[发明专利]用于机器人臂端工具的棘轮水准补偿器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及柔性制造，具体涉及一种作为柔性制 造系统的元件的机器人臂端(end-of-arm)工具。

背景技术

柔性制造涉及作业机械，诸如通常设置在每个工作台上 的六轴关节式机器人。柔性制造的逻辑支持包括中央控制器或电脑， 中央控制器或电脑管理工作流程和材料操作系统以便根据需要对不同 工作台进行供给。在这些系统中，逻辑部分能够针对不同的部件和部 件体积进行编程，以使结构更具柔性。

柔性制造最有效的形式是在系统的材料操纵部分使用机 器人。这增强了逻辑支持系统的材料操纵部分的编程能力。这些机器 人可能具有关于材料操纵程序的路由选择和时间调度部分的非常复杂 的程序形式。机器人的柔性程度由机器人手臂的复杂程度决定。现在 已经完成了对机器人运动的许多研究和发展，采用了类似于在多轴机 械中使用的技术。这种能力能够用于使部件定位精确对准并且与其它 臂的运动相协调。

常规工业机器人的一个局限性在于机器人与机器人所操 控的有效载荷之间的交互。通常，机器人针对性地构造为适合具体的 臂端工具，该臂端工具在具体应用中提供最大程度的通用性。然而， 在实践中，这意味着臂端工具必须针对不同的应用场合而重新设计。 当生产过程已经排定时，它们必须包括用于臂端工具频繁更换的步骤， 以应对在生产过程中使用的各种各样的有效载荷。

图1是现有技术臂端(EOA)工具10的一个示例，其中， 弹簧加载式水准补偿器12具有安装在远端的夹具14，例如该夹具可以 采用真空辅助吸盘16的形式，但是也可以使用其它形式，诸如电磁体。 弹簧加载式水准补偿器12采用轴18的形式，该轴相对于壳体20以可 滑动且可引导的方式安装，并且被弹簧22偏置，使得夹具14的标称 (nominal)位置相对于壳体20远距离地定位。轴18在它的近端具有 端口构件24，该端口构件与用于夹具的致动源接合，致动源例如是用 于吸盘夹具的空气管线26或用于电磁夹具的电源线。基板28与壳体 20连接，其中，基板为机器人手臂提供合适的连接平台。

在操作中，在EOA工具10处于它的标称结构的情况下， 与棘轮EOA工具连接的机器人进行操控，使得夹具14靠近任意形状的 有效载荷。当夹具和有效载荷之间选择性地形成足量的挤压接触时， 其中，随着轴相对于壳体滑动弹簧被压缩，从而夹具被驱动以夹持有 效载荷，于是，机器人按照确定的方式移动有效载荷。当有效载荷的 机器人移动结束时，夹具的驱动被解除，弹簧使EOA工具回复至它的 标称结构。

常规机器人的另一局限性表现为，弹簧加载式臂端工具 允许用于不同几何形状的有效载荷的表面不规则(水准)补偿，该臂 端工具使用一直向轴施加弹簧偏置作用的弹簧加载式水准补偿器，其 中，该偏置作用具有一直迫使轴到达它的标称位置的缺点。

因此，本领域仍然需要的是一种臂端工具的弹簧加载式 水准补偿器，其具有足够的能力和柔性来操纵各种几何形状的有效载 荷，而无需持续的弹簧偏置。

发明内容

本发明提供一种臂端工具弹簧加载式水准补偿器，其与 图1中示出的现有技术具有相似性，但是不同的是，该水准补偿器具 有足够的能力和柔性以便通过棘轮机构的选择性操作来操纵各种几何 形状的有效载荷，而无需持续的弹簧偏置。

根据本发明的棘轮臂端(EOA)工具具有弹簧加载式水准 补偿器，该水准补偿器不仅具有采用诸如真空辅助吸盘或电磁体形式 的安装在远端的夹具，其另外还包括棘轮机构，该棘轮机构用于相对 于轴壳体选择性地锁定轴的滑动运动，其中轴以可滑动方式安装至轴 壳体。棘轮机构例如通过制动器相对于轴中的狭槽的位置而选择性地 接合，制动器的位置由制动器移动结构决定。

在操作中，在棘轮EOA工具处于它的标称结构中并且棘 轮结构脱开接合的情况下，与棘轮EOA工具连接的机器人进行操控， 从而使得夹具靠近任意形状的有效载荷，于是在轴弹簧压缩的同时， 夹具被压向有效载荷并且轴相对于轴壳体滑动。在夹具和有效载荷之 间选择性地形成足量的挤压接触时，棘轮机构独立于轴弹簧而接合， 从而相对于机器人手臂将夹具锁定在固定位置。夹具被驱动以夹持有 效载荷，接着机器人按照确定的方式移动有效载荷。在有效载荷的机 器人移动结束时，夹具的驱动被解除，棘轮机构脱开接合(即，轴相 对于轴壳体被解锁)，弹簧使棘轮EOA工具回复至它的标称结构。