CN101291783B

CN101291783B - 工业机器人的臂部件、工业机器人及机器人系统

Info

Publication number: CN101291783B
Application number: CN200680039005.9A
Authority: CN
Inventors: 皮埃尔·米凯尔松; 波·特雷松; 马格努斯·赫尔贝里; 迈克尔·福什; 马茨·图林; 斯特凡·伦德留斯
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: US20090114053A1; WO2007046754A1; CN101291783A

Abstract

一种工业机器人的机械手的臂部件(204)，其在每端处具有用于将所述臂部件连接到传动装置的装置以及用于增强臂部件的端部区域的刚度的装置。在所述增强刚度装置的中空结构(221)中设置有至少一个开口(223，224)，以为连接件(212)提供通路。

Description

工业机器人的臂部件、工业机器人及机器人系统

技术领域

本发明涉及工业机器人的设计。

背景技术

工业机器人的下臂是连接工业机器人的所谓“第二轴线”以及“第三轴线”的臂，当机器人站立在地面(水平面)上的时候这些轴线水平延伸。本发明涉及所有类型的、具有这样的下臂的工业机器人，例如用于点焊、铣削、包装以及其他类型的搬运负载等的机器人。

这样的已经公知的下臂在所附的图1中示出，该图1显示了设置有这样的下臂的工业机器人。该机器人具有基座1以及机架2，基座1用于将机器人安装在地板或者类似物上，机架2以能够绕竖直的第一旋转轴线3旋转的方式连接到基座1。下臂4接着以能够绕水平的第二旋转轴线5旋转的方式连接到机架2，并且以能够绕水平的第三旋转轴线7旋转的方式连接到上臂6。该机器人还包括分别以8、9和10示例性地表示的第四、第五和第六旋转轴线。不过，缺少所有这些旋转轴线中任一的工业机器人仍在本发明的范围之内，只有所述的第二和第三旋转轴线是必需的，而一个或者多个其他旋转轴线可以省略。

下臂4在其每端处具有用于将该下臂与传动装置连接的装置，并且对于图1中所示的机器人来说，这些装置由平坦部11获得，该平坦部11具有孔和螺栓从而将该下臂固定到相关的所述传动装置。该臂在其端部区域必须具有特定的刚度，这一点可以通过使所述平坦部11足够厚实来实现，但是这将显著增加该下臂的重量，所以取而代之地或者作为补充地，通过围绕所述平坦部设置外部材料缘13来实现增强刚度。该材料缘13与所述平坦部的特定厚度相结合，以获得所需的刚度。

通过WO 96/31325能够知悉根据现有技术的臂部件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善的、工业机器人的机械手的臂部件。

根据本发明，该目的通过提供如下的工业机器人的机械手的臂部件来实现：所述臂部件在其每一端部处具有用于将所述臂部件连接到传动装置的连接装置和用于增强所述臂部件的端部区域的刚度的增强刚度装置，所述增强刚度装置的至少一部分设计为在所述臂部件的至少一端处形成所述臂部件的中空结构；该臂部件的特征在于：在所述增强刚度装置的中空结构中设置有至少一个开口，用来为包含在所述连接装置中的连接件提供通路。

这就使得可以将一些连接件设置在增强刚度装置的“内部”，并且仍能紧固或者放松这些连接件以获得所需要的、与传动装置连接的稳定性。

根据本发明的一个实施例，在所述臂部件的所述端部的至少一个端部处，所述连接装置的至少一部分的位置比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置的旋转轴线的方向上看至少部分地围绕所述增强刚度装置，所述连接装置包括基本平坦的臂部，所述臂部被固定在所述传动装置上并且属于所述连接装置的、比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件外周的所述部分，所述连接装置包括设置在所述平坦臂部中的孔，所述孔用以通过长形的所述连接件例如螺栓等将所述臂连接到所述传动装置，并且所述开口被设置用来为相对于所述臂部件的纵向延伸方向位于距所述臂部件的端部最远处的所述连接件提供通路。

根据本发明的一个实施例，所述增强刚度装置与所述臂部件的其他部分一起形成了在整个长度上均中空的臂部件，这将使得实现预定刚度的该臂部件比实心时实现该预定刚度的情况要轻，并且由于连接装置更靠近臂部件的外周设置，所以该中空的臂部可以有利地延长以在每个臂端部形成增强刚度装置。

根据本发明的一个实施例，所述连接装置的所述部分具有弧状的延伸部，所述延伸部位于所述臂部件的、相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部，并且所述延伸部包围相对于所述弧而言位于内部的所述增强刚度装置，并且所述连接装置的所述部分的所述弧状的延伸部可以是圆形的。这意味着，连接装置与图1中所示的已经公知的下臂中的增强刚度缘交换了位置，所述连接装置使得位于其内部的增强刚度装置的设计具有更大的自由度，例如使其中空。

根据本发明的另一个实施例，当沿所述传动装置的所述旋转轴线的方向上看时，所述连接装置基本上按照圆形区延伸，并且所述增强刚度装置至少在所述臂部件的相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部处位于所述圆形区的内侧。这构成了将臂部固定到传动装置上的有利方式，同时由于增强刚度装置至少在所述臂部件的外部处设置于所述圆形区的内侧，使得能够设计以较少材料获得较高刚度的增强刚度装置。

根据本发明的另一个实施例，所述臂部件的两端均设置有连接装置，所述连接装置的至少一部分比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置的旋转轴线的方向上看至少部分围绕所述增强刚度装置，从而有利于获得本发明的、如此构建的臂部件的优点的最佳效果。

根据本发明的另一个实施例，所述臂部件是工业机器人的下臂。

本发明还涉及设置有根据本发明的臂部件的工业机器人。该工业机器人在具有特定刚度的情况下可以制造得更轻，从而，例如通过降低了对材料和/或电动机扭矩的需求而节省成本。

根据本发明的实施例，本发明的机器人臂部件的、在具有特定刚度的情况下可以制造得更轻的设计使得可以提供一种适于携带重量超过100千克的工具和/或负载的工业机器人，其中，设置在所谓的第二轴线——即当将所述机器人设置在水平面上时与所述机器人的基座最接近的水平轴线——处的电动机和传动箱的尺寸设计成无需任何与该轴线相关联的配重装置即能传递使机器人部件能够执行移动以实现机器人功能所必须的转矩和力，并且设计尺寸时要考虑自该轴线开始的机器人部件的重量和设计以及应用于所述机器人上的所述工具和/或负载的重量和设计。因此，本发明已经意识到在该类型的机器人中真正地可以省去配重装置，从而带来很多优势。没有了任何阻隔的配重装置，第一和第二轴线区域的布线将能够更容易进行。因为机器人部件的运动不会因为碰击配重装置而受到止挡，所以机器人的可能的运动模式将可以扩展。这意味着机器人也可以设置在搁板上，以在与其基座高度接近甚至更低的位置执行操作。另外，不再需要任何配重装置的维护，并且也没有了可能由于配重装置的不正确操作所导致的机器人功能变差的风险。这也意味着，工业机器人可以被倒置悬挂(因为重力的原因，具有配重装置的机器人不能倒置悬挂)，这就使得能够以较高密度设置该类型的机器人，从而能够增加包括若干这种机器人的机器人系统的效率。根据本发明的工业机器人的另一个优点在于，能够使用一个机器人来安装另一个该类型的机器人，而这一点对于具有配重装置的机器人而言是不可能的。进一步的优点在于，降低了事故(例如在更换电动机时)的风险。

根据本发明的另外一个实施例，所述工业机器人适于配置成用于点焊并且携带呈点焊枪形式的所述工具。

本发明还涉及用于对工件进行点焊的机器人系统，所述系统包括多个被配置成用于点焊的工业机器人，其特征在于，所述机器人系统包含多个根据本发明的工业机器人，并且所述机器人中的至少一个设置在与一个或者多个其他机器人不同的高度上并且/或者具有与所述的一个或者多个其他机器人的基座取向不同的基座。所述机器人中的至少一个机器人之所以可以具有这样的设置和取向要归功于如上所述的这种机器人的设置自由度。这意味着，相对于包含已经公知的、具有配重装置的该类型工业机器人的机器人系统而言，该机器人系统可以更为高效地利用工厂中可用的地面和占地面积。

根据本发明的实施例，所述机器人中的至少一个机器人倒挂设置，其中所述基座位于上方，这降低了该机器人系统所需的占地面积，并且也提高了够到工件的、难以够到的部分的可能性。

根据本发明的另一个实施例，所述机械人系统中的所述机器人中的至少一个机器人倒放设置，其基座位于上方并且基座所处高度比另一个站立的机器人的基座低。这产生了另外一种将根据本发明的工业机器人设置在用于点焊的机器人系统中的优选可能性。

根据本发明的另外一个实施例，所述机器人系统的所述机器人中的至少一个机器人站立在其基座上，且所述基座所处高度比一个或者多个其他机器人的基座要高得多，所述至少一个机器人用于执行与所述基座高度接近或者低于所述基座的所述工件的点焊。该机器人系统使用了根据本发明的工业机器人的所谓的“半搁板能力”。

根据本发明的另外一个实施例，所述机器人系统设计用来在汽车工业中进行车身上的点焊。当使用根据本发明的工业机器人形成机器人系统的时候，该工业机器人的优势尤其重要。

从下面的描述中可以看到本发明的其他优选特征和优势。

附图说明

参考所附的附图，下面将给出作为示例引述的本发明实施例的详细描述。

在附图中：

图1是示出具有已经公知的下臂的工业机器人的示意图，

图2是具有根据本发明实施例的下臂的工业机器人的透视图，

图3是图2中所示的机器人的、根据本发明的下臂的侧视图，

图4是图3所示下臂的一端的放大透视图，

图5是设置了点焊枪的如图2所示工业机器人的透视图，

图6是示出根据本发明实施例的机器人系统的原理的简图，和

图7是与图4相对应的、根据本发明另一个实施例的机器人系统的视图。

具体实施方式

图2示意性地示出了具有机械手200的工业机器人，机械手200设置有臂部件，根据本发明的实施例，该臂部件呈下臂的形式；并且与图1中所示的公知机器人的机器人部件相对应的机器人部件标以相同的附图标记再加以“200”。需要指出的是，根据本发明的下臂可以应用于其设计与图2中所示的机器人完全不同的工业机器人。根据图2的工业机器人例如可以被配置用于从事点焊或者搬运负载。下臂204在每个端部214、215处通过呈螺栓212形式的连接件连接到传动装置216、217。图中以218和219示出了连接到相应的传动装置、用于使下臂的相应端部绕着第二轴线205和第三轴线207旋转的电动机。

连接装置进一步包括基本平坦的臂部220，所述基本平坦的臂部220通过在这些臂部上呈圆周排列的所述螺栓固定到相应的传动装置上。这些平坦的臂部设置在所述臂的、相对于臂的纵向延伸方向而言的外部的外周。

下臂在其每一端部处具有增强刚度装置，该增强刚度装置呈中空结构221的形式，并由位于臂的所述外端处的所述平坦的臂部220包围。该增强刚度装置通过使下臂在其基本整个长度上中空而形成，从而相对于实心的臂而言，可以使用较少的材料获得预定的臂刚度。另外，通过使臂中空的壳体222的端部而形成的增强刚度装置使得在不增加臂的端部区域的重量的情况下增大臂的端部区域的刚度；或者使得在刚度预定的情况下该下臂的端部区域较轻。在下臂204的各端处的中空结构中设置有开口223、224，用于为相对于臂的纵向延伸方向距离臂的端部最远处的螺栓212提供通路，从而能够拧紧或者旋松这些螺栓。

另外，从图4中可以看到，在壳体222的相应端部处还设置有开口部225，用于使得能够从中空结构内部取出意外掉落在中空结构内的部件例如螺栓。

给下臂设置该类型的中空结构的其他优点在于：当配置机器人的时候，布线可以容易地隐藏在臂中；并且与已知的具有相同长度的下臂相比，该下臂看起来较长——从审美的角度讲这一点是重要的特征。布线可以被引导通过第二轴线205，并且接着被引导到下臂204的内部或者外部，或者引导到第二轴线以及下臂的外部。其也可以被引导到第三轴线207的外部，或者被引导通过第三轴线207，并且引导到上臂的外部或者内部。

图5示出了工业机器人如何装配固定在其工具法兰233上的点焊枪232的情形，其中该工业机器人由于其下臂204的这种设计而具有轻质的结构。该机器人非常适用于BiW(白车身设计＝汽车工业内)，以在车身上进行点焊操作。该机器人尽管具有约为150千克重量的相对较重的点焊枪，但是没有配重装置，并且设置在所述第二轴线205处的电动机230和传动箱231的尺寸设计成不需要配重装置就能够传递使机器人部件进行移动以实现机器人功能所必须的转矩和力。在进行上述尺寸设计时要考虑自该轴线开始的机器人部件的重量和设计以及应用于所述机器人上的所述工具和/或负载的重量和设计。除了下臂之外，机器人的其它部分也被制造为部分或者完全中空或者被另外设计以保持自第二轴线205开始的机器人部件的重量尽量小。这意味着，相对于传统的、用来实现该机器人功能的机器人中具有配重装置的情况，电动机230和传动箱231的尺寸不必设计过大。实际上，电动机和传动箱的增大的成本要低于呈储气罐形式的配重装置的成本。

图6中示意性地示出了机器人系统，该机器人系统包含多个用于该目的、如图5所示类型的机器人。图中示出了一些机器人16、17站立在台座上，而另外的一些机器人18、19则通过将其基座1面向下地固定在水平面上而倒转悬挂。之所以能够这样设置机器人要归功于没有配重装置，所述配重装置会因为重力的影响而使得不可能实现倒转设置的方式。这也进而意味着，这些机器人可以高密度地设置，从而节省机器人系统所需的占地面积。这种设置机器人的自由度也使得能够更容易地够到汽车车身24的传统上难以够到的部分。

图7示出了根据本发明另一个实施例的机器人系统，该系统包括多个根据本发明的机器人，所述机器人设置用来在车身24上进行点焊，所述车身24在汽车工业的生产线的传送带25上移动。该机器人系统包括站立在其基座上的工业机器人20、21，其基座所处的高度要显著高于其他机器人22、23的基座——例如站立在搁架上，并且这些机器人适于执行与其基座的高度接近或者高度低于所述基座的车身的点焊。之所以能够这样做要归功于根据本发明的工业机器人的所谓“半搁板能力(semi-shelfcapability)”，而这种能力则来源于本发明工业机器人相对于已经公知的、并且具有配重装置的机器人的移动模式而言的扩展的移动模式。

当然，本发明不以任何方式限制于上述实施例，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的基本思想的前提下，许多可能的修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。

臂部件的两端并非必须均要设置根据本发明布置的增强刚度装置和连接装置；仅在该臂部件的一端设置上述装置也在本发明的范围之内。

Claims

1.一种工业机器人的机械手的臂部件，所述臂部件在其每一端部处具有用于将所述臂部件连接到传动装置(216，217)的连接装置和用于增强所述臂部件的端部区域的刚度的增强刚度装置，所述增强刚度装置的至少一部分设计为在所述臂部件的至少一端处形成所述臂部件的中空结构(221)，其特征在于，在所述增强刚度装置的中空结构(221)中设置有至少一个开口(223，224)，用来为包含在所述连接装置中的连接件提供通路。

2.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于，在所述臂部件的至少一个端部处，所述连接装置的至少一部分其位置比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置的旋转轴线的方向上看至少部分地围绕所述增强刚度装置；所述连接装置包括基本平坦的臂部(220)，所述臂部被固定在所述传动装置(216)上并且属于所述连接装置的、比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件的外周的所述部分；并且所述连接装置包括设置在所述平坦臂部中的孔，所述孔用以通过长形的所述连接件将所述臂连接到所述传动装置，并且所述开口(223，224)被设置用来为相对于所述臂部件的纵向延伸方向距所述臂部件的端部最远处的所述连接件提供通路.

3.如权利要求2所述的臂部件，其特征在于，所述连接件为螺栓(212)。

4.如权利要求1或者2所述的臂部件，其特征在于，所述增强刚度装置与所述臂部件的其他部分(222)一起形成了在整个长度上均中空的臂部件。

5.如权利要求2所述的臂部件，其特征在于，所述连接装置的所述臂部(220)具有弧状的延伸部，所述延伸部位于所述臂部件的、相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部，并且所述延伸部包围相对于所述弧而言位于内部的所述增强刚度装置。

6.如权利要求5所述的臂部件，其特征在于，所述连接装置的所述臂部(220)的所述弧状的延伸部是圆形的。

7.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于，当沿所述传动装置(216)的旋转轴线的方向上看时，所述连接装置基本上按照圆形区延伸，并且所述增强刚度装置至少在所述臂部件的相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部处位于所述圆形区的内侧。

8.如权利要求1或2所述的臂部件，其特征在于，所述臂部件的两端均设置有连接装置，所述连接装置的至少一部分比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置(216)的旋转轴线的方向上看至少部分围绕所述增强刚度装置。

9.如权利要求1或2所述的臂部件，其特征在于，所述臂部件是工业机器人的下臂(204)。

10.一种工业机器人，其设置有如权利要求1-9中任一项所述的臂部件。

11.如权利要求10所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人适于配置成用于点焊并且携带呈点焊枪(232)形式的工具。

12.一种用于对工件进行点焊的机器人系统，所述系统包括多个被配置成用于点焊的工业机器人，其特征在于，所述机器人系统包含多个如权利要求10或者11所述的工业机器人(16-23)，并且所述机器人中的至少一个设置在与一个或者多个其他机器人不同的高度上并且/或者具有与所述的一个或者多个其他机器人的基座取向不同的基座。

13.如权利要求12所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人中的至少一个机器人(18，19)倒挂设置，其中所述基座(7)位于上方。

14.如权利要求13所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人中的至少一个机器人(18，19)倒放设置，其基座位于上方并且基座所处高度比另一个站立的机器人的基座低。

15.如权利要求12-14中的任一权利要求所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人中的至少一个机器人(20，21)站立在其基座(7)上，且所述基座所处高度比一个或者多个其他机器人的基座要高得多，所述至少一个机器人(20，21)用于执行与所述基座高度接近或者低于所述基座的所述工件的点焊。

16.如权利要求12-14中的任一权利要求所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人系统设计用来在汽车工业中进行车身(24)上的点焊。