CN1805831A - 工业机器人 - Google Patents

Abstract

一种在工业机器人中控制布线(12)的装置，该布线包括多个芯体。布线布置成拉过第一和第二机器人部件(100、101、103、105、104、106、107、108)，所述机器人部件可运动布置成相互转动和弯曲。该装置包括围绕布线的外套(3a)。

Description

工业机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人。特别是，本发明涉及一种在这种工业机器人中用于机器人臂的腕部壳体内的装置。机器人臂包括具有转动盘的腕部，转动盘继而包括工具保持器。转动盘可相对于腕部转动。工具保持器适用于连接工具。在将工具连接到工具保持器上时，布线布置到工具上。本发明特别涉及一种用于布线的保护装置。

背景技术

工业机器人包括互连的机器人部件，例如立柱、机器人臂、臂壳体、腕部和转动盘。两个相连的机器人部件相互连接，以便围绕转动轴线相互之间转动，或者相互之间线性移动。

布线这里主要指的是包括工艺布线(process cabling)。布线还可用来包括驱动机器人转动运动的驱动马达的功率供应。布线还包括用于控制机器人的控制布线。除此之外，布线还可包括用于消费者特定需要的附加电路。

工艺布线这里指的是包括用于功率和信号的缆线、用于流体和气体的导管，以及有时包括空的可弯曲保护外套，保护外套布置成另外铺设一个或多个导管和缆线。工艺布线将例如电力、水和空气的工艺介质输送到工具。工艺布线需要空间，并且需要刚性。

工业机器人的外臂必须经常穿过窄小通道，并且在窄小空间内操作。当例如采用焊接机器人时，通常将工艺布线拉出到机器人外部。为了在例如汽车工业中进行焊接操作，机器人必须到达汽车主体内的窄小的空间内以便进行焊接。如果工艺布线接着在机器人外部自由延伸，存在的危险是布线钩在汽车主体的结构部件上，特别是在工艺布线围绕机器人的腕部和工具附近未保护地延伸的情况下。布线被钩住继而造成布线损坏和无意的服务中断，这对于加工具有不利影响。

在需要机器人部件相互铰接并同时相互转动和弯曲的机器人进行操作时出现多种问题。连接到工业机器人上并布置成穿过所述机器人部件的布线接着同时进行转动和弯曲。在布线进行弯曲和转动时单独的线进行弹性拉长和扭转。由于机器人以重复循环方式运动，这种情况在布线中在相同位置上一直出现。布线对于围绕相互垂直的轴的同时转动给出很大的阻力。这造成布线中的应力，这增加布线疲劳失效的危险。机械应力还可造成布线中单个管线和缆线的断裂。根据其功能，单个管线和缆线由不同材料制成。在布线进行显著拉长和扭转的位置上，单个管线和缆线上还出现不希望的磨损。单个管线和缆线的使用寿命因此部分取决于其布线中的几何位置。

因此希望的是保护布线不疲劳失效。布线结合机器人的重复运动而进行拉长和扭转。在布线布置成穿过机器人的多个轴之一时，布线应该经受出现在布线上的应力。

WO00/37224描述一种具有机器人臂的机器人。从此出版物中公知的是将用于控制布线的控制装置布置在机器人臂内部。布线布置成穿过波纹管形式的保护外套。其目的在于以紧凑和节省空间的方式容纳布线，并且保护不使其失效。但是，特别是在波纹管经受来自扭转运动时出现的剪切力的应力的情况下，波纹管对应力敏感。

US4499784描述一种具有机器人臂的机器人，其包括具有工具的转动盘。从此出版物中公知的是将布线布置在腕部壳体内部。其目的在于实现具有圆形的机器人腕部。但是，同样在此情况下，波纹管用来容纳用于转动转动盘的布线。这是不适用于准确加工的笨拙方法。为了将足够扭矩传递到转动盘，波纹管必须具有牢固的大尺寸，并且波纹管壁必须具有牢固的截面，使得波纹管刚性，并且不具有弹性，而且体积大。除此之外，由于制造费用高并且必须经常更换，波纹管成本高。

尤其由于成本，希望的是提供一种工业机器人，其中以紧凑/节省空间并受到保护的方式布置布线。另外希望的是将布线布置成，使其可以受控的方式多次弯曲和转动，而不进行不合理的磨损。

在机器人工业中，在其工具机动性大的工业机器人中，需要以为经常同时拉长和扭转的布线提供长的使用寿命的方式将布线布置在机器人内部。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在工业机器人中保护布线的装置，该装置造成布线上具有小的负载，并且因此延长布线的使用寿命。另一目的在于不管机器人部件同时相互弯曲的事实，在机器人部件之间传递转动运动。

按照本发明，这些目的通过一种具有权利要求1的特征部分所述特征的装置、一种具有权利要求11的特征部分所述特征的方法以及一种具有权利要求10的特征部分所述特征的工业机器人来实现。

按照本发明的解决方法在于提供一种用于通过机器人部件之间的扭转刚性外套来控制布线的装置，并且通过为该装置提供加固件(armouring)来稳定所述外套。这种组合形成扭矩传送器，该传送器能够传递转动扭矩，同时进行显著弯曲。

该装置布置在工业机器人中，以便控制包括多个芯体的布线。布线拉过第一和第二机器人部件。机器人部件可运动地布置成可相对转动和弯曲。该装置包括围绕布线的外套。该装置包括布置在外套的一端处的第一控制构件和布置在外套的另一端处的第二控制构件。控制构件适用于在径向固定包括在布线内的芯体。控制构件之间的外套加固件设计成在机器人部件相对运动时保持外套的截面。在机器人部件相对运动时，外套和加固件适用于相互协作，以便将第一控制构件的转动转换成第二控制构件的同步转动。以此方式，延伸通过控制构件和外套的芯体只进行弯曲。

该装置通过用加固件加强外套以扭转刚性的方式布置。由于该装置扭转刚性，它适用于将转动从一端传递到另一端。该装置大致同步地将第一控制构件的转动转换成第二控制构件的同步转动。该装置因此将扭矩从第一控制构件传递到第二控制构件。

布线布置成延伸通过两个控制构件的每个控制构件。因此，布线径向固定，同时可纵向运动。以此方式，布线的转动运动从第一控制构件分配到第二控制构件。本发明概念的一部分是包括在布线内的管线和缆线大致相互靠近的对称布置穿过每个控制构件，或者具有某些其它有助于转动运动的取向。当布线交替弯曲和拉伸时，出现长度变化，但是由于布线和单个缆线和管线允许在外套内纵向运动，它们将伴随外套的运动。在这种组合转动运动和弯曲运动中，在布线上划分转动运动和弯曲运动。装置内的布线的第一部分进行弯曲运动。装置外部的布线的第二部分进行转动运动。转动运动通常以高速进行，这意味着布线的单个部分必须相对柔软。另外，布线通常是可延长的，这需要构造好的位置。还可出现的是单个缆线具有很大的直径。在以适当方式处理布线，消除扭矩，增加了布线的使用寿命。工业机器人中的布线可提供显著的转动阻力，这意味着形成了大的剪切力。

通过柔性的术语，这里意味着外套在其纵向是弹性的，其方式是外套的直径和截面形状不变。外套的内壁最好均匀和平滑。

在本发明的优选实施例中，所述加固件包括螺旋弹簧。在一个方向转动螺旋时，螺旋在相同方向上作用剪切力，这造成拉伸应力。当螺旋在另一方向上转动时，作用剪切力，以便减小螺旋的直径，这造成压缩应力。

在本发明的另一实施例中，螺旋弹簧制在柔性外套内，形成外套的加固件。以此方式，在围绕两个轴同时转动和弯曲时，稳定的螺旋弹簧抵抗变形，并且保持其周边、螺旋直径。在柔性外套造成的扭转负载防止该运动时，分别防止螺旋弹簧膨胀和收缩。在弯曲期间，外套的柔性使其吸收长度的微小变化，该变化分别出现在螺旋弹簧的曲率的内半径和外半径之间。由于螺旋弹簧是外套的一部分，在组合的转动运动和弯曲运动期间，螺旋弹簧在外套内大致相对于其本身保持其位置。

在本发明的另一实施例中，所述装置在同时弯曲和转动期间大致保持其截面。这意味着该装置在经受次大气压和过压时形状不变。

在本发明的又一实施例中，所述第一机器人部件包括转动盘。当机器人操作时，转动盘转动。这意味着连接到转动盘的例如工艺布线的布线在其转动期间围绕腕部的中心轴线伴随腕部。第一控制构件连接到转动盘上，并且第二控制构件布置在第一机器人臂上。另外，外套还布置成延伸通过腕部壳体。从第一控制构件到第二控制构件出现扭转传递。第二控制构件围绕机器人臂的中心轴线可转动布置，但是固定在第一机器人臂的给定接口上。从转动盘出现扭矩传递并且回到机器人臂。本发明的装置通过腕部的弯曲将来自转动盘的转动扭矩转换成机器人臂内的第二控制构件的转动。外套将转动盘的转动转换成第二控制构件的转动。在腕部壳体内，位于转动盘和机器人臂之间的布线的部分进行转动运动。在从动力源看到的腕部壳体之前，位于机器人臂内的布线的另一部分进行转动运动。该结构使得腕部的弯曲可以超过垂直弯曲。

在以上实施例的可选择实施例中，第二控制构件围绕腕部壳体的中心轴线可转动布置，但是能够在两个销形式的停止位置之间沿着第一机器人臂的限制部分运动。

在本发明的再一实施例中，所述第一机器人部件包括脚部。

在本发明的另一实施例中，所述控制装置可拆卸布置。

在本发明的又一实施例中，外套包括由加固件形成的螺旋绕圈之间的折叠部。这增加外套的机动性。

在本发明的另一优选实施例中，转动通过剪切力传递。

由经受扭矩传递的刚性材料制成的外套不能在没有很大变形的情况下同时弯曲。没有护套的单个螺旋弹簧不具有足够扭转刚性，以便传递足够的扭矩。由以所述方式经受弯曲的柔性材料制成的外套也不能传递足够的扭矩。另外，与具有加固件的材料相比，没有加固件的柔性材料在经受扭转时具有很短的使用寿命。材料越软，转动运动越不同步，直到外套最终损坏为止。由于外套进行加固，它变得更加牢固。由于外套进行加固，它也可相对于扭转变得更加刚性。另外，具有加固件的外套还可大致形状不变。加固件最好延伸通过外套。

波纹管包括通过硬材料的圆形或矩形的薄单元扩张的薄材料的折叠区段，所述单元形成交替的小和大直径。波纹管包括薄材料。波纹管设计成吸收纵向偏差。如果其一端相对于另一端扭转同时拉伸时，波纹管破裂。如果扭转运动太大，波纹管损坏。

在本发明的装置中，通过将例如扭转弹簧的加固件制在外套中，柔性材料布置成扭转刚性。这稳定了外套，并且防止其损坏。该装置因此能够传递扭矩。制在柔性外套内的螺旋弹簧因此比波纹管传递更大的扭矩动能。

将布线放置在包括螺旋弹簧的外套内的一个优点在于外套可制成透明的，这简化布线的目测检查。

将布线内部定位在外套内的另一优点在于这是节省空间的解决方法。

本发明的其它有利的变型将从以下的说明和权利要求中变得清楚。

附图说明

参考附图，通过实施例的描述，将更加相信地说明本发明，附图中：

图1是现有技术的工业机器人；

图2是本发明装置的优选实施例；

图3是包括本发明装置的腕部壳体；

图4是包括布线的本发明装置的所述实施例；以及

图5是包括本发明装置的优选实施例的工业机器人。

具体实施方式

以下描述涉及所述方法和所述装置。

图1表示现有技术的工业机器人的实施例。工业机器人包括脚部100、立柱101、第一机器人臂103、第二机器人臂104、臂壳体105、腕部壳体106、腕部107和转动盘108。

工业机器人的脚部100固定安装在底座上。脚部支承立柱101，立柱围绕第一轴线Ax1相对于脚部可转动布置。立柱支承第一机器人臂103。第一机器人臂围绕第二轴线Ax2相对于立柱转动。第一机器人臂支承臂壳体105。臂壳体围绕第三轴线Ax3相对于第一机器人臂转动。臂壳体支承第二机器人臂104。第二机器人臂围绕第四轴线Ax4相对于臂壳体转动，第四轴线与第二机器人臂的纵向轴线重合。第二机器人臂包括腕部壳体106。腕部壳体支承腕部107。腕部围绕第五轴线Ax5相对于腕部壳体转动。腕部支承转动盘108，转动盘围绕第六轴线Ax6转动布置。转动盘包括工具保持器。工具保持器适用于连接工具。

图2表示本发明装置的优选实施例的分解视图，该装置包括具有贯穿通道的外套3a。外套包括第一控制构件50和在附图中未示出的第二控制构件40，以及第一紧固装置4和第二紧固装置5。外套3a包括加固件3b，例如螺旋弹簧。外套适用于接收并容纳连续的布线。螺旋弹簧具有外曲率半径Ro和内曲率半径Ri。

图3表示本发明装置的优选实施例的分解视图，在所述类型的工业机器人中布置在第二中空机器人臂的外部上的腕部壳体106、腕部107、转动盘108、第一控制构件50、第二控制构件40以及布线12。去除外套，以便暴露布线。

腕部壳体106支承腕部107。腕部支承转动盘108。在围绕器纵向轴线转动的中空第二机器人臂中，布线布置在机器人臂内部，延伸通过第一控制构件50和第二控制构件40。在这种情况下，所述工艺布线内部布置穿过腕部的中心轴线。另外，工艺布线布置成固定在转动盘以及上部机器人臂(未示出)的远端上，该远端通过第一机器人臂支承。

第一控制构件布置在转动盘108上，并且在转动期间伴随盘。第二控制构件围绕机器人臂的中心轴线可转动地布置在第一机器人臂103处，但是固定在第一机器人臂的给定截面上。控制构件用来输入并控制布线。第一紧固装置4布置成将该装置紧固在转动盘以及第一控制构件40上。第二紧固装置5布置成固定到第二控制构件50上。布线12布置成固定在转动盘上。转动盘具有布线穿过其中的中央定位的空腔。布线这里布置成缆线和管线的团束。布线分别连接到转动盘和控制构件上，保持其相互取向。连续的布线布置成轴向固定延伸，但是在布置在控制构件内的连续开口内纵向自由运动。布线均匀分布，以便穿过两个控制构件的各自截面。转动盘围绕第六轴线Ax6转动，在不弯曲机器人腕部时，该轴线与第四轴线Ax4重合。因此，布线经由第二控制构件从第一控制构件自由延伸到第一机器人臂的固定连接部。

螺旋弹簧形式的扭转刚性的加固件稳定扭转刚性的柔性外套。外套由例如聚亚安酯制成。螺旋弹簧由例如金属或刚性塑料制成。

图4表示包括外套3和连续布线12的本发明的所述实施例。第一控制构件50在第一紧固装置4内布置在外套的一端上，并且第二控制构件40在第二紧固装置5内布置外套的另一端上。

图5表示按照本发明的优选实施例包括两个用于控制布线的工业机器人。第一装置安装在转动盘108上，并且划分围绕第六轴线Ax6的转动动能以及围绕第五轴线Ax5的弯曲动能。第一装置安装在支承立柱101的脚部100上，并且划分第一轴线Ax1的转动动能以及围绕第二轴线Ax2的弯曲动能。

本发明不局限于所示实施例，本领域普通技术人员当然可以不同方式在权利要求所限定的范围内进行变型。因此，在另一实施例中，采用由额外柔性材料制成的外套，例如尼龙，相对于从外套一端转动到另一端来说，该材料具有某种弹性。它可应用于不需要高精度，但是必须传递大扭矩的场合。具有与加固螺旋弹簧的螺旋角度相反的螺旋角度的另一螺旋弹簧可用作外套。该外套也可布置成网格。加固件还可包括不相互连接的闭合环。

应用领域是包括例如电弧焊和点焊的焊接以及机加工和分选方法。

Claims (18)

1.一种在工业机器人中控制包括多个芯体的布线(12)的装置，布线拉过第一和第二机器人部件(100、101、103、105、104、106、107、108)，所述机器人部件可运动地布置成可相对转动和弯曲，所述装置包括围绕布线的外套(3a)，其特征在于，该装置包括布置在外套的一端处的第一控制构件(50)和布置在外套的另一端处的第二控制构件(40)，所述控制构件适用于在径向固定包括在布线内的芯体，控制构件之间外套内的加固件适用于在机器人部件相对运动时保持外套的截面，并且在机器人部件相对运动时，外套和加固件适用于相互协作，以便将第一控制构件的转动转换成第二控制构件的同步转动，使得延伸通过控制构件和外套的芯体只进行弯曲。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加固件包括螺旋弹簧。

3.如上述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，螺旋弹簧制在柔性外套内部。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，转动通过剪切力传递。

5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一机器人部件包括转动盘(108)。

6.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述第一机器人臂机包括脚部(100)。

7.如权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述控制构件可拆卸布置。

8.一种机器人腕部，其特征在于，该机器人腕部包括如权利要求1-7任一项所述的装置。

9.一种机器人臂，其特征在于，该机器人臂包括如权利要求1-7任一项所述的装置。

10.一种工业机器人，其特征在于，该工业机器人包括一种如权利要求1-7任一项所述的装置和容纳在该装置内的布线。

11.一种在工业机器人中控制包括多个芯体的布线(12)的方法，布线拉过第一和第二机器人部件(100、101、103、105、104、106、107、108)，所述机器人部件可运动地布置成可相对转动和弯曲，并且该机器人包括具有布线布置成经由其在机器人部件之间延伸的外套(3a)的装置，其特征在于，第一控制构件(50)用来在径向将芯体固定在外套的一端上，第二控制构件(40)用来在径向将芯体固定在外套的另一端上，外套设置加固件(3b)，加固件设计成在机器人部件相对运动时保持外套的截面，并且外套和加固件同时用来将第一控制构件的包括在该运动中的转动转换成第二控制构件的大致同步的转动，外套和加固件在所述转动期间允许装置进行包括在该运动中的弯曲，由此延伸通过控制构件的芯体和外套在机器人部件相对运动期间只进行弯曲。

12.如上述权利要求所述的方法，其特征在于，所述加固件适用于包括螺旋弹簧。

13.如权利要求11-12任一项所述的方法，其特征在于，螺旋弹簧布置成制在柔性外套内。

14.如权利要求11-13任一项所述的方法，其特征在于，转动通过剪切力传递。

15.如权利要求11-14任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人部件适用于包括转动盘(108)。

16.如权利要求11-14任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人部件适用于包括脚部。

17.如权利要求11-16任一项所述的方法，其特征在于，所述控制构件布置成可以拆卸。

18.在例如扭矩传递装置的工业机器人中，如权利要求1-7任一项所述的装置的使用，或如权利要求11-17任一项所述的方法的使用。

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