具有至少一个驱动器的工业机器人的制作方法

本实用新型涉及一种工业机器人，其具有由节肢和关节构成的机器人臂，该机器人臂被设计用于承载负荷和使该负荷在空间中运动，关节借助驱动器和配属给驱动器的传动器使节肢能彼此相对运动地连接，在这些节肢中，至少一个第一节肢具有第一壳体，并且至少一个第二节肢具有第二壳体，这些壳体被设计用于将由于机器人臂的自重和/或负荷而产生的力和力矩分别进一步传送到至少一个相邻的节肢上，在此，第一节肢相对于第二节肢借助于一驱动器被可转动地铰接，该驱动器具有驱动器壳体、转子和与该驱动器壳体连接的定子，驱动器壳体被固定在第一节肢的第一壳体上并构成机器人臂的用于传递力和力矩的外壁部分，在此将一个传动器配属于该驱动器，并且该传动器具有输出节肢和与该驱动器的转子相连接的输入节肢。

背景技术：

专利文献EP1166974A1公开了一种工业机器人，其具有机器人臂，该机器人臂具有用于操纵机器人手的驱动器，在此，在机器人臂的内部，相对于机器人臂同轴地依次设有具有中央通道的驱动器。在该专利文献中所描述的电机具有电机壳体和传动器壳体部件，它们抗扭地彼此连接，并通过它们将电机同样固定地安装在可以由多个部分组成的臂中。在电机中设有具有定子绕组的定子。在电机内部，以通过轴承可转动的方式可转动地设置中空的电机轴，该电机轴在其外周上具有转子磁体。该电机轴至少在一侧以一部分轴向地伸出定子。在该部分上，可以在外侧设置用于与同样沿轴向设置在定子端侧上的传动器共同作用的齿部。在一种实施方式中将传动器设计为，使电机轴的伸出部分具有偏心的外周，该偏心的外周配置有轴承，并且围绕该外周在轴承上设有具有外齿部的齿环，该外齿部一方面与传动器壳体的内齿部啮合，另一方面与可转动地支承在传动器壳体部件中的传动器从动轴的内齿部啮合，该传动器从动轴以这种方式被电机或该电机的电机轴减速地驱动。从动轴延伸穿过中空轴。电机的从动轴可以贯穿电机。相应地，从动轴可以突出穿过电机的缺口。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有结构紧凑的机器人臂的工业机器人。

本实用新型的目的通过一种工业机器人来实现，该工业机器人具有：

由节肢和关节构成的机器人臂，该机器人臂被设计用于承载负荷并使负荷在空间中运动，关节借助驱动器和配属给驱动器的传动器使节肢可彼此相对运动地连接，

其中至少一个第一节肢具有第一壳体，并且至少一个第二节肢具有第二壳体，这些壳体被设计用于将由于机器人臂的自重和/或负荷而发生的力和力矩分别进一步传送到至少一个相邻的节肢上，

在此，第一节肢相对于第二节肢被借助于所述驱动器之一可转动地铰接，该驱动器具有驱动器壳体、转子和与该驱动器壳体连接的定子，驱动器壳体固定在第一节肢的第一壳体上并构成机器人臂的用于传递力和力矩的外壁部分，

在此，将所述传动器之一配属于该驱动器，并且该传动器具有输出节肢和与该驱动器的转子相连接的输入节肢，

并且该传动器的输出节肢与一法兰相连接，该法兰可转动地支承在驱动器壳体上，而第二节肢的第二壳体固定在该法兰上。

工业机器人是一种工作机器，其装备有工具，以能够对目标实行自动地操作和/或处理，并借助其关节对多个运动轴例如关于方向、位置和工作流程是可编程的。

工业机器人具有机器人臂和可编程的控制器(控制装置)，该控制器通过在运行期间对工业机器人的运动流程进行控制或调节，从而通过利用控制器来控制或调节驱动器，使得特别是一个或多个可自动或手动调节的关节(机器人轴)通过特别是电驱动器来运动。

另外，机器人臂可以具有支架和能借助于一关节相对于该支架被转动安装的转盘，摇臂借助于另一关节可枢转地支承在转盘上。在此，在摇臂上在其一侧可以借助另一关节可枢转地安装有悬臂。悬臂在此承载机器人手，其中，悬臂和/或机器人手可以具有多个其他的关节。

具有多个通过关节相连接的节肢的机器人臂可以被配置为具有多个连续依次设置的节肢和关节的曲臂机器人，特别是可以将这种机器人臂设计为六轴曲臂机器人。

通过机器人臂来承载并在空间中运动的载荷可以是固定在机器人臂的手部法兰上的工具，例如夹具。替代地或附加地，除了工具或夹具之外，这种载荷也可以是待处理或待加工的工件。为了能够保持这样的负荷并使其运动，必须将力和力矩传递通过机器人臂的承载结构。因此，尤其是为了构成有承载能力的悬臂，可以为沿轴向延伸的壳体本体配置中空腔室，其中，壳体本体将吸收负荷的全部力和力矩，并将驱动器、传动器和供给线路设置在该中空腔室中。这种中空的壳体本体特别是可以被设计为管状。

可以为使两个相邻的节肢相对于彼此可调连接的各个关节分别配设驱动器和传动器。各个传动器均能够用于增加或减少通过驱动器产生的转速或转矩，并对每一个节肢关于其相邻的节肢进行调节。

驱动器尤其可以是电驱动器，其具有转子和定子，转子具有电转子绕组和驱动轴，定子具有电定子绕组，电定子绕组尤其可以被设置在驱动器壳体中。转子尤其可以通过如下方式与传动器的输入节肢相连接：驱动轴、尤其是驱动器的中空轴与传动器的中空传动轴相连接，甚至是与该中空传动轴一件式地构造为共有的中空轴。

通过将传动器的输出节肢与一法兰相连接，可以使第一节肢与第二节肢以紧凑的方式可转动地连接，在此，该法兰被相对于驱动器壳体可转动地支承，并将第二节肢的第二壳体固定在该法兰上。在此，驱动器和传动器可以特别节省空间地构成，从而在这些节肢的中心产生空间，供给线路可以不受阻碍和损害地设置在该空间中。另一方面，可以根据需要将节肢构造得较窄，尤其是具有较小的直径。这可以使得整个机器人臂具有较小的干扰结构，并且还可以在某些情况下减少其重量。

该法兰构成相对于第一节肢可转动地受到支承的连接部，第二节肢固定在该连接部上。法兰例如可以具有螺纹孔，尤其是多个沿周向均匀分布的螺纹孔。第二节肢、尤其是第二节肢的壳体可以具有孔，通过这些孔可以将螺栓拧入到法兰的螺纹孔中，从而可以将第二节肢、尤其是第二节肢的壳体固定拧接在法兰上。通过使传动器的输出节肢与该法兰相连接，由驱动器产生的转矩将通过传动器被转换地传递到法兰上，从而使得法兰能够相对于第一节肢受到支承地驱动第二节肢，并由此使第二节肢运动。法兰通过如下方式相对于第一节肢受到支承：第一节肢相对于驱动器壳体可转动地受到支承，而驱动器壳体与第一节肢相连接甚或形成第一节肢的集成组件。

该法兰能够可转动地支承在驱动器壳体上。法兰可转动地支承在驱动器壳体上可以通过一个或多个滚动轴承来实现。在此，至少一个滚动轴承的至少一个内圈可以与法兰相连接或与法兰一件式地构成。至少一个滚动轴承的外圈可以与驱动器壳体相连接或与驱动器壳体一件式地构成。可以为这种支承或者至少一个滚动轴承配设一径向轴密封环。该径向轴密封环可以被设计和/或设置为，对法兰与驱动器壳体之间的环形间隙进行密封。

该法兰可以支承在与驱动器壳体刚性连接的壁部分的内侧面上。该壁部分可以是驱动器壳体的壁部分。替代地可以将该壁部分设置在与驱动器壳体相连接的独立构件上。在一种一件式的实施方式中，该壁部分的内侧面可以由驱动器壳体的内壁构成。替代地或附加地，该壁部分还可以同时构成相对于驱动器壳体可转动地支承法兰的滚动轴承的内圈。

该法兰尤其可以支承在一与驱动器壳体刚性连接的壁部分的内侧面上，该壁部分构成机器人臂的传递力和力矩的外壁部分。在一种与此相关的实施方式中，该壁部分可以由被设计用于传递由于机器人臂的自重和/或负荷而出现的力和力矩的驱动器壳体部件构成。在一种替代的实施方式中，该壁部分可以由用于传递被导入到驱动器壳体或从驱动器壳体导出的力和力矩的独立部件构成，在此，该力和力矩是由于机器人臂的自重和/或负荷而产生的。就此而言，该独立部件也可以在此与驱动器壳体相连接。

在一种特殊的实施方式中，该壁部分可以因此而在独立的环形构件上构成，该独立的环形构件被固定在驱动器壳体上，尤其是被固定在驱动器壳体的端壁上。为此，该独立的环形构件可以通过本领域技术人员公知的固定措施实现与驱动器壳体的连接。因此，该独立的环形构件例如可以通过螺栓与驱动器壳体连接。在具体的实施方式中，可以为此在驱动器壳体上，在端侧设置沿周向均匀分布的螺纹孔，并在该独立的环形构件上设置与这些螺纹孔相对应的贯通孔，螺栓可以穿过这些贯通孔插入，并被拧入到螺纹孔中，以便将该独立的环形构件固定拧接在驱动器壳体的端侧上。

在一种扩展方案中，这样的壁部分、尤其是环形构件可以在传动器的传动器壳体上构成或固定于其上，尤其是可以由传动器的传动器壳体构成。这特别是出现在下述情况下：传动器壳体特别是非间接地、即直接与驱动器壳体连接，甚或是与驱动器壳体一件式地构成。在下述实施方式中，即，该壁部分、尤其是环形构件被设置在传动器的传动器壳体上或固定于在其上，特别是是由传动器的传动器壳体构成，使法兰可转动地支承在传动器壳体上可以通过一个或多个滚动轴承来进行。在此，至少一个滚动轴承的至少一个内圈可以与法兰相连接或与法兰一件式地构成。至少一个滚动轴承的外圈可以与传动器壳体相连接或与该传动器壳体一件式地构成。可以为这种支承或为至少一个滚动轴承配设一径向轴密封环。该径向轴密封环可以被设计和/或设置为，对法兰与驱动器壳体之间的环形间隙进行密封。

在第一种实施方式中，转子可以具有中空的驱动轴，该中空的驱动轴被设计用于引导工业机器人的驱动器的供给线路、尤其是电导线和/或由机器人臂承载的工具的供给线路通过。通过使转子具有中空的驱动轴，可以形成中空轴电机，通过这样的中空轴电机，一个或多个供给线路可以节省空间地和/或在很少弯曲或扭转的情况下经由相关的机器人臂关节被引出。

供给线路一方面可以被理解为供电线路，这些供电线路也可以是机器人线缆组，这种供电线路包括去往工业机器人的驱动器、也就是电机的供电导线，在某些情况下还包含有信号导线。另一方面，供给线路也可以被理解为能量供应，这种能量供应包括各种不同的线路，例如去往工业机器人的工具、夹具和/或传感器的电导线、冷水和/或热水管线、流体和/或压力管线。所有这些提到的供给线路可以单根地和/或以线缆束的形式、特别是配设有保护软管地组成一束。

替代地或附加地，除了第一种实施方式之外，在一种扩展的实施方式中，传动器的输入节肢和/或输出节肢可以具有中空的传动轴，该中空的传动轴被设计用于引导工业机器人的驱动器的供给线路、尤其是电导线和/或由机器人臂承载的工具的供给线路通过。通过使传动器的输入节肢和/或输出节肢具有中空的传动轴，可以形成中空轴传动器，通过这样的中空轴传动器，一个或多个供给线路可以节省空间地和/或在很少弯曲或扭转的情况下经由相关的机器人臂关节被引出。

在此，也可以将供给线路一方面理解为供电线路，这些供电线路也可以是机器人线缆组，这种供电线路包括去往工业机器人的驱动器、也就是电机的供电导线，在某些情况下还包含有信号导线。另一方面，在此还可以将供给线路也理解为能量供应，这种能量供应包括各种不同的线路，例如去往工业机器人的工具、夹具和/或传感器的电导线、冷水和/或热水管线、流体和/或压力管线。所有这些提到的供给线路可以单根地和/或以线缆束的形式、特别是配设有保护软管地组成一束。

在这些不同的实施方式中，第二节肢的第二壳体均可以具有一壳体端壁，第二节肢利用该壳体端壁平面贴靠在法兰的法兰面上地与法兰相连接，尤其是被固定在法兰上。

为此，第二节肢可以利用对于本领域技术人员来说公知的固定措施与法兰相连接。因此，第二节肢的第二壳体可以通过这样的壳体端壁例如借助于螺栓与法兰连接。在具体的实施方式中，可以为此在法兰上在端侧设置沿周向均匀分布的螺纹孔，并在第二壳体上设置与螺纹孔相对应的贯通孔，螺栓可以穿过这些贯通孔被插入并拧入到法兰的螺纹孔中，以便将第二壳体或第二节肢固定拧接在法兰的端侧上。在第二壳体和法兰之间可以设置一静止不动的密封件，例如为本领域技术人员所公知的O形环密封件或平面密封件。

在所有的上述各种实施方式中，第一节肢的第一壳体和第二节肢的第二壳体可以均具有开口，供给线路可以通过该开口被引导到这些壳体的各个中空空间中和/或从中引出。如果机器人臂的多个彼此相接的节肢和关节具有这样的中空轴和开口，则供给线路就可以在机器人臂的内部沿着机器人臂被引导经过多个节肢和关节。

一般而言，机器人臂的单个关节可以具有一个根据本实用新型的驱动器和一个根据本实用新型的传动器，或者机器人臂的两个或多个、尤其是所有的关节可以具有根据本实用新型的驱动器和传动器。在下面的说明中将用一个根据本实用新型的关节来代表性地描述用于机器人臂的各个关节。

附图说明

下面将参照附图示例性地对本实用新型的一实施例进行说明。其中：

图1以立体图示出了具有机器人臂的工业机器人，该机器人臂具有根据本实用新型的驱动器和根据本实用新型的传动器；

图2以截面图示例性示出了如图1所示工业机器人的关节的区域，该关节具有处于安装位置的、根据本实用新型的驱动器和根据本实用新型的传动器。

具体实施方式

图1示出了工业机器人1，其具有机器人臂2。在该实施例中，机器人臂2包括多个依次设置并通过关节11连接的节肢9、10、12。在本实施例中，节肢12特别是支架3和相对于支架3围绕竖直延伸的轴A1可转动安装的转盘4。在该实施例中，机器人臂2的其它节肢12包括摇臂5、悬臂6和优选多轴的机器人手7，该机器人手具有被设计连接法兰8的固定装置，用于固定未详细示出的末端执行器。摇臂5在下端部上，即在摇臂5的也被称为摇臂轴承头的关节12上，围绕优选为水平的转动轴A2可枢转地支承在转盘4上。在摇臂5的上端部上，悬臂6也围绕同样优选为水平的轴A3可枢转地支承在摇臂5的另一关节11上。该悬臂在端侧通过其优选为三个的转动轴A4、A5、A6承载机器人手7。

悬臂6在本实施例的情况下具有以可枢转地支承在摇臂5上的第一节肢9。悬臂6的第二节肢10围绕轴A4可转动地支承在第一节肢9上。

在图2中详细示出了机器人臂2的使第一节肢9和第二节肢10可相对转动地彼此铰接连接的区域。

图2示意性示出了关节11的使第一节肢9与第二节肢10可转动连接的区域。第一节肢9具有第一壳体9a。第二节肢10具有第二壳体10a。壳体9a、10a被设计用于将由于机器人臂2的自重和/或负荷而出现的力和力矩分别进一步传送到至少一个相邻的节肢9、10上。

此外，所示出的关节11还示出了驱动器13和配属于该驱动器的传动器14。驱动器13和传动器14在该示例性结构中被非常示意性地示出，并且能够以原理上已为本领域技术人员所公知的各种变型设计方案来构成。这特别是涉及到轴承机构(例如转子轴承机构，一般为滚动轴承机构)的布局和设计，可以包括有径向轴密封环的密封装置，以及法兰几何形状和固定措施(例如螺栓)的各种设计方案。

第一节肢9被相对于第二节肢10可通过驱动器13转动地铰接。驱动器13在该实施例中包括驱动器壳体15、转子16和与驱动器壳体15相连接的定子17。驱动器壳体15被可松脱地固定在第一节肢9的第一壳体9a上。为此设有螺栓形式的第一固定件18。驱动器壳体15构成机器人臂2的用于传递力和力矩的外壁部分2a。

传动器14具有输出节肢19和与驱动器13的转子16相连接的输入节肢20。输入节肢20与第一中空轴21连接，而第一中空轴本身与转子16连接。输入节肢20可以与中空轴21一件式地构成。替代地，输入节肢20可以作为独立构件与中空轴21连接。传动器14的输出节肢19与法兰22连接。该法兰22相对于驱动器壳体15可转动地受到支承，在该示出的实施例中是通过滚动轴承组23，法兰22通过该滚动轴承组可转动地支承在传动器14的传动器壳体24上，在此，传动器壳体24本身与驱动器壳体15固定连接。传动器壳体24被可松脱地固定在驱动器壳体15上。为此设有螺栓形式的第二固定件25。在此，传动器壳体24构成机器人臂2的用于传递力和力矩的外壁部分2b。此外，法兰22与第二节肢10的第二壳体10a相连接或被固定在该第二壳体上。为此设有螺栓形式的第三固定件26。

在图2所示的实施例中，传动器14例如被设计为应力波传动器(Spannungswellengetriebe)，或者也被称为波传动器(谐波传动器(Harmonic-Drive-Getriebe))。因此在该实施例中，输入节肢20构成传动器14的波发生器，传动器壳体24构成中空轮，而输出节肢19构成应力波传动器的柔性齿轮(英文：Flexring)。

法兰22通过滚动轴承组23可转动地支承在驱动器壳体24上。通过使驱动器壳体24借助于固定件25与驱动器壳体15固定连接，法兰22也相对于驱动器壳体15被可转动地支承。

法兰22支承在与驱动器壳体15刚性连接的壁部分24a的内侧面上。在此，法兰22特别是支承在与传动器壳体24刚性连接的壁部分24a的内侧面上，该壁部分的外侧面构成机器人臂2的用于传递力和力矩的外壁部分24b。

在所示出的实施例中，壁部分24a在独立的环形构件27上构成，该环形构件固定在驱动器壳体15的端壁28上。在这种情况下，该独立的环形构件27因此是由传动器壳体24构成的。

因此在该实施例中，壁部分24a、尤其是环形构件27是在传动器14的传动器壳体24上构成，替代地可以作为独立的构件被固定在该传动器壳体上。

转子16具有中空的驱动轴21a，该驱动轴被设计用于引导工业机器人1的驱动器13的供给线路、尤其是电线路和/或由机器人臂2承载的工具的供给线路穿过。

在所示出的实施例中，传动器14的输出节肢19也具有中空的传动轴21b，该传动轴被设计用于引导工业机器人1的驱动器13的供给线路、尤其是电线路和/或由机器人臂2承载的工具的供给线路穿过。

第二节肢10的第二壳体10a具有壳体端壁28，第二节肢10利用该壳体端壁平面贴靠在法兰22的法兰面29上地与法兰22连接，特别是借助于第三固定件26固定在该法兰上。