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关节式 机器人腕部

阅读：344发布：2020-09-03

专利汇可以提供关节式机器人腕部专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且关节式机器人腕部(10)，包括：包括第一端部和第二端部的第一主体(12)，所述第一主体(12)的所述第一端部安装在围绕第一轴线(IV)能够旋转的机器人组件上；包括第一端部和第二端部的第二主体(14)，所述第二主体(14)的所述第一端部围绕第二轴线(V)能够旋转地安装在所述第一主体(12)的所述第二端部上，所述第二轴线(V)相对于所述第一轴线(IV)倾斜；包括第一端部和第二端部的第三主体(16)，所述第三主体的所述第一端部围绕第三轴线(VI)能够旋转地安装在所述第二主体(14)的所述第二端部上，所述第三轴线(VI)相对于所述第二轴线(V)倾斜，其中所述第一轴线和第三轴线(IV，VI)相对于所述第二轴线(V)形成基本90°的角，并且其中在所述机器人腕部的至少一个位置中，所述第一轴线和第三轴线彼此基本对齐。，下面是关节式机器人腕部专利的具体信息内容。

权利要求

1.关节式机器人腕部(10)，包括：
-包括第一端部和第二端部的第一主体(12)，所述第一主体(12)的所述第一端部意在安装在围绕第一轴线(IV)能够旋转的机器人组件上，
-包括第一端部和第二端部的第二主体(14)，所述第二主体(14)的所述第一端部围绕相对于所述第一轴线(IV)倾斜的第二轴线(V)能够旋转地安装在所述第一主体(12)的所述第二端部上，
-包括第一端部和第二端部的第三主体(16)，所述第三主体的所述第一端部围绕相对于所述第二轴线(V)倾斜的第三轴线(VI)能够旋转地安装在所述第二主体(14)的所述第二端部上，
-其中所述第一轴线和第三轴线(IV，VI)大体正交于所述第二轴线(V)，并且其中在所述机器人腕部的至少一个位置中，所述第一轴线和第三轴线彼此基本对齐，-其中所述第一主体包括大体肘形部分(18)，其具有带有第一开口(20)的基部，所述第一开口面向所述第二主体和第三主体，并且在所述机器人腕部的已安装条件下布置成与所述第一轴线(VI)基本对齐，
-其中所述肘形部分携载偏置部分(22)，所述偏置部分(22)相对于所述第一开口(20)的轴线大体并置并且间隔开，其中所述第一主体的所述第二端部设置在所述偏置部分上，-其中所述第二主体包括与所述第二主体的所述第二端部对应的悬臂部分，其具有与所述第三轴线(VI)基本对齐的第二开口(26)，并且其中，在所述机器人腕部的已安装条件下，所述第一开口和第二开口被用于提供和/或控制与机器人腕部的所述第三主体(16)相关联的装置的缆索和/或管穿过，
所述机器人腕部还包括用于驱动所述第二主体和第三主体(14，16)分别围绕所述第二轴线和第三轴线(V，VI)旋转的装置，其中用于驱动所述第二主体和第三主体(14，16)旋转的所述装置包括：
-由所述第一主体的所述偏置部分(22)携载的第一马达和第二马达(28，30)，-用于将所述第一马达(28)的输出轴的旋转传送至所述第二主体(14)的第一齿轮装置，和用于将所述第二马达(28)的输出轴的旋转传送至所述第三主体(16)的第二齿轮装置；
所述机器人腕部的特征在于，在其相对于所述肘形部分的端部处，所述第一主体的所述偏置部分(22)具有与所述第一主体的所述第二端部对应的叉形部分(32)，其相对于所述第一开口(20)的轴线并置并间隔开，并且所述第二主体围绕所述第二轴线(V)能够旋转地安装在其上。
2.根据权利要求1所述的机器人腕部，其中所述第一传送装置包括第一轴(34)，其围绕所述第二旋转轴线能够旋转地安装在所述叉部分的第一臂(32)内，所述第一轴旋转地连接至所述第一马达(28)并适于驱动所述第二主体的旋转，
并且其中所述第二传送装置包括第二轴(34)，其能够旋转地安装在所述叉部分的第二臂(32”)内并且对齐所述第一轴，所述第二轴旋转地连接至所述第二马达(30)并且适于驱动所述第三主体(14)的旋转。
3.根据在先权利要求中任意一项所述的机器人腕部，其中所述第一马达和第二马达在所述偏置部分内基本对齐。
4.根据权利要求2和3中任意一项所述的机器人腕部，其中所述第一轴通过带传送件旋转地连接至所述第一马达。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的机器人腕部，其中所述第二轴通过带传送件旋转地连接至所述第二马达。
6.根据在先权利要求2至5中任意一项所述的机器人腕部，其中在所述悬臂部分内，所述第二主体包括轴(60)，所述轴(60)围绕平行于所述第三轴线的轴线能够旋转地安装，并且通过形成所述第二传送装置的部件的齿轮装置被旋转地连接至所述第二轴(36)，所述悬臂部分的所述轴(60)，在第一端部处支撑由所述齿轮装置接合的齿轮(62)并且在相反于所述第一端部的第二端部处支撑齿轮(64)，所述齿轮(64)接合刚性地连接到所述第三主体的齿轮(66)。
7.根据权利要求2至5中任意一项所述的机器人腕部，其中所述第二主体包括对应于所述第二主体的所述第一端部的基座壳体(42)，其被容纳在所述叉部分的所述第一臂和第二臂(32’，32”)的内空间之间，并且由所述臂能够旋转地支撑，所述基座壳体(42)适于分别通过在所述壳体的相对侧处的第一开口和第二开口(44，46)接纳所述第一轴和第二轴(34，36)，所述第一轴驱动所述基座壳体的旋转，并且其中所述基座壳体包括齿轮装置，该齿轮装置适于将所述第二轴(36)的旋转传送至被包含在所述第二主体(24)的所述悬臂部分内的所述第二传送装置的传送元件。
8.根据权利要求7所述的机器人腕部，其中在所述基座壳体(42)和所述第一轴(34)之间，插入有减速器装置(58)，其由所述第一臂支撑并且适于将所述第一轴旋转地连接于所述壳体。
9.根据权利要求7和8中任意一项所述的机器人腕部，其中所述齿轮装置包括：
-围绕相对于所述第三轴线(VI)平行且距一定距离的轴线能够旋转地安装在所述基座壳体(42)内的轴，所述齿轮装置的所述轴在第一端部处支撑接合齿轮(72)的锥齿轮(70)，所述齿轮(72)由所述第二轴(36)支撑，
-减速器装置(74)，所述减速器装置(74)在其输入端部处耦接到所述齿轮装置的所述轴的第二端部，并且在其输出端部处耦接到用于将旋转传送至所述第二传送装置的传送元件的齿轮，所述第二传送装置的所述传送元件被包含在所述第二主体(24)的所述悬臂部分内。
10.根据权利要求3至5中任意一项所述的机器人腕部，其中锥齿轮被固定于所述第一马达的输出轴并且接合由第三轴(82)支撑的锥齿轮，所述第三轴(82)围绕相对于所述第二轴线(V)平行并且距一定距离的轴线能够旋转地安装在所述偏置部分内，所述第三轴(82)在其相对所述齿轮的端部处具有滑轮(84)，所述滑轮(84)通过传送带旋转地连接至由所述第一轴(34)支撑的滑轮(88)，并且其中锥齿轮(90)固定到所述第二马达的输出轴并且接合由第四轴(94)支撑的锥齿轮，所述第四轴(94)在相对于所述第三轴的相反侧上被安装在所述偏置部分内，并且围绕相对于所述第二轴线平行且距一定距离的轴线能够旋转，所述第四轴在其相对于所述锥齿轮的一个端部处具有滑轮(100)，其通过传送带旋转地连接至由所述第二轴(36)支撑的滑轮(100)。

说明书全文

关节式机器人腕部

技术领域

[0001] 本发明涉及一种下述类型的关节式机器人腕部，所述类型包括：

[0002] -包括第一和第二端部的第一主体，所述第一主体的所述第一端部意在安装在可围绕第一轴线旋转的机器人组件上，

[0003] -包括第一和第二端部的第二主体，所述第二主体的所述第一端部围绕第二轴线可旋转地安装在所述第一主体的所述第二端部上，该第二轴线相对于所述第一轴线倾斜，[0004] -包括第一和第二端部的第三主体，所述第三主体的所述第一端部可围绕第三轴线可旋转地安装在所述第二主体的所述第二端部上，该第三轴线相对于所述第二轴线倾斜，

[0005] -其中所述第一和第三轴线都大体正交于所述第二轴线，并且其中在所述机器人腕部的至少一个位置中，所述第一和第三轴线互相大体对齐，

[0006] -其中所述第一主体包括大体肘形部分，在其底部具有第一开口，第一开口引导朝向所述第二和第三主体，并且在所述腕部的安装条件下，第一开口大体与所述第一轴线对齐，

[0007] -其中所述肘形部分携载偏置部分，其相对于所述第一开口的轴线大体并置并且间隔开，以及其上设置所述第一主体的所述第二端部，

[0008] -其中所述第二主体包括悬臂部分，相应于所述第二主体的所述第二端部，其具有大体与所述第三轴线对齐的第二开口，在所述机器人腕部的已安装条件下，所述第一和第二开口被缆索和/或管穿过以便提供和/或控制与机器人腕部的所述第三主体相关联的装置，

[0009] -所述机器人腕部还包括用于驱动所述第二和第三主体的分别围绕所述第二和第三轴线旋转的装置，其中用于驱动所述第二和第三主体的旋转的所述装置包括：

[0010] -由所述第一主体的所述偏置部分携载的第一和第二马达，

[0011] -用于将所述第一马达的输出轴的旋转传输到所述第二主体的第一齿轮装置，以及用于将所述第二马达的输出轴的旋转传输到所述第三主体的第二齿轮装置。

背景技术

[0012] 上述类型的机器人腕部被披露在例如欧洲专利申请EP1938930A1和欧洲专利申请EP2022609B1中。

发明内容

[0013] 本发明的目的是改进这种类型的机器人腕部，特别是通过提供更紧凑结构以及更简单和更可靠的运动链。

[0014] 上述目的通过提供具有权利要求1的特征的机器人腕部来实现。

[0015] 权利要求形成参考本发明的在此所提供的技术教导的完整部分。附图说明

[0016] 参照附图，现在将纯粹地通过非限制性例子的方式来描述本发明，附图中：

[0017] -图1示出在此描述的机器人腕部的透视图；

[0018] -图2示出沿由图1中的线II-II示意性地示出的纵向截平面所取的剖示图；

[0019] -图3以放大的比例示出图2的细节；

[0020] -图4以放大的比例示出图2的进一步细节。

具体实施方式

[0021] 在以下描述中，各种具体细节被描述以便提供对实施例的全面理解。例如缺少一个或多个这些具体细节，或者通过其他方法、组成或者材料等来提供实施例。

[0022] 在其他情况下，已知的结构，材料或者操作既没有被示出，也没有被详细描述，以避免对实施例各方面的大量描述。

[0023] 因此，此处所用标记仅仅是为了便利，并不限定保护的范围或者实施例的范围。

[0024] 在图中，参考标记10标识关节式机器人腕部。如在本领域所知，这类机器人被安装在机器人构件上，并且设置有工具或者其他操作装置，所述工具或者其他操作装置被供应和/或通过与腕部自身结构直接关联的缆索和/或管来控制。这些缆索和/或管在图中示意性地显示并且通过标记C来标识。它们定义了什么被称作机器人腕部的“配线”，机器人腕部在缆索和/或管被安装在其上时被定义为被“配线”。这些方面在此处不会详细地被讨论，因为它们本身在本领域中是常见的，并且仅在为描述本发明的腕部所必要的程度上被解释。

[0025] 腕部10包括第一主体12，其包括第一端部12’和第二端部32。第一端部12’将被安装在围绕第一轴线IV旋转的机器人构件(未示出)上。

[0026] 腕部10还包括第二主体14，其包括第一端部42和第二端部24。第一端部42围绕相对于第一轴线IV倾斜的第二轴线V能够旋转地安装在主体12的端部32上。此外，机器人腕部10包括第三主体16，其包括第一端部和由标记16”标识的第二端部。如图中所示，优选地第三主体16是环形主体，其将被与腕部相关联的工具的缆索和/或管穿过，其端部16”具有表面，在该表面上形成用来连接该工具的合适支座。

[0027] 主体16的第一端部围绕相对于第二轴线V倾斜的第三轴线VI能够旋转地安装在主体14的第二端部24上。

[0028] 轴线IV和VI关于第二轴线V形成大体90度的角度(换句话说，轴线IV和VI都大体与轴线V正交)。如图中所示，在机器人腕部空间的给定位置中，这些轴线互相大体定准。具体地，在图中示出的构造对于腕部的所有位置来说都被保持，所述位置相对于所示出的仅由于腕部围绕轴线IV的旋转来移位。

[0029] 值得注意的是，在本描述中，当提及在两条轴线或直线之间的正交条件时，这可适用于互相相交并且相对于彼此垂直的直线或轴线的情况，也适用于互不相交但是在同一平面上的平行于它们的投影互相形成大体90度角的直线或者轴线的情况。

[0030] 更具体地，第一主体12包括大体肘形主体18，在其基部具有朝向第二主体14和第三主体16的第一开口20。在腕部的已安装条件下，开口20大体对齐第一轴线IV。此外，肘形部分支撑相对于开口20的轴线大体并置并且间隔开的偏置部分22。在该偏置部分上，第二主体14围绕第二轴线V能够旋转地安装。第二主体则具有对应于上述的第二主体14的第二端部的悬臂部分24，其具有大体对齐第三轴线VI的第二开口26。在机器人的已安装和配线条件下，第一开口20和第二开口26通过与第三主体16相关联工具的缆索和/或管C穿过。如图1可见，由于被部分18和22限定的总体构造，所以形成了用于缆索和/或管C的通道，以致这些缆索和管被维持在机器人腕部的整体横向尺寸中，以避免它们可能干涉腕部本身的操作。为此，部分22还具有在其侧面上的面向开口20，26的支架23，通过其缆索和/或管被导引。该支架具有限制缆索和管的作用以保持在腕部构造中在部分22的整体横向尺寸内，其中第二主体14被旋转使得开口26从对齐开口20的条件移位。此外，在机器人的已安装和配线条件下，缆索和/或管C延伸它们长度的一部分大体对齐轴线IV，并且延伸它们长度的另一部分大体对齐轴线VI。这种情况提供缆索在机器人腕部操纵过程中经受的扭转和弯曲应力的最小值的减少。

[0031] 在此处描述的机器人腕部中，用于驱动第二主体14和第三主体16旋转的装置被直接安装在腕部本身的结构中。特别地，驱动装置包括第一马达28和第二马达30，两者都由第一主体12的偏置部分22支撑。如以下更详细地说明，这些驱动装置还包括用于传送所述第一马达的输出轴的旋转至所述第二主体的第一齿轮装置，和用于传送第二马达30的输出轴的旋转至第三主体16的第二齿轮装置。

[0032] 在此处描述的机器人腕部中，在其相反于肘形部分18的端部中，第一主体12的偏置部分22具有叉形部分32，对应于第一主体的所述第二端部。该叉形部分32相对于开口20的轴线并置且间隔开，而第二主体14围绕第二轴线V能够旋转地安装在其上。

[0033] 如此处在以下将看出，偏置部分的这种结构能够使用用于将来自马达28和30的运动分别传送到第二主体14和第三主体16的运动链系，其非常简单和紧凑，向第二和第三主体的运动的传送通过两种不同“路径”获得，因而获得更可靠的整体运动链系。

[0034] 在不同的实施例中，以及在图中示出的实施例中，第一传送装置包括能够旋转地安装在叉形部分32的第一臂32’内的第一轴34。如图3可见，第一臂32’具有开口38，其通过栓接于该开口的板40接合，板具有带有孔的中心部分40’，适于围绕第二旋转轴线V能够旋转地支撑轴34，具有插入的轴承元件41。如以下将更详细地说明，轴34旋转地连接至第一马达28，并且适于旋转地驱动第二主体14。

[0035] 继而，第二传送装置包括能够旋转地安装在叉形部分的第二臂32”上的轴36，大体与轴34一致。如以下将更详细地说明，轴36被旋转地连接至第二马达30，并且适于旋转地驱动第三主体16。

[0036] 第二主体14包括基座壳体42，对应于第二主体的所述第一端部，其被容纳于叉形部分的第一臂和第二臂之间的空间内并且由其能够旋转地支撑。更具体地，壳体42具有两个相对的侧，带有第一开口44和第二开口46，穿过开口，轴34和轴36分别地被容纳并且通过轴承元件53和56的插入能够旋转地得到支撑。特别地，在第二叉形臂32”的侧上，栓接到壳体42的衬套50接合开口46，并且通过轴承元件56能够旋转地支撑轴36。同一衬套50由轴承元件52能够旋转地支撑，轴承元件52布置在设置在第二叉形臂32”中的开口48上，开口48相对于第一臂的开口38大体镜像地布置。轴承元件52在壳体42的一侧上还担当邻接元件，并且，相似地，被安装于叉形臂32’的开口38上的轴承元件55在该壳体的相对一侧上担当邻接元件。

[0037] 壳体42通过轴34旋转地驱动。特别地，在轴34和壳体42之间，插入有减速器(reducer)装置58，其被轴承元件55支撑并且适于将轴34旋转地连接到壳体42。在图中示出的减速器，是在机器人领域普遍地应用的类型的谐波减速器，因此此处对它并没有详细地说明。无论如何，显然地，所示的减速器仅仅构成例子，并且作为其代替，在该领域中普遍应用的任何其他类型的减速器装置可以被采用。

[0038] 壳体42还包括传送装置(其在下面将详细地被说明)，适于将第二轴36的旋转传送至布置在悬臂部分24内并且适于驱动第三主体16的其他传送元件。

[0039] 在不同的实施例中，以及在此处示出的实施例中，在悬臂部分24内部，第二主体14包括围绕平行于第三轴线VI的轴线自由地能够旋转地安装的轴60。轴60旋转地连接至所述传送装置，并且继而传送旋转至第三主体16。特别地，轴60具有支撑齿轮62(其由所述传送装置接合)的第一端部，和相反于第一端部的第二端部，其支撑齿轮64，齿轮64接合由第三主体16支撑的齿轮66。值得注意的是，由于轴60，所以第三主体16以及支撑第三主体16的部分24的终端部分，可以相对于叉部件32定位成更靠前，以致允许在第二轴线V和悬臂部分24的开口26之间的距离，减小通过开口26的缆索和/或管C的扭转和/或弯曲应力的最小值，其可是由于第二主体14围绕第二轴线V的旋转所致。

[0040] 在不同的实施例中，以及在此处示出的实施例中，上述的传送装置包括轴68，其围绕平行于第三轴线VI的轴能够旋转地安装在壳体42内部并且相对于轴60布置在相对侧上。轴68具有第一端部，并且锥齿轮70接合由36所支撑的相应的齿轮。此外，该传送装置包括减速器装置74，减速器装置74在其输入端部处被耦接于轴68的相反于上述第一端部的第二端部。在其输出端部处，减速器装置74被耦接到接合轴60所支撑的齿轮62的齿轮76。已在图中示出的减速器装置是在机器人领域普遍地应用的类型的谐波减速器，因此此处对它并没有详细地说明。无论如何，显然地，在此所示的减速器仅仅构成例子，并且作为其代替，在该领域中普遍应用的任何其他类型的减速器装置可以被采用。

[0041] 现在参照图2和图4，第一马达28和第二马达30被安装在偏置部分22内部，并且互相大体对齐。马达28和30的输出轴通过各自的带传送件连接至轴34和36。具体地，锥齿轮78被固定至马达28的输出轴，并且接合由轴82支撑的锥齿轮80，轴82围绕平行并且间隔于第二轴线V的轴线能够旋转地安装在偏置部分22内。轴82在相对于轮80端部处支撑滑轮84，滑轮84通过传送带86旋转地连接至由轴34支撑的滑轮88。类似地，在第二马达30的输出轴上，固定有接合由轴94支撑的锥齿轮92的锥齿轮90，轴94安装在偏置部分22内，在该部分的侧上相对于轴82。轴94围绕平行和间隔于第二轴线V的轴线能够旋转。轴94在其相对于轮92的端部处支撑滑轮96，滑轮96通过传送带98旋转地连接至由轴36支撑的滑轮100。

[0042] 鉴于上述，分别地围绕轴线V和VI的旋转中，运动到第二和第三主体的传递，通过以下所描述的来获得。

[0043] 当第一马达28被激活时，轴82被旋转，以致通过带86驱动轴34的旋转。轴34传递其运动至减速器装置38，其执行扭矩的增加，最后将旋转直接传送至第二主体14的壳体42。

[0044] 同样地，当第二马达30被激活时，轴94被旋转，以致通过带98也驱动轴36的旋转。轴36驱动轴68的旋转，其传送其运动至减速器装置74。后者执行扭矩的增加，传送运动至齿轮76。继而，轮76旋转轴60和轮64，其通过接合齿轮66最后驱动第三主体16的旋转。

[0045] 值得注意的是，在第二主体14的旋转期间，引起轴68相对于轴36的振荡。由于在这两个轴之间的旋转连接，所以该振荡将趋于使轴68围绕其轴线旋转，并且然后造成不期望的第三主体的致动。为了避免这个缺点，在轴68的振荡期间，第二马达30被控制成以与该振荡协调的方式旋转轴36，使得轴68不围绕其轴线旋转。明显地，在请求同时致动第二和第三主体的情况下，马达30被适当地控制，使得轴36能够对应于第三主体的期望运动将旋转传送至轴68。

[0046] 最后值得注意的是，上述马达28和30在此处并没有被详细地说明，因为它们可以是在机器人领域中普遍使用的任何类型。类似地，在图中示出的一些结构细节没有被说明，以避免不必要的复杂描述，但总之它们对于本领域技术人员是显而易见的。

[0047] 自然地，虽然本发明的原理是一样的，但是构造细节和实施例相对于单纯通过非限制性例子描述的那些可以广泛变化，而不偏离由随附权利要求所限定的本发明的范围。

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