CN115551683A - 夹持工具、系统、夹紧单元以及在工序中搬运物体的方法 - Google Patents

Abstract

一种夹持工具(2)、系统、夹紧单元(35)以及搬运物体(6)的方法，其中夹持工具(2)包括设置在壳体(7)内的传动机构，其中传动机构耦合至位于壳体(7)外部的多条臂(11)。臂(11)在径向平面内从第一端(15)延伸至第二端(16)，其中每条臂(11)上设置有一个或多个夹持手指(12)。夹持手指(12)可以在臂(11)上重新定位，或者多个夹持手指(12)可以设置在同一条臂(11)上。臂(11)优选地具有弯曲轮廓或曲线轮廓，其中弯曲线或弧线面朝着壳体(7)的中心纵向轴线(A)。

Description

夹持工具、系统、夹紧单元以及在工序中搬运物体的方法

技术领域

本发明涉及一种夹持工具，优选地为具有多个夹持元件的夹持器，其配置为耦合到机器臂或布置在表面，其中夹持工具包括可旋转地连接至夹持工具的壳体的多条臂，每条臂具有至少一个用于夹持物体的夹持点。

背景技术

已知在装配、加工、分拣和包装过程中，使用安装在机器人的机械臂上的夹持工具来搬运物体。夹持工具配备有两条或多条夹持臂，每条夹持臂设计用于在夹持点夹持特定的物体。夹持臂配置为在夹持工序中在不同位置之间移动，其中通过机器人单元的本地控制器控制夹持工具的操作。可选地，本地控制器可以从中央控制器接收命令。

已知机械臂，包括其各自的接口，配备有一个或多个关节，每个关节为机械臂提供至少一个自由度(DOF)。机械臂通常具有五到七个自由度，但一些机械臂只有两个或三个自由度。夹持工具和机器人单元的设计是基于该机器人单元要搬运的物体的尺寸、形状和重量来选择的。

已知使用传感器和/或摄像头来监测机械臂的轴向运动，从而监测夹持工具。然后本地控制器使用这些传感器或摄像头的信号来正确定位相对于特定物体的夹持臂。本地控制器可以选择性地使用物体的二维或三维地图来定位夹持工具。

罗伯特·博世有限公司的US 2013/0341944 A1公开了一种用于具有保护装置的搬运机器人的夹持装置，其中夹持装置包括三条臂，三条臂均连接到设置在夹持装置壳体内的公共传动机构。每条臂具有沿径向平面延伸的细长主体，其中一端通过夹紧装置连接至该传动机构的转轴，另一端连接至夹持手指。夹持手指通过卡入式连接器连接至臂。

为了夹持非常大的物体，该条臂必须手动更换成更长的臂。

德国雄克有限公司的EP 2390068 B1公开了一种具有三条臂的夹持装置，三条臂均与气动操作的传动机构相连接，其中每条臂具有L型主体，其中两肢节之间的弯曲处从中心纵向轴线面向外。该条臂的一段肢节连接至该传动机构的转轴，而该条臂的另一段肢节处于自由端，连接至夹持手指。夹持手指设置在臂转动到与物体进行接触的那一侧。臂通过锁定销相对于转轴固定，锁定销设置在转轴和臂中的凹槽内。据称这个夹持装置可以夹持外径在0-100mm之间的圆形物体以及内径在10-125mm之间的环形物体。

然而，EP 2390068 B1没有公开夹持手指是如何在各自的臂中保持就位的，也没有暗示或建议可以更换夹持手指。所示出的结构表明夹持手指牢牢地附接至臂，或是形成了臂的整合部分。

夹持装置的另一个例子是OnRobot公司的模型3FG15，其包括三条臂，三条臂均连接至壳体内的公共传动机构。每条臂具有沿着纵向平面延伸的大致L型的主体，其中一端安装有连接到传动机构转轴上的小圆盘。该夹持装置的夹持范围在20-160mm之间，然而必须使用工具手动地使臂相对于该圆盘移动，以在整个夹持范围内操作夹持手指。此外，夹持手指不能在各自的臂上重新定位。

CN 103963067A、US 4598942A和US 4765669A公开了具有沿着纵向平面延伸的类似的臂的夹持装置。在以上夹持装置中，夹持工序在径向平面内完成。

JP 2006082140 A描述了一种夹持工具，包括设置有壳体的驱动机构，壳体具有接口，接口配置为耦合至机器的匹配接口。该夹持工具具有三条可旋转的臂，臂设置在壳体的相对端，每条臂具有沿径向平面延伸的壳状主体，且其适于与物体接触。当激活臂时，每条臂可以绕旋转轴线旋转，以在径向平面内使臂与物体接触或脱离接触。

其他夹持装置包括设置为在纵向平面移动的两条或三条臂。这些臂可以配备有一个或多个关节，用于移动夹持手指与物体接触。

因此，需要一种具有改善的灵活性、操作范围和举升能力的夹持或夹紧工具。

发明目的

本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的夹持工具。

本发明的另一目的在于提供一种能够在整个夹持范围内操作的夹持工具。

本发明的又一目的在于提供一种无需使用工具就能调节夹持手指的位置的夹持工具。

发明内容

本发明的目的通过一种在工序中搬运物体的夹持工具来实现，该夹持工具包括：

-定义夹持工具的纵向轴线的壳体，

-设置在壳体内的驱动机构，

-设置在壳体一端的接口，该接口配置为耦合至机器的匹配接口或者设置在表面上，

-设置在壳体的另一端的多条臂，每条臂包括至少第一夹持元件，第一夹持元件配置为接触物体，每条臂配置为在激活时围绕旋转轴线旋转，每条臂在径向平面内具有从第一端延伸至第二端的主体，该径向平面垂直于纵向轴线，其中驱动机构配置为在径向平面中使至少第一夹持元件旋转至与物体接触和脱离接触，该主体具有面朝纵向轴线的第一侧，还有背对着纵向轴线的相对的第二侧，

-其中主体的第一侧在第一位置具有第一切线和在第二位置具有第二切线，其特征在于，第一切线与第二切线相交于交点，该交点位于一个假想的圆内，当臂处于收缩位置时，该圆的半径从纵向轴线延伸至臂的旋转轴线。

这为机器人应用或夹具应用提供了一种可选的夹持工具设计，与同类型的传统夹持工具相比，它具有更好的灵活性。本发明的夹持工具设计紧凑，重量轻，提供了更好的举升能力。

夹持工具具有在纵向方向上从第一端延伸至第二端的保护壳体。该壳体进一步在径向方向延伸并形成外表面和内表面，其中内表面、第一端和第二端共同形成内部腔室。该壳体可以由任何合适的材料制成，优选的材料为轻质材料，例如塑料材料，优选的材料为纤维增强材料或金属，例如铝或不锈钢。这样，驱动机构、电气元件和其他灵敏元件就可以免受放置夹持工具的环境中的灰尘、水分、有害气体和其他颗粒的影响。

第一端可以适于形成接口，用于将夹持工具安装至位于外部机器上的匹配接口，如后文所述。夹持工具可以安装至机械臂上而无需使用工具，例如使用螺丝连接或可释放连接。或者，可以使用紧固件将夹持工具安装至机器。该接口还可以包括其他连接元件，用于向夹持工具提供加压空气或油、电力和/或控制信号。这节省了重量和成本，因为夹持工具可以由外部能源驱动。这也允许了夹持工具的简单且快速的安装。

第一端还可以适于形成接口，该接口配置为将夹持工具设置在表面上，以便它可以作为夹紧工具，如后文所述。该接口可包括一个或多个支撑元件、安装元件或紧固元件，用于使夹持工具定位在表面上。该接口可以优选地成型为适配器或底座，其配置为使夹持工具能够相对于表面正确地定向。该接口可以包括连接元件，用于向夹持工具提供加压空气或油、电力和/或控制信号。这节省了重量和成本，因为夹持工具可以由外部能源驱动。或者，夹持工具可以包括内部能源，例如电池、光伏电池或它们的组合。

第二端可包括用于关闭内部腔室的端板。转轴可以延伸穿过端板，以使臂耦合至驱动机构。端板上的开口可以进一步被密封，以防止灰尘、水分、有害气体和其他颗粒进入内部腔室。或者，臂可以连接到从端板突出的销上，致动器可耦合到臂上，以激活臂。可使用线性致动器、液压致动器、气动致动器或机电致动器，使臂围绕突出的销旋转。这允许只有电缆或流体软管延伸穿过端板，因此可以更好地密封端板。

每条臂在径向平面内具有从第一端延伸至第二端的主体。第一端配置为连接到转轴或突出的销，以使臂能够在径向平面内旋转。第二端形成臂的自由端。主体还具有顶侧、底侧、第一侧和第二侧。当处于收缩位置时，第一侧面朝着壳体的中心纵向轴线，由此夹持工具面朝着壳体的中心纵向轴线。第二侧背对着纵向轴线。至少两条臂，优选地三条臂，耦合至驱动机构或单独的致动器。

臂可以相对于端板设置，并且能够围绕旋转轴线旋转，旋转轴线由转轴或突出的销定义。每条臂的旋转轴线可以位于距纵向轴线一定的径向距离处，优选地位于相等的径向距离处。径向平面可以位于距机器的接口一定的纵向距离处。由于紧凑和轻质的设计，此纵向距离被减少到最小，从而允许更高的举升能力。

夹持工具可以耦合至工具连接器，以安装多个工具，例如多个夹持工具或者夹持工具与其他工具的组合。优选地，工具连接器可以配置成使得可以同时安装至少两个工具，也可以同时安装三个、四个或更多个工具。该工具连接器可以设置在夹持工具的接口和机器的接口之间。该工具连接器可以形成为使得臂的径向平面可以设置成垂直于机器的接口。或者，臂的径向平面可以设置成与机器的接口成锐角，例如在30-60度之间。这允许多个夹持工具同时连接至机器上，其中可以同时操作或单独操作夹持工具。

根据一个实施例，第一侧具有在第一端和第二端之间延伸的曲线轮廓，或者具有由至少第一线段和第二线段定义的弯曲轮廓。

臂具有主体，其中至少在第一侧为面朝纵向轴线的凸面。该凸面可以由曲线轮廓或弯曲轮廓形成。第一侧在第一点具有第一切线，在第二点具有第二切线，其中第一切线和第二切线在交点处相交。此交点位于假想的圆内，当臂旋转至收缩位置时，该假想的圆由纵向轴线与旋转轴线之间的径向距离限定。相交的切线形成90-180度的钝角α。与EP2390068B1中的臂不同，EP2390068B1中的臂的主体弯曲远离中心纵向轴线，由此两个平面的切线之间的交点位于比臂的旋转轴线更大的径向距离处。

收缩位置定义为夹持工具具有最小夹持距离的位置。臂也可以旋转至伸展位置，夹持工具在伸展位置具有最大夹持距离。最小夹持距离和最大夹持距离共同定义了夹持工具的夹持范围。

臂的主体可具有整体曲线轮廓，其中第一侧和第二侧中的一个或二者都具有曲线表面轮廓。在示例中，臂可具有环形段状的主体。或者，第一侧可具有比第二侧更大的曲率。由此，臂可以具有细长的主体轮廓，减轻了重量。

该主体可具有整体弯曲轮廓，其中第一侧和第二侧中的一个或二者都具有弯曲表面轮廓。在示例中，第一侧和/或第二侧可以具有在弯曲线处相交的第一线段和第二线段。第一线段和第二线段可以是直线。可选地，在第一线段和第二线段之间可设置有中心线段。该中心线段可以是曲线。由此，臂可以具有细长的主体轮廓，减轻了重量。

或者，主体可具有曲线的或弯曲的第一侧和直的第二侧。由此，臂可以具有整体呈三角形、弧形或椭圆形的主体。这提供了具有更高结构强度的主体轮廓，并由此允许更大的夹紧力或夹持力。

臂和/或夹持元件可以由任何合适的材料制成，优选地为轻质材料，例如塑料材料，优选地为纤维增强材料或金属，例如铝或不锈钢。但是也可以使用其他材料。

根据一个实施例，臂上设置有至少第二夹持元件，其中第二夹持元件设置在臂的第一端和第二端之间的中间位置。

每条臂上的夹持元件的数量可以根据特定的应用和物体的尺寸来进行选择。在示例中，臂上可以设置有单个夹持元件。或者，臂上可以设置有两个、三个或更多个夹持元件。夹持元件可以相对于径向平面垂直地延伸，或者与径向平面成一定角度放置。

可选地，臂的自由端，例如第二端也可以用作夹持元件。在这个实施例中，臂上没有设置另外的夹持元件。或者，一个或多个另外的夹持元件可以设置在臂的中间位置。这种设计可能更适合于机器人单元搬运大型物体的应用。

臂上的夹持元件的局部位置可以适应于特定的应用和物体的尺寸。

第一夹持元件可以设置在臂上的最外部位置，例如第二端。这允许夹持工具夹持大型物体。

可选择地或额外地，一个或多个第二夹持元件可以设置在臂上的一个或多个中间位置。这允许夹持工具夹持小型物体或中等尺寸的物体。

在示例中，第一夹持元件可以设置在第二端，第二夹持元件可以设置在所选择的中间位置。在示例中，第一夹持元件和第二夹持元件均可设置在不同的中间位置。这允许夹持工具夹持不同尺寸和不同形状的物体。

在这里，中间位置定义为臂的第一端和第二端之间的任意位置。位于第二端的位置或最靠近第二端的位置定义为最外部位置。最靠近第一端的位置定义为最内部位置。

根据一个实施例，至少第一夹持元件是通过机械连接器可释放地连接至臂，机械连接器优选地为快速释放扣或夹紧元件。

夹持元件可以牢固地连接至臂，例如形成臂的整合部分。这允许夹持元件和臂制造成单个工件，但夹持元件不能重新定位。因此，臂的自由端可以选择性地被用作另一个夹持元件，或者可以使用具有不同长度和/或不同夹持元件的一套臂。

优选地，夹持元件可以可释放地连接至臂。该臂可包括一个、两个、三个或更多个用于夹持元件的安装位置。该夹持元件可包括第一连接部件，该臂可包括第二连接部件，其中第一连接部件和第二连接部件可以可释放地连接至彼此。由此，允许夹持元件在臂上重新定位和/或更换夹持元件。

在示例中，可释放连接可以是螺纹连接、卡扣连接、快速释放扣或弹簧加载的连接。也可以使用其他类型的可释放连接，例如用于向臂施加夹紧力的夹紧元件。这允许夹持元件被重新定位或更换而无需使用工具。这样的可释放连接是已知的，将不会详细描述。

在传统的夹持工具中，例如Onrobot公司的3FG15，通过使用工具调整臂相对于圆盘的位置，来重新定位夹持手指。

根据一个实施例，第一夹持元件具有沿纵向方向测量的第一高度，第二夹持元件具有沿纵向方向测量的第二高度，其中第一高度与第二高度相同或者不同。

夹持元件可以具有沿纵向方向从臂的顶面测量到夹持元件的自由端表面的高度。夹持元件还可以具有在径向方向的宽度，例如直径。可以根据特定的应用和要搬运的物体来选择夹持元件的尺寸和轮廓。

另外，夹持手指可以覆盖有柔软的材料、比夹持元件的其他部分具有更高的摩擦系数的材料或者具有粗糙表面或表面微结构的材料。或者，夹持元件可以由柔软的材料、具有高摩擦系数的材料或具有粗糙表面或表面微结构的材料制成。这些材料是本领域技术人员所熟知的，将不做进一步的详细描述。

如果臂配备有不止一个夹持元件，则第一夹持元件和第二夹持元件可以具有相同的高度。或者，第一夹持元件具有第一高度，第二夹持元件有第二高度。第一高度低于第二高度，或者反之亦然。

可选地，一套夹持元件可与夹持工具一起使用，其中各个夹持元件具有不同的高度和/或不同的轮廓。

根据一个实施例，处于收缩位置的臂相对于彼此放置，使得

-每条臂上的至少一个夹持元件彼此接触，和/或

-一条臂的第一侧至少部分地接触相邻臂的第一侧。

在本发明的特殊实施例中，臂可以设计成使得当臂旋转至收缩位置时，臂上选中的一组夹持元件彼此接触。可选择地或额外地，一条臂的第一侧可以部分地接触相邻臂的第二侧。

可选地，臂可以定位，使得相邻臂之间形成小的空隙，例如几毫米的空隙。

各个夹持元件之间的接触表面可以适于增加接触表面的面积，以减少夹持元件上的磨损。

根据一个实施例，至少第一夹持元件配置为在夹持工具的整个夹持范围内进行操作，同时保持每条臂相对于每个旋转轴线处于相同的径向位置。

与传统夹持工具不同，本发明的夹持工具可以在夹持工具的整个夹持范围内进行操作，而不需要调节臂的径向位置。此外，无需使用工具，就可以调节夹持手指的位置。

这可以通过在相应的臂上提供一个以上的夹持元件来实现，其中最内部的夹持元件可以旋转至最小夹持位置，最外部的夹持元件可以旋转至最大夹持位置。最小夹持位置和最大夹持位置共同定义了夹持工具的最大夹持范围或整个夹持范围。

这也可以通过借助快速释放连接来简单地调节夹持元件在臂上的位置来实现。由此允许夹持元件以快速简单的方式在臂上重新定位，而无需使用工具。

当夹持元件移动到与物体的外表面接触时，夹持工具可具有第一夹持范围。进一步地，当夹持元件移动到与物体的内表面接触时，夹持工具可具有第二夹持范围。

根据一个实施例，至少第一夹持元件形成从臂的顶侧突出的手指，或者至少第一夹持元件形成为沿着臂的顶侧延伸的细长夹持元件。

优选地，夹持元件可以形成为沿其纵向轴线具有预定的截面和预定的轮廓的夹持手指。夹持手指可具有任何合适的截面轮廓和/或纵向轮廓。在示例中，夹持手指可具有圆形、椭圆形、多边形、三角形、矩形或其他合适的截面。夹持元件沿其纵向轴线可具有恒定的轮廓，或者该轮廓可以沿着纵向轴线变化。这允许夹持手指具有适于对一种或多种预期的物体类型进行接触的主体。

夹持元件还可以形成为沿着臂从局部第一端延伸至局部第二端的细长夹持元件。此细长夹持元件可以部分地或完整地沿着臂的长度延伸。细长夹持元件还可以具有局部第一侧、局部第二侧和局部顶侧。这允许夹持元件有不同的设计。

细长夹持元件可具有从局部第一端到局部第二端逐渐降低的高度，或者反之亦然。由此，局部顶侧可以相对于臂的顶侧成一定的角度。或者，细长夹持元件可具有从局部第一端延伸至局部第二端的台阶状轮廓，或者反之亦然。由此，局部顶侧可形成多个台阶，每个台阶具有预定的高度和长度。可以根据特定的应用和要搬运的物体选择台阶状轮廓。

根据一个实施例，至少第一夹持元件可以选择性地设置在臂上多个单独的位置上和/或设置在臂上的细长定位元件内。

臂可以包括用于将夹持手指或细长元件相对于臂选择性地定位的多个位置。优选地，沿着臂的长度可分布有两个、三个、四个或更多个位置。在示例中，一个夹持手指可以牢牢地连接在一个位置上，例如在第二端，而一个或多个额外的夹持手指可以选择性地设置在一个或多个其他位置上。在示例中，一个或多个夹持手指全部可以选择性地设置在一个或多个位置上。在示例中，细长夹持元件可以延伸到多个位置，且选择性地在两个或多个位置上连接至臂。

夹持元件可以包括公连接件，臂可以包括母连接件，或者反之亦然。母连接件可以形成为空腔(非通孔)或通孔，例如具有内螺纹或第一卡扣元件。公连接件可以形成为突出元件，例如具有外螺纹或第二卡扣元件。第一卡扣元件可配置为与第二卡扣元件配合。这允许夹持元件快速简单地插入和移除。

臂还可以包括细长定位元件，其中夹持元件可以沿此定位元件选择性地设置在任何位置。定位元件可以是空腔(非通孔)或通孔。夹持元件可以通过摩擦力、按压配合、夹紧力、弹簧力或其他方式固定在选中的位置。这允许夹持元件沿臂的长度选择性地进行设置。

或者，定位元件可以包括套筒接合(box joint)，套筒接合包括多个槽，每个槽定义一个夹持元件的可选位置。夹持手指的公连接件可以包括收缩部分或平坦部分，使得夹持手指可以转动，并从一个槽推到另一个槽。然后夹持手指可以转回来，以在那个位置锁定夹持手指。如果细长夹持元件包括两个或多个公连接件，该公连接件可以从一组槽中取出，然后推入另一组槽中。

夹持工具可以配置为夹持不同尺寸和不同形状的物体。这些物体可具有圆形或椭圆形的截面或者多边形形状的截面。这些物体适于通过夹持手指接触物体的外表面来进行夹持。

夹持工具还可以配置为通过将夹持手指旋转至与物体的内表面相接触来夹持物体。这些物体可具有环形或圆形轮廓。这些物体还可以包括开放式空间，例如空腔或通孔，其中夹持手指接触该空间的内表面。

本发明的目的还通过一种系统来实现，该系统配置为在工序中搬运物体，该系统包括：

-机器，该机器配置为处理物体，

-该机器包括至少一个接口，该接口配置为耦合到至少一个如上文所述的夹持工具，

-该机器还包括用于向夹持工具提供动力的能源，以及控制器，该控制器配置为至少控制夹持工具的操作。

这提供了具有更好的夹持灵活性和更强的举升能力的系统。本发明的夹持工具能够夹持不同尺寸和不同形状的物体。

该机器包括匹配接口，匹配接口配置为耦合至上述夹持工具的接口。此接口还可以包括电连接元件和/或管道连接元件，以将夹持工具的驱动机构连接至机器中的能源，或者是连接至与机器耦合的能源。该能源可以配置为向夹持工具提供气动、液压或者电气动力。这允许夹持工具可以由机器或外部能源提供动力。

该机器还包括控制器，控制器配置为至少控制夹持工具的操作。该机器可以配备有合适的装置，以操作、加工和/或处理物体。这些装置的操作也可以由控制器进行控制。夹持工具可以将物体装载入机器，在加工期间固定物体，和/或将加工过的物体从机器上卸载。该机器可以是使用夹持工具的任何机器，其中对物体进行加工或者物体形成工序的一部分。

可选地，控制器可以通过接口电连接至夹持工具中的一个或多个传感器。该控制器可以使用这些传感器信号来控制夹持工具的轴向运动和/或夹持元件的激活。

根据一个实施例，该机器是具有至少一条机械臂的机器人单元，其中机械臂从底座端延伸至自由端，匹配接口位于机械臂的自由端。

机器人单元包括一条或多条机械臂，每条机械臂从底座端延伸至自由端。机械臂可以包括一个或多个关节，使得其能够在多个轴向移动。机器人单元还包括控制器，控制器配置为控制机器人以及附接至机械臂的夹持工具的操作。为机器人以及夹持工具提供动力的装置，例如电源、气动能源或液压能源，可以设置在机器人单元上或与机器人单元耦合。因此机器人工具可具有紧凑和轻质的结构。

控制器可以连接至用户界面，用户界面配置为使工人或人工智能(AI)能够编程和/或操作机器人单元。用户界面可以是位于机器人单元上的用户终端。用户界面也可以是远程终端或计算设备。机器人单元可以使用已知的技术或AI系统进行编程和操作。

机器或者机器人单元可以配备有一个或多个传感器，以感应工具的轴向运动。传感器可以是加速度计、陀螺仪或其他合适的传感器。这允许控制器根据来自这些传感器的信号监测机械臂的轴向运动，从而监测工具。

可选择地或额外地，夹持工具可以配备有一个或多个传感器，以探测夹持工具相对于物体的位置。传感器可以是视觉传感器、触觉传感器、超声波传感器、近距离传感器、力扭矩传感器或其他合适的传感器。这些传感器可以通过接口电连接至控制器。这允许控制器基于传感器信号相对于物体正确地定位夹持工具。控制器可以选择性地使用物体的二维或三维地图来正确地定位夹持工具。

控制器可以调节夹持工具的位置，使其与物体的重心对齐。控制器可以使用来自力扭矩传感器的信号来探测夹持工具和物体之间的任何偏差和/或任何超出安全阈值的负载。然后，控制器可以相应地重新定位夹持工具。或者，即使夹持工具没有对准，也可以夹持物体。然后本地控制器可以通过调整物体的方向来补偿此偏差。

本发明的目的还通过一种夹紧单元来实现，该夹紧单元配置为在工序中搬运物体，该夹紧单元配置为设置在表面上，该夹紧单元包括：

-如上文所述的夹持工具，

-本地控制器，本地控制器配置为控制夹持工具的操作，其中该控制器电连接至远程用户界面或本地用户界面中的至少一个，

-本地能源或配置为连接至外部能源的耦合元件中的至少一个，本地能源或外部能源配置为向夹紧单元提供动力。

这提供了具有更好的夹持灵活性和更强的举升能力的夹紧工具。本发明的夹持工具能够夹持不同尺寸和不同形状的物体。夹紧工具适于设置在不同表面上，以容易地放置夹紧工具。

夹紧工具具有设置在夹持工具内的本地控制器，例如在壳体内。本地控制器配置为控制夹持工具的操作，且本地控制器电连接至能源。本地控制器可以是微处理器、电路、可编程逻辑电路或其他合适的控制器。本地控制器还可以电连接至上文提到的夹持工具中的传感器，其中本地控制器使用这些传感器信号来控制夹持工具的操作。

夹紧工具还具有内部能源，例如电池或光伏电池，以驱动夹持工具及其电子元件。可选择地或额外地，夹紧工具可以包括耦合元件，以将夹紧工具连接至外部能源，例如电网。这允许夹紧工具配置为一个独立的单元。

根据一个实施例，夹紧单元还包括适配器元件，适配器元件具有底面，该底面适合于设置在表面上，适配器元件还具有顶面，顶面配置为耦合或整合至夹持工具的接口。

夹持工具的壳体，以及可选地夹持工具的第一端，可以由重的材料制成，例如铸铁或钢，或者具有更大的壁厚。由此，形成接口的第一端可以适合于简单地放置在特定表面上，例如桌子的特定表面上。

第一端也可以做成支架，支架配置为通过紧固件安装到表面上，或者可以使用夹具将支架固定至表面。第一端可以选择性地包括吸盘、高摩擦垫、磁铁和/或钉子。这允许将夹持工具放置在低摩擦表面、倾斜表面或者甚至垂直表面。

夹持工具还可以包括适配器元件，适配器元件配置为附接至夹持工具的第一端，或者适配器元件可以整合至第一端。适配器元件可具有底侧，底侧适合于与表面发生接触。适配器元件还具有顶侧，顶侧适合于附接至夹持工具，或者适合于形成夹持工具的壳体的第一端。

底侧和顶侧可以平行设置或者成角度地设置，使得夹持工具相对于表面倾斜。适配器元件可以包括可调节机构，使得顶侧可以围绕一个或多个倾斜轴线发生倾斜。这允许将物体放置在处理物体的最佳位置。

夹紧工具还包括用户界面，用户界面配置为使工人能够操作夹持工具。用户界面可以是用户终端、图形用户界面、按钮或其他合适的用户界面。可选择地或额外地，夹紧工具可以包括无线收发器，例如天线，无线收发器适于与远程设备进行无线通信，远程设备例如用户终端或计算设备。计算设备可以是平板电脑、智能手机、笔记本电脑、PDA、平板手机或其他合适的计算设备。计算程序或应用可以配置为在计算设备上运行，因此可以通过合适的控制信号与本地控制器进行通信。这允许工人操作夹持工具，优选地以一种直观的方式操作夹持工具。

本发明的目的还通过在工序中使用如上文所述的具有夹持工具的系统或夹紧单元来搬运物体的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-将夹持工具移动到相对于所选的物体的位置，或将物体移动到相对于夹持工具的位置，

-激活夹持工具，使夹持手指在径向平面内旋转至与所选的物体相接触，

-在物体上执行工序，或者执行包括物体的工序，

-进一步激活夹持工具，使夹持手指在径向平面内旋转至与所选的物体脱离接触。

这提供了一种操作物体的方法，其中夹持工具能够夹持不同尺寸和不同形状的物体。这提高了夹持工具的灵活性，因为不需要工具来使夹持手指适应于具体的物体。相较于传统夹持工具，这还提高了夹持能力，因为臂的径向平面与机器的接口之间的距离减小到了最小值，由此减小了弯矩。

可以将物体单独地或分组进给到相对于机器的装载位置。然后夹持工具可以移动到相对于所选的物体的位置。通过驱动机构，可以使夹持元件旋转至开放位置，例如在定位夹持工具之前或期间。夹持工具可以朝着物体进一步移动，且夹持元件可以移动至与物体相接触，以施加夹持力。

然后可以将物体举升离开它的位置，并由机器操作到新的位置和/或方向。夹持工具可以朝着卸载位置进一步移动。然后，夹持元件可以移动至与物体脱离接触，且夹持工具可以移动远离物体。可选地，夹持工具可以移动回到装载位置，以拾取新的物体。

相反，可以将物体移动到相对于夹持工具的位置。可以在定位物体之前将夹持元件旋转至开放位置。随后夹持元件可以旋转至与物体接触。然后，在物体被夹紧工具固定就位时，物体可以经历合适的工序。随后，可以将夹持元件旋转至与物体脱离接触，且可以将处理过的物体从夹持工具上移除。

附图说明

本发明仅通过举例并参考附图来描述，其中：

图1示出了具有夹持工具的机器人单元的示范性实施例，

图2示出了带有物体的图1的机器人单元，

图3示出了带有物体的机器人单元的侧视图，

图4a-b示出了具有夹持手指的臂的第一实施例，夹持手指处于收缩位置和处于伸展位置，

图5a-b示出了具有夹持手指的臂的第二实施例，夹持手指处于收缩位置和处于伸展位置，

图6示出了臂具有两个放置夹持手指的位置，

图7示出了具有三角形主体的臂的第二实施例，

图8示出了具有曲线主体的臂的第三实施例，

图9示出了具有多个放置夹持手指的位置的臂的第四实施例，

图10示出了具有第一夹持手指和第二夹持手指的臂，第二夹持手指比第一夹持手指短，

图11示出了具有第一夹持手指和第二夹持手指的臂，第二夹持手指比第一夹持手指长，

图12a-f示出了夹持手指的六个可替代的实施例，

图13示出了具有夹持手指的另一实施例的臂，

图14a-b示出了设置在臂上的细长夹持元件的第一实施例，

图15a-b示出了设置在臂上的细长夹持元件的第二实施例，

图16示出了具有细长定位元件的臂的第五实施例，

图17示出了细长定位元件的另一实施例，

图18示出了夹紧工具，夹紧工具具有夹持着物体的夹持工具，以及

图19示出了用于安装多个工具的工具连接器。

在下文中，将对这些附图进行逐一描述，图中看到的不同部件和位置将在不同附图中用同一数字进行编号。在具体的附图中，并非所有的部件和位置都必然与该附图一起讨论。

标号列表

1、机器人单元

2、夹持工具

3、机械臂

4、底座

5、本地控制器

6、物体

7、壳体

8、第一接口

9、第二接口

10、传动机构

11、臂

12、夹持手指

12a、第一夹持手指

12b、第二夹持手指

13、第二端

14、主体

15、第一端

16、第二端

17、第一侧

18、第二侧

19、转轴

20、最外部位置

21、中间位置

22、交点

23、底侧

24、顶侧

25、夹持手指

26、可释放的连接部

27、臂

28、细长夹持元件

29、局部顶侧

30、局部第二端

31、局部第一端

32、臂

33、细长定位元件

34、槽

35、夹紧单元

36、表面

37、适配器元件

38、工具连接器

具体实施方式

图1示出了具有夹持工具2的机器人单元1的示范性实施例，夹持工具2安装至机器人单元1的机械臂3。这里机械臂3从底座4延伸到自由端，自由端上设有接口9。机器人单元1还包括本地控制器5，本地控制器5配置为控制机械臂3和夹持工具2的操作。

图2和图3示出了用夹持工具2夹持住物体6的机器人单元1。该夹持工具2包括壳体7，壳体7具有第一端和相对的第二端。第一端形成第一接口8，第一接口8配置为安装至机械臂3的匹配的第二接口9。壳体7内设置有传动机构10，传动机构10通过单独的转轴(未示出)连接至多条臂11。传动机构10还配置为通过第一接口8和第二接口9接收电力。

如图3所示，臂11形成径向平面，在径向平面中，每条臂绕着由其转轴定义的旋转轴线旋转。该径向平面垂直于夹持工具2的纵向轴线，该纵向轴线延伸穿过第一端和第二端(如图4a所示)。该径向平面设置在距离由第一接口8和第二接口9定义的另一个径向平面的最小距离处。

图4a-b示出了臂11的第一实施例，每条臂11配备有夹持手指12，夹持手指12设置在臂11的中间位置。图4a示出了臂11和夹持手指12旋转到伸展位置，而图4b示出了臂11和夹持手指12旋转到收缩位置。

臂11和夹持手指12相对于径向平面内壳体7的第二端13旋转。在图4a中，夹持手指12旋转至伸展位置，该伸展位置表示局部最大夹持位置。在图4b中，夹持手指12旋转至收缩位置，夹持手指12在该收缩位置相互接触。此位置表示夹持工具2的最小夹持位置。

图5a-b示出了臂11的第二实施例，每条臂11配备有夹持手指12’，夹持手指12’设置在臂11的最外部位置。图5a示出了臂11和夹持手指12’旋转到伸展位置，而图5b示出了臂11和夹持手指12’旋转到收缩位置。

臂11和夹持手指12’相对于径向平面内壳体7的第二端13旋转。在图5a中，夹持手指12’旋转至伸展位置，该伸展位置表示夹持工具2的最大夹持位置。在图5b中，夹持手指12’旋转至收缩位置，在该收缩位置，臂11部分地彼此平行。此位置表示局部最小夹持位置。

图6示出了臂11的第一实施例，其中臂11具有在径向平面内延伸的主体14。这里臂11具有弯曲轮廓。该主体14从第一端15延伸至第二端16，且该主体14具有第一侧17和第二侧18。该第一端15连接至转轴19，转轴19定义了臂11的旋转轴线。

臂11具有第一位置或最外部位置20，用于夹持手指12的放置，如图5a-b所示。臂12还具有第二位置或中间位置21，用于夹持手指12的另一种放置，如图4a-b所示。

第一线段和第二线段形成第一侧17，第一线段和第二线段在交点22处彼此相交。这里，交点22由第一侧17的弯曲线形成。两条线段形成钝角α。交点22位于一个假想的圆内，该圆的半径从中心纵向轴线A延伸至臂11的旋转轴线B，如图5a所示。

图7示出了具有三角形主体14’的臂11’的第二实施例。第一侧17也是由在弯曲线上成钝角a的两条线段形成的。第二侧18’是由在第一端15’和第二端16’之间延伸的直线形成的。

图8示出了具有曲线主体14”的臂11”的第三实施例。这里，第一侧17’具有从第一端15”延伸至第二端16”的曲线表面轮廓。第二侧18”也具有从第一端15”延伸至第二端16”的曲线表面轮廓。第一侧17’在第一位置具有第一切线，在第二位置具有第二切线，其中两条切线在交点22处相交。这两条切线形成钝角α。

第一位置优选地位于第一端15”或靠近第一端15”。第二位置优选地位于第二端16”或靠近第二端16”。

图9示出了具有多个放置夹持手指12的位置的臂11’”的第四实施例。这里，示出的是三个位置，但臂11’”可以包括额外的位置。

最外部位置位于第二端16，而最内部位置靠近第一端15，例如在弯曲处。

图10示出了具有第一夹持手指12a的臂11，第一夹持手指12a设置在第二端16。中间位置21处还设置有第二夹持手指12b。臂11具有在底侧23和顶侧24之间测量的厚度。第一夹持手指12a具有从顶侧24测量到第一夹持手指12a的端面的第一高度。第二夹持手指12b具有从顶侧24测量到第二夹持手指12b的端面的第二高度。这里，第一高度大于第二高度。

图11示出了具有另一个第一夹持手指12a’的臂11，第一夹持手指12a’设置在第二端16。中间位置21处还设置有另一个第二夹持手指12b’。第一夹持手指12a’具有从顶侧24测量到第一夹持手指12a’的端面的第一高度。第二夹持手指12b’具有从顶侧24测量到第二夹持手指12b’的端面的第二高度。这里，第二高度大于第一高度。

图12a-f示出了夹持手指25的六个可替代的实施例。这里，夹持手指25是单独的手指，其配置为通过可释放的连接部26安装到臂11的可选位置20、21、21’。这里，可释放的连接部26为快速释放扣。

在示例中，第一夹持手指12a可以牢固地连接至臂11，而第二夹持手指12b可以是可释放地连接至臂11，或者反过来。或者，第一夹持手指12a和第二夹持手指12b均可以是可释放地连接至臂11或牢固地连接至臂11。

在图12a中，夹持手指12、25具有圆形截面轮廓。在图12b中，夹持手指12、25具有圆形的截面轮廓，该圆形的截面轮廓具有平的子表面，用于在旋转到收缩位置时与相邻的夹持手指12、25接触。在图12c中，夹持手指12、25具有突出的部分，而不是平的子表面。这里，突出的部分形状为三角形，但也可以使用其他形状。

在图12c中，夹持手指12、25具有方形或矩形的截面轮廓。在图12d中，夹持手指12、25具有三角形的截面轮廓。最后，在图12e中，夹持手指12、25具有多边形的截面轮廓。

尽管图12a-e中的夹持手指12、25沿着高度具有恒定不变的轮廓，但是夹持手指12、25的轮廓也可以沿着高度变化。在示例中，夹持手指12、25沿高度方向可以具有锥形或逐渐变小的轮廓。

图13示出了具有夹持手指12’的另一实施例的臂11，其中，与图4a-5b中所示的截面轮廓相比，夹持手指12’具有更大的截面轮廓。这里，夹持手指12’的直径大于臂11的厚度。

图14a-b示出了设置在臂27上的细长夹持元件28的第一实施例。这里，细长夹持元件28与臂27是一体的，以形成单个工件，但细长夹持元件28也可以如上文所述可释放地连接至臂27。

细长夹持元件28沿着臂27的顶侧24从局部第一端31延伸至局部第二端30。细长夹持元件28具有从顶侧24测量到局部顶侧29的高度。这里，细长夹持元件28具有从局部第二端30到局部第一端31逐渐变低的台阶状轮廓。

图15a-b示出了设置在臂27上的细长夹持元件28’的第二实施例。这里，细长夹持元件28’具有从局部第一端31到局部第二端30逐渐变低的台阶状轮廓。

图16示出了具有细长定位元件33的臂32的第五实施例。这里，细长定位元件形成为细长的通孔。

夹持手指12、25或夹持元件28可以沿细长定位元件33的长度选择性地设置在任何位置。这里，通过摩擦力、按压配合或夹具将夹持手指12、25或夹持元件28固定在选定的位置。

图17示出了臂32’上的细长定位元件33’的另一实施例。这里细长定位元件33’包括多个槽，每个槽定义了用于夹持手指12、25或夹持元件28的一个可选位置。这里，夹持手指12、25或夹持元件28通过套筒接合固定就位。

图18示出了用夹持工具2’夹持住物体6的夹紧单元35，其中夹紧单元35设置在表面36上。夹紧单元35包括适配器元件37，适配器元件37配置为放置在表面36上，且耦合至夹持工具2’的第一端。

夹紧单元35具有为夹持工具2’提供动力的内部能源和用户界面(未示出)。该用户界面电连接至设置在夹紧单元35内的本地控制器。本地控制器控制夹持工具的操作。

图19示出了用于安装多个工具的工具连接器38，多个工具优选地为多个夹持工具2。工具连接器38配置为安装至机器，优选地，安装至机器人单元1的机械臂3。

Claims (14)

1.一种在工序中搬运物体(6)的夹持工具(2)，所述夹持工具(2)包括：

-定义夹持工具(1)的纵向轴线(A)的壳体(7)，

-设置在壳体内的驱动机构，

-设置在壳体(7)一端的接口(8)，所述接口(8)配置为耦合至机器的匹配接口(9)或者设置在表面上，

-设置在壳体(7)的另一端的多条臂(11)，每条臂(11)包括至少第一夹持元件(12a)，第一夹持元件(12a)配置为接触物体(6)，每条臂(11)配置为在激活时围绕旋转轴线(B)旋转，每条臂(11)在径向平面内具有从第一端(15)延伸至第二端(16)的主体(14)，所述径向平面垂直于纵向轴线(A)，其中驱动机构配置为在径向平面中使至少第一夹持元件(12a)旋转至与物体(6)相接触和脱离接触，所述主体(14)具有面朝纵向轴线的第一侧(17)，还有背对着纵向轴线的相对的第二侧(18)，

-其中主体(14)的第一侧(17)在第一位置具有第一切线，在第二位置具有第二切线，其特征在于，第一切线与第二切线相交于交点(22)，所述交点(22)位于一个假想的圆内，当臂(11)处于收缩位置时，所述圆的半径从纵向轴线(A)延伸至臂(11)的旋转轴线(B)。

2.根据权利要求1所述的夹持工具，其特征在于，第一侧(17’)具有在第一端(15)和第二端(16)之间延伸的曲线轮廓，或者具有由至少第一线段和第二线段定义的弯曲轮廓。

3.根据权利要求1或2所述的夹持工具，其特征在于，臂(11)上设置有至少第二夹持元件(12b)，其中第二夹持元件(12b)设置在臂(11)的第一端(15)和第二端(16)之间的中间位置(21)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的夹持工具，其特征在于，至少第一夹持元件(12a)是通过机械连接器可释放地连接至臂(11)，机械连接器优选地为快速释放扣或夹紧元件。

5.根据权利要求3或4所述的夹持工具，其特征在于，第一夹持元件(12a)具有沿纵向方向测量的第一高度，第二夹持元件具有沿纵向方向测量的第二高度，其中第一高度与第二高度相同或者不同。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的夹持工具，其特征在于，处于收缩位置的臂(11)相对于彼此放置，使得

-每条臂上的至少一个夹持元件(12a、12n)彼此接触，和/或

-一条臂(11)的第一侧(17)至少部分地接触相邻臂(11)的第一侧(17)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的夹持工具，其特征在于，至少第一夹持元件(12a)配置为在夹持工具(2)的整个夹持范围内进行操作，同时保持每条臂(11)相对于每个旋转轴线(B)处于相同的径向位置。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的夹持工具，其特征在于，至少第一夹持元件(12a)形成为手指或者细长夹持元件(28)，所述手指或者细长夹持元件(28)从臂(27)的顶侧(24)向外延伸。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的夹持工具，其特征在于，至少第一夹持元件(12a)可以选择性地设置在臂(11)上多个单独的位置(20、21、21’)上和/或设置在臂(11)上的细长定位元件(33)内。

10.一种系统，其配置为在工序中搬运物体(6)，包括：

-机器，所述机器配置为处理物体(6)，

-所述机器包括至少一个接口(9)，所述接口(9)配置为耦合到至少一个工具，所述至少一个工具为根据权利要求1-9中任一项所述的夹持工具(2)，

-所述机器还包括用于向夹持工具(2)提供动力的能源，以及控制器，所述控制器配置为至少控制夹持工具(2)的操作。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述机器为具有至少一条机械臂(3)的机器人单元(1)，其中所述机械臂(3)从底座端延伸至自由端，匹配接口(9)位于机械臂(3)的自由端。

12.一种夹紧单元(35)，其配置为在工序中搬运物体(6)，所述夹紧单元(35)配置为设置在表面(36)上，所述夹紧单元(35)包括：

-根据权利要求1-9中任一项所述的夹持工具(2)，

-本地控制器，所述本地控制器配置为控制夹持工具(2)的操作，其中所述本地控制器电连接至远程用户界面或本地用户界面中的至少一个，

-本地能源或配置为连接至外部能源的耦合元件中的至少一个，本地能源或外部能源配置为向所述夹紧单元(35)提供动力。

13.根据权利要求12所述的夹紧单元，其特征在于，夹紧单元(35)还包括适配器元件(37)，适配器元件(37)具有底面，所述底面适合于设置在表面上，适配器元件(37)还具有顶面，所述顶面配置为耦合或整合至夹持工具(2)的接口(8)。

14.一种在工序中使用根据权利要求10或11所述的系统或根据权利要求12或13所述的夹紧单元(35)来搬运物体(6)的方法，所述方法包括以下步骤：

-将夹持工具(2)移动到相对于所选的物体(6)的位置，或将物体(6)移动到相对于夹持工具(2)的位置，

-激活夹持工具(2)，使夹持手指(12)在径向平面内旋转至与所选的物体(6)相接触，

-在物体(6)上执行工序，或者执行包括物体(6)的工序，

-进一步激活夹持工具(2)，使夹持手指(12)在径向平面内旋转至与所选的物体(6)脱离接触。

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