Robotic arm and method of producing the same

Abstract

A robotic arm (10), comprises a stainless steel tube (12) , the tube (12) comprising at least two openings (122, 124) , the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot; and two interface members (14, 16) made of stainless steel provided at the respective openings, the interface member each comprising connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm (10) or an actuator (30) constituting the joint of the robot. Several methods of producing the robotic arm (10) and a robot are also provided.

Description

ROBOTIC ARM AND METHOD OF PRODUCING THE SAMEFIELD

[0001] Embodiments of the present disclosure generally relate to a robot, and more specifically, to a robotic arm and a method of producing the same.BACKGROUND

[0002] Multi-axis robots typically comprise a manipulator formed by a plurality of joints each of which joint casing and a motor arranged within the joint casing. A tool may be fixed to an end flange of the manipulator so as to perform various tasks and thus during this operation, the joints are subject to loads. In designing the joint casing, in addition to the structural strength, some factors, such as its weight, its structural complexity, and its processability are important. There is a room to further improve the joint casing.SUMMARY

[0003] Example embodiments of the present disclosure provide a robotic arm and a method of producing the same which mitigates or obviates one or more above mentioned problems.

[0004] In a first aspect of the present disclosure, there is provided a robotic arm. The robotic arm comprises: a stainless steel tube, the tube comprising at least two openings, the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot; and two interface members made of stainless steel provided at the respective openings, the interface member each comprising connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm or an actuator constituting the joint of the robot.

[0005] According to the present disclosure, the robotic arm is of simply configuration and can be produced in a cost effective way using stainless steel.

[0006] In some embodiments, the stainless steel tube is closed except the at least two openings.

[0007] In some embodiments, the at least two openings comprising two openings that are perpendicular to each other.

[0008] In some embodiments, the stainless steel tube is at least of the following: a straight tube comprising two openings located at the opposite ends of the straight tube; a Tee tube comprising a first tubing part and a second tubing part perpendicular to the first tubing part, the second tubing part branching off from the first tubing part at a middle point of first tubing part; and a bent tube comprising a third tubing part and a fourth tubing part perpendicular to the third tube, the fourth tubing part extending from the third tubing part from one end of the third tubing part.

[0009] In some embodiments, a wall thickness of the stainless steel tube is in a range of 1mm～4mm.

[0010] In some embodiments, at least one of the two interface members comprises a ring body which defines a wall extending along a direction of the rotation axis, and a plurality of holes is provided in the wall in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis.

[0011] In some embodiments, at least one of the two interface members comprises a plate body which defines a radial flange extending in a direction perpendicular to a direction of the rotation axis, and a plurality of holes is provided in the flange and extends along the direction of the rotation axis.

[0012] In a second aspect of the present disclosure, there is provided a method of producing a robotic arm of any of the first aspect, comprising: providing a stainless steel tube, the tube comprising at least two openings, the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot; providing two interface members made of stainless steel, the interface member each comprising connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm or an actuator constituting the joint of the robot; and welding each of the two interface members to the tube at the respective openings.

[0013] In some embodiments, the stainless steel tube is formed by a extrusion process.

[0014] In some embodiments, each of the two interface members is welded to the tube via orbital welding.

[0015] In a third aspect of the present disclosure, there is provided a method of producing a robotic arm of the first aspect. The method comprises producing the robotic arm by an additive manufacturing.

[0016] In some embodiments, the method may comprise: providing a stainless steel composite metal filament made of stainless steel and a binder; 3D printing the robotic arm using the filament; debinding the printed robotic arm to remove the binder; and sintering the robotic arm.

[0017] In some embodiments, the method may comprise: providing stainless steel powders; and selectively melting the stainless steel powders to manufacture the robotic arm.

[0018] In a fourth aspect of the present disclosure, there is provided a method of producing a robotic arm of the first aspect. The method comprises: providing a feedstock of stainless steel powder and a binder; injecting and heating feedstock in a mold to mold the robotic arm; debinding the molded robotic arm to remove the binder; and sintering the robotic arm.

[0019] In a fifth aspect of the present disclosure, there is provided a robot. The robot comprises a manipulator, the manipulator comprising a plurality of joints, at least one of the joints comprising a robotic arm of any of the first aspect.

[0020] It would be appreciated that this summary is not intended to identify key features 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 evident through the following description.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0021] Through the following detailed descriptions with reference to the accompanying drawings, the above and other objectives, features and advantages of the example embodiments disclosed herein will become more comprehensible. In the drawings, several example embodiments disclosed herein will be illustrated in an example and in a non-limiting manner, wherein:

[0022] Fig. 1 is a perspective view of a robot according to one example embodiment of the present disclosure;

[0023] Fig. 2 is a perspective view of a robotic arm according to a first example embodiment of the present disclosure;

[0024] Fig. 3 is an exploded perspective view of the robotic arm of Fig. 2;

[0025] Fig. 4 is a perspective view of a robotic arm according to a second example embodiment of the present disclosure;

[0026] Fig. 5 is an exploded perspective view of the robotic arm of Fig. 4;

[0027] Fig. 6 is a perspective view of a robotic arm according to a third example embodiment of the present disclosure;

[0028] Fig. 7 is an exploded perspective view of the robotic arm of Fig. 6;

[0029] Fig. 8 is a perspective view of a robotic arm according to a fourth example embodiment of the present disclosure;

[0030] Fig. 9 is an exploded perspective view of the robotic arm of Fig. 8;

[0031] Fig. 10 is a process flow of a method of producing the robotic arm according to a first example embodiment of the present disclosure;

[0032] Fig. 11 is a process flow of a method of producing the robotic arm according to a second example embodiment of the present disclosure; and

[0033] Fig. 12 is a process flow of a method of producing the robotic arm according to a third example embodiment of the present disclosure.

[0034] Throughout the drawings, the same or similar reference symbols are used to indicate the same or similar elements.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0035] Principles of the present disclosure will now be described with reference to several example embodiments shown in the drawings. Though example embodiments of the present disclosure are illustrated in the drawings, it is to be understood that the embodiments are described only to facilitate those skilled in the art in better understanding and thereby achieving the present disclosure, rather than to limit the scope of the disclosure in any manner.

[0036] The term “comprises” or “includes” and its variants are to be read as open terms that mean “includes, but is not limited to. ” The term “or” is to be read as “and / or” unless  the context clearly indicates otherwise. The term “based on” is to be read as “based at least in part on. ” The term “being operable to” is to mean a function, an action, a motion or a state that can be achieved by an operation induced by a user or an external mechanism. 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 included below. A definition of a term is consistent throughout the description unless the context clearly indicates otherwise.

[0037] Fig. 1 is a perspective view of a robot 100 according to one example embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 1, the robot 1 comprises a manipulator formed by a plurality of joints and a plurality of link arms connecting two adjacent joints. In the shown example, the manipulator is comprised by six axes. It is to be understood that the number of the axes may be any other proper number, for example, 4, 5, 7, and more. Each joint may include a motor arranged within a joint casing. According to the present disclosure, the joint casing as well as the link arms are called robotic arm. As shown in Figs. 1, the robot comprises the robotic arms 10a, 10b, 10d, 10e, 10g, 10h are joint casings respectively and the robotic arms 10c and 10f are link arms. An end flange 20 is provided at a distal end of the manipulator. Various tools may be fixed to the end flange 20. The tool may grip various loads and is controlled to move within its workspace. During operation, the robotic arms are subject to loads. Thus, the robotic arms should be properly designed so as to receive the motor and / or to be assembled with other parts and also be rigid enough to withstand forces. On the other hand, the robotic arms should be as light as possible.

[0038] Stainless steel is a recommended material in the food, beverage, dairy, pharmaceutical and medical industries because it is resistant to chemical detergents and is easy to clean. However, stainless steel is of poor processability and is limitedly used in the robot. It is unclear for a skilled person in the art of how to form a robotic arm using the stainless steel. According to the present disclosure, there is proposed a novel robotic arm which is made by stainless steel.

[0039] Fig. 2 and 3 show views of a robotic arm according to a first example embodiment of the present disclosure. As shown in Figs. 2 and 3, the robotic arm 10 comprises a stainless steel tube 12. The stainless steel tube 12 is made of stainless steel  and comprises two openings 122, 124. The robotic arm 10 also comprises two interface members 14, 16 arranged at the two openings 122, 124.

[0040] In some embodiments, a wall thickness of the stainless steel tube 12 is in a range of 1mm～4mm, in particular, 2mm～3mm. Accordingly, weight of the tube 12 is significantly reduced. The two openings 122, 124 each define a rotation axis of a joint of a robot. That is, an opening direction of the opening is corresponding to a direction of the rotation axis of the joint. Due to the fact that the robotic arm 10 is of a shape of a tube, its configuration is dramatically simplified. Also, it is easy to produce the robotic arm with lower costs even if the robotic arm is made of stainless steel. In some embodiments, the opening directions are perpendicular to each other. The two interface members 14, 16 are provided at the respective openings respectively. The two interface members 14, 16 each comprise connection interfaces for connecting to an adjacent robotic arm 10 or an actuator constituting the joint of the robot.

[0041] In some embodiments, as shown in Figs. 2 and 3, the stainless steel tube 12 may be a Tee tube. The tube 12 may comprise a first tubing part 121 and a second tubing part 123 perpendicular to the first tubing part 121. The second tubing part 123 may branch off from the first tubing part 121 at a middle point of first tubing part 121. The first tubing part 121 comprises an opening 124 located at one end of the first tubing part 121. The other end of the first tubing part 121 may be closed. One interface member 16 may be provided on the first tubing part 121 at the opening 124. The second tubing part 123 comprises an opening 122 located at its end away from the first tubing part 121. The other interface members 14 may be provided on the second tubing part 123 at the opening 122.

[0042] In some embodiments, as shown in Figs. 2 and 3, the two interface members 14, 16 each comprises a plate body 145, 165. The plate body 145, 165 defines a radial flange extending in a direction perpendicular to a direction of the rotation axis. The plate body 145, 165 may comprise one or more central holes in communication with the cavity defined by the tube. The cables and the like may pass the central holes. A plurality of holes 142, 162 is provided in the radial flange and extends along the direction of the rotation axis. The hole 142, 162 may be configured to receive a screw fastener. A component to be connected may be fixed to the plate body of the interface member 14, 16 via the screw fastener received in the hole 142, 162.

[0043] In some embodiments, as shown in Fig. 2, an actuator 30 may be arranged within a cavity defined by the tube 12. The actuator 30 may comprise a fixed part and a ratable part. The fixed part of the actuator 30 may be fixed to the interface member 16 via a screw fastener. An adjacent arm may be fixed to the plate body of the interface member 14 via a screw fastener received in the hole 142. In this way, the actuator 30 and / or adjacent components can be easily assembled with the tube 10.

[0044] In some embodiments, the stainless steel tube 12 is closed except the at least two openings 122, 124. Thus, it is easy to form a fluid-tight environment within the tube. This is in particular advantageous in food, beverage, dairy, pharmaceutical and medical industries, and the like.

[0045] In the example shown in Figs. 2 and 3, the two interface members 14, 16 and the tube 12 are separate components and the two interface members 14, 16 are fixed to the tube 12. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, the two interface members 14, 16 may be integrally formed with the tube 12.

[0046] Figs. 4 and 5 show views of a robotic arm according to a second example embodiment of the present disclosure. The embodiment shown in Figs. 4 and 5 is analogous to that shown in Figs. 2 and 3. Emphasis is placed on their differences. As shown in Figs. 4 and 5, the stainless steel tube 12 is a Tee tube. The tee tube is substantially as the tee tube shown in Figs. 2 and 3. In some embodiments, one end of the first tubing part 121 may be open while the other end of the first tubing part 121 may include an opening 126. A stainless steel cover 18 may provided at the opening 126 to close the inner chamber of the tube. In some embodiments, as shown in Figs. 4 and 5, the two interface members 14, 16 each comprises a ring body 147, 167. The ring body 147, 167 defines a wall extending along a direction of the rotation axis. The defined walls circumferentially surround the openings 122, 142 respectably. A plurality of holes 142, 162 is provided in the walls and extends in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis. The hole 142, 162 may be configured to receive a screw fastener. A component to be connected may be fixed to the ring body of the interface member 14, 16 via the screw fastener received in the hole 142, 162.

[0047] In the example shown in Figs. 4 and 5, both two interface members 14, 16 are  formed as a ring body 147, 167. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, one interface member may be formed as a ring body while the other interface member may be formed as a plate body, for example, as shown in Figs. 2 and 3.

[0048] Figs. 6 and 7 show views of a robotic arm according to a third example embodiment of the present disclosure. As shown in Figs. 6 and 7, the stainless steel tube 12 is a straight tube. The straight tube 12 comprising two openings 122, 124 located at the opposite ends of the straight tube 12. Two interface members 14, 16 may be provided at the respective openings 122, 124. In some embodiments, as shown in Figs. 6 and 7, one interface member 14 may comprise a plate body 145. The plate body 145 defines a radial flange extending in a direction perpendicular to a direction of the rotation axis. The plate body 145 may comprise one or more central holes in communication with the cavity defined by the tube. The cables and the like may pass the central holes. A plurality of holes 142 is provided in the plate body 145 and extends along the direction of the rotation axis. A component to be connected may be fixed to the plate body 145 of the interface member 14 via the screw fastener received in the hole 142. One interface member 16 may comprise a ring body 167. The ring body 167 may define a wall extending along a direction of the rotation axis. The defined wall circumferentially surround the opening 122. A plurality of holes 162 is provided in the wall and extends in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis. A component to be connected may be fixed to the ring body 167 of the interface member 16 via the screw fastener received in the hole 162.

[0049] In the example shown in Figs. 6 and 7, one interface member may be formed as a ring body while the other interface member may be formed as a plate body. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, both two interface members 14, 16 may be formed as a ring body or a plate body.

[0050] In the example shown in Figs. 6 and 7, the two interface members 14, 16 and the tube 12 are separate components and the two interface members 14, 16 are fixed to the tube 12. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, the two interface members 14, 16 may be integrally formed with the tube 12.

[0051] Figs. 8 and 9 show views of a robotic arm according to a fourth example  embodiment of the present disclosure. As shown in Figs. 8 and 9, the stainless steel tube 12 may be a bent tube. The tube 12 may comprise a third tubing part 125 and a fourth tubing part 127 perpendicular to the third tubing part 125. The third tubing part 125 may include an opening 122 at its distal end and the fourth tubing part 127 may include an opening 124 at its distal end. The bent tube is closed except the two openings. Two interface member 14, 16 may be provided on the third tubing part 125 and a fourth tubing part 127 at the respective openings respectively. The two interface members 14, 16 each comprises a plate body 145, 165. The plate body 145, 165 defines a radial flange extending in a direction perpendicular to a direction of the rotation axis. The plate body 145, 165 may comprise one or more central holes in communication with the cavity defined by the tube. A plurality of holes 142, 162 is provided in the radial flange and extends along the direction of the rotation axis. The hole 142, 162 may be configured to receive a screw fastener. A component to be connected may be fixed to the plate body of the interface member 14, 16 via the screw fastener received in the hole 142, 162.

[0052] In the example shown in Figs. 8 and 9, the two interface members 14, 16 and the tube 12 are separate components and the two interface members 14, 16 are fixed to the tube 12. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, the two interface members 14, 16 may be integrally formed with the tube 12. In the example shown in Figs. 6 and 7, both two interface members 14, 16 may be formed as a plate body. It is to be understood that the shown example is merely illustrative. In some embodiments, one interface member may be formed as a ring body while the other interface member may be formed as a plate body. Alternatively, both two interface members 14, 16 may be formed as a ring body.

[0053] According to the present disclosure, a method of producing a robotic arm is proposed.

[0054] Fig. 10 is a process flow of a method 200 of producing the robotic arm according to a first example embodiment of the present disclosure. In the method 200, at 202 a stainless steel tube 12 is provided. The tube 12 may comprise at least two openings, the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot. For example, the tube 12 may those in Figs. 2-9. The stainless steel tube 12 may be formed by stainless steel piping process. In some embodiments, the stainless steel tube may be formed by a extrusion process. At 204, two interface members 14, 16 made of stainless steel are provided. The  interface member each comprises connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm 10 or an actuator constituting the joint of the robot. At 206, each of the two interface members 14, 16 is welded to the tube 12 at the respective openings. In some embodiments, each of the two interface members 14, 16 may be welded to the tube 12 via orbital welding. With this method, the robotic arm may be produced in a cost-effective way.

[0055] In addition to the above mentioned method, the robotic arm may be produced by an additive manufacturing method. In particular, the additive manufacturing method may comprise 3D printing. Fig. 11 is a process flow of a method 300 of producing the robotic arm according to a second example embodiment of the present disclosure. In this method, the robotic arm may be formed by 3D printing techniques. In the method 300, at 302, a stainless steel composite metal filament made of stainless steel and a binder is provided. The filament may be loaded to a 3D printer. At 304, the robotic arm is 3D printed using the filament. At 306, debinding the printed robotic arm is done to remove the binder within the printed product. By this step, a primary binder in the filament may be removed. The strength of the product will be reduced while remaining dimensionally stable due to the remaining secondary binder. After this, at 308, the robotic arm 10 is further sintered. Sintering is used to combine that the metal particles of the product and form a solid mass by heat without fully melting to preserve the product shape. In some embodiments, finishing process, for example, polishing process, may be applied to the product to remove the roughness of the exterior surface of the product. In some embodiments, the additive manufacturing method may comprise selective lasering melting method. In particular, the method may comprise 3D printing providing stainless steel powders; and selectively melting the stainless steel powders to manufacture the robotic arm.

[0056] Fig. 12 is a process flow of a method 400 of producing the robotic arm according to a third example embodiment of the present disclosure. In this method, the robotic arm may be formed by metal injection process. In the method 300, at 402, a feedstock of stainless steel powder and a binder is provided. In the feed block, fine stainless steel powders are combined with binders (such as thermoplastics and wax) in a precise recipe. The stainless steel powders and the binders may be mixed and / or granulated to create a homogenous pelletized feedstock that can be injection molded just like plastic. At 404, the feedstock is injected into a mold to mold the robotic arm 10 and heated therein. In some  embodiments, this process is done under high pressure. Next, at 406, the robotic arm 10 is further sintered. During sintering process, the temperature may be near the melting point of the material. Sintering eliminates the remaining binder and gives the part its final density and strength. In some embodiments, post-processing, such as polishing and fine machining can be done to improve surface roughness of the exterior surface of the product.

[0057] The description of the various embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration, but are not intended to be exhaustive or limited to the embodiments disclosed. Many modifications and variations will be apparent to those of ordinary skill in the art without departing from the scope and spirit of the described embodiments. The terminology used herein was chosen to best explain the principles of the embodiments, the practical application or technical improvement over technologies found in the marketplace, or to enable others of ordinary skill in the art to understand the embodiments disclosed herein.

Claims

1.A robotic arm (10) , comprisinga stainless steel tube (12) , the tube (12) comprising at least two openings (122, 124) , the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot; andtwo interface members (14, 16) made of stainless steel provided at the respective openings, the interface member each comprising connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm (10) or an actuator (30) constituting the joint of the robot.2.The robotic arm (10) of any of the preceding claim, wherein the stainless steel tube (12) is closed except the at least two openings (122, 124) .3.The robotic arm (10) of any of the preceding claims, wherein the at least two openings (122, 124) comprising two openings (122, 124) that are perpendicular to each other.4.The robotic arm (10) of any of the preceding claims, wherein the stainless steel tube (12) is at least of the following:a straight tube (12) comprising two openings (122, 124) located at the opposite ends of the straight tube (12) ;a Tee tube (12) comprising a first tubing part (121) and a second tubing part (123) perpendicular to the first tubing part (121) , the second tubing part (123) branching off from the first tubing part (121) at a middle point of first tubing part (121) ; anda bent tube (12) comprising a third tubing part (125) and a fourth tubing part (127) perpendicular to the third tube (12) , the fourth tubing part (127) extending from the third tubing part (125) from one end of the third tubing part (125) .5.The robotic arm (10) of any of the preceding claims, wherein a wall thickness of the stainless steel tube (12) is in a range of 1mm～4mm.6.The robotic arm (10) of any of the preceding claims, wherein at least one of the two interface members (14, 16) comprises a ring body which defines a wall extending along a direction of the rotation axis, and a plurality of holes is provided in the wall in a direction  perpendicular to the direction of the rotation axis.7.The robotic arm (10) of any of claims 1-6, wherein at least one of the two interface members (14, 16) comprises a plate body which defines a radial flange extending in a direction perpendicular to a direction of the rotation axis, and a plurality of holes is provided in the flange and extends along the direction of the rotation axis.8.A method of producing a robotic arm (10) of any of the preceding claims, comprisingproviding a stainless steel tube (12) , the tube (12) comprising at least two openings (122, 124) , the opening each defining a rotation axis of a joint of a robot;providing two interface members (14, 16) made of stainless steel, the interface member each comprising connection interfaces configured to be connected to an adjacent robotic arm (10) or an actuator constituting the joint of the robot; andwelding each of the two interface members (14, 16) to the tube (12) at the respective openings.9.The method of claim 8, wherein the stainless steel tube (12) is formed by a extrusion process.10.The method of any of claims 8 and 9, wherein each of the two interface members (14, 16) is welded to the tube (12) via orbital welding.11.A method of producing a robotic arm (10) of any of claims 1-7, comprising producing the robotic arm (10) by an additive manufacturing.12.The method of claim 11, wherein the method comprisesproviding a stainless steel composite metal filament made of stainless steel and a binder;3D printing the robotic arm (10) using the filament;debinding the printed robotic arm (10) to remove the binder; andsintering the robotic arm (10) .13.The method of claim 11, wherein the method comprisesproviding stainless steel powders; andselectively melting the stainless steel powders to manufacture the robotic arm (10) .14.A method of producing a robotic arm (10) of any of claims 1-7, comprising providing a feedstock of stainless steel powder and a binder;injecting and heating feedstock in a mold to mold the robotic arm (10) ;debinding the molded robotic arm (10) to remove the binder; andsintering the robotic arm (10) .15.A robot comprising a manipulator, the manipulator comprising a plurality of joints, at least one of the joints comprising a robotic arm (10) of any of claims 1-7.

Images