分80是任选的，并且可以包括在上臂30和下臂28中的任一者或两者上，同时保持在本公开的范围内。

为了打开机械装置20并释放物体，用户再次将接合构件64推靠在物体上以使突出部54沿近侧方向X移动。然后机械装置20向下移动以向上推动突出部54，然后释放对物体的压力，由此允许突出部54借助于作用在上臂30和下臂28上的偏置装置70沿远侧方向Y滑动。上臂30远离下臂28枢转，并且突出部54沿远侧方向Y滑动以打开机械装置20并释放物体。

尽管本文所示和描述的机械装置20使其下臂28固定并且其上臂30枢转/旋转，但是应当理解，上臂30和下臂28中的任一者或两者可以枢转，同时保持在本公开的范围内。例如，如果上臂30固定并且下臂28正在枢转，则致动器34将替代地定位在上臂30上。在另一个变型中，上臂30和下臂28都可以枢转，并且可以采用一个或多个致动器34。上臂30和下臂28的这些和其他变型应被解释为落入本公开的范围内。

因此，机械装置20在不使用动力源的情况下被机械地致动，诸如例如电动的、液压的或气动的。然而，如果需要用于特定应用(诸如提升极重物体)，则机械装置20可以补充有这种动力源。本公开的机械装置20被设计成用于抓取各种物体的通用工具，而不是专门用于单个任务。具有这种通用抓取装置减少了生产专用EOAT装置的时间和成本，并且同样降低了此类专用装置的培训成本。

因此，机械装置20用作通用抓取装置，用于处理各种任务并抓取各种物体，诸如半轴、轮子以及一般管状和方形物体等等。只要物体配合到下臂28与上臂30之间的接收空间35中，机械装置20就可以抓握不同大小的物体。因此，可以通过修改下臂28和上臂30的几何形状来根据特定的应用要求改变接收空间35的大小和形状。因此，应当理解，如本文所示的特定几何形状不应被解释为限制本公开的范围。

除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应当理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修饰，所述原因包括：工业实践；材料、制造和组装公差；以及测试能力。

如本文所使用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一者、B中的至少一者以及C中的至少一者”。

本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变化意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。

根据本发明，提供了一种用于抓握物体的机械装置，其具有：接收器；下臂，所述下臂包括相对臂构件，每个相对臂构件限定近端部分、远端部分、内轮廓和至少一个轨道，所述相对臂构件在其近端部分处固定到所述接收器；上臂，所述上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓；偏置装置，所述偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间；以及致动器，所述致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间，其中所述致动器还包括上部突起，所述上部突起包括设置在所述上部突起的端部处的接合构件。

根据一个实施例，所述相对臂构件中的每一者的所述至少一个轨道包括沿着所述至少一个轨道设置的至少一个锁定部分。

根据一个实施例，所述接合构件包括被配置为与所述物体配合的轮廓化几何形状。

根据一个实施例，本发明的特征还在于固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器。

根据本发明，提供了一种用于抓握物体的机械装置，其具有：接收器；下臂，所述下臂包括相对臂构件，每个相对臂构件限定近端部分、远端部分、内轮廓和至少一个轨道，所述至少一个轨道包括沿着所述至少一个轨道设置的至少一个锁定部分，所述相对臂构件在其近端部分处固定到所述接收器；上臂，所述上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓；偏置装置，所述偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间；以及致动器，所述致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间。

根据一个实施例，所述致动器还包括接合构件，所述接合构件具有被配置为与所述物体配合的轮廓化几何形状。

根据一个实施例，所述上臂和所述下臂中的至少一者的所述内轮廓为凹形。

根据一个实施例，本发明的特征还在于固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器。

Claims (13)

1.一种用于抓握物体的机械装置，所述机械装置包括：

下臂，所述下臂限定近端部分、远端部分、内轮廓以及至少一个轨道，所述至少一个轨道沿着所述下臂的一部分设置在所述近端部分与所述远端部分之间；

上臂，所述上臂枢转地连接到所述下臂，所述上臂限定近端部分、远端部分和内轮廓；以及

致动器，所述致动器枢转地连接到所述上臂的所述近端部分，所述致动器包括至少一个突出部，所述至少一个突出部可滑动地设置在所述下臂的所述至少一个轨道内。

2.根据权利要求1所述的机械装置，其还包括接收器，其中所述下臂在其近端部分处固定到所述接收器。

3.根据权利要求2所述的机械装置，其还包括固定到所述接收器的可互换适配器，其中所述下臂固定到所述可互换适配器。

4.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述致动器还包括上部突起，所述上部突起包括接合构件，所述接合构件设置在所述上部突起的端部处。

5.根据权利要求4所述的机械装置，其中所述接合构件包括被配置为与所述物体配合的轮廓化几何形状。

6.根据权利要求4所述的机械装置，其中所述接合构件包括磁体。

7.根据权利要求1所述的机械装置，其中：

所述下臂包括相对臂构件，所述相对臂构件中的每一者包括至少一个轨道；并且

所述致动器包括相对突出部，每个相对突出部可滑动地设置在所述相对臂构件的所述轨道中的每一者内，并且所述致动器设置在所述相对臂构件之间。

8.根据权利要求7所述的机械装置，其中所述相对臂构件中的每一者的所述至少一个轨道包括沿着所述至少一个轨道设置的至少一个锁定部分。

9.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述至少一个轨道包括至少一个锁定部分。

10.根据权利要求1所述的机械装置，其还包括偏置装置，所述偏置装置可操作地连接在所述上臂与所述下臂之间。

11.根据权利要求10所述的机械装置，其中所述偏置装置是弹簧。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的机械装置，其中所述上臂和所述下臂中的至少一者的所述内轮廓为凹形。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的机械装置，其中所述上臂和所述下臂中的至少一者包括向内延伸的远端部分。

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