CN112334285B - 紧固装置和具有这种紧固装置的机器人臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管线引导装置(4)的紧固装置(7)，该管线引导装置具有容纳空间(5)，在该容纳空间中容置有沿引出方向(A)可引出的管线段(6.1)，紧固装置用于将管线引导装置(4)安装在具有多个节肢(2)和使节肢(2)相对于彼此调节的关节(3)的机器人臂(1)上。紧固装置(7)的关节被构造为，使第二连接体(10)相对于第一连接体(8)在两个不同的、分别垂直于引出方向(A)定向的转动自由度(D1，D2)上可移动地安装。本发明还涉及一种具有该紧固装置(7)的机器人臂(1)。

Description

紧固装置和具有这种紧固装置的机器人臂

技术领域

本发明涉及一种用于管线引导装置的紧固装置，以将管线引导装置安装在具有多个节肢和使节肢彼此相对调节的关节的机器人臂上，该管线引导装置具有容纳空间，在该容纳空间中容置有沿拉出方向可拉出的管线段。本发明还涉及一种具有这种紧固装置的机器人臂。

背景技术

由专利文献DE102015210570A1中已知一种管线引导装置。在其中的一种实施方式中，管线引导装置的壳体能够围绕唯一的转动轴自由地往复枢转，以便形成调节装置。在这种情况下，紧固装置是由转动关节的基部形成的，该转动关节使壳体可往复枢转地安装在机器人臂上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机器人臂上的管线引导装置的紧固装置，以及提供一种对应的具有这种管线引导装置的机器人臂，从而更好地安装管线引导装置以进一步减小管线引导装置的磨损。

本发明的目的通过一种用于管线引导装置的紧固装置来实现，以将管线引导装置安装在具有多个节肢和使节肢彼此相对调节的关节的机器人臂上，该管线引导装置具有容纳空间，在该容纳空间中容置有沿引出方向可引出的管线段，该紧固装置包括：

-第一连接体，其被构造为，将紧固装置的第一连接体与管线引导装置刚性地连接，

-第二连接体，其被构造为，将紧固装置的第二连接体与机器人臂的节肢刚性地连接，和

-关节，其被构造为，使第二连接体在两个不同的、分别垂直于引出方向定向的转动自由度上相对于第一连接体可移动地安装。

管线引导装置用于实现长度补偿，从而使供应管线能够在机器人臂运动期间尽可能轮廓紧密地(konturnah)沿着机器人臂的节肢和关节被引导。为此，管线引导装置通常具有容纳空间，其中储存有供应管线的一管线段，以便根据机器人臂的运动并因此根据供应管线的特别是安装在机器人臂的法兰上的自由端部分的运动，使储存在管线引导装置的容纳空间中的管线段被引出或引入。为此，供应管线可以被弹簧预紧地安装在管线引导装置的容纳空间中。

供应管线特别是应理解为能量管线和/或能量供给，其可以包括用于法兰连接在机器人臂上的工具的管线，例如电力管线、冷水和/或热水管线、流体和/或压力管线。这样的供应管线、特别是能量管线和/或能量供给可以被组合成单股或线缆束的形式，并且特别是被一个或多个柔性的保护软管(例如波纹软管)包裹。

由于机器人臂的法兰在机器人臂运动期间有很大的运动自由度，并且这样的运动可能有很高的动力，因此所述可引出的管线段承受着很高的机械负荷。特别是在管线段离开管线引导装置的容纳空间的区域中，当管线引导装置和特别是其容纳空间被刚性地紧固在机器人臂上时，管线段有时会沿着出口的边缘拖动，即使是在大弯曲角度的情况下也是如此。

利用根据本发明的紧固装置，可以使整个管线引导装置一定程度地跟随管线段的引出运动，从而避免了大的弯曲角度。由于根据本发明的紧固装置，使得管线引导装置并因此使得容纳空间能够跟随管线段的运动，因为管线引导装置会由于管线段上的拉力而自动地沿牵拉方向取向并由此减小了弯曲角度。通过将紧固装置的关节构造为，使得第二连接体在两个不同的、分别垂直于引出方向定向的转动自由度上相对于第一连接体可移动地安装，管线引导装置可以特别良好地跟随所引出的管线段。这减小了管线段在管线引导装置的出口区域中的弯曲角度，并因此有助于减少对供应管线的磨损和提高整个管线引导装置的使用寿命。

第一连接体和第二连接体可以例如由塑料、特别是由高强度塑料制成。第一连接体和第二连接体可以例如由玻璃纤维增强的聚酰胺(PA-GF)制成。

如果第二连接体与机器人臂的节肢刚性地连接，这可能意味着第二连接体被直接紧固在机器人臂的节肢上。如果第二连接体与机器人臂的节肢刚性地连接，这还可能意味着第二连接体是通过另一连接件、另一中间件或承载板间接地与节肢连接。该连接必要时也可以具有一定的弹性。重要的是通过第二连接体使得紧固装置并因此使得管线引导装置相对于所期望的机器人臂的节肢被固定，以便管线引导装置是由该相关的节肢承载并相应地随其运动，而不会失去其确保管线引导装置的功能的布置。

能够实现垂直于引出方向定向的转动自由度并可移动地安装管线引导装置的安装特别可以是这样的：通过该安装，管线引导装置能够相对于机器人臂的基础位置(在该基础位置上机器人臂的悬臂是水平地定向)围绕竖直的转动轴枢转并围绕水平的转动轴倾斜。

例如，在具有三个彼此正交定向的轴的笛卡尔坐标系的基础上，三个转动轴可以对应于笛卡尔坐标系的轴，其中一个轴沿管线段的引出方向定向，并且紧固装置的关节的两个转动自由度由笛卡尔坐标系的其余两个轴形成。这两个转动自由度在下文中也被称为具有枢转角度的枢转轴和具有倾斜角度的倾斜轴。

在第一种实施方式中，第一连接体可以具有球形推力轴承，并且第二连接体为了形成紧固装置的球形关节而在此具有与第一连接体的球形推力轴承共同作用的球形部分。

在替代的第二实施方式中，第二连接体可以具有球形推力轴承，并且第一连接体为了形成紧固装置的球形关节而在此具有与第二连接体的球形推力轴承共同作用的球形部分。

在这两种实施方式中，所述球形推力轴承可以具有内壁，该内壁配置有滑槽式引导部；所述球形部分在此可以具有外壁，该外壁配置有接合到滑槽式引导部中的配对引导部，在此将滑槽式引导部和配对引导部构造为，限制球形关节的枢转角度或倾斜角度。

一连接体的球形推力轴承与另一连接体的球形部分共同作用地形成球形关节。但是，球形关节通常具有三个转动自由度。然而在根据本发明的紧固装置中，一个转动自由度被在球形推力轴承上的或在球形部分上的两个相对置的支承面所阻挡，这些支承面分别位于各个连接体的两个子配合面之间，即，通过球形推力轴承或球形部分的该对置的支承面实现铰接式地阻挡第三转动自由度。剩余的两个转动自由度优选地在其最大转动范围内，即在最大枢转角度和最大倾斜角度内，受到限制。

球形推力轴承的滑槽式引导部可以由槽形的凹部构成，该凹部呈弧形地在球形推力轴承的内壁中延伸，并且球形部分的配对引导部在此由一槽形凸起构成，该槽形凸起呈弧形地在球形部分的外壁上延伸。

球形推力轴承的槽形凹部与球形部分的槽形凸起共同作用，形成球形关节沿转动方向的转动自由度，在此，球形关节的与其正交的第二转动自由度只能在有限的范围内使用。在该第二转动自由度中的运动性或者说对运动性的限制是由在球形部分的槽形凸起与球形推力轴承的槽形凹部之间所保留的间隙来确定的。该间隙是由槽形凸起和槽形凹部的不同宽度引起的，在此，槽形凸起的宽度相应地小于槽形凹部的宽度。在一种替代的实施方式中，可以在运动学上反转地将槽形凹部设置在球形部分上，而将槽形凸起设置在球形推力轴承上。

因此，通过滑槽式引导部和配对引导部的相对置的侧壁，可以设定对滑槽式引导部相对于配对引导部的枢转角度或倾斜角度的限制，其中，接合到滑槽式引导部中的配对引导部的宽度小于滑槽式引导部的宽度，该配对引导部的宽度决定了枢转角度或倾斜角度。

滑槽式引导部相对于配对引导部的枢转角度或倾斜角度的限制可以特别是设置为最大30度的角度，特别是最大25度或最大15度。

第一连接体可以具有面向第二连接体的第一配合面，并且第二连接体在此可以具有面向第一连接体的第二配合面，其中，第一连接体的第一配合面具有两个彼此成一角度安放的第一子配合面，和/或第二连接体的第二配合面具有两个彼此成一角度安放的第二子配合面，由此，彼此相对倾斜的第一配合面和第二配合面确定了两个转动自由度中的其中一个。

第一连接体的第一子配合面因此形成第一连接体的上侧的屋顶状的脊。第二连接体的第二子配合面因此形成第二连接体的下侧的相应的屋顶状的脊。第一连接体的上侧的脊沿特别是通过支承面展平。在组装时，第二连接体的脊沿以线接触的方式立起在第一连接体的支承面上，从而形成倾斜铰链式的连接。就此来说，相应的屋顶状的脊形成了第一连接体的上侧或第二连接体的下侧的棱角形的展平部。

对相对于彼此倾斜的第一配合面和第二配合面的枢转角度或倾斜角度的限制可以通过第一连接体的第一子配合面的安放角和/或通过第二连接体的第二子配合面的安放角来确定，其中，相对于彼此倾斜的第一连接体和第二连接体确定了最大枢转角度或最大倾斜角度。

特别是可以将相对于彼此倾斜的第一配合面和第二配合面的枢转角度或倾斜角度的限制设置为最大30度的角度，特别是最大25度或最大15度。

第一连接体可以通过贯穿第一连接体和第二连接体的螺栓与第二连接体铰接地连接，并通过与螺栓共同作用的螺母来固定以防止脱落。

该螺栓将第一连接体和第二连接体保持在一起，使得即使在一连接体的相应球形推力轴承和另一连接体的相应球形部分在小于半球形的形状上延伸并因此不能形状配合地共同作用时，也能够形成连接的球形关节。

螺母可以具有面向具有球形部分的连接体的球形配合面。

就此而言，螺母的球形配合面允许具有球形部分的连接体相对于螺母下方的另一连接体移动。

本发明的目的还通过一种机器人臂来实现，该机器人臂具有多个节肢和相对于彼此调节节肢的关节以及管线引导装置，该管线引导装置具有容纳空间，在该容纳空间中容置有沿引出方向可引出的能量供给管线的一管线段，用于沿着机器人臂的多个节肢引导能量供给管线，其中，机器人臂具有紧固装置，正如前述实施方式中的一个或多个所述，该紧固装置将管线引导装置、特别是管线引导装置的壳体在两个不同的、分别垂直于能量供给管线的管线段的引出方向定向的转动自由度上可移动地安装在机器人臂的节肢上。

紧固装置可以直接安装在机器人臂的节肢上。

替代地，紧固装置可以被安装在紧固于机器人臂的节肢上的承载板上。

附图说明

下面将参照附图更详细地阐述根据本发明的具体实施例。这些示例性实施例的具体特征可以根据需要被单独地或组合地考虑以代表本发明的一般性特征，而与其具体在本文中哪里被提到无关。其中：

图1为具有管线引导装置的示例性机器人臂的侧视图，该管线引导装置通过根据本发明的紧固装置来安装；

图2为根据图1的具有管线引导装置的机器人臂的俯视图；

图3为根据本发明的紧固装置的分解图；

图4为在基础位置安装的根据图3的紧固装置的透视图；和

图5为在以两个转动自由度调节的偏转位置安装的、根据图3和图4的紧固装置的透视图。

具体实施方式

在图1和图2的实施例中，机器人臂1具有多个节肢2和使节肢2彼此相对调节的关节3。每个关节3由机器人臂1的马达M驱动。可以设置未被详细示出的机器人控制器，其操控马达M，以便通过自动调节关节3来移动机器人臂1的节肢2。在本实施例的情况下，机器人臂1的所有关节3均被构造为转动关节。每个转动关节可以围绕一转动轴转动。机器人臂1承载一管线引导装置4，该管线引导装置具有容纳空间5，在该容纳空间中容置有沿引出方向A可引出的能量供给管线6的一管线段6.1。能量供给管线6具有管线端部6.2，该管线端部在本实施例的情况下相对于工具法兰2.1被固定，该工具法兰构成机器人臂1的节肢2之一。

机器人臂1包括根据本发明的紧固装置7，该紧固装置将管线引导装置4与机器人臂1铰接地连接。在此将该紧固装置7构造为，使管线引导装置4在两个不同的、分别垂直于引出方向A定向的转动自由度D1和D2上可移动地安装。第一转动自由度D1能够使管线引导装置4围绕竖直轴V枢转(图1)。第二转动自由度D2能够使管线引导装置4围绕位于水平面中的倾斜轴H倾斜(图2)。

在图3至图5中单独了示出紧固装置7的一种具体实施方式。紧固装置7具有第一连接体8，该第一连接体被构造为，将紧固装置7的第一连接体8与管线引导装置4刚性地连接。为此，第一连接体8具有至少一个、在本实施例的情况下为四个贯通开口9。未详细示出的螺栓例如以其螺栓头向上地插入到贯通开口9中，从而使得螺栓的螺纹部分可以直接拧紧在管线引导装置4或其壳体上，或者例如可以穿过壳体的壁插入并且在端侧以单独的螺母拧紧。为了抗扭地容纳螺栓头或容纳单独的螺母，贯通开口9可以具有例如六边形周向轮廓的端部区域，使得当螺母在端侧拧到螺栓上时，相应的螺栓头不随之转动，而是形状配合地保持在贯通开口9中，或者当螺栓转动时，插入的螺母不随之转动，而是形状配合地保持在贯通开口9中。

紧固装置7还具有第二连接体10，该第二连接体被构造为，将紧固装置7的第二连接体10与机器人臂1的节肢2之一刚性地连接。为此，第二连接体10具有至少一个、在本实施例的情况下为四个贯通开口11。未详细示出的螺栓可以例如以其螺栓头向上地插入到贯通开口11中，使得螺栓的螺纹部分或者可直接拧紧在机器人臂1的节肢2上的底座中，或者例如可以穿过承载板插入并且在端侧以单独的螺母拧紧。为了抗扭地容纳螺栓头或容纳单独的螺母，贯通开口11可以具有例如六边形周向轮廓的端部区域，使得当螺母在端侧拧到螺栓上时，相应的螺栓头不随之转动，而是形状配合地保持在贯通开口9中，或者当螺栓转动时，插入的螺母不随之转动，而是形状配合地保持在贯通开口11中。

根据本发明，紧固装置7具有关节12，该关节被构造为，将第二连接体10相对于第一连接体8在两个不同的、分别垂直于引出方向A定向的转动自由度D1和D2上可移动地安装。

在本实施例的情况下，第二连接体10具有球形推力轴承13，并且为了形成紧固装置7的球形关节，第一连接体8具有与第二连接体10的球形推力轴承13共同作用的球形部分14。

在此，球形推力轴承13具有内壁，该内壁配置有滑槽式引导部15；球形部分14具有外壁，该外壁配置有接合到滑槽式引导部15中的配对引导部16，在本实施例的情况下，滑槽式引导部15和配对引导部16被构造为限制球形关节的倾斜角度D2。

为此，在本实施例的情况下，球形推力轴承13的滑槽式引导部15由一槽形凹部构成，该凹部呈弧形地在球形推力轴承13的内壁中延伸，如图3至图5中所示；球形部分14的配对引导部16由一槽形凸起构成，该槽形凸起呈弧形地在球形部分14的外壁上延伸，如图3至图5中所示。

在本实施例的情况下，第一连接体8借助穿透第一连接体8和第二连接体10的螺栓18与第二连接体10铰接地连接，并且通过与螺栓18共同作用的螺母19来固定以防止脱落。

在本实施例的情况下，螺母19具有球形配合面20，该球形配合面面向具有球形部分14的第一连接体8。第一连接体8的背向球形部分14的后壁表面具有与螺母19的球形配合面20相对应的凹入球形壁的形状，从而一方面螺母19的球形配合面20能够被形状精确地放置于其中，另一方面第一连接体8的壁厚在凹入球形壁与球形部分14之间至少在很大程度上或者甚至恰好具有均匀的壁厚。

特别是如图4所示，对滑槽式引导部15相对于配对引导部16的枢转角度的限制是通过滑槽式引导部15和配对引导部16的相对置的侧壁17.1和17.2来确定。为此，接合到滑槽式引导部15中的配对引导部16具有一宽度b，该宽度确定了枢转角度S并且小于滑槽式引导部15的宽度B。

为了实现倾斜角度K，第一连接体8具有面向第二连接体10的第一配合面21，并且第二连接体10具有面向第一连接体8的第二配合面22，其中，第一连接体8的第一配合面21具有两个彼此成角度W1安放的第一子配合面21.1和21.2。第二连接体10的第二配合面22具有两个彼此成角度W2安放的第二子配合面22.1和22.2，使得相对于彼此倾斜的第一配合面21和第二配合面22形成用于倾斜的第二转动自由度D2。

据此，根据第一连接体8的第一子配合面21.1和21.2的安放角W1和第二连接体22的第二子配合面22.1和22.2的安放角W2，确定了对相对于彼此倾斜的第一配合面21和第二配合面2的倾斜角度K的限制，其中，相对于彼此倾斜的连接体8和10确定了最大的倾斜角度K。

在图3中示出了支承面23.1和23.2。在根据本发明的紧固装置7中，第三转动自由度通过支承面23.1和23.2被阻止。支承面23.1和23.2彼此相对地位于球形推力轴承13上，并且分别布置在第二连接体10的两个子配合面22.1与22.2(图4)之间。

图5示出了最后在两个转动自由度D1和D2上调节后的偏转位置上的紧固装置7，其具有相对于根据图3和图4的基础位置以最大的倾斜角度K倾斜并以最大的枢转角度S枢转的位置。

附图标记列表

1机器人臂

2节肢

3关节

4管线引导装置

5容纳空间

6能量供给管线

6.1管线段

6.2管线端部

7紧固装置

8连接体

9贯通开口

10连接体

11贯通开口

12关节

13球形推力轴承

14球形部分

15滑槽式引导部

16配对引导部

18螺栓

19螺母

20球形配合面

21第一配合面

22第二配合面

23.1支承面

23.2支承面。

Claims (14)

1.一种用于管线引导装置(4)的紧固装置，所述管线引导装置具有容纳空间(5)，在该容纳空间中容置有沿引出方向(A)可引出的管线段(6.1)，所述紧固装置用于将所述管线引导装置(4)安装在具有多个节肢(2)和使所述节肢(2)相对于彼此调节的关节(3)的机器人臂(1)上，所述紧固装置包括：

-第一连接体(8)，其被构造为，将所述紧固装置(7)的第一连接体(8)与所述管线引导装置(4)刚性地连接，

-第二连接体(10)，其被构造为，将所述紧固装置(7)的第二连接体(10)与所述机器人臂(1)的节肢(2)刚性地连接，和

-球形关节(12)，其被构造为，使所述第二连接体(10)相对于所述第一连接体(8)在两个不同的、分别垂直于引出方向(A)定向的转动自由度(D1，D2)上可移动地安装

其中，所述第一连接体(8)具有面向所述第二连接体(10)的第一配合面(21)，并且所述第二连接体(10)具有面向所述第一连接体(8)的第二配合面(22)，其中，所述第一连接体(8)的第一配合面(21)具有两个彼此成一角度放置的第一子配合面(21.1，21.2)，和/或所述第二连接体(10)的第二配合面(22)具有两个彼此成一角度放置的第二子配合面(22.1，22.2)，使得相对于彼此倾斜的所述第一配合面(21)和所述第二配合面(22)确定了所述两个转动自由度(D1，D2)中的一个。

2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述第一连接体(8)具有球形推力轴承(13)，并且所述第二连接体(10)为了形成所述紧固装置(7)的球形关节而具有与所述第一连接体(8)的球形推力轴承(13)共同作用的球形部分(14)。

3.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述第二连接体(10)具有球形推力轴承(13)，并且所述第一连接体(8)为了形成所述紧固装置(7)的球形关节而具有与所述第二连接体(10)的球形推力轴承(13)共同作用的球形部分(14)。

4.根据权利要求2或3所述的紧固装置，其特征在于，所述球形推力轴承(13)具有内壁，该内壁配置有滑槽式引导部(15)，并且所述球形部分(14)具有外壁，该外壁配置有接合到所述滑槽式引导部(15)中的配对引导部(16)，其中，所述滑槽式引导部(15)和所述配对引导部(16)被构造为，限制所述球形关节的枢转角度(S)或倾斜角度(K)。

5.根据权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，所述球形推力轴承(13)的滑槽式引导部(15)由槽形的凹部构成，该凹部成弧形地在所述球形推力轴承(13)的内壁中延伸，并且所述球形部分(14)的配对引导部(16)由槽形凸起构成，该槽形凸起成弧形地在所述球形部分(14)的外壁上延伸。

6.根据权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，通过所述滑槽式引导部(15)和所述配对引导部(16)的相对置的侧壁(17.1，17.2)，确定对所述滑槽式引导部(15)相对于所述配对引导部(16)的枢转角度(S)或倾斜角度(K)的限制，其中，接合到所述滑槽式引导部(15)中的配对引导部(16)具有一宽度(b)，该宽度确定了枢转角度(S)或倾斜角度(K)并且小于所述滑槽式引导部(15)的宽度(B)。

7.根据权利要求5所述的紧固装置，其特征在于，通过所述滑槽式引导部(15)和所述配对引导部(16)的相对置的侧壁(17.1，17.2)，确定对所述滑槽式引导部(15)相对于所述配对引导部(16)的枢转角度(S)或倾斜角度(K)的限制，其中，接合到所述滑槽式引导部(15)中的配对引导部(16)具有一宽度(b)，该宽度确定了枢转角度(S)或倾斜角度(K)并且小于所述滑槽式引导部(15)的宽度(B)。

8.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，通过所述第一连接体(8)的第一子配合面(21.1，21.2)的安放角(W1)和/或通过所述第二连接体(10)的第二子配合面(22.1，22.2)的安放角(W2)，来确定对相对于彼此倾斜的所述第一配合面(21)和所述第二配合面(22)的枢转角度(S)或倾斜角度(K)的限制，其中，相对于彼此倾斜的所述第一连接体(8)和所述第二连接体(10)确定了最大枢转角度(S)或最大倾斜角度(K)。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的紧固装置，其特征在于，所述第一连接体(8)通过贯穿所述第一连接体(8)和所述第二连接体(10)的螺栓(18)与所述第二连接体(10)铰接地连接，并且通过与所述螺栓(18)共同作用的螺母(19)来固定以防止脱落。

10.根据权利要求9所述的紧固装置，其特征在于，所述螺母(19)具有球形配合面(20)，该球形配合面面向具有所述球形部分(14)的连接体(8，10)。

11.一种机器人臂，具有多个节肢(2)和使所述节肢(2)相对于彼此调节的关节(3)，以及管线引导装置(4)，该管线引导装置具有容纳空间(5)，在该容纳空间中容置有沿引出方向(A)可引出的能量供给管线(6)的管线段(6.1)，所述管线引导装置用于沿着机器人臂(1)的多个节肢(2)引导所述能量供给管线(6)，其特征在于，所述机器人臂(1)具有根据权利要求1至10中任一项所述的紧固装置(7)，该紧固装置将所述管线引导装置(4)在两个不同的、分别垂直于所述能量供给管线(6)的管线段(6.1)的引出方向(A)定向的转动自由度(D1，D2)上可移动地安装在所述机器人臂(1)的节肢(2)上。

12.根据权利要求11所述的机器人臂，其特征在于，所述紧固装置(7)被直接安装在所述机器人臂(1)的节肢(2)上。

13.根据权利要求11所述的机器人臂，其特征在于，所述紧固装置(7)被安装在紧固于所述机器人臂(1)的节肢(2)上的承载板上。

14.根据权利要求11所述的机器人臂，其特征在于，所述紧固装置将所述管线引导装置(4)的壳体在两个不同的、分别垂直于所述能量供给管线(6)的管线段(6.1)的引出方向(A)定向的转动自由度(D1，D2)上可移动地安装在所述机器人臂(1)的节肢(2)上。