[发明专利]快速的机械臂工具更换器

说明书

本发明公开了一种包括第一部分(10a)和第二部分(10b)的工具保持器(10)，其中楔形锁定机构部分地布置在第一部分(10a)的第一表面上，能够操作地接合到布置在第二部分(10b)的第二表面上的楔形锁定机构的其它部分。

技术领域

本发明涉及一种工具保持器，其能够在一端附接到机械臂，其中工具保持器布置有构成锁定机构的楔形元件。

背景技术

工业机器人广泛应用于不同行业。计算机科学、人工智能和传感器技术的最新发展为机器人技术开辟了新领域。一些机器人专门用于执行特殊的自主任务，例如涂漆汽车。其它的则是更通用的类型，能够在机器人的各个操作阶段根据特定需要和应用或特定任务来更换各种工具。一般而言，机器人系统包括运行软件的计算机系统，该软件配置、操纵和启动接纳不同可更换工具的操纵器的操作。通常使用连接到操纵器的在空间中具有一定程度的运动自由度的臂。操纵器可以是控制与操纵器相连的工具和传感器并与之交互的高级仪器。

在本发明的上下文中，在以下公开内容中将简单的和复杂的操纵器以及可以与机械臂连接和/或从机械臂断开连接的简单工具描述为“工具”。而且，本文所定义的机械臂与“工具”之间的连接是经由工具保持器提供将工具快速锁定到机械臂和/或从机械臂分别解锁工具的手段。

机器人可以配置为自动更换工具。例如，各个工具可以位于机器人旁边定位的托盘中。机械臂可配置为将机械臂移动到空的容器上方并释放所附接的工具，而后将机械臂移动到包括要使用的下一工具的下一容器上方，并且将下一工具附接到机械臂，等等。

如果机械臂意外撞人，则机械臂的运动可能对人体有害。因此，工业机器人通常位于围栏内，以防止人进入机械臂涉猎的范围之内。因此，除了例如经由位于围栏外部的连接的计算机终端之外，人不能干预机器人的操作或与机器人的操作进行交互。

例如，Universal Robots公司正在开发不需要位于栅栏后面的协作机器人。如果机械臂意外撞到人体或任何其它障碍物，则机械臂中的传感器将检测到该事件，并且机械臂的运动将自动停止。当一个或多个障碍物被移除时，机器人可以自动恢复工作。在这样的工作环境中，当例如选择和改变相应工具、和/或启动或修改计算机中的对应程序时，人可以参与其中或与机器人处于协作关系，所述计算机控制机器人的动作和运动以及相应工具的使用。以这种方式，操作员可以根据操作期间遇到的相应需求或不可预见的问题来交互地干预机器人的操作，人操作员可以熟练地发现所述相应需求或不可预见的问题，等等。在某些情况下，这种能力可以扩大工业机器人的使用领域和/或机器人的操作技能。然而，更明显的，协作机器人可以配置为以自动方式操作而不会受到人的干预。

当使用机器人时，相对于工件定位工具的精度是一个挑战。机械臂的运动以及工件相对于机械臂的定位都有公差，如果最终工作结果的公差要求很高，则可能需要机械臂的运动以及工件相对于机械臂的定位非常精确。就处理工具而言可能会出现相同的问题。工具保持器的设计需要适配于工具的一部分，工具保持器可以围绕工具的所述一部分抓握，并在该工具的操作期间进一步保持稳定。在工具与工具保持器之间的联接接口上的应变可以根据机械臂如何移动工具在不同的方向上变化。这也会根据工具和工件之间的操作连接如何起作用。例如，钻孔主要提供竖直方向上的应变，而铣削、修整或切割操作等等将提供在几乎所有垂直方向和/或相对于工具轴线的任何方位上的应变。如果操作期间未将工具牢固地固定到工具保持器和机械臂，则可能会降低工具操作的准确性。

在现有技术中，存在试图模仿人手的工具保持器设计的示例。人造手的有益方面是具有这样的能力：当例如将工具保持器移动到手可以围绕工具抓握的位置时从手接收反馈。不需要非常精确地定位手，因为在握住工具时来自手的反馈将帮助机器人将手引导到正确的位置和最终的最佳握持位置。但是，人造手可能不够坚固，无法承受在人造手表面和工具之间的接口中引起的应变。像人一样的人造手的复杂性可能非常高，且因此制作人造手的成本很高，这使得难以将人造手应用于机器人的任何常规应用中。通常为非常特殊类型的使用和操作保留人造手。