CN102112275B

CN102112275B - 机器人部分和保护机器人部分的方法

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Publication number: CN102112275B
Application number: CN200980102636.4A
Authority: CN
Inventors: D·希尔科特; I·伦德伯格; T·维托尔
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: US20110095457A1; ES2511869T3; EP2490867A1; CN102112275A; PL2490867T3; EP2490867B1; WO2011047724A1; US8584547B2

Abstract

本发明涉及一种由冲击吸收结构包围的机器人部分(1，2)，比如机器人手臂或者机器人关节。根据本发明，冲击吸收结构具有包围机器人部分(1，2)的护罩(3)。护罩(3)装配于两个间隔元件(6，8)上，从而间隙形成于护罩(3)与机器人部分(1，2)之间。间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件弹性地装配护罩(3)。本发明也涉及一种通过向机器人部分提供根据本发明的冲击吸收结构来保护机器人部分的方法。

Description

机器人部分和保护机器人部分的方法

技术领域

本发明在第一方面中涉及一种机器人部分，比如机器人手臂或者机器人关节，该机器人部分包括包围机器人部分的冲击吸收结构。

在第二方面中，本发明涉及一种用于通过用冲击吸收结构包围机器人部分来保护机器人部分的方法。

背景技术

工业机器人常常在如下环境中操作，在该环境中机器人可能无意地与比如本地工作的人员、其它机器人、其它工具机器或者对其进行工作的物体这样的其它物体接触。这意味着机器人本身或者它与之碰撞的物体可能受损或者人员可能受伤的风险。后勤措施可以避免这些风险的大部分、然而并非总达到100％。因此需要对机器人的有碰撞风险的那些部分、具体为肘部及存在在机器人的手臂之间的关节的类似部位提供某种保护。因此已知应用包围这样的机器人部分的冲击吸收结构。也已知向机器人部分提供保护盖以便保护与机器人有关的部件免受机器人周围的大气污染所影响、例如保护线缆免受油漆薄雾等所影响。

可以在US5732599、EP0988939、JP5023992、US20050103147和US7069664中发现防范冲击和/或污染的保护结构的示例。

为了实现与工人并排操作的工业机器人在本质上安全，将机器人的结构部分装入在冲击吸收材料中。

在安全方面的又一要求在于必须隐藏机器人手臂中的线缆布线以便防止缠结所致事故。在其中未运用空轴驱动系的布置中，在机器人结构的外侧上的填料压力与线缆的自由移动冲突。可以通过引入如下自由空间的体积来解决该冲突，线缆可以在该自由空间中在旋转关节部件与填料之间移动。然而这扩大手臂的外径，由此有损于它的工作范围。

也可能有其它原因造成在机器人部分与包围保护填料之间需要自由空间。

发明内容

本发明的目的在于改进一种如下机器人部分的保护冲击吸收结构，该机器人部分包括这样的结构。

具体而言，目的在于满足需要在机器人部分与冲击吸收结构之间实现自由空间而无通常需要这样的构造的缺陷。

这一目的根据本发明的第一方面实现如下：介绍性地具体说明的这种机器人部分包括如下具体特征：冲击吸收结构包括包围机器人部分的护罩和至少两个间隔元件，该护罩装配于间隔元件上，从而使间隙形成于护罩与机器人部分之间并且至少一个间隔元件弹性地装配护罩。

通过护罩的弹性装配，由护罩上的冲击形成的能量由弹性地装配护罩的间隔元件吸收。由此，护罩可以具有比无这一弹性装配时薄得多的填料材料层。利用该装配的充分弹性，有可能完全地省却护罩上的任何填料材料层。

由此，冲击吸收结构的尺度与无这样的弹性装配的结构(其中全部的冲击能量必须由包围填料吸收)相比将明显地减少。通过本发明，这样实现使得在冲击吸收结构与机器人部分之间产生自由空间，同时又维持所需冲击吸收却不明显地增加结构的外部尺度。

根据一个优选实施例，间隔元件均两者均弹性地装配护罩。

本发明达到的上文提到的优点由这一实施例更为加强，因为护罩的弹性装配更完整和均匀。冲击效果因此将更独立于护罩上的冲击位置。优选地，护罩在它的各端与弹性间隔元件一起装配。

根据又一优选实施例，所述间隔元件中的至少一个至少部分地由填料材料制成。

这是一种获得弹性装配的非常简单和可靠方式。

根据又一优选实施例，至少一个间隔元件包括连接到护罩的第一分段、连接到机器人部分的第二分段和连接第一和第二分段的中间分段，该中间分段具有比第一和第二分段中的各分段较高的挠性。

通过向中间分段提供比间隔元件的其余分段较高的挠性，可以进一步增加该装配的弹性。

优选地，中间分段在至少一个方向上具有比第一和第二分段较小的尺度。

根据又一优选实施例，间隔元件具有限定轴的一般环形形状，其中第一和第二分段由中间分段轴向地分离，并且中间分段具有比第一和第二分段较小的径向厚度。

由此形成薄腰部，这是一种在中间部分增加挠性以便增加装配件的弹性的在构造上简单的方式。

该布置由此对填料全厚度提供相等的冲击吸收而又保留例如用于线缆自由移动的隐藏空隙空间。

根据又一优选实施例，机器人部分包括在相对于彼此可旋转的第一与第二机器人部件之间的关节，并且第一间隔元件附接到第一部件，而第二间隔元件附接到第二部件。

当机器人部分是旋转关节时特别地需要冲击吸收结构内的自由空间。这一实施例因此代表本发明一种重要应用。

根据又一优选实施例，第一间隔元件具有外轴承套管和内轴承套管，护罩在外轴承套管上轴颈支撑，而内轴承套管在第二部件上轴颈支撑。

这以有利方式解决了在护罩与间隔元件之间布置相对旋转的需要。在第二部件上的轴颈支撑稳定配合形成关节保护的单元之间的正确对准。

根据又一优选实施例，护罩至少部分地是塑料材料。

当将塑料材料用于护罩时，将有可能发现为适当水平的半刚性的材料。由此，护罩本身将通过某一程度的变形在某一程度上吸收冲击能量。半刚性材料也有利于获得向间隔元件传送的其本体移位。

根据又一优选实施例，护罩具有附接到护罩的外侧上的填料材料外壳。

虽然根据本发明的冲击吸收结构包括护罩无外部填料材料这一选择，但是存在这样的外壳进一步增强本发明的优点。以这一方式，机器人部分具有两个单独冲击吸收机制：塑料护罩的本体移位以吸收低频能量；以及围绕填料材料的局部变形以吸收初始冲击的高频能量。填料外壳在碰撞部位的变形使冲击力在更大区域内扩展，由此最小化在表面的局部接触压力。

填料外壳将具有比常规填料外壳小许多倍的厚度。然而填料外壳可以具有比护罩的厚度大很多倍的厚度。优选地，填料材料外壳具有范围为护罩的厚度的1-20倍的厚度。

根据又一优选实施例，至少一个线缆位于间隙内。

提供这一种间隙的最重要原因之一在于为隐藏的线缆提供空间。在间隙中存在线缆因此代表本发明的一种很有价值的应用。

根据又一优选实施例，间隙的至少部分具有范围为线缆的直径的1.1-1.5倍的、在机器人部分与护罩之间的距离。

有利的是有用于线缆的某一间隙，因为冲击吸收结构上的冲击将造成其某一径向变形。如果冲击部位恰好直接在线缆上方，则正是通过该间隙避免将由此挤压并且可能损坏线缆。

范围的下限通常足以实现这一效果。然而更大间隙造成就这一点而言的更大安全性。应当避免不必要的大间隙以免减少本发明所实现的空间节省。因此，该间隙应当小于上限。虽然间隙无需沿着冲击吸收结构的完整长度而存在并且无需沿着完整延伸相等，但是优选的是有沿着完整延伸在指定范围内的间隙。

通常，线缆具有圆形横截面并且因此具有直径。然而存在具有非圆形横截面的线缆。对于这样的线缆，术语直径应当解释为线缆的横截面的最小尺度。

在引用权利要求1的权利要求中阐述上文具体说明的优选实施例。将注意可以通过上文提到的优选实施例的任何可能组合来实现更多优选实施例。

本发明的目的还实现如下：一种工业机器人，具有根据本发明、具体根据其任一优选实施例的由冲击吸收结构包围的部分。

该目的还实现如下：一种用于工业机器人的部分的冲击吸收结构，包括具有根据本发明、具体根据其任一优选实施例的冲击吸收结构的机器人手臂的冲击吸收结构的特征。

最后，该目的实现如下：一种开篇具体说明的方法，包括以下具体步骤：在机器人部分上装配至少两个间隔元件；在间隔元件上装配护罩，从而使间隙形成于护罩与机器人部分之间，其中护罩弹性地装配于至少一个间隔元件上。

根据本发明方法的优选实施例，以其冲击吸收结构将具有在本发明的机器人部分的冲击吸收结构的优选实施例中具体说明的特征这样的方式，来实现该方法。

本发明的工业机器人、本发明的冲击吸收结构和本发明的方法及其优选实施例，分别具有与上文已经描述其优点的本发明机器人部分及其优选实施例相同的优点。

将通过根据本发明的机器人部分的以下示例并且参照附图进一步说明本发明。

附图说明

图1是经过根据本发明的机器人部分的横截面。

图2是用于根据本发明的机器人手臂的冲击吸收结构在组装之前的拆分透视图。

图3是根据本发明的工业机器人的示意侧视图。

具体实施方式

图1是经过滚动型机器人关节的示意轴向截面，该关节具有相对于彼此可旋转的第一机器人部件1和第二机器人部件2。第二机器人部件2在第一机器人部件1上的滚柱轴承18、19之间轴颈支撑。关节由冲击吸收结构覆盖。

该结构具有半刚性塑料材料的护罩3。护罩3由填料材料外壳4围绕。利用在固定地附接到第一机器人部件1的第一间隔元件6上的第一轴向法兰5并且利用在固定地附接到第二机器人部件2的第二间隔元件8上的第二轴向法兰7，将护罩3装配于机器人部分上。

间隔元件6、8由填料材料制成。填料材料可以是常用于保护机器部分如机器人部分的任一种。这样的材料在本领域中众所周知并且无需进一步描述。

第一间隔元件6具有三个分段，即护罩3的第一法兰5装配于其上的第一分段9、连接到第一机器人部件1的第二分段10和在另外两个分段之间形成腰部的中间分段11。对应地，第二间隔元件8具有护罩3的第二法兰7装配于其上的第一分段12、连接到第二机器人部件2的第二分段13和形成腰部的中间分段14。

护罩3相对于第二机器人部件2不可旋转，因此相对于第一机器人部件1可旋转。因此，第一间隔元件6相对于第二机器人部件2以及相对于护罩3可旋转。出于这一原因，在第一间隔元件6的第一分段9与护罩3之间提供由低摩擦塑料制成的薄挠性耐磨轴承套管15。在第一间隔元件6的第一分段9与第二机器人部件2之间提供类似的轴承套管16。

在护罩3与第二机器人部件2之间建立环形间隙。线缆17位于这一间隙中。该间隙为线缆提供在旋转关节期间在其中自由移动的充分空间，因为环形间隙的厚度大于线缆17的直径。

如果例如在箭头A出现碰撞，则塑料护罩本体移动，因为经过在其上支撑护罩的间隔元件6、8的粘弹性变形来吸收冲击能量。间隔元件6、8的腰部分段11、12减少该支撑的硬度并且吸收冲击能量。在护罩的外侧上的填料外壳4对吸收初始冲击的高频能量起作用。

间隔元件6、8的相应第一分段9、12的径向变形相对于总厚度g相对地小。10mm厚的间隔元件变形约2mm。这一变形确定护罩以内的环形间隙相对于线缆17的直径而言的尺度设定，并且因此在提到的示例中比线缆直径宽至少2mm。

调整布置的填料性质而不影响其外观。通过调节各间隔元件6、7的尺度e、f和g而不是更改外部填料4的径向厚度来实现调整。

图2图示了根据本发明另一示例的冲击吸收结构。该图示出了该结构可以如何由可以在线缆连接已经安装于机器人手臂上之后拧在一起的两个相同半部制成。各半部包括一起形成护罩的注模塑料内底盘3a、3b。

在各底盘3a、3b的外侧上界定填料材料4a、4b。间隔元件在这一示例中由各半部上的单独填料***件8a、8b形成并且可以界定到底盘3a、3b的内部中的缝或者其它定位装置。填料***件8a、8b布置成位于在它将附接到的机器人部件(未示出)的外表面周围伸展的环形槽中。缝20提供线缆入口。

图3示意地图示了具有在机器人的旋转关节103周围的、根据本发明的冲击吸收结构102的工业机器人101。

Claims

1.一种机器人部分(1，2)，包括冲击吸收结构和由冲击吸收结构包围的机器人手臂或者机器人关节，其特征在于：所述冲击吸收结构包括包围所述机器人手臂或者机器人关节的护罩(3)和至少两个间隔元件(6，8)，所述护罩(3)装配于所述间隔元件(6，8)上，从而使间隙形成于所述护罩(3)与所述机器人手臂或者机器人关节之间；并且所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件弹性地装配所述护罩(3)。

2.根据权利要求1所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述至少两个间隔元件(6，8)均弹性地装配所述护罩(3)。

3.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件至少部分地由填料材料制成。

4.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件包括连接到所述护罩(3)的第一分段(9，12)、连接到所述机器人手臂或者机器人关节的第二分段(10，13)以及连接所述第一分段(9，12)和第二分段(10，13)的中间分段(11，14)，所述中间分段(11，14)具有比所述第一分段(9，12)和第二分段(10，13)中的各分段较高的挠性。

5.根据权利要求4所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述间隔元件(6，8)具有限定轴的一般环形形状，其中所述第一分段(9，12)和第二分段(10，13)由所述中间分段(11，14)轴向地分离，并且所述中间分段(11，14)具有比所述第一分段(9，12)和第二分段(10，13)较小的径向厚度。

6.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述机器人部分(1，2)包括在相对于彼此可旋转的第一机器人部件(1)与第二机器人部件(2)之间的关节，并且所述间隔元件中的第一间隔元件(6)附接到所述第一机器人部件(1)而所述间隔元件中的第二间隔元件(8)附接到所述第二机器人部件(2)。

7.根据权利要求6所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述第一间隔元件(6)具有外轴承套管(15)和内轴承套管(16)，其中所述护罩(3)在所述外轴承套管(15)上轴颈支撑，而所述内轴承套管(16)在所述第二机器人部件(2)上轴颈支撑。

8.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述护罩(3)至少部分地是塑料材料。

9.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述护罩(3)具有附接于所述护罩(3)的外侧上的填料材料外壳(4)。

10.根据权利要求1或者2所述的机器人部分(1，2)，其特征在于至少一个线缆(7)位于所述间隙中。

11.根据权利要求10所述的机器人部分(1，2)，其特征在于所述间隙的至少部分具有范围为所述线缆(17)的直径的1.1-1.5倍的、在所述机器人手臂或者机器人关节与所述护罩(3)之间的距离。

12.一种工业机器人(101)，其特征在于所述工业机器人包括根据权利要求1-11中的任一权利要求所述的机器人部分。

13.一种用于工业机器人部分的冲击吸收结构，其特征在于所述冲击吸收结构包括用于包围所述机器人部分(1，2)的护罩(3)和至少两个间隔元件(6，8)，所述护罩(3)装配于所述间隔元件(6，8)上，从而使间隙形成于所述护罩(3)与所述机器人部分(1，2)之间；并且所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件弹性地装配所述护罩(3)。

14.根据权利要求13所述的冲击吸收结构，其特征在于所述至少两个间隔元件(6，8)均弹性地装配所述护罩(3)。

15.根据权利要求13或者14所述的冲击吸收结构，其特征在于所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件至少部分地由填料材料制成。

16.根据权利要求13所述的冲击吸收结构，其特征在于所述间隔元件(6，8)中的至少一个间隔元件包括具有较高挠性的分段，借助于所述分段弹性地装配所述护罩。

17.根据权利要求13所述的冲击吸收结构，其特征在于所述护罩(3)具有附接于所述护罩(3)的外侧上的填料材料外壳(4)。

18.一种用于通过用冲击吸收结构包围机器人部分来保护所述机器人部分的方法，所述方法包括以下步骤：在所述机器人部分上装配至少两个间隔元件；在所述间隔元件上装配护罩，从而使间隙形成于所述护罩与所述机器人部分之间，其中所述护罩弹性地装配于所述间隔元件中的至少一个间隔元件上。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于以使得所述机器人部分的冲击吸收结构将具有根据权利要求1-12中的任一权利要求所述的机器人部分的冲击吸收结构的特征的方式实现所述方法。