专利名称：工业机器人的臂部件以及具有该臂部件的工业机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器人的设计。
背景技术：
工业机器人的下臂是连接工业机器人的所谓"第二轴线"以及"第 三轴线"的臂，当机器人站立在地面(水平面)上的时候这些轴线水平 延伸。本发明涉及所有类型的、具有这样的下臂的工业机器人，例如用 于点焊、铣削、包装以及其他类型的搬运负载等的机器人。
这样的已经公知的下臂在所附的图1中示出，该图l显示了设置有
这样的下臂的工业机器人。该机器人具有基座1以及机架2，基座1用 于将机器人安装在地板或者类似物上，机架2以能够绕竖直的第一旋转 轴线3旋转的方式连接到基座1。下臂4接着以能够绕水平的第二旋转 轴线5旋转的方式连接到机架2,并且以能够绕水平的第三旋转轴线7 旋转的方式连接到上臂6。该机器人还包括分别以8、 9和10示例性地 表示的第四、第五和第六旋转轴线。不过，缺少所有这些旋转轴线中任 一的工业机器人仍在本发明的范围之内，只有所述的第二和笫三旋转轴 线是必需的，而一个或者多个其他旋转轴线可以省略。
下臂4在其每端处具有用于将该下臂与传动装置连接的装置，并且 对于图1中所示的机器人来说，这些装置由平坦部11获得，该平坦部 11具有孔和螺栓从而将该下臂固定到相关的所述传动装置。该臂在其端 部区域必须具有特定的刚度，这一点可以通过使所述平坦部11足够厚 实来实现，但是这将显著增加该下臂的重量，所以取而代之地或者作为 补充地，通过围绕所述平坦部设置外部材料缘13来实现增强刚度。该 材料缘13与所述平坦部的特定厚度相结合，以获得所需的刚度。
通过WO 96/31325能够知悉根据所附权利要求1的前序部分的臂部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善的、工业机器人的机械手的臂部件。
根据本发明，该目的通过提供如权利要求1前序部分所述的工业机
器人的机械手的臂部件来实现，该臂部件的特征在于在所述增强刚度 装置的中空结构中设置有至少一个开口 ，用来为包含在所述连接装置中 的连接件提供通路。
这就使得可以将一些连接件设置在增强刚度装置的"内部"，并且 仍能紧固或者放松这些连接件以获得所需要的、与传动装置连接的稳定 性。
根据本发明的一个实施例，在所述臂部件的所述端部的至少一个端 部处，所述连接装置的至少一部分的位置比所述增强刚度装置更靠近所 述臂部件的外周，并且从所述传动装置的旋转轴线的方向上看至少部分 地围绕所述增强刚度装置，所述连接装置包括基本平坦的臂部，所述臂 部被固定在所述传动装置上并且属于所述连接装置的、比所述增强刚度 装置更靠近所述臂部件外周的所述部分，所述连接装置包括设置在所述 平坦臂部中的孔，所述孔用以通过长形的所述连接件例如螺栓等将所述 臂连接到所述传动装置，并且所述开口祐j殳置用来为相对于所述臂部件 的纵向延伸方向位于距所述臂部件的端部最远处的所述连接件提供通 路。
根据本发明的 一个实施例，所述增强刚度装置与所述臂部件的其他 部分一起形成了在整个长度上均中空的臂部件，这将使得实现预定刚度 的该臂部件比实心时实现该预定刚度的情况要轻，并且由于连接装置更 靠近臂部件的外周设置，所以该中空的臂部可以有利地延长以在每个臂 端部形成增强刚度装置。
根据本发明的一个实施例，所述连接装置的所述部分具有弧状的延 伸部，所述延伸部位于所述臂部件的、相对于所述臂部件的纵向延伸方 向而言的外部，并且所述延伸部包围相对于所述弧而言位于内部的所述 增强刚度装置，并且所述连接装置的所述部分的所述弧状的延伸部可以 是圆形的。这意味着，连接装置与图1中所示的已经公知的下臂中的增 强刚度缘交换了位置，所述连接装置使得位于其内部的增强刚度装置的设计具有更大的自由度，例如使其中空。
根据本发明的另 一个实施例，当沿所述传动装置的所迷旋转轴线的 方向上看时，所述连接装置基本上按照圆形区延伸，并且所述增强刚度 装置至少在所述臂部件的相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外 部处位于所述圃形区的内侧。这构成了将臂部固定到传动装置上的有利
方式，同时由于增强刚度装置至少在所述臂部件的外部处^:置于所述圆 形区的内侧，使得能够设计以较少材料获得较高刚度的增强刚度装置。
根据本发明的另一个实施例，所述臂部件的两端均设置有连接装 置，所述连接装置的至少 一部分比所述增强刚度装置更靠近所述臂部件 的外周，并且从所述传动装置的旋转轴线的方向上看至少部分围绕所述 增强刚度装置，从而有利于获得本发明的、如此构建的臂部件的优点的 最佳效果。
根据本发明的另一个实施例，所述臂部件是工业机器人的下臂。
本发明还涉及设置有根据本发明的臂部件的工业机器人。该工业机 器人在具有特定刚度的情况下可以制造得更轻，从而，例如通过降低了
对材料和/或电动机扭矩的需求而节省成本。
根据本发明的实施例，本发明的机器人臂部件的、在具有特定刚度 的情况下可以制造得更轻的设计使得可以提供一种适于携带重量超过 100千克的工具和/或负载的工业机器人，其中，设置在所谓的第二轴线 一一即当将所述机器人设置在水平面上时与所述机器人的基座最接近 的水平轴线一一处的电动机和传动箱的尺寸设计成无需任何与该轴线 相关联的配重装置即能传递使机器人部件能够执行移动以实现机器人功 能所必须的转矩和力，并且设计尺寸时要考虑自该轴线开始的机器人部件 的重量和设计以及应用于所述机器人上的所述工具和/或负载的重量和设 计。因此，本发明已经意识到在该类型的机器人中真正地可以省去配重 装置，从而带来很多优势。没有了任何阻隔的配重装置，第一和第二轴 线区域的布线将能够更容易进行。因为机器人部件的运动不会因为碰击 配重装置而受到止挡，所以机器人的可能的运动模式将可以扩展。这意 味着机器人也可以设置在搁板上，以在与其基座高度接近甚至更低的位 置执行操作。另外，不再需要任何配重装置的维护，并且也没有了可能 由于配重装置的不正确操作所导致的机器人功能变差的风险。这也意味着，工业机器人可以被倒置悬桂(因为重力的原因，具有配重装置的机 器人不能倒置悬挂)，这就使得能够以较高密度设置该类型的机器人， 从而能够增加包括若千这种机器人的机器人系统的效率。根据本发明的 工业机器人的另一个优点在于，能够使用一个机器人来安装另一个该类 型的机器人，而这一点对于具有配重装置的机器人而言是不可能的。进 一步的优点在于，降低了事故(例如在更换电动机时)的风险。
根据本发明的另外一个实施例，所述工业机器人适于配置成用于点 焊并且携带呈点焊枪形式的所述工具。
本发明还涉及用于对工件进行点焊的机器人系统，所述系统包括多 个被配置成用于点焊的工业机器人，其特征在于，所述机器人系统包含 多个根据本发明的工业机器人，并且所述机器人中的至少 一个设置在与 一个或者多个其他机器人不同的高度上并且/或者具有与所述的一个或 者多个其他机器人的基座取向不同的基座。所述机器人中的至少 一个机 器人之所以可以具有这样的设置和取向要归功于如上所述的这种机器 人的设置自由度。这意味着，相对于包含已经公知的、具有配重装置的 该类型工业机器人的机器人系统而言，该机器人系统可以更为高效地利 用工厂中可用的地面和占地面积。
根据本发明的实施例，所述机器人中的至少 一个机器人倒挂设置， 其中所述基座位于上方，这降低了该机器人系统所需的占地面积，并且 也提高了够到工件的、难以够到的部分的可能性。
根据本发明的另 一个实施例，所述机械人系统中的所述机器人中的 至少一个机器人倒放设置，其基座位于上方并且基座所处高度比另一个 站立的机器人的基座低。这产生了另外一种将根据本发明的工业机器人 设置在用于点焊的机器人系统中的优选可能性。
根据本发明的另外一个实施例，所述机器人系统的所迷机器人中的 至少一个机器人站立在其基座上，且所述基座所处高度比一个或者多个 其他机器人的基座要高得多，所迷至少一个机器人用于执行与所述基座 高度接近或者低于所述基座的所述工件的点焊。该机器人系统使用了根 据本发明的工业机器人的所谓的"半搁板能力"。
根据本发明的另外一个实施例，所述机器人系统设计用来在汽牟工 业中进行车身上的点焊。当使用根据本发明的工业机器人形成机器人系
8统的时候，该工业机器人的优势尤其重要。
从下面的描述中可以看到本发明的其他优选特征和优势。
参考所附的附图，下面将给出作为示例引述的本发明实施例的详细描述。
在附图中
图l是示出具有已经么^p的下臂的工业机器人的示意图，
图2是具有根据本发明实施例的下臂的工业机器人的透视图，
图3是图2中所示的机器人的、根据本发明的下臂的侧视图，
图4是图3所示下臂的一端的放大透视图，
图5是设置了点焊枪的如图2所示工业机器人的透视图，
图6是示出根据本发明实施例的机器人系统的原理的简图，和
图7是与图4相对应的、根据本发明另一个实施例的机器人系统的视图。
具体实施例方式
图2示意性地示出了具有^手200的工业机器人，；IM^手200设置 有臂部件，根据本发明的实施例，该臂部件呈下臂的形式；并且与图l中 所示的公知机器人的机器人部件相对应的机器人部件标以相同的附图标 记再加以"200"。需要指出的是，才艮据本发明的下臂可以应用于其i殳计与 图2中所示的机器人完全不同的工业机器人。根据图2的工业机器人例如 可以被配置用于从事点焊或者搬运负载。下臂204在每个端部214、 215 处通过呈螺栓212形式的连接件连接到传动装置216、 217。图中以218和 219示出了连接到相应的传动装置、用于^f吏下臂的相应端部绕着第二轴线 205和笫三轴线207旋转的电动机。
连接装置进一步包括基本平坦的臂部220，所述基本平坦的臂部220 通过在这些臂部上呈圆周排列的所述螺栓固定到相应的传动装置上。这些 平坦的臂部设置在所述臂的、相对于臂的纵向延伸方向而言的外部的外周。
下臂在其每一端部处具有增强刚度装置，该增强刚度装置呈中空结构221的形式，并由位于臂的所述外端处的所述平坦的臂部220包围。该增 强刚度装置通过使下臂在其基本整个长度上中空而形成，从而相对于实心 的臂而言，可以使用较少的材料获得预定的臂刚度。另外，通过使臂中空 的壳体222的端部而形成的增强刚度装置使得在不增加臂的端部区域的重 量的情况下增大臂的端部区域的刚度；或者使得在刚度预定的情况下该下 臂的端部区域较轻。在下臂204的各端处的中空结构中设置有开口 223、 224，用于为相对于臂的纵向延伸方向距离臂的端部最远处的螺栓212提供 通路，从而能够拧紧或者旋松这些螺栓。
另外，从图4中可以看到，在壳体222的相应端部处还"^殳置有开口部 225,用于使得能够从中空结构内部取出意外掉落在中空结构内的部件例如 螺栓。
给下臂设置该类型的中空结构的其他优点在于当配置机器人的时候， 布线可以容易地隐藏在臂中；并且与已知的具有相同长度的下臂相比，该 下臂看起来较长一一从审美的角度讲这一点是重要的特征。布线可以被引 导通过第二轴线205，并且接着被引导到下臂204的内部或者外部，或者 引导到第二轴线以及下臂的外部。其也可以被引导到第三轴线207的外部，
或者#1引导通过第三轴线207，并且引导到上臂的外部或者内部。
图5示出了工业机器人如何装配固定在其工具法兰233上的点焊枪232 的情形，其中该工业机器人由于其下臂204的这种设计而具有轻质的结构。 该机器人非常适用于BiW (白车身设计-汽车工业内)，以在车身上进行点 焊操作。该机器人尽管具有约为150千克重量的相对较重的点焊枪，但是 没有配重装置，并且设置在所述第二轴线205处的电动机230和传动箱231 的尺寸设计成不需要配重装置就能够传递使机器人部件进行移动以实现 机器人功能所必须的转矩和力。在进行上述尺寸i殳计时要考虑自该轴线开 始的机器人部件的重量和设计以及应用于所述机器人上的所述工具和/或
负载的重量和设计。除了下臂之外，机器人的其它部分也被制造为部分或 者完全中空或者被另外设计以保持自第二轴线205开始的机器人部件的重 量尽量小。这意味着，相对于传统的、用来实现该机器人功能的机器人中 具有配重装置的情况，电动机230和传动箱231的尺寸不必设计过大。实 际上，电动机和传动箱的增大的成本要低于呈储气罐形式的配重装置的成 本。
图6中示意性地示出了机器人系统，该机器人系统包含多个用于该目 的、如图5所示类型的机器人。图中示出了一些机器人16、 17站立在台座上，而另外的一些机器人18、 19则通过将其基座1面向下地固定在水平面 上而倒转悬挂。之所以能够这样设置机器人要归功于没有配重装置，所述 配重装置会因为重力的影响而使得不可能实现倒转设置的方式。这也进而 意味着，这些机器人可以高密度地设置，从而节省机器人系统所需的占地 面积。这种设置机器人的自由度也使得能够更容易地够到汽车车身24的传 统上难以够到的部分。
图7示出了根据本发明另一个实施例的机器人系统，该系统包括多个 根据本发明的机器人，所述机器人设置用来在车身24上进行点焊，所述车 身24在汽车工业的生产线的传送带25上移动。该机器人系统包括站立在 其基座上的工业机器人20、 21，其基座所处的高度要显著高于其他机器人 22、 23的基座一—例如站立在搁架上，并且这些机器人适于执行与其基座 的高度接近或者高度低于所述基座的车身的点焊。之所以能够这样^故要归 功于根据本发明的工业机器人的所谓"半搁板能力(semi-shelf capability)"，而这种能力则来源于本发明工业机器A^目对于已经公知的、 并且具有配重装置的机器人的移动模式而言的扩展的移动模式。
当然，本发明不以任何方式限制于上述实施例，在不脱离由所附权利 要求所限定的本发明的基本思想的前提下，许多可能的修改对于本领域技 术人员而言是显而易见的。
臂部件的两端并非必须均要设置根据本发明布置的增强刚度装置和连 接装置；仅在该臂部件的一端设置上述装置也在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种工业机器人的机械手的臂部件(204)，所述臂部件(204)在其每一端部处具有用于将所述臂部件连接到传动装置(216，217)的装置和用于增强所述臂部件的端部区域的刚度的装置，所述增强刚度装置的至少一部分设计为在所述臂部件的至少一端处形成所述臂部件的中空部(221)，其特征在于，在所述增强刚度装置的中空结构(221)中设置有至少一个开口(223，224)，用来为包含在所述连接装置中的连接件(212)提供通路。
2、 如权利要求l所述的臂部件，其特征在于，在所述臂部件的至 少一个端部处，所述连接装置的至少一部分(212, 220)其位置比所述 增强刚度装置(221)更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置 的旋转轴线的方向上看至少部分地围绕所述增强刚度装置；所述连接装 置包括基本平坦的臂部(220)，所述臂部被固定在所述传动装置(216) 上并且属于所述连接装置的、比所述增强刚度装置(221)更靠近所述 臂部件的外周的所述部分；并且所述连接装置包括设置在所述平坦臂部 中的孔，所述孔用以通过长形的所述连接件例如螺栓(212)等将所述 臂连接到所述传动装置，并且所述开口 (223， 224)被设置用来为相对 于所述臂部件的纵向延伸方向距所述臂部件的端部最远处的所述连接 件(212 )提供通路。
3、 如权利要求1或者2所述的臂部件，其特征在于，所述增强刚 度装置与所述臂部件的其他部分(222) —起形成了在整个长度上均中 空的臂部件。
4、 如权利要求2所述的臂部件，其特征在于，所述连接装置的所 述部分(220)具有弧状的延伸部，所述延伸部位于所述臂部件的、相 对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部，并且所述延伸部包围相对 于所述弧而言位于内部的所述增强刚度装置(221)。
5、 如权利要求4所述的臂部件，其特征在于，所述连接装置的所 述部分(220)的所述弧状的延伸部是圆形的。
6、 如上述任一权利要求所述的臂部件，其特征在于，当沿所述传动装置(216)的所述旋转轴线的方向上看时，所述连接装置(220)基 本上按照圃形区延伸，并且所述增强刚度装置(221)至少在所述臂部件的相对于所述臂部件的纵向延伸方向而言的外部处位于所述圆形区 的内侧。
7、 如上述任一权利要求所述的臂部件，其特征在于，所述臂部件 的两端均设置有连接装置，所述连接装置的至少一部分(220)比所述 增强刚度装置(221)更靠近所述臂部件的外周，并且从所述传动装置(216)的旋转轴线的方向上看至少部分围绕所述增强刚度装置。
8、 如上述任一权利要求所述的臂部件，其特征在于，所述臂部件 是工业机器人的下臂(204)。
9、 一种工业机器人，其设置有如权利要求l-8中任一项所述的臂 部件(204 )。
10、 如权利要求9所述的工业机器人，其适于携带重量超过100千 克的工具和/或负载，其特征在于，设置在所谓的第二轴线(205) —一 即当将所述机器人设置在水平面上时与所述机器人的基座最接近的水 平轴线一一处的电动机(230)和传动箱(231)的尺寸设计成无需任何 与该轴线相关联的配重装置即能传递使机器人部件能够执行移动以实现 机器人功能所必须的转矩和力，并且设计尺寸时要考虑自该轴线开始的机 器人部件的重量和设计以及应用于所述机器人上的所述工具和/或负载的 重量和i殳计。
11、 如权利要求10所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机 器人适于配置成用于点焊并且携带呈点焊枪(232)形式的所述工具。
12、 一种用于对工件进行点焊的机器人系统，所述系统包括多个被 配置成用于点焊的工业机器人，其特征在于，所述机器人系统包含多个 如权利要求9或者10所述的工业机器人(16-23 )，并且所述机器人中 的至少一个设置在与一个或者多个其他机器人不同的高度上并且/或者 具有与所述的一个或者多个其他机器人的基座取向不同的基座。
13、 如权利要求12所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人 中的至少一个机器人(18, 19)倒挂设置，其中所述基座(7)位于上 方。
14、 如权利要求13所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人 中的至少一个机器人(18， 19)倒放设置，其基座位于上方并且基座所 处高度比另一个站立的机器人的基座低。
15、 如权利要求12-14中的任一权利要求所述的机器人系统，其特 征在于，所述机器人中的至少一个机器人(20， 21)站立在其基座(7) 上，且所述基座所处高度比一个或者多个其他机器人的基座要高得多， 所述至少一个机器人(20， 21)用于执行与所述基座高度接近或者低于 所述基座的所述工件的点焊。 .
16、 如权利要求12-15中的任一权利要求所述的机器人系统，其特 征在于，所述机器人系统设计用来在汽车工业中进行车身(24)上的点 焊。
全文摘要
一种工业机器人的机械手的臂部件(204)，其在每端处具有用于将所述臂部件连接到传动装置的装置以及用于增强臂部件的端部区域的刚度的装置。在所述增强刚度装置的中空结构(221)中设置有至少一个开口(223，224)，以为连接件(212)提供通路。
文档编号B25J18/00GK101291783SQ200680039005
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月23日 优先权日2005年10月21日
发明者波·特雷松, 皮埃尔·米凯尔松, 迈克尔·福什, 马格努斯·赫尔贝里, 马茨·图林 申请人:Abb公司