专利名称：具有重力平衡系统的工业机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有重力平衡系统的工业机器人。
技术背景
工业机器人通常被认为是一种执行机器，其装备有特定的工具，并可对多个运动 轴，特别是关于方向、位置和工作流程编程，以自动地处理对象。工业机器人包括控制装置 和具有多个轴的机器人臂，必要时还具有由控制装置控制的驱动装置移动的杠杆。
工业机器人，特别是携带有相对较大负荷的工业机器人，可以具有至少一个用于 其轴的、特别是用于运动链的第二个轴或水平轴的重力平衡系统或质量平衡系统，该平衡 系统具有例如螺旋弹簧。
专利文献EP 0819041 Bl公开了一种承载负荷超过25kg的多轴工业机器人其具 有支架、摇臂、悬臂和机器人手，它们彼此铰链在一起并通过电驱动装置来移动。这种工业 机器人具有静态液压质量平衡器，该质量平衡器在运行中，例如，通过负荷或作用于悬臂上 的动态或静态的负重相当大程度地对摇臂加以平衡。液压质量平衡器具有液压缸和与液压 缸相连接的蓄压器。在蓄压器中存在在较高压力下预加应力的气泡，该气泡压迫液压缓冲 器并产生反作用力，用以补偿振动负荷。
但是，例如气体重力平衡系统或液压气动重力平衡系统的基于压力工作的质量平 衡系统是相对昂贵的，因为它们在必要时必须满足例如在欧洲有效的压力设备法律规范这 样的法律规定。发明内容
本发明的目的在于，提出一种成本合算、特别是适用于相对较大的承载负荷、具有 基于气体的重力平衡系统的工业机器人。
本发明的目的通过一种具有用于平衡较大负荷的机器人臂的工业机器人得以实 现，其中，机器人臂具有多个轴以及用于至少一个轴的、基于气体的重力平衡系统，重力平 衡系统的每个受压部件都具有小于1升的容积和低于IOOObar的最大压力。因此根据本发 明的这种工业机器人包括用于相对较大的承载负荷的、具有多轴、优选是六轴的机器人臂。 所述较大承载负荷特别是指大于80kg的承载荷，优选大于90kg。
根据机器人臂的姿势或位置，仅通过使轴运动的驱动装置或必要时通过配属于驱 动装置的齿轮，提升所有轴上出现的转矩不再有意义，因此根据本发明的工业机器人具有 重力平衡系统。为了能够相对较小地或紧凑地实现这种重力平衡系统，故而使该系统基于 气体。这样的重力平衡系统包括许多部件，每个部件都处于压力之下。根据本发明，现在每 个受压部件都具有小于1升的容积和低于IOOObar的最大压力。特别将这些组件设计为， 使得工作压力在工业机器人的极限位置上和提高的环境温度下始终保持低于lOOObar，并 且与重要部件的制动压力(Berstdruck)之间的安全距离要足够大。
根据本发明的工业机器人优选使用液压气动重力平衡系统，基于对根据本发明的这种对重力平衡系统中受压部件的设计，可以保证该重力平衡系统以及相应的根据本发明 的工业机器人在其正常运行期间不会违反在欧洲有效的压力容器的法律规范。因此在必要 时可以放弃对根据本发明的工业机器人或其重力平衡系统的成本高昂的测试、文件汇编或 者样机验收。此外，在必要时还可以放弃否则是必需的重力平衡系统的部件，例如存储器安全阀。
根据本发明的工业机器人的另一个优点在于，必要时可以显著简化工业机器人上 的电缆引导，因为重力平衡系统可以相对紧凑地实现。通过改进电缆设计这可以相应地节 约成本。
重力平衡系统的部件包括至少一个蓄压器和至少一个与蓄压器有效连接的压力 缸。根据本发明，这些部件每个都具有最大为1升的容积和低于IOOObar的最大压力。蓄 压器在必要时可保持用于重力平衡且由压力缸产生的反转转矩，从而即使不能在最大程度 上，也能至少部分地平衡由相关的轴产生的转矩。压力缸具有例如可移动地支承在壳体中 的活塞。
为了使根据本发明的工业机器人的重力平衡系统能够在必要时维持足够的压力， 重力平衡系统可以具有至少两个与单一的压力缸有效连接的蓄压器。这两个蓄压器和压力 缸都各自具有最大为ι升的容积以及低于IOOObar的最大压力。
为了确保在根据本发明的工业机器人特定的运行期间，受压部件始终低于 IOOObar,优选将受压部件设计为，使每个受压部件的最大压力明显低于IOOObar。尤其是各 个最大压力最大为400bar，特别是最大为350bar，优选为最大300bar。
根据本发明的工业机器人的一种实施方式，机器人臂具有转盘和摇臂，其中，配属 于重力平衡系统的轴也配属于摇臂。有时也将配属于摇臂的轴称为轴2，因为该轴有可能承 受最大的转矩，因此根据这种实施方式将该轴配属于重力平衡系统。根据本发明的重力平 衡系统的尺寸，可以相对紧凑地实现该系统，从而能够更好地实现与重力平衡系统相邻的 部件，特别例如是转盘和摇臂。
正如以上所述的那样，基于根据本发明的重力平衡系统的受压部件的尺寸，可以 较紧凑地实现重力平衡系统。由此使得重力平衡系统的轴承支承架可以明显更加接近地设 置在要实现的平衡力的有效线(Wirklinie)上。由此，根据本发明的工业机器人的一种变 形，使得可以仅利用一个特别是较紧凑的轴承支承架就足够了。特别是重力平衡系统可以 仅通过一个轴承支承在转盘上。第二个轴承支承架的去除不仅节省了轴承本身，而且还节 省了重组的结构。除了节省材料之外，还能够简化转盘的制造，有必要时还可以使用更小并 因而更具有成本效益的生产设备。
此外，必要时还允许自由地设计摇臂的形状，并因此使其更具成本效应，例如由此 可以节省材料。
因此，可以将根据本发明的工业机器人的重力平衡系统设计为，工作压力在极限 位置上和提高的环境温度下总是低于允许的工作压力，并且相对于制动压力具有足够大的 安全性。当添加相关的部件时，必要时对添加压力进行控制并记录，从而能够排除重力平衡 系统以错误的参数运行并不再有足够的安全性。特别是在添加过程中，通过例如受压的安 全膜板(Bertscheibe)这样的限制装置来限制添加压力，从而确保遵守给定的添加压力的 边界值。对于根据本发明的工业机器人的用户或操作人员而言，还可以例如通过并非必须的缩减(试运行，定期检查)来节省成本。
特别是在将液压气动系统用作重力平衡系统时，对于根据本发明的工业机器人也 可以减低成本，因为其在必要时可以在围绕相关的轴(也许围绕轴2)的整个区域获得成本 合算的设计方案。
在示意性的附图中举例示出了根据本发明的实施例。其中
图1示出了具有重力平衡系统的工业机器人，
图2示出了重力平衡系统。
具体实施方式
图1以侧视图示出了具有机器人臂2的工业机器人1，机器人臂2设计用于较大的 承载负荷，特别是大于90kg的承载负荷。
在当前的实施例中，机器人臂2包括位置固定的或可移动的支架3以及相对于支 架3围绕垂直延伸的轴4(也称为轴1)可旋转地支承的转盘5。此外，在当前的实施例中， 工业机器人1的机器人臂2还具有摇臂6、悬臂7和优选为多轴的机器人手8。摇臂6在其 下端部(例如在未详细示出的摇臂轴承头部(khwingenlagerkopf))围绕亦被称为轴2的 水平轴9可摆动地支承在转盘5上。同样，悬臂7也优选围绕水平轴10可摆动地支承在摇 臂6的上端部。悬臂7优选以其三个轴(在图1中未详细示出)在端面上承载机器人手8。
为了能够使工业机器人1或它的机器人臂2移动，工业机器人1包括以普遍公知 的方式与未详细示出的控制装置相连接的驱动装置，特别是电驱动装置。在图1中仅示出 了若干这些驱动装置的电动机11。
在当前的实施例中，通过在图2中所示出的基于气体的重力平衡系统12，至少能 够最大程度地补偿在工业机器人1运行时通过承载负荷、悬臂7等在摇臂6上作用的静态 和/或动态负重。重力平衡系统12特别是一种气体重力平衡系统，或者如当前实施例中所 示，是一种液压气动重力平衡系统。
在当前的实施例中，重力平衡系统12具有液压缸13以及两个与该液压缸13连接 的蓄压器14、15。蓄压器14、15例如固定在液压缸13上并与液压缸13管道连接。
在每个蓄压器14、15中都存在未详细示出的、在压力下预加应力的气泡，这些气 泡例如压迫液压缓冲器并产生用于平衡振动负荷的反作用力。两个蓄压器14、15中每一个 的压力都可以选择为，在机器人臂2的极限位置上和提高的环境温度下始终低于400bar， 特别是低于350bar，优选低于300bar。进一步将两个蓄压器14、15设计为，使其设置用于 相应气泡的容积小于1升。
在当前的实施例中，液压缸13具有活塞16，活塞16例如通过轴承孔17可旋转地 铰接在摇臂6上。液压缸13在其尾部借助于唯一的摆动轴承18支承在转盘5的后部边缘 上。
因此，将液压缸13固定在转盘5上，并通过其活塞16固定在摇臂6上，从而使活 塞16能够使摇臂6围绕轴9做摇摆运动。例如，当摇臂6回转时，活塞16冲出，并将用于 补偿相关气泡的液压油泵入蓄压器14、15中。气泡的弹性反应力反作用于活塞16上，并根据相应调整的气泡预应力来补偿作用于摇臂6上的外力和力矩。
在当前的实施例中，将液压缸13设计为具有小于1升的容积。液压缸13还设计 成，在机器人臂2的极限位置上和提高的环境温度下，液压缸13的压力始终低于400bar，特 别是低于350bar，优选低于300bar。
由此可以确保，重力平衡系统12的所有受压部件，特别是两个蓄压器14、15和液 压缸13，始终都具有小于1升的容积和明显低于IOOObar的最大压力。
权利要求
1.一种工业机器人，具有用于平衡较大负荷的机器人臂O)，该机器人臂(2)具有多个 轴0，9，10)以及用于至少一个轴(9)的、基于气体的重力平衡系统(12)，所述重力平衡系 统(12)的每个受压部件(13-15)都具有小于1升的容积和低于IOOObar的最大压力。
2.如权利要求1所述的工业机器人，其负荷大于80kg，特别是大于90kg。
3.如权利要求1所述的工业机器人，其重力平衡系统(12)作为部件具有至少一个蓄压 器(14，15)和至少一个与所该蓄压器(14，15)有效连接的压力缸(13)。
4.如权利要求1所述的工业机器人，其重力平衡系统(12)作为部件具有至少两个与一 个单独的压力缸(1 有效连接的蓄压器(14，15)。
5.如权利要求1所述的工业机器人，其中，所述每个受压部件(13-15)具有明显低于 IOOObar的最大压力，所述最大压力尤其为最大400bar，特别是最大为350bar，优选最大为 300baro
6.如权利要求1所述的工业机器人，其机器人臂(2)具有转盘(5)和摇臂(6)，并且对 应于所述重力平衡系统(12)的轴(9)配属于所述摇臂(6)。
7.如权利要求6所述的工业机器人，其中，所述重力平衡系统(12)借助于单轴承(18) 支承在所述转盘( 上。
8.如权利要求1或7所述的工业机器人，其中，所述基于气体的重力平衡系统(12)是 气体重力平衡系统，或者是液压气动重力平衡系统。
全文摘要
本发明涉及一种工业机器人(1)，其具有用于平衡较大负荷的机器人臂(2)，所述机器人臂(2)具有多个轴(9，10)以及用于至少一个轴(9)的、基于气体的重力平衡系统(12)，所述重力平衡系统(12)的每个受压部件(13-15)都具有小于1升的容积和低于1000bar的最大压力。
文档编号B25J9/02GK102029607SQ201010509420
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者京特·梅尔克, 阿尔伯特·拜耳 申请人:库卡罗伯特有限公司