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关节式 机器人腕部

阅读：611发布：2020-08-20

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。并且一种关节式机器人腕部(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(26)，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)相对于所述第二轴线(V)基本正交，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(26)，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(IV)基本对齐，
-其中所述肘形部分携载与所述第一主体的第二端部对应的偏置部分(22)，其相对于所述第一开口(20)的轴线基本并置并且隔开，
-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(24)，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门被用于提供和/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(C)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(12)的所述偏置部分携载的第一马达(28)，
-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；
-由所述第二主体(12)携载的第二马达(30)，
-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，所述第一马达(28)安装在所述第一主体的所述偏置部分(22)上，定向成使得所述第一马达的输出轴相对于所述第一轴线(IV)倾斜0°和90°之间的角，不含端点。
2.根据权利要求1所述的机器人腕部，其中所述第二马达安装在所述第二主体的所述悬臂部分(24)上，其自身输出轴与所述第三轴线(VI)基本平行，并且其中所述悬臂部分适于将所述第二马达接纳在空间中的适当位置，使得所述第二马达30的所述输出轴相对于所述第三轴线(VI)沿着相对于所述第二轴线(V)以大约90°和270°之间、优选地大约
90°和180°之间的角延伸的方向间隔开。
3.根据权利要求1所述的机器人腕部，其中第一锥形齿轮(32)安装在所述第一马达(28)的输出轴上，且与由第一轴(36)支撑的第二锥形齿轮(34)接合，所述第一轴围绕所述第二轴线(V)能够旋转地安装在所述偏置部分(22)上并且适于驱动所述第二主体(14)的旋转。
4.根据权利要求2所述的机器人腕部，其中在所述第二主体(14)和所述第一轴(36)之间设置减速器装置(40)，其与所述第一轴同轴且适于将所述第一轴旋转地连接于所述第二主体。
5.根据权利要求2所述的机器人腕部，其中所述第二马达的输出轴连接到与接合第一齿圈(44)的小齿轮(42)，其中所述第一齿圈(44)围绕所述第三轴线(VI)能够旋转地安装在所述悬臂部分(24)上，并且旋转地固定于第三主体(16)，在所述机器人的已安装条件下，所述缆索和/或管(C)穿过所述齿圈(44)。
6.根据权利要求5所述的机器人腕部，其中所述第二马达(30)通过减速器装置(46)的插入附接到所述悬臂部分，所述减速器装置将第二马达(30)的输出轴旋转地连接到所述小齿轮(42)。

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，并且在所述腕部的已安装条件下，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对应于所述第一主体的所述第二端部的偏置部分，其相对于所述第一开口的轴线大体并置并且间隔开，

[0008] -其中所述第二主体包括悬臂部分，对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，[0012] -由所述第二主体携载的第二马达，

[0013] -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

[0014] 上述类型的机器人腕部被披露在例如欧洲专利申请EP1829652A1中。

发明内容

[0015] 本发明的目的是改进这种类型的机器人腕部，特别是，通过提供更紧凑和更少妨碍的结构，其中形成腕部的各个主体相对于彼此布置在赋予主体自身的宽泛地往复移动的构造中，以保证最佳的腕部操纵性。

[0016] 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。

[0017] 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

[0018] 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：

[0019] -图1代表在此描述的机器人腕部的第一实施例的透视图；

[0020] -图2代表与图1的观察点相对的观察点的、图1的机器人腕部的透视图；

[0021] -图3代表图1的机器人腕部的正视图；

[0022] -图4代表沿由图3中的线IV-IV示意性地示出的纵向截平面所取的剖示图；

[0023] -图5代表在此描述的机器人腕部的第二实施例的透视图；

[0024] -图6示出图5的腕部的正视图；

[0025] -图7代表沿由图6中的线VII-VII示意性地示出的纵向截平面所取的剖示图。

具体实施方式

[0026] 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。

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 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，这类机器人腕部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。

[0030] 腕部10包括第一主体12，其包括第一端部12’和第二端部22。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。

[0031] 腕部10还包括第二主体14，其包括第一端部14’和第二端部24。第一端部14’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22上。

[0032] 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。

[0033] 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。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机器人腕部围绕轴线IV的旋转来移位。

[0034] 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的角的直线或者轴线的情况。

[0035] 更具体地说，第一主体12包括基本肘形部分18，在其基部处具有面朝第二主体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基本和第一轴线IV对齐。此外，肘形部分18携载对应于第一主体12的所述第二端部的偏置部分22，其相对于开口
20的轴线大体并置并且间隔开。第二主体14围绕第二轴线V可旋转地安装在该偏置部分上。第二主体14具有与第二主体14的所述第二端部对应的悬臂部分24，其具有基本与第三轴线VI对齐的第二开口26。在机器人腕部的已安装和“已配线”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。此外，在机器人的已安装和“已配线”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。

[0036] 在此描述的机器人腕部中，用于驱动第二主体14和第三主体16的旋转的装置被直接地安装在腕部自身的结构上。具体地，该驱动装置包括第一马达28，其被第一主体12的偏置部分22携载并适于驱动第二主体14的旋转。驱动装置还包括第二马达30，其被第二主体14携载并适于驱动第三主体16的旋转。如将在下面更详细描述，这些驱动装置还包括用于传递所述第一马达28的输出轴的旋转到所述第二主体14的第一齿轮装置，和用于传递所述第二马达30的输出轴的旋转到第三主体16的第二齿轮装置。

[0037] 在此描述的机器人腕部中，第一马达28安装在第一主体12的偏置部分22上，定向成使得其输出轴既不平行也不正交于第一轴线IV；相反地，第一马达28的输出轴相对于第一轴线IV倾斜0°和90°之间(不含端点)的角。具体地，第一马达28相对于第一轴线IV定向成使得：至少对于其径向和轴向尺寸的大部分来说位于和偏置部分22在一起的肘形部分18的整个径向和轴向尺寸内。在图示的例子中，马达28基本完全在所述整个尺寸内。

[0038] 在此描述的机器人腕部中，第一轴线IV和第二轴线V基本包含在一个相同的平面内。第一马达28优选地安装在第一主体12的偏置部分22上以使第一马达28的输出轴基本包含在由第一轴线IV和第二轴线V限定的平面内(见图3和4和图6和7)。此外，第一马达28安装在偏置部分22上，定向成使得其输出轴相对于第一轴线IV倾斜0°和90°之间(不含端点)的角。更优选地，第一马达28的输出轴相对于第一轴线IV倾斜5°和30°之间的角。在各个实施例，以及在所示的实施例中，偏置部分22被特别地布置成以上述构造接纳马达28，而在其它实施例中，偏置部分是公知类型并且适当的装置设置用于将马达28安装在这种构造中。

[0039] 在各个实施例以及在所示的实施例中(具体见图4和7)，马达28的输出轴携载接合由轴36携载的锥形齿轮34的锥形齿轮32。轴36围绕第二轴线V可旋转地安装在偏置部分22上，插入有相对于轴36同轴的减速器(reducer)装置40。具体地，减速器装置40借助套筒43固定在偏置部分22的开口22的边缘。第二主体14固定在减速器装置40自身上。减速器装置40适于将轴36旋转地连接于第二主体14。

[0040] 具体参见图3和6，第二马达30安装在第二主体14的悬臂部分24上，其自身输出轴基本平行于第三轴线VI。此外，悬臂部分24适于将第二马达接纳在空间的适当位置中，以使第二马达30的输出轴相对于第三轴线VI沿着相对于第二轴线V以90°和270°之间、优选地90°和180°之间的角延伸的方向间隔开。用于在上述构造中固定第二马达的装置可以具有适于该目的的任何公知类型。

[0041] 在图1至4的实施例中，悬臂部分24适于在空间的适当位置容纳第二马达30，以便第二马达30的输出轴相对于第三轴线VI沿相对于第二轴线V以大约90°或稍大的角度延伸的方向间隔开。在图5至7所示的实施例中，悬臂部分24适于在空间的适当位置容纳第二马达30，以便第二马达30的输出轴相对于第三轴线VI沿着相对于第二轴线V成大约180°的角度延伸的方向间隔开。

[0042] 在上面描述的实施例中，马达30的输出轴连接到接合齿圈44的小齿轮42。齿圈44围绕第三轴线VI可旋转地安装在悬臂部分24上，并且与第三主体16旋转地连接。在各个实施例及在附图所示的实施例中，在机器人腕部的已“配线”条件下，缆索和/或管C穿过齿圈44。在各个实施例及在附图所示的实施例中，马达30附接到悬臂装置24，其中插入有减速器装置46。减速器装置46将马达30的输出轴旋转地连接于小齿轮42。

[0043] 根据前面所述，分别在绕轴线V和VI的旋转中运动到第二主体和第三主体的传递如下所述来获得：

[0044] 当第一马达28致动时，齿轮32通过接合由轴36携载的齿轮34驱动轴36的旋转。轴36传递运动到减速器装置40，减速器装置40执行扭矩的增加，最终传递旋转到第二主体
14。

[0045] 当第二马达30致动时，执行扭矩增加的减速器装置46传递运动到小齿轮42，小齿轮42通过接合齿圈44，最终驱动第三主体16的旋转。

[0046] 最后值得注意的是，上述马达28和30，以及减速器装置46和43，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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