CN102649276B

CN102649276B - 关节式机器人腕部

Info

Publication number: CN102649276B
Application number: CN201210096901.6A
Authority: CN
Inventors: M·安帕罗雷; G·佩尔内凯莱; G·帕帕雷拉
Original assignee: Comau SpA
Current assignee: Comau SpA
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102649276A; ITTO20110156A1; EP2492060B1; KR101683325B1; EP2492060A1; KR20120097340A; BR102012003961A8; BR102012003961B1; RU2012106622A; US8820189B2; JP2012176489A; BR102012003961A2; RU2577637C2; US20120216650A1; JP5832931B2; IT1404527B1

Abstract

一种关节式机器人腕部(10)，包括：包括第一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(22)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(24)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。

Description

关节式机器人腕部

技术领域

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：

-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，

-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，

-包括第一和第二端部的第一主体，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，

-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，

-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，并且在所述机器人腕部的已安装条件下，第一开口大体与所述第一轴线对齐，

-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，

-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，

-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：

-由所述第一主体携载的第一马达，

-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；

-由所述第二主体携载的第二马达，

-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

上述类型的机器人腕部被披露在例如日本专利申请JP2006-289503中。

发明内容

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简单的结构。

上述目的通过提供根据本发明的机器人腕部来实现。

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

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：

-图1代表在此描述的机器人腕部的第一实施例的透视图；

-图2代表沿着由图1中线II-II示意性所示的纵向剖面所取的剖视图；

-图3代表在此描述的机器人腕部的第二实施例的透视图；

-图4代表由图3中线IV-IV示意性所示的纵向剖面所取的剖视图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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腕部围绕轴线IV的旋转来移位。

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度的角的直线或者轴线的情况。

更具体地，如从图1到图4中可见，第一主体12包括肘形主体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，肘形部分携载偏置部分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。

在此描述的机器人腕部中，用于驱动第二主体和第三主体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，其由第一主体12携载并驱动第二主体14的旋转。驱动装置还包括第二马达30，其被第二主体14携载并驱动第三主体16的旋转。如将在下面更详细地所见，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。在各个实施例以及在附图中所示的实施例中，第一马达28由偏置部分22携载。此外，在其与肘形部分18相反的端部处，第一主体的偏置部分22具有叉形部分32，对应于第一主体的所述第二端部部分。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。在各个实施例以及在附图中所示的实施例中，第二马达30安装在第二主体14的端部部分14’上，在叉形部分32的臂32’和32”之间。在各个实施例以及在附图中所示的实施例中，第二主体14通过其自己的端部部分14’与臂32’和32”可旋转地接合。在各个实施例以及在附图中所示的实施例中，第二马达30定向成使得其输出轴基本平行于第三轴线VI。

如图1到图4可见，悬臂部分24包括围绕着基本平行于第三轴线VI的轴线能够旋转地安装的轴34，并设置在该后者(第三轴线)和第二马达30的输出轴之间。轴34还携载接合齿轮38的齿轮36，齿轮38刚性地连接到第二马达30的输出轴。轴34携载接合齿轮42的齿轮40。齿轮42围绕第三轴线VI可旋转地安装在悬臂部分24上，并且驱动第三主体16的旋转。

在各个实施例及在附图中所示的实施例中，齿轮42安装在由减速器(reducer)装置44携载的中空轴43上，减速器装置44固定于悬臂部分24。具体地，减速器装置44具有总体环形形状，并且由轴43中心地穿过。外部地，减速器装置44附接于悬臂部分24。第三主体16固定在减速器装置44上，并且因而与轴43旋转地连接。

在各个实施例及在附图中所示的实施例中，在利用机器人腕部的已配线条件下，减速器装置44和轴43被上述的缆索和/或管C穿过。

在各个实施例及图1和2中所示的实施例中，马达28安装在偏置部分22上，定向成使得其输出轴基本平行于第二轴线V且与其间隔开。在优选实施例中，轴46围绕基本平行于第二轴线V的轴线可旋转地安装在偏置部分22上，并且设置在该后者(第二轴线)和马达28的输出轴之间。轴46携载被齿轮50接合的第一齿轮48，齿轮50被第一马达28的输出轴携载。轴46还包括接合齿轮54的齿轮部分52。齿轮54围绕第二轴线V能够旋转地安装在叉形部分32的臂32’上。具体地，齿轮54受到轴承装置35可旋转地支撑。该装置抵靠界定在臂32’中形成的开口33的边缘受到齿轮54的阻挡。通过开口33，用于固定齿轮54的装置接合第二主体的部分14’，这样将部分14’和齿轮54旋转地连接。

在各个实施例及图3和4中所示的实施例中，第一马达28安装在偏置部分22上，定向成使得其输出轴基本平行于第一轴线IV，且与该第一轴线间隔开。在该实施例中，接合由轴46携载的齿轮48的齿轮50不直接连接到第一马达28的输出轴，而是相反地，由轴56携载。轴56围绕着基本平行于第二轴线V的轴线可旋转地安装在偏置部分22上，并且关于轴46相对于第二轴线。轴56，借助于在端部处相反于齿轮50的锥形齿轮部分58，接合旋转地固定的第一马达28的输出轴的锥形齿轮60。

在各个实施例及附图所示的实施例中，叉形部分32的臂32”，其不含有用于驱动第二主体14的装置，具有面朝在臂32’，32”之间的空间的开口62。臂32”，与开口62，为第二马达30的动力缆索(未示出)提供通道。

在各个实施例及附图所示的实施例中，部分14的环形支撑件64，意在由上述动力缆索穿过，通过轴承装置63能够旋转地支撑在相应的开口62内。

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：

当第一马达28致动时，齿轮50通过接合由轴46携载的齿轮48来驱动轴46的旋转。通过其齿轮部分52，轴46驱动齿轮54的旋转，并且因此驱动第二主体14。

在图3和4的实施例中，第一马达28通过致动轴56驱动齿轮50的旋转。

当第二马达30致动时，齿轮36和齿轮38之间的接合导致轴34的旋转，其通过齿轮40和齿轮42之间的接合传递运动到减速器装置44。减速器装置44执行扭矩的增加，并传递运动到第三主体16。

最后值得注意的是，上述马达28和30，以及减速器装置44，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。

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。

Claims

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（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基本对齐，

- 其中所述肘形部分（18）携载偏置部分（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，

- 其中所述第二主体具有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口被用于提供和/或控制与所述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）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（14）携载的第二马达（30），

-用于将所述第二马达（30）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，所述第一马达由所述偏置部分（22）携载，并且在其与所述肘形部分相反的端部处，所述第一主体的所述偏置部分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）的轴线并置并且间隔开，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，其中所述第二马达（30）安装在所述第二主体的所述第一端部（14^’）上以便被设置在所述叉形部分（32）的第一臂和第二臂（32^’, 32^”）之间。

3.根据权利要求1和2中任一个所述的机器人腕部，其中所述第二主体的所述第一端部（14^’）能够旋转地接合所述叉形部分（32）的第一臂和第二臂（32^’, 32^”）。

4.根据权利要求2所述的机器人腕部，其中所述叉形部分的第二臂（32^”）具有面朝所述叉形部分的所述第一臂和第二臂之间的空间的开口（62），并且其中通过所述第二臂（32^”）和所述第二臂的所述开口（62），具有用于所述第二马达（30）的动力供给的缆索。

5.根据权利要求1所述的机器人腕部，其中所述第一马达（28）安装在所述偏置部分（22）内，定向成使得其输出轴相对于所述第二轴线（Ⅴ）基本平行并且间隔开。

6.根据权利要求5所述的机器人腕部，其中第一轴（46）围绕基本平行于所述第二轴线（Ⅴ）的轴线能够旋转地安装在所述偏置部分（22）内，并且设置在所述第一马达（28）的输出轴和所述第二轴线（Ⅴ）之间，其中所述第一轴（46）具有：与所述第一马达的输出轴的第三齿轮（50）接合的第二齿轮（48），和接合第一齿轮（54）的齿轮部分（52），所述第一齿轮（54）围绕所述第二轴线能够旋转地安装在所述叉形部分的第一臂（32^’）内并且旋转地连接到所述第二主体的所述第一端部（14^’）。

7.根据权利要求1所述的机器人腕部，其中所述第二马达（30）定向成使得其输出轴相对于所述第一轴线（Ⅳ）基本平行并且间隔开。

8.根据权利要求7所述的机器人腕部，其中第一轴（46）围绕相对于所述第二轴线基本平行并且间隔开的轴线能够旋转地安装在所述偏置部分（22）内，

其中所述第一轴（46）具有接合第一齿轮（54）的齿轮部分（52），所述第一齿轮（54）围绕所述第二轴线能够旋转地安装在所述叉形部分的第一臂（32^’）内，并且旋转地连接到所述第二主体的所述第一端部（14^’），并且其中所述第一轴（46）具有第二齿轮（48），其被旋转地固定到第二轴（56）的第三齿轮（50）接合，

其中所述第二轴（56）围绕基本平行于所述第二轴线（V）的轴线能够旋转地安装在所述偏置部分（22）内并且关于所述第一轴与所述第二轴线相对，所述第二轴（56）通过在所述第二轴相反于所述第三齿轮（50）的端部处的锥形齿轮部分（58）接合对应的锥形齿轮（60），所述锥形齿轮（60）旋转地固定到所述第一马达（28）的输出轴。

9.根据权利要求1-2、4-8中任一个所述的机器人腕部，其中所述第二主体的悬臂部分（24）具有轴（34），所述轴（34）围绕基本平行于所述第三轴线（Ⅵ）的轴线能够旋转地安装，并且设置在所述第二马达（30）的输出轴和所述第三轴线（Ⅵ）之间，其中所述悬臂部分的所述轴（34）具有：齿轮（36），其与旋转地固定到所述第二马达（30）的输出轴的齿轮（38）接合；和另一齿轮（40），其与围绕第三轴线（Ⅵ）能够旋转地安装在悬臂部分（24）内的齿轮（42）接合，且适于驱动所述第三主体的旋转。

10.根据权利要求9所述的机器人腕部，其中所述悬臂部分的所述齿轮（42）与所述第三主体之间设置与所述第三轴线同轴的减速器装置（44），其被所述悬臂部分（24）携载，并且适于将所述悬臂部分的齿轮（42）旋转地连接于所述第三部分。