本發(fā)明涉及用于多軸有效載荷操縱器的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接裝置，例如計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械臂。本發(fā)明用于涉及嚴(yán)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(yīng)用于露天廣場(chǎng)或游樂園的供人騎乘的玩具。

背景技術(shù)：

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(fù)任務(wù)的多軸操縱器或機(jī)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(dòng)的、液壓的或氣動(dòng)的，并由計(jì)算機(jī)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(zhuǎn)軸線相對(duì)移動(dòng)，并且提供合適的滾動(dòng)軸承，以抵抗軸向和懸臂載荷；考慮到操縱器的可能的伸長(zhǎng)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(yán)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(chǎng)和游樂園的機(jī)械，并且在該器具中，操縱器承載有用于將一個(gè)或多個(gè)乘客置于工具中的載客模塊或座椅。與定制的露天廣場(chǎng)的供人騎乘的玩具的解決方案相比，這樣的機(jī)械可以提供更大的靈活性，并且由于使用標(biāo)準(zhǔn)化部件，可以提供顯著增強(qiáng)的自動(dòng)化程度以及以更高的可靠性與其他娛樂設(shè)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(nèi)提供精確控制和可變的運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(chǎng)和游樂園的機(jī)械的安全性要求有些復(fù)雜，并面臨最大的挑戰(zhàn)，并且絕對(duì)的先決條件是乘客始終是安全的。因此，必須詳細(xì)考慮潛在的機(jī)械故障的形式，并且在一定程度上考慮這些潛在的機(jī)械故障的形式對(duì)于利用常規(guī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件、軸承和結(jié)構(gòu)并且在人類被排除的環(huán)境中工作的工業(yè)設(shè)備或機(jī)械臂可能是非必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種旋轉(zhuǎn)裝置，包括輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件和一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)元件支撐軸承，所述輸出構(gòu)件能夠繞旋轉(zhuǎn)軸線在所述輸入構(gòu)件上旋轉(zhuǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)元件支撐軸承位于所述輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間，所述軸承適于在使用中抵抗所述輸出構(gòu)件的軸向載荷和懸臂載荷，其中，所述輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件中的一者包括具有與所述旋轉(zhuǎn)軸線同軸的圓周的邊緣，并且其中，所述輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件中的另一者包括具有運(yùn)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(dòng)元件軸承不能提供必要的定位和支撐，例如由于一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)完整性的損耗，邊緣將接觸安全套環(huán)，并且阻止輸出構(gòu)件相對(duì)于輸入構(gòu)件的實(shí)質(zhì)性的移動(dòng)?？梢允褂靡阎愋偷钠渌到y(tǒng)來檢測(cè)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且例如切斷操縱器的動(dòng)力，以安全的方式逐漸減小動(dòng)力，或?qū)⒉倏v器移動(dòng)到預(yù)定的停機(jī)狀態(tài)。

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

在本發(fā)明的實(shí)施例中，邊緣由能夠安裝到輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)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(shí)也可以進(jìn)行翻新。

安全套環(huán)可以覆蓋邊緣或盤的一側(cè)或兩側(cè)，并且可以是圓形連續(xù)的。在一個(gè)實(shí)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(gòu)件和輸出構(gòu)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(cè)量運(yùn)行間隙。

在一個(gè)實(shí)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(diǎn)。這樣的涂層可以包括涂料、電鍍層或粘附轉(zhuǎn)移物或貼紙，并且可以有助于給非專業(yè)機(jī)器監(jiān)護(hù)員直接指示初始故障。

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

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

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

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括多軸操縱器，該多軸操縱器在每個(gè)可樞轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)處具有根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)聯(lián)接器的垂直軸線，第一臂從第一旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器延伸并且在自由端處限定用于第二旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器的水平軸線，第二臂從第二旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)聯(lián)接器的水平軸線，座椅安裝到第三旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器。

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

本發(fā)明的實(shí)施例包括游樂園或露天廣場(chǎng)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(gè)或多個(gè)乘客的座椅。

在本說明書所附的權(quán)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(shí)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(chǎng)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(jié)合有本發(fā)明的實(shí)施例的多軸操縱器的一側(cè)的爆炸視圖。

圖4對(duì)應(yīng)于圖3，并且從另一側(cè)示出的爆炸視圖。

圖5是結(jié)合有本發(fā)明的實(shí)施例的電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)組件的立體側(cè)視圖。

圖6對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(shí)施方式

圖1和圖2示出了適用于露天廣場(chǎng)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(jì)算機(jī)控制的機(jī)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(yùn)載工具或永久基礎(chǔ)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(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤形式的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器14。

轉(zhuǎn)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(zhuǎn)聯(lián)接器17繞水平軸線b-b樞轉(zhuǎn)。

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(zhuǎn)聯(lián)接器19繞水平軸線c-c樞轉(zhuǎn)。

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

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

圖1和圖2的操縱器具有五個(gè)自由度，并且可以被編程為在機(jī)械臂的伸出范圍限定的軌跡內(nèi)提供令人興奮的高速行駛。每個(gè)聯(lián)接器14、17、19、21、23通常包括已知類型的滾動(dòng)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(duì)的球或角接觸軸承。

圖3-圖9示出了本發(fā)明的實(shí)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(biāo)記了相同的附圖標(biāo)記以供參考。旋轉(zhuǎn)聯(lián)接器14可以通過同軸電機(jī)30旋轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)臺(tái)臂15包括平行的臂15a、15b，該平行的臂15a、15b具有在樞轉(zhuǎn)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(jìn)行說明，并且本發(fā)明包括定子32和轉(zhuǎn)子33。

定子32包括通過環(huán)形螺紋緊固件連接到轉(zhuǎn)臺(tái)臂15a上的具有殼體/環(huán)形空間35的行星齒輪箱34?？赡骐姍C(jī)36聯(lián)接到殼體35，并且可逆電機(jī)36具有聯(lián)接到行星齒輪箱34的太陽齒輪的可旋轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)的螺紋緊固件的圓形陣列可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)板39和第二臂16。第二臂包括轉(zhuǎn)子，盡管根據(jù)空間和操作約束，轉(zhuǎn)子僅可以移動(dòng)通過限制的弧形范圍。

在這種布置中，電樞37的來回旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致臂16的相對(duì)雙向樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

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(zhuǎn)盤臂15b并且圍繞從齒輪箱34到第二臂16的驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)板39，以便能夠與其一起樞轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)矩相反地對(duì)驅(qū)動(dòng)板39施加轉(zhuǎn)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(yùn)行間隙46、47，以便允許不接觸而相對(duì)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。用于臂16的相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)臂15a、15b的常規(guī)的軸承布置依賴于在正常操作時(shí)維持間隙46、47。然而，如果由于日常磨損或?yàn)?zāi)難性機(jī)械故障該軸承布置發(fā)生故障，臂16的相對(duì)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(zhuǎn)臺(tái)的可能的分離。

邊緣43和套環(huán)42之間的接觸導(dǎo)致增加的摩擦力，摩擦力又需要來自電機(jī)的額外的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以滿足控制程序的位置和速度要求。這種額外的轉(zhuǎn)矩可以通過電機(jī)的常規(guī)的過大轉(zhuǎn)矩傳感器來檢測(cè)，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(xué)傳感器來檢測(cè)接觸的其它方式。

應(yīng)當(dāng)理解，附加的接觸摩擦也將導(dǎo)致相對(duì)移動(dòng)的速度降低，并且這可以通過對(duì)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(qiáng)。

套環(huán)42的一個(gè)或兩個(gè)段可以設(shè)置有檢查窗48，從而可以例如通過使用常規(guī)的探測(cè)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(píng)估軸承的逐漸劣化，從而可以實(shí)現(xiàn)編程的預(yù)定維護(hù)。

邊緣43和/或凹槽44也可以設(shè)置有諸如涂料等的涂層，由此在最輕微的接觸時(shí)產(chǎn)生證據(jù)標(biāo)記。當(dāng)操縱器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可以很容易地觀察到該標(biāo)記，并向不熟練的機(jī)器監(jiān)護(hù)員指示可能需要維護(hù)和/或調(diào)整。

如果需要，本發(fā)明的安全邊緣和安全套環(huán)可以被應(yīng)用于每個(gè)聯(lián)接器14、17、19、21、23，以避免轉(zhuǎn)子和定子部件分離的危險(xiǎn)。還應(yīng)當(dāng)理解，邊緣和套環(huán)不需要作為獨(dú)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(jié)合。然而，單獨(dú)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(yīng)當(dāng)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(zhuǎn)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(qū)動(dòng)板39，而安全套環(huán)42可以固定到轉(zhuǎn)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(nèi)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(dòng)器。任何合適的卡鉗制動(dòng)器都可以是適合的，并且它可以動(dòng)態(tài)地使轉(zhuǎn)子元件(例如臂16)停止，或者靜止地用作駐車制動(dòng)器。