本發(fā)明涉及用于多軸有效載荷操縱器的旋轉聯(lián)接裝置，例如計算機控制的機械臂。本發(fā)明用于涉及嚴格安全性的高空裝載作業(yè)的工業(yè)部門中，攜帶乘客的醫(yī)療器具中，以及應用于露天廣場或游樂園的供人騎乘的玩具。

背景技術：

多軸操縱器在工業(yè)中是眾所周知的，并且通常包括能夠被編程以執(zhí)行重復任務的多軸操縱器或機械臂。這種臂具有許多自由度，并且可以安裝許多不同類型的工具，以執(zhí)行例如處理、焊接、噴涂等。

這種已知的操縱器通常是電動的、液壓的或氣動的，并由計算機控制。

相鄰的操縱器元件，例如在主腰軸線、肘部或腕部，可以繞旋轉軸線相對移動，并且提供合適的滾動軸承，以抵抗軸向和懸臂載荷；考慮到操縱器的可能的伸長和能夠在工具上施加的力，這種載荷可能很高。

已經(jīng)提出在嚴格安全性的器具中使用了多軸操縱器，在這種情況下例如用于露天廣場和游樂園的機械，并且在該器具中，操縱器承載有用于將一個或多個乘客置于工具中的載客模塊或座椅。與定制的露天廣場的供人騎乘的玩具的解決方案相比，這樣的機械可以提供更大的靈活性，并且由于使用標準化部件，可以提供顯著增強的自動化程度以及以更高的可靠性與其他娛樂設備集成。這種類型的多軸操縱器也可以被編程，以在限定的軌跡內提供精確控制和可變的運動動態(tài)，并且可以通過使用不同的程序根據(jù)需要改變騎乘。

可以理解的是，露天廣場和游樂園的機械的安全性要求有些復雜，并面臨最大的挑戰(zhàn)，并且絕對的先決條件是乘客始終是安全的。因此，必須詳細考慮潛在的機械故障的形式，并且在一定程度上考慮這些潛在的機械故障的形式對于利用常規(guī)動力傳動系統(tǒng)部件、軸承和結構并且在人類被排除的環(huán)境中工作的工業(yè)設備或機械臂可能是非必要的。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種旋轉裝置，包括輸入構件、輸出構件和一個或多個滾動元件支撐軸承，所述輸出構件能夠繞旋轉軸線在所述輸入構件上旋轉，所述一個或多個滾動元件支撐軸承位于所述輸入構件和輸出構件之間，所述軸承適于在使用中抵抗所述輸出構件的軸向載荷和懸臂載荷，其中，所述輸入構件和輸出構件中的一者包括具有與所述旋轉軸線同軸的圓周的邊緣，并且其中，所述輸入構件和輸出構件中的另一者包括具有運行間隙的、覆蓋所述邊緣的安全套環(huán)。

本發(fā)明提出，如果滾動元件軸承不能提供必要的定位和支撐，例如由于一個或多個滾動元件的結構完整性的損耗，邊緣將接觸安全套環(huán)，并且阻止輸出構件相對于輸入構件的實質性的移動?？梢允褂靡阎愋偷钠渌到y(tǒng)來檢測部件的相對運動，并且例如切斷操縱器的動力，以安全的方式逐漸減小動力，或將操縱器移動到預定的停機狀態(tài)。

考慮到設備的部件的操作誤差和固有的彈性，優(yōu)選地，運行間隙盡可能地小，使得轉子一直都被嚴格約束。運行間隙通常小于5mm，并且可以在0.5-2.0mm的范圍內。

在本發(fā)明的實施例中，邊緣由能夠安裝到輸入構件和輸出構件中的一者的盤限定。如果損壞，可以更換這種盤，并且在需要時也可以進行翻新。

安全套環(huán)可以覆蓋邊緣或盤的一側或兩側，并且可以是圓形連續(xù)的。在一個實施例中，提供了例如包括半圓形元件的分段的套環(huán)。另外，優(yōu)選地，這樣的套環(huán)能夠安裝到輸入構件和輸出構件中的另一者，以便能夠更換或改裝。

安全套環(huán)可以包括窗或其他孔，以允許觀察和/或測量運行間隙。

在一個實施例中，邊緣或盤和/或套環(huán)可以具有證據(jù)涂層，以在使用中直觀地指示摩擦接觸點。這樣的涂層可以包括涂料、電鍍層或粘附轉移物或貼紙，并且可以有助于給非專業(yè)機器監(jiān)護員直接指示初始故障。

在本發(fā)明的一個實施例中，輸入構件包括能夠繞所述旋轉軸線旋轉的電機以及行星齒輪箱，該行星齒輪箱具有在所述旋轉軸線上的太陽齒輪和安裝到輸入構件的齒圈或者包括輸入構件，行星齒輪架聯(lián)接到輸出構件。這種布置提供了轉矩倍增和降速，以可以允許使用低轉矩高速的電機。

邊緣或盤和/或套環(huán)可以包括具有大摩擦系數(shù)的制動表面，該制動表面可以包括常規(guī)類型的摩擦墊。

在一個實施例中，套環(huán)可以包括任何適當類型的卡鉗制動器，以根據(jù)需要夾緊邊緣或盤；這樣的制動器可以為輸出構件提供方便的動態(tài)和/或靜態(tài)制動。這可以是主機械的制動器或次冗余和安全監(jiān)控的制動器的形式。

本發(fā)明的一個實施例包括多軸操縱器，該多軸操縱器在每個可樞轉的關節(jié)處具有根據(jù)本發(fā)明的旋轉聯(lián)接器。這樣的操縱器可以包括基板、第一臂、第二臂和座椅，基板限定用于第一旋轉聯(lián)接器的垂直軸線，第一臂從第一旋轉聯(lián)接器延伸并且在自由端處限定用于第二旋轉聯(lián)接器的水平軸線，第二臂從第二旋轉聯(lián)接器延伸并且在自由端處聯(lián)接和限定用于第三旋轉聯(lián)接器的水平軸線，座椅安裝到第三旋轉聯(lián)接器。

可以設想在每個旋轉聯(lián)接器處，相應的輸入構件可以被認為是比座椅更靠近基板的定子；但是，在一個或所有位置可以是顛倒的?；蹇梢园ň哂写笾轮绷⒌男D軸線的轉盤形式的第一旋轉聯(lián)接器。

本發(fā)明的實施例包括游樂園或露天廣場的供人騎乘的玩具，其中多軸操縱器的自由端包括用于一個或多個乘客的座椅。

在本說明書所附的權利要求中公開了本發(fā)明的其它方面。

附圖說明

從以下在附圖中僅通過示例的方式示出的本發(fā)明的實施例的描述，本發(fā)明的特征將顯而易見，其中：

圖1是適用于露天廣場的供人騎乘的玩具的示例性多軸操縱器的立體圖。

圖2是圖1的操縱器的平面圖。

圖3是結合有本發(fā)明的實施例的多軸操縱器的一側的爆炸視圖。

圖4對應于圖3，并且從另一側示出的爆炸視圖。

圖5是結合有本發(fā)明的實施例的電機和轉臺組件的立體側視圖。

圖6對應于圖5，并且從一端示出的立體圖。

圖7是圖5和圖6的組件的爆炸視圖。

圖8對應于圖5，并且示出了本發(fā)明的安全套環(huán)和安全盤的局部剖視圖。

圖9是圖8的剖切部分的放大圖。

具體實施方式

圖1和圖2示出了適用于露天廣場的供人騎乘的玩具的已知類型的多軸操縱器10，并且多軸操縱器10在由計算機控制的機械臂的自由端具有雙人座椅11。

操縱器10包括固定到諸如輪式運載工具或永久基礎等的基底(未示出)的基座環(huán)12?；搀w13具有可繞垂直軸線a-a旋轉的轉盤形式的旋轉聯(lián)接器14。

轉盤14具有在自由端限定水平軸線b-b的短的向上傾斜的臂15，并且第二臂16可以通過旋轉聯(lián)接器17繞水平軸線b-b樞轉。

第二臂16在自由端限定水平軸線c-c，第三臂18可以通過旋轉聯(lián)接器19繞水平軸線c-c樞轉。

第三臂18具有旋轉聯(lián)接器21，第四臂22可以通過該旋轉聯(lián)接器21繞軸線d旋轉。第四臂22在自由端限定樞轉軸線e-e，座椅11可以通過旋轉聯(lián)接器23繞該樞轉軸線e-e樞轉。

如圖所示，座椅承載兩個人，并且具有合適的越肩約束機構24。根據(jù)操縱器的載荷能力，座椅可以適用于3個人、4個人或更多個人。

圖1和圖2的操縱器具有五個自由度，并且可以被編程為在機械臂的伸出范圍限定的軌跡內提供令人興奮的高速行駛。每個聯(lián)接器14、17、19、21、23通常包括已知類型的滾動元件軸承組件，例如在使用中可能期望的適用于支撐軸向載荷和懸臂載荷的相對的球或角接觸軸承。

圖3-圖9示出了本發(fā)明的實施例。圖3和圖4的操縱器為與圖1和圖2所示的操作器相同的通用類型，除此之外省略了聯(lián)接器21、臂22、聯(lián)接器23和座椅11；其他部件標記了相同的附圖標記以供參考。旋轉聯(lián)接器14可以通過同軸電機30旋轉，并且轉臺臂15包括平行的臂15a、15b，該平行的臂15a、15b具有在樞轉軸線“b”上的各自的孔3la、3lb。

本發(fā)明通過參照聯(lián)接器17進行說明，并且本發(fā)明包括定子32和轉子33。

定子32包括通過環(huán)形螺紋緊固件連接到轉臺臂15a上的具有殼體/環(huán)形空間35的行星齒輪箱34。可逆電機36聯(lián)接到殼體35，并且可逆電機36具有聯(lián)接到行星齒輪箱34的太陽齒輪的可旋轉電樞37。

行星齒輪箱的輸出通過行星齒輪架38，行星齒輪架38通過對應的螺紋緊固件的圓形陣列可旋轉地聯(lián)接到驅動板39和第二臂16。第二臂包括轉子，盡管根據(jù)空間和操作約束，轉子僅可以移動通過限制的弧形范圍。

在這種布置中，電樞37的來回旋轉導致臂16的相對雙向樞轉運動。

本發(fā)明包括安全盤41和安全套環(huán)42。安全盤41包括連接到轉盤臂15b并且圍繞從齒輪箱34到第二臂16的驅動連接的環(huán)形空間；如圖所示，連接是螺紋緊固件的圓形陣列。

安全盤41具有基本固定的直徑和寬度的圓周邊緣43。

安全套環(huán)42包括半圓形元件，該半圓形元件通過弧形凹槽44(圖9)基本上圍繞和包圍邊緣43，并且通過螺紋緊固件的圓形陣列連接到驅動板39，以便能夠與其一起樞轉。此外，安全套環(huán)42提供了用于平衡支柱45的方便的安裝位置，平衡支柱在使用中與作用在臂16上的重力轉矩相反地對驅動板39施加轉矩。

安全套環(huán)42包圍邊緣43并且具有小的徑向和軸向的運行間隙46、47，以便允許不接觸而相對樞轉運動。用于臂16的相對于轉臺臂15a、15b的常規(guī)的軸承布置依賴于在正常操作時維持間隙46、47。然而，如果由于日常磨損或災難性機械故障該軸承布置發(fā)生故障，臂16的相對傾倒將通過邊緣43和安全套環(huán)42之間的接觸而立即被阻止，從而防止臂16與轉臺的可能的分離。

邊緣43和套環(huán)42之間的接觸導致增加的摩擦力，摩擦力又需要來自電機的額外的驅動轉矩，以滿足控制程序的位置和速度要求。這種額外的轉矩可以通過電機的常規(guī)的過大轉矩傳感器來檢測，并被控制系統(tǒng)用來安全地使操縱器停止。還可以使用例如通過位置傳感器或聲學傳感器來檢測接觸的其它方式。

應當理解，附加的接觸摩擦也將導致相對移動的速度降低，并且這可以通過對邊緣43和凹槽44中的一者或兩者提供大摩擦表面或涂層來增強。

套環(huán)42的一個或兩個段可以設置有檢查窗48，從而可以例如通過使用常規(guī)的探測器或“通過/不通過”量規(guī)('go/nogo'gauge)來檢查間隙47；通過這種方式，可以周期性地評估軸承的逐漸劣化，從而可以實現(xiàn)編程的預定維護。

邊緣43和/或凹槽44也可以設置有諸如涂料等的涂層，由此在最輕微的接觸時產(chǎn)生證據(jù)標記。當操縱器處于靜止狀態(tài)時，可以很容易地觀察到該標記，并向不熟練的機器監(jiān)護員指示可能需要維護和/或調整。

如果需要，本發(fā)明的安全邊緣和安全套環(huán)可以被應用于每個聯(lián)接器14、17、19、21、23，以避免轉子和定子部件分離的危險。還應當理解，邊緣和套環(huán)不需要作為獨立的部件生產(chǎn)，而是在使用中可以與供它們連接的其他部件整體結合。然而，單獨的部件有助于維修、更換和改裝現(xiàn)有的操縱器。

在另一替代方案中，應當理解，套環(huán)功能上講可以是定子的一部分，并且邊緣功能上講可以是轉子的一部分。例如，在圖7的布置中，行星齒輪架38可以連接到盤41，并且從而連接到驅動板39，而安全套環(huán)42可以固定到轉盤臂15。在這種情況下，平衡支柱將直接連接到臂16。

在某些情況下，也可能期望安全套環(huán)在安全盤內放射狀地放置，在這種情況下，盤可以包括用于組裝目的的部分?；蛘?，公元件和母元件可以顛倒，使得安全套環(huán)包括突出的圓形邊緣，并且安全盤包括外周凹槽以接合在該邊緣上。

母安全元件(即包括槽44的部件)也可以包括用于夾持公元件(邊緣43)的卡鉗制動器。任何合適的卡鉗制動器都可以是適合的，并且它可以動態(tài)地使轉子元件(例如臂16)停止，或者靜止地用作駐車制動器。