CN102802885B - 用于将工具电气连接到机器人手腕的系统和方法 - Google Patents

用于将工具电气连接到机器人手腕的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将工具电气连接到机器人手腕的系统。该系统包括第一组件和第二组件，该第一组件是被配置为围绕机器人轴旋转的工具法兰(5)，该第二组件包括彼此永久连接的电气配线和连接器(23)。该连接器(23)具有多个电极(21)并且该电气配线包括多个导体。每个导体永久连接到各自的电极(21)。该工具法兰(5)和该连接器(23)互相被适配为将该连接器(23)依附到该工具法兰(5)。根据本发明，该工具法兰(5)具有被配置为用于在该工具法兰(5)上的该连接器(23)的偏心依附的偏心装配装置(29a、29b)。本发明还涉及该系统的组件，涉及包括该系统的手腕并且涉及配备有该手腕的工业机器人。本发明还涉及通过多个连接器建立到工业机器人上的手腕的工具法兰的电气连接的方法。该方法是基于根据本发明的系统的使用。

Description

用于将工具电气连接到机器人手腕的系统和方法
技术领域
本发明在第一方面涉及一种用于将工具如钳子等等电气连接到机器人手腕的系统，该系统包括第一组件和第二组件，该第一组件是被配置为围绕机器人轴旋转的工具法兰，该第二组件包括彼此永久依附的电气配线和连接器，该连接器具有多个电极并且该电气配线具有多个导体，每个导体永久连接到各自的电极，该工具法兰和该连接器互相被适配为将该连接器依附到该工具法兰。
本发明还涉及该系统的单独的组件，涉及包括该系统的机器人手腕并且涉及包括该手腕的工业机器人。
在另一个方面本发明涉及通过多个连接器建立到工业机器人上的手腕的工具法兰的电气连接的方法，以便建立与将要被装配到该工具法兰的工具的电气连接，该工具法兰被配置为围绕机器人轴旋转。
背景技术
在工业机器人中，在被装配到机器人的手腕上的工具法兰上存在用于将要被装配到该工具法兰上的工具的接口。该接口包括机械连接、电气连接并且通常还包括气动连接。本发明涉及它们的电气连接。电气连接通常包括多个连接器，该多个连接器将要被单独并且独立地连接到电气接口的各自的电极。建立这些连接通常是耗费时间的操作，因为必须将每个单独的导体装配到它们各自的电极。包括导体的配线也受到磨损。因此有必要以规律的间隔更替磨损的配线，这加重了具有该耗时操作的缺点。
在US 6945814、US 2008156137、EP 1287952和JP 2002079487中公开了如何相对于工具法兰来配置连接器的各种实例。但是，这 些公开中没有一个解决了如何以快速并且安全的方式提供连接的问题。
在WO 03015998中公开了连接器到各自的电极的更合理的连接的步骤，WO 03015998涉及包括具有控制系统的操纵器的工业机器人，其中，该操纵器包括中空的第一机器人单元和可围绕轴旋转的第二机器人单元。第一机器人单元和第二机器人单元被配置为相对于彼此旋转和/或弯曲，并且第二机器人单元包括机器人工具。穿过第一机器人单元拖拽并且同轴地配置配线，并且配线经由连接设备与第二机器人单元的第一末端可拆卸地连接。连接设备包括在至少一个线路中固定到该配线的第一末端的主体，该主体配置有用于到该机器人工具的电力供应的连接的插座。
然而，该设备要求第一机器人部分即手腕是中空的并且要求配线相对于轴是同轴的。中空手腕的使用具有保护该配线和气体管道免受工作人员或其他外部物体缠绕的优点。由于中空手腕的成本远高于对应的非中空手腕，因此，有兴趣通过其他装置避免缠绕，这意味着不能与轴同轴地拖拽配线。
发明内容
本发明的目的在于解决与现有技术相关的问题，以便降低用于建立电气连接的成本，从而降低装配时间并且装配时间不受到昂贵组件(如具有中空轴传输的手腕)需求的限制。
根据本发明的第一方面，该目的的实现在于最初详细说明的那种类型的系统，其包括这样的具体特征，其中工具法兰包括被配置为用于工具法兰上的连接器的电气依附的、相对于所述轴偏心的偏心装配装置。
通过用于连接该电气连接的两个组件，其中，配线的连接器端接在可依附到该工具法兰的公共连接器中，消除了对于每个连接器的单独的装配的需要。从而实现与工具法兰上的接口的电气连接的快速建立。由于工具法兰的装配装置是偏心配置的，所以该系统可 用于具有非中空轴传输的手腕并且从而可以用到成本更低的手腕上。
在本申请中术语轴向的、切线的、偏心的等等涉及这样一种轴的延伸，其中手腕的工具法兰可以围绕该轴旋转，如果没有其他明确的声明。
根据本发明的系统的优选实施方式，该连接器包括外壳、该外壳具有依附到该电气配线的第一部分，依附到该部分的该配线的方向与该轴的方向不同。
与当被装配到该工具法兰时该连接器的偏心位置一起，该实施方式提供了关于如何朝向该工具法兰拖拽该电气配线的大的自由度。从而，就抵挡反复旋转和其他考虑而言，可以优化该手腕的该电气配线的延伸。
根据另一个优选实施方式，该电气配线被依附到该连接器的该外壳上的方向基本上与该轴的该方向垂直。
当优化非中空手腕中的该电气配线的该拖拽时，该方向在依附到该连接器外壳的末端是有利的改变。
根据另一个优选实施方式，该电气配线被依附到该连接器的该外壳上的方向基本上与该轴相切。
这允许该配线的最靠近该连接器的部分被正切地配置在围绕该手腕的该工具法兰的覆盖物或后向外壁之中。该电气配线的该部分的几何形状尤其适配为使得该配线在极端旋转位置之间进行而没有问题。
根据另一个优选实施方式，将该导体装配在该连接器的该外壳之中，从而获得应力消除。这降低了当装配该系统或者改变该配线时松动该触点它的相关电极之间的接触的风险。由于当该工具法兰旋转时可能发生的拉力，这还降低了在操作期间出现该故障的风险。
根据另一个优选实施方式，该连接器包括具有前侧面和后侧面的电路板，该前侧面具有用于形成所述电极的导电衬垫并且该后侧面具有焊接衬垫，其中将该导体焊接到该焊接衬垫。
从通过易于组装并且还提供安全并且可靠的连接的简单组件形成该连接器。
根据另一个优选实施方式，该连接器包括具有前侧面和后侧面的电路板，该前侧面具有用于形成所述电极的导电衬垫并且该导体直接连接到该后侧面，并且该电路板配置为被直接依附到该工具法兰。
因此将用于形成该连接器的该电路板装配到该工具法兰而无需被封装在外壳中。该实施方式对于短期生产系列而言是有利的，因为其消除了对于制造模具来铸模外壳的需求。该电路板的外轮廓的主要部分优选地具有圆形，以便适配到该工具法兰的圆形凹处中。
根据另一个优选实施方式，该连接器的该外壳是铸模塑料的并且封装该配线的末端以及该电路板的该后侧面。
该连接器的该构造提供了该导体与该电极之间的安全连接并且保持该连接受到良好保护。
根据另一个优选实施方式，该工具法兰具有用于装配该连接器的凹处，并且该凹处的形状与该连接器的形状互补。
通过该凹处，在该工具法兰上该连接器的位置变得被良好地限定。将该连接器装配在该工具法兰上是非常容易的，并且当装配时出错的风险可以忽略。
根据另一个优选实施方式，该凹处从该工具法兰的外围延伸。
通过该位置，该连接器的位置将被适配与靠近该工具法兰的该外围端接的电气配线并且因此当该电气配线的末端在该法兰的外围上的后向法兰之中正切地延伸(这是关于其旋转的可能性拖拽配线的有利的方式)时是适合的。
本发明还涉及在本发明的系统中使用的组件，该组件是工具法兰并且具有这样一种具体特征，其中，该工具法兰包括被配置为用于电气配线连接器到该工具法兰的偏心依附的装配装置。
根据本发明的工具法兰的优选实施方式，该工具法兰包括对于在本发明的系统的上述优选实施方式中的该工具法兰所详细说明的 特征。
本发明还涉及在本发明的系统中使用的第二组件，该第二组件包括彼此永久依附的电气配线和连接器，该连接器具有多个电极并且该配线具有多个导体，每个导体被永久连接到所述电极中的各自电极。
根据本发明的第二组件的优选实施方式，该第二组件包括对于在本发明的系统的上述优选实施方式中的该第二组件所详细说明的特征。
本发明的机器人手腕包括本发明的系统的具体而言根据本发明的系统的任意上述优选实施方式的第一组件和第二组件。本发明的工业机器人包括本发明的机器人手腕。
该手腕优选地包括内手腕部分和至少一个操纵连接装置，其中，该内手腕部分包括固体轴传输组件，其中，该手腕还包括内覆盖物和外覆盖物，其中，内覆盖物封装内手腕部分，从而将该电气配线配置在该内覆盖物与该外覆盖物之间。该工具法兰上的该连接器的偏心装配在与该类型手腕的连接中特别有用。
本发明的目的的实现还在于最初所详细说明那种类型的方法，其包括用于提供电气配线的具体措施，该电气配线包括多个导体并且具有预先装配的连接器，该预先装配的连接器具有连接到各自的导体的多个电极，提供具有偏心装配装置的相对于所述轴偏心的工具法兰并且将所述连接器装配到所述偏心装配装置。
根据本发明方法的优选实施方式，所提供的配线和所提供的该工具法兰具有对于在本发明的系统的任意上述优选实施方式中的这些组件所详细说明的特征。
本发明的组件、机器人手腕和工业机器人和本发明的方法具有与本发明的系统和本发明的系统的优选实施方式相对应的并且以上所述的优点。
在所附权利要求中详细说明了本发明的各种方面的以上详细说明的优选实施方式。要理解，通过以上优选实施方式的任意可能的 组合并且通过这些特征与在下文的实例的描述中所述的特征的任意可能的组合，当然可以构造其他优选实施方式。
将通过本发明的实例的一些详细描述并且参考附图来进一步解释本发明。
附图说明
图1是根据本发明的一个实例的具有手腕的机器人手臂的透视图。
图2是图1的手腕的分解图。
图3是图1和2中所示的手腕的工具法兰的后侧面的透视图。
图4是图1和2中的手腕的细节的透视图。
图5是图4的细节的前视图。
图6是沿图5的VI-VI线的横截面。
图7是图5和6中所示的细节的一部分的透视图。
图8是图1到3中所示的手腕的组件的分解透视图。
图9是可替换的实施方式的细节的透视图。
图10是从对面观察的图9中的细节的透视图。
图11是根据本发明的工业机器人的示意性侧视图。
具体实施方式
图1显示了工业机器人的下手臂1。将手臂1连接到具有用于机器人工具(未显示)的工具法兰5的手腕2。该图显示三个最终旋转轴，第四轴A、第五轴B和第六轴C。将用于轴五和六的齿轮和电机装在封装模块3中，封装模块3被部分包围在软填料4中。在工具法兰5的前侧，存在用于到将要被装配到其上的工具的控制和电力供应的连接装置。该连接装置包括用于气体管道的出口24和用于到工具的电气连接的连接器23。将连接器23连接到通过手腕2拖拽的配线。
在图2的透视分解图中，示出了手腕2的主要部分，即其内部6， 内覆盖物7，外覆盖物的第一半8a，外覆盖物的第二半8b以及工具法兰5。外覆盖物部分8a，8b在填料被去除后示出。
手腕2的内部部分6具有铸件9，铸件9装容用于第五轴和第六轴的轴承和齿轮。在铸件9的左侧面，装配用于第五轴的电机10。在铸件9的后侧面可以看到用于第六轴的电机11。具有环路14的气体管道12从内手腕部分6的后侧面延伸到它的前侧面以便连接到装配到工具法兰5上的工具。具有环路15的电气配线13也从后侧面延伸到工具法兰2的侧面。空气管道端接在关于第六轴的轴向中，并且电气配线13端接在正切方向中并且在它的末端处大约180度正切。
当组装图2中所见的部件时，内部覆盖物7位于第六轴的铸件9和电机11周围，并且气体管道12和电气配线13在该覆盖物7的外部。工具法兰5在向后方向中具有圆柱形壁16。工具法兰依附到内部手腕部分6，它的圆柱形壁径向位于内部覆盖物7的外部并且径向位于气体管道12和电气配线13外部。电气配线13的正切导向部分因此沿圆柱形壁16的内侧延伸。彼此装配外部覆盖物半部8a、8b并且包围气体管道12和电气配线13以及第五轴电机10。外部覆盖物8a、8b的前端在工具法兰5的圆柱形壁16的外部之上延伸。
在工具法兰5的前侧面存在连接器23，在连接器23上端接电气配线13，并且通过连接器23建立到工具的电气连接。在工具法兰的前侧面还具有连接设备24，在连接设备24上端接气体管道并且用于到工具的空气供应。
图3用透视图示出了从后侧面即其面对手腕2的侧面看来的工具法兰5。在工具法兰5的圆柱形壁16中，可以看到气体管道12和电气配线13的末端。
电气配线13端接在图4中所示的连接器23中。连接器23包括用于到电气配线13的依附的后向部分17。该部分具有弯曲，使得其将电气配线13的正切方向改变成连接器23中的轴向方向。
图5是连接器23的前视图，其显示连接器指向将要被装配到工 具法兰的工具的侧面。该连接器具有多个(在所述实例中8个)导电衬垫21。电极被单独地连接到电气配线13的各自的导体并且被连接到工具。连接器具有两个通孔22，通孔22具有各自的凹处25以便将连接器23装配到工具上。
图6是通过连接器23的横截面。其具有封装来自电气配线13的导体(未显示)并且封装印刷电路板20的后侧面的铸模塑料的外壳18。在该电路板的后侧面存在焊接衬垫19，将导体单独焊接到焊接衬垫19。在电路板20的前侧面可以看到导电衬垫21。
在图7中，在从电路板20的前侧面看来的透视图中示出了具有用于形成电极21的导电衬垫的电路板20。
图8示出了如何将连接器23安装到工具法兰5中。将该连接器做成配合到装配装置29a、29b中的插头，装配装置29a、29b具有工具法兰5的前侧面上的加工的凹处29a、29b的形式。该凹处具有较深部分29a和较浅部分29b，以适配连接器23的形状。较深部分29a的壁随着连接器的对应的部分阶梯式地延伸。在较深凹处29a的底部，具有轴向开口，在连接器23的后侧面具有弯曲的部分17通过该轴向开口延伸到与电气配线13会合。凹槽31切入工具法兰5的壁16中以允许从连接器23离开的电气配线13位于该壁16中。
当将连接器23安装到凹处29a、29b中时，借助穿过连接器23中的间隙孔22并且进入凹处的浅部分29b的底部中的螺纹孔28的两个钻孔装埋的螺丝钉实现机械固定。
在图9和10中所述的可替换的示例中，细节与具有相同的附图标记的第一实例的那些相同。在该实例中连接器123单独包括具有孔21的电路板123。因此将该连接器形成盘子的形状，其具有沿其外部的主体的圆形。将在工具法兰中的凹处129b的形状与连接器的形状匹配。凹处129b比图8中的对应的凹处更深，并且凹处129b的底部不像如图8中的阶梯状。
从图10中可以看出，将电气配线13的导体7直接依附到电路板123的后侧面。 
图11示出了具有下手臂1的工业机器人101，其中下手臂1具有根据本发明的手腕2。

Claims (18)

1.一种用于将工具电气连接到机器人手腕(2)的系统，其中所述系统包括第一组件和第二组件，所述第一组件是被配置为围绕机器人轴(C)旋转的机器人手腕的工具法兰(5)，其中所述第二组件包括彼此永久附接电气配线(13)和连接器(23、123)，所述连接器(23、123)具有多个电极(21)并且所述电气配线(13)具有多个导体，每个导体永久连接到所述电极(21)中的各自电极，所述工具法兰(5)和所述连接器(23)互相被适配为将所述连接器(23、123)依附到所述工具法兰(5)，其特征在于，所述工具法兰(5)包括被配置为用于在所述工具法兰(5)上相对于所述轴(C)偏心的所述连接器(23、123)的偏心依附的偏心装配装置(29a、29b)，并且连接器的被朝向安装在工具法兰上的工具导向的一侧通过连接器的多个电极提供该工具和连接器之间的电连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连接器(23)包括外壳(18)，所述外壳具有依附到所述电气配线(13)的第一部分(17)，所述电气配线(13)依附到所述部分(17)的方向与所述轴的方向不同。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电气配线(13)的所述方向基本上与所述轴(C)的所述方向垂直。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电气配线(13)的所述方向基本上与所述轴(C)相切。
5.根据权利要求2-4中的任意一个所述的系统，其特征在于，将所述导体装配在所述连接器的所述外壳(18)之中，从而获得应力消除。
6.根据权利要求2-4中的任意一个所述的系统，其特征在于，所述连接器(23)包括具有前侧面和后侧面的电路板(20)，所述前侧面具有用于形成所述电极(21)的导电衬垫(21)并且所述后侧面具有焊接衬垫(19)，其中将所述导体焊接到所述焊接衬垫。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述外壳(18)是铸模塑料的并且封装所述电气配线(13)的末端以及所述电路板(20)的所述后侧面。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连接器(123)包括具有前侧面和后侧面的电路板(123)，所述前侧面具有用于形成所述电极(121)的导电衬垫(121)并且所述导体(7)直接连接到所述后侧面，并且所述电路板(123)配置为被直接依附到所述工具法兰(5)。
9.根据权利要求1-4中的任意一个所述的系统，其特征在于，所述工具法兰(5)具有用于装配所述连接器(23、123)的凹处(29a、29b、12b)，并且所述凹处(29a、29b、129b)的形状与所述连接器(23、123)的形状互补。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述凹处(29a、29b)从所述工具法兰(5)的外围延伸。
11.一种适用于在根据权利要求1-10中的任意一个所述的系统中使用的组件，所述组件是被配置为围绕机器人轴(C)旋转的机器人手腕的工具法兰(5)，其特征在于，所述工具法兰(5)包括被配置为用于电气配线连接器(23)到所述工具法兰(5)的偏心依附的偏心装配装置(29a、29b、129b)。
12.根据权利要求11所述的组件(5)，其特征在于，所述工具法兰(5)包括根据权利要求2-9中的任意一个所述的系统中的所述工具法兰(5)的特征。
13.一种适用于在根据权利要求1-10中的任意一个所述的系统中使用的第二组件，其中所述第二组件包括彼此永久依附的电气配线(13)和连接器(23、123)，所述连接器(23、123)具有多个电极(21)并且所述电气配线(13)具有多个导体，每个导体被永久连接到所述电极(21)的各自电极。
14.根据权利要求13所述的第二组件，其特征在于，所述第二组件包括根据权利要求2-10中的任意一个所述的系统中的所述第二组件的特征。
15.一种机器人手腕，其特征在于，所述手腕(2)包括根据权利要求1-10中的任意一个所述的系统的所述第一组件和所述第二组件。
16.一种工业机器人，其特征在于，所述机器人(101)包括根据权利要求15所述的手腕(2)。
17.一种通过多个连接器建立到工业机器人上的手腕(2)的工具法兰(5)的电气连接的方法，以便与将要被装配到所述工具法兰(5)上的工具建立电气连接，所述工具法兰(5)被配置为围绕机器人轴(C)旋转，其特征在于，提供包括多个导体并且具有有连接到各自的导体的多个电极(21)的预先安装的连接器(23、123)的电气配线(13)；提供具有相对于所述轴(C)偏心的偏心装配装置(29a、29b、129b)的工具法兰(5)；并且将所述连接器(23、123)装配到所述偏心装配装置(29a、29b、129b)，使得连接器的被朝向安装在工具法兰上的工具导向的一侧通过连接器的多个电极提供该工具和连接器之间的电连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所提供的所述电气配线(13)和所提供的所述工具法兰(5)具有对于权利要求1到10中的任意一个中的那些组件所详细描述的特征。
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