专利名称：可替换工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有工具本体的可替换工具，该工具的本体具有在接收结构中用于夹持工具的接收末端。该工具可以从公开号为0494714的欧洲专利中获知。
背景技术：
当自动更换工具时，机械手，比如机器人手臂，被用来抓取工具并将工具从使用该工具的机器传送到工具库中，反之亦然。在用机械手操作工具时，工具相对于机械手不发生旋转是有益的，这一点对于确保控制逻辑以了解工具在机械手臂末端的确切位置是必要的，这样工具可以可靠地插入相应的机器或者工具库。如果工具可以不受控制地移动或者旋转的话，那么机械手需要在工具插入诸如接收结构前重新定位工具。
当在一台机器中使用不同大小、形状和/或尺寸的工具时，用统一的方式夹持工具是有益的，否则，为了交换不同的工具，机械手必须改变夹持器。比如，机械手需要用第一夹持器去交换细小的工具，用第二夹持器去交换宽大的工具。这给机器的生产时间带来了反作用。因此，期望具有不受工具形状和尺寸约束的夹持工具的统一方式。
进一步的要求为夹持器必须紧紧地夹持住工具。当工具承受大的加速度时，加上重量，力是相当大的。夹持器和工具之间的连接必须能够经受这些力。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用统一方式夹持工具并且防止工具相对于机械手旋转的方式。
该目的是通过前面所述的可更换工具实现的，其中，连接装置布置在工具本体内以提供与机械手的基本上不旋转的连接，该机械手用于操作工具进入或离开接收结构。
采用这种连接装置，连接点被标准化，工具和机械手之间的连接不再受限于工具的几何形状。由于基本上不旋转的连接，工具相对于机械手的定位总是已知的。即使机械手具有可转动的连接节，工具与机械手连接中的定位也是固定的。正是因为这种连接不再受限于工具的几何形状，连接装置可以设置在工具的任何合适的部分，甚至设置在反面上，使得机械手可以从两面接近工具。
在根据本发明的实施例中，连接装置这样的布置，即工具与机械手之间的力传递基本上发生在工具本体内部。在该实施例中，工具的外部几何形状对于将工具连接到机械手来说是不重要的。在该连接装置布置在工具本体内的情况下，机械手与工具相互之间的力传递直接发生在本体内部并且不通过工具的外表面。这是有利的，因为不同种类工具的外表面的形状可能是不一样的。
本发明中工具的另一个实施例，连接装置这样的布置，即，通过仅仅从一侧将机械手连接到工具实现基本上不旋转的连接。通过机械手仅仅从一侧连接到工具，使得工具背面的形状与提供的连接无关。
本发明中工具的另一个优选实施例，连接装置包括带有插入轴的空腔，机械手能够沿该插入轴插入，并且其中该空腔相对于该插入轴非旋转对称。显然，相反的解决方案，即，将空腔设置在机械手中，而将突起设置在工具上，将提供具有相似优点的相似的解决方案。
优选地，该空腔为具有至少贯穿空腔的肋的圆柱形。该肋防止了工具与机械手之间的可能的旋转。
在另一个优选实施例中，两个平行肋条设置在该空腔的开口部。这两个肋条提供了相对于机械手的工具的角位置的进一步锁定，并且防止了相应的旋转。
在根据本发明工具的另一个实施例中，该空腔具有垂直于插入轴的非圆横截面，该横截面例如方形或者椭圆形。这便于相应的机械手插入该工具中，并防止工具相对于机械手旋转。
在根据本发明工具的另一个实施例中，提供了一种统一的、基本上不旋转的连接，并提供用于附加功能的装置。通过统一的连接，工具的形状与机械手连接无关。此外，该连接装置还提供了用于附加功能的装置。
优选地，通过根据本发明的工具，该用于附加功能的装置包括至少一个终端，该终端用于例如信号传递或驱动机械装置的附加功能。通过连接，电信号能够在诸如工具与机械手之间交换。比如，电信号用于读取工具中的存储器，或者该信号用于驱动工具中的致动器，比如驱动安全装置。用于附加功能的该至少一个终端还可传送机械信号，这样机械开关或机械装置从第一状态进入第二状态。此外，该终端还可用于光信号的交换。
在另一个优选实施例中，该连接装置以从接收末端的标准距离设置。这使机械手能够夹持工具，而不需要对位于接收结构中的工具类型的确切的认识。本发明进一步涉及一种根据本发明的具与操纵工具进出接收结构的机械手之间的联接，其中，该机械手包括用于连接装置连接到该工具的连接装置。
在根据本发明的优选的联接的实施例中，该机械手的连接装置与工具的非旋转对称空腔相配合。
在根据本发明的另一个优选联接的实施例中，该机械手具有连接末端，该连接末端具有垂直于插入方向的横截面，该横截面与该工具空腔开口基本相等，其中，该机械手包括至少一个可从连接末端表面延伸的可收回的凸轮，用于将该机械手锁定到该工具中。该至少一个凸轮将在位于空腔内的线性肋条后面延伸，这样工具锁定到该机械手上并且工具不能与机械手分离，而无需收回凸轮。
在另一个优选的实施例中，该连接末端有至少一个与空腔的的内表面共同作用的表面以提供非旋转连接。
在根据本发明的又一个优选联接的实施例中，该联接包括用以检测机械手与工具连接的检测装置。这将为机械手的控制提供安全保障，确保工具真正被该机械手夹持住。
优选地，该检测装置包括一个开关。
在根据本发明的又一个优选联接的实施例中，该工具的连接装置包括具有基本上非旋转对称的空腔的衬套，并且该机械手的连接装置包括与该空腔配合并可插入该空腔的连接末端，其中，该连接末端包括一个可收回的凸轮，该凸轮可延伸到衬套空腔壁的开口内。优选地，该凸轮是球。
该凸轮用于机械手的连接末端锁定到衬套。
在根本发明的优选实施例中，该机械手的连接末端有中心通道，在该中心通道中，推动器可以移动以将凸轮从连接末端推出。通过移动该推动器使得该凸轮从连接末端延伸，该连接末端锁定到衬套。
本发明还包括一种操纵工具进出接收结构的方法，该方法包括-提供根据本发明的联接；-连接该机械手与工具；-将该工具移出或插入该接收结构。
在本发明的优选实施例中，通过具有可收回凸轮的根据本发明的联接，该连接通过将该机械手的连接末端插入该工具的空腔并且延伸该可收回凸轮以将该机械手锁定到该工具。
本发明的上述及其他优点将结合附图作进一步描述。
图1A和1B表示了根据本发明的工具的第一个实施例的剖视图。
图2和3表示了根据本发明的第二个实施例的剖视图。
图4表示了根据本发明的工具的第三个实施例。
图5表示了图4中工具的后视图。
图6和7表示了图4中工具的细节。
图8表示了根据本发明的工具的第四个实施例。
具体实施例方式
图1A表示根据本发明的工具1。该工具1有一个接收末端2，其适于被插入机器的接收结构。带有安全构件4的安全装置3设置在该接收末端2中，该安全构件4凸入该接收结构的空腔，并且防止了该工具从该接收结构中脱落。只有将该安全构件4收回到接收末端2，该工具1才能从该接收结构中取出。
该安全装置3受到弹簧5的挤压。安全装置3图示的位置受到导向装置6的限制。机械手7可以插入该导向装置6以将安全装置3拉入到接收末端2，进而收回该安全构件4，使得工具1从接收结构中取出。
衬套9设置于工具本体8中，其为机器人手臂的第二机械手10提供连接装置。该衬套9具有螺纹，这样机械手10可以拧入该衬套9并紧固以提供基本上不旋转的连接。显然，衬套9在本体8中这样的设置，即衬套9不能在工具本体8内旋转。衬套9可以具有锁紧肋，或者可以与工具本体8集成为一体。
衬套9以从接收末端2顶部的固定距离d设置在工具本体8中。这将方便第二机械手10的插入，从而，第一垂直方向已知，只有水平位置待定。机械手10的末端12的插入深度通过一个末端开关13确定。一旦该末端开关13接触到衬套内的凸起60，第二机械手10的控制器就可以获知工具1与第二机械手10已经连接。
凸起60带有电触点，该电触点与电线62相连。该电触点与开关13接触，开关13与电线61相连，这也使工具和机械手之间的数据通讯成为可能。
随后第一机械手7可以插入导向装置6以将安全装置3收回到接收末端2并且将完整的工具1从接收结构中收回。
除了使用二个独立的机械手7、10，这些机械手也可以集成在一起，从而只用一个机械手就可以夹持工具和操作安全装置。
图2所示的是本发明的第二实施例。衬套14设置在工具本体8中并具有矩形的横截面。机械手15具有末端16，该末端16插入该衬套14的矩形开口。该机械手的末端16带有球17，该球可以压入衬套14的开口处。
现在回到图3，机械手15的第二部件18通过中间通道插入到机械手的末端16中。通过该动作，球17被推入衬套14的空腔内，将机械手的末端16锁定到工具本体8中。
该机械手15还设置有通道19，通过该通道19液压流体或压缩空气可以供应到位于工具本体8内部的通道49，并且通过该通道19可以操作活塞50以将安全构件44收回到工具释放位置。
图2和3所示的工具具有安装了安全构件44的顶部，该安全构件44也可以通过按钮开关51手动操作。
图4所示的是根据本发明的工具20的第三实施例。工具20具有工具本体21和接收末端22。该接收末端22包括一个安全装置23，该安全装置23可以由第一致动器24操作。
工具本体21中设置有二个插入件25，从而第二机械手26能够从两侧握持工具20。安全装置23同样具有按钮开关32，这样工具总是可以手动操作。这样的按钮开关同样可以用于其它实施例中。
如图5所示，插入件25包括一个空腔27和二个线性肋28。第二机械手26具有二个凸轮29，该两个凸轮锁定在两个线性肋28后面。结合第二机械手26的适合的末端，工具20与第二机械手26的联接提供了非旋转的、锁定的连接。
安全装置23带有导向装置30，机械手24的末端31插入该导向装置中。导向装置30带有一个槽32(见图6)，机械手24的末端31插入该槽中。通过将机械手24旋转到图6所示末端31的虚线所示的位置，机械手24与安全装置23之间的连接被建立起来，而安全装置23也可以被操作。
图8所示的工具40具有接收末端41和工具本体42。工具本体42中的插入件43与图1所示的插入件9类似。安全装置44配备筒体45，该筒体通过将压缩空气注入腔体46中来使安全装置44致动。通过将机械手47插入衬套43，就在机械手47与工具40之间建立了非旋转连接。机械手47的末端有出口开口48，该开口48与通道49相连，该通道49与筒体45连通。当机械手47插入衬套43后，压缩空气可以供应到腔体46并驱动安全装置44。
除了使用气动线路，光线路和电线路也可用于操作电气致动器或用于读取工具中的存储器。或者，可以用诸如推杆来执行机械操作。聚合物也可用来做致动器。
尽管实施例表示了带有可收回安全构件的安全装置，结合本发明，其它安全装置的实施例也可以使用，比如，从接收末端顶部延伸并且可以在工具锁合位置和工具释放位置之间移动的安全构件也可以被使用。
权利要求
1.一种可替换工具，其具有工具本体，该工具本体设置有在接收结构中用于夹持该工具的接收末端，其中连接装置布置在工具本体内以提供与机械手的基本上不可旋转的连接，该机械手用于操作工具进入或离开接收结构。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于该连接装置布置成工具与机械手之间的力传递基本上发生在工具本体内部。
3.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，该连接装置布置成通过仅仅从工具的一侧连接机械手，从而实现基本上不可旋转的连接。
4.根据上述任一权利要求所述的工具，其特征在于该连接装置包括带有插入轴线空腔，机械手能够沿着该插入轴线插入，其中，该空腔相对于该插入轴线非旋转对称。
5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于该空腔具有带有至少肋的柱状壁，该肋贯穿该空腔。
6.根据权利要求5所述的工具，其特征在于两条平行肋设置在该空腔的开口部。
7.根据权利要求4所述的工具，其特征在于该空腔具有垂直于插入轴线的非圆形横截面，例如方形或者椭圆形。
8.根据上述任一权利要求所述的工具，其特征在于该连接装置提供一种统一的、基本上不可旋转的连接，并提供了用于附加功能的装置。
9.根据权利要求8所述的工具，其特征在于该用于附加功能的装置包括至少一个终端以交换信号或驱动机械装置。
10.根据上述任一权利要求所述的工具，其特征在于该连接装置以距接收末端的标准距离设置。
11.上述任一权利要求所述的工具与操纵工具进出接收结构的机械手之间的联接，其特征在于该机械手包括将该连接装置连接到该工具的连接装置。
12.根据权利要求11所述的具有权利要求4-7中任一项所述工具的联接，其特征在于该机械手的连接装置与工具的非旋转对称空腔相适应。
13.根据权利要求12所述的具有权利要求5所述工具的联接，其特征在于该机械手具有连接末端，该连接末端具有垂直于插入方向的横截面，该横截面与该工具空腔开口基本相等，其中，该机械手包括至少一个可从连接末端表面延伸的可收回的凸轮以将该机械手锁定到该工具。
14.根据权利要求13所述的联接，其特征在于该连接末端具有至少一个与空腔的内表面共同作用的表面。
15.根据上述权利要求11-14中任一项所述的联接，其特征在于该联接包括用于检测机械手与工具连接的检测装置。
16.根据权利要求15所述的联接，其特征在于该检测装置包括开关。
17.根据上述权利要求11-16中任一项所述的联接，其特征在于该机械手包括一个致动器，用于驱动该工具的功能。
18.根据权利要求17所述的联接，其特征在于所述工具的功能通过防止该工具从接收结构中脱落的安全装置提供，所述安全装置在第一工具锁定位置和第二工具释放位置之间可以被该致动器移动。
19.根据权利要求18所述的联接，其特征在于所述致动器与该机械手形成一体。
20.根据权利要求11或12所述的联接，其特征在于该工具的连接装置包括衬套，该衬套具有非旋转对称的空腔，并且其中该机械手的连接装置包括与该空腔相适应并可插入该空腔的连接末端，其中，该连接末端包括可收回的凸轮，该凸轮可延伸进入衬套空腔壁内的开口。
21.根据权利要求20所述的联接，其特征在于该凸轮是一个球。
22.根据权利要求20或21所述的联接，其特征在于该机械手的连接末端有中心通道，在该中心通道中，一个推动器可以移动以将凸轮从连接末端推出。
23.一种工具进出接收结构的操作方法，包括-提供上述权利要求11-22中任一项所述的联接；-连接该机械手与工具；-将该工具移出或插入该接收结构。
24.根据权利要求23所述的具有如权利要求13所述的联接的方法，其特征在于该连接通过将该机械手的连接末端插入该工具的空腔并延伸该可收回凸轮以将该机械手锁定到该工具来建立。
全文摘要
本发明涉及一种可替换工具，该工具具有工具本体，该工具本体设置有在接收结构中用于夹持该工具的接收末端，其中，工具本体的连接装置设置在工具本体中用于提供与机械手的基本上不旋转的连接，该机械手用于操作工具进入或离开接收结构；还涉及一种该工具与用于操纵该工具进出接收结构的机械手之间的联接；还涉及一种用于操作该工具进出接收结构的方法。
文档编号B21D37/04GK101081478SQ20071012920
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者F·W·鲁韦勒, G·布鲁金克 申请人:韦拉有限公司