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本发明涉及一种在热浸镀锌生产线中从熔融金属镀液中去除浮渣和浮垢的工业机器人。另外,本发明涉及一种用于更换连接至机器人的工具的工具更换系统及其方法。

背景技术

在制造钢和铁产品之后,经常进行热浸镀锌,以使产品更耐腐蚀,并改善耐久性、寿命、多功能性、稳定性或甚至美观性。将“干净的”预热产品,诸如片材、带或板放置在包括锌、锌合金或任何其它合适的金属或金属合金的熔融金属电镀浴中或使其通过,以为铁或钢提供镀层。

由于铁或钢与熔融金属或金属合金之间的反应,在镀液的液体表面上形成浮渣、熔渣和浮垢,以下称为浮渣。这些杂质会严重影响镀锌产品的表面质量,因此需要从镀液中除去这些杂质。这通常由操作者在极繁重且高风险的条件下手动完成。

去除浮渣的任务也可由具有从机器人臂延伸的浮渣去除工具的工业机器人来执行。一些机器人使用仅用于去除浮渣的一个工具,但是这导致效率相对较低。因此,已开发具有更换装置的机器人,该更换装置允许自动更换附接至机器人臂的工具。

第CN 109423588 A号专利申请(Wei等人)描述了能够自动选择浮渣或浮垢去除工具的机器人的示例。用于连接和保持各种工具的工具更换系统附接至机器人臂,并且在电磁阀的控制下进行气动驱动。这种机器人的缺陷是需要气动回路来执行夹紧动作,这导致设计相对复杂,且降低了使用稳健性。通过使卡盘与工具的轴轴向对准并进行轴向和扭转运动以将卡盘和工具接合在一起来进行卡口型接合的系统也是已知的。然而,这种连接对对准的精确性和工具轴端部上任何碎屑的存在敏感。

希望提供一种用于浮渣去除机器人的工具更换系统,该工具更换系统的设计不太复杂,并且具有更高的稳健性。特别地,该工具更换系统应该在通常在这种环境中占主导地位的条件下是可操作的,在这种环境中,浮渣、炉渣和其它类型的污物可能被包住在工具上,使得自动接合变得复杂。

发明内容

因此,根据本发明的第一方面,提供了一种工业机器人,该工业机器人用于在热浸镀锌生产线中从熔融金属电镀浴去除浮渣和浮垢。该机器人包括机器人主体、具有连接至机器人主体的肩端部和自由腕端部的机器人臂、以及连接至腕端部的工具夹具。术语“工具夹具”在这里指的是非致动的无源机构。工具夹具配置成拾取、安装和放下浮渣去除工具,浮渣去除工具具有工具轴和多个连接元件,该多个连接元件从所述工具轴向外延伸,并沿着所述工具轴间隔开。根据实施方式,工具夹具有接合第一连接元件的第一钳口和接合第二连接元件的第二钳口,由此钳口中的一个可相对于另一钳口位移,以通过机器人臂的运动接合和脱离连接元件,该位移通过由机器人臂克服工具保持器提供的反作用力而在工具的工具轴上施加的一系列力而进行。

钳口中的一个相对于另一钳口的位移打开和关闭工具夹具。工具夹具的一个优点在于,钳口的相对位移和工具之间的切换可由机器人本身完全驱动和控制。这使得夹紧非常稳健,并且在工具夹具上几乎不需要维护。在机器人的繁重的工作环境中,外部致动器的部分或机器人与外部致动器之间的连接可能容易损坏。根据本发明的工具夹具不需要用于控制工具的拾取、夹紧和释放的额外介质、线或其它元件。该工具夹具的制造也相对便宜,并且维护成本低。

使用沿着工具轴间隔开的连接元件允许工具夹具克服大的轴向力和旋转力。在本文中,旋转力旨在表示围绕垂直于工具轴的轴线的旋转,即导致轴中的弯矩。与轴的轴线一致的旋转力将被称为扭力。

另外,使用从轴向外延伸的连接元件使得该系统对碎屑非常不敏感。工具轴上的浮渣或其它污物的部分不会妨碍连接,因为该连接是通过连接元件建立的,而不是直接建立在工具轴本身的表面上。当然,应当理解的是,碎屑也可将其自身附接至连接元件上。然而,连接元件的相关尺寸通常可小于轴的相关尺寸。将自身附接至连接元件上的任何污物将通过与夹具的钳口的相互作用而更容易地移动。特别地,对于在进行连接时由机器人腕端部和工具夹具施加的相同的连接力,在较小的连接元件的表面上将遇到比在较大直径的轴上所遇到的更大的压力。

应当理解的是,在连接和使用过程中,旋转力从夹具传递到工具将取决于夹紧表面之间的临界尺寸。对于具有与连接元件接合的钳口的根据本发明的夹具,这将主要由连接元件之间的距离来确定。这应该至少大于工具轴的宽度或直径。在实施方式中,第一连接元件和第二连接元件在工具轴的宽度的至少三倍、优选地在工具轴的宽度的大约五倍或更多的距离上间隔开。连接元件沿着工具轴的间隔导致能够承受足够大的旋转力的连接。

在实施方式中,工具轴还具有沿着工具轴间隔开的所谓的保持元件。保持元件布置成与工具保持器接合,从而允许工具保持器承受由工具夹具施加的轴向力和旋转力。工具轴在沿着工具轴的多个位置的连接允许工具保持器克服由工具夹具施加的轴向力和旋转力,同时将工具轴保持在固定位置。优选地,保持元件还沿着工具轴间隔一段距离,该距离对应于可应用于连接元件的距离。应当理解的是,施加至连接元件的力将很大程度上对应于保持元件需要克服的力。

在实施方式中,连接元件和保持元件可重合。换言之,相同的元件或相同元件的部分可用于接合夹具的相应钳口,并且还用于接合工具保持器。可替代地,保持元件和连接元件可不同,并且可位于沿着工具轴的不同位置。本领域技术人员将了解到可用作连接元件和保持元件的各种结构,包括板、销、凸缘、钩、倒钩等。

在一个优选实施方式中,使用销,销从轴延伸足够的距离,以允许通过钳口接合,而钳口不与轴直接接触。圆形销是优选的,圆形销的直径小于轴的宽度或横向尺寸。销可小于轴的宽度的一半,或者甚至小于轴的宽度的三分之一。钳口优选地设置有形状与连接元件的形状相对应的凹部。在销的情况下,钳口可具有与销类似直径的槽,该销可落入该槽中。

第一连接元件和第二连接元件可由一对上销和一对中间销提供,以及保持元件可由一对中间销和一对下销提供。因而,中间销或其部件既用作用于将工具连接至工具夹具的连接元件,也用作用于将工具连接至工具保持器的保持元件。这允许工具保持器的设计紧凑,其中,用于将工具连接至工具夹具和工具保持器的、沿着工具轴的距离被最优地使用。优选地,上销与中间销之间的距离和中间销与下销之间的距离相同。紧凑性允许选择具有相对较短工具轴的工具。

在这种情况下,可能希望将工具夹具的钳口布置成以大于工具保持器接合的宽度的宽度接合销。工具保持器可布置成以比轴的宽度稍宽的间隔接合销。夹具的钳口可布置成以比工具保持器的宽度稍宽的间隔接合销。以这种方式,在拾取和放下工具的过程中,夹具可围绕工具保持器装配。应该理解的是,在工具保持器围绕夹具装配的情况下,也可为反向的。

在实施方式中,工具夹具的钳口通过弹簧元件朝向彼此偏置,其中,第一钳口布置成当弹簧卸载时接合第一连接元件,并且其中,弹簧元件配置成当力施加于工具轴上时允许钳口打开,从而为第二钳口提供空间以接合第二连接元件。术语“弹簧元件”在本文中用于指任何类型的弹簧或弹性元件,该弹簧或弹性元件在朝向彼此的方向上偏置钳口。只有当在弹簧元件上施加足够大的力时才能打开钳口。钳口和弹簧元件有助于在工具夹具与工具之间的连接,该连接是刚性的,并且没有松弛。

在实施方式中,所述工具夹具还包括阻挡元件,所述阻挡元件可在第一位置与第二位置之间移动,在所述第一位置,所述阻挡元件防止所述工具夹具脱离,在所述第二位置,所述阻挡元件不阻止所述工具夹具脱离接合。因而,阻挡元件防止工具意外脱离接合。优选地,阻挡元件防止钳口打开,从而避免仅弹簧元件起到保持钳口闭合的作用。阻挡元件可例如通过防止第二连接元件的轴向运动来防止第二连接元件离开第二钳口,这可能导致克服弹簧元件施加力。

在另一实施方式中,朝向第一位置偏置阻挡元件。这允许阻挡元件无源地锁定工具,因为在其中性位置,不施加外力,阻挡元件防止安装在工具夹具中的工具脱离接合。阻挡元件有助于在工具夹具与工具之间的连接,这种连接是刚性的,并且具有最小的松弛度。优选地,阻挡元件布置成通过抵靠工具保持器的部分接合而移动至第二位置。该运动可为由机器人臂启动的运动的部分,从而使得以足以克服阻挡元件的偏置的力将阻挡元件压靠在工具保持器上。

在实施方式中,机器人使用腕端部的旋转运动和平移运动来控制拾取和放下工具。旋转运动和平移运动也是成功去除浮渣所必需的。在优选实施方式中,除了去除浮渣所需的自由度之外,在腕端部不需要额外的腕端部自由度。这使得工具夹具与已有的机器人结合使用是灵活的。在实施方式中,旋转运动和平移运动在单个平面中发生。通过将工具夹具旋转到工具轴上,不需要工具夹具沿工具轴表面的滑动运动。在肮脏环境中,一旦表面被碎屑污染,表面的滑动可能变得困难。

在实施方式中,第一钳口是可枢转的上钳口,通过将工具向下压入工具保持器中,该上钳口可相对于第二钳口位移,该第二钳口是固定的下钳口。这很方便,因为机器人可容易地将压力施加至工具轴的顶表面或从工具轴延伸的连接元件的上表面。

在实施方式中,所述工具夹具包括一个或多个定心构件,所述定心构件围绕接触表面接触所述工具轴。对中构件布置成在浮渣去除动作期间为工具提供横向稳定性。在优选实施方式中,定心构件在工具轴的圆周表面的至少50%的圆周上接触工具轴,并且在沿着工具轴的第一对连接元件之间的距离的小于10%的距离上接触工具轴。工具夹具与工具轴之间的有限接触表面防止一旦接触表面在工作环境中变脏连接工具就出现的问题。

根据本发明的另一方面,并根据上述优点和效果,提供了一种与工业浮渣去除机器人一起使用的工具夹具。在优选实施方式中,工具夹具包括用于将工具夹具附接至工业机器人腕端部的常规连接器。

根据本发明的又一方面,并根据上述优点和效果,提供了一种与如上所述的工业机器人和工具夹具一起使用的工具保持器。工具保持器配置成承受工业机器人和工具夹具在接合和脱离工具时所施加的力。

根据本发明的又一方面,并根据上述优点和效果,提供了一种用于上述机器人、工具夹具和工具保持器的浮渣工具。该浮渣工具具有工具轴,该工具轴配置成与工具夹具和工具保持器接合,并且还具有有助于浮渣去除过程的属性部。在实施方式中,工具可具有不同的属性部,诸如筛子、篮子、耙子或网。另外,工具可具有不同的尺寸或轴长度。本领域技术人员将理解何时使用哪个工具。

根据本发明的另一方面,提供了一种工具更换系统,该工具更换系统包括:工具夹具,配置成连接至工业机器人的腕端部;用于从热浸镀锌生产线中的熔融金属镀液中去除浮渣和浮垢的工具,所述工具具有工具轴和多个连接元件,所述多个连接元件从所述工具轴向外延伸,并沿着所述工具轴间隔开大于所述工具轴的宽度的距离;以及工具保持器,配置为安装在工具对接站中。该工具夹具有配置成第一钳口和第二钳口,第一钳口接合第一连接元件,第二钳口接合第二连接元件,由此钳口中的至少一个可相对于另一钳口位移,以打开和关闭该夹具,从而通过工具夹具的运动接合和脱离连接元件,从而克服由工具保持器提供的反作用力在工具轴上施加力。

工具更换系统可与传统的工业机器人结合使用。工具夹具容易附接至工业机器人的腕端部,并且工具更换机构仅依赖于机器人本身的致动以及工具夹具、工具和工具保持器之间的相互作用。不需要外部致动,这使得工具更换系统易于灵活地与已操作的机器人结合使用。特别地,尽管已经在浮渣去除机器人的背景下描述了本发明,但是工具更换器也可实现为用于更换类似的工具,特别是在具有挑战性的环境中使用的工具更换器,在挑战性环境中,在工具的轴上积聚的碎屑使得工具更换困难。

在实施方式中,工具保持器包括一对侧壁。工具轴支承在侧壁之间,在工具轴的外表面与侧壁之间具有至少1mm的空间。优选地,工具轴的外表面与侧壁之间的空间在1mm与3mm之间。该空间在工具轴相对于工具保持器的位置中提供一些松弛,这允许系统处理碎屑的积聚,诸如浮渣、熔渣、溅锌物、灰尘或其它类型的污物。即使碎屑在工具和/或工具保持器上结壳,工具夹具仍然可将工具放置在工具保持器中。特别地,由于碎片在轴的一侧上积聚,工具可从中心位置移开。如本领域技术人员将理解的是,即使当工具轴不在保持器的中心时,这里描述的夹具与工具的横向接合也是可操作的。

工具轴与侧壁之间的空间还允许工具保持器保持具有不同工具轴直径的工具。另外,工具夹具可配置成接收具有不同工具轴尺寸的工具。特别地,在连接元件仍然位于相同的相应位置的范围内,工具夹具可接合它们,而不管轴的尺寸或位置。

根据本发明的另一方面,并且根据上述的优点和效果,提供了一种用于通过工业机器人从工具对接站中的工具保持器中拾取浮渣去除工具的方法。该工业机器人具有附接至机器人臂的腕端部的工具夹具,并且该工具具有工具轴,该工具轴具有多个连接元件,这些连接元件从该工具轴向外延伸,并沿着该工具轴间隔开。所述方法包括以下步骤:将所述工具夹具的第一钳口与所述工具的第一连接元件接合;通过所述第一钳口和所述第一连接元件之间的连接,在所述工具轴上施加一系列力,以通过增加所述工具夹具的第一钳口与第二钳口之间的距离来打开工具夹具,其中工具保持器配置成对所述一系列力提供阻力;控制机器人腕端部,使工具夹具的第二钳口与第二连接元件相接合;以及控制机器人腕端部将工具从工具夹具中抽出,并将工具锁定在工具夹具中。

本发明的特定特征是允许主要利用工具夹具朝向工具的轴的横向运动来更换工具,以便接合该轴。这与卡盘或夹持器轴向移动至轴上的布置明显不同。因而,根据实施方式,提供了一种工具更换系统,包括:无源工具夹,配置为连接至工业机器人的腕端部;工具,具有工具轴和多个连接元件,所述多个连接元件从所述工具轴向外延伸,并沿着所述工具轴间隔开大于所述工具轴的宽度的距离;以及工具保持器,其中,所述工具保持器布置成通过所述机器人臂的动作从所述工具保持器拾取和放下所述工具,以相对于所述工具轴沿主要横向方向移动所述工具保持器。可施加在连接元件上的轴向方向上的力,以打开和关闭夹具。这种侧向接合避免了对夹在轴的一端上对准和轴向移动的需要,该对准和轴向移动需要更高精度,并且更容易受到轴上存在的碎屑的影响。

有利地,机器人可仅使用机器人本身的运动来拾取工具,与工具和工具保持器相互作用。工具夹具本身是无源装置。一旦工具安装在工具夹具中,就提供了一种具有较小松弛度的刚性连接,该刚性连接足够坚固,以执行浮渣去除动作,而不会意外地脱离工具。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式来描述实施方式,在附图中,对应的附图标记指示对应的部分。在附图中,相同的数字表示相同的元件。元件的多个实例可各自包括附加至附图标记数字的单独字母。例如,特定元件“20”的两个实例可被标记为“20a”和“20b”。可在没有附加字母(例如,“20”)的情况下使用附图标记,以通常指未指定的实例或该元件的所有实例,而附图标记会包括附加字母(例如,“20a”),以指该元件的特定实例。

图1示意性地示出了从锌浴中去除浮渣的工业机器人的实施方式的立体图。

图2示意性地示出浮渣去除工具的实施方式的前视图。

图3A示出工具夹具的实施方式的立体图。

图3B示出图3C的工具夹具的局部剖视立体图。

图3C示出图3A的工具夹具的前视图。

图4示出与图3的工具夹具结合使用的工具对接站。

图5A至图5F示出了使用图3的工具夹具拾取工具的方法的各阶段。

图6A至图6E示出了使用图3的工具夹具将工具放下的方法的各阶段。

附图仅用于说明的目的,而不是作为对权利要求所提出的范围或保护的限制。

具体实施方式

以下是对本发明的某些实施方式的描述,该描述仅通过示例并参考附图给出。

图1示意性地示出了工业机器人1的立体图,该工业机器人1用于在连续热浸镀锌生产线中从锌浴9中去除浮渣5。钢板(未示出)被引导通过锌浴9,这导致在锌浴9的表面上形成浮渣5。机器人1位于锌浴9的一侧,以从表面去除浮渣5。作为热浸镀锌生产线的部分的其它装置可位于锌浴9的同一侧、或任何其它侧。如果需要,可围绕同一锌浴9设置多个浮渣去除机器人1。

机器人1具有固定至基板3的机器人主体11、以及从机器人主体11的肩部15延伸的机器人臂12。机器人臂12具有上臂13和下臂14,并终止于腕端部16。在腕端部16处,浮渣去除工具4a通过工具夹具2连接。机器人1可控制浮渣去除工具4a的运动。可通过将工具4a浸入锌浴9中并恰好在液体表面下方进行铲斗运动来去除浮渣5。随后,机器人1可提升浮渣去除工具4a,并侧向转动以将铲起的材料沉积在容器6中。

可使用各种工具4a、4b、4c来去除浮渣5。机器人1具有安装的第一工具4a,但是可自动地将第一工具4a互换为存储在工具对接站7中的另一适当的工具4b、4c。工具4保持在对接站7中的工具保持器71中。为了放下第一浮渣去除工具4a并拾取第二浮渣去除工具4b、4c,机器人1绕其自身竖直轴线转动,使得机器人1的腕端部16面向对接站7。随后,机器人1进行精确运动,以将第一工具4a放下到对接站7中的空的保持器中,并从对接站7中的另一保持器71中选择第二工具4b。

为了实现所有这些运动,机器人腕端部16设置有至少五个自由度。前三个自由度允许腕端部16在三维空间中进行平移运动。第四自由度用于围绕机器人自身的法向轴z进行旋转运动,以例如面向工具对接站7而不是锌浴9。第五自由度是围绕垂直于法向轴z的横向轴Y的俯仰运动。在该实施方式中,需要俯仰运动以从对接站7拾取或放下工具4。应当理解的是,机器人1可具有附加自由度,并且在特定的实施方式中,不是所有的自由度都是必需的。

图2示意性地示出了可连接至机器人1的浮渣去除工具4的实施方式。浮渣去除工具4具有圆柱形工具轴41,该圆柱形工具轴41具有大约3cm的直径和1m的长度。在其它实施方式中,工具轴也可具有另一直径,例如4cm或在大约2cm与5cm之间的直径。从工具轴41的一端延伸出浮渣去除属性部45。可选实施方式可具有其它属性部45,例如耙子、刮刀、筛子、篮子或网。优选地,该工具具有能够携带被去除的浮渣的表面和在该表面中的开口二者,以将过量的液体释放回锌浴9。本领域技术人员将理解适于浮渣去除过程的工具的类型。还应当理解的是,不是所有的工具都用于铲起或筛分液体,而是例如也可用于搅拌液体。另外,工具4的不同实施方式不仅可具有不同的属性部45,也可具有不同长度的工具轴41。

多个连接元件从工具轴41突出,并布置成将工具轴41连接至机器人1的工具夹具2。这些连接元件可细分为上销43和中间销42。另外,多个保持元件从工具轴41突出,这些保持元件布置成将工具轴41连接至对接站7中的工具保持器71。保持元件可细分为下销44和中间销42。

上销43靠近工具轴41的顶端布置。中间销42与上销43相距大约为工具轴41直径的6倍的距离。中间销42与下销44在大约是工具轴41直径的6倍的相同距离上间隔开。

图3示出了工具夹具2的实施方式。图3A至图B示出了立体图,元件图3C示出了前视图。在图3B中,为了清楚起见,省略了在工具夹具2的两个对称侧中的一个上的多个部件。

工具夹具2具有连接板21,用于将工具夹具2连接至机器人腕端部16(在图3A中示意性地示出)。连接板21连接至沿中心轴线C延伸的框架22,中心轴线C被限定为当安装在工具夹具2内时工具轴41沿其延伸的轴线。

多个定心构件23a、23b连接至框架22,并沿着中心轴线C在不同位置处间隔开。定心构件23引导工具轴41,并防止工具轴41在不同于沿着中心轴线C的方向上的任何移动、或通过两个侧壁之间的开口26的径向向外的卸载移动,其中该两个侧壁在中心轴线C的相对侧上从框架22延伸。因而,定心构件23还防止工具4除围绕中心轴线C的旋转之外的任何旋转。在实施方式中,对中构件23可配置成向各自具有不同工具轴直径的多个工具的相应工具轴提供引导。

侧壁具有上侧壁部分48和下侧壁部分24。下侧壁部分24包括下支承座25,下支承座25配置成接收从工具轴41延伸的中间销42。当工具4安装在工具夹具2中时,中间销42由下支承座25支承。

上侧壁部分48由壳体27保护。侧壁之间的开口26在壳体27的两个部分之间延伸。开口26沿着平行于中心轴线C的方向延伸,并且足够宽,以允许工具轴41通过开口26侧向进入。

图3B示出了工具夹具2还具有上支承结构29。上支承结构29具有位于中心轴线C的相对侧上的两个侧杆31、以及可旋转地连接至上侧壁部分48的铰接件28。侧杆31中的每个均在其下边缘上具有上支承座30。这些上支承座30布置成接收从工具轴41延伸的上销43。

两个拉伸弹簧32(其中一个被示出)位于中心轴线C的相对侧。拉伸弹簧32布置成偏置上支承结构29以围绕铰接件28旋转。每个拉伸弹簧32的第一端(未示出)连接至下侧壁部分24。每个拉伸弹簧32的第二端34连接至上支承结构29。因而,上支承结构29可用作工具夹具2的一个钳口。工具夹具的第二钳口由下侧壁部分24提供。

工具夹具2还包括两个凸轮35,凸轮35引导拾取和放下工具4的动作。另外,当安装工具4时,凸轮35提供阻挡机构。凸轮35中的每个均具有尖端36和阻挡部分37。凸轮35彼此连接,以围绕横向轴线y一起旋转,并通过扭簧38偏置。扭力弹簧38连接至框架22,并朝向中性位置偏置凸轮35。在所示视图中,凸轮35处于中性位置,其中阻挡部分37位于中间销42的出口路径上方。这样,阻挡部分37阻挡中间销42从下支承座25脱离接合。

图3C示出工具夹具2的前视图,其中安装有工具的工具轴41。凸轮35较薄,并且每个凸轮35均位于工具轴41与下侧壁部分24之间的狭窄空间中。中间销42靠近工具轴41具有较大直径,并且朝向端部具有较小直径。在直径最小处,中间销42与下侧壁部分24中的下支承座25接合。这在工具轴41与侧壁部分24、48之间留出空间,以使工具保持器71的部分与中间销42接合。工具保持器71的该部分也与凸轮35对齐。

在图3A至图3C中示出了工具夹具2处于一个位置,在该位置,工具4安装在框架22中。工具4与工具夹具2的连接是刚性的。夹紧机构通过下支承座25、上支承结构29和拉伸弹簧32提供。在拉伸弹簧32的卸载位置,防止工具轴41沿中心轴线C移动。只有在弹簧32伸展时,才打开工具夹具。工具夹具还部分地防止在垂直于工具轴41的方向上的位移。

另外,凸轮35的阻挡部分37防止中间销42与下部支承座25脱离接合,并且定心构件23防止工具轴41在横向方向上运动。由于工具夹具2在沿着工具轴41间隔开的不同位置支承工具4,因此还防止旋转。

图4示出了适于与图3A至图3C的工具夹具2一起使用的对接站7的实施方式。对接站7具有用于接收工具4的三个工具保持器71。每个工具保持器71都是对称形状的,并且在中心轴线C的每一侧上均具有侧壁73。在这里,当安装在工具保持器71中时,中心轴线C再次被限定为沿着工具4的工具轴41的方向的轴线。

侧壁73中的每个均具有带顶座72的顶翼75和带下座74的下翼76。顶座72配置成容纳工具4的中间销42,而下座74布置成容纳工具4的下销44。

侧壁73和翼部75、76较薄,并且布置成与工具轴41仅有轻微的间隔。优选地,工具轴41的外表面与侧壁73之间的空间在工具轴41的直径的5%与10%之间。该间隔允许系统处理工具4和工具保持器71上的一些碎屑积聚,而不会防止或阻碍将工具4放置在工具保持器71中。在该实施方式中,工具轴41与工具保持器侧壁73之间的间隔大约为2mm至2.5mm。

该间隔足够小,以允许将工具夹具2放置在工具保持器71的顶翼75上,这意味着工具夹具2将顶翼75容纳在壳体27的内部,并容纳在下侧壁部分24与工具轴41之间的空间中,如上面关于图3C所述。在双安装位置,即工具4同时安装在工具夹具2和工具保持器71中,顶翼75因而定位在工具轴41与工具夹具2的下侧壁部分24之间。在这种双安装位置,中间销42的较厚部分由顶翼75的顶座72支承,以及中间销42的较薄部分由工具夹具2的下支承座25支承。工具夹具2和工具保持器71进一步对准,以允许凸轮尖端36在拾取或放下工具时接触侧壁73的边缘77。

图5A至图5F示出了用于从对接站7中的工具保持器71拾取工具4的方法。在工具夹具2和工具保持器71的侧视图中示出了不同的步骤。为了清楚起见,对于在侧视图中不可见的大部分部件也使用连续线。

图5A示出了用于拾取工具4的工具夹具2的起始位置。工具夹具2的中心轴线C相对于工具轴41的主轴线倾斜。机器人1在稍微倾斜的状态下控制工具夹具2的运动,以横向接近工具保持器71。机器人腕端部16移动工具夹具2通过X-Z平面,而不旋转工具夹具2,直到上支承杆29与工具轴41接触。继续通过X-Z平面的滑动运动,直到上销43接合在上支承座30中。

图5B示出了该位置。所形成的连接允许上支承结构29围绕上销43枢转。在进行这种连接之后,机器人腕端部16在X-Z平面中围绕横向轴线Y旋转,同时将工具4向下压入工具保持器71中。通过在工具保持器71的顶座72和下座74中支承工具轴41,阻止工具4在X-Z平面中旋转。由工具保持器71提供的阻力允许弹簧32伸展。继续旋转,直到凸轮尖端36接触工具保持器71的侧壁73的边缘77(图5C)。

然后继续旋转,同时凸轮尖端36保持与侧壁73的边缘77接触。由边缘77提供的阻力向内推动凸轮35,同时机器人1继续推动旋转。该阻力足以抵消连接至凸轮35的扭簧38的偏置。凸轮35旋转,并且阻挡部分37被移开,以腾出用于接合下部支承座25中的中间销42的路径。同时,旋转继续,并且包括顶座72的顶翼75容纳在工具夹具2的框架侧壁24与工具轴41之间。

一旦工具夹具2的中心轴线C与工具轴41的主轴线对齐,旋转就自动停止。框架22的下支承座25现在已移动至中间销42下方的位置(图5D)。

然后,机器人1沿着中心轴线沿笔直向上的方向向上拉动工具夹具2(图5E)。拉伸弹簧32卸载,并且中间销42自动地容纳在下支承座25中。工具4现在被锁定在工具夹具2中,位于由拉伸弹簧32、下支承座25和上支承结构29形成的夹具之间。

然后,机器人1可将工具夹具2移离工具保持器71。当去除工具夹具2时,扭簧38迫使凸轮35自动地移动回到它们的中性位置,其中,凸轮35的阻挡部分37位于下部支承座25的上方(图5F)。使中间销42脱离联接的路径现在被阻挡。

拾取和安装工具的整个过程由机器人自身的运动驱动,并且除了由于机器人1与对接站7之间的相互作用而产生的反作用力之外,不需要外力、能量或介质来建立锁定。这具有几个优点。例如,这使得工具夹具2坚固且相对便宜。除了机器人本身之外,不需要外部致动器来拾取工具。

该连接通过旋转进行,其中工具夹具和工具保持器仅在有限数量的接触区域处相互接触。有利的是,工具的接合不需要工具夹具的表面和工具的表面彼此滑动。在沉渣清除机器人工作的繁重工作环境中,表面容易变脏或损坏,这可能对两个平行表面平滑滑动带来问题。根据本发明的工具夹具不存在这个问题。

因而,用于拾取的方法具有稳健性,并且拾取工具所需的精度相对较低。尽管工具轴在工具保持器中的位置可能不精确,但是工具夹具仍然能够从工具保持器拾取工具。机器人可以以大约几十毫米的非常高的精度来操作工具夹具。一旦第一钳口已接合第一连接元件,就克服由工具保持器提供的反作用力而将力施加至工具的工具轴上。这些力决定工具轴在工具保持器中的位置,该位置是连接元件与工具夹具接合所需的。

图6A至图6E示出了用于将工具4放到对接站的工具保持器71中的方法。图6A示出了用于将工具4卸下的工具夹具2的起始位置。工具夹具2的中心轴线C平行于工具保持器71的中心轴线。机器人1控制工具夹具2的运动,以接近工具保持器71而不旋转工具夹具。

图6B示出了工具夹具2首先通过凸轮尖端36与工具保持器71接触。中间销42和下销44位于分别高于工具保持器71的顶座72和下座74的竖直高度。凸轮尖端36需要与侧壁73的边缘77对齐。

在工具夹具2与工具保持器71之间进行第一次接触之后,继续运动,并且将凸轮35向内推入工具夹具2的壳体27中,在上壁部分48与工具轴41之间。继续该运动,直到下支承座25和中间销42与工具保持器71的中心轴线对齐。凸轮35现在完全缩回,并且阻挡部分37已移动离开下支承座25。

然后,工具夹具2向下移动,使得中间销42容纳在工具保持器71的顶座72中,并且下销44位于工具保持器71的下座74中。

图6C示出了处于这种双安装位置的工具4。为了使工具夹具2脱离接合,机器人1旋转腕端部16,同时在工具保持器71的顶座72和下座74中向下推动工具轴41。由工具保持器71提供的阻力导致拉伸弹簧32延伸,从而打开由下支承座25和上支承结构29形成的夹具。一旦弹簧已足够延伸,就可从工具保持器71上去除工具夹具2(图6D)。

在将工具夹具2移离工具保持器71的同时,扭簧38迫使凸轮35回到它们的中性位置。然后,带有工具夹具2的机器人1准备拾取另一工具4(图6E)。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下,可以以其它特定的形式实施本发明。所描述的实施方式在所有方面仅被认为是说明性的,而不是限制性的。因此,本发明的范围由所附权利要求书限定,而不是前面的描述来限定。对于本领域技术人员显而易见的是,可设想本发明的替代方案和等效实施方式并将其简化为实践。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都包含在权利要求的的等同物的范围内。

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