本發(fā)明涉及一種抓取裝置，其特別是被設(shè)計用作工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行器，并且該抓取裝置配備有機(jī)械的保護(hù)件；本發(fā)明還涉及一種包括這種抓取裝置的機(jī)器人系統(tǒng)，以及一種用于抓取配設(shè)有中空空間的工件的方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人是可編程的機(jī)器，其被設(shè)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(guān)節(jié)機(jī)器人，其擁有多個節(jié)肢，這些節(jié)肢通過關(guān)節(jié)彼此連接。在最簡單的形式中，這種機(jī)器人具有支架，在支架上可轉(zhuǎn)動地設(shè)有所謂的轉(zhuǎn)盤。在轉(zhuǎn)盤上，通過另一轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接機(jī)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(zhuǎn)動關(guān)節(jié)設(shè)有另一臂，該另一臂在其自由端部上配設(shè)有用于工具的收納部。該工具也被稱為執(zhí)行器。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的使用目的，可以配設(shè)不同的工具，從而使得工業(yè)機(jī)器人能夠擁有各種各樣的使用領(lǐng)域，例如操縱和運(yùn)輸對象和工件，加工工件，測量作業(yè)等。已知的有多種用于操縱對象或者說工件的機(jī)器人抓取工具。

例如由專利文獻(xiàn)EP1943064B1已知一種機(jī)器人抓取機(jī)構(gòu)，其被配置為機(jī)器人臂的執(zhí)行器，或者可以被安裝在線性驅(qū)動器或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的端部區(qū)域上。該已知的抓取機(jī)構(gòu)包括至少一個框架和一設(shè)置在框架上的執(zhí)行元件，該執(zhí)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(guān)節(jié)單元來操縱。該執(zhí)行元件被設(shè)計為風(fēng)箱式的，并且可以填充介質(zhì)，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(yùn)動，從而能夠抓取對象。在此，抓取機(jī)構(gòu)本身不具有保護(hù)裝置，這種保護(hù)裝置能夠例如防止與相應(yīng)的機(jī)器人一起工作的人員被抓取機(jī)構(gòu)傷害，特別是防止被擠傷。即，在該已知的抓取機(jī)構(gòu)的夾爪的打開狀態(tài)下，對象或者人的身體部位可能會無意地進(jìn)入到兩個夾爪之間的空間中。如果此時對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，夾爪可能會在其運(yùn)動過程中造成嚴(yán)重的傷害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提出一種改進(jìn)的抓取裝置，特別是與工業(yè)機(jī)器人一起使用，該抓取裝置可以被更安全地操縱，并且利用該抓取裝置能夠降低在裝置運(yùn)行過程中傷害到人的危險。本發(fā)明的另一目的在于提出一種在安全技術(shù)上改進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)，以及一種方法，以便能夠更好、更安全地抓住具有中空空間的對象。本發(fā)明的這些目的通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的抓取裝置、一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的機(jī)器人系統(tǒng)和一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置特別是設(shè)置為用于工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行器，其包括第一夾爪和第二夾爪，為了能夠抓取工件，所述夾爪被設(shè)計為可彼此相對移動的。在兩個夾爪彼此相對運(yùn)動時，如果例如有身體部位陷于兩個夾爪之間(例如工作人員的一個或多個手指)，可能會對人造成嚴(yán)重傷害。為了防止這種危險，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計為，為第一夾爪配設(shè)榫突出部。榫突出部在此以最通常的形式應(yīng)理解為槽榫連接意義下的榫。該榫突出部設(shè)置在夾爪的在抓取裝置中指向第二夾爪的一側(cè)。相應(yīng)地，第二夾爪在指向第一夾爪的一側(cè)具有對應(yīng)的槽，榫突出部可以沒入該槽中。在夾爪的相互完全運(yùn)動的狀態(tài)下，榫突出部至少局部地被收納在槽中，從而使得盡管存在榫突出部，但是兩個夾爪仍然具有較大的運(yùn)動區(qū)域。在夾爪的彼此運(yùn)動遠(yuǎn)離的狀態(tài)下，兩個夾爪之間的空間至少局部地通過榫突出部來占據(jù)，以防止對象或身體部位會無意地進(jìn)入到該被占據(jù)的空間中。由此，對象或身體部位無意地、即不經(jīng)意地進(jìn)入到(現(xiàn)在)被占據(jù)的空間中的情況將不再可能出現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置的保護(hù)件特別是在“分叉抓取裝置”類型的抓取裝置中是有利的，其為此被構(gòu)造為通過如下的方式來抓取具有中空空間的工件：將兩個夾爪引入到工件的中空空間中，并隨后使它們彼此遠(yuǎn)離地運(yùn)動，直到兩個夾爪與中空空間的內(nèi)壁處于卡緊接觸的狀態(tài)下。在這種實(shí)施方式中，通常優(yōu)選第一夾爪和第二夾爪分別具有相關(guān)聯(lián)的抓取面，這些抓取面被設(shè)置在各個夾爪的背向另一夾爪的一側(cè)上。換句話說，優(yōu)選將抓取面設(shè)置在夾爪的這樣的一側(cè)：該側(cè)是與各個夾爪的設(shè)置有榫突出部或槽的一側(cè)相對置的。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一夾爪和第二夾爪分別具有相關(guān)聯(lián)的用于抓取工件的抓取面，并且該抓取面是凸圓形的。這樣的凸圓形特別有利于前述的情況，其中，夾爪被引入到工件的中空空間中，因?yàn)檫@種凸圓形能夠使夾爪或者說抓取裝置在工件的中空空間中自定心，特別是在中空空間具有圓形內(nèi)壁的情況下。

一般情況下，優(yōu)選夾爪的抓取面配備有用于防止工件從抓取面滑出或者抵消這種滑出的器件。因此，特別優(yōu)選夾爪的抓取面至少局部地配置有防滑材料，特別是橡膠。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，抓取裝置還具有殼體，夾爪被引導(dǎo)至該殼體中。該殼體還優(yōu)選配設(shè)有合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，特別是液壓或氣動驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)該執(zhí)行機(jī)構(gòu)使得兩個夾爪運(yùn)動。此外，優(yōu)選殼體配設(shè)有固定件，殼體包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和抓取裝置通過該固定件能夠固定在工業(yè)機(jī)器人的臂上。

優(yōu)選將抓取裝置的夾爪構(gòu)造為，基本上是桿形的并彼此平行地延伸，在此，榫突出部和所對應(yīng)的槽沿著該桿形夾爪的縱軸線延伸。

在大多數(shù)應(yīng)用情況中，有一個相應(yīng)尺寸的榫突出部就足夠了，但是在本發(fā)明的框架中，也可以考慮設(shè)置兩個或多個這樣的榫突出部，這些榫突出部例如被設(shè)置在一條線上，只要榫突出部之間的間距足夠小，就可以防止身體部位無意地進(jìn)入到它們之間。因此，在此所使用的表述，即夾爪具有榫突出部，應(yīng)理解為夾爪具有至少一個榫突出部。

夾爪的前述桿狀設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)在于，其能夠使榫突出部和所對應(yīng)的槽在夾爪的位于殼體之外的整個長度上延伸，即達(dá)到100％。但是對于本發(fā)明的目的而言，即構(gòu)造更安全的抓取裝置，榫突出部和所對應(yīng)的槽延伸超過夾爪長度的至少80％就已經(jīng)足夠了，優(yōu)選超過至少90％，更優(yōu)選超過至少95％，然而如前所述地最優(yōu)選100％地延伸。

本發(fā)明還涉及一種機(jī)器人系統(tǒng)，例如特別是工業(yè)機(jī)器人，例如關(guān)節(jié)機(jī)器人，其包括至少一個機(jī)器人臂。該機(jī)器人臂配設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置，由此將提供一種具有更好安全技術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)特別是能夠?qū)崿F(xiàn)更安全的人機(jī)協(xié)作(Mensch-Roboter-Kollaboration,MRK)。

此外，本發(fā)明還涉及一種更好的、用于抓取配設(shè)有中空空間的工件的方法，該方法能夠通過使用根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置來實(shí)現(xiàn)。該方法是基于前述的機(jī)器人系統(tǒng)，用于抓住具有中空空間的工件。為此，在第一步驟中，抓取裝置的兩個夾爪至少局部地相互運(yùn)動，然后借助機(jī)器人臂被引入到待移動工件的中空空間中。隨后，兩個夾爪彼此分離地行進(jìn)，直至夾爪與中空空間的壁相接觸，并由此使得工件被安全地抓取。隨后，可以移動被抓取的工件，并且例如借助于機(jī)器人被引導(dǎo)至期望的地點(diǎn)。在該處，兩個夾爪再次彼此相對運(yùn)動并運(yùn)動離開工件的中空空間，隨后機(jī)器人或機(jī)器人系統(tǒng)準(zhǔn)備抓取另一個工件。

附圖說明

本發(fā)明的其他優(yōu)選的設(shè)計方案將參照下面給出的附圖進(jìn)行說明。其中：

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置的三維視圖，其包括被局部打開的殼體；

圖2示出了根據(jù)圖1的抓取裝置，其在此具有關(guān)閉的殼體；以及

圖3示出了根據(jù)圖2的、兩個夾爪朝向彼此運(yùn)動時的視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置1在殼體30被局部打開時的三維視圖。抓取裝置1具有兩個被設(shè)置為可相對于彼此移動的夾爪10和20。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所看到的那樣，在圖中示出的抓取裝置1是一種分叉型抓取裝置，其被設(shè)計為，被引入到工件的內(nèi)部空間或者中空空間中，并且通過兩個夾爪10和20的彼此分離運(yùn)動或者分叉來抓住工件。兩個夾爪被構(gòu)造為桿狀的并平行地延伸。第一夾爪10在朝向第二夾爪20的一側(cè)具有榫突出部11。該榫突出部11被與夾爪10整體地構(gòu)成，但是也可以是被設(shè)置或固定在第一夾爪10上的單獨(dú)部件。第二夾爪20在指向第一夾爪的一側(cè)具有槽，該槽被設(shè)計用于收納榫突出部11。在如圖1所示的設(shè)置中，兩個夾爪相互分離地運(yùn)動，即，它們處于彼此最遠(yuǎn)離的位置上。可以看到，兩個夾爪之間的自由空間幾乎完全被榫突出部11占據(jù)。因此，在如圖1所示的夾爪的“打開”位置上可以阻止對象或身體部位無意地進(jìn)入到該被占據(jù)的空間中。在如圖1所示的被完全打開的狀態(tài)下，在槽21和榫突出部11之間仍然存在有間隙。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該間隙在完全打開的狀態(tài)下也可以被關(guān)閉，從而使得榫突出部11在該完全打開狀態(tài)下已經(jīng)接合在槽21中或者說被槽21部分地收納。

榫突出部11的深度擴(kuò)展也小于夾爪10的深度擴(kuò)展，因此，由此所產(chǎn)生的梯級(Absatz)和相對置的夾爪20的內(nèi)側(cè)之間發(fā)生咬合/擠壓的可能性是很小的。在此，優(yōu)選將榫突出部11的深度擴(kuò)展調(diào)整為盡可能地接近夾爪10的深度擴(kuò)展，以便使這種梯級盡可能得小。

第一夾爪10具有抓取面12，更確切地說是在夾爪10的背離另一夾爪20的一側(cè)、即背向另一夾爪的一側(cè)具有抓取面。類似地，第二夾爪20在背離第一夾爪的一側(cè)上具有抓取面22。兩個抓取面均是凸圓形的。在將兩個夾爪10和20例如引入到待移動對象的中空空間中時，兩個夾爪如圖3所示地彼此相向運(yùn)動。在夾爪被引入中空空間中之后，兩個夾爪又彼此分離地運(yùn)動，直到夾爪到達(dá)在圖1和圖2中示出的位置處。在該位置上，抓取面12和22與工件的中空空間的內(nèi)壁接觸，由此使得工件通過夾爪被卡緊并被抓取裝置抓取，但是開口應(yīng)當(dāng)小于可以通過完全打開夾爪來抓取的最大直徑，這樣的開口同樣也可以被抓取，在此，夾爪不會被完全打開，而是被協(xié)調(diào)一致地和/或適配地打開。抓取面12和22的凸圓形允許夾爪在工件的中空空間中自定心，并且能夠特別安全地抓取工件。雖然根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置的保護(hù)件通過相應(yīng)的榫突出部在所示出類型的分叉型抓取裝置中是特別有效的，然而本發(fā)明當(dāng)然不局限于分叉型抓取裝置，而是也可以被有效地使用在其他類型的抓取裝置。例如，在圖中示出的抓取裝置也可以這樣來抓住對象：兩個夾爪彼此相向行進(jìn)，也就是利用兩個桿狀夾爪10和20的尖端部將對象卡緊。由此，在該實(shí)施方式中，榫突出部11不是在桿狀夾爪的整個長度上延伸，而是只延伸至例如95％，并且終止于尖端部或者說夾爪10的自由端部之前。在兩個夾爪10和20之間留下的、未被榫突出部11占據(jù)的自由空間在實(shí)踐中是大大地小于可能進(jìn)入并被卡住的身體部位，但是其也足夠大至能夠抓取相應(yīng)形狀的(小的)工件。

在抓取裝置1的殼體30中還設(shè)有執(zhí)行機(jī)構(gòu)31，利用該執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠操作或移動夾爪。執(zhí)行機(jī)構(gòu)例如可以是電動機(jī)，但是優(yōu)選主要利用液壓或氣動的能量源來工作。在殼體30的頭部上還設(shè)有用于將抓取裝置1固定在機(jī)器人臂上的固定件32。

兩個桿形的夾爪10、20在其殼體側(cè)端部上具有足部15或25，夾爪通過該足部在殼體中或殼體上被引導(dǎo)。在所示出的實(shí)施方式中，該足部連接在桿形夾爪的殼體側(cè)端部上，并以合適的角度遠(yuǎn)離桿形夾爪。足部可以如同所示出的那樣與夾爪整體地構(gòu)成，或者也可以作為單獨(dú)的元件例如通過螺接固定在夾爪的殼體側(cè)端部上。此外如果有需要的話，凸圓形抓取面12和22可以配備有防滑材料，特別是橡膠。

如圖1所示，兩個夾爪被構(gòu)造為桿形的并且彼此平行地延伸，在此，榫突出部和對應(yīng)的槽21沿著夾爪的縱軸線延伸。在該示出的實(shí)施方式中，恰好設(shè)有一個榫突出部11和一個槽21，但是本發(fā)明并不局限于這種類型的實(shí)施方式，而是也可以例如設(shè)置兩個或多個榫突出部11。特別是可以考慮利用兩個或多個榫突出部來構(gòu)成榫突出部11，這些榫突出部位于一條線上，以便在各個榫突出部之間存在有空隙。這有利于制造技術(shù)上，并且只要各個突出部之間的空隙不是太大就不會降低榫突出部的保護(hù)功能。在該示出的實(shí)施方式中，榫突出部延伸經(jīng)過桿形夾爪的殼體之外的長度的約95％，從而使得兩個桿形夾爪10和20的尖端部、即夾爪的自由端部可以設(shè)有其他的抓取面，這些抓取面可以在兩個夾爪彼此相向運(yùn)動時抓取對象。但是，特別安全的設(shè)計是使榫突出部和對應(yīng)的槽延伸經(jīng)過位于桿形夾爪的殼體之外的整個長度，也就是達(dá)100％。在所示出的實(shí)施方式中，榫突出部11和槽21也延伸至夾爪10、11的設(shè)置在殼體30內(nèi)的部分中，這有制造技術(shù)上的原因，并且對于這種結(jié)構(gòu)的安全性而言不是必需的，因?yàn)閵A爪的位于殼體中的部分可以受到殼體本身的保護(hù)，如圖2和圖3所示。

圖2以三維視圖示意性示出了殼體30已關(guān)閉的抓取裝置1。兩個夾爪10和20彼此分離地運(yùn)動，即處于其完全分叉的位置上。榫突出部11幾乎完全占據(jù)了兩個夾爪之間的空間，從而能夠有效地阻止對象和特別是身體部位無意地進(jìn)入到該被占據(jù)的空間中。在圖2中所看到的、在榫突出部11和第二夾爪20之間所保留的長間隙大大地小于會進(jìn)入這里的身體部位。

在圖3中再次示出了根據(jù)圖2的抓取裝置，兩個夾爪10和20在這里完全彼此相向地運(yùn)動。榫突出部11被引導(dǎo)至對應(yīng)的槽21中。在沒有榫突出部11的情況下，兩個夾爪從圖2中位置到圖3中位置的相對運(yùn)動是存在危險的，特別是當(dāng)抓取裝置被設(shè)置在自主工作的機(jī)器人上時，因?yàn)樽ト⊙b置本身通常不配備有相應(yīng)的傳感器來識別是否有對象或身體部位無意地進(jìn)入到位于兩個夾爪10和20之間的自由空間中。因此，根據(jù)本發(fā)明的抓取裝置1的榫突出部11能夠從安全技術(shù)上改進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計。

在此如圖3所示，榫突出部11不是被完全引導(dǎo)至槽21中，也可以是這樣的設(shè)計方案：在夾爪10和20完全關(guān)閉的狀態(tài)下，榫突出部11被完全地設(shè)置在槽21中或者說被引導(dǎo)至該槽中。

此外，正如在圖1至圖3的全部視圖中所看到的那樣，夾爪10和20的至少一個邊沿，但優(yōu)選所有形成的邊沿被圓化和/或傾斜化地構(gòu)成，從而不會產(chǎn)生或者說存在會對工作人員造成傷害的鋒利的和/或尖銳的邊沿。優(yōu)選榫突出部11和/或槽21也具有基本上被圓化和/或傾斜化的邊沿。

附圖標(biāo)記列表

1 抓取裝置

10 第一夾爪

11 榫突出部

12 抓取面

15 足部

20 第二夾爪

21 槽

22 抓取面

25 足部

30 殼體

31 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

32 固定件