鉗口保護件的制作方法

本發明涉及一種抓取裝置，其特別是被設計為用于工業機器人的執行器，并且配設有機械的保護件，本發明還涉及一種具有這種抓取裝置的機器人系統。

背景技術：

工業機器人是可編程的機器，其被設計用于自動地操縱或加工對象或者說工件。一種典型的代表是所謂的關節機器人，其擁有多個節肢，這些節肢通過關節彼此連接。在最簡單的形式中，這種機器人具有支架，在支架上可轉動地設有所謂的轉盤。在轉盤上，通過另一轉動關節連接機器人的第一臂，該第一臂也被稱為搖臂。在該搖臂上通過另一轉動關節設有另一臂，該另一臂在其自由端部上配設有用于工具的收納部。該工具也被稱為執行器。根據工業機器人的使用目的，可以配設不同的工具，從而使得工業機器人能夠擁有各種各樣的使用領域，例如操縱和運輸對象和工件，加工工件，測量作業等。已知的有多種用于操縱對象或者說工件的機器人抓取工具。

例如由專利文獻EP1943064B1已知一種機器人抓取機構，其被配置為機器人臂的執行器，或者可以被安裝在線性驅動器或旋轉驅動器的端部區域上。該已知的抓取機構包括至少一個框架和一設置在框架上的執行元件，該執行元件具有兩個鉗口或者說夾爪，該鉗口或者說夾爪可以通過關節單元來操縱。該執行元件被設計為風箱式的，并且可以填充介質，由此使其膨脹并通過合適的力傳遞元件作用在夾爪上，以使夾爪彼此相對運動，從而能夠抓取對象。在此，抓取機構本身不具有保護裝置，這種保護裝置能夠例如防止與相應的機器人一起工作的人員被抓取機構傷害，特別是防止被擠傷。即，在該已知的抓取機構的夾爪的打開狀態下，對象或者人的身體部位可能會無意地進入到兩個夾爪之間的空間中。如果此時對執行機構進行操作，夾爪可能會在其運動過程中造成嚴重的傷害。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在于提出一種抓取裝置，其特別是可以用作工業機器人的執行器，并且該抓取裝置被設計得更安全，并且特別是能夠最大程度地、安全地防止由于抓取過程而導致的對人的傷害。本發明的這一目的通過一種根據權利要求1所述的抓取裝置來實現。此外，本發明的目的還在于提出一種機器人系統，該機器人系統配設有該抓取裝置并且能夠特別安全地運行。本發明的這一目的通過一種根據權利要求13所述的機器人系統來實現。

根據本發明的抓取裝置特別是可以用作機器人的工具或者說執行機構，其具有至少兩個夾爪，它們被設置為可相對于彼此移動的，以抓取工件。為了使夾爪運動，可以設置執行器或者說驅動裝置，例如特別是電動、液壓或氣動驅動的驅動裝置。根據本發明，至少一個夾爪具有保護元件，該保護元件可移動地安裝在夾爪上，并且可以在保護位置和釋放位置之間運動。該保護元件被設計為，其在保護位置下至少局部地占據兩個夾爪之間的空間，以防止對象或身體部位無意地進入到該被占據的空間中。優選保護元件在沒有外部能源供應的情況下例如需要通過調節機構來工作。在本文中，優選保護元件借助于彈簧元件在保護位置上被預緊。通過該方式使得抓取裝置朝向安全的一側放置，并且保護元件在沒有易出錯的控制裝置的情況下也始終處于能夠保護人員的正確位置上。

根據本發明的保護裝置特別優選使用具有兩對或多對關聯功能面的夾爪。這樣的夾爪允許對兩個不同形狀的工件進行功能正確的抓取。例如，第一對功能面可以被構造為用于抓取圓形的對象，而第二對功能面被構造為用于抓取具有方形結構的對象。當然，這樣的抓取裝置在應用中總是僅使用一對功能面，例如具有用于接收圓形構件的輪廓的功能面對。但是由于在同一夾爪上設有兩對功能面，因此在操作夾爪的過程中，被設計用于處理其他對象(例如前述的方形構件)的功能面也總是隨同一起運動。可以這樣說：在未被使用的功能面的區域中出現了夾爪的“空運動”，這在實踐中關系到一種特別的風險，因為位于該未被使用的功能面之間的空間沒有被占據，并且可能會使例如身體部位無意地進入到這里。因此，本發明能夠使這種具有至少兩對關聯功能面的夾爪安全運行。

優選將安全元件設計為，其能夠通過將待抓取的工件沿預設的方向引入到兩個夾爪之間而運動離開保護位置。相反地，當工件或者也可以是身體部位從該預設方向之外的其他方向被引入到兩個夾爪之間時，保護元件閉鎖并阻止向由保護元件所占據空間的引入。在一種優選的設計方案中，保護元件例如被設計為，在夾爪上可圍繞樞轉軸線樞轉，并且該樞轉軸線垂直于夾爪的相對運動方向。保護元件從保護位置到釋放位置的運動僅可能發生在下述情況下：保護元件圍繞預設的樞轉軸線轉動。為此必須要有基本上垂直于樞轉軸線的力作用在保護元件上。換句話說，只有當對象或者身體部位沿著垂直于樞轉軸線的方向作用在保護元件上時，保護元件才能夠運動到釋放位置，對象或者身體部位才能被進入到保護元件所占據的空間中。由此使得對象或身體部位不再能無意地平行于或傾斜于樞轉軸線進入。

優選將保護元件設計為，只有當有垂直于樞轉軸線并垂直于夾爪的相對運動方向的力作用在保護元件上時，保護元件才能夠運動離開保護位置。本領域技術人員需要清楚的是，“垂直于樞轉軸線并垂直于夾爪的相對運動方向”的表述在這里應被理解為不是嚴格數學意義的，而是也允許相對于垂直方向有所偏差，只要有足夠大的力分量垂直進入即可。

優選根據本發明的抓取裝置具有恰好兩個夾爪，并且優選這兩個夾爪中的每一個均具有相應的保護元件。即，優選將這兩個夾爪設計為彼此對稱的，至少關于保護元件是彼此對稱的。

在另一種優選的實施方式中，夾爪配設有切割或擠壓工具，以便夾爪不僅能夠抓取工具，而且還能夠切割或擠壓工件。在本文中，抓取過程在最寬泛的概念下也被理解為切割過程或擠壓過程，因為切割過程或擠壓過程也總是包括對所加工工件的抓取。

本發明還涉及一種機器人系統，其包括至少一個機器人臂，該機器人臂如前所述地或者如同下面根據附圖所說明的那樣配設有抓取裝置。在此，為了操作該抓取裝置，優選機器人或者說機器人系統包括至少一個執行機構，例如特別是電動、液壓或氣動驅動的執行機構。

附圖說明

下面參照附圖對本發明進行詳細說明。其中：

圖1以三維示意圖示出了根據本發明的抓取裝置；

圖2以側視圖示出了根據圖1的抓取裝置；

圖3以截面圖示出了在圖2中示出的抓取機構；

圖4以分解視圖示出了根據圖1的抓取機構；以及

圖5以局部為截面的三維視圖示出了被固定在機器人臂的執行機構上的、根據圖1的抓取裝置。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的抓取裝置1的示意性三維視圖。該抓取裝置1包括兩個夾爪10和20，二者被設置為可彼此相對移動的，以抓取工件。這兩個夾爪具有基本上對稱的結構，并且二者均具有相應的保護元件30或40。該保護元件通過螺栓13和23可轉動地安裝在夾爪上。正如本領域技術人員從附圖中所看到的那樣，樞轉軸線與螺栓13和23的縱向方向一致，并因此垂直于夾爪10和20的相對運動方向，在此，夾爪10和20優選相對于彼此進行基本為直線的位移運動。

所示出的抓取裝置1具有兩對關聯功能面，以便能夠對兩個不同形狀的工件進行功能正確的抓取。第一對功能面由功能面14和24的凹形輪廓構成。功能面14和24構成一個關聯對，其特別是被設計用于抓取具有圓形外輪廓的工件，例如管或軟管。第二對由功能面15和24構成。兩個功能面15和25是平坦的且彼此平行的，并被設計用于抓取具有平坦和平行的外壁的對象或主體。

特別是正如在圖2中能夠良好看到的那樣，在兩個夾爪10和20之間存在自由空間2，該自由空間被兩個保護元件30、40局部地占據，以防止對象或身體部位無意地進入到該被占據空間中。特別是不能使對象或身體部位進入到兩個功能面14和24之間。保護元件30、40在其保護位置上被示出。如果沒有這兩個保護元件，例如可能會發生如下的情形：在利用第二對功能面15、25抓取對象時，有其他的對象或身體部位進入到第一對功能面14、24之間的空間中，并在該處被相互更靠近的功能面14、24損壞或者說傷害。但是很明顯，本發明并不限于具有兩對功能面的實施方式，而是可以將其有利的作用方式進一步發展，例如，不設置第二對功能面15、25并且夾爪10、20可以說終止于螺栓13和23的高度上。

此外如圖2所示，保護元件30、40是不接觸的。其原因在于：由此能夠有利地通過待抓取/待擠壓的工件，實現/允許保護元件30、40更簡單地從保護位置運動到釋放位置。但是同樣可以考慮以下的這種實施方式：其中，保護元件30、40至少局部地碰觸，從而能夠(在保護位置)使保護元件30、40之間的間隙保持盡可能地小或者說避免出現。

在圖1至圖3中示出了處于保護位置中的兩個保護元件30、40，在該保護位置中，保護元件局部地占據兩個夾爪之間的空間，亦即在一定程度上防止了對象或者身體部位無意地進入到該被占據的空間中。在所示出的實施方式中，保護元件在所有三個維度上均填滿了占據的空間。但是也可以考慮保護元件僅由例如薄的保護盤組成，其中，例如可以在每個夾爪上設置兩個保護元件，用于防止對象無意地從前方或后方進入到自由空間2中(在此，前方是指如在圖1中示出的設置中，在圖1中可見的一側應當是“前方”)。最后，保護元件的空間設計方案取決于夾爪的大小和構造，并且可以相應地由本領域技術人員進行選擇。

保護元件30和40被可移動地安裝在其各自的夾爪上，從而使得保護元件可以從所示出的保護位置運動至釋放位置，在該釋放位置上，抓取裝置1可以借助于第一對功能面14、24抓取對象。現在參見圖3的截面視圖，本領域技術人員可以看到，保護元件40是如何借助于彈簧27在保護位置上被預緊的。保護元件30以類似的方式利用彈簧17被預緊。保護元件上的止擋部41或31阻止保護元件被它們的彈簧進一步相互轉動。此外在圖3中還可以看到，夾爪20配設有插入部26，該插入部進入到夾爪10的相應的收納部16中，以便引導兩個夾爪彼此的相對運動。該相對運動在圖2中通過雙向箭頭示出。為了使保護元件從其保護位置運動或轉動至其釋放位置，必須有力垂直于螺栓13、23的轉動軸線作用在保護元件上。保護元件40隨后可以如圖3中的箭頭所示地沿著順時針方向從保護位置運動至釋放位置。為此目的，夾爪20具有相應形狀的中空空間28，用于收納保護元件。保護元件在釋放位置上基本上被完全收納在該中空空間中。保護元件30沿與順時針相反的方向圍繞螺栓23的轉動軸線轉動至夾爪10中的相應的中空空間18中。正如本領域技術人員所看到的那樣，通過使待抓取的工件沿著預設的方向進入到兩個夾爪之間，可以有利地產生垂直于轉動軸線的相應力分量。例如，當抓取裝置1應當抓取一管件時，該管件必須基本上平行于保護元件的轉動軸線定向。當該管件被引導至兩個夾爪之間時，該管件的表面將與兩個保護元件發生接觸，并且兩個保護元件相對于彈簧17、27的力反向地轉動至相應的釋放位置。也就是說，不需要單獨地通過相應的調節工具來使保護元件運動，而是可以從原本就存在的抓取機構的運動能量中獲取用于使保護元件運動的能量或者說力。

正如在圖1中可清楚看到的那樣，保護元件的樞轉軸線或轉動軸線垂直于夾爪的相對運動方向。因此在所示出的優選的實施方式中，為了使保護元件運動至釋放位置，工件需要既垂直于樞轉軸線、也垂直于夾爪的相對運動方向地被引入。當一對象或身體部位例如從如圖2和圖3所示示意圖中的“上方”出現在保護元件30、40上時，該保護元件將不會運動至釋放位置，而是從該方向可靠地封閉對象或身體部位向該被占據空間的“無意”進入。本領域技術人員根據該實施方式的設計方案可以認識到：在此不是強制性地必須使工件按照嚴格的數學意義垂直于樞轉軸線并垂直于相對運動方向被引入，而是使工件近似于按照數學意義上的垂直被引入，以便能夠有足夠大的垂直分力作用在保護元件上。

在圖4中示出了抓取裝置1的示意性分解視圖。夾爪10、20受結構限制地包括多個能夠借助于螺絲19彼此螺接的元件。此外，從該分解視圖中還可以了解到抓取裝置1是如何被裝配的。

圖5是局部為截面的三維視圖，并且示出了抓取裝置1被如何固定在執行機構60上，該執行機構又是如何安裝在機器人臂70的端部上。機器人臂70僅通過虛線示出，并且例如可以是關節機器人的一部分。執行機構60具有殼體61，在該殼體中存在有電機62，用于使兩個夾爪能夠沿在圖2中通過雙向箭頭示出的方向進行相對運動。附圖標記63表示電機62的電機控制箱。

附圖標記列表

1 抓取裝置

2 自由空間

10，20 夾爪

13，23 螺栓

14，24 功能面對

15，25 第二對功能面

16 用于插入部的收納部

17，27 彈簧

18，28 中空空間

19 螺絲

30，40 保護元件

31，41 止擋部

60 執行機構

61 殼體

62 電機

63 電機控制箱

70 機器人臂。