Industrial robot

Abstract

An industrial robot (1) comprises: a base (41); a first arm (42) coupled to the base and configured to rotate relative to the base about a first axis (A1); a first axis assembly (10) connecting the base and the first arm and comprising a first motor (11) and a first gear (12) coupled to the first motor; a second arm (43) coupled to the first arm and configured to rotate relative to the first arm about a second axis (A2); a second axis assembly (20) connecting the first arm and the second arm and comprising a second motor (21) and a second gear (22) coupled to the second motor; a transmitting component (32) provided in the second arm and configured to drive a moving component (31) to move relative to the second arm. The second motor is provided at the first arm, and the second gear is provided at the second arm. The transmitting component overlaps with the second gear in a direction parallel to the second axis. The moment of inertia of the second arm can be reduced to achieve better mass distribution.

Description

INDUSTRIAL ROBOTFIELD

[0001] Embodiments of the present disclosure generally relate to an industrial robot.BACKGROUND

[0002] Cables which are typically arranged in arm links of the industrial robot are vital components working in industrial robots. Because the arm links of the industrial robot typically rotate around a joint, how to route the cable to prevent the cable from affecting rotation range of the industrial robot arm link and prevent premature failure of the cable is a challenge in industrial robot design. Even for static cables, due to problems such as space occupation, there is still necessary to consider how to reduce the space occupation of the cables when designing a small industrial robot.SUMMARY

[0003] In order to address or at least partially address the above and other potential problems, embodiments of the present disclosure provide an industrial robot with improved performance.

[0004] Example embodiments of the present disclosure provides an industrial robot. The industrial robot comprises: a base; a first arm coupled to the base and configured to rotate relative to the base about a first axis; a first axis assembly connecting the base and the first arm and comprising a first motor and a first gear coupled to the first motor; a second arm coupled to the first arm and configured to rotate relative to the first arm about a second axis; a second axis assembly connecting the first arm and the second arm and comprising a second motor and a second gear coupled to the second motor; a transmitting component provided in the second arm and configured to drive a moving component to move relative to the second arm, wherein the second motor is provided at the first arm, and the second gear is provided at the second arm, and wherein the transmitting component overlaps with the second gear in a direction parallel to the second axis.

[0005] According to example embodiments of the present disclosure, the moment of inertia  of the second arm can be reduced to achieve better mass distribution.

[0006] In some example embodiments, the first gear is provided at the base, and wherein the first motor is provided at the first arm and can rotate along with the first arm.

[0007] In some example embodiments, the first motor and first gear are both hollow to allow a main harness to penetrate through.

[0008] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a position sensor within the hollow first motor.

[0009] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a feedback shaft coupled to the hollow first gear; and a further position sensor coupled to the feedback shaft and configured to measure an angular position of the hollow first gear.

[0010] In some example embodiments, the second motor and the second gear are both hollow to allow a main harness to penetrate through.

[0011] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a position sensor within the hollow second motor.

[0012] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a feedback shaft coupled to the hollow second gear; and a further position sensor coupled to the feedback shaft and configured to measure an angular position of the hollow second gear.

[0013] In some example embodiments, the first motor is a frameless motor.

[0014] In some example embodiments, the second motor is a frameless motor.

[0015] In some example embodiments, the first motor is coaxial with the first gear; and wherein the second motor is coaxial with the second gear.

[0016] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a protection cover on a top of the second arm to accommodate the moving component.

[0017] In some example embodiments, the industrial robot further comprises a robot controller coupled to the base, wherein the robot controller is configured to control a movement of the industrial robot.

[0018] It is to be understood that the Summary is not intended to identify key or essential features of embodiments of the present disclosure, nor is it intended to be used to limit the scope of the present disclosure. Other features of the present disclosure will become easily  comprehensible through the description below.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0019] The above and other objectives, features and advantages of the present disclosure will become more apparent through more detailed depiction of example embodiments of the present disclosure in conjunction with the accompanying drawings, wherein in the example embodiments of the present disclosure, same reference numerals usually represent same components.

[0020] Fig. 1 shows a schematic diagram of a front view of a first conventional industrial robot;

[0021] Fig. 2 shows a schematic diagram of a front view of a second conventional industrial robot;

[0022] Fig. 3 shows a schematic diagram of a front view of an industrial robot according to a first embodiment of the present disclosure;

[0023] Fig. 4 shows a schematic diagram of a front view of an industrial robot according to a second embodiment of the present disclosure; and

[0024] Fig. 5 shows a schematic diagram of a front view of an industrial robot according to a third embodiment of the present disclosure.

[0025] Throughout the drawings, the same or similar reference symbols are used to indicate the same or similar elements.DETAILED DESCRIPTION

[0026] The present disclosure will now be discussed with reference to several example embodiments. It is to be understood these embodiments are discussed only for the purpose of enabling those skilled persons in the art to better understand and thus implement the present disclosure, rather than suggesting any limitations on the scope of the subject matter.

[0027] As used herein, the term “comprises” and its variants are to be read as open terms that mean “comprises, but is not limited to. ” The term “based on” is to be read as “based at least in part on. ” The term “one embodiment” and “an embodiment” are to be read as “at  least one embodiment. ” The term “another embodiment” is to be read as “at least one other embodiment. ” The terms “first, ” “second, ” and the like may refer to different or same objects. Other definitions, explicit and implicit, may be comprised below. A definition of a term is consistent throughout the description unless the context clearly indicates otherwise.

[0028] Industrial robots are currently used in more and more fields. Components, such as controllers, sensors and end effectors are typically coupled with each other with cables. In industrial robots, cables are key components of an industrial robot. Because the arm of the industrial robot typically rotate around a joint, how to route the cable to prevent the cable from affecting rotation range of the industrial robot arm and prevent premature failure of the cable is a challenge in industrial robot design. Even for static cables, due to problems such as space occupation or potential particle pollution, there is still necessary to consider how to configure the cable distribution when designing an industrial robot. In addition of the cable distribution, there are still room for the designers as to how to improve the performance of the industrial robot.

[0029] Fig. 1 shows a schematic diagram of a front view of a first conventional industrial robot 1’ . As illustrated, the industrial robot 1’ generally includes a base 41’ , a first arm 42’ coupled to the base 41’ and a second arm 43’ coupled to the first arm 42’ . The first arm 42’ is mounted to the base 41’ and may be rotated relative to the base 41’ via a first axis assembly 10’ . The first axis assembly 10’ may include a first motor 11’ and a first gear 12’ coupled to the first motor 11’ . The first motor 11’ may be fixedly secured to the base 41’ and is configured to drive the first gear 12’ to rotate. As shown in Fig. 1, the first arm 42’ is coupled to the first gear 12’ to allow the first motor 11’ to drive the first arm 42’ to rotate by means of the first gear 12’ . Therefore, with the help of the first motor 11’ and the first gear 12’ , the first arm 42’ may be rotated relative to the base 41’ .

[0030] As shown in Fig. 1, the industrial robot 1’ further includes a second axis assembly 20’ between the first arm 42’ and the second arm 43’ . The second axis assembly 20’ includes a second motor 21’ and a second gear 22’ coupled to the second motor 21’ . The second motor 21’ may be mounted to the second arm 43’ and is configured to drive the second gear 22’ to rotate. As shown in Fig. 1, the second arm 43’ is coupled to the second gear 22’ to allow the second motor 21’ to drive the second arm 43’ to rotate by means of the second gear 22’ . Therefore, with the help of the second motor 21’ and the second gear 22’ , the second arm 43’ may be rotated relative to the first arm 42’ .

[0031] As shown in Fig. 1, the industrial robot 1’ further includes a transmitting component 32’ and a moving component 31’ coupled to the transmitting component 32’ . The transmitting component 32’ may be coupled to the second arm 43’ and may include a motor which may be driven to rotate. The transmitting component 32’ may further include a belt pulley assembly couple to the motor and allow to transfer the power from the motor to the moving component 31’ . The moving component 31’ is configured to rotate relative to the second arm 43’ while moving along the Z-direction relative to the second arm 43’ . In some example embodiments, the moving component 31’ may be a ball screw. A sucking component 35’ , which is designed to grasp an object, may be coupled to the moving component 31’ . In this way, with the help of the first arm 42’ and the second arm 43’ , the moving component 31’ may be moved to a desired position. Besides, with the help of the transmitting component 32’ , the moving component 31’ may be driven to a desired height to allow the sucking component 35’ to accurately grasp the object to complete a predetermined action.

[0032] The components of the industrial robot 1’ is provided with cables for delivering power. For example, the first motor 11’ and the second motor 21’ are provided with cables. As shown in Fig. 1, the industrial robot 1’ further includes a main harness 51’ to contain those cables. As shown, the main harness 51’ is routed externally, which means that the main harness 51’ is exposed to ambient environment. This would cause great trouble to the industrial robot 1’ . For example, it is hard to predict the movement of the external main harness 51’ and the main harness 51’ may collide with external equipment if the industrial robot 1” is not integrated into a cell properly. Besides, dust or particles may be accumulated at an outer surface of the main harness 51’ and this makes the main harness 51’ to become a potential source of pollution. Since the industrial robot 1’ may be used in some scenarios which require high level of cleanliness, the pollution brought about by the main harness 51’ is unacceptable to the users of the industrial robot 1’ .

[0033] Fig. 2 shows a schematic diagram of a front view of a second conventional industrial robot 1’ . As illustrated, the industrial robot 1” generally includes a base 41” , a first arm 42” coupled to the base 41” and a second arm 43” coupled to the first arm 42” . The first arm 42” is mounted to the base 41” and may be rotated relative to the base 41” via a first axis assembly 10” . The first axis assembly 10” may include a first motor 11” and a first gear 12” coupled to the first motor 11” . The first motor 11” may be fixedly secured to the base 41” and is configured to drive the first gear 12” to rotate. As can be seen from Fig. 2,  the first gear 12” is a hollow gear and the first motor 11” is offset from the first gear 12” to allow the main harness 51” to penetrate though the first gear 12” . As shown in Fig. 2, the first arm 42” is coupled to the first gear 12” to allow the first motor 11” to drive the first arm 42” to rotate by means of the first gear 12” . Therefore, with the help of the first motor 11” and the first gear 12” , the first arm 42” may be rotated relative to the base 41” .

[0034] As shown in Fig. 2, the industrial robot 1” further includes a second axis assembly 20” between the first arm 42” and the second arm 43” . The second axis assembly 20” includes a second motor 21” and a second gear 22” coupled to the second motor 21” . The second motor 21” may be mounted to the second arm 43” and is configured to drive the second gear 22” to rotate. As can be seen from Fig. 2, the second gear 22” is a hollow gear and the second motor 21” is offset from the second gear 22” to allow the main harness 51” to penetrate though the second gear 22” . As shown in Fig. 2, the second arm 43” is coupled to the second gear 22” to allow the second motor 21” to drive the second arm 43” to rotate by means of the second gear 22” . Therefore, with the help of the second motor 21” and the second gear 22” , the second arm 43” may be rotated relative to the first arm 42” .

[0035] In the conventional approach as shown in Fig. 2, the main harness 51” may penetrate through the hollow first gear 12” and second gear 22” and is thus routed internally. In this manner, the main harness 51” would not affect the movement of the components of the industrial robot 1” and would not be a source of the pollution as compared to the first convention approach as shown in Fig. 1. However, there is still problem in the second conventional approach as illustrated in Fig. 2. For example, during the operation of the industrial robot 1” , the heat is generally generated by the first motor 11” and the second motor 21” . In the conventional approach as illustrated in Fig. 2, the heat cannot be effectively dissipated to the ambient environment, which influences the performance of entire industrial robot 1” . Besides, the mass distribution of the industrial robot 1” is relatively unreasonable, which also impacts a negative influence on the performance of entire industrial robot 1” .

[0036] At least to address the problem existed in the conventional approaches, the present disclosure proposes an industrial robot with great benefit over the conventional industrial robots.

[0037] Example embodiments will be described in more detail hereinafter in accordance with Figs. 3-5. With reference to Fig. 3 at first, which illustrates a schematic diagram of a  front view of an industrial robot 1 according to a first embodiment of the present disclosure.

[0038] As illustrated, the industrial robot 1 generally includes a base 41, a first arm 42 coupled to the base 41 and a second arm 43 coupled to the first arm 42. The first arm 42 is mounted to the base 41 and may be rotated relative to the base 41 about the first axis A1 via a first axis assembly 10. The first axis assembly 10 may include a first motor 11 and a first gear 12 coupled to the first motor 11. The first motor 11 may be fixedly secured to the base 41 and is configured to drive the first gear 12 to rotate. As shown in Fig. 3, the first arm 42 is coupled to the first gear 12 to allow the first motor 11 to drive the first arm 42 to rotate by means of the first gear 12. Therefore, with the help of the first motor 11 and the first gear 12, the first arm 42 may be rotated relative to the base 41 about the first axis A1.

[0039] As shown in Fig. 3, the industrial robot 1 further includes a second axis assembly 20 between the first arm 42 and the second arm 43. The second axis assembly 20 includes a second motor 21 and a second gear 22 coupled to the second motor 21. The second motor 21 may be mounted to the second arm 43 and is configured to drive the second gear 22 to rotate. As shown in Fig. 3, the second arm 43 is coupled to the second gear 22 to allow the second motor 21 to drive the second arm 43 to rotate about the second axis A2 by means of the second gear 22. Therefore, with the help of the second motor 21 and the second gear 22, the second arm 43 may be rotated relative to the first arm 42 about the second axis A2.

[0040] As shown in Fig. 3, the industrial robot 1 further includes a transmitting component 32 and a moving component 31 coupled to the transmitting component 32. The transmitting component 32 may be coupled to the second arm 43 and may include a motor which may be driven to rotate. The transmitting component 32 may further include a belt pulley assembly couple to the motor and allow to transfer the power from the motor to the moving component 31. The moving component 31 is configured to rotate relative to the second arm 43 while moving along the Z-direction relative to the second arm 43. In some example embodiments, the moving component 31 may be a ball screw. A sucking component 35, which is designed to grasp an object, may be coupled to the moving component 31. In this way, with the help of the first arm 42 and the second arm 43, the moving component 31 may be moved to a desired position. Besides, with the help of the transmitting component 32, the moving component 31 may be driven to a desired height to allow the sucking component 35 to accurately grasp the object to complete a predetermined action.

[0041] With reference back to Figs. 1-2, the transmitting component 32’ , 32” are provided  outside the second arm 43’ , 43” and is away from the second axis assembly 20’ , 20” . This configuration makes the moment of inertia of the second arm 43’ , 43” relatively large, which is unfavorable to the movement performance of the second arm 43’ , 43” .

[0042] Compared to the conventional approaches as shown in Figs. 1-2, the transmitting component 32 as shown in Fig. 3 is provided in the second arm 43 and configured to drive the moving component 31 to move relative to the second arm 43. The second motor 21 is provided at the first arm 42, and the second gear 22 is provided at the second arm 43, and the transmitting component 32 overlaps with the second gear 22 in a direction parallel to the second axis A2.

[0043] Since the transmitting component 32 overlaps with the second gear 22 in a direction parallel to the second axis A2, the overall mass of the second arm 43 is closer to the rotation axis i.e., the second axis A2 shared by the second motor 21 and the second gear 22, thereby reducing the moment of inertia. The reduction in the moment of inertia can make the acceleration or braking performance of the movement better. In this way, by improving the mass distribution on the second arm 43, the movement performance of the industrial robot 1 can be improved.

[0044] With reference back to Figs. 1-2, the first motor 11’ , 11” is located at the base 41’ , 41” and the heat generated by the first motor 11’ , 11” can only be transfer to the base 41’ , 41” by heat conduction. The heat dissipation rate by heat conduction is limited, thus making the cooling efficiency relatively low.

[0045] As shown in Fig. 3, compared to the conventional approaches, the first gear 12 according to example embodiments of the present disclosure is provided at the base 41, and the first motor 11 according to example embodiments of the present disclosure is provided at the first arm 42 and can rotate along with the first arm 42. Since the rotation of the first arm 42 along with the first motor 11 will increase the contact area between the first motor 11 and the ambient air, so that the heat generated by the first motor 11 can be quickly and effectively dissipated into the surrounding air. Owing to the fact that the first motor 11 is rotating, rather than immobile as shown in Figs. 1-2, the dissipation rate of heat is high. As a result, in addition to being conducted to the surrounding components through heat conduction, the heat generated by the first motor 11 can also be transferred to the surrounding environment through heat convection. Since the first motor 11 is the main component that generates heat, according to the embodiments of the present disclosure, the cooling efficiency of the  industrial robot 1 can be improved in an efficient manner.

[0046] In the embodiment as shown in Fig. 3, the first motor 11 and the first gear 12 are both hollow to allow a main harness 51 to penetrate through. The hollow structure in the first motor 11 and the first gear 12 allow the main harness 51 to route internally through the central tube in the drivetrain. In this way, the risk brought about by main harness 51 to other components of the industrial robot 1 will be reduced. Moreover, the pollution caused by the main harness 51 can be avoided.

[0047] In the embodiment as shown in Fig. 3, the second motor 21 and the second gear 22 are hollow to allow a main harness 51 to penetrate through. The hollow structure in the second motor 21 and the second gear 22 allow the main harness 51 to route internally through the central tube in the drivetrain. In this way, the risk brought about by main harness 51 to other components of the industrial robot 1 will be reduced. Moreover, the pollution caused by the main harness 51 can be avoided.

[0048] According to example embodiments, the hollow structure may allow position sensor to be mounted to increase the absolute accuracy of positioning.

[0049] In particular, in some example embodiments, the industrial robot 1 includes a position sensor within the hollow first motor 11.

[0050] In an optional example embodiment, the industrial robot 1 includes a feedback shaft coupled to the hollow first gear 12 and a further position sensor coupled to the feedback shaft. The further position sensor is configured to measure an angular position of the hollow first gear 12. According to the measured angular position, the speed of the hollow first gear 12 may be determined.

[0051] In some example embodiments, the industrial robot 1 includes a position sensor within the hollow second motor 21.

[0052] In an optional example embodiment, the industrial robot 1 includes a feedback shaft coupled to the hollow second gear 22 and a further position sensor coupled to the feedback shaft. The further position sensor is configured to measure an angular position of the hollow second gear 22. According to the measured angular position, the speed of the hollow second gear 22 may be determined.

[0053] In the embodiment as shown in Fig. 3, the first motor 11 may be a frameless motor. In the embodiment as shown in Fig. 3, the second motor 12 may be a frameless motor. By  using frameless motor, it is possible to implement the hollow motor in a cost efficient manner.

[0054] In the embodiment as shown in Fig. 3, the first motor 11 may be coaxial with the first gear 12. Compared to the conventional approach as shown in Fig. 2, the coaxial structure according to the present disclosure may reduce the assembly difficulty of the first motor 11 and the first gear 12.

[0055] In the embodiment as shown in Fig. 3, the second motor 21 may be coaxial with the second gear 22. Compared to the conventional approach as shown in Fig. 2, the coaxial structure according to the present disclosure may make the second motor 21 and the motor gear 22 to be mounted easier.

[0056] Fig. 4 shows a schematic diagram of a front view of an industrial robot 1 according to a second embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 4, the industrial robot 1 may further include a protection cover 45 on a top of the second arm 43 to accommodate the moving component 31. In this way, the moving component 31 may be protected by the protection cover 45 to avoid being damaged from external forces. Besides, the cable may also be contained within the protection cover 45 and then be protected by the protection cover 45.

[0057] Fig. 5 shows a schematic diagram of a front view of an industrial robot 1 according to a third embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 5, the industrial robot 1 may further include a robot controller 40 configured to control a movement of the industrial robot 1. As illustrated, the robot controller 40 may be coupled to the base 41. In this way, the robot controller 40 may be mounted to industrial robot 1 to increase the integration level of the whole industrial robot 1.

[0058] Compared to the conventional approaches, the industrial robot 1 according to the example embodiments of the present disclosure reduces the manufacturing cost and achieves better performance. Moreover, the internal cable routing can be achieved.

[0059] It should be appreciated that the above detailed embodiments of the present disclosure are only to exemplify or explain principles of the present disclosure and not to limit the present disclosure. Therefore, any modifications, equivalent alternatives and improvement, etc. without departing from the spirit and scope of the present disclosure shall be comprised in the scope of protection of the present disclosure. Meanwhile, appended claims of the present disclosure aim to cover all the variations and modifications falling under  the scope and boundary of the claims or equivalents of the scope and boundary.

Claims

1.An industrial robot (1) , comprising:a base (41) ;a first arm (42) coupled to the base (41) and configured to rotate relative to the base (41) about a first axis (A1) ;a first axis assembly (10) connecting the base (41) and the first arm (42) and comprising a first motor (11) and a first gear (12) coupled to the first motor (11) ;a second arm (43) coupled to the first arm (42) and configured to rotate relative to the first arm (42) about a second axis (A2) ;a second axis assembly (20) connecting the first arm (42) and the second arm (43) and comprising a second motor (21) and a second gear (22) coupled to the second motor (21) ;a transmitting component (32) provided in the second arm (43) and configured to drive a moving component (31) to move relative to the second arm (43) , wherein the second motor (21) is provided at the first arm (42) , and the second gear (22) is provided at the second arm (43) , and wherein the transmitting component (32) overlaps with the second gear (22) in a direction parallel to the second axis (A2) .2.The industrial robot (1) of claim 1, wherein the first gear (12) is provided at the base (41) , and wherein the first motor (11) is provided at the first arm (42) and can rotate along with the first arm (42) .3.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, wherein the first motor (11) and first gear (12) are both hollow to allow a main harness (51) to penetrate through.4.The industrial robot (1) of claim 3, further comprising a position sensor within the hollow first motor (11) .5.The industrial robot (1) of any of claims 3-4, further comprising:a feedback shaft coupled to the hollow first gear (12) ; anda further position sensor coupled to the feedback shaft and configured to measure an angular position of the hollow first gear (12) .6.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, wherein the second motor (21) and the second gear (22) are both hollow to allow a main harness (51) to penetrate through.7.The industrial robot (1) of claim 5, further comprising a position sensor within the hollow second motor (21) .8.The industrial robot (1) of any of claims 6-7, further comprising:a feedback shaft coupled to the hollow second gear (22) ; anda further position sensor coupled to the feedback shaft and configured to measure an angular position of the hollow second gear (22) .9.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, wherein the first motor (11) is a frameless motor.10.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, wherein the second motor (12) is a frameless motor.11.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, wherein the first motor (11) is coaxial with the first gear (12) ; andwherein the second motor (21) is coaxial with the second gear (22) .12.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, further comprising a protection cover (45) on a top of the second arm (43) to accommodate the moving component (31) .13.The industrial robot (1) of any of claims 1-2, further comprising a robot controller (40) coupled to the base (41) , wherein the robot controller (40) is configured to control a movement of the industrial robot (1) .

Images