專利名稱：用于機器人應(yīng)用的電源在能相對旋轉(zhuǎn)的第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間的傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)機器人中的工藝介質(zhì)的傳輸。
背景技術(shù)：
在工業(yè)機器人中，需要將機器人內(nèi)的工藝介質(zhì)傳輸?shù)接蓹C器人攜帶的工具。最常見的工藝介質(zhì)包括壓縮空氣、冷卻流體、電力電信號等。已知所有這些工藝介質(zhì)都能裝入工藝線纜內(nèi)。因此，工藝線纜包括多根電線和軟管。該電線和軟管可綁定在一起并通過柔性管保護。在已知設(shè)備中，線纜設(shè)置在鉸接的機器人部件和機械臂外，用于將工藝介質(zhì)提供給工具。由于機器人能夠以非常復(fù)雜的模式移動工具，所以線纜的柔性必須非常高以能夠跟隨這些運動。由于線纜的復(fù)雜的扭曲和彎折，線纜的單個線纜部件和軟管經(jīng)常磨損或者開始失效。所出現(xiàn)的接觸失效或介質(zhì)泄漏難于檢測并且難于修復(fù)。經(jīng)常不得不更換整個工藝線纜。另外，將線纜設(shè)置在機器人外會占用作業(yè)空間并且常常阻擋機器人的運作。
已知方案是將工藝線纜設(shè)置在機械臂內(nèi)，特別是上臂內(nèi)。通過將線纜沿鉸接的機器人部件的縱軸線的中心或者中心附近設(shè)置，該線纜將承受不太復(fù)雜的彎折和扭曲。為了獲得這種設(shè)置，必須專門設(shè)計在機器人的上臂上的鉸接的機器人部件。所有的軸和馬達必須設(shè)置為遠離該機器人部件的中心軸線。線纜依然因扭曲和彎折運動而受到磨損，并且有時被撕裂。工藝線纜的一部分發(fā)生接觸失效即可導(dǎo)致整個線纜被替換。替換特別是機械臂內(nèi)的線纜可使機器人在相當長的時間內(nèi)停產(chǎn)。這影響生產(chǎn)時間。因此，還需要改善用于工業(yè)機器人的工具的工藝介質(zhì)源。
US 5,488,215(Aronsson)在先公開了一種用于將機器人和該機器人攜帶的工具附接在一起的回轉(zhuǎn)接頭。該回轉(zhuǎn)件包括附接到機器人的轉(zhuǎn)盤的第一部件和環(huán)繞該第一部件的第二部件。該第一部件和該第二部件設(shè)置為可繞共有軸線旋轉(zhuǎn)。該第一部件攜帶工具。該第一部件包括多個用于傳輸流體介質(zhì)的環(huán)形凹槽。該凹槽設(shè)置在與該共有軸線共軸的徑向平面內(nèi)。該回轉(zhuǎn)件的第二部件環(huán)繞該第一部件并包括相同數(shù)目的介質(zhì)供應(yīng)通道。該凹槽通過環(huán)形密封環(huán)彼此隔開，該環(huán)形密封環(huán)緊密地設(shè)置在該第一部件和該第二部件之間。因此，該介質(zhì)提供給該第二部件內(nèi)的供應(yīng)通道之一，傳輸?shù)皆摥h(huán)形凹槽之一內(nèi)并進一步傳輸?shù)皆摰谝徊考?nèi)的通道。
該公知回轉(zhuǎn)接頭還包括電力接頭。第一對導(dǎo)電環(huán)附接到該回轉(zhuǎn)件的第一部件，第二對導(dǎo)電環(huán)附接到該第二部件。每對環(huán)設(shè)置為與該共有軸線共軸并位于相鄰的徑向平面內(nèi)。當旋轉(zhuǎn)該接頭時，該兩對環(huán)正好松散地彼此接觸。當提供電力時，該兩對環(huán)通過壓縮空氣彼此擠壓對方。因此，電力僅在該回轉(zhuǎn)件沒有旋轉(zhuǎn)時被提供。
EP 1,099,520(Hansson)在先公開了一種用于附接到機器人的第二回轉(zhuǎn)接頭。該公知回轉(zhuǎn)件包括附接到轉(zhuǎn)盤的圓柱形間隔構(gòu)件和用于附接到機器人的外部套筒構(gòu)件。該間隔構(gòu)件用于攜帶工具。該回轉(zhuǎn)件包括用于供應(yīng)流體介質(zhì)的部分，其與上面公知回轉(zhuǎn)接頭相同。該電力供應(yīng)部分包括多個附接到該間隔構(gòu)件的導(dǎo)電滑環(huán)和附接到該套筒構(gòu)件的相同數(shù)目的銷。每個銷與相鄰的環(huán)以彈性滑動的方式接觸。
設(shè)置銷或者電刷以及滑環(huán)涉及多種缺點。對銷和滑環(huán)之間的接觸的任何干擾將導(dǎo)致電信號的瞬變。銷抵靠滑環(huán)的頻繁滑動將使滑環(huán)受到磨損并最終導(dǎo)致該銷與該滑環(huán)之間發(fā)生接觸失效。總是存在極短的不接觸瞬間，這將干擾通過該回轉(zhuǎn)接頭的電通信。為了使這種干擾最小化，已知能夠沿每個滑環(huán)設(shè)置多個觸靴。這將確保每時每刻總有一個觸靴與該滑環(huán)緊密接觸。然而，由于摩擦作用，每個附加觸靴導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)所需的扭矩增加。為了傳輸電力，必須在該滑環(huán)上增加觸靴的力。該增加的力導(dǎo)致更高程度的摩擦并導(dǎo)致機器人性能進一步下降。該滑環(huán)和觸靴必須由昂貴的高質(zhì)量材料制成。該滑環(huán)接頭還需要定期保養(yǎng)。
大部分回轉(zhuǎn)件方案包括由套環(huán)部件環(huán)繞的載荷承載柄部件，并且該回轉(zhuǎn)件設(shè)置在機器人與工具之間。該回轉(zhuǎn)件的兩個部件不可分離，而是以可旋轉(zhuǎn)的方式彼此緊密接觸。因此，在具有可替換工具的系統(tǒng)中，必須有用于連接工具的接觸界面。該界面具有機械耦聯(lián)、介質(zhì)耦聯(lián)以及電耦聯(lián)。因此，即便該回轉(zhuǎn)件解決了線纜因扭曲而磨損的問題，還有該回轉(zhuǎn)件自身的或者該連接界面的接觸問題需要解決。
US 5,814,900(Esser et al)在先公開了一種用于能量和電信號的組合傳輸?shù)脑O(shè)備。該設(shè)備的目的是在兩個組件之間提供電能和控制數(shù)據(jù)，該兩個組件能夠在具有產(chǎn)生噪音的干擾磁場的環(huán)境中運動。該設(shè)備包含主線圈、次線圈以及鐵磁材料的磁芯。該設(shè)備還包括用于在能夠彼此相對運動的組件之間同步傳輸控制信號的裝置。該磁芯包括通過空氣間隙隔開的第一部件和第二部件。該第一部件攜帶主線圈并附接到第一組件。該第二部件攜帶輔助線圈并附接到該第二組件。該設(shè)備還包括在該磁芯內(nèi)的附接到每個組件的第一天線和第二天線，用于在組件之間交換控制信號。為了不受機電噪音的影響，該天線設(shè)置在該磁芯內(nèi)。因此，該天線通過該旋轉(zhuǎn)變壓器的磁芯得到防護。
對于在工業(yè)機器人中傳輸電力的應(yīng)用來說，該有芯旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元過于笨重。巨大的磁芯部件制造成本非常高，并且鐵素材料非常容易斷裂。因此，該公知設(shè)備不適用于惡劣的環(huán)境下。該機器人上的小的碰撞力會完全破壞該公知變壓器的效用。該公知電能設(shè)備沒有提供傳輸流體介質(zhì)的方案。
一方面該公知回轉(zhuǎn)接頭避免松散地懸掛的電線并提供高度旋轉(zhuǎn)。另一方面該公知回轉(zhuǎn)接頭是一種昂貴的方案。該公知接頭還需要很高程度的維護。因此，回轉(zhuǎn)接頭主要用于特定場合。在某種程度上，回轉(zhuǎn)接頭的質(zhì)量還有些差。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的回轉(zhuǎn)接頭的成本之所以高主要是因為，其不得不承載該機器人能夠支撐的載荷。因此，需要承載載荷的回轉(zhuǎn)方案的成本太高而不適用于電力傳輸?shù)臉藴史桨浮?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是在工業(yè)機器人的第一部件和第二部件之間提供一種靈活的工藝介質(zhì)傳輸，其中該第一部件與該第二部件能夠相對彼此旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，電力形式的工藝介質(zhì)包括8W以上的范圍。本發(fā)明的次要目的是為該工業(yè)機器人所攜帶的工具提供一種能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)的工藝介質(zhì)供應(yīng)裝置。至于工藝介質(zhì)，應(yīng)當理解為用于操作機器人所攜帶的工具的所有介質(zhì)。因此，一種此類介質(zhì)包括電力。另一種此類介質(zhì)包括流體，例如氣體或者液體混合物。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)獨立權(quán)利要求1的特征部分的特征的電力供應(yīng)系統(tǒng)以及通過根據(jù)獨立權(quán)利要求12的特征部分的特征的方法來實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述優(yōu)選的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)傳輸單元包括第一電路；磁路以及第二電路。該磁路設(shè)置為與該第一電路和該第二電路相互作用以便在這二者之間傳輸電力。該第一電路包括用于向該磁路的產(chǎn)生磁通量的第一線圈，該第二電路包括用于接收來自該磁路的磁通量的第二線圈。根據(jù)本發(fā)明，第一線圈和第二線圈設(shè)置為能夠繞共有軸線相對于彼此旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，該第一線圈和該第二線圈彼此平行地設(shè)置在徑向平面內(nèi)。在另一實施例中，該第一線圈和該第二線圈包括彼此共軸地設(shè)置的第一環(huán)和第二環(huán)。優(yōu)選地，該第一線圈和該第二線圈包括無芯線圈。
在本發(fā)明的一個實施例中，該第一電路包括第一電氣變流器，用于將第一電流轉(zhuǎn)換為第二交流電以便饋送給該第一線圈。在本發(fā)明的另一實施例中，該第二電路包括第二電氣變流器，用于將從該第二線圈接收的第三交流電轉(zhuǎn)換為第四電流。該第一電流和該第四電流可以是直流電也可以是交流電。在本發(fā)明的進一步的實施例中，每個電路包括用于傳輸多個電源的多個線圈。在本發(fā)明的另一個實施例中，該第一電路和該第二電路包括用于在該第一電路和該第二電路之間傳輸載有信息的電信號的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的改進，該工藝介質(zhì)傳輸單元進一步包括至少一個用于傳輸諸如氣體或液體混合物的流體介質(zhì)的通道。每個通道包括與第一通道和第二通道流體連通的可旋轉(zhuǎn)腔，用于通過該工藝介質(zhì)傳輸單元供應(yīng)介質(zhì)。在一個實施例中，該工藝介質(zhì)傳輸單元形成能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)的接頭。在該實施例中，該工藝介質(zhì)傳輸單元因此在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時，不僅能夠在第一機器人部件和第二機器人部件之間提供電力還能夠提供諸如壓縮空氣和冷卻水等流體介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，該工藝介質(zhì)傳輸單元包括第一部件，用于附接到第一機器人部件；第二部件，用于附接第二機器人部件；以及空氣間隙，其將該第一部件和該第二部件隔開。該第一部件和該第二部件設(shè)置為能夠繞共有軸線旋轉(zhuǎn)，并且該空氣間隙形成該第一部件和該第二部件之間的旋轉(zhuǎn)體。該空氣間隙的形狀可以是圓柱形、圓錐形、扁平形或者這些形狀的任意組合。在本發(fā)明的另一個實施例中，該第一部件和該第二部件包括第一環(huán)和第二環(huán)，其中該第二環(huán)包括用于容納該第二機器人部件的中心開口。作為一個實例，該第二機器人部件包括工業(yè)機器人的轉(zhuǎn)盤。在該實施例中，該工藝介質(zhì)傳輸單元附接到該轉(zhuǎn)盤的凸緣并因此而不會干擾該機器人的機械耦聯(lián)界面。在該實施例中，該工藝介質(zhì)傳輸單元不需要負重。工具的中心點更靠近該機器人的端部。
根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例，該工藝介質(zhì)傳輸單元的空氣間隙包括至少一個腔。優(yōu)選地，該腔為環(huán)形并形成為凹槽，該凹槽位于該第一部件或者該第二部件或者二者兼有。每個腔通過一對設(shè)置在該空氣間隙內(nèi)的環(huán)形張緊彈性帶密封。兩個相鄰的腔可共有一個環(huán)形張緊彈性帶。在一個實施例中，該第一部件包含第一通道，并且該第二部件包含第二通道，兩個通道連接到相同的腔，因此提供了流體介質(zhì)吞吐空間。
在另一個實施例中，該第一電力變流器與該第一部件一體形成。該第二電力變流器與該第二部件一體形成。在另一實施例中，該第一變流器和該第二變流器包括用于與每個線圈一起形成振蕩電路以增強磁通量的電路。
通過將該電力變流器集成到該工藝介質(zhì)傳輸單元，該單元變成一個獨立產(chǎn)品。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時，該產(chǎn)品在一端被供以直流電或交流電以及流體介質(zhì)，并且在另一端接收第二直流電或交流電以及介質(zhì)。在本發(fā)明的另一個實施例中，該工藝介質(zhì)傳輸單元包括電源。這種電源包括電池裝置以及電容裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一種用于工業(yè)機器人的工藝介質(zhì)傳輸單元實現(xiàn)這些目的，該工藝介質(zhì)傳輸單元包括第一部件，其包含第一電路；第二部件，其包含第二電路；以及空氣間隙，其將該第一部件和該第二部件隔開，該空氣間隙包含磁路，從而該第一電路和該第二電路與該磁路相互作用以傳輸電能。
根據(jù)該第一方面的進一步的實施例，該工藝介質(zhì)傳輸單元的空氣間隙包括腔。在另一個實施例中，該腔與該第一部件和該第二部件的外側(cè)流體連通，因此提供從該第一部件到該第二部件的流體介質(zhì)吞吐空間。在另一個實施例中，該腔容納該第一線圈和該第二線圈。在一個實施例中，該腔形成為凹槽，該凹槽位于該第一部件或者第二部件或者兩者兼有。在本發(fā)明的一個實施例中，每個腔通過設(shè)置在該空氣間隙內(nèi)的一對環(huán)形張緊彈性帶密封。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，這些目的通過一種方法實現(xiàn)，該方法用于在附接到第一機器人部件的第一部件和附接到第二機器人部件并通過空氣間隙與該第一部件隔開的第二部件之間傳輸電力，該方法包括給該第一部件內(nèi)的第一線圈提供第二高頻交流電，通過該第一線圈在該空氣間隙內(nèi)形成磁通量，通過該第二部件內(nèi)的第二線圈接收該磁通量，通過該第二線圈將該磁通量轉(zhuǎn)化為第三高頻交流電，以及將該電流提供給該第二機器人部件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例，將第二高頻交流電提供給該第一部件內(nèi)的第一線圈的步驟進一步包括將第一電流從該第一機器人部件提供給該第一部件內(nèi)的第一變流器，以及將該第一電流轉(zhuǎn)換為該第二高頻交流電。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例，將該電流提供給該第二機器人部件的步驟進一步包括通過該第二部件內(nèi)的第二電氣變流器將該第三高頻交流電轉(zhuǎn)換為第四電流，以及將該第四電流提供給該第二機器人部件。
在該第二方面的進一步的實施例中，該方法進一步包括在該空氣間隙內(nèi)提供腔；在該第一部件內(nèi)提供與該腔流體連通的第一通道；在該第二部件內(nèi)提供與該腔流體連通的第二通道；以及將該流體介質(zhì)在該第一機器人部件和該第二機器人部件之間傳輸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該第一變流器和該第二變流器包括微處理器單元或者計算機。該單元包括用于存儲計算機程序的存儲裝置，該計算機程序控制電力傳輸和該磁路的振蕩。優(yōu)選地，這種計算機程序包含用于使處理器執(zhí)行上述方法的指令。在一個實施例中，該計算機程序被提供在諸如CD ROM的計算機可讀載體上。在本發(fā)明的另一實施例中，該程序至少部分通過諸如互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)提供。為了接收數(shù)據(jù)或者計算機程序編碼，該計算機單元具有與局域網(wǎng)的通信鏈接。該鏈接可包括無線系統(tǒng)、直接接觸系統(tǒng)或者疊加在電源上。


通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將更清楚本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，附圖包括圖1是根據(jù)本發(fā)明的工業(yè)機器人的工藝介質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)的簡圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)供應(yīng)單元，圖3是根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第二實施例，圖4是根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第三實施例，圖5是根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第四實施例，以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第五實施例。
具體實施例工業(yè)機器人包括多個用于攜帶和操作工具的鉸接部件。如圖1以示意圖示出的，工業(yè)機器人包括至少一個第一機器人部件1，其可以是第一機械臂；以及第二機器人部件2，其可以是第二機械臂。該第一機器人部件和該第二機器人部件之間有工藝介質(zhì)傳輸單元3。在所示實施例中，該第二機器人部件包括該機器人所攜帶的工具。電力從電源設(shè)備4提供給該第二機器人部件，該電源設(shè)備給第一電氣變流器5提供直流電。該電源設(shè)備通常設(shè)置在工業(yè)機器人的控制單元內(nèi)。第一電氣變流器5將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電以便提供給第一線圈20。該第一線圈生成由第二線圈21接收的磁通量。該第二線圈將高頻交流電提供給第二電氣變流器8。該第二電氣變流器將該高頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電以便給該第二機器人部件的耗電元件提供電力。
在圖1所示的實施例中，第一線圈20形成第一電路35，并且第二線圈21形成第二電路36。該第一電路和該第二電路通過磁路6相互作用，該磁路因此包括磁通量。第一電路35在一個實施例中包括第一電氣變流器20。第二電路36在另一實施例中包括第二電氣變流器21。在所示實施例中，該耗電元件包括I/O單元8、傳感器9、信號通信單元11以及流體閥14。
流體介質(zhì)供應(yīng)裝置包括介質(zhì)供應(yīng)單元12。在所示實施例中，該介質(zhì)包括壓縮空氣。該介質(zhì)供應(yīng)裝置將介質(zhì)饋送給可旋轉(zhuǎn)腔13。工藝介質(zhì)傳輸單元3包括第一通道和第二通道，該通道與該腔流體連通，從而在該第一機器人部件和該第二機器人部件之間形成連續(xù)的可旋轉(zhuǎn)介質(zhì)吞吐空間。因此，該流體介質(zhì)通過該可旋轉(zhuǎn)腔提供給該第二機器人部件上的閥14以用于該第二機器人部件上的致動器15的受控操作。
第一無線通信單元10和第二無線通信單元11提供控制信號的通信。該第一無線通信單元由電源4直接提供電力。該第二無線通信單元由來自該第二電氣變流器的第二直流電提供電力。因此，該第一無線通信單元和該第二無線通信單元都包括用于傳輸和接收無線電信號的裝置。在一個進一步的實施例中，該無線通信單元包括計算機裝置，該計算機裝置包含用于評估信號和實現(xiàn)控制的存儲裝置。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的工藝介質(zhì)傳輸單元3。該單元包括第一部件18，其附接到第一機器人部件1；以及第二部件，其附接到第二機器人部件2。該第一部件和該第二部件之間形成薄的空氣間隙17，從而使該部件能夠相對于彼此連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。該第一部件包括設(shè)置在開口腔內(nèi)的第一線圈20，該開口腔在該第一部件內(nèi)形成為環(huán)形凹槽。該第二部件包括設(shè)置在開口腔內(nèi)的第二線圈21，該開口腔在該第二部件內(nèi)形成為環(huán)形凹槽并隔過空氣間隙17與該第一線圈相對。該第一線圈和該第二線圈設(shè)置為生成及接收該空氣間隙內(nèi)的磁通量，用于通過該單元進行電力傳輸。該第一介質(zhì)單元和該第二介質(zhì)單元之間設(shè)置有腔25，用于流體介質(zhì)傳輸。在所示實施例中，該腔包括該第一部件內(nèi)的凹槽。該腔與第一介質(zhì)通道22及第二介質(zhì)通道23流體連通。因此，介質(zhì)流可從該第一介質(zhì)通道穿過該單元、穿過該腔并從該第二介質(zhì)通道流出。在所示實施例中，該腔形成在該第一部件和該第二部件之間并通過彈性張緊帶24密封。該張緊帶的橫截面在所示實施例中為環(huán)形。
圖3示出該工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第二個實施例。包括開口腔內(nèi)的第一線圈20的第一部件18附接到第一機器人部件1。包括開口腔內(nèi)的第二線圈21的第二部件19附接到第二機器人部件2。該第一部件和該第二部件由空氣間隙17隔開。該第一線圈和該第二線圈設(shè)置為形成旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元，用于使磁通量通過該空氣間隙相互作用。在該實施例中，腔25形成為第一部件18內(nèi)的環(huán)形凹槽。該凹槽通過其每一側(cè)的彈性張緊帶24密封。該彈性張緊帶的橫截面為矩形。兩個彈性張緊帶都設(shè)置在該第二部件的同側(cè)。為了防止該線圈接收自外界環(huán)境的微粒或灰塵，該第一部件或者第二部件可包括用以覆蓋該空氣間隙的唇部。
圖4示出該工藝介質(zhì)供應(yīng)單元的第三個實施例。第一部件18包括該旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元的第一線圈20，該第一部件附接到第一機器人部件1。第二部件19包括該旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元的第二線圈21，該第二部件附接到第二機器人部件2。在該實施例中，腔25形成為第一部件18和第二部件19內(nèi)的環(huán)形凹槽。該凹槽通過該腔每一側(cè)的彈性張緊帶24密封。在該實例中，該彈性張緊帶的橫截面為橢圓形。第一部件18內(nèi)的第一介質(zhì)通道22與腔25流體連通。第二部件19內(nèi)的第二介質(zhì)通道23也與腔25流體連通。因此，該流體介質(zhì)供應(yīng)裝置穿過該第一通道、該腔以及該第二通道。
在圖4所示的實施例中，腔25包含該旋轉(zhuǎn)變壓器的第一線圈20和第二線圈21。第一部件18包括第一腔部，第一線圈20位于該第一腔部內(nèi)。第二部件19包括第二腔部，第二線圈21位于該第二腔部內(nèi)。該第一線圈和該第二線圈設(shè)置為生成及接收穿過空氣間隙17的磁通量。在所示實施例中，該腔與該第一通道流體連通，該腔包含該旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元，因此流體介質(zhì)和電力都經(jīng)過該腔。然而，該兩個線圈可位于一個不用于流體傳輸?shù)那粌?nèi)。通過這種設(shè)置，該線圈從該機器人在其中運行的充滿灰塵的外部環(huán)境密封隔離。
第一變流器5在該實施例中附接到第一部件18，并且第二變流器附接到第二部件19。因此，兩個變流器都集成到該工藝介質(zhì)供應(yīng)單元內(nèi)。第一電流30饋送給第一變流器5。該第一電流被轉(zhuǎn)換為第二高頻交流電31，用于饋送給第一線圈20。通過生成磁通量，該電力傳輸?shù)皆摰诙€圈。從該第二線圈接收第三交流電32并饋送給該第二變流器。最終，來自該第二變流器的第四電流33被提供給該第二機器人部件。在該實施例的進一步改進中，該第二變流器包括用于在該旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)生故障時也提供連續(xù)的電源的電池裝置。
圖5示出圖4所示的實施例的變型。所有部件的標號與圖4中相同。在該實施例中，設(shè)置有兩個介質(zhì)吞吐空間。有一個如圖4所示的第一腔25，該腔包含該旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元和傳輸?shù)牡谝涣黧w介質(zhì)。然后還設(shè)置有第二腔28，供第二股流體介質(zhì)之用。因此有第一通道22a和第二通道23a，該通道均與第一腔25流體連通。然后還有第三通道22b和第四通道23b，該通道均與第二腔28流體連通。通過這種設(shè)置，存在兩個流體介質(zhì)供應(yīng)裝置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的是，可提供任意數(shù)目的腔和通道，用于將多股流體介質(zhì)傳輸?shù)皆摰诙C器人部件。
圖6披露該工藝介質(zhì)單元的另一個實施例。在該實施例中，腔25設(shè)置在公共軸線29的徑向平面內(nèi)。該實施例中有包含第一線圈20的第一部件18和包含第二線圈21的第二部件19。還有與腔25流體連通的第一介質(zhì)通道22和第二介質(zhì)通道23。為了以可旋轉(zhuǎn)的自支撐方式保持該第一部件，設(shè)置有包括滾珠軸承裝置27的環(huán)形軸承設(shè)備。如在圖4至圖6中所示的，該第一部件通過卡爪裝置26附接到該第一機器人部件。又如圖6所示，第二部件19包括用于容納第二機器人部件2的中心開口34。
盡管已經(jīng)聯(lián)系具體實施例的附圖詳細描述了本發(fā)明，應(yīng)當理解的是，在實施本發(fā)明時可以采用所述發(fā)明的各種替代實施例。附帶權(quán)利要求意在限定本發(fā)明的保護范圍，從而在這些權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)的系統(tǒng)和方法以及它們的等同方式都被本發(fā)明覆蓋。因此，本發(fā)明可涉及多個線圈以及多個腔和通道。本發(fā)明也可涉及多個電氣變流器單元。該介質(zhì)傳輸單元可由塑料材料以及金屬材料或者這些材料的任意組合制成。
雖然該旋轉(zhuǎn)電力傳輸單元已經(jīng)被描述為包含兩個無芯線圈，通過引入可磁化材料增強磁通量的做法也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
在該描述中，每個電路包括一個線圈和一個變流器。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的是，可在聯(lián)合的電力及信號傳輸中設(shè)置多個線圈以及多個電氣變流器。每個變流器也可接收多個電源，其中一個可以是冗余。此外，該變流器的該電源可以是直流電也可以是交流電。優(yōu)選地，該電源是24伏直流電源，但是也可提供在低壓范圍內(nèi)的任何電壓。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)機器人的工藝介質(zhì)傳輸單元，包括第一部件(18)，用于附接到第一機器人部件(1)；第二部件(19)，用于附接到第二機器人部件(2)；以及空氣間隙(17)，所述第一部件和所述第二部件繞共有軸線(29)共軸地設(shè)置并通過所述空氣間隙(17)隔開從而提供相對于彼此的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，其特征在于所述第一部件(18)包括第一電路(35)，所述第一電路包括第一無芯線圈(20)，所述第二部件(19)包括第二電路(36)，所述第二電路包括第二無芯線圈(21)，所述工藝介質(zhì)傳輸單元包括磁路(6)，所述磁路穿過所述空氣間隙與所述第一電路和所述第二電路相互作用，從而所述第一電路設(shè)置成接收電流以便在所述磁路中生成磁通量，所述第二電路設(shè)置為接收所述磁路的磁通量并給所述第二機器人部件提供電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述空氣間隙(17)包括環(huán)形圓柱形空氣間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述空氣間隙(17)包括設(shè)置在所述共有軸線(29)的徑向平面內(nèi)的部分。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述介質(zhì)傳輸單元包括所述空氣間隙內(nèi)的軸承設(shè)備(27)，所述軸承設(shè)備用于使所述第一部件(18)自支撐。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述空氣間隙(17)包括通過彈性圈(24)密封的腔(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述腔(25)包含所述第一線圈(20)和所述第二線圈(21)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述第一部件(18)包括與所述腔(25)流體連通的第一通道(23)，所述第二部件(19)包括與所述腔(25)流體連通的第二通道。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述第一電路(35)包括第一電氣變流器(5)，所述第一電氣變流器用于接收第一直流電(30)并將第一高頻交流電(31)提供給所述第一線圈(20)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述第二電路(36)包括第二電氣變流器(7)，所述第二電氣變流器用于從所述第二線圈(21)接收第二高頻交流電(32)并將第二直流電(33)提供給所述第二機器人部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述第二變流器(7)包括用于提供連續(xù)電源的電池裝置。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元，其中，所述第二部件(18)包括用于容納所述第二機器人部件(1)的中心開口(34)。
12.一種用于在工藝介質(zhì)傳輸單元的第一部件(18)和第二部件(19)之間傳輸電力的方法，其中第一部件(18)附接到第一機器人部件(1)，第二部件(19)附接到第二機器人部件(2)并通過空氣間隙(17)與所述第一部件隔開，所述方法包括從所述第一機器人部件提供第二高頻交流電(31)；給所述第一部件內(nèi)的第一無芯線圈(20)提供所述第二高頻交流電；通過所述第一無芯線圈在所述空氣間隙內(nèi)形成磁通量(6)；通過所述第二部件內(nèi)的第二無芯線圈(21)接收所述磁通量；通過所述第二無芯線圈將所述磁通量轉(zhuǎn)化為第三高頻交流電(32)以便將電力提供給所述第二機器人部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，提供所述第二高頻交流電的步驟進一步包括將第一電流(30)提供給所述第一部件內(nèi)的第一變流器(5)，以及將所述第一電流轉(zhuǎn)換為所述第二高頻交流電。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，將所述電力提供給所述第二機器人部件的步驟包括通過所述第二部件內(nèi)的第二電氣變流器(7)將所述第三高頻交流電轉(zhuǎn)換為第四電流(33)，以及將所述第四電流提供給所述第二機器人部件。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14所述的方法，其中，所述方法進一步包括在所述空氣間隙內(nèi)提供腔；在所述第一部件內(nèi)提供與所述腔流體連通的第一通道；在所述第二部件內(nèi)提供與所述腔流體連通的第二通道；以及將流體介質(zhì)在所述第一機器人部件和所述第二機器人部件之間傳輸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的工藝介質(zhì)傳輸單元或者根據(jù)權(quán)利要求12至15所述的方法的應(yīng)用，用于給工業(yè)機器人所攜帶的工具提供流體介質(zhì)及電力。
全文摘要
一種用于工業(yè)機器人的工藝介質(zhì)傳輸單元，包括第一部件(18)，用于附接到第一機器人部件(1)；第二部件(19)，用于附接到第二機器人部件(2)；該第一部件和該第二部件繞共有軸線(29)共軸地設(shè)置并通過空氣間隙(17)隔開從而提供相對于彼此的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B25J15/06GK101065220SQ200580040543
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者安德烈亞斯·克賴茨, 沃爾夫?qū)ね郀柕? 庫諾·胡格, 托比亞斯·延策爾, 吉米·謝爾松, 揚-埃里克·弗賴 申請人:Abb研究有限公司