專利名稱：用于制造關(guān)節(jié)的方法以及能夠通過(guò)該方法獲得的關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種用于制造關(guān)節(jié)一尤其是用于工業(yè)機(jī)器 人的關(guān)節(jié)一的方法。在第二方面中，本發(fā)明涉及一種能夠通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
為了在兩個(gè)相對(duì)于彼此能夠移動(dòng)的物體之間傳遞力，需要連桿，該連桿在每個(gè)端 部中都具有關(guān)節(jié)。這種類型的傳遞裝置的一個(gè)重要應(yīng)用是具有六個(gè)連桿的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器 人，其中連桿在致動(dòng)器和平臺(tái)之間傳遞軸向力。連桿傳遞裝置的剛度對(duì)于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的性能而言是極其重要的。同樣重要的 是運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量盡可能小。這方面的原因是具有低慣量和高剛度的機(jī)器人將具有高機(jī)械 帶寬，這對(duì)于高運(yùn)動(dòng)控制性能而言是非常重要的。因?yàn)閮H針對(duì)連桿中的軸向力(沒有彎曲或扭轉(zhuǎn)扭矩)而設(shè)計(jì)的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的 連桿中的桿僅需要傳遞軸向力，所以例如通過(guò)使用碳管，這些桿可以制成為非常剛硬而又 輕質(zhì)。然而，使用由球軸承或滾柱軸承構(gòu)造而成的關(guān)節(jié)相對(duì)于剛度具有高的重量。例如，使 用高剛度的球軸承，具有大約50牛頓/微米的剛度的關(guān)節(jié)將具有0. 8kg的重量，并且400 牛頓/微米的連桿將具有7kg的重量，這意味著大約60牛頓/微米每公斤。在連桿的每個(gè) 端部中具有一個(gè)關(guān)節(jié)以及具有6個(gè)連桿意味著總共12個(gè)關(guān)節(jié)，并且容易理解的是降低關(guān)節(jié) 重量是非常重要的。因此，因?yàn)闄C(jī)械人的運(yùn)動(dòng)部件的高重量意味著低固有頻率和對(duì)機(jī)器人 性能的約束，所以非常需要每公斤具有更高的剛度的關(guān)節(jié)。本發(fā)明涉及的一般類型的關(guān)節(jié)公開在WO 2008/055918中，W02008/055918以參引
的方式合并于此。因此，本發(fā)明涉及的關(guān)節(jié)包括陽(yáng)部件和陰部件，該陰部件構(gòu)成關(guān)節(jié)的承窩部件，這 是在本申請(qǐng)中將用于陰部件的術(shù)語(yǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造關(guān)節(jié)的方法，該關(guān)節(jié)相對(duì)于其重量具有高剛 度，并且該關(guān)節(jié)具有高的關(guān)節(jié)部件精度。該目的得以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橛糜谥圃礻P(guān)節(jié)的方法包括以下具體步驟A.將銷安裝在球上，B.在至少兩個(gè)承窩部件上加工球形表面，C.將研磨膏施加在球上和/或承窩部件的表面上，D.將銷連接于使球轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，E.將球裝配在承窩部件之間，F(xiàn).在承窩部件與球之間施加壓力，G.在關(guān)節(jié)的工作范圍上使球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜，
H.從球和承窩部件清除研磨膏，以及I.通過(guò)將承窩部件安裝在球上來(lái)裝配關(guān)節(jié)。

因此，陰部件的形狀將與陽(yáng)部件的形狀幾乎確切地相同，并且部件的表面將具有 合適的表面精加工以獲得盡可能大的表面接觸面積，這意味著大的赫氏(Herzian)區(qū)域。 為了獲得形狀匹配，首先，車床或?qū)?yīng)的機(jī)器將用于刻出陰承窩部件。這樣做是為了使陰部 件的球形形狀和直徑盡可能和陽(yáng)部件接近。通過(guò)首先——利用車床或通過(guò)EDH——在球體中加工淺孔，并且接著例如通過(guò)使 用激光焊接、EBW或膠合來(lái)將安裝銷固定在該孔中，安裝銷固定于球形陽(yáng)部件。在制造的下 一個(gè)步驟中，陽(yáng)部件的安裝銷安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器中，并且使用研磨膏，陽(yáng)部件在與一個(gè)或兩 個(gè)陰部件接觸時(shí)在不同方向上被轉(zhuǎn)動(dòng)和被傾斜。在該操作期間，有利的是使用具有例如尺 寸為9微米的金剛石的研磨膏。首先，可以對(duì)每個(gè)陰部件進(jìn)行該適應(yīng)性研磨，然后，在裝配關(guān)節(jié)之后對(duì)兩個(gè)陰部件 進(jìn)行適應(yīng)性研磨，或者，可以僅對(duì)裝配的關(guān)節(jié)進(jìn)行該適應(yīng)性研磨。就裝配的關(guān)節(jié)而言，基于 空氣靜力、電動(dòng)或液壓致動(dòng)器，通過(guò)裝置中的彈簧布置或重量來(lái)獲得預(yù)應(yīng)力。該制造方法產(chǎn)生與陽(yáng)部件的形狀非常接近的陰部件。由于配合的部件的高精度， 因此實(shí)現(xiàn)了非常剛硬且準(zhǔn)確的關(guān)節(jié)，并且該關(guān)節(jié)不必需要任何夾緊以實(shí)現(xiàn)良好的性能。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述方法包括所使用的球是球軸承的球，該球軸承的球的 成本低。球的球形形狀的精度越高，制造的關(guān)節(jié)的精度將越高。因此，特別有利的是使用用 于陽(yáng)部件的球軸承的球，因?yàn)閷?duì)于這些球，球形形狀的準(zhǔn)確度可以為大約1微米或者甚至 更好。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在步驟H之后，所述方法包括以下步驟執(zhí)行精細(xì)研磨或拋光，以及清潔球和承窩部件。因此，進(jìn)一步改進(jìn)表面質(zhì)量。該二次研磨/拋光工作的重要結(jié)果是來(lái)自步驟C中 的初始研磨的研磨材料的殘余物被去除。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在上上述步驟之后，所述方法包括將潤(rùn)滑脂施加在 承窩部件和/或球上。這將進(jìn)一步減少關(guān)節(jié)中的摩擦，并且有助于平穩(wěn)的操作。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，所述方法的步驟I包括在裝配時(shí)使用墊片。因此，可以在不使關(guān)節(jié)卡住的情況下獲得最小空隙。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在步驟D之后，所述方法包括以下步驟在承窩部件中的第一承窩部件與球之間施加壓力，在不同方向上使球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜，在第二承窩部件與球之間施加壓力，以及在不同方向上使球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜。以這種方式，單獨(dú)地且順序地進(jìn)行承窩部件的加工。因此，制造工序可以變得更簡(jiǎn)單。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在上述的實(shí)施方式中的最終研磨步驟之后，所述方法包括進(jìn)一步的拋光被研磨的表面的步驟。 這將進(jìn)一步提高關(guān)節(jié)部件的表面的精度，并且因此增大赫氏區(qū)域的面積。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在上上述步驟之后，所述方法包括對(duì)被拋光的表面 進(jìn)行酸洗或吹洗的步驟。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，當(dāng)步驟I包括使用墊片時(shí)，調(diào)整墊片的厚度直到在 球與承窩部件之間獲得一定水平的摩擦。因此，針對(duì)于低摩擦的要求，可以以優(yōu)化的方式權(quán)衡減小空隙的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于調(diào)整，有利的是由扭矩和/或力傳感器測(cè)量摩擦。優(yōu)選地，傳感器安裝在關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)固定裝置之間，并且在相對(duì)于承窩部件在一個(gè)、 兩個(gè)或三個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)球時(shí)，測(cè)量扭矩和/或力。優(yōu)選地，在承窩部件與關(guān)節(jié)固定裝置之間進(jìn)行力測(cè)量。在大批量的制造線中，裝配期間測(cè)量可以伴隨著陰部件之間的距離的測(cè)量，這優(yōu) 選地使用干涉儀測(cè)量系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。對(duì)于干涉測(cè)量，優(yōu)選的是孔制成在承窩部件中，激光測(cè)量光束被引導(dǎo)穿過(guò)該孔。優(yōu)選地，至少一個(gè)孔制成在每個(gè)承窩部件中，穿過(guò)該至少一個(gè)孔，光束可以擊中相 對(duì)的承窩部件在間隙中的表面，之后墊片將放置在間隙中。優(yōu)選地使用光學(xué)干涉儀來(lái)測(cè)量所述間隙中的承窩部件之間的距離。
優(yōu)選地，在墊片被放置在位之前，進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施方式，步驟I中承窩部件安裝在其上的球與用于執(zhí)行步驟A至H 的球是同一個(gè)球。雖然可以通過(guò)使用不同的用于拋光承窩部件的球和使用另一個(gè)作為實(shí)際的關(guān)節(jié) 部件的球來(lái)獲得滿意的結(jié)果，但是如果相同的球用于這兩個(gè)功能，那么精度將被最大化。在 這種情況下，應(yīng)當(dāng)在研磨之后清潔球和陰部件兩者。本發(fā)明還涉及一種制造具有關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人的方法，其中，根據(jù)本發(fā)明——尤 其是其優(yōu)選的實(shí)施方式中的任何一個(gè)——制造所述關(guān)節(jié)中的至少一個(gè)。用于制造工業(yè)機(jī)器人的方法對(duì)于并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人而言是特別有利的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，其涉及一種能夠以根據(jù)本發(fā)明——尤其是其優(yōu)選的實(shí)施 方式中的任何一個(gè)——的方法獲得的關(guān)節(jié)。本發(fā)明的關(guān)節(jié)具有與尤其是根據(jù)其優(yōu)選的實(shí)施方式中的任何一個(gè)的關(guān)節(jié)的制造 所限定的優(yōu)點(diǎn)類型相似的優(yōu)點(diǎn)，并且已在上面描述了這些優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的關(guān)節(jié)的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，其包括由兩個(gè)承窩部件形成的兩個(gè) 陰部件和由球形成的一個(gè)陽(yáng)部件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在應(yīng)用于部件的這種組合時(shí)是特別重要的。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，陽(yáng)部件和陰部件中的至少一個(gè)設(shè)置有至少一個(gè)連接 銷。每個(gè)部件的連接銷的數(shù)量?jī)?yōu)選為一個(gè)或兩個(gè)。在陽(yáng)部件具有兩個(gè)銷的情況下，這些銷可以優(yōu)選地連接于橋，該橋具有連接元件。 連接元件也可以是銷。連接銷是有利的裝置，用于將關(guān)節(jié)部件連接于工業(yè)機(jī)器人的連桿和/或平臺(tái)，關(guān)節(jié)安裝在該工業(yè)機(jī)器人中，所述工業(yè)機(jī)器人例如是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，兩個(gè)陰部件通過(guò)螺紋聯(lián)接而彼此連接，并且優(yōu)選地， 墊片安裝在陰部件之間。螺紋聯(lián)接可以在兩個(gè)部件上優(yōu)選地包括相配的螺紋，由此將部件旋擰在一起?？蛇x地，螺紋聯(lián)接由單獨(dú)的螺釘構(gòu)成，通過(guò)該單獨(dú)的螺釘來(lái)聯(lián)接陰部件。螺釘可以 優(yōu)選地位于球的同一側(cè)上。通過(guò)螺紋聯(lián)接來(lái)連接陰部件產(chǎn)生了非常剛硬且堅(jiān)固的關(guān)節(jié)。本發(fā)明的制造方法產(chǎn) 生如此高的精度使得即使沒有偏置裝置仍獲得運(yùn)行良好的關(guān)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明通過(guò)在被調(diào)整的陰部件之間提供墊片，進(jìn)一步改進(jìn)了關(guān)節(jié)的正常運(yùn) 行，因?yàn)檫@使進(jìn)一步提高關(guān)于陰部件的相對(duì)位置的精度成為可能。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，每個(gè)陰部件都是環(huán)形的。環(huán)形使如何相對(duì)于彼此布置陽(yáng)部件和陰部件的、大的構(gòu)造自由度成為可能，并且 這產(chǎn)生高的靈活性以使關(guān)節(jié)適應(yīng)于特殊的應(yīng)用。通過(guò)環(huán)形，可以獲得相對(duì)較大的接觸面積， 同時(shí)容易確保一致的接觸壓力。 根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，兩個(gè)陰部件一起形成軛，該軛在球的相對(duì)側(cè)上具有 與球接觸的接觸表面，這可以用來(lái)增大關(guān)節(jié)的工作范圍。這是在每個(gè)陰部件都是球段時(shí)特別有用的實(shí)施方式。然而，當(dāng)一個(gè)或兩個(gè)陰部件 是環(huán)形時(shí)，也可以應(yīng)用該實(shí)施方式。由該軛連接陰部件將導(dǎo)致以構(gòu)造簡(jiǎn)單的裝置產(chǎn)生非常嚴(yán)格的對(duì)陰部件的相對(duì)位 置的維持。本發(fā)明還涉及一種包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明——尤其是其優(yōu)選的實(shí)施方式中的 任何一個(gè)——的關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人。優(yōu)選地，工業(yè)機(jī)器人是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。本發(fā)明的關(guān)節(jié)的上述優(yōu)選的實(shí)施方式限定在從屬于權(quán)利要求12的權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法、本發(fā)明的關(guān)節(jié)以及本發(fā)明的工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步優(yōu)選 的實(shí)施方式當(dāng)然可以通過(guò)上述的優(yōu)選的實(shí)施方式的任何可能的組合以及也在上文所述的 進(jìn)一步有利的布置方式的任何可能的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如在需要高準(zhǔn)確度的位置測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)于關(guān)節(jié)還有許多其它應(yīng)用。一 個(gè)這樣的實(shí)施例是雙球桿布置的關(guān)節(jié)，該雙球桿布置用于機(jī)器人和數(shù)控機(jī)器的校準(zhǔn)。將通過(guò)下面的詳細(xì)的本發(fā)明的實(shí)施例的描述和參照附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的示意性立體圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造步驟。圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)制造步驟。圖8是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的細(xì)節(jié)的立體圖。
圖9是圖8的關(guān)節(jié)的沿yz平面的截面。圖10是圖8的關(guān)節(jié)的沿XZ平面的截面。圖11是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí) 施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的制造步驟。圖13是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的細(xì)節(jié)的立體圖。圖14是圖13的關(guān)節(jié)的沿yz平面的截面。圖15是圖13的關(guān)節(jié)的沿xy平面的截面。圖16是沿著圖17的線XVI-XVI截取的截面。圖17是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面，并且還示出了制造步驟。圖18和19示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的制造步驟。圖20是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖21是根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的關(guān)節(jié)的軸向截面。圖22示出了圖21的關(guān)節(jié)的制造步驟。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了具有六個(gè)連桿的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其中連桿在致動(dòng)器和平臺(tái) 之間傳遞力。三個(gè)線性致動(dòng)器la、lb以及Ic使三個(gè)滑架2a、2b以及2c沿著三條線性導(dǎo)軌 移動(dòng)?；芙?jīng)由連桿連接于平臺(tái)3，該連桿在每個(gè)端部中具有關(guān)節(jié)。每個(gè)連桿都由桿4構(gòu)成， 桿4的一個(gè)關(guān)節(jié)5將其連接于滑架2b，并且另一個(gè)關(guān)節(jié)6將其連接于平臺(tái)3。兩個(gè)關(guān)節(jié)在 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的該連桿結(jié)構(gòu)中都可以具有三個(gè)自由度(D0F)。然而，對(duì)于每個(gè)關(guān)節(jié)，也將 以兩個(gè)自由度工作，雖然此時(shí)連桿組件將被過(guò)度約束，這會(huì)導(dǎo)致殘余扭矩在連桿中的引入。 通常，所使用的設(shè)計(jì)是，在滑架側(cè)具有三自由度關(guān)節(jié)，而在平臺(tái)側(cè)具有二自由度關(guān)節(jié)。示意性地示出在圖1中的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人是本發(fā)明的關(guān)節(jié)特別適合的應(yīng)用。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)。彈簧固定器23旋擰在一個(gè)陰單元 16上，由此預(yù)應(yīng)力施加在橡膠環(huán)21上，這進(jìn)而經(jīng)由球形陽(yáng)單元12將另一個(gè)陰單元15推靠 在第一陰單元16上。在陽(yáng)單元和陰單元之間，設(shè)有塑料層19和20。陽(yáng)單元借助于銷13安 裝在連桿或平臺(tái)/滑架保持器上，并且左陰單元16安裝有銷18。23a是環(huán)，該環(huán)形成用來(lái) 從橡膠環(huán)獲得正確的力的墊片。23c是銷，該銷用來(lái)相對(duì)于旋擰鎖定彈簧固定器23在陰單 元16上的旋擰。圖3示出了具有與圖2中的設(shè)計(jì)相似的設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)，但是此處，安裝銷18b不同地 安裝在左陰單元16的側(cè)部上。以這種方式，連桿將能夠繞著陽(yáng)部件的銷13轉(zhuǎn)動(dòng)360度，該 連桿在其方向上安裝在銷18b上。這可以用來(lái)在該DOF中獲得更大的工作空間。圖3中的塑料層19，20可以省略，由此，陽(yáng)部件12將與陰部件15、16直接接觸，這 意味著界面19和20中的金屬對(duì)金屬的支承。當(dāng)使用金屬對(duì)金屬的支承技術(shù)時(shí)，最好的表 面處理之一是用DLC (類金剛石碳)覆蓋球表面，這可以具有1500至3000HV的硬度和低至 0. 08的摩擦系數(shù)。除了堅(jiān)硬的且低摩擦的球表面之外，同樣重要的是具有非常小的球的形 狀誤差，該非常小的球的形狀誤差例如通過(guò)使用軸承球來(lái)獲得。如果陰單元由例如硬化至 56至58HRC的SS2260鋼的鋼制成，那么這些陰單元的加工必須以與球相同的低形狀誤差進(jìn) 行。一個(gè)替代方案是使用例如軸承青銅材料的更軟的材料，該更軟的材料將適應(yīng)球的形狀精度。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，由于與球軸承或滾柱軸承相比關(guān)節(jié)中的較大表面，因此表面壓力將是 低的一在具有大約IOOON的工具力的機(jī)器人中大約為3Mpa。圖4示出了如何在陰部件和球的球形形狀之間獲得極其精確的匹配。在陽(yáng)部件12 以及陰部件15和16之間具有研磨膏時(shí)，通過(guò)使陽(yáng)部件上的銷13轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜(13’，13”)，陰 部件的形狀將適應(yīng)于陽(yáng)球12的完全球形形狀。圖4的關(guān)節(jié)不具有如圖3中的塑料層。因 此，球12可以用于所說(shuō)明的研磨操作，球12形成關(guān)節(jié)的一部分。在如圖3中使用塑料層的情況下，使用球，該球具有與靠著陰部件的塑料表面的 直徑相同的直徑，然后，在操作中，使用球，該球具有更小的與被壓向球的塑料表面的直徑 相等的直徑。接著，也可以通過(guò)以更小直徑的球進(jìn)行研磨來(lái)改進(jìn)塑料層的形狀和表面質(zhì)量。在如圖4中不使用塑料層時(shí)的情況下，以球進(jìn)行研磨，該球具有與將使用在操作 中的球的直徑相同的直徑，或者，研磨和操作使用相同的球。因?yàn)檠心ナ贡砻娲植?，所以?后進(jìn)行精細(xì)研磨和拋光是優(yōu)點(diǎn)。如果研磨和操作使用相同的球，球需要一層例如類金剛石 碳，這是重要的。圖5示出了制造關(guān)節(jié)而無(wú)需彈簧系統(tǒng)以補(bǔ)償關(guān)節(jié)界面磨損的可能方案。使用利用 了類金剛石碳的表面處理，磨損將是可以忽略的，并且可以僅使用墊片23a來(lái)直接將陰部 件安裝在一起以相對(duì)于陽(yáng)球調(diào)整陰部件。在這種情況下，因?yàn)樾螤詈统叽缙ヅ浔仨毦_到 微米水平，所以進(jìn)一步更重要的是使用關(guān)節(jié)球來(lái)研磨陰部件。因此，球可以首先與例如具有 金剛石或碳化硅的研磨膏一起被使用以研磨陰部件中的一個(gè)的形狀，然后研磨另一個(gè)陰部 件的形狀。接著，在沒有墊片23a的情況下，以一定的旋擰扭矩來(lái)安裝關(guān)節(jié)，并且一起研磨 兩個(gè)陰部件。當(dāng)然，也可以一開始就一起研磨兩個(gè)陰部件。圖6示出了對(duì)于圖5中的關(guān)節(jié)獲得二自由度(DOF)的更大工作范圍的可能方案。 此處，兩個(gè)陰部件1 5，16都是環(huán)，其形成為使得能夠具有安裝在球12的每側(cè)上的銷(13a， 13b)。兩個(gè)銷13a和13b安裝在橋13c上，橋13c進(jìn)而帶有銷13d，銷13d安裝在并聯(lián)運(yùn)動(dòng) 機(jī)器人的連桿或平臺(tái)上。另一個(gè)安裝銷18c安裝在右陰部件15上。非常重要的是，獲得確切的墊片束(23a)厚度。根據(jù)方法，這通過(guò)以不同的墊片厚 度水平進(jìn)行試驗(yàn)直到球?qū)D(zhuǎn)動(dòng)和搖擺運(yùn)動(dòng)的阻力(摩擦)處于一定的水平來(lái)獲得。對(duì)于自 動(dòng)化制造，可以以安裝在銷13或18和固定裝置或主軸之間的力和/或扭矩傳感器來(lái)測(cè)量 阻力。當(dāng)然，最好的解決方案是使用關(guān)節(jié)和用于關(guān)節(jié)的固定裝置之間的傳感器。憑借陰部 件的高精度加工，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的關(guān)節(jié)，墊片厚度的初始值幾乎是相同的。僅需要較少的微 米水平的試驗(yàn)直到獲得期望的球在陰部件中的運(yùn)動(dòng)性。對(duì)于更大規(guī)模的制造，可以使用例 如激光干涉儀來(lái)測(cè)量陰部件相對(duì)于參考陰部件的差異，從而使得能夠直接計(jì)算正確的墊片 選擇。根據(jù)圖7，還可以直接使用激光干涉儀來(lái)測(cè)量間隙。這在以陽(yáng)球來(lái)研磨和拋光陰部 件之后進(jìn)行。因此，以一定的扭矩來(lái)將陰部件旋擰在一起以保證球和陰部件處于彼此牢固 接觸。穿過(guò)孔23c和23d，激光束可以在與墊片間隙23b中的孔相對(duì)的壁上獲得反射。以圖 底部處的一對(duì)孔為例說(shuō)明如何可以進(jìn)行該測(cè)量。激光干涉儀200通過(guò)將一個(gè)激光束發(fā)送到兩個(gè)孔中并且使激光束在半透明鏡201 中混合來(lái)測(cè)量墊片間隙中的壁之間的差異。為了通過(guò)兩個(gè)孔來(lái)獲得測(cè)量，使用了三個(gè)鏡子 202a、202b、202c。憑借完美的螺紋聯(lián)接，一個(gè)孔對(duì)是足夠的，但是對(duì)于高準(zhǔn)確度，應(yīng)當(dāng)使用三個(gè)孔對(duì)(23c和23d)，該三個(gè)孔對(duì)鉆成彼此相距120度。

圖8示出了關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，其中在陽(yáng)部件和陰部件之間獲得更大的交界表面，針對(duì)于 關(guān)節(jié)剛度，這是優(yōu)點(diǎn)。陽(yáng)部件46和其安裝銷47可以在塑料層部件48和50之間轉(zhuǎn)動(dòng)和傾 斜。在塑料層48中，設(shè)有用于銷47的傾斜的狹縫49。在圖9和10中，可以看到陰部件52 和55，以及塑料層48和50、彈簧墊圈54和彈簧53。憑借相對(duì)于彼此成90度的安裝銷47 和56以及安裝在銷56上的連桿，可以使連桿在水平平面中搖擺360度并且在豎直平面中 搖擺大約+/-60度。當(dāng)然，可以在不具有塑料層48和50的情況下使用相同的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)。圖11示出了沒有磨損補(bǔ)償?shù)膱D9的變型。此處，墊片52a適于獲得陰部件50和 52之間所需的預(yù)應(yīng)力。陽(yáng)球形部件46是圖1所見的操縱平臺(tái)或致動(dòng)滑架。在圖中，以60 示例出安裝在關(guān)節(jié)上的臂。圖12示出了如何可以通過(guò)在裝配關(guān)節(jié)時(shí)使球46轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜來(lái)研磨和拋光關(guān)節(jié)， 該關(guān)節(jié)與圖8至11中的關(guān)節(jié)相似，但是沒有塑料層。在圖中，使用墊片52a，但是如前面所 述，在研磨或拋光操作期間，這是不必要的。相反地，在研磨期間，52和55之間的旋擰扭矩 可以用來(lái)在陽(yáng)部件和陰部件之間獲得足夠的表面壓力。圖13至15示出了設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中可以獲得大的關(guān)節(jié)工作空間。圖13限定了具 有凸緣49的塑料支承半部48和50的幾何形狀，并且如可以看到的，銷47現(xiàn)在可以傾斜達(dá) +/-90度。根據(jù)圖15以螺釘74來(lái)將陰部件70和71夾緊在一起，并且墊片73用來(lái)獲得最 佳預(yù)應(yīng)力和零空隙。安裝銷72應(yīng)當(dāng)安裝在連桿上，并且安裝銷47應(yīng)當(dāng)安裝在操縱平臺(tái)或 致動(dòng)滑架上。圖16和17示出了圖13至15的實(shí)施例的改型。銷47安裝在平臺(tái)或致動(dòng)滑架上， 并且銷72安裝在連桿上。為了獲得高的剛度，幾個(gè)螺釘74用來(lái)將左陰部件70安裝在右陰 部件71上，使得其間具有墊片73。圖17從具有多個(gè)用于高剛度的螺釘74的一側(cè)示出關(guān) 節(jié)。在該圖中，還表示了研磨運(yùn)動(dòng)。如圖18所示，還可以分別使用具有正確的直徑的球46來(lái)對(duì)每個(gè)陰部件執(zhí)行研磨。 在圖19中，示出了如何可以使用精細(xì)研磨布80來(lái)去除研磨金剛石并且獲得改進(jìn)的表面精加工。圖20示出了類似于圖5的關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)，但是其中右陰部件15已被制成為更小，并 且其中其旋擰在左陰部件16內(nèi)。圖21示出了適應(yīng)性研磨也可以用于雙球關(guān)節(jié)，該雙球關(guān)節(jié)具有用于將陰部件101 和102預(yù)先壓靠在陽(yáng)球部件103和104上的彈簧105。100是操縱平臺(tái)或致動(dòng)滑架的一部 分。連桿安裝在銷110和111上。圖22示出了如何通過(guò)相對(duì)于陰部件102使陽(yáng)部件104 轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜來(lái)進(jìn)行研磨。當(dāng)然，在球連接于彼此之前，進(jìn)行研磨。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造關(guān)節(jié)的方法，其特征在于，所述方法包括A.將銷安裝在球上，B.在至少兩個(gè)承窩部件上加工球形表面，C.將研磨膏施加在所述球上和/或所述承窩部件的所述表面上，D.將所述銷連接于使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，E.將所述球裝配在所述承窩部件之間，F(xiàn).在所述承窩部件與所述球之間施加壓力，G.在所述關(guān)節(jié)的工作范圍上使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜，H.從所述球和所述承窩部件清除所述研磨膏，以及I.通過(guò)將所述承窩部件安裝在球上來(lái)裝配所述關(guān)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中使用的所述球是球軸承的球。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟H之后，所述方法包括以下步驟執(zhí)行精細(xì)研磨以去除研磨材料的殘余物，以及清潔所述球和所述承窩部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在權(quán)利要求1中限定的步驟H之后，所述 方法包括將潤(rùn)滑脂施加在所述承窩部件和/或所述球上的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在權(quán)利要求3中限定的步驟之后，所述方 法包括將潤(rùn)滑脂施加在所述承窩部件和/或所述球上的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I包括在裝配時(shí)使用墊片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟D之后，所述方法包括以下步驟在所述承窩部件中的第一承窩部件與所述球之間施加壓力，在不同方向上使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜，在第二承窩部件與所述球之間施加壓力，以及在不同方向上使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在權(quán)利要求3的研磨步驟之后，所述方法 包括拋光被研磨的表面的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在權(quán)利要求1的步驟H之后，所述方法包 括對(duì)所述表面進(jìn)行酸洗或吹洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I包括調(diào)整墊片的厚度直到在所 述球與所述承窩部件之間獲得一定水平的摩擦。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟I中所述承窩部 件安裝在其上的所述球與在執(zhí)行步驟A至H時(shí)所使用的球相同。
12.一種制造包括關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人尤其是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的方法，其特征在于，所述 關(guān)節(jié)中的至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)制造。
13.一種關(guān)節(jié)，所述關(guān)節(jié)能夠用根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法獲得。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的關(guān)節(jié)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)包括由兩個(gè)承窩部件形成的 兩個(gè)陰部件以及由球形成的一個(gè)陽(yáng)部件
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的關(guān)節(jié)，其特征在于，至少一個(gè)連接銷附接在所述關(guān)節(jié)的所 述陽(yáng)部件和所述陰部件中的至少一個(gè)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的關(guān)節(jié)，其特征在于，所述兩個(gè)陰部件通過(guò)螺紋聯(lián)接而彼此 連接，并且優(yōu)選地，在所述陰部件之間安裝有墊片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的關(guān)節(jié)，其特征在于，每個(gè)陰部件是環(huán)形的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的關(guān)節(jié)，其特征在于，所述兩個(gè)陰部件一起形成軛，所述軛具 有在所述球的相對(duì)側(cè)上與所述球接觸的接觸表面。
19.一種工業(yè)機(jī)器人，尤其是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)器人包括至少 一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求13至18中的任一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造關(guān)節(jié)的方法。所述方法包括以下步驟A.將銷安裝在球上；B.在至少兩個(gè)承窩部件上加工球形表面；C.將研磨膏施加在所述球上和/或所述承窩部件的所述表面上；D.將所述銷連接于使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備；E.將所述球裝配在所述承窩部件之間；F.在所述承窩部件與所述球之間施加壓力；G.在所述關(guān)節(jié)的工作范圍上使所述球轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜；H.從所述球和所述承窩部件清除所述研磨膏；以及I.通過(guò)將所述承窩部件安裝在球上來(lái)裝配所述關(guān)節(jié)。本發(fā)明還涉及一種能夠以根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的關(guān)節(jié)。
文檔編號(hào)F16C11/06GK102046989SQ200980120532
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者奧韋·奧德, 奧韋·庫(kù)爾堡, 托里尼·布羅加德 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司