JP7417275B2 - 容易に協働するツール交換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デバイスを協働ロボットに機械的に接続するためのコネクタに関し、コネクタは、ロボットに取り付けられるように構成される第1の部と、デバイスに取り付けられるように構成される第2の部とを含む。
共有ワークスペースで人間と物理的に対話することが意図されるロボット(具体的には、協働ロボット)は、新しい作業エリアに導入される。協働ロボットが様々なタスクに適用されるとき、ツール(例えば、把持デバイス)は、ロボットに接続される必要がある。速く及び信頼性のある様式でツールをロボットに取り付けることを可能にするために、この目的のために、コネクタを開発している。
しかしながら、外部に配置された真空源を把持デバイスに接続し、把持デバイスをロボットに接続し、制御デバイスを把持デバイスに接続するには時間がかかる。したがって、単純で要求が少ない把持デバイスを有することが望ましいであろう。
しかしながら、多くの先行技術のコネクタは複雑であり高価である。したがって、ユーザにとって単純で、先行技術のコネクタよりも安価であるコネクタを有することが望ましいであろう。
米国特許出願公開第2006/0088367号明細書は、エンドエフェクタツールをマニピュレータに解放可能に掛止するための急速着脱ツーリング装置を開示している。急速着脱ツーリング装置は、ベースモジュールに接続され、掛止位置と非掛止位置との間で移動可能である解放可能ラッチを含み、掛止位置では、ラッチは、ツールモジュールに接続されるラッチピンに協調して係合し、ツールモジュールをベースモジュールに固着し、結合する電源の第1の部及び第2の部が相互に通信することを可能にする。ラッチは、かなりの量のスペースをとり、ひいては、急速着脱ツーリング装置をかなり厚くする必要がある。したがって、より薄いコネクタを提供することを可能にする代替の解決案を提供できることが望ましいであろう。
米国特許出願公開第2006/0088367号明細書
本発明の目的は、代替案を先行技術のコネクタに提供し、代替のコネクタにより、先行技術の上述の不利点を減らすまたはさらになくすことである。本発明の目的は、先行技術のコネクタよりも薄いコネクタを提供することである。
また、本発明の目的は、容易で及びユーザが利用し易いように、把持デバイス等のデバイスをロボットに接続するように構成されるコネクタを提供することである。
本発明の目的は、請求項1に定義されるようなコネクタによって達することができる。好ましい実施形態は従属項に定義され、以下の記述に説明され、添付図に示される。
本発明に従ったコネクタはデバイスをロボットに機械的に接続するためのコネクタに関し、コネクタは、ロボットに取り付けられるように構成される第1の部と、ロボットに接続されるように構成されるデバイスに取り付けられるように構成される第2の部とを含み、第1の部及び第2の部は、
a)第1の部が第2の部に対して回転することができるピボットを含む回転システムを構成する第1の接続部と、
b)第1の部及び第2の部が相互から離れることを防止する機械ロッキング構造を構成する第2の接続部と、によって相互に着脱可能に取り付けられ、第2の接続部は、
-少なくとも1つの接触表面及び縦軸を有する突出構造と、
-突出構造の少なくとも1つの接触表面に接して支えるように構成される少なくとも1つの接触表面によって形成される受容凹部と、を備え、表面は縦軸に対して傾き、その状態では、接触表面の間の摩擦力は、突出構造に作用する結果として生じる力が、突出構造が凹部と係合することを維持するのに十分に大きいことを確実にする大きさを有する。
これによって、先行技術のコネクタよりも薄く、ユーザにとって単純で、先行技術のコネクタよりも安価なコネクタを提供することが可能である。本発明に従ったコネクタは、容易で及びユーザが利用し易いように、把持デバイス等のデバイスをロボットに接続するように構成され、接続部は第1の部及び第2の部が相互から離れることを防止する機械ロッキング構造を構成し、機械ロッキングは自動ロック式である。
第1の部はロボットに取り付けられるように構成される。これは、任意の適切な取付手段を使用することによって達成され得る。本発明に従った一実施形態では、取付手段は、ねじ、またはねじと係合するように構成される構造である。
第2の部は、ロボットに接続されるように構成されるデバイスに取り付けられるように構成される。取り付けは、任意の適切な取付手段によって達し得る。本発明に従った一実施形態では、取付手段は、ねじ、またはねじと係合するように構成される構造である。
第1の部及び第2の部は、第1の部が第2の部に対して回転することができるピボットを含む回転システムを構成する第1の接続部によって相互に着脱可能に取り付けられる。回転システムは、第1の部及び第2の部を相互に回転可能に取り付けることを可能にする任意の適切な種類であり得る。一実施形態では、回転システムはボール及びソケットジョイントである。別の実施形態では、回転システムはヒンジジョイントである。さらなる実施形態では、回転システムはサドルジョイントである。一実施形態では、ピボットはピンである。別の実施形態では、ピボットは半球体である。さらなる実施形態では、ピボットはボールである。またさらなる実施形態では、ピボットは点である。別の実施形態では、ピボットはシャフトである。
好ましい実施形態では、回転システムは、突出構造(雄型構造)と、それに回転可能に取り付けられた係合構造(例えば、突出構造)とを含む。
一実施形態では、機械ロッキング構造は、第2の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含む第1の部によって提供される。
別の実施形態では、機械ロッキング構造は、第1の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含む第2の部によって提供される。
これによって、本発明に従ったコネクタを使用することによって、ロボットへのツールの容易で速く及びユーザが利用し易い接続を提供することが可能である。
本発明に従ったコネクタは、ロボットに取り付けられるように構成される第1の部と、デバイス(例えば、把持デバイス)に取り付けられるように構成される第2の部とを含む。第2の部は、ロボットに接続されるのに適切な任意のデバイスに取り付けられるように構成され得る。
本発明に従った一実施形態では、コネクタは、コネクタの第1の部の基部構造から突出する1つ以上のねじを含み、当該ねじは、ロボットの対応するねじ孔にねじ締めされるように適合される。
本発明に従った一実施形態では、コネクタは、コネクタの第2の部の基部構造から突出する1つ以上のねじを含み、当該ねじは、ロボットに接続されるように構成されるデバイス(例えば、把持デバイス)のロボットの対応するねじ孔にねじ締めされるように適合される。
第1の接続部は、ピボットジョイント、好ましくは、第1のピボット構造と、第1のピボット構造に対して回転するように配置される第2の係合ピボット構造とを含むピボットジョイントを構成することで有益になり得る。これによって、第1の部と第2の部との間の単純で信頼性のある回転可能な取り付け部を提供することが可能である。
一実施形態では、第1の部は、第2の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含む。
さらなる実施形態では、第2の部は、第1の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含む。
コネクタの第2の部の基部構造から突出する1つ以上の接続パイプを、組になるように相互に延長線上に延在させることが可能であり、これにより、対応する接続パイプによってコネクタによりアクセスされる。これによって、ワイヤ、複数のワイヤを伴うケーブル、及びケーブル等の電気接続部または管は、接続パイプによって接続され得る。
コネクタは、第1の接続部分及び第2の部分を含むアダプタを備えることで有益になり得、アダプタは、第1のパイプまたはケーブルの遠位端を、第2のパイプまたはケーブルの遠位端と接続するように構成される1つ以上の接続構造を含む。これによって、デバイスと、デバイスが取り付けられる必要があるロボットとに接続される必要があるパイプ及びケーブルのトラックを維持することが可能である。
用語「パイプ」は、流体(液体またはガス)が流れ得る任意の管状構造を意味する。したがって、パイプは、流体を搬送するように構成される金属、木材、または他の材料の中空シリンダであり得る。パイプは、また、管、または管が管を通って流体を誘導することを可能にする任意の材料のホースであり得る。
アダプタは、パイプ間またはケーブル間のリソース(例えば、電流または流体)の連続流を達成することができるように、パイプまたはケーブルの隣接端を相互に取り付けることを可能にするように構成されることが好ましい。
一実施形態では、コネクタは、第1の接続部分及び第2の部分を含む着脱可能に取り付けられたアダプタを備え、アダプタは、第1のパイプまたはケーブルの遠位端を、第2のパイプまたはケーブルの遠位端と接続するように構成される1つ以上の接続構造を含む。
アダプタがガスまたは液体等の流体を輸送するためのパイプを接続するために使用される場合、アダプタは、周辺構造に接してパイプを密閉するように構成される1つ以上の密閉構造を含むことが好ましい。これによって、信頼性のある接続を提供することが可能である。
一実施形態では、密閉構造は、軸方向に圧縮されると半径方向に拡張されるように構成される構造である。別の実施形態では、密閉構造は、半径方向に圧縮されると軸方向に拡張されるように構成される構造である。
第1の部及び第2の部は、スナップ式接続を構成する対応する係合構造が設けられることで利点があり得る。第1の部及び第2の部は、容易及び速く、相互に取り付けられることができる。したがって、ロボットへのデバイス(例えば、把持デバイス)の容易で速く及びユーザが利用し易い取り付け及び着脱を可能にすることが可能である。
用語「スナップ式接続」は、ロッキング構成に一緒に押圧されるように構成される相互係止構成要素を含む接続(取付機構)を意味する。これによって、スナップ式接続は、第1の部を第2の部に機械的にロックする高速方法を提供することができる。
コネクタは、押圧要素を移動(例えば、押圧等の並進)させることによって、係合構造を相互からロック解除するように配置される摺動可能に配置された押圧要素を含むことで有益になり得る。これによって、押圧要素は、係合構造をコネクタが係合構造の相対位置によって分解することができる構成の状態にさせるために使用されることができる。この特性は、コネクタが第1の部及び第2の部に分割される必要があるときに重要である。押圧要素は、手動で(例えば、押圧要素を押圧することによって)移動するように構成及び配置され得る。代替として、コネクタは、押圧要素の運動を発生させるように適合されるアクチュエータ(例えば、電動アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータ)を備え得る。アクチュエータは、例として、電気モータであり得る。
一実施形態では、コネクタは、引張要素を移動させる(例えば、引っ張る)ことによって、係合構造を相互からロック解除するように配置される摺動可能に配置された引張要素を含む。これによって、第1の部及び第2の部は、引張要素によって係合から解放される状態になり得る。引張要素は、手動で(例えば、押圧要素を引っ張ることによって)移動するように構成及び配置され得る。代替として、コネクタは、引張要素を移動させるように構成されるアクチュエータ(例えば、電気モータ等の電動アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータ)を備え得る。
さらなる実施形態では、コネクタは、回転要素を回転させる(例えば、弧状構造または弧状経路を摺動させる)ことによって、係合構造を相互からロック解除するように配置される回転可能に配置された回転要素を含む。これによって、第1の部及び第2の部は、回転要素によって係合から解放される状態になり得る。回転要素は、手動で(例えば、回転要素を引っ張り、押す、または回転させることによって)移動するように構成及び配置され得る。代替として、コネクタは、回転要素を引っ張り、押す、または回転するように構成されるアクチュエータ(例えば、電気モータ等の電動アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータ)を備え得る。
押圧要素、引張要素、または回転要素の移動は、任意の適切な構造または経路に沿って、押圧要素、引張要素、または回転要素を移動させることを含み得る。1つ以上の直線部及び/または弧状部を含む構造または経路に沿って、押圧要素を移動させることが可能である。同様に、1つ以上の直線部及び/または弧状部を含む構造または経路に沿って、引張要素を移動させることが可能である。同様に、1つ以上の直線部及び/または弧状部を含む構造または経路に沿って、回転要素を移動させることが可能である。「S」字形曲線もしくはS字形曲線、正弦曲線、双曲線、放物線、または楕円曲線の少なくとも1部を含む構造または経路に沿って、押圧要素、引張要素、または回転要素を移動させることが可能である。
コネクタは1つ以上のアダプタを受容するように構成されることで利点があり得る。これによって、コネクタへの1つ以上のアダプタの取り付けを着脱可能に提供することが可能である。
コネクタは、アダプタの1つ以上の対応する取付部(例えば、取付プレート)を受容するように構成される1つ以上の受容構造を含むことで有益になり得る。これによって、コネクタへの単純で、速く及び信頼性のあるアダプタの取り付けを提供することが可能である。
一実施形態では、コネクタの第1の部は、アダプタの1つ以上の対応する取付部(例えば、プレート)を受容するように構成される1つ以上の受容構造を含む。別の実施形態では、コネクタの第2の部は、アダプタの1つ以上の対応する取付部(例えば、プレート)を受容するように構成される1つ以上の受容構造を含む。
好ましい実施形態では、コネクタの第1の部及び第2の部の両方は、アダプタの1つ以上の対応する取付部(例えば、プレート)を受容するように構成される1つ以上の受容構造を含む。
コネクタは第1の部または第2の部の外側構造に提供されるスロットを含むことで利点があり得、スロットは、第1の部または第2の部から突出する押圧要素、回転要素、または引張要素を受容するように構成される。これによって、コンパクトなコネクタを提供することが可能である。
第1の部が第2の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含むこと、または、第2の部が第1の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含むことで有益になり得る。これによって、第2の部を第1の部に対して固定し、それによって、第1の部に対する第2の部の回転を制限することが可能である。
突出構造は、トラック構造に提供される摺動可能に配置された押圧要素の一部であることで利点があり得る。これによって、押圧要素によって、突出構造及び対応する受容凹部の係合を制御することが可能である。
ばねはトラック構造の端部に配置され、外向きの力を突出構造にかけることで有益になり得る。これによって、押圧要素をコネクタに(例えば、コネクタの中心部に向かう方向に)押圧するために加えられる反対側に向かう力がその外向きの力を超えるまで、押圧要素は受容凹部とロックしながら係合することが維持される。したがって、力を押圧要素に向かって提供すると、突出構造は半径方向に内向きに移動し、突出構造は受容凹部との係合から解放される状態になる。
第1の部はアダプタの搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレートを含むこと、または第2の部はアダプタの搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレートを含むことで利点があり得る。これによって、着脱可能に取り付けられたプレートによって、容易及び確実に、アダプタを取り付けることが可能である。
第1の接続部は、第2の接続部からコネクタの長さの半分よりも長い距離に提供された位置に設けられることで有益になり得る。
第1の接続部は、第2の接続部からコネクタの長さの2/3よりも長い距離に提供された位置に設けられることで利点があり得る。
第1の接続部は、第2の接続部からコネクタの長さの3/4よりも長い距離に提供された位置に設けられることで有益になり得る。
第2の接続部に対して第1の接続部をコネクタの反対側に提供することによって、第1の部及び第2の部の取り付けを容易にできる。
好ましい実施形態では、コネクタは第1の部分及び第2の部分を含む着脱可能に取り付けられたアダプタを備え、アダプタは、ロボットと、ロボットに接続される(または接続される予定の)デバイスとの間でリソース(例えば、電流または流体)の流れをもたらすために接続される必要がある分離されたケーブル間またはパイプ間の接続を確立するように構成される。
第1の部分は、1つ、2つ、3つまたは4つ以上の孔が設けられることで利点があり得、孔は、第1の部分を通って延在し、さらに、第2の部分(第2の部分によって、孔(複数の孔)を構成する)の対応する構造を通って延在する。
アダプタは、ロボットからのパイプ、ワイヤ、または複数のワイヤを伴うケーブルと、コネクタによってロボットに取り付けられたデバイスとを接続するように適合される。したがって、アダプタによって、ロボットとデバイスとの間で、電線、複数のワイヤを伴うケーブルを使用することによる電気接続部、または管(例えば、空気管)を接続することが可能である。
コネクタは、コネクタに着脱可能に取り付けられたいくつかのアダプタを受容するように構成されることで利点があり得る。
アダプタは、隣接するパイプ端、または隣接するケーブル端もしくは電気接続要素を接続し得ることを可能にする接続構造を含み得る。これによって、各々、ロボットからの単一のワイヤ、複数のワイヤを伴うケーブル、またはパイプと、把持デバイスまたは代替デバイスとの間の接続を確立するためにアダプタを適用させることが可能である。
第1の部及び第2の部の対応する係合構造が、各々、押圧すると係合から解放される状態になり、これによって、押圧要素を摺動するように、押圧要素が摺動可能に配置されることで利点があり得る。
第1の部及び第2の部の対応する係合構造が、各々、引っ張ると係合から解放される状態になり、これによって、押圧要素を摺動するように、引張要素が摺動可能に配置されることで有益になり得る。
一実施形態では、第1の部及び第2の部の対応する係合構造が、各々、回転要素を回転させると、係合から解放される状態になるように、コネクタは回転可能に配置される回転要素を含む。
第1の部は、第2の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含むことで利点をもたらし得る。これによって、容易な様式で、機械ロッキング構造を提供することが可能である。
代替として、第2の部は、第1の部に提供された対応する受容凹部と係合する状態になるように構成される突出構造を含み得る。これによって、単純な様式で、機械ロッキング構造を提供することが可能である。
突出構造は、トラック構造に提供される摺動可能に配置された押圧要素の一部であり得る。
ばねはトラック構造の端部に配置され、外向きの力を押圧要素にかけることで有益になり得る。これによって、押圧要素をコネクタに(例えば、コネクタの中心部に向かう方向に)押圧するために加えられる反対側に向かう力がその外向きの力を超えるまで、押圧要素は受容凹部とロックしながら係合することが維持される。これによって、突出構造は半径方向に内向きに移動し、突出構造は受容凹部との係合から解放される状態になる。
第1の部及び第2の部は、ピボットと、ピボットに回転可能及び着脱可能に取り付けられたジョイント構造とを含むヒンジによって、相互に着脱可能に取り付けられることで利点があり得る。
第1の部はアダプタの搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレートを含むことで利点があり得る。これによって、アダプタがコネクタの第1の部に着脱可能に取り付けられることが意図される場合、プレートを取り外すことができる。
代替として、第2の部はアダプタの搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレートを含む。これによって、アダプタがコネクタの第2の部に着脱可能に取り付けられることが意図される場合、プレートを取り外すことができる。
第1の部は、基部と、基部を延在する外壁とを含むことで利点があり得、外壁は円筒形状を有する。外壁は円形断面を有し得る。別の実施形態では、外壁の断面は長方形(例えば、正方形)である。
第2の部は、好ましくは、第1の部の外壁を受容するように構成及び成形される受容部を含み得る。代替として、第2の部は、基部と、基部を延在する外壁とを含み得、外壁は円筒形状を有する。外壁は円形断面を有し得る。別の実施形態では、外壁の断面は長方形(例えば、正方形)である。第1の部は、好ましくは、第2の部の外壁を受容するように構成及び成形される受容部を含み得る。
本発明に従った一実施形態では、第2の接続部は、
-少なくとも1つの平面接触表面及び縦軸を有する突出構造と、
-突出構造の少なくとも1つの接触表面に接して支えるように構成される少なくとも1つの接触表面によって形成される受容凹部と、を備え、
表面は、相互に接して支える接触表面間の摩擦係数の逆正接関数よりも小さい角度で縦軸に対して傾斜する。突出構造の接触表面は平面であることが好ましい。また、突出構造の接触表面は平面であることが好ましい。
本発明は、下記で本明細書に与えられる詳細な説明からより十分に理解されるであろう。添付図は単なる例示として与えられ、ひいては、その図は本発明に限定されるわけではない。
閉鎖構成の本発明に従ったコネクタを示す。 空気管がコネクタに統合されるアダプタを通って延在する開放構成の図1Aに示されるコネクタを示す。 閉鎖構成の図1Bに示されるコネクタを示す。 本発明による、コネクタの断面図を示す。 コネクタの第2の部のシャフトに回転可能に取り付けられた第1の部の係合構造を示す。 コネクタの第1の部のシャフトに回転可能に取り付けられた第2の部の係合構造を示す。 本発明に従った把持デバイス及びコネクタを備えるシステムを示す。 コネクタが閉鎖されている構成の図3Aに示されるシステムを示す。 コネクタが閉鎖されている構成の図3Bに示されるシステムを示す。 本発明による、コネクタの断面図を示す。 図4Aに示されるコネクタの一部の拡大図を示す。 図4Bに示されるコネクタの突出構造及び受容凹部の表面にかけられる力を示す。 本発明に従ったコネクタと、コネクタに取り付けられるように構成されるアダプタとの分解図を示す。 協働ロボット上に搭載されている把持デバイスを示す。 協働ロボット上に搭載されているときの図6Aに示される把持デバイスを示す。
ここで、本発明の好ましい実施形態を示す目的のために、詳細に図面を参照すると、本発明のコネクタ70は図1Aに示される。
図1Aは、閉鎖構成の本発明に従ったコネクタ70を示す。コネクタ70は、ロボットに(着脱可能または永久的に)取り付けられるように構成される第1の部74と、把持デバイスまたは別のデバイス(図示しない)に(着脱可能または永久的に)取り付けられるように構成される第2の部76とを含む。
複数のねじ82,82’,82’’,82’’’は、コネクタ70の第1の部74の中心平面基部構造から突出する。同様に、複数のねじ84’’,84’’’は、コネクタ70の第2の部74の構造から突出する。ねじ82,82’,82’’,82’’’,84’’,84’’’は、一対になるように相互に延長線上に延在し、これにより、組になって対応するねじ82,82’,82’’,82’’’,84’’,84’’’を通ってコネクタ70によりアクセスされる。したがって、電気接続部(例えば、ワイヤまたは複数のワイヤを伴うケーブル)または管は、当該ねじ82,82’,82’’,82’’’,84’’,84’’’によって接続され得る。
第1の部74及び第2の部76は、当該第1の部74及び第2の部76の容易で速く及びユーザが利用し易い取り付け及び着脱を可能にする対応する係合構造が設けられる。コネクタ70を分解する(2つの要素に分割する)必要があるとき、押圧要素78は相互から係合構造をロック解除するように配置される。
コネクタ70は、第1の部分88及び第2の部分90を含む着脱可能に取り付けられたアダプタ86を含む。第1の部分88は3つの孔92が設けられ、3つの孔92は、第1の部分88を通って延在し、さらに、第2の部分90の対応する構造を通って延在する。したがって、アダプタ86は、ロボットからのパイプ、ワイヤ、または複数のワイヤを伴うケーブルと、コネクタ70によってロボットに取り付けられたデバイスとを接続するように適合される。したがって、アダプタ86によって、当該ロボットとデバイスとの間で、電気接続部(電線または複数のワイヤを伴うケーブルを使用することによる接続)または管(例えば、空気管)を接続することが可能である。
図1Bは、第1の空気管100がコネクタ70に取り付けられたアダプタ86の第1の部分88に取り付けられる、開放構成の図1Aに示されるコネクタ70を示す。第2の空気管101は、アダプタ86の第2の部分90に取り付けられる。第1の部分88及び第2の部分90を相互に取り付けるとき、第1の空気管100及び第2の空気管101は密閉して相互に流体連通する状態になる。したがって、空気は、第1の空気管100と第2の空気管101との間で流れることができる。使用される密閉構造(図示しない)は、軸方向に圧縮されると半径方向に拡張されるように構成され得る。
代替として、密閉構造は、半径方向に圧縮されると軸方向に拡張されるように構成され得る。第1の空気管100は、アダプタの第1の部分88の孔から突出する第1の継手96の一部を通って延在する。第2の空気管101は、アダプタの第2の部分90の孔から突出する第2の継手98の一部を通って延在する。
アダプタ86によって、第1のケーブル(図示しない)の1つ以上の電線を第2のケーブル(図示しない)の1つ以上の電線と電気的に接続することが可能である。第1のケーブルの遠位部は第1の部分88の継手96の1つに挿入されることができる一方、第2のケーブルの遠位部は第2の部分90の継手98の1つに挿入されることができる。
継手96、98は、第1のケーブルの遠位部及び第2のケーブルの遠位部の電気接続を可能にする対応する電気結合構造(図示しない)を含み得る。
したがって、アダプタ86は、速く、実現可能な、及びユーザが利用し易いように、パイプ100、101及び電気ケーブルを接続することを可能にする。
第1の部74及び第2の部76は、ヒンジ(ピン/シャフトと、ピン/シャフトに回転可能に取り付けられた構造とを含む(図2A参照))によって相互に着脱可能に取り付けられる。スロット80は第1の部74の外側構造に提供される。スロット80は押圧要素78を受容するように構成される。
コネクタ70は、回転可能な取り付け部を構成する第1の接続部(ヒンジ)と、第1の部74及び第2の部76が相互から離れることを防止する機械ロッキング構造を構成する第2の接続部とを含む。
図1Cは、閉鎖構成の図1Bに示されるコネクタ70を示す。押圧要素78は摺動可能に配置され、これによって、第1の部74及び第2の部76の対応する係合構造を各々係合から解放される状態にすることを可能にする。
図2Aは、本発明による、コネクタ70の断面図を示す。コネクタ70は第1の部74及び第2の部76を含む。第2の部76は、第1の部74に提供された対応する受容凹部106と係合する状態になる突出構造102を含む。
突出構造102は、トラック構造に提供される摺動可能に配置された押圧要素(図1A、図1B、及び図1C参照)の一部である。ばね104はトラック構造の端部に配置され、外向きの力を押圧要素にかける。これによって、コネクタ70の中心部に向かう方向に押圧要素を押圧するために加えられる反対側に向かう力がその外向きの力を超えるまで、押圧要素は受容凹部とのロック係合が維持される。これによって、突出構造102は半径方向に内向きに移動し、突出構造102は受容凹部106との係合から解放される状態になる。したがって、突出構造102及び受容凹部106は、第1の部74及び第2の部76が相互から離れることを防止する機械ロッキング構造を構成する第2の接続部を形成する。
第1の部74及び第2の部76は、シャフト(ピン)116と、シャフト116に回転可能及び着脱可能に取り付けられる構造(図示しない)とを含むヒンジによって相互に着脱可能に取り付けられる。
図2Bは、本発明による、コネクタの第2の部のシャフト(ピン)116に回転可能に取り付けられた第1の部74の係合構造118を示す。係合構造118は、ピボット116に対する第1の部74の回転、ひいては、コネクタの第2の部の回転を可能にすることが分かり得る。最初に、第1の部74の係合構造118をシャフト(ピン)116と係合する状態にすることによって、第2の部に対して第1の部を回転させることが可能であり、これによって、コネクタを開放構成(図1Bに示される)から閉鎖構成(図1Cに示される)にさせる。
必要に応じて、シャフト(ピン)116をコネクタの第1の部に配置し、係合構造118をコネクタの第2の部に配置することが可能である。
図2Cは、図2Bに示されるものに基本的に対応する解決案を示す。しかしながら、係合構造118は、本発明に従って、コネクタの第1の部のシャフト(ピン)116に回転可能に取り付けられた第2の部76を示す。
図3Aは、把持デバイス2と、コネクタ70(図1A、図1B、図1C、及び図2Aを参照して説明されるものに対応する)とを備えるシステム72を示す。コネクタ70は、把持デバイス2に取り付けられた第2の部76を含む。摺動可能に配置された押圧要素78は第2の部76から突出する。
コネクタ70は、図6に示されるようなロボットに取り付けられるように構成される第1の部74を含む。第1の部74は、図1A、図1B、及び図1Cを参照して説明されるアダプタの搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレート108を含む。
図3Bは、コネクタ70が閉鎖されている構成の図3Aに示されるシステム72を示す。
図3Cは、コネクタ70が閉鎖されている構成の図3Bに示されるシステム72を示す。
図4Aは、本発明による、コネクタ70の断面図を示す。コネクタ70は、第1の部74と、第1の部74に取り付けられた第2の部76とを含む。コネクタ70は、コネクタ70の一端に配置されたシャフト116と、第1の部74に提供される凹部106とを含む。凹部106は、シャフト116に対してコネクタ70の反対端に配置される。第1の接続部1は、第2の接続部1’からコネクタ70の長さLの半分よりも長い距離Dに提供された位置に設けられることが分かり得る。実際に、第1の接続部1は、第2の接続部1’からコネクタ70の長さLの2/3よりも長い距離Dに提供された位置に設けられる。さらに、第1の接続部1は、第2の接続部1’からコネクタ70の長さLの3/4よりも長い距離Dに提供された位置に設けられることが分かり得る。
第1の部74は、摺動可能に配置された係合構造の端に提供された突出構造102が設けられる。係合構造は、トラック構造136に摺動可能に配置される。突出構造102は、凹部106と係合する状態になるように構成され、これによって、第1の部74を第2の部76に対してロックする。ばね104はトラック構造136に配置され、トラック構造136の端壁に当接する。ばね104は、係合構造に提供される孔の中に延在する。したがって、ばね104は、係合構造の突出構造102が凹部106と係合することを維持する力をかけるように配置される。
図4Bは、図4Aに示されるコネクタ70の一部(第2の接続部1’)の拡大図を示す。突出構造102は、第1の部74の対応する接触表面134に接して支える接触表面132を有することが分かり得る。ばね104は突出構造102を外向きに押圧し、これにより、突出構造102の接触表面132は、第1の部74の接触表面134と接触する。突出構造102の接触表面と、摺動可能に配置された係合構造の縦軸X’との間の角度θが示される。第1の部74は、第2の部76に取り付けられたシャフト116に回転可能に取り付けられるように構成される係合構造118を含む。
図4Cは、第1の部を第2の部から分離するように力Fを加える状況を示す。したがって、表面134に垂直に延在する法線力F2及び力F1は、他の接触表面132に向かって接触表面134によってかけられる。反力F’1、F’2(他の接触表面134に向かって接触表面132によってかけられる)を示す。さらに、ばね104(図4Aに示される)によってかけられるばね力FSを示す。
摩擦力(相互に対して接触表面132、134の相対的摺動運動に抵抗する力)が反力F’1の大きさを超える大きさを有するように、第2の接続部1’は構造化されることが好ましい。これによって、突出構造102が凹部106と係合することを維持し、接触表面132、134が相互に固定されることを維持することが可能である。実際に、ばね力FSを受けないで接触表面132、134が相互に対して固定されることを維持することが可能である。摩擦力が法線力F2及び表面132と表面134との間の摩擦係数μによって決まるため、表面132と表面134との間の摩擦係数μの情報に基づいて、自動ロック式第2の接続部1’を提供する角度θの大きさを判定することが可能である。摩擦力の大きさ及び反力F’1の大きさの両方は下記の数式(1)及び(2)に表される力Fに比例するため、自動ロック式第2の接続部1’を提供するために必要な角度θは、ユーザが第1の部74を第2の部76から分離することを試みるときに加えられる力Fによって決まらないことを強調することは重要である。
Figure 0007417275000001
Figure 0007417275000002
これによって、以下の数式(3)を考慮して、摩擦力の大きさと反力F’1の大きさとの比率が一定であるという結果になる。
Figure 0007417275000003
図4B及び図4Cでは、角度θは約15度であることが分かり得る。
一実施形態では、角度θは、5~30度の範囲内、好ましくは、約15度であることが好ましい。これによって、力が第1の部74を第2の部76から分離するために加えられるとき、第1の部74の表面134が凹部106との係合から解放される突出構造102を押圧するのに十分に大きい力を提供することを防止する接触表面132と接触表面134との間の係合を達することが可能である。これによって、自動ロック式である第2の接続部1’を提供することが可能である。
摩擦力の大きさが以下の数式(4)によって表される反力F’1の大きさを超えるとき、第2の接続部1’は自動ロックする。
Figure 0007417275000004
数式(3)を適用することによって、下式のようになる。
Figure 0007417275000005
数式(5)から、下式(6)のようになる。
Figure 0007417275000006
したがって、好ましい実施形態では、角度θは、摩擦係数μの逆正接関数よりも小さい。
図5は、本発明に従ったコネクタ70と、コネクタ70に取り付けられるように構成されるアダプタ86との分解図を示す。コネクタ70は、その遠位端に押圧要素78が設けられた摺動可能に配置された係合構造が設けられる第2の部76を含む。コネクタ70は、押圧要素78を受容するように構成されるスロット80が設けられた第1の部74を含む。
第1の部74はロボット(図6に示される)に取り付けられるように構成され、第2の部76はロボットに接続されるように構成されるデバイス2に取り付けられるように構成される。第1の部74及び第2の部76は、シャフト(図4Aに示される116)と、シャフトに回転可能に取り付けられた係合構造(図4Aに示される118)とを含むヒンジによって相互に着脱可能に取り付けられる。
アダプタ86はコネクタ70に取り付けられるように構成され、コネクタ70の第1の部74に取り付けられるように構成される第1の接続部分88と、コネクタ70の第2の部76に取り付けられるように構成される第2の接続部分90とを含む。アダプタ86は、第1のパイプまたはケーブルの遠位端を、第2のパイプまたはケーブルの遠位端と接続するように構成されるいくつかの接続構造91を含む。
第1の接続部分88は、ねじ126を受容するための孔124が設けられた取付プレート122を含む。これによって、取付プレート122は、コネクタ70の第1の部74に取り付けられることができる。同様に、第2の接続部分90は、ねじ126’を受容するための孔124’が設けられた取付プレート122’を含む。これによって、取付プレート122’は、コネクタ70の第2の部76に取り付けられることができる。
第1の接続部分88は、第1のパイプまたはケーブルの遠位端を挿入するための3つの孔92が設けられた支持構造120を含む。同様に、第2の接続部分90は、第1のパイプまたはケーブルの遠位端を挿入するための3つの孔94が設けられた支持構造120’を含む。
接続構造91は、第1の接続部分88の支持構造120の1つ以上の孔92を通って挿入される第1のパイプまたはケーブルの遠位端と、第2の接続部分90の支持構造120’の1つ以上の孔94を通って挿入される第2のパイプまたはケーブルの遠位端とを接続するように配置される。
第1の部74は、第2の部76に提供された対応する受容凹部(図4に示される106)と係合する状態になるように構成される突出構造102を含む。第2の部76は、アダプタ86の対応する取付プレート122,122’を受容するように構成される2つの受容構造130が設けられる。
3つの継手96は、第1の接続部分88の支持構造120の孔92から延在する。同様に、3つの継手98は、第2の接続部分90の支持構造120’の孔94から延在する。継手96,98は、貫通孔128,128’を通るパイプまたはケーブルの挿入を可能にする当該貫通孔128,128’が設けられる。
デバイス2をロボット20に機械的に接続するためのコネクタ70を有することで利点があり得、コネクタ70は、ロボット20に取り付けられるように構成される第1の部74と、ロボット20に接続されるように構成されるデバイス2に取り付けられるように構成される第2の部76とを含み、第1の部74及び第2の部76は、シャフト116と、シャフト116に回転可能に取り付けられた係合構造118とを含むヒンジによって相互に着脱可能に取り付けられ、
a)第1の部74は、第2の部76に提供された対応する受容凹部106と係合する状態になるように構成される突出構造102を含み、または、
b)第2の部76は、第1の部74に提供された対応する受容凹部106と係合する状態になるように構成される突出構造102を含み、
突出構造102及び受容凹部106は機械ロッキング構造を構成する。
コネクタ70は、第1の接続部分88及び第2の部分90を含む着脱可能に取り付けられたアダプタ86を備えることで有益になり得、アダプタ86は、第1のパイプ100またはケーブルの遠位端を、第2のパイプ101またはケーブルの遠位端と接続するように構成される1つ以上の接続構造91を含む。
第1の部74及び第2の部76は、スナップ式接続を構成する対応する係合構造102,106が設けられることで利点があり得る。
コネクタ70は、押圧要素78を押圧することによって、係合構造102,106を相互からロック解除するように配置される摺動可能に配置された押圧要素78を含むことで有益になり得る。これによって、押圧要素78は、係合構造102,106を、コネクタを分解することができる相対構成にさせるために使用されることができる。これは、コネクタ70が第1の部74及び第2の部76に分割される必要があるときに重要である。
コネクタ70は引張要素を引っ張ることによって、係合構造102,106を相互からロック解除するように配置される摺動可能に配置された引張要素を含むことで利点があり得る。これによって、第1の部74及び第2の部76は、引張要素によって係合から解放される状態になり得る。
コネクタ70は、回転要素を回転させることによって、係合構造102,106を相互からロック解除するように配置される回転可能に配置された回転要素を含むことで有益になり得る。これによって、第1の部74及び第2の部76は、回転要素によって係合から解放される状態になり得る。
コネクタ70は1つ以上のアダプタ86を受容するように構成され、これによって、コネクタ70への1つ以上のアダプタ86の着脱可能な取り付けを提供することで利点があり得る。
コネクタ70は、アダプタ86の1つ以上の対応する取付プレート122,122’を受容するように構成される1つ以上の受容構造130を含むことで有益になり得る。コネクタ70は第1の部74または第2の部76の外側構造に提供されるスロット80を含むことで利点があり得、スロット80は、第1の部74または第2の部76から突出する押圧要素78、回転要素、または引張要素を受容するように構成される。
第1の部74が第2の部76に提供された対応する受容凹部106と係合する状態になるように構成される突出構造102を含むこと、または、第2の部76が第1の部74に提供された対応する受容凹部106と係合する状態になるように構成される突出構造102を含むことで有益になり得る。
突出構造102は、トラック構造136に提供される摺動可能に配置された押圧要素78の一部であることで利点があり得る。
ばね104はトラック構造136の端部に配置され、外向きの力を押圧要素78にかけることで有益になり得る。
これによって、押圧要素78をコネクタ70に(例えば、コネクタ70の中心部に向かう方向に)押圧するために加えられる反対側に向かう力がその外向きの力を超えるまで、押圧要素78は受容凹部とロックしながら係合することが維持される。これによって、突出構造102は半径方向に内向きに移動し、突出構造102は受容凹部106との係合から解放される状態になる。
第1の部74はアダプタ86の搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレート108を含むこと、または第2の部76はアダプタ86の搭載を可能にする着脱可能に取り付けられたプレート108を含むことで利点があり得る。
凹部106は、シャフト116に対してコネクタ70の反対側に提供されることで有益になり得る。ロボット20に取り付けられるように構成される第1の部74と、把持デバイス2に取り付けられるように構成される第2の部76とを含むコネクタ70に取り付けられるように構成されるアダプタ86を有することで利点があり得、アダプタ86は、コネクタ70の第1の部74に取り付けられるように構成される第1の接続部分88と、コネクタ70の第2の部76に取り付けられるように構成される第2の接続部分90とを含み、アダプタ86は、第1のパイプ100またはケーブルの遠位端を、第2のパイプ101またはケーブルの遠位端と接続するように構成される1つ以上の接続構造91を含む。
アダプタは、隣接するパイプ端または隣接するケーブル端を接続し得ることを可能にする接続構造を含み得る。これによって、各々、ロボットからの単一のワイヤ、複数のワイヤを伴うケーブル、またはパイプと、把持デバイスまたは代替デバイスとの間の接続を確立するためにアダプタを適用させることが可能である。
第1の接続部分88は、ねじ126を受容するための孔124が設けられた取付プレート122を含むことで有益になり得る。これによって、取付プレート122は、コネクタ70の第1の部74に取り付けられることができる。
第2の接続部分90は、ねじ126’を受容するための孔124’が設けられた取付プレート122’を含むことで利点があり得る。これによって、取付プレート122’は、コネクタ70の第2の部76に取り付けられることができる。
第1の接続部分88は、第1のパイプ100またはケーブルの遠位端を挿入するための1つ以上の孔92が設けられた支持構造120を含むことで利点があり得る。
第2の接続部分90は、第2のパイプ101またはケーブルの遠位端を挿入するための1つ以上の孔94が設けられた支持構造120’を含むことで有益になり得る。
接続構造91は、第1の接続部分88の支持構造120の1つ以上の孔92を通って挿入される第1のパイプ100またはケーブルの遠位端と、第2の接続部分90の支持構造120’の1つ以上の孔94を通って挿入される第2のパイプ101またはケーブルの遠位端とを接続するように配置されることで利点があり得る。
継手96は第1の接続部分88の支持構造120の1つ以上の孔92から延在し、及び/または継手98は第2の接続部分90の支持構造120’の1つ以上の孔94から延在することで有益になり得る。
継手96は第1の接続部分88の支持構造120の1つ以上の孔92から延在し、継手98は第2の接続部分90の支持構造120’の1つ以上の孔94から延在することで利点があり得る。
接続構造91は、第1の接続部分88の支持構造120の孔92を通って挿入される第1のパイプ100の遠位端と、第2の接続部分90の支持構造120’の孔94を通って挿入される第2のパイプ101(図1A、図1B、または図1C参照)の遠位端との間で気密接続を確立するように構成される密閉構造が設けられることで有益になり得る。
第1の部74の取付プレート122は、第2の部76の取付プレート122’の対応する平面に当接するように構成される平面を含むことで利点があり得る。
図6Aは、協働ロボット20上に搭載されている本発明に従った把持デバイス2を示す。ロボット20は、基部24と、当該基部24に回転可能に取り付けられた第1のアーム26とを含む。ロボット20は、第1のアーム26に回転可能に取り付けられた第2のアーム26’を含む。ロボット20は、さらに、第1のアーム26’に回転可能に取り付けられた第3のアーム26’’を含む。第1の部74は第3のアーム26’’の端に提供される。コネクタ74は、把持デバイス2に取り付けられた対応する第2の部76を受容するように構成される。第1の部74及び対応する第2の部76は、本発明に従ったコネクタを構成し得る(図1A、図1B、図1C、及び図2A参照)。
把持デバイス2は、本体部と、把持デバイス2の本体部に移動可能に取り付けられた複数の肢10,10’とを含む。第1の肢10は、負圧を吸引部材12に提供することによって第1の物体58を把持する複数の吸引部材12が設けられる。
第2の肢10’は、負圧を吸引部材12’に提供することによって第2の物体60を把持する複数の吸引部材12’が設けられる。把持デバイス2は、いくつかの吸引部材が設けられる中央に配置された支持部14を含む。
本発明に従った1つの好ましい実施形態では、把持デバイス2は、相互から独立して把持デバイス2の吸引部材12,12’の異なる区分に提供された圧力を制御するように構成される。これは、把持デバイス2の一部(例えば、肢10,10’の第1の区分の吸引部材12)が把持デバイス2の別の部(例えば、肢10,10’の第2の区分の吸引部材12’)と異なって制御されることを意味する。これによって、いくつかの物体58,60を扱うために単一の把持デバイス2を適用することが可能である。これは、肢10,10’の第1の区分の吸引部材12の圧力を制御する第1のバルブ(図示しない)と、肢10,10’の別の区分の吸引部材12’の圧力を制御する別のバルブ(図示しない)とを有する把持デバイス2を適用することによって確立され得る。バルブは、ロボット20によって送達される制御信号によって制御され得る。
したがって、把持デバイス2は、1つ以上の第1の肢10を使用して、第1の作業エリアから第2の作業エリアまで移動している第1の物体を把持し得る一方、把持デバイス2は、1つ以上の他の肢10’を使用して、第2の作業エリアから第1の作業エリアに戻りながら移動している第2の物体を把持し得る。
代替として、把持デバイス2は、把持デバイス2の異なる部に接続される個々に制御されたいくつかのポンプを備え得る。したがって、異なるポンプを使用して、時間に応じて、異なる圧力を提供し得る。
図6Bは、把持デバイス2が協働ロボット20上に搭載されているときの図6Aに示される把持デバイス2を示す。
1 第1の接続部
1’ 第2の接続部
2 把持デバイス
4,4’ 固定部
5 本体部
10,10’ 肢
14 支持部
20 ロボット
24 基部
26,26’,26’’ アーム
58 物体
60 物体
70 コネクタ
72 支持部
74 第1の部
76 第2の部
78 押圧要素
80 スロット
82,82’,82’’,82’’’ ねじ
84,84’,84’’,84’’’ ねじ
86 アダプタ
88 第1の接続部分
90 第2の接続部分
91 接続構造
92,94 孔
96,98 取り付け具
100 空気管
101 空気管
102 突出構造
104 ばね
106 受容凹部
108 プレート
110,110’ ジョイント
112 構造
114 分割構造
116 ピン/シャフト
118 係合構造
120,120’ 支持構造
122,122’ 取付プレート
124,124’ 孔
126,126’ ねじ
128,128’ 孔
130 受容構造
132 接触表面
134 接触表面
136 トラック構造
X’ 軸
θ 角度
L 長さ
D 距離
F,F1,FS,F2,F’1,F’2 力
μ 摩擦係数

Claims (9)

  1. デバイス(2)をロボット(20)に機械的に接続するためのコネクタ(70)であって、前記コネクタ(70)は、前記ロボット(20)に取り付けられるように構成される第1の部(74)と、前記ロボット(20)に接続されるように構成される前記デバイス(2)に取り付けられるように構成される第2の部(76)とを含み、前記第1の部(74)及び前記第2の部(76)は、
    a)前記第1の部(74)が前記第2の部(76)に対して回転することができるピボット(116)を含む回転システムを構成する第1の接続部(1)と、
    b)前記第1の部(74)及び前記第2の部(76)が相互から離れることを防止する機械ロッキング構造を構成する第2の接続部(1’)と、
    によって相互に着脱可能に取り付けられ、前記第2の接続部(1’)は、
    -少なくとも1つの接触表面(132)及び長手軸(X’)を有する突出構造(102)と、
    -前記突出構造(102)の少なくとも1つの前記接触表面(132)に接して支えるように構成される少なくとも1つの表面(134)によって形成される受容凹部(106)と、を備え、
    前記接触表面(132)と前記表面(134)は前記長手軸(X’)に対して傾き、その状態では、前記接触表面(132)と前記表面(134)の間の摩擦力は、前記突出構造(102)に作用する結果として生じる力が、前記突出構造(102)と前記受容凹部(106)が係合構造を構成することを維持するのに十分に大きいことを確実にする大きさを有することによって特徴付けられる、コネクタ(70)であって、前記第2の接続部(1’)は、トラック構造(136)に配置され、かつ前記長手軸(X’)方向に摺動可能に配置された押圧要素(78)の一部を形成する前記突出構造(102)を含むことを特徴とするコネクタ(70)。
  2. 前記第1の接続部(1)は、第1のピボット構造(116)と、前記第1のピボット構造(116)に対して回転するように配置される第2の係合ピボット構造(118)とを含むピボットジョイントを構成することを特徴とする、請求項1に記載のコネクタ(70)。
  3. 前記コネクタ(70)は、第1の接続部分(88)及び第2の部分(90)を含むアダプタ(86)を備え、前記アダプタ(86)は、第1のパイプ(100)の遠位端を第2のパイプ(101)の遠位端と接続し、第1のケーブルの遠位端を第2のケーブルの遠位端と接続するように構成される1つ以上の接続構造(91)を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のコネクタ(70)。
  4. 前記第1の部(74)及び前記第2の部(76)には、スナップ式接続を構成する対応する係合構造(102,106)が設けられることを特徴とする、請求項1または2に記載のコネクタ(70)。
  5. 前記第2の接続部(1’)は摺動可能に配置される押圧要素(78)を含み、前記押圧要素(78)は、前記押圧要素(78)を移動させることによって、前記係合構造(102,106)を相互からロック解除するように配置されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のコネクタ(70)。
  6. 前記コネクタ(70)は1つ以上のアダプタ(86)を受容するように構成され、これによって、前記コネクタ(70)への1つ以上の前記アダプタ(86)の着脱可能な取り付けを提供することを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のコネクタ(70)。
  7. 前記コネクタ(70)は、前記アダプタ(86)の1つ以上の対応する取付プレート(122,122’)を受容するように構成される1つ以上の受容構造(130)を含むことを特徴とする、請求項に記載のコネクタ(70)。
  8. ばね(104)は前記トラック構造(136)の端部に配置され、外向きの力を前記突出構造(102)にかけることを特徴とする、請求項1~に記載のコネクタ(70)。
  9. 前記第1の接続部(1)は、前記第2の接続部(1’)からの前記コネクタ(70)の長手方向の長さ(L)の半分よりも長い距離(D)に提供された位置に設けられることを特徴とする、請求項1~のいずれか1項に記載のコネクタ(70)。
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