用于工业机器人的独立致动器制造技术

一种用于在机器人操纵器中使用的独立致动器(120)，包括：壳体(121)，齿轮(126)、马达(123)、制动器(125)、传感器(127)和马达驱动器(124)以轴向顺序被布置在壳体(121)中。该马达驱动器包括宽带隙WBG电子器件并且被布置为与该壳体的自由端(122)成散热关系。通过该马达和一些另外的部件，提供了中央通道(128)，用于接纳连接到该机器人操纵器的至少一个另外的致动器的缆线(130)。通道(128)可以是成角度的或直的。在马达驱动器是中空的实施例中，中央通道128在致动器120的轴向端之间延伸。还提供了一种包括机器人操纵器的一体式工业机器人，其中安装有具有上述特征的一个或多个独立致动器(120)，并且机器人控制器被物理地集成。并且机器人控制器被物理地集成。并且机器人控制器被物理地集成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工业机器人的独立致动器


[0001]本公开涉及工业机器人领域，并且具体涉及用于机器人操纵器的致动器。

技术介绍

[0002]机器人臂段和机器人操纵器的其它机械部件通过接头连接，所述接头允许沿相应轴线的线性或旋转运动。在这种接头处，安装包括电动马达的致动器以在机器人部件对之间施加加速、制动和/或旋转力。致动器还可适于向由机器人操纵器承载的末端执行器提供动力。事实上，标准设置是为每个机器人操纵器提供独立的机器人控制器，该机器人控制器不仅负责严格意义上的控制和监控，而且还操作功率转换电路装置，该功率转换电路装置将电网功率转换成适合每个安装的马达的AC或DC信号。
[0003]图1是该现有技术拓扑的简化图示，其中工业机器人100通常包括连接到电网150的机器人控制器140和被配置为处理或加工有效载荷(工件)190的机器人操纵器110。机器人操纵器110具有多个致动器120
’
，每个致动器包括马达M(例如，伺服马达)和用于将马达扭矩传递到轴或其他输出元件的齿轮G。机器人控制器140包括主计算机C、马达驱动电路装置D和中央功率模块P。主计算机C根据系统配置控制机器人操纵器110的运动和其他行为，该系统配置可以包括用户定义的项目数据和项目无关软件。功率模块P执行整流、功率因数校正以及对来自电网150的输入电压进行预调节以馈送给马达驱动电路D的各种其它方面。功率模块P还可以被配置为将再生的制动能量馈送回电网150。由马达驱动电路装置D产生的驱动信号通过相应的线缆束(或线束)130
’
提供给对应的致动器120
’
。线缆束130
’
还可以包括到主计算机C的双向模拟或数字连接，用于控制和监控目的。
[0004]如图1所示，现有技术的拓扑结构在布线的层面上涉及大量的重复，具有几个平行的段，这增加了体积并暴露以磨损。如果线缆在机器人操纵器110的外部布线，它们也可能造成卫生风险。最近，几个较轻的工业分支(食品和饮料；计算机、通信和消费电子产品(3C))正朝着简化、降低成本和占地面积的方向发展。这种演变有利于集成机器人控制器，在该集成机器人控制器中，在概念上，机器人控制器140的一些部件已经被分散并移动到机器人操纵器110。
[0005]在图2中示出了这类机器人中的一种目标设计，其中机器人操纵器110由独立致动器120提供动力，并且马达驱动电路装置D与马达M位于同一位置。如果致动器120的部件的集成实际上是可行的，就线缆的数量和它们的总长度而言，线缆可以非常显著地减少，可能减少到提供电功率和数据连接的公共总线130，例如EtherCAT
TM
或Ethernet
TM
。中央机器人控制器140的功能部件可以简化为功率模块P和主计算机C。
[0006]图2中所示的期望类型的独立致动器120还没有被简化为在商业上有竞争力的术语上实践。这个问题刺激了本公开。

技术实现思路

[0007]一个目的是提供一种适合于机器人操纵器的独立致动器。特别的目的是在这种致
动器中提供必要的冷却。特别的目的是确保在包括多个致动器的机器人中线缆布线的合理简易性。另一特定目的是确保致动器的空间效率，并且还限制其重量和体积。
[0008]这些和其他目的通过具有根据权利要求1的技术特征的独立致动器来实现。从属权利要求限定致动器的有利实施例。
[0009]在一个方面，用于机器人操纵器的独立致动器包括具有自由端的壳体，该自由端通常背离机器人操纵器的安装有该自由端的最近部分。致动器还包括马达和马达驱动器以及可选的另外的部件。马达驱动器和马达以轴向顺序布置，并且马达驱动器可以与自由端成散热关系。该马达驱动器可以具体地被布置为比该马达在轴向上更靠近该自由端。另外的部件(如果有的话)可以是制动器、齿轮和传感器中的一个或多个。根据一个实施例，马达驱动器包括宽带隙(WBG)电子器件。另外，具有穿过马达和可选的另外的部件的中央通道，其适于接纳线缆。
[0010]通过该实施例充分解决了上述目的，并且使致动器真正独立。换句话说，致动器代表能够连接到通用电源和适当的控制信号的一体化解决方案。一方面，部件的成功集成归因于WBG电子器件承受比常规的基于Si的电路装置更高的工作温度的能力，使得被动热传导或对流提供足够的冷却。WBG电子器件还具有较高的功率
‑
体积比，并且在操作期间遭受较少的热应力。另一方面，当致动器内的一些体积专用于中央通道时，所得到的通道促进坚固的内部线缆布线，并且使致动器适合于安装在机器人操纵器中，其中公共线缆或公共总线服务于多个致动器。
[0011]本专利技术的另一方面涉及一种机器人操纵器，其包括具有上述特征的多个独立致动器和服务所述致动器并穿过至少致动器的内部(近端)致动器的中央通道的线缆。机器人操纵器可以具有蛇形设计。机器人操纵器优选地在相对较小的尺寸范围内，具有至多10m/s(例如至多7m/s)的末端执行器速度和至多100kg(例如至多10kg)的有效负载。机器人操纵器可以适用于轻工业中的普通任务，例如3C或食品和饮料。此外，该机器人操纵器可以是协作机器人的一部分，该协作机器人被设计用于在几乎没有或没有物理伤害风险的情况下接近人类操作员的训练和/或生产性协作。机器人操纵器可以与机器人控制器组合以形成完整的工业机器人。
[0012]如本文所用，“齿轮”是指用于将马达扭矩传递到致动器的旋转或线性可移动输出元件的机械部件或系统。在此意义上的齿轮可以包括具有一个或多个直接或经由链条或皮带接合的轮的齿轮系。
[0013]“自由端”可指由环境介质以允许冷却的方式包围的部分。备选地或附加地，它可以指不旨在安装在另一个元件内部的部分。
[0014]如在此所使用的，致动器的“轴向”方向可以对应于部件的对称轴线、中央通道的取向、由电动马达产生的扭矩矢量、和/或限定该致动器的总体形状的筒体的纵向轴线。
[0015]通常，权利要求中使用的所有术语将根据其在
中的普通含义来解释，除非在此另外明确定义。所有对“一/一个/该元件、装置、部件、组件、步骤等”的引用，除非另外明确说明，否则将被开放地解释为涉及元件、装置、部件、组件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。
附图说明
[0016]现在参照附图通过示例的方式描述各方面和实施例，在附图中：
[0017]图1示出了根据集中式拓扑的工业机器人，其中功率模块和马达驱动电路装置被定位在机器人控制器中；
[0018]图2示出了根据分布式拓扑的工业机器人(部分集成的机器人控制器)，其中马达驱动电路装置与机器人操纵器中的相应马达同位协作，并且功率模块被包含在机器人控制器中；
[0019]图3是根据一个实施例的独立致动器的透视图；
[0020]图4是穿过根据一个实施例的具有成角度的线缆通道的独立致动器的轴向截面；
[0021]图5是穿过根据一个实施例的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于机器人操纵器(110)的独立致动器(120)，所述致动器包括：具有自由端(122)的壳体(121)；马达(123；M)；以及马达驱动器(124；D)，所述马达驱动器包括宽带隙电子器件，所述马达驱动器被布置为与所述壳体的所述自由端成散热关系，并且比所述马达在轴向上更靠近所述壳体的所述自由端，其中所述马达驱动器和所述马达是以轴向顺序布置的，并且至少所述马达限定用于接纳线缆(130)的中央通道(128)。2.根据权利要求1所述的致动器(120)，还包括齿轮(126；G)，其中：所述马达(123；M)被轴向地布置在所述马达驱动器(124；D)和所述齿轮(126；G)之间；以及至少所述齿轮(126；G)和所述马达(123；M)限定所述中央通道(128)。3.根据权利要求2所述的致动器(120)，还包括另外的部件，所述另外的部件诸如为制动器(125)和传感器(127)，所述另外的部件被轴向地布置在所述马达驱动器(124；D)和所述齿轮(126；G)之间，其中至少所述马达(123；M)和所述另外的部件限定所述中央通道(128)。4.根据权利要求1或2所述的致动器(120)，其中所述马达驱动器(124；D)、马达(123；M)、以及另外的部件限定所述中央通道(128)，所述中央通道轴向延伸穿过所述致动器。5.根据权利要求3所述的致动器(120)，其中所述马达驱动器(124；D)被布置成比所述另外的部件中的任一个在轴向上更靠近所述壳体的所述自...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尚华，刘黎明，达米安，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：