能够水平移动和竖直移动的机械抓取末端执行器的制作方法

1.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：

2.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。
3.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，诸如从存储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，所述末端执行器本质上是机器人的手。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。
4.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。
5.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。


技术实现要素：

6.本部分提供了对本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
7.在一种形式中，提供了一种用于在没有动力源的情况下抓取物体的机械装置，所述机械装置包括接收器、固定到接收器的至少一个抓取器总成，所述至少一个抓取器总成包括第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩。第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩。机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，所述机械联动装置将第一臂运动学地联接到第二臂。第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起机械联动装置的移动，并且因此分别引起第二臂或第一臂的移动。
8.在机械装置的一种变型中，机械联动装置包括毂总成，所述毂总成包括旋转地联接到对置的锥齿轮的轴，所述轴包括一组偏移(offset)孔口。第一臂延伸穿过轴的偏移孔口中的一个，第一臂还包括第一锥齿轮，第一锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的一个接合。第二臂延伸穿过偏移孔口中的另一个，第二臂还包括第二锥齿轮，所述第二锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的另一个接合。机械联动装置的移动包括轴的旋转。
9.在这种锥齿轮设计的变型(其可以单独地或以任何组合采用)中：对置的锥齿轮是
固定的；至少一个护罩在对置的锥齿轮之间延伸，其中护罩覆盖每个对置的锥齿轮的至少一部分；所述钩中的每一个与第一臂和第二臂中的每一者一体地形成；第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相反方向延伸；第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相同的方向延伸；止动件被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动；并且止动件包括围绕第一臂和第二臂的保持架。
10.在另一种设计配置中，机械联动装置包括中心框架，第一臂和第二臂中的每一者延伸穿过中心框架，并且第一臂和第二臂中的每一者包括上连杆和下连杆。一对上对置接收器各自包括具有端部部分的臂，每个端部部分枢转地联接到第一臂和第二臂的上连杆。一对下对置接收器各自包括具有端部部分的臂，每个端部部分枢转地联接到第一臂和第二臂的下连杆。第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起下对置接收器和上对置接收器的旋转，并且因此分别引起第二臂或第一臂的移动。
11.在具有连杆的该第二配置的变型(其可以单独地或以任何组合采用)中：止动件被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动；所述止动件包括固定到中心框架的保持架；并且所述一对上对置接收器和所述一对下对置接收器中的每一者包括狭槽，上连杆和下连杆中的每一者设置在相应的狭槽内。
12.在本公开的又一种形式中，一种用于在没有动力源的情况下抓取物体的机械装置包括接收器以及固定到接收器的外侧部分的对置的抓取器总成。每个抓取器总成包括第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩。第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩。机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，所述机械联动装置运动学地联接第一臂和第二臂。第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起机械联动装置的移动，并且因此分别引起第二臂或第一臂的移动。
13.在具有对置的抓取器总成的该设计的一个变型中，机械联动装置包括毂总成，所述毂总成包括旋转地联接到对置的锥齿轮的轴，所述轴包括一组偏移孔口。第一臂延伸穿过轴的偏移孔口中的一个，第一臂还包括第一锥齿轮，所述第一锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的一个接合。第二臂延伸穿过偏移孔口中的另一个，第二臂还包括第二锥齿轮，所述第二锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的另一个接合。机械联动装置的移动包括轴的旋转。
14.在这种具有对置的抓取器总成的设计的变型(其可以单独地或以任何组合采用)中：第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相反方向延伸；第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相同的方向延伸；止动件被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动；并且止动件包括围绕第一臂和第二臂的保持架。
15.在本公开的又一种形式中，一种在没有动力源的情况下抓取物体的方法包括：使机械装置移动，机械装置包括：第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；第二臂，所述第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；以及机械联动装置，所述机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，其中机械联动装置运动学地联接第一臂和第二臂。使装置移动包括使第一臂或第二臂抵靠物体接合，其中物体使与物体接合的臂移位，这引起机械联动装置和另一个臂的移动。
16.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
17.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：
18.图1是根据本公开的教导构造的用于抓取物体的装置的透视图，所述装置被示出为抓取物体；
19.图2a是图1的装置和物体的侧视图；
20.图2b是图1的装置和物体的仰视图；
21.图3是图1装置的分解图；
22.图4是图3的一个抓取器总成的放大前视图；
23.图5是沿图4的线5-5截取的横截面视图，示出了延伸穿过抓取器总成的轴的第一臂；
24.图6是沿着图4的线6-6截取的横截面视图，示出了延伸穿过抓取器总成的轴的第二臂；
25.图7a是根据本公开的教导的抓取器总成的部分的端视图，示出了处于打开位置和关闭位置两者的臂；
26.图7b是处于打开位置的图7a的臂的端视图；
27.图7c是处于关闭位置的图7a的臂的端视图；
28.图8是根据本公开的教导构造的用于在没有动力源的情况下抓取物体的机械装置的另一种形式的顶部透视图；
29.图9是图8的机械装置的底部透视图；
30.图10是图8的机械装置的分解透视图；
31.图11a是图8的机械装置的俯视图；
32.图11b是图8的机械装置的仰视图；以及
33.图12是图8的机械装置的侧视图。
34.图13是描绘根据本公开的教导的用于抓取物体的算法的流程图。
35.本文中描述的附图仅用于说明目的，而非意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
36.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。
37.参考图1至图3，示出了用于在没有动力源(例如，电力、液压、气动)的情况下抓取物体的机械装置，并且其总体上由附图标记20指示。机械装置包括接收器22和对置的抓取器总成24。接收器22被配置为附接到外骨骼套装或另一个机器人/自动化机构(未示出)的臂或部件。因此，这种形式的接收器22包括具有多个孔/开口28的平台26，所述多个孔/开口接收螺栓(未示出)以将接收器22固定到外骨骼套装或其他机器人/自动化机构的臂/部件。
38.对置的抓取器总成24固定到接收器22的外侧部分，并且被布置成抓取诸如轴10的物体。虽然示出了两个(2个)对置的抓取器总成，但是应当理解，本公开的教导可以应用于如本文所示的至少一个抓取器总成(下面更详细地描述其一种形式)或多于两个(2个)抓取器总成。此外，抓取器总成24可以相对于接收器22布置在各种位置，并且因此如本文所示和
所述的对置的抓取器总成24不应被解释为限制本公开的范围。在又一变型中，由于抓取器总成24可以直接固定到外骨骼套装或其他机器人/自动化机构的臂/部件，因此接收器22是可选部件。
39.如图3中最佳地示出的，抓取器总成24中的每一个包括第一臂30，所述第一臂具有近端部分32、远端部分34以及设置在远端部分34处的钩36。类似地，第二臂40包括近端部分42、远端部分44以及设置在远端部分44处的钩46。如图所示，钩36/46中的每一个与第一臂30和第二臂40中的每一者一体地形成。在这种形式中，钩36/46中的每一个沿相反方向延伸(在图2b中最佳地示出)，以便于抓取诸如轴10的物体。然而，应当理解，钩36/46可以沿相同方向延伸，这在机械装置20用于抓取车轮并且钩36/38延伸穿过车轮(未示出)中的轮辐或凸耳螺母孔的应用中将是有益的。另外，钩36/38可以采用任何几何形式或具有附加功能(例如，磁体)，同时保持在本公开的范围内。
40.还参考图4至图6，每个抓取器总成24包括毂总成50，所述毂总成包括旋转地联接到对置的锥齿轮54的轴52。在一种形式中，对置的锥齿轮54和轴52的端部包括座圈56(在图3中最佳地示出)，所述座圈容纳轴承(未示出)以提供围绕轴线“x”的旋转联接。
41.轴52还包括一组偏移孔口60和62。第一臂30延伸穿过轴52的偏移孔口60中的一个，并且第二臂40延伸穿过另一个偏移孔口62。第一臂30还包括第一锥齿轮64，所述第一锥齿轮设置在近端部分32处并且与对置的锥齿轮54中的一个接合。类似地，第二臂40还包括第二锥齿轮66，所述第二锥齿轮设置在近端部分42处并且与另一个对置的锥齿轮54接合。
42.在一种形式中，第一臂30和第二臂40中的每一者包括套环70，所述套环中的每一个与每个轴52上的凸台72(在图4和图5中最佳地示出)接合。如进一步所示，第一锥齿轮64和第二锥齿轮66中的每一者分别包括也与凸台72接合的端面65/67。因此，套环70和端面65/67将第一臂30和第二臂40固定到轴52。可以采用各种组装方法和部件配置来促进这种设计。例如，第一锥齿轮64和第二锥齿轮66可以是在第一臂30和第二臂40中的每一者插入通过偏移孔口60/62之后固定在适当位置的单独件。替代地，轴52可以是两件式设计(未示出)，其中臂30/40中的每一者位于一个半部中，并且另一半部随后固定在臂30/40和所述一个半部周围。
43.返回参考图1和图3，对置的锥齿轮54在本公开的这种形式中是固定的。更具体地，内锥齿轮54固定到接收器22的支撑框架82的凸缘80。这种形式的接收器22包括与平台26相对的中心环84，所述中心环旋转地安装到支撑框架82。支撑框架82和中心环84各自包括座圈86，所述座圈容纳轴承(未示出)以用于围绕如图所示的轴线“y”的旋转运动。
44.如进一步所示，至少一个护罩90在对置的锥齿轮54之间延伸并且覆盖每个对置的锥齿轮54的至少一部分。在这种形式中，采用三(3)个护罩90，所述护罩与对置的锥齿轮54一体地形成为单个/成一体的部分。然而，应当理解，可以采用任何数量的护罩，所述护罩可以是单独的零部件或与如本文所示的对置的锥齿轮54一体地形成，同时保持在本公开的范围内。
45.机械装置20还包括用于限制第一臂30和第二臂40的运动的止动件。在这种形式中，止动件包括固定到接收器22的支撑框架82的凸缘80的保持架94。如图所示，保持架94围绕第一臂30和第二臂40。更具体地，保持架94包括从保持架94的一侧延伸到另一侧的u形杆。应当理解，如本文所使用的“围绕”应被解释为如图所示完全地围绕或至少部分地围绕
第一臂30和第二臂40。只要保持架94用作限制第一臂30和第二臂40的运动的止动件，则其任何形式都应被解释为落入本公开的范围内。如进一步所示，保持架94也固定到接收器22的支撑框架82的凸缘80。更具体地，在这种形式中，对置的锥齿轮54固定到保持架94，所述保持架固定到凸缘80。在所示的设计中，这些部件用螺栓(未示出)固定在一起。然而，应当理解，将这些部件固定在一起或将这些单独部件组合成更少部分的其他手段应被解释为落入本公开的范围内。
46.现在结合图1参考图7a至图7c，更详细地示出了机械联动装置的移动，所述机械联动装置在这种形式中是具有锥齿轮的抓取器总成24。当第一臂30或第二臂40物理地抵靠固定物体100(在该示例中为第一臂30)放置并且机械装置20从接收器22移动或平移时，这引起机械联动装置的移动。更具体地，第一臂30经由轴52与对置的锥齿轮54之间的旋转连接而围绕轴的纵向轴线“x”旋转。当第一臂30旋转时，轴52旋转，并且因此锥齿轮64旋转并与锥齿轮54接合。随着轴52的旋转，第二臂40也旋转，并且所述第二臂的锥齿轮66与对置的锥齿轮54接合。轴52的这种旋转(其由来自第一臂30抵靠固定物体100移位的力引起)打开臂30/40，使得钩36/46可以围绕固定物体100放置。然后，将机械装置20平移到适当位置，使得钩36/46围绕固定物体100，然后第一臂30再次沿相反方向抵靠固定物体放置，以引起第一臂30和第二臂40沿相反方向旋转以闭合围绕固定物体100的钩36/46。为了释放固定物体100，将第一臂30(或第二臂40)抵靠固定物体100移位以打开钩36/46。应当理解，第一臂30和第二臂40可以抵靠除被抓取的固定物体100之外的任何固定物体移位。此外，固定物体不需要静态地“固定”，而是固定物体应仅具有足以引起第一臂30或第二臂40中的一者的移动而固定物体自身不移动的刚性。因此，第一臂30或第二臂40抵靠物体的移位引起机械联动装置(在这种形式中为锥齿轮)的移动，并且因此分别引起第二臂40或第一臂30的移动。
47.现在参考图8至图12，示出了根据本公开的机械装置的另一种形式，并且其总体上由附图标记200指示。在这种形式中，机械装置200包括中心框架202、延伸穿过所述中心框架202的第一臂204和第二臂206。第一臂204和第二臂206中的每一者包括上连杆208和下连杆210。机械装置200还包括一对上对置接收器220，每个上对置接收器220包括具有端部部分226的臂224。每个端部部分226枢转地联接到第一臂204和第二臂206的上连杆208。一对下对置接收器230各自类似地包括具有端部部分234的臂232。每个端部部分234分别枢转地联接到第一臂204和第二臂206的下连杆210。在一种形式中，上对置接收器220和下对置接收器230中的每一者包括狭槽236(在图10中最佳地示出)。如图所示，上连杆208和下连杆210中的每一者设置在相应的狭槽内，使得可以适应它们的旋转移动。
48.类似于本公开的先前形式，机械装置200还包括止动件以限制第一臂204和第二臂206中的至少一者的运动。更具体地，保持架250固定到中心框架202。在这种形式中，中心框架202包括设置在保持架250的孔口254内的对置的凸出部252。
49.如进一步所示，这种形式的上接收器220和下接收器230包括销260，所述销设置在保持架250的狭槽264内。狭槽264被设置成在操作期间允许第一臂204和第二臂206的一些竖直“游隙”。
50.因此，类似于前面描述的锥齿轮形式，第一臂204或第二臂206抵靠物体的移位引起下对置接收器230和上对置接收器220的旋转，并且因此分别引起第二臂206或第一臂204的移动。出于简洁的目的，在这种变型中不再重复类似的特征，诸如如上所述的钩36/46。
51.参考图13，示出了根据本公开的在没有动力源的情况下抓取物体的方法。所述方法包括移动如本文所述的机械装置并且使所述第一臂或所述第二臂抵靠物体接合。物体使与物体接合的臂移位，这引起机械联动装置的移动，这种移动引起另一个臂的移动。因此，臂中的每一个可以抵靠物体移动以打开或闭合臂，从而抓取和释放物体。
52.有利地，设置在第一臂和第二臂的近端部分附近的机械联动装置运动学地联接第一臂和第二臂，其中第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起机械联动装置的移动，这分别引起所述第二臂或所述第一臂的移动。
53.如本文所使用的“在没有动力源的情况下”抓取物体应被解释为仅通过如本文所示和所述的第一臂和第二臂的机械移动来抓取物体。
54.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。
55.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”。
56.本公开的描述本质上仅是示例性的，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。
57.根据本发明，提供了一种用于在没有动力源的情况下抓取物体的机械装置，所述机械装置具有：接收器；以及固定到接收器的至少一个抓取器总成，所述至少一个抓取器总成包括：第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；第二臂，所述第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；以及机械联动装置，所述机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，所述机械联动装置将第一臂运动学地联接到第二臂，其中第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起机械联动装置的移动，并且机械联动装置的移动分别引起第二臂或第一臂的移动。
58.根据实施例，所述机械联动装置包括：毂总成，所述毂总成包括旋转地联接到对置的锥齿轮的轴，所述轴包括一组偏移孔口；所述第一臂延伸穿过轴的偏移孔口中的一个，所述第一臂还包括第一锥齿轮，所述第一锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的一个接合；并且第二臂延伸穿过偏移孔口中的另一个，所述第二臂还包括第二锥齿轮，所述第二锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的另一个接合，其中机械联动装置的移动包括轴的旋转。
59.根据实施例，对置的锥齿轮是固定的。
60.根据实施例，本发明的特征还在于至少一个护罩，其在所述对置的锥齿轮之间延伸，其中所述护罩覆盖每个对置的锥齿轮的至少一部分。
61.根据实施例，钩中的每一个与第一臂和第二臂中的每一者一体地形成。
62.根据实施例，第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相反方向延伸。
63.根据实施例，第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相同的方向延伸。
64.根据实施例，本发明的特征还在于止动件，其被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动。
65.根据实施例，止动件包括围绕第一臂和第二臂的保持架。
66.根据实施例，本发明的特征还在于：中心框架，第一臂和第二臂中的每一者延伸穿过中心框架，并且第一臂和第二臂中的每一者包括上连杆和下连杆；一对上对置接收器，每个上对置接收器包括具有端部部分的臂，每个端部部分枢转地联接到第一臂和第二臂的上连杆；以及一对下对置接收器，每个下对置接收器包括具有端部部分的臂，每个端部部分枢转地联接到第一臂和第二臂的下连杆，其中第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起下对置接收器和上对置接收器的旋转，并且下对置接收器和上对置接收器的旋转分别引起第二臂或第一臂的移动。
67.根据实施例，本发明的特征还在于止动件，其被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动。
68.根据实施例，所述止动件包括固定到所述中心框架的保持架。
69.根据实施例，所述一对上对置接收器和所述一对下对置接收器中的每一者包括狭槽，上连杆和下连杆中的每一者设置在相应的狭槽内。
70.根据本发明，提供了一种用于在没有动力源的情况下抓取物体的机械装置，所述机械装置具有：接收器；以及固定到接收器的外侧部分的对置的抓取器总成，每个抓取器总成包括：第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；第二臂，所述第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；以及机械联动装置，所述机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，所述机械联动装置运动学地联接第一臂和第二臂，其中第一臂或第二臂抵靠物体的移位引起机械联动装置的移动，并且机械联动装置的移动分别引起第二臂或第一臂的移动。
71.根据实施例，所述机械联动装置包括：毂总成，所述毂总成包括旋转地联接到对置的锥齿轮的轴，所述轴包括一组偏移孔口；所述第一臂延伸穿过轴的偏移孔口中的一个，所述第一臂还包括第一锥齿轮，所述第一锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的一个接合；并且第二臂延伸穿过偏移孔口中的另一个，所述第二臂还包括第二锥齿轮，所述第二锥齿轮设置在近端部分处并且与对置的锥齿轮中的另一个接合，其中机械联动装置的移动包括轴的旋转。
72.根据实施例，第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相反方向延伸。
73.根据实施例，第一臂和第二臂的钩中的每一个沿相同的方向延伸。
74.根据实施例，本发明的特征还在于止动件，其被配置为限制第一臂和第二臂中的至少一者的运动。
75.根据实施例，止动件包括围绕第一臂和第二臂的保持架。
76.根据本发明，一种在没有动力源的情况下抓取物体的方法，所述方法包括：移动机械装置，所述机械装置包括：第一臂，所述第一臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；第二臂，所述第二臂包括近端部分和远端部分以及设置在远端部分处的钩；以及机械联动装置，所述机械联动装置设置在第一臂和第二臂的近端部分附近，所述机械联动装置运动学地联接第一臂和第二臂，其中移动机械装置包括使第一臂或第二臂抵靠物体接合，其中物体使与物体接合的臂移位，这引起机械联动装置和另一个臂的移动。