具有设置在悬臂上的驱动器布局的工业机器人

摘要

本发明涉及一种工业机器人(1)，具有机器人臂(2)，机器人臂具有：多个通过关节连接的节肢，其中一个节肢被构造为摇臂(5)，而另一个节肢被构造为悬臂(6)，悬臂借助一关节围绕转动轴(A3)可枢转地支承在摇臂(5)的一侧，并承载至少两个构成机器人臂(2)的手部节肢的其他节肢；此外还具有设置在悬臂(6)上的悬臂驱动器(13)，其被设计为使悬臂(6)关于摇臂(5)枢转；设置在悬臂(6)上的第一手部节肢驱动器(14)，其被设计为使一手部节肢(21，22，23)关于悬臂(6)运动，其中，悬臂驱动器(13)的电机轴(13a)与转动轴(A3)间隔开并相对于转动轴平行错开延伸地设置在悬臂(6)上，并且第一手部节肢驱动器(14)的电机轴(14a)垂直于转动轴(A3)并与转动轴(A3)间隔开延伸地设置在悬臂(6)上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，其具有机器人臂，该机器人臂具有：多个 通过关节连接的节肢，其中一个节肢被构造为摇臂，而另一节肢被构造为悬 臂，该悬臂通过一个关节围绕转动轴可枢转地支承在摇臂的一侧，并承载至 少两个构成机器人臂的手部节肢的其他节肢；被法兰安装在悬臂上的悬臂驱 动器，该悬臂驱动器被设计用于使悬臂关于摇臂枢转；被法兰安装在悬臂上 的第一手部节肢驱动器，该第一手部节肢驱动器被设计用于使一个手部节肢 关于悬臂运动；被法兰安装在悬臂上的第二手部节肢驱动器，该第二手部节 肢驱动器被设计用于使另一个手部节肢关于悬臂和/或关于所述一个手部节 肢运动。

背景技术

专利文献EP2024144B1公开一种工业机器人，其具有机器人手驱动装 置，该机器人手驱动装置具有多个设置在机器人悬臂中的驱动电机，驱动电 机包括用于驱动悬臂的机器人手的驱动轴，在此，至少一个驱动电机相对于 至少一个其他的驱动电机沿轴向方向向前错开地设置在机器人手上，并且驱 动电机的驱动轴被构造为彼此平行延伸的直轴(Geradwellen)，它们在前面 基本上终止于相同的轴向高度，在此设有三个驱动轴，这三个驱动轴被设置 为，中间的驱动电机的驱动轴相对于两个侧面的驱动电机的驱动轴的距离小 于轴向彼此错开的驱动电机的相邻一对的电机壳体的半径之和。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工业机器人，其虽然具有紧凑的结构尺寸， 但却具有较大的工作区域。

本发明的目的通过一种工业机器人来实现，该工业机器人具有：

机器人臂，该机器人臂具有多个通过关节连接的节肢，其中一个节肢被 构造为摇臂，而另一个节肢被构造为悬臂，该悬臂通过一个关节围绕转动轴 可枢转地支承在摇臂的一侧，并承载至少两个构成机器人臂的手部节肢的其 他节肢，

设置在悬臂上的悬臂驱动器，其被设计为，使悬臂关于摇臂枢转，

设置在悬臂上的第一手部节肢驱动器，其被设计为，使一手部节肢关于 悬臂运动，在此，

悬臂驱动器的电机轴与转动轴间隔开地相对于转动轴平行错开延伸地 设置在悬臂上，并且在此，

第一手部节肢驱动器的电机轴垂直于转动轴并与转动轴间隔开延伸地 设置在悬臂上。

优选工业机器人还具有设置于悬臂上的第二手部节肢驱动器，其被设计 为，使另一手部节肢关于悬臂和/或关于所述一手部节肢运动，在此，第二手 部节肢驱动器的电机轴垂直于转动轴并与转动轴间隔开延伸地设置在悬臂 上。

驱动器的布局，即悬臂驱动器、第一手部节肢或第二手部节肢的布局， 可以特别是通过驱动器的法兰安装来实现。需要说明的是，出现在下文中的 概念“法兰安装”既可以被理解为“设置”、“固定”，特别是被理解为“可 松脱地固定”，也可以优选被理解为借助于法兰的固定。

换句话说，本发明的目的通过一种工业机器人来实现，该工业机器人具 有机器人臂，该机器人臂具有多个通过关节连接的节肢，其中一节肢被构造 为摇臂，而另一节肢被构造为悬臂，该悬臂借助一关节围绕转动轴可枢转地 支承在摇臂的一侧，并承载至少两个构成机器人臂的手部节肢的其他节肢； 此外，机器人臂还具有：被法兰安装在悬臂上的悬臂驱动器，该悬臂驱动器 被设计为使悬臂关于摇臂枢转；被法兰安装在悬臂上的第一手部节肢驱动 器，其被设计为使一手部节肢关于悬臂运动；被法兰安装在悬臂上的第二手 部节肢驱动器，其被设计为使另一手部节肢关于悬臂和/或所述一手部节肢运 动，在此，悬臂驱动器以其电机轴与转动轴间隔开地相对于转动轴平行错开 延伸地法兰安装在悬臂上，并且在此，第一手部节肢驱动器和第二手部节肢 驱动器均通过其电机轴法兰安装在悬臂上，其中，第一手部节肢驱动器和第 二手部节肢驱动器的电机轴彼此间隔开并平行地延伸且垂直于转动轴，并各 自与转动轴间隔开。

工业机器人是一种工作机器，其可以装备有工具以自动处理和/或加工 对象，并能够利用其关节在多个运动轴上例如关于方向、位置和工作进程编 程。

工业机器人具有机器人臂和可编程控制器(控制装置)，在运行期间， 通过利用特别是电驱动器使一个或多个可自动调节或手动调节的关节(机器 人轴)运动(在此，控制器控制或调节驱动器)，使控制器控制或调节工业 机器人的运动进程。

此外，机器人臂还可以包括支架和借助于第一关节相对于支架可转动地 安装的转盘，摇臂借助另一关节可枢转地支承在转盘上。在此，悬臂利用另 一关节可枢转地支承在摇臂上。悬臂承载机器人手，在此，悬臂和/或机器人 手总体而言可以具有多个其他的关节。根据机器人臂的结构设计，可以利用 机械的固定止挡件或借助软件开关软件技术实现地限定一个或多个关节或 机器人轴的可能的转动运动。

具有多个通过关节连接的节肢的机器人臂可以被设计为曲臂机器人，其 具有多个连续依次设置的节肢和关节，特别是可以将机器人臂设计为六轴曲 臂机器人。

悬臂可以承载一个或至少两个用于使手部法兰运动的手部节肢，手部法 兰被设计用于固定例如机器人工具。在一种优选的实施方式中，悬臂承载有 三个手部节肢，其中，例如第一手部节肢由前臂构成，该前臂可以利用关节 相对于基础臂围绕沿悬臂的纵向延伸部伸展的前臂轴转动，第二手部节肢由 手部基体构成，该手部基体通过随后的关节相对于前臂、特别是前臂叉围绕 垂直于前臂轴延伸的手部轴可枢转地安装，第三手部节肢由手部法兰构成， 该手部法兰围绕手部法兰轴可转动地安装。

通过使悬臂驱动器以其电机轴与转动轴间隔开地并相对于转动轴平行 错开延伸地法兰安装在悬臂上，将在该区域中提供一空间，以便能够在那里 至少部分地设置两个手部节肢驱动器。通过这样的布局，可以使悬臂可枢转 地连接摇臂的关节的附近安放必需的驱动器，而不会使驱动器壳体更多地伸 出机器人臂的轮廓。由于驱动器壳体能够不再更多地伸出机器人臂的轮廓， 因此可以例如使摇臂非常简洁和/或紧凑，而不再存在悬臂在仰焊位置 ()上不能枢转的问题，因为伸出过多的驱动壳体可能会例 如与转盘发生碰撞。

通过使第一手部节肢驱动器和优选第二手部节肢驱动器均以其各自的 电机轴法兰安装在悬臂上(在此，第一手部节肢驱动器和第二手部节肢驱动 器的电机轴彼此间隔开并平行地延伸且垂直于转动轴，并各自与转动轴间隔 开)，可以将根据悬臂驱动器的轴向长度所提供的沿转动轴的轴向方向延伸 的轮廓区域用于在两个或多个手部节肢驱动器的情况下使两个或多个手部 节肢驱动器依次设置的布局，由此例如使得悬臂在机器人臂的基础位置上所 获得的结构高度是非常紧凑的。

机器人臂的基础位置可以理解为机器人臂的一种姿势，在这种姿势中， 在工业机器人的底部组装的情况下，摇臂以其纵向延伸部竖直地向上取向地 设置，悬臂相对于摇臂成直角角度地设置，并总体水平地取向。在所有的实 施方式中，悬臂均可以仅支承在摇臂的一侧。

一般情况下，第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器能够以其 各自的电机轴相对于转动轴相同间隔延伸地设置或法兰安装在悬臂上。

在此，可以将第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器设置在转 动轴的同一侧。这使得能够在转动轴与一个或两个手部节肢驱动器相对置的 一侧，在位于悬臂和摇臂之间的机器人臂关节的高度上提供一位置，以便能 够在那里将悬臂驱动器设置或法兰安装在悬臂上。悬臂驱动器总体上关于转 动轴与手部节肢驱动器相对置地设置。转动轴关系到使悬臂与摇臂可转动连 接的关节。

在所有的实施方式中，第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器 可以利用其各自的电机轴沿如下方向与转动轴间隔开地设置或法兰安装在 悬臂上：该方向与悬臂驱动器的电机轴相对于转动轴间隔开并平行错开延伸 地设置或法兰安装在悬臂上的方向相反。

摇臂通常具有第二摇臂关节，该第二摇臂关节可以与摇臂的具有转动轴 的第一摇臂关节相对置地或者说相反地设置或构成。换句话说，摇臂关节可 以设置在摇臂的彼此远离的端部或端部区域上。在这种情况下可以设计为， 在悬臂以其纵向延伸部相对于摇臂的纵向延伸部成直角角度取向的工业机 器人的基础位置上，第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器以其各自 的电机轴远离转动轴并在第二摇臂关节的方向上错开地法兰安装在悬臂上。

基础位置可以被理解为也用于对工业机器人的关节进行校正的机器人 臂的姿势。对于这样的校正，工业机器人通常在各个关节上均具有彼此对准 的校正标记，例如臂壳体中或可插入校正工具传感器的校正孔中的凹口。

此外，第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器的以其各自的电 机轴远离转动轴并沿着第二摇臂关节的方向错开地设置或法兰安装在悬臂 上的位置也被称为负位移(偏置)。

替代地或附加地，摇臂可以具有第二摇臂关节，该第二摇臂关节与摇臂 的具有转动轴的第一摇臂关节相对置，并在悬臂通过其纵向延伸部以直角角 度相对于摇臂的纵向延伸部取向的工业机器人的基础位置中，悬臂驱动器以 其电机轴远离转动轴并沿着由第二摇臂关节决定的方向设置或法兰安装在 悬臂上。

在此也可以将基础位置理解为机器人臂的对工业机器人的关节进行校 正的姿势。对于这样的校正，工业机器人通常在各个关节上均具有彼此对准 的校正标记，例如臂壳体中或可插入校正工具传感器的校准孔中的凹口。

此外，悬臂驱动器的以其电机轴远离转动轴并沿着由第二摇臂关节决定 的方向法兰安装在悬臂上的位置也被称为正位移(偏置)。

第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器可以利用其各自的电机 轴位于同一平面中地设置或法兰安装在悬臂上。

第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动器可以利用其各自的电机 轴特别是位于一平面中地设置或法兰安装在悬臂上，该平面平行于转动轴地 延伸。

悬臂驱动器的电机轴通常可以联接在传动器的正齿轮部(Stirnradstufe) 上，该传动器被设计为，通过可枢转地连接摇臂的关节使悬臂运动。在正齿 轮部之外，替代地或附加地，除了正齿轮部之外，悬臂驱动器的电机轴也可 以联接在传动器的皮带传动机构上，该传动器被设计为，通过可枢转地连接 摇臂的关节使悬臂运动。

借助正齿轮部和/或皮带传动机构，可以使转矩通过悬臂驱动器的相对 于转动轴偏心、即错开设置的电机轴引入到传动器中，该传动器特别是相对 于转动轴同心地安装在悬臂或摇臂上。

在所有的实施方式中，悬臂可以具有第三手部节肢驱动器，该第三手部 节肢驱动器以其电机轴相对于第一手部节肢驱动器和/或第二手部节肢驱动 器的电机轴平行地取向，并以其驱动壳体关于第一手部节肢驱动器和/或第二 手部节肢驱动器的驱动壳体在悬臂的手上向前错开地法兰安装在悬臂之上 或之中。

在这样的实施方式中，悬臂支承三个手部节肢，其中例如第一手部节肢 由前臂构成，该前臂借助关于基础臂的关节围绕沿着悬臂的纵向延伸行进的 前臂轴可转动，第二手部节肢由手部基体构成，该手部基体借助随后的关于 前臂的关节、特别是前臂叉，围绕垂直于前臂轴延伸的手部轴可枢转地安置， 以及第三手部节肢由手部法兰构成，该手部法兰围绕手部法兰轴可转动地安 置。

在所有适宜的实施方式中，悬臂驱动器可以被设计为和/或被这样法兰 安装在悬臂上：悬臂驱动器的与电机轴出口相对置的轴向端侧端部在摇臂的 第一关节的转动轴的轴向方向上相比于第一手部节肢驱动器和第二手部节 肢驱动器这两个彼此并排设置的驱动器中位于外部的那个伸出得更少。

通过将悬臂驱动器设计为和/或这样设置或法兰安装在悬臂上：悬臂驱 动器的与电机轴出口相对置的轴向端侧端部在摇臂的第一关节的转动轴的 轴向方向上相比于第一手部节肢驱动器和第二手部节肢驱动器这两个彼此 并排设置的驱动器中位于外部的那个伸出得更少，使得由两个手部节肢驱动 器所确定的干扰轮廓在沿着转动轴的轴向方向观察时不会由于悬臂驱动器 而负面地放大。换句话说，机器人臂的由两个手部节肢驱动器确定的宽度在 使悬臂与摇臂相连接的关节的区域中将保持不变。在这种实施方式中，悬臂 驱动器应当被设计为或法兰安装为，悬臂驱动器的长度不会在使悬臂与摇臂 相连接的关节的区域中增大机器人臂的宽度。这样做的优点在于，干扰轮廓 在该关节的该区域中将保持较小。

附图说明

在附图中示例性地示出了根据本发明的实施例。其中：

图1以前面倾斜的视图示出了具有根据本发明悬臂的工业机器人的立体 图，

图2以后面倾斜的视图示出了如图1所示具有悬臂的工业机器人的立体 图，

图3以放大的立体图示出了如图2所示悬臂的驱动器根据本发明的布 局，

图4以后视图示出了如图3所示悬臂的驱动器的布局，以及

图5以侧视图示出了如图3所示悬臂的驱动器的布局。

具体实施方式

图1示出了一种工业机器人1，其具有机器人臂2。在该实施例中，机 器人臂2具有多个依次设置并通过关节连接的节肢。节肢特别是支架3和被 相对于支架3围绕竖直延伸的轴A1可转动支承的转盘4。在该实施例中， 机器人臂2的其他节肢包括摇臂5、悬臂6和优选为多轴的机器人手7，该 机器人手具有被设计为法兰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的第二摇臂关节12(其也可以被称为摇 臂轴承头)上，围绕优选水平的转动轴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的第一摇臂关节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。

在该实施例中，悬臂6具有可枢转地支承在摇臂5上的臂壳体9。悬臂 6的手部基础壳体10围绕轴A4可转动地支承在臂壳体9上。

在如图1和图2所示的实施方式中，悬臂6承载三个手部节肢，其中， 第一手部节肢21由前臂21a构成，该前臂可以通过关节相对于基础臂9a围 绕沿悬臂6的纵向延伸部伸展的前臂轴(A4)转动，第二手部节肢22由手 部基体22a构成，该手部基体通过随后的关节相对于前臂21a、特别是前臂 叉围绕垂直于前臂轴(A4)延伸的手部轴(A5)可枢转地安装，第三手部 节肢23由法兰8构成，该法兰围绕手部法兰轴(A6)可转动地安装。

机器人臂2的基础位置可以理解为在图1和图2中示出的机器人臂2 的姿势。在该姿势中，在所示出的工业机器人1的底部组装的情况下，摇臂 5以其纵向延伸部竖直向上取向地设置，并且悬臂6相对于摇臂5成直角角 度地设置，并总体上水平地取向。

在图3中为清楚起见没有示出臂壳体，机器人臂2具有法兰安装在悬臂 6上的悬臂驱动器13，该悬臂驱动器被设计用于使悬臂6关于摇臂5枢转。

此外，机器人臂2具有法兰安装在悬臂6上的第一手部节肢驱动器14， 该第一手部节肢驱动器被设计用于使手部节肢21，22，23的其中一个关于 悬臂6运动；机器人臂2还具有法兰安装在悬臂6上的第二手部节肢驱动器 15，该第二手部节肢驱动器被设计用于使手部节肢21，22，23中的另一个 关于悬臂6和/或关于手部节肢21或22运动。

特别是如图4所示，悬臂驱动器13通过其电机轴13a以间距H1相对 于转动轴A3平行错移延伸地法兰安装在悬臂6上。此外，第一手部节肢驱 动器14和第二手部节肢驱动器15均通过各自的电机轴14a，15a法兰安装在 悬臂6上，所述电机轴14a，15a以间距D间隔开并相互平行地延伸且垂直 于转动轴A3，并分别以间距H2与转动轴A3间隔开。

在所示出的实施例中，第一手部节肢驱动器14和第二手部节肢驱动器 15利用其各自的电机轴14a，15a分别以相同间距H2与转动轴A3间隔开延 伸地法兰安装在悬臂6上。

第一手部节肢驱动器14和第二手部节肢驱动器15利用其各自的电机轴 14a，15a沿这样的方向与转动轴A3间隔开地法兰安装在悬臂6上，该方向 与悬臂驱动器13的电机轴13a以间距H1相对于转动轴A3平行错开延伸地 法兰安装在悬臂6上的方向相反。

第一手部节肢驱动器14和第二手部节肢驱动器15利用其各自的电机轴 14a，15a位于同一平面E中地法兰安装在悬臂6上。平面E在此平行于转动 轴A3地延伸。

再回到图2，在该实施例中，摇臂5具有第二摇臂关节12，该第二摇臂 关节与摇臂5的具有转动轴A3的第一摇臂关节11相对置，或者说设置在摇 臂5的与第一摇臂关节相反的端部上。在所示出的工业机器人1的基础位置 上，悬臂6以其纵向延伸部相对于摇臂5的纵向延伸部成直角地取向，第一 手部节肢驱动器14和第二手部节肢驱动器15以其各自的电机轴14a，15a 远离转动轴A3并在第二关节12的方向上错开地法兰安装在悬臂6上。此外， 悬臂驱动器13在此以其电机轴13a远离转动轴A3并沿由第二摇臂关节12 决定的方向法兰安装在悬臂6上。

在图3和图4中示出了悬臂驱动器13的电机轴13a是如何联接在传动 器18的例如正齿轮部(Stirnradstufe)17a、17b上，该传动器被设计为，通 过可枢转地连接摇臂5的摇臂关节11使悬臂6运动。

借助正齿轮部17a、17b，可以使转矩通过悬臂驱动器13的相对于转动 轴A3偏心、即错开设置的电机轴13a引入到传动器18中，该传动器在所示 出的实施例中相对于转动轴A3同心地安装在摇臂5上。

此外如图3所示，悬臂6具有第三手部节肢驱动器16，该第三手部节 肢驱动器以其电机轴16a(图4)相对于第一手部节肢驱动器14和第二手部 节肢驱动器15的电机轴14a，15a平行地取向，并以其驱动器壳体关于第一 手部节肢驱动器14和第二手部节肢驱动器15的驱动器壳体在悬臂6的手上 向前错开地法兰安装在悬臂6上或之中。

悬臂驱动器13被设计为或者说被这样法兰安装在悬臂6上，使得悬臂 驱动器13的与电机轴出口相对置或相反地轴向端侧端部19在摇臂5的第一 关节11的转动轴A3的轴向方向上相比于外部的、即在所示出的实施例中为 第二手部节肢驱动器15伸出地更少。

除了图4之外，还通过图5示出了如何利用第一手部节肢驱动器14和 第二手部节肢驱动器15的以其各个电机轴14a，15a远离转动轴A3并沿第 二关节12的方向错开地法兰安装在悬臂6上的位置来描述负位移，即偏置N。

除了图4之外，还通过图5示出了如何利用悬臂驱动器13的以其电机 轴13a远离转动轴A3并沿由第二摇臂关节12决定的方向上法兰安装在悬臂 6上的位置来描述正位移，即偏置P。