机器人设备的制作方法
专利名称：机器人设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，特别是医疗X射线检查设备，该设备带有机器人，所述机器 人具有支承由供给管线供给的装置的机器人臂。
背景技术：
在工业和医疗技术中的机器人中，普遍的问题在于由机器人臂支承的装置通过大 量的电气、液压、气动和/或其它的供给管线供给。所述供给管线通常可不被引导在机器人 臂内，因为对于每个供给管线，需在机器人臂的每个关节内提供相应的可运动的通道。因 此，供给管线通常在机器人臂外部被引导向装置。为保护此供给管线不受损坏，经常将供给 管线引导在软管内。为此，优选地使用波纹软管，因为所述波纹软管在高强度的同时也在所 有方向上具有高的柔性。
在此必须提供一定的管线储备或软管储备，因此不限制设备的运动自由度。同时， 必须实现管线引导或软管引导，使得软管和在软管内延伸的供给管线在机器人臂以及由机 器人支承的装置运动期间不被损坏，且以由惯性造成的延迟跟随机器人臂运动的软管自身 也不导致另外的部件的损坏。
从公开文献DE102007058990A1等中已知供给管线从上方引导向装置的设备，其 中供给管线布置在以可旋转的方式支承在轨道引导的运行车上的挂架上，且在纵向截面上 通过至少一个挂架侧(拉索)牵引件悬挂。
换言之，根据DE102007058990A1，软管设备通过运行车和可旋转挂架被引导为尽 可能靠近该装置位置处，其中提供通过一个或多个拉索悬挂件悬挂的用于该装置的运动 (可以不跟随其运行车和挂架)的软管储备，且在需要时释放所述软管储备。这特别地涉及 在垂直方向上的装置运动以及在运动空间的水平最外侧边界上的装置运动。
根据DE102007058990A1的设备在两个方面都是有问题的。其一，包括轨道系统、 运行车和挂架的结构在机械上是昂贵的，其二，可能发生软管和机器人臂的碰撞。发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种设备，所述设备在机械上不那么昂 贵且避免了供给管线或软管与机器人臂之间的碰撞。
此技术问题通过具有至少一个引导元件的设备解决，所述引导元件固定在机器人 臂上且通过所述引导元件将供给管线以可动的方式保持在机器人臂的至少一个臂段上，且 具有至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件，所述存储器元件当供给管线的拉力载 荷增加时从供给管线储备释放供给管线且当供给管线的拉力载荷减少时将供给管线拉入 供给管线储备。
在优选的构造中使用弹簧加载的轮作为存储器元件。在此，供给管线储备或软管 储备可放置在轮的外径上。在轮内部可布置能量链，所述能量链应理解为链节引导，所述能 量链平衡了供给管线或软管的旋转运动。存储器元件可直接布置在机器人上或覆盖安装地布置在机器人附近。
至少一个引导元件优选地以可旋转的方式和/或铰接地支承。
在本发明的构造中，可在装置上可旋转地和/或铰接地提供供给管线入口。
本发明的优点在于，分别仅存在且释放最少必需的供给管线长度和软管长度，且 仅存在较短的不被引导的运行行程。以此，避免了软管的松弛的晃荡，且机器人的运动不能 导致软管和机器人之间的碰撞。此外，与已知的解决方案相比，无昂贵的轨道构造，需要的 部件明显更少，且尤其是需要的可运动部件远远更少。
下图中根据附图更详细地解释本发明的实施例。
图IA至图IC示出了根据本发明的带有三个不同的存储器元件安装位置的设备。 图2示出了优选的存储器元件。
具体实施方式
图IA至图IC示出了根据本发明的设备100AU00B和100C，所述设备例如分别是 医疗X射线检查装置。因为这些设备100AU00B和100C分别仅在一些细节上存在差别，所 以在下文中一并解释图IA至图1C。
在图IA至图IC中图示的X射线检查装置100包括带有X射线源112和X射线检 测器114以及患者支承台120的C形弓臂110，待检查的患者处于所述患者支承台120上。 C形弓臂110在所示的例子中布置在具有多个臂段132的机器人臂130上，所述多个臂段 132通过旋转铰链134相互连接且与C形弓臂110和机器人基座136连接。机器人臂130 可整体围绕垂直轴线旋转运动。此外，C形弓臂110可沿其弓形形状运动且可围绕保持它 的机器人手138的纵向轴线旋转。不同的运动自由度允许沿每个任意的成像轴线对患者的 每个身体部分进行X射线诊断检查。机器人臂的运动由(未示出)的机器人控制器控制。
布置在C形弓臂110上的装置(辐射源112和辐射检测器114)通过供给管线(未 示出)供给，所述供给管线在软管140内向C形弓臂110引导，以一方面将供给管线集束且 另一方面保护其不受到外部影响和损坏。
软管140通过引导元件150沿臂段或臂段132被引导，且通过引导元件150保持 得靠近此臂段132，使得此臂段和相应的软管段总是进行相应的运动且不能发生碰撞。在 此，引导元件这样地构造，使得在通过机器人手138或C形弓臂110的运动而需要另外的软 管或再次释放软管的情况下软管在纵向方向上可滑动通过引导元件。引导元件能够以可旋 转的方式和/或铰接地支承，例如使用限位圈支承在球铰上，以实现引导元件沿软管张紧 方向的定向。因此，可避免软管在引导元件上明显地折叠。
软管140以可旋转的和/或铰接的供给管线入口 160结束在C形弓臂110上。从 此位置开始，供给管线优选地在刚性的C形弓臂110内部被引导向装置112和114。如果C 形弓臂110沿其弓形形状运动或通过机器人手138旋转，则软管140以最短的路径缠绕机 器人手，且因此虽然触及机器人但与之不发生如下意义的碰撞，即通过惯性等使松弛的摆 动软管不受控制地碰到相反方向上的或仅仅是缓慢运动的机器人臂。
软管的另一端处于存储器元件170内，所述存储器元件170容纳了为保证运动自由度所必要的软管储备以及供给管线储备，且在需要时将其释放。如果由于机器人臂的运 动而造成软管的拉力载荷增加，则存储器元件170将软管释放，而如果由于机器人臂的运 动而造成软管的拉力载荷减少则将软管再次拉入。
软管的释放和拉入例如可通过马达控制的存储器轮实现，所述存储器轮使用了软 管上的拉力的反力以总是将软管保持张紧。如果拉力高于一个确定的第一值，则软管从存 储器轮受控制地展开。如果拉力低于一个确定的第二值，则将软管缠绕在存储器轮上。
在许多情况下足够的是，将第一值选择为(至少近似地)等于第二值且为软管释 放和软管收回选择统一的阈值。
关于存储器元件170、引导元件150和供给管线入口 160的布置，在图IA至图IC 中示出了不同的变体。
在图IA的例子中，引导元件150和供给管线入口 160布置在臂段132下方，且存 储器元件170安装在房间天花板180A的较低部分上。以此，得到在标准臂段132下方的软管走向。
在图IB的例子中，引导元件150在侧面布置在臂段132上。供给管线入口 160居 中地处于C形弓臂110上，且存储器元件170以通常高度安装在房间天花板180A上。以此， 得到标准臂段132侧面旁的软管走向。
在图IA的例子中，弓丨导元件150和供给管线入口 160又布置在臂段132下方，且存 储器元件170安装在机器人基座136上。以此，得到在标准臂段132下方的软管走向。此 布置的优点是存储器元件170在机器人臂130围绕垂直轴线旋转时与机器人臂一起围绕垂 直轴线旋转，且因此要求的软管140更短。
图2在俯视图中示出了当壳体171打开时的示例的存储器元件170。图示为带有 六个存储器的存储器轮172以可围绕轴线173旋转的方式支承并支承软管140。软管140 在开口 174处离开存储器元件170。
在此可提供软管引导件175，所述软管引导件175将软管出口限制在唯一的位置 处或在一定的宽度上允许软管出口，以实现不同角度下的软管出口(未示出)。
在图示的实施例中，存储器轮172构造为使得以其四分之三足以容纳必要的软管 储备以及供给管线储备，使得在释放或再次拉入软管时存储器轮转过不超过四分之三。
在此，存储器轮172被弹簧加载，即软管离开存储器元件170的运动引起弹簧的张 紧，所述张紧导致将软管再次拉回的力。例如，可与轴线173同心地提供螺旋弹簧(未示 出)或将弹簧牵引件(Federzug) 176作用在存储器轮的合适的点177上并导致将软管再次 拉回的力。
在存储器元件170内部可提供能量链，以补偿供给管线或软管的旋转运动(未示 出)。
权利要求
1.一种设备，包括-机器人，该机器人带有-机器人臂(130)，所述机器人臂(130)支承由供给管线供给的装置(110、112、114)；-至少一个引导元件(150)，所述引导元件(150)固定在所述机器人臂(130)上且通过 所述引导元件(150)将供给管线可动地保持在所述机器人臂的至少一个臂段(132)上；和-至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件(170)，所述存储器元件(170)在所述 供给管线的拉力载荷增加时从所述供给管线储备释放供给管线且在所述供给管线的拉力 载荷减少时将所述供给管线拉入所述供给管线储备内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述供给管线在至少一个软管(140)内延伸。
3.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中所述存储器元件(170)是弹簧加载的轮 (172)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述供给管线储备或存储器储备放置在所述轮 (172)的外径上。
5.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中所述存储器元件(170)直接布置在机器 人上或以覆盖安装方式布置在机器人附近。
6.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中至少一个引导元件(150)以可旋转的方 式和/或铰接地支承。
7.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中装置具有可旋转的和/或铰接的供给管 线入口(160)。
全文摘要
本发明涉及一种设备(100)，特别是医疗X射线检查设备，所述设备带有机器人，所述机器人具有支承由供给管线(140)供给的装置(110、112、114)的机器人臂(130)。设备具有至少一个引导元件(150)，所述引导元件(150)固定在机器人臂(130)上且通过所述引导元件(150)将供给管线可动地保持在机器人臂的至少一个臂段(132)上。还提供至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件(170)，所述存储器元件(170)在供给管线的拉力载荷增加时从供给管线储备释放供给管线，而在供给管线的拉力载荷减少时将供给管线拉入供给管线储备内。
文档编号A61B6/00GK102028486SQ20101029796
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月29日
发明者哈拉尔德·诺伊曼, 弗朗兹·施迈瑟, 斯蒂芬·格罗斯 申请人:西门子公司
技术领域：
本发明涉及一种设备，特别是医疗X射线检查设备，该设备带有机器人，所述机器 人具有支承由供给管线供给的装置的机器人臂。
背景技术：
在工业和医疗技术中的机器人中，普遍的问题在于由机器人臂支承的装置通过大 量的电气、液压、气动和/或其它的供给管线供给。所述供给管线通常可不被引导在机器人 臂内，因为对于每个供给管线，需在机器人臂的每个关节内提供相应的可运动的通道。因 此，供给管线通常在机器人臂外部被引导向装置。为保护此供给管线不受损坏，经常将供给 管线引导在软管内。为此，优选地使用波纹软管，因为所述波纹软管在高强度的同时也在所 有方向上具有高的柔性。
在此必须提供一定的管线储备或软管储备，因此不限制设备的运动自由度。同时， 必须实现管线引导或软管引导，使得软管和在软管内延伸的供给管线在机器人臂以及由机 器人支承的装置运动期间不被损坏，且以由惯性造成的延迟跟随机器人臂运动的软管自身 也不导致另外的部件的损坏。
从公开文献DE102007058990A1等中已知供给管线从上方引导向装置的设备，其 中供给管线布置在以可旋转的方式支承在轨道引导的运行车上的挂架上，且在纵向截面上 通过至少一个挂架侧(拉索)牵引件悬挂。
换言之，根据DE102007058990A1，软管设备通过运行车和可旋转挂架被引导为尽 可能靠近该装置位置处，其中提供通过一个或多个拉索悬挂件悬挂的用于该装置的运动 (可以不跟随其运行车和挂架)的软管储备，且在需要时释放所述软管储备。这特别地涉及 在垂直方向上的装置运动以及在运动空间的水平最外侧边界上的装置运动。
根据DE102007058990A1的设备在两个方面都是有问题的。其一，包括轨道系统、 运行车和挂架的结构在机械上是昂贵的，其二，可能发生软管和机器人臂的碰撞。发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种设备，所述设备在机械上不那么昂 贵且避免了供给管线或软管与机器人臂之间的碰撞。
此技术问题通过具有至少一个引导元件的设备解决，所述引导元件固定在机器人 臂上且通过所述引导元件将供给管线以可动的方式保持在机器人臂的至少一个臂段上，且 具有至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件，所述存储器元件当供给管线的拉力载 荷增加时从供给管线储备释放供给管线且当供给管线的拉力载荷减少时将供给管线拉入 供给管线储备。
在优选的构造中使用弹簧加载的轮作为存储器元件。在此，供给管线储备或软管 储备可放置在轮的外径上。在轮内部可布置能量链，所述能量链应理解为链节引导，所述能 量链平衡了供给管线或软管的旋转运动。存储器元件可直接布置在机器人上或覆盖安装地布置在机器人附近。
至少一个引导元件优选地以可旋转的方式和/或铰接地支承。
在本发明的构造中，可在装置上可旋转地和/或铰接地提供供给管线入口。
本发明的优点在于，分别仅存在且释放最少必需的供给管线长度和软管长度，且 仅存在较短的不被引导的运行行程。以此，避免了软管的松弛的晃荡，且机器人的运动不能 导致软管和机器人之间的碰撞。此外，与已知的解决方案相比，无昂贵的轨道构造，需要的 部件明显更少，且尤其是需要的可运动部件远远更少。
下图中根据附图更详细地解释本发明的实施例。
图IA至图IC示出了根据本发明的带有三个不同的存储器元件安装位置的设备。 图2示出了优选的存储器元件。
具体实施方式
图IA至图IC示出了根据本发明的设备100AU00B和100C，所述设备例如分别是 医疗X射线检查装置。因为这些设备100AU00B和100C分别仅在一些细节上存在差别，所 以在下文中一并解释图IA至图1C。
在图IA至图IC中图示的X射线检查装置100包括带有X射线源112和X射线检 测器114以及患者支承台120的C形弓臂110，待检查的患者处于所述患者支承台120上。 C形弓臂110在所示的例子中布置在具有多个臂段132的机器人臂130上，所述多个臂段 132通过旋转铰链134相互连接且与C形弓臂110和机器人基座136连接。机器人臂130 可整体围绕垂直轴线旋转运动。此外，C形弓臂110可沿其弓形形状运动且可围绕保持它 的机器人手138的纵向轴线旋转。不同的运动自由度允许沿每个任意的成像轴线对患者的 每个身体部分进行X射线诊断检查。机器人臂的运动由(未示出)的机器人控制器控制。
布置在C形弓臂110上的装置(辐射源112和辐射检测器114)通过供给管线(未 示出)供给，所述供给管线在软管140内向C形弓臂110引导，以一方面将供给管线集束且 另一方面保护其不受到外部影响和损坏。
软管140通过引导元件150沿臂段或臂段132被引导，且通过引导元件150保持 得靠近此臂段132，使得此臂段和相应的软管段总是进行相应的运动且不能发生碰撞。在 此，引导元件这样地构造，使得在通过机器人手138或C形弓臂110的运动而需要另外的软 管或再次释放软管的情况下软管在纵向方向上可滑动通过引导元件。引导元件能够以可旋 转的方式和/或铰接地支承，例如使用限位圈支承在球铰上，以实现引导元件沿软管张紧 方向的定向。因此，可避免软管在引导元件上明显地折叠。
软管140以可旋转的和/或铰接的供给管线入口 160结束在C形弓臂110上。从 此位置开始，供给管线优选地在刚性的C形弓臂110内部被引导向装置112和114。如果C 形弓臂110沿其弓形形状运动或通过机器人手138旋转，则软管140以最短的路径缠绕机 器人手，且因此虽然触及机器人但与之不发生如下意义的碰撞，即通过惯性等使松弛的摆 动软管不受控制地碰到相反方向上的或仅仅是缓慢运动的机器人臂。
软管的另一端处于存储器元件170内，所述存储器元件170容纳了为保证运动自由度所必要的软管储备以及供给管线储备，且在需要时将其释放。如果由于机器人臂的运 动而造成软管的拉力载荷增加，则存储器元件170将软管释放，而如果由于机器人臂的运 动而造成软管的拉力载荷减少则将软管再次拉入。
软管的释放和拉入例如可通过马达控制的存储器轮实现，所述存储器轮使用了软 管上的拉力的反力以总是将软管保持张紧。如果拉力高于一个确定的第一值，则软管从存 储器轮受控制地展开。如果拉力低于一个确定的第二值，则将软管缠绕在存储器轮上。
在许多情况下足够的是，将第一值选择为(至少近似地)等于第二值且为软管释 放和软管收回选择统一的阈值。
关于存储器元件170、引导元件150和供给管线入口 160的布置，在图IA至图IC 中示出了不同的变体。
在图IA的例子中，引导元件150和供给管线入口 160布置在臂段132下方，且存 储器元件170安装在房间天花板180A的较低部分上。以此，得到在标准臂段132下方的软管走向。
在图IB的例子中，引导元件150在侧面布置在臂段132上。供给管线入口 160居 中地处于C形弓臂110上，且存储器元件170以通常高度安装在房间天花板180A上。以此， 得到标准臂段132侧面旁的软管走向。
在图IA的例子中，弓丨导元件150和供给管线入口 160又布置在臂段132下方，且存 储器元件170安装在机器人基座136上。以此，得到在标准臂段132下方的软管走向。此 布置的优点是存储器元件170在机器人臂130围绕垂直轴线旋转时与机器人臂一起围绕垂 直轴线旋转，且因此要求的软管140更短。
图2在俯视图中示出了当壳体171打开时的示例的存储器元件170。图示为带有 六个存储器的存储器轮172以可围绕轴线173旋转的方式支承并支承软管140。软管140 在开口 174处离开存储器元件170。
在此可提供软管引导件175，所述软管引导件175将软管出口限制在唯一的位置 处或在一定的宽度上允许软管出口，以实现不同角度下的软管出口(未示出)。
在图示的实施例中，存储器轮172构造为使得以其四分之三足以容纳必要的软管 储备以及供给管线储备，使得在释放或再次拉入软管时存储器轮转过不超过四分之三。
在此，存储器轮172被弹簧加载，即软管离开存储器元件170的运动引起弹簧的张 紧，所述张紧导致将软管再次拉回的力。例如，可与轴线173同心地提供螺旋弹簧(未示 出)或将弹簧牵引件(Federzug) 176作用在存储器轮的合适的点177上并导致将软管再次 拉回的力。
在存储器元件170内部可提供能量链，以补偿供给管线或软管的旋转运动(未示 出)。
权利要求
1.一种设备，包括-机器人，该机器人带有-机器人臂(130)，所述机器人臂(130)支承由供给管线供给的装置(110、112、114)；-至少一个引导元件(150)，所述引导元件(150)固定在所述机器人臂(130)上且通过 所述引导元件(150)将供给管线可动地保持在所述机器人臂的至少一个臂段(132)上；和-至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件(170)，所述存储器元件(170)在所述 供给管线的拉力载荷增加时从所述供给管线储备释放供给管线且在所述供给管线的拉力 载荷减少时将所述供给管线拉入所述供给管线储备内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述供给管线在至少一个软管(140)内延伸。
3.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中所述存储器元件(170)是弹簧加载的轮 (172)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述供给管线储备或存储器储备放置在所述轮 (172)的外径上。
5.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中所述存储器元件(170)直接布置在机器 人上或以覆盖安装方式布置在机器人附近。
6.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中至少一个引导元件(150)以可旋转的方 式和/或铰接地支承。
7.根据前述权利要求中一项所述的设备，其中装置具有可旋转的和/或铰接的供给管 线入口(160)。
全文摘要
本发明涉及一种设备(100)，特别是医疗X射线检查设备，所述设备带有机器人，所述机器人具有支承由供给管线(140)供给的装置(110、112、114)的机器人臂(130)。设备具有至少一个引导元件(150)，所述引导元件(150)固定在机器人臂(130)上且通过所述引导元件(150)将供给管线可动地保持在机器人臂的至少一个臂段(132)上。还提供至少一个用于容纳供给管线储备的存储器元件(170)，所述存储器元件(170)在供给管线的拉力载荷增加时从供给管线储备释放供给管线，而在供给管线的拉力载荷减少时将供给管线拉入供给管线储备内。
文档编号A61B6/00GK102028486SQ20101029796
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月29日
发明者哈拉尔德·诺伊曼, 弗朗兹·施迈瑟, 斯蒂芬·格罗斯 申请人:西门子公司
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