WO2023109598A1 - 安全夹爪和工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实施例提供了一种工业机器人的安全夹爪，安全夹爪包括夹爪、夹块、第一弹性件和第一轴；第一轴穿过夹爪和夹块，夹爪能沿第一轴的轴向与夹块发生相对位移；第一弹性件的一端与夹爪抵持，第一弹性件的另一端与夹块抵持；夹爪沿第一轴的轴向相对夹块移动时，第一弹性件发生弹性伸缩。本实施例的安全夹爪具有竖直运动方向的缓冲功能，夹爪与夹块具有竖直间隙。当安全夹爪实际夹持高度距离预设夹持高度有一定的误差时，夹块有可能受到竖直向上的作用力，夹爪能够发生相对位移缓解受到的作用力，夹爪能够发生相对位移的缓冲长度为夹爪与夹块的竖直间隙的宽度。由此，在夹持误差的值为竖直间隙的宽度范围内时，不会对工业机器人以及夹持对象造成损坏。

Description

安全夹爪和工业机器人 技术领域

本申请涉及工业机器人领域，尤其涉及一种安全夹爪和工业机器人。

背景技术

工业机器人在工业生产中可以代替人工进行重复的夹持动作，将夹持对象转移至指定位置。通常将工业机器人的夹持机构设计为刚性构件，便于控制施加作用力。但在工业生产的过程中可能会由于工业机器人自身的控制系统或外界环境的影响，造成刚性的夹持机构受力过大，导致夹持机构或夹持对象的损伤。

技术问题

本发明的目的是克服上述现有工业生产的过程中可能会由于工业机器人自身的控制系统或外界环境的影响，造成刚性的夹持机构受力过大，导致夹持机构或夹持对象的损伤的问题，提供一种安全夹爪和工业机器人。

技术解决方案

本实施例提供了一种工业机器人的安全夹爪，其中安全夹爪包括夹爪、夹块、第一弹性件和第一轴；第一轴穿过夹爪和夹块，夹爪能沿第一轴的轴向与夹块发生相对位移；第一弹性件的一端与夹爪抵持，第一弹性件的另一端与夹块抵持；夹爪沿第一轴的轴向相对夹块移动时，第一弹性件发生弹性伸缩。

本实施例的安全夹爪具有竖直运动方向的缓冲功能，夹爪与夹块具有竖直间隙。当安全夹爪实际夹持高度距离预设夹持高度有一定的误差时，夹块有可能受到竖直向上的作用力，夹爪能够发生相对位移缓解受到的作用力，夹爪能够发生相对位移的缓冲长度为夹爪与夹块的竖直间隙的宽度。由此，在夹持误差的值为间隙的宽度范围内时，不会对工业机器人以及夹持对象造成损坏。

其中，夹块包括接触板、第一侧板与第二侧板，第一侧板与接触板和第二侧板依次连接并包围形成用于容纳夹爪的一部分的安装腔；第一轴贯穿第一侧板、夹爪和第二侧板；第一弹性件位于安装腔内，第一弹性件的相对两端分别与夹爪和第二侧板抵接。

其中，第二侧板具有第一活动槽；安全夹爪还包括第二轴；第二轴位于安装腔内，第二轴的一端与夹爪固定连接，第二轴的另一端位于第一活动槽内；夹块能绕第一轴转动，以使第二轴能在第一活动槽内运动。

其中，第二侧板还具有第二活动槽，第二活动槽与第一活动槽分别位于第一轴的两侧；安全夹爪还包括第三轴，第三轴位于安装腔内，并位于第一轴远离第二轴的一侧；第三轴的一端与夹爪固定连接，第三轴的另一端位于第二活动槽内；夹块绕第一轴转动时，第三轴能在第二活动槽内运动。

其中，夹爪靠近第二侧板的一侧具有阶梯孔，阶梯孔包括第一孔与第二孔，第一孔的孔径大于第二孔的孔径；第二轴穿过第一弹性件并伸入到第二孔内；第一弹性件的一部分位于第一孔内，并与第一孔的底面抵持。

其中，安全夹爪还包括弹性定位件，弹性定位件能够伸缩；弹性定位件的一端与夹爪靠近接触板的一侧固定连接，弹性定位件的另一端抵持接触板，使得接触板与夹爪具有间隙。

其中，弹性定位件包括固定座与定位珠，固定座与夹爪靠近接触板的一侧固定连接；定位珠活动安装于固定座并与接触板抵接，定位珠能相对固定座移动，以使得定位珠的一部分外露于固定座，或者使得定位珠全部收容在固定座内。

其中，夹爪包括夹爪前段、夹爪中段与夹爪后段，夹爪中段的一端与夹爪前段固定连接，夹爪中段的另一端与夹爪后段固定连接；夹爪为弯折结构。

夹爪前段的一部分位于安装腔内，第一轴穿过夹爪前段，夹爪前段与第一弹性件的一端抵持。

其中，夹爪中段的周侧面环绕有凹槽。

本实施例提供了一种工业机器人，其中工业机器人包括夹爪执行机构以及安全夹爪，夹爪执行机构与夹爪远离夹块的一端固定连接。

有益效果

本实施例的安全夹爪具有竖直运动方向的缓冲功能，夹爪与夹块具有竖直间隙。当安全夹爪实际夹持高度距离预设夹持高度有一定的误差时，夹块有可能受到竖直向上的作用力，夹爪能够发生相对位移缓解受到的作用力，夹爪能够发生相对位移的缓冲长度为夹爪与夹块的竖直间隙的宽度。由此，在夹持误差的值为间隙的宽度范围内时，不会对工业机器人以及夹持对象造成损坏。

附图说明

为更清楚地阐述本申请的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1是本申请实施例的工业机器人的整体结构示意图；

图2是图1中的安全夹爪的组装结构示意图；

图3是图1中的安全夹爪的分解结构示意图；

图4是图3中的夹爪的组装结构示意图；

图5是图3中的夹爪前段的结构示意图；

图6是图2中的夹爪前段的D向俯视图；

图7是图6中的夹爪前段的A-A向剖视图；

图8是图4中的夹爪中段的结构示意图；

图9是图3中的夹块的结构示意图；

图10是图3中的第一轴的结构示意图；

图11是图3中的弹性定位件的结构示意图；

图12是图2中的安全夹爪的D向俯视图；

图13是图12中的安全夹爪的B-B向剖视图；

图14是安全夹爪的工作示意图。

本发明的实施方式

下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本申请保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种工业机器人10，用于对产品进行夹持和转移。工业机器人10的结构设计，使得工业机器人10的夹持机构以及被夹持产品不易受力损伤，从而能降低生产损失。

如图1所示，工业机器人10具有夹持机构，夹持机构包括夹爪执行机构1和安全夹爪2。安全夹爪2与夹爪执行机构1固定连接。示意性的，安全夹爪2可以有两个。两个安全夹爪2互相配合，以夹持夹持对象。

如图2和图3所示，安全夹爪2包括夹爪21、夹块22、连接件23、弹性件24和防滑垫片25。夹爪21与夹块22通过连接件23活动安装，夹块22在弹性件24的作用下与夹爪21抵持。在受到外力的作用下，夹块22能与夹爪21发生相对位移。

如图1、图3和图4所示，夹爪21包括夹爪前段211、夹爪中段212和夹爪后段213。夹爪后段213与夹爪执行机构1固定连接。夹爪前段211、夹爪中段212和夹爪后段213依次连接，夹爪前段211的一部分与夹爪后段213的一部分基本平行，夹爪前段211的另一部分和夹爪后段213的另一部分以及夹爪中段212的延伸方向基本在同一条直线上，使夹爪21形成“Z”形弯折结构。

本实施例中，以夹爪21是分体式结构为例。在其他实施例中，夹爪也可以是一体式结构，即夹爪前段、夹爪中段和夹爪后段连为一体。

如图5-图7所示，其中，图6为夹爪前段211在图2中的D向俯视图，图7为图6的夹爪前段的A-A向剖视图。夹爪前段211的上端面设有阶梯孔211a、安装孔211b和阶梯孔211c。阶梯孔211a和阶梯孔211c近似对称分布在安装孔211b的两侧，阶梯孔211a、安装孔211b和阶梯孔211c的轴线基本平行。其中阶梯孔211a包括第一孔211f和第二孔211g，第一孔211f的底面上设有第二孔211g，第一孔211f的孔径大于第二孔211g的孔径，阶梯孔211a贯穿夹爪前段211。阶梯孔211c 包括第一孔211h和第二孔211i，第一孔211h的底面上设有第二孔211i，第一孔211h的孔径大于第二孔211i的孔径，阶梯孔211c贯穿夹爪前段211。

如图7所示，夹爪前段211的侧面开设有安装槽211d和安装槽211e，安装槽211d与安装槽211e对称分布于安装孔211b的两侧；安装槽211d与安装槽211e为圆槽，安装槽211d与安装槽211e的轴线与安装孔211b的轴线近似异面垂直。

如图8所示，夹爪中段212的周侧面具有环绕一圈的的凹槽212a，凹槽212a的横截面例如可以大致呈V形。夹爪21在受到外界力矩的时候，容易在凹槽212a处产生应力集中进而断裂。夹爪中段212的材料可以选用脆性材料，例如陶瓷、石材和玻璃等等。凹槽212a的深度可以根据实际需求设计。

如图9所示，夹块22包括第一侧板221、第二侧板222和接触板223，第一侧板221与接触板223和第二侧板222依次连接，半包围形成安装腔22a，第一侧板221与第二侧板222基本平行，第一侧板221与接触板223的夹角基本为90°，第二侧板222与接触板223的夹角也基本为90°。

第一侧板221具有安装孔221a，第二侧板222具有安装孔222a，安装孔221a和安装孔222a同轴。第二侧板222的侧壁开设有第一活动槽222b和第二活动槽222c，第一活动槽222b和第二活动槽222c近似对称分布于安装孔222a的两侧。

如图2和图3所示，连接件23用于使夹块22与夹爪前段211活动连接。连接件23包括第一轴231、第二轴232和第三轴233。第二轴232和第三轴233可以是销轴。如图10所示，第一轴231包括插轴231a和固定件231b。示意性的，固定件231b可以是开口挡圈。

如图2和图3所示，弹性件24用于使夹块22和夹爪前段211抵持。弹性件24包括第一弹性件242和弹性定位件241。示意性的，第一弹性件242和弹性定位件241可以有两个。优选的，第一弹性件242可以是弹簧。

如图11所示，弹性定位件241包括定位珠241a、第二弹性件241b和固定座241c。固定座241c近似为圆筒状，固定座241c一端具有开孔，开孔直径小于定位珠241a的直径。第二弹性件241b和定位珠241a依次安装在固定座241c内，定位珠241a的一侧与第二弹性件241b抵持，定位珠241a的另一侧与固定座241c的一端抵持，并且从固定座241c的开孔露出。当定位珠241a的露出部分受到外力挤压时，第二弹性件241b压缩，定位珠241a被收入固定座241c的内腔；当外力撤销时，定位珠241a在第二弹性件241b的回弹力作用下恢复与固定座241c的一端抵持，并且从固定座241c的开孔露出。示意性的，第二弹性件241b可以是弹簧。优选的，弹性定位件241可以是弹簧定位珠。

如图3所示，防滑垫片25为矩形板状结构，防滑垫片25能够在夹持过程中增加摩擦力，使得夹持更稳定。防滑垫片25具体的材质和尺寸大小需要根据夹持的物品进行确定。

如图7和图9-图13所示，其中，图12为安全夹爪2在图2中的D向俯视图，图13为图12的安全夹爪2的B-B向剖视图。夹爪中段212一端连接夹爪前段211，夹爪中段212的另一端与夹爪后段213固定连接，使得夹爪21呈“Z”形结构。夹爪前段211伸入夹块22的安装腔22a内，第一轴231的插轴231a依次穿过夹块22的安装孔221a、夹爪前段的安装孔211b和夹块22的安装孔222a，固定件231b与插轴231a的末端固定连接，使得夹块22与夹爪前段211连接。

两个弹性定位件241分别对称安装在安装槽211d和安装槽211e内，与夹爪前段211固定连接。弹性定位件241的定位珠241a与夹块22的接触板223抵持。使得夹爪21与夹块22在弹性定位件241的轴线方向上具有间隙。示意性的，弹性定位件241与夹爪前段211的固定连接可以是过盈配合。

如图2和图7以及图9-图13所示，第二轴232的一端和第三轴233的一端分别与夹爪前段211的第一孔211f和第一孔211h固定连接，其中，第二轴232的一端和第三轴233的一端指的是轴的至少一部分，并非一端面区域。第一轴231、第二轴232和第三轴233的轴线基本平行。示意性的，第二轴232和第三轴233与夹爪前段211的固定连接可以是过盈连接。第二轴232远离夹爪前段211的一端位于第一活动槽222b内，第一活动槽222b的宽度大于第二轴232的直径，使得第二轴232与第一活动槽222b的侧壁具有间隙。第三轴233远离夹爪前段211的一端位于第二活动槽222c内，第二活动槽222c的宽度大于第三轴233的直径，使得第三轴233与第二活动槽222c的侧壁具有间隙。

两个第一弹性件242分别套在第二轴232和第三轴233外，两个第一弹性件242的一端分别与第一孔211f和第一孔211h的底面抵接，两个第一弹性件242的另一端与第二侧板222抵接。第一弹性件242的外径大于第一活动槽222b和第二活动槽222c的槽宽。第一弹性件242的张力使得夹爪21的上端与夹块22的第一侧板221抵接，使得夹爪21在第一轴231的轴线方向上与夹块22的第二侧板222具有间隙C。

如图2、图3和图9所示，防滑垫片25与接触板223远离夹爪21的一侧固定连接。

如图1所示，两个安全夹爪2分别与夹爪执行机构1固定连接，两安全夹爪2的夹持间距可以根据夹持对象调整。

如图1、图2和图14所示，本实施例的工业机器人10可以用于生物自动化实验平台上，工业机器人10的两个安全夹爪2夹持微孔板20的侧壁，将其置于设备平台上。工业机器人10夹持微孔板20时，工业机器人10设定的夹取微孔板20的位置高度为预定值，在工业机器人10夹持过程中发生颤动或微孔板20的初始放置位置有偏差时，有可能导致工业机器人10的安全夹爪2的实际夹持位置偏上。使得放置微孔板20时，微孔板20的底面已经提前接触设备平台的台面，但安全夹爪2仍按照程序设定继续向下运动

在这种情况下，本实施例的安全夹爪2具有竖直运动方向的缓冲功能，在微孔板20已经接触台面，而安全夹爪2夹持微孔板20继续向下运动时，由于防滑垫片25与微孔板20的侧壁具有摩擦力，夹块22与微孔板20无相对位移，仅夹爪21克服第一弹性件242的弹力继续向下运动，夹爪21能够继续向下运动的缓冲长度为夹爪21与夹块22的竖直间隙C的宽度。由此，在夹持误差的值为间隙C的宽度范围内时，不会对工业机器人10以及夹持对象造成损坏。

在夹持微孔板20的过程中，不能保证夹块22的接触板223与微孔板20的侧面完全平行，因此，本实施例的安全夹爪2在夹持产品的过程中，夹块22能绕第一轴231发生微小的转动，起到自适应夹持误差的作用，从而使得夹块22的接触板223与微孔板20的侧面完全贴合，保证夹持过程中的稳定性。以图2所示的视角为例，夹块22逆时针旋转，第二轴232与夹块22的第二侧板222接触时，则夹块22到达逆时针转动的极限偏转位置；夹块22顺时针旋转，第三轴233与夹块22的第二侧板222接触时，则夹块22到达顺时针转动的极限偏转位置。夹块22能够转动的角度的大小取决于第二轴232与第一活动槽222b的间隙大小以及第三轴233与第二活动槽222c的间隙大小。

其中，两个弹性定位件241一直处于压缩状态，与夹块22抵持。两侧对称的弹性定位件241被压缩提供的回弹力使得接触板223能够一直保持与夹爪21的侧面平行的状态，因此夹块22在不受力或者夹爪21高速运动的情况下不会发生偏移。

在工业机器人10夹持产品并转移产品的过程中，安全夹爪2可能与周围物体产生碰撞，碰撞的冲击力可能会导致工业机器人的夹爪执行机构1和夹持对象损坏，因此使用脆性材料制成夹爪中段212，并且在夹爪中段212侧周设置环绕一周的凹槽212a，便于在凹槽212a处产生应力集中，发生脆性断裂，同时使得断裂位置可控。

本实施例中，夹爪21设计为“Z”形的弯折结构，便于夹爪21在各方向受到撞碰撞时，凹槽212a处的力矩都不为0，能够保证任意方向的碰撞冲击都能够使得夹爪中段212断裂，夹爪21顺利脱离工业机器人10，从而保护夹爪执行机构1、加持对象和周围物体。

本申请工业机器人10的夹爪中段212由脆性材料制成以及配合容易产生应力集中的凹槽212a，能够在安全夹爪2受力过大时（如碰撞或过载）及时脱落，从而保护夹爪执行机构1、夹持对象和周围物体。夹爪前段211和夹块22采用弹性件24和连接件23的配合，实现夹爪前段211在竖直方向能够与夹块22发生相对位移，起到缓冲保护安全夹爪2的作用；夹块22又能绕第一轴231相对夹爪前段211偏转一定角度，使得夹持产品更牢固，提高夹持的可靠性。同时，上述设计不会让夹爪中段212轻易产生断裂，避免频繁更换夹爪21。上述的两个方面既保证了安全夹爪2的安全性，又能让系统的稳健性比较好，不会轻易出现问题。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1. 一种工业机器人的安全夹爪，其特征在于，

   所述安全夹爪包括夹爪、夹块、第一弹性件和第一轴；

   所述第一轴穿过所述夹爪和所述夹块，所述夹爪能沿第一轴的轴向与所述夹块发生相对位移；所述第一弹性件的一端与所述夹爪抵持，所述第一弹性件的另一端与所述夹块抵持；所述夹爪沿第一轴的轴向相对所述夹块移动时，所述第一弹性件发生弹性伸缩。
2. 根据权利要求1所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述夹块包括接触板、第一侧板与第二侧板，所述第一侧板与所述接触板和所述第二侧板依次连接并包围形成用于容纳所述夹爪的一部分的安装腔；所述第一轴贯穿所述第一侧板、所述夹爪和所述第二侧板；所述第一弹性件位于所述安装腔内，所述第一弹性件的相对两端分别与所述夹爪和所述第二侧板抵接。
3. 根据权利要求2所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述第二侧板具有第一活动槽；

   所述安全夹爪还包括第二轴；所述第二轴位于所述安装腔内，所述第二轴的一端与所述夹爪固定连接，所述第二轴的另一端位于所述第一活动槽内；所述夹块能绕所述第一轴转动，以使所述第二轴能在所述第一活动槽内运动。
4. 根据权利要求3所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述第二侧板还具有第二活动槽，所述第二活动槽与所述第一活动槽分别位于所述第一轴的两侧；

   所述安全夹爪还包括第三轴，所述第三轴位于所述安装腔内，并位于所述第一轴远离所述第二轴的一侧；所述第三轴的一端与所述夹爪固定连接，所述第三轴的另一端位于所述第二活动槽内；所述夹块绕所述第一轴转动时，所述第三轴能在所述第二活动槽内运动。
5. 根据权利要求3或4所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述夹爪靠近所述第二侧板的一侧具有阶梯孔，所述阶梯孔包括第一孔与第二孔，所述第一孔的孔径大于所述第二孔的孔径；

   所述第二轴穿过所述第一弹性件并伸入到所述第二孔内；所述第一弹性件的一部分位于所述第一孔内，并与所述第一孔的底面抵持。
6. 根据权利要求3或4所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述安全夹爪还包括弹性定位件，所述弹性定位件能够伸缩；所述弹性定位件的一端与所述夹爪靠近所述接触板的一侧固定连接，所述弹性定位件的另一端抵持所述接触板，使得所述接触板与所述夹爪具有间隙。
7. 根据权利要求6所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述弹性定位件包括固定座与定位珠，所述固定座与所述夹爪靠近所述接触板的一侧固定连接；所述定位珠活动安装于所述固定座并与所述接触板抵接，所述定位珠能相对所述固定座移动，以使得所述定位珠的一部分外露于所述固定座，或者使得所述定位珠全部收容在所述固定座内。
8. 根据权利要求1或2所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述夹爪包括夹爪前段、夹爪中段与夹爪后段，所述夹爪中段的一端与所述夹爪前段固定连接，所述夹爪中段的另一端与所述夹爪后段固定连接；所述夹爪为弯折结构；

   所述夹爪前段的一部分位于所述安装腔内，所述第一轴穿过所述夹爪前段，所述夹爪前段与所述第一弹性件的一端抵持。
9. 根据权利要求8所述的安全夹爪，其特征在于，

   所述夹爪中段的周侧面环绕有凹槽。
10. 一种工业机器人，其特征在于，

    所述工业机器人包括夹爪执行机构以及上述权利要求1-9任一项的安全夹爪，所述夹爪执行机构与所述夹爪远离所述夹块的一端固定连接。