CN204487591U - 具有无接触能量传输和数据传输的联接件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人关节，其具有：第一关节元件；第二关节元件，其设置为相对于所述第一关节元件能够绕旋转轴运动；其中，所述机器人关节还具有以下元件中的至少一者：联接件，用于借助感应在所述第一关节元件与所述第二关节元件之间传输能量；光波导体，用于在所述第一关节元件与所述第二关节元件之间传输光信号，其中，所述光波导体在从所述第一关节元件到所述第二关节元件的通道上具有中断部。

Description

具有无接触能量传输和数据传输的联接件

技术领域

本实用新型涉及一种机器人关节，特别是一种用于通过机器人关节来传输能量和信号的机器人关节。

背景技术

机器人或操纵器是自动控制的操控装置，其可以位置固定地或可运动地被使用。机器人或操纵器可具有多个单独的肢，这些肢通过线性导向器和/或旋转关节彼此连接成运动链。肢、关节和它们的驱动器构成机器人的轴。在此，机器人关节将机器人的不同的肢或轴相连接。因此，机器人关节例如可将两个机器人臂彼此连接，或将一个机器人臂与一个末端执行器连接。在此典型地，能量线路、控制线路和/或信号线路可越过关节沿着机器人轴布设，由此使关节的旋转运动自由度受限。由于关节的运动，使这些线路承受机械负载。因此需要定期更换线路，以保持机器人的功能性。

此外，还存在快速而不复杂地更换机器人的部件或肢的需要。因此例如这是有利的：更换多轴关节臂机器人的单独的肢以将机器人灵活地用于不同的用途。为了例如加工或操控小的并且轻的工件，与鲁棒的、缓慢的轴相比使用由碳纤维制成的轻且由此更快的轴是有利的。用于更换机器人的肢的有效且快速的方法不是公知的。

实用新型内容

因此本实用新型的目的是提出一种维修方便的机器人关节。本实用新型的另一目的是提出一种操纵器或机器人，其驱动轴具有改进的运动自由度。本实用新型的目的还在于提出一种机器人***，该机器人***使得能够有效且快速地更换各个肢或轴。

根据本实用新型的机器人关节具有第一关节元件和第二关节元件。在此，第二关节元件设置为能够相对于第一关节元件绕旋转轴运动或摆动。因此在第一关节元件与第二关节元件之间有一个分界面，旋转轴穿过该分界面成直角地延伸。

根据本实用新型的机器人关节还具有至少一个用于借助感应在第一关节元件与第二关节元件之间传输能量的联接件和/或用于在第一关节元件与第二关节元件之间传输信号、优选为光信号的光波导体。在此，光波导体在从第一关节元件到第二关节元件的通道上具有中断部。优选能量和/或信号在第一关节元件与第二关节元件之间无接触地传输。

本领域的技术人员应理解，使用术语“能量”来描述驱动电执行器所使用的或所需的能量。此外，对术语“信号”的解释不受限，其可以包括例如用于控制或操控各执行器的控制信号以及由传感器输出的测量信号。在此，本领域的技术人员理解，信号强度典型地小于能量强度。

借助感应的能量传输使得能够无接触地传输能量。因此，使得易受干扰的滑动接触变得多余。同样，使用中断的光波导体使得能够无接触地传输信号而无需使用昂贵的布线或无线电模块。因此使用光波导体使得能够有利地应用具有很高的传输速率且不受电磁干扰影响的光信号。根据本实用新型的机器人关节的特征还在于磨损较少。

用于能量传输的联接件优选包括相应的变换器和线圈，以借助感应优选借助高频感应将能量从第一关节元件传输到第二关节元件。优选联接件能够实现第一关节元件与第二关节元件之间的可松脱的连接。

优选光波导体沿着或平行于旋转轴延伸，光波导体还优选与旋转轴同心地设置。还优选地，光波导体的中断部位于旋转轴中，从而使得光波导体的中断部上的光波或光信号平行于旋转轴延伸。在此中断部有利地位于从第一关节元件到第二关节元件的通道上，即位于关节元件之间的分界面中。因此，关节元件可相对于彼此运动，而不会在运动中受到光波导体或信号传输的限制。此外，关节元件的运动不会妨碍或干扰信号传输。

优选地，光波导体的中断部以缝隙的形式存在。在此优选该缝隙的宽度小于0.5mm，进一步优选小于0.1mm。由此可以以对光信号线路最小干扰的方式实现关节的完整的灵活性。还优选利用填料来填充缝隙，在此填料优选由油和/或合成材料组成。因此，光信号可以非常少量的散射渡过缝隙。在此优选填料具有基本上与光波导体(光波导体的芯或套)的折射指数相应的折射指数。换句话说，这两个折射指数的差别小于50％并且优选小于10％。因此，实现了光波导体在填料中通过并且相对地尽可能均匀地通过，而对光信号则只有最小的影响。

优选机器人关节在光波导体的中断部上具有中间件。在此，该中间件被设置为能够相对于光波导体运动，从而使得不会妨碍关节运动。还优选地，中间件特别是适于使填料保持在光波导体的中断部中或缝隙中。在此，中间件可由填料制成或由不同于填料的材料制成，并因此可以作为保持件起作用。因此，通过关节可有利地提高信号传输的功能性和稳定性。

优选机器人关节是非气动的，由此进一步降低了维修和维护成本。还优选第一关节元件与第二关节元件可分离地连接。因此，根据本实用新型的机器人关节适于应用在用于末端执行器和/或肢或轴的无导线的更换单元中。在此优选将特定于肢或轴的数据和信息(例如起重器(Hebel)和角度)模块化地存储在待接入(dockenden)或待更换的单元中。在联接或更换时，检测这些模块化的特性并且适配到整个***中。

优选地，无接触能量传输***使得能够实现能量的缓存，例如制动能的缓存。当对关节运动进行制动时，可缓存或中间存储与此相关的制动能并在以后有利地用于对机器人关节或其他模块的驱动。

通常，根据本实用新型的机器人关节适用于各种机器人或操纵器中。优选地，将根据本实用新型的机器人关节安装在轻型结构机器人中，该轻型结构机器人的特点在于能量消耗少。

本实用新型还包括根据本实用新型的机器人关节在传输能量和信号中的应用。

本实用新型还涉及一种包括根据本实用新型的机器人关节的机器人***。

附图说明

下面参照附图详细说明本实用新型的实施例。其中示出：

图1为根据本实用新型的机器人关节的截面的示意图，和

图2以***部件的分解图的形式示意性示出根据图1的根据本实用新型的机器人关节的组成。

具体实施方式

图1以截面图示出根据本实用新型的机器人关节的示意图。所示机器人关节包括第一关节元件10，该第一关节元件与第二关节元件20连接。第一关节元件10具有定子11，该定子与第二关节元件20的转子21相互作用并且在此能够引起关节的摆动或转动。所示机器人关节还包括传动器30。有利地，这两个关节元件10、20可分离地彼此连接。

此外，第一关节元件10还包括能量传输器12，该能量传输器设置为将能量传输到安装在第二关节元件20中的第二能量传输器22。在此有利地借助高频感应进行无接触能量传输。

此外，第一关节元件10具有同心地设置在关节的旋转轴中的第一光波导体13。同样地，第二关节元件20具有同样同心地设置在关节的旋转轴中的光波导体23，其因此是第一光波导体13的延长。因此，两个光波导体13和23与关节的取向无关地位于同一轴上。优选地，中间件(未示出)位于从第一光波导体13到第二光波导体23的通道上，该中间件使得能够实现从第一光波导体13到第二光波导体23的光信号的无干扰的通道。因此，借助双向的光波导体13、23来实现数据传输。

第一关节元件10和第二关节元件20分别具有电路板14、24，这些电路板与相应的能量传输器12、22和光波导体13、23连接。此外，定子11也与第一关节元件10的电路板14连接。电路板14、24还分别具有数据线15、25，这些数据线沿着各自的关节元件10、20延伸到相应的毗邻的轴。电路板14、24使得能够读入或输出信号。因此，电路板14、24包括用于能量和数据传输以及用于机器人轴自身的控制电子装置。

图2示意性示出根据图1的机器人关节的各个元件。定子11与转子21之间的相互作用还借助传动器30使关节运动，在此对该运动不使用压缩空气而电地进行控制。此外，借助高频感应使能量传输器12、22能够无接触地传输能量。光波导体13、23使得能够通过机器人关节无接触地传输数据或信号。

正如能够清楚地看到的，定子11、转子21、传动器30和能量传输器12、22同心地围绕机器人关节的旋转轴设置。因此，使得能够实现机器人关节的摆动运动，而不会妨碍各个部件的作用方式。

优选地，在电路板14、24中存储特定于肢或轴的数据和信息。因此有利地，不同的轴或肢可与机器人关节联接或分离。在本实用新型中，机器人***识别对轴的干扰并且开始脱离过程。替代地，机器人***还可从轨迹规划收到相应的脱离轴的指令。在接下来的步骤中，关闭待分离的关节的电子装置并且打开相应的机械装置。为此，例如可打开制动器。随后，机器人松开已松脱的轴并且靠近要与机器人连接的第二轴。在两个关节元件对接(Andocken)之后，关闭对应的机械装置并且建立关节元件之间的电连接。由所联接的轴向机器人控制器提供特定于轴的信息。在随后自动进行的校准之后，所联接的轴就绪。

Claims (10)

1.一种机器人关节，具有：

第一关节元件；

第二关节元件，其设置为能够相对于所述第一关节元件绕旋转轴运动；

其中，所述机器人关节还具有以下元件中的至少一种：

联接件，用于借助感应在所述第一关节元件与所述第二关节元件之间传输能量；

光波导体，用于在所述第一关节元件与所述第二关节元件之间传输光信号，其中，所述光波导体在从所述第一关节元件到所述第二关节元件的通道上具有中断部。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述光波导体沿着所述旋转轴延伸，并且其中，所述光波导体的中断部优选位于所述旋转轴中，使所述光信号在所述光波导体的中断部上平行于所述旋转轴延伸。

3.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述光波导体的中断部以缝隙的形式存在。

4.根据权利要求2所述的机器人关节，其特征在于，所述光波导体的中断部以缝隙的形式存在。

5.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，利用填料填充所述缝隙，并且其中，所述填料优选具有基本上等于所述光波导体的折射指数的折射指数。

6.根据权利要求4所述的机器人关节，其特征在于，利用填料填充所述缝隙，并且其中，所述填料优选具有基本上等于所述光波导体的折射指数的折射指数。

7.根据权利要求5或6所述的机器人关节，其特征在于，还具有在所述光波导体的中断部上的中间件，其中，所述中间件设置为相对于所述光波导体能够运动。

8.根据权利要求7所述的机器人关节，其特征在于，所述中间件特别是适于将所述填料保持在所述缝隙中。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人关节，其特征在于，所述 关节是非气动的。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人关节，其特征在于,能量和/或信号在所述第一关节元件与所述第二关节元件之间无接触地传输。