CN110202561A - 一种内部走线的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机；其中，在至少一对相邻的动作轴之间，电机的输出轴与传动件的输入轴为不同轴连接；传动件上设有用于走线的中空结构；至少一个动作轴上设有预备接口；预备接口连接预备线，预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过传动件中空结构的内腔。本申请提供的工业机器人可以利用传动件的中空结从内部进行走线，结合电机与传动件之间的不同轴连接，使信号线和供电线不会影响电机和传动件的动作。并且可以在动作中上预置多种预备线，使工业机器人末端的灵巧手能够通过预备线直接进行控制，无需额外走线和重新穿线。

Description

一种内部走线的工业机器人

技术领域

本申请涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种内部走线的工业机器人。

背景技术

工业机器人也称机械臂，是一种高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统，常用于工业装配、安全防爆等领域。工业机器人根据动作的灵活度分为多种类型，如六自由度机械臂等。工业机器人系统是由视觉传感器、机械臂系统及主控计算机组成。其中，机械臂系统又包括模块化机械臂和灵巧手两部分。

典型的六自由度机械臂包括底座、六个动作轴、以及驱动每个动作轴产生动作的电机。电机通过传动机构连接每个动作轴，以分别实现各动作轴的移动或转动。为了实现精确的动作，机械臂上的每个电机分布在各轴的不同位置，并且相互独立的受主控计算机的控制。并且，每个电机需要通过控制信号线和供电线，实现与主控计算机和电源的连接。因此，在机械臂的每个动作轴上，需要安排本轴以及其他动作轴的走线。例如，若以靠近固定底座的动作轴为第一动作轴，则在第一动作轴上连接第二动作轴，依次连接至第六轴。因此，在第一动作轴上，需要安排第一动作轴以及其他动作轴电机的信号线和供电线。

机械臂的走线方式包括外部走线和内部走线两种，其中，外部走线是指将电机的信号线和供电线设置在各动作轴外壳以外，通常呈现为捆扎的线材通过预先设置的承载部件，如环形线材法兰等，从最末端的第六动作轴，一致延伸到最底端的第一动作轴。这种走线方式会使得机械臂的走线暴露在外壳以外，不仅影响美观，而且容易在实际应用中纠缠工件或物料，影响机械臂的动作。

为了提升整体美观度，避免纠缠工件，还可以在各个动作轴的外壳内部设置走线区域，各电机的信号线和供电线都被安置在走线区域中。但由于机械臂在实际应用中需要产生负载的动作，因此内部的走线需要预留足够的走线伸长量，以适应不同的动作姿态。相应地，走线在外壳内部会呈现弯曲状态，这使得走线区域要足够大，使得每个动作臂的外壳体积增大，增加机械臂的动作负荷，而且外壳的增大会在一定程度上对机械臂动作造成限制，降低机械臂的灵活性。另外，即便是在外壳的内部预留足够的走线区域，在复杂的动作姿态下，依然可能造成走线接触电机或传动部件，影响其正常运转。

发明内容

本申请提供了一种内部走线的工业机器人，以解决机械臂走线不合理，容易影响正常运转的问题。

本申请提供一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机；多个所述动作轴中，任意一对相邻的动作轴之间可转动地连接，并通过所述电机带动所述传动件驱动下位动作轴转动；所述电机的输出轴连接所述传动件的输入轴；其中，在至少一对相邻的所述动作轴之间，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴为不同轴连接；所述传动件上设有用于走线的中空结构；至少一个所述动作轴上设有预备接口；所述预备接口连接预备线，所述预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过所述传动件中空结构的内腔。

可选的，多个动作轴分别为从底端至末端顺次连接的第一动作轴、第二动作轴、第三动作轴、第四动作轴、第五动作轴和第六动作轴；其中，所述第四动作轴和所述第五动作轴上的电机输出轴与所述传动件输入轴为不同轴连接。

可选的，所述第五动作轴，和/或，所述第六动作轴上设有预备接口。

可选的，所述第一动作轴、第二动作轴、第三动作轴以及第六动作轴上的电机输出轴与传动件输入轴为同轴连接。

可选的，所述第一动作轴的传动件与外壳之间形成用于走线的环形腔体结构；在所述环形腔体中，预备线与下位电机的信号线和供电线沿环形腔体回转布置为U形结构；

所述第二动作轴上设有用于走线的中空结构，所述第一动作轴和第三动作轴上设有用于走线的圆形通孔。

可选的，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴之间的不同轴连接方式包括：带传动、链传动、齿轮传动中的一种或多种的组合。

可选的，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴之间的不同轴连接为同步带传动。

可选的，所述预备线包括信号线、网线、供电线、液压油管、气管中的一种或多种。

可选的，所述传动件的输出轴连接下位动作轴；不同轴连接的所述传动件的输出轴为中空圆管结构。

可选的，所述预备线、信号线和供电线的外表面包覆有波纹管。

由以上技术方案可知，本申请提供一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机；其中，在至少一对相邻的动作轴之间，电机的输出轴与传动件的输入轴为不同轴连接；传动件上设有用于走线的中空结构；至少一个动作轴上设有预备接口；预备接口连接预备线，预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过传动件中空结构的内腔。本申请提供的工业机器人可以利用传动件的中空结从内部进行走线，结合电机与传动件之间的不同轴连接，使信号线和供电线不会影响电机和传动件的动作。并且可以在动作中上预置多种预备线，使工业机器人末端的灵巧手能够通过预备线直接进行控制，无需额外走线和重新穿线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种内部走线的工业机器人结构示意图；

图2为本申请一种内部走线的工业机器人俯视结构示意图；

图3为本申请第四动作轴和第五动作轴的剖视结构示意图；

图4为本申请一种内部走线的工业机器人一个视角的立体结构示意图；

图5为本申请第一动作轴、第二动作轴和第三动作轴的剖视结构示意图；

图6为本申请第一动作轴、第二动作轴和第三动作轴的立体结构示意图；

图7为本申请第一动作轴、第二动作轴和第三动作轴走线示意图；

图示说明：

其中，0-固定基座；1-第一动作轴；2-第二动作轴；3-第三动作轴；4-第四动作轴；41-第四轴电机；42-第四轴传动件；5-第五动作轴；6-第六动作轴；7-预备接口。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请一种内部走线的工业机器人结构示意图。由图1可知，本申请提供的本申请提供一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机。具体地，多个动作轴分别为从底端至末端顺次连接的第一动作轴1、第二动作轴2、第三动作轴3、第四动作轴4、第五动作轴5和第六动作轴6。根据实际应用环境和机械臂的规格，各动作轴之间可以具有各自不同的形状。

在本申请提供的技术方案中，整个工业机器人的底端可以通过固定基座0固定在生产现场中。固定基座0可以为盘状结构，其具体的固定方式可以为螺栓固定或者焊接固定等。本申请中靠近固定基座0的动作轴称为上位轴，越远离固定基座0的动作轴称为下位轴。相应的，驱动上位轴的电机称为上位电机，驱动下位轴的电机称为下位电机。需要说明的是，本申请所述上位和下位的概念是相对的，例如第三动作轴3作为第一动作轴1和第二动作轴2的下位轴；同时，第三动作轴3也作为第四动作轴4、第五动作轴5和第六动作轴6的上位轴。并且，本申请所述上位和下位的概念仅仅为了便于描述，并不对本申请方案的保护范围造成限定。

为了实现机械臂在六个自由度上的动作，多个所述动作轴中，任意一对相邻的动作轴之间可转动地连接，并通过所述电机带动所述传动件驱动下位动作轴转动；所述电机的输出轴连接所述传动件的输入轴。例如，第一动作轴1可以相对于固定底座发生转动，第二动作轴2连接在第一动作轴1上，因此第二动作轴2具有以竖直方向(z轴)为轴进行转动的自由度。第二动作轴2可转动地连接第一动作轴1，因此第二动作轴2具有在竖直方向上转动的自由度，以及部分移动自由度。

依次类推，第三动作轴3可转动地连接第二动作轴2、第四动作轴4可转动地连接第三动作轴3、第五动作轴5可转动地连接第四动作轴4、第六动作轴6可转动地连接第五动作轴5，可以使第六动作轴6的末端具有在预定范围内，可以到达任意位置上的自由度，即第六动作轴6的末端具有全部六个自由度。

第六动作轴6的末端可以安装灵巧手，以实现对应的工作动作。本申请提供的技术方案中，所述灵巧手可以包括机械手、液压缸、电钻、焊枪、喷枪、水枪等操作设备，实际应用中可根据生成需要进行选择。

为了便于内部走线，本申请提供的技术方案中，在至少一对相邻的所述动作轴之间，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴为不同轴连接；所述传动件上设有用于走线的中空结构。本申请中，所述不同轴连接是指电机的输出轴与传动件的输入轴之间是不同轴的，即电机的输出轴与传动件的输入轴之间相互错位设置或者为轴线相交的位置关系。所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴之间的不同轴连接方式可以包括：带传动、链传动、齿轮传动中的一种或多种的组合。通过不同轴连接，可以使传动件中的中空结构不会被电机的输出轴所阻挡，从而便于进行走线。

具体地，如图2、图3所示，在本申请的部分实施例中，所述第四动作轴4和所述第五动作轴5上的电机输出轴与所述传动件输入轴为不同轴连接。以所述第四动作轴4上的不同轴连接方式为例，本实施例中，第五动作轴5转动连接在第四动作轴4上，第四动作轴4上可以设置有第四轴电机41和第四轴传动件42，其中，第四轴传动件42包括输入轴和输出轴，第四轴电机41的输出轴与第四轴传动件42的输入轴之间不同轴，即通过不同轴连接，具体连接方式可以为带传动、链传动、齿轮传动中的一种或多种的组合。

为了提高传输精度，所述第四轴电机41的输出轴与第四轴传动件42的输入轴之间的不同轴连接为同步带传动。即，第四轴电机41的输出轴上设有一个同步带轮，第四轴传动件42的输入轴上设有另一个同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带实现传动。同步带是在普通传动带的基础上，通过设置同步齿，使同步带上的同步齿与同步带轮上的轮齿啮合传动，在保证抗振动性的前提下，避免出现打滑和过大的运动间隙，能够提高传动精度。

需要说明的是，本申请中传动件可以将电机输出的转动扭矩传递给下位轴，使下位轴相对于相邻的上位轴发生转动。并且，传动件还可以将电机输出的转速按照特定比例转化成预定转速，因此，传动件内部还可以包括多个零件。例如，传动件可以为包括多个齿轮的齿轮组。

上述第四轴电机41在主控计算机的控制下，可以通过输出轴向外输出转速和扭矩，转速和扭矩通过同步带传递给第四轴传动件42的输入轴，经过第四轴传动件42中的内部传动，最终将转速和扭矩传递给第四轴传动件42的输出轴。由于第四轴传动件42的输出轴与第五动作轴5固定连接，因此在第四轴传动件42的输出轴转动时，可以带动第五动作轴5进行转动。

本实施例中，第四轴传动件42上可以设有中空结构，由于中空结构用于走线，因此中空结构的内腔要足够容纳下位电机的信号线和供电线。第四动作轴4的下位轴包括第五动作轴5和第六动作轴6，因此第四轴传动件42上中空结构内腔的走线包括第五动作轴5对应电机的信号线和供电线，以及第六动作轴6对应电机的信号线和供电线。进一步地，不同轴连接的所述传动件的输出轴为中空圆管结构，即在本实施例中，第四轴传动件42的输出轴为中空圆管结构。

实际应用中，如图3所示，图3中虚线部分代表走线路径。根据传动件的传动形式的不同，传动件的输出轴和输入轴可以同轴，也可以不同轴。当传动件的输出轴和输入轴不同轴时，可以将输出轴设置为中空结构，并在输出轴两端的外壳上设有走线通孔；而当传动件的输出轴和输入轴，如图3示出的第四轴传动件42，则第四轴传动件42的输入轴和输出轴都需要为圆管状结构。另外，为了便于进行走线，在本实施例中，第五动作轴5中也包含一部分中空结构，这部分中空结构与第四轴传动件42的中空结构连通，以便此段的信号线和供电线全部内置于动作轴中。

在本申请提供的技术方案中，装配在第六动作轴6上的灵巧手需要连接额外线材，以进行数据传输和控制动作。例如，灵巧手中包含转动电机，为控制转动电机工作，需要在转动电机上连接信号线和供电线；又例如，灵巧手中包含气动装置，为了驱动气动装置，需要在启动装置上连接气管。而在实际应用中，工业机器人的灵巧手经常需要更换，为了适应不同类型的灵巧手，在本申请提供的技术方案中，至少一个所述动作轴上设有预备接口7；所述预备接口连接预备线，所述预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过所述传动件中空结构的内腔。

实际应用时，预备线可以预先和电机的信号线等走线一起内置在动作轴中，其一端连接预备接口7，另一端沿工业机器人的走线延伸到固定基座处，并在固定基座处连接主控计算机。灵巧手在第六动作轴6的末端连接预备接口7，这样，主控计算机可以通过预备线传输控制信号，控制灵巧手的动作。

显然，根据灵巧手的类型不同，预备接口和预备线的类型也不同。例如，灵巧手为电机，则预备接口7为信号线接口和电源插口，相应预备线为信号线和供电线；又例如，灵巧手为气动装置，则预备接口7为气管连接阀，相应预备线为气管。为了适应更多类型的灵巧手，在本申请中，可以在动作轴中内置多种类型预备线，即，所述预备线包括信号线、网线、供电线、液压油管、气管中的一种或多种。

可见，在本申请中，通过在动作轴上设置预备接口，可以在工业机器人末端安装灵巧手后，灵巧手的控制线直接接入预备接口，并通过预备接口以及预备线连接到主控计算机，从而使灵巧手的走线也内置在动作轴中，无需在动作轴外部额外安排走线，避免外部走线影响机器人控制动作。也无需再从内部重新安排灵巧手的走线，减少灵巧手的布置工作，提高接线走线效率。

另外，根据灵巧手的类型不同，在实际应用中，还可以在固定基座的位置上额外设置其他驱动部件，例如，灵巧手内设有液压活塞缸，为了对其进行驱动，还需要额外设置液压泵和液压阀，而设置在固定基座的位置，可以便于对其监控维护。显然，预备线的数量也需要根据灵巧手的类型进行调整，例如，灵巧手内设有液压活塞缸，为了实现液压回路，预备线要至少包括两根液压油管，以形成循环。

需要说明的是，在本申请提供的技术方案中，由于灵巧手一般安装在工业机器人最下位的动作轴上，因此所述预备接口7可以设置靠近工业机器人末端的一个或两个动作轴上，即所述第五动作轴5，和/或，所述第六动作轴6上设有预备接口7。在第五动作轴5，和/或，所述第六动作轴6上设置预备接口7，可以使预备接口7的位置更接近灵巧手的安装位置，从而便于将灵巧手的驱动线安装在在预备接口7上。

针对上述工业机器人的动作轴，由于，所述第四动作轴4和所述第五动作轴5上的电机输出轴与所述传动件输入轴为不同轴连接。为了使实际传动动作更加精准，如图4所示，所述第一动作轴1、第二动作轴2以及第三动作轴3之间的电机输出轴与传动件输入轴为同轴连接。即第一动作轴1、第二动作轴2以及第三动作轴3之间可以采用电机与传动件采用直联结构。

具体地，如图5、图6所示，在第一动作轴1与第二动作轴2之间，电机的输出轴直接连接传动件的输入轴，两者保持同轴关系，一方面可以简化传动方式，减少运动间隙的形成；另一方面，还可以使动作轴保持为直筒轴或者支臂形结构，便于计算或检测下位动作轴的运动位置，以通过计算获得合理的动作轨迹。

进一步地，为了进行合理的走线，所述第一动作轴1的传动件与外壳之间形成用于走线的环形腔体结构；在所述环形腔体中，预备线与下位电机的信号线和供电线沿环形腔体回转布置为U形结构。实际应用中，传动件与外壳之间形成的环形腔体可以将走线与传动件之间相互隔离，使走线不会影响到传动件内部的动作。同时，环形腔体中回转布置的U形结构线材，可以在第一动作轴1转动的过程中卷曲或舒展，以适应第一动作轴1的动作。

另外，由于在第一动作轴1上的走线包括了所有下位动作轴的电机，即第二动作轴2、第三动作轴3、第四动作轴4、第五动作轴5和第六动作轴6上电机的信号线和供电线都需要通过第一动作轴1进行走线。第一动作轴1内走线的线数较多，整体轴线粗度较高，不便于进行大角度弯曲，因此，采用U形结构的线材姿态，还可以在满足动作变形量的前提下，将线材进行收拢，保持整体稳定性。

由于动作轴的内部走线可以使线材的主体部分安置在动作轴内部，提高整体美观度的前提下，还可以避免影响机械臂的动作。因此，为了使更多线材通过动作轴的内部进行走线，在本申请的部分实施例中，所述第二动作轴2上设有用于走线的中空结构，所述第一动作轴1和第三动作轴3上设有用于走线的圆形通孔。实际应用中，如图7所示，图7中虚线部分代表走线路径，下位电机的走线可以先通过第三动作轴3上的圆形通孔进行捆扎和收拢，再引导进入到第二动作轴2上的中空结构中，并穿过第二动作轴2上的中空结构，通过第一动作轴1上的圆形通孔进入到第一动作轴1中的环形腔体内，完成走线。

另外，为了对线材进行保护，尤其是位于第一动作轴1中的环形腔体内中的线材，为了提高活动性以及避免动作轴动作对线材的磨损，所述预备线、信号线和供电线的外表面包覆有波纹管。波纹管可以保持灵活变形，并对线材进行保护，延长线材乃至整个工业机器人的使用寿命。

由以上技术方案可知，本申请提供一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机；其中，在至少一对相邻的动作轴之间，电机的输出轴与传动件的输入轴为不同轴连接；传动件上设有用于走线的中空结构；至少一个动作轴上设有预备接口；预备接口连接预备线，预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过传动件中空结构的内腔。本申请提供的工业机器人可以利用传动件的中空结从内部进行走线，结合电机与传动件之间的不同轴连接，使信号线和供电线不会影响电机和传动件的动作。并且可以在动作中上预置多种预备线，使工业机器人末端的灵巧手能够通过预备线直接进行控制，无需额外走线和重新穿线。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种内部走线的工业机器人，包括多个动作轴、传动件以及驱动每个动作轴的电机；多个所述动作轴中，任意一对相邻的动作轴之间可转动地连接，并通过所述电机带动所述传动件驱动下位动作轴转动；所述电机的输出轴连接所述传动件的输入轴；其特征在于，在至少一对相邻的所述动作轴之间，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴为不同轴连接；所述传动件上设有用于走线的中空结构；至少一个所述动作轴上设有预备接口(7)；所述预备接口(7)连接预备线，所述预备线与下位电机的信号线和供电线共同穿过所述传动件中空结构的内腔。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，多个动作轴分别为从底端至末端顺次连接的第一动作轴(1)、第二动作轴(2)、第三动作轴(3)、第四动作轴(4)、第五动作轴(5)和第六动作轴(6)；其中，所述第四动作轴(4)和所述第五动作轴(6)上的电机输出轴与所述传动件输入轴为不同轴连接。

3.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述第五动作轴(5)，和/或，所述第六动作轴(6)上设有预备接口。

4.根据权利要求2所述的工业机器人，其特征在于，所述第一动作轴(1)、第二动作轴(2)、第三动作轴(3)以及第六动作轴(6)上的电机输出轴与传动件输入轴为同轴连接。

5.根据权利要求4所述的工业机器人，其特征在于，所述第一动作轴(1)的传动件与外壳之间形成用于走线的环形腔体结构；在所述环形腔体中，预备线与下位电机的信号线和供电线沿环形腔体回转布置为U形结构；

所述第二动作轴(2)上设有用于走线的中空结构，所述第一动作轴(1)和第三动作轴(3)上设有用于走线的圆形通孔。

6.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴之间的不同轴连接方式包括：带传动、链传动、齿轮传动中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求6所述的工业机器人，其特征在于，所述电机的输出轴与所述传动件的输入轴之间的不同轴连接为同步带传动。

8.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述预备线包括信号线、网线、供电线、液压油管、气管中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述传动件的输出轴连接下位动作轴；不同轴连接的所述传动件的输出轴为中空圆管结构。

10.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述预备线、信号线和供电线的外表面包覆有波纹管。