CN112533741A - 用于机械手的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于布置在机器人系统的机械手的两个轴件之间关节的驱动装置，其用于一个轴件相对于另一个轴件的旋转驱动，所述驱动装置具有驱动一个驱动轴(8)的马达(7)、被联接至这一个轴件且通过该驱动轴(8)被直接或间接转动的输出件(3,4)和印刷电路板(13)，该印刷电路板被导热连接至马达(7)的热沉(24)。

Description

用于机械手的驱动装置
本发明涉及用于机器人系统的机械手的两个轴件之间关节的驱动装置。
机器人系统或机械臂的机械手所用的驱动单元用于安置机械臂的轴件，该轴件通常是多轴设计的以相对于相邻轴件是可运动的且优选是可旋转的。在两个相邻轴件之间的最终活动性通过机械手的轴件数量导致机器人系统的相应的自由度。
在工业机器人的情况下使用驱动单元，该驱动单元允许轴件绕横向于其纵向延伸方向的轴线旋转。其它驱动装置被设计成允许绕轴件的纵轴线旋转。为此通常采用尺寸适当的马达，马达可以与相应的减速器合作。
在轻型机器人中，驱动装置被安装在轴件的独立壳体中，这是因为这种机器人的机械手的壳体基本上被设计成外骨骼状。
在从现有技术中已知的驱动装置中，通常在输出侧设置至少一个传感器装置用于检测输出件的位置、扭矩和/或转速，该输出件使一个轴件相对于另一轴件旋转。为了检测由马达驱动的驱动轴的驱动速度、驱动扭矩和/或位置，在马达侧或驱动侧还设有另一个传感器装置。
为了实现特别紧凑的设计，德国专利号102016004810号提出一种驱动装置，特别是用在轻型机器人中的驱动装置，在此，两个传感器装置都布置在单个印刷电路板上。
用于设于机器人系统的机械手的两个轴件之间的关节的用于将一个轴件相对于另一个轴件驱动旋转的驱动装置包括驱动一个驱动轴的马达和联接至这个轴件并通过驱动轴被间接或直接旋转的输出件，其中，设有印刷电路板(PCB)，在印刷电路板上布置有用于由驱动轴提供的驱动的传感器装置和用于由输出件提供的输出的传感器装置，其中，用于驱动的传感器装置和用于输出的传感器装置布置在印刷电路板的相对两侧上。
此外，设置有传感器轴，该输出件不可转动地联接至该传感器轴，该传感器轴穿过印刷电路板中的开口地延伸至印刷电路板的与马达相对的一侧，以及一个位置环或传感器环在印刷电路板上方设置在传感器轴的轴端面区域中，该传感器环与用于输出的传感器装置相互作用。传感器环可旋转地安装在支承座中并且以不可旋转的方式与传感器轴联接。
在如图1举例所示的现有技术的驱动装置的这样的实施例中，用于为了输出和驱动而控制驱动装置、用于传感器装置以及其它控制和功率部件的所有电子部件因此以密集布置方式设置在单个印刷电路板上。不言而喻的是，在电路板区域中的单独电子部件因此产生大量热，由此，这在机器人相当长时间连续工作的过程中尤其可引起注意。
原则上，须避免在印刷电路板区域内的过度产生热以便没有不必要地因故障和失效而损害电子部件的和进而机器人控制系统的功能可靠性。另外存在如下问题，伴随机械手的外骨骼状壳体结构，只能很差地或者至少没有足够迅速地从印刷电路板区域散热。基于流体的冷却装置因为机械手活动性而不适于此目的。
基于上述内容，本发明的目的是提供一种用于尤其但非排他地具有轻型结构的机器人系统的机械手的两个轴件之间关节的驱动装置，其消除从现有技术中知道的上述缺点，尤其是它开创如何能有效消散出现在电子部件区域内的热的可能性。
该目的通过根据权利要求1的驱动装置以及根据权利要求8的机器人来实现。
因此，本发明涉及一种用于布置在机器人系统的机械手的两个轴件之间关节的驱动装置，其用于一个轴件相对于另一个轴件的旋转驱动并具有驱动一个驱动轴的马达、被联接至这一个轴件且通过该驱动轴被直接或间接转动的输出件、其上布置有用于由驱动轴提供的驱动传感器装置、用于由输出件提供的输出的传感器装置和用于控制该驱动装置的控制电子装置的印刷电路板，其中，设有至少一个将印刷电路板以导热方式连接至马达壳体或壳体部段的热沉。
在本发明的一个优选实施例中，热沉相对于印刷电路板如此布置，它接触印刷电路板的与布置在印刷电路板上的自此产生待消散的热的控制电子装置的电子部件相对的位置。
为了避免损坏印刷电路板，至少一种例如由硅氧烷或其它合适的塑料制造的导热间隙填料设置在所述印刷电路板与热沉之间。
此外，为了在驱动装置组装期间不损坏印刷电路板或其表面或位于其上的电子部件而规定，导热间隙填料被如此容纳在热沉的凹部中，即，它在驱动装置装卸过程中无法滑脱。
在根据本发明的驱动装置的优选实施例中规定，该热沉与该马达的壳体或壳体部段一体形成，例如由同一金属体铣制。
相对于印刷电路板固定且精确定位热沉可以通过将印刷电路板螺纹紧固至马达壳体来获得。
为了保证自印刷电路板有效散热，热沉所具有的形状和设计与在接触印刷电路板的区域中的控制电子装置的电子部件的几何形状分布一致。换言之，在驱动装置径向上的热沉的轮廓或横截面按照发热的控制电子装置的布置。
为了允许更进一步的散热，也可以将热沉设置成与机械手的通常也由金属制造的臂件壳体导热连接，例如通过在径向上相应设计的导热支柱。
可被事先调整以适应印刷电路板的热状况和就形状、尺寸和材料而言所需要的电子部件几何形状布置的热沉的设置保证了在印刷电路板区域内产生的热可从中被消散，于是防止可能阻碍或甚至损害控制电子装置和传感器装置的功能可靠性的热积累。以最好是马达壳体的一体件形式实现热沉容许简单廉价的制造并且还允许简单组装。
因而，就此而言，本发明也涉及一种具有机械手的机器人，该机械手包括多个轴件，该轴件在布置于机械手轴件之间的至少一个关节内具有根据上述实施例的驱动装置。
其它的优点和特征来自对如附图所示的实施例的描述，其中：
图1示出根据现有技术的驱动装置的轴向纵截面图；
图2示出马达的壳体部段的立体图；
图3示出具有间隙填料的马达壳体部段的立体图；和
图4示出壳体部段与驱动装置的印刷电路板的组件的示意图。
为了理解起见，图1以沿旋转轴线即驱动装置的纵向延伸方向的横截面图示出示例性的现有技术的驱动装置，例如从德国专利号102016004810中知道的装置。
如可以看到地，该驱动装置基本上由旋转对称设计的零部件组成，由此实现模块化设计，其中几个模块在功能上相互作用并以轴向对准方式接合。每个模块都可单独互换并且可以借助适当设计和配置的联接技术相互联接。
图1所示的驱动装置主要由四个功能不同的驱动模块组成。
第一驱动模块M1包括容纳在壳体2中的齿轮单元1例如应变波齿轮。齿轮单元1的输出件通过输出轴3以不可旋转的方式、即传递扭矩方式被联接到第二驱动模块M2的壳体4。第二驱动模块M2用于输出并且为此以不可旋转的方式被联接至机械手或机器臂的轴件(未示出)，而第一驱动模块M1的壳体2被联接至机械手的另一个轴件(未示出)。第二驱动模块M2的壳体4通过径向轴承5可相对于第一驱动模块M1的壳体2旋转地安装。
与第二驱动模块M2的轴向对置地，第三驱动模块M3被附接到第一驱动模块M1，第三驱动模块M3具有壳体6，该壳体中布置有驱动一个马达或驱动轴8的马达7。
驱动轴8通过第一径向轴承9可旋转安装在齿轮单元1附近并通过第二径向轴承10可旋转安装在壳体6用盖11中，由此居中安装在驱动装置内。
具有用于传感器和控制电子装置的印刷电路板13或PCB的第四驱动模块M4经由连接件或间隔件12被附接到第三驱动模块M3的壳体6或与之相关的盖11。
马达7的呈空心轴状的驱动轴8穿过盖11地延伸到PCB13的面向盖11的一侧。
第二驱动模块M2的壳体4在其端面处通过法兰14被不可转动地螺纹拧紧到传感器轴16的法兰15上。
如可在图1中看到地，传感器轴16以一径向距离穿过输出轴3和马达7的驱动轴8，并且延伸穿过印刷电路板13中的开口到达印刷电路板13的与第三驱动模块M3相对的一侧。
驱动轴8的面向电路板13的轴向端面包括传感器环17，而被分配给传感器环17的传感器芯片18被布置在印刷电路板13上。传感器环17安装在限位环19上，使得传感器环17随驱动轴8旋转。
传感器轴16还在其轴向端面处具有传感器环20，该传感器环也被固定在相应的限位环21中，因此在印刷电路板13上在分配给传感器环20的传感器芯片22上方旋转。
为了准确同心地且平行于传感器芯片22地引导传感器轴16的传感器环20，在此现有技术中，径向滑动导向机构23被布置在印刷电路板13上，其被螺纹紧固至间隔件12。
为了准确同心地且平行于传感器芯片18地引导驱动轴8的传感器环17，第三驱动模块M3的第二径向轴承10被布置成尽量靠近印刷电路板13。
广义上，本发明涉及模块M3和M4及其连接的设计，因此原则上与其它模块M1至M4及其组成部件的实际设计无关。但是，原则上可以与现有技术相似地实现这些模块的设计。
图2示出马达7的上壳体部段或壳体盖11。
除了与此同时具有用于容纳借此将印刷电路板13联接至壳体盖11的螺钉的内螺纹的间隔件12外，该上壳体部段在对应位置包括热沉24，热沉与壳体盖11一体形成。
在热沉24的表面上设有凹部25用于容纳导热垫或间隙填料26，如图3所示。
借助间隙填料26，在组装状态下的热沉24接触印刷电路板13的底面，在这里，相应的电子部件可以就位于其热应该被消散的印刷电路板13的任一侧，如图4所示。
因为带有一体的热沉24的壳体盖11的材料特性和具有较大质量，在印刷电路板13区域中产生的热于是可以根据本发明从后者中被有效消散，从而能有效避免在那里的将会阻碍功能安全性的过多热产生。

Claims (8)

1.一种用于布置在机器人系统的机械手的两个轴件之间的关节的驱动装置，所述驱动装置用于一个轴件相对于另一个轴件的旋转驱动，并且所述驱动装置具有：驱动驱动轴(8)的马达(7)；输出件(3,4)，所述输出件(3,4)被联接至所述一个轴件且通过所述驱动轴(8)被直接或间接转动；印刷电路板(13)，在所述印刷电路板(13)上布置有用于由所述驱动轴(8)提供的驱动的传感器装置(18)、用于由所述输出件(3,4)提供的输出的传感器装置(22)和用于控制所述驱动装置的控制电子装置，其特征是，设有至少一个热沉(24)，所述热沉(24)将所述印刷电路板(13)连接至所述马达(7)的壳体(11)。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述热沉(24)相对于所述印刷电路板(13)就位以接合到所述印刷电路板(13)上的与设于所述电路板(13)上的所述控制电子装置的电子部件对置的位置。
3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，至少一种导热的间隙填料(26)被布置在所述印刷电路板(13)和所述热沉(24)之间。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其中，所述导热的间隙填料(26)被容纳在所述热沉(24)的凹部(25)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述热沉(24)与所述马达(7)的所述壳体(11)一体形成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述热沉(24)所具有的形状和配置与在与所述印刷电路板(13)接触的区域中的所述控制电子装置的电子部件的几何形状分布一致。
7.根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，其中，所述热沉(24)与所述机械手的臂件的壳体导热连接。
8.一种机器人，所述机器人具有由多个轴件组成的机械手并在布置于所述机械手的轴件之间的至少一个关节中包括根据权利要求1至8的驱动装置。
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