钳口保护件的制作方法

本发明涉及一种抓取装置，其特别是被设计为用于工业机器人的执行器，并且配设有机械的保护件，本发明还涉及一种具有这种抓取装置的机器人系统。

背景技术：

工业机器人是可编程的机器，其被设计用于自动地操纵或加工对象或者说工件。一种典型的代表是所谓的关节机器人，其拥有多个节肢，这些节肢通过关节彼此连接。在最简单的形式中，这种机器人具有支架，在支架上可转动地设有所谓的转盘。在转盘上，通过另一转动关节连接机器人的第一臂，该第一臂也被称为摇臂。在该摇臂上通过另一转动关节设有另一臂，该另一臂在其自由端部上配设有用于工具的收纳部。该工具也被称为执行器。根据工业机器人的使用目的，可以配设不同的工具，从而使得工业机器人能够拥有各种各样的使用领域，例如操纵和运输对象和工件，加工工件，测量作业等。已知的有多种用于操纵对象或者说工件的机器人抓取工具。

例如由专利文献EP1943064B1已知一种机器人抓取机构，其被配置为机器人臂的执行器，或者可以被安装在线性驱动器或旋转驱动器的端部区域上。该已知的抓取机构包括至少一个框架和一设置在框架上的执行元件，该执行元件具有两个钳口或者说夹爪，该钳口或者说夹爪可以通过关节单元来操纵。该执行元件被设计为风箱式的，并且可以填充介质，由此使其膨胀并通过合适的力传递元件作用在夹爪上，以使夹爪彼此相对运动，从而能够抓取对象。在此，抓取机构本身不具有保护装置，这种保护装置能够例如防止与相应的机器人一起工作的人员被抓取机构伤害，特别是防止被挤伤。即，在该已知的抓取机构的夹爪的打开状态下，对象或者人的身体部位可能会无意地进入到两个夹爪之间的空间中。如果此时对执行机构进行操作，夹爪可能会在其运动过程中造成严重的伤害。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提出一种抓取装置，其特别是可以用作工业机器人的执行器，并且该抓取装置被设计得更安全，并且特别是能够最大程度地、安全地防止由于抓取过程而导致的对人的伤害。本发明的这一目的通过一种根据权利要求1所述的抓取装置来实现。此外，本发明的目的还在于提出一种机器人系统，该机器人系统配设有该抓取装置并且能够特别安全地运行。本发明的这一目的通过一种根据权利要求13所述的机器人系统来实现。

根据本发明的抓取装置特别是可以用作机器人的工具或者说执行机构，其具有至少两个夹爪，它们被设置为可相对于彼此移动的，以抓取工件。为了使夹爪运动，可以设置执行器或者说驱动装置，例如特别是电动、液压或气动驱动的驱动装置。根据本发明，至少一个夹爪具有保护元件，该保护元件可移动地安装在夹爪上，并且可以在保护位置和释放位置之间运动。该保护元件被设计为，其在保护位置下至少局部地占据两个夹爪之间的空间，以防止对象或身体部位无意地进入到该被占据的空间中。优选保护元件在没有外部能源供应的情况下例如需要通过调节机构来工作。在本文中，优选保护元件借助于弹簧元件在保护位置上被预紧。通过该方式使得抓取装置朝向安全的一侧放置，并且保护元件在没有易出错的控制装置的情况下也始终处于能够保护人员的正确位置上。

根据本发明的保护装置特别优选使用具有两对或多对关联功能面的夹爪。这样的夹爪允许对两个不同形状的工件进行功能正确的抓取。例如，第一对功能面可以被构造为用于抓取圆形的对象，而第二对功能面被构造为用于抓取具有方形结构的对象。当然，这样的抓取装置在应用中总是仅使用一对功能面，例如具有用于接收圆形构件的轮廓的功能面对。但是由于在同一夹爪上设有两对功能面，因此在操作夹爪的过程中，被设计用于处理其他对象(例如前述的方形构件)的功能面也总是随同一起运动。可以这样说：在未被使用的功能面的区域中出现了夹爪的“空运动”，这在实践中关系到一种特别的风险，因为位于该未被使用的功能面之间的空间没有被占据，并且可能会使例如身体部位无意地进入到这里。因此，本发明能够使这种具有至少两对关联功能面的夹爪安全运行。

优选将安全元件设计为，其能够通过将待抓取的工件沿预设的方向引入到两个夹爪之间而运动离开保护位置。相反地，当工件或者也可以是身体部位从该预设方向之外的其他方向被引入到两个夹爪之间时，保护元件闭锁并阻止向由保护元件所占据空间的引入。在一种优选的设计方案中，保护元件例如被设计为，在夹爪上可围绕枢转轴线枢转，并且该枢转轴线垂直于夹爪的相对运动方向。保护元件从保护位置到释放位置的运动仅可能发生在下述情况下：保护元件围绕预设的枢转轴线转动。为此必须要有基本上垂直于枢转轴线的力作用在保护元件上。换句话说，只有当对象或者身体部位沿着垂直于枢转轴线的方向作用在保护元件上时，保护元件才能够运动到释放位置，对象或者身体部位才能被进入到保护元件所占据的空间中。由此使得对象或身体部位不再能无意地平行于或倾斜于枢转轴线进入。

优选将保护元件设计为，只有当有垂直于枢转轴线并垂直于夹爪的相对运动方向的力作用在保护元件上时，保护元件才能够运动离开保护位置。本领域技术人员需要清楚的是，“垂直于枢转轴线并垂直于夹爪的相对运动方向”的表述在这里应被理解为不是严格数学意义的，而是也允许相对于垂直方向有所偏差，只要有足够大的力分量垂直进入即可。

优选根据本发明的抓取装置具有恰好两个夹爪，并且优选这两个夹爪中的每一个均具有相应的保护元件。即，优选将这两个夹爪设计为彼此对称的，至少关于保护元件是彼此对称的。

在另一种优选的实施方式中，夹爪配设有切割或挤压工具，以便夹爪不仅能够抓取工具，而且还能够切割或挤压工件。在本文中，抓取过程在最宽泛的概念下也被理解为切割过程或挤压过程，因为切割过程或挤压过程也总是包括对所加工工件的抓取。

本发明还涉及一种机器人系统，其包括至少一个机器人臂，该机器人臂如前所述地或者如同下面根据附图所说明的那样配设有抓取装置。在此，为了操作该抓取装置，优选机器人或者说机器人系统包括至少一个执行机构，例如特别是电动、液压或气动驱动的执行机构。

附图说明

下面参照附图对本发明进行详细说明。其中：

图1以三维示意图示出了根据本发明的抓取装置；

图2以侧视图示出了根据图1的抓取装置；

图3以截面图示出了在图2中示出的抓取机构；

图4以分解视图示出了根据图1的抓取机构；以及

图5以局部为截面的三维视图示出了被固定在机器人臂的执行机构上的、根据图1的抓取装置。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的抓取装置1的示意性三维视图。该抓取装置1包括两个夹爪10和20，二者被设置为可彼此相对移动的，以抓取工件。这两个夹爪具有基本上对称的结构，并且二者均具有相应的保护元件30或40。该保护元件通过螺栓13和23可转动地安装在夹爪上。正如本领域技术人员从附图中所看到的那样，枢转轴线与螺栓13和23的纵向方向一致，并因此垂直于夹爪10和20的相对运动方向，在此，夹爪10和20优选相对于彼此进行基本为直线的位移运动。

所示出的抓取装置1具有两对关联功能面，以便能够对两个不同形状的工件进行功能正确的抓取。第一对功能面由功能面14和24的凹形轮廓构成。功能面14和24构成一个关联对，其特别是被设计用于抓取具有圆形外轮廓的工件，例如管或软管。第二对由功能面15和24构成。两个功能面15和25是平坦的且彼此平行的，并被设计用于抓取具有平坦和平行的外壁的对象或主体。

特别是正如在图2中能够良好看到的那样，在两个夹爪10和20之间存在自由空间2，该自由空间被两个保护元件30、40局部地占据，以防止对象或身体部位无意地进入到该被占据空间中。特别是不能使对象或身体部位进入到两个功能面14和24之间。保护元件30、40在其保护位置上被示出。如果没有这两个保护元件，例如可能会发生如下的情形：在利用第二对功能面15、25抓取对象时，有其他的对象或身体部位进入到第一对功能面14、24之间的空间中，并在该处被相互更靠近的功能面14、24损坏或者说伤害。但是很明显，本发明并不限于具有两对功能面的实施方式，而是可以将其有利的作用方式进一步发展，例如，不设置第二对功能面15、25并且夹爪10、20可以说终止于螺栓13和23的高度上。

此外如图2所示，保护元件30、40是不接触的。其原因在于：由此能够有利地通过待抓取/待挤压的工件，实现/允许保护元件30、40更简单地从保护位置运动到释放位置。但是同样可以考虑以下的这种实施方式：其中，保护元件30、40至少局部地碰触，从而能够(在保护位置)使保护元件30、40之间的间隙保持尽可能地小或者说避免出现。

在图1至图3中示出了处于保护位置中的两个保护元件30、40，在该保护位置中，保护元件局部地占据两个夹爪之间的空间，亦即在一定程度上防止了对象或者身体部位无意地进入到该被占据的空间中。在所示出的实施方式中，保护元件在所有三个维度上均填满了占据的空间。但是也可以考虑保护元件仅由例如薄的保护盘组成，其中，例如可以在每个夹爪上设置两个保护元件，用于防止对象无意地从前方或后方进入到自由空间2中(在此，前方是指如在图1中示出的设置中，在图1中可见的一侧应当是“前方”)。最后，保护元件的空间设计方案取决于夹爪的大小和构造，并且可以相应地由本领域技术人员进行选择。

保护元件30和40被可移动地安装在其各自的夹爪上，从而使得保护元件可以从所示出的保护位置运动至释放位置，在该释放位置上，抓取装置1可以借助于第一对功能面14、24抓取对象。现在参见图3的截面视图，本领域技术人员可以看到，保护元件40是如何借助于弹簧27在保护位置上被预紧的。保护元件30以类似的方式利用弹簧17被预紧。保护元件上的止挡部41或31阻止保护元件被它们的弹簧进一步相互转动。此外在图3中还可以看到，夹爪20配设有插入部26，该插入部进入到夹爪10的相应的收纳部16中，以便引导两个夹爪彼此的相对运动。该相对运动在图2中通过双向箭头示出。为了使保护元件从其保护位置运动或转动至其释放位置，必须有力垂直于螺栓13、23的转动轴线作用在保护元件上。保护元件40随后可以如图3中的箭头所示地沿着顺时针方向从保护位置运动至释放位置。为此目的，夹爪20具有相应形状的中空空间28，用于收纳保护元件。保护元件在释放位置上基本上被完全收纳在该中空空间中。保护元件30沿与顺时针相反的方向围绕螺栓23的转动轴线转动至夹爪10中的相应的中空空间18中。正如本领域技术人员所看到的那样，通过使待抓取的工件沿着预设的方向进入到两个夹爪之间，可以有利地产生垂直于转动轴线的相应力分量。例如，当抓取装置1应当抓取一管件时，该管件必须基本上平行于保护元件的转动轴线定向。当该管件被引导至两个夹爪之间时，该管件的表面将与两个保护元件发生接触，并且两个保护元件相对于弹簧17、27的力反向地转动至相应的释放位置。也就是说，不需要单独地通过相应的调节工具来使保护元件运动，而是可以从原本就存在的抓取机构的运动能量中获取用于使保护元件运动的能量或者说力。

正如在图1中可清楚看到的那样，保护元件的枢转轴线或转动轴线垂直于夹爪的相对运动方向。因此在所示出的优选的实施方式中，为了使保护元件运动至释放位置，工件需要既垂直于枢转轴线、也垂直于夹爪的相对运动方向地被引入。当一对象或身体部位例如从如图2和图3所示示意图中的“上方”出现在保护元件30、40上时，该保护元件将不会运动至释放位置，而是从该方向可靠地封闭对象或身体部位向该被占据空间的“无意”进入。本领域技术人员根据该实施方式的设计方案可以认识到：在此不是强制性地必须使工件按照严格的数学意义垂直于枢转轴线并垂直于相对运动方向被引入，而是使工件近似于按照数学意义上的垂直被引入，以便能够有足够大的垂直分力作用在保护元件上。

在图4中示出了抓取装置1的示意性分解视图。夹爪10、20受结构限制地包括多个能够借助于螺丝19彼此螺接的元件。此外，从该分解视图中还可以了解到抓取装置1是如何被装配的。

图5是局部为截面的三维视图，并且示出了抓取装置1被如何固定在执行机构60上，该执行机构又是如何安装在机器人臂70的端部上。机器人臂70仅通过虚线示出，并且例如可以是关节机器人的一部分。执行机构60具有壳体61，在该壳体中存在有电机62，用于使两个夹爪能够沿在图2中通过双向箭头示出的方向进行相对运动。附图标记63表示电机62的电机控制箱。

附图标记列表

1 抓取装置

2 自由空间

10，20 夹爪

13，23 螺栓

14，24 功能面对

15，25 第二对功能面

16 用于插入部的收纳部

17，27 弹簧

18，28 中空空间

19 螺丝

30，40 保护元件

31，41 止挡部

60 执行机构

61 壳体

62 电机

63 电机控制箱

70 机器人臂。