ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2012 года по МПК B25J17/00 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к шарнирному соединению, которое размещается между рабочим устройством и запястьем, в состав которого входит вал корпуса промышленного робота. В качестве рабочего устройства применяется, например, сварочный пистолет или рука робота, монтируемая на верхней части запястья, при этом обеспечивается подача жидкости, например, хладагента (например, воды) или рабочей жидкости на масляной основе с выхода запястья на вход рабочего устройства.

Предпосылки создания изобретения

На фигурах 1 и 2 показано шарнирное соединение 30 по выложенному патенту Японии №10-332065. В состав шарнирного соединения 30 входят три элемента: внутренний цилиндр 31, средний цилиндр 32 и внешний цилиндр 33, при этом гидравлическая жидкая среда на масляной основе из гидравлического насоса подается через канал подвода масляной жидкости внутреннего цилиндра 311, канал подвода масляной жидкости среднего цилиндра 321 и канал подвода масляной жидкости внешнего цилиндра 331, выполненные в цилиндрах 31, 32 и 33, соответственно, на каждый гидравлический привод или отводится из каждого привода в емкость.

В частности, масляная жидкость из привода отводится через корпус 331а канала подвода масляной жидкости внешнего цилиндра 331 во внешнюю кольцевую канавку 331с, затем через соединительное отверстие 321с в канале подвода масляной жидкости среднего цилиндра 321 во внутреннюю кольцевую канавку 321d, кроме того, через соединительное отверстие 311с в корпус 311а канала подвода масляной жидкости внутреннего цилиндpa 311 и, наконец, подается в емкость через отводной канал масляной жидкости, связанный с соединительным участком 311b.

Во внутренней кольцевой канавке 321d и внешней кольцевой канавке 331с предусмотрены кольцевые уплотнения 34 и 35, поверхность которых скользит по внешней периферийной поверхности внутреннего цилиндра или внешней периферийной поверхности среднего цилиндра, чтобы предотвратить сообщение между кольцевыми выемками и утечку отводимой масляной жидкости.

Однако отводимая масляная жидкость, проходящая через кольцевые канавки, входит непосредственно в контакт со скользящими поверхностями и кольцевыми уплотнениями, и пыль, грязь или абразивный порошок, находящиеся в масляной жидкости, царапают поверхности скольжения или приводят к ускоренному износу уплотнения, сокращая, таким образом, ресурс шарнирного соединения.

Кроме того, обычно шарнирное соединение и рабочее устройство соединяются с помощью фланцев и болтов, и при замене уплотнений в результате повреждений болты отвинчиваются и удаляется рабочее устройство, а затем удаляется само шарнирное соединение, после чего шарнирное соединение разбирается на части для замены какого-либо элемента, например уплотнения, что требует больших трудозатрат.

Раскрытие сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается шарнирное соединение, в котором на гидравлическую систему циркуляции хладагента, рабочей жидкости на масляной основе или отводимой масляной жидкости не влияет пыль или грязь, находящаяся в жидкости, обеспечивается герметичность, и замена элементов может при необходимости свободно выполняться снаружи.

Для достижения вышеупомянутой цели в настоящем изобретении предлагается шарнирное соединение, которое размещается между рабочим устройством и запястьем, в состав которого входит вал корпуса промышленного робота и рабочее устройство типа сварочного пистолета или руки робота на верхней части запястья, при этом в качестве контура циркуляции жидкой среды используется шланг, и между участком запястья и рабочим устройством шланг образует спираль с неплотной навивкой, при этом шланг наматывается вокруг вала, который поворачивается вместе с запястьем, и один конец шланга жестко закреплен на участке вала без возможности поворота, а другой конец шланга закреплен таким образом, что может перемещаться вместе с валом.

В состав шланга шарнирного соединения может входить шланг подвода жидкой среды, который подает жидкую среду с выхода запястья на вход рабочего устройства, и шланг отвода жидкой среды, который возвращает жидкую среду с выхода рабочего устройствам на вход запястья.

В любом из шарнирных соединений шланг может опираться на перегородку, которая установлена с возможностью вращения вместе с валом.

Как описано выше, шарнирное соединение по настоящему изобретению включает контур циркуляции хладагента, рабочей жидкости на масляной основе или отводимой масляной жидкости, в состав которого входит шланг высокой степени герметичности. Кроме того, жидкая среда, проходящая через шланг, непосредственно не входит в контакт с поворотным валом или чем-то подобным, и в нее не попадает ни пыль, ни грязь, при этом замена шланга может при необходимости свободно выполняться снаружи.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлен частичный разрез шарнирного соединения по настоящему изобретению.

На фигуре 2 представлен перспективный вид на шарнирное соединение по настоящему изобретению с частичным разрезом.

На фигуре 3 представлен разрез по линии А-А (см. фиг.1).

На фигуре 4 представлен разрез по линии В-В (см. фиг.1).

На фигуре 5 представлен перспективный вид, на котором показано крепление шланга к рабочему устройству.

На фигуре 6 показано изменение диаметра шланга.

Описание позиций

1 поворотный участок 2 шланг подвода жидкой среды 3 шланг отвода жидкой среды 4 перегородка 5 неподвижная стенка 6 выемка 7 Г-образный патрубок

Наилучший способ осуществления настоящего изобретения

Ниже рассмотрены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи.

На фигуре 1 представлен частичный разрез шарнирного соединения, на фигуре 2 представлен перспективный вид на шарнирное соединение с частичным разрезом, на фигуре 3 представлен разрез по линии А-А (см. фиг.1), на фигуре 4 представлен разрез по линии В-В (см. фиг.1), на фигуре 5 представлен перспективный вид, на котором показано крепление шлангов 2 и 3 к рабочему устройству, и на фигуре 6 показано изменение диаметра шланга.

[Общая конфигурация шарнирного соединения]

Как показано на фигурах 1 и 2, в состав шарнирного соединения входит поворотный участок 1, соединенный с возможностью поворота с поворотным валом W1, который является составной частью запястья W промышленного робота, шланги 2 и 3, которые образуют спираль с неплотной навивкой, при этом шланг намотан вокруг внешней границы поворотного участка 1, перегородки 4, между которыми размещаются шланги 2 и 3, и неподвижная стенка 5, которая крепится без возможности поворота с одного конца каждого из шлангов 2 и 3 во внешних периферийных частях перегородок 4.

Хотя и не показано, шарнирное соединение может включать средство подвода электроэнергии, включая дисковое контактное кольцо и щетку для подвода электроэнергии со стороны корпуса робота на рабочее устройство, установленное между неподвижным неповоротным внешним участком W2, который является составной частью запястья W, и поворотным участком 1.

Как показано на фиг.5, рабочее устройство типа руки робота или сварочного пистолета монтируется на верхней части поворотного участка 1.

В соответствии с примером осуществления 1 настоящего изобретения обеспечивается реверс поворотного участка 1 (поворот поворотного вала W1 запястья W).

[Шланги 2 и 3, перегородки 4 и неподвижная стенка 5]

Как показано на фигурах 1 и 2, шланги 2 и 3 могут быть двух типов: три шланга подвода жидкой среды 2 для подвода хладагента (например, воды) или рабочей жидкости на масляной основе со стороны корпуса робота на вход рабочего устройства и три шланга отвода жидкой среды 3 для отвода хладагента или отводимой жидкости на основе масла, нагреваемой в рабочем устройстве, с выхода рабочего устройства на вход корпуса робота. В качестве шлангов 2 и 3 могут использоваться трубки, изготовленные из эластичных материалов типа полимера, резины или металлические трубки, через которые проходит жидкая среда.

Перегородки 4 выполнены в виде семи кольцевых металлических пластин и установлены с интервалами вокруг поворотного участка 1 с образованием шести кольцевых зазоров, в которых располагаются шланги 2 и 3. При повороте поворотного участка 1 каждый кольцевой зазор обеспечивает изменение диаметра или перемещение шлангов 2 и 3, образующих спираль с неплотной навивкой. Как показано на фиг.1, перегородки 4 крепятся к поворотному участку 1 болтами, и поэтому они поворачиваются вместе с поворотным участком 1. Кроме того, на внутренней периферийной части каждой перегородки 4 предусмотрены две выемки 6, расположенные под углом 180° относительно друг друга, при этом другой конец каждого из шлангов 2 и 3, намотанных вокруг поворотного участка 1, проходит через выемки 6 на вход рабочего устройства, подключенного к отводящему трубопроводу поворотного участка 1.

Неподвижная стенка 5 выполнена в виде металлического элемента, закрывающего половину наружной периферии перегородок 4, и крепится без возможности поворота относительно поворотного участка 1 на неподвижной внешней стороне неповоротного участка W2, который является составной частью запястья W. Шесть Г-образных патрубков 7, по три в комплекте, крепятся к неподвижной стенке 5 под углом 180° относительно друг друга, при этом один конец каждого шланга 2 и 3, идущий со стороны корпуса робота, намотан вокруг поворотного участка 1 и проходит через Г-образные патрубки 7. В то же время, так как неподвижная стенка 5 закрывает только половину внешней периферии перегородок 4 (вторая половина неподвижной стенки 5 образует открытый участок) шланги 2 и 3 могут свободно проникать со стороны открытого участка в кольцевые зазоры, образованные перегородками 4, и свободно наматываться по спирали вокруг поворотного участка 1 через этот открытый участок. В частности, легко выполняется установка и замена шлангов 2 и 3.

[Прокладка шлангов 2 и 3]

Как показано на фиг.1, три шланга подвода жидкой среды 2 и три шланга отвода жидкой среды 3, по три в связке, идут от корпуса робота через руку робота к участку запястья W, где они фиксируются и затем разделяются на шланги подвода жидкой среды 2, идущие к Г-образным патрубкам 7, установленным с одной стороны неподвижной стенки 5 (левая сторона фиг.1), и шланги отвода жидкой среды 3, идущие к Г-образным патрубкам 7 на другой стороне неподвижной стенки 5 (правая сторона фиг.1). Затем шланги 2 и 3 изгибаются для подхода к Г-образным патрубкам 7, проходят параллельно перегородкам 4 и входят в кольцевые зазоры, образованные перегородками 4. Шланги подвода жидкой среды 2 и шланги отвода жидкой среды 3 чередуются в кольцевых зазорах.

Как показано на фиг.3, каждый из шлангов подвода жидкой среды 2, установленных со стороны входа в кольцевой зазор, образует спираль с неплотной навивкой по часовой стрелке вокруг поворотного участка 1 и затем проходит через одну выемку 6 (на фиг.3 выемка расположена справа), выполненную на внутренней периферийной части перегородки 4, на вход рабочего устройства, соединенного с нисходящим трубопроводом поворотного участка 1.

С другой стороны, как показано на фиг.4, каждый из шлангов отвода жидкой среды 3, установленных со стороны входа в кольцевой зазор, образует спираль с неплотной навивкой против часовой стрелки вокруг поворотного участка 1 и затем проходит через другую выемку 6 (на фиг.4 расположена слева), выполненную на внутренней периферийной части перегородки 4, на вход рабочего устройства, соединенного с нисходящим трубопроводом поворотного участка 1.

Наконец, как показано на фиг.5, в данном примере осуществления настоящего изобретения три шланга подвода жидкой среды 2 и три шланга отвода жидкой среды 3 подключены к трансформатору Т, верхнему чипу С1 и нижнему чипу С2, входящим в состав рабочего устройства, и образуют циркуляционный контур, который подводит хладагент от корпуса робота к этим элементам, входящим в состав рабочего устройства, а затем отводит жидкую среду с выхода рабочего устройства на вход корпуса робота.

Шланги 2 и 3 могут поворачиваться на ±360° или больше в зависимости от длины навивки или способа навивки (свободной или плотной навивки) вокруг поворотного участка 1.

[Использование шарнирного соединения]

Как показано на фиг.6(а), при повороте поворотного участка 1 шарнирного соединения по часовой стрелке одновременно с ним начинают поворачиваться перегородки 4, установленные с возможностью поворота, и таким образом шланг подвода жидкой среды 2, зафиксированный с одной стороны Г-образных патрубков 7 на неподвижной стенке 5 и проходящий с другой стороны через выемки 6 в перегородке 4, перемещается при повороте поворотного участка 1, и навивка шланга подвода жидкой среды 2 уплотняется так, что диаметр свободной спирали вокруг поворотного участка 1 уменьшается.

С другой стороны, как показано на фиг.6(b), когда поворотный участок 1 шарнирного соединения начинает поворачиваться против часовой стрелки, шланг 2, плотно намотанный вокруг поворотного участка 1, перемещается при повороте поворотного участка 1, и навивка шланга подвода жидкой среды 2 ослабевает так, что диаметр спирали увеличивается.

Шланг отвода жидкой среды 3 намотан вокруг поворотного участка 1 в направлении, обратном направлению навивки шланга подвода жидкой среды 2 (против часовой стрелки), таким образом, когда шланг подвода жидкой среды 2 поворачивается в направлении сжатия навивки, навивка шланга отвода жидкой среды 3 ослабевает и расширяется от центра при повороте вала, а когда шланг подвода жидкой среды 2 поворачивается в направлении ослабления навивки, навивка шланга отвода жидкой среды 3 уплотняется и навивается при повороте вала на центральную часть.

[Выступающие точки шарнирного соединения]

В этом шарнирном соединении диаметр спирали каждого шланга 2 и 3 меняется при повороте поворотного участка 1, и таким образом шланги не закручиваются или не запутываются, обеспечивая, таким образом, плавную прокладку шлангов 2 и 3 со стороны запястья на вход рабочего устройства или с выхода рабочего устройства в сторону запястья.

В состав шарнирного соединения входят шланги 2 и 3, перегородки 4, неподвижная стенка 5 и Г-образные патрубки 7, и каждый из компонентов может быть относительно недорого и просто обработан и изготовлен.

Кроме того, потоки жидкой среды, проходящие через шланг, и поверхность скольжения шланга (внешняя периферийная поверхность шланга) непосредственно не соприкасаются при повороте поворотного участка 1, и таким образом примеси из жидкости не попадают в шланг, если таковые вообще имеются, что повышает ресурс устройства.

Кроме того, так как шланг просто наматывается по спирали вокруг поворотного участка 1, то конструкция проста, и замена шланга может легко выполняться без удаления рабочего устройства с шарнирного соединения и без отсоединения самого шарнирного соединения.

[Другие примеры осуществления настоящего изобретения]

Может быть предусмотрена сменная защитная крышка, которая закрывает отверстие в неподвижной стенке 5. Такая крышка может предотвращать повреждение шлангов 2 и 3 брызгами расплавленного металла, образующимися в результате сварки во время работы рабочего устройства типа сварочного пистолета.

Кроме того, для обеспечения изменения диаметра и скольжения шлангов 2 и 3 в кольцевых зазорах во время поворота на каждую из перегородок 4 и на каждый из шлангов 2 и 3 может наноситься смазка или парафин. Это предотвращает повреждение или разрушение шлангов в результате трения и увеличивает ресурс устройства.

Изобретение относится к шарнирному соединению промышленного робота для соединения рабочего устройства и запястья, в состав которого входит реверсивный поворотный вал корпуса промышленного робота с соединенным с ним поворотным участком. Шарнирное соединение включает неподвижную стенку, установленную на запястье так, что на нее не передается крутящий момент вала, и перегородку, на которую передается крутящий момент реверсивного поворотного вала и выполненную с возможностью поворота вместе с упомянутым валом, контур циркуляции жидкой среды, соединяющий запястье с рабочим устройством. В состав контура циркуляции жидкой среды входит шланг подвода жидкой среды и шланг отвода жидкой среды. Шланги намотаны вокруг поворотного участка, соединенного с возможностью поворота с упомянутым валом с образованием между запястьем и рабочим устройством спирали с неплотной навивкой. При этом один конец каждого из шлангов закреплен к упомянутой неподвижной стенке, а другой конец каждого из шлангов выполнен с возможностью перемещения при перемещении упомянутого вала. Изобретение обеспечивает герметичность контура циркуляции жидкой среды, которая непосредственно не входит в контакт с поворотным валом, и возможность свободного выполнения замены шланга снаружи. 4 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Шарнирное соединение промышленного робота для соединения рабочего устройства и запястья, в состав которого входит реверсивный поворотный вал корпуса промышленного робота с соединенным с ним поворотным участком, включающее контур циркуляции жидкой среды, соединяющий запястье с рабочим устройством, отличающееся тем, что оно содержит неподвижную стенку, установленную на запястье так, что на нее не передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и перегородку, установленную так, что на нее передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и она выполнена с возможностью поворота вместе с упомянутым валом, при этом в состав упомянутого контура циркуляции жидкой среды входит шланг подвода жидкой среды и шланг отвода жидкой среды, и между упомянутым запястьем и упомянутым рабочим устройством шланги образуют спираль с неплотной навивкой, при этом шланги подвода и отвода жидкой среды намотаны вокруг поворотного участка, соединенного с возможностью поворота с упомянутым валом, при этом один конец каждого из шлангов закреплен к упомянутой неподвижной стенке, а другой конец каждого из шлангов выполнен с возможностью перемещения при перемещении упомянутого вала, при этом во внутренней периферийной части упомянутой перегородки выполнены две выемки, одна из упомянутых выемок служит для шланга подвода жидкой среды, а другая выемка служит для шланга отвода жидкой среды, при этом упомянутый шланг подвода жидкой среды проходит через выемку для упомянутого шланга подвода жидкой среды, а упомянутый шланг отвода жидкой среды проходит через выемку для упомянутого шланга отвода жидкой среды.

2. Шарнирное соединение промышленного робота для соединения рабочего устройства и запястья, в состав которого входит реверсивный поворотный вал корпуса промышленного робота с соединенным с ним поворотным участком, включающее контур циркуляции жидкой среды, соединяющий запястье с рабочим устройством, отличающееся тем, что оно содержит неподвижную стенку, установленную на запястье так, что на нее не передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и перегородки, установленные так, что на них передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и они выполнены с возможностью поворота вместе с упомянутым валом, при этом в состав упомянутого контура циркуляции жидкой среды входит шланг подвода жидкой среды и шланг отвода жидкой среды, и между упомянутым запястьем и упомянутым рабочим устройством шланги образуют спираль с неплотной навивкой, при этом шланги подвода и отвода жидкой среды намотаны вокруг поворотного участка, соединенного с возможностью поворота с упомянутым валом, при этом один конец каждого из шлангов закреплен к упомянутой неподвижной стенке, а другой конец каждого из шлангов выполнен с возможностью перемещения при перемещении упомянутого вала, при этом перегородки установлены с образованием между ними равных кольцевых зазоров, в которых размещены неплотно намотанные шланги.

3. Шарнирное соединение промышленного робота для соединения рабочего устройства и запястья, в состав которого входит реверсивный поворотный вал корпуса промышленного робота с соединенным с ним поворотным участком, включающее контур циркуляции жидкой среды, соединяющий запястье с рабочим устройством, отличающееся тем, что оно содержит неподвижную стенку, установленную на запястье так, что на нее не передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и перегородки, установленные так, что на них передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и они выполнены с возможностью поворота вместе с упомянутым валом, при этом в состав упомянутого контура циркуляции жидкой среды входит шланг подвода жидкой среды и шланг отвода жидкой среды, и между упомянутым запястьем и упомянутым рабочим устройством шланги образуют спираль с неплотной навивкой, при этом шланги подвода и отвода жидкой среды намотаны вокруг поворотного участка, соединенного с возможностью поворота с упомянутым валом, при этом один конец каждого из шлангов закреплен к упомянутой неподвижной стенке, а другой конец каждого из шлангов выполнен с возможностью перемещения при перемещении упомянутого вала, при этом перегородки установлены с образованием между ними равных кольцевых зазоров, на внутренней периферийной части каждой из упомянутых перегородок выполнено по две выемки, одна из упомянутых выемок служит для шланга подвода жидкой среды, а другая выемка служит для шланга отвода жидкой среды, в кольцевых зазорах размещены неплотно намотанные шланги, упомянутый шланг подвода жидкой среды проходит через выемку для упомянутого шланга подвода жидкой среды, а упомянутый шланг отвода жидкой среды проходит через выемку для упомянутого шланга отвода жидкой среды.

4. Шарнирное соединение промышленного робота для соединения рабочего устройства и запястья, в состав которого входит реверсивный поворотный вал корпуса промышленного робота с соединенным с ним поворотным участком, включающее контур циркуляции жидкой среды, соединяющий запястье с рабочим устройством, и средства подвода электроэнергии, включающие дисковое контактное кольцо и щетку для подвода электроэнергии со стороны корпуса робота на рабочее устройство, отличающееся тем, что оно содержит неподвижную стенку, установленную на запястье так, что на нее не передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и перегородку, установленную так, что на нее передается крутящий момент реверсивного поворотного вала, и она выполнена с возможностью поворота вместе с упомянутым валом, при этом во внутренней периферийной части упомянутой перегородки выполнены две выемки для прохождения шлангов для подвода и отвода жидкой среды, при этом в состав контура циркуляции жидкой среды входит шланг, и между упомянутым запястьем и упомянутым рабочим устройством шланг образует спираль с неплотной навивкой, при этом шланг намотан вокруг поворотного участка, соединенного с возможностью поворота с упомянутым валом, и один конец упомянутого шланга закреплен к упомянутой неподвижной стенке, а другой конец упомянутого шланга выполнен с возможностью перемещения при перемещении упомянутого вала.