CN115605330A - 能够由操纵器装置使用的用于拾取和处理工件的抓取工具 - Google Patents

Abstract

一种抓取工具，其可以由操纵器装置使用以用于拾取和处理工件，该抓取工具包括成组地分布的多个抓取装置(50)，每组包括一个或更多个抓取装置。每组抓取装置中的抓取装置(50)安装在通过增材制造技术一体制成的相同的支撑主体(P)上。

Description

能够由操纵器装置使用的用于拾取和处理工件的抓取工具

技术领域

本发明涉及能够由操纵器装置使用的用于拾取和处理工件的抓取工具。

根据本发明的工具是通用的。一种特别优选的示例性应用涉及在焊接站中拾取并定位金属工件以组装机动车辆结构或其子组件的情况。可以使用根据本发明的工具的操纵器装置也可以是任何类型的。典型的使用的示例是多轴的操纵器机器人。

本发明尤其涉及一种已知类型的抓取工具，包括：

-支撑框架，其配备有用于连接到操纵器装置的附接元件，

-多个抓取装置，其由支撑框架以相对于支撑框架位置可调的方式承载，以及

-至少一个与抓取装置相关联的传感器，用于检测被抓取装置接合的工件的存在。

背景技术

上述类型的抓取工具通常在例如用于组装机动车辆结构的组装站中使用，以将工件定位在另一个金属板元件上的组装位置，并在焊接操作期间将其保持在正确的组装位置。抓取工具的支撑框架刚性地连接到附接法兰上，该附接法兰用于连接到操纵器机器人的腕部。因此，机器人能够借助前述的抓取工具将工件拾取并保持在另一元件上的正确的组装位置，该另一元件进而在组装站中的静止的固定装置上准备并定位在合适的位置。

例如，在文献DE 10 2006 047285 B3和DE 10 2016 009470 B3中说明了前述类型的抓取工具。

迄今为止生产的上述类型的工具具有相对复杂且笨重的结构，并且需要长时间且费力的校准操作。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种在本说明书开始时指出的类型的抓取工具，该抓取工具具有相当简化、轻便且紧凑的结构，并且成本相对较低。

本发明的另一个重要目的是提供一种上述类型的抓取工具，其中用于在组装站中使用的该工具的校准操作与现有技术的装置的校准操作相比要更简单且更快速。

发明内容

为了实现一个或更多个上述目的，本发明涉及一种抓取工具，该抓取工具具有本说明书开头所述的特征，其特征进一步在于：

-抓取装置成组地分布，每组包括一个或更多个抓取装置，

-每组抓取装置中的抓取装置安装在使用增材制造技术一体制成的相同的支撑主体上，

-每组抓取装置(50)的前述支撑主体以沿着三个相互正交的轴线相对于支撑框架位置可调的方式安装在所述支撑框架上，

-每组抓取装置的通过增材制造技术一体制成的前述支撑主体的形状被确定成限定与待抓取工件接触的定位表面，所述定位表面的构造适配于待抓取工件的构造，以这样的方式构成用于待抓取工件沿着所述三个相互正交的轴线相对于所述支撑主体的正确定位的基准。

优选地，至少一个前述抓取装置的支撑主体也支撑所述传感器。

“增材制造”技术已经为人所知并使用了一段时间。增材制造使用诸如激光束的能量源来熔化合成材料或金属材料的粉末层，以这样的方式来逐层地形成具有所需构造的部件。例如，在文献WO 2015 181772 A1中描述和示出了一种使用增材制造技术生产金属部件的机器。

由于使用了前述技术，根据本发明的抓取工具可以获得比已知工具明显更简单且更轻的结构。事实上，借助于增材制造技术制造的支撑着每组抓取装置的支撑主体被制造成具有适于同时满足几个功能的任何构造：该支撑主体首先被布置成支撑抓取装置。其次，该支撑主体限定了定位表面，该定位表面旨在与被拾取的工件接触，以将工件引用为相对于工具的精确位置，并因此允许机器人将被拾取的工件定位在组装站中的精确位置。最后，相同的支撑主体还执行支撑前述传感器的功能，该传感器被布置成检测被拾取的工件的存在。通过增材制造技术获得的构成每个支撑主体的材料也可以是合成材料或包括增强纤维的复合材料。

由于前述特征，与已知的装置相比，工具的复杂性和重量显著降低，优点是能够使用较小尺寸的操纵器机器人(即，具有较低的有效载荷)，和/或一旦机器人尺寸确定，能够使用具有更多数量的抓取装置的工具。上述构造的另一个优点在于，在组装站的初始校准步骤中所需的工具的调节操作被大大简化。一旦拾取了工件，机器人将工具定位在预定的编程位置，其对应于被拾取的工件在组装站中的标准位置。在这种情况下，操作者可以调节每组抓取装置的支撑主体的位置，以这样的方式来获得该工件在组装站中的精确定位，例如，相对于在所述组装站中已经准备好并定位在合适的位置的另一工件的精确定位。

在优选实施例中，抓取装置是磁效应抓取装置，每个抓取装置都包括支撑壳体和磁体，磁体可以在支撑壳体内在邻近支撑壳体的前端部的操作位置和相对于支撑壳体的所述前端部向后移位的非操作位置之间气动地移位，所述支撑壳体的前端部被布置成接合待拾取的工件；所述工具的特征在于，每个磁效应抓取装置的支撑壳体刚性地连接到通过增材制造技术获得的相应的支撑主体。

磁效应抓取装置可以是任何已知的类型。这种类型的抓取装置例如由GoudsmitMagnetic Systems BV公司生产和销售(也见EP 1 541 255 A1)。

这些磁效应抓取装置的操作原理在附图的图1、图2中示出。这些图示意性地示出了磁效应抓取装置，其整体用附图标记1表示，所述磁效应抓取装置包括中空柱体形式的支撑壳体2，永磁体3可滑动地安装在该中空柱体内。磁体3可以在支撑壳体2内在邻近支撑壳体2的前端部4的操作位置和相对于前端部4向后设置的非操作位置之间移动，所述支撑壳体的前端部被布置成接合待拾取的工件(图1),当需要释放先前拾取的工件时，磁体3被承载在非操作位置。磁体3在其操作位置和非操作位置之间的移位是通过将加压空气流输送到支撑壳体2的两个开口5、6中的一个(箭头A)和从这些开口中的另一个(箭头B)抽吸空气来实现的。

在根据本发明的抓取工具中使用磁效应抓取装置仅仅是优选的示例，应当理解，完全可以使用任何其他已知类型的抓取装置，例如吸盘抓取装置。

在一个实施例中，每组抓取装置的支撑主体一体地结合有具有腔体的连接部分，支撑杆固定在该腔体内，支撑杆由支撑框架承载以便在位置上可调节。支撑杆可以在夹具内沿着它们的轴线锁定就位，夹具进而可以沿着与支撑杆的轴线正交的第一轴线在相应的辅助支撑管上被调节在合适的位置。辅助支撑管进而可在由工具的前述支撑框架承载的主支撑管上沿着正交于第一轴线和支撑杆的轴线的第二轴线被调节在合适的位置。

附图说明

本发明的进一步的特征和优点将从下面参照附图的描述中显现出来，所述附图纯粹以非限制性示例的方式提供，其中：

-图1、图2是示出了磁效应抓取装置的操作原理的示意图，

-图3是根据本发明的抓取工具的优选实施例的透视图(在该图中，控制启动磁效应抓取装置所需的加压的空气流的电磁阀的壳体已经被移除)，

-图4是图3所示工具的附加的透视图，其中工具的支撑框架已经被移除，

-图5、图6是放大比例的进一步透视图，示出了图3、图4的工具的一些细节，以及

-图7是示出了由根据本发明的抓取工具拾取的工件的放大比例的细节的透视图。

具体实施方式

参照图3-7，附图标记8表示抓取工具(或“抓取器”)，该抓取工具可以用在任何已知类型的操纵器机器人上，以在组装站中拾取并定位工件，例如，在用于焊接机动车辆结构或其子组件的加工站中。

当然，很明显，根据本发明的工具是通用的，并且特别地，它可以与任何类型的处理装置或机器一起使用。此外，根据本发明的工具不仅可以用于在站中拾取和定位工件(其中被拾取的工件必须组装在预先布置在该站中的精确位置的工件上)，而且还可以用于在任何其它类型的工业设备中拾取和定位工件，或者甚至只是在生产工厂中将工件从一个站转移到另一个站。

工具8包括金属支撑框架9，在所示的示例中，该金属支撑框架包括柱10，臂11从该柱侧向伸出并终止于附接法兰12，该附接法兰用于附接到任何已知类型的多轴的操纵器机器人的腕部。

再次，参考具体示出的示例，柱9具有支承附接法兰的两个相对的端部9A、9B。附接法兰9A用于将支撑工具的板13螺纹连接在其上。在柱10的另一端部，法兰9B旨在连接到任何类型的额外工具，例如，另一个抓取工具或例如，电点焊头部，或任何其他类型的操作工具。

因此，在示出的示例中，腕部连接到附接法兰12的操纵器机器人能够在某些操作步骤中使用工具8来在组装站中拾取和定位工件，并且在其他操作步骤中能够使用连接到附接法兰9B的额外工具(例如，焊接头)来对先前已经在组装站中被拾取和定位的工件执行进一步的操作(例如，点焊)。

自然地，这种构造在本文中纯粹是作为示例来说明的；应当理解，操纵器机器人或任何其它操纵器机器可以仅设置有本文描述的抓取工具。

具体参照图5，支撑块14、15螺纹连接到支撑板13上(图5、图6示出了处于相对于图3、图4的颠倒位置的工具，以示出支撑板13的在图3中被隐藏的面)。U形支撑支架16进而螺纹连接到支撑块14、15上，从而将支撑管17(其从板13的两个端部伸出)夹在支撑块14、15和支架16之间。

在所示例子的情况下，工具8所具有的抓取装置是磁效应抓取装置，其类型在图1、2中示意性地示出，并且在附图中用附图标记50表示。但是，作为这些装置的替代，可以使用任何其他类型的抓取装置，例如吸盘抓取装置。

无论使用何种类型的抓取装置，抓取装置50都成组地分布，每组由一个或更多个抓取装置50组成。每组抓取装置50都由相同的支撑主体P承载，该支撑主体以下面详细描述的方式连接到框架9。

根据本发明，每个支撑主体借助增材制造技术由金属材料或合成材料制成为单件。每个抓取装置50通过任何连接器件(例如，通过螺纹件)固定到相应的支撑主体P上。

每个支撑主体P包括一个或更多个连接部分B，所述连接部分具有腔体，支撑杆18被接收并锁定(通过螺纹件)在该腔体内。

参照附图，特别是参照图4，每个支撑杆18在夹具19内被锁定就位，夹具包括两个夹持支架，这两个夹持支架借助螺纹件围绕相应的杆18夹持在一起。夹具19可以通过松开其紧固螺纹件来释放，以允许沿着支撑杆的轴线调节相应的支撑杆18，之后可以再次紧固其紧固螺纹件以将杆18锁定，并因此将相应的支撑主体P锁定在期望的位置。

进而，至少一些夹具19沿着辅助支撑管20的位置是可调节的，该辅助支撑管正交于杆18，所述辅助支撑管进而刚性连接到相应的主支撑管17。为此，形成夹具19的一部分的板进而借助于额外的夹持法兰21被夹持在辅助管20上(具体参见图4的左侧部分)。

再次参考图4，辅助支撑管20借助于U形支架22(也见图6)刚性连接，该U形支架与额外的U形支架23配合以将相应的管17夹持在它们之间。

以这种方式，可以在杆18的轴线的方向上、以及在辅助支撑管20的轴线的方向上和在主支撑管17的轴线的方向上(即沿着三个相互正交的轴线)调节支撑每组抓取装置50的主体P的位置。

从图4的左部可以更好地看出，一个或更多个支撑主体P还承载任何已知类型的传感器S，该传感器旨在与被拾取的工件接触，并发出指示该工件存在的电信号。

图7仅通过示例的方式示出了图3、图4的工具的细节，该工具处于同时拾取多个工件E1、E2、E3的状态，这些工件旨在在用于组装车辆底面板的站中被定位和焊接在机动车辆底面板结构上。在该具体应用中，元件E1、E2、E3必须被焊接在其上的底面板部分初始被布置在组装站的静止固定装置上的精确位置中(相对于一组三个相互正交的参考轴x、y、z)，并锁定在其中。其上设置有抓取工具的操纵器机器人被编程为将元件E1、E2、E3布置该底面板部分上，所述底面板部分被布置在静止固定装置上。工具8以这样的方式构造，所述方式使得每个抓取装置50都被定向成正交于工件的被其接合的表面。

在前述条件下，由抓取工具拾取的元件E1、E2、E3相对于工具本身被定位在合适的位置，因为支撑每组抓取装置50的主体P具有与待拾取的元件的相应的表面接触的定位表面。

支撑主体的这些定位表面的构造适配于待拾取的工件的构造。在图7的示例中，元件E2具有例如翼部24，该翼部与相应的支撑主体P的侧定位表面25接触，以沿着第一方向将该工件引导至合适的位置。类似地，主体P具有布置在与表面25的平面正交的平面中的另一侧表面，该侧表面与元件E2的另一翼部26接触，以沿着与第一方向正交的第二方向将其引导至合适的位置。支撑主体P还包括两个向下突出的指部27，指部与元件E2的额外的法兰28接触，以构成进一步的基准。

在元件E1的情况下，该元件包括纵向元件29和横向构件30。元件E1被由支撑主体承载的三组抓取装置抓取，在图7中，这三组抓取装置由P1、P2和P3表示。支撑主体P1具有其抓取装置，该抓取装置接合元件29的一个端部和横向构件30。支撑主体P1包括向下突出的指部31，指部限定了布置在相互正交的平面中的定位表面，该定位表面与横向构件30的相应部分接触，以使横向构件的相应部分沿着底板的纵向轴线x并且沿着横向轴线y定位在合适的位置。从支撑主体P2向下突出的额外的指部32与元件29的内表面和外表面接触，以将其沿着y轴和x轴定位在合适的位置。

位于元件29的相对的端部的支撑主体P3也具有向下突出的指部33、34，所述指部与元件29的壁接触，以在x轴的方向上和y轴的方向上将其定位在合适的位置；z轴方向上的精确定位是通过与主体P的额外的定位表面的接合来实现的。

从前述内容可以清楚地看出，由于增材制造技术的使用，在根据本发明的抓取工具中，抓取装置的支撑主体可以获得同时执行多种功能的构造。首先，通过增材制造获得的每个支撑主体都具有承载抓取装置的功能。其次，支撑主体P具有承载一个或更多个适于检测工件的传感器的功能。第三，每个支撑主体P还执行限定定位表面的功能，该定位表面旨在与被拾取的工件接触，以将工件相对于工具沿着一个或更多个轴线引导到精确位置。

在使用期间，在初始校准步骤中，机器人操纵器将抓取工具及由其拾取的工件放置在组装站内的预定和编程的位置，该位置对应于正确组装状态下拾取的工件的理论位置。机器人控制器相对于预定笛卡尔坐标系控制机器人腕部的位置，从而控制连接到机器人腕部的工具的位置。相对于该同一参考系统，组装站被设计成将工件(例如底面板部分)定位在该站的静止结构上的精确的位置，由工具拾取的工件(或多个工件)必须定位和组装在该工件上。一旦机器人已经移动到其在组装站中的预定的编程位置，操作者可以干预夹具19-23，以沿着三个相互正交的方向调节每个支撑主体P相对于工具的框架9的位置，直到在先前布置在组装站中的元件上获得被拾取的工件的正确定位。在这种情况下，前述夹具然后被再次紧固，之后工具被校准以用于在生产步骤中重复相同的操作循环，而不会进一步浪费时间。

当然，在不损害本发明的原理的情况下，实施例和构造细节可以相对于纯粹通过示例的方式描述和示出的内容进行广泛的变化，而不会因此脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (6)

1.一种抓取工具，其能够由操纵器装置使用，以拾取和处理工件，所述工具包括：

-支撑框架(9)，所述支撑框架设置有用于连接到所述操纵器装置的附接元件(12)，

-多个抓取装置(50)，所述抓取装置由所述支撑框架(9)承载，以便能相对于所述支撑框架(9)调节位置，以及

-至少一个传感器，所述传感器与所述抓取装置(50)相关联，用于检测被所述抓取装置接合的工件的存在，

所述抓取工具的特征在于：

-所述抓取装置(50)成组地分布，每组都由一个或更多个抓取装置(50)构成，

-每组抓取装置中的抓取装置(50)都安装在通过增材制造技术一体制成的相同的支撑主体(P)上，

-每组抓取装置(50)中的所述支撑主体(P)都安装在所述支撑框架(9)上，以便能相对于所述支撑框架(9)沿着三个相互正交的轴(x，y，z)调整位置，

-每组抓取装置(50)中的通过增材制造技术一体制成的所述支撑主体(P)的形状被确定成限定与待抓取工件接触的定位表面(25，27，31，32，33，34)，所述定位表面(25，27，31，32，33，34)的构造适配于所述待抓取工件的构造，从而构成所述待抓取工件相对于所述支撑主体(P)沿着所述三个相互正交的轴(x，y，z)的正确定位的基准。

2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，至少一个支撑主体(P)还支撑所述传感器(S)。

3.根据权利要求1所述的工具，其中，所述抓取装置(50)是磁效应抓取装置，每个磁效应抓取装置都包括支撑壳体(2)和磁体(3)，所述磁体能在所述支撑壳体(2)内在邻近所述支撑壳体(2)的前端部(4)的操作位置和相对于所述支撑壳体(2)的所述前端部(4)向后间隔开的非操作位置之间气动地移动，所述支撑壳体的前端部被构造成接合待拾取的工件，所述工具的特征在于，每个磁效应抓取装置(50)的支撑壳体(2)刚性地连接到相应的通过增材制造技术获得的支撑主体(P)。

4.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，每组抓取装置(50)的支撑主体(P)包括一体结构的连接部分(B)，所述连接部分具有腔体，支撑杆(18)固定在该腔体内，并且所述支撑杆由所述支撑框架(9)承载，以便能调整位置。

5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述支撑杆(18)能沿这些支撑杆的轴线在夹具(19)内锁定就位，所述夹具进而能沿与所述支撑杆(18)的轴线正交的第一轴线(x)在相应的辅助支撑管(20)上调整位置，并且所述辅助支撑管(20)进而能沿第二轴线(y)在由所述工具的所述支撑框架(9)承载的主支撑管(17)上调整位置，所述第二轴线与所述第一轴线(x)以及所述支撑杆(18)的轴线正交。

6.一种使用根据权利要求1所述的抓取工具的方法，其中，所述抓取工具与操纵器装置相关联，并且所述抓取工具用于拾取工件并将该工件定位在设置在组装站的静止固定装置上的元件上的正确组装位置，

并且，在所述站的初始校准步骤中，一旦所述操纵器装置已经移动到理论上对应于被拾取的工件的组装位置的预定的编程位置，就通过调整成组的抓取装置(50)的每个所述支撑主体(P)相对于所述支撑框架(9)的位置来调整所述被拾取的工件相对于所述抓取工具的位置，直到实际获得所述工件相对于设置在所述站中的元件的正确定位。

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