机器人系统和用于这种机器人系统的壳体件的制作方法

本实用新型涉及一种机器人系统，还涉及机器人的壳体件或者说壳体部，其应与用于这种机器人系统的机械臂连用。

背景技术：

例如按照截然不同的机械实施方式的机器人系统能以其各种不同的效应器(Effektor)在其周围环境中处于规定的位置或取向或者行经规定的立体空间运动轨迹。为了控制效应器，在此采用由多个臂件或肢节组成的机械臂，它们通过运动轴或关节相互连接，由此提供多个自由度。此外，在机械臂的相邻肢节的关节区域内设有驱动单元，大多是必要时与传动装置相结合的电动机或液压马达，用于实现相邻肢节之间的回转相对运动和/或平移相对运动，如绕纵轴回转(摇摆关节)或绕横轴回转(翻转关节)。

作为机械臂的壳体件，原则上考虑两种实施方式(即骨架段或管段)。在骨架段情况下，内部有例如呈杆状的骨架形保持结构，其传递所有出现的力和扭矩。为了保护信号-能量供应管线，保持结构可以被壳罩包围。此实施方式虽然安装相对简单，但相对笨重，因为扭矩传递构件具有小的平面惯性。信号-能量供应管线的保护受到壳罩的耐用性和强度的限制。

当以替代方式将机械臂的壳体件设计成一体全面式管段时，仅外管传递力和扭矩，在此，信号-能量供应管线可以被保护地延伸于内部。此设计方案具有重量优势，因为在刚性要求一样的情况下该材料厚度可被设计成较低。但包括管段的结构带来以下缺点，整个机器人系统的安装相对复杂，这是因为该信号-能量供应管线须布设和固定在管内且驱动单元只能被安装在相应缩小的结构空间里。此外，装卸时须遵守严格的先后顺序。管体内的空间狭小有碍于零部件的安装或拆卸，由此一来，有时也需要附加工具。因此，这种机器人系统制造的自动化也几乎是不可能的。

与这种作为壳体件的一体式管段相关的另一个问题在于，修理工作和或许故障查 寻还变得费事且困难，这是因为管段内部只有在又或许依次拆下若干肢节以便露出全部的机械部件、机电部件和/或电子部件之后才可接近。虽然此问题在现有技术中在一定范围内被如此应对，即若干管段在两个关节点之间的区域内或在关节点处直接配设有允许比较容易接近内部的可取下的壳体盖，但这种盖并非是针对传递力和/或扭矩设计的。与此相应，必须比较费事地设计其余部段或壳体的形状和刚性。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型的任务是避免上述缺点并提供一种具有壳体件的机器人系统，它的特点是在重量最轻且传力和扭矩的传递优良的同时可简单安装。

该任务将一方面通过一种机器人系统且另一方面通过一种用于机械臂的壳体件来完成。

本实用新型涉及一种机器人系统，它具有至少一个机械臂，该机械臂由多个肢节构成，这些肢节通过关节相互连接且具有用于容纳机械部件、机电部件和/或电子部件的壳体，其中该壳体被构造成将传入该肢节的扭矩和力传递给与之相连的肢节，并且该壳体由形状互补的、以传递扭矩和力的方式相互连接的至少两个壳体件组成。在这些壳体件之间至少局部形成榫槽接合。所述至少两个壳体件优选以壳状体形式制造(如铸造)，并因此允许在安装或修理工作过程中容易接近肢节内部。预装组件尤其是关节单元可以通过简单方式被置入一个打开的壳体件中或者可以首先在打开的壳体件中被单独组装和检查。线缆可以通过简单方式布设在壳状壳体件内并且传感器、电子电路板等被安装在为其而设的位置，而机械的其余部件或壳体本身并不妨碍可接近性。

如果所有部件被安装在第一壳体件内，则该肢节被第二壳体件封闭，在此，根据本实用新型，这两个壳体件被配置和设计成它们在装配后能够在彼此之间传递力和扭矩并进而也将力和扭矩传递给各自连接的机械臂肢节。

根据本实用新型，在这两个壳体件之间的分离线或接合线优选基本沿肢节的轴向延伸范围延伸。

根据本实用新型，在壳体件之间的扭矩和力的传递或是通过面接触以力配合方式进行和/或借助形状配合件进行。

为了将这些壳体件安装在一起，采用各种不同的如此构成的连接件，即它们一方 面允许壳体件之间以随时可分离方式连接，另一方面照顾到机械臂的力学和运动学要求。

此外，在本实用新型的一个优选实施方式中规定，至少其中一个所述连接件如此构成且设置在一个壳体件内，即，借助驱动单元被传入肢节的扭矩和力被传递给或传递入肢节的壳体。换句话说，与其它连接件一起用来将两个壳体件相互固定的连接件也还应具有以下功能，即，将扭矩和力传入随后被安装在一起的壳体件。

例如，肢节的壳体可以至少在它的其中一个端部处具有用于驱动单元的紧固件，所述肢节借助该驱动单元同与之相连的肢节或机器人系统的另一构件以可相对活动的方式连接，其中该紧固件被两个壳体件包围。

尤其是紧固件在此应在肢节壳体内与所述至少一个连接件如此合作，即，紧固件可通过连接件本身以传递扭矩和力的方式被固定在壳体内。

也就是说，根据本实用新型，只有通过组装并用连接件连接所述壳体件而形成用于肢节的壳体结构才允许在随即被壳体件包围的用于驱动单元的紧固件与壳体结构之间的传递扭矩和力的连接。

因此，至少其中一个所述优选呈壳状的壳体件具有至少一个支承件，该支承件内设在该壳体件的一端区域内并且与紧固件合作，使得该紧固件在径向和轴向上都可以被明确地定位并可在该位置上被固定在壳体件内。

在一个优选实施方式中，该紧固件在此以凸缘环形式构成，在此，根据本实用新型也可以规定，这个或这些支承件插入在凸缘环的径向周面区域内形成的相应凹空部或缺口中。

根据一个有利的改进方案，在支承件之间沿周向局部形成缺口，这实现了更好的壳体通风散热。这些支承件可以在周向上成槽状或壁状形成并且具有尤其是梯形横截面或倾斜的侧面。与此对应，该凸缘环在其径向周面区域具有互补形状，这至少涉及相应设置用于支承件的缺口。但该凸缘环优选配设有环绕的径向槽，其能基本上以力配合和/或形状配合的方式容纳该支承件。在凸缘环和支承件之间形成这样的连接，即可以实现将力和/或扭矩从两个驱动单元传递到与之相连的壳体件中。

如此设计的插入凸缘环的径向环绕槽中的支承件带来以下优点：防止在安装时和随后运行中的驱动单元的滑脱或倾斜。在此，倾斜侧面相对于径向的角度优选为20度至60度。壁状支承件可以与壳体件一起优选由铸铝制造的。就此而言，铸造材料 被证明相比于例如可用以制造用于驱动单元的凸缘环的铝条具有更小的延展性。在此做到了径向力导致宁可导致凸缘侧边轴向扩张，而不是导致内凸缘径向变形，这允许加工时更大的容许误差。

径向接合也优选用于所述至少一个连接件，该连接件也用于以传递扭矩和力的方式将该凸缘环与至少一个壳体件连接起来。

该连接件优选以槽形块形式构成，它一体设置在一个壳体件上。相互对接的壳体件随后可以借助至少一个槽形块相互连接。这有以下优点，除了凸缘环和壳体件之间的接触面外，也可根据重心通过该槽形块进行扭矩传递。

根据一个有利的改进方案，相邻壳体件的接合面以榫槽机构形式构成。这种设计结构导致待连接部分有更高刚性；另外，在壳体件之间未留下分离缝并且由制造决定的容许误差可被简单补偿。另外，由此可阻止绝大部分的电磁干扰且实现防止灰尘、污垢和湿气进入内置部件的最佳保护。

榫槽型接合面可分别具有矩形、梯形或V形的横截面。替代地或补充地，相邻壳体件的接合面具有相互配合的销连接和/或桥接。这两种设计结构提高了壳体刚性并简化了安装。

根据一个替代的有利改进方案，这些壳状壳体件相互螺纹连接。在此实施方式中，存在具有用于可插入的连接件的孔的光滑的壳体件接合面。光滑的接合面容易铣削，这尤其在空间复杂的壳体件(例如其分离线并非笔直延伸或是不在一个平面内延伸的壳体件)情况下是有利的。

螺纹连接在此可通过将配合套和配合榫头插入为其而设于壳体结构内的孔来实现，在这里，螺钉被引导穿过配合套，借此将这些壳体件螺纹连接。

或者也可行的是，相邻半壳体的接合面以榫槽形式构成且还借助螺纹连接来连接以获得用于扭矩和力传递的很稳定的连接。也可以如此构成螺纹连接，即在一个半壳体中设置内孔，在该内孔中拧入被穿过相邻半壳体的螺钉。

只要是至少其轴向部基本旋转对称地构成的机械臂的简单肢节，则仅两个形状互补的半壳体就够了，这允许简单安装。在肢节结构比较复杂的情况下，可以使用三个或甚至更多的分壳体。

所述实用新型可以被用在机械臂的若干或全部肢节上，其中该机械臂可以是各种机器人系统的一部分，例如像具有臂的活动平台或类人机器人(Humanoid)。原则上 但并非唯一地，本实用新型针对轻型结构的机器人系统。

作为用于壳状壳体件的材料，由金属(例如铝)、塑料或碳制成的铸件是合适的，在这里，刚性可以根据机器人系统的应用目的通过适当选择壳体件壁厚被提高。另外，本实用新型的壳体部段结构也适用于足连接、膝连接或类似四肢连接，因此例如也可以被用在机械手辅助假肢领域中。

显然，用于机械臂肢节的壳体结构的本实用新型构造因为容易接近肢节的所有内置部件而允许容易和进而快速的安装和维修，这降低了采用这种机械臂的机器人系统的制造和运行成本。另外，可以利用肢节壳体的多件式结构使肢节更好地适应于因内置部件和预定机器人系统运动轨迹而出现的形状状况，在这里，总是保证有足够高的刚性用于传递扭矩和力。

壳体件具有用于与至少另一个壳体件以可分离方式连接而形成所述肢节的所述壳体的多个连接件，所述壳体件与所述另一个壳体件形状互补地构成，并且至少其中一个所述连接件被构造用于在所述壳体件之间实现传递扭矩和力的连接。所述连接件被构造用于直接或间接与用于驱动单元的紧固件配合，所述肢节借助所述驱动单元以能相对运动的方式与相邻的肢节或所述机器人系统的另一个构件连接。该壳体件具有至少一个支承件，该支承件被构造用于与该紧固件以形状配合的方式合作和/或以力配合的方式合作。所述连接件与所述壳体件一体构成。用于所述另一个壳体件的接合面至少局部具有榫件和/或槽件。

附图说明

从结合附图所示的实施例的以下描述中得到其它的优点、特征和细节，其中：

图1是包括具有多个肢节的机械臂的机器人系统的立体图；

图2是用在机械臂中的肢节的组装壳体的立体图；

图3是根据本实用新型的壳状壳体件的立体图；

图4是壳体件的第一细节立体图；

图5是壳体件的第二细节立体图；

图6是图4的沿B-B的剖视图；

图7是壳体件的另一个实施方式的细节立体图；以及

图8是图7的实施方式的细节立体图。

具体实施方式

在图1中示例性示出根据本实用新型的机器人系统1，该机械臂优选是轻型结构的机器人系统。

机器人系统1具有机械臂，它由相互铰接相连的多个臂段或肢节10构成。在底座2和末端效应器3之间，共有六个肢节10通过相应的配设有驱动单元的关节机构连接，以便通过传递回转力和/或平移力来允许在空间中引导末端效应器3，在这里是在提供七个自由度的情况下。

根据本实用新型，肢节10的壳体由两个呈半壳状的壳体件12a、12b连接而成，它们被设计成是形状互补的，因而它们通过接合面14a、14b相互接触。

在此，优选呈平面状的接合面14a、14b位于接合线或分离线13的区域内，该接合线或分离线基本沿若干肢节10的轴向延伸范围延伸，如图1所示，在图1中用虚线示例性示出接合线13。

在如图2所示的组装状态中，这两个壳体件12a、12b形成一个闭合的管状壳体。根据机器人系统1的结构和应用目的的不同，这些壳体件12a、12b可由不同的材料制造，但出于刚性考虑优选由铸铝制造。

这两个壳体件12a、12b通过多个或许就其功能性而言不同的连接件以可分离的方式相互连接。

在图3中示出打开的壳体件12b。

在壳体件12b内，在铸造体的对应孔中装入多个配合套16，所述孔分别具有内螺纹用于容纳多个连接螺钉18，连接螺钉被穿过另一个半壳12a中的相应孔20且易让安装工具接近。

为了获得要沿接合面14a、14b连接的两个壳体件12a、12b的更好定位，在其中一个壳体件12b的接合面14a、14b中局部形成长条形凸起22，所述凸起在壳体组装状态下嵌入未示出的设于另一壳体件12a内的对应凹陷中。由此提高由两个壳体件12a、12b构成的管体的刚性以及也阻止所述壳体件在安装时的彼此相对运动。

根据本实用新型，在两个壳体件12a、12b的内表面上设有多个支承件24，其用于容纳凸缘环26。

凸缘环26又用于安装未示出的驱动单元，肢节10可借助驱动单元相对于另一个 与之相连的肢节10或机器人系统1的另一构件运动。

该驱动单元将回转力和/或平移力传导入肢节10，所述力随后从肢节10被传递至与之相连的肢节10。由此产生的扭矩和力因此必须也从驱动单元被传递到肢节1的壳体。

在径向局部环绕的支承件24之间设有多个缺口25，借此实现更好的壳体通风。但或者也可行的是设置连续的径向环绕的支承件24。

图3所示的壳体件12b在其两端具有这样的支承件24，其中出于概览考虑在图3的左侧未示出凸缘环26。

根据本实用新型，在接合面14a、14b区域内，壳体件12b相互对置地具有呈槽形块28形式的两个连接件，它们与壳体件12b主体一体构成。

在图4中以在图3中用A标示的方向示出凸缘环26和槽形块28的放大视图。在图5中示出支承件24连带槽形块28和两个壳体件12a、12b但没有凸缘环26的内部立体图。在如图5所示的肢节10的壳体的安装状态下，槽形块28跨越两个壳体件12a、12b之间的接合线或分离线13。

在图6中以沿图4的B-B的细节剖视图示出本实用新型的优选实施方式。

槽形块28具有可带有相应的内螺纹(未示出)的通孔30，从而槽形块28可从两侧分别被紧固螺钉(未示出)穿过以连接并夹紧两个壳体件12a、12b，在此，该紧固螺钉被引导穿过该壳体中的对应孔20a、20b。

在一个优选实施方式中，这两个壳体件12a、12b只能通过两对螺钉连接，所述两对螺钉与槽形块28合作，确切说对置两侧各有两个螺钉。或者，槽形块28可以具有不带内螺纹的通孔30，从而连接两个壳体件12a、12b的螺钉被简单穿过并随后插入带有内螺纹的孔20a或20b中。

在两种情况下，两个壳体件12a、12b的固定夹紧主要通过连接螺钉进行，连接螺钉插入通孔30(带有或不带内螺纹)中且同时通过壳体件12a、12b的压合将支承件24压靠凸缘环26或压入凸缘环26的环绕的径向槽27中。为此，凸缘环26的环绕的槽或沟槽27具有梯形横截面，而支承件24具有相应倾斜的接合面，由此一来，壳体件12a、12b的组装和夹紧造成在凸缘环26和支承件24之间的力配合接合，这种力配合接合还通过槽形块28以形状配合方式得到支持。

因此在本实用新型的这个实施方式中，在凸缘环26和支承件24之间只在因壳体 件12a、12b装配而夹紧的过程中达成了力配合连接，其支持传入肢节10中的力和扭矩的传递。

槽形块28此时嵌入凸缘环26内的对应的径向缺口中，如图4所示。

在图7和图8中示出本实用新型的第二实施方式，其与图2至图6所示的实施方式的区别在于，一个壳体件12c的连接边缘14c具有连贯的V形沟槽32。未示出的形状互补的第二壳状壳体件为此具有形状互补的V形壁，V形壁与该沟槽一起允许两个壳状壳体件的明显更坚固的连接。