鉸接臂機器人型裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于處理有效載荷的鉸接臂機器人型裝置，其中所述裝置包括機器人臂，所述機器人臂被安裝在能圍繞第一軸線旋轉的底座上;至少兩個臂元件，所述兩個臂元件一個接一個連續地布置成運動鏈的形式；以及中心操作手，所述中心操作手被附接到所述運動鏈的端部。連續布置的所述兩個臂元件中的第一個圍繞被定向為正交于所述第一軸線的第二軸線樞轉地安裝在所述底座上，而第二臂元件圍繞被定向為平行于所述第二軸線的第三軸線樞轉地附接到所述第一臂元件。分別設置被實現為心軸驅動器形式的線性致動器以使兩個臂元件樞轉，且所述線性致動器包括與螺桿形式的心軸接合的馬達驅動的心軸螺母單元，其中該螺桿被圍繞被定向為平行于第二軸線的樞轉軸線樞轉地安裝。
【背景技術】
[0002]鉸接臂機器人是多功能的且被廣泛用作工業機器人，其運動學特性是由數個臂元件組成的，所述臂元件以鉸接方式彼此連接以便定位端部效應器(effector)，例如夾持器或工具。在各種可能的機器人設計中，具有最高機動性和靈活性的機器人是具有連續運動學特性的那些，即，每一臂元件僅連續地連接到另一臂元件。然而，這些鉸接臂機器人由于必須攜帶驅動器和動力傳動系統而在其臂端部上的載荷運載能力方面以及由于沿著運動鏈的容差累積效應而在定位精度方面受限。
[0003]公開文獻WO 84/02301描述了一種典型的所謂的六軸豎直鉸接臂機器人，其第一臂元件利用一個端部樞轉地附接到底座，所述底座被圍繞第一軸線可旋轉地安裝。第一軸線對應于豎直軸線，且第一臂元件杯樞轉地安裝所圍繞的樞轉軸線稱作第二軸線且被定向為正交于第一軸線，即，水平地定向。第二臂元件的一個端部同樣地以樞轉的方式(即圍繞被定向為平行于第二軸線的第三樞轉軸線)連接到第一臂元件的與底座相反的另一端部。圍繞三個軸線可旋轉地安裝且用于拾取及操縱工件的中心操作手最后布置在第二臂元件的與第三軸線相反的端部上。
[0004]液壓缸單元被布置在底座與第一臂元件之間，以便實現第一臂元件圍繞被水平地定向的第二樞轉軸線的受控運動。確保第二臂元件圍繞第三軸線的受控的樞轉運動的對應的第二液壓單元一方面被支撐在第一臂元件上，另一方面連接到第二臂元件。
[0005]用于實現豎直鉸接臂機器人的非常類似的設計在公開文獻EPO 243 362 BI中公開，且同樣地豎直鉸接臂機器人具有兩個臂元件(以鉸接方式彼此連接)，其中更精巧的致動器傳動構造被分別用于使兩個臂元件圍繞被水平地定向的第二軸線和第三軸線樞轉，以便增加機器人的操作范圍和載荷運載能力。為此目的，設置了兩個缸單元，其中這些缸單元通過樞轉地安裝的軛架彼此連接，且因此負責以協調的方式使第一臂元件圍繞第二軸線樞轉和使第二臂元件圍繞第三軸線樞轉。附加的動力臂被樞轉地聯接到第二臂元件，尤其是，以便使第二臂元件圍繞第三軸線樞轉，其中該附加的動力臂平行于第一臂元件延伸，以便實現這兩個缸單元中的一個被以運動學方式并入其中的所謂的“平行四邊形傳動機構”。
[0006]公開文獻US 4，507，043同樣公開了一種豎直鉸接臂機器人，其中設置了馬達驅動的平行四邊形傳動機構以移動第二臂元件。
[0007]公開文獻DE 10 2011 087 958 Al描述了一種鉸接臂機器人形式的現代工業焊接機器人，其運動是通過將具有緊湊設計的電動驅動器集成在各旋轉軸及樞轉軸內來實現的，但所述機器人的最大有效載荷重量以及所述機器人可達的操作范圍如最初所提及的由于所安裝的部件(尤其是電動驅動器)的自身重量而受限。
[0008]公開文獻DE 11 2006 001 920 B4公開了一種具有兩個并聯運動學特性的鉸接臂機器人，其中該鉸接臂機器人被安裝在底座(所述底座圍繞豎直的第一軸線能旋轉)上，且具有兩個臂元件(所述兩個臂元件被一個接一個地布置成運動鏈的形式)，其中第一臂元件圍繞被定向為正交于第一軸線的第二軸線樞轉地安裝在底座上，且第二臂元件圍繞被定向為平行于第二軸線的第三軸線樞轉地附接到第一臂元件。中心操作手被附接到所述運動鏈的端部。設置第一線性致動器以使第一臂元件圍繞第二軸線樞轉，且一方面功能地連接到底座，另一方面通過第一聯接傳動機構連接到第一臂元件。設置第二線性致動器以使第二臂元件圍繞第三軸線樞轉，且通過第二聯接傳動機構功能地連接到底座、第一臂元件和第二臂元件。兩個線性致動器分別被實現為心軸驅動器的形式，且具有與螺桿形式的心軸接合的馬達驅動的心軸螺母單元，其中所述心軸被圍繞被定向為平行于第二軸線的樞轉軸線樞轉地安裝。所述聯接傳動機構分別具有恒定長度的桿，所述桿被連接且以下述方式樞轉地聯接，所述方式為使得用于吸收在運動學特性的可移動部分上接合的載荷所需要的保持力或反作用力大部分保持與運動學特性在空間中的運動無關。
【發明內容】
[0009]本發明是基于增強用于處理有效載荷的鉸接臂機器人型裝置的目的，所述鉸接臂機器人型裝置包括:機器人臂，所述機器人臂被安裝在圍繞第一軸線能旋轉的底座上;至少兩個臂元件，所述兩個臂元件被一個接一個連續地布置成運動鏈的形式；以及中心操作手，所述中心操作手被附接到所述運動鏈的端部，且其中以與目前已知的可比機器人系統相比，所述機器人的最大有效載荷以及其操作范圍得以顯著改進(即，增加)的方式，連續布置的所述兩個臂元件中的第一個圍繞被定向為正交于第一軸線的第二軸線樞轉地安裝在所述底座上，而第二臂元件圍繞被定向為平行于第二軸線的第三軸線樞轉地附接到所述第一臂元件。
[0010]本發明的上文所定義的目的是通過權利要求1中公開的特征來實現的。用于有利地增強該創新思想的特征形成從屬權利要求的目的，且在下文具體參照示例性實施例加以闡明。
[0011]基于針對豎直鉸接臂機器人形式的機器人的創新構造的構思(其中其樞轉地安裝的臂元件的致動分別通過利用功能地連接到聯接傳動機構的線性致動器來實現)，根據本發明實現的機器人能夠在所有六個自由度中的幾乎雙倍的操作范圍內定位有效載荷，所述有效載荷比當前市售的最強大的豎直鉸接臂機器人裝置的那些有效載荷重達三倍。
[0012]根據權利要求1的前序部分的特征，該創新的鉸接臂機器人型裝置為此目的以下述方式實現，所述方式為第一聯接傳動機構通過第一萬向接頭樞轉地且功能地連接到第一線性致動器的馬達驅動的心軸螺母單元，且第二聯接傳動機構通過第二萬向接頭樞轉地且功能地連接到第二線性致動器的馬達驅動的心軸螺母。第一萬向接頭和第二萬向接頭分別具有被定向為平行于第二軸線的樞轉軸線以及被定向為正交于第二軸線的樞轉軸線。第二聯接傳動機構分別具有傳遞張力和壓縮力的第一聯接裝置以及第二聯接裝置。所述第一聯接裝置被實現為剛性三角形結構形式的三元傳動機構元件，在所述三元傳動機構元件的拐角上圍繞樞轉軸線樞轉地安裝第一聯接裝置。以此方式，所述第一聯接裝置圍繞對應于第二萬向接頭的樞轉軸線的第一樞轉軸線樞轉地連接到所述心軸螺母單元、圍繞第二樞轉軸線樞轉地連接到所述第一臂元件、且圍繞第三樞轉軸線樞轉地連接到所述第二聯接裝置。所述三元傳動機構元件的三個拐角中的每一個被實現為軸承孔眼的形式，且被定向為彼此平行的三個樞轉軸線中的一個穿過。相比之下，第二聯接裝置被實現為剛性連接支架的形式，所述剛性連接支架的一個連接支架端部圍繞第三樞轉軸線樞轉地連接到第一聯接裝置，且所述剛性連接支架的另一連接支架端部圍繞附加的樞轉軸線樞轉地連接到第二臂元件。
[0013]作為上文所述的第二聯接傳動機構的設計和聯接的替代方案，協調的替代解決方案還提出實現具有分別傳遞張力和壓縮力的第一聯接裝置和至少一個第二聯接裝置的聯接傳動機構，其中第一聯接裝置具有剛性三角形結構形式的三元傳動機構元件，在所述三元傳動機構元件的拐角上分別圍繞樞轉軸線樞轉地安裝有第一聯接裝置，使得所述第一聯接裝置圍繞對應于第二萬向接頭的樞轉軸線的第一樞轉軸線樞轉地連接到所述心軸螺母單元、圍繞第二樞轉軸線樞轉地連接到第二臂元件而非上文所述的第一臂元件、且圍繞第三樞轉軸線樞轉地連接到第二聯接裝置的一個端部，其中第二聯接裝置在另一端部圍繞樞轉軸線樞轉地連接到第一臂元件。
[0014]由于將三元傳動機構元件(S卩，剛性三角形結構)創新用于實現第二聯接傳動機構，因此，獲得了優于最初所述的已知方案的多個優點。一方面，緊湊的剛性三角形結構使得可增加運動行程，以及同時減輕馬達驅動器，并減少其工作行程。另一方面，在鉸接臂機器人的特定姿勢中(即，每當第二臂處于水平位置中，以及在第一臂的其他完全收縮或伸展的樞轉狀態中)在第三軸線的整個運動行程內也出現最大靜態載荷力矩，其中這些最大載荷力矩可由于所述聯接傳動機構的合理杠桿比(其在軸線