CN111526974B - 密封装置、工业机器人和方法 - Google Patents

Abstract

一种密封装置(48)，包括：密封元件(50)，被布置为密封近端构件(28、36)与远端构件(32、40)之间的间隙，该密封元件(50)包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料；以及加热元件(58、74、78)，被布置为将密封材料加热到至少70℃。还提供了一种工业机器人(10)，该工业机器人包括至少一个密封装置(48)和用于对密封元件(50)进行消毒的方法。

Description

密封装置、工业机器人和方法

技术领域

本公开总体涉及密封装置。特别地，提供了包括密封元件的密封装置、包括至少一个密封装置的工业机器人以及用于对密封元件进行消毒的方法。

背景技术

例如在处理食品或药品的加工环境中，需要保持一定的卫生水平。对于在这样的卫生环境中操作的设备(诸如工业机器人)，通常需要全面的清洁程序。典型的清洁程序包括高压清洗和使用强酸性和强碱性洗涤剂和消毒剂。然而，即使在彻底和系统的清洗之后，也存在致病微生物残存在部件之间的接口中的风险。

US 8740881 B2公开了一种用于外科手术机器人的无菌屏障，该无菌屏障包括具有两个相对的接头构件的至少一个接头、以及扭矩传感器，这两个相对的接头构件围绕共同的接头轴线相对于彼此旋转。该扭矩传感器包括：至少两个无菌屏障区段，每个区段具有端部区段，以用于密封附接到接头构件的相应接头端部区段；以及密封装置，用于产生至少两个无菌屏障区段的端部区段的无菌和密封的旋转连接。

DE 4134680 A1公开了一种密封单元，该密封单元具有带有加热系统的弹性密封体。弯曲成C形或O形的螺旋弹簧优选地用作加热器，其端部作为电连接。绝缘层被施加至弹簧，或者弹簧直接被封装在C形护套中。应用C形金属罩以提供外壳来完成密封体。

WO 8803548 A1公开了一种弹性密封条，该弹性密封条包括从其记忆形状变形的交联热塑性塑料元件，使得当将该弹性密封条安装到位时，可以通过将其加热到交联热塑性塑料材料的熔化间隔来使其趋向于其记忆形状。

发明内容

本公开的一个目标是提供具有改进的卫生状况的密封装置。

本公开的更具体的目标是提供密封装置，该密封装置有效地防止微生物在密封元件上和/或密封元件中生长。

本公开的另一目标是提供具有简单和/或廉价设计的密封装置。

本公开的又一目标是提供密封装置，该密封装置能够有效且持久地密封间隙，例如防止液体和其他物质通过间隙进入。

本公开的又一目标是提供解决上述目标中的多个或所有目标的密封装置。

本公开的又一目标是提供工业机器人，该工业机器人包括解决上述目标中的一个、多个或所有目标的密封装置。

本公开的又一目标是提供用于对密封元件进行消毒的方法，该方法解决了上述目标中的一个、多个或所有目标。

根据一个方面，提供了密封装置，该密封装置包括：密封元件，被布置为密封近端构件与远端构件之间的间隙，该密封元件包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料；以及加热元件，被布置为将密封材料加热到至少70℃。通过将密封材料加热到至少70℃，该密封装置提供了密封元件的增强的局部灭菌，并确保卫生密封。

在70℃以上，大多数有害细菌在相对较短的时间内被杀死。然而，加热元件可以被布置为将密封材料加热到至少80℃，诸如至少90℃，诸如至少100℃。根据本公开的密封装置可以称为自消毒密封。被配置为在至少100℃的温度下承受或抵抗热量的密封元件可以由在该温度下不产生或基本上不产生热裂纹的密封元件构成。当加热元件未被激活时，密封元件的操作温度可以低于100℃。

密封元件可以由动态密封元件构成，该动态密封元件被布置为密封相对于彼此可移动的近端构件和远端构件之间的间隙。密封元件可以被布置为密封围绕旋转轴线相对于彼此可旋转的近端构件和远端构件之间的间隙。备选地，密封元件可以被布置为密封近端构件和远端构件之间的间隙，近端构件和远端构件被布置为沿着平移轴线相对于彼此平移。

根据本公开的密封元件可以备选地用作固定密封。即，密封元件可以用于密封相对于彼此静止的近端构件和远端构件之间的间隙。在这种情况下，近端构件和远端构件可以相对于彼此固定地静止，但不需要在空间中静止。

加热元件可以关于旋转轴线径向地布置在密封元件的径向外表面内侧。如果近端构件和远端构件相对于彼此可旋转，则径向外表面(例如圆形表面)可以与近端构件的径向外表面和/或远端构件的径向外表面齐平或基本齐平。因此，可以在近端构件和远端构件之间提供具有光滑外部轮廓的接头。

加热元件可以至少部分地由密封元件封闭。例如，加热元件可以集成或嵌入在密封元件中。

根据近端构件和远端构件围绕旋转轴线相对于彼此可旋转的一个示例，密封元件包括相对于旋转轴线的径向外部区段、近端区段和远端区段。在这种情况下，加热元件可以布置在近端区段和远端区段之间的径向外部区段旁边。

根据近端构件和远端构件围绕旋转轴线相对于彼此可旋转的另一示例，密封元件包括相对于旋转轴线的径向外部区段、相对于旋转轴线的径向内部区段、近端区段和远端区段。在这种情况下，加热元件可以布置在径向外部区段和径向内部区段之间，以及近端区段和远端区段之间。此外，在本示例中，密封元件可以包括例如在近端区段中或在远端区段中的开口，以用于将加热元件电缆引导至加热元件。

根据近端构件和远端构件沿着平移轴线相对于彼此平移地可移动的一个示例，该密封元件包括相对于平移轴线的径向外部区段、相对于平移轴线的径向内部区段、以及远端区段。在这种情况下，加热元件可以布置在远端区段的旁边(即径向内侧)、以及径向外部区段和径向内部区段之间。

根据近端构件和远端构件沿着平移轴线相对于彼此平移地可移动的另一示例，该密封元件包括相对于平移轴线的径向外部区段、相对于平移轴线的径向内部区段、近端区段和远端区段。在这种情况下，加热元件可以被布置在径向外部区段和径向内部区段之间，以及近端区段和远端区段之间。此外，在本示例中，密封元件可以包括例如在近端区段或远端区段中的开口，以用于将加热元件电缆引导至加热元件。

备选地，加热元件可以布置为与密封元件相邻。因此，加热元件可以布置在密封元件的外侧，例如，密封元件的、关于远端构件相对于近端构件的旋转轴线的近端、远端或径向内侧，或者密封元件的、关于远端构件相对于近端构件的平移轴线的近端、远端、径向内侧或径向外侧，但仍然足够靠近加热元件，以便将其加热到至少70℃。

加热元件可以由电加热元件构成。因此，加热元件可以被布置为借助于欧姆加热来加热密封材料。

备选地，加热元件可以由紫外线光源构成。根据一个变型，根据本公开，密封装置包括电加热元件和紫外线光源两者。

密封元件的温度可以通过监测经过电加热元件或到达紫外线光源的电流来容易地测量。通过提供不同的电流控制，密封装置的消毒功能也可以容易地改变。密封装置的消毒功能也可以通过监测所施加的电流来容易地控制。对于这种控制，还可以考虑由于近端构件和远端构件的相对移动而引起的密封元件的摩擦加热。

密封材料可以包括聚合物材料或可以由聚合物材料构成。合适的聚合物材料例如包括聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯和人造橡胶。PTFE的最大操作温度超过200℃，远远高于大多数病原微生物的致死温度。根据本公开的密封元件可以是圆形的，或者基本上是圆形的。

根据另一方面，提供了工业机器人，该工业机器人包括至少一个根据本公开的密封装置。该工业机器人可以是各种类型的。根据本公开的工业机器人的示例包括具有至少三个自由度(诸如六个或七个自由度)的机械手的机器人、并行机器人(诸如ABB的

)和协作双臂机器人(诸如ABB的/>

)。

至少一个密封装置的密封元件可以被布置为密封工业机器人的至少一个接头。接头可以被视为允许旋转或平移运动的机械手的一部分。每个接头提供了单个的自由度。

工业机器人可以包括多个根据本公开的密封装置，以用于密封工业机器人的多个接头。工业机器人中的其他间隙(诸如静止近端构件和静止远端构件之间的间隙)也可以由密封元件(即静止密封元件)密封。工业机器人可以借助于根据本公开的一个或多个密封元件进行气密密封。

工业机器人可以包括：近端构件；远端构件；被配置为激励远端构件相对于近端构件的移动的驱动机构；以及被配置为向驱动机构供电的电源总线，该电源总线被引导通过近端构件的内部；其中加热元件经由电源总线供电。至少近端构件可以在其中被限定通道，以允许电源总线和可选的其他电缆和导管通过。工业机器人的近端构件和远端构件中的每个构件可以包括圆形的外部轮廓。

加热元件可以由紫外线光源构成，并且紫外线光源可以(即直接地或间接地)相对于近端构件或(即直接地或间接地)相对于远端构件固定连接。例如，紫外线光源可以固定地连接到近端构件的外部或远端构件的外部。紫外线光源可以可拆卸地连接到近端构件或远端构件，例如通过磁性连接。

根据另一方面，提供了用于对密封元件进行消毒的方法，该方法包括：提供密封元件，该密封元件被布置为密封近端构件和远端构件之间的间隙，该密封元件包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料；以及将密封材料加热到至少70℃。根据本公开，该方法可以利用任何类型的密封装置执行。该方法还可以包括：将加热元件布置为至少部分地被密封元件封闭；并且其中借助于加热元件执行将密封材料加热到至少70℃。

贯穿本公开，近端构件和远端构件可以分别等效地称为第一构件和第二构件。相应地，贯穿本公开，近端方向和近端方向可以分别等效地称为第一方向和第二方向。

附图说明

通过结合附图的以下实施例，本公开的其他细节、优点和方面将变得明显，其中：

图1：示意性地表示包括两个密封装置的工业机器人的侧视图；

图2：示意性地表示图1中的工业机器人的接头和密封装置的一个示例的部分横截面视图；

图3：示意性地表示接头和密封装置的备选示例的部分横截面视图；

图4：示意性地表示接头和密封装置的另一备选示例的部分横截面视图；和

图5：示意性地表示图1中的工业机器人的另一接头和密封装置的一个示例的部分横截面视图。

具体实施方式

在下文中，将描述包括密封元件的密封装置、包括至少一个密封装置的工业机器人以及用于对密封元件进行消毒的方法。相同的参考标号将用于表示相同或相似的结构特征。

图1示意性地示出了工业机器人10的侧视图。工业机器人10以七轴线工业机器人为例，但本公开不限于此类型的机器人。

工业机器人10包括基座构件12、工具14、控制系统16(诸如机器人控制器)以及电源总线18。本示例的工业机器人10还包括：第一链接构件20，位于基座构件12的远端，并且在第一接头22处相对于基座构件12可旋转；第二链接构件24，位于第一链接构件20的远端，并且在第二接头26处相对于第一链接构件20可旋转；第三链接构件28，位于第二链接构件24的远端，并且在第三接头30处相对于第二链接构件24可旋转；第四链接构件32，位于第三链接构件28的远端，并且在第四接头34处相对于第三链接构件28可旋转；第五链接构件36，位于第四链接构件32的远端，并且在第五接头38处相对于第四链接构件32可旋转；第六链接构件40，位于第五链接构件36的远端，并且在第六接头42处相对于第五链接构件36能够平移地移动；以及第七链接构件44，位于第六链接构件40的远端，并且在第七接头46处相对于第六链接构件40可旋转。第七链接构件44包括工具14所附接的接口(未示出)。

工业机器人10还包括至少一个密封装置48，该密封装置48包括根据本公开的密封元件50。在图1中，在第三链接构件28与第四链接构件32之间的第四接头34处指示一个密封装置48，并且在第五链接构件36与第六链接构件40之间的第六接头42处指示一个密封装置48。然而，根据本公开的密封装置48可以被提供用于仅一个接头、一个或多个附加接头或所有接头。

图2示意性地示出了图1中的工业机器人10的第四接头34和密封装置48的一个示例的部分横截面视图。在图2的示例中，第三链接构件28构成根据本公开的近端构件，因为该第三链接构件28布置在第四链接构件32的近端；并且第四链接构件32构成根据本公开的远端构件，因为第四链接构件32布置在第三链接构件28的远端。

远端构件32相对于近端构件28可移动。在图2的示例中，远端构件32可以围绕旋转轴线54在旋转方向52上相对于近端构件28旋转。

图2进一步示出了工业机器人10包括驱动机构56。驱动机构56被配置为激励远端构件32相对于近端构件28的旋转。驱动机构56可以包括齿轮箱或者可以由齿轮箱构成。

图2中的密封装置48的密封元件50被配置为密封近端构件28与远端构件32之间的间隙。由于密封元件50被配置为密封两个相对可移动部件之间的间隙，因此密封元件50构成动态密封。根据本公开的密封装置48也可用于静态密封，即相对于彼此静止的两个部件之间的密封。

图2中的密封元件50包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料，诸如PTFE材料。因此，密封材料可以承受至少100℃的温度而不发生故障。

图2中的密封装置48还包括电加热元件58，电加热元件58在这里由用于欧姆加热的电线构成。加热元件58被布置为将密封元件50的密封材料加热到至少70℃(诸如至少90℃)，以便对密封元件50进行消毒。

近端构件28包括圆形外表面60，并且远端构件32包括圆形外表面62。本示例的密封元件50由圆环构成，并且包括与近端构件28的外表面60和远端构件32的外表面62基本齐平的外表面64。

密封元件50包括关于旋转轴线54的径向外部区段66。加热元件58径向地布置在密封元件50的径向外部区段66内侧。密封元件50还包括近端区段68和远端区段70。因此，本示例的密封元件50具有一般的U形横截面轮廓。加热元件58被布置在密封元件50的近端区段68与远端区段70之间。因此，加热元件58被集成在密封元件50中。

密封元件50可以被固定至远端构件32，并且可以在近端区段68与近端构件28之间建立滑动接口。然而，密封元件50可以备选地被布置为关于近端构件28固定。

本示例的密封元件50径向向内打开，并且用于向加热元件58提供电流的加热元件电缆72被引导通过开口去往加热元件58。加热元件电缆72经由引导通过近端构件28的内部的电源总线18而被提供有电流。

图3示意性地示出了第四接头34和密封装置48的备选示例的部分横截面视图。将主要描述相对于图2的区别。

图3中的密封装置48包括与密封元件50相邻布置的加热元件74。此外，在本示例中，加热元件74由电加热元件74构成。加热元件74被布置在远端构件32中的环形槽76中，并提供欧姆加热。在图3中，密封元件50提供有与图2相同的U形横截面轮廓。然而，根据图3中的示例的密封元件50可以备选地具有矩形横截面轮廓。换言之，可以省略密封元件50的径向向内面向的开口。

图4示意性地表示第四接头34和密封装置48的另一备选示例的部分横截面视图。将主要描述相对于图2和图3的区别。

密封装置48包括被布置为将密封材料加热到至少70℃(诸如至少90℃)的加热元件78。在图4的示例中，加热元件78由紫外线光源78构成。紫外线光源78被布置为在密封元件50上发光，使得密封元件50的密封材料被加热到至少70℃。

在图4中，紫外线光源78连接到臂部80，臂部80转而固定地连接到远端构件32。通过围绕旋转轴线54旋转远端构件32，密封元件50可以围绕其整个圆周用紫外线“扫描”，直到密封材料达到至少70℃的温度。

本示例中的紫外线光源78通过磁性连接可拆卸地附接到臂部80。然而，紫外线光源78备选地可以通过磁性连接可拆卸地附接到远端构件32的外表面62。作为另一备选，紫外线光源78可以永久地连接或可拆卸地连接到近端构件28或远端构件32的外部或内部。紫外线光源78可以由内部电池(未示出)或经由电源总线18供电。

如图4所示，密封装置48还包括根据图2的电加热元件58。然而，在图4的示例中可以省略电加热元件58。因此，密封元件50的密封材料可以仅借助于紫外线光源78加热到至少70℃。

图5示意性地表示图1中的工业机器人10的第六接头42和密封装置48的一个示例的部分横截面视图。在图5中，密封装置48与图2的类型相同，即密封装置48包括密封元件50和集成在密封元件50中的电加热元件58。

根据本公开，第五链接构件36构成近端构件，因为第五链接构件36布置在第六链接构件40的近端，并且根据本公开，第六链接构件40构成远端构件，因为第六链接构件40布置在第五链接构件36的远端。远端构件40相对于近端构件36可移动。更具体地，远端构件40可以沿着平移轴线84在平移方向82上相对于近端构件36平移。

密封元件50包括径向外部区段66和径向内部区段86，并且加热元件58被布置在径向外部区段66与径向内部区段86之间。密封元件50可以固定至近端构件36，并且可以在径向内部区段86与远端构件40的外表面62之间建立滑动接口。然而，密封元件50可以备选地关于远端构件40固定布置。

密封元件50借助于远端区段70在远端方向上闭合。密封元件50包括近端开口，加热元件电缆72通过该近端开口从电源总线18引导到加热元件58。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于上面描述的内容。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要改变。因此，本发明可以仅受限于所附权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种工业机器人(10)，包括至少一个密封装置(48)，其中所述密封装置(48)包括：

-密封元件(50)，被布置为密封近端构件(28、36)与远端构件(32、40)之间的间隙，所述密封元件(50)具有与所述近端构件(28、36)的外表面和所述远端构件(32、40)的外表面齐平的外表面，所述密封元件(50)包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料；以及

-加热元件(58、74、78)，被布置为将所述密封材料加热到至少70℃。

2.根据权利要求1所述的工业机器人(10)，其中所述密封元件(50)由动态密封元件(50)构成，所述动态密封元件被布置为密封近端构件(28、36)与远端构件(32、40)之间的间隙，所述近端构件(28、36)和所述远端构件(32、40)相对于彼此可移动。

3.根据权利要求2所述的工业机器人(10)，其中所述密封元件(50)被布置为密封近端构件(28)与远端构件(32)之间的间隙，所述近端构件(28)和所述远端构件(32)围绕旋转轴线(54)相对于彼此可旋转。

4.根据权利要求3所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件(58)相对于所述旋转轴线(54)径向地被布置在所述密封元件(50)的径向外表面(64)内侧。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件至少部分地由所述密封元件(50)封闭。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件(74)被布置为与所述密封元件(50)相邻。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件(58、74、78)由电加热元件(58、74)构成。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件(58、74、78)由紫外线光源(78)构成。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述密封材料包括聚合物材料、或由聚合物材料构成。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述至少一个密封装置(48)的所述密封元件(50)被布置为密封所述工业机器人(10)的至少一个接头(34、42)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的工业机器人(10)，其中所述工业机器人(10)包括：

-近端构件(28、36)；

-远端构件(32、40)；

-驱动机构(56)，被配置为激励所述远端构件(32、40)相对于所述近端构件(28、36)的移动；以及

-电源总线(18)，被配置为向所述驱动机构(56)供电，所述电源总线(18)被引导通过所述近端构件(28、36)的内部；

其中所述加热元件(58、74、78)经由所述电源总线(18)供电。

12.根据权利要求11所述的工业机器人(10)，其中所述加热元件(58、74、78)由紫外线光源(78)构成，并且其中所述紫外线光源(78)相对于所述近端构件(28、36)或相对于所述远端构件(32、40)固定连接。

13.一种用于对工业机器人(10)的密封元件(50)进行消毒的方法，所述方法包括：

-提供工业机器人(10)；

-提供密封元件(50)，所述密封元件被布置为密封所述工业机器人(10)的近端构件(28、36)与远端构件(32、40)之间的间隙，所述密封元件(50)具有与所述近端构件(28、36)的外表面和所述远端构件(32、40)的外表面齐平的外表面，所述密封元件(50)包括被配置为承受至少100℃的温度的密封材料；以及

-将所述密封材料加热到至少70℃。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括：将加热元件(58)布置为至少部分地被所述密封元件(50)封闭；并且其中将所述密封材料加热到至少70℃借助于所述加热元件(58)而被执行。

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