CN117999151A - 气动夹持器 - Google Patents

Abstract

一种气动夹持器，包括外壳(10)，在该外壳中容纳有气动致动组(14)和电子命令和控制板(16)。该夹持器容纳内部主体(18)，在该内部主体中存在两个气动腔室(26、26a)，夹爪致动活塞(28、28a)可滑动地容纳在每个气动腔室中。内部主体容纳有插装式电磁阀(20、20a)，该插装式电磁阀适于控制从进气口(30a)到气动腔室的空气通道。该夹持器设置有可操作以被连接到夹爪致动活塞(28、28a)的转换器轴(24)，以便通过夹爪致动活塞的平移而被致动的转动。

Description

气动夹持器

技术领域

本发明涉及一种气动夹持器，尤其用于机器人应用。

背景技术

适于抓取和搬运物体的夹持器是众所周知的。通常，夹持器包括夹持器主体和至少两个夹持器指状物，在技术术语中也称为“夹爪”，其可相对于夹持器主体在闲置打开位置和闭合位置之间移动，以抓取物体。

在气动夹持器的情况下，可操作地连接到夹爪的气动致动组容纳在夹持器主体内，以通过加压指令流体在打开和闭合位置之间移动夹爪。

在一些实施例中，需要对力和夹爪的位置进行比例控制。夹持器必须配备压力调节器和传感器，这将导致夹持器的尺寸和重量增加。此外，目前的夹持器由于其设计本身的原因，无法达到机器人应用等所要求的精度水平和响应速度。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种气动夹持器，其可以在控制工件夹持方面将小尺寸、低重量与高性能相结合。

本发明的另一个目的是提出一种夹持器，该夹持器在具有小尺寸和低重量的同时，能够执行压力的比例控制，从而执行夹持力的比例控制，并能以高精度和高速度进行位置控制。

所述目的通过根据权利要求1的气动夹持器来实现。

从属权利要求描述了夹持器的优选或有利的实施例。

附图说明

参照附图，根据本发明的气动夹持器的进一步特征和优点将从下文对其优选实施例的描述中变得显而易见，这些优选实施例仅作为非限制性的示例提供，其中：

图1是气动夹持器的立体图；

图2是图1中夹持器的轴向剖面图；

图2a是图1中夹持器的另一垂直剖面图，

图3是图1中夹持器在夹爪致动活塞处的剖面图；

图4是从夹持器内部上方看的立体图，该图没有气动致动组的内部主体；

图5是夹持器的气动图。

具体实施方式

在所述附图中，根据本发明的气动夹持器已经被共同表示为1。

在本说明书的剩余部分中，术语“上”和“下”以及它们的同义词将用于简化说明，并且以非限制性的方式参考处于附图所示位置的夹持器，即，夹爪朝上并且与机器人手腕连接的部分朝下。

在一般实施例中，夹持器1包括限定内部夹持器隔室12的外壳10。内部夹持器隔室12容纳了气动致动组14和气动致动组14的电子命令和控制板16。

夹持器1配备有由气动致动组14控制的两个夹爪2，从而可沿着夹爪平移轴线(X)在夹爪打开位置和夹爪闭合位置之间平移。

在说明书的剩余部分中，术语“夹爪”2将统一指由板状部件2a或滑动件以及夹持构件2b或指状物形成的可移动元件，板状部件2a或滑动件适于在相应的导向件中沿着平移轴线X平移，夹持构件2b或指状物刚性连接到板状部件2a或与板状部件2a制成一体。夹持构件2b从外壳10中露出。

例如，外壳10包括基部10a、从基部10a延伸的侧壁10b和顶壁10c，顶壁10c在顶部封闭内部夹持器隔室12，并且在顶壁10c中具有一个或多个狭缝10d，狭缝10d被夹爪2的夹持构件2b穿过。

基部10a可以被配置成与机器人手腕连接。

气动致动组14包括内部主体18、容纳在相应阀座22中的插装式电磁阀20、20a以及转换器轴24，阀座22存在于内部主体18中。

在一个实施例中，内部主体18在远端14a(或上端)和近端14b(或下端)之间延伸，夹爪从远端14a(或上端)伸出，近端14b(或下端)朝向外壳的基部10a。

例如，电子命令和控制板16置于内部主体18的近端14b(或下端)与外壳10的基部10a之间。

在内部主体18的中部或上部，存在两个气动腔室26、26a，这两个气动腔室26、26a沿着彼此平行且平行于夹爪平移轴线(X)的相应腔室轴线(Y)延伸。

夹爪致动活塞28、28a可滑动地容纳在每个气动腔室26、26a内。每个夹爪2刚性连接到相应的夹爪致动活塞28、28a。

两个活塞28、28a可被同时控制以沿着腔室轴线(Y)在彼此相反的方向上平移，使得相应的夹爪2可朝向彼此移动(闭合夹爪)，用于夹持工件，或者远离彼此移动(打开夹爪)，用于释放工件。

然后，每个气动腔室26、26a被相应的活塞分成闭合夹爪腔室26’、26a’(即，可加压以使活塞一起移动)和打开夹爪腔室26”、26a”(即，可加压以使活塞移动)。

气动供应通道30和排放通道32存在于内部主体18内。供应通道30将进气口30a与阀座22流体连通，进气口30a设有用于与供应管连接的配件，并且所述阀座具有闭合夹爪腔室和打开夹爪腔室。气动排放通道32使闭合夹爪腔室和打开夹爪腔室与阀座22连通，并且所述阀座具有至少一个排放口32，以将空气从腔室排放到例如环境中。

在一个实施例中，夹持器配备有四个相同的2/2型(双向、两位)插装式电磁阀20、20a。然后每个电磁阀20、20a可以在电致动位置和停止位置之间切换，在电致动位置，电磁阀允许空气流入或流出相应的腔室，在停止位置，电磁阀阻止空气流动。因此，对于闭合夹爪腔室26’、26a’和打开夹爪腔室26”、26a”这两对中的每一对，使用两个电磁阀20、20a：供应电磁阀20，其控制从入进气口30a到这对腔室的相应腔室的空气通道；排放电磁阀20a，其控制从这对腔室的相应腔室到排放口32a的空气通道。

应该注意的是，根据插装式阀的通常定义，阀座22不仅意味着容纳该阀的空腔，而且意味着该空腔与插装式电磁阀主体协作形成与气动腔室流体连通的供应腔室和排出腔室。

具体而言，在一个实施例中，阀座22存在于气动腔室26、26a下方并尽可能靠近气动腔室26、26a，以便最小化死体积和压降，并因此对任何力和/或压力变化请求具有高响应速度。

在附图所示的一个实施例中，插装式电磁阀20、20a被布置成主要在垂直方向上延伸，即沿着垂直于命令和控制板16的阀轴延伸。因此，将每个阀座22的上端连接到相应气动腔室的通道具有缩小的延伸部。

气动致动组14的电子命令和控制板16设置有电连接装置，该电连接装置适于获得与插装式电磁阀20的电连接。

此外，在电子命令和控制板16上，安装有位置传感器36，其可操作以被连接到转换器轴24。

此外，在电子命令和控制板16上，安装有腔室压力传感器40，其适于测量闭合夹爪腔室26’、26a’和打开夹爪腔室26”、26a”中的空气压力。

在一个实施例中，在命令和控制板16上，还安装了供应压力传感器38，其与进气口30a流体连通，以测量进入夹持器的空气压力。

在一个实施例中，阀座22在底部朝电子命令和控制板16打开。每个插装式电磁阀20配备有电磁阀电触点42，例如阳型的，例如销的形式，从平行于轴线W的底部延伸，从内部主体18突出。

电子命令和控制板16支撑例如阴型的电路板连接器44，其与电磁阀电触点42电耦合，而不需要在电子命令和控制板与电磁阀之间的连接电缆。

四个插装式电磁阀20、20a、压力传感器38、40和位置传感器36可操作以被连接到安装在命令和控制板16上的处理单元50。

在一个优选实施例中，采用了四个插装式电磁阀20、20a，以实施比例压力调节，并因此通过为夹爪配备传感器装置，该传感器装置适于向处理单元50提供指示夹爪施加在物体上的力即夹持力的信号。WO2021084493A1中描述了一种用于控制夹持器的夹持力的方法的示例。

该技术方案特别有利，因为它避免了具有实际的压力调节器，该压力调节器通常非常庞大，并且在现有技术中不集成在所述装置内，而是位于外部，例如在所使用的机器人的控制面板中。

为此，处理单元50命令电磁阀20、20a以便达到目标压力，由于腔室压力传感器40，打开腔室和闭合腔室的压力是已知的。

在设想使用开/关型插装式电磁阀的实施例中，电磁阀由处理单元50利用PWM调制来控制。

转换器轴24在形成于内部主体18内的轴座34中延伸，转换器轴24具有沿着垂直于腔室轴线(Y)的轴线(W)轴向转动的可能性。转换器轴24可操作以被连接到夹爪致动活塞28、28a，以便通过夹爪致动活塞的平移而被致动从而转动。因此，转换器轴24将活塞的平移运动转换成旋转运动，该旋转运动可以例如用编码器测量。

注意，尽管转换器轴24容纳在气动致动组14内，以便它与致动活塞接触，但是它在夹爪的运动链中没有主动功能，而只有被动功能，即检测活塞的位置，从而检测夹爪的位置。

在一个实施例中，电子命令和控制板16由内部主体18支撑。例如，电子命令和控制板16通过螺纹拉杆46连接到内部主体18。

现在回到转换器轴24，在一个实施例中，转换器轴24在其面向命令和控制板的下端支撑磁性元件24a，例如磁体。

在该实施例中，位置传感器36是与磁性元件磁性耦合的编码器。因此，在轴和位置传感器之间没有接触的情况下，可以测量转换器轴24的转动，从而测量致动活塞的平移。

在一个实施例中，每个致动活塞28、28a在其面向另一个活塞的一侧配备有齿条部分28’、28a’。齿条与由转换器轴24支撑的中心同步小齿轮24b耦合。

中心同步小齿轮24b确保致动活塞的两个相反方向的运动之间的完美同步。

此外，除了执行活塞同步的功能之外，中心小齿轮24b还执行自定心功能，即，它确保夹爪在夹持器的中心轴线处精确闭合。

总的来说，夹持器的这种布置，尤其是阀和传感器邻近气动腔室的配置和定位，意味着腔室中的压力和管线压力的测量非常精确，使得装置的响应也非常精确。

读取同步小齿轮的位置/转动的编码器的存在使精确的位置控制成为可能。

结果是气动夹持器比根据现有技术的夹持器更紧凑和更轻，其还包括压力的比例控制，因此也包括力的比例控制，以及位置控制在精度和响应速度方面非常精细。

由于实施命令、调节和控制功能的所有装置都被结合到夹持器中，因此夹持器与外部装置的气动和电气连接被最小化。

在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员可以对功能上等同于根据本发明的气动夹持器的实施例的元件进行多种改变、调整和替换，以满足附带的需求。被描述为属于可能实施例的每个特征可以独立于其它描述的实施例存在。

Claims (12)

1.一种气动夹持器，包括形成内部夹持器隔室(12)的外壳(10)以及两个夹爪(2)，其中所述内部夹持器隔室(12)容纳有气动致动组(14)和用于命令和控制所述气动致动组的电子板(16)，所述两个夹爪(2)由所述气动致动组控制，以便能够在夹爪打开位置和夹爪闭合位置之间沿着夹爪平移轴线(X)平移，其中所述气动致动组包括：

-内部主体(18)，其中所述内部主体(18)存在两个气动腔室(26、26a)，两个所述气动腔室沿着彼此平行且平行于所述夹爪平移轴线(X)的相应腔室轴线(Y)延伸，夹爪致动活塞(28、28a)可滑动地容纳在每个所述气动腔室中，每个所述气动腔室被相应的所述活塞分成夹爪闭合腔室(26’、26a’)和夹爪打开腔室(26”、26a”)，每个所述夹爪刚性地连接到相应的致动活塞；

-插装式电磁阀(20、20a)，所述插装式电磁阀(20、20a)容纳在所述内部主体(18)中获得的相应阀座(22)中，并且适于控制从进气口(30a)到所述夹爪闭合腔室和所述夹爪打开腔室的空气通道，以及控制从所述夹爪闭合腔室和所述夹爪打开腔室到一个或多个排放口的空气通道；

-转换器轴(24)，其沿着垂直于所述轴座中的腔室轴线(Y)的轴线(W)延伸并具有轴向转动的可能性，所述轴座存在于所述内部主体(18)内，所述转换器轴(24)可操作以被连接到所述夹爪致动活塞(28、28a)，以便通过所述夹爪致动活塞的平移而被旋转地致动；

并且其中用于命令和控制气动致动组的所述电子板(16)设有：

-适于与所述插装式电磁阀(20、20a)建立电连接的电连接装置；

-位置传感器(36)，其可操作以被耦合到所述转换器轴；

-至少两个腔室压力传感器(40)，其适于分别测量所述夹爪闭合腔室和所述夹爪打开腔室内的空气压力。

2.根据权利要求1所述的气动夹持器，其中，所述内部主体(18)在远端和近端之间延伸，所述夹爪从所述远端延伸，从所述电磁阀延伸的电磁阀电触点(42)突出于所述近端，并且其中所述电子板(16)支撑与所述电磁阀电触点(42)电耦合的电路板连接器(44)。

3.根据权利要求1或2所述的气动夹持器，其中，所述电子命令和控制板(16)由所述内部主体(18)支撑。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气动夹持器，其中，所述转换器轴(24)在其面向所述电子命令和控制板(16)的端部支撑磁性元件(24a)，并且其中，所述位置传感器(36)是磁性耦合到所述磁性元件(24a)的编码器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气动夹持器，其中，每个致动活塞(28、28a)在其面向另一个活塞的一侧设有齿条部分(28’、28a’)，所述齿条耦合到由所述转换器轴(24)支撑的中心同步小齿轮(24b)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的夹持器，其包括处理单元(50)，所述处理单元可操作以被连接到所述插装式电磁阀(20、20a)和所述腔室压力传感器(40)，所述处理单元被编程以控制所述电磁阀，从而根据所述腔室压力传感器检测到的压力值，对所述夹爪闭合腔室和所述夹爪打开腔室中的压力进行比例控制。

7.根据权利要求6所述的夹持器，包括适于向所述处理单元(50)提供信号的传感器装置，所述信号指示由所述夹爪施加到物体上的夹持力，所述处理单元被编程为基于来自所述传感器装置的所述信号实施夹持力控制算法。

8.根据权利要求6或7所述的夹持器，其中所述插装式电磁阀(20、20a)为开/关型，并且其中所述处理单元被编程为利用PWM调制来控制所述电磁阀。

9.根据前述权利要求中任一项所述的夹持器，包括四个相同的双向、双位类型的插装式电磁阀(20、20a)，两个供应电磁阀(20)用于控制从所述进气口(30a)朝向相应的夹爪闭合腔室和夹爪打开腔室的空气通道，两个排放电磁阀(20a)用于控制从相应的夹爪闭合腔室和夹爪打开腔室朝向所述排放口的空气通道。

10.根据前述权利要求中任一项所述的夹持器，其中，供应压力传感器(38)还安装在与所述进气口(30a)流体连通的所述命令和控制板(16)上，以测量进入所述夹持器的空气压力。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的夹持器，其中，所述位置传感器(36)可操作以被连接到所述处理单元(50)，所述处理单元被编程为基于来自所述位置传感器(36)的信号来实施用于控制所述夹爪位置的算法。

12.根据权利要求6-11中任一项所述的夹持器，其中，所述处理单元安装在所述电子命令和控制板上。