专利名称：用于工业机器人的机器人手臂以及工业机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于工业机器人的机器人手臂以及包括机器人手臂的工业机器人。
背景技术：
一种工业机器人，由相互连接的机器人零件组成，该机器人零件诸如是例如机器人架、下机器人手臂、上机器人手臂、臂罩、腕、工具附接设备(例如转动盘(turn disc))以及安装在工具附接设备上的工具或其他附件。沿着机器人零件，以及有时在机器人零件内， 布置各种布线(cabling)。该各种布线可以包括提供用于驱动电动机(该电动机驱动机器人的旋转运动)的电源的机器人布线，以及用于向诸如电力或压缩空气之类的工具提供电源的其他所谓的过程布线，用于控制信号的控制布线，用于流体或气体的导管，针对顾客具体要求的备用电路等。可以在交付机器人之前在制造厂安装布线，和/或可以在交付之后由机器人的购买者安装布线。为了保护布线，通常将电缆、导管和软管一起收集在保护管中，保护管通常由挠性材料制成，其在以下中将被称为挠性导管。由保护性挠性导管围绕的此类布线、软管等的包通常被称为布线包，或更简单地，被称为电缆包。存在多种工业机器人，其中布线在不同程度上位于该机器人的某些零件内部以便提供保护。上述机器人的示例在WO 2008/077896A1和EP-A1-2022609中公开。在机器人的操作期间，电缆包(即，保护性挠性导管以及在其内部的布线和软管) 经历诸如弯曲、弹性延伸以及扭转之类的负荷以及应力，这主要是由于电缆包的同时弯曲和旋转并且经常在重复循环期间出现。当通过被附接到机器人手臂或其他机器人零件而将电缆包固定时，电缆包及其单独零件上的张力特别明显。通常，由最终用户安装以作为电缆束的布线并不位于任何机器人零件内部，而是沿着机器人手臂并且在互相分隔开的多个点附接到该臂。在该多个点之间以非拉伸方式布置该布线，这使得该臂在不受该布线限制的情况下具有相当高范围的自由运动。由于相对该臂的摩擦，这样的布线特别地遭受磨损，并且还取决于该机器人所位于的环境而遭受灰尘和污染。
实用新型内容本实用新型的一个目的在于提供一种机器人手臂以及提供对应的机器人，该机器人手臂为机器人布线提供灵活性和保护。本目标通过根据本实用新型的机器人手臂和根据本实用新型的工业机器人实现。因此，限定了用于工业机器人的机器人手臂，该机器人手臂包括用于绕第一旋转轴A旋转的臂零件以及连接到机器人手臂零件并且可绕第二旋转轴B旋转的腕零件，第二旋转轴B与第一旋转轴A交叉并且与第一旋转轴A形成角度，该机器人手臂还包括装配在所述腕零件上的工具附接设备，工具附接设备可绕第三旋转轴C旋转，并且该机器人手臂还包括用于在机器人手臂零件中的出口开口和所述工具附接设备之间保护和导引在其中的布线的挠性导管，该出口开口与第一旋转轴A同心，其特征在于，该机器人手臂包括用于挠性导管的导引构件，该导引构件附接到腕零件，该导引构件被设计用于接收挠性导管并且导引挠性导管穿过该导引构件并且允许挠性导管关于该导引构件和腕零件的轴向运动。根据另一特征，该机器人手臂的导引构件可以被设计用于允许挠性导管在导引构件内的并且关于导弓I构件的旋转运动。作为一附加特征，该导引构件可以被设计为具有两个开口端的套管并且该导引构件在其至少一个末端具有圆锥形的内部形状，该圆锥形的内部形状在开口端具有比套管的内部更宽的内径。根据另一特征，根据本实用新型的机器人手臂可以包括用于挠性导管的末端保护装置，该末端保护装置被设计用于被装配在挠性导管面对工具附接设备的末端上。该末端保护装置可以被设计为包括内套管零件和外套管零件的双套管，该内套管零件和外套管零件在它们的一个末端通过端壁连接，从而使得当通过在内套管零件和外套管零件之间插入挠性导管的末端而将该末端保护装置装配在挠性导管的末端上时，挠性导管的该末端邻接端壁。另外，该末端保护装置的端壁可以具有适合于不损伤离开挠性导管的任何布线的圆形的外部形状。根据另一特征，该末端保护装置还可以附接到在导引构件的出口侧延伸的挠性导管的末端并且被设计具有防止其可插入导引构件的外部形状，从而还充当停止装置，该停止装置在挠性导管一旦被插入到导引构件并且该末端保护装置附接到挠性导管的该末端时，防止挠性导管从导引构件缩回。作为一附加特征，根据本实用新型的机器人手臂还可以包括用于在机器人手臂零件中的出口开口处的挠性导管的保持设备，该保持设备被配置用于关于机器人手臂零件轴向固定挠性导管。此外，该保持设备可以被配置用于允许挠性导管关于该保持设备的旋转。根据本实用新型，还限定了一种工业机器人，其包括可旋转地装配在基座上的架， 枢轴连接到该架并且支撑上机器人手臂的下机器人手臂，其特征在于，该上机器人手臂包括根据本实用新型的机器人手臂所限定的机器人手臂的特征。本实用新型提供了为在制造厂安装的布线提供保护的路线的优势，而且还有由最终用户安装布线和电缆束的可能性，在安装机器人的最终位置处，其由挠性导管以保护和限定的路线进行保护。另外，通过本实用新型，实现了针对第四和第五机器人轴的无限制工作区的优势， 避免了挠性导管的扭转，由于摆动的电缆束被装入挠性导管，因而不存在由于等待摆动的电缆束而造成的速度限制，还改进了机器人运动的可预测性。特别地，由于所获得的在挠性导管附接到腕零件和工具附接设备处的轴向和旋转运动二者的可能性，以及导引构件的圆锥形末端形状，因此实现了弯曲运动的改进的适应。
现在将对图示了仅被提供为示例的本实用新型的不同方面和实施方式的所附示意图进行参考，以更加详细地描述本实用新型，其中[0019]图1示意性地图示了根据本实用新型的包括机器人手臂的工业机器人；图2示意性地图示了根据本实用新型的机器人手臂的一个实施方式；图3示意性地图示了图2中的机器人手臂的零件的放大视图；图4以横截面示意性地图示了根据本实用新型的机器人手臂的零件，特别是安装在挠性导管上的导引构件；图5以横截面示意性地图示了具有包括布线的挠性导管的图4的导引构件；以及图6从不同角度示意性地图示了根据本实用新型的机器人手臂。在附图中，不同变型中的相同元件或相应的元件被给予了相同的参考标号。
具体实施方式
在图1中示意性地图示了 6轴工业机器人。然而，很明显本实用新型不局限于这种机器人，而是可能被用于具有更多或更少轴的机器人。所图示的机器人具有可旋转地装配在基座2上的架1，该基座使得架1绕垂直第一机器人轴旋转。下机器人手臂3连接至架并且绕第二机器人轴枢轴连接。下机器人手臂3支撑机器人的上臂4。下机器人手臂和上机器人手臂绕第三机器人轴枢轴转动。上机器人手臂4可绕第四机器人轴旋转。上臂4在其外端处支撑腕零件7，所述腕零件包括可绕第五机器人轴旋转的倾斜零件8并且支撑可绕第六机器人轴旋转的工具附接设备9。诸如焊接工具或其他期望的附件之类的末端执行器10可装配在工具附接设备9上。为了驱动绕各自的轴旋转中的所连接的零件，提供电动机以及必要的传动装置。沿着机器人手臂4装配如上所述的挠性导管5。在挠性导管5中布设有必要的布线，该布线在上臂4的内端处穿过出口开口 12，在上臂旁边，并且直到工具附接设备9。出口开口 12与第一旋转轴A同心。可以将布线进一步布设为穿过工具附接设备中的与第三旋转轴C同心的开口直到工具附接设备中。电缆包以及必要的布线的其他零件并未图示出，但是它们可以按照组合形式并且在不同程度上装配在机器人零件内部或外部。在图示的机器人类型中，上臂4具有位于偏离上臂旋转轴并与该轴平行的零件，该上臂旋转轴以下被称为第一旋转轴A。在图2至图6中更详细地图示了根据本实用新型的机器人手臂。机器人手臂4包括臂零件6和腕零件8。该臂零件可绕第一旋转轴A旋转。在臂零件6的外端设置有包括用于绕第二旋转轴B旋转的倾斜功能的腕零件8，第二旋转轴B与第一旋转轴A交叉并形成一个角度，在所图示的实施方式中第二旋转轴B垂直于第一旋转轴A。在腕零件8的远端连接有工具附接设备9，工具附接设备9通过腕零件可绕第二旋转轴B枢轴旋转，并且工具附接设备9同样可绕第三旋转轴C旋转。第三旋转轴C可以取决于腕零件8的摆角而与第一旋转轴A对准或与第一旋转轴A交叉。通常，第一旋转轴A和第三旋转轴C将位于同一垂直面。工具附接设备9可以包括所谓的转动盘(turning disc)和/或工具夹，在它们上装配有实际工具10。通过导引构件14在腕零件8处导引用于布线和软管的挠性导管5，导引构件14经由附接设备附接到腕零件。在图3和图4中更详细地图示了导引构件14。导引构件14被设计为具有两个开口端的基本套管形状，并且其适合挠性导管5穿过导引构件。导引构件 14的内部被设计用于导引构件内的挠性导管5的自由轴向运动，并且还用于导引构件内的挠性导管的自由旋转运动。为了在不损坏挠性导管的情况下促进挠性导管的弯曲，导引构件的入口开口 15可以具有圆锥形的内部形状。通过该圆锥形的内部形状，当挠性导管在进入导引构件的点处弯曲时，在挠性导管上获得了更大的弯曲半径以及更小的磨损和张力的优势。如果期望的话，导引构件14出于相同原因还可以在挠性导管离开导引构件的末端具有圆锥形的内部形状。在图3、图4和图5中图示的实施方式中，为挠性导管5的末端提供末端保护装置 16。末端保护装置被设计为双套管，其包括内套管零件17和外套管零件18，该内套管零件和外套管零件在他们的一个末端通过端壁19连接，从而使得当末端保护装置被装配到挠性导管5的末端20上时，挠性导管的末端邻接所述端壁并且因而被保护在双套管内。备选地，末端保护装置可以被描述为外套管零件18，该外套管零件的一个末端被向内折起并且因而形成端壁19和内套管零件17。所图示的实施方式中的末端保护装置16还具有第二功能，该第二功能是作为停止装置，该停止装置防止挠性导管5可以被从导引构件14拔出。为此目的，末端保护装置 16具有一旦被装配到挠性导管的末端上则防止其被插入导引构件的外部形状。在所图示的示例中，面对导引构件的外套管零件18的自由端22在尝试将挠性导管向后拉出导引构件时，充当紧靠导引构件的相应末端23的停止凸缘。端壁19和内套管零件17具有圆形的形状，从而使得离开挠性导管的布线M不会有被任何形状的边缘损伤的危险。根据本实用新型的机器人手臂还包括用于挠性导管5的保持设备沈，该保持设备 26被布置在上机器人手臂4的内端的出口开口 12处，在该处挠性导管从上机器人手臂的内部退出，如图6中所示。该保持设备沈被设计以使得其允许保持设备内的挠性导管5的自由旋转，而在同时，其防止挠性导管的轴向运动。因此，臂零件6同样关于挠性导管5可自由旋转。可在市面上获得用于装配在具有波纹形外部形状的挠性导管上的具有上述功能的保持设备26的示例。该保持设备也可以被设计以使得其最小化在挠性导管上的磨损，并且因而充当保护性套管。本实用新型不应当被限制到所示出的示例和实施方式，而是可以如将被本领域技术人员所认识到的一样，在所附专利权利要求书的范围内被以各种方式修改。
权利要求1.一种用于工业机器人的机器人手臂，所述机器人手臂包括用于绕第一旋转轴A旋转的臂零件(6)以及连接到所述机器人手臂零件并且可绕第二旋转轴B旋转的腕零件(8)，所述第二旋转轴B与所述第一旋转轴A交叉并且与所述第一旋转轴A形成角度，所述机器人手臂还包括装配在所述腕零件上的工具附接设备(9)，所述工具附接设备可绕第三旋转轴 C旋转，并且所述机器人手臂还包括用于在所述臂零件中的出口开口(12)和所述工具附接设备之间保护和导引在其中的布线的挠性导管(5)，所述出口开口与所述第一旋转轴A同心，其特征在于，所述机器人手臂包括用于所述挠性导管(5)的导引构件(14)，所述导引构件附接到所述腕零件(8)，所述导引构件被设计用于接收所述挠性导管并且导引所述挠性导管穿过所述导引构件并且允许所述挠性导管关于所述导引构件和所述腕零件的轴向运动。
2.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于，所述导引构件(14)被设计用于允许所述挠性导管(5)在所述导引构件内的并且关于导引构件的旋转运动。
3.根据权利要求1或2所述的机器人手臂，其特征在于，所述导引构件(14)被设计为具有两个开口端的套管并且所述导引构件在其至少一个末端具有圆锥形的内部形状，所述圆锥形的内部形状在所述开口端具有比所述套管的内部更宽的内径。
4.根据权利要求1或2所述的机器人手臂，其特征在于，所述机器人手臂包括用于所述挠性导管(5)的末端保护装置(16)，并且所述末端保护装置(16)被设计用于被装配在所述挠性导管面对所述工具附接设备(9)的末端上。
5.根据权利要求4所述的机器人手臂，其特征在于，所述末端保护装置(16)被设计为包括内套管零件(17)和外套管零件(18)的双套管，所述内套管零件和外套管零件在它们的一个末端通过端壁(19)连接，从而使得当通过在所述内套管零件和所述外套管零件之间插入所述挠性导管(5)的末端而将所述末端保护装置(16)装配在所述挠性导管的末端上时，所述挠性导管的末端邻接所述端壁。
6.根据权利要求5所述的机器人手臂，其特征在于，所述末端保护装置(16)的端壁 (19)具有适合于不损伤离开所述挠性导管的任何布线04)的圆形的外部形状。
7.根据权利要求4所述的机器人手臂，其特征在于，所述末端保护装置(16)附接到在所述导引构件的出口侧延伸的所述挠性导管(5)的末端，并且所述末端保护装置被设计具有防止其可插入所述导引构件(14)的外部形状，从而还充当停止装置，所述停止装置在所述挠性导管一旦被插入到所述导引构件并且所述末端保护装置附接到所述挠性导管的末端时，防止所述挠性导管从所述导引构件缩回。
8.根据权利要求1或2所述的机器人手臂，其特征在于，所述机器人手臂包括用于在所述机器人手臂零件(6)中的所述出口开口(12)处的所述挠性导管(5)的保持设备( )，所述保持设备被配置用于关于所述机器人手臂零件轴向固定所述挠性导管。
9.根据权利要求8所述的机器人手臂，其特征在于，所述保持设备06)被配置用于允许所述挠性导管(5)关于所述保持设备的旋转。
10.一种工业机器人，包括可旋转地装配在基座( 上的架(1)，枢轴连接到所述架并且支撑上机器人手臂(4)的下机器人手臂(3)，其特征在于，所述上机器人手臂包括根据权利要求1-9中任一项所限定的所述机器人手臂的特征。
专利摘要本实用新型涉及用于工业机器人的机器人手臂，包括用于绕第一旋转轴A旋转的臂零件；以及连接到机器人手臂零件并且可绕第二旋转轴旋转的腕零件，第二旋转轴与第一旋转轴交叉并且与第一旋转轴形成角度；装配在腕零件上的工具附接设备，工具附接设备可绕第三旋转轴旋转；用于在机器人手臂零件中的出口开口和所述工具附接设备之间保护和导引在其中的布线的挠性导管，该出口开口与第一旋转轴同心；用于挠性导管的导引构件，该导引构件附接到腕零件，并且该导引构件被设计用于接收挠性导管并且导引挠性导管穿过该导引构件并且允许挠性导管关于该导引构件和腕零件的轴向运动。本实用新型还涉及包括具有机器人手臂的特征的上机器人手臂的工业机器人。
文档编号B25J19/00GK202169594SQ20112025768
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者K-G·约翰森, L·巴克曼, M·林德瓦尔 申请人:Abb技术有限公司