CN117480039A - 尤其是用于机器人的、在空间上可偏转的管线导向装置 - Google Patents

尤其是用于机器人的、在空间上可偏转的管线导向装置 Download PDF

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Abstract

提出一种管线导向装置(10),其用于尤其在工业机器人(1)上对如线缆、软管或者诸如此类的管线(60)进行导向。管线导向装置(10)包括通过能在空间上偏转的铰接连接部进行连接的链节。根据本发明设置,管线导向装置具有长度可变的区段(11),所述长度可变的区段包括多个链节(200A,200B;700A,700B),所述多个链节能相对彼此纵向调整地相互连接,能弹性地纵向伸展的回位元件(300)将一回位力施加到长度可变的区段(11)上,该回位力反作用于长度可变的区段(11)的延长。链节(200A,200B;700A,700B)尤其如下连接或者耦合,使得两个链节(200A,200B;700A,700B)相对彼此的纵向调整引起它们的相对转动(R1,R2)。

Description

尤其是用于机器人的、在空间上可偏转的管线导向装置
技术领域
本发明总体上涉及一种用于在两个接头点之间对例如线缆、软管或者诸如此类的管线动态地进行导向的管线导向装置,在所述两个接头点中,至少一个可相对于另一个运动。本发明尤其涉及一种这样的管线导向装置,所述管线导向装置适合于用在具有多个自由度的机器人上、尤其使用在工业机器人或者工业的铰接臂机器人上。
背景技术
当前,机器人一般地理解为各种类型的自动化地运行的手操纵装置,然而尤其是具有多个自由度的工业的铰接臂机器人。然而,本发明不限于在机器人中的应用,而是也能够有利地另外地使用,例如使用在提升装置或者诸如此类的中。
管线导向装置用于对管线,尤其是用于供给电流、信号和/或运行介质的供给管线进行受保护地导向。在铰接臂机器人的情况下,这些管线例如用于供给布置在终端执行器(也称作机器人手)上的工具。
为了在两个可相对运动的接头点之间对管线进行受保护地导向,充分地已知极不同的管线导向装置,例如能量引导链。
本发明尤其涉及一种管线导向装置,所述管线导向装置沿着其长度包括至少一个在空间上可偏转的区段。
例如在专利EP 1 492 967 B1或者EP 1 616 376 B1中已经提出这类的管线导向装置。这类的管线导向装置或者能链包括大量链节,所述链节构成用于对管线进行保护地导向的接收空间,其中,这些链节在纵向方向相继地布置并且通过相应的铰接连接部相互铰接式地连接。在此,在两个链节之间的铰接连接部分别允许所连接的链节相对彼此在空间上的偏转,这尤其但不仅仅对于在铰接臂机器人或者工业机器人上的应用是必需的。
尤其在这类的应用中,在两个可相对运动的接头点之间、例如在铰接臂机器人的第三轴线和铰接臂机器人的第六轴线或者说终端执行器之间的间距和空间位置典型地改变。对此,管线导向装置的覆盖接头点之间的最大可能距离和转动角的长度是必需的。为了避免由于在这类应用中视位置而定的多余的长度而引起的不受控制的运动,在现有技术中是已知所谓的取回系统或者拉回系统。
这样的拉回系统的广泛的结构类型包括可纵向移动地支承的转向辊,管线导向装置围绕所述转向辊通过构成环或者说转向弧被导向,使得转向辊的长度调整拉入或者回拉(拉回)管线导向装置的视运行位置而定地不需要的长度。这样的拉回系统或者取回系统的实施例从专利EP 3 126 104 B1已知。然而,这类系统的结构类型是相对费事的并且占据安装空间,这尤其会损害机器人的运动自由度。
在专利EP 1 200 753 B1中提出一种在这方面简化的、用于回位或者取回在空间上可偏转的管线导向装置或者能链的解决方案。在这里,在管线导向装置的用于回位的接收空间中设置有至少一个弹动的杆,所述至少一个弹动的杆围绕其纵轴线弹动并且在接收空间中在纵方向上延伸。在链节摆动时,所述杆产生相反的回位力。然而,该解决方案需要一定的安装空间或者运动间隙空间用于管线导向装置的设有弹动的杆的纵向区段的运动。在DE 20 2006 0066 37U1中提出一种其他的具有弹簧臂的解决方案,然而,该解决方案也需要安装空间、例如围绕机器人臂的安装空间。
发明内容
根据上述的现有技术,因此,本发明的第一任务在于,提出一种简化地并且紧凑地构造的解决方案,该解决方案尤其但是不仅仅能够实现取回系统的功能。在此,该解决方案应尤其适用于铰接臂机器人。
这类的管线导向装置用于尤其在具有多个自由度的机器人上对如线缆、软管或者诸如此类的管线在第一接头点和可相对于该第一接头点相对运动的第二接头点之间进行导向。为此,管线导向装置尤其包括多个链节,所述链节构成用于管线的接收空间,在纵方向上相继地布置并且通过相应的铰接连接部铰接式地相互连接。在此,铰接连接允许或者实现所连接的链节相对彼此在空间上的偏转。
根据本发明,在本发明的最简单的实施方式中,管线导向装置或者能量引导链包括至少一个弹性的回位元件并且具有长度可变的区段。因此,根据本发明,管线导向装置或者能量引导链的至少一个纵向区段既定地构型为使得该纵向区段的长度是可改变或者是可变的。长度可变的区段尤其能够可对抗弹性的回位元件引起的回位力延长。
在此,长度可变的区段尤其具有一定数量的链节,所述链节不但可相对彼此围绕纵方向相对转动,而且可相对彼此纵向调整地相互连接,以在纵方向上延长长度可变的区段。在此,链节尤其能够铰接式地连接和/或尤其能够连接或者机械式地耦合,使得两个链节相对彼此的纵向调整引起所期望的、预先给定的相对转动。
既定地,回位元件可弹性地纵向伸展并且布置为使得所述回位元件将一回位力施加到长度可变的区段上,所述回位力抵制长度可变的区段的延长。
本发明的核心思想在于,通过链节的所允许的相对转动与链节相对彼此在纵方向上的可调整性或者可移位性的组合,总的来说首先实现长度改变,因为待接收的管线自身不能纵向伸展,也就是说,基本上不允许任何延长(其中,管线本身不是本发明的强制主题)。此外,本发明尤其基于下述知识:管线在管线导向装置中的螺旋线状地铺设在一定限度内允许伸长。能够通过在链节之间所允许的相对转动和纵向可调整性的组合来充分利用这一点,以便至少在管线导向装置的纵向区段中实现可相对简单地在纵方向上伸展或者拉入和拉出的构型。
与可弹性地纵向伸展的回位元件组合,能够实现一种特别简单地、紧凑地和轻质地构造的回位功能性。
在此,螺旋的或者螺旋线状的走向曲线能够通过在长度可变的区段自身中的链节预先给定,或者例如通过由至少一个相应可变形的支撑元件(例如带式的支撑体,带有可伸展的螺旋式的或者螺旋线状的基本形状)进行可选地扩展来预先给定,在长度可变的区段中的管线保持在所述支撑元件上。
在链节之间的连接部能够以多个自由度铰接或者能够例如以螺栓铰接方式实施。
如果长度可变的区段本身预先给定管线的螺旋状的优选的走向,则其链节相应地优选地不能相对彼此自由地伸展,而只能以相应地预先给定的方式伸展。
尤其是在这类实施方式中,有利的是,长度可变的区段的分别相继的链节的连接部构型为,使得两个链节相对彼此的纵向调整(视延长的方向或者往回到被拉入的位置中的方向而定地)根据方向预先给定在或者一个转动方向上或者在相反的转动方向上围绕纵方向的相对转动。
在长度可变的区段中的链节之间的连接部能够包括一类型的强制导向、尤其是转动导向,在两个链节的进行延长的纵向调整中,所述强制导向、尤其是转动导向引起所述两个链节的相对转动,也就是说,一个链节相对于另一个链节在第一转动方向上的相对转动,并且相应地反过来,在两个链节的进行回位的纵向调整中,引起它们的相反的相对转动。如果在长度可变的区段中不需要在空间上的可偏转性,则这能够例如通过用于连接链节的螺旋铰链来实现。然而,具有附加的自由度的连接方式或者铰接型式是优选的,所述附加的自由度允许在长度可变的区段的链节之间的至少一种小的在空间上的偏转,尤其是至少围绕垂直于纵方向的两条轴线的偏转。
在一种优选的构型中,长度可变的区段具有第一子区段以及第二子区段,在所述第一子区段中,连接的链节在延长时分别在第一转动方向上相对转动并且在回位时反向地相对转动,在第二子区段中,连接的链节在延长时在与第一转动方向反向或者相反的第二转动方向上相对转动并且在回位时相反地相对转动。这里,不考虑进行转动的链节,相对转动涉及两个连接的相继的链节,也就是说,一个链节相对于另一个链节转动。优选地,因此,在每个子区段中在拉出方向或者伸出方向上(在延长时)允许或者实现仅一个预先给定的转动方向并且在回位方向上允许仅相反的转动方向,也就是说,分别根据长度可变的区段是被拉开还是又拉紧地进行在一个方向上或者在另一个方向上的相对转动。因此能够确保,螺旋式地伸展的管线分别可靠地在两个反向的螺纹形状之间来回运动,这避免了过重的负荷。
特别优选地,回位元件被布置用于在纵方向上施加预紧、尤其可按需要调节的预紧,以在管线相对硬的情况下也总是将长度可变的区段拉紧到基本位置(所述基本位置相应于最小可能的长度尺寸)中,也就是说,允许从该基本位置出来的最大延长。因此,回位元件可靠地确保拉回到被拉入的最短位置中。
该至少一个弹性的回位元件尤其能够绳式地或者带式地实施。尤其能够使用具有橡胶线和/或橡皮带以及编织物的橡胶线缆作为回位元件。替代地,也能够设置例如合适的螺旋弹簧作为回位元件。
在一种扩展方案中,在长度可变的区段的至少一个端部区域上、尤其在长度可变的区段的端侧链节上设置用于调节回位元件的预紧的调节装置。
为了管线的尽可能小的负荷,尤其在使用两个可相反地转动的子区段时,能够在长度可变的区段的两个子区段之间设置中间件,该中间件具有用于待导向的管线的拉力减轻件。中间件优选地具有比长度可变的区段的多个链节的结构长度或者分度更大的结构长度。
这样的中间件尤其能够在其纵向端部上与反向地转动的子区段连接,例如借助于分别反向的转动导向件连接或者必要时也抗扭转地连接。
特别优选地,尤其是在绳式的回位元件的情况下,至少长度可变的子区段的链节分别具有中心的芯,所述中心的芯具有中心的穿通开口,弹性的回位元件具有间隙地经由所述穿通开口自由地被导向。这允许,弹性的回位元件布置在管线导向件的中性轴线上。回位元件优选带有间隙地、低摩擦或者低磨损地穿过所述芯被导向。
如果例如通过管式的护套区段实现链节的连接,则中心的芯不是强制要求的。然而,具有中心的芯的结构类型是特别优选的,例如,当长度可变的区段自身——在没有用于管线的附加支撑构件的情况下——预先给定管线的所期望的走向的情况下是特别优选的。
中心的芯优选能够具有或者构成转动导向件的导向元件和/或优选地在两个链节相对彼此纵向调整时根据方向预先给定在一个转动方向上或者在相反转动方向上围绕纵方向的相对转动。例如,芯能够在两侧构成螺旋铰链或者带有多个自由度的更复杂的铰链的铰接件。替代地,所期望的相对转动也能够通过在链节的壳体件上的径向外部的导向件(例如转动导向件)实现。
优选地设置,至少长度可变的区段或者每个子区段的链节或者还有所有的链节分别具有一个中心的芯,所述中心的芯构成铰接头和在纵方向上对置的铰接接收部,所述铰接接收部相对应地构型以便与后续的链节的铰接头铰接式地连接。
在此,铰接头和铰接接收部优选同时地构成转动导向件,以预先给定既定的或者所期望的相对转动,尤其是由在铰接接收部中在内侧的一个或者多个螺旋状地伸展的导向面(例如,具有螺旋状地伸展的槽式凹陷)预先给定。因此,铰接头和铰接接收部能够与在铰接头上的一个或者多个导向元件共同作用以预先给定相对转动。铰接头和共同作用的铰接接收部的不同的形式位于本发明的框架内。
在一种变型中设置,铰接头具有一基本形状,该基本形状具有基本上三角形的横截面,优选地具有弧形地倒圆的侧面,所述三角形的横截面的三个角顶作为导向元件在铰接接收部中在内侧的相应地螺旋状地伸展的导向面上被导向。
在一种其他的变型中设置,铰接头具有带有基本上椭圆形的横截面的基本形状,所述横截面的两个主角顶作为导向元件在铰接接收部中在内侧的相应螺旋状地伸展的导向面上被导向。
原则上,铰接头和铰接接收部在适当的构型中构成铰接连接部,该铰接连接部可纵向调整、可相对转动,并且为了使所连接的链节彼此在空间上偏转而可围绕垂直于纵方向的至少两条轴线摆动,其中,尤其铰接头的基本形状的侧面在纵截面内凹形地成形,尤其相应于一曲率半径成形,用于在空间上的可偏转性。在此,铰接头和铰接接收部能够类似于球窝铰链的作用地共同作用。
为了使组装变容易或者为了根据本发明的链节的更好的可制造性、尤其在塑料注塑成型技术中更好的可制造性,铰接头和铰接接收部优选由两个分隔开的塑料构件构成。这尤其能够通过芯的由两个部分组成的结构类型实现,例如通过两个可并合的互补的注塑件实现,所述注塑件优选能够在放置到纵轴线上的接口平面上连接。尤其为了实现所期望的旋转平移相对调整,接收部的复杂的几何结构尤其能够更容易或者更便宜地用注塑成型技术制造。在此,互补的芯件能够形状锁合和/或力锁合地连接。
为了便于组装或者转动方向的可调节性,铰接接收部自身也能够由至少两个单独的嵌件构成,所述至少两个单独的嵌件紧固在芯上的接收部中,其中,每个嵌件优选分别具有螺旋状地伸展的内面。
至少长度可变的区段或其子区段的链节或者所有的链节优选分别具有中心的芯,该中心的芯具有至少两个基本上径向的接片,在所述接片上分别保持有至少一个护套段。在此,所述护套段用于在径向方向上限界接收空间,其中,所述护套段优选可向上摆动地布置和/或柔性地实施并且在每两个护套段之间构成导入开口。这使得管线在需要情况下的装配或者更换变得容易。至少在长度可变的区段中,护套段必要时能够构成在周向上且在纵方向上闭合的管。在这类的构型中,分别相继的链节的连接能够包括在护套段上的转动导向件,其尤其具有倾斜地伸展的槽和在护套段的交叠区域上配合到其中的突出部。
在一种变型中,在纵向方向上可纵向调节的连接部分别包括至少两个纵向止挡件,所述至少两个纵向止挡件限制两个链节在两个方向上的纵向调整。相应的纵向止挡件能够设置在芯上和/或设置在护套段上。特别优选地,用于限界拉出或者拉入的两个纵向止挡件由在芯上的铰接接收部构成。为此,在护套段上的构型措施不是必需的。
在相邻的链节之间的可纵向调整的连接部的纵向间隙或者轴向调整量优选为链节分度或者链节(尤其是中心的芯)的轴向结构长度的至少20%、优选至少30%和尤其是直至45%。
视所期望的特性而定地,管线导向装置能够构型为使得在空间上可偏转地连接的大量链节不同于在长度可变的区段中的大量链节地实施,尤其是不可纵向调整地实施,也就是说,在拉力传递的方向上不可相对彼此调整或者延长(抗拉)或者具有沿着中性轴线不可改变的结构长度。
因此,第一类型的、尤其自身已知的结构类型的、可在空间上偏转的链节(所述链节不能彼此相对地纵向调整)与第二类型的、根据本发明地构型的链节(所述链节设置在长度可变的区段中)能够连接成一个管线导向装置。
根据本发明地构型的链节与自身已知的结构型式的、在空间上可偏转的链节的不同尤其在于连接部的类型、尤其是铰接式连接部,通过所述连接部,所述链节分别成对地相互连接,并且除此之外,根据本发明地构型的链节相对于已知的能够具有可比较的或者基本上等同的结构型式,例如在由护套件或者诸如此类的形成周向的边界方面。
在一种优选的实施方案中,具有根据本发明地构型的、用于进行长度改变的链节的纵向区段与至少一个抗拉的纵向区段连接,所述抗拉的纵向区段不可纵向改变并且由其他类型的、在空间上可偏转的链节组成。长度可变的区段能够例如设置在两个这样的非纵向可变的纵向区段之间。
替代地,视应用而定地,管线导向装置的所有链节也能够在空间上可偏转地以及可相对彼此纵向调整地和相对转动地实施。整个管线导向装置能够由下述链节组成,所述链节不但在空间上可偏转地连接,而且实现长度可变的调整。
在可相反地扭转的子区段中,除了不同的转动方向之外,所述链节能够在优选铰接式连接部中基本上结构相同地实施并且通过附加的中间件连接。
在应用中,管线导向装置典型地具有至少一个在其中被导向的管线,其中,该至少一个管线在长度可变的区段中螺旋线状地或者螺旋式地伸展地布置,尤其是在第一子区段中相应于第一螺纹、而在第二子区段中相应于以相反的转动方向伸展的第二螺纹伸展地布置。
此外,本发明也涉及一种机器人、尤其工业铰接臂机器人,其具有根据以上所说明的构型中的一种的管线导向装置。
本发明能够用于如线缆、软管或者诸如此类这样的所有类型的供给管线,尤其用于电力和数据供应管线,而且用于压缩空气软管和诸如此类的。
附图说明
从随后的、根据附图对优选的实施例的详尽说明得出本发明的另外的细节、特征和优点。在这里示出:
图1A-1D:根据本发明的管线导向装置的铰接臂机器人的侧视图和立体视图,该管线导向装置在第一位置(图1A-1B)中和在第二位置中(图1C-1D),在所述第一位置中,管线导向装置被拉入或者抽回,在所述第二位置中,管线导向装置被拉出;
图2A-图2E:用于可延长的管线导向装置的、根据本发明的链节的第一实施例的视图;
图3A-3D:具有纯示例性数量的根据图2A-2E的链节的、可延长的长度可变区段在被拉入的状态下在纵截面(图3A)中和在前视图(图3B)中,以及在被拉出的、延长的状态下在纵截面(图3C)中和在前视图(图3D)中,所述可变区段具有用于回位到被拉入的状态的弹性的回位元件;
图4:在根据本发明的管线导向装置中被导向的管线在被拉入的状态下和在被拉出的状态下的管线状态或者说螺旋线状的管线走向的示意性示图;和
图5A-5B:一种具有可延长的、长度可变区段的特别优选的布置,该长度可变区段具有两个相反地转动的、由根据图2A-2E的链节组成的子区段;
图6A-6G:管线导向装置的可延长的纵向区段的第二实施例的下述视图:在该纵向区段被拉入的状态下(图6A,6C)和在被拉出的状态下(图6B,6D),以及在关于在其中被导向的管线的走向曲线的侧视图中:在完全被拉入的状态下(图6E)、在半拉出的状态下(图6F)和在完全拉出的状态下(图6G),具有可达到的长度改变的按百分比计算的数据;
图7A-图7D:在立体视图(图7A,7B)中以及在具有用于向右转动的连接部的链节(图7C)和具有用于向左转动的连接部的链节(图7D)的分解视图中的第二实施例的两个链节的视图;
图8:用于连接由根据图7C或者图7D的链节制成的、相反地转动的子区段的中心件的实施例;
图9:用于使根据图7A-7D的链节与常规的链节连接的端件或者连接件的实施例;
图10A-10B:根据本发明的第三实施例的链节的立体视图,作为对图7的变型,例如用于较大的直径;
图11:根据本发明的第四实施例的链节的立体视图;
图12A-12C:根据本发明的第五实施例的链节的立体视图,作为对图2的变型,其具有铰接接收部的两个可更换的、多件式的嵌件(图12D,图12E),所述铰接接收部可选择地预先给定两个相反的转动方向中的一个;和
图13A-13B:根据本发明的第六实施例的链节的立体视图,作为对图2的变型。
具体实施方式
图1A-1D示出铰接臂机器人1(这里,具有串行的运动机构)、例如已知的结构类型的6轴的带有可弯曲手臂的机器人作为工业机器人的示例。本发明可特别地但不仅仅有利地应用在这类具有多个自由度的机器人臂上。在两个接头点2,3之间、这里例如在第三和第六轴上布置有管线导向装置10,其中,管线导向装置10在端侧借助于在两个接头点2,3上的卡箍固定在铰接臂机器人1上。接头点3在空间中可相应于机器人轴(第四至第六轴)相对于接头点2相对运动。
如图1A示出地,管线导向装置10具有至少一个长度可变的第一区段11,在空间上可偏转的第二区段12紧接着所述第一区段。区段11,12能够分别两者都在空间上可偏转且长度可变地实施。替代地,也能够是仅第一区段11是长度可变的并且必要时也在空间上可偏转的,而第二区段12是本身已知的链节。所述第二区段12能够具有例如根据来自EP1616376B或者US7439446B2(=WO2004/093279A1,其教导在这里通过引用纳入本文)的链节或者由这样已知的链节组成。
在此,在第一区段11和第二区段12(图1A)之间的连接能够通过特别的连接件或者端部件进行,如以下说明地。
图2A-图2E示出用于形成长度可变的区段11的链节200的第一实施例。在自身已知的结构类型中,链节200包括护套201,在该实施例中,所述护套在周向上围绕纵轴线L闭合地实施。护套201通过三个径向接片202与链节200的芯210连接并且能够例如由塑料一件式地制造。在护套201和芯210之间,链节200构成由接片202分隔开的三个腔203,作为用于未示出的管线的接收空间。这些腔在轴向方向上贯通地开放。护套201和接片202例如围绕纵轴线L旋转对称地布置和构型。
本发明的一个特别的方面在于在相继的链节200之间的连接部的构型,根据图3A-3C根据由链节200组成的示例性的区段直观地说明。为了连接相邻的链节200,芯210在一个纵向端部上具有铰接头220,而在另一纵向端部上具有对此结合地构型的铰接接收部230。铰接头220和铰接接收部230构型为,使得所连接的链节200可在纵方向上相对彼此纵向调整,如在图3A和图3C之间的比较表明地,并且构型为使得两个链节200相对彼此的纵向调整引起它们相对转动一预先给定的角度量,如根据在图3B或者图3D中的前视图直观地说明。
在该实施例中,铰接头220的可从图2A-2B和图2E中最好地看到的几何结构具有一基本形状,该基本形状具有垂直于纵轴线L的、基本上三角形的横截面,其中,在该横截面内,侧面221相应于第一半径弧形地倒圆(参看图3B),而角顶222或者尖角相应于明显更小的第二半径倒圆(参看图3D)。在沿着纵轴线的每个纵截面中,弧形三角形的铰接头220的外面还根据相对小的第三半径倒圆,也就是说,该倒圆环绕地设置,如图2A与图2E表明地。因此,在铰接接收部230中仅能够实现与最大的横截面的轮廓相应的曲线状的接触,其中,在轴向方向上的倒圆或者相应于第三半径的倒圆允许围绕垂直于纵轴线的两条轴线倾斜或者球窝铰接式的运动。铰接头220通过颈式的栓223与铰接接收部230的壁一件式地连接。
此外,图3A和图3C示出一种呈扩展绳或者绳式的橡胶线缆形式的回位元件300。该回位元件优选地由高弹性的橡胶线以及用于其保护的编织物组成。回位元件300与纵轴线L共轴地经由在芯210中的相应的中心的穿通开口225被穿通导向,并且在长度可变的区段11的端部上抗拉力地紧固在链节200上,例如借助于夹紧环302紧固。回位元件300既定地可弹性地纵向伸展并且产生轴向地定向的回位力到长度可变的区段11上,所述回位力反作用于长度可变的区段的延长,也就是说,使该区段从在图3C中的被拉出的位置回位到在图3A中的被拉入的位置中。
在此,两个链节200之间的每个连接部的铰接头220与铰接接收部230的内面232相互作用,使得该连接部作为转动导向或者强制导向起作用,所述转动导向或者强制导向在进行延长的纵向调整(图3A至图3C)中使链节200在第一转动方向上相对彼此转动,在进行回位的纵向调整中导致它们相反的相对转动。为此,铰接接收部230设有内面232,所述内面与铰接头220的外部轮廓的螺旋状的转动对应。换言之,内面232对应于由铰接头220的轮廓在轴向进给中的转动而产生的面。与之相应地,为了可转动地和可纵向调整地支承铰接头220,铰接接收部230构成尤其与由铰接头220的相应转动平移而产生的体积(包括在技术上必要的运动间隙)结合的阴模。因此,铰接头220的三个角顶222作为导向元件在相应的螺旋状地伸展的导向面上被导向,该导向面在铰接接收部230中在内侧构成类似于内螺纹型式的、槽式的和螺旋状的凹陷。链节200如下连接或者耦合,使得两个链节相对彼此的纵向调整引起它们的相对转动,这取决于拉入或者拉出地转动到一个转动方向还是另一个转动方向上。
作为用于限界最大伸展或者延长的纵向止挡件,护套201分别在插入位置中进行锁定地互相啮合。为此,护套201具有环绕的环式槽,其具有后方的环状边缘205(作为止挡件)和向内突出的环式轮缘207,该环式轮缘作为配对止挡件止挡在边缘205上。纵向止动件是优选的,尤其因为回位元件300虽然使链节200彼此张紧,但是回位元件300的断裂不应导致管线导向装置或者说能链10的长度可变区段11的拆开。但是,纵向止挡件也可以不同地实现、例如在中心的芯上实现(见下文)。
图4示意性地直观地说明在长度可变区段中被导向的管线的两种不同的螺旋线状的或者说螺旋式的走向曲线S1和S2。位置S1相应于管线导向装置10的被拉入或者被回位的状态(参看图1A-1B)。位置S2相应于管线导向装置10的被拉出的位置(参看图1C-1D)。
图5A-5B直观地说明一种特别优选的实施方式,其中,长度可变区段11具有第一子区段11A,在所述第一子区段中,所连接的链节200A分别在延长时围绕纵方向L在第一转动方向R1上相对转动并且在回位时在相反的方向R2上相对转动。此外,所述长度可变区段具有第二子区段11B,在该第二子区段中,所连接的链节200B在延长时在与第一转动方向R1相反的第二转动方向R2上相对转动,并且在回位时相反地在第一转动方向R1上相对转动。因此,子区段11A,11B的转动相互抵消,从而在长度可变的区段11的端部上总体上不传递转动并且线路也受到保护。在此,链节200A,200B的数量在两个子区段11A,11B中优选是相同的。每个子区段11A,11B的链节200A,200B的结构类型的不同仅仅在于转动方向,所述转动方向预先给定相应的铰接接收部230,也就是说,铰接接收部230是方向倒转的。因此,在一个子区段11A中,链节在延长或者拉出时相对彼此地向右转动(例如R1),并且在另一子区段11B中在拉出时相对彼此地向左转动(例如R2)或者反过来,并且在又拉入时相应地反向地往回转动。
在这里,此外,在长度可变区段的子区段11A,11B之间设置有特别的中间件250。该中心件250允许用于待导向的管线的拉力减轻,例如根据在护套中的相应的缝隙来进行拉力减轻。中间件250优选地具有比链节200A,200B的结构长度或者分度更大的结构长度。
中间件250能够具有芯252,所述芯在其纵向端部上相应于链节200A,200B地构型并且与反向地转动的子区段11A,11B连接。
在两个链节200A或者200B之间沿纵方向的所想要的允许的相对调整量(该调整量允许作为用于可纵向调整地连接的间隙)在图5B中用d表示,并且在长度可变区段11的所有链节上相加成为在完全伸长的状态下(图5B)中的最大长度差L2-L1。
现在,根据图6-9更详尽地解释另一个优选的实施例。
图6A-6D示出用于根据图1A的布置的管线导向装置10的长度可变区段11,其由两个子区段11A,11B组成。同样地,子区段11A,11B在从具有长度L1的完全被拉入的状态(图6A,图6C)拉出到具有长度L2的完全被拉出的状态(图6B,图6D)时相对彼此相反地转动,例如,其中,1.3*L1≤L2≤1.5*L1,比如L2=140%*L1(图6G)。为此,子区段11A,11B由根据图7A-7D的连接的链节700A或者700B组成并且通过根据图8的特别的中间件800相互连接,在该中间件上对被导向的管线60进行拉力减轻。在端侧,每个子区段11A,11B具有特别的端部件900,用于与各个由常规的链节(例如根据EP1616376B1或者US7439446B2(=WO2004/093279A1)的结构类型)组成的纵向区段连接。如以上所说明并且在图6A-6D中直观地说明地,这里,两个子区段11A,11B也可通过相反的转动相对彼此进行向左或者向右转动地伸缩式地拉出或者延长。
图6E-6G示出在区段11中的(这里例如六条)被导向的管线60的示例性的布置和走向曲线。每条管线在长度可变区段11中螺旋线状地或者螺旋式地伸展,即,在第一子区段11A中相应于第一螺旋线61A例如向右转动R1和在第二子区段61B中相应于以相反的转动方向伸展的第二螺旋线61B例如向左转动地伸展。在此,所有的管线60在完全地被拉入的状态下相互捻转成为相应的多重螺旋式的组,并且在中间的区域中在根据图8的中间件800处被拉力减轻。螺旋线61A,61B的转动方向与链节700A,700B的转动方向一致并且相互相反或者反向。那么,在完全被拉出的状态下(图6G),管线60基本上直线地伸长,也就是说,两个螺旋线61A,61B被展开。为此,子区段11A,11B在完全被拉出的状态下构成用于管线60的直线的、贯通的接收部,参看图6D。
图7A-7D详细地示出用于构成长度可变区段11(其带有反向地扭转的子区段11A,11B)的链节700A,700B的第二实施例。为了简化,仅探讨与图2-5的实质的区别。链节700A,700B具有由同类件制造的弧形的护套段71(图7C-7D)。护套段71在图7A-7D中不是在周向上围绕纵轴线L闭合,而是在两侧分别构成导入开口71A,71B,以简化管线60的装配或者更换。两个护套段71中的每个通过恰好一个径向接片72与链节700A,700B的芯710连接。因此,每个链节700A,700B在这里构成两个分隔开的轴向开放的腔,用于接收管线60(参看图6D)。
每个链节700A,700B在一个纵向端部上具有芯710(带有在这里也在轴向上对置地一个铰接头720)和在另一纵向端部上具有与其结合地构型的铰接接收部730A或者730B。为了更容易地制造尤其是铰接接收部730A或者730B的复杂的几何结构以及为了将铰接头720简化地装配在铰接接收部730中,芯710在图7A-7D中由两件式地制造,在这里由包括铰接头720的第一部分710A和由用于构成铰接接收部730A或者730B的盖式的第二部分710B组成。第二部分710B可与第一部分710A互补并且与所述第一部分形锁合地连接。两件式的结构类型尤其实现在每个铰接接收部730A或者730B的开口上的用于铰接头720的嵌入的环绕的保持边缘733。保持边缘733尤其用作在拉出或者延长时的轴向止挡件,但是在空间上的可偏转性也能够由柱形的颈部的止挡来限界,所述颈部承载进行嵌入的铰接头720。在拉入时的相反方向上,铰接头720在内部止挡在铰接接收部730A或者730B的内面上。
如图7C-7D直观地说明地,由于接片72的构造型式实现第二部分710B在第一部分710A上的稳定的固定。这通过下述方式实现:两个部分710A,710B分别共同地构成由两个半部711组成的柄、销或者诸如此类的(例如四边形),所结合的接收部712、例如四边形接收部相配地套到所述两个半部上。在护套段71相互靠紧地紧固的情况下,两个半部711通过插入到接收部712中而固定,其中,每个护套段71例如借助于自攻螺钉紧固在芯710上。在与护套段71一件式的内侧的突出部中实现所述接收部712,然后,该内侧的突出部与芯710的组成部分710A,710B稳定地保持相互靠紧并且固定。此外,图7A-7D也在第一部分710A中示出用于回位元件300(参看图5A-5B)的共轴的、贯通的开放的穿通开口725,所述开口的口部缓慢地扩开。
如图7C与图7D的比较示出,链节700A,700B的区别在于相应的铰接接收部730A或者730B的转动方向,所述铰接接收部或者向右转动R1或者向左转动R2地实施,其中,铰接头720分别保持相同地构型。铰接头720和铰接接收部730A或者730B允许所期望的、相对彼此的轴向纵向调整并且在此也预先给定所期望的相对转动。为此,在该实施例中,铰接接收部730A,730B的内面和铰接头720也相应地相互作用,使得连接部用作一种转动导向或者强制导向,所述转动导向或者强制导向在拉出或者拉入时预先给定两个连接的链节700A,700B的转动。这里,在图7A-7D中的铰接头实施为具有大约三角形的、与在图2E中的那个相应的基本形状。
图8示出用于连接子区段11A,11B(也就是说,它们的在子区段11A,11B之间在长度可变区段11的中间区域中的端侧的链节700A或者700B)的中间件800的结构类型(图6B-6C)。原理性的构造型式类似于图7A-7D,尤其具有由第一部分810A和第二部分810B组成的两件式的芯810,所述第一部分和第二部分相互靠紧地根据多个(这里是四个)结构相同的护套段71固定,例如,以上针对图7C-7D的说明。芯810在其两个纵向端部上各具有或者构成两个互补的铰接接收部730A或者730B中的一个,用于与连接的链节700A或者700B的铰接头720连接。因此,与子区段11A,11B的更简单的、刚性的连接相比,拉出长度L2-L1提高。
此外,中间件800具有拉力减轻元件840,该拉力减轻元件在两侧紧固在芯810上,例如这里通过螺栓连接形状锁合和力锁合地紧固在芯上。每个拉力减轻元件840具有多个在两侧轴向地突出的T形的保持器用于管线在中间件800上的固定和拉力减轻,例如借助于线束扎带进行固定和拉力减轻。拉力减轻元件840能够作为两个夹子式的同类件相互旋紧并且包围芯810,以便同时实现其相互靠紧的部件810A,810B的附加固定。因此,所示出的中间件800除了螺钉之外在这里由仅四个构件组成:芯810的组成部分810A,810B、两对护套段71以及两个拉力减轻元件840。这些构件如同链节700A,700B的部分优选地作为注塑件生产。图8也直观地说明了中间件800中的用于绳状回位元件300(在图6-9中未示出)的穿通开口825。
图9示出端部件900,用于使由链节700A或者700B组成的、长度可变区段11的每个纵向端部与EP1616376B1或者US7439446B2(=WO2004/093279A1,其教导在这里通过引用纳入本文)的结构类型的常规链节的铰接窝连接。为此,由两个构件910A,910B组成的芯910在一个轴向端部上具有铰接头720,用于与链节700A或者700B的铰接接收部730A或者730B连接,并且在另一个轴向端部上具有自身已知的、根据EP1616376B1或者US7439446B2(=W02004/093279A1)的球形铰接头90。在需要时,能够在长度可变区段11的两个端部上使用结构相同的端部件900。此外,端部件900构成锁夹的在内侧共轴地位于910A,910B上的夹紧壳927,其具有用于在轴向上对绳式的回位元件300进行端部紧固的横向筋。因此,端部件900能够同时紧固回位元件300的端部(未示出)而没有附加的夹紧环(如在图5A-5B中所示出)。如通过夹紧环302那样,也能够借助于由夹紧壳927构成的锁夹来进行回位元件300的预紧的调节,其方式是,使该回位元件相应地预紧并且然后将其在轴向上固定在端部件900上。为此,与夹式的拉力减轻元件840的组合是有利的,所述拉力减轻元件能够借助于作为张紧卡环的螺纹连接部,使构件910A,910B彼此相对张紧。与之相应地,两个夹式的拉力减轻元件840优选地也包围两个夹紧壳927。
图10A-10B示出用于根据图1A的长度可变区段11的另一链节100。该变型与上述实施例的区别一方面在于铰接头120的椭圆形的基本形状和铰接接收部130的相应的构型(这里仅仅示出两者中的一个)。此外,图10B示出用于通过部分110A,110B的两侧的臂状突出部111在护套段71中的相应接收部112中的卡固连接来固定由两个部分110A,110B组成的、多件式的芯110的替代方案,其在其他方面与例如图7-9相当。
图11示出一种类似的变型,然而这里用于实现管状地在周向上闭合的管线导向装置10。在这里,链节1100基本上由两个成型件1100A,1100B构成,所述两个成型件通过键槽连接在接片的接口上相互连接或者由附加的固定元件1111固定。另外的结构类型能够相应于先前的实施例中的一个,尤其是在链节1100的铰接连接方面。
图12A-12E示出另一链节1200,其具有用于铰接头1220(这里如在图7中那样)的铰接接收部1230A或者1230B(图12D,图12E)的两个可更换的多件式的嵌件1250A,1250B,所述铰接接收部可选择地预先给指定两个相反的转动方向R1,R2中的一个。嵌件1250A,1250B是多件式的,这里例如由各三个单件、优选呈环的扇形形式的注塑件实现。嵌件1250A,1250B能够通过轴向地推入而搭入链节1200的芯中的构型为保持部的接收部1260中。由多件式的结构类型能够显著地简化通过用注塑进行的制造,尤其是当链节1200的主体要一件式地制造时。在此,两个嵌件1250A,1250B中的每个构成用于相应的子区段11A,11B的、用于相反的相对转动(向右转动或者向左转动)的两个接收部1230A,1230B中的一个。借助于在轴向方向上的卡锁,铰接头1220能够以安装在其上的嵌件1250A,1250B在轴向上插入到邻接的链节1200的芯中的保持部1260中,这能简化装配。此外,该结构类型在很大程度上类似于图2A-2E,尤其具有三个径向接片1202,所述三个径向接片使在周向上闭合的护套1201与芯1210连接。
最后,图13A-13B示出根据图2-3的链节1300的变型,在该链节中,通过在径向外部的导向件(这里是外部的转动导向突出部1320)和内部的转动导向留空1330(类似于螺纹)在链节1330的护套件上实现所期望的相对转动。转动导向留空1330或者转动导向突出部1320能够实施为倾斜地或者螺旋状地伸展的槽和在护套段的交叠区域上配合到其中的突出部。
在这里,如在图2-3中所示出地,也能够在护套件上实现轴向止挡。因此,不同于例如在图2-3中地,链节1300不具有在芯上的铰接头或者铰接接收部。
如实施例示出地,长度可变区段11能够通过不同的结构类型的链节来实现,所述链节可分别成对地相对彼此围绕纵方向L相对转动并且可相对彼此纵向调整地相互连接。回位元件300也能够以不同的方式实现,并且不必强制地与纵方向共轴地设置或者设置为扩展绳。
附图标记列表
图1A-1D
1 工业机器人
2,3 接头点
10 管线导向装置
11 长度可变的区段
12 在空间上可偏转的区段
图2A-2E、图3A-3C、图4
200 链节
201 护套
202 接片
203 腔/接收空间
205 边缘(止挡件)
207 环式轮缘(止挡件)
210 芯
220 铰接头
221 侧(铰接头)
222 角顶/尖角
223 栓
225 穿通开口
230 铰接接收部
232 内面(铰接接收部)
300 回位元件
302 夹紧环
L 纵轴线
S1,S2 螺旋式的走向曲线
图5A-5B
11A 第一子区段
11B 第二子区段
200A,200B 链节
250 中间件
d 轴向间隙/相对的调节量
R1,R2 转动方向/旋转方向
L1 被拉入的长度
L2 被拉出的长度
图6A-6G、图7A-7D、图8-9
11 长度可变的区段
11A 第一子区段
11B 第二子区段
60 管线
71 护套段
71A,71B 导入开口
72 接片
90 铰接头(常规的)
61A,61B 螺旋线/螺旋走向曲线
700A;700B 链节
710 芯
710A,710B 芯部件
711 半部(防护柄)
712 接收部
720 铰接头
725 穿通开口
730A;730B 铰接接收部
733 保持边缘(轴向的止挡件)
800 中间件
810 芯(中间件)
810A,810B 芯部件
825 穿通开口
840 拉力减轻元件
900 端部件
910 芯(端部件)
910A,910B 构件
927 夹紧壳(绳夹)
R1,R2 转动方向/旋转方向
L1/L2 被拉入/拉出的长度
图10A-10B、图11
100 链节;110 芯;110A,110B 芯部件;120 铰接头(椭圆形的);130 铰接接收部
1100 链节;1100A,1100B 成型件;1111 防护元件
图12A-12E
1200 链节;1201 护套;1202 接片;1210 芯;
1220 铰接头;1230A,1230B 铰接接收部;1250A,1250B (用于铰接接收部的)嵌件;1260 (用于嵌件的)接收部
图13A-13B
1300 链节;1320 转动导向突出部;
1330 转动导向留空;

Claims (16)

1.一种管线导向装置(10),其用于尤其是在具有多个自由度的机器人(1)上对如线缆、软管或者诸如此类的管线在第一接头点和相对于所述第一接头点可相对运动的第二接头点(2,3)之间进行导向,该管线导向装置包括:
多个链节,所述链节构成用于管线的接收空间,所述链节在纵方向(L)上相继地布置并且通过相应的铰接连接部以铰接的方式相互连接,其中,所述铰接连接部允许所连接的链节相对彼此在空间上偏转;和
至少一个弹性的回位元件(300);
其特征在于,
所述管线导向装置具有长度可变区段(11),所述长度可变区段包括多个链节(200A,200B;700A,700B),所述链节能相对彼此围绕所述纵方向相对转动,并且为了在纵方向(L)上延长所述长度可变区段(11),所述链节能相对彼此纵向调整地相互连接、尤其是铰接式地连接和/或尤其是连接或者耦合为,使得两个链节(200A,200B;700A,700B)相对彼此的纵向调整引起它们的相对转动(R1,R2),并且所述回位元件(300)能弹性地纵向拉伸并且被布置用于将回位力施加到所述长度可变区段(11)上,所述回位力反作用于所述长度可变区段的延长。
2.根据权利要求1所述的管线导向装置,其特征在于,所述长度可变区段(11)的分别相继的链节(200A,200B;700A,700B)的连接部构型为,使得两个链节相对彼此的纵向调整根据方向预先给定在一个转动方向上或者在相反的转动方向上围绕所述纵方向(L)的相对转动;
其中,所述连接部尤其包括转动导向件,在所述两个链节(200A,200B;700A,700B)进行延长地纵向调整时,所述转动导向件引起所述两个链节在第一转动方向(R1)上的相对转动,并且在所述两个链节进行回位地纵向调整时引起所述两个链节的相反的相对转动。
3.根据权利要求1或2、尤其根据权利要求2所述的管线导向装置,其特征在于,所述长度可变区段具有第一子区段(11A)和第二子区段(11B),在所述第一子区段中,连接的链节(200A;700A)在延长时分别在第一转动方向(R1)上相对转动,在所述第二子区段中,连接的链节(200B;700B)在延长时在与所述第一转动方向相反的第二转动方向(R2)上相对转动。
4.根据以上权利要求中任一项所述的管线导向装置,其特征在于,
-所述至少一个回位元件(300)被布置用于施加在纵方向上的预紧,所述预紧将所述长度可变区段拉紧;和/或
-所述至少一个弹性的回位元件(300)绳式地或者带式地实施,其中,所述回位元件尤其包括或者尤其是橡胶缆线,优选所述橡胶缆线具有橡胶线和/或橡胶带以及编织物。
5.根据权利要求4所述的管线导向装置,其特征在于,在所述长度可变区段(11)的至少一个端部区域上、尤其是在所述长度可变区段的端侧的链节(200;900)上设置有用于调节所述回位元件(300)的预紧的调节装置(302;927)。
6.根据以上权利要求中任一项、尤其是根据权利要求3所述的管线导向装置,其特征在于,在所述长度可变区段的两个子区段(11A,11B)之间设置有中间件(250;800),其中,所述中间件(250;800)具有用于待导向的管线(60)的拉力减轻件(840)和/或优选地具有比所述长度可变区段(11)的多个链节的结构长度或者分度大的结构长度,和/或,其中,所述中间件(250;800)尤其是在其纵向端部的每个上与相对彼此反向地转动的子区段(11A,11B)中各一个连接,尤其通过分别反向的转动导向件(730A,730B)连接。
7.根据以上权利要求中任一项、尤其是根据权利要求2和4所述的管线导向装置,其特征在于,至少所述长度可变区段(11)的所述链节(200A,200B;700A,700B)分别具有中心的芯(210;710),所述中心的芯具有中心的穿通开口(225;725),所述弹性的回位元件(300)经由所述中心的穿通开口被导向;和/或
所述芯(210;710)具有所述转动导向件的导向元件(220,230;720,730);和/或在两个链节相对彼此纵向调整时,所述芯(210;710)根据方向预先给定在一个转动方向上或者在相反的转动方向上围绕所述纵方向的相对转动。
8.根据以上权利要求中任一项、尤其根据权利要求7所述的管线导向装置,其特征在于,至少所述长度可变区段(11)的所述链节(200A,200B;700A,700B)分别具有中心的芯(210;710),所述中心的芯构成铰接头(220;720)和在纵方向上对置的铰接接收部(230A,230B;730A,730B),所述铰接接收部相对应地构型为用于与后续的链节的所述铰接头铰接式地连接,其中,铰接头和铰接接收部优选地构成用于预先给定所述相对转动的转动导向件,尤其是通过在所述铰接接收部(230A,230B;730A,730B)中在内侧的一个或者多个螺旋状地伸展的导向面(232)构成,为了预先给定所述相对转动,所述铰接接收部与在所述铰接头(220;720)上的一个或者多个导向元件相互作用。
9.根据权利要求8所述的管线导向装置,其特征在于,
-所述铰接头(220;720)具有一基本形状,所述基本形状具有基本上三角形的横截面,优选具有弧形地倒圆的侧面(221),所述侧面的三个角顶(222)作为导向元件在所述铰接接收部(230A,230B;730A,730B)中在内侧在相应地螺旋状地伸展的导向面(232)上被导向;或者
-所述铰接头(120)具有一基本形状,所述基本形状具有椭圆形的横截面,所述椭圆形的横截面的两个主要角顶作为导向元件在所述铰接接收部(130)中在内侧在相应地螺旋状地伸展的导向面上被导向;和/或
-铰接头和铰接接收部(220,230;720,730)构成铰接连接部,所述铰接连接部能纵向调整、能相对转动,并且为了所连接的链节相对彼此在空间上偏转,所述铰接连接部能围绕垂直于所述纵方向的至少两条轴线摆动,其中,尤其是,所述铰接头的基本形状的侧面在纵截面中凹形地成形,尤其相应于一曲率半径成形,用于在空间上的可偏转性。
10.根据权利要求8或9所述的管线导向装置,其特征在于:
-所述中心的芯(710)、至少所述铰接接收部由两个能相互连接的单独的构件(710A,710B)构成;或者
-所述铰接接收部(1230A,1230B)由至少两个单独的嵌件(1250A,1250B)构成,所述嵌件紧固在所述芯上的接收部中,其中,每个嵌件优选分别具有螺旋状地伸展的内面(232)。
11.根据以上权利要求中任一项所述的管线导向装置,其特征在于,
所述长度可变区段(11)的至少所述链节(700A,700B)或者所有的链节分别具有中心的芯,所述中心的芯具有至少两个基本上径向的接片(71),在所述接片上分别保持有至少一个护套段,用于在径向方向上限界所述接收空间,其中,所述护套段(71)优选能向上摆动地布置和/或柔性地实施并且在两个护套段(71)之间构成导入开口(71A,71B)。
12.根据权利要求11所述的管线导向装置,其特征在于,至少在所述长度可变区段(11)中,所述护套段(201;1201)构成在周向上且在纵方向上闭合的管,其中,分别相继的链节的所述连接部包括在所述护套段上的转动导向件(1320,133)。
13.根据以上权利要求中任一项所述的管线导向装置,其特征在于,能在纵方向上纵向调整的所述连接部分别包括至少两个纵向止挡件,所述纵向止挡件限制两个链节在两个方向上的纵向调整,其中,所述纵向止挡件(733)在所述芯(710)上和/或在护套段上,其中,优选两个纵向止挡件由在所述芯(710)上的铰接接收部(730A,730B)构成。
14.根据权利要求13所述的管线导向装置,其特征在于,所述能纵向调整的连接部的纵向间隙为所述链节(200A,200B;700A,700B)、尤其是所述中心的芯的链节分度或者轴向结构长度的至少20%、优选至少30%和尤其是直至45%。
15.根据以上权利要求中任一项所述的管线导向装置,其还包括至少一条在所述管线导装置(10)中被导向的管线(60),其特征在于,所述至少一条管线在所述长度可变区段中螺旋线状地或者螺旋式地伸展地布置,尤其是相应于在所述第一子区段(11A)中的第一螺旋(S1;61A)和在所述第二区段(11B)中的以相反的转动方向伸展的第二螺旋(S2,61B)布置。
16.一种机器人(1)、尤其是工业铰接臂机器人,其特征在于,其具有根据以上权利要求1至15中任一项所述的管线导向装置(10)。
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