專利名稱：具有重力平衡系統(tǒng)的工業(yè)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有重力平衡系統(tǒng)的工業(yè)機器人。
技術(shù)背景
工業(yè)機器人通常被認為是一種執(zhí)行機器，其裝備有特定的工具，并可對多個運動 軸，特別是關(guān)于方向、位置和工作流程編程，以自動地處理對象。工業(yè)機器人包括控制裝置 和具有多個軸的機器人臂，必要時還具有由控制裝置控制的驅(qū)動裝置移動的杠桿。
工業(yè)機器人，特別是攜帶有相對較大負荷的工業(yè)機器人，可以具有至少一個用于 其軸的、特別是用于運動鏈的第二個軸或水平軸的重力平衡系統(tǒng)或質(zhì)量平衡系統(tǒng)，該平衡 系統(tǒng)具有例如螺旋彈簧。
專利文獻EP 0819041 Bl公開了一種承載負荷超過25kg的多軸工業(yè)機器人其具 有支架、搖臂、懸臂和機器人手，它們彼此鉸鏈在一起并通過電驅(qū)動裝置來移動。這種工業(yè) 機器人具有靜態(tài)液壓質(zhì)量平衡器，該質(zhì)量平衡器在運行中，例如，通過負荷或作用于懸臂上 的動態(tài)或靜態(tài)的負重相當大程度地對搖臂加以平衡。液壓質(zhì)量平衡器具有液壓缸和與液壓 缸相連接的蓄壓器。在蓄壓器中存在在較高壓力下預加應力的氣泡，該氣泡壓迫液壓緩沖 器并產(chǎn)生反作用力，用以補償振動負荷。
但是，例如氣體重力平衡系統(tǒng)或液壓氣動重力平衡系統(tǒng)的基于壓力工作的質(zhì)量平 衡系統(tǒng)是相對昂貴的，因為它們在必要時必須滿足例如在歐洲有效的壓力設備法律規(guī)范這 樣的法律規(guī)定。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種成本合算、特別是適用于相對較大的承載負荷、具有 基于氣體的重力平衡系統(tǒng)的工業(yè)機器人。
本發(fā)明的目的通過一種具有用于平衡較大負荷的機器人臂的工業(yè)機器人得以實 現(xiàn)，其中，機器人臂具有多個軸以及用于至少一個軸的、基于氣體的重力平衡系統(tǒng)，重力平 衡系統(tǒng)的每個受壓部件都具有小于1升的容積和低于IOOObar的最大壓力。因此根據(jù)本發(fā) 明的這種工業(yè)機器人包括用于相對較大的承載負荷的、具有多軸、優(yōu)選是六軸的機器人臂。 所述較大承載負荷特別是指大于80kg的承載荷，優(yōu)選大于90kg。
根據(jù)機器人臂的姿勢或位置，僅通過使軸運動的驅(qū)動裝置或必要時通過配屬于驅(qū) 動裝置的齒輪，提升所有軸上出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩不再有意義，因此根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人具有 重力平衡系統(tǒng)。為了能夠相對較小地或緊湊地實現(xiàn)這種重力平衡系統(tǒng)，故而使該系統(tǒng)基于 氣體。這樣的重力平衡系統(tǒng)包括許多部件，每個部件都處于壓力之下。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在每 個受壓部件都具有小于1升的容積和低于IOOObar的最大壓力。特別將這些組件設計為， 使得工作壓力在工業(yè)機器人的極限位置上和提高的環(huán)境溫度下始終保持低于lOOObar，并 且與重要部件的制動壓力(Berstdruck)之間的安全距離要足夠大。
根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人優(yōu)選使用液壓氣動重力平衡系統(tǒng)，基于對根據(jù)本發(fā)明的這種對重力平衡系統(tǒng)中受壓部件的設計，可以保證該重力平衡系統(tǒng)以及相應的根據(jù)本發(fā)明 的工業(yè)機器人在其正常運行期間不會違反在歐洲有效的壓力容器的法律規(guī)范。因此在必要 時可以放棄對根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人或其重力平衡系統(tǒng)的成本高昂的測試、文件匯編或 者樣機驗收。此外，在必要時還可以放棄否則是必需的重力平衡系統(tǒng)的部件，例如存儲器安全閥。
根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的另一個優(yōu)點在于，必要時可以顯著簡化工業(yè)機器人上 的電纜引導，因為重力平衡系統(tǒng)可以相對緊湊地實現(xiàn)。通過改進電纜設計這可以相應地節(jié) 約成本。
重力平衡系統(tǒng)的部件包括至少一個蓄壓器和至少一個與蓄壓器有效連接的壓力 缸。根據(jù)本發(fā)明，這些部件每個都具有最大為1升的容積和低于IOOObar的最大壓力。蓄 壓器在必要時可保持用于重力平衡且由壓力缸產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而即使不能在最大程度 上，也能至少部分地平衡由相關(guān)的軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。壓力缸具有例如可移動地支承在殼體中 的活塞。
為了使根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的重力平衡系統(tǒng)能夠在必要時維持足夠的壓力， 重力平衡系統(tǒng)可以具有至少兩個與單一的壓力缸有效連接的蓄壓器。這兩個蓄壓器和壓力 缸都各自具有最大為ι升的容積以及低于IOOObar的最大壓力。
為了確保在根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人特定的運行期間，受壓部件始終低于 IOOObar,優(yōu)選將受壓部件設計為，使每個受壓部件的最大壓力明顯低于IOOObar。尤其是各 個最大壓力最大為400bar，特別是最大為350bar，優(yōu)選為最大300bar。
根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的一種實施方式，機器人臂具有轉(zhuǎn)盤和搖臂，其中，配屬 于重力平衡系統(tǒng)的軸也配屬于搖臂。有時也將配屬于搖臂的軸稱為軸2，因為該軸有可能承 受最大的轉(zhuǎn)矩，因此根據(jù)這種實施方式將該軸配屬于重力平衡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的重力平 衡系統(tǒng)的尺寸，可以相對緊湊地實現(xiàn)該系統(tǒng)，從而能夠更好地實現(xiàn)與重力平衡系統(tǒng)相鄰的 部件，特別例如是轉(zhuǎn)盤和搖臂。
正如以上所述的那樣，基于根據(jù)本發(fā)明的重力平衡系統(tǒng)的受壓部件的尺寸，可以 較緊湊地實現(xiàn)重力平衡系統(tǒng)。由此使得重力平衡系統(tǒng)的軸承支承架可以明顯更加接近地設 置在要實現(xiàn)的平衡力的有效線(Wirklinie)上。由此，根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的一種變 形，使得可以僅利用一個特別是較緊湊的軸承支承架就足夠了。特別是重力平衡系統(tǒng)可以 僅通過一個軸承支承在轉(zhuǎn)盤上。第二個軸承支承架的去除不僅節(jié)省了軸承本身，而且還節(jié) 省了重組的結(jié)構(gòu)。除了節(jié)省材料之外，還能夠簡化轉(zhuǎn)盤的制造，有必要時還可以使用更小并 因而更具有成本效益的生產(chǎn)設備。
此外，必要時還允許自由地設計搖臂的形狀，并因此使其更具成本效應，例如由此 可以節(jié)省材料。
因此，可以將根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的重力平衡系統(tǒng)設計為，工作壓力在極限 位置上和提高的環(huán)境溫度下總是低于允許的工作壓力，并且相對于制動壓力具有足夠大的 安全性。當添加相關(guān)的部件時，必要時對添加壓力進行控制并記錄，從而能夠排除重力平衡 系統(tǒng)以錯誤的參數(shù)運行并不再有足夠的安全性。特別是在添加過程中，通過例如受壓的安 全膜板(Bertscheibe)這樣的限制裝置來限制添加壓力，從而確保遵守給定的添加壓力的 邊界值。對于根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的用戶或操作人員而言，還可以例如通過并非必須的縮減(試運行，定期檢查)來節(jié)省成本。
特別是在將液壓氣動系統(tǒng)用作重力平衡系統(tǒng)時，對于根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人也 可以減低成本，因為其在必要時可以在圍繞相關(guān)的軸(也許圍繞軸2)的整個區(qū)域獲得成本 合算的設計方案。


在示意性的附圖中舉例示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例。其中
圖1示出了具有重力平衡系統(tǒng)的工業(yè)機器人，
圖2示出了重力平衡系統(tǒng)。
具體實施方式
圖1以側(cè)視圖示出了具有機器人臂2的工業(yè)機器人1，機器人臂2設計用于較大的 承載負荷，特別是大于90kg的承載負荷。
在當前的實施例中，機器人臂2包括位置固定的或可移動的支架3以及相對于支 架3圍繞垂直延伸的軸4(也稱為軸1)可旋轉(zhuǎn)地支承的轉(zhuǎn)盤5。此外，在當前的實施例中， 工業(yè)機器人1的機器人臂2還具有搖臂6、懸臂7和優(yōu)選為多軸的機器人手8。搖臂6在其 下端部(例如在未詳細示出的搖臂軸承頭部(khwingenlagerkopf))圍繞亦被稱為軸2的 水平軸9可擺動地支承在轉(zhuǎn)盤5上。同樣，懸臂7也優(yōu)選圍繞水平軸10可擺動地支承在搖 臂6的上端部。懸臂7優(yōu)選以其三個軸(在圖1中未詳細示出)在端面上承載機器人手8。
為了能夠使工業(yè)機器人1或它的機器人臂2移動，工業(yè)機器人1包括以普遍公知 的方式與未詳細示出的控制裝置相連接的驅(qū)動裝置，特別是電驅(qū)動裝置。在圖1中僅示出 了若干這些驅(qū)動裝置的電動機11。
在當前的實施例中，通過在圖2中所示出的基于氣體的重力平衡系統(tǒng)12，至少能 夠最大程度地補償在工業(yè)機器人1運行時通過承載負荷、懸臂7等在搖臂6上作用的靜態(tài) 和/或動態(tài)負重。重力平衡系統(tǒng)12特別是一種氣體重力平衡系統(tǒng)，或者如當前實施例中所 示，是一種液壓氣動重力平衡系統(tǒng)。
在當前的實施例中，重力平衡系統(tǒng)12具有液壓缸13以及兩個與該液壓缸13連接 的蓄壓器14、15。蓄壓器14、15例如固定在液壓缸13上并與液壓缸13管道連接。
在每個蓄壓器14、15中都存在未詳細示出的、在壓力下預加應力的氣泡，這些氣 泡例如壓迫液壓緩沖器并產(chǎn)生用于平衡振動負荷的反作用力。兩個蓄壓器14、15中每一個 的壓力都可以選擇為，在機器人臂2的極限位置上和提高的環(huán)境溫度下始終低于400bar， 特別是低于350bar，優(yōu)選低于300bar。進一步將兩個蓄壓器14、15設計為，使其設置用于 相應氣泡的容積小于1升。
在當前的實施例中，液壓缸13具有活塞16，活塞16例如通過軸承孔17可旋轉(zhuǎn)地 鉸接在搖臂6上。液壓缸13在其尾部借助于唯一的擺動軸承18支承在轉(zhuǎn)盤5的后部邊緣 上。
因此，將液壓缸13固定在轉(zhuǎn)盤5上，并通過其活塞16固定在搖臂6上，從而使活 塞16能夠使搖臂6圍繞軸9做搖擺運動。例如，當搖臂6回轉(zhuǎn)時，活塞16沖出，并將用于 補償相關(guān)氣泡的液壓油泵入蓄壓器14、15中。氣泡的彈性反應力反作用于活塞16上，并根據(jù)相應調(diào)整的氣泡預應力來補償作用于搖臂6上的外力和力矩。
在當前的實施例中，將液壓缸13設計為具有小于1升的容積。液壓缸13還設計 成，在機器人臂2的極限位置上和提高的環(huán)境溫度下，液壓缸13的壓力始終低于400bar，特 別是低于350bar，優(yōu)選低于300bar。
由此可以確保，重力平衡系統(tǒng)12的所有受壓部件，特別是兩個蓄壓器14、15和液 壓缸13，始終都具有小于1升的容積和明顯低于IOOObar的最大壓力。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)機器人，具有用于平衡較大負荷的機器人臂O)，該機器人臂(2)具有多個 軸0，9，10)以及用于至少一個軸(9)的、基于氣體的重力平衡系統(tǒng)(12)，所述重力平衡系 統(tǒng)(12)的每個受壓部件(13-15)都具有小于1升的容積和低于IOOObar的最大壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其負荷大于80kg，特別是大于90kg。
3.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其重力平衡系統(tǒng)(12)作為部件具有至少一個蓄壓 器(14，15)和至少一個與所該蓄壓器(14，15)有效連接的壓力缸(13)。
4.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其重力平衡系統(tǒng)(12)作為部件具有至少兩個與一 個單獨的壓力缸(1 有效連接的蓄壓器(14，15)。
5.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其中，所述每個受壓部件(13-15)具有明顯低于 IOOObar的最大壓力，所述最大壓力尤其為最大400bar，特別是最大為350bar，優(yōu)選最大為 300baro
6.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人，其機器人臂(2)具有轉(zhuǎn)盤(5)和搖臂(6)，并且對 應于所述重力平衡系統(tǒng)(12)的軸(9)配屬于所述搖臂(6)。
7.如權(quán)利要求6所述的工業(yè)機器人，其中，所述重力平衡系統(tǒng)(12)借助于單軸承(18) 支承在所述轉(zhuǎn)盤( 上。
8.如權(quán)利要求1或7所述的工業(yè)機器人，其中，所述基于氣體的重力平衡系統(tǒng)(12)是 氣體重力平衡系統(tǒng)，或者是液壓氣動重力平衡系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人(1)，其具有用于平衡較大負荷的機器人臂(2)，所述機器人臂(2)具有多個軸(9，10)以及用于至少一個軸(9)的、基于氣體的重力平衡系統(tǒng)(12)，所述重力平衡系統(tǒng)(12)的每個受壓部件(13-15)都具有小于1升的容積和低于1000bar的最大壓力。
文檔編號B25J9/02GK102029607SQ201010509420
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者京特·梅爾克, 阿爾伯特·拜耳 申請人:庫卡羅伯特有限公司