CN106132642A - 机器人臂和组装组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有模块化结构和具有被直接驱动的臂关节(2)的机器人臂(1)。为了简化和更容易地组装机器人臂(1)，提出的是臂关节(2)均具有驱动模块(3)和连接模块(4)，所述驱动模块具有被直接驱动的蜗杆驱动器(31)以用于产生相对于驱动模块(3)的旋转轴线(a，a1，a2，a3，a4，a5)起作用的转矩；所述连接模块相对于旋转轴线(a)轴向邻接驱动模块(3)，连接模块用于将转矩传递到关于驱动次序在机器人臂(1)的顶侧末端关节(21)的方向上跟随的臂关节(2)。本发明还涉及用于机器人臂(1)的组装套件(8)。

Description

机器人臂和组装组件

技术领域

本发明涉及具有模块化结构和被直接驱动臂关节的机器人臂。本发明还涉及用于机器人臂的套件。

背景技术

在文献DE 8310067U1中描述通用机器人臂，其中，驱动器定位在管式第一旋转部分中，管式第一旋转部分以非旋转方式连接到上游机器人元件，且输出侧以转矩传递方式连接到同轴于第一旋转部分设置的第二管式旋转部分。这种类型的机器人臂包括不易于组装的复杂、相对坚硬的结构。

发明内容

本发明的一个目的在于如此进一步改进通用机器人臂，以使得其包括更简单的结构且更易于组装。

根据本发明，所述目的通过权利要求1的特征解决。有利的改进在从属权利要求中描述。所述目的已经实现，因为臂关节均包括驱动模块和连接模块，所述驱动模块具有被直接驱动的蜗杆驱动器，以用于产生相对于驱动模块的旋转轴线起作用的转矩；所述连接模块相对于旋转轴线轴向跟随所述驱动模块，所述连接模块用于将转矩传递到相对于驱动次序在机器人臂的头侧末端关节的方向上定位在下游的臂关节。

提出的是连接模块以转矩传递方式定位在两个驱动模块之间。相对于输出次序，连接模块以轴向方式跟随关联臂关节的驱动模块。臂关节的模块设置成轴向排。因此提出一种尤其简单、清晰设置的模块化结构，其中，一个模块轴向且优选直接连接到下游模块。机器人臂优选由一系列模块构造，所述一系列模块一起串成设想的工作头。工作头能够附连到头侧末端关节。机器人臂能够包括安装在轴承中或固定在基部上的基部端关节。包括末端关节的机器人臂能够由串在一起的一系列模块整体构造。

由于这种清楚的布局，所述模块的这种连续串在一起也具有的优点是，组装错误的风险能够在很大程度上被减小，意味着对于即使经验较少的装配者也可以正确地组装和装配机器人臂。模块的轴向串在一起还允许机器人臂的紧凑设计。尤其地，驱动模块能够设有符号、标志和/或颜色以指示驱动次序。此外，机器人臂的模块的相对于相应关联的旋转轴线的这种串在一起允许在下文中作为示例说明的结构简单的变化。臂关节能够因此被设计为旋转关节。

为了进一步简化机器人臂的模块化结构，提出的是机器人臂的驱动模块和/或连接模块均是等同设计。设计的这种等同性也能够应用到以下提及的模块中的每个。

驱动模块自身同样能够包括非常简单的结构。为此目的，蜗杆驱动器能够包括驱动电机和借助于驱动电机驱动的蜗杆，蜗杆以转矩传递方式连接到蜗轮，其中，蜗轮以允许围绕旋转轴线的运动的方式有利地安装在径向/轴向滑动轴承中。

在机器人臂的改进中，能够提供的是，经由连接模块连接的两个驱动模块的旋转轴线设定的特定角度借助于连接模块限定。类似地，到旋转轴线的特定距离能够经由连接模块限定。这意味着期望距离和/或角度能够经由连接模块的尺寸化实现。连接模块能够设计为具有两个腿部的成角度件，其中，所述角度能够经由腿部相对于彼此的倾斜设定。

连接模块和/或驱动模块均能够包括在输入侧上的第一连接表面和在输出侧上的第二连接表面，以用于连接到相应邻近的模块。定位在输入侧上的连接模块的第一连接表面能够固定在设置在驱动模块的输出侧上的第二连接表面上。这使得可以经由两个连接表面相对于彼此的旋转位置以简单的方式变化连接模块相对于驱动模块的方位。

如果连接模块被设计为成角度件，则这是尤其有利的。因此，连接模块的连接表面的表面法线能够相对于彼此成角度地定位。如以下示例描述的，如果两个驱动模块之间存在两个连接模块，所述两个驱动模块相对于彼此的方位、且因此设置在输出侧上的驱动模块及其旋转轴线的方位能够经由所述两个连接模块的相对位置果断地改变。

在机器人臂的改进中，能够提供的是角度和/或距离是能够调整的。角度能够小于或等于180°、优选小于或等于120°、或尤其小于或等于90°。

在机器人臂的模块的优选设置方式中，能够提供的是机器人臂的至少一个臂关节的连接模块连接到在输入侧上的驱动式驱动模块的蜗轮，且连接到在输出侧上的下游臂关节的驱动模块的壳体。在这种背景下，连接模块能够通过法兰式安装连接到壳体和/或蜗轮。

在机器人臂的另一实施方式中，能够提供的是在输出次序中一个定位在另一个后方的两个连接模块至少设置在机器人臂的两个邻近驱动模块之间，所述两个邻近驱动模块以非旋转方式直接彼此连接或经由延展模块以非旋转方式间接彼此连接。两个邻近驱动模块之间的距离能够经由延展模块增加。而且，所述两个连接模块的相对旋转方位能够用于设定驱动模块的旋转轴线的相对位置，连接模块定位在所述驱动模块之间。优选的是就机械旋转而言一个定位在另一个后方的所述两个连接模块通过法兰彼此连接。

为了进一步简化组装，能够提供的是至少一些连接模块和/或至少一些延展模块能够就其连接表面而言以相对于相应邻近模块的任何期望方位被安装。如果设想的是模块的尺寸朝向机器人臂的末端元件改变，尤其从第一尺寸到第二尺寸地变小，优选提供的是这种尺寸改变在连接模块中发生。为此目的，连接模块能够具有在输入侧上的在连接模块的第一连接表面上的第一尺寸和在输出侧上的在连接模块的第二连接表面上的第二尺寸。

在机器人臂的改进中，还能够提供的是延展模块在相对于连接模块的输入侧和/或输出侧上定位在机器人臂的至少一个臂关节上。这允许机器人臂的臂关节的就受影响驱动模块的旋转轴线的相对位置而言的设计的进一步变化。

在机器人臂的有利实施方式中，延展模块能够是型材部段，尤其是管式型材部段。这具有的优点是，型材部段或管式型材部段甚至能够在现场从型材条被切割到特定长度。

为了有利的简化，型材部段的两端优选能够借助于设置的插接式/夹紧式连接件以非旋转方式连接到相应关联的连接模块、或连接到关联的连接模块和驱动模块。

在对于在开始处限定的所述目的替换性解决方案中，能够提供的是机器人臂包括至少一个模块，尤其是延展模块，所述至少一个模块的输出侧端设有至少两个连接点。以这种方式，机器人臂能够在该点处分成两个次级臂，例如以能够从次级臂末端的两侧处作用在待加工的工件上。在这种背景下，所述至少两个连接点能够设计为可选地用于待连接的一个模块、或设计为各自用于待连接的一个模块，尤其是连接模块，延展模块或驱动模块。同样有利的是，就机器人臂的更大的变化范围而言，提供的是所述至少两个连接点定位在相对于驱动模块的枢转轴线的不同角度，所述驱动模块驱动包括所述至少两个连接点的模块。优选地，所述角度中的至少一个是能够调整的。所述至少两个连接点能够被设计用于等同或不同尺寸。所述至少两个连接点能够被设计用于连接等同或不同模块。如果至少两个连接点设置在驱动模块的输出侧上，则中间变速箱能够设置在驱动模块的输出侧上，由驱动模块产生的转矩能够借助于中间变速箱可选地传递到附连到连接点的模块之一，或传递到两个附连模块。

有利地，就机器人臂的运动的延伸范围和待移动的机器人臂的质量的可能减小而言，能够提供的是安装的驱动模块和/或安装的连接模块的尺寸在朝向机器人臂的头侧端的方向上减小。

作为用于实现所述目的的替换方案，能够设置用于组装根据上下文描述的实施方式之一的机器人臂的套件，其中，套件包括驱动模块和连接模块。这个套件能够作为库存且在用于组装机器人臂的现场上使用。能够提供的是套件包括特定数量的等同设计的驱动模块和/或等同设计的连接模块。

为了协助组装，能够提供的是套件中的驱动模块中的至少一些和/或连接模块中的至少一些是不同尺寸。

此外，套件也能够有利地包括延展模块。设置在套件中的延展模块中的至少一些能够是具有不同尺寸。延展模块能够设计为型材部段，尤其设计为管式型材部段。套件也能够包括特定长度和/或数个特定长度和/或截面尺寸的型材条。在这种背景下，型材条均能够具有等同型材截面。因此，型材条能够在现场分别被切割到所需长度。

型材条或管式部段分别能够由尤其铝的金属材料制造。连接模块同样能够由金属制造，但是优选由塑料制造。连接模块能够借助于注射成型、或优选通过激光烧结由塑料制造。

附图说明

本发明基于视图中示出的机器人臂的实施方式在下文中更详细地描述。图中示出以下：

图1是由模块构造的具有不同臂关节的机器人臂的透视图，

图2a和2b是根据图1的机器人臂的侧视图，

图3是臂关节的第一实施方式的纵向截面，臂关节具有连接的驱动模块，

图4是臂关节的第二实施方式的纵向截面，

图5a和5b是具有打开壳体的驱动模块的侧视图和根据图5a的驱动模块的截面，

图6a和6b是根据图5a的驱动模块的另一侧视图和根据图6a的驱动模块的纵向截面，

图7至10是机器人臂的连接模块的实施方式的纵向截面，

图11是作为延展模块的示例的管式型材部段的三个截面，

图12是具有双端连接件的延展模块的另一实施方式的纵向截面，以及

图13是用于机器人臂的套件的模块的各个透视图，一些模块具有不同尺寸。

具体实施方式

图1和2示出具有模块化结构和被直接驱动的臂关节2的机器人臂1的不同视图。臂关节2均包括驱动模块3，驱动模块具有被直接驱动的蜗杆驱动器4以用于产生相对于驱动模块3的旋转轴线a起作用的转矩。相对于旋转轴线a轴向跟随驱动模块3地进一步设置连接模块5，以用于将转矩传递到相对于驱动次序在机器人臂1的头侧末端关节21的方向上定位在下游的臂关节2。连接模块5因此以转矩传递方式定位在两个驱动模块3之间。在这种情况下，机器人臂1完全地由模块构造，所述模块包括驱动模块3和连接模块5。图1和2仅示出末端关节21的驱动模块3，因为例如工作头可以装配在驱动模块3的输出侧上，因此用作某种类型的定位模块。也能够从图1和2推导出，臂关节2的模块设计可以从末端关节21继续，且本发明因此不受限于图1和2中示出的臂关节的数量。

图3示出臂关节2的一实施方式的纵向截面，其中，所述臂关节2同时是图1中示出的机器人臂1的基部关节22。基部关节22具有臂关节2的基本形式，所述臂关节具有驱动模块3和下游连接模块4。图4还示出跟随基部关节22的臂关节2的连接模块4和跟随该连接模块的臂关节2的驱动模块3的纵向截面。

如能够从图3看见的，基部关节22的连接模块4的形式以直角成角度。连接模块4的这个实施方式的纵向截面还在图7中示出。连接模块4的这种角度形式的结果是，在这个示例中，经由连接模块4连接的驱动模块3的旋转轴线a1、a2以90°的角度β定位。连接模块4包括在输入侧上的第一连接表面41和在输出侧上的第二连接表面42。在这种背景下，连接表面41、42的两个表面法线在这个示例中以90°的角度β设置。能够从视图直接看到的是，角度β能够例如通过与旋转轴线a成角度地定位连接表面41、42而被改变。相同的情况适用于剩余的模块3、5，如下文进一步基于延展模块5的另一实施方式在图12中作为示例所示。在这种情况下，连接表面的表面法线之间的角度β是30°。

图4中清晰可见的是从底部连接模块4的第二连接表面42突伸的螺丝圈61，以用于到驱动元件的螺丝连接件6。在输出次序中的臂关节的驱动模块(在此未示出)的下游，臂关节2包括直角连接模块4，其原理在图9中的连接模块4的纵向截面中示出。在这个连接模块4的下游设置延展模块5，所述延展模块在这个示例中形式为具有圆形截面的管式型材部段51，间隙能够经由延展模块形成在驱动模块3之间。这个管式型材部段51的示例也在图11中示出，其中，示出不同长度的三个管式型材部段51。虽然在此未特别示出，但是这个管式型材部段51能够例如从相应型材条切割至一长度。在输出次序中设置在延展模块5下游的是另一直角连接模块4，所述另一直角连接模块具有相同设计，但是比在先连接模块4具有更小的尺寸。如能够直接从图4看见的，所述两个连接模块4和延展模块5生成分配到臂关节2的旋转轴线a2、a3与彼此隔开一段距离地平行设置的情况。这个距离能够经由管式型材部段51的长度设定。

机器人臂1的旋转轴线的附图标记依据其输出次序以角标给出，其中，基元件22具有旋转轴线a1，下游臂关节2具有旋转轴线a2等等，一直到具有旋转轴线a6的末端关节21。因此进入图4中是跟随基部关节22的臂关节2的旋转轴线a2，以及跟随该臂关节2且未在图4中示出的臂关节的旋转轴线a3。

在驱动模块3下游的连接模块4，或在驱动模块3下游的模块4、5以非旋转方式连接到关联的驱动模块3或彼此连接。在这种背景下，在驱动模块3下游的连接模块4经由螺丝连接件6以法兰方式安装在驱动模块3上，其中，螺丝61均经由关联的接入通道62可触及，以用于放松或张紧。如尤其能够在图5和6中看见的，蜗杆驱动器31包括驱动电机32和借助于驱动电机32驱动的蜗杆33。蜗杆33联接到蜗轮35，蜗轮以允许围绕旋转轴线a的运动的方式安装在径向/轴向滑动轴承34中。径向/轴向滑动轴承34的结构能够在图6b中尤其清楚地看见。在这种背景下，连接环36以及定位在蜗轮35和连接环36之间的间隔环37形成用于壳体环39的座部38，其中，座部38在壳体环39上的相对旋转在图6b中指示的聚合物滑动元件301上发生。壳体环39是包含驱动模块3的壳体302的一部分，其中，具有输出侧、第二连接表面42的连接环36突伸超过壳体302。壳体302的一部分已经在图5和6中省略，以使得蜗杆驱动器31更容易看见。这种类型的径向/轴向轴承的具体特征在于其低摩擦、免维护的设计。除此之外，这促成聚合物(滑动元件)和金属(轴承表面)的、尤其是聚合物和铝的有利材料结合等等。结合径向/轴向滑动轴承，参考来自文献DE 202013101374U1的实用新型说明书的所有其它方面，其内容在此被包括在本申请的内容中，尤其在径向/轴向滑动轴承中的聚合物滑动元件及其设置方式方面。

蜗轮35、间隔环37和连接环36通过螺丝连接件6以非旋转方式彼此连接。为了简化设计，与这个螺丝连接件6对齐设置的是将驱动模块3连接到下游连接模块4以通过非旋转方式将下游连接模块连接到驱动模块3的螺丝连接件6。而且，壳体环39同样借助于螺丝连接件6以法兰方式安装在壳体302上。类似地，连接模块4借助于螺丝连接件6以法兰方式安装在相应关联的驱动模块3上，具体以法兰方式安装在驱动模块的输出侧、第一连接表面41上。

如能够从图4和图9看见的，插接式/夹紧式安装件7被设置用于将管式型材部段51非旋转连接到相应关联的连接模块4。为此目的，相应关联的连接模块4包括用于管式型材部段51的插接式座部71，其中，侧向夹紧式螺丝72被设置且径向抵靠管式型材部段51地螺合。替换性地，如图4所示，用于每个夹紧式螺丝72的通孔73能够设置在管式型材部段51中，夹紧式螺丝72通过通孔被引导到插接式/夹紧式连接件7中，因此管式型材部段51以非旋转和非滑动方式保持在插接式座部71中。

图8和10示出连接模块4的另外的实施方式。根据图8，插接式座部71相对于关联的旋转轴线a以45°的角度β设置，旋转轴线a在这种情况下等同于连接模块4的纵向轴线l。根据图10，插接式座部71在纵向轴线l的方向上延伸。连接模块4的这两个实施方式旨在用作示例，以示出就连接模块而言可以的多个变化方案且本发明并非受限于在此示出的连接模块4的实施方式。

延展模块5同样不受限于在此示出的实施方式。作为示例，图12示出分支部段52作为延展模块5的一部分，所述延展模块在这种情况下包括三个插接式座部71，均用于容纳管式型材部段51。在这种背景下设置两个上插接式座部71和一个下插接式座部71，其中，上插接式座部71能够在输出侧上使用，且下插接式座部71在输入侧上使用。也能够设置多于两个上插接式座部。根据图12中的示例，由虚线指示的管式型材部段51能够设置在分支部段52的上插接式座部71中的每个上，以使得机器人臂1能够以这种方式分成两个次级臂。这些次级臂均能够例如通向在此未示出的端侧工作头。而且，这些次级臂均能够例如经由连接模块连接。然而，也可以在连接点处连接驱动模块和/或连接模块。

再次参照图1，能够注意到，具有驱动模块3和下游连接模块4的基部关节22的设计在定位在末端关节21的上游的臂关节中重复，然而，其中，基部关节22的尺寸大于末端关节21或定位在末端关节21上游的臂关节2的尺寸。这清晰示出提供的是臂关节2的尺寸从基部关节22朝向臂末端关节21减小。

作为用于组装机器人臂1的套件8的示例，图13示出不同设计的驱动模块3、连接模块4和形式为管式型材部段51的延展模块5的集合，它们能够被包括在这种类型的套件8中。不言而喻的是这个集合仅仅是示例，图13中示出的套件8包括实施根据图1的机器人臂1所需的模块的那些实施方式。

附图标记列表

1 机器人臂

2 臂关节

21 末端关节

22 基部关节

3 驱动模块

31 蜗杆驱动器

32 驱动电机

33 蜗杆

34 径向/轴向滑动轴承

35 蜗轮

36 连接环

37 间隔环

38 座部

39 壳体环

301 聚合物滑动元件

302 壳体

4 连接模块

41 第一连接表面

42 第二连接表面

5 延展模块

51 管式型材部段

52 分支部段

6 螺丝连接件

61 螺丝

62 接入通道

7 插接式/夹紧式连接件

71 插接式座部

72 夹紧式螺丝

73 通孔

8 套件

a，a1，a2，a3，a4，a5，a6 旋转轴线

l 纵向轴线

β 角度

Claims (17)

1.一种机器人臂(1)，其具有模块化结构和被直接驱动的臂关节(2)，其特征在于，所述臂关节(2)均包括驱动模块(3)和连接模块(4)，所述驱动模块具有被直接驱动的蜗杆驱动器(31)，以用于产生相对于驱动模块(3)的旋转轴线(a，a1，a2，a3，a4，a5)起作用的转矩；所述连接模块相对于旋转轴线(a)轴向跟随所述驱动模块(3)，连接模块用于将转矩传递到相对于驱动次序在机器人臂(1)的头侧末端关节(21)的方向上定位在下游的臂关节(2)。

2.根据权利要求1所述的机器人臂，其特征在于，所述机器人臂(1)的驱动模块(3)和/或连接模块(4)均是等同设计。

3.根据权利要求1或2所述的机器人臂，其特征在于，蜗杆驱动器(31)包括驱动电机(32)和借助于该驱动电机(32)驱动的蜗杆(33)，蜗杆以转矩传递方式联接到蜗轮(35)，蜗轮以允许围绕旋转轴线(a，a1，a2，a3，a4，a5)的旋转运动的方式安装在径向/轴向滑动轴承(34)中。

4.根据权利要求1至3中之一所述的机器人臂，其特征在于，经由连接模块(4)连接的两个驱动模块(3)的旋转轴线(a，a1，a2，a3，a4，a5)所定位的特定角度(β)、和/或旋转轴线(a，a1，a2，a3，a4，a5)之间的特定距离借助于所述连接模块(4)限定。

5.根据权利要求4所述的机器人臂，其特征在于，连接模块(4)和/或驱动模块(3)均包括在输入侧上的第一连接表面(41)和在输出侧上的第二连接表面(42)，以用于连接到相应邻近模块(3，4)。

6.根据权利要求4或5所述的机器人臂，其特征在于，所述角度(β)和/或所述距离能够被调整。

7.根据权利要求4至6中之一所述的机器人臂，其特征在于，所述角度(β)小于/等于180°、优选小于/等于120°、或尤其小于/等于90°。

8.根据权利要求1至7中之一所述的机器人臂，其特征在于，机器人臂(1)的至少一个臂关节(2)的连接模块(4)连接到、尤其是通过法兰式安装连接到在输入侧上的驱动式驱动模块(3)的蜗轮(35)，且连接到在输出侧上的下游臂关节(2)的驱动模块(3)的壳体(302)。

9.根据权利要求1至8中之一所述的机器人臂，其特征在于，就机械旋转而言一个定位在另一个后方的两个连接模块(4)至少设置在两个邻近驱动模块(3)之间，所述两个邻近驱动模块以非旋转方式直接彼此连接或经由延展模块(5)以非旋转方式间接彼此连接。

10.根据权利要求1至9中之一所述的机器人臂，其特征在于，延展模块(5)在驱动模块(3)和连接模块(4)之间的输入侧和/或输出侧上定位在机器人臂(1)的至少一个臂关节(2)上。

11.根据权利要求9或10所述的机器人臂，其特征在于，所述延展模块(5)包括型材部段、尤其是管式型材部段，所述型材部段优选能够伸缩。

12.根据权利要求11所述的机器人臂，其特征在于，型材部段的两端借助于设置的插接式/夹紧式连接件(7)以非旋转方式连接到相应关联的连接模块(4)、或连接到关联的连接模块(4)和驱动模块(3)。

13.根据权利要求9至12中之一所述的机器人臂，其特征在于，延展模块(5)的输出侧端包括至少两个连接点，所述至少两个连接点中的一个或每个用于待连接的连接模块(4)、驱动模块(3)或延展模块(5)。

14.根据权利要求1至13中之一所述的机器人臂，其特征在于，各个驱动模块(3)和/或各个连接模块(4)的尺寸在朝向机器人臂(1)的头侧末端关节(21)的方向上减小。

15.一种用于组装根据权利要求1至14中之一所述的机器人臂(1)的套件，带有驱动模块(3)和连接模块(4)，其中所述套件(8)包括特定数量的尤其等同设计的驱动模块(3)和尤其等同设计的连接模块(4)。

16.根据权利要求15所述的套件，其特征在于，驱动模块(3)和/或连接模块(4)中的至少一些是具有不同尺寸。

17.根据权利要求15或16所述的套件，其特征在于，所述套件附加地包括延展模块(5)，所述延展模块中的至少一些是具有不同尺寸且尤其设计为型材部段，尤其是设计为管式型材部段(51)。