CN109562522B - 用于机器人的驱动单元和用于制造该驱动单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于布置在机器人系统的操纵器的两个臂构件(A1，A2)之间的接头的驱动单元，所述驱动单元旨在用于将一个臂构件(A2)相对于另一个臂构件(A1)旋转地驱动，所述驱动单元具有：第一驱动模块(M1)，该第一驱动模块(M1)用于借助至少一个连接元件(3)以力和扭矩传输方式连接至第一臂构件(A1)；和第二驱动模块(M2)，该第二驱动模块(M2)用于借助至少一个连接元件(7)以力和扭转传输方式连接第二臂构件(A2)，其中所述连接元件(3；7)被构造成相对于所述驱动单元的旋转轴线在径向方向上与所述臂构件(A1；A2)相配合。

Description

用于机器人的驱动单元和用于制造该驱动单元的方法

技术领域

本发明涉及一种用于机器人系统的操纵器的两个轴或臂构件之间的接头的驱动装置或驱动单元以及用于制造这种驱动单元的方法。

背景技术

分别在机器人系统的操纵器和机械臂中使用的驱动单元旨在将一个轴或臂构件相对于机械臂的随后臂构件可移动地优选可旋转地布置，该机械臂通常由多个轴构成。由此实现的两个相邻臂构件之间的可动性根据所述操纵器的臂构件的数量而产生机器人系统的对应自由度。

在这方面，采用用于工业机器人的驱动单元，该驱动单元允许臂构件围绕横向于纵向延伸的轴线旋转。另外的驱动单元被构造成允许围绕臂构件的纵向轴线旋转。为此，通常使用对应尺寸的电动马达，这些电动马达在合适的情况下与对应的减速尺寸相配合。

对于轻型机器人，驱动单元安装在臂构件的本身封闭的壳体内，这是因为这种类型的机器人的操纵器的壳体原则上都被构造成外骨骼。例如，从国际专利申请WO2007/099511A2已知一种驱动单元，其中电动马达以及与该电动马达相配合的齿轮布置在公共壳体中，其中输出凸缘在在其正面侧可旋转地支撑在壳体中。驱动单元的壳体插入在臂构件的径向封闭壳体内，而输出凸缘和与其相邻的臂构件连接，从而所述臂构件相对于包括所述驱动单元的臂构件被可旋转地支撑。尽管驱动单元的壳体通常至少部分地围绕其圆周与臂构件的壳体连接，但是输出凸缘以仅仅轴向定向的方式与随后臂构件的元件相连。扭矩因而通过作用在轴向方向上的连接元件而传递到下一个臂构件。

然而，在轻型类型的机器人系统的外骨骼类型壳体的情况下所存在的问题在于，由于在周向上自身圆周封闭的壳体结构，所有部件以及驱动单元必须轴向地插入到臂构件的壳体内，并且由于非常受限的接近性而必须以麻烦的方式组装于此，其中这既可以从臂构件侧(该臂构件侧接着下一个臂构件的正面侧)，也可以从与所述正面侧相反的一侧进行，然而，为此必须在壳体中设置安装开口，这些开口必须用盖封闭，设置这种安装开口基本与壳体的刚性和扭转刚度的削弱的缺陷相关联。

另外，必须已经预先既关于驱动单元的壳体内的单个驱动部件的构造和功能又关于驱动单元和臂构件(驱动单元和臂构件将相对于彼此可旋转地支撑)的连接而言相对于受限且几乎不可接近的组装空间调整这种驱动单元的结构，结果带来了极大的结构限制。

然而，具有这种操纵器的径向封闭壳体结构不可避免地还导致如下事实：除了组装之外，还证明了任何维护和修理都非常麻烦，特别是分别在组装和拆卸方面以及引导在这种驱动单元中采用的用于马达的电源线和用于不同传感器的信号线方面，关于驱动单元在壳体本身内的固定以及它们的拆卸都非常麻烦。

为了使得用于这种壳体结构的驱动单元的安装和拆卸尽可能简单，通常将这些驱动单元预安装成不可分离的完整单元。

然而，这又与如下缺点相关，即：在马达、齿轮和传感器系统以及在这种驱动单元中采用的其它机电部件发生故障的情况下，必须拆卸并移除整个驱动单元，与之前的安装相比，特别地在相同的空间约束下以及与此相关的努力下进行这种拆卸和移除。

不管如何，如果将驱动单元配置并构造成集成式均匀结构如从以上说明的现有技术那样，则仅通过增加的努力进行修理；马达的齿轮的部件或传感器系统的部件只有在驱动单元整个拆下才能进行更换。

自然，这种驱动单元的组装和维护劳动被证明是费时的，并由此成本较高。快速修理是不可能的，这种快速修理只能中断由机器人进行的操作，诸如生产过程。

进一步的缺点在于，特别是对于轻型类型的机器人的操纵器或机械臂，用于提供期望自由度的臂构件可以根据构造而包括不同的长度，也就是说，需要为单个臂构件之间的旋转连接制造不同地形状和尺寸的驱动单元，并且必须相应地保持这些驱动单元的库存以修理目的，这进一步增加了成本。

而且，考虑到尽可能紧凑的构造，仅形成为一个单个单元的驱动单元通常并不是为了使诸如齿轮的单个部件适合于操纵器的不同结构情况或者机器人系统根据需求的不同性能要求的构造和设置。

因此，对于机器人系统，特别是对于轻型类型的机器人系统，从现有技术已知的驱动单元在使用方面有限。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种用于特别是轻型类型(并非唯一)的机器人系统的操纵器的两个臂构件之间的接头的驱动单元，该接头单元克服了从现有技术已知的上述缺点，特别地能够简化组装和维护并且给与机器人系统的操纵器以及期望性能参数有关地存在的不同空间和/或运动情形提供了一定可变性和适应性。

因而，本发明涉及一种用于布置在机器人系统的操纵器的两个臂构件之间的接头的驱动单元，所述驱动单元旨在用于将一个臂构件相对于另一个臂构件旋转地驱动，所述驱动单元具有：第一驱动模块，该第一驱动模块用于通过至少一个连接元件以力和扭矩传输方式与第一臂构件连接；和第二驱动模块，该第二驱动模块用于通过至少一个连接元件以力和扭转传输方式与第二臂构件连接，其中所述第二驱动模块相对于所述第一驱动模块同轴地布置并且关于该第一驱动模块被可旋转地支撑，以相对于所述驱动单元的旋转轴线在径向方向上与所述臂构件相配合。

换言之，根据本发明，所述连接元件被构造成使得这些连接元件在径向取向上分别与所述臂构件的壳体以及与与所述壳体一起设置的连接元件相配合。

所述第一驱动模块和所述第二驱动模块被构造成为模块部件，从而这些模块部件本身形成独立且因此可更换的单元，如下面将进一步详细地说明的那样。

优选地，所述第一驱动模块和所述第二驱动模块因此而形成为旋转对称的部件，其中所述连接元件包括相同直径。

由此，能够使用操纵器的两个相邻臂构件之间的壳体部分，在组装之后，该壳体部分形成了用于所述操纵器的连续、平坦壳体覆盖物。

优选地，所述连接元件被构造成位于一个公共假想壳表面上的径向包围凹槽，而所述部件的另外壳体区段径向向内偏移。

这种环形凹槽适合于接收插入块体等，所述插入块体等设置在所述臂构件的壳体部分的内侧，优选与该壳体部分一体地布置。对于所述插入块体与所述环形凹槽(所述插入块体将切向地插入所述环行凹槽内)的可能连接，作为示例，可以参照德国专利申请No.102015 012 960.0，通过参考价将该申请的公开内容包括在本文中。

根据本发明，为了实现所述第二驱动模块相对于所述第一驱动模块的可旋转支撑，设置成这样，即：所述第一驱动模块和所述第二驱动模块在区段中彼此啮合或接合，并且在所述第一驱动模块的壳体的径向向外区段与所述第二驱动模块的壳体的径向向内区段之间分别布置有至少一个旋转径向轴承，例如，径向滚子轴承，其中优选地，这些区段相对于所述径向方向布置在所述第二驱动模块的连接元件内，以便能够实现更好的支撑稳定性和更好的径向力和扭矩传输。

所述径向轴承能够被固定，其原因在于：第一固定元件，该第一固定元件布置在所述第二驱动模块的壳体的正面侧端部处，该正面侧端部面对所述第一驱动模块；第二固定元件，该第二固定元件布置在所述第一驱动模块的壳体的正面侧端部处，该正面侧端部面对所述第二驱动模块，包围所述径向轴承的壳体，由此确定所述径向轴承在轴向方向上的位置。

例如，所述第二固定元件可以是螺纹环，该螺纹环能够被简单地拧到设置在所述第一驱动模块的壳体的端部处的外螺纹上。所述第一固定元件可以形成为凸缘或配对环，所述凸缘或配对环将简单地可拆卸地固定或拧在所述第二驱动模块的壳体处。

接收马达的第三驱动模块固定在所述第一驱动模块的壳体处，与所述第二驱动模块同轴地相对，其中所述第三驱动模块和所述第一驱动模块在区段中彼此啮合或接合。

所述马达(通常为具有内部转子的电动马达)驱动或致动居中地支撑在所述驱动单元中的驱动轴，该驱动轴延伸到所述第一驱动模块中并且将与布置在所述第一驱动模块中的齿轮的输入元件连接。

所述齿轮优选为谐波齿轮或波形齿轮。

所述齿轮的输出元件以抗旋转方式即扭矩传输方式与所述第二驱动模块连接。在所述驱动单元的安装长度应该对应地较短的情况下，所述齿轮的输出元件可以与所述第二驱动模块的壳体区段直接连接，该壳体区段因而包括对应的小轴向延伸部。在更大安装长度变得必要时，所述齿轮的输出元件与输出轴连接，该输出轴布置在所述第二驱动模块的壳体内部并且以抗旋转方式与其连接。

另外，第四驱动模块能够布置在所述第三驱动模块的正面侧，与所述第一驱动模块同轴地相对，该第四驱动模块包括用于所述驱动单元的传感器和用于所述马达的控制件，其中所述驱动轴从所述第三驱动模块一直延伸出至所述第四驱动模块的面对所述第三驱动模块的一侧。

根据进一步实施方式，所述驱动轴和所述输出轴均形成为空心轴并且相对于彼此同轴地布置，使得传感器轴(该传感器轴将以抗旋转方式即扭矩传输方式与所述第二驱动模块的壳体连接)以径向距离穿过所述驱动轴和所述输出轴并且一直延伸至所述第四驱动模块。所述传感器轴旨在用于与所述第四驱动模块内的对应传感器系统相配合以分别检测所述驱动单元的输出扭矩和输出转速。

根据实际构造和预期用途，例如轻型机器人的操纵器的每个接头都可以包括不同的尺寸和不同性能特征。因此，在这方面，本发明的特征在于如下事实：所述第一驱动模块和所述第二驱动模块之间、所述第一驱动模块和所述第三驱动模块之间以及所述第三驱动模块和所述第四驱动模块之间的连接机构被配置和构造成，使得能够将不同构造和/或尺寸的具有不同变型的所述驱动模块进行组合，以便使轴向安装长度适合于操纵器的相应现有的空间安装要求或者适合于两个臂构件之间的接头的驱动单元的期望性能要求。所述驱动单元的总安装长度例如由单个驱动模块的所有单独安装长度之和产生。关于传输期望扭矩或提供期望转速而进行的性能相关修改例如分别通过选择齿轮类型和齿轮构造以及通过选择驱动马达类型来产生。

为了能够实现这种变化性，根据本发明设置成：所述第三驱动模块被构造成在功能上与不同构造的第四驱动模块相配合并连接，所述第一驱动单元被构造成在功能上与不同构造的第三驱动模块相配合并连接，并且特别地所述第一驱动模块被构造成在功能上以可旋转支撑方式与不同构造的第二驱动模块相配合并连接，其中还有所述第三驱动模块和所述第二驱动模块可以被构造成在功能上与不同构造的第一驱动模块相配合并连接。

因而，根据本发明的驱动单元提供了适应性，这种适应性得自于单个驱动模块在空间以及在功能方面的可互换性。由此，不同的操纵器能够通过本发明的模块化概念实现，这是因为对应的驱动模块容易地组合，这样可以说是自身发明的含义。

此外，根据本发明，能够实现可互换性的单个驱动单元的结构配置允许提供一种用于制造和组装这种驱动单元的方法，该方法除了相当简化的组装之外还实现了随后的简单修理和维护。

因此，本发明还涉及一种用于制造驱动单元的方法，该驱动单元用于布置在机器人系统的两个臂构件之间的接头，所述驱动单元旨在用于将一个臂构件相对于另一个臂构件旋转地驱动，其中所述驱动单元包括相对于彼此同轴地布置的多个驱动模块，其中通过如下步骤将第一驱动模块与第二驱动模块连接：

-将径向轴承安装或固定在所述第一驱动模块的壳体的区段中，其中固定元件布置在所述第一驱动模块的壳体的面对第二驱动模块的正面侧端部；

-将所述第一驱动模块部分地插入到所述第二驱动模块内，从而使得所述第二驱动模块的壳体的区段与所述径向轴承重叠；

-将所述径向轴承安装或固定在所述第二驱动模块的壳体的所述区段上，其中固定元件布置在所述第二驱动模块的壳体的面对所述第一驱动模块的正面侧端部，从而使得径向轴承被包围在位于所述第一驱动模块的壳体和所述第二驱动模块的壳体之间的轴向位置中。

由于所述第一驱动模块形成齿轮单元，该方法包括进一步步骤：

-从所述齿轮的那一侧和/或从所述第二驱动模块的那一侧将所述齿轮的输出元件与所述第二驱动模块连接。

所述输出元件(例如波形齿轮的挠性花键)因此可以与所述第二驱动模块的壳体直接连接，其中螺栓从所述第二驱动模块的外正面侧拧入，并由此以扭矩传输方式连接所述壳体和所述输出元件。

在所述第二驱动模块由于其较长构造而包括输出轴的情况下，所述方法可以进一步包括如下步骤：

-将所述输出轴与所述第二驱动模块的壳体以及与所述齿轮的输出元件连接。

所述输出轴将从所述齿轮的内侧与所述输出元件螺接，并且与所述输出元件相反，所述输出轴将与所述第二驱动模块的壳体螺接，从而在所述齿轮的输出元件和所述第二驱动模块的壳体之间实现扭矩传输连接。

此外，所述方法可以包括：

-将包括具有驱动轴的马达的第三驱动模块在与所述第二驱动模块相反的一侧安装或固定在在所述第一驱动模块的壳体处，由此将所述驱动轴与所述齿轮的输入元件连接。

理想地，所述第三驱动模块的壳体的正面侧因此包括台阶状凸缘环，该台阶状凸缘环部分地插入到所述第一驱动模块的壳体内并因而被螺接。为此，所述驱动轴可以通过使用考虑到了对应公差范围的公差环而被挤压到输入元件(例如，波形齿轮的波形发生器的内环)内。

在所述系统也应该实施有控制器和传感器系统的情况下，所述方法可以进一步包括：

-将第四驱动模块安装或固定在所述第三驱动模块处，与所述第一驱动模块同轴地相反，由此实现马达连接。

为此，所述马达可以包括用于电源和马达控制的插头连接件，该插头连接件被取向成在组装该插头连接件时其自动地与所述第四驱动模块的互补插头连接件进行固定连接。

根据一个实施方式，如果所述驱动轴和所述输出轴均形成为空心轴，如果所述第四驱动模块包括开口，并且如果所述第二驱动模块以抗旋转方式连接至传感器轴，则根据本发明的方法最后可以完成所述驱动单元，其中使所述传感器轴以限定的径向距离分别穿过所述第三驱动模块的驱动轴，穿过所述第二驱动模块的输出轴并且穿过所述第四驱动模块的开口。

除了已经提到的适应性之外，所述驱动单元的模块化的特征在于能够针对单个部件如马达和齿轮使用不同供应商的优点。

此外，本发明还涉及一种机器人，该机器人具有操纵器，该操纵器包括多个臂构件并且在布置在所述操纵器的臂构件之间的至少一个接头中包括至少一个根据上述实施方式的驱动单元。

附图说明

通过与所附附图相关地示出的实施方式的描述，进一步的优点和特征将变得清楚，其中：

图1a是沿着根据本发明的第一实施方式中的模块化驱动单元的轴向纵剖图；

图1b是沿着图1a的A-A的剖视图；

图2是该实施方式的分解图；

图3示出了根据本发明的第一实施方式的驱动单元的第一驱动模块；

图4示出了根据本发明的第一实施方式的驱动单元的第二驱动模块；

图5是沿着根据本发明的第二实施方式的模块化驱动单元的轴向纵剖图；

图6示出了根据本发明的第二实施方式中的驱动单元的第二驱动模块；

图7示出了根据本发明的第二实施方式中的驱动单元的第三和第四驱动模块；

图8是沿着根据本发明的第三实施方式的模块化驱动单元的轴向纵剖图；

图9是沿着根据本发明的第四实施方式的模块化驱动单元的轴向纵剖图；

图10是沿着根据本发明的第五实施方式的模块化驱动单元的轴向纵剖图；以及

图11是作为一个示例的分解图，其中驱动单元被插入两个相邻的臂构件的壳体结构内。

具体实施方式

图1a以沿着旋转轴线即沿着驱动单元的纵向延伸线的剖视图示出了根据本发明的驱动单元的第一实施方式。图1b示出了沿着图1a的A-A的剖视图。

如能够看到的，该驱动单元基本由以旋转对称方式构成的零部件形成。

根据本发明，提供了一种模块化设计和构造，为此多个模块在功能上以轴向取向相配合并且彼此啮合或接合。根据本发明，诸如此类的模块都是单个地更换的，并且由于对应结构和构造的连接技术而能够与彼此连接。

如图1a所示的驱动单元由在功能上不同的四个驱动模块构成。

第一驱动模块M1旨在用于接收齿轮并且包括旋转对称壳体1，特别地如能够在图3中看到的。壳体1可以制成为铝铸件或机加工部件。

它包括朝向第二驱动模块M2向下渐缩的形状，该形状的特征在于部分圆锥形截面。

如能够从图11看到的，第一驱动模块M1旨在用于将驱动单元分别连接至机器人系统(例如从图11可见的轻型设计的机器人系统)的操纵器和机械臂的第一臂构件A1的壳体或壳体半部2。

为此，第一驱动模块M1的壳体1在其最大圆周处包括采取径向周围环形凹槽3的形式的连接元件，该凹槽3与旋转对称壳体1一体地形成。该环形凹槽3旨在用于借助连接元件4固定第一臂构件A1的半壳类型的壳体半部2，这些连接元件4在壳体半部2的内侧处设置为例如与壳体半部2一体地形成的插入块体，这些插入块体将由环形凹槽3收纳，其中驱动单元在壳体半部2中的安装通过从壳体半部2的外侧利用螺钉5进行螺接而进行，如能够从图11中看到的。

在这方面，对于一方面驱动单元在壳体半部2中的安装，另一方面壳体半部2与彼此的安装，应该参照德国专利申请no.10 2015 012 960.0，这里明确参照该专利申请的内容。

由于第一臂构件A1的壳体半部2的插入块体4收纳在第一驱动模块M1的壳体1的环形凹槽3中，并且通过螺栓5以抗旋转方式将它们固定，因此在这两个壳体部件之间形成了力和扭矩传输连接，从而使得第一臂构件A1与驱动单元的第一驱动模块M1一起移动。

与第一驱动模块M1同轴的是附装至该第一驱动模块M1的第二驱动模块M2，该第二驱动模块M2用于关于第一驱动模块M1的输出。

第二驱动模块M2也包括旋转对称的圆锥形渐缩壳体6，该壳体6在其最大的直径处也包括径向包围环形凹槽7，作为一体地形成的连接元件，该环形凹槽7的目的是与第二臂构件A2的壳体半部8连接，如图11中所示。如上所述，与第一驱动模块M1相比，由此以简单的方式实现第二驱动模块M2在壳体半部8处的固定。

如能够看到的，环形凹槽3和7都具有相同直径并且放置在公共的假想圆柱形壳表面上。第一驱动模块M1和第一臂构件A之间以及第二驱动模块M2和第二臂构件A1之间的力和扭矩传输连接唯一地通过径向取向的连接元件3和7实现。

第二臂构件A2应该相对于第一臂构件A1可旋转地支撑，从而能够实现所需的旋转连接。

为此，提供驱动单元的输出的第二驱动模块M2相对于第一驱动模块M1被可旋转地支撑。

根据本发明，因此设置成这样，即：在第一驱动模块M1的壳体1的径向向外布置的区段9(该区段9优选位于该壳体1面对第二驱动模块M2的轴向端的区域中)与第二驱动模块M2的壳体6的径向向内布置的区段10(该区段10优选位于该壳体6面向第一驱动模块M1的轴向端的区域中)之间布置旋转或径向轴承11，该轴承11以旋转连接的方式保持两个壳体1和6。因此，优选地，采用交叉滚子轴承，这是因为这种实施方式证明在横向刚度、轴向刚度、重量和摩擦以及简单安装方面都特别有利。然而，也可以使用双列、预张紧滚子轴承或角滚子轴承。

为此，根据本发明，可以包括合适构造的径向轴承11通过两个固定元件固定在其轴向位置。

采取螺纹环12的形式的第一固定元件拧到设置在第一驱动模块M1的壳体1的正面侧端处的螺纹上，该正面侧端面对第二驱动模块M2。通过这样将径向轴承11夹紧在壳体1的区段13和螺纹环12之间。

采取凸缘或配对环14的形式的第二固定元件固定在第二驱动模块M2的壳体6的正面侧环形端(该环形端面对第一驱动模块M1)上，其原因在于，螺钉15穿过环形凹槽7的壳体区段并且将凸缘环14夹紧在所述壳体区段上，例如如图2的分解图所示。凸缘环14保持距离第一驱动模块M1的壳体1一定径向距离。

凸缘环14包括因而相对于螺纹环12固定径向轴承11的对应区段16。由此，形成了驱动模块M1和M2之间的旋转连接，该旋转连接被设计并概念化为一种万向连接，如下面针对进一步实施方式所说明的那样，该万向连接允许第二驱动模块M2的不同构造和设计的壳体6能够以可旋转方式布置在第一驱动模块M1的同一个壳体1处。

根据本发明，通过将径向轴承11直接轴向定位在环形凹槽3内确保所述第二臂构件A2上的尽可能最佳的力和扭矩传输。

与第二驱动模块M2同轴相对地设置的是第三驱动模块M3，该第三驱动模块M3例如通过螺钉7螺接至第一驱动模块M1。

第三驱动模块M3的壳体18也以旋转对称方式形成，并且目的是为了收纳用于驱动的电动马达19，这里将不再进一步讨论该电动马达19的构造。

壳体18包括凸缘区段20，该凸缘区段20被设计成由第一驱动模块M1的壳体1以径向包围方式收纳，从而在第一驱动模块M1和第三驱动模块M3之间也形成一种万向连接。

径向向内布置的凸缘区段20包括第一轴向轴承21，通过该第一轴向轴承21，将由电动马达19驱动的内部支撑的驱动轴22支撑在此处。

为了提供尽可能好的稳定性，在第一驱动模块M1的环形凹槽3的高度处设置第一轴向轴承21。

驱动轴22进一步由布置在壳体罩24中的第二轴向轴承23可旋转地支撑，该壳体罩24朝向顶部覆盖第三驱动模块M3。

如能够在图1中看到的，径向阶梯状并形成为空心轴的驱动轴22部分地延伸到第一驱动模块M1的内部。

如已经提到的，第一驱动模块M1旨在用于收纳齿轮，通过齿轮将驱动轴22的旋转减速。

所示的实施方式为谐波或波形齿轮，如所公知，该齿轮提供高齿数比和刚度，并且优选在机器人领域中采用。然而，基本上，在这种情况下本领域技术人员还能够想到提供期望齿数比的其它齿轮类型。

驱动轴22抗旋转地连接至波形齿轮的输入元件，所谓的波形发生器的内环25。内环25包括椭圆形并且支撑薄壁滚子轴承26。径向外部设有具有对应的相互啮合的内齿的所谓圆形花键27，该圆形花键27径向抵靠在第一驱动模块M1的壳体1的内侧。所谓的挠性花键28的一部分设置在滚子轴承27和圆形花键之间，该部分包括相互啮合的外齿，其与圆形花键27接合并且形成用于波形齿轮的输出元件。这里将不再进一步讨论众所周知的波形齿轮的功能。

杯状挠性花键28轴向向下一直延伸至径向轴承11的高度。

在如图1所示的实施方式中，第二驱动模块M2包括在驱动单元的轴向方向上的略微更大的延伸部。因此，挠性花键28通过螺栓29与输出轴30抗旋转地连接，以便提供输出，该输出轴30穿过第二驱动模块M2的壳体6。如图4中所示，为了组装，从第一驱动模块M1的一侧启动螺栓29。

输出轴30包括收纳螺栓29的对应凸缘31。螺栓29又被收纳在套筒状抵靠环32的螺纹孔中。抵靠环32和凸缘31包围杯状挠性花键28的凸缘区段33，从而能够以抗旋转即扭矩传输方式将所有部件固定在一起。

波形齿轮的输出因而将从挠性花键28传递到第二驱动模块M2的输出轴30上。

也形成为空心轴的输出轴30包括与凸缘31轴向相对的另一个凸缘34，该凸缘34将以抗旋转方式拧到第二驱动模块M2的壳体6的正面侧区段。

在壳体6内，输出轴30由密封套筒36包围。

因此，驱动扭矩从马达经由驱动轴22、经由提供对应减速的波形齿轮并且还经由挠性花键28以及输出轴30传输到第二驱动模块M2的壳体6上，该第二驱动模块M2由此相对于第一驱动模块M1旋转，其中该扭矩经由与对应插入块体4相配合的环形凹槽7传递到第二臂构件A2的壳体8上，该第二臂构件A2由此相对于第一臂构件A1旋转，该第一臂构件A1旋转地固定至第一驱动模块M1。

第四驱动模块M4布置在第三驱动模块M3的壳体罩24上，该第四驱动模块M4包括控制部件和传感器系统，该传感器系统旨在用于检测由马达产生的输入转速和输入扭转，并且用于检测由第二驱动模块M2产生的输出转速和输出扭矩。

为此，驱动轴22从壳体18延伸出并且经过罩24而一直到达第四驱动模块M4的电路板37侧，该电路板37面对罩24并且在此与对应传感器相配合。

亦如能够从图4看到的，第二驱动模块M2包括传感器轴38，该传感器轴38与凸缘34连接并由此以扭矩传输方式与第二驱动模块M2的壳体6连接(参见图10)。

如图1所示，传感器轴39向上延伸并以一定径向距离穿过输出轴30、抵靠环32、驱动轴22和电路板37，一直到达电路板37的与第三驱动模块M3相反的一侧，以便在此与对应的传感器相配合。

根据本发明的驱动单元的模块化构造和设计(该驱动单元具有四个驱动模块M1-M4，所述模块化构造的特征在于，壳体结构被设计和概念化为相同种类，并且在这些壳体结构之间，特征在于相同种类的设计和概念化的连接机构)允许根据机器人系统(特别是轻型类型的机器人系统)的操纵器或机械臂的臂构件的内部的空间、功能和/或性能相关情形和需求或关于该臂构件的不同构造和设计来修改所述驱动单元。换言之，不同的驱动模块M1至M4均可这样互换，从而根据本发明的驱动单元可如下面实施方式的描述所示的那样进行修改。

因此，图5至7示出了根据本发明的驱动单元的第二实施方式。在这种情况下，相同的部件与相同的附图标记相关联。

一方面，这些图中所示的实施方式本身与之前实施方式的区别在于，第三驱动模块M3包括更大的轴向延伸部，通过该更大的轴向延伸部可以使用更大、功率更强的电动马达39。另一方面，第二驱动模块M2包括更短的轴向长度。

第二驱动模块M2包括壳体罩40，该壳体罩40在固定用于径向轴承11的凸轮环14的过程中通过螺栓15与壳体环41直接连接，该壳体环41包括用于连接至第二臂构件A2的环形凹槽7。壳体环41以上面已经与第一实施方式相关地描述的方式相对于第一驱动模块M1的壳体1被可旋转地支撑。

而且，壳体罩40包括朝向第一驱动模块M1向内延伸的圆柱形空心区段42，该罩40从第二驱动模块M2的一侧借助螺栓43以抗旋转方式连接至抵靠环32，以便将波形齿轮的挠性花键28的凸缘区段33包围。该区段42进一步被密封环44包围。

因而，驱动单元的该第二实施方式的特征在于，电动马达的功率更强，同时组装长度更短。

为了更进一步缩短组装长度，在如图8所示的第三实施方式中，第二驱动模块M2与第二实施方式中类似地构造，并且第三驱动模块M3与第一实施方式中类似地构造。

在图9所示的第四实施方式中，第二驱动模块M2与第二实施方式中类似地构造，并且第三驱动模块M3与第一实施方式中类似地构造，同时具有波形齿轮的第一驱动模块M1包括更短的轴向长度。

因此，使得用于与壳体罩40的区段42抗旋转连接的挠性花键45和抵靠环46在轴向方向上更短。

图10中示出了根据本发明的驱动单元的第五实施方式。对于该实施方式，具有波形齿轮的第一驱动模块M1与第四实施方式中类似地构成，而第三驱动模块M3和第二驱动模块M2如第一实施方式中那样实现。在该图10中，可以认识到，传感器轴38包括凸缘47，该凸缘47借助螺栓48与输出轴30的凸缘34连接。这样，传感器轴38可以在已经安装了所有驱动模块M1至M4之后最后安装。

如能够在图2中看到，在例如通过对应的压配合将第四驱动模块M4安装到第三驱动模块M3上时，还用作间隔件的连接杆49被收纳在壳体罩24的对应开口50中。在此期间，马达侧插头51还与电路板侧插槽52进行接合以提供马达连接。

Claims (28)

1.一种用于布置在机器人系统的操纵器的两个臂构件（A1；A2）之间的接头的驱动单元，所述驱动单元旨在用于将第二臂构件（A2）相对于第一臂构件（A1）旋转地驱动，所述驱动单元具有：第一驱动模块（M1），该第一驱动模块（M1）具有壳体（1）并且通过至少一个连接元件（3）以力和扭矩传输方式被连接至所述第一臂构件（A1）；和第二驱动模块（M2），该第二驱动模块（M2）具有壳体（6）并且通过至少一个连接元件（7）以力和扭转传输方式被连接至所述第二臂构件（A2），其中所述第二驱动模块（M2）相对于所述第一驱动模块（M1）同轴地布置并且相对于该第一驱动模块（M1）以可旋转的方式被支撑，其中，所述连接元件（3；7）被构造成相对于所述驱动单元的旋转轴线在径向方向上与所述第一臂构件（A1）和所述第二臂构件（A2）相配合，

其特征在于，所述连接元件形成为径向包围凹槽，所述径向包围凹槽与所述壳体（1；6）成一体并且径向地向外侧开口。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述第一驱动模块（M1）和所述第二驱动模块（M2）被构造成旋转对称部件并且其中所述凹槽包括相同的直径。

3.根据权利要求2所述的驱动单元，其中，所述凹槽位于一个公共假想壳表面上。

4.根据权利要求2或3所述的驱动单元，其中，所述壳体（1；6）的另外壳体区段以径向向内的方式偏移。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动单元，其中，所述第一驱动模块（M1）和所述第二驱动模块（M2）在多个区段中与彼此接合。

6.根据权利要求5所述的驱动单元，其中，在所述第一驱动模块（M1）的壳体（1）的径向向外布置的区段（9）与所述第二驱动模块（M2）的壳体（6）的径向向内布置的区段（10）之间布置有至少一个径向轴承（11）。

7.根据权利要求6所述的驱动单元，其中，所述径向向外布置的区段（9）和所述径向向内布置的区段（10）布置在所述第二驱动模块（M2）的连接元件（7）的径向方向内侧。

8.根据权利要求6所述的驱动单元，其中，所述径向轴承（11）借助第一固定元件（14）和第二固定元件（12）固定在其径向位置，该第一固定元件（14）用于布置在所述第二驱动模块（M2）的壳体（6）的正面侧端部处，该正面侧端部面对所述第一驱动模块（M1），该第二固定元件（12）用于布置在所述第一驱动模块（M1）的壳体（1）的正面侧端部处，该正面侧端部面对所述第二驱动模块（M2）。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动单元，其中，包括马达（19；39）的第三驱动模块（M3）以与所述第二驱动模块（M2）同轴相对的方式连接在所述第一驱动模块（M1）的壳体（1）处。

10.根据权利要求9所述的驱动单元，其中，所述第三驱动模块（M3）和所述第一驱动模块（M1）在多个区段中接合。

11.根据权利要求9所述的驱动单元，其中，由所述马达（19；13）致动的驱动轴（22）以可旋转的方式被支撑在所述第三驱动模块（M3）中，该驱动轴（22）延伸到所述第一驱动模块（M1）中并且将与布置在所述第一驱动模块（M1）中的齿轮的输入元件连接。

12.根据权利要求11所述的驱动单元，其中，所述齿轮的输出元件（28）以抗旋转方式连接至所述第二驱动模块（M2）。

13.根据权利要求12所述的驱动单元，其中，所述齿轮的输出元件（28）将连接至输出轴（30），该输出轴（30）以抗旋转方式与所述第二驱动模块（M2）的壳体（6）连接。

14.根据权利要求13所述的驱动单元，其中，所述驱动轴（22）和所述输出轴（30）均形成为空心轴，并且彼此同轴地布置。

15.根据权利要求11所述的驱动单元，其中，第四驱动模块（M4）以与所述第一驱动模块（M1）同轴相对的方式布置在所述第三驱动模块（M3）的正面侧，该第四驱动模块（M4）包括传感器装置，并且其中所述驱动轴（22）从所述第三驱动模块（M3）延伸出一直延伸至所述第四驱动模块（M4）的面对所述第三驱动模块（M3）的一侧。

16.根据权利要求15所述的驱动单元，其中，所述第二驱动模块（M2）以抗旋转方式与传感器轴（38）连接，以一径向距离穿过所述驱动轴（22），并且一直延伸至所述第四驱动模块（M4）的与所述第三驱动模块（M3）相反的一侧。

17.根据权利要求15所述的驱动单元，其中，所述第三驱动模块（M3）被构造成与不同设计和构造的第四驱动模块（M4）相配合。

18.根据权利要求9所述的驱动单元，其中，所述第一驱动模块（M1）被构造成与不同设计和构造的第三驱动模块（M3）相配合。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动单元，其中，所述第一驱动模块（M1）被构造成作为旋转支撑件与不同设计和构造的第二驱动模块（M2）相配合。

20.根据权利要求18所述的驱动单元，其中，所述第三驱动模块（M3）和所述第二驱动模块（M2）被构造成与不同设计和构造的第一驱动模块（M1）相配合。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动单元，其中，所述第一驱动模块（M1）的连接元件（3）与其壳体（1）一体地形成，并且所述第二驱动模块（M2）的连接元件（7）与其壳体（6）一体地形成。

22.一种机器人，该机器人具有若干臂构件（A1；A2）的操纵器，该操纵器具有布置在位于所述操纵器的两个臂构件（A1；A2）之间的至少一个接头中的根据权利要求1至21中任一项所述的驱动单元。

23.一种用于制造驱动单元的方法，该驱动单元用于布置在机器人系统的操纵器的两个臂构件（A1；A2）之间的接头，所述驱动单元旨在用于将一个臂构件（A2）相对于另一个臂构件（A1）旋转地驱动，其中所述驱动单元包括彼此同轴地布置的多个驱动模块（M1；M2；M3；M4）；

其中，将第一驱动模块（M1）与第二驱动模块（M2）连接包括如下步骤：

-将径向轴承（11）安装在所述第一驱动模块（M1）的壳体（1）的第一区段（9）中，其中固定元件（12）布置在所述第一驱动模块（M1）的所述壳体（1）的面对所述第二驱动模块（M2）的正面侧端部处；

-将所述第一驱动模块（M1）部分地插入到所述第二驱动模块（M2）内，从而使得所述第二驱动模块（M2）的壳体（6）的第二区段（10）与所述径向轴承（11）重叠；

-将所述径向轴承（11）安装在所述第二驱动模块（M2）的壳体（6）的所述第二区段（10）上，其中在所述第二驱动模块（M2）的所述壳体（6）的面对所述第一驱动模块（M1）的正面侧端部处布置有固定元件（14），

从而使得所述径向轴承（11）被包围在位于所述第一驱动模块（M1）的所述壳体（1）和所述第二驱动模块（M2）的所述壳体（6）之间的轴向位置中，

其特征在于，将所述径向轴承（11）安装在所述第二驱动模块（M2）的所述壳体（6）的所述第二区段（10）上的步骤包括：通过将螺钉（15）从所述壳体（6）的与面对所述第一驱动模块（M1）的正面侧端相反的一侧穿过所述第二区段（10）而将所述固定元件（14）夹紧到所述壳体（6）的所述第二区段（10）上。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一驱动模块（M1）包括齿轮，该方法进一步包括：

-从所述齿轮的一侧和/或从所述第二驱动模块（M2）的一侧将所述齿轮的输出元件（28）与所述第二驱动模块（M2）的所述壳体（6）连接。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第二驱动模块（M2）包括输出轴（30），该方法进一步包括：

-将所述输出轴（30）与所述第二驱动模块（M2）的所述壳体（6）以及与所述齿轮的输出元件（28）连接。

26.根据权利要求25所述的方法，该方法进一步包括：

-安装包括具有驱动轴（22）的马达（19；39）的第三驱动模块（M3），其中所述第一驱动模块（M1）的壳体（1）位于与所述第二驱动模块（M2）相反的一侧，由此将所述驱动轴（22）与所述齿轮的输入元件（25）连接。

27.根据权利要求26所述的方法，该方法进一步包括：

-将第四驱动模块（M4）以与所述第一驱动模块（M1）同轴相对的方式安装在所述第三驱动模块（M3）处，由此实现马达连接（51；52）。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述驱动轴（22）和所述输出轴（30）均形成为空心轴，所述第四驱动模块（M4）包括开口，并且所述第二驱动模块（M2）以抗旋转方式连接至传感器轴（38），该方法进一步包括：

-使所述传感器轴（38）以一径向距离分别穿过所述第三驱动模块（M3）的驱动轴（22），穿过所述第二驱动模块（M2）的输出轴（30）并且穿过所述第四驱动模块（M4）的开口。

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