供给机械紧固件的供给机构的制作方法

本发明涉及一种用于供给如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件的供给机构。

背景技术：

在很多工业制造过程中，如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件被用于使两个或更多物体连接或附接在一起。这些机械紧固件通常由机器或机器人自动安装，它们可以比人更快且更高精度地安装机械紧固件。对于这样的自动化系统，有必要将机械紧固件更快且更可靠地供给到实际安装机构。这可以用手或借助夹住紧固件的供应匣来完成，然而在大多数情况下，优选使用合适的供给机构。这样的供给机构供给紧固件以使其被直接安装到安装机构、或是供给到抓取设备，抓取设备从供给机构拾取紧固件并将其移动到另一位置以进一步加工或安装。

这样的供给机构具有多个目的。首先，它们必须以紧固件没有在任何方面被损坏的方式运输和供给紧固件。特别是在高速应用中存在紧固件损坏的问题，在高速应用中每次必须安装大量紧固件且通过供给器高速运输。而且，在某些应用中，如在飞机制造中，即使由于处理紧固件而造成紧固件的微小缺陷都可能导致严重的后果，如不良的空气动力性和稳定性。

第二个问题涉及机械紧固件的对准。在使用例如机器人的自动安装应用中，机械紧固件必须以限定的方式(这意味着沿限定的方位)供给到或者安装机构或者抓取设备。而且，紧固件从供给机构转移到安装机构或抓取设备必须可靠，且倾斜或未对准的紧固件的比例必须尽可能低。

从现有技术文献de202008014886u1中已知一种用于安装机械紧固件(特别是铆钉)的机器人执行器(roboteffector)。机械紧固件从外部供应设备经由软管或另一运输装置(特别是借助增压空气)被供给到机器人执行器。多类机械紧固件可以被储存在供应设备中并且可以被选择性地供给到机器人执行器。

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种改进的用于供给机械紧固件(如铆钉、螺钉、螺栓等)的供给机构，其能够高速高频地供给机械紧固件，同时减少或避免损坏紧固件并提供紧固件的可靠且精确的供给。

这些和其它目的在阅读以下说明时变得清楚，它们是通过根据权利要求1所述的供给机构、根据权利要求13所述的机器人执行器和根据权利要求15所述的机器人来解决。有利实施例被包含在从属权利要求中。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种用于供给如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件的供给机构，其包括：运输装置，用以运输机械紧固件，优选地通过增压空气；以及停止与对准单元，用于设置在运输装置的下游的机械紧固件。停止与对准单元包括挡板，挡板被构造为至少具有第一位置和第二位置，其中，通过运输装置供应的紧固件在第一位置减速，被供应的紧固件在第二位置穿过挡板。停止与对准单元还包括至少一个对准颚(aligningjaw)，其设置在挡板的下游且构造为至少具有第一位置和第二位置，其中，在第一位置对准颚对准被供应的紧固件，从而使其可以通过抓取设备拾取，而在第二位置对准颚释放被供应的紧固件。

使用发明的供给机构的运输装置，机械紧固件可以被高速高频地供给。通过用挡板使机械紧固件减速，停止与对准单元减少或避免损坏机械紧固件。因此，在挡板的第一位置中，紧固件撞击挡板且被减速。如果挡板转换到第二位置，则紧固件可以例如被重力或增压空气驱动而经过挡板。但是，由于加速的距离比较小，因此直到紧固件到达在挡板的下游设置的对准颚，紧固件仅加速至低速。因此，减少或避免了紧固件碰撞对准颚受到的损坏。

而且，在机械紧固件到达对准颚之前使机械紧固件减速有助于机械紧固件在挡板的下游设置的对准颚中的对准。通过对准颚实现对准，这样提供紧固件被可靠且精确地供给到例如下游设置的抓取设备。为此，对准颚可以将紧固件稳固地对准并保持在第一位置。而在这个位置时，紧固件可以被例如抓取设备可靠地拾取。在对准鄂的第二位置有利于紧固件从对准颚转移到例如抓取设备，在第二位置紧固件被对准颚释放。

在本说明书中，如果被供给的机械紧固件首先穿过部件“a”然后穿过部件“b”，则部件“b”被称为部件“a”的“下游”。

优选地，对准颚被构造为具有第三位置，在第三位置由对准颚形成的孔具有一内径，该内径大于被供应的紧固件的轴的外径，但小于被供应的紧固件的头部的外径。优选地，这个第三位置为可调节的，以调节到被供应的紧固件的不同外部直径。

在对准颚的第三位置，机械紧固件(例如，铆钉)可以被容易地定向为正确的方向，这通常意味着使它的轴指向下游方向。由于在第三位置，对准颚的内径大于被供应的机械紧固件的轴的外径，因此轴可以容易地贯穿对准颚。但是，由于对准颚的内径小于紧固件的头部的外径，因此头部不会贯穿对准颚。因此，紧固件被定向为正确的方向，且不会无意地穿过对准颚。

更优选地，挡板包括：至少一个开口，挡板处于第二位置时，被供应的紧固件可以穿过所述至少一个开口。

挡板中设置开口允许挡板具有简单、轻量且相对便宜的构型。因此，在对准板的第一位置，被供应的机械紧固件碰撞挡板且被减速。实际上，这个减速优选地导致紧固件的停止。在第二位置，紧固件可以穿过挡板中的开口。

更优选地，挡板包括：至少一个塑料或橡胶元件，在挡板处于第一位置时，被供应的紧固件碰撞所述至少一个塑料或橡胶元件。

塑料或橡胶减少或避免使通常由运输装置高速供应的紧固件损坏的风险。

优选地，挡板被构造为在对准颚在第三位置时，从第二位置转换到第一位置。更优选地，对准颚被构造为在挡板在第一位置时，从第三位置转换到第一位置。还更优选地，对准颚被构造为在挡板在第一位置时，从第一位置转换到第二位置。

由于在对准颚转换通过其位置时挡板处于第一位置，因此运输装置与对准颚分离，进一步防止紧固件进入对准颚，从而避免阻塞。而且，如果例如增压空气被用于运输在运输装置中的紧固件，则还防止紧固件进入对准颚。因此，在对准颚随后转换到其第一位置且再进一步转换到其第二位置时，对准颚中定向为正确位置的机械紧固件的头部不会被进一步推向对准颚。这有助于减少或避免由于摩擦力而导致的机械紧固件的损坏。

优选地，对准颚包括第一半部和第二半部，停止与对准单元还包括至少一个轨道，对准颚的至少第一半部可以在所述至少一个轨道上滑动。

这样的构型使对准颚具有简单且具成本效益的设计，并使其可靠运行。

更优选地，对准颚的第一半部包括凸轮导轨，停止与对准单元还包括凸轮板，凸轮板的至少一个销接合凸轮导轨，凸轮板的运动导致对准颚的第一半部的运动。

通过这种方式，凸轮板的线性运动导致对准颚的相对运动，对准颚的不同位置可由例如可以由气动缸驱动的凸轮板的简单线性运动产生。

更优选地，停止与对准单元包括多个对准颚，以及其中每个颚调适为使特定直径和/或长度的紧固件对准。

通过这种方式，不同的对准颚调适为用于不同特定尺寸的紧固件。因此，处理、对准和供给紧固件变得更可靠。由于对准颚的尺寸不适合紧固件而导致的损坏被减少或避免。

优选地，运输装置使用增压空气来运输紧固件。更优选地，挡板和/或至少一个对准颚被气动地或借助电动机致动。用于运输和/或气动致动的增压空气可以以简单且具成本效益的方式产生，甚至可能使用供给机构的机器或机器人(被使用)已经有了增压空气。

本发明还针对一种用于安装如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件的机器人执行器，其包括支撑所述供给机构的框架。

优选地，执行器还包括抓取设备，供给机构被构造为将如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件供给到抓取设备，其中抓取设备被可旋转地设置在框架上以在第一位置与第二位置之间移动，抓取设备在第一位置从供给机构抓取机械紧固件，抓取设备在第二位置将被抓取的机械紧固件提供给安装机构。

本发明还针对一种包括所述机器人执行器的机器人。

附图说明

在下文中，参考附图示例性地描述了本发明，在附图中：

图1示出根据本发明的供给机构的分解图；

图2示出图1的示例性实施例的挡板和对准颚的操作细节的概述性示意图；

图3更详细地示出根据本发明的供给机构的示例性实施例的停止与对准单元；

图4更详细地示出根据本发明的示例性实施例的凸轮板和对准颚的细节；

图5示出根据本发明的示例性实施例的对准颚的细节；

图6示出安装在机器人执行器的框架上的根据本发明的供给机构的示例性实施例；以及

图7示出装有包括供给机构的机器人执行器的工业机器人。

具体实施方式

图1示出根据本发明的示例性供给机构100的分解图。供给机构100适合供给如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件。供给机构100包括运输装置110和停止与对准单元120，两者均在分解图中示出。停止与对准单元120被设置在运输装置110的下游，即待供给的机械紧固件首先经过运输装置110，随后经过停止与对准单元120。因此，对于图1而言，紧固件会从左侧进入供给机构100并且会在右侧离开供给机构100。

在这个示例性实施例中，图1所示的运输装置110包括三个软管111a、111b和111c以及相应的保持护套112a、112b和112c，机械紧固件经过上述部件运输。但是，可以有不同数量的软管。软管111a、111b和111c以及相应的保持护套112a、112b和112c包括用于不同尺寸的机械紧固件的不同直径。

软管111a、111b和111c可以由任何合适的材料制成，例如塑料(例如，聚氯乙烯、pvc)等。保持护套112a、112b和112c使软管111a、111b和111c附接在机器人执行器或类似装置(图1中未示出)的框架或类似件(图1中未示出)。保持护套112a、112b和112c可以由任何合适的材料制成，如金属或塑料(例如，丙烯晴丁二烯苯乙烯、abs)等。

在图1的示例性实施例中，运输装置110还包括环形传感器113a、113b和113c，它们被设置在软管111a、111b和111c的下游。环形传感器113a、113b和113c能够感应机械紧固件的通行。这些传感器可以基于感应检测或光学检测或者类似概念。如果基于感应检测，则传感器中的线圈可以感应由机械紧固件的通行导致的磁场的调制。如果基于光学检测，则机械紧固件的通行可至少部分中断光场，这由合适的检测器、如光电二极管等检测。如果环形传感器113a、113b和113c感应到紧固件的通行，则如以下关于图2所述的，它们可导致对准单元中的挡板和/或对准颚移动。虽然在图1中示出三个环形传感器，但它们的数量可以变化且对应例如软管的数量。

在图1的示例性实施例中，运输装置110还包括三个套管114a、114b和114c，它们被设置在环形传感器113a、113b和113c的下游。套管将紧固件从环形传感器113a、113b和113c引导到停止与对准单元120。但是，环形传感器113a、113b和113c直接联接到停止与对准单元120也是可以的。套管114a、114b和114c可以由任何材料制成，如金属(例如合金)或塑料(例如丙烯晴丁二烯苯乙烯、abs)等。

应该强调的是，在图1的示例性实施例中，运输装置110包括三条单独的运输通道，每条运输通道均由三个软管111a、111b和111c中的一个、三个保持护套112a、112b和112c中的一个、三个环形传感器113a、113b和113c中的一个以及三个套管114a、114b和114c中的一个形成。三条运输通道中的每条运输通道通过其部件的尺寸来优化，以运输具有一特定尺寸的许多紧固件或许多特定尺寸的紧固件。通常，运输装置可以包括任何数量的单独的运输通道，甚至可仅包括一条运输通道。

优选地，三个软管的其中一个，例如111a，适应于运输最大直径为3.2mm到7mm的紧固件；三个软管中的另一个，例如111b，适应于运输最大直径为6mm到10.3mm的紧固件；以及三个软管中的又一个，例如111c，适应于运输最大直径为9.0mm到12.7mm的紧固件。在铆钉的情况下，“最大直径”通过由铆钉的头部来限定。各个范围的重叠部分可以用于使具有相同直径但不同长度的紧固件的运输最优化。例如，最大直径为7mm的铆钉可以用任一软管111a或111b来运输。但是，根据铆钉的长度，其中一个软管可能相较于另一个更合适。

而且，在图1的示例性实施例中，机械紧固件的运输由从上游(即，从图1的左侧)进入运输装置110的增压空气引起。但是，通常可以使用用于运输机械紧固件的任何合适的手段，如重力、磁力、传送带等。

在图1的示例性实施例中，停止与对准单元120被设置在运输装置110的下游。停止与对准单元120包括挡板121。挡板121可以由任何合适的材料制成，如金属(例如合金)或塑料(例如丙烯晴丁二烯苯乙烯、abs)等。挡板121被构造为至少具有第一位置和第二位置，这将在图2中更详细地示出。在第一位置，通过运输装置110供应的紧固件被减速，而在第二位置，被供应的紧固件通过挡板121。

为了允许紧固件通过挡板121，挡板121包括三个开口122a、122b和122c。在图1的示例性实施例中，这些开口的直径对应于分别与其关联的运输装置110的运输通道的尺寸而变化。因此，例如，图1中的最顶端开口122a具有最大直径且对应由软管111a、保持护套112a、环形传感器113a和套管114a构成的运输通道(即从该运输通道接收紧固件)，其中该运输通道具有最大直径。通常，挡板可以具有任意数量的开口(对应运输通道的数量)，甚至可以仅具有单个开口。

图1的示例性实施例中的停止与对准单元120还包括：三个对准颚123a、123b和123c，它们设置在挡板121的下游。对准颚123a、123b和123c被构造为至少具有第一位置和第二位置，这将结合图2更详细地解释。在第一位置，对准颚123a、123b和123c对准被供应的紧固件，使其可以通过抓取设备(图1中未示出)拾取，而在第二位置，对准颚123a、123b和123c释放被供应的紧固件。对准颚123a、123b和123c可以由任何合适的材料制成，如金属(例如合金)或塑料(例如丙烯晴丁二烯苯乙烯、abs)等。

在图1的示例性实施例中，对准颚123a、123b和123c的内径对应挡板121中开口122a、122b或122c的尺寸和运输装置110的运输通道的尺寸而具有不同的直径，其中对准额123a、123b或123c分别与运输通道关联。因此，例如，图1中的最顶端对准颚123a具有最大直径且对应挡板121中的开口122a(即，从开口122a接收紧固件)。通过这种方式，每个对准颚123a、123b或123c可以适配为对准具有特定直径和/或长度的紧固件。优选地，颚的开口具有v形截面(如图所示)。因此，被抓取的紧固件相对于它们的中间轴线自动对准，并且其独立于紧固件的各直径而实现，因为v形优选地分别被设置在颚的两个半部中。

通常，停止与对准单元可对应挡板121中开口的数量和运输通道的数量而具有任意数量的对准颚，甚至可以仅具有单个对准颚。

如图1所示，停止与对准单元可以包括壳体124，壳体124具有盖板125。挡板121以及对准颚123a、123b和123c可以被设置在壳体124内，如图1所示。而且，挡板121和/或对准颚123a、123b和123c可以通过对应的气动缸(在图1分别以附图标记126a、126b和126c示出)致动。但是，可以使用任何合适的装置来致动挡板121和对准颚123a、123b和123c，例如使用电动机。

图2示出图1的示例性实施例的挡板121和对准颚123a、123b和123c的操作细节的概述性示意图。图2示出5个不同节段a至e，对应挡板121和对准颚123a、123b和123c的不同位置。如图2的节段a示意性所示，如铆钉、螺钉、螺栓等机械紧固件201经过图1的示例性运输装置110的软管111a进入停止与对准单元120。

在图2的节段a中，挡板12处于第一位置，其中紧固件201被减速且通过碰撞挡板而停止。为了减少或避免对紧固件201的损坏，挡板121可以包括塑料或橡胶元件(图1中未示出)。在图2的示意性概述图中，紧固件201通过增压空气运输。节段a和节段b中的颚处于第三位置，其中例如铆钉的轴可以容易地贯穿对准颚。但是，对准颚尚未被充分打开到使头部可以贯穿对准颚的程度。因此，紧固件被定向为正确的方向，而不会无意地经过对准颚。

在图2的节段b中，挡板121已移至其第二位置，其中被供应的紧固件201经过挡板121。对准颚123a、123b和123c均在三个位置中的第三(可调节)位置(在下文中将说明第一位置和第二位置)。在对准颚123a、123b和123c的第三位置，关于对准颚123a(接收被供应的紧固件201)，由对准颚123a形成的孔202a的内径大于被供应的紧固件201的轴的外径，但小于被供应的紧固件201的头部的外径。换言之，对准颚123a是“半开”的，以允许紧固件201定向为正确的方向，即使其轴指向下游。由于挡板121处于其第二位置，对准颚123a装载有增压空气，增压空气帮助紧固件201定向为正确的方向，并使紧固件201的轴贯穿半开的对准颚123a。

在图2的节段c中，在对准颚123a、123b和123c仍在其第三位置时，挡板121再次移至其第一位置。挡板121此时阻挡增压空气供应到对准颚123a、123b和123c，以允许机械紧固件201安置在对准颚123a中。

在图2的节段d中，对准颚123a、123b和123c已转移至其第一位置，其中特别地，图2的示例中的对准颚123a对准被供应的紧固件201，由此使其可被抓取设备(图2中未示出)拾取。紧固件201被对准颚123a拉紧，由此使抓取设备可以从右侧可靠地抓住紧固件201的轴。由于紧固件201被对准颚123a牢固保持在适当的位置，因此紧固件201的偶然性滑动被避免。此外，由于颚中的孔或开口的有利的v形截面，紧固件自动对准。特别地，每个紧固件的中间轴线总被精确地对准且在相同的位置，这与紧固件的轴的外径无关。这有助于通过例如适当的抓取设备对由此提供的紧固件的抓取，其中抓取设备可以被安装在与供给机构相同的执行器上。

在图2的节段e中，对准颚123a、123b和123c已转移至第二位置，其中特别地，图2的示例中的对准颚123a释放被供应的紧固件201。为此，对准颚123a充分打开，由此使紧固件201的头部可以经过对准颚123a。紧固件此时可以被抓取设备拾取，进而转移至例如机器人执行器。

图3更详细地示出供给机构的示例性实施例的停止与对准单元120。在这个实施例中，挡板121包括三个塑料或橡胶元件301a、301b和301c。如果挡板121在其第一位置，停止与对准单元120从运输装置接收的紧固件碰撞元件301a、301b和301c中的一个并被减速。由于塑料或橡胶元件具有相当软的表面，因此在减速期间对紧固件的损坏被减少或避免。

在图3的示例性实施例中，示出四个轨道302a、302b、302c和302d，对准颚123a、123b和123c在其各个位置(如上所述)之间转移时可以在所述轨道上滑动。这在图4中更详细地示出，其中为了说明，移除每个对准颚123a、123b和123c的一半。而且，也未示出上部轨道302a，以此表明在这个示例性实施例中，对准颚123a的上边缘与其对应的轨道形状互补。

在图4中示出凸轮板401。凸轮板401包括多个销，其中三个销用附图标记402a、402b和402c示出。每个销402a、402b和402c接合对准颚123a、123b和123c的一半中对应的凸轮导轨，将在图5中更详细地示出。这个附图中并未示出对准颚123a、123b和123c的各个半部。这里也未示出接合对准颚123a、123b和123c的所示半部的另外三个销，因为它们分别在对准颚123a、123b或123c背后。

图5是对准颚123a、123b和123c的详细视图。为了说明，图5中未示出挡板121和凸轮板401，以得到对准颚123a、123b和123c的更好的视图。如图所示，对准颚123a、123b和123c的每个半部包括凸轮导轨501a、501b、501c、501d、501d和501f之一。图4中所示的凸轮板401的每个销接合凸轮导轨501a、501b、501c、501d、501d和501f之一。例如，图4所示的销402a接合图5所示的凸轮导轨501a。

凸轮板401的竖直运动通过凸轮板401的销被传递至对准颚123a、123b和123c，凸轮板401的销接合对准颚123a、123b和123c的各个半部的凸轮导轨501a、501b、501c、501d、501d和501f。由于导轨501a、501b、501c、501d、501d和501f相对于凸轮板401的运动方向呈角度，因此凸轮板401的竖直运动导致每个对准颚123a、123b和123c沿着轨道302a、302b、302c、302d水平运动。因此，对准颚123a、123b和123c可以被制成通过凸轮板401的简单线性运动而在图2所述的它们的多个位置之间转换。凸轮板可由气动缸126b驱动，如图4所示。在所示附图中，对准颚123a、123b和123c的两个半部均以限定的方式相对彼此移动。但是，两个半部中仅一个半部可移动而另一个半部固定也是可以的。两个移动半部的优势在于，必须对准的紧固件的中心线始终位于相同的位置。

图6示出一种根据本发明的示例性供给机构100被安装在机器人执行器600的框架601上，即该框架支撑供给机构100。机器人执行器600可以是自动安装机械紧固件的机器人的一部分，并且还可以包括用于安装铆钉的其它设备，如钻孔装置、测量仪器、安装工具等。在框架601上还安装了具有抓取臂602和马达603的抓取设备。抓取臂602被设置为可旋转且该臂可以被旋转至每个对准颚123a、123b和123c。为此，颚的三个开口或出口分别被设置在抓取臂602的旋转半径上。操作期间，根据如上所述的紧固件的尺寸，机械紧固件被供给机构100设置在其中一个对准颚123a、123b或123c中。因此，颚形成开口，处于被抓取状态的紧固件从所述开口至少伸出其轴的稍部，从而使轴可以被抓取臂602抓住。在对应的对准颚在其第一位置时，抓取臂602可以抓取紧固件的轴。随后，对准颚123a、123b或123c转换至它们的第二位置并释放紧固件。抓取臂此时可以将紧固件从对应的对准颚拉出并运输紧固件以进一步处理。

例如，在图6中示出用于紧固件的流体涂抹设备604，其将流体(例如，密封剂)涂抹到紧固件。在抓取臂602从对应的对准颚拾取紧固件之后，其可以借助马达603将紧固件以旋转运动的方式移动到流体涂抹设备604处，此处将流体涂抹到紧固件。随后，抓取臂602可以将被弄湿的紧固件移动到安装机构，安装机构将紧固件安装到工件。但是，将流体涂抹到紧固件是可选的。因此，抓取设备可以直接将从其中一个对准颚123a、123b或123c拾取的紧固件提供给安装机构。

为了说明，图7示出一种配备有执行器600的工业机器人700(仅简单地示意性示出)。

附图标记说明：

100：供给机构

110：运输装置

111a、111b和111c：软管

112a、112b和112c：保持护套

113a、113b和113c：环形传感器

114a、114b和114c：套管

120：停止与对准单元

121：挡板

122a、122b和122c：挡板中的开口

123a、123b和123c：对准颚

124：壳体

125：盖板

126a、126b和126c：气动缸

201：机械紧固件

202a、202b和202c：对准颚的孔

301a、301b和301c：塑料或橡胶元件

302a、302b、302c和302d：轨道

401：凸轮板

402a,402b和402c：销

501a、501b、501c、501d和501f：凸轮导轨

600：机器人执行器

601：机器人执行器的框架

602：抓取臂

603：马达

604：流体涂抹设备

700：机器人