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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Knickarmroboter, welcher hauptsächlich für die industrielle Verwendung vorgesehen ist.
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Stand der Technik
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Polarkoordinaten-Knickarmroboter werden oft als Industrieroboter verwendet. 8 zeigt ein Beispiel hiervon, welches einen ersten Arm 1, der an einer Basis bzw. einem Fuß 3 verschwenkbar befestigt ist, einen zweiten Arm 2, am oberen Ende des ersten Arms 1 verschwenkbar befestigt ist, sowie einen Multirichtungs-Gelenkmechanismus 4, welcher am oberen Ende des zweiten Arms befestigt ist, enthält. Eine notwendige Werkzeughand, wie z. B. eine Schweißpistole oder ein Greifer ist an der Spitze des Gelenkmechanismus 4 montiert, um Roboterarbeiten durchzuführen.
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Das Patentdokument 1 (JP Patentveröffentlichung
JP S63 288690 A (1988)) offenbart ein Beispiel des Gelenkmechanismus, welcher einen zentralen zylindrischen Körper, sowie einen ersten und zweiten zylindrischen Endkörper enthält, die sich an jedem Ende hiervon befinden. Diese drei Glieder sind derart drehbar miteinander verbunden, dass die Achsen der einzelnen zylindrischen Körper senkrecht zueinander stehen, wobei ein Drehglied an der Spitze des zweiten zylindrischen Endkörpers durch Drehung der einzelnen Glieder relativ zueinander in eine gewünschte Stellung in einem dreidimensionalen Raum gebracht wird. Die zylindrischen Körper können relativ zueinander über eine Übertragungswelle und einen Getriebeübertragungsmechanismus gedreht werden, wobei das Fußendteil der Übertragungswelle mit dem Motor als eine Antriebsquelle verbunden ist. Als anderes Beispiel des Gelenkmechanismus offenbart Patentdokument 2 (JP Gebrauchsmusterveröffentlichung
JP H06 21882U (1994)) einen in sich geschlossenen zweiachsigen Gelenkmechanismus, welcher zwei Motoren als Antriebsquelle in einem Antriebsgehäuse aufweist.
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[Patentdokument 1]
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- JP Patentveröffentlichung JP S63 288690 A (1988)
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[Patentdokument 2]
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- JP Gebrauchsmusterveröffentlichung JP H06 21882U (1994)
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Der in 8 gezeigte konventionelle Roboter ist ausgelegt, um einen Betriebsbereich unter Nutzung der Längen der ersten und zweiten Arme sicherzustellen. Da die Anzahl der Gelenke vom Fuß zum Gelenkmechanismus 4 gering ist, ist der ungenutzte Raum, welcher auf die Abwinklungsbewegungen des ersten und zweiten Arms zurückgeführt werden kann, tendenziell im Betriebsbereich nahe dem Roboter größer. Deshalb ist es schwierig, eine Vielzahl von Robotern nahe zueinander anzuordnen, weswegen die Umgebung, in welcher der Roboter verwendet werden kann, begrenzt ist.
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Kompakte Gelenkmechanismen sind somit, wie in den obigen Veröffentlichungen offenbart, bekannt. Diese wirken jedoch eigenständig nicht als Roboter und erfordern einen langen Arm. Insbesondere in dem in der JP Patentveröffentlichung
JP S63 288690 A (1988) beschriebenen Beispiel, wenn die drei zylindrischen Körper adaptiert sind, um sich über Übertragungswellen und Getriebeübertragungsmechanismen relativ zu drehen, wird Antriebskraft von einem Einzelmotor als eine Antriebsquelle an alle Antriebswellen übertragen, weswegen die Mechanismen folglich kompliziert sind.
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Die
DE 33 32 040 A1 offenbart einen Gelenkarmmechanismus, bei welchem jedes Gelenkarmteil aus einem selbständigen Antriebsmechanismus und einem Gelenkbügel besteht. Jeder Antriebsmechanismus hat zwei Motoren, durch die der jeweilige Gelenkbügel über ein erstes Zahnrad um die vertikale Achse gedreht und über ein zweites Zahnrad um eine horizontale Achse geschwenkt werden kann. Die Gelenkbügel stehen über eine Hohlachse in starrer Verbindung mit dem Antriebsmechanismus des folgenden Gelenkarmteils. Die Hohlachse ist die feststehende Drehachse des jeweiligen Antriebsmechanismus. Durch die zentrische Bohrung der Hohlachse werden die Steuerkabel für die Motoren zugeführt.
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Die
WO 01/51 259 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Handhaben verschiedener Typen von Werkzeugen zum Zwecke des Schweißens, des Lackierens, dem Bearbeiten, sowie der Fertigung. Die Vorrichtung weist ein Basissystem auf, welches über eine standardisierte mechanische und elektrische Schnittstelle verfügt und unter Verwendung eines Einzelmotors eine Reihe von unabhängigen Bewegungsübertragungseinheiten antreibt, wodurch es ermöglicht wird, die Bewegung des Einzelmotors entlang der Bewegungsübertragungseinheiten sowie einer Reihe von Bewegungsverteilungseinheiten an entsprechende Verbindungsteile zu übertragen. Jedes der Verbindungsteile besteht aus einem flexiblen Gehäuserahmen, welcher zwei Freiheitsgrade aufweist, einen für Drehrotation und einen für Schwenkrotation. Jede Bewegungsübertragungseinheit enthält zwei Wellen sowie einen Getriebemechanismus. Diese bilden eine Modulareinheit, was eine dementsprechende Skalierbarkeit der Vorrichtung ermöglicht.
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Die
DE 42 42 575 A1 beschreibt ein Gelenkmodul für einen fernbetätigbaren Manipulator. Gelenkflächen, die in einem Winkel von 45° bezüglich einer drehend angetriebenen Welle geneigt sind, sind an einem ortsfesten Gehäuse und einem von einem Antriebsmotor drehend angetriebenen beweglichen Gehäuse ausgebildet. Das Gelenkmodul enthält ferner einen Verriegelungsmechanismus, der lösbar mit einem Gelenkmechanismus oder Armgliedern in der vorausgehenden oder nachfolgenden Stufe verbunden ist, und elektrische Verbinder, die an elektrische Verbinder in den Gelenkmechanismen oder den Armgliedern in vorausgehenden oder nachfolgenden Stufen angeschlossen sind, wobei die Verriegelungsmechanismen und die elektrischen Verbinder an den Gelenkflächen angeordnet sind.
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Die
US 2003/0 010 148 A1 offenbart eine Versatzdrehgelenkeinheit, die mit einem Rotationskorrekturmechanismus ausgerüstet ist. Eine Versatzdrehgelenkeinheit besteht aus einem ersten Arm, einem Rotationskorrekturarm, der um die axiale Achse des ersten Armes drehbar angetrieben ist, und einem zweiten Arm, der um eine axiale Achse, die sich mit dem Rotationskorrekturarm schräg überschneidet, drehbar angetrieben ist. Dabei sind der erste Arm und der Rotationskorrekturarm über einen Rotationskorrektur-Gelenkmechanismus verbunden, und der Rotationskorrekturarm und der zweite Arm sind über einen Versatzdrehgelenkmechanismus verbunden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der obigen Umstände, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Knickarmroboter zu schaffen, welcher den ungenutzten Raum reduzieren kann, während ein weiter Betriebsbereich beibehalten wird, und der das Antriebsübertragungssystem, das zur Bewegung jedes der Gelenke notwendig ist, vereinfachen kann.
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Der erfindungsgemäße Knickarmroboter enthält einen Arm mit einer Mehr- bzw. Vielzahl von miteinander verbundenen Gelenkarmen. Im Roboter sind die Gelenkarme über eine erste Drehwelle an mindestens einer Stelle und über eine zweite Drehwelle an mindestens einer Stelle miteinander verbunden, wobei die Achse der zweiten Drehwelle relativ zu der Achse der ersten Drehwelle geneigt ist. Jede Drehwelle ist mit einem Motor zum Antrieb der Drehwelle und mit einem Drehzahl-Reduzierungsmechanismus bzw. Untersetzungsgetriebe versehen. Insbesondere weist der Knickarmroboter Gelenkarme auf, die zwei Motoren zum Antrieb der ersten und zweiten Drehwellen aufnehmen, und diese sind mit Gelenkarmen, die keinen Motor aufnehmen, wechselweise verbunden.
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Im Knickarmroboter ist jeder Gelenkarm mit einem Motor als eine Antriebsquelle und mit einem Drehzahl-Reduzierungsmechanismus versehen, und somit kann ein Antriebsmechanismus und ein Antriebsübertragungsmechanismus für den gesamten Roboter erheblich vereinfacht werden. Mehrere Gelenkarme sind über die erste Drehwelle als eine horizontale Drehwelle und über eine zweite Drehwelle vorzugsweise wechselweise bzw. alternierend verbunden, wobei die Achse der letzteren relativ zu der Achse der ersten Drehwelle geneigt ist, wodurch der gesamte Arm gebildet wird. Dieser Roboter kann, verglichen mit dem in 8 gezeigten konventionellen Roboter, welcher erste und zweite Arme aufweist, den ungenutzten Raum reduzieren. Deshalb können viele Roboter dieser Art nahe zusammen angeordnet werden, was einen verbesserten Freiheitsgrad im Hinblick auf die Umgebung, in welcher der Roboter verwendet wird, ergibt.
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Der Neigungswinkel der zweiten Drehwelle relativ zu der Achse der ersten Drehwelle beträgt vorzugsweise 45°, ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Ferner ist es vorzuziehen, viele Gelenkarme anzuordnen, so dass die ersten und zweiten Drehwellen wie oben beschrieben wechselweise angeordnet sind, um es zu erleichtern, die Stellung einer auf der Armspitze montierten Werkzeughand in einem dreidimensionalen Raum zu steuern. Jedoch können, in Übereinstimmung mit der Umgebung, in welcher der Roboter verwendet wird, zwei oder mehr Verbindungsteile über die zweiten Drehwellen (geneigte Drehwellen), zum Beispiel fortgesetzt werden. In solch einem Fall können die zweiten Drehwellen verschiedene Neigungswinkel relativ zu der ersten Drehwelle aufweisen.
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Entsprechend einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Knickarmroboters, weisen die ersten und zweiten Drehwellen jeweils einen hohlen Teil auf. Kabel oder dergleichen, welche zum Betrieb des Knickarmroboters notwendig sind (wie z. B. Kabel, Leitungen oder Drähte zum Betrieb einer Werkzeughand, welche an der Spitze des Armes montiert ist), oder Drähte für Motoren, die sich in oberen Bereichen befinden, werden durch den hohlen Teil geführt und sind in diesem angeordnet. In dieser Ausführungsform befinden sich keinerlei Kabel oder Drähte außerhalb des Arms, so dass das Risiko, dass der Arm mit Ausrüstungselementen um den Roboter in Berührung kommt, vermieden werden kann, und es möglich ist, Roboter nahe aneinander anzuordnen, sowie ein Werkstück näher an dem Roboter anzuordnen. Demzufolge wird eine sichere Arbeitsumgebung sichergestellt und der für die Bewegung des Roboters notwendige Raum reduziert.
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Die volle Länge des Arms kann aufgrund des Vorhandenseins von Gelenkarmen ohne Motoren kürzer als in der vorhergehenden Ausführungsform ausfallen, obgleich die Roboter die gleiche Anzahl von Gelenken aufweisen. Wenn der Roboter Roboterarbeiten in einer geringen Höhe durchführen muss, ist die letztere Ausführungsform sehr vorteilhaft.
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Im allgemeinen ist der Motor, welcher für einen Roboter diesen Typs verwendet wird, gewöhnlich integral mit einem Encoder und einer Bremse für die Positionssteuerung, zusätzlich zu einem Hauptmotorgehäuse als eine Antriebsvorrichtung, versehen. Demzufolge nimmt die Gesamtlänge eines solchen Motors zu, und dessen Spitze steht in aller Regel aus dem Gehäuse, welches den Gelenkarm bildet, hervor, wenn der Motor innerhalb des Gelenkarms montiert ist. Wenn der Motor wie oben beschrieben außerhalb des Gelenkarms hervorsteht, ist ein großer Umgebungsraum notwendig, um eine Beeinträchtigung durch die Umgebung auszuschließen. Eine Vergrößerung des Durchmessers des Gelenkarms würde ein Herausragen verhindern; dies würde jedoch dem ursprünglichen Kern der vorliegenden Erfindung entgegenwirken, der darin besteht, den für den Knickarmroboter erforderlichen Raum zu versuchen zu reduzieren.
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Angesichts solcher Umstände wurde eine andere Ausführungsform des Knickarmroboters entsprechend der vorliegenden Erfindung angefertigt. Im erfindungsgemäßen Knickarmroboter ist mindestens ein Gelenkarm mit einer vom Motor unabhängigen Bremsvorrichtung vorhanden, wobei die Bremsvorrichtung parallel zum Motor, relativ zu Getrieben, welche einen Drehzahl-Reduzierungsmechanismus bilden, angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann die Gesamtlänge des Motors gekürzt werden, und das gesamte Antriebssystem kann in einem entsprechenden Gelenkarm, ohne den Durchmesser des Gelenkarms zu vergrößern, aufgenommen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Gesamtansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Knickarmroboters.
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2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Roboters von 1.
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3 bildet den Betriebsbereich des Knickarmroboters von 1 ab.
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4 ist eine andere Ansicht, die den Betriebsbereich des Knickarmroboters von 1 abbildet.
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5 bildet eine Ausführungsform, in der Weise, in welcher der Knickarmroboter entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ab.
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6 ist eine Gesamtansicht, welche einen Knickarmroboter aus dem Stand der Technik zeigt.
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7 ist eine Teilansicht, welche ein Beispiel aus dem Stand der Technik abbildet.
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8 bildet einen konventionellen Industrieroboter ab.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben werden. Die 1 und 2 bilden einen Knickarmroboter 10 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ab. In dieser Ausführungsform weist der Roboter sechs Gelenke und sieben Gelenkarme auf. Ein erster Gelenkarm A1 ist auf einem Fuß G befestigt, um als Maschinentisch zu wirken. Er ist mit einem Motor M1 als eine Antriebsleistungsquelle und einer Einführungsöffnung 11 für Kabel versehen. Der Motor M1 weist einen eingebauten Encoder und eine Bremsvorrichtung auf. Der Motor M1 weist eine Drehantriebswelle 12, welche in einer horizontalen Richtung angeordnet ist, sowie ein Kegelradgetriebe 13, welches am Ende der Antriebswelle befestigt ist, auf.
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Eine feste Hohlwelle 14 ist vertikal in der ersten Gelenkwelle A1 angeordnet, und eine horizontale Drehwelle 15 (entsprechend einer ”ersten Drehwelle” der vorliegenden Erfindung) ist um die Welle 14 eingefügt bzw. eingepasst. Eine Kegelradgetriebe 16 ist an dem unteren Ende der horizontalen Drehwelle 15 befestigt, und mit dem Kegelradgetriebe 13, welches auf der Drehantriebswelle 12 des Motors befestigt ist, im Eingriff. Das Ineinandergreifen der Kegelradgetriebe 13 und 16 bildet einen Drehzahl-Reduzierungsmechanismus. Wie im Detail in einer vergrößerten Ansicht von 2 gezeigt, ist ein äußerer Laufring B1 eines Lagers B auf einer oberen Endoberfläche des ersten Gelenkarms A1 konzentrisch mit einer Achse L1 der festen Hohlwelle 14 (als auch der horizontalen Drehwelle 15) befestigt. Ein innerer Laufring B2 des Lagers B ist an der horizontalen Drehwelle 15 über eine geeignete Einrichtung befestigt. Eine untere Endoberfläche 21 des zweiten Gelenkarms A2, welcher eine zylindrische Form aufweist, ist an einem oberen Ende der Welle 15 zum Beispiel über ein Axialdrucklager 17, befestigt. Wenn sich der Motor M1 dreht, wird dementsprechend die Drehung an die horizontale Drehwelle 15 über die Kegelradgetriebe 13 und 16 übertragen, so dass sich der zweite Gelenkarm A2 in einem 360°-Bereich drehen kann. Diese horizontale Drehwelle 15 bildet ein erstes Gelenk.
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Der zweite Gelenkarm A2 ist zylindrisch. Er weist eine obere Endoberfläche, welche aus einer geneigten Ebene 22, die in einem 45°-Winkel zu ihrer eigenen Achse (welche sich mit der L1-Achse schneidet) gebildet ist, und eine sich davon erstreckende horizontale Ebene 23, sowie einen Innenraum 24, auf. Die horizontale Ebene 23 hat die Funktion, die Höhe des zweiten Gelenkarms A2 zu reduzieren. Falls es keine Höhenbegrenzung gibt, kann daher die vollständige obere Endoberfläche aus der geneigten Ebene 22 gebildet sein.
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Auf dem zweiten Gelenkarm A2 ist ein dritter zylindrischer Gelenkarm A3 befestigt. Eine untere Endoberfläche des Arms A3 ist aus einer geneigten Ebene 31, welche um 45° zu der Achse geneigt ist, gebildet. Der zweite Gelenkarm A2 und der dritte Gelenkarm A3 sind über die geneigten Ebenen 22 und 31 verbunden, so dass sie relativ zueinander um eine geneigte Drehwelle 32 (”einer zweiten Drehwelle” der vorliegenden Erfindung entsprechend) gedreht werden, welche eine um 45° geneigte, und somit sich mit der Achse L1 schneidende Achse L2 aufweist.
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Insbesondere ist die geneigte Ebene 22 des zweiten Gelenkarms A2 mit einer um die Achse L2 zentrierten Öffnung 25 ausgebildet, und ein innerer Laufring B2 eines Lagers B ist, auf die gleiche Weise wie das zuvor erwähnte Lager B konzentrisch an der Achse L2 befestigt. Eine um eine Achse L2 zentrierte feste Hohlwelle 33 ist indessen senkrecht zur Ebene 31 an der geneigten Ebene 31 des dritten Gelenkarms A3 montiert. Die feste Welle 33 reicht bis zum Raum 24 des zweiten Gelenkarms A2. Die geneigte Drehwelle 32 ist um die feste Welle 33 eingefügt bzw. eingepasst, und ein Getriebe 34 ist an einem oberen Ende der Welle 32 (in Richtung des dritten Gelenkarms A3) montiert. Das Umfangsteil der geneigten Drehwelle 32 ist mit einem äußeren Laufring B1 des Lagers B, welcher an der geneigten Ebene 31 des dritten Gelenkarms A3 befestigt ist, über eine geeignete Einrichtung fest verbaut.
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Ein Motor M2 ist innerhalb des dritten Gelenkarms A3 vorhanden, und ein Getriebe 35, welches an einer Drehantriebswelle des Motors M2 montiert ist, ist mit dem Getriebe 34 in Eingriff. Wenn sich der Motor M2 dreht, wird dementsprechend die Drehung an die geneigte Drehwelle 32 über die Getriebe 35 und 34 übertragen. Der dritte Gelenkarm A3 kann sich dadurch relativ zu dem zweiten Gelenkarm A2 in einem 360°-Bereich drehen. Diese geneigte Drehwelle 32 bildet ein zweites Gelenk.
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Eine obere Endoberfläche des dritten Gelenkarms A3 ist aus einer horizontalen Ebene 36 gebildet, an welcher eine horizontale Drehwelle 15A im Wesentlichen auf die gleiche Art, wie an der oberen Endoberfläche des ersten Gelenkarms A1 montiert ist. Die horizontale Ebene 36 ist nämlich mit einer Öffnung 37 in der Mitte gebildet, deren Achse sich mit der Achse L1 schneidet, wenn sich der Roboter im Ganzen, wie in der Figur gezeigt, in einer vertikalen Stellung befindet. Eine feste Hohlwelle 14A ist in einer vertikalen Richtung befestigt und weist eine Mittelachse, welche sich mit der Achse der Öffnung 37 schneidet, auf. Eine horizontale Drehwelle 15A ist um die feste Welle 14A eingepasst.
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Ein Getriebe 16A ist an einem unteren Ende der horizontalen Drehwelle 15A montiert, und ist mit einem Getriebe (in 1 und 2 nicht gezeigt), welches an einer Drehantriebswelle eines Motors M3 montiert ist, welcher innerhalb des dritten Gelenkarms A3 montiert ist, in Eingriff. An der horizontalen oberen Endoberfläche 36 des dritten Gelenkarms A3 ist ein äußerer Laufring B1 eines Lagers B konzentrisch mit der Achse der festen Welle 14A befestigt, und ein innerer Laufring B2 eines Lagers B ist an dem Umfangsteil der horizontalen Drehwelle 15A über eine geeignete Einrichtung befestigt. An dem oberen Ende der horizontalen Drehwelle 15A, ist ein vierter Gelenkarm A4, welcher denselben Aufbau als der zweite Gelenkarm A2 aufweist, über ein Axialdrucklager 17A oder dergleichen auf gleiche Weise befestigt. Wenn der Motor M3 entsprechend dreht, wird die Drehung an die horizontale Drehwelle 15A über das Getriebe des Motors M3, sowie das Getriebe 16A übertragen, wodurch ermöglicht wird, dass sich der vierte Gelenkarm A4 relativ zu dem dritten Gelenkarm A3 in einem 360°-Bereich dreht. Diese horizontale Drehwelle 15A bildet ein drittes Gelenk.
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An dem vierten Gelenkarm A4 ist ein fünfter Gelenkarm A5, welcher den gleichen Aufbau als der dritte Gelenkarm A3 aufweist, auf gleiche Weise angeordnet, und eine geneigte Drehwelle 32A, welche den vierten und fünften Gelenkarm verbindet, bildet ein viertes Glied. Ferner ist an dem fünften Gelenkarm A5 ein sechster Gelenkarm A6 mit dem gleichen Aufbau als der zweite Gelenkarm A2 in gleicher Weise angeordnet, und eine horizontale Drehwelle 15B, welche den fünften und sechsten Gelenkarm verbindet, bildet ein fünftes Gelenk. Ein siebter Gelenkarm A7 ist an dem sechsten Gelenkarm A6 in gleicher Weise wie oben angeordnet, welcher eine flache Oberfläche 50 aufweist, die durch Entfernung der horizontalen Drehwelle 15A oder 15B von dem oberen Ende des dritten oder fünften Gelenkarms A3 oder A5 gebildet ist. Eine geneigte Drehwelle 32B, welche den sechsten und siebten Gelenkarm verbindet, bildet ein sechstes Gelenk. Die flache Oberfläche 50 des siebten Gelenkarms A7 wird zur Anbringung einer Werkzeughand, wie z. B. einer Schweißpistole, einer Lackierpistole oder einem Greifer verwendet, was somit einen Knickarmroboter 10 mit sechs Gelenken vervollständigt.
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In 1 und 2 repräsentiert ein Zeichen ”C” Kabel, Leitungen, Drähte oder dergleichen, welche zum Betrieb des Knickarmroboters 10 notwendig sind. Sie werden, wo erforderlich, durch den Raum innerhalb jedes Gelenkarms und des in jeder Drehwelle gebildeten hohlen Teils eingeführt. Die Kabel, Drähte oder dergleichen befinden sich somit nicht außerhalb des Gelenkarms, wodurch das Risiko, dass die Kabel, etc. mit Gegenständen in der Nähe des Roboters in Berührung kommen, vermieden wird. Natürlich können die Kabel, etc. ohne die Verwendung des zuvor erwähnten Hohlteils angeordnet werden. In solch einem Fall wäre der Hohlteil, welcher in jeder Drehwelle gebildet ist, nicht notwendig.
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In der obigen Ausführungsform, nehmen der dritte und fünfte Gelenkarm A3 und A5 jeweils zwei Antriebsmotoren (z. B. M2 und M3) auf, einer für die horizontale Drehwelle und einer für die geneigte Drehwelle, welche oben und unten an dem Arm angebracht sind. Der zweite, vierte und sechste Gelenkarm A2, A4 und A6 nehmen keinen Antriebsmotor auf. Dies ermöglicht, dass die Gesamtlänge des zweiten, vierten und sechsten Gelenkarms A2, A4 und A6 kürzer ausfällt, als in einem Fall, in dem jeder Arm einen Einzelmotor aufnimmt. Die Gesamtlänge des Roboters entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann somit verglichen mit der eines Roboters, in dem in jedem Gelenkarm ein Antriebsmotor angeordnet ist, gekürzt werden, obgleich beide Roboter die gleiche Anzahl von Gelenken aufweisen.
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3 beschreibt den Betriebsbereich des Knickarmroboters 10 der 1 und 2 in einer vertikalen Ebene. Wenn das zweite Gelenk (geneigte Drehwelle 32) um 180° durch Drehung des Motors M2 gedreht wird, verändert der Roboter seine Haltung von einer Vertikalen in eine Horizontale, gezeigt als P1 oder P2. Wenn sich der Motor M1 dreht, während der Roboter sich in der horizontalen Haltung befindet, dreht sich das erste Gelenk (horizontale Drehwelle 15), so dass sich der Roboter in einem 360°-Bereich drehen kann, während er in der Horizontalhaltung verbleibt. Wenn das vierte Gelenk (geneigte Drehwelle 32A) um 180° aus der P1- oder P2-Haltung gedreht wird, ändert sich das Teil, welches sich über das vierte Gelenk hinaus erstreckt, von einer Horizontalhaltung in eine Vertikalhaltung, wie als P3 gezeigt. Wenn das dritte Gelenk (horizontale Drehwelle 15A), während solch eine Haltung beibehalten wird, gedreht wird, kann das Teil, das sich über das vierte Gelenk hinaus erstreckt, in einem 360°-Bereich innerhalb einer vertikalen Ebene bewegt werden. Ferner, wenn das sechste Gelenk (geneigte Drehwelle 32B) um 180° gedreht wird, während die P3-Haltung beibehalten wird, verändert das Teil, das sich über das sechste Gelenk hinaus erstreckt seine Haltung von einer vertikalen Haltung in eine horizontale, wie als P4 gezeigt. Wenn das fünfte Gelenkteil (horizontale Drehwelle 15B), während solch eine Haltung beibehalten wird, gedreht wird, kann das Teil, welches sich über das sechste Gelenk hinaus erstreckt, in einem 360°-Bereich innerhalb einer horizontalen Ebene bewegt werden. Eine durch die Spitze des Roboters in 3 gezeigte gezeichnete Kurve beschreibt die Bewegungslaufbahn der äußersten Kante des Roboters, wodurch der maximale Betriebsbereich des Roboters, wie in 1 gezeigt, angezeigt wird.
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4 zeigt den Betriebsbereich des Roboters, wenn sein oberes Ende bzw. Spitzenteil eine Vertikalhaltung einnimmt. Obwohl die spezifischen Bewegungen jedes Gelenks nicht beschrieben werden, kann der maximale Betriebsbereich des Roboters von 1 und 2, wenn er die obige Haltung einnimmt, durch eine durch die Spitze des Roboters gezeichnete Kurve, wie es in 3 der Fall ist, verständlich gemacht werden.
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5 zeigt ein Beispiel der Art, in welcher der obige Knickarmroboter verwendet wird. Der Knickarmroboter entsprechend der vorliegenden Erfindung kann mit vielen Gelenken zwischen dem Fuß und dem anderen Ende zur Befestigung einer Werkzeughand wie z. B. einer Schweißpistole oder eines Greifers in einem einfachen Aufbau ausgestattet sein. Deshalb kann der ungenutzte Raum des Betriebsbereichs verglichen mit einem konventionellen Roboter, erheblich reduziert werden. Dies ermöglicht, dass eine Vielzahl von Knickarmrobotern 10 nahe aneinander auf einer kleinen Fläche, wie in der Figur gezeigt, angeordnet werden können, und somit können die Roboter als Halteroboter zum Halten eines zu schweißenden Werkstücks W eingesetzt werden, zusätzlich zu der Verwendung als konventionellem Schweißroboter, ausgestattet mit einer Schweißpistole. Die gleiche Gruppe von Robotern kann ohne weiteres ein Werkstück W verschiedener Arten, Formen und Größen halten, was für die praktische Verwendung von großem Vorteil ist.
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6 zeigt einen Knickarmroboter 10A aus dem Stand der Technik. Jeder Gelenkarm ist hierbei mit einem Einzelantriebsmotor ausgestattet. Ein Motor M1 ist innerhalb des Gelenkarms A2 montiert, um ein erstes Gelenk (horizontale Drehwelle 15) zu steuern, wobei ein Motor M2 innerhalb des Gelenkarms A3 montiert ist, um ein zweites Gelenk (geneigte Drehwelle 32) zu steuern. Gleichfalls ist ein Motor innerhalb jeder der nachfolgenden Gelenkarme bis Gelenkarm A7 montiert. In diesem Beispiel weist jeder Gelenkarm eine größere Länge auf, da sämtliche Gelenkarme einen Motorantrieb aufweisen. Jeder Arm weist vorteilhafterweise jedoch einen kleineren Durchmesser auf. Der Betrieb und Betriebsbereich des beispielgebenden Roboters ist der gleiche als der der zuvor erwähnten Ausführungsform der Erfindung und wird daher nicht beschrieben.
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7 zeigt den beispielgebenden Roboter aus der Richtung von Pfeil X in 2 gesehen. Während in Bezug auf den in 1 und 2 gezeigten Knickarmroboter beschrieben wurde, dass in den Motor ein Encoder sowie eine Bremsvorrichtung eingebaut ist, ist in diesem beispielgebenden Roboter eine Bremsvorrichtung MB unabhängig von dem Motor M vorhanden. Die Bremsvorrichtung MB ist parallel zu dem Motor M relativ zu den Getrieben, welche den Drehzahl-Reduzierungsmechanismus bilden, angeordnet. In diesem Beispiel kann die Gesamtlänge des Motors reduziert werden, so dass das gesamte Antriebssystem leicht in einem entsprechenden Gelenkarm aufgenommen werden kann.
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Die zuvor erwähnte Beschreibung demonstriert mehrere bevorzugte Aspekte einer Ausführungsform des Knickarmroboters entsprechend der vorliegenden Erfindung, und viele andere Ausführungsformen sind möglich. Zum Beispiel, während der Roboter als sechs Gelenke aufweisend beschrieben worden ist, kann die Anzahl der Gelenke größer oder kleiner ausfallen. Solange mindestens eine horizontale Drehwelle, sowie mindestens eine geneigte Drehwelle vorhanden ist, kann der Knickarmroboter der vorliegenden Erfindung gebildet werden. In Übereinstimmung mit der Umgebung, in welcher der Roboter verwendet wird, kann die Anzahl der Gelenke geeigneterweise bestimmt werden. Ferner, während oben beschrieben worden ist, dass die horizontalen Drehwellen und die geneigten Drehwellen wechselweise angeordnet sind, können zwei oder mehr geneigte Drehwellen in Reihe angeordnet werden. In solchen Fällen ist es wünschenswert, dass der Neigungswinkel der geneigten Drehwelle kleiner als 45° relativ zu der vertikalen Achse als Referenz ist. Des weiteren, in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, kann der Neigungswinkel der geneigten Drehwelle anders als 45° relativ zu der vertikalen Achse als eine Referenz ausfallen. Der Drehzahl-Reduzierungsmechanismus ist auch nicht auf den Getriebedrehzahl-Reduzierungsmechanismus beschränkt, sondern es können andere Arten von Drehzahl-Reduzierungsmechanismen entweder allein oder in Kombination mit einem Getriebedrehzahl-Reduzierungsmechanismus eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen verbesserten Knickarmroboter, in welchem der ungenutzte Raum reduziert wird, während ein weiter Betriebsbereich beibehalten wird, und in welchem das Kraftübertragungssystem, welches zur Bewegung jedes Gelenks notwendig ist, wesentlich vereinfacht wird.
