ES2910052T3 - Conjunto de articulación - Google Patents

Abstract

Conjunto de articulación (1) para un robot, que comprende: - una carcasa (26) conectada con una parte de salida (8), comprendiendo la carcasa una pared de carcasa (26A), - un sistema de engranaje de ondas de deformación (90) que comprende: - un generador de ondas (7), - un estriado flexible (13), y - un estriado circular (36) conectado a la parte de salida (8), en donde el generador de ondas (7) es rotado por un árbol de rotor (3), el árbol de rotor (3) es accionado por un motor eléctrico (140) que comprende un estator (15) y un imán de rotor (16), el imán de rotor (16) se fija al árbol de rotor (3), y en donde el conjunto de articulación comprende además: - un freno de rotor (30) configurado para detener/impedir el movimiento relativo entre el árbol de rotor y el estriado flexible, caracterizado por que el conjunto de junta comprende además: - un freno de salida (70) configurado para detener/impedir la rotación de la parte de salida (8).

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de articulación

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto de articulación para un robot, a un brazo robótico que comprende un conjunto de articulación según la presente invención y al uso del conjunto de articulación según la presente invención.

Antecedentes de la técnica

Los conjuntos de articulación se utilizan ampliamente en la industria robótica. Junto con el uso prolongado de robots en un mayor número de situaciones, los requisitos para los conjuntos de articulación han cambiado. El conjunto de articulación solo necesita configurarse en dos variaciones, conjuntos de articulación giratoria y conjuntos de articulación de flexión, para configurar un brazo robótico que tiene seis ejes y, por lo tanto, que se puede establecer en todas las posiciones requeridas con frecuencia.

Hoy en día, comúnmente se sabe construir robots a partir de conjuntos de articulación de robot modulares que tienen una placa de circuito eléctrico incorporada para accionar un motor eléctrico. El motor eléctrico puede comprender, por ejemplo, un estator y un rotor/árbol con imanes permanentes que accionan un engranaje de ondas/engranaje de accionamiento armónico. El engranaje de ondas/engranaje de accionamiento armónico consiste en un estriado flexible, una corona dentada, un cojinete de generador de ondas y un generador de ondas. Todos los cojinetes suelen estar integrados en la articulación, tanto los cojinetes destinados a posicionar correctamente el rotor en la carcasa como los cojinetes destinados a posicionar la parte de salida en relación con la carcasa. De esta manera, un extremo se acopla directamente al lado de entrada de la estructura, mientras que el otro extremo se acopla directamente al lado de salida de la estructura. Estas unidades de articulación a menudo tienen una abertura a lo largo del eje longitudinal, a través de la que pueden extenderse los cables, lo que permite la conexión sucesiva de múltiples articulaciones.

Los documentos US4678952A, WO2013/138912A1, WO2011/127410A2, US2014/084840A1 y WO2007/082954A1 forman parte de la técnica anterior.

Para lograr una mayor velocidad de movimiento, una mayor aceleración combinada con una mayor precisión, se aumentan las fuerzas dinámicas totales que actúan sobre la articulación y el robot.

Por tanto, ha sido deseable obtener un diseño de articulación compacta para minimizar las fuerzas dinámicas que actúan sobre el sistema robótico en su conjunto.

Cuanto mayor sea la carga en el extremo móvil de un brazo robótico, mayores serán las fuerzas que actúan sobre el sistema. En particular, si el robot es un robot que trabaja en estrecha relación con humanos, es importante poder predecir y controlar las fuerzas dinámicas que actúan sobre el sistema. Por ejemplo, un robot configurado para transportar una carga de, p. ej. 10 kilogramos, puede, en un incidente desafortunado, matar a un trabajador que se encuentre cerca al dejar caer la carga desde una distancia de solo 1 metro. Cuanto más cerca trabajen los robots de los humanos, más fiable debe ser el sistema de seguridad que previene accidentes con el robot. Además, cuanto más rápido trabajen los robots, más rápida debe ser la respuesta a un fallo crítico.

Compendio de la invención

Un objeto de la presente invención es superar total o parcialmente las desventajas e inconvenientes anteriores de la técnica anterior. Más específicamente, un objeto es proporcionar un conjunto de articulación mejorado.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un conjunto de articulación que minimice el riesgo de situaciones peligrosas para los trabajadores cerca del conjunto de articulación.

Los objetos anteriores, junto con muchos otros objetos, ventajas y características, que se harán evidentes a partir de la siguiente descripción, se logran mediante una solución según la presente invención mediante un conjunto de articulación para un robot según la reivindicación 1, y el uso del conjunto de articulación para realizar movimientos de rotación de un brazo robótico según la reivindicación 15.

De esta manera se obtiene un conjunto de articulación compacto, ligero y fiable. Para minimizar las fuerzas dinámicas que actúan sobre la articulación, la articulación debe ser lo más compacta posible. Si la articulación es parte de un brazo robótico, las fuerzas dinámicas que actúan durante la parada y el arranque y al cargar y descargar una carga transportada por el brazo pueden tener una influencia significativa en las capacidades de todo el sistema robótico. Típicamente, un brazo robótico que maneja una carga cerca del punto de fijación del brazo tiene mayor precisión que cuando el mismo brazo maneja la misma carga a una gran distancia del brazo. Obviamente, los fabricantes de sistemas robóticos se aseguran de que el brazo sea capaz de ofrecer la precisión deseada a las distancias deseadas desde el punto de fijación. Sin embargo, cuanto menos efecto dinámico introduce el propio brazo en el sistema, más depende el sistema exclusivamente de las propiedades de carga necesarias. El par al que se somete un brazo robótico se define por el brazo (longitud) multiplicado por la fuerza a la que se somete el brazo. Por tanto, cuanto más cerca esté la carga del punto de fijación del brazo, menor será el par. De manera similar, el par resultante se reduce si el brazo se hace más corto. Teniendo en cuenta la precisión final en vista de las cargas dinámicas de un brazo robótico, un aumento en el peso o la longitud del brazo influye en la precisión de la punta del brazo en una dirección negativa, es decir, reduce la precisión total del brazo.

Otro propósito de esta disposición es que el estriado flexible, al estar hecho de acero ferromagnético, apantalle el campo magnético del motor para que no perturbe a los sensores de la electrónica cercana. Dado que se permite que el estriado flexible sea bastante largo porque envuelve el motor, también se permite que el estriado flexible sea un poco más grueso, manteniendo la misma flexibilidad para la ovalización cerca del generador de ondas, reforzándolo aún más. En otra realización, el conjunto de articulación puede comprender un engranaje planetario entre el árbol de rotor y el generador de ondas, lo que permite que el estator y el imán del rotor sean más pequeños mientras se proporciona la misma potencia de salida, incluso a una velocidad más alta, y por lo tanto se reduce la inercia que el generador de ondas refleja en el árbol de rotor.

El conjunto de articulación puede comprender además un generador de ondas dispuesto para flexionar el estriado flexible.

Además, el estriado flexible puede comprender una parte de estriado de base, una parte de pared de copa y una parte de pared dentada.

Además, el conjunto de articulación puede comprender una carcasa de motor configurada para colocar el estator en relación con el imán del rotor. La carcasa de motor se puede rotar junto con el estriado flexible. De esta manera, se asegura que el estator solo rote a una velocidad muy baja en relación con el imán del rotor.

Además, el conjunto de articulación puede comprender una fuente de alimentación.

Además, el conjunto de articulación puede comprender un circuito de control para controlar las operaciones de la articulación, p. ej. rotación del motor y activación del freno.

La construcción del conjunto de articulación facilita que una sección grasienta de la articulación, que contiene el motor y el cojinete de generador de ondas, pueda mantenerse en un espacio particular totalmente separado del resto. De esta manera, se separa un espacio sucio de un espacio limpio. Por lo tanto, la aportación de un espacio limpio hace posible el uso de componentes sensibles a la suciedad y aun así disponerlos dentro de la articulación.

El conjunto de articulación puede comprender una junta entre la carcasa y la parte de salida. El conjunto de articulación puede comprender una junta entre la carcasa y la carcasa de salida. Tal construcción del conjunto de articulación, que necesita solo una junta dinámica, minimiza la generación de calor durante la rotación. La junta dinámica sella entre dos elementos que se mueven entre sí.

Además, el freno de rotor puede comprender un embrague de fricción para minimizar el impacto en la articulación cuando frena el freno de rotor. Además, el freno de rotor puede comprender un anillo de freno.

De esta manera, es posible frenar y bloquear el árbol de rotor en la posición deseada.

El freno de rotor puede estar cargado por resorte. De esta manera, todavía es posible activar el freno incluso si se pierde la energía del conjunto de articulación.

Además, el resorte de freno se puede hacer de un material no ferromagnético. El anillo de freno de rotor puede comprender una parte empujadora no ferromagnética.

Además, el freno de rotor puede comprender un anillo antirrotación. El anillo antirrotación puede ser un anillo de fricción. De esta manera, es posible frenar el rotor de manera controlada permitiendo una menor rotación al frenar. El par de frenado, es decir, los grados de rotación, pueden ajustarse ajustando la fricción entre el anillo antirrotación y el anillo de freno.

El frenado del árbol de rotor puede ser activado por uno o más resortes que actúan sobre el anillo antirrotación.

Además, el freno de rotor puede comprender un anillo de sincronización. El anillo de sincronización asegura que la activación del freno de rotor se activa en una posición angular que facilita el enganche completo del anillo de freno de rotor con un espárrago en el árbol de rotor. De esta manera, es posible sincronizar la activación del anillo de freno de rotor con un riesgo mínimo de dañar el freno y/o el conjunto de articulación.

El conjunto de articulación según la presente invención comprende un freno de salida configurado para detener/evitar la rotación de la parte de salida.

De esta manera, es posible detener la rotación de la parte de salida, p. ej. una parte de un brazo robótico, aunque el estriado flexible esté roto. Debido a la construcción del sistema de engranaje de ondas de deformación, la parte de salida es, de hecho, libre de rotar si el estriado flexible se rompe por completo, es decir, la pared de la copa se rompe. En el caso de que el brazo robótico solo lleve pequeñas cargas, esto puede ser una fuente de irritación o molestias. Sin embargo, en el caso de que el brazo robótico transporte grandes cargas, p. ej. 5 o 10 kilos o más, dicha rotación libre puede ser altamente peligrosa para el operador. Por lo tanto, es necesario minimizar el riesgo de rotación libre en caso de fallo del estriado flexible. De manera similar, si se pierde la energía del brazo robótico, el freno puede configurarse para que asegure automáticamente que no sea posible la rotación.

En una realización, el freno de salida puede estar cargado por resorte.

Además, el freno de salida puede ser activado por un sistema de liberación electromagnético. De esta manera, es posible activar el freno de salida mediante una señal eléctrica. La señal se puede configurar de modo que, en caso de que se corte la alimentación del sistema, el freno se active automáticamente.

Además, el freno de salida puede ser activado por un solenoide.

El freno de salida puede, en su posición de acoplamiento, impedir el movimiento relativo entre el árbol de rotor y la parte de salida.

Además, el freno de salida puede activarse sustancialmente de forma simultánea con un freno de rotor. El freno de salida puede activarse un poco más tarde que el freno de rotor. Cuando se activa el freno de rotor, es posible medir si el uso del freno de rotor también provoca el frenado de la parte de salida. Si no se detecta ningún frenado, existe el riesgo de que se rompa el estriado flexible y se deba activar el freno de salida. Las fuerzas que actúan sobre el sistema cuando se activa el freno de salida son significativas y, por lo tanto, es preferible evitar el frenado utilizando el freno de salida. El freno de salida y el freno de rotor pueden activarse según el par al que se somete el estriado flexible. Para asegurar que el estriado flexible no se dañe, mientras se obtiene un frenado rápido y fiable, el freno de salida y el freno de rotor pueden actuar simultáneamente, incluso si el estriado flexible está intacto. Debido a un frenado rápido y fiable de, p. ej. un brazo robótico, un robot puede interactuar más cerca y más rápido con los humanos.

El freno de salida puede comprender un resorte. En la posición de acoplamiento del freno, es decir, en la posición de frenada, el resorte puede estar en una posición relajada. El freno de salida puede comprender un mecanismo de palanca que tiene un punto de pivote, p. ej. una palanca de freno. El freno de salida puede comprender una parte de enganche que engancha la parte de salida mediante una chaveta y una ranura. El freno de salida puede comprender una parte de enganche que engancha la parte de salida mediante un mecanismo de trinquete.

Además, el freno de salida puede comprender un pasador de activación para la activación del freno. De esta manera, es posible controlar el freno de salida desde un punto ubicado a distancia de la parte de salida.

El freno de salida puede ser un freno mecánico en el que dos partes se enclavan entre sí.

Además, el freno de salida puede ser estimulado por un movimiento de una parte de estimulación que estimula un empujador, moviéndose a lo largo del eje longitudinal del conjunto de articulación para activar un enganche de freno perpendicular al eje longitudinal.

El conjunto de articulación según la presente invención puede comprender además un sensor para detectar la rotación del árbol de rotor, en donde el sensor se dispone en la pared de la carcasa.

En una realización, la carcasa en el conjunto de articulación puede comprender una serie de orificios ciegos.

De esta manera, es posible montar sensores directamente en la carcasa. Los orificios ciegos se pueden disponer de manera equidistante sustancialmente a lo largo de un contorno circular.

Estos orificios ciegos se pueden configurar de manera que el extremo ciego del orificio quede mirando hacia la parte de salida. De esta manera, es posible separar el espacio que comprende el estriado flexible y el motor del (de los) sensor(es).

El sensor se puede posicionar en la carcasa en un espacio diferente al del estriado flexible.

De esta manera, es posible disponer los sensores fuera de la carcasa. Por lo tanto, se evitan problemas relacionados con la suciedad y la grasa. Además, es posible apantallar a los sensores de señales perturbadoras del motor. La colocación del motor, es decir, el imán del rotor y el estator, dentro del estriado flexible apantalla aún más los alrededores contra las perturbaciones electromagnéticas.

La carcasa o la pared de carcasa se pueden hacer de aluminio, un polímero u otros materiales o compuestos no ferrosos. De esta manera, es posible utilizar la detección de campo magnético desde un lado de la pared de la carcasa hasta el otro lado de la pared de la carcasa. Por lo tanto, el sensor de campo magnético puede posicionarse en un lado de la carcasa y un anillo polar en el otro lado.

El anillo polar puede comprender de 10 a 500, de 20 a 400 o de 30 a 300 polos en un anillo polar de 50 mm. De esta manera, es posible llegar a una alta resolución en el posicionamiento. Un sensor puede detectar varias posiciones dentro de una pareja de polos.

Además, el sensor de campo magnético se pueden disponer en un lado de la pared de carcasa y el anillo polar en el otro lado de la pared de carcasa.

Además, el conjunto de articulación puede comprender un sensor de posición. El sensor de posición utiliza un principio Vernier de 360 grados. El sensor puede ser un sensor de campo magnético.

El conjunto de articulación puede comprender un alojamiento de salida que conecta la parte de salida y la carcasa. La carcasa, el árbol de rotor, el alojamiento de salida y la salida pueden definir un espacio de articulación. El estriado flexible puede estar completamente contenido en el espacio de articulación.

Además, la articulación puede comprender un codificador absoluto, comprendiendo el codificador absoluto dos sensores de campo magnético y dos anillos polares. La articulación puede comprender una pluralidad de sensores y anillos polares, como tres o más. El codificador absoluto puede ser un codificador incremental. El codificador absoluto puede generar la posición de la parte de salida a partir de un sensor de articulación de rotor y la relación de transmisión a la parte de salida. Sin embargo, de esta manera, se logra que se necesiten menos anillos polares en comparación con la codificación absoluta tradicional en conjuntos de articulación robótica. En particular, de esta manera, el uso de un codificador de rotor sirve no solo para codificar la posición general del rotor, sino también para usar la combinación de la información del codificador de rotor y el árbol. De esta manera, los pares de sensor y anillo polar sirven tanto para una tarea individual en la codificación como para una tarea combinada. De esta manera, se minimiza la necesidad de calcular la posición del rotor por un principio de Vernier y, por lo tanto, se ahorra un tiempo de reacción importante.

Además, el sensor de posición de salida de articulación puede comprender dos o más anillos polares, teniendo los dos anillos un número diferente de pares de polos. El sistema de sensor de posición de salida de articulación puede comprender dos o más sensores.

Un anillo polar se pueden disponer en un miembro flexible a la torsión. El miembro flexible torsional se puede conectar a la parte de salida. De esta manera, el anillo polar puede medir que se aplica un par a la parte de salida en relación con el sensor de rotor o el árbol de rotor. El miembro flexible que comprende un anillo polar puede ser capaz de relacionarse con el sensor de una manera que permita /- 10 % en cualquier dirección cuando se someta a una carga. Sin embargo, la resolución de la medición de la flexibilidad del miembro flexible a la torsión debe ser alta, p. ej. 0,01 °-2°, o más preferentemente 0,1°-1 °. De esta manera, es posible relacionar un anillo polar montado de forma no flexible con el anillo polar montado de forma flexible y medir la diferencia entre los dos.

El sensor puede tener un anillo polar donde una rotación completa se divide en tres secciones, es decir, 120° cada una. Si el engranaje es 1:100, los 120° no estarán en la misma posición para cada rotación porque 100 no se puede dividir por 3 y, por lo tanto, no es un número entero. De esta manera, es posible subdividir primero los 360° en tres secciones y luego subdividir las 3 por un segundo juego de anillos polares. Por lo tanto, el segundo juego de anillos polares puede tener una resolución más baja, es decir, un número más bajo de imanes, y aun así, en combinación, la resolución es suficiente. Si se obtuviera una resolución igualmente alta con un anillo de un solo polo (y sensor), el riesgo de lecturas erróneas sería alto porque sería necesario un número muy alto de polos. Cuanto mayor sea el número de polos (imanes), mayor será el riesgo de que el sensor se posicione entre dos polos, lo que dificulta obtener una lectura precisa. Esto, en combinación con otro anillo polar dividido en varias posiciones, proporciona un posicionamiento preciso.

La carcasa puede comprender miembros flexibles.

De esta manera, es posible que la parte perimetral de la carcasa rote en relación con una parte interior de la carcasa. Por tanto, cuando el perímetro exterior de la carcasa se somete a un par de torsión, el perímetro exterior de la carcasa se dislocará en relación con la parte interior. Al medir esta dislocación, es posible determinar el par al que se somete la parte perimetral de la carcasa.

Además, el conjunto de articulación puede comprender un engranaje planetario dispuesto entre el árbol de rotor y el generador de ondas.

De esta manera, se consigue que el imán de rotor y estator puedan ser más pequeños proporcionando la misma potencia de salida, incluso a mayor velocidad. Además, el uso de un engranaje planetario permite reducir la inercia que el generador de ondas refleja en el árbol de rotor.

En otra realización, el conjunto de articulación puede comprender un revestimiento lleno de aire. El revestimiento lleno de aire puede ser un polímero que comprenda cavidades llenas de aire, p. ej. una espuma. Las cavidades se pueden conectar neumáticamente. La superficie exterior de la piel puede estar sustancialmente sellada e impermeable al aire. El revestimiento puede ser un revestimiento sensible a la presión. De esta manera, es posible monitorizar si el brazo robótico está en contacto con un objeto. La monitorización se lleva a cabo midiendo la presión en el polímero. De esta manera, se proporciona un detector de colisión, que monitoriza la presión en el revestimiento lleno de aire del brazo o la articulación.

En una realización, el conjunto de articulación puede comprender un anillo polar y un sensor que forman un sensor o unidad de sensor.

Además, el anillo polar puede comprender 10-500, 20-400 o 30-300 polos en un anillo polar de 50 mm.

Además, el freno de rotor puede estar cargado por resorte.

Además, un resorte de freno se puede hacer de un material no ferromagnético.

En una realización adicional, el conjunto de articulación puede comprender un primer juego del anillo polar y sensor dividido en tres secciones de 120° y un segundo juego o adicional del anillo polar y sensor que comprende más de 10 polos. De esta manera, es posible obtener dos lecturas y tener un número de polos más pequeño pero aun así obtener una resolución alta cuando se comparan las lecturas de los dos juegos.

En una realización adicional, el conjunto de articulación puede comprender tres juegos de sensores y anillos polares. Los tres juego pueden ser un primer juego del anillo polar y sensor dividido en tres secciones de 120° y un segundo juego o adicional del anillo polar y sensor que comprende más de 10 polos y finalmente un tercer juego que duplica uno de las primeras dos o una lectura adicional. De esta manera, es posible obtener dos lecturas y tener un número de polos más pequeño en cada anillo de polos, pero aun así obtener una resolución alta cuando se comparan las lecturas de los tres juegos.

La presente invención también se refiere a un brazo robótico que comprende un conjunto de articulación según la presente invención.

Además, la presente invención se refiere al uso de un conjunto de articulación según la presente invención para realizar movimientos de rotación de un brazo robótico.

Finalmente, la presente invención se refiere a un método para determinar una posición de la parte de salida utilizando dos juegos de anillo polar y sensor, en donde un juego del anillo polar y sensor se divide en tres secciones de 120° y el otro juego comprende más de 10 polos.

Breve descripción de los dibujos

La invención y sus muchas ventajas se describirán con más detalle a continuación con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, que con fines ilustrativos muestran algunas realizaciones no limitativas y en las que La Figura 1 muestra una vista esquemática de un brazo que comprende una serie de conjuntos de articulación, Las Figuras 2A y 2B muestran vistas esquemáticas de un brazo que comprende una serie de conjuntos de articulación, La Figura 3 muestra una vista en sección transversal de un conjunto de articulación,

Las Figuras 4A-4D muestran el enganche de un anillo de sincronización del freno de rotor,

Las Figuras 4E-4H muestran una vista cambiada 90° en relación con las Figuras 4A-4D, mostrando así el freno de rotor y su enganche en la posición de frenado,

La Figura 5 muestra una vista en sección transversal de una realización del freno de salida que tiene un pasador de activación cargado por resorte,

La Figura 6A muestra una vista en sección transversal de una realización adicional del freno de salida,

La Figura 6B muestra una vista en sección transversal de la realización del freno de salida mostrado en la Figura 6A, La Figura 7 muestra una vista en sección transversal de un anillo de fricción de freno,

La Figura 8 muestra una vista en perspectiva de la parte flexible de la carcasa del conjunto de articulación mostrado en la Figura 3,

La Figura 9 muestra una realización del conjunto de articulación que comprende solo una junta dinámica,

La Figura 9B muestra una realización en la que el freno se dispone fuera de la carcasa de motor,

La Figura 9C muestra una realización en la que se ampliado el alojamiento de salida,

La Figura 10 muestra una vista en sección transversal de la carcasa en el freno de salida,

La Figura 11 muestra una vista en sección transversal de una realización adicional del conjunto de articulación, La Figura 12 muestra un conjunto de articulación similar al de la Figura 11 con una construcción de freno de rotor adicional, y

La Figura 13 muestra una realización adicional del generador de ondas que comprende una construcción de engranaje planetario.

Todas las figuras son muy esquemáticas y no necesariamente están a escala, y muestran únicamente aquellas partes que son necesarias para aclarar la invención, siendo omitidas o simplemente sugeridas otras partes.

Descripción detallada de la invención

La Figura 1 muestra un brazo robótico que tiene una serie de conjuntos de articulación 1. Los conjuntos de articulación 1.1, 1.3 y 1.5 se denominan típicamente articulaciones giratorias, y 1.2, 1.4 y 1.6 se denominan típicamente articulaciones de flexión. Sin embargo, a pesar de sus diferentes orientaciones, los conjuntos de articulación 1 tienen generalmente el mismo diseño. Se entenderá que, en particular, las articulaciones pueden ser más largas para lograr un alcance deseado para todo el brazo 100. En lo que sigue, el término "partes de salida" se refiere a las partes que no pueden rotar significativamente en relación con la salida de la caja de engranajes, p. ej. cualquier componente de la Figura 3 conectado a la parte de salida 8. El término "carcasa" se refiere a cualquier cosa que no pueda rotar significativamente en relación con la carcasa de caja de engranajes, por ejemplo, cualquier componente de la Figura 3 conectado a una carcasa 26. El término "rotor" se refiere a piezas que no pueden rotar significativamente en relación con la entrada de caja de engranajes, por ejemplo, cualquier componente de la Figura 5 conectado al árbol de rotor.

Las Figuras 1, 2A y 2B muestran un brazo robótico 100 en una primera posición en la que todos los conjuntos de articulación 1.1-1.6 están en un estado completamente funcional. La Figura 2B muestra el mismo brazo 100 en el que se rompe la articulación 1.2. Por lo tanto, el brazo 100 rota libremente en la articulación 1.2, es decir, las articulaciones 1.1 y 1.3 rotan libremente entre sí. El brazo robótico 100 se muestra sin carga y, por lo tanto, es solo el peso del brazo 100 desde el conjunto de articulación 1.2 hasta la extremidad del brazo 100 lo que hace que se caiga. Sin embargo, considerando brazos robóticos más grandes, esta puede ser una carga significativa capaz de lesionar gravemente, e incluso matar, a una persona P que se encuentre debajo de la punta del brazo y, por lo tanto, esté expuesta al riesgo de ser golpeada por el brazo.

La Figura 3 muestra la mitad de una vista en sección transversal de un conjunto de articulación 1. La vista en sección transversal se observa a lo largo del eje longitudinal 101 del conjunto de articulación 1. El conjunto de articulación es simétrico a lo largo del eje longitudinal 101 y, por lo tanto, solo se muestra la mitad de la sección transversal.

La carcasa 26 comprende una pared de carcasa 26A, un primer lado de carcasa 26B y un segundo lado opuesto de carcasa 26C. Un alojamiento de salida sustancialmente tubular 23 se conecta a la carcasa 26 a través de un cojinete principal 19. El cojinete 19 es mantenido en su sitio por un hombro/saliente 19A y un reborde de cojinete desmontable 22. Una junta principal 39 se ubica entre el alojamiento de salida 23 y el reborde de cojinete 22 para sellar el conjunto de articulación contra la suciedad y la humedad del entorno circundante. El cojinete principal 19 se mantiene en posición en el alojamiento de salida 23 mediante un anillo de tuerca 38 y un hombro/saliente de salida 38A. El alojamiento de salida 23 se conecta a una parte de salida 8 a través de una corona dentada 36. La corona dentada también se denomina estriado circular 36. La corona dentada 36 es mantenida en posición por un reborde de alojamiento de salida 23A y un reborde de parte de salida 8A. En esta realización, la parte de salida 8 es una parte sustancialmente en forma de disco. La parte de salida 8 comprende medios de conexión para unirla, p. ej. a un conjunto de articulación adicional o una herramienta (no mostrada). Asimismo, la carcasa 26 comprende medios para unirla a otro conjunto de articulación o a una parte fija (no mostrada). Se ve que la carcasa 26, el alojamiento de salida 23 y la parte de salida 8 definen un espacio sustancialmente tubular cerrado en ambos extremos. Los orificios se disponen a través del centro de la carcasa 26 y la parte de salida 8 para que los cables de alimentación y comunicación puedan suministrarse a conjuntos de articulación sucesivos en cualquier dirección (no se muestra). El espacio tubular definido por la carcasa 26, el alojamiento de salida 23 y la parte de salida 8 está sustancialmente delimitado por un árbol de rotor 3. El árbol de rotor comprende una primera parte extrema 3A y una segunda parte extrema 3B. El árbol de rotor soporta la parte de salida 8 a través de un cojinete de bolas de rotor 4. El cojinete de bolas de rotor se mantiene en posición mediante un hombro/saliente 4A en la parte de salida 8 y un área rebajada radialmente 3C del árbol de rotor 3 que forma un hombro/saliente en el árbol de rotor 3.

En la primera parte extrema 3A del árbol de rotor 3 se dispone un generador de ondas 7. El generador de ondas 7 se conecta al árbol de rotor 3. En esta realización, la conexión se realiza mediante un anillo de retención 5 y una chaveta 6. Sin embargo, son posibles diversas formas de conectar el generador de ondas 7, p. ej. el generador de ondas se puede conectar mediante soldadura, encolado o prensado. El generador de ondas 7 está en contacto con el estriado flexible 13 a través del cojinete de generador de ondas 9. El generador de ondas 7, el estriado flexible 13 y el estriado circular/engranaje anular 36 juntos forman un sistema de engranaje de ondas de deformación. Sin embargo, se pueden usar diversos términos para referirse a dicho sistema de engranajes. El estriado flexible 13 puede comprender una parte de base de estriado flexible 13A, una parte de pared de copa 13B y una parte de pared dentada 13C. La parte de pared dentada 13C está parcialmente en contacto con la corona dentada/estriado circular 36. Durante la rotación del generador de ondas 7, la parte dentada 13C del estriado flexible 13 se mueve en relación con la corona dentada/estriado circular 36. El generador de ondas 7 es rotado por el árbol de rotor 3. El árbol de rotor 3 es accionado por un motor eléctrico 140, el motor eléctrico 140 comprende un estator 15 y un imán de rotor 16, el imán de rotor 16 se fija al árbol de rotor 3, y el estator 15 y el imán de rotor 16 se disponen dentro del estriado flexible 13. Por lo tanto, el motor 140 se dispone radialmente dentro de la pared de copa 13B del estriado flexible 13. El motor 140 se dispone dentro de una carcasa de motor 14 a la que se fija el estator 15. La carcasa de motor 14 comprende una parte de la base de carcasa de motor 14C que se conecta a la parte de base de estriado flexible 13A. Por lo tanto, la carcasa de motor 14 y el estriado flexible 13 rotan entre sí. La carcasa de motor 14 y, por tanto, el estator 15, se mantienen en posición en relación con el árbol de rotor 3 mediante un cojinete de motor 14A. El cojinete de motor 14A se dispone en la segunda parte del extremo del árbol de rotor 3B y se mantiene en su posición mediante un hombro/saliente 3D en el árbol de rotor 3 y un hombro 14B en la carcasa de motor 14.

La segunda parte extrema de rotor 3B del árbol de rotor 3 comprende un espárrago de freno de rotor 50. El espárrago de freno de rotor 50 se configura para entrar en enganche de bloqueo con un anillo de freno ferromagnético 54. El anillo de freno ferromagnético 54 se dispone dentro del anillo antirrotación 52. El anillo de freno ferromagnético 54 y el anillo de rotación 52 se configuran para ser empujados a lo largo del eje longitudinal 101 en relación con el árbol de rotor 3 y la carcasa de motor 14 y, por lo tanto, el estriado flexible 13. El movimiento relativo del anillo de freno ferromagnético 54 es llevado a cabo por un resorte 55. El anillo de freno ferromagnético 54 se mantiene en una posición sin enganche por un electroimán 57. Cuando se suministra energía al electroimán 57, el anillo de freno ferromagnético 54 se mantiene en una posición sin enganche, es decir, en una posición sin frenada. En el caso de que se pierda la energía, el electroimán 57 pierde su energía para sostener el anillo de freno ferromagnético 54. Por lo tanto, el resorte 55 empujará el anillo de freno ferromagnético 54 hacia la primera parte extrema de rotor 3A del árbol de rotor 3. El anillo de sincronización 51 sirve para localizar mecánicamente la posición ideal para que el anillo de freno ferromagnético 54 enganche el espárrago de freno 50, es decir, para asegurar el frenado más rápido y fiable. Cuando el anillo de freno está completamente enganchado con el espárrago de freno 50, el árbol de rotor 3, la carcasa de motor 14 y, por lo tanto, el estriado flexible 13, no pueden moverse entre sí. De esta manera, se bloquea en movimiento el engranaje que mueve la parte de salida 8 en relación con la carcasa 26 y, por lo tanto, el conjunto de articulación se frena por completo. En esta realización, el anillo de freno ferromagnético 54 y el resorte 55 están separados por un empujador no ferromagnético 56. El proceso de enganche del freno de rotor se explica con mayor detalle en las Figuras 4A-4H. En la presente realización, la activación del freno de rotor también activa un sistema de freno de salida 70. El freno de salida/sistema de freno de salida 70 comprende una placa de freno 63 y un segundo resorte 60 dispuesto para empujar la placa de freno 63 para que enganche de bloqueo con el anillo de freno dentado 65 del alojamiento de salida 23. El freno de salida 70 se activa de manera similar a la activación del freno de rotor, y debido a una copa/pasador de activación 59, la placa de freno 63 puede moverse a lo largo del eje longitudinal 101 del conjunto de articulación. La placa de freno 63 es empujada a lo largo del eje longitudinal 101 por el segundo resorte 60.

En la Figura 3 se ve que en caso de que se rompa el estriado flexible 13 del sistema de engranaje de ondas de deformación 90, p. ej. si la copa 13B está completamente rota, el alojamiento de salida 23, el estriado circular y la parte de salida 8 pueden rotar libremente desde la conexión entre el árbol 3 y la carcasa 26. Esto se debe a la naturaleza de la construcción del engranaje de ondas que el contacto entre las partes de salida y el motor se crea a través del estriado flexible 13, en particular la copa 13B. Sin embargo, en tal situación, el freno de salida se activará inmediatamente para evitar situaciones peligrosas como las mencionadas anteriormente (véase la Figura 2B).

Se muestra que la carcasa 26 comprende un sensor de rotación de rotor 27, 28. El sensor comprende una parte rotatoria 27 y una parte sensitiva 28. Además, el conjunto de articulación comprende un primer sensor de rotación 24A, 25A y un segundo sensor de rotación 24B y 25B para medir la rotación de la parte de salida 8 en relación con la carcasa 26. Las partes sensitivas 24A y 24B son partes de sensor rotatorias. Las partes de sensor 25A y 25B son las partes sensitivas reales, es decir, la parte estacionaria.

El estriado flexible 13, al estar hecho de acero ferromagnético, apantalla el campo magnético del motor 140 para que no perturbe a los sensores 25A, 25B, 28 en la electrónica cercana. Dado que se permite que el estriado flexible 13 sea bastante largo porque envuelve el motor 140, también permite que el estriado flexible 13 sea un poco más grueso de lo habitual mientras conserva la misma flexibilidad para la ovalización cerca del generador de ondas 7.

Este diseño del conjunto de articulación permite que los sensores 25A, 25B y 28, p. ej. los sensores de campo magnético y los anillos polares 24A, 24B y 27 y/o el imán de rotor 16, sean colocados herméticamente sellados entre sí sin requerir el uso de juntas dinámicos para separar el engranaje engrasado y el compartimiento de motor del compartimiento de elemento sensitivo limpio. De esta manera, se logra proporcionar un sistema de detección de la posición angular de salida del rotor y la articulación sin el uso de juntas de rotación rápida. En particular, es ventajoso que no se requiera una junta dinámica en el árbol de rotor. El árbol de rotor 3 rota a alta velocidad y dicho junta dinámica genera una cantidad significativa de calor. El conjunto de articulación presentado solo requiere una junta dinámica 39. Si los cables se van a ubicar a través del centro de la articulación, se requieren dos pasacables de caucho/juntas estáticas 2 adicionales para separar el compartimiento de caja de engranajes/motor y el compartimiento del elemento sensitivo/alrededores, mientras que aún se permite la medición de las posiciones de "rotor de articulación" y "salida de articulación".

En una articulación robótica, es deseable conocer tanto la posición angular absoluta de la "salida de la articulación" como del "rotor de la articulación" en relación con el "alojamiento de articulación". Convencionalmente, estas posiciones absolutas se pueden adquirir utilizando dos codificadores absolutos, uno en el "rotor de articulación" y otro en la "salida de articulación". Un sensor de posición, que es popular debido a su bajo coste, su capacidad para trabajar en un ambiente grasiento/sucio y su alta resolución y la posibilidad de usarlo en un "diseño de árbol hueco", consiste en un sensor de campo magnético y un anillo polar. Un anillo polar es un anillo magnetizado para tener múltiples polos magnéticos a lo largo de su circunferencia, la separación típicamente está entre 0,5 mm y 5 mm, lo que da como resultado entre 300 y 30 polos en la circunferencia de un anillo polar de 50 mm de diámetro. La sección transversal de un anillo polar típico de 2 mm por 2 mm. El sensor de campo magnético puede generar varias posiciones absolutas dentro de una pareja de polos dentro de una pareja de polos.

Esta invención adquiere la posición absoluta tanto de la "salida de articulación" como del "rotor de articulación" utilizando un codificador absoluto (por ejemplo, que consiste en dos sensores de campo magnético 24A y 24B y dos anillos polares 25A y 25B que se ven en la Figura 3 y la Figura 9 en la "salida de articulación" y un codificador incremental, que consiste en un sensor de campo magnético 28 y un anillo polar 27 o imán de rotor 16, en el "rotor de articulación"). La invención hace obsoleto el uso de un codificador absoluto en el "rotor de articulación" al utilizar el conocimiento de la posición absoluta de la "salida de articulación" y la relación de transmisión entre la "salida de articulación" y el "rotor de articulación" para calcular la posición del "rotor de articulación" con una precisión superior a /- 0,5 pares de anillos polares de rotor. Luego usa la salida absoluta del sensor de campo magnético cerca del rotor para encontrar la posición absoluta dentro de esta pareja de polos. De esta manera, las posiciones absolutas tanto para la "salida de articulación" como para el "rotor de articulación" se han encontrado utilizando uno o dos sensores de campo magnético y anillos polares menos de lo que normalmente se requiere. Esto depende de si el propio imán de rotor 16 se utiliza como anillo polar. El experto en la técnica entenderá que el o los anillos polares pueden sustituirse por una estructura dentada ferromagnética si en cambio el lado de sensor tiene un imán, dicho campo magnético cerca del sensor de campo magnético varía con la posición del diente. El sensor también puede ser un dispositivo de inducción de imanes, p. ej. un solenoide que induce un campo magnético variable en una estructura ferromagnética. Además, el sensor puede ser una estructura de dientes eléctricamente conductora.

Las Figuras 4A-4D muestran el freno de rotor 30 que consiste en los elementos (50-58). Dado que las Figuras 4A-4H muestran el freno de rotor en diferentes vistas y posiciones, los números de referencia se encuentran en al menos una de las Figuras. El freno de rotor 30 se activa y acopla cuando se corta o se pierde la energía en el electroimán 57. Cuando se pierde la energía, el resorte 55 empuja el anillo de freno ferromagnético 54 hasta el enganche con el espárrago de freno de rotor 50. El acoplamiento de fricción entre el anillo antirrotación 52 y el anillo de freno ferromagnético 54 permite que el freno, de manera controlada, reduzca la velocidad del rotor (finalmente se detiene). Por lo tanto, este acoplamiento de fricción se dispone como un embrague de fricción o un freno de fricción 200. El anillo de sincronización 51 asegura que la activación del freno solo tiene lugar cuando el anillo de freno ferromagnético 54 pueda enganchar completamente con el espárrago de freno de rotor 50, es decir, que el resorte 55 empuja el freno. La Figura 4H es una vista girada de la Figura 4A y muestra el árbol de rotor 3 rotando a lo largo de la flecha R1. La posición del espárrago de freno de rotor 50 está en una posición en la que no es posible un enganche total debido a la rotación a lo largo de R1. Si el anillo de freno 54 en esta posición fuera sacado por el resorte 55, el anillo de freno 54 no alcanzaría su posición saliendo totalmente y, por lo tanto, no establecerá un enganche completo entre el espárrago de freno 50 y el anillo de freno 54. Por lo tanto, el anillo de sincronización 51 asegura que el anillo de freno 54 solo sea empujado hacia delante por el resorte hasta que el anillo de sincronización 51 se encuentre con el espárrago de freno 50. La Figura 4B y la Figura 4F muestran el espárrago de freno 50 empujado hacia delante y deslizándose sobre el borde del anillo de sincronización 51. Cuando el espárrago de freno 50 se desliza sobre el borde del anillo de sincronización 51, el resorte 55 evita que el anillo de freno 54 salga completamente. Sin embargo, cuando el árbol de rotor 3 continúa girando, el espárrago de freno 50 pasará el anillo de sincronización, y por lo tanto será posible que el anillo de freno 54 sobresalga completamente (véase la Figura 4C y Figura 4G). El árbol de rotor 3 continúa girando, pero al golpear el anillo de sincronización en el borde corto 51A, el anillo de sincronización 51 se dobla radialmente hacia fuera y, por lo tanto, permitirá que el espárrago de freno 50 rote más hasta que finalmente lo detenga el anillo de freno 54. En esta realización, el anillo de freno 54 comprende un saliente. El anillo de freno 54 también puede comprender una muesca o ranura para enganche con el espárrago de freno de rotor 50.

La Figura 4D y la Figura 4H muestran que el anillo de freno 54 y el espárrago de freno 50 están completamente enganchados. El anillo de sincronización 51 se dobla radialmente hacia fuera y por lo tanto permite que el anillo de freno 54 esté en su posición totalmente saliente.

En las Figuras 4A-4H, debe entenderse que en lugar de que el resorte 55 actúe sobre el empujador no ferromagnético 56, dos o más resortes pueden actuar sobre el anillo antirrotación 52. El anillo de sincronización 51 permite que solo el anillo de freno ferromagnético 54 se mueva hasta el enganche con el espárrago de freno de rotor 50 a intervalos angulares más limitados de lo que permite el anillo de freno ferromagnético 54. De esta manera, se permite que comience el enganche cuando el anillo de freno tiene una distancia angular al espárrago de freno de rotor 50 que es adecuada para asegurar un enganche total entre el espárrago de freno de rotor 50 y el anillo de freno ferromagnético 54 de anillo de freno. El anillo de sincronización 51 se dobla radialmente hacia fuera, es decir, alejándose del espárrago de freno de rotor 50, cuando choca con él. El anillo de sincronización 51 se adapta para asegurar un enganche total, pero el freno de rotor 30 funcionará sin el anillo de sincronización 51. En lugar de un anillo de sincronización 51, otra realización del freno de rotor 30 puede comprender un miembro conectado al anillo de freno ferromagnético 54 que comprende un resorte de torsión. Tras la activación del freno de rotor, el resorte de torsión mueve el miembro hacia el espárrago del freno de rotor 50 cuando es forzado fuera de la posición de torsión neutra en relación con el anillo de freno ferromagnético 54.

Las Figuras 4E-4H muestran las mismos etapas/posiciones mostradas en las Figuras 4A-4D, pero en una vista diferente.

La Figura 5 y las Figuras 6A y 6B muestran dos realizaciones de un freno de salida 70. La Figura 5 muestra el freno de salida 70 en una posición de desenganche. Un elemento sensible que se utiliza en la mayoría de los robots ligeros es el estriado flexible 13, debido a la relación superior entre resistencia y peso del engranaje de ondas. Este componente, que tiene la forma de una copa, debe ser delgado para ser lo suficientemente flexible para funcionar según lo previsto en la caja de engranajes, y uno de sus modos de fallo es que se rompe por completo, lo que permite que la salida rote con total libertad. En los robots livianos destinados al trabajo colaborativo con humanos, la combinación de un freno que funciona en el lado de entrada de la caja de engranajes y un modo de fallo de la caja de engranajes que elimina por completo cualquier conexión entre la entrada y la salida es un riesgo para la seguridad. Si un brazo robótico transportaba 10 kilogramos a una altura de 1 metro por encima de la cabeza de un trabajador humano y se rompía una caja de engranajes de la articulación primaria, la carga podría caer sobre la cabeza del trabajador humano, lo que posiblemente provocaría la muerte. Por lo tanto, se presenta un freno que todavía se basa en componentes económicos, pero que actúa en el lado de salida de la caja de engranajes. La Figura 5 muestra una realización del freno de salida que comprende un anillo de freno dentado 65 que, y cuando se libera un electroimán 57, el freno de salida es forzado por un resorte 60 hasta el enganche con una parte dentada del pasador de activación 59. El anillo de freno dentado 65 está restringido en rotación para permitir únicamente una pequeña cantidad de rotación con respecto al alojamiento de salida 23 para que el freno no frene demasiado abruptamente. Se muestra que el anillo de freno 54 comprende un área inclinada 54a . El área inclinada 54A se puede disponer en una sección del anillo de freno 54 que no sea ferromagnética. Cuando el electroimán 57 suelta su fijación del anillo de freno 54, el resorte 60 empujará el anillo de freno 54 y, por lo tanto, el área inclinada 54A empujará el pasador de activación 59 radialmente hacia fuera y hará que el pasador de activación 59 enganche al anillo de freno dentado 65. Un resorte 60B asegura que el pasador de activación 59 se mantenga en su posición de desenganche hasta que el área inclinada 54A del anillo de freno 54 empuje el pasador de activación radialmente hacia fuera.

En la realización mostrada en las Figuras 6A y 6B, el área inclinada 54A del anillo de freno ferromagnético 54 está empujando el pasador de activación 59 hacia arriba en la imagen, es decir, radialmente hacia fuera, cuando el electroimán 57 está energizado (o se pierde energía). Si el freno de salida está muy cargado, es decir, el conjunto de articulación lleva una carga pesada, el pasador de freno 62 no puede moverse y, por lo tanto, el freno no puede soltarse. En esta situación, el resorte de activación 61 estará completamente comprimido. Si el motor de articulación se activa para tratar de mover un poco el alojamiento de salida de articulación 23 en cualquier dirección, el resorte de activación 61 desenganchará repentinamente el pasador de activación 59 a través de la palanca de freno 63, ya que el resorte de activación 61 es mucho más rígido que el resorte de retorno 60B en todas las realizaciones de la invención. El freno se puede hacer sin el resorte de activación 61, pero esto requerirá que los electroimanes 57 estén energizados durante todo el tiempo durante el que se intenta rotar la salida en ambas direcciones para permitir que el pasador de activación/pasador de freno se desacople. Es posible tener varios frenos de salida 70 en un conjunto de articulación. Todos los frenos de salida pueden ser accionados por el mismo anillo de freno ferromagnético 54. En la realización mostrada en la Figura 5, una palanca de freno 63 (no mostrada) y un pasador de freno 62 (no mostrado) se unen en un componente, el pasador de activación 59. En la realización mostrada en las Figuras 6A y 6B, la fuerza de frenado es mantenida por los dientes en el pasador de freno 62 y un disco de freno dentado 65. Esta realización del freno de salida 70 debe tener una forma tal que cada pasador de freno absorba el par en una sola dirección. En la otra realización mostrada en la Figura 5, el pasador de activación 59 también actúa como el pasador de freno 62, enganchando directamente el disco de freno dentado 65.La Figura 6B es una vista en sección transversal de las Figuras 6A, se muestra que el resorte de activación 60 cerca del anillo de freno ferromagnético 54 asegura que el pasador de activación 59 sea empujado hacia abajo, es decir, desde la parte superior del anillo ferromagnético 54 y hacia abajo de la sección inclinada 54A, cuando el electroimán 57 (solo se muestra en la Figura 6A) está energizado. En aún realizaciones adicionales, el acoplamiento de fricción de los frenos de salida 70 puede ser reemplazado por un miembro flexible dentado.

La Figura 7 muestra un anillo antirrotación 52. El anillo antirrotación 52 se muestra p. ej. en la Figura 3 para proporcionar un sistema de deslizamiento ajustable para el freno de rotor. El anillo 52 se aprieta a un nivel deseado alrededor de, p. ej. el árbol de rotor (no se muestra). El espárrago de rotación 52A se adapta para asegurar un enganche total sin deslizamiento con, p. ej. la carcasa de motor 14 (no se muestra, véase la Figura 3). Se ve que el anillo antirrotación 52 comprende un sistema de ajuste 52B para ajustar el nivel de rotación, es decir, el deslizamiento durante el frenado.

La Figura 8 muestra la carcasa 26 que comprende miembros flexibles 80. Los miembros flexibles 80 (solo tres están provistos de signos de referencia) facilitan que la parte del perímetro exterior 82 de la carcasa 26 pueda rotar angularmente en relación con la parte interior 81 de la carcasa. 26. De esta manera, se consigue que el perímetro exterior se separe, debido a un par aplicado a la carcasa 26, por ejemplo aplicando un par de torsión a los orificios 83, de hecho rota torsionalmente en relación con la parte de carcasa interior 81. Por lo tanto, cuando se coloca un sensor en cada extremo del orificio longitudinal 84, los sensores medirán de manera diferente y, por lo tanto, se puede determinar el par de torsión aplicado a la carcasa (véase la Figura 3). Dicho sistema se denomina típicamente codificador absoluto y se puede utilizar como sensor de posición de "salida de articulación", utilizando el principio Vernier de 360 grados. Según este principio, se utilizan dos o más anillos polares magnéticos, que tienen un número diferente de pares de polos, y dos o más sensores de campo magnético para calcular una posición absoluta a partir de la diferencia de salida entre los sensores. En esta realización, el sensor de posición absoluta de "salida de articulación" también se construye a partir de anillos polares y sensores de campo magnético que emiten varias posiciones absolutas dentro de una pareja de polos dentro de una pareja de polos. Si el miembro flexible es significativamente menos flexible que lo que corresponde a una pareja de polos, por ejemplo, menos del 10 % de una pareja de polos, entonces la diferencia entre la salida de dos sensores de campo magnético en cada lado del miembro flexible puede usarse para calcular el par en el miembro flexible, dado que se conoce la rigidez torsional del miembro flexible. De esta manera, se consigue un sistema combinado de sensor de par y posición del conjunto de articulación.

La Figura 9 muestra otra realización de un diseño de conjunto de articulación donde el motor 140 se coloca extendiéndose desde la parte de salida 8. En esta realización, la carcasa de motor 14 se une a la parte de salida 8. El estator 15 se fija a la carcasa de motor 14 y el imán de rotor 16 al árbol 3. Los cojinetes de bolas de rotor, respectivamente, soportan la parte de salida 8 y la carcasa de motor 14 en relación con el árbol 3. Debido a esta construcción del conjunto de articulación, la parte de sensor 28 del sensor de rotación de rotor aún puede disponerse fuera del espacio que comprende el motor. De esta manera, el sensor de árbol de rotor 28 se monta en la carcasa de motor 14. Se ve que los sensores 24A, 24B, 25A y 25B se posicionan fuera del área sucia, es decir, debajo de la copa 13B del estriado flexible y dentro de la carcasa de motor. 14. Dos sensores 25A y 25B se disponen frente a sus respectivos anillos polares 24A y 24B. Un anillo polar 24A (parte del sensor) se monta en la carcasa 26. Cuando la carcasa 26 comprende miembros flexibles 80 (no mostrados, véase la Figura 8), se obtiene que se puede medir el par de torsión de la carcasa 26 en relación con el alojamiento de salida 23 o la parte de salida 8.

Las Figuras 9B y 9C muestran otra realización del conjunto de articulación. En la Figura 9B, el motor 140 está colocado extendiéndose desde la parte de salida 8. En esta realización, la carcasa de motor 14 se une a la parte de salida 8. El estator 15 se fija a la carcasa de motor 14 y el imán de rotor 16 al árbol 3. Los cojinetes de bolas de rotor soportan la parte de salida 8 y la carcasa de motor 14 en relación con el árbol 3. Debido a esta construcción del conjunto de articulación, la parte de sensor 28 del sensor de rotación de rotor aún puede disponerse fuera del espacio que comprende el motor. De esta manera, el sensor de árbol de rotor 28 se monta en la carcasa de motor 14. Se ve que los sensores 24A, 24B, 25A y 25B se posicionan fuera del área sucia, es decir, debajo de la copa 13B del estriado flexible y dentro de la carcasa de motor. 14. Dos sensores 25A y 25B se disponen frente a sus respectivos anillos polares 24A y 24B. Un anillo polar 24A se monta en la carcasa 26. Cuando la carcasa 26 comprende miembros flexibles 80 (no mostrados, véase la Figura 8), se obtiene que se puede medir el par de torsión de la carcasa 26 en relación con el alojamiento de salida 23 o la parte de salida 8. La Figura 9B muestra el conjunto de articulación que comprende una extensión de la carcasa de motor 14, en cuya extensión se dispone un freno. La Figura 9B muestra este freno como un freno adicional en comparación con la Figura 9, pero son igualmente posibles las realizaciones que tienen solo un freno. Por lo tanto, el freno dispuesto sustancialmente dentro del estriado flexible puede omitirse cuando está presente el freno en la carcasa extendida. Los electroimanes/solenoides 57 mantienen el freno en una posición de liberación y, al activarse, el anillo de freno 54 será empujado hasta enganche con el espárrago de freno de rotor 50. El anillo de freno puede ser empujado por un resorte o similar (no mostrado). El anillo antirrotación 52 y el anillo de freno 54 se conectan para proporcionar un embrague de fricción, es decir, pueden deslizarse entre sí cuando la fuerza aplicada supera un determinado valor de umbral. De esta manera, el embrague de fricción funciona como un freno de fricción proporcionando un frenado controlado de las piezas entre sí y reduciendo así el impacto sobre la articulación al frenar. De manera similar a la realización mostrada en la Figura 9, la Figura 9B muestra una realización en la que la carcasa 26 comprende un sensor de rotación de rotor 27, 28 dispuesto en la carcasa de motor extendida. El sensor comprende una parte rotatoria 27 y una parte sensitiva 28. Además, el conjunto de articulación comprende un primer sensor de rotación 24A, 25A y un segundo sensor de rotación 24B y 25B para medir la rotación de la parte de salida 8 en relación con la carcasa 26. Las partes sensitivas 24A y 24B son partes de sensor rotatorias. Los sensores 25A y 25B son las partes sensitivas, es decir, las partes estacionarias del sensor de rotación.

La Figura 9C es una vista muy esquemática desde la que se ve que el alojamiento de salida 23 puede tener una forma alternativa marcada con líneas de puntos. De esta manera, se consigue que, p. ej. la medición de los sensores 24A y 25A se posicionan fuera y no debajo de la copa 13B del estriado flexible y dentro de la carcasa de motor 14. El anillo polar 24A se dispone opuesto al sensor 25A y, por lo tanto, un anillo polar 24A todavía se monta en la carcasa 26. En esta realización, donde la carcasa es más ancha, el cojinete 19 se omite y se reemplaza por el cojinete 190. En esta realización, el freno de salida también se pueden disponer cerca del cojinete 190.

Las realizaciones descritas en las Figuras 9, 9B y 9C son totalmente compatibles entre sí y, por lo tanto, también se consideran realizaciones adicionales al intercambiar las características de las tres realizaciones, p. ej. teniendo el freno dispuesto en una extensión de la carcasa de motor 14.

La Figura 10 muestra una vista en sección transversal de un recorte del alojamiento de salida 23. Se muestran los dientes 1010. Los dientes 1010 se disponen para proporcionar un enganche de bloqueo con el freno de salida 70, p. ej. se muestra en la Figura 3, Figura 5, Figura 9 o Figura 11.

La Figura 11 muestra una realización del conjunto de articulación que comprende un freno de rotor 30 y un freno de salida 70. Ambos sistemas de freno 30, 70 se disponen para funcionar de manera similar a como se describe en la Figura 3 y las Figuras 5-6B. Sin embargo, los frenos presentados en esta realización tienen los electroimanes dispuestos perpendicularmente al eje longitudinal 101, es decir, girados noventa grados en comparación con las realizaciones anteriores. Además, la realización mostrada comprende dos frenos de salida. Los dos frenos se conectan mecánicamente. De esta manera, se mejora aún más la seguridad. Los dos frenos se activan mediante dos electroimanes y, por lo tanto, se aumenta aún más la seguridad. Esto se debe al hecho de que es poco probable que ambos electroimanes fallen. La activación es la misma en el sentido de que al activarse el freno, se enciende el electroimán o se corta la alimentación. Esto hace que el resorte 55, 60 empuje la parte de frenado hacia los espárragos o dientes. Los pernos 1101,1102 se disponen de manera que el conjunto de articulación sea lo más compacto posible. La cabeza de los pernos se dispone en un rebaje 1110 del conjunto de articulación ensamblado. El freno de rotor 30 se dispone en un compartimento 1120 que se extiende alejándose de la parte de salida en la dirección que se aleja del estriado flexible a lo largo del eje longitudinal 101.

La Figura 12 muestra otra realización del conjunto de articulación. Se muestra que el freno de rotor 30 se dispone dentro de la carcasa de motor 14.

La Figura 13 muestra una realización particular del conjunto de articulación de la Figura 3 que comprende un engranaje planetario. El engranaje planetario 1300 se dispone entre el árbol de rotor 3 y el generador de ondas 7. El engranaje planetario 1300 se puede disponer directamente en el generador de ondas 7 y el árbol 1302 se monta en la parte de salida 8. El cojinete 1309 y el cojinete 1307 aseguran que el generador de ondas 7 se mantiene en posición. Los cojinetes 1309, 1307 están espaciados por una pieza de distancia 1308 y se mantienen en posición por un hombro en el generador de ondas y dos chavetas 1305, 1306. El engranaje planetario 1300 y el generador de ondas se conectan por un árbol 1302 fijado por un anillo de bloqueo 1303. La rueda dentada 1301 del engranaje planetario 1300 engancha con la rueda dentada 1304 del árbol de rotor 3.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Conjunto de articulación (1) para un robot, que comprende:

- una carcasa (26) conectada con una parte de salida (8), comprendiendo la carcasa una pared de carcasa (26A), - un sistema de engranaje de ondas de deformación (90) que comprende:

- un generador de ondas (7),

- un estriado flexible (13), y

- un estriado circular (36) conectado a la parte de salida (8),

en donde el generador de ondas (7) es rotado por un árbol de rotor (3), el árbol de rotor (3) es accionado por un motor eléctrico (140) que comprende un estator (15) y un imán de rotor (16), el imán de rotor (16) se fija al árbol de rotor (3), y en donde el conjunto de articulación comprende además:

- un freno de rotor (30) configurado para detener/impedir el movimiento relativo entre el árbol de rotor y el estriado flexible, caracterizado por que el conjunto de junta comprende además:

- un freno de salida (70) configurado para detener/impedir la rotación de la parte de salida (8).

2. Conjunto de articulación según la reivindicación 1, en donde el freno de rotor (30) comprende un embrague/freno de fricción (200) para minimizar el impacto en la articulación cuando el freno de rotor frena.

3. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sensor (27, 28) para detectar la rotación del árbol de rotor (3), en donde el sensor se dispone en la pared de carcasa.

4. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa comprende una serie de orificios ciegos.

5. Conjunto de articulación según la reivindicación 3, en donde el sensor se posiciona en la carcasa en un espacio diferente al del estriado flexible.

6. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la carcasa puede comprender miembros flexibles (80).

7. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el conjunto de articulación comprende un engranaje planetario (1300) dispuesto entre el árbol de rotor (3) y el generador de ondas (7).

8. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el conjunto de articulación comprende un sensor y un anillo polar (25a , 24A) dispuestos para medir la posición del árbol de rotor (3) en relación con la parte de salida (8).

9. Conjunto de articulación según la reivindicación 8, en donde el conjunto de articulación comprende otro anillo polar (27) y otro sensor (28).

10. Conjunto de articulación según la reivindicación 9, en donde un primer juego del anillo polar y el sensor o anillo polar adicional y sensor adicional se divide en tres secciones de 120° y el otro juego del anillo polar y el sensor o anillo polar adicional y sensor adicional comprende más de 10 polos.

11. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el anillo polar comprende 10­ 500, o 20-400 o 30-300 polos en un anillo polar de 50 mm.

12. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el freno de rotor está cargado por resorte.

13. Conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un resorte de freno (60) se hace de un material no ferromagnético.

14. Brazo robótico (100) que comprende un conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones 1-13.

15. Uso del conjunto de articulación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para realizar movimientos de rotación de un brazo robótico.