CN112805126A - 用于具有弹性可压缩预紧元件的机器人的关节轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机器人(1)的关节轴承，该关节轴承包括：轴(21)；和至少一个连接元件(24、35、36、37、38、59、60)，该至少一个连接元件在两个轴向轴承(22、23、43、44、45、46、54、55、63、64、69)之间可转动地安装在所述轴(21)上，其中设置弹性可压缩的预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)，该预紧元件对所述轴向轴承施加轴向预紧力。本发明还涉及一种包括这样的关节轴承的机器人以及一种用于组装机器人的关节轴承的方法。

Description

用于具有弹性可压缩预紧元件的机器人的关节轴承

本发明涉及一种用于机器人的关节轴承，该关节轴承包括轴和在两个轴向轴承之间可转动地安装在轴上的连接元件。本发明还涉及一种具有至少一个这样的关节轴承的机器人以及一种用于组装用于机器人的关节轴承的方法。根据本发明的关节轴承主要用于机器人的驱动系中。

现有技术中已知用于设计机器人的各种运动学。通过串联运动学，驱动装置设置在机器人的各轴中。然而，这有一个缺点，即移动质量因这些驱动装置的重量而增加。

从CN 106 989 142 A中已知一种用于工业机器人的传动装置，其中偏心套筒附接在压缩弹簧和锁环之间的轴上。

另选地，已知将并联运动学用于设计机器人，其中，例如，在机器人的基座中设置多个驱动装置，这些驱动装置的驱动运动借助与机器人臂分开设置的传动装置被引导至各个机器人臂上。例如，在此使用了四连杆链。

此外，混合运动学也是已知的，其中，例如，串联基本运动学借助并联运动学与驱动装置结合。

然而，混合运动学和并联运动学需要大量的安装点，不仅在机器人臂之间的轴上，而且在驱动链内也需要大量的安装点。如果机器人要在大的工作空间中提供灵活的运动，则这一点尤其适用，因为这样就有利地提供了结构精细的并联运动学。

为了实现机器人的运动的必要的精度，轴承必须精确定位，并且基本上没有游隙。

在各个现有技术的机器人中，连接元件在径向方向上通过径向轴承安装在轴上，并且在轴向方向上安装在两个轴向轴承之间，其中轴向定位通过止挡件实现，并且轴向预紧通过夹紧元件施加，该夹紧元件的位置被精确调节。

调节环、夹紧套环或螺母被用作夹紧元件，即可以精确调节其在轴上的轴向布置的元件。然而，夹紧元件的初始调节和维护期间的后续调节需要大量的工作，因为不仅必须仔细调节轴承预紧而且必须仔细调节轴承位置。

因此，本发明的目的是提供一种用于机器人的关节轴承，该关节轴承满足并联运动学和混合运动学的要求，操作可靠，但制造和组装不是很复杂。

本发明提供了一种用于机器人的关节轴承，该关节轴承包括轴和在两个轴向轴承之间可转动安装在轴上的至少一个连接元件，其中根据本发明提供了弹性可压缩的预紧元件，该预紧元件对轴向轴承施加轴向预紧力。

弹性可压缩的预紧元件实现了游隙补偿，并提供了操作上可靠的轴承预紧。此外，根据本发明的关节轴承是足够精确的，因为作用在其上的力主要是在径向方向上的。然而，在轴向方向上产生的力可以以足够的位置精度被吸收。

因为通过预紧元件的弹性压缩在轴向方向上施加限定的预紧力，因此根据本发明的布置实现了精确的预紧。此外，连接元件由预紧元件对准，并且可以补偿制造公差。

轴向轴承特别是：轴向滚动轴承，偏斜滚动轴承，具有由塑料、金属、复合材料或烧结材料制成的套环的滑动轴承，或由塑料、金属、复合材料或烧结材料制成的止推垫圈。

可转动安装的连接元件各自借助径向轴承安装在轴上。这些径向轴承特别是：径向滚动轴承，偏斜滚动轴承或具有或不具有由塑料、金属、复合材料或烧结材料制成的套环的滑动轴承衬。用于径向轴承的滑动轴承衬可以设计成使得其在一个或两个侧上、在连接元件上轴向突出，因此也在一个或两个侧面上设置轴向轴承。因此该衬特别形成轴向轴承的止推垫圈或轴承座圈。

特别地，多个部件在不可调节的止挡件之间可轴向移位地布置在轴上。这些部件是：可转动安装的一个或多个连接元件、定距套、轴向轴承和/或预紧元件。止挡件可以是牢固地连接至轴的连接元件、在轴中直径变化的连接元件和/或纯粹的固定元件(如螺母和/或固定套环)。

轴向轴承可以直接布置在可转动安装的连接元件上，或者如果在连接元件和轴向轴承之间设置有其它部件(例如预紧元件或定距套)，则轴向轴承可以与连接元件轴向间隔开。

在一个实施例中，在轴的每个轴向端部处设置在轴向方向上不可调节的止挡件。这些止挡件限定了轴上的组装区域的长度，在该装配区域中，布置另外的部件和可转动安装的至少一个连接元件。

在一个实施例中，轴向轴承中的至少一个轴向轴承与止挡件之一、与定距套和/或与预紧元件轴向抵接。然后，轴向轴承使连接元件能够相对于这些部件转动。

特别地，轴向轴承之一可以一侧布置在止挡件上，另一侧布置在定距套上、预紧元件上，或者直接布置在可转动安装的连接元件上。

特别地，轴向轴承之一可以一侧布置在可转动安装的连接元件上，另一侧布置在可转动安装的另一个连接元件上、定距套上或预紧元件上。

特别地，轴向轴承之一可以一侧布置在定距套上，另一侧布置在另一个定距套上或预紧元件上。

预紧元件可以一侧布置在止挡件上，另一侧布置在定距套上，轴向轴承之一上或可转动安装的连接元件上。

特别地，预紧元件可以一侧布置在可转动安装的连接元件上，另一侧布置在可转动安装的另一连接元件上、定距套上或轴向轴承之一上。在一个实施例中，预紧元件可以布置在可转动安装的一对连接元件之间，因此这对连接元件形成共同转动对。

特别地，预紧元件可以一侧布置在定距套上，另一侧布置在另一个定距套上或者轴向轴承之一上。

止挡件中的至少一个止挡件可以由刚性或可转动贴合在轴上的轴向端部区域中的轴向外部连接元件、轴中的轴肩或固定元件形成。如果轴向外部连接元件形成止挡件，则可以免于单独设置的固定元件，这简化了关节轴承的制造和组装。

轴肩可以通过车削工艺产生的轴的直径变化来设置。

轴向外部连接元件可以附接(例如，通过螺钉连接)至轴的端面。外部连接元件可以相对于轴可转动，但另选地并且优选地，其与轴刚性连接。外部连接元件与轴的固定可以特别通过紧固元件(例如，以螺钉、螺母、具有卡口锁的张紧元件或另一紧固元件(特别是配备螺纹)的形式)实现。

固定元件可以特别滑动或拧到轴上，直至限定的位置，因此可以附接在轴上的预定位置处。固定元件可以是螺母或固定套环。

因此，轴向距离由不可调节止挡件指定，在该轴向距离中，设置了轴向轴承和可转动安装的至少一个连接元件、弹性可压缩的预紧元件以及可选的定距套和可能的其它部件，其中它们的轴向延伸和弹性可压缩的预紧元件的弹性限定了轴承的预紧力和可转动安装的连接元件的定位。

特别地，可以仅通过一个弹性可压缩的预紧元件提供预紧。然而，在另一个实施例中，也可以设置多个弹性可压缩的预紧元件。

在一个实施例中，预紧元件是螺旋压缩弹簧、盘形弹簧、指形弹簧、弹性O形环，特别是密封环、弹性体环、锁紧板或弹簧垫圈。这些部件特别是在轴的周围沿圆周方向延伸，从而实现整个圆周方向上的基本均匀的预紧力；均匀的轴承预紧力；以及精确定位。此外，为了提供所需的弹性特性，可以设置这些相同或不同的部件中的多个部件的组合作为预紧元件。用于预紧元件的部件也可以呈多个部分，例如，由两个半部组成。

在一个实施例中，至少一个定距套与预紧元件轴向相邻地布置在轴上。例如，这样就可以维持预紧元件与轴向轴承之间的距离。

在轴上有利地设置可转动安装的多个连接元件。可转动安装的多个连接元件可以提供用于关节转动。这些可共同转动安装的连接元件与定距套一起可以形成整体的转动单元，在该转动单元内不需要设置轴向轴承。特别地，可转动安装的多个连接元件可以各自以连接元件的共同转动对设置。

轴可以具有在至少一个轴向端部处的肩部，外部连接元件抵靠该肩部，以便外部连接元件在预定义的、不可调节的轴向位置处连接至轴。该肩部形成用于固定外部连接元件的止挡件。固定特别是通过将连接元件拧至轴来实现。外部连接元件特别是只能与轴一起转动，即与轴刚性连接。

轴可以是整体形成的，或者可以呈多个部分。特别地，轴可以包括：内轴，特别是圆柱形实心轴的形式；以及滑动到内轴上的空心轴，其中上述肩部由空心轴的端面形成。

特别地，可以由空心轴的各个端面中的每一者设置与内轴相抵靠的肩部。因此，外部连接元件之间的距离由空心轴的长度确定。相对于外空心轴可转动安装的连接元件可以在这个距离内布置在空心轴上。外部连接元件有利地借助紧固元件牢固地压靠空心轴的端面。

关节轴承有利地在轴向方向上对称。特别地，可转动安装的连接元件相对于在轴向方向上中心布置的对称平面成对地对称布置。

在有利的实施例中，轴在两个轴向外部连接元件之间具有均匀的直径。这使得可转动安装的至少一个内连接元件和弹性可压缩的预紧元件能够滑动到轴上并根据它们的轴向长度定位。此外，这使得沿轴向外部连接元件之间的所有元件具有恒定的轴向预紧力。

特别地，在轴上布置一对、两对、三对或更多对可转动安装的连接元件，其中所有可转动的连接元件都通过由弹性预紧元件预定的同一轴向预紧力作用。

有利的是，相对于彼此均可独立转动安装的连接元件之间设置相应的轴向轴承，以便这些连接元件能够相对于彼此进行简单的转动。

根据应用，以下部件在不可调节的止挡件之间以有利的顺序布置在轴上：至少两个轴向轴承；可转动安装的至少一个连接元件；可选的至少一个定距套；和至少一个弹性可压缩的预紧元件。在这些元件中可以采用任意组合的材料配对，特别是由以下材料制成：钢；烧结青铜；塑料材料；和铝。这些部件有利地以相对于轴向方向的对称方式布置。

一个或多个预紧元件(可选地与一个或多个定距套组合)可以布置在轴上。此外，在轴上可以设置具有可转动安装的连接元件的多个关节轴承点。在可转动安装的连接元件之间(除了在轴向最内侧的连接元件之间外)有利地设置相应的轴向轴承。然后它们作为共同转动元件一起移动。

就根据本发明的实施例而言，所有的关节轴承点均同样预紧并轴向对准。

在本发明的其它实施例中，还可以在轴上设置肩部或轴向止挡件，使得在轴的不同轴向区域中，可以对可转动安装的至少一个或有利的多个连接元件实施不同的轴向预紧力和分段单独定位或对准。

预紧元件可以是对称的，或者可以只有一个预紧元件在一侧安装至轴。

定距套可以用合适的塑料材料或具有良好滑动性能的金属(例如青铜)制成，使得定距套另外承担以止推垫圈的形式的轴向轴承的功能。

径向轴承有利地设置在轴和可转动安装的连接元件之间。特别地，径向轴承设置在可转动安装的连接元件内。

轴特别构造为没有肩部的简单轴，并且轴向外部连接元件或另选设置的固定元件附接至轴的端面。

根据本发明的关节轴承紧凑并且坚固，重量轻，并且是自定心的，其中在不调节预紧力或轴向位置的情况下，力被理想地吸收和消散。此外，制造公差得到补偿，并且实现了操作可靠的安装，且几乎没有游隙。此外，关节轴承具有高刚度。

特别地，预紧元件的压缩旨在在轴向方向上在0.1mm(毫米)和2mm之间，有利的是在0.2mm和1.3mm之间。产生30N(牛顿)和800N之间的预紧力，有利的是80mm到420mm。在一个实施例中，产生约180N至220N的预紧力。在另一个实施例中，产生约30N至50N的预紧力。这样的预紧力可以通过例如使用指形弹簧垫圈作为预紧元件来实现。

当在预紧元件中使用盘形弹簧时，它们可以串联布置(即均匀地具有相同的取向)，以便在相同的压缩下获得两倍的轴向预紧力，或者它们可以并联布置(即交替布置)，以便在相同的压缩距离下轴向预紧力减半。特别地，盘形弹簧在轴向压缩下的弹性模量为500N/mm至2500N/mm，有利的是1500N/mm至2000N/mm。

本发明还提供了一种机器人，其具有用于驱动至少一个机器人臂(特别是枢轴臂、支撑臂或夹持臂)的第一四连杆链，其中第一四连杆链包括曲柄、连杆和摇臂，分别借助关节轴承使曲柄连接至连杆且使连杆连接至摇臂，并且其中这些关节轴承中至少一者如上所述构造。

呈四连杆链形式的关节轴承在具有借助传动装置的驱动装置的机器人中的使用是有利的，因为四连杆链设置了多个连接元件以形成曲柄、连杆和摇臂，但它们的安装通常不暴露于高轴向力，而主要是径向力。

有利的是，作为运动学行中的第一个(特别是曲柄)的四连杆链元件和/或作为同一四连杆链和/或后续的四连杆链的运动学行中的最后一个(即摇臂)的四连杆链元件以在轴向方向上不可移位的方式(特别是刚性地)特别是附接在基座上或机器人臂上。曲柄可以直接法兰连接到例如基座中的传动装置或马达上。然而，摇臂可以以轴向不可移位的方式安装在机器人臂或机器人关节中的一者中。因此，一个或多个四连杆链的内连接元件的轴向位置由运动学上的第一个和最后一个四连杆链元件限定。

四连杆链包括四连杆链元件，其形式为曲柄、连杆和摇臂，它们按此顺序彼此枢轴关节连接。四连杆链元件可以由关节轴承的一个、两个、三个、四个或更多个连接元件形成，这些连接元件有利地在轴向方向上对称布置在关节轴承中。一起形成四连杆链元件的连接元件特别是基本上平行地延伸。

除了第一四连杆链之外，机器人还有利地包括第二四连杆链，该第二四连杆链的曲柄对应于第一四连杆链的摇臂，其中第一四连杆链的连杆、第二四连杆链的曲柄和第二四连杆链的连杆之间的连接构造成根据本发明的关节轴承的形式。在这种串联连接的四连杆链中使用根据本发明的关节轴承是特别有利的，因为在此仅在一个轴上布置可相对于彼此转动的多个部件。

在一个实施例中，第一或第二四连杆链的曲柄、连杆或摇臂由关节轴承的可转动安装的至少一个连接元件形成。第一或第二四连杆链的曲柄、连杆或摇臂各自有利地由关节轴承的共同转动的一对连接元件形成。

根据本发明，一种用于组装机器人的关节轴承的方法包括：提供轴；将轴向轴承、可转动安装的至少一个连接元件和弹性可压缩的预紧元件滑动到轴上；并将轴向止挡件附接至轴上，以便将轴向区域限制为预定的、不可调节的长度，在该轴向区域中可自由移位地设置轴向轴承、可转动安装的连接元件和弹性可压缩的预紧元件。

这种方法能够快速而又操作可靠地组装关节轴承，即使在轴上设置可相对于彼此转动安装的多个连接元件亦如此。

根据本发明的方法使得能够减少组装时间。在组装期间，所有的部件都以预定的顺序滑动到轴上，并附接在止挡件之间，这些止挡件中的至少一个止挡件由固定元件或轴向外部连接元件提供。由于止挡件的位置是被限定的，因此不需要另外的对准，并且部件的位置以及轴向预紧力都被理想地调节。

将使用下面的附图中示出的示例性实施例进一步描述本发明：

图1示出了机器人的立体图，该机器人中使用了根据本发明的关节轴承的至少一个实施例；

图2示出了根据本发明的关节轴承的第一实施例的剖视图；

图3示出了根据本发明的关节轴承的第二实施例的剖视图；

图4示出了根据本发明的关节轴承的第三实施例的剖视图；

图5示出了根据本发明的关节轴承的第四实施例的剖视图。

图1中示出的机器人1包括基座2、枢轴臂3、支撑臂4以及铰接臂5，基座2可绕竖直轴线转动。前述的臂3、4、5根据串联运动学串联布置。

示出的机器人1是一种5轴线机器人或6轴线机器人。用于基座2的转动的竖直轴线代表机器人1的第一轴线。限定机器人1的第二轴线的第一关节6设置在基座2和枢轴臂3之间。限定机器人1的第三轴线的第二关节7设置在枢轴臂3和支撑臂4之间。限定机器人1的第四轴线的第三关节8设置在支撑臂4和铰接臂5之间。支撑臂4本身可以通过其他关节可转动，使得在那设置有机器人1的其他轴线。可以相对于铰接臂5使夹持器(未示出)或不同的工作元件绕机器人1的第五或第六轴线转动。

关节6、7能够使枢轴臂3和支撑臂4绕机器人的相应基本水平的第二轴线和第三轴线枢转。与纯粹的串联运动学的情况一样，第三关节8的驱动马达直接地或借助传动装置设置在其上。传动装置可以是驱动带。

用于第一关节6和第二关节7的驱动运动各自经由四连杆链9、10、11和12传递。

第一四连杆链9和第二四连杆链10串联布置成将驱动运动传递至枢轴臂3，使得枢轴臂能够相对于基座2枢转。第一四连杆链9包括第一曲柄，该第一曲柄在图1中隐藏在基座2中，并且能够借助第一驱动马达枢转，并且铰接至连杆13并相应地驱动第一四连杆链9的连杆13。连杆13铰接至第一四连杆链9的摇臂14并驱动该摇臂14。摇臂14同时形成第二四连杆链10的曲柄，并铰接至第二四连杆链10的连杆15并驱动该连杆15。第二四连杆链10的摇臂16刚性连接至枢轴臂3，并在枢轴臂3枢转运动过程中共同转动。摇臂16和枢轴臂3可以整体形成。特别地，摇臂16和枢轴臂3相对于关节6形成摇动器。第一四连杆链9的曲柄可以以在轴向方向上不可移位的方式法兰安装在基座2中的马达或传动装置上。传动装置也可以是驱动带等。摇臂14同样可以以在轴向方向上不可移位的方式安装在基座2中。最后，摇臂16在关节6中的安装也可以是在轴向方向上不可移位的。

用于使支撑臂4相对于枢轴臂3枢转的驱动运动借助基座2中的第二驱动马达通过第三四连杆链11和第四四连杆链12传递至支撑臂4。第二驱动马达使第三四连杆链11的曲柄枢转，该曲柄布置在基座2内部，因此在图1中无法看到，且该曲柄铰接至第三四连杆链11的连杆17并驱动连杆17。连杆17铰接至第三四连杆链11的摇臂18并驱动该摇臂18。摇臂18同时是第四四连杆链12的曲柄，其铰接至第四四连杆链的连杆19铰接并驱动该连杆19。摇臂20和支撑臂4相对于第二关节7以摇动器的形式刚性连接。第四四连杆链12的摇臂20特别是与支撑臂4整体形成。第三四连杆链11的曲柄可以以在轴向方向上不可移位的方式法兰安装在基座2中的马达或传动装置上。该传动装置也可以是驱动带等。摇臂18可以以在轴向方向上不可移位的方式安装在枢轴臂3中。最后，摇臂20在关节7中的安装也可以是在轴向方向上不可移位的。

四连杆链元件之间的以上述的四连杆链9、10、11、12的曲柄、摇臂和连杆形式的关节轴承可以部分或全部由根据本发明的关节轴承来实施。

在本发明的一个实施例中，像图2中那样的关节轴承用于机器人1的四关节连杆链元件之间的连接。

在图2中，提供了在轴向方向A上延伸的轴21，可转动的连接元件24在径向轴承25上、在轴向轴承22、23之间布置在该轴上。轴向外部连接元件26、27刚性地连接至轴21的各个轴向端面，且特别是布置在轴21的轴向端部处的肩部28、29上。轴向外部连接元件26、27各自借助螺钉30、31压到肩部28、29的轴向端面上，并由此在轴向方向上精确地贴合。螺钉30、31拧入轴21中的中心内螺纹32中。特别地，轴向外部连接元件26、27可以具有倒角或凹陷部，用于以齐平的方式容纳螺钉30、31。轴向外部连接元件26、27的内侧形成用于布置在轴上的部件的各个轴向止挡件。

轴向外部连接元件26、27以及可转动安装的连接元件24各自基本上在远离轴21的径向方向R上延伸。

为了对轴向轴承22、23施加轴向预紧力并补偿轴向方向A上的制造公差，提供了盘形弹簧或指形弹簧垫圈形式的弹性可压缩的预紧元件33，该预紧元件设置在轴向外部连接元件26和轴向轴承22之间。特别地，预紧元件33设置在轴向外部连接元件26的凹陷区域34中。如果预紧元件33和轴向轴承22的相邻轴承半部或轴向轴承22本身是由止推垫圈形成的，则其可以可选地通过使用正配合或例如销的形式的锁来固定以防止相对于连接元件26转动。这可确保运动仅在期望的位置(例如轴向轴承22和连接元件24之间)发生。

根据本发明的用于组装根据图2的关节轴承的方法的实施例可以如下进行：首先将轴21插入到轴向外部连接元件26中的开口中直至肩部28，并使用螺钉30将轴向外部连接元件26刚性地附接至轴。然后将预紧元件33、轴向轴承22、连接元件24以及径向轴承25、和轴向轴承23滑动到轴21上。轴向外部连接元件27最后滑动到轴21上，直至肩部29，并使用螺钉31刚性地附接至轴21。由肩部28、29确定在以轴向外部连接元件26、27的形式的止挡件之间存在限定的间距，因此，该间距根据轴21上的上述部件的轴向长度和预紧元件33的弹性，确定轴21上的轴向预紧力。

图3示出了根据本发明的关节轴承的第二实施例。在该实施例中，两对连接元件35、36、37、38借助径向轴承39、40、41、42可转动地布置在轴21上。提供：可转动安装的连接元件35、36、37、38中的两个形成四连杆链元件(例如曲柄、连杆或摇臂)。特别地，一对连接元件35、36形成一个四连杆链元件，且一对连接元件37、38形成另一个四连杆链元件。此外，轴向外部连接元件26、27又借助螺钉牢固地附接至轴21。该对轴向外部连接元件26、27同样形成四连杆链元件。

轴向轴承43、44布置在刚性连接至轴的轴向外部连接元件26、27和可转动安装的轴向外部连接元件37、38之间。此外，在可转动安装的轴向外部连接元件37、38和可转动安装的径向内连接元件35、36之间设置轴向轴承45、46。在可转动安装的轴向内连接元件35、36的轴向内部设置定距套47、48。在定距套47、48之间中心地设置弹性可压缩的预紧元件49。预紧元件49特别由两个取向相反的盘形弹簧组成。

因此，轴21上各部件的轴向长度以及轴21在以轴向外部连接元件26、27形式的止挡件之间的轴向长度(这些止挡件的位置由肩部28、29确定)确定了预紧元件49的压缩程度，从而根据预紧元件49弹性，确定了轴向轴承43、44、45、46的轴向预紧力。

径向轴承39、40、41、42可以特别构造为滑动轴承。轴向轴承43、44、45、46可以特别构造为止推垫圈。

预紧元件49、定距套47、48和轴向内连接元件35、36形成共同转动部件块。

在来自图1的机器人1的连杆17、摇臂18和连杆19之间的关节轴承中，例如可以采用根据图3的关节轴承。例如，连杆17由可转动安装的轴向内连接元件35、36形成，摇臂18由可转动安装的连接元件37、38形成，并且连杆19由轴向外部连接元件26、27形成。

图4示出了根据本发明的关节轴承的第三实施例。在该实施例中，轴21是由内轴50和滑动到内轴50上的空心轴51形成的。由于空心轴51构造成比内轴50短，因此肩部28、29由空心轴51的端面形成。肩部28、29形成用于轴向外部连接元件26、27的抵接表面。在本实施例中，预紧元件52、53直接布置在轴向外部连接元件26、27(其与轴21刚性连接)和轴向轴承54、55之间。另一个预紧元件56、57可以轴向布置在轴向轴承54、55内。预紧元件由以轴向交替取向布置的三个盘形弹簧形成。预紧元件56、57各自由单个盘形弹簧形成。然而，根据应用可以有不同的组合；特别地，用于每个预紧元件的盘形弹簧的数量可以改变。此外，可以省去预紧元件52、53或预紧元件56、57。如果使用止推垫圈作为轴向轴承54、55，则可以使用另外的摩擦盘(这些摩擦盘扩大了预紧元件52、53和可能的56、57的摩擦表面)以减轻止推垫圈上的摩擦点。它们可以固定地连接至预紧元件。

在轴21上在轴向轴承54、55或预紧元件56、57的轴向内部分别设置轴向外部连接元件37、38，轴向外部连接元件37、38可借助径向轴承41、42转动地安装。此外，在轴21上设置可转动安装的轴向内连接元件35、36，即直接与中心布置的定距套58相邻。在该实施例中，在轴21上借助径向轴承61、62另外安装可转动安装的中心连接元件59、60。在可转动安装的轴向外部连接元件37、38和可转动安装的中心连接元件59、60之间布置轴向轴承45、46。在可转动安装的轴向内连接元件35、36和可转动安装的中心连接元件59、60之间布置轴向轴承63、64。

用于组装图4中所示的关节轴承的方法可以如下进行：首先借助螺钉30将内轴50附接至轴向外部连接元件26。然后将空心轴51安装到内轴50上，并滑动至轴向外部连接元件26上的止挡件。然后将布置在空心轴51上的部件连续地安装在空心轴51上，并且最后借助螺钉31将轴向外部连接元件27附接至内轴50，使其压靠空心轴51的端面。因此，根据空心轴51及布置在其上的部件的长度和预紧元件52、53、56、57的弹性确定轴向预紧力。

预紧元件52、53、56、57构造为盘形弹簧或盘形弹簧的封装件。预紧元件52、56；53、57之间的轴向轴承54、55特别可以是止推垫圈。定距套58和轴向内连接元件35、36可以作为整体单元在轴21上共同转动。

根据图4的关节轴承可以用在例如图1中的连杆13、摇臂14和连杆15之间。连接元件35、36、37、38在那里形成连杆13，连接元件59、60形成连杆15，并且轴向外部连接元件26、27形成摇臂14。因此，在此的连杆13形式的四连杆链元件由四个连接元件形成，并且摇臂14和连杆15形式的四连杆链元件由两个连接元件形成。

图5示出了根据本发明的关节轴承的另一个实施例。弹性预紧元件65、66在此各自轴向布置在轴向轴承45、46内，轴向轴承45、46与可转动安装的径向外部连接元件37、38抵接。在本实施例中或在其它实施例中，预紧元件65、66可以构造为弹性体环。在预紧元件65、66内轴向布置定距套67、68。在定距套67、68内轴向设置可转动安装的轴向内连接元件35、36。连接元件35、36可以与内定距套58一起整体转动。

可选地，可以在定距套68之一和相邻的连接元件36之间设置轴向轴承69。在本实施例和其它实施例中，轴向轴承和/或径向轴承可以构造为滚动轴承。

如从前面的实施例可以看到的，根据本发明的关节轴承可以实现：紧凑的构造；关节轴承的简单组装，而不对各个连接元件进行复杂的对准；轴承预紧的简单调节；部件的自对准，特别是在轴上可转动安装的连接元件的自对准；系统在径向方向上的很大刚度和在轴向方向上的足够刚度。此外，关节轴承可以构造成免维护，并且在整个使用寿命期间维持恒定的轴承预紧。

通过根据本发明的关节轴承获得径向方向上的至少非常小的轴承游隙并且在轴向方向上没有轴承游隙。如果也要防止径向游隙，则例如，可以设置偏斜的滚动轴承，以安装可转动安装的连接元件。

在根据图2至图5的对称和基本上对称的实施例中，可以借助平衡力将连接元件对称地在轴上对准。

Claims (15)

1.一种用于机器人(1)的关节轴承，所述关节轴承包括：

轴(21)；和

至少一个连接元件(24、35、36、37、38、59、60)，至少一个所述连接元件在两个轴向轴承(22、23、43、44、45、46、54、55、63、64、69)之间可转动地安装在所述轴(21)上；

其特征在于，

设置有弹性可压缩的预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)，所述弹性可压缩的预紧元件对所述轴向轴承施加轴向预紧力。

2.根据权利要求1所述的关节轴承，其中，在所述轴(21)的每个轴向端部处设置有在轴向方向上不可调节的止挡件。

3.根据权利要求2所述的关节轴承，其中，所述轴向轴承(22、23、43、44、45、46、54、55、63、64、69)中的至少一个轴向轴承与所述止挡件之一、定距套(47、48、58、67、68)和/或所述预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)轴向抵接。

4.根据权利要求2或3所述的关节轴承，其中，所述止挡件中的至少一个止挡件由附接在所述轴上的轴向外部连接元件(26、27)或所述轴(21)中的轴肩形成。

5.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，所述预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)是螺旋压缩弹簧、盘形弹簧、指形弹簧垫圈、弹性O形环，特别是密封环、弹性体环、锁紧板或弹簧垫圈。

6.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，至少一个定距套(47、48、58、67、68)与所述预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)轴向相邻地布置在所述轴(21)上。

7.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，可转动安装的多个连接元件(35、36、37、38、59、60)设置在所述轴(21)上。

8.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，所述轴(21)包括在至少一个轴向端部处的肩部(28、29)，外部连接元件(26、27)抵靠所述肩部，使得所述外部连接元件(26、27)在预定义的、不可调节的轴向位置处连接至所述轴(21)。

9.根据权利要求8所述的关节轴承，其中，所述轴(21)包括内轴(50)和空心轴(51)，所述空心轴(51)滑动到所述内轴(50)上，其中所述肩部(28、29)由所述空心轴(51)的端面形成。

10.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，所述关节轴承在轴向方向上是对称的。

11.根据前述权利要求之一所述的关节轴承，其中，所述轴(21)在两个轴向外部连接元件(26、27)之间具有均匀的直径。

12.一种机器人，所述机器人具有用于驱动至少一个机器人臂(3、4)的第一四连杆链(9、11)，其中所述第一四连杆链(9、11)包括曲柄、连杆(13、17)和摇臂(14、18)，其中分别借助关节轴承，所述曲柄连接至所述连杆(13、17)并且所述连杆(13、17)连接至所述摇臂(14、18)，其中这些关节轴承中的至少一个关节轴承是根据前述权利要求之一设计的。

13.根据权利要求12所述的机器人，其中所述机器人包括第二四连杆链(10、12)，所述第二四连杆链的曲柄对应于所述第一四连杆链(9、11)的所述摇臂(14、18)，并且其中所述第一四连杆链(9、11)的所述连杆(13、17)、所述第二四连杆链(10、12)的所述曲柄以及所述第二四连杆链(10、12)的连杆(15、19)之间的连接构造成根据权利要求1至11之一所述的关节轴承的形式。

14.根据权利要求12或13所述的机器人，其中所述第一或第二四连杆链(9、10、11、12)的所述曲柄、连杆(13、15、17、19)或摇臂(14、16、18、20)由所述关节轴承的可转动安装的至少一个连接元件(24、35、36、37、38、59、60)形成。

15.一种用于组装用于机器人的关节轴承的方法，所述方法包括步骤：

提供轴(21)；

将轴向轴承(22、23、43、44、45、46、54、55、63、64、69)、可转动安装的至少一个连接元件(24、35、36、37、38、59、60)和弹性可压缩的预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)滑动到所述轴(21)上；以及

将轴向止挡件附接至所述轴(21)上，以便将轴向区域限制为预定的、不可调节的长度，在所述轴向区域中，可自由移位地设置有所述轴向轴承(22、23、43、44、45、46、54、55、63、64、69)、可转动安装的所述连接元件(24、35、36、37、38、59、60)和所述弹性可压缩的预紧元件(33、49、52、53、56、57、65、66)。

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