CN105050776B - 六足系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六足系统(1)，包括第一支撑件(2)和第二支撑件(3)以及六个线性致动器(10a,10b,10c,10d,10e,10f)，每个线性致动器在两端通过球窝接头(41，42，43，44)分别铰接在第一支撑件(2)和第二支撑件(3)上，其特征在于该系统包括：嵌入在第一支撑件(2)上并通过球窝接头(51，52)联结至第二支撑件(3)的力传输结构(50)，该球窝接头(51，52)的转动中心(60)位于第二支撑件(3)的厚度层中。本发明还涉及一种检测和/或维修机器人，其特征在于，该机器人包括设有多个根据本发明的六足系统(1)的多关节臂，其中六足系统(1)以串联方式设置。

Description

六足系统

技术领域

本发明涉及机器人学领域，特别地，涉及包括六足系统的机器人的领域。本发明非限定但特别有利的应用是对核反应堆的检测和修理领域。

背景技术

在诸如以核领域为例的某些领域中，更精确和更具鲁棒性的机器人的使用越来越重要。这是因为，在日益增加的提高核反应堆的安全性的需求中，依赖机器人用于核反应堆运行的同时执行检查和/或修理任务(这些任务通常被称为ISIR，表示“运行中的检测与修理”)似乎具有特别的吸引力。这些机器人也可以工作在安装-拆解(以核武器拆解为主)场所，还可以在核事故期间，更普遍的是在工业事故期间进入除了那些为操作员带来高风险以外的工作必要的地区。

通常，这些机器人必须能够将传感器和用于在核电机组中测量和修理的工具一体化，更准确地说，是浸入在带纳冷却剂的快中子反应堆的容器的钠中。

目前使用的机器人一般安装在由反应堆的主要容器的外部操纵的杆(pole)上。通向该容器内部的主要通道位于地板上。可以通过这些通道引入检测或修理机械。当待检测的地区易于进入时，这些解决方案总体上是令人满意的。至今没有进入这种类型反应堆的最深的浸入部分(immersed part)的需求。由于法规的变化，核安全管理局现在要求能对这些地区的全部或局部进行检测。至今为止使用的装置达不到该要求。

因此，日益增加的安全方面的需求要求在ISIR任务期间机器人必须进入反应堆机组中难以进入的地区。此外，这些难以进入的地区有时位于距离机器人进入反应堆的地点相对较远的位置。

已知的包括杆的解决方案无法在难以进入的地区将机器人定位，因此不能适应ISIR方面的严格要求。

此外，一些反应堆给机器人施加了特别约束的环境。带有第4代冷却剂的反应堆就是这种情况。特别是在这种类型的反应堆中，通常将钠作为冷却剂。该金属具有较高的化学活性。另外，如同水一般，钠会对任何将要浸入的机器人施加显著的液体静压力。此外，为了维持液态并满足关于主要容器内部结构的热疲劳的限制的需求，冷却剂仍保持相对较高的温度。ASTRID(先进钠技术工业示范反应堆)反应堆构成了这种类型的反应堆的一个例子。

这些严格的约束并不能使基于按顺序安装的枢轴关节的解决方案令人满意。这种类型的解决方案实际上没有被证明在诸如钠冷却剂反应堆的约束环境下具有充分的鲁棒性或具有极低的负载能力。

此外，当连接方式，通常是设置在六足设备的顶板上的可动体的移动，所产生的力与该板不垂直时，基于六足设备的关节无法提供有效的负载能力。这是由于该力必然导致剪力的生成。该剪力必须由线性致动器承受，该线性致动器在最好的情况下能减小它们的负载能力，最坏的情况下会导致关节的断裂。这种类型的解决方案因此也不能令人满意。

美国文件2012/0048156描述了一种具有单独的六足设备的解决方案。

以下文件——美国专利2009/0314119和美国专利4848179描述了不是用于核环境或极端环境的特定应用的关节臂。

因此，需要一种用于机器人的，能精确的、鲁棒的、无论负载定向如何都具有良好负载能力的关节。本发明的目的在于提出解决方案来满足该需求。

本发明的其他目的、特征和优点将从以下说明和附图的查阅中显现。当然还可以包括其他优点。

发明内容

为实现该目的，根据一实施例，本发明提出了一种用于机器人的六足系统，包括第一支撑件和第二支撑件以及六个线性致动器，每个线性致动器具有通过回转接头分别铰接在第一支撑件和第二支撑件上的两端。六足系统包括：一方面嵌入在所述第一支撑件上另一方面通过回转接头联结至第二支撑件的力吸收结构。优选地且特别有利地，该回转接头的转动中心位于第二支撑件的厚度层处。

因此该系统在保持第二支撑件相对于第一支撑件的至少两个转动的自由度的移动性的同时，有效承受了作用在第二支撑件上的剪力。转环的转动中心的放置也使得消除转环和第二支撑件间的杠杆臂从而能够减少施加在线性致动器上的不必要的力。通过本发明，所述致动器因此仅开始生成对所需移动必要的力。在垂直于第二支撑件的力的展开的相同能力下，通过力吸收结构对剪力的吸收能够减少根据本发明的与现有技术的六足设备相比较的六足设备的重量和尺寸。通过本发明的六足设备形成的关节因此在精确和鲁棒且具有限制的尺寸时提供了改进的负载能力。

根据另一实施例，本发明涉及例如用于检测和/或维修的机器人，其特征在于该机器人包括装配有至少一个优选为多个的以串联方式安装的多关节臂，且每个关节包括第一和第二支撑件和至少三个优选为六个的线性致动器。每个线性致动器具有具有通过回转接头分别铰接在第一支撑件和第二支撑件上的两端。每个关节还包括一方面嵌入在所述第一支撑件上另一方面通过回转接头联结至第二支撑件的力吸收结构。优选地且特别有利地，该回转接头的转动中心位于第二支撑件的厚度层处。

本发明因此能够生产包括多关节臂的机器人，其中由多个六足系统的重量导致的剪力主要被力吸收结构吸收。装配有根据本发明的关节的机器人因此在提供良好的灵活性的同时具有增加的负载能力。机械臂因此可以在具有减小的尺寸的同时具有相对较长的长度。因此它可以用于进入难以进入的地区和用于需要高负载能力的操作。

有利地，该机器人是配置为进行核电站的检测的检测和/或维修机器人。它还能用于在恶劣环境中拆除或工作运行。

根据有利的但非限制的实施例，该机器人包括装配有多个以串联方式设置的关节的臂。有利地，每个关节形成设有力吸收结构的六足设备。有利地，两个并列的六足系统共用同一个支撑件。

附图说明

本发明的目标、目的、特征和优点将通过以下附图示出的实施例的详细描述变得更为清楚，其中：

图1是根据现有技术的受到基本垂直于板的力的六足系统的示意图。该图还示出了在该负载情况下致动器上的受力平衡。

图2是根据现有技术的受到基本平行于板的力的六足系统的示意图。该图还示出了在该负载情况下致动器上的受力平衡。

图3是根据现有技术的受到基本平行于板并应用在偏离顶板的一点的力的六足系统的示意图。

图4是本发明的第一实施例的横截面的示意图。

图5示出了本发明的从侧面看到的第二实施例。

图6是图4示出的第二实施例的横截面。

图7示出了力吸收结构是中空的实施例。

图8示意性地示出了根据本发明的配备有外壳的多关节臂的示例。

附图通过实施例的方式给出，且并不是对本发明的限制。这些附图构成了旨在便于理解本发明的轮廓示意图，并非一定是按实际应用的比例绘制的。特别地，各个元件的相关尺寸并不代表实际尺寸。

具体实施方式

在开始本发明的实施例的详细描述之前，可选为关联或替换使用的可选特征将描述如下：

有利地，铰接(articulate)于第二支撑件上的应力吸收结构的回转接头(swivelconnection)的转动中心位于两个与第二支撑件相交的平面之间，所述两平面彼此平行且平行于两个相互垂直的转轴Rx、Ry所限定的平面，第一支撑件被固定的同时第二支撑件相对于第一支撑件绕转动中心旋转。轴Rz是第二支撑件的任何固有转轴，即第二支撑件绕自身的旋转。应力吸收结构沿主方向延伸。通常，Rz方向是应力吸收结构沿着的主方向。Rz方向定义为穿过嵌入连接件和与第二支撑件上的应力吸收结构耦合的回转接头的转动中心的直线。因此，不论线性致动器如何布置，该方向都是固定的。

有利地，通过线性致动器铰接在第一支撑件上的多个回转接头的中心是共面的。通过线性致动器铰接在第一支撑件的多个回转接头的中心限定的平面与穿过第二支撑件的互相平行的两个平面平行，且联结于第二支撑件上的应力吸收结构的回转接头的转动中心位于两个平面之间。

第二支撑件的外围限定外部覆盖物，由第二支撑件和应力吸收结构形成的所述回转接头的转动中心位于该覆盖物内。

回转接头的转动中心理论上位于第二支撑件的中间平面内。

优选地，第二支撑件具有朝向应力吸收结构的内表面和在内表面对面的外表面，其中，转动中心位于内外表面之间，理论上是这两个平面中间的平面。

优选地，联结于第二支撑件上的应力吸收结构的回转接头的转动中心位于与第二支撑件的外表面和内表面距离相等的位置，即第二支撑件的中间厚度层处。

根据一非限制性实施例，内表面和外表面是平面。

优选地，线性致动器和承受结构通过它们自身在第一和第二支撑件之间设置了机械铰接。因此，没有设置其他用于移动或保持相对于彼此的两个支撑件的零件(element)。

根据一非限制性实施例，应力吸收结构是连接臂，该连接臂的第一端嵌入在第一支撑件上，第二端通过回转接头联结至第二支撑件。优选地，应力吸收结构是管体。

根据一实施例，本发明提供了基于Stewart平台类型的铰接和将其他诸如吸收剪力结构的特征的铰接。

线性致动器是可伸缩臂。例如，线性致动器是液压起重器、气动起重器或螺旋起重器等等。

线性致动器不包括枢轴或回转接头，除非其回转接头允许联结至第一和第二支撑件。因此，单独的线性致动器仅能平移移动，可选为绕其平移轴旋转。

第一支撑件是刚性的。它不包括任何铰接方式，除非那些其连接至的关节具有外部元件(例如致动器、力吸收结构)。同样地，第二支撑件也是刚性的。它不包括任何铰接方式，除非其连接至的关节具有外部元件。

有利地，由第二支撑件和力吸收结构形成的所述回转接头的转动中心位于由回转接头形成的通过线性致动器铰接在第二支撑件的圆形中心。

有利地，力吸收结构嵌入在第一支撑件由回转接头形成的通过线性致动器铰接于第一支撑件的圆形中心处。

有利地，通过线性致动器铰接于第一支撑件的每个回转接头具有位于第一支撑件最厚处的转动中心。因此将致动器联结至第一支撑件的回转接头的转动中心位于穿过第一支撑件的两个平面之间，所述两平面互相平行且平行于由两个相互垂直的转轴Rx、Ry限定的平面，第一支撑件保持固定的同时第二支撑件绕该平面相对第一支撑件转动。优选地，将致动器联结至第一支撑件的回转接头的转动中心位于穿过第一支撑件的两个平面之间，所述两平面互相平行且垂直于Rz轴，Rz轴一方面穿过在力吸收结构和第一支撑件之间的嵌入连接件，另一方面穿过将致动器联结至第二支撑件的回转接头的转动中心。有利地，减少回转接头和第一支撑件之间的杠杆臂，从而能限制在第一支撑件和转环上产生的力。

有利地，通过线性致动器铰接于第二支撑件的回转接头具有位于第二支撑件最厚处的转动中心。有利地，减少回转接头和第二支撑件之间的杠杆臂，从而能限制在第二支撑件和转环上产生的力。

根据一非限制的实施例，至少在第一支撑件和第二支撑件之间的一个形成板。因此将力吸收结构联结至第二板的转环的转动中心位于板的厚度层e₂处。厚度层e₂的厚度可以通过第二支撑件上平行于力吸收结构所延伸的主方向上的两点之间的大小限定。有利地，第二支撑件的外表面或内表面和将力吸收结构联结至第二支撑件的回转接头的中心之间的距离等于e₂/2。

根据一非限制实施例，六足系统的第一和第二支撑件中的至少一个支撑件包括连接器，该连接器配置为与力吸收结构的一端配合，以分别形成嵌入件和回转接头。

有利地，连接器还配置为与附加的力吸收结构配合以形成：嵌入至力吸收结构和附加力吸收结构中的一个的连接件；嵌入至力吸收结构和附加力吸收结构中的另一个的回转接头。因此对两种铰接方式来说上述连接件是常见的。

根据一实施例，第一和第二支撑件中的至少一个包括连接器，该连接器配置为与所述力吸收结构配合以共同形成所述嵌入件或分别形成所述回转接头，该连接器还被配置为与第二六足系统的第二力吸收结构配合(两个六足系统以串联方式安装)，以和该第二力吸收结构一起形成回转接头或分别形成嵌入件，上述连接器因此与以串联方式安装的两个六足系统的力吸收结构相配合。于是第一支撑件包括配置为与所述通过嵌入连接件联结至第一支撑件的力吸收结构配合以形成所述嵌入连接件的连接器，第一连接器还配置为与另一个六足系统的第二力吸收结构配合以与该另一个力吸收结构一起形成回转接头，上述连接器因此与两个以串联方式安装的六足系统的力吸收结构同时配合。同样地，第二支撑件包括配置为与所述通过回转接头联结至第二支撑件的力吸收结构配合以形成所述回转接头的连接器，第二连接器还配置为与另一个六足系统的力吸收结构配合以与该另一个力吸收结构一起形成嵌入连接件，上述连接器因此与两个以串联方式安装的六足系统的力吸收结构同时配合。因此，简化了包括多个六足系统的关节臂的装配和修理。

根据一实施例，连接器形成单件。

根据一实施例，两个六足系统的力吸收结构仅通过连接器固定在支撑件。

根据一实施例，包括连接器的支撑件在两个以串联方式安装的六足系统很常见。

根据一实施例，两个六足系统的致动器被铰接用于在公共支撑件上的转动。

根据一实施例，公共支撑件形成单件。

根据一实施例，力吸收结构具有第一端和第二端，第一端处力吸收结构嵌入至第二支撑件上，第二端处力吸收结构通过转环联结至第二支撑件，力吸收结构的第一端和第二端固定在转环内。因此刚性连接件将第一端和第二端连接在一起。后者没有被铰接。

根据一实施例，力吸收结构从一个支撑件向上述铰接件的另一个延伸。

根据一实施例，力吸收结构沿与每个支撑件延伸的平面垂直的主方向延伸。力吸收结构基本成直线延伸。

根据一实施例，每个六足系统包括单独的力吸收结构。

根据一实施例，力吸收结构包括中空转环(hollow swivel)的中空管(hollowtube)。连接器中心是中空的。系统配置为形成穿过力吸收结构和第一和第二支撑件的通道(passage channel)。该通路穿过支撑件的中心。装配有多个六足系统的多关节臂包括至少一个线缆和至少一个穿过每个六组系统的通道的管。每个六足系统臂的通道形成连续的通道。

根据另一实施例，系统涉及包括多关节臂的机器人，多关节臂装配有多个包括上述特征的仅一个或组合的六足系统，其中六足系统为以串联方式安装。

根据非限制实施例，机器人是配置为执行核电站检查的检查和/或修理机器人。

根据非限制实施例，机器人是用于在恶劣环境中拆除和/或工作的机器人。

根据一实施例，多关节臂包括至少三个以串联方式安装的六足系统以允许臂在至少两个转轴上的移动。本发明因此提出了具有改进的鲁棒性和负载能力的以及通过铰接件转动至少两个自由度的移动能力的多关节臂。

根据优选实施例，关节臂包括封装至少多个铰接件的可变形密封护套。该护套配置为无论多关节臂如何移动都跟随多关节臂移动并与线性致动器和回转接头保持距离。

因此本发明提出了具有通过铰接件绕与臂延伸的主方向垂直的两个轴转动至少两个自由度的机械臂。已经证明密封护套具有优于现有技术部分描述的已知解决方案的封装机械臂的护套的耐磨性和使用寿命。

在本发明的范围内，已经观察到在已知解决方案中，转动中心位于护套内部，产生非常小的曲率半径，因此应力集中在护套的小区域内。随着通过铰接件的转动产生，这些区域上的疲劳急剧增加，并出现破损。利用根据本发明的机械臂，每个铰接件的转动中心被推至护套的外面或至少铰接件的外面。

集中至护套的应力因此沿其长度分布更均匀。于是限制了甚至消除了高疲劳的区域。从而提高了护套的疲劳强度和使用寿命。

本发明由此提出了用于相对于关节运行的周围环境提高关节保护的可靠、耐用和简单的解决方案。

此外，该解决方案具有阻止钠和机械臂的机构接触的优点。这大大限制了钠滞留的可能区域并降低了机械臂清洁和去污的难度。这在臂完成其在容器内的工作并从容器中退出时尤其有用。然后必须对它进行清洁甚至保养和维护，可通过限制钠的存在简化该过程。

本发明提出了用于在核反应堆的ISIR任务中形成多关节臂的特别有效的解决方案。该解决方案在第4代钠冷却反应堆中尤其有利。

根据优选实施例，护套优选配置为无论关节臂如何移动都与线性致动器和回转接头保持距离。因此，即使当外部压力集中至护套时，例如集中在护套外部封装物一点处的压力，或例如从外部封装物至护套的压力，后者都与铰接件的致动器保持距离。因此在护套和将线性致动器联结至支撑件的转环之间或护套和起重器或其形成致动器的杆之间没有接触。

根据优选实施例，护套优选为具有不能被诸如浸在液体的或一个点上的压力的外部压力的作用大幅修改的体积。因此，即使臂浸入液体或置于高压流体中，护套仍保持由几何因素固定的体积，且不会被压力影响。优选地，护套的体积不变的。

有利地，该特征阻止了护套在压力作用下与铰接件的接触，该接触能够撕裂护套或损坏线性致动器。

此外，同样有利地，该特征相对于依靠可压缩护套的解决方案能增加施加在臂上的阿基米德浮力。阿基米德浮力与臂的重量成反比。后者因此具有更大的质量，例如在没有提供用于修正该质量上的增加的结构或机械连接比具有可变性护套的臂或没有护套的臂更细长。因此显著提高了臂的可操作性和/或外部负载能力。

优选地，护套封装了所有的关节，可选为除去关节臂的端关节。

有利地，护套体积保持不变或变化不超过10％，或优选为当护套受到的压力小于或等于10巴，优选为小于或等于5巴时，护套体积变化不超过5％。

优选地，护套是螺纹管，也称为波纹管。

优选地，护套由沿不锈钢、钛、碳、铜、包括硅胶的聚合物的等级的材料或这些材料的组合制成。

根据优选实施例，第一和第二支撑件相似以使护套与至少一个线性致动器保持距离。

根据一优选实施例，臂包括配置为使护套与至少一个线性致动器保持距离的支撑结构。根据另一优选实施例，护套通过存在于护套内部的压力与至少一个线性致动器保持距离。关节臂包括封闭在护套内的气体。由此关节臂包括封闭在护套内的气体。

根据优选实施例，臂配置为使护套和线性致动器以及支撑件保持距离，即同样与关节保持距离。

根据优选实施例，护套除关节外还包括流体。优选地，该流体轻于有臂在其中移动的流体。例如，护套内部的流体是诸如空气的气体，且臂浸入在诸如水或钠的液体中。护套中的气体是密封的。因此不能够从护套中逸出。

优选地，护套以单件形式存在。或者，护套包括由支撑结构支撑的密封封装物。

根据一实施例，每个力吸收结构包括带有中空转环的中空管。每个连接器在其中心是中空的，且每个六足系统都配置为形成通道。机器人还包括至少一个线缆或至少一个穿过所有六足系统的、穿过它们的通道的管。

在本发明的范围内，已经设想依靠一个六足系统，也称为六足设备，以形成机器人关节。

已知的六足系统如图1和图2所示。现在将对如在本发明的发展的范围内观察到的它的特征和缺点进行描述。如这些图所示，六足系统是具有通过三对可伸缩臂110平行和相互连接的底板102和顶板103的机电一体化设备。每个臂通过回转接头104铰接至每个板。臂110的展开或伸缩根据六个自由度即三个平移自由度和三个转动自由度将顶板103相对于底板102移动。

六足设备对移动支撑在顶板103上的物体且重量是垂直施加在板上时是非常有效的。物体的重量或垂直于顶板103所集中的力在图1中根据力的平衡由记为M的矢量表示。每个起重器沿其工作轴展开反作用于该外力的反作用力。通过致动器展开的该反作用力如通过图1中记为R的矢量所示。为清晰起见，图1中的图示仅示出了一个反作用力。实际上，矢量所示的力分布在六个起重器上。

矢量M和矢量R之间的角度α很小。由起重器展开的力的幅值是R＝M/cos(α)(为清晰起见，假设只有一个起重器承受负载)。

在六足设备受到剪力的情况下，即该力基本平行于顶板，则该剪力的投影分量被不利地施加在每个起重器110上。

该过程如图2所示，其中作用在第二板的外力记为M'。如图1和图2所示，力M和M'具有相同的强度，仅方向不同。起重器的反作用力R’和矢量M'之间的角度α’大于起重器的反作用力R和矢量M之间的角度α。剪力T’于是远远大于剪力T。得到：

α’＝∏/2–α

R’＝M/cos(α’)＝M/cos(∏/2–α)；

R＝M/cos(α)；

cos(∏/2–α)>cos(α)

由于力M和M’具有相同的强度，力R’的强度因此远远大于力R的强度。

如图2所示，该问题在力M’没有施加在顶板103的平面上而是从后者抵消时更为重要。这是因为在抵消力M’作用的点114和顶板103之间的杠杆臂113产生了相当大的剪力T和力矩Mo。如图3所示。

臂110产生的力的部分因此只用来补偿剪力T’。

因此大小为用来承受负载M的六足设备通常无法承受负载M’。在最好的情况下，通过起重器产生的用来补偿剪力T’的力使起重器能产生的为了移动顶板103绕平行于第一板102的Rx轴和Ry轴转动的力显著减小。转轴Rx和Ry如图1所示，转轴Rz是板103的原始转轴(natural rotation axis)。

一个解决方案可由使六足设备尺寸超标(oversizing)以使之能承受施加在垂直于和平行于平面的负载构成。然而，该解决方案具有使六足设备价钱更贵、体积更大尤其是重量更重的缺点。然而，六足设备在尺寸和/或重量上的增加与改进装配有六足设备的机器人的可操作性和它进入难以进入的地区的能力相矛盾。此外，六足设备的重量还会生成需要被补偿的剪力和力矩。

除此之外，如果是只根据平行于底板102的转轴Rx和Ry移动顶板的情况，由于这样的超标尺寸(oversizing)的目的是为了补偿剪力，起重器的超标尺寸是没有用的，该尺寸超标不会形成任何作用。

为了补救该情况，本发明提出通过完善配置为承受剪力T的机械结构来改造已知六足设备以减轻该剪力的线性致动器上的重量。

臂的线性致动器于是可以用它们的全部性能控制负载M’的旋转移动。用于承受剪力的该结构优选为封装在六足设备的中心。它被固定到固定支撑件和回转接头中随着支撑件相对于可移动的支撑件移动。该关节形成在所需轴即Rx轴和Ry轴上提供两个旋转自由度的转环。

现在将分别参照图3和图4和5来更详细地描述本发明的示例性实施例。

图3示出了根据本发明的六足系统的第一实施例。该六足系统，也称为六足设备，包括第一支撑件2和第二支撑件3。本发明并不限于支撑件的任一特定形式。因此，非限制性地，每个支撑件可以具有平面形状并构成板。

同样非限制性地，在该描述中认为第二支撑件3必须相对于第一支撑件2转动。为此，六个线性致动器10a,10b,...10f由它们在第一支撑件的一个端通过回转接头43a,44a,...,43f,44f各自被铰接，并由它们在第二支撑件3的另一个端通过另外的回转接头41a,42a,...,41f,42f被铰接。每个回转接头41a,…,41f,43a,…,43f与两个支撑件2和3中的一个带有的座42a,…,42f,44a,,…,44f相配合。

这些线性致动器10a,…,10f，也称为关节臂，包括例如液压的、气压的或螺旋起重器。这些线性致动器10a,…,10f被成对设置以例如使致动器10b的回转接头设置在比其他致动器10c,…,10f更接近致动器10a的第一支撑件2上，并以使致动器10b设置在比其他致动器10d,...,10a更接近致动器10c的第二支撑件3上。因此致动器的该布置避免了机械装置上的摩擦点或干扰点。

该系统还包括力吸收结构50。该结构被嵌入至第一支撑件2中。它通过回转接头51、52联结至第二支撑件3。该力吸收结构50是刚性的，即它被构造为(沿Rx、Ry和Rz)在嵌入件54和回转接头51、52之间传送力。优选地，它不包括除回转接头51、52以外的任何关节。

根据示出的优选实施例，该结构形成连接臂。连接臂的一端53与第一支撑件2相配合以形成嵌入件54。连接臂的另一端形成与固定在第二支撑件3上的座52相配合的转环51以形成回转接头51、52。有利地，连接臂形成管。

第二支撑件3具有至少两个绕图3所示的Rx轴和Ry轴旋转的自由度，转轴Rz是第二支撑件3的原始转轴。在力吸收结构基本成直线性、圆柱形或圆锥形的情况下，Rz轴平行于沿该结构伸展的主方向。

在特定实施例中，第二支撑件3还能相对于第一支撑件2绕垂直于Rx轴和Ry轴的Rz轴转动。绕Rz轴旋转的自由度能例如通过支撑件带有的工具用来拧紧零件。

特别有利地，回转接头51、52的中心60位于第二支撑件3的e₂的厚度层处。该厚度层如图4所示。例如，在第二支撑件3形成具有底面31和顶面32的板的情况下，中心60位于这两个面31和32之间。更一般地，第二支撑件3的周长限定封装物且转动中心60从该封装物内部插过(fit)。换句话说，回转接头51、52的转动中心60位于互相平行的、与Rx轴和Ry轴限定的平面平行的并穿过第二支撑件3的两个平面之间。

特别有利地，转环41a,…,41f,43a,…,43f的中心分别位于板3的e₂的厚度层处和板2的e₁处。转环41a,…,41f的中心是共面的，且中心60属于包含转环41a,…,41f的中心的平面。这有助于减少通过致动器11a,…,11f施加的除那些必要的用于移动板3的力。中心43a,...,43f也是共面的。

因此本发明省略了或至少最低限度地减少了在转动中心60、第二支撑件3和转环41a,…,41f的中心之间的杠杆臂，从而限制通过致动器11a,...,11f被平衡的剪力对移动第二支撑件3所必需的力的损害。力吸收结构50特别承受向第一支撑件2施加非垂直方向的外力的剪力和向支撑件3施加的剪力。即有Rx轴和Ry轴限定的平面被施加了非垂直的力。

因此能够在保持系统的绕Rx轴和Ry轴转动的负载能力不变的同时减小系统的尺寸和重量。

优选地，与第二支撑件3连在一起的线性致动器10的回转接头41、42形成平面轮廓(flat contour)。剪力吸收结构50的回转接头51、52的中心60位于使垂直于所述平面并穿过中心60的直线同样穿过所述轮廓内部的位置。优选地，转环41、42的中心限定圆形，且中心60位于该圆形的中间或垂直于该圆形并穿过该圆形中心的直线上。因此，第二支撑件3的力在力吸收结构50上均匀分布。

优选地，同样的情况也适用于嵌入连接件54。优选地，该连接件位于被回转接头43、44的中心限定的圆周内部。优选地，该圆周形成圆形，且嵌入件54位于该圆形的中间或垂直于该圆形并穿过该圆形中心的直线上。

图5和6所示的实施例重复了上述参照图4描述的实施例的特征。此外，在该实施例中，与第二支撑件3上的线性致动器10铰接的转环的转动中心41靠近该第二支撑件3移动。优选地，转动中心41位于平面内或第二支撑件3的e₂的厚度层处，从而减小了作用至支撑件3和线性致动器10的力。于是在保持绕Rx轴和Ry轴的转动能力的同时减少了系统的嵌入和重量。或者，能增加系统在相同重量和尺寸下的负载能力。应当注意的是该特征能独立于结构的存在应用于吸收剪力。

同样且优选地，与第一支撑件2上的线性致动器10铰接的转环的转动中心43靠近该第一支撑件2移动。优选地，转动中心43位于平面内或第一支撑件2的e₁的厚度层处。应当注意的是该特征能独立于结构的存在应用于吸收剪力。

优选地，每个支撑件2和3都是金属板，金属板的厚度与系统的高度相比相对较小，系统高度以Rz方向为准。这些金属板可以沿Rx轴和Ry轴设置能提高它们刚性的加固物以限制它们在由致动器、力吸收结构和外力产生的力的作用下的形变。

优选地，第一和第二支撑件2和3是板，该板上附有回转接头的座42、44以铰接线性致动器10。从而便于系统的制造。

优选地，第二支撑件3包括连接器21a。该连接器21a包括将力吸收结构50铰接在第二支撑件3上的回转接头51、52的座52。优选地，该连接器21a还被构造为接纳(accept)另一个力吸收结构50的端以与后者形成嵌入件。因此上述连接器能用于形成回转接头和形成嵌入件。因此第一和第二支撑件2和3可以是相似的，由此有利于其制造和成本。

有利地，第一支撑件2还包括连接器21b。因此，在系统被装配前，第一和第二支撑件2和3是完全相同的。

根据特定实施例，连接器21a、21b的形式是具有两端的套筒。第一端210a、210b配置为接纳座52和形成剪力吸收结构50的回转接头51、52的转环51。第二端211a、211b配置为接纳结构50的端53以和后者形成嵌入件。通常，该嵌入连接件54通过将应力吸收结构50拧入连接器21a、21b获得。可设置例如销钉来消除剩余的转动自由度。

有利地，上述连接器配置为同时接纳用于形成回转接头的第一结构50和用于形成嵌入连接件的第二结构50。该实施例在几个六足系统被以串联方式安装的情况下是特别有利的。

因此上述连接器和上述支撑件可以用于两个以串联方式安装的六足系统。以图6为例，第二支撑件3的连接器21a可以例如通过其端211a接纳附加结构50(未示出)以和后者一起形成嵌入件。还可以通过在第二支撑件3的上方安装附加线性致动器并将这些附加线性致动器连接至第三支撑件(未示出)，用这种方式可以获得两个以串联方式安装的且具有共有的第二支撑件3的六足设备。该实施例是有利的。

然而，应当注意的是本发明还覆盖了以串联方式安装的但没有能接纳力吸收结构50的连接器的六足设备。还应当注意的是本发明覆盖了以串联方式安装的但不共用共有支撑件的六足设备。

根据优选实施例，本发明提出了用于控制配置为阻止第二支撑件3相对于第一支撑件2绕Rz轴转动的线性致动器的设备。

图7示出了可选但特别有利的实施例。在该实施例中，力吸收结构50是完全中空的。每个六足系统1因此具有通道61。这减轻了关节1的整体负荷因此减轻了多关节臂的负荷，且允许用于相同重量下的提高的负载能力。这也使得穿过连接件中心的线缆或管成为可能。因此绕Rz轴即绕沿着力吸收结构主要延伸的轴的关节的转动不会导致穿过其中的线缆或管的扭转，即使这些线缆或管从多关节臂的一端延伸至另一端。此外，将线缆放置在关节的中心处避免了在关节的移动期间延长了它们。这些线缆例如是电缆，使例如控制设置在臂上的工具成为可能或能够与支撑在臂上的传感器进行通信。管能够使控制和驱动设置在臂上的例如气动的或液压的工具。这些管还能够从臂的端处注射、排出或提取流体。

根据图7所示的非限制实施例，力吸收结构50基本类似于参照图5和6描述的结构。

连接器21a是中空的。它包括直通内孔。

连接器的第二端211a包括与位于力吸收结构的中空管55的第一端53的外表面上的外螺纹相配合的内螺纹59。

连接器的第一端210a包括横截面的减小，该横截面防止转环51从由连接器形成的孔洞中显现出来。

中空管55包括在其内表面带有螺纹57的第二端，螺纹57配置为与形成用于转环51的回转支撑件56的零件的外表面带有的互补螺纹相配合。该回转支撑件56因此通过旋拧被固定至中空管55。该实施例大大化简了关节的制造和装配过程。

回转支撑件56包括用于接纳转环51的部分。转环51大体上形成包括互补于该接纳部分的孔洞的球体，且转环51从该回转支撑件56的端处安装在孔洞上。还设置了保持止动件以阻止转环51的回缩。优选地，该止动件包括螺杆，该螺杆具有与用于转环51的支撑件56的孔洞带有的内螺纹相配合的外螺纹。因此该螺杆被固定至转环51的支撑件56的端处。螺杆头具有比转环51的孔洞大的横截面。后者(孔洞)因此紧靠着螺杆头的底面。优选地，在螺杆头58和转环51之间设置了垫圈。

特别有利地，螺杆是中空的。包括两个连接器21a和21b的力吸收结构50、中空管55、用于转环51的支撑件56、转环51和螺杆58因此具有直通开口，该直通开口形成用于线缆或管的通道61。

有利地，关节1装配如下：

优选为通过旋拧，将中空管55固定至固定在支撑件2上的连接器21b；

优选为通过旋拧，将用于转环51的支撑件56固定在中空管55上；

将用于转环51的支撑件56穿过固定在支撑件3的连接器21a；

将转环51放置在由回转支撑件56带有的接纳部分和由连接器21a形成的座52内部；

优选为通过旋拧，固定保持止动件，此时中空螺杆58和垫圈在用于转环51的支撑件56上。

于是随着第二关节的装配可以继续进行臂的装配。为此，上述步骤是重复使用支撑件3的连接器21a的。因此第一步由将另一中空管固定在连接器21a上组成。

可以设想其他用于形成穿过每个关节的通道的实施例。

特别有利地，且如图8所示，由几个六足系统形成的多关节臂100包括在多关节臂周围或至少六足系统的周围形成套筒的护套200。

该护套是密封的。它是可变形的且能跟随关节移动。在绕Rx轴或Ry轴转动的情况下，护套200跟随多关节臂100的形态(form)。应当注意的是，无论臂100的曲率如何，关节的曲率半径的中心位于其外面，且通常在护套200内部的外面。护套的形变因此分布在它的相对较大的表面积上。因此扩大了变形情况下的受压地区，减少了护套200上的疲劳。因此其密封性是有效和持久的。

护套200因此非常适于在关节必须受到保护的环境中改变臂100的位置。例如，钠冷却剂反应堆就属于这种情况。

优选地，护套200被密封地固定在其朝向框架或朝向固定至所述框架的支撑件2的一端处，即用于臂100的近端的支撑件。优选地，护套被固定在其朝向臂100的远端的支撑件6或朝向固定至该支撑件6的零件的其他端处。

优选地，护套200在其两端之间具有连续的密封性。它可以是单件的形式或由几个密封装配在一起的零件形成。

优选地，护套200具有恒定体积或是轻微可压缩的。因此它是可形变但不是可压缩的，或在外力的作用下仅是轻微可压缩的。受到相对较强的周围压力通常在1到10巴之间时，护套200保持基本不变的体积。更一般地，受到相对较高的周围压力通常在1到10巴之间时，护套200的体积不会减少多于10％，优选为不会减少多于5％。这样的外力可以例如通过多关节臂100浸入的流体产生。这是当臂100在钠冷却剂反应堆中执行ISIR任务时可能发生的情况。

护套200具有恒定体积，该恒定体积阻止它在外力作用下与线性致动器10接触。于是避免了磨损的风险。此外，护套200增加了多关节臂100的体积并因此增加了施加在多关节臂的阿基米德浮力。阿基米德浮力如图8所示。该阿基米德浮力补偿多关节臂100的所有重量或部分重量。这是因为臂100的重量本身具有被添加到质量M的负载的趋势，M由臂的远端和/或由该端上施加在外部元件的力承载。臂100的重量本身导致的剪力因此限制后者的负载能力。由于本发明，通过阿基米德浮力补偿臂本身的所有重量或部分重量于是增加了由臂100展开的负载能力。

当臂100由于其长度具有高质量时，这对关节包括的数量或关节的尺寸是特别有利的。

当臂100由于其长度具有高质量时，这对关节包括的数量或关节的尺寸是特别有利的。

位于护套200内部的流体轻于臂100周围介质的流体。通常，当多关节臂100在液体中移动时，气体将会是有利的，例如空气。还能够臂100在大气中移动时设置轻于空气的诸如氦气的气体。由于臂100的重量导致了力吸收结构50上的剪力，当它不垂直时这是更加有利的。它导致的该重量和剪力如图8所示。

优选地，护套200通过诸如波纹管的螺纹管形成。有利地，护套200通过由金属例如不锈钢制成的螺纹管形成。该材料的选择使得当它是例如钠冷却剂的情况时能够承受周围流体的压力甚至温度和/或化学应力。螺纹管的刚性能使得护套200即使在外力存在时也能保持能跟随多关节臂的移动的体积。

根据另一实施例，护套200包括弹性密封外部封装物和承载有弹性封装物的刚性构架。构架于是形成支撑结构。它由例如金属制成。它可以紧靠在多关节臂100上。

根据另一实施例，构架通过关节1的支撑件2,...,6形成。后者(关节)因此尺寸为将封装物与线性致动器10和联结线性致动器至支撑件的转环保持距离。

根据又一实施例，将护套设置为部分可形变但是防止在护套和致动器10之间产生接触的形变。于是使具有通过能形变的弹性外部封装物形成的护套成为可能，直到刚性构架阻止它与线性致动器10接触。因此消除了与线性致动器10接触的护套被撕裂的风险。

根据又一实施例，臂配置为在护套200内部维持足够的压力以维持护套的体积。因此可以规定向护套内注射高压气体以使护套200内部的压力平衡护套周围压力的作用。

由此可清楚得知本发明提出了仅用于承受剪力以减轻致动器负载的鲁棒解决方案。本发明还提出了用于移动负载或用于响应于根据至少两个转动自由度的作用的机械转环类型的有效解决方案。

由于用在诸如核反应堆的约束环境的检查或修理任务中的机器人的或铰接机械的基础元件，本发明因此被证明是特别有效的。

本发明并不限于上述实施例且延伸至权利要求覆盖的所有实施例。

特别地，尽管用于核工业中的检测和修理任务是特别有利的，本发明还适用于具有其他任务或旨在其他环境中移动的机器人的关节。

Claims (18)

1.一种六足系统，包括第一支撑件和第二支撑件以及六个线性致动器，每个线性致动器在两端通过第一回转接头和第二回转接头分别铰接在所述第一支撑件和第二支撑件上，

其特征在于，所述六足系统包括力吸收结构，所述力吸收结构一方面嵌入在所述第一支撑件上，另一方面通过第三回转接头联结至所述第二支撑件，所述第三回转接头的转动中心位于所述第二支撑件的厚度层中；所述线性致动器通过具有位于所述第一支撑件的厚度层中的转动中心的第一回转接头铰接在所述第一支撑件上，所述线性致动器通过具有位于所述第二支撑件的厚度层中的转动中心的第二回转接头铰接至所述第二支撑件上；所述第一支撑件和/或第二支撑件包括配置为与所述力吸收结构相配合以共同形成嵌入件和相应的第三回转接头的连接器，所述连接器配置为与另一六足系统的另一力吸收结构相配合，这两个六足系统以串联方式安装以和另一力吸收结构形成所述另一力吸收结构的第三回转接头和相应的嵌入件，所述连接器因此与以串联方式安装的两个六足系统的力吸收结构相配合，其中，所述力吸收结构包括带有中空回转接头的中空管，其中，所述连接器的中心是中空的，所述六足系统配置为布置有穿过所述力吸收结构和所述第一支撑件及所述第二支撑件的通道。

2.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述连接器形成单件。

3.根据权利要求1或2所述的六足系统，其中，以串联方式安装的两个六足系统的力吸收结构仅通过所述连接器被固定至所述第一支撑件和所述第二支撑件。

4.根据权利要求1或2所述的六足系统，其中，包括所述连接器的所述第一支撑件和所述第二支撑件对两个以串联方式安装的六足系统是共用的。

5.根据权利要求4所述的六足系统，其中，所述两个六足系统的线性致动器转动地铰接在所述共用的第一支撑件和第二支撑件上。

6.根据权利要求4所述的六足系统，其中，所述共用的第一支撑件和第二支撑件形成单件。

7.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述第三回转接头的转动中心位于穿过所述第二支撑件的两平面之间，所述两平面互相平行且垂直于Rz轴，所述Rz轴一方面穿过所述力吸收结构和所述第一支撑件之间的嵌入连接件，另一方面穿过将所述力吸收结构联结至所述第二支撑件的所述第三回转接头的中心。

8.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述第二支撑件具有朝向所述力吸收结构的内表面和与所述内表面相对的外表面，所述第三回转接头的转动中心位于所述内表面和所述外表面之间。

9.根据权利要求1所述的六足系统，其中，由所述第二支撑件和所述力吸收结构形成的所述第三回转接头的转动中心位于一个圆的中心处，所述圆由所述线性致动器通过其铰接在所述第二支撑件上的所述第二回转接头而形成。

10.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述力吸收结构在一个圆的中心处嵌入在第一支撑件上，所述圆由所述线性致动器通过其铰接在所述第一支撑件上的所述第一回转接头形成。

11.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述第一支撑件和/或所述第二支撑件形成板。

12.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述力吸收结构具有第一端和第二端，所述力吸收结构在所述第一端嵌入在所述第一支撑件上，所述力吸收结构在所述第二端通过所述第三回转接头联结至所述第二支撑件，所述力吸收结构的所述第一端和所述第二端是固定的。

13.根据权利要求1所述的六足系统，包括单独的力吸收结构。

14.根据权利要求1所述的六足系统，其中，所述第二回转接头与所述第三回转接头的转动中心共面，所述线性致动器通过所述第二回转接头铰接在所述第二支撑件上，所述力吸收结构通过所述第三回转接头联接至所述第二支撑件。

15.一种检测和/或维修机器人，其特征在于，所述机器人包括装配有多个根据权利要求1-14中任一项所述的六足系统的多关节臂，其中，所述六足系统以串联方式设置。

16.根据权利要求15所述的机器人，包括封装所述六足系统的可形变的流体密封的护套，所述护套成形为适应所述多关节臂的任何运动并与所述线性致动器和所述第一回转接头以及所述第二回转接头保持有距离。

17.根据权利要求16所述的机器人，配置为确保合适的压力用于将所述护套与护套内的所述线性致动器保持距离。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的机器人，其中，每个力吸收结构包括带有中空回转接头的中空管，其中，每个连接器的中心是中空的，每个六足系统配置为布置通道，所述机器人还包括至少一个穿过所有六足系统并穿过它们的通道的线缆或管。