具有环形牵引止挡件的工业机器人 |
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| 申请号 | CN201210509753.6 | 申请日 | 2012-12-03 | 公开(公告)号 | CN103419213B | 公开(公告)日 | 2015-10-07 |
| 申请人 | 库卡罗伯特有限公司; | 发明人 | 赖纳·克伦巴赫尔; 弗朗茨·利布尔; 克里斯托弗·格罗尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种工业 机器人 （1），具有机器人臂（2），该机器人臂具有多个通过关节（11）连接的节肢（12），其中每个关节连接至少两个毗邻的节肢，关节构造为 转动关节 ，其可借助于 驱动器 进行调节并利用机械止挡装置（13）来限定其最大转动调节 角 度，机械止挡装置包括与两个毗邻的节肢（12.1，12.2）中的一个节肢（12.1）连接的止动凸出部（16）、与两个毗邻的节肢中的另一个节肢（12.2）相连接的挺杆（17）和可通过该挺杆调节的牵引止挡件（18），牵引止挡件具有牵引止挡件基体和与牵引止挡件基体相连接的环形体，该环形体可转动地插入位于两个毗邻的节肢中的一个节肢的壳体部件的内壁中的环形槽中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种工业机器人，其具有机器人臂(2)，该机器人臂(2)具有多个通过关节(11)连接的节肢(12)，其中，每一个关节(11)都连接至少两个毗邻的节肢(12)，所述关节构造为转动关节，并可借助于驱动器进行调节以及利用机械止挡装置(13)来限定其最大转动调节角度，该机械止挡装置(13)包括与所述两个毗邻的节肢(12.1，12.2)中的一个节肢(12.1)相连接的止动凸出部(16)、与所述两个毗邻的节肢(12.1，12.2)中的另一个节肢(12.2)相连接的挺杆(17)和可通过该挺杆(17)调节的牵引止挡件(18)，该牵引止挡件(18)具有牵引止挡件基体(18.1)和与该牵引止挡件基体(18.1)相连接的环形体(18.2)，该环形体(18.2)可转动地插入位于所述两个毗邻的节肢(12.1，12.2)中的一个节肢(12.1)的壳体部件(9，10)的内壁(20)中的环形槽(19)中。 |
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| 说明书全文 | 具有环形牵引止挡件的工业机器人技术领域[0001] 本发明涉及一种具有机器人臂的工业机器人，机器人臂具有多个通过关节连接的节肢，其中，每一个关节都连接至少两个毗邻的节肢，关节被构造为转动关节并可借助于驱动器进行调节以及利用机械止挡装置限定其最大的转动调节角度。 背景技术[0002] 工业机器人是工作机器，其可以配备用于自动操作和/或处理对象的工具，并可以借助于其关节在多个运动轴上例如关于方向、位置和工作流程编程。工业机器人通常具有：机器人臂，其包括多个通过特别是电驱动器自动调节或手动调节的关节（轴）；和可编程控制器（控制装置），用以在运行期间控制或调节工业机器人的运动过程。 [0003] 另外，机器人臂还包括支架和可相对于支架关于转动轴转动地安装的转盘，在转盘上安装有摇臂,在其一侧安装有具有机器人手的机器人臂悬臂,在机器人臂悬臂和/或机器人手上可以具有多个关节。根据机器人臂的结构设计方案,可以借助于固定止挡件将一个或多个关节或机器人轴的可能的转动运动机械地限定为低于360°,或借助于牵引止挡件机械地限定为大于360°，例如在380°到420°，特别是400°。 [0004] 为了使转盘相对于支架的转动运动能够大于360°，专利文献DE29616401U1中公开了一种工业机器人，其支架具有与转动轴同心地设置的部分为圆形的连杆（Kulisse），在其中滑动地设置牵引止挡件。在转盘上设置挺杆（Mitnehmer），其在转盘的一个转动方向上在到达连杆时与其共同作用在牵引止挡件的一侧，而在相反的方向上与其共同作用在相对的一侧，并将牵引止挡件一起引导到连杆的相对一侧的连接端直至止动。牵引止挡件可以全方位地或只在发生摩擦和碰撞的位置上配备例如硫化橡胶形式的阻尼衬。为了不使牵引止挡件倾斜，而是可以通过其滑动面被干净地引导，牵引止挡件必须具有一定的宽度。 [0005] 由专利文献DE102009043404A1可知一种具有多轴机器人臂的工业机器人，该机器人臂具有支架、相对于支架关于轴可转动地安装的转盘和为了限制转盘相对于支架的转动运动而设置的机械止挡装置，该机械止挡装置具有：设置在支架上的连杆，在连杆的端部上设置止挡件；设置在连杆中的牵引止挡件和设置在转盘上的挺杆，在此将挺杆和连杆设置为，在转盘关于轴做相应的转动运动时挺杆插入连杆中，并使牵引止挡件碰撞相关的止挡件，牵引止挡件包括可变形的塑性阻尼元件，并将该阻尼元件设置为，基于由牵引止挡件通过挺杆碰撞在相关止挡件上所引起的塑性变形使转盘制动。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提出一种改进的具有机械止挡装置的工业机器人。本发明的目的尤其在于提出一种具有改进的机械牵引止挡装置的工业机器人，其可以完全在壳体部件内部找到空间并特别是能够节省空间地实现。 [0007] 本发明的目的通过一种具有机器人臂的工业机器人实现，机器人臂具有多个通过关节连接的节肢，其中，每一个关节都连接至少两个毗邻的节肢，关节构造为转动关节，并可借助于驱动器进行调节以及利用机械止挡装置限定其最大的转动调节角度，该止挡装置包括与两个毗邻节肢中的一个相连接的止挡装置、与两个毗邻节肢中的另一个相连接的挺杆和可通过挺杆调节的牵引止挡件，该牵引止挡件具有牵引止挡件基体和与该牵引止挡件基体相连接的环形体，该环形体至少部分或全部地可转动地插入位于两个毗邻节肢其中一个的壳体部件的内壁上的环形槽中。 [0008] 工业机器人具有机器人臂和可编程控制器（控制装置），可编程控制器在运行期间控制或调节工业机器人的运动进程，从而使一个或多个可自动或手动调节的关节（机器人轴）通过特别是电驱动器运动，在此，控制装置控制或调节驱动器。 [0009] 在此例如可以通过以下来限定转动关节的最大转动调节角度：在挺杆的相应最终角位置上相对于止挡装置驱动可调的牵引止挡件，并使其在那里机械地止动，从而至少在相关的驱动器上产生显著的电流升高，控制装置根据这样的电流升高使驱动器停止，由此控制或调节相关的关节进入停顿状态。在具体情况下，也可以将根据本发明的止挡装置设计为，单独通过机械止动使相关的关节处于停顿状态，而与控制器对相应驱动器进行控制或调节的程度无关。 [0010] 根据本发明的止挡装置特别可以是设置在悬臂轴(例如六个机器人轴的第四轴)上且最大转动调节角度在+185°至-185°之间的超程安全装置该超程安全装置例如可以通过手动操作（即对关节的手动控制的电动方法）关节，特别是在调整工业机器人期间确保遵守最大转动调节角度。 [0011] 利用根据本发明的止挡装置可以在最小的结构空间中实现这样的超程安全装置。在该结构空间内还可以为传感器、特别是调整传感器（Justageaufnehmer）找到位置。在特定的实施方式中，不需要实现整个机械作用的牵引止挡件的、在发生故障时所需要的鲁棒性。但是更大规模的实施是有可能的，因此也可以将这种变形作为牵引止挡件实现。 [0012] 根据本发明，将牵引止挡件、即超程安全装置构造为环形体，其至少部分或全部可转动地插入位于两个毗邻节肢中的一个的壳体部件内壁上的环形槽中。该环形体可以类似于安全环（DIN472）一样装配在铸件的凹槽中，并因此而位于机器人臂的内部。因此，对于超程安全装置的安装不需要其他的组件，并且干扰轮廓 不会发生变化，即恶化。 [0013] 牵引止挡件或超程安全装置可以拥有偏心的内部轮廓和外部轮廓，并将其设置为，使环形体在安装时保持圆形的外部轮廓，以确保更好的安装。此外，可以在具有钥匙孔状开口的环形体上设置凸鼻（Nase），以便在驶入端部位置时产生弹簧作用。 [0014] 为了限定轴角度，即为了限定最大转动调节角度，例如可以设置圆柱形销钉。由此可以将超程安全装置扩大至约+320°至-320°。在一种止挡件的实施方式中，还可以附加地设置缓冲元件作为止挡件。在例如约为+200°至-200°的轴角度下，除了调整传感器之外，还可以使环形体也位于相同的平面上。由此可以使相关壳体部件的轴向结构长度最小。 [0015] 也就是说，根据本发明的环形体可转动地安装在壳体部件的内部。特别是可以由此使环形体轴向固定在壳体部件中并在圆周方向上可转动地被引导。这样，环形体构成转动轴承装置，牵引止挡件通过它被可转动地支承。这样，牵引止挡件或牵引止挡件基体与环形体相连接。 [0016] 环形体可以由有弹簧弹性的开放的环弧构成，其具有两个彼此相对的环弧端部并被构造为：通过环弧端部的弹簧弹性预加载的相互运动来缩小环弧的外径，从而能够将环形体插入壳体部件的环形槽中和/或从中取出，并在至少部分或全部弹簧弹性放松的状态下将环形体轴向固定在壳体部件的环形槽中并沿圆周方向可转动地引导。 [0017] 牵引止挡件、特别是牵引止挡件基体可以借助环形体以简单的方式可转动地安装在壳体部件的内部。另外，基于这样一种特别平整和狭窄的环形的结构形式，只需要很小的结构空间就可以实现牵引止挡装置。环形体例如可以通过由金属板半成品冲压而成的、由弹簧钢制成的板型件制成。替代地还可以例如利用激光切割机由金属板半成品制成。 [0018] 通过将环形体构成弹簧弹性打开的环弧并具有两个彼此相对的环弧端部，可以类似的方式将环形体以专业人员公知的用于安装目的的安全环的形式、特别是以按照标准DIN472的安全环的形式实现并安装。此外，还可以将这种环形体在其轴向延伸上非常平整地实现，从而只需要很小的空间就可以在壳体部件的内部实现牵引止挡装置。 [0019] 这两个环弧端部可以分别具有凸出部或眼孔（Auge）,用于分别容纳设计用于使环弧端部相互移动的夹持工具的手动操作的夹持工具前端。这种凸出部或眼孔可以类似于专业人员公知的安全环的形式、特别是如标准DIN472所述的安全环的形式实现。 [0020] 牵引止挡件基体可以由从环形体径向向内延伸的鱼尾板构成，特别是由与环形体一体化构成的鱼尾板制成。在此牵引止挡件基体具有两个彼此相对的接触面，每个接触面根据止动位置在止挡装置的两个配对接触面的其中一个上停留在相应的最大关节转动角位置上。 [0021] 鱼尾板可以具有两个彼此径向延伸的边条（Steg），它们限定在鱼尾板中构成的凹部。通过调协鱼尾板的宽度或边条在牵引止挡件基体或超程安全装置上彼此之间的间隔以及例如止挡装置的两个螺丝、螺栓或栓塞之间的角度，可以得到要限定的牵引止挡件的角度范围。通过凹部可以使鱼尾板或两个边条获得一定的弹性，由此可以在牵引止挡件基体和止挡装置彼此相遇时在一定程度上消减撞击。 [0022] 每个边条都可以具有相对于边条的径向突出的边条段横截面缩小的边条的基段，该基段被设计用于使径向突出的边条段弹簧弹性地在环形体上扎紧。通过使每个边条具有相对于边条的径向突出的边条段横截面缩小的边条的基段，可以超过凹部附加地提高阻尼特性。 [0023] 一般情况下，止动凸出部由两个成角度且特别是相对于关节的转动中心以相同的径向间隔设置的凸出部构成，特别是由螺丝、销钉、螺栓或栓塞构成，牵引止挡件基体在它们之间在该牵引止挡件基体插入壳体部件的环形槽中的支承位置上可转动运动一定的角度，特别是40度到80度的角度，尤其是转动运动60度的角度。由此，这两个凸出部、尤其是螺丝、螺栓或栓塞限定了一个摆动角度，牵引止挡件、特别是牵引止挡件基体可转动运动该角度地安装在壳体部件的凹槽中。可以在壳体部件中设置两个或多个插口，特别是穿孔或螺纹孔，在此，可以在每个插口或穿孔或螺纹孔中可松脱地插入凸出部、螺栓或栓塞。在此可以通过取出或旋出一个或多个凸出部、螺丝、螺栓或栓塞来改变牵引止挡件、特别是牵引止挡件基体转动运动的角跨度（Winkelspanne）。还可以例如只设置两个凸出部、螺丝、螺栓或栓塞，它们可以被有选择地插入多个特别是沿圆周平均分布设置的插口、特别是穿孔或螺纹孔中的两个中，并再次被取出，以便根据所要求的最大转动调节角度相应地改变角跨度。 [0024] 在两个毗邻的节肢中的一个节肢的壳体部件中，可以为径向伸入壳体部件内部的调整传感器设置接收孔，并可以将牵引止挡件的环形体插入壳体部件的环形槽中，从而在牵引止挡件、特别是环形体的每个转动位置上，使接收孔或调整传感器处于位于两个环弧端部之间的环形体的朝着环弧开放的扇段中。即，用于径向伸入壳体部件内部的调整传感器的接收孔可以设置在壳体部件的内壁恰好没有被环形体占据的位置上，也就是设置在各个由环形体通过止挡装置确定的、可采取的转动位置上。在这样的实施方式中，止挡件的这样的开口用于移除伸入壳体中的调整传感器、特别是调整卡头（Justagepatrone）。这与超程安全装置在螺丝之间的运动相匹配，以确保在运行中调整卡头不会受到伤害。 [0025] 在所有的实施方式中，挺杆可以由凸出部、特别是螺丝、螺栓或栓塞构成，其可以根据两个毗邻节肢中另一个节肢的转动方向或者在可调整的牵引止挡件的一侧、特别是在一个边条上止动，或者在可调整的牵引止挡件的另一侧、特别是在另一个边条上止动，以使牵引止挡件在壳体部件的环形槽中扭转。即，当相关的节肢转动时，挺杆首先自由地在圆形轨迹上围绕该节肢的转动轴转动绕行，直至挺杆停留在牵引止挡件或牵引止挡件基体上，牵引止挡件或牵引止挡件基体向前移动牵引止挡件、特别是牵引止挡件基体可转动运动的角跨度，直至其当达到关节的最大转动调节角度时固定地停留在止挡装置上。 [0026] 在所有的实施方式中，可以将牵引止挡件、特别是牵引止挡件基体以安全环的形式、特别是如按照标准DIN472的安全环的形式实现。在这样的实施方式中，牵引止挡件、即超程安全装置可以设置在机器人臂的关节上。超程安全装置可以被构造成安全环的形式，并利用安全环安装钳安装在壳体部件中的凹槽中。附图说明 [0027] 在附图中示例性地示出了本发明的实施例。 [0028] 图1示出了具有根据本发明的牵引止挡件的工业机器人的透视图，以及[0029] 图2示出了打开的壳体部件的轴向俯视图，该壳体部件具有插入的环形体、止挡装置和挺杆。 具体实施方式[0030] 图1示出了工业机器人1，其具有机器人臂2。在本实施例中，机器人臂2包括多个依次设置并通过关节11相连接的节肢12。节肢12特别是指支架3和相对于支架3可围绕垂直延伸的轴A1转动地安装的转盘4。在本实施例中，机器人2的其他节肢包括摇臂5、悬臂6和优选为多轴的机器人手7，机器人手7具有构造为法兰8的、用于固定未详细示出的终端执行器的固定装置。摇臂5在下端部上，例如在未详细示出的摇臂轴承头上围绕优选为水平的转动轴A2可摆动地安装在转盘4上。在摇臂5的上端部上，悬臂6围绕同样优选为水平的轴A3可摆动地安装在其上。悬臂6在端侧优选以其三个转动轴A4、A5、A6支承机器人手7。 [0031] 在本实施例中，悬臂6具有可摆动地安装在摇臂5上的第一壳体部件9。在第一节肢12的该第一壳体部件9上围绕轴A4可转动地安装悬臂6的第二节肢12的第二壳体部件10。 [0032] 最大转动调节角度通过机械止挡装置13加以限定。在图2中以截面图详细示出机械止挡装置13。止挡装置13包括与两个毗邻节肢12.1、12.2中的一个节肢12.1相连接的止动凸出部16，与两个毗邻节肢12.1、12.2中的另一个节肢12.2相连接的挺杆17和可通过挺杆17调节的牵引止挡件18，牵引止挡件18具有牵引止挡件基体18.1和与该牵引止挡件基体18.1相连接的环形体18.2，环形体18.2至少部分地或全部地可转动地插入位于两个毗邻节肢12.1、12.2的节肢12.1的壳体部件9、10的内壁20中的环形槽19中。 [0033] 在本实施例中，环形体18.2由弹簧弹性的开放的环弧构成，该环弧具有两个彼此相对的环弧端部21、22并被构造为，通过环弧端部21、22的弹簧弹性预加载的相互移动缩小该环弧的外径，从而使环形体18.2可以插入壳体部件9、10的环形槽19中和/或从中取出，并在至少部分或全部弹簧弹性放松的状态下将环形体18.2轴向固定在壳体部件9、10的环形槽19中，并沿圆周方向可转动地引导。 [0034] 两个环弧端部21、22分别具有凸出部23、24或眼孔25、26，用于分别容纳用于使环弧端部21、22相互移动的夹持工具的手动操作的夹持工具前端。 [0035] 牵引止挡件基体18.1由从环形体18.2径向向内延伸的鱼尾板27制成，特别是由与环形体18.2一体化构成的鱼尾板27制成。在此牵引止挡件基体18.1具有两个彼此相对的接触面28、29，这两个接触面分别根据止动位置在止动凸出部16的两个配对接触面其中的一个上停留在相应的关节11的最大转动角度位置上。通过调协鱼尾板27的宽度或边条27.1和27.2在牵引止挡件基体18.1上彼此之间的间隔以及两个凸出部30、31（例如止动凸出部16的两个螺丝、螺栓或栓塞）之间的角度，可以得到要限定的牵引止挡件18的角度范围。 [0036] 即，在本实施例中，鱼尾板27由两个彼此径向延伸的边条27.1、27.2构成，它们限定了在鱼尾板27中构成的凹部32。 [0037] 每个边条27.1、27.2具有相对于边条27.1、27.2的径向突出的边条段在横截面上缩小的边条27.1、27.2的基段，该基段被设计用于将使径向突出的边条段弹簧弹性地在环形体18.2上扎紧。 [0038] 在图2示出的实施例中，止动凸出部16由两个成角度的并特别是相对于关节11的转动中心Z以相同的径向间隔R设置的凸出部30、31构成，特别是由螺栓或栓塞构成，牵引止挡件基体18.1在它们之间在牵引止挡件基体18.1插入壳体部件9、10上的环形槽19中的安装位置上可转动运动一定的角度，特别是40度到80度的角度，尤其是转动运动60度的角度。可以在壳体部件9、10中设置两个或更多插口33，特别是穿孔或螺纹孔，在此，可以在每个插口33或穿孔或螺纹孔中可松脱地插入凸出部30、31、螺栓或栓塞。 [0039] 在此可以通过取出或旋出一个或多个凸出部30、31、螺栓或栓塞来改变牵引止挡件18、特别是牵引止挡件基体18.1转动运动的角跨度。还可以例如只设置两个凸出部30、31、螺栓或栓塞，将它们可选地插入特别是沿圆周平均分布设置的多个插口33、特别是穿孔或螺纹孔中的两个中，并可以再次取出，以根据所期望的最大转动调节角度相应地改变角跨度。 [0040] 在本实施例中，在两个毗邻节肢的其中一个节肢12的壳体部件9、10中，为径向伸入壳体部件9、10内部的调整传感器35设置接收孔34，并将牵引止挡件18的环形体18.2插入壳体部件9、10的环形槽19中，从而使在牵引止挡件18、特别是环形体18.2的每个转动位置上，接收孔34或调整传感器35处于位于两个环弧端部21、22之间的环形体18.2的环弧开放的扇段S中。即，用于径向伸入壳体部件9、10内部的调整传感器35的接收孔34可以设置在壳体部件9、10的内壁20上恰好没有被环形体18.2占据的地方，更具体地说是设置在各个由环形体18.2通过止挡装置13确定地采取的转动位置上。在这样的实施方式中，止挡件的这样的开口用于移除伸入壳体部件9、10中的调整传感器35、特别是调整卡头。这与超程安全装置在螺丝之间的运动相匹配，以确保在运行中调整传感器35不会受到伤害。 [0041] 在所示出的实施例中，挺杆17由凸出部、特别是螺丝、螺栓或栓塞构成，其能够根据两个毗邻节肢12中的另一个节肢的转动方向或者在可调整的牵引止挡件18的一侧、特别是在边条27.1上止动，或者在可调整的牵引止挡件18的另一侧、特别是在另一个边条27.2上止动，从而使牵引止挡件18在壳体部件9、10的环形槽19中扭转。 [0042] 也就是说，当相关的节肢12转动时，挺杆17首先自由地在圆形轨迹K上围绕节肢12的转动轴转动绕行，直至挺杆17停留在牵引止挡件18或牵引止挡件基体18.1上，然后牵引止挡件基体18.1向前移动移动牵引止挡件18、特别是牵引止挡件基体18.1可转动运动的角跨度，直至其，也就是边条27.1、27.2中的一个当关节11达到最大转动调节时固定地停留在止动凸出部16或凸出部30、31其中的一个上。 |
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