Шарнирно-сочлененное запястье робота

Изобретение относится к шарнирно-сочлененному запястью (10) робота, которое содержит первый корпус (12), второй корпус (14) и третий корпус (16). Первый корпус (12) содержит первый и второй конец, при этом первый конец первого корпуса (12) выполнен с возможностью установки на элементе робота, выполненном с возможностью вращения вокруг первой оси (IV). Второй корпус (14) содержит первый и второй конец, причем первый конец второго корпуса (14) установлен на втором конце первого корпуса (12) с возможностью вращения вокруг второй оси (V), наклоненной относительно первой оси (IV). Третий корпус (16) содержит первый и второй конец, при этом первый конец третьего корпуса установлен на втором конце второго корпуса (14) с возможностью вращения вокруг третьей оси (VI), наклоненной относительно второй оси (V). Причем первая и третья оси (IV, VI) ортогональны второй оси (V), при этом по меньшей мере в одном положении запястья робота первая и третья оси выровнены друг с другом. Изобретение направлено на создание компактной конструкции, обеспечивающей максимальную маневренность. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к шарнирно-сочлененному запястью робота, содержащему:

первый корпус, содержащий первый и второй конец, при этом первый конец первого корпуса выполнен с возможностью установки на элементе робота, выполненном с возможностью вращения вокруг первой оси;

второй корпус, содержащий первый и второй конец, причем первый конец второго корпуса установлен на втором конце первого корпуса с возможностью вращения вокруг второй оси, наклоненной относительно первой оси;

третий корпус, содержащий первый и второй конец, при этом первый конец третьего корпуса установлен на втором конце второго корпуса с возможностью вращения вокруг третьей оси, наклоненной относительно второй оси,

причем первая и третья оси по существу ортогональны второй оси, при этом по меньшей мере в одном положении запястья робота первая и третья оси по существу выровнены друг с другом;

при этом первый корпус содержит по существу локтевой участок, имеющий в основании первое отверстие, направленное ко второму и третьему корпусам и которое по существу выровнено с первой осью в собранном состоянии запястья;

причем локтевой участок имеет смещенный участок, соответствующий второму концу первого корпуса, и который по существу расположен бок о бок и на расстоянии относительно оси первого отверстия;

при этом второй корпус содержит консольный участок, соответствующий второму концу второго корпуса, который имеет второе отверстие, по существу выровненное с третьей осью, при этом в собранном состоянии запястья робота через первое и второе отверстия пропущены кабели и/или трубки для подачи питания и/или управления устройством, связанным с третьим корпусом запястья робота,

причем запястье робота дополнительно содержит средства для приведения во вращение второго и третьего корпусов вокруг второй и третьей оси, соответственно, при этом средства для приведения во вращение второго и третьего корпусов содержат:

первый электродвигатель, установленный на смещенном участке первого корпуса,

первое зубчатое средство для передачи вращения выходного вала первого электродвигателя на второй корпус,

второй электродвигатель, установленный на втором корпусе,

второе зубчатое средство для передачи вращения выходного вала второго электродвигателя на третий корпус.

Запястье робота вышеописанного типа описаны, например, в заявке на Европейский патент 1829652А1.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование запястья робота этого типа, в частности, путем создания более компактной и простой и менее громоздкой конструкции, в которой различные корпуса, образующие запястье, расположены относительно друг друга в конфигурации, которая позволяет выполнять различные возвратно-поступательные перемещения самих корпусов, чтобы гарантировать максимальную маневренность запястья.

Вышеуказанная задача достигается с помощью запястья робота, имеющего признаки, приведенные в пункте 1 формулы изобретения.

Формула изобретения является неотъемлемой частью описания настоящего изобретения.

Далее следует более подробное описание не ограничивающего варианта настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе первого варианта описываемого ниже запястья робота.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе запястья робота по фиг.1, в ракурсе, противоположном ракурсу на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой вид спереди запястья робота по фиг.1.

Фиг.4 представляет собой продольное сечение по линии IV-IV на фиг.3.

Фиг.5 представляет собой вид в перспективе второго варианта нижеописанного запястья робота.

Фиг.6 представляет собой вид спереди запястья робота по фиг.5.

Фиг.7 представляет собой продольное сечение по линии VII-VII на фиг.6.

В нижеследующем описании описаны различные конкретные детали, способствующие полному пониманию принципов настоящего изобретения. Варианты настоящего изобретения, однако, могут не содержать одной или более из этих конкретных деталей или такие детали могут быть получены другими способами, выполнены из других компонентов или материалов и т.п.

В других случаях известные конструкции, материалы или операции подробно не показаны или не описаны, чтобы не перегружать описание подробностями различных аспектов настоящего изобретения.

Таким образом, ссылки, приведенные ниже, использованы лишь для удобства и не определяют объем защиты вариантов настоящего изобретения.

На чертежах позицией 10 обозначено шарнирно-сочлененное запястье робота. Как известно специалистам, запястье такого типа устанавливается на элемент робота и снабжается инструментом или другим рабочим устройством, питание для которого и управление которым осуществляется по кабелям и/или трубкам, которые непосредственно соединены с конструкцией самого запястья. Эти кабели и/или трубки на чертежах показаны схематично и обозначены позицией С. Они образуют так называемый «жгут» запястья робота и после того, как кабели и/или трубки будут установлены на запястье, такое запястье называют «ожгутованным». Эти аспекты далее подробно не описываются, поскольку они известны специалистам, и будут поясняться только в той степени, которая необходима для описания запястья по настоящему изобретению.

Запястье 10 содержит первый корпус 12, имеющий первый конец 12' и второй конец 32. Первый конец 12' устанавливается на элемент робота (не показан), выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси IV.

Запястье 10 также содержит второй корпус 14, имеющий первый конец 14' и второй конец 24. Первый конец 14' установлен на конце 22 корпуса 12 с возможностью вращения вокруг второй оси V, наклоненной относительно первой оси IV.

Кроме того, запястье 10 робота содержит третий корпус 16, имеющий первый конец и второй конец, обозначенный позицией 16". Как показано на чертежах, предпочтительно третий корпус 16 является кольцевым корпусом, в котором проходят кабели и/или трубки инструмента, соединенного с запястьем, и конец 16" которого имеет поверхность, на которой сформированы соответствующие посадочные места для установки такого инструмента.

Первый конец корпуса 16 установлен на втором конце 24 корпуса 14 с возможностью вращения вокруг третьей оси VI, наклоненной относительно второй оси V. Оси IV и VI образуют угол приблизительно 90° относительно второй оси V (другими словами, обе оси IV и VI по существу ортогональны оси V). Как показано на чертежах, в данных положениях в пространстве запястья робота эти оси по существу выровнены друг с другом. В частности, конфигурация, показанная на чертежах, сохраняется для всех положений запястья, которые, по сравнению с показанными, смещены в результате только вращения запястья вокруг оси IV.

Следует отметить, что в настоящем описании, когда указывается ортогональное соотношение между двумя осями или прямыми, это может относиться как к случаю, когда прямые или оси пересекают друг друга и перпендикулярны друг к другу, так и к случаю, когда прямые или оси не пересекают друг друга, но их проекции на общей плоскости, параллельной им, образуют угол, по существу равный 90°.

Более конкретно, первый корпус 12 содержит локтевой участок 18, который в своем основании имеет отверстие 20, обращенное ко второму корпусу 14 и третьему корпусу 16. Когда запястье собрано, отверстие 20 по существу выровнено с первой осью IV. Кроме того, локтевой участок имеет смещенный участок 22, соответствующий второму концу первого корпуса 12, который по существу расположен бок о бок и на расстоянии от оси отверстия 20. На этом смещенном участке установлен второй корпус 14 с возможностью вращения вокруг второй оси V. Этот второй корпус имеет консольный участок 24, соответствующий упомянутому выше второму концу второго корпуса 14, который имеет второе отверстие 26, по существу выровненное с третьей осью VI. Когда запястье робота собрано и жгут проложен, через первое отверстие 20 и второе отверстие 26 проходят кабели и/или трубки С инструмента, соединенного с третьим корпусом 16. Как видно на фиг.1, благодаря общей конфигурации, образованной участками 18 и 22, сформирован канал для кабелей и/или трубок С так, чтобы эти кабели и трубки удерживались в пределах поперечного габарита запястья робота и не мешали работе самого запястья. Кроме того, когда запястье робота собрано и жгут проложен, кабели и/или трубки С на участке своей длины проходят по существу по оси IV, а на другом участке своей длины по существу по оси VI. Такое расположение позволяет уменьшить до минимума напряжение при кручении и напряжение при изгибе, которые действуют на кабели когда запястье робота совершает маневры.

В описываемом запястье робота средства для приведения во вращение второго корпуса 14 и третьего корпуса 16 установлены непосредственно на конструкции самого запястья. В частности, эти приводные средства содержат первый электродвигатель 28, установленный на смещенном участке 22 первого корпуса 12 и приводит во вращение второй корпус 14. Приводные средства также включают второй электродвигатель 30, который установлен на втором корпусе 14 и приводит во вращение третий корпус 16. Как описано более подробно ниже, эти приводные средства также содержат первое зубчатое средство для передачи вращения выходного вала первого электродвигателя 28 на второй корпус 14, и второе зубчатое средство для передачи вращения выходного вала второго электродвигателя 30 на третий корпус 16.

В описываемом запястье робота первый электродвигатель 28 установлен на смещенном участке 22 первого корпуса 12 в такой ориентации, что его выходной вал не параллелен и не ортогонален первой оси IV; наоборот, выходной вал первого электродвигателя 28 наклонен относительно первой оси IV под углом от 0° до 90°, за исключением крайних значений. В частности, первый электродвигатель 28 ориентирован относительно первой оси IV так, чтобы оставаться, по меньшей мере на большей части его радиального и осевого размеров, в пределах радиального и осевого габаритов локтевого участка 18, вместе со смещенным участком 22. В показанном примере электродвигатель 28 остается по существу полностью в пределах этих габаритов.

В описываемом запястье робота первая ось VI и вторая ось V проходят по существу в одной плоскости. Первый электродвигатель 28 предпочтительно установлен на смещенном участке 22 первого корпуса 12 так, что выходной вал первого электродвигателя 28 по существу находится в плоскости, образованной первой осью IV и второй осью V (см. фиг.3 и 4 и фиг.6 и 7). Кроме того, первый электродвигатель 28 установлен на смещенном участке 22 в такой ориентации, что его выходной вал наклонен относительно первой оси IV на угол от 0° до 90°, за исключением крайних значений. Наиболее предпочтительно, выходной вал первого электродвигателя 28 наклонен относительно первой оси IV на угол от 5° до 30°. В различных вариантах настоящего изобретения, как и в варианте, показанном на чертежах, смещенный участок 22 в вышеописанной конфигурации специально расположен так, чтобы принимать электродвигатель 28, тогда как в других вариантах смещенный участок относится к известному типу и в такой конфигурации имеется соответствующее средство для установки электродвигателя 28.

В различных вариантах настоящего изобретения, как и в варианте, показанном на чертежах (в частности, см. фиг.4 и 7), на выходном валу электродвигателя 28 установлено коническое зубчатое колесо 32, находящееся в зацеплении с коническим зубчатым колесом 34, установленном на валу 36. Вал 36 установлен на смещенном участке 22 с возможностью вращения вокруг второй оси V и между ними установлено редукторное средство 40, соосное с валом 36. В частности, редукторное средство 40 прикреплено к краям отверстия 22' смещенного участка 22 посредством втулки 43. На самом редукторном средстве 40 закреплен второй корпус 14. Редукторное средство 40 выполнено с возможностью соединения для вращения вала 36 со вторым корпусом 14.

Со ссылками конкретно на фиг.3 и 6, второй электродвигатель 30 установлен на консольном участке 24 второго корпуса 14 и его выходной вал проходит по существу параллельно третьей оси VI. Кроме того, консольный участок 24 выполнен с возможностью приема второго электродвигателя 30 в таком положении в пространстве, чтобы выходной вал второго электродвигателя 30 был расположен на расстоянии от третьей оси VI в направлении, продолжающемся относительно второй оси V под углом от 90° до 270°, предпочтительно от 90° до 180°. Средство крепления второго электродвигателя в вышеописанной конфигурации может быть любым подходящим для этой цели.

В варианте по фиг.1-4 консольный участок 24 выполнен с возможностью приема второго электродвигателя 30 в таком положении в пространстве, что выходной вал второго электродвигателя 30 расположен на расстоянии от третьей оси VI в направлении, продолжающемся под углом приблизительно 90° или немного больше к второй оси V. В варианте, показанном на фиг.5-7, консольный участок 24 выполнен с возможностью приема второго электродвигателя 30 в таком положении в пространстве, что выходной вал второго электродвигателя 30 расположен на расстоянии от третьей оси VI в направлении, продолжающемся под углом приблизительно 180° относительно второй оси V.

В обоих вариантах, описанных выше, выходной вал второго электродвигателя 30 соединен с ведущей шестерней 42, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом 44. Зубчатый венец 44 установлен на консольном участке 24 с возможностью вращения вокруг третьей оси VI, и соединен для вращения с третьим корпусом 16. В различных вариантах настоящего изобретения, как и в варианте, показанном на чертежах, когда на запястье робота установлен жгут, через зубчатый венец проходят кабели и/или трубки С. В различных вариантах настоящего изобретения, как и в показанном на чертежах, электродвигатель 30 прикреплен к консольному участку 24 через редукторное средство 46. Редукторное средство 46 соединяет для вращения выходной вал электродвигателя 30 и шестерню 24.

Ввиду вышеизложенного передача движения на второй и третий корпус, соответственно, для вращения вокруг осей V и VI, осуществляется следующим образом.

Когда включается первый электродвигатель 28, зубчатое колесо 32 приводит во вращение вал 36 путем зацепления с установленным на нем зубчатым колесом 34. Вал 36 передает движение на редукторное средство 43, которое осуществляет умножение крутящего момента и, в итоге, передает вращение на второй корпус 14.

Когда включается второй электродвигатель 30, редукторное средство 46 выполняет умножение крутящего момента, передавая движение на ведущую шестерню 42, которая, находясь в зацеплении с зубчатым колесом 44, в итоге приводит во вращение третий корпус 16.

Наконец, следует отметить, что вышеупомянутые электродвигатели 28, 30, а также редукторные средства 46 и 43 не были подробно описаны, поскольку они могут относиться к любому типу, обычно применяемому в робототехнике. Кроме того, некоторые детали конструкции, показанные на чертежах, не были подробно описаны во избежание ненужного усложнения описания, однако, они совершенно очевидны для специалистов в данной области техники.

Хотя принципы настоящего изобретения остаются теми же, детали конструкции и варианты могут изменяться в широких пределах относительно приведенного выше примера, не выходя за рамки объема изобретения, определенного приложенной формулой изобретения.

1. Шарнирно-сочлененное запястье (10) робота, содержащее:
первый корпус (12), содержащий первый и второй конец, при этом первый конец первого корпуса (12) выполнен с возможностью установки на элементе робота, выполненном с возможностью вращения вокруг первой оси (IV);
второй корпус (14), содержащий первый и второй конец, причем первый конец второго корпуса (14) установлен на втором конце первого корпуса (12) с возможностью вращения вокруг второй оси (V), наклоненной относительно первой оси (IV);
третий корпус (16), содержащий первый и второй конец, при этом первый конец третьего корпуса установлен на втором конце второго корпуса (14) с возможностью вращения вокруг третьей оси (VI), наклоненной относительно второй оси (V),
причем первая и третья оси (IV, VI) ортогональны второй оси (V), при этом по меньшей мере в одном положении запястья робота первая и третья оси выровнены друг с другом;
причем первый корпус содержит локтевой участок (18), имеющий основание с первым отверстием (20), обращенным ко второму и третьему корпусам и расположенным выровненным с первой осью (IV) в собранном состоянии запястья робота;
при этом локтевой участок имеет смещенный участок (22), соответствующий второму концу второго корпуса, который смещен относительно первого отверстия (20);
причем второй корпус содержит консольный участок (24), соответствующий второму концу второго корпуса, который имеет второе отверстие (26) выровненное с третьей осью (VI), при этом в собранном состоянии запястья робота в первое и второе отверстия пропущены кабели и/или трубки для подачи питания и/или управления инструментом, соединенным с третьим корпусом (16) запястья робота,
причем запястье робота дополнительно содержит средства для приведения во вращение второго и третьего корпусов вокруг второй и третьей оси (V, VI), соответственно, при этом средства для приведения во вращение второго и третьего корпусов содержат:
первый электродвигатель (28), установленный на смещенном участке первого корпуса (12),
первое зубчатое средство для передачи вращения выходного вала первого электродвигателя (28) на второй корпус (14),
второй электродвигатель (30), установленный на втором корпусе (14),
второе зубчатое средство для передачи вращения выходного вала второго электродвигателя (30) на третий корпус (16);
отличающееся тем, что первый электродвигатель (28) установлен на смещенном участке (22) первого корпуса в такой ориентации, что выходной вал первого электродвигателя наклонен к первой оси (IV) под углом от более 0° до менее 90°.

2. Запястье робота по п. 1, в котором второй электродвигатель установлен на консольном участке (24) второго корпуса так, что его выходной вал параллелен третьей оси (VI), при этом консольный участок выполнен с возможностью приема второго электродвигателя в таком пространственном положении, что выходной вал второго электродвигателя расположен на расстоянии относительно третьей оси (VI) в направлении, продолжающемся относительно третьей оси (VI) под углом от 90° до 210°, предпочтительно от 90° до 180°.

3. Запястье робота по п. 1, в котором первое коническое зубчатое колесо (32) установлено на выходном валу первого электродвигателя (28) и зацепляется со вторым коническим зубчатым колесом (34), установленным на первом валу (36), при этом первый вал установлен на смещенном участке (22) с возможностью вращения вокруг второй оси (V) и выполнен с возможностью приведения во вращение второго корпуса (14).

4. Запястье робота по п. 2, в котором между вторым корпусом (14) и первым валом (36) установлено понижающее зубчатое средство (40), расположенное соосно с первым валом и выполненное с возможностью соединения для вращения первого вала со вторым корпусом.

5. Запястье робота по п. 2, в котором выходной вал второго электродвигателя соединен с ведущей шестерней (42), зацепляющей первый зубчатый венец (44), при этом первый зубчатый венец (44) установлен на консольном участке (24) с возможностью вращения вокруг третьей оси (VI) и закреплен для вращения на третьем корпусе (16), при этом в собранном состоянии робота через зубчатый венец (44) проходят кабели и/или трубки (С).

6. Запястье робота по п. 5, в котором второй электродвигатель (30) прикреплен к консольному участку посредством редукторного средства (4 6), которое соединяет для вращения выходной вал второго электродвигателя (30) с ведущей шестерней (42).