CN101505926B

CN101505926B - 在平衡装置中带有压缩空气供应的机器人

Info

Publication number: CN101505926B
Application number: CN2007800316869A
Authority: CN
Inventors: A·布罗伯格; R·埃尔克基
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: WO2008037702A1; US9221182B2; EP1905551B1; DE602006012491D1; ATE458594T1; US20100043587A1; CN101505926A; EP1905551A1

Abstract

本发明公开了一种工业机器人(1)，该工业机器人包括设置成相对彼此运动的机器人第一部分(3)和机器人第二部分(6)，以及设置在机器人第一部分和机器人第二部分之间的平衡装置(8)，其中，所述平衡装置(8)设置成随着机器人第一和第二部分(3，6)的相对运动抵消重力。所述平衡装置包括机械弹簧部件(10)和包围所述弹簧部件的弹簧壳体(15)，所述弹簧壳体(15)包括适于供应压缩空气的至少一个空气入口(23)。

Description

在平衡装置中带有压缩空气供应的机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，该工业机器人包括具有机械的弹簧部件的平衡装置。

背景技术

工业机器人通常包括机器人脚、支架和机器人臂。支架可转动地设置在机器人脚上。机器人臂可转动地设置在支架上的关节中。例如，六轴工业机器人包括机器人第一臂、机器人第二臂、带有工具保持器的腕部和驱动部件，该驱动部件包括电机和每根轴的旋转减速装置。

在机器人的初始位置(也可以是静止位置)，机器人的第一臂定向成大致竖直。当机器人运动/工作时，第一臂相对于支架旋转，同时第一臂和第二臂相对彼此旋转。总运动质量包括施加到腕部的搬运重量以及机器人的实际静重。机器人一旦运动，有关的驱动部件就使机器人臂从以上限定的静止位置/初始位置开始旋转，从而作用在臂上的重力产生扭矩。

本文中“从静止位置/初始位置的旋转”的表述意为沿着使重力能够促进机器人臂旋转的方向旋转。这个旋转在下文中称为平衡。平衡装置是这样构造的装置，即在从所述静止位置开始的旋转过程中，平衡装置产生用作使机器人返回到其静止位置/初始位置的扭矩。因此，平衡装置在升举/旋转返回过程中辅助/卸载启动的驱动电机。

因此，旋转返回到静止位置/初始位置的表述意为抵消并因此补偿重力的旋转。

通常使用的平衡装置包括平衡汽缸、活塞、弹性弹簧部件和拉杆。在包括平衡汽缸的机器人的工作过程中，拉杆被设置用来离开或进入所述汽缸以压缩或释放设置在汽缸内的弹簧部件。由此将能量存储到弹簧单元内或从弹簧单元释放。

如上所述，平衡汽缸包括在汽缸内部的腔。该腔填充油脂和空气。所述汽缸具有至少一个开口，拉杆由此离开和进入所述汽缸，且该开口被密封。如果出于某些原因在汽缸中还有其它开口，则这些开口也要被密封。

未加载的平衡汽缸的拉杆占据汽缸内很小的体积。在工作过程中拉杆每次运动出汽缸，就会在汽缸内产生真空。如果机器人在高湿度的环境下工作，就存在湿气由于该真空而被通过任何密封件吸入的风险。

当机器人在100％湿度的应用中工作时会发生同样的问题。从而存在密封表面上的液体由于所述真空而被吸入的风险。

在工业机器人的工作过程中，机器人内部的温度升高。另外，环境可能是湿热的。在机器人的工作过程中温度的升高会引起平衡汽缸内的空气体积膨胀。最后，当机器人停止运转时，温度下降，引起平衡汽缸内部的空气体积减小，从而产生真空。当在包括磨损的密封件的平衡汽缸内发生这种情况时，甚至存在液体灌注到汽缸中的风险。

由于湿气或者液体会导致整个平衡汽缸的腐蚀，因此避免湿气或液体进入平衡装置的汽缸内是很重要的。平衡汽缸内的腐蚀引起故障，这会对弹簧式平衡装置的寿命产生负面影响。

JP9085674教导通过以下方式无需安装冷却风扇就能冷却关节运动机器人的驱动电机，即：提供平衡器，在该平衡器的两侧上具有向平衡器敞开的气孔，并将所述气孔连接到向驱动电机的侧面敞开的排气管。活塞43压缩压缩弹簧42，同时通过气孔46和排气管48将活塞43和缸体41的顶部元件412之间的空气排出到驱动电机21的侧面以冷却驱动电机21(图6)。

JP04372383教导了一种工业机器人，其包括机器人臂和具有包括弹簧部件的活塞-汽缸机构的平衡装置。汽缸壳体包括空气入口，压缩空气通过该空气入口被供应到弹簧壳体。机器人臂与在其能够旋转的整个区域中的压缩空气能量和弹簧能量的总和相平衡。

因此，需要增加包含在高湿度环境中工作的机器人中的弹簧式平衡单元的使用寿命。

这些需要通过根据上述现有技术的平衡系统不能得到满足。

发明内容

本发明的一个目的是提高工业机器人在高湿度环境下的可用性。所要解决的问题是消除特别是包含在机器人中的弹簧式平衡装置内的腐蚀风险。

根据本发明的一个方面，提供一种工业机器人，该工业机器人包括设置成相对彼此运动的机器人第一臂和机器人第二臂以及设置在机器人第一臂和机器人第二臂之间的平衡装置。所述平衡装置设置成在所述机器人臂相对运动时抵消重力。所述平衡装置包括机械弹簧部件和包围所述弹簧部件的弹簧壳体，所述弹簧壳体包括连接到压缩空气供应装置的至少一个空气入口，从而使所述弹簧壳体填充压缩空气。

在机器人的工作过程中，压缩空气供应在所述弹簧壳体内的空的空间内填充压缩空气从而阻止任何湿气或者液体/水通过例如上述用于拉杆的密封开口进入平衡汽缸内部的任何地方。因此，所述工业机器人适于高湿度和温度变化的环境。尽管在温度降低/减小的过程中会产生小的真空，但不会有湿气或者水被吸入到平衡装置的弹簧壳体内。

甚至在机器人停止工作期间，压缩空气供应装置也将使弹簧壳体内填充压缩空气从而阻止湿气或者液体/水进入平衡汽缸的任何地方。

由于上述同样的原因，所述工业机器人能够关闭和冷却，因此其适于高湿度的环境。

由于压缩空气供应装置，例如上述围绕拉杆的密封件可以是简单且便宜的类型。并且，当上述围绕拉杆的密封件无意中受到磨损且其密封功能削弱时，空气供应提供了额外的安全装置。

在一种实施方式中，在弹簧壳体中设置出口阀。从而可以将平衡装置中的内部空气压力预先设定在一个选定的值。

在一种实施方式中，第一空气软管连接到平衡装置，第二空气软管连接到驱动装置，用于同时向平衡装置和驱动装置供应空气。尽管在温度降低/减小的过程中会产生小的真空，但由于压缩空气的供应，不会有湿气或者水分被吸入平衡装置或驱动装置中。

在一种实施方式中，第一空气软管通过如上面限定的出口阀连接到弹簧壳体。在出口阀和驱动装置之间连接另外的空气软管。通过出口阀离开平衡装置的压缩空气被供应到驱动装置，用于防止由于温度降低产生的真空引起的湿气或者水分被吸入到平衡装置和驱动装置中。

所述空气软管可以是单独的软管或者是分叉成多根空气供应软管的一根软管。

特征“空气”用来限定包括空气或者干净空气。替代地，空气也可以富含油。本发明适于例如水喷射式清洗。

特征“空气供应”被定义成空气连续流动或者替代地是空气的间歇流动，还可以是实际机器人不工作时的空气流动。

根据本发明的一种实施方式，空气的温度是可以调整的。

根据本发明的第二方面，提供一种用于工业机器人的方法，机器人具有包括机械弹簧部件和包围所述弹簧部件的弹簧壳体的平衡装置。所述方法包括向弹簧壳体中供应压缩空气以防止湿气或者液体由于真空而被吸入到壳体内。

在一种实施方式中，所述方法包括保持壳体中的内部空气压力恒定。

在一种实施方式中，所述方法包括向弹簧壳体和至少第一驱动单元供应压缩空气。该实施方式的目的是阻止湿气或液体由于温度降低产生的真空而被吸入到平衡装置和驱动单元中。

在一种实施方式，所述方法包括将通过出口阀离开弹簧壳体的压缩空气从弹簧壳体供应到至少第二驱动单元中。

附图说明

通过参照附图对本发明的不同实施方式的描述能更加详细地解释本发明。其中：

图1是包括本发明的平衡单元的工业机器人；

图2是根据本发明的平衡单元；

图3是根据本发明的平衡单元的截面图；

图4是根据本发明的一种实施方式的具有第二空气软管的工业机器人；

图5是根据本发明的一种实施方式的具有第三空气软管的工业机器人；

图6是根据现有技术的工业机器人。

具体实施方式

工业机器人1(图1)包括：机器人脚2；支架3，该支架枢转地设置在机器人脚2上；和机器人第一臂6，其与支架3上的关节4相连。机器人第一臂6绕关节4中的水平旋转轴线5枢转并支撑机器人第二臂7。第一臂6和第二臂7被设置成在机器人工作过程中相对运动。机器人还包括连接到压缩空气供应装置29的平衡装置8，这将在下面详细描述。

平衡装置8安装在机器人1上(图3)并包括平衡汽缸9、活塞20、弹性弹簧部件10和拉杆21。汽缸9包括圆柱形主体17，该圆柱形主体被安装成绕垂直于汽缸轴线的轴线摆动。活塞20安装成适于在圆柱形主体17内滑动并能够由设置在汽缸内部的弹性弹簧部件10回复到终点位置。拉杆21连接到活塞20并被设置成从汽缸伸出。所述拉杆21的自由端12以关节运动方式在距所述机器人臂的摆动轴线一定距离的区域连接到摆动的机器人臂。

平衡汽缸9包括第一弹簧座13和第二弹簧座14，在第一弹簧座和第二弹簧座之间设置有螺旋弹簧单元10。第一弹簧座13包括弹簧壳体15，该弹簧壳体设有第一端16、圆柱形包络面17和第二端18，该第二端设置有开口19。第二弹簧座14包括刚性地设置在拉杆21一端上的活塞20。拉杆21和活塞20一起可偏移地设置在弹簧壳体15内。

平衡汽缸9包括用于枢转地安装在支架3上的至少一个第一连接件11和用于枢转地安装在第一臂部分6上的至少一个第二连接件12。

当拉杆21被拉出弹簧壳体15时，螺旋弹簧10被压缩并因此产生弹簧力，该力使拉杆21回到弹簧壳体15中。所产生的弹簧力用于平衡。

用于压缩空气供应的第一空气软管22在空气入口23处连接在空气供应装置29和弹簧壳体15的第一端16之间。

图2是包括用于压缩空气供应的第一空气软管22的弹簧平衡装置8，该第一空气软管22在空气入口23处连接到平衡装置8。出口阀24设置用来使压缩空气离开平衡装置。

图4是包括用于向平衡装置8供应压缩空气的第一空气软管22和用于向包括在机器人内的两个驱动单元27供应压缩空气的第二空气软管25的机器人。在该实施方式中，公共的空气软管26分叉成第一空气软管22和第二空气软管25。

图5是包括用于从平衡汽缸9的出口阀24向包含在机器人内的两个驱动单元27供应压缩空气的第三空气软管28的机器人。由此，第三空气软管28设置成用于供压缩空气离开平衡汽缸9并分叉成两根空气软管，每根空气软管连接到一个驱动单元27。

Claims

1.一种工业机器人(1)，该工业机器人包括设置成相对彼此运动的机器人第一部分(3)和机器人第二部分(6)，和设置在机器人第一部分和机器人第二部分之间的平衡装置(8)，其中，所述平衡装置(8)设置成在所述机器人第一和第二部分(3，6)相对运动时抵消重力，所述平衡装置包括平衡汽缸(9)、机械的弹簧部件(10)，其中，所述平衡汽缸(9)包括包围所述弹簧部件的弹簧壳体(15)，其特征在于，所述平衡汽缸(9)包括连接到压缩空气供应装置(29)的至少一个空气入口(23)，从而使所述平衡汽缸(9)通过所述至少一个空气入口(23)完全填充压缩空气。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其中，出口阀(24)设置在所述平衡汽缸(9)中。

3.根据权利要求1所述的工业机器人，其中，第二空气软管(25)设置成连接到至少一个驱动单元(27)，用于从所述压缩空气供应装置(29)向所述驱动单元供应压缩空气。

4.根据权利要求2所述的工业机器人，其中，第三空气软管(28)设置成连接在所述出口阀(24)和至少一个驱动单元(27)之间用于供应空气。

5.一种用于工业机器人(1)的方法，该工业机器人具有包括平衡汽缸(9)、机械的弹簧部件(10)和包围所述弹簧部件的弹簧壳体(15)的平衡装置(8)，所述方法包括向所述平衡汽缸(9)中供应压缩空气并用压缩空气完全填充所述平衡汽缸，以防止由于在所述平衡汽缸(9)内产生的真空而将湿气或者液体吸入到所述平衡汽缸(9)中。

6.根据权利要求5所述的方法，包括保持所述平衡汽缸(9)中的内部空气压力恒定。

7.根据权利要求5或6所述的方法，包括将压缩空气供应到至少一个驱动单元(27)中。

8.根据权利要求5或6所述的方法，包括通过出口阀(24)将离开平衡汽缸(9)的压缩空气从所述平衡汽缸(9)供应到至少一个驱动单元(27)。

9.根据权利要求5或6所述的方法，包括由于机器人工作而产生真空。

10.根据权利要求5或6所述的方法，包括由于温度降低而产生真空。