CN207548790U - 驱动装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种驱动装置和机器人。该驱动装置用于设于机器人系统的机械手的两个轴节之间的关节，用于相对于另一个轴节转动驱动一个轴节，其具有驱动驱动轴(8)的马达(7)和与一个轴节相连接且间接或直接被该驱动轴(8)置于转动的从动件(3,4)，还具有电路板(13)，在该电路板上设置用于驱动的传感器装置(18)和用于从动的传感器装置(22)，所述驱动由所述驱动轴(8)提供，所述从动由所述从动件(3,4)提供。

Description

驱动装置和机器人

技术领域

本实用新型涉及用于在机器人系统的机械手的两个轴节(Achsglied)之间的关节的驱动装置。

背景技术

应用在机器人系统或机器人臂的机械手中的驱动单元用于一般多轴构造的机器人臂的轴节相对于与之连接的轴节可运动地、最好是可转动地布置。通过这两种方式在两个邻接的轴节之间出现的可活动性通过所述机械手的多个轴节实现了机器人系统的相应自由度。

此时在工业机器人中采用了下述的驱动单元，其允许轴节绕横向于其纵向延伸的轴线的转动。设想出其它的驱动装置以允许绕该轴节的纵轴线的转动。为此，一般采用相应设定尺寸的电动机，其或许与相应的辅助传动装置合作。

在轻型机器人中，驱动装置被装入轴节的封闭壳体中，因为在这种机器人的机械手中的外壳原则上以外骨骼形式构成。

在从现有技术知道的驱动装置中，一般在从动侧设有至少一个传感器装置，以探测使一个轴节相对于另一轴节转动的从动件的位置、转矩和/或转速。另外，为了检测由马达驱动的驱动轴的驱动转速、驱动转矩和/或位置，在马达侧或驱动装置侧设有另一个传感器装置。

每个传感器装置一般位于各自一个单独的电路板或印刷电路板(PCB)上，它们设置在该驱动装置的相应位置上。

具有用于所述驱动的传感器装置的电路板此时位于马达或由其驱动的驱动轴的区域内，其中，该马达容纳在可相对于另一轴节可转动安装的轴节中。因此，为了检测该驱动装置，也可能包括用于驱动装置的整体控制电路的电路板只具有一个位置传感器。

驱动装置的检测通过另一个位置传感器进行，其安置在单独的电路板上，该电路板在空间和信号技术方面完全与具有第一位置传感器的电路板分开地构成。该电路板在驱动装置内位于从动部件区域内，即与从动件如从动凸缘或从动壳体合作，其一般设置在可转动安装的轴节的壳体中。

但是，采用设于该区域内的位置传感器连同装有它的单独的电路板带来以下缺点，第二位置传感器一方面恰好必须在驱动装置内对准方向，这带来误差，另一方面，由其产生的信号须通过布线被传导至与所述从动轴向对置的且包含控制和分析电路的且具有用于所述驱动的第一位置传感器的电路板。

因此可以由分析电路只读取每个电路板的一个位置传感器。

但在轻型结构的机器人系统的外骨骼壳体情况下存在以下问题，因为壳体结构是在周向上闭合的，故驱动单元连同全部零部件沿轴向被加入轴节壳体中并在那里因为可接近性十分有限故必须繁琐地安装。这也适用于由从动侧引导至驱动侧的布线。

此外也存在以下问题，简单的布线并不足以直接获得由从动侧的传感器装置产生的信号，因为该信号在其经驱动装置传向具有驱动侧位置传感器的电路板时在电动机旁经过地被干扰。因此，一般需要相应的总线，其提高了用于该驱动装置的电路成本。

另外，当该驱动装置的活动部件和进而该轴节相互扭转时，至少延伸于驱动装置长度的一部分、若非甚至几乎整个轴向长度的电缆从从动侧电路板至驱动侧电路板经受扭曲应力。这可能在一定时间后导致布线失效。

如果在驱动装置中也还采用也可以安置在单独的电路板上的转矩传感器，则已经有三个不同的电路板安置在驱动装置内，这增大了所需要的结构空间，或者说在规定了节壳体结构情况下明显限制了实际可供使用的结构空间。所述布线由此还变得进一步复杂化。

即，最后还坚持，在从现有技术中知道的驱动装置的用于若干传感器装置的电路板数量和为此所需的布线原则上提高了用于若干机电部件的安装成本，由此一来，机电和机械部件的制造成本和驱动装置的安装还有维修的成本显著提高。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的任务是提供一种用于在尤其但非唯一的轻型结构的机器人系统的机械手的两个轴节之间的关节的驱动装置，其消除了上述的从现有技术中知道的缺点，尤其允许传感器装置的简化安装及其维修并且提高了就驱动侧参数和从动侧参数的监测而言的可靠性。

利用根据本实用新型的驱动装置来完成该任务。

因此，本实用新型涉及一种用于设于机器人系统的机械手的两个轴节之间的关节的驱动装置，用于相对于另一个轴节转动驱动一个轴节，该驱动装置包括驱动一驱动轴的马达和与一个轴节相连的且被所述驱动轴直接或间接置于转动的从动件，其中设有一电路板或印刷电路板(PCB)，其上安置有用于驱动的传感器装置和用于从动的传感器装置，所述驱动由该驱动轴提供，所述从动由该从动件提供。

不同于现有技术，因此只采用一个唯一的电路板，该电路板上装有所有所需的传感器装置，该传感器装置包含用于所述驱动的至少一个位置传感器和用于所述从动的至少一个位置传感器，或许还可能包括其它传感器例如像转矩传感器。

在一个优选实施方式中，此时用于所述驱动的传感器装置和用于所述从动的传感器装置应该安置在该电路板的相互对置的两侧。

两个传感器装置直接安装在(与驱动装置的从动件轴向对置地例如安装在马达壳体上的)唯一的电路板上的优点在于，例如用于所有传感器的固件的更新过程只须进行一次，这是因为没有与该电路板空间分隔开地在另一电路板上安置用于所述从动的位置传感器。

不再需要复杂的布线，使得伴随这种布线而生的缺点如空间需求、扭曲应力等完全被消除。

用于传感器装置的供电装置和分析电路直接安置在唯一的电路板上。因为由此在驱动装置上分散较少的电气件和引线，故这样的驱动装置原则上更好地准备针对故障。

传感器装置的校准可以通过简单方式直接针对所安装的驱动装置进行，在此，用于电路板上的两个传感器装置的控制、校准等的所有数据可存储在同一存储器中。

为了实现可以通过设于唯一电路板上的传感器装置掌握驱动侧参数和从动侧参数，本实用新型规定，被马达驱动的驱动轴以空心轴状构成，且该从动件与传感器轴抗转动连接，即传递转矩连接，该驱动轴以一径向间距穿过该传感器轴且延伸至电路板。

该传感器轴可以延伸穿过电路板内的开口到达电路板的与马达对置的一侧，而马达的驱动轴可延伸至该电路板的朝向马达的一侧。

本实用新型规定，在传感器轴的端侧轴向端上在电路板上方设有传感器环，其与用于所述从动的、设于电路板的所述侧的传感器装置合作。

按照相似方式，驱动轴在其朝向电路板的端侧轴向端上也装有传感器环，该传感器环与用于所述驱动的设于电路板的朝向马达的一侧的传感器装置合作。

每个传感器环可以具有至少一个磁性件或一组磁性件，其中各自的传感器装置或各自的传感器芯片被设计成在利用霍尔效应情况下掌握磁传感器环的各自位置。

用于所述从动的传感器装置和用于所述驱动的传感器装置优选是相同结构类型的传感器，这进一步简化了分析电路。

所述从动可以完全通过用于所述从动的传感器环的实际位置来测量，因为它总体上只能完成最大或小于360°的转动，所述驱动即马达位置通过相应算法从由驱动轴执行的大量转动与从动件的实际从动位置相关联地在考虑一般尚待使用的变速传动机构的传动比情况下来计算。

为了保持用于所述从动和驱动的信号的探测尽量不易出错而有利的是，将在传感器环与传感器芯片之间的距离保持在一定误差极限内。另外，应该避免传感器环相对于传感器芯片倾斜。

因此，在根据本实用新型的一个优选实施方式中规定，用于所述从动的传感器环和用于所述驱动的传感器环在电路板两侧相互对置，更优选地，配属于用于所述从动的传感器环的传感器装置和配属于用于所述驱动的传感器环的传感器装置在电路板两侧完全对置，由此，可以尽量排除这些传感器装置的相互影响。

为了可以相对于其各自配属的传感器装置完美地平行引导传感器环，本实用新型还提出以下所述的措施。

为了精确引导用于所述从动的传感器环，在电路板的相应侧设有用于该传感器环的环形滑动引导机构，该传感器环安置在与马达对置的电路板上。另外，该滑动引导机构的壳体可以具有用于安装并引导缆线件，如电路板的电缆的机构。

为了用于所述驱动的传感器环的恰好平面引导，本实用新型规定，在轴向上与从动部件对置地引导马达壳体中的驱动轴的止推轴承在构造和结构上尽量靠近传感器环布置。

通过针对用于所述从动的传感器环提供滑动轴承并且通过相应定位该驱动轴的上止推轴承，可以将两个传感器环尽量相对于与之对应的传感器芯片平行且同心地布置和引导，由此将轴向和根据角度的误差偏差保持最小且几乎没有出现测量误差。

该电路板可以如此相对于用于所述驱动的传感器环以恰好平行的取向方式布置，即设有连接元件，其被设计成与马达壳体配合，从而可以保持马达壳体和电路板之间的准确距离。

在根据本实用新型的另一个实施方式中规定，该传感器轴以空心轴形式构成以容纳缆线件。在此情况下，它可以是源于在机械手的相邻轴节之间的另一驱动装置的缆线件(电缆、总线)。通过这种方式，缆线件可以可靠地且免受驱动装置机械影响地引导穿过机械手内部。

本实用新型的特点是有以下优点，每个关节只采用唯一的集成电路板，其用于完全控制恰好仅这个关节。也由此以简单方式元旭建立与其它关节的连接，做法是一个关节的一个电路板与下一关节的另一电路板通过相应的供电和信号线相连。

通过省掉复杂的布线和用于从动侧传感器装置的至少另一个电路板，可以实现总体更紧凑的且进而轻型的驱动装置结构。总体需要较少的零部件，由此也可缩短安装时间和或许维修时间，两者伴随成本降低。

同时，空心的传感器轴可以为了在驱动装置内居中引导还需要的缆线件而用作一种缆线保护套。

将用于所述从动的传感器装置和用于所述驱动的传感器装置布置在唯一的电路板上证明是不太易出故障和错误的。分析算法的编程被显著简化。

因此，与此相关地，本实用新型也涉及具有由多个轴节构成的机械手的机器人，其在至少一个设于机械手轴节之间的关节中具有根据上述实施方式的驱动装置。

附图说明

从对结合附图所示的实施例的说明中得到其它的优点和特征，其中：

图1示出根据本实用新型的驱动装置的轴向纵截面；

图2示出该实施方式的分解视图；以及

图3局部示出驱动轴的和传感器轴的传感器环的布置。

具体实施方式

在图1中以沿转动轴线即驱动装置的纵向延伸的横截面视图示例性示出根据本实用新型的驱动装置的一个实施方式。

如图所示，该驱动装置基本上由旋转对称构成的部件和构件构成。

根据本实用新型，规定了模块结构，在这里，多个模块在轴向取向上在功能上相互合作和相互作用。这些模块可以分别单独更换并且可以基于根据本实用新型所相应设计和构造的连接技术相互连接。

如图1和图2所示的驱动装置基本上由功能不同的驱动模块组成。

第一驱动模块M1包括传动装置1，如轴传动机构，其容纳在壳体2中。传动装置1的输出件通过从动轴3与第二驱动模块M2的壳体4抗转动连接，即传递转矩地连接。

第二驱动模块M2用于所述从动且为此与机械手的或机器人臂的未示出的轴节抗转动连接，而第一驱动模块M1的壳体2与该机械手的未示出的另一轴节相连接。第二驱动模块M2的壳体4借助径向轴承5相对于第一驱动模块M1的壳体2可转动安装。

与第二驱动模块M2轴向对置地在第一驱动模块M1上安装有第三驱动模块M3，第三驱动模块具有壳体6，在壳体内设有驱动马达轴或驱动轴8的马达7。

驱动轴8通过在传动装置1附近的第一止推轴承9并通过在用于壳体6的盖11 内的第二止推轴承10可转动地且由此居中安装在该驱动装置内。

在第三驱动模块M3的壳体6上或者在与之对应的盖11上，通过连接架或间隔片12安装有第四驱动模块M4，第四驱动模块具有用于传感器和控制电路的电路板 13或印刷电路板。

马达7的呈空心轴状的驱动轴8延伸穿过盖11，直到电路板13的朝向盖11的一侧。

第二驱动模块M2的壳体4在端侧通过凸缘14与传感器轴16的凸缘15抗转动拧紧连接。

如图1所示，传感器轴16以一径向间距穿过从动轴3和马达7的驱动轴8并且延伸穿过电路板13内的开口，直到与第三驱动模块M3对置的电路板13那侧(在图3 中示出传感器轴16处于回撤位置以表明在空心的驱动轴8内的引导)。

驱动轴8的朝向电路板13的端侧轴向端具有传感器环17，而相应配属于传感器环17的传感器芯片18安置在电路板13上，传感器环17安装在保持环19上，使得传感器环17随驱动轴8转动。

传感器轴16也在其端侧轴向端具有传感器环20，传感器环也被安装在相应的保持环21内且因而在电路板13上的配属于传感器环20的传感器芯片22上转动。

传感器环17、20具有至少一个(未示出)磁体件，其中，每个传感器芯片18、22 被设计成在利用霍尔效应情况下检测驱动轴8的或传感器轴16的当前位置。

为了恰好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，在电路板13上设有径向滑动引导机构23，其与间隔片12拧接在一起。

为了恰好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的第二止推轴承10尽量靠近地布置在电路板13上。

Claims (15)

1.一种驱动装置，该驱动装置用于设于机器人系统的机械手的两个轴节之间的关节，且用于相对于另一个轴节转动驱动一个轴节，该驱动装置具有用于驱动驱动轴(8)的马达(7)和与所述一个轴节相连接且间接或直接地被所述驱动轴(8)置于转动的从动件(3,4)，其特征在于，设有电路板(13)，在该电路板上设置有用于驱动的传感器装置(18)和用于从动的传感器装置(22)，所述驱动由所述驱动轴(8)提供，所述从动由所述从动件(3,4)提供。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，用于所述驱动的传感器装置(18)和用于所述从动的传感器装置(22)安置在所述电路板(13)的彼此对置的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动轴(8)呈空心轴状构成，所述从动件(3,4)与传感器轴(16)抗转动联接，所述传感器轴以一径向间距穿过所述驱动轴(8)并一直延伸到所述电路板(13)。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述传感器轴(16)穿过所述电路板(13)内的开口延伸向所述电路板(13)的与所述马达(7)对置的一侧。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，在所述传感器轴(16)的端侧轴向端上在所述电路板(13)上方设有传感器环(20)，该传感器环与用于所述从动的传感器装置(22)合作。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，在所述电路板(13)上设有用于所述传感器环(20)的滑动引导机构(23)。

7.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述滑动引导机构(23)的壳体具有用于缆线件安装的机构。

8.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述传感器轴(16)以空心轴形式构成以容纳缆线件。

9.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动轴(8)一直延伸至所述电路板(13)，其中用于所述驱动的传感器装置(18)安置在所述电路板(13)的朝向所述马达(7)的一侧。

10.根据权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，在所述驱动轴(8)的朝向所述电路板(13)的端侧轴向端上设有传感器环(17)，该传感器环与用于所述驱动的所述传感器装置(18)合作。

11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动轴(8)被引导穿过止推轴承(10)，该止推轴承尽量靠近所述传感器环(17)设置。

12.根据权利要求5所述的驱动装置，其中，在所述驱动轴(8)的朝向所述电路板(13)的端侧轴向端上设有传感器环(17)，该传感器环与用于所述驱动的所述传感器装置(18)合作，用于所述驱动的所述传感器环(17)和用于所述从动的所述传感器环(20)完全相同地在电路板(13)的两侧相互对置。

13.根据权利要求12所述的驱动装置，其特征在于，配属于用于所述从动的所述传感器环(20)的传感器装置(22)和配属于用于所述驱动的所述传感器环(17)的传感器装置(18)在所述电路板(13)的两侧完全对置。

14.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，所述电路板(13)具有多个连接元件(12)，这些连接元件被设计以便与所述马达(7)的壳体(6)合作，使得所述电路板(13)能以恰好平行于所述传感器环(17,20)的取向方式布置。

15.一种机器人，该机器人具有由多个轴节构成的机械手，其特征在于，该机器人在至少一个设于所述机械手的轴节之间的关节中具有根据权利要求1至14中任一项所述的驱动装置。