CN102300682B - 包含具有无支撑臂的重量平衡装置的操纵器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操纵器(1)，其具有多个节肢(12，14)和重量平衡装置(15)，这些节肢通过可利用驱动器(M1-M6)调整的关节(A1-A6)彼此连接，而重量平衡装置与关节(A1-A6)中的一个相对应并具有杆(19)，该杆一方面联结在与关节(A1-A6)相连接的第一节肢(12)上，另一方面与支承支座(25)的弹簧装置(26)相连接，支座通过至少一个轴承装置(18)联结在与关节(A1-A6)相连接的第二节肢(14)上，所述轴承装置包括第一轴承组件(17)和连接在第二关节(14)上的第二轴承组件(16)。支座(25)通过至少一个无支撑的臂(23，24)与第一轴承组件(17)相连接。

Description

包含具有无支撑臂的重量平衡装置的操纵器

技术领域

本发明涉及一种操纵器，其具有多个节肢(Glieder)和重量平衡装置(Gewichtsausgleichsvorrichtung，重力平衡装置)，节肢通过可通过驱动器调整的关节彼此连接，而重量平衡装置与关节中的一个相对应并具有杆，该杆一方面联结在与关节相连接的第一节肢上，另一方面与支承支座(Sitz)的弹簧装置相连接，该支座通过至少一个轴承装置联结在与关节相连接的第二节肢上，该轴承装置包括第一轴承组件和连接在第二关节上的第二轴承组件。

背景技术

在专利文献EP 0947296 B1中描述了一种弹簧平衡装置，该装置安装在机器的底座和可移动部件之间，或安装在机器的可移动部件之间，该装置具有：杆，杆的一个端部安装在机器的底座或可移动部件上；位于该装置壳体内的止动板(Rückhalteplatte)，其安装在杆的另一端部上；以及两个或多个具有不同螺旋直径的弹簧，这些弹簧围绕杆相互交错并设置在止动板和构成壳体壁的部件之间，该部件与壳体安装面相对地位于止动板所在的侧面上。

止动板可拆卸地安装在杆的端部上并在其中心形成凹槽，该凹槽朝着在与止动板毗连的侧面上构成装置壳体壁的部件开放，其中，杆的一个端部伸入凹槽中，并为设置有螺纹的部件(该部件在杆的突出端部上构成)拧上螺母，从而将止动板安装在杆上，另外，在与止动板相邻的面上构成装置壳体壁的部件在该壁中间构成通孔，从而能够从装置壳体的外面通过通孔操作螺母。

专利文献EP 1125696 B1描述了一种用于机器人的机器人臂重量平衡的装置，该装置包括具有至少一个螺旋弹簧的弹簧缸，其特征在于，设置至少一个用于安装或移除至少一个其他可替换的螺旋弹簧的装置，其中，优选至少一个可替换的螺旋弹簧的张力是可调的。该装置允许改变弹簧缸的弹性常数，以便个别调整机器人重量平衡所需要的平衡力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有改进的重量平衡装置的操纵器。

本发明的目的通过一种操纵器实现，该操纵器具有多个节肢(Glieder)和重量平衡装置，节肢通过可利用驱动器进行调整的关节彼此连接，重量平衡装置与关节中的一个相对应并具有杆，杆一方面与连接该关节的第一节肢相联结，另一方面与支承支座的弹簧装置相连接，支座通过至少一个轴承装置联结在与关节相连接的第二节肢上，该轴承装置包括第一轴承组件和连接在第二关节上的第二轴承组件，其中，支座通过至少一个无支撑的臂与第一轴承组件相连接。

在此，将“无支撑”理解为这样的实施方式：其具有能够实现其功能的结构元件，而无需其他外部载荷元件。为此应特别构造为，使所有在运行中产生的功能性负载都通过该结构元件所吸收。

根据本发明，这种结构元件通常整体称为臂。这种称为臂的结构元件包括可以具有例如空心或实心压力杆和/或张力杆的配置。压力杆和/或张力杆可以特别是框架状地构造为焊接结构或者铸造结构。在此，根据本发明的至少一个无支撑臂应该将由弹簧装置在操纵器的第一节肢和第二节肢之间所施加的力从支座传送到第一轴承组件上。这种由弹簧装置在操纵器的第一节肢和第二节肢之间所施加的力应该特别是完全且毫无例外通过根据本发明的至少一个无支撑臂来传送。

这意味着，无论是防护罩还是缓冲阻挡装置(Fangvorrichtung)或重量平衡装置罐状壳体的底部都对传递由弹簧装置施加在操纵器的第一节肢和第二节肢之间的力不起作用。因此，防护罩、缓冲阻挡装置和/或底部都可以构成为比假如它们必须传递由弹簧装置施加在操纵器的第一节肢和第二节肢之间的力所需的明显更小、更轻，也更易损。由此可以使整个重量平衡装置更轻、更便宜并且功能更优化地构成。特别是可以根据弹簧装置施加在操纵器的第一节肢和第二节肢之间的力的力线方向(Kraftflussrichtungen)，对一个或多个无支撑臂就其位置、方向和尺寸进行优化。因此，可以将一个或多个无支撑臂构造为框架状、悬臂状或支承骨骼状的。

特别是可以将一个或多个无支撑臂构成为开放的、可接近的组件结构，其可以具有至少一个穿孔(Durchbruch)，或者也可以具有多个穿孔，通过这些穿孔可以在省略防护罩的情况下接近弹簧装置。在此，无支撑臂的弹簧装置由于结构原因例如首先在安装时是可接近的，但稍后由于特别是无支撑的防护罩又成为不可接近的，以提供对弹簧装置的侵入保护。在此防护罩特别是具有强度、刚度和/或壁厚，这可以防止人工侵入，但是对于传递弹簧装置施加在操纵器的第一节肢和第二节肢之间的力来说则太弱。

换而言之，利用根据本发明的具有一个或多个无支撑臂的重量平衡装置，可以将力线和缓冲阻挡保护(Fangschutz)的子功能与防护罩的子功能分开。缓冲阻挡保护旨在当杆发生破裂时，防止弹簧或弹簧部件从重量平衡装置中跳出。一个或多个无支撑臂例如可以通过焊接结构或铸造结构来生产。这样形成的骨架可以直接在力线的区域内承载弹力并将其传导到轴承点(Lagerpunkte)、即轴承装置中或轴承组件中。轴承点在此可以是一体的或内置的。可选地，还可以使轴承装置或轴承组件在杆破裂时承载源于缓冲阻挡功能的力。

可添加的空心体形式的防护罩可以独立于对弹簧力的传递来设置。该防护罩可以例如构造为开槽的或封闭的、一体的或多件的。此外，还可以附加地使例如盖形式的缓冲挡体通过附加的根据本发明的臂与轴承装置或轴承组件相连接。该缓冲挡体可以开放地或封闭地、平面地或立体地(konturiert)实现。

这种重量平衡装置的重量只是公知的重量平衡装置的一小部分。因此在加工和安装时可以较容易地控制该装置，并且与已知的重量平衡装置相比，其在此可以具有同等甚至更高的强度。此外，通过缓冲挡体可以很容易地使防护罩相对于骨架接合或夹紧。防护罩可以非常方便且成本低廉地例如由金属板或塑料制成。防护罩可以例如构造为特别是一体化的管或由连接在一起的轴瓦构成。

相对于已知的重量平衡装置，根据本发明的重量平衡装置可以具有很轻的重量，很低的生产成本和/或在安装和运行时以更简单的方式进行控制。在此，可以在不减少功能和安全的情况下满足所有的子功能。

重量平衡装置可以借助于两个相对的轴承装置联结在第二节肢上，而支座借助于至少两个相对置的无支撑臂分别与这两个轴承装置的第一轴承组件相连接。

虽然一般来说支座例如可以通过设置在一侧的摇摆臂与单独的第一轴承组件相连接，但是特别有利的是将重量平衡装置从多个侧面(例如从两个相对的侧面)通过两个轴承装置联结在第二节肢上。在这种情况下，支座可以通过至少两个相对置的无支撑臂与这两个轴承装置中的两个第一轴承组件中的任一个相连接。在此可以从两侧保持支座，从而使支座非常稳定地作为整个重量平衡装置的部件得以保持。

至少一个无支撑臂可以构造为从第一轴承组件离开的、分成至少两个子臂的骨架组件，其子臂与支座相连接。这种被称为臂的无支撑结构元件不必强制构造为坚固、紧凑的，而是可以构造为树枝状或网格状的。因此，臂可以构造为例如框架状或叉状的。

至少一个无支撑臂可以具有两个子臂，这两个子臂在围绕成V形锐角的情况下在垂直于至少一个轴承装置的摆动轴线的平面中延伸。由此两个相对置的、安装在支座侧面上的臂可以从支座延伸。这两个臂中的每一个臂都可以构造为具有两个成锐角设置的子臂的V形组件。换句话说，这两个臂可以使每个臂都以一定的距离与支座彼此连接并沿朝向轴承装置的方向接合在一起。因此子臂可以会聚在轴承装置相应第一轴承组件上。换言之，每个子臂从轴承装置的第一轴承组件出发轮辐状地(speichenartig)在支座的方向延伸。

在所有根据本发明的实施例中，至少一个无支撑臂与支座一体化地构成。该至少一个无支撑臂或多个无支撑臂可以例如作为铸造部件与支座一体化地制造。在一种替代的实施方案中，可以将至少一个无支撑臂或多个无支撑臂制作为单独的组件制造并焊接在支座上。

在一种扩展方案中，弹簧装置的与支座相对的端部由缓冲阻挡装置所围绕，该缓冲阻挡装置借助于一个或多个附加的无支撑臂与至少一个第一轴承组件相连接。弹簧装置在作用于杆上的引力下通过与杆相连接的弹簧板被挤压到一起。因此弹簧装置可以预紧地保持在弹簧板和支座之间。为了防止弹簧板在杆破裂时松脱以及弹簧装置以不期望的方式突然放开并爆炸性地从重量平衡装置向外驱出，在弹簧装置或弹簧板的后半部设置缓冲阻挡装置，以便能够阻挡弹簧装置的突然放松的部件。为此，必须非常牢固地固定缓冲阻挡装置。为此，根据本发明可以借助于一个或多个附加的无支撑臂使缓冲阻挡装置与至少一个第一轴承组件相连接。这些连接缓冲阻挡装置与第一轴承组件的无支撑臂可以构造为类似于连接支座与第一轴承组件的臂。这些附加的无支撑臂可以沿与其他的无支撑臂相反的方向从第一轴承组件向外延伸。

该一个或多个附加的臂可以各具有两个子臂，这些子臂在围绕成V形锐角的情况下在垂直于轴承装置的摆动轴线的平面中延伸。从第一轴承组件向外延伸的附加臂的端部可以沿相互平行的方向延伸地结束。换句话说，附加的臂沿与缓冲阻挡装置的水平方向相垂直的方向终止于缓冲阻挡装置上。

该一个或多个附加的臂可以与支座一体化地构成。这些附加臂可以例如作为铸造部件与支座或包含其他臂的支座组件一体化地制造。在一种替代的实施方案中，可以将附加臂制作成单独的组件并焊接在支座上。

在所有根据本发明的实施方式中，杆可以与弹簧装置、支座、至少一个轴承装置以及至少一个无支撑臂一起构成无护套的重量平衡装置。这种无护套的重量平衡装置例如可以作为铸造部件一体化地制成。在一种替代的实施方案中这种无护套的重量平衡装置可以由单独的组件制成并焊接在一起。

在所有根据本发明的实施方式中，弹簧装置可以由特别是无张力地安装在重量平衡装置上的防护罩所围绕。换句话说，重量平衡装置通常可以不带防护罩地实现其功能。根据本发明，防护罩仅用于入侵防护和防尘。因此，根据本发明的防护罩可以比通常为传递弹簧装置施加在第一节肢和第二节肢之间的力所必需的防护罩明显更小、更轻、更加易损。在固定防护罩时只需考虑自持力，从而可以相应较小和/或较轻地实现固定件。

防护罩可以特别是由塑料护套；金属板、特别是穿孔金属板；金属板网；纺织品或网构成。在此，防护罩可以例如由管状塑料护套、穿孔金属板、金属板网、纺织品或网构成。防护罩可以构造为薄壁的和/或柔性的。防护罩可以从外面围绕重量平衡装置的至少一个无支撑臂。在此，可以在不拆卸重量平衡装置的情况下去除防护罩。特别可以在不必将重量平衡装置从操纵器移开的情况下，将防护罩从操纵器上移除或安装在操纵器上。

防护罩可以设置在弹簧装置和重量平衡装置的至少一个无支撑臂之间。防护罩可以特别被包绕地设置在弹簧装置和重量平衡装置的至少一个无支撑臂之间。

附图说明

下面根据图1至图3对本发明的示例性实施方式进行描述。由该详细描述的具体实施例也可以给出本发明的其他的普遍特征和优点。

图1示出了具有根据本发明的重量平衡装置的操纵器的透视图；

图2示出了根据本发明的重量平衡装置的分解图；

图3示出了如图2所示的根据本发明的重量平衡装置在装配状态下的透视图。

具体实施方式

图1示出了具有基座2的操纵器1，旋转转盘3围绕第一垂直关节A1可转动地支承在基座2上，并通过第一驱动电机M1旋转地驱动。摇臂4围绕第二水平关节A2可上下摆动地支承在旋转转盘3上，并通过第二驱动电机M2旋转地驱动。摇臂4承载着臂5，臂5围绕第三水平关节A3可上下摆动地支承，并通过第三驱动电机M3旋转地驱动。在臂5上设置第四关节A4，其沿臂5的纵向延伸方向伸展并通过第四驱动电机旋转地驱动臂5的手7。在手7上第一侧边8和第二侧边9成叉状地向后延伸。这两个侧边8、9承载着用于手7的自由端部10的支承机构。该支承机构限定操纵器1的第五关节A5，手7可以借助第五驱动电机M5围绕该关节A5摆动运动。此外，手7具有第六关节A6，以便能够借助第六驱动电机M6可转动地驱动固定法兰11。

在所示出的实施例中，重量平衡装置15设置在构成关节A2的第二节肢14的旋转转盘3和构成关节A2的第一节肢12的摇臂4之间。但是，重量平衡装置15也可以设置在操纵器1的至少一个关节A1至A6中的任意两个相邻节肢之间。为了将重量平衡装置15可摆动地支承在旋转转盘3上，使第二轴承组件16与旋转转盘3相连接。第一轴承组件17可摆动地支承在第二轴承组件16上。第一轴承组件17和第二轴承组件16构成轴承装置18。重量平衡装置15的杆19通过球形关节20与摇臂4，即与关节A2的第一节肢12相连接。

在图2中示出了根据本发明的重量平衡装置15的实施方式的各部件。其中代表性地示出了单独的第二轴承组件16，在如图1所示的实施方式中，第二轴承组件16固定在旋转转盘3上。对一个或多个第二轴承组件16的固定可以借助于螺丝21来实现。第二轴承组件16通过轴承22可转动或可摆动地与第一轴承组件17相连接。从第一轴承组件17分别有两个子臂23.1、23.2和24.1、24.2延伸到支座25上。在已装配好的状态下，在如图2所示的支座25的背面例如总共有三个弹簧26.1、26.2和26.3。在该实施例中，弹簧26.1、26.2和26.3构成弹簧装置26。弹簧26.1、26.2和26.3背侧端部位于弹簧板27上。弹簧板27与杆28相连接。该连接通过弹簧板27中的穿孔29以及两个锁紧螺母30来实现，锁紧螺母与弹簧板27一起拧紧在杆28的螺纹部分31上。在安装缓冲阻挡装置32之前，可以通过弹簧26.1、26.2和26.3或弹簧装置26牵拉根据本发明的防护罩33。为了固定缓冲阻挡装置32，设置了附加的无支撑臂34和35。附加臂34具有两个附加的子臂34.1和34.2。附加臂35具有两个附加的子臂35.1和35.2。附加的子臂34.1、34.2、35.1和35.2的端部形成四个用于穿孔和螺丝的容纳位置，以固定缓冲阻挡装置32。由此使缓冲阻挡装置32一方面与第一轴承组件17相连接，另一方面还与支座25相连接。

最后由图3示出了处于已装配好状态下的重量平衡装置15。

Claims (19)

1.一种操纵器，具有多个节肢（12，14）和重量平衡装置（15），所述节肢通过可利用驱动器（M1-M6）调整的关节（A1-A6）彼此连接，所述重量平衡装置（15）与所述关节（A1-A6）中的一个相对应并具有杆（19），该杆一方面联结在与所述关节（A1-A6）相连接的第一节肢（12）上，另一方面与支承支座（25）的弹簧装置（26）相连接，所述支座通过至少一个轴承装置（18）联结在与所述关节（A1-A6）相连接的第二节肢（14）上，所述轴承装置（18）包括第一轴承组件（17）和连接在所述第二节肢（14）上的第二轴承组件（16），其特征在于，所述支座（25）通过至少一个无支撑臂（23，24）与所述第一轴承组件（17）相连接，其中，所述至少一个无支撑臂（23，24）构成包括具有压力杆和/或张力杆的结构元件，所有在运行中产生的功能性负载都通过该结构元件吸收。

2.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述重量平衡装置（15）借助于两个相对置的轴承装置（18）联结在所述第二节肢（14）上，而所述支座（25）借助于至少两个相对置的无支撑臂（23，24）分别与所述两个轴承装置（18）的第一轴承组件（17）相连接。

3.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，至少一个无支撑臂（23，24）构造为从所述第一轴承组件（17）伸出并分成至少两个子臂（23.1，23.2，24.1，24.2）的骨架组件，其子臂（23.1，23.2，24.1，24.2）与所述支座（25）相连接。

4.如权利要求2所述的操纵器，其特征在于，所述至少一个无支撑臂（23，24）具有两个子臂（23.1，23.2，24.1，24.2），这两个子臂在围绕成V形锐角的情况下在垂直于所述至少一个轴承装置（18）的摆动轴线的平面中延伸。

5.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述至少一个无支撑臂（23，24）与所述支座（25）一体化构成。

6.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述弹簧装置（26）的与所述支座（25）相对的端部由缓冲阻挡装置（32）所围绕，该缓冲阻挡装置借助于一个或多个附加的无支撑臂（34，35）与所述至少一个第一轴承组件（17）相连接。

7.如权利要求6所述的操纵器，其特征在于，所述一个或多个附加的无支撑臂（34，35）各具有两个子臂（34.1，34.2，35.1，35.2），这些子臂在围绕成V形锐角的情况下在垂直于所述轴承装置（18）的摆动轴线的平面上延伸。

8.如权利要求6所述的操纵器，其特征在于，所述一个或多个附加的无支撑臂（34，35）与所述支座（25）一体化制成。

9.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述杆（28）与所述弹簧装置（26）、所述支座（25）、所述至少一个轴承装置（18）以及所述至少一个无支撑臂（23，24，34，35）一起构成无护套的重量平衡装置（15）。

10.如权利要求9所述的操纵器，其特征在于，所述弹簧装置（26）由一个安装在所述重量平衡装置（15）上的防护罩（33）所围绕。

11.如权利要求10所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）无张力地安装在所述重量平衡装置（15）上。

12.如权利要求10所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）由塑料制成的护套、金属板、金属板网、纺织品或网构成。

13.如权利要求12所述的操纵器，其特征在于，所述护套是管状的护套。

14.如权利要求12所述的操纵器，其特征在于，所述金属板是穿孔金属板。

15.如权利要求10所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）构造为薄壁的和/或柔性的。

16.如权利要求10到15中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）从外面围绕所述重量平衡装置（15）的至少一个无支撑臂（23，24，34，35）。

17.如权利要求10到15中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）设置在所述弹簧装置（26）和所述重量平衡装置（15）的至少一个无支撑臂（23，24，34，35）之间。

18.如权利要求17所述的操纵器，其特征在于，所述防护罩（33）设置成包绕所述弹簧装置（26）。

19.如权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述压力杆和/或张力杆构造为框架状的。