用于安装O型环的装置和方法以及机器人与流程

用于安装o型环的装置和方法以及机器人
技术领域
1.本公开实施例总体上涉及一种机器人，并且更具体地，涉及一种用于将o型环安装到工件的装置和方法。


背景技术：

2.o型环也称填料或复曲面接头，是呈圆环面形状的机械垫圈。o型环是具有圆形横截面的弹性体环，设计为放置在凹槽中，并在组装期间在两个或更多个零件之间压缩，从而在界面处形成密封。o型环可以用于静态应用或其中零件与o型环之间存在相对运动的动态应用。
3.o型环是机械设计中最常用的一种密封件，因为它们价格便宜，易于制造且可靠。在正常情况下，o型环是手动组装的，效率低且劳动强度大，并且显著降低了工件的整体组装效率。为了提高效率，对o型环自动组装的需求日益增加。o型环的自动组装涉及o型环的馈送和安装。
4.传统的o型环自动组装方法通常仅适用于将o型环安装在轴的外圆周或孔的内圆周上。然而，这种方法无法应用于在工业上也被广泛使用的将o型环(特别是柔性o型环)安装在工件端面上的凹槽中。例如，机械手机器人关节中的一些o型环都安装在端面的凹槽中。


技术实现要素：

5.为了解决或至少部分地解决上述及其它潜在问题，本公开实施例提供了一种用于将o型环安装到工件的装置。
6.在第一方面，提供了一种用于将o型环安装到工件的装置。该装置包括引导部件，引导部件包括与凹槽同轴布置的截头锥体部分，凹槽形成在工件的端面上，用于接纳o型环，截头锥体部分的大端面邻近该端面布置；以及操作部件，操作部件适于驱动引导部件围绕引导部件的轴线往复旋转，其中大端面的直径与o型环的内直径基本相等，以允许环绕截头锥体部分并且相对于截头锥体部分偏心的o型环随着引导部件的旋转滑入凹槽中。
7.由于截头锥体部分的大端面的直径与o型环的内直径基本相等，在o型环落在工件上之后，o型环的一部分将位于截头锥体部分的斜面上。此时，只需要使引导部件往复旋转，并且引导部件上的o型环就会克服摩擦力滑入凹槽中，由此以简单的结构实现将o型环自动安装到工件的端面上。
8.在一些实施例中，引导部件还包括从截头锥体部分的小端延伸的被夹持部分，被夹持部分适于由操作部件夹持以驱动引导部件。由此，引导部件能够以更方便且稳定的方式被夹持。
9.在一些实施例中，操作部件包括第一夹持部分和第二夹持部分，第一夹持部分和第二夹持部分适于在操作部件的第一姿态下被驱动，以朝彼此移动来夹持被夹持部分。通过这种布置，可以更容易地实现操作部件的夹持，例如操作部件实现为机器人的端部执行
器。
10.在一些实施例中，操作部件还包括被布置在第一夹持部分和第二夹持部分中的每个夹持部分的自由端处的辊，并且操作部件可操作以从第一姿态移动至辊压过凹槽的第二姿态，并且可操作以在第一夹持部分和第二夹持部分朝彼此移动时旋转，以使得整个o型环被接纳在凹槽中。因此，可以确保o型环很好地接纳在凹槽中。
11.在一些实施例中，第一夹持部分和第二夹持部分中的至少一个的用于接触被夹持部分的操作表面具有凹入形状或平坦形状。通过这种布置，能够更稳定地夹持引导构件，由此提高o型环组件的可靠性。
12.在一些实施例中，截头锥体部分的斜率被配置为允许已经放置在截头锥体部分上的o型环随着引导部件往复旋转而抵抗摩擦力沿截头锥体部分滑动。因此，当引导部件往复旋转时，可以确保o型环能够滑入凹槽中。
13.在一些实施例中，引导部件还包括对准部分，用于将引导部件与工件对准。这样，引导部件可以更容易地与工件对准，其中截头锥体部分与凹槽同轴。
14.在第二方面，提供了一种机器人。机器人包括端部执行器，该端部执行器适于操作根据上述第一方面的装置以将o型环安装到工件上。这样，可以用机器人将o型环安装在工件的端面上，由此提高了o型环的安装效率和精度。
15.在一些实施例中，装置的操作部件是机器人的端部执行器的一部分。
16.在第三方面，提供了一种用于将o型环安装到工件的方法。该方法包括将引导部件放置在工件的端面上，引导部件具有与形成在端面上的凹槽同轴布置的截头锥体部分，并且截头锥体部分的大端面邻近该端面布置；放置o型环以环绕截头锥体部分；以及通过操作部件驱动引导部件围绕引导部件的轴线往复旋转，以使得相对于截头锥体部分偏心的o型环滑入凹槽中。
17.在一些实施例中，该方法还包括在o型环至少部分地被接纳在凹槽中后，将引导部件从端面上移除；将操作部件从第一姿态移动至第二姿态，在第二姿态，操作部件的辊压过凹槽；以及使第一夹持部分和第二夹持部分朝彼此移动以转动辊，以使得整个o型环被接纳在凹槽中。
18.应当理解的是，本发明内容并非旨在标识本公开实施例的关键或必要特征，也非旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其它特征将变得易于理解。
附图说明
19.通过结合附图对本公开示例实施例的更详细描述，本公开的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中在本公开的示例实施例中，相同附图标记通常表示相同部件。
20.图1示出o型环的前视图和侧视图；
21.图2示出根据本公开实施例的用于将o型环安装到工件的装置的立体视图；
22.图3示出根据本公开实施例的具有o型环的引导部件和工件的侧视图；
23.图4示出根据本公开实施例的具有o型环的引导部件和工件的剖视侧视图；
24.图5示出根据本公开实施例的处于第二姿态的操作部件的侧视图；
25.图6示出根据本公开实施例的处于第一姿态的操作部件的立体视图；并且
26.图7示出根据本公开实施例的用于将o型环安装到工件的方法流程图。
27.在整个附图中，相同或相似的附图标记用于表示相同或相似元件。
具体实施方式
28.现在将结合几个示例实施例来讨论本公开。应当理解的是，讨论这些实施例的目的仅在于使本领域技术人员能够更好地理解并进而实现本公开，而非暗示对主题范围的任何限制。
29.如本文所使用的，术语“包括”及其变体应理解为开放术语，意指“包括但不限于”。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指不同或相同的对象。其它显式和隐式定义可以包含在下文中。除非上下文中另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。
30.在工业中使用了许多尺寸的o型环。图1示出o型环200的前视图和侧视图。如图所示，具有一定弹性的o型环200具有线径w和内直径i。一般而言，内直径i与线径w之比可以在一定程度上反映o型环200的变形能力。具体而言，比率越小，越难变形(称为“刚性o型环”)，比率越大，越容易变形(称为“柔性o型环”)。
31.通常，为了满足不同工件之间的配合要求，o型环200可以安装在形成于工件300的外圆柱表面、内圆柱表面或端面上的凹槽中。目前，存在允许例如利用机器人将o型环200自动地安装在形成于工件300的外圆柱表面或内圆柱表面上的凹槽中的解决方案。
32.然而，安装在形成于工件300的端面上的凹槽中的o型环200通常是柔性o型环，即，内直径i与线径w的比率大。而且，与形成在外圆柱表面或内圆柱表面上的凹槽相比，由于缺少对o型环200的限制，形成在端面上的凹槽容易导致o型环200脱离。由于上述原因，将o型环200自动组装到端面上的凹槽中是一个挑战。现在，用于将o型环200安装到端面的凹槽中的过程中的至少一些步骤需要人为干预，导致效率和精度都很低。
33.为了提高效率和精度，本公开实施例提供了一种用于将o型环安装200到工件300的装置100。现在将参考图2至图6描述一些示例实施例。
34.图2示出用于将o型环200安装到工件300的装置100的立体视图。如图所示，装置100总体上包括引导部件101和操作部件102。引导部件101包括截头锥体部分1011，截头锥体部分1011允许已经落在其上的o型环200滑入形成在工件300的端面301上的凹槽302中。截头锥体部分1011具有邻近端面301布置的大端面1012。
35.操作部件102可以驱动引导部件101围绕引导部件101的轴线x往复旋转。在一些实施例中，操作部件102可以由机器人的端部执行器操作。在一些替代实施例中，操作部件102可以是机器人的端部执行器的一部分，这将在下文中进一步讨论。
36.为了便于操作，在一些实施例中，如图2所示，操作部件102可以包括两个夹持部分，这两个夹持部分可以被驱动以朝彼此移动，以夹持被夹持部分1013。在下文中，为了便于讨论，两个夹持部分被称为第一夹持部分1021和第二夹持部分1022。第一夹持部分1021和第二夹持部分1022可以在操作部件102时夹持被夹持部分1013。
37.除了如图2所示的圆柱形形状之外，被夹持部分1013也可以具有任何适合夹持的形状。例如，在一些实施例中，被夹持部分1013的横截面可以是椭圆形形状、正方形形状、矩
形形状、五边形形状、六边形形状或任何其它多边形形状。
38.在一些实施例中，作为端部执行器的操作部件102可以在至少两种姿态下操作引导部件101或o型环200。也就是说，操作部件102可以在操作期间改变其姿态。例如，在图2所示的第一姿态下，处于水平取向的操作部件102可以驱动引导部件101转动。当操作部件102处于第二姿态时，处于竖直取向的操作部件102可以确保o型环200被很好地接纳在凹槽302中，这将在下文中进一步讨论。在操作部件102处于至少两种姿态的情况下，可以以各种方式拾取o型环200。
39.例如，在一些实施例中，o型环200的线材主体可以用处于第一或第二姿态的操作部件102夹紧，以移动至工件300上方的位置。在一些替代实施例中，o型环200也可以通过在第二姿态下由第一夹持部分1021和第二夹持部分1022从内部扩张而被拾取。在这些实施例中，当o型环200扩张时，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022的外圆周上可以形成槽1024，以用于部分地接纳o型环200，如图2所示。在其它一些替代实施例中，o型环200也可以手动地拾取，或通过被吸住并移动至工件300上方的位置而被拾取。
40.当第一夹持部分1021和第二夹持部分1022以第一姿态夹持被夹持部分1013时，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022的操作表面接触并挤压被夹持部分1013。在一些实施例中，如图2所示，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022的至少一个操作表面可以具有凹入形状，以基本上与被夹持部分1013的形状相匹配，从而便于夹持。凹入形状的横截面可以是任何合适的形状，例如梯形或半圆形等。
41.应当理解的是，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022中的至少一个操作表面具有凹入形状的上述实施例仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当结构和/或布置也是可能的。例如，在一些实施例中，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022中的至少一个也可以是板状。也就是说，夹持部分的操作表面可以具有平坦形状，从而降低成本，提高适用性。在一些实施例中，操作表面可以具有表面结构以增加摩擦。
42.在一些实施例中，为了防止被夹持部分1013或o型环损坏并增加第一夹持部分1021和第二夹持部分1022以及被夹持部分1013之间的摩擦，可以在操作表面上布置弹性构件。弹性构件可以由橡胶、硅胶等制成。
43.如图2至图4所示，与截头锥体部分1011同轴布置的凹槽302用于接纳未变形或者仅具有最小变形的o型环200。具体而言，o型环200的内直径与凹槽302的内直径基本相等。同时，大端面1012的直径d与o型环200或凹槽302的内直径基本相等。这样，o型环200可以被接纳在凹槽302中而不变形或具有最小变形。
44.在一些实施例中，如图4所示，为了便于凹槽302和截头锥体部分1011的同轴布置，引导部件101可以包括对准部分1015，用于使引导部件101与工件300对准。为此，对准部分1015可以是从大端面1012沿轴线x延伸的部分，并且可以插入形成在工件300中的内孔中。这样，引导部件101与工件300对准，其中截头锥体部分1011与凹槽302同轴。
45.应当理解的是，将引导部件101与工件300对准的上述实施例仅用于说明，而非暗示对本公开范围的任何限制。任何其它适当结构和/或布置也是可能的。例如，在一些实施例中，可以通过将形成在引导部件101的大端面1012上的凸块插入形成在端面301上的相应槽中，来将引导部件50与工件300对准。
46.在操作中，如图3所示，o型环200通过机器人的端部执行器落在工件300和引导部
件101上。例如，在一些实施例中，端部执行器可以被控制为拾取o型环并移动至引导部件101上方的位置。
47.由于设置了引导部件101，o型环200和凹槽302不必严格地沿纵向方向对准。也就是说，当准备落下o型环200时，机器人不必太注意o型环200和工件300之间的对准。只要o型环200可以落下以环绕截头锥体部分1011，并且无论落下的o型环200和截头锥体部分1011是否同轴，端部执行器都可以移动至任何适当位置以使o型环200落下，由此降低操作难度并提高效率。
48.另外，这种布置允许机器人精度不高的情况下执行所需的操作，由此来降低成本。例如，在一些实施例中，操作部件102可以用作机器人的端部执行器或作为机器人的端部执行器的一部分，来拾取和移动o型环200。
49.如上所述，当o型环200准备落下时，o型环200和凹槽302不必严格地沿纵向方向对准。结果，在o型环200落在工件300上之后，o型环200可以环绕但偏心于截头锥体部分1011，如图2和图3所示。由于o型环200和截头锥体部分1011之间的摩擦，o型环200在重力作用下沿截头锥体部分1011的进一步移动被阻止。在某种意义上，落下的o型环200和截头锥体部分1011通过两者之间的摩擦连接。
50.在这种情况下，操作部件102可以驱动引导部件101围绕其中心轴线x往复旋转。随着操作部件102的旋转，o型环200与截头锥体部分1011之间的摩擦连接被断开。结果，在o型环200的重力作用下，落在截头锥体部分1011上的部分o型环200沿截头锥体部分1011滑动，并最终进入凹槽302中，如图3和图4所示。
51.除了能够围绕中心轴线x旋转之外，在一些实施例中，引导部件101还可以被驱动以围绕垂直于中心轴线的轴线摆动。引导部件101的摆动也可以破坏o型环200和截头锥体部分1011之间的摩擦，以允许o型环200沿截头锥体部分1011滑动并最终进入凹槽302中。在一些替代实施例中，可以同时执行引导部件101围绕中心轴线x的旋转和摆动。这样，可以确保o型环200能够滑入凹槽302中。
52.从上文可以看出，由于截头锥体部分1011的大端面的直径与o型环200的内直径基本相等，在o型环200落在工件300上之后，o型环200的一部分将位于截头锥体部分1011的斜面上。此时，只需要使引导部件101往复旋转，并且引导部件101上的o型环200就会克服摩擦力而滑入凹槽302中，从而以简单的结构实现将o型环200自动安装到工件300的端面301上。这样，可以提高安装效率和精度。
53.在一些实施例中，为了便于o型环200沿截头锥体部分1011滑动，截头锥体部分1011的斜率大小可以设计为允许o型环200在引导部件101往复旋转时滑动。这里的“斜率”是指截头锥体部分1011的斜面的倾斜度。斜率不应太大，否则将无法促进o型环200落下以环绕截头锥体部分1011。与此同时，斜率也不应太小，否则o型环可能不会随着引导部件101的旋转而滑动。
54.也就是说，需要根据诸如表面粗糙度的参数来适当地选择斜率。这样，o型环可以容易地下落至使得o型环200环绕截头锥体部分1011的适当位置。与此同时，适当选择的斜度可以便于o型环200沿截头锥体部分1011滑动。
55.在一些实施例中，为了便于将操作部件102对引导部件101的夹持，引导部件101还可以包括从截头锥体部分1011的小端1014延伸的被夹持部分1013，如图3和图4所示。被夹
持部分1013可以用于由处于第一姿态的操作部件102夹持，以驱动引导部件101旋转。这种布置允许更容易且更稳定地驱动引导部件101。
56.应当理解的是，由处于第一姿态的操作部件102夹紧被夹持部分1013以使引导部件101旋转的上述实施例仅用于说明，而非暗示对本技术范围的任何限制。任何适当结构或布置都是可能的。在一些替代实施例中，引导部件101还可以由处于第二姿态的操作部件102从引导部件的内部夹持。在这些实施例中，操作部件102可以被插入引导部件101的孔中，并挤压孔的内表面以驱动操作部件102。这样，可以省略被夹持部分1013。
57.在一些实施例中，将o型环装载到端面301上的凹槽302中的所有操作均可以由处于第二姿态的操作部件102完成。例如，也可以通过处于第二姿态的操作部件102从内部使o型环200扩张而进行拾取。然后，引导部件101也可以由处于第二姿态的操作部件102驱动而旋转，例如通过挤压引导部件101的孔的内表面。也就是说，操作部件102可以在不改变姿态的情况下操作，从而降低了控制操作部件102的难度。
58.在一些实施例中，为了确保整个o型环200被很好地接纳在凹槽302中和/或为了微调o型环在凹槽302中的姿态，可以设置被布置在第一夹持部分1021和第二夹持部分1022中的每个夹持部分的自由端处的辊1023。
59.在操作中，当大部分o型环200或整个o型环200都随着引导部件101的旋转而滑入凹槽302中之后，引导部件101可以通过处于第一姿态的操作部件102从工件300移除。之后，可以控制操作部件102从第一姿态移动至第二姿态，如图5所示。这样，辊1023将压过凹槽302。通过第一夹持部分1021和第二夹持部分1022的移动，辊1023能够往复旋转。
60.在这种情况下，如果o型环200的一部分没有被很好地接纳在凹槽302中，则辊1023的旋转可以挤压或推动该部分o型环200，使其被很好地接纳在凹槽302中。此外，也可以驱动处于第二姿态的操作部件102，使其围绕中心轴线x和/或垂直于中心轴线x的轴线旋转。之后，通过第一夹持部分1021及第二夹持部分1022的进一步移动，辊1023可以往复旋转以按压o型环200的其它部分。可以重复上述步骤，直到整个o型环200都被挤压。因此，可以确保整个o型环200被很好地接纳在凹槽302中。
61.在一些实施例中，操作部件102还可包括附加部1025，每个附加部均被布置在第一夹持部分1021和第二夹持部分1022的下方，如图6所示。当o型环200已经被很好地接纳在凹槽302中之后，工件300可以由附加部1025夹紧或移动至所需位置。应当理解的是，在一些替代实施例中，也可以省略附加部1025。具有o型环200的工件300也可以直接由第一夹持部分1021和第二夹持部分1022拾取。
62.从上文可以看出，o型环200可以被拾取，并且可以通过由机器人自动控制的装置100被很好地接纳在凹槽302中。也就是说，将o型环200安装在凹槽302中的整个操作可以通过被编程的机器人来实现而无需人工干预，从而提高了效率和精度。
63.本公开实施例还提供了如上所述的机器人。机器人包括端部执行器，端部执行器可以操作如上所述的装置100，来将o型环200安装到工件300。这样，o型环200能够以自动而无需人工干预的方式被安装到形成在工件300的端面301上的凹槽302中，从而提高了效率和精度。在一些实施例中，如上所述，装置100的操作部件102可以由端部执行器操作，或者可以是端部执行器的一部分。
64.本公开实施例还提供了一种用于将o型环200安装到工件300的方法。图7示出说明
该方法的流程图700。如图所示，在框710，例如通过操作部件102将引导部件101放置在工件300的端面301上。引导部件101具有与形成在端面301上的凹槽302同轴布置的截头锥体部分1011，并且截头锥体部分1011的大端面1012邻近该端面布置。
65.在框720，o型环200被放置为环绕截头锥体部分1011。之后，在框730，引导部件101由操作部件102驱动而围绕引导部件101的中心轴线x往复旋转，以使得相对于截头锥体部分1011偏心的o型环200滑入凹槽302中。在一些实施例中，引导部件101也可以由操作部件102驱动而围绕垂直于中心轴线x的轴线摆动。以这种方式，o型环200也可以滑入凹槽302中。
66.在一些实施例中，该方法还包括在o型环200至少部分地被接纳在凹槽302中之后，将引导部件101与操作部件102一起从端面301上移除。然后，操作部件102从第一姿态移动至第二姿态。在第二姿态下，操作部件102的辊1023压过凹槽302。之后，第一夹持部分1021和第二夹持部分1022朝彼此移动以使辊1023旋转，来使得o型环200被很好地接纳在凹槽302中。
67.应当理解的是，本公开的以上详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理，并非旨在限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，任何修改、等同替换和改进等均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同形式内的所有变型和修改。