[发明专利]用于机器人应用的电源在能相对旋转的第一构件和第二构件之间的传输

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人中的工艺介质的传输。

背景技术

在工业机器人中，需要将机器人内的工艺介质传输到由机器人携带 的工具。最常见的工艺介质包括压缩空气、冷却流体、电力电信号等。 已知所有这些工艺介质都能装入工艺线缆内。因此，工艺线缆包括多根 电线和软管。该电线和软管可绑定在一起并通过柔性管保护。在已知设 备中，线缆设置在铰接的机器人部件和机械臂外，用于将工艺介质提供 给工具。由于机器人能够以非常复杂的模式移动工具，所以线缆的柔性 必须非常高以能够跟随这些运动。由于线缆的复杂的扭曲和弯折，线缆 的单个线缆部件和软管经常磨损或者开始失效。所出现的接触失效或介 质泄漏难于检测并且难于修复。经常不得不更换整个工艺线缆。另外， 将线缆设置在机器人外会占用作业空间并且常常阻挡机器人的运作。

已知方案是将工艺线缆设置在机械臂内，特别是上臂内。通过将线 缆沿铰接的机器人部件的纵轴线的中心或者中心附近设置，该线缆将承 受不太复杂的弯折和扭曲。为了获得这种设置，必须专门设计在机器人 的上臂上的铰接的机器人部件。所有的轴和马达必须设置为远离该机器 人部件的中心轴线。线缆依然因扭曲和弯折运动而受到磨损，并且有时 被撕裂。工艺线缆的一部分发生接触失效即可导致整个线缆被替换。替 换特别是机械臂内的线缆可使机器人在相当长的时间内停产。这影响生 产时间。因此，还需要改善用于工业机器人的工具的工艺介质源。

US 5,488,215(Aronsson)在先公开了一种用于将机器人和该机器 人携带的工具附接在一起的回转接头。该回转件包括附接到机器人的转 盘的第一部件和环绕该第一部件的第二部件。该第一部件和该第二部件 设置为可绕共有轴线旋转。该第一部件携带工具。该第一部件包括多个 用于传输流体介质的环形凹槽。该凹槽设置在与该共有轴线共轴的径向 平面内。该回转件的第二部件环绕该第一部件并包括相同数目的介质供 应通道。该凹槽通过环形密封环彼此隔开，该环形密封环紧密地设置在 该第一部件和该第二部件之间。因此，该介质提供给该第二部件内的供 应通道之一，传输到该环形凹槽之一内并进一步传输到该第一部件内的 通道。

该公知回转接头还包括电力接头。第一对导电环附接到该回转件的 第一部件，第二对导电环附接到该第二部件。每对环设置为与该共有轴 线共轴并位于相邻的径向平面内。当旋转该接头时，该两对环正好松散 地彼此接触。当提供电力时，该两对环通过压缩空气彼此挤压对方。因 此，电力仅在该回转件没有旋转时被提供。

EP 1,099,520(Hansson)在先公开了一种用于附接到机器人的第二 回转接头。该公知回转件包括附接到转盘的圆柱形间隔构件和用于附接 到机器人的外部套筒构件。该间隔构件用于携带工具。该回转件包括用 于供应流体介质的部分，其与上面公知回转接头相同。该电力供应部分 包括多个附接到该间隔构件的导电滑环和附接到该套筒构件的相同数 目的销。每个销与相邻的环以弹性滑动的方式接触。

设置销或者电刷以及滑环涉及多种缺点。对销和滑环之间的接触的 任何干扰将导致电信号的瞬变。销抵靠滑环的频繁滑动将使滑环受到磨 损并最终导致该销与该滑环之间发生接触失效。总是存在极短的不接触 瞬间，这将干扰通过该回转接头的电通信。为了使这种干扰最小化，已 知能够沿每个滑环设置多个触靴。这将确保每时每刻总有一个触靴与该 滑环紧密接触。然而，由于摩擦作用，每个附加触靴导致旋转所需的扭 矩增加。为了传输电力，必须在该滑环上增加触靴的力。该增加的力导 致更高程度的摩擦并导致机器人性能进一步下降。该滑环和触靴必须由 昂贵的高质量材料制成。该滑环接头还需要定期保养。

大部分回转件方案包括由套环部件环绕的载荷承载柄部件，并且该 回转件设置在机器人与工具之间。该回转件的两个部件不可分离，而是 以可旋转的方式彼此紧密接触。因此，在具有可替换工具的系统中，必 须有用于连接工具的接触界面。该界面具有机械耦联、介质耦联以及电 耦联。因此，即便该回转件解决了线缆因扭曲而磨损的问题，还有该回 转件自身的或者该连接界面的接触问题需要解决。