用于操纵器的夹持器的制作方法

1.本发明涉及一种用于自动操纵组件以装载和卸载物体、特别是用于操纵机器人的夹持器。特别地，本发明涉及一种用于机器人抓持在机床中使用的托盘或工件的夹持器。


背景技术：

2.自动操纵组件是一种能够在工业环境中自动执行特定动作的装置，例如操纵机器人。自动化可以增加生产的充分性。经常使用的自动化动作之一是装载和卸载物体。一种特定的应用是在机加工工业中。在加工之前，工件必须首先被装载到机床中，并且在加工之后，所生产的部件必须从机床卸载。通常，工件安装在具有夹紧装置的托盘上，使得托盘可以自动地夹紧在机床中的机床工作台上。对于这样的应用，操纵机器人大多是用于将其上有待加工工件的托盘从料斗取出将其装载到机床中，并且将其上具有已加工部件的托盘取出以将其再次装载到机床中。用于操纵机器人的一个重要元件是用于安全地抓持托盘的夹持器。在大多数情况下，夹持器必须能够抓持高重量。
3.cn 107433484描述了托盘交换系统的夹持装置，包括夹持装置主板和夹持装置工具板。夹持装置主板与机器人的夹持臂的末端连接，并且夹持装置工具板与标准托盘连接。夹持装置主板包括主板基体。定位锥销和球形保持框架以向外突出的模式布置在主板基体上。每个夹持装置工具板包括能够被插入球形保持框架中的工具板基体。作为用于该应用的大多数夹持装置，主板和工具板在一个位置处被夹紧，通常在一个侧表面的中间。因此，需要非常高的夹紧力。
4.另一种已知的夹持器是erowa公司的rcs夹持器。夹持器包括接口元件，托盘可以安装在该接口元件上，并且配对件将被安装到机器人。夹紧插头安装在接口元件上以夹紧接口元件和配对件。布置在接口元件一半高度的单个插头必须提供大的夹紧力以确保安全的夹紧。此外，由于接口元件侧向安装在托盘上，所以托盘的质心没有靠近接口元件定位，而是定位成远离接口元件至少150 mm，因此托盘的大部分具有一定长度和宽度。托盘和安装在其上的工件的总重量通常很高。由托盘在夹紧点上产生的力矩必须由夹紧插头产生的力矩来补偿。由于接口元件的高度是有限的，并且插头布置在接口元件的一半高度上，因此只有小的距离可以有助于由夹紧插头产生的力矩，因此夹紧力必须大。这种夹持器具有负载能力有限的缺点。这意味着托盘重量受到限制，并且在气压损失的情况下的安全裕度受到限制。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于自动操纵组件以装载和卸载物体的夹持器，特别是用于操纵机器人的夹持器，以允许快速且可靠地抓持物体。本发明的另一个目的是提供一种用于可靠地抓持重物的紧凑型夹持器。特别地，本发明的一目的是提供一种用于在气压损失时牢固地夹紧物体的夹持器。
6.根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来实现。此外，其他有利的实施例
由从属权利要求和说明书得出。
7.在本发明中，一种用于操纵组件以抓持物体、特别是用于操纵机器人的夹持器包括联接元件和基体。基体包括壳体、布置在壳体外侧的夹紧托架、以及布置在壳体中并操作地连接到夹紧托架的夹紧机构。所述联接元件可固定到所述物体。夹紧托架具有闩锁状态和解锁状态。在闩锁状态下，夹紧托架被拉到靠近壳体的位置，而在解锁状态下，夹紧托架被推离壳体以在夹紧托架和壳体之间容纳联接元件。夹紧机构可气动或液压地激活以迫使夹紧托架从闩锁状态改变到未闩锁状态。此外，夹紧机构可以被停用，使得夹紧托架可以返回到闩锁状态，从而将联接元件夹紧到壳体。当夹紧机构未被激活时，夹紧托架停留在闩锁状态。这可以进一步提高安全性。例如，如果施加给夹持器的气压太低或者甚至降至零，则联接元件仍然通过夹紧托架夹紧到壳体，使得联接元件和重物不能落下。这提供了自锁效果，这增加了安全性。
8.在一个实施例中，夹紧机构包括活塞和活塞杆，活塞杆的一端固定地连接到夹紧托架，并且另一端操作地连接到活塞，以将活塞的运动传递到夹紧托架。
9.用于自动装载物体的系统，例如机器人、自动工具更换装置和自动托盘更换装置，广泛地用在工业环境中。例如，为了减少加工时间以提高生产效率，应用自动托盘更换器将托盘装载到机床中和从机床卸载托盘。通常，联接元件安装在托盘上，而基体安装在机器人臂上。当机器人臂必须从机床装载或卸载托盘时，托盘必须首先被夹持器牢固地抓持，使得机器人臂能够执行装载或卸载动作。
10.夹紧托架具有中心部分和两个夹爪，所述夹爪将联接元件和壳体夹紧在它们之间。特别地，夹紧托架具有u形形状，并且夹爪形成u形形状的腿部。这种构造可以提高负载能力。特别地，托盘重量和到重心的距离以及在气压损失下保持的夹紧力与已知的夹持器相比更高。优选地，中心部分和夹爪被制成一件以实现高刚度。由夹紧托架产生的夹紧力作用于联接元件和壳体的整个高度，从而可以增强夹紧扭矩。夹紧托架被构造成通过放大由活塞产生的拉入力而产生高的夹紧力，即夹紧力是拉入力的几倍。这通过在5
°
至25
°
的范围内选择夹爪与中心部分之间的角度来实现。这已经导致正好在夹紧托架和联接元件之间的大约2:1到5:1的动力传动比。例如，如果活塞杆作用于夹紧托架上的拉入力在4000牛顿的量级，则夹爪所作用的夹紧力可在20000牛顿的量级。
11.壳体具有基本上矩形的形状并且是刚性的。在优选的变型中，壳体具有前壁、后壁、顶壁、底壁和两个侧壁。
12.在一个实施例中，当夹紧托架从闩锁位置变化到解锁位置时，夹紧托架位于壳体的侧面上，并且可以通过夹紧机构侧向移动，并且反之亦然。其上具有托盘的联接元件可以与壳体的前表面接触，并由其间的夹爪夹紧。为了实现可靠的夹紧，夹爪具有与壳体相同的高度，并且联接元件具有至少与壳体相同的高度，因此夹紧力沿着壳体的整个高度作用，这导致高扭矩。
13.此外，在联接元件上形成联接接触区域，以与形成在夹爪上的夹紧区域接合。在壳体的前壁和/或后壁上形成至少一个支撑区域，当联接元件夹紧到壳体时，夹紧力作用于该支撑区域上。
14.特别地，清洁孔设置在壳体的前表面上的支撑区域上。由于夹持器用于工业应用，尤其是用于机加工工业，因此它被应用在具有例如碎屑和碎片的环境中。如果支撑区域被
碎屑覆盖，则夹紧力会显著减小，这对夹紧的安全性具有直接影响。因此，清洁的接触表面是重要的。此外，可以测量通过清洁孔的气压，以监测联接元件和壳体的夹紧状态。
15.另外，在靠近夹爪的夹紧托架中形成有清洁槽。特别地，清洁槽形成在夹爪的刚性主体之间，以吹送通过接触表面上的空气入口供应的空气。
16.在一些实施例中，夹紧机构包括保持装置，该保持装置固定地安装在壳体中以将夹紧托架保持在闩锁位置。特别地，复位装置安装在壳体的前壁的内表面与活塞之间，以在活塞上作用保持力。
17.在有利的变型中，保持装置包括至少一个弹簧，优选地设置多个弹簧以产生足够的保持力。例如，保持力为1000牛顿的量级。在优选的变型中，弹簧是压缩弹簧。当夹紧托架处于解锁状态时，弹簧被压缩，并且因此被强烈地预张紧。当气动驱动停用时，压缩弹簧部分释放，以将活塞推回，从而活塞杆将夹紧托架拉到闩锁状态。在这种状态下，弹簧被较少地预张紧，但是保持预张紧以提供保持力。在没有外部驱动的情况下，夹紧托架保持在闩锁状态。
18.此外，活塞可以被气动或液压驱动以克服保持力，从而使夹紧托架从闩锁位置能够移动到解锁位置，在解锁位置中，夹紧托架被侧向地推离壳体。优选地，活塞杆竖直地布置在夹紧托架上并且平行于夹紧托架的运动方向，以将夹紧托架推离壳体并且将夹紧托架拉回到壳体。
19.在一个变型中，活塞具有柱形形状并且从壳体的后壁安装到孔中。弹簧安装在活塞上，沿活塞的轴向方向定位，并压靠在壳体前壁的内表面上。
20.在一个变型中，夹紧机构包括传动装置，以将活塞的运动传递到活塞杆中。 传动装置能够将活塞的轴向运动改变为另一方向，特别是能够使活塞杆在与活塞的轴向方向正交的方向上移动。
21.因为夹持器应该是紧凑的，所以壳体中的空间是有限的。因此，滑动件被应用以用作传动装置。滑动件连接到活塞以跟随活塞的运动，并且被构造成将活塞在被限定为第一方向的轴向方向上的运动转换成活塞杆在与第一方向正交的第二方向上的运动。优选地，第一方向和第二方向在同一平面中，特别是在水平面中。
22.滑动件具有带限定厚度的板的形状，并位于与壳体的顶壁平行的水平面上，其一端安装在活塞上以跟随活塞的运动。在滑动件的一个表面上形成有引导槽，以容纳形成在活塞杆一端的引导销。活塞杆具有柱形形状并且被容纳在壳体的侧壁上钻出的孔中，因此，活塞杆基本上仅能在其轴向方向上移动。引导销总是与引导槽接合。当滑动件跟随活塞的运动时，引导销能够沿着引导槽行进。特别地，引导槽沿着相对于活塞的轴向方向倾斜的方向延伸。当活塞推动滑动件朝第一方向移动时，引导槽的倾斜通过引导销与引导槽的接合而对活塞杆产生侧向力，以侧向推动活塞杆。
23.为了能够补偿制造误差，滑动件以其位置可以在一个轴上浮动大约十分之几毫米的方式安装。
24.在提供高夹紧力的有利变型中，滑动件被构造成放大由释放的弹簧作用在活塞上的保持力，以产生夹紧联接元件和壳体的夹紧力，特别地，夹紧力至少是保持力的两倍，优选地，夹紧力是保持力的十倍。例如，保持力为1000牛顿的量级，活塞杆作用于夹紧托架上的拉入力为4000牛顿的量级，夹爪所作用的夹紧力为16000牛顿的量级。
25.在优选的变型中，引导槽具有第一部分和第二部分。该引导槽被构造成使该引导销可被锁定在该第一部分内，以提供自锁功能。在优选变型中，第一部分和第二部分具有相对于活塞的轴向方向限定的两个不同的倾斜角α和β。特别地，第一部分具有小的倾斜角，例如小于20度，优选地大约10度，并且第二部分具有大于第一部分的倾斜角。当夹紧托架处于闩锁状态时，引导销接合在第一部分中。第一部分的小倾角提供了自锁功能，因此，夹紧托架被牢固地锁定在闩锁位置。在没有外部驱动力的情况下，引导销不能从第一部分行进到第二部分。因此，联接元件被安全地夹紧到壳体的前表面上。当活塞被气动驱动以在朝向壳体的前表面的方向上推动滑动件时，引导销在引导槽中被引导并且从第一部分重新定位到第二部分。第二部分中的较大倾斜角选择成使得活塞杆和活塞的移动长度相似。
26.为了确保牢固的夹紧，设置两个夹紧托架，并且每个夹紧托架安装在壳体的一侧上，以从两侧夹紧联接元件和壳体。特别地，所述两侧是相对侧。优选地，夹紧托架靠近壳体的两个侧表面定位。
27.夹持器不限于抓持托盘，而是例如还抓持另一夹持器。因此，夹持器包括气动传送装置和/或电气传送装置，以连接两个气动机构和/或电气设备。
28.此外，在壳体的前表面上，设置至少一个安装孔以容纳形成在联接元件上的连接销。此外，连接销和安装孔用作夹持器和联接元件的对准元件。
附图说明
29.下面将参考附图中示出的其具体实施例来呈现对以上简要描述的原理的更具体描述。这些附图示出了本公开的示例性实施例，并且因此不应被认为限制其范围。通过使用附图详细描述和解释本公开的原理，在附图中：图1示出了处于夹紧状态的托盘和夹持器的三维视图；图2a示出了从后面观察的夹持器的三维视图；图2b是从前面观察的夹持器的三维视图；图3示出了夹持器在竖直平面中的截面图；图4示出了夹持器在水平平面中的截面图；图5示出了活塞杆的三维视图；图6示出了滑动件的三维视图；图7a示出了夹紧托架的三维视图；图7b、图7c示出了夹持器的截面图和清洁槽的详细视图；图8a、图8b示出了联接元件；图8c、图8d示出了在不同位置处安装在联接元件上的托盘；图9a、图9b和图9c示出处于闩锁和解锁位置的夹持器；以及图10示出了其上安装有另一夹持装置的夹持器。
具体实施方式
30.图1示出了夹持器100的三维视图，该夹持器包括基体20和联接元件10，该联接元件可以固定地安装在托盘1的侧壁上。该基体可以安装在机器人或装载装置中。当机器人必须将托盘装载到机床中时，如图1中所示，基体被带到靠近其上安装有托盘的联接元件，以
容纳联接元件并夹紧联接元件。然后机器人可将托盘朝向机床移动并将托盘放置在机床的机床工作台上。
31.图2a和图2b分别示出了基体20的从后面和前面观察的三维视图。基体包括具有前壁23、后壁22和两个侧壁24的壳体21，以及两个夹紧托架30a、30b，每个夹紧托架设置在壳体的每一侧上。
32.图3和图4分别示出了基体在x-z平面和y-z平面中的截面图。在这些图中，夹紧托架处于闩锁状态，但没有夹紧所述联接元件。闩锁状态是夹紧托架的初始状态，并且它在没有任何驱动的情况下保持在该状态。如图3中所示，每个夹紧托架通过活塞杆45a、45b连接到滑动件60。活塞51通过壳体的后壁上的孔布置在壳体中，并且可沿第一方向移动，即沿其轴向方向移动，在该示例中沿y方向移动。滑动件位于水平面上，即x-y平面上，并且其中一端连接到活塞以跟随活塞在第一方向上的运动。每个活塞杆被容纳在壳体的侧壁上的孔中，并且可在第二方向上移动，在该示例中，第二方向是x方向。活塞杆的一端固定连接在夹紧托架上，并且另一端与滑动件接合。
33.图5和图6详细示出了活塞杆和滑动件60。引导销48形成在活塞杆的一端上，其可以容纳在形成于滑动件中的引导槽61a中，使得活塞杆与滑动件接合。如图6中所示，滑动件具有两个引导槽61a、61b，每个引导槽由两部分形成，即具有不同倾斜度的引导槽的第一部分62和引导槽的第二部分63。引导槽的第一部分具有相对于由虚线表示的第一方向的第一角度α，并且引导槽的第二部分具有相对于第一方向的第二角度β。第一角度α小于第二角度β。当夹紧托架处于闩锁状态时，引导销位于引导槽的第一部分中，第一部分中的较小角度提供了活塞杆和滑动件的强接合的优点，以增强夹紧托架的夹紧。当夹紧托架从闩锁状态被驱动到解锁状态时，活塞被驱动以在第一方向上移动，并且滑动件跟随该移动，使得引导销被沿着引导槽引导并且从第一部分移动到第二部分，第二部分中的更大的角度可以使引导销在第二部分中的行进变得容易。
34.如图4中所示，至少一个，优选地至少两个弹簧53作为保持装置安装在壳体中，以将活塞保持在初始位置，该初始位置靠近壳体的后壁。弹簧安装在活塞的前表面上，并压靠在壳体前壁的内表面上。在图4中所示的实施例中，三个弹簧布置在滑动件的上侧，并且三个弹簧布置在滑动件的下侧上。
35.在夹紧托架的闩锁状态下，弹簧被置于活塞与前壁的内表面之间，以将滑动件和活塞保持在初始位置，在该初始位置处，引导销定位在引导槽的第一部分62中。当活塞被空气驱动而沿y方向移动时，滑动件被活塞沿相同方向推动，使得引导销从引导槽的第一部分移动到第二部分63，从而活塞杆被推离壳体以达到解锁状态。同时，弹簧被活塞挤压并被预张紧。在解锁状态下，物体可以被容纳在壳体的前壁上。当供应到活塞的空气被切断时，预张紧弹簧将活塞向后推回到初始位置。因此，滑动件跟随活塞的运动并被移回到初始位置，并且引导销行进回到引导槽的第一部分。因此，夹紧托架被朝向壳体拉回，并且将被容纳在前壁上的物体与壳体夹紧在一起。
36.如图2b中所示，气动空气入口52设置在壳体的顶部上，以供应用于驱动活塞的空气。
37.图7a示出了夹紧托架的三维视图。夹紧托架具有u形，在每侧上具有两个突起作为夹爪40a、40b。每个夹爪具有两个夹紧区域，当物体被夹紧到壳体上时，所述夹紧区域与物
体接触。第一夹爪40a具有在上端的第一夹紧区域31a和在下端的第二夹紧区域32a，并且第二夹爪41a具有在上端的第三夹紧区域33a和在下端的第四夹紧区域34a。在附图中所示的变型中，夹紧区域具有倾斜表面，以一方面确保高的夹紧力并补偿制造公差。因此，作用在夹紧区域上的夹紧力要高得多，例如是活塞杆作用在夹紧托架上的力的三倍。
38.如图2b中所示，在壳体前壁的外表面上，特别是在外表面的每个边缘处，形成支撑区域58。当联接元件和壳体由夹紧托架夹紧时，夹紧力主要作用在四个支撑区域上。
39.当夹持器应用于抓持安装在机床中的托盘时，夹紧区域的清洁对于确保可靠的夹紧是重要的。因此，在夹紧托架中形成清洁空气通道。第一对空气出口36a分别靠近第一夹紧区域31a和第二夹紧区域32a形成，其通过流体通道与靠近夹紧区域形成的一对第一对清洁空气入口39a连接，如图7b中所示，该图是图7c的部分a的放大图。带虚线的箭头表示用于空气刮刀清洁的气流方向。空气出口36a由盖和托架之间的小于0.3mm，优选地0.1mm的小间隙形成。
40.可将清洁用空气供应至第一对空气入口中以吹出狭槽来清洁夹紧区域。此外，每个支撑区域58可以通过从设置在支撑区域上的清洁孔59吹出的空气来清洁。此外，清洁孔可作为感测单元，以通过测量其中的压力来验证夹紧状态。
41.图8a和图8b示出了联接元件的细节。在该实施例中，联接元件具有板的形状，然而，联接元件不限于该形状。在联接板上设置几个连接孔16，以将其附接到托盘上。联接元件的高度大于托盘以在夹持器保持托盘时增加扭矩。此外，两个联接连接销15固定在待插入到夹持器的基体中的联接元件上。连接销还用作对准装置。联接元件设计成在联接元件的待容纳在夹紧托架的夹爪中的两个边缘形成联接接触区域11。如图8c和图8d中所示，联接元件可以以两种不同的布置安装到托盘上，以允许托盘的柔性安装。
42.图9a、图9b和图9c示出了抓持托盘的操作。图9a示出了通过将气动空气供应到基体的壳体中而打开夹紧托架。其上具有托架的联接元件可以插入到基体中。当如图9b中所示将联接元件插入到基体中时，可以切断空气。夹紧托架从两侧将联接元件夹紧到壳体上。
43.图10示出了夹持器的另一应用。夹持器安装在机器人2上，而联接元件安装在附加夹持器200上。如图2a和图2b中所示，电气传送装置57和气动传送装置56设置在壳体的顶部。电气传送装置切断以便电气地连接附加的夹持器，并允许夹持器和附加夹持器之间的通信，例如发送和接收传感器信号。气动传送装置可以传送气动空气。
44.附图标记列表1托盘2机器人10联接元件11联接接触区域15联接连接销16联接连接孔20基体21壳体22壳体的后壁23壳体的前壁
24壳体的侧壁30夹紧托架31a、31b第一夹紧区域32a、32b第二夹紧区域33a、33b第三夹紧区域34a、34b第四夹紧区域36a第一对空气出口39a清洁空气入口40a、40b第一夹爪41a、41b第二夹爪45a、45b活塞杆48a、48b引导销51活塞52气动空气入口53弹簧56气动传送装置57电气传送装置58支撑区域59清洁孔60滑动件61a、61b引导槽62引导槽的第一部分63引导槽的第二部分100夹持器200附加夹持器210附加夹持器的联接元件。