CN108025444A - 用于工业机器人的联轴器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在并联运动机器人的活动连接元件(240、250、260)之间传递运动的联轴器(10)具有至少两个自由度，并且包括：第一壳体(20)；被布置成能够围绕第一轴线(40)、相对于第一壳体(20)转动的第二壳体(30)；以及被布置成能够围绕与轴(50)的纵向轴线重合的第二轴线(60)、相对于第二壳体(30)转动的轴(50)。轴(50)被布置成能够借助于至少第一角接触轴承(70)、相对于第二壳体(30)转动。在其中联轴器(10)的转动副中的一个承受具有相似量级的径向力和轴向力、并且另一个几乎仅承受径向力的应用中，有利的是：借助于被配置成能够承受径向载荷和轴向载荷两者的一个或多个角接触轴承(70)来经受前者的力，由此在特别紧凑的设计中能够获得具有非常小的间隙的联轴器(10)。

Description

用于工业机器人的联轴器
技术领域
本发明涉及适合于在并联运动机器人的活动连接元件之间传递运动的机械联轴器。
背景技术
常规已知将并联运动机器人的活动连接元件与具有一个、两个或三个自由度(DOF)的联轴器连接。例如，US20050129495A1在图7a中公开了取决于配置而具有两个或三个DOF的联轴器。在US20050129495A1中，不同的DOF在不同的轴承上划分，但是联轴器的轴承和其它元件的构造没有被详细公开。在并联运动机器人中使用具有三个自由度的万向球联轴器也是常见的。
在许多并联运动机器人中，对联轴器的要求或多或少是相同的，包括低或“零”间隙、轻重量、紧凑、大工作范围、稳固性、低成本、能大批量生产、能制作密封的“可清洗”版本等。开发满足所有这些需求的高品质产品是具有挑战性的任务，并且仍然存在进一步改进现有联轴器的要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于在并联运动机器人的活动连接元件之间传递运动的改进的联轴器。
本发明的一个目的是提供改进的工业机器人。
这些目的通过根据所附的权利要求1的设备来实现。
本发明所基于的认识是：在联轴器的某些应用中，尤其是在具有并联运动机器人的机器人应用中，联轴器的转动副中的一个承受具有相似量级的径向力和轴向力两者，而另一个几乎仅承受径向力。
根据本发明的第一方面，提供了用于在并联运动机器人的活动连接元件之间传递运动的联轴器。联轴器至少具有两个自由度，并且它包括：第一壳体；被布置成能够围绕第一轴线、相对于第一壳体转动的第二壳体；以及被布置成能够围绕与轴的纵向轴线重合的第二轴线、相对于第二壳体转动的轴。轴被布置成能够借助于至少第一角接触轴承、相对于第二壳体转动。借助于一个或多个角接触轴承来经受径向力和轴向力两者的联轴器在特别紧凑的设计中实现了非常小的间隙。
根据本发明的一个实施例，第一轴线相对于第二轴线垂直。
根据本发明的一个实施例，第一轴线与第二轴线相交。
根据本发明的一个实施例，轴被布置成能够借助于第二角接触轴承、相对于第二壳体转动，所述第二角接触轴承被配置成相对于第一角接触轴承、在相反的方向上承受轴向载荷。
根据本发明的一个实施例，每个角接触轴承均包括多个圆柱形滚动元件。
根据本发明的一个实施例，第一壳体被形成为包括两个分支的叉状件，以及第二壳体被布置成能够借助于在每个分支处的滚子轴承而在两个分支之间转动。
根据本发明的一个实施例，每个滚子轴承均是深槽滚珠轴承。
根据本发明的一个实施例，第一壳体由至少两个单独部件组成，所述至少两个单独部件被配置成装配在一起，两个分支中的每一个属于不同的单独部件。
根据本发明的一个实施例，单独部件中的至少两个是相同的。
根据本发明的一个实施例，每个角接触轴承被预加载相对于第二轴线、在轴向方向和径向方向两者上都具有分量的力。
根据本发明的一个实施例，预加载借助于轴上的螺纹来实现。
根据本发明的一个实施例，联轴器的构造允许第二壳体围绕第一轴线转动至少220度。
根据本发明的一个实施例，联轴器的构造不限制轴围绕第二轴线的转动。
根据本发明的第二方面，提供了工业机器人，其包括根据本文所述的任何实施例的联轴器。
根据本发明的一个实施例，工业机器人是并联运动机器人。
附图说明
将参照附图更详细地解释本发明，其中：
图1a示出根据本发明的一个实施例的联轴器的截面，
图1b示出图1a的截面的等距视图，
图2a示出根据本发明的一个实施例的联轴器的截面，
图2b示出图2a的截面的等距视图，
图2c示出图2a的联轴器的等距视图，
图3示出根据本发明的一个实施例的工业机器人，
图4a示出在第一位置的图1a的联轴器的等距视图，
图4b示出在第二位置的图1a的联轴器的等距视图。
具体实施方式
参照图1a，根据本发明的一个实施例的联轴器10包括第一壳体20、被布置成能够围绕第一轴线40相对于第一壳体20转动的第二壳体30、以及被布置成能够围绕第二轴线60相对于第二壳体30转动的轴50，第二轴线60与轴50的纵向轴线重合。第一轴线40与第二轴线60垂直，并与第二轴线60相交。联轴器10的构造允许第二壳体30围绕第一轴线40转动超过220度，优选超过230度，例如240度。联轴器10的构造不限制轴50围绕第二轴线60转动。
轴50被布置成能够借助于两个角接触轴承70相对于第二壳体30转动，所述两个角接触轴承被构造成能够在两个相反的方向上承受轴向载荷。两个角接触轴承70中的每一个均包括相对于第二轴线60倾斜的多个圆柱形滚动元件75。接触角190被定义为介于连接滚动元件75和轴承滚道的在径向平面中的接触点的直线(载荷沿着该直线从一个滚道被传递到另一个滚道)与垂直于轴承轴线(该轴承轴线与第二轴线60重合)的直线之间的角度。根据图1a的实施例，接触角190具有60度的值α，但是其它值α、诸如45度是可能的。
在本公开的上下文中，术语“角接触轴承”用于指代具有不同于0度(纯径向轴承)和90度(纯轴向轴承)的接触角190的轴承，由此角接触轴承70被配置成能够承受径向载荷和轴向载荷两者。根据图1a的实施例，角接触轴承70中的滚动元件75是圆柱形的，但是其它类型的滚动元件75，诸如球形滚动元件也可以被使用。
两个角接触轴承70借助于紧固在轴50上的外螺纹110上的第一螺母100而被预加载，使得角接触轴承70相对紧固地安置在轴50上的第一肩部120与第一螺母100上的第二肩部130之间。因为第一肩部120和第二肩部130具有与接触角190的值α相对应的倾斜度，所以预加载的力可以被认为相对于第二轴线60同时具有轴向方向上和径向方向上的分量。角接触轴承70的轴承环优选地具有薄的矩形截面，并且分别被完全支撑在它们的邻接第一肩部120和第二肩部130的整个表面上。然而，其它类型的截面，诸如三角形的截面也可以与适当定向的第一肩部120和第二肩部130结合使用。
第一壳体20被形成为包括两个分支80的叉状件，第二壳体30被布置成能够借助于滚子轴承90在两个分支80之间转动，在这种情况下，滚子轴承90是在每个分支80处的深槽滚珠轴承。滚子轴承90的内轴承环被布置在铰轴140上，铰轴140借助于螺钉150被附接至第二壳体30。所有的轴承壳体借助于罩盖160在一侧以水密方式密封住联轴器10的外部。此外，轴密封件170和保护环180被用于将轴50与第二壳体30封离。联轴器10在第一轴线40的方向上的总宽度大约为50mm，并且在任何情况下小于80mm，例如小于60mm。在本公开的上下文中，术语“滚子轴承”被用于指代具有将力从一个轴承滚道传递到另一个轴承滚道的任何类型的滚动元件的轴承。根据图1a的实施例，滚子轴承90中的滚动元件是球形的，但是其它类型的滚动元件，诸如圆柱形滚动元件也可以被使用。
参照图2a，根据本发明的一个实施例的联轴器10包括由两个单独部件25组成的第一壳体20，两个单独部件25是相同的、并且被配置成装配在一起。两个分支80中的每一个属于不同的单独部件，在两个单独部件之间的界面处形成缝200。这两个单独部件借助于螺栓210和第二螺母220被保持在一起。相对于根据图1a的实施例而言，根据图2a的实施例的主要优点是：允许铰轴140是第二壳体30的组成部分(同时使第二壳体30能够组装在两个分支80之间)，以及允许在滚子轴承90处的罩盖160是第一壳体20的组成部分。应该理解的是，所有的根据图1a的实施例的上下文中的部件的描述对于根据图2a的实施例的对应的部件是同样有效的。
参照图3，呈并联运动机器人形式的工业机器人230包括根据图2a的四个联轴器10。工业机器人230的其余联轴器是常规联轴器，例如万向球联轴器。从机器人臂240到末端执行器250的致动力经由杆260被传递，杆260非常细并且因此不被配置成承载任何相当大的弯曲力。影响每个相应的联轴器10的一个主要的力分量因此始终在第三轴线270的方向上，第三轴线270的方向与相应杆260的纵向轴线重合。谨记这一点并且结合图4a和4b研究图3，能够容易理解的是：滚子轴承90在联轴器10的所有位置中几乎仅承受径向力，而角接触轴承70取决于相应联轴器10的瞬时联轴器角度280而承受不同级别的径向力和轴向力两者。
本发明不限于上文所示的实施例，但是本领域技术人员可以在由权利要求限定的本发明的范围内以多种方式修改它们。

Claims (15)

1.一种用于在并联运动机器人的活动连接元件(240、250、260)之间传递运动的联轴器(10)，所述联轴器(10)具有至少两个自由度，并且包括：
第一壳体(20)，
第二壳体(30)，被布置成能够围绕第一轴线(40)、相对于所述第一壳体(20)转动，
轴(50)，被布置成能够围绕与所述轴(50)的纵向轴线重合的第二轴线(60)、相对于所述第二壳体(30)转动，
其特征在于，所述轴(50)被布置成能够借助至少第一角接触轴承(70)、相对于所述第二壳体(30)转动。
2.根据权利要求1所述的联轴器(10)，其中所述第一轴线(40)相对于所述第二轴线(60)垂直。
3.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中所述第一轴线(40)与所述第二轴线(60)相交。
4.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中所述轴(50)被布置成能够借助第二角接触轴承(70)、相对于所述第二壳体(30)转动，所述第二角接触轴承(70)被配置成相对于所述第一角接触轴承(70)、在相反的方向上承受轴向载荷。
5.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中每个角接触轴承(70)均包括多个圆柱形滚动元件(75)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中所述第一壳体(20)被形成为包括两个分支(80)的叉状件，所述第二壳体(30)被布置成能够借助在每个分支(80)处的滚子轴承(90)而在所述两个分支(80)之间转动。
7.根据权利要求6所述的联轴器(10)，其中每个滚子轴承(90)均是深槽滚珠轴承。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的联轴器(10)，其中所述第一壳体(20)包括至少两个单独部件，所述至少两个单独部件被配置成装配在一起，所述两个分支(80)中的每一个属于不同的单独部件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的联轴器(10)，其中所述单独部件中的至少两个是相同的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中每个角接触轴承(70)均被预加载相对于所述第二轴线(60)、在轴向方向和径向方向两者上具有分量的力。
11.根据权利要求10所述的联轴器(10)，其中所述预加载借助所述轴(50)上的螺纹(110)来实现。
12.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中所述联轴器(10)的构造允许所述第二壳体(30)围绕所述第一轴线(40)转动至少220度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)，其中所述联轴器(10)的构造不限制所述轴(50)围绕所述第二轴线(60)转动。
14.一种工业机器人(230)，包括根据前述权利要求中任一项所述的联轴器(10)。
15.根据权利要求14所述的工业机器人(230)，其中所述工业机器人(230)是并联运动机器人。
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