CN115958618A - 具有线性接合和脱离移动的机械抓取末端执行器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“具有线性接合和脱离移动的机械抓取末端执行器”。一种用于抓取物体的机械装置包括接纳器，所述接纳器具有带内孔的远端轴，所述内孔限定凹入轨道。所述凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径，每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度处。致动器与接纳器可滑动地接合并且包括中心轴和设置在中心轴的远端部分处的激活器。可旋转套筒设置在接纳器的内孔内并且联接到致动器。所述可旋转套筒具有相对的突起，所述相对的突起设置在接纳器的凹入轨道内。引导件固定到接纳器的远端部分，并且抓取装置安装到引导件并联接到激活器。

Description

具有线性接合和脱离移动的机械抓取末端执行器

技术领域

本公开涉及具有末端执行器的机器人系统和外骨骼套装，并且更具体地涉及被配置为抓取和移动物体的末端执行器。

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。

工业机器人已经用于各种制造操作，包括例如焊接、放置零件以进行后续制造或组装操作，以及将零件从一个位置移动到另一个位置，诸如从存放位置取回零件并将它们移动到组装站。这些工业机器人包括末端执行器，所述末端执行器是机器人的手。在许多应用中，末端执行器被配置为夹持器，所述夹持器抓取零件并将零件移动到不同的位置或操纵零件的位置以进行制造操作。

最近，已经开发出外骨骼套装，其是由电动马达、气动装置或液压装置或其他系统提供动力的可穿戴移动机器人附件，以允许用户在执行各种操作(诸如工业制造操作)时具有增加的力量和耐力。这些外骨骼套装还具有末端执行器，所述末端执行器取决于特定的制造操作具有各种配置。然而，由于外骨骼套装的操作需要动力，因此它们通常很重且繁琐。在一些环境中，可能无法获得动力，或者在完成使用外骨骼套装的制造任务之前，来自电池的动力可能被耗散。

本公开解决了与外骨骼套装相关的这些问题，以及与机器人末端执行器相关的其他问题。

发明内容

本部分提供了对本公开的总体概述并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

在一种形式中，本公开提供了一种用于抓取物体的机械装置。所述机械装置包括接纳器、致动器、可旋转套筒、引导件和抓取装置。接纳器包括具有内孔的远端轴。内孔限定凹入轨道。致动器与接纳器可滑动地接合。致动器包括中心轴和设置在中心轴的远端部分处的激活器。可旋转套筒设置在接纳器的内孔内并且联接到致动器。可旋转套筒包括至少一个突起。突起设置在接纳器的凹入轨道内。引导件固定到接纳器的远端部分。抓取装置安装到引导件并且联接到激活器。

在可以单独地或以任何组合实施的以上段落的机器人夹持器设备的变型中：激活器是直径大于中心轴的直径的球状物；抓取装置包括可旋转地安装到引导件的多个指状物，所述多个指状物限定上部，所述上部具有适形于球状物的外表面的内部轮廓几何形状；可旋转套筒包括相对的突起；相对的突起是菱形的；引导件是可互换的；引导件可螺合地接合在接纳器的内孔内；抓取装置包括可旋转地安装到引导件的多个指状物；凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径，每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度；致动器还包括上部凸缘和下部凸缘，并且可旋转套筒安装在上部凸缘与下部凸缘之间；引导件限定向内渐缩的远端部分；接纳器还包括适于固定到外部部件的基座部分；接纳器还包括在基座部分与远端轴之间延伸的多个支撑腿，并且致动器包括限定多个狭槽的外环，其中多个支撑腿设置在多个狭槽内；机械装置不包括任何偏置构件。

在又一种形式中，本公开提供了一种用于抓取物体的机械装置。所述机械装置包括接纳器、致动器、可旋转套筒、引导件和抓取装置。接纳器包括具有内孔的远端轴。内孔限定凹入轨道。凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径。每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度。致动器与接纳器可滑动地接合。致动器包括中心轴和设置在中心轴的远端部分处的激活器。可旋转套筒设置在接纳器的内孔内并且联接到致动器。可旋转套筒包括相对的突起。相对的突起设置在接纳器的凹入轨道内。引导件固定到接纳器的远端部分。抓取装置安装到引导件并且联接到激活器。

在再一种形式中，本公开提供了一种用于抓取物体的机械装置。所述机械装置包括接纳器、致动器、可旋转套筒、引导件和多个指状物。接纳器包括具有内孔的远端轴。内孔限定凹入轨道。凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径。每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度。致动器与接纳器可滑动地接合。致动器包括中心轴和设置在中心轴的远端部分处的球状物。可旋转套筒设置在接纳器的内孔内。可旋转套筒包括相对的突起。相对的突起限定菱形并且设置在接纳器的凹入轨道内。可互换的引导件固定到接纳器的远端部分。多个指状物可旋转地安装到可互换引导件。多个指状物限定具有适形于球状物的外表面的内部轮廓几何形状的上部。

根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。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是根据本公开的原理的抓取物体的机械装置的透视图；

图2是图1的机械装置的另一透视图；

图3是图1的机械装置的分解图；

图4是图1的机械装置的横截面图；

图5是图1的机械装置的抓取装置的透视图；

图6a至图6d是图1的机械装置在不同操作位置的透视图；

图7a至图7d是图1的机械装置在不同操作位置的透视图，其中为清楚起见，机械装置的致动器、引导件和接纳器的各部分被移除；

图8是图1的机械装置的接纳器的凹入轨道的平面图，其中机械装置的可旋转套筒的突起定位在凹入轨道的不同峰处；以及

图9是图1的机械装置的部分的横截面图。

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。

如图1所示，提供了用于抓取物体11(诸如车轮)的机械装置10。机械装置10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10一起实施，同时仍然在本公开内。在一种形式中，机械装置10包括任选的适配器(未示出)，所述适配器适于固定到外骨骼套装(未示出)。然而，应当理解，适配器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套装应用。

另外参考图2至图9，机械装置10包括接纳器12(图1至图5、图6a至图6d以及图7a至图7d)、致动器14(图1至图4以及图6a至图6d)、可旋转套筒16(图3、图4、图7a至图7d以及图8)、引导件18(图1至图4、图6a至图6d以及图9)以及抓取装置20(图1至图5、图6a至图6d以及图9)。接纳器12包括基座部分22、多个支撑腿24以及远端轴26。基座部分22适于固定到外部部件(未示出)，诸如外骨骼套装。在一种形式中，基座部分22可以固定到任选的适配器(未示出)，所述适配器继而固定到外部部件。基座部分22可以是矩形的并且包括多个孔28(图2和图3)和外表面30。孔28可以延伸穿过基座部分22。例如，诸如螺栓或螺钉的紧固件(未示出)可以延伸穿过孔28，从而将接纳器12固定到外部部件。外表面30是平坦的。在替代形式中，外表面30可以是弓形的或促进附接到外部部件的任何其他合适的形状。

多个支撑腿24彼此间隔开并且在基座部分22与远端轴26之间延伸。多个支撑腿24包括第一组相对的腿24和第二组相对的腿24。

远端轴26具有圆柱形形状并且包括限定凹入轨道34(图4、图7a至图7d以及图8)的内孔32(图4)。凹入轨道34限定曲线路径38(图7a至图7d以及图8)，所述曲线路径具有两组上部搁置峰42a、42b和两组下部搁置峰43a、43b。该组上部搁置峰42a相对于曲线路径38的中心线46(图8)处于与该组上部搁置峰42b不同的高度或距离处(即，曲线路径38的中心线46在该组最上部搁置峰42a与该组最下部搁置峰43a之间的中心位置处)。类似地，该组下部搁置峰43a相对于曲线路径38的中心线46处于与该组下部搁置峰43b不同的高度或距离处。每组搁置峰42a、42b、43a、43b由一对倾斜接合表面48形成。远端轴26包括孔(图3)，当使用自动化增材制造机器(即，3D打印机)制造接纳器12时，所述孔促进从接纳器12移除粉末。

参考图1至图5、图6a至图6d以及图9，致动器14与接纳器12可滑动地接合并且包括外环52、中心轴54(图3和图4)、上部凸缘56(图4)、下部凸缘58(图3和图4)以及激活器60(图3至图5以及图9)。外环52围绕上部凸缘56和中心轴54的至少一部分。外环52还包括多个狭槽62。多个支撑腿24设置在狭槽62内。中心轴54在机械装置10的纵向方向上延伸并且延伸穿过接纳器12的内孔32。中心轴54的一部分也设置在引导件18内。

上部凸缘56从中心轴54的近端部分65径向向外延伸，并且也靠近外环52。下部凸缘58沿着机械装置10的纵向方向与上部凸缘56间隔开，并且还在中心轴54的中心部分处或附近从中心轴54径向向外延伸。下部凸缘58包括形成在其中的多个凹槽。当使用自动化增材制造机器(即，3D打印机)制造致动器14时，所述凹槽促进从致动器14移除粉末。下部凸缘58也设置在上部凸缘56与激活器60之间，并且在接纳器12的内孔32内。激活器60设置在中心轴54的远端部分66处并且设置在引导件18内。激活器60是直径大于中心轴54的直径的球状部。

如图4所示，可旋转套筒16设置在接纳器12的内孔32内。可旋转套筒16联接到致动器14并且安装在致动器14的上部凸缘56与下部凸缘58之间。可旋转套筒16也径向地设置在接纳器12的远端轴26与致动器14的中心轴54之间。

参考图3和图4，可旋转套筒16包括主体67和一对沿直径相对的突起68。主体67包括中心开口和多个凹口。中心开口延伸穿过主体并接纳致动器14的中心轴54(即，致动器14的中心轴54延伸穿过中心开口)。多个凹口形成在可旋转套筒16的相对轴向端部中和周围，并且当使用自动化增材制造机器(即，3D打印机)制造套筒16时，促进从套筒16移除粉末。

该对沿直径相对的突起68设置在接纳器12的凹入轨道34内。每个突起68是例如菱形，并且被配置为接触或邻接抵靠曲线路径38的相应的搁置峰42a、42b、43a、43b。如图8最佳所示，每个突起68包括一对上接合表面78a和一对下接合表面78b。突起68的接合表面78a、78b被配置为在突起68横越曲线路径38时接合搁置峰42a、42b、43a、43b的相应接合表面48。例如，当突起68接触上部搁置峰42a时，突起68的上部接合表面78a接合形成上部搁置峰42a的接合表面48。在另一示例中，当突起68接触下部搁置峰43a时，突起68的下部接合表面78b接合形成下部搁置峰43a的接合表面48。应当理解，形成每个搁置峰42a、42b、43a、43b的接合表面48限定当突起68接触搁置峰42a、42b、43a、43b时容纳突起68的空间。

参考图1至图4、图6a至图6d以及图9，引导件18固定到接纳器12的远端轴26的远端部分80，并且包括附接部分82和指状物安装部分84。内孔85(图3和图4)延伸穿过引导件18(即，延伸穿过附接部分82和指状物安装部分84)并且接纳激活器60和中心轴54的一部分。附接部分82是圆柱形形状并且设置在接纳器12的内孔32内。附接部分82包括与内孔32的内螺纹接合的外螺纹。以这种方式，引导件18是可互换的。指状物安装部分84相对于内孔32位于外部并且具有大于附接部分82的直径的直径。指状物安装部分84还包括环形平台86(图3)和多个纵向延伸的狭槽88(即，狭槽88在机械装置10的纵向方向上延伸)。远端轴26邻接抵靠环形平台86。多个狭槽88形成在指状物安装部分84中和其周围。每个狭槽88限定相对的表面90，所述表面包括形成在其中的孔92(图3)。指状物安装部分84还包括向内渐缩的远端94。

抓取装置20安装到引导件18并且联接到激活器60。抓取装置20包括可旋转地安装到引导件18的多个指状物96。每个指状物96限定上部98，所述上部具有适形于激活器60(即，球状物)的外表面100的内部轮廓几何形状。每个指状物96还包括一对相对的横向突起102(图3和图5)。每个突起102从指状物96的相应侧延伸并且被接纳在引导件18的相应孔92中，从而将指状物96可旋转地安装到引导件18。

参考图7a、图8以及图9，当突起68接触下部搁置峰43b时，致动器14的激活器60接合指状物96的上部98(即，激活器60a接合图9中的指状物96a的上部98a)，这致使指状物96沿顺时针方向旋转到指状物锁出位置(即，指状物96的上部98从引导件18的狭槽88突出并且阻止指状物96沿逆时针方向旋转)。参考图7c、图8以及图9，当突起68接触下部搁置峰43a时，致动器14的激活器60接合指状物96的下部(即，在图9中，激活器60b接合指状物96b的下部)，这致使指状物96沿逆时针方向旋转到指状物锁入位置(即，指状物96的上部98接纳在引导件18的狭槽88内并且阻止指状物96沿顺时针方向旋转)。当突起68接触上部搁置峰42a、42b时，致动器14的激活器60可以与指状物96脱离，从而不会迫使指状物96处于指状物锁出位置或指状物锁入位置(即，指状物96自由浮动并且不由激活器60旋转)。

继续参考图1至图9，现在将详细描述机械装置10的操作。首先，指状物96移动到指状物锁入位置，并且将机械装置10插入物体11中的开口中(图1)。接下来，参考图6d、图7d以及图8，致动器14被操作者(未示出)向上推动，这致使套筒16由于突起68横越曲线路径38而沿预定旋转方向旋转。也就是说，下部搁置峰43a从曲线路径38的相应搁置峰108偏移(图8)，这致使突起68在致动器14被向上推动以接触上部搁置峰42b时沿预定方向被引导通过曲线路径38。当突起68接触上部搁置峰42b时，激活器60与指状物96脱离(即，激活器60不迫使指状物96处于指状物锁出位置或指状物锁入位置)。

接下来，参考图6a、图7a以及图8，操作者放开致动器14，这致使致动器14被重力向下推动。以这种方式，由于突起68横越曲线路径38，套筒16沿预定旋转方向旋转。也就是说，上部搁置峰42b从曲线路径38的相应搁置峰110偏移(图8)，这致使突起68在致动器14被向下推动以接触下部搁置峰43b时沿预定方向被引导通过曲线路径38。当突起68接触下部搁置峰43b时，致动器14的激活器60接合指状物96的上部部分98，这导致指状物96沿顺时针方向旋转到指状物锁出位置。例如，当指状物96处于指状物锁出位置时，指状物96接合物体11，使得所述物体可以从一个位置移动到另一个位置。换句话说，当指状物96处于指状物锁出位置时，指状物96锁定到物体11上，使得阻止物体11与机械装置10脱离。

接下来，参考图6b、图7b以及图8，当物体11已经移动到新位置时，致动器14被操作者向上推动。这致使套筒16由于突起68横越曲线路径38而沿预定旋转方向旋转。也就是说，下部搁置峰43b从曲线路径38的相应上部峰112偏移(图8)，这致使突起68在致动器14被向上推动以接触上部搁置峰42a时沿预定方向被引导通过曲线路径38。当突起68接触上搁置峰42a时，激活器60与指状物96脱离(即，激活器60不迫使指状物96处于指状物锁出位置或指状物锁入位置)。

接下来，参考图6c、图7c以及图8，操作者放开致动器14，这致使致动器14被重力向下推动。以这种方式，由于突起68横越曲线路径38，套筒16沿预定旋转方向旋转。也就是说，上部搁置峰42a从曲线路径38的相应下部峰114偏移(图8)，这致使突起68在致动器14被向下推动以接触下部搁置峰43a时沿预定方向被引导通过曲线路径38。当突出部68接触下部搁置峰43a时，指状物96沿逆时针方向旋转到指状物锁入位置。当指状物96处于指状物锁入位置时，指状物96与物体11脱离，使得机械装置10可以从物体11中的开口移除。

本公开的机械装置10提供了允许在电力有限或因其他方式不可用的区域中将重物从一个地方移动到另一个地方的益处。

应当理解，尽管本公开公开了该对沿直径相对的突起68是套筒16的一部分并且凹入轨道34是接纳器12的一部分，但是在一些变型中，该对沿直径相对的突起68可以是接纳器12的一部分并且凹入轨道34可以是套筒16的一部分而不脱离本公开的精神和范围。本公开的机械装置10也可以使用自动化增材制造机器(即，3D打印机)来制造。本公开的机械装置10也不包括任何偏置构件(例如，弹簧)。

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中的至少一个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仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的变型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，提供了一种用于抓取物体的机械装置，所述机械装置具有：接纳器，所述接纳器包括具有内孔的远端轴，所述内孔限定凹入轨道，所述凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径，每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度处；致动器，所述致动器与接纳器可滑动地接合，所述致动器包括：中心轴；以及激活器，所述激活器设置在中心轴的远端部分处；可旋转套筒，所述可旋转套筒设置在接纳器的内孔内并且联接到致动器，所述可旋转套筒包括相对的突起，所述相对的突起设置在接纳器的凹入轨道内；引导件，所述引导件固定到接纳器的远端部分；以及抓取装置，所述抓取装置安装到引导件并且联接到激活器。

根据一个实施例，相对的突起是菱形的。

根据一个实施例，激活器是直径大于中心轴的直径的球状物。

根据一个实施例，抓取装置包括可旋转地安装到引导件的多个指状物，所述多个指状物限定具有适形于球状物的外表面的内部轮廓几何形状的上部。

根据一个实施例，引导件是可互换的。

根据本发明，提供了一种用于抓取物体的机械装置，所述机械装置具有：接纳器，所述接纳器包括具有内孔的远端轴，所述内孔限定凹入轨道，所述凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径，每组搁置峰相对于曲线路径的中心线处于不同高度；致动器，所述致动器与接纳器可滑动地接合，所述致动器包括：中心轴；以及球状物，所述球状物设置在中心轴的远端部分处；可旋转套筒，所述可旋转套筒设置在接纳器的内孔内，所述可旋转套筒包括相对的突起，所述相对的突起限定菱形并且设置在接纳器的凹入轨道内；可互换引导件，所述可互换引导件固定到接纳器的远端部分；以及多个指状物，所述多个指状物可旋转地安装到可互换引导件，所述多个指状物限定上部，所述上部具有适形于球状物的外表面的内部轮廓几何形状。

Claims (15)

1.一种用于抓取物体的机械装置，所述机械装置包括：

接纳器，所述接纳器包括具有内孔的远端轴，所述内孔限定凹入轨道；

致动器，所述致动器与所述接纳器可滑动地接合，所述致动器包括：

中心轴；以及

致动器，所述致动器设置在所述中心轴的远端部分处；

可旋转套筒，所述可旋转套筒设置在所述接纳器的所述内孔内并且联接到所述致动器，所述可旋转套筒包括至少一个突起，所述至少一个突起设置在所述接纳器的所述凹入轨道内；

引导件，所述引导件固定到所述接纳器的远端部分；以及

抓取装置，所述抓取装置安装到所述引导件并且联接到所述激活器。

2.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述激活器是直径大于所述中心轴的直径的球状物。

3.根据权利要求2所述的机械装置，其中所述抓取装置包括可旋转地安装到所述引导件的多个指状物，所述多个指状物限定上部，所述上部具有适形于所述球状物的外表面的内部轮廓几何形状。

4.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述可旋转套筒包括相对的突起。

5.根据权利要求4所述的机械装置，其中相对的突起是菱形的。

6.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述引导件是可互换的。

7.根据权利要求6所述的机械装置，其中所述引导件可螺合地接合在所述接纳器的所述内孔内。

8.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述抓取装置包括可旋转地安装到所述引导件的多个指状物。

9.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述凹入轨道限定具有两组搁置峰的曲线路径，每组搁置峰相对于所述曲线路径的中心线处于不同高度处。

10.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凸缘和下部凸缘，并且所述可旋转套筒安装在所述上部凸缘与所述下部凸缘之间。

11.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述引导件限定向内渐缩的远端部分。

12.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述接纳器还包括适于固定到外部部件的基座部分。

13.根据权利要求12所述的机械装置，其中所述接纳器还包括在所述基座部分与所述远端轴之间延伸的多个支撑腿，并且所述致动器包括限定多个狭槽的外环，其中所述多个支撑腿设置在所述多个狭槽内。

14.根据权利要求1所述的机械装置，其中所述机械装置不包括任何偏置构件。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的机械装置，其中所述机械装置通过增材制造形成。

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