DE102013021830A1

DE102013021830A1 - Hinge device on a manipulator

Info

Publication number: DE102013021830A1
Application number: DE102013021830.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Nagler
Original assignee: GENTIS & CO KG GmbH
Current assignee: GENTIS & CO KG GmbH
Priority date: 2013-12-21
Filing date: 2013-12-21
Publication date: 2015-06-25
Also published as: WO2015090614A1; EP3084246A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gelenkvorrichtung an einer Achse, insbesondere an einem Manipulator wie an einem Roboter, die aus einem Grundträger (2) und einem am Grundträger (2) über ein Gelenk (3) gehaltenen Stellarm (8) besteht. Der Stellarm ist durch das Gelenk (3) in allen Raumrichtungen verstellbar. Nach der Erfindung ist das Gelenk (3) als mehrfaches Kreuzgelenk mit mindestens drei Gelenkachsen (10, 20, 30) ausgebildet.The invention relates to a joint device on an axis, in particular on a manipulator such as a robot, which consists of a base support (2) and an actuating arm (8) held on the base support (2) via a joint (3). The actuator arm is adjustable by the joint (3) in all directions. According to the invention, the joint (3) as a multiple universal joint with at least three hinge axes (10, 20, 30) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkvorrichtung an einer Achse, insbesondere an einem Manipulator wie einem Roboter oder dgl., und besteht aus einem Grundträger und einem am Grundträger über ein Gelenk angebundenen Stellarm. Der Stellarm ist über das Gelenk in allen drei Raumrichtungen verstellbar und verdrehbar.The invention relates to a joint device on an axis, in particular to a manipulator such as a robot or the like, and consists of a base support and a control arm connected to the base support via a joint. The actuator arm is adjustable and rotatable via the joint in all three directions.

Je nach dem zu verwendenden Gelenk kann der Stellarm der Gelenkvorrichtung einen mehr oder weniger großen Stellraum abdecken.Depending on the joint to be used, the actuating arm of the joint device can cover a more or less large control room.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass bei einfachem Aufbau ein großer Stellbereich des Stellarms gewährleistet ist.The invention has the object of providing a hinge device of the type mentioned in such a way that with a simple structure, a large adjustment range of the actuator arm is guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved according to the characterizing features of claim 1.

Die Ausbildung des Gelenkes als mehrfaches Kreuzgelenk mit mindestens drei Gelenkachsen ermöglicht eine Verschwenkbewegung des Stellarms gegenüber dem Grundträger um eben diese drei Gelenkachsen, wodurch das Stellarmende jeden beliebigen Punkt einer Kugelkappe anfahren kann. Die Kugelkappe bildet dabei den Stellbereich des Stellarms ab, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Gelenkvorrichtung die Kugelkappe einen Öffnungswinkel von bis zu 160° haben kann, was einem Stellbereich von etwa 80° entspricht. Mit dem erfindungsgemäßen Gelenk ist ein Knickwinkel von bis zu 80° möglich.The formation of the joint as a multiple universal joint with at least three hinge axes allows a pivoting movement of the actuating arm relative to the base support to just these three hinge axes, whereby the Stellarmende can approach any point of a ball cap. The ball cap forms from the adjustment range of the actuating arm, which due to the inventive design of the hinge device, the ball cap can have an opening angle of up to 160 °, which corresponds to a control range of about 80 °. With the joint according to the invention, a bending angle of up to 80 ° is possible.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Gelenkachsen als Schwenkachsen ausgebildet, wobei die Gelenkachsen des mehrfachen Kreuzgelenkes insbesondere in einer gemeinsamen Ebene liegen. Nach der Erfindung sind mindestens drei Gelenkachsen vorgesehen. Bevorzugt sind mehr als drei Gelenkachsen vorgesehen, wodurch eine hohe Sensibilität und eine ruckelfreie Stellbewegung erzielt werden können. Auch können so Drehkräfte sehr gut gemessen werden.In a preferred embodiment of the invention, the joint axes are formed as pivot axes, wherein the joint axes of the multiple universal joint are in particular in a common plane. According to the invention, at least three hinge axes are provided. Preferably, more than three hinge axes are provided, whereby a high sensitivity and a smooth adjustment movement can be achieved. Also, such rotational forces can be measured very well.

Die Gelenkachsen des mehrfachen Kreuzgelenkes schneiden sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt, der das Zentrum des Gelenkes bildet. Die Gelenkachsen sind dabei vorteilhaft so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung um das Zentrum des Gelenkes mit gleichem Winkelabstand zueinander liegen. Liegen die Gelenkachsen in mehreren, z. B. zwei Ebenen können Öffnungswinkel von größer 160° erreicht werden.The joint axes of the multiple universal joint intersect at a common point of intersection, which forms the center of the joint. The hinge axes are advantageously arranged so that they lie in the circumferential direction about the center of the joint at the same angular distance from each other. Are the joint axes in several, z. B. two levels can be achieved opening angle greater than 160 °.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Umfangsabstand der Gelenkachsen einem Umfangswinkel von 60°; d. h. die Lagerstellen der Gelenkachsen liegen in Umfangsrichtung mit einem Umfangsabstand von 60° zueinander. Dies entspricht einem Achswinkel von 120°.In a preferred embodiment, the circumferential distance of the hinge axes corresponds to a circumferential angle of 60 °; d. H. the bearings of the joint axes are in the circumferential direction with a circumferential distance of 60 ° to each other. This corresponds to an axis angle of 120 °.

Das Gelenk der Gelenkvorrichtung wird vorteilhaft durch ein äußeres Gelenkelement und ein inneres Gelenkelement gebildet, zwischen denen ein weiteres Gelenkelement angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das weitere Gelenkelement um eine erste Gelenkachse schwenkbar am äußeren Gelenkelement gehalten ist, wobei das innere Gelenkelement um die zweite Gelenkachse schwenkbar am weiteren Gelenkelement gehalten ist. Der Stellarm ist um eine dritte Gelenkachse verschwenkbar am inneren Gelenkelement gehalten.The joint of the joint device is advantageously formed by an outer joint element and an inner joint element between which a further joint element is arranged. It is provided that the further joint element is held pivotably on the outer joint element about a first joint axis, wherein the inner joint element is held pivotably about the second joint axis on the further joint element. The actuating arm is held pivotably about a third hinge axis on the inner joint element.

In einer ersten Ausführungsform wird das äußere Gelenkelement durch einen äußeren Gelenkring und das innere Gelenkelement durch einen inneren Gelenkring gebildet, zwischen denen ein Zwischenring als weiteres Gelenkelement angeordnet ist. Dadurch wird das Gelenk durch den äußeren Gelenkring gebildet, der den inneren Gelenkring umgibt. Zwischen dem äußeren Gelenkring und dem inneren Gelenkring ist der Zwischenring angeordnet. Äußerer Gelenkring, Zwischenring und innerer Gelenkring liegen derart zueinander, dass sie in einer Ruhestellung eine gemeinsame Ebene bilden. Dies entspricht einem Öffnungswinkel von 0°.In a first embodiment, the outer joint member is formed by an outer joint ring and the inner joint member by an inner joint ring, between which an intermediate ring is arranged as another joint element. As a result, the joint is formed by the outer joint ring, which surrounds the inner joint ring. Between the outer joint ring and the inner joint ring of the intermediate ring is arranged. Outer hinge ring, intermediate ring and inner joint ring are mutually such that they form a common plane in a rest position. This corresponds to an opening angle of 0 °.

Die Ausführungsform mit Gelenkringen ist eine Möglichkeit einer konstruktiven Ausführung der Erfindung. Anstelle von Gelenkringen können auch Rechteckringe oder andere Rechteckformen, Teilschalen oder auch Halbschalen und dgl. Formen zweckmäßig sein. Mit derartigen angepassten Formen kann die Erfindung z. B. in beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden oder z. B. auf hohe mechanische Belastungen ausgelegt werden.The embodiment with joint rings is one possibility of a constructive embodiment of the invention. Rectangular rings or other rectangular shapes, partial shells or else half shells and the like forms may be expedient instead of joint rings. With such adapted forms, the invention may, for. B. be used in confined spaces or z. B. are designed for high mechanical loads.

Der Zwischenring ist um eine erste Gelenkachse schwenkbar am äußeren Gelenkring gehalten, während der innere Gelenkring um eine zweite Gelenkachse schwenkbar am Zwischenring gehalten ist. Der Stellarm seinerseits ist um eine dritte Gelenkachse verschwenkbar am inneren Gelenkring gehalten. Zweckmäßig ist dabei der äußere Gelenkring mechanisch fest mit dem Grundträger der Gelenkvorrichtung verbunden. Aus Stabilitätsgründen kann der Stellarm auch ringförmig ausgebildet sein.The intermediate ring is pivotally held about a first hinge axis on the outer joint ring, while the inner joint ring is pivotally supported about a second hinge axis on the intermediate ring. The actuator arm in turn is held pivotable about a third hinge axis on the inner joint ring. Appropriately, the outer joint ring is mechanically firmly connected to the base of the hinge device. For stability reasons, the actuator arm may also be annular.

Der äußere Gelenkring und der Zwischenring liegen mit geringem radialen Abstand zueinander. Zwischen dem inneren Gelenkring und dem Zwischenring ist ein Eingriffsraum ausgebildet, in den ein Anschlussende des Stellarms eingreift.The outer joint ring and the intermediate ring are at a small radial distance from each other. Between the inner joint ring and the intermediate ring an engagement space is formed, in which engages a terminal end of the actuating arm.

Die Schwenkbewegung des Zwischenrings um die erste Gelenkachse, die Schwenkbewegung des inneren Gelenkrings um die zweite Gelenkachse und die Schwenkbewegung des Stellarms um die dritte Gelenkachse sind begrenzt. Vorzugsweise ist der Zwischenring durch Drehanschläge in seiner Schwenkbewegung um die erste Gelenkachse begrenzt, wobei einem Drehanschlag am Zwischenring Gegenanschläge am äußeren Gelenkring zugeordnet sind. In entsprechender Weise ist die Schwenkbewegung des inneren Gelenkrings durch Drehanschläge um die zweite Gelenkachse begrenzt, wobei den Drehanschlägen am inneren Gelenkring Gegenanschläge am Zwischenring zugeordnet sind. Die Schwenkbewegung des Stellarms um die dritte Gelenkachse ist durch den Innenrand des Zwischenrings begrenzt; der Innenrand bildet somit einen Drehanschlag. In Weiterbildung der Erfindung können die Drehanschläge auch durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des äußeren Randes der Ringe gebildet werden. The pivoting movement of the intermediate ring about the first hinge axis, the pivoting movement of the inner hinge ring about the second hinge axis and the pivotal movement of the actuating arm about the third hinge axis are limited. Preferably, the intermediate ring is limited by rotational stops in its pivoting movement about the first hinge axis, wherein a rotation stop on the intermediate ring counter stops are assigned to the outer joint ring. In a corresponding manner, the pivoting movement of the inner joint ring is limited by rotation stops about the second joint axis, wherein the rotation stops are assigned to the inner joint ring counterstops on the intermediate ring. The pivoting movement of the actuating arm about the third hinge axis is limited by the inner edge of the intermediate ring; the inner edge thus forms a rotation stop. In a further development of the invention, the rotation stops can also be formed by a corresponding structural design of the outer edge of the rings.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das äußere Gelenkelement durch eine äußere Kugelschale und das innere Gelenkelement durch eine innere Kugelschale gebildet, zwischen denen eine weitere Kugelschale als weiteres Gelenkelement angeordnet ist. Durch eine innere Belüftung, z. B. Einblasen von Druckluft, vorteilhaft durch regelmäßiges oder unregelmäßiges Einblasen von Druckluft, kann in einfacher Weise eine innere Verschmutzung des Gelenkes verhindert werden.In a further embodiment of the invention, the outer joint element is formed by an outer spherical shell and the inner joint element by an inner spherical shell, between which a further ball shell is arranged as a further joint element. By an internal ventilation, z. As blowing compressed air, preferably by regular or irregular injection of compressed air, internal pollution of the joint can be prevented in a simple manner.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawing, in which an embodiment of the invention described in detail below is shown. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung, 1 a perspective view of a first embodiment of a hinge device according to the invention,

2 eine Seitenansicht auf die Gelenkvorrichtung nach 1, 2 a side view of the joint device according to 1 .

3 eine Draufsicht auf die Gelenkvorrichtung mit entferntem Zwischenring und Stellarm, 3 a plan view of the hinge device with removed intermediate ring and actuator arm,

4 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung mit demontiertem äußeren Gelenkring, 4 a perspective view of the hinge device with disassembled outer joint ring,

5 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung mit demontiertem äußeren Gelenkring und Zwischenring, 5 a perspective view of the hinge device with disassembled outer joint ring and intermediate ring,

6 in perspektivischer Darstellung eine Ansicht des Zwischenrings, 6 in perspective view of the intermediate ring,

7 in perspektivischer Darstellung einen Teilschnitt durch den äußeren Gelenkring, 7 in a perspective view a partial section through the outer joint ring,

8 eine perspektivische Darstellung der Gelenkvorrichtung in einer ersten Ausführungsform, 8th a perspective view of the hinge device in a first embodiment,

9 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer aus mehreren Kugelschalen aufgebauten Gelenkvorrichtung, 9 a plan view of a second embodiment of a constructed of a plurality of spherical shells hinge device,

10 eine Seitenansicht auf die Gelenkvorrichtung nach 9. 10 a side view of the joint device according to 9 ,

In 1 ist eine Gelenkvorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform gezeigt, die z. B. an einer Achse vorgesehen sein kann. Diese Achse kann die Achse eines Manipulators, eines Roboters oder dgl. Gerätes sein. Die Gelenkvorrichtung 1 besteht aus einem Grundträger 2, einem Gelenk 3 und einem über das Gelenk 3 an dem Grundträger 2 gehaltenen Stellarm 8. Der Stellarm 8 ist über das Gelenk 3 gegenüber dem Grundträger 2 in allen drei Raumrichtungen x, y und z verstellbar.In 1 is a hinge device 1 shown in a first embodiment, the z. B. may be provided on an axis. This axis may be the axis of a manipulator, a robot or the like device. The articulation device 1 consists of a basic carrier 2 , a joint 3 and one over the joint 3 on the basic carrier 2 held actuator arm 8th , The actuator arm 8th is about the joint 3 opposite the basic carrier 2 adjustable in all three spatial directions x, y and z.

Wie in den 1 und 9 gezeigt, ist das Gelenk 3 als mehrfaches Kreuzgelenk ausgebildet, welches mindestens drei Gelenkachsen 10, 20 und 30 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Gelenkachsen 10, 20 und 30 des mehrfachen Kreuzgelenkes in einer gemeinsamen Ebene 4 (2). Es kann vorteilhaft sein, die Gelenkachsen 10, 20, 30 in unterschiedlichen Ebenen anzuordnen. Die Ebenen können zueinander bevorzugt parallel liegen.As in the 1 and 9 shown is the joint 3 designed as a multiple universal joint, which has at least three joint axes 10 . 20 and 30 having. In the embodiment shown, the joint axes are 10 . 20 and 30 of the multiple universal joint in a common plane 4 ( 2 ). It can be beneficial to the hinge axes 10 . 20 . 30 to arrange in different levels. The planes may preferably lie parallel to one another.

Wie 2 zeigt, liegt das Zentrum 5 der möglichen Schwenkbewegungen des Stellarms 8 in der Ebene 4 auf einer Mittelsenkrechten 6, die eine Längsmittelachse eines Zylinderkörpers 7 bildet. An einem Ende des Zylinderkörpers 7 ist im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 8 ein äußerer Gelenkring 11 festgelegt. Der Zylinderkörper 7 mit dem an seinem Ende befestigten äußeren Gelenkring 11 bildet den Grundträger 2. Der Gelenkring 11 ist dabei zweckmäßig einteilig mit dem Zylinderkörper 7 ausgebildet.As 2 shows, lies the center 5 the possible pivoting movements of the actuator arm 8th in the plane 4 on a perpendicular bisector 6 that is a longitudinal center axis of a cylinder body 7 forms. At one end of the cylinder body 7 is in the embodiment of the 1 to 8th an outer joint ring 11 established. The cylinder body 7 with the attached at its end outer joint ring 11 forms the basic carrier 2 , The joint ring 11 is expediently integral with the cylinder body 7 educated.

Innerhalb des äußeren Gelenkrings 11 liegt, mit geringem radialen Abstand a, ein Zwischenring 21, der über Lagerbolzen 12, 13 (4) am äußeren Gelenkring 11 verschwenkbar gehalten ist. Die Lagerbolzen 12, 13 liegen einander diametral gegenüber und bilden die erste Gelenkachse 10.Inside the outer joint ring 11 is, with a small radial distance a, an intermediate ring 21 that about bearing bolts 12 . 13 ( 4 ) on the outer joint ring 11 is held pivotally. The bearing bolts 12 . 13 lie diametrically opposite each other and form the first hinge axis 10 ,

Innerhalb eines Zwischenrings 21 liegt ein innerer Gelenkring 31, der über Lagerbolzen 22 und 23 am Zwischenring 21 verschwenkbar gehalten ist. Der innere Gelenkring 31 liegt mit einem Abstand b zum Innenradius des Zwischenrings 21, wodurch ein Eingriffsraum 9 für ein Anschlussende 18 des Stellarms 8 gebildet ist.Within an intermediate ring 21 lies an inner joint ring 31 that about bearing bolts 22 and 23 at the intermediate ring 21 is held pivotally. The inner joint ring 31 lies with a distance b to the inner radius of the intermediate ring 21 , causing a engaging space 9 for a connection end 18 the Stellarms 8th is formed.

Das Anschlussende 18 des Stellarms 8 umgreift den inneren Gelenkring 31, wobei im inneren Gelenkring 31 gehaltene Lagerbolzen 32 und 33 in die freien Schenkel des U-förmigen Anschlussendes 18 eingreifen, wodurch der Stellarm 8 um eine dritte Gelenkachse 30 verschwenkbar am inneren Gelenkring 31 gehalten ist.The connection end 18 the Stellarms 8th surrounds the inner joint ring 31 , where in the inner joint ring 31 held bearing bolts 32 and 33 in the free legs of the U-shaped connection end 18 engage, causing the actuator arm 8th around a third hinge axis 30 swiveling on the inner joint ring 31 is held.

Der innere Gelenkring 31 kann alternativ als ausgefüllter Ring oder Scheibe ausgeführt sein oder aber auch als vollständige Kugel 50, wie beispielhaft in 10 gezeigt. Wird der Gelenkring 31 als außen liegender Gelenkring gestaltet, kann das Anschlussende 18 als eine innen liegende Kugel 50 mit einem angeflanschten Stellarm 8 ausgebildet sein.The inner joint ring 31 may alternatively be designed as a filled ring or disc or as a complete ball 50 as exemplified in 10 shown. Will the joint ring 31 designed as an external hinge ring, the connection end 18 as an inside ball 50 with a flanged actuator arm 8th be educated.

Die Anordnung der Gelenkachsen 10, 20 und 30 ist – wie 3 zeigt – derart vorgesehen, dass sich die Gelenkachsen im Zentrum 5 des Gelenkes 3 schneiden. In Umfangsrichtung liegen die Gelenkachsen 10, 20, 30 bzw. ihre Lagerstellen 12, 13; 22, 23; 32, 33 mit einem Winkelabstand 16 zueinander; der Winkelabstand 16 beträgt bevorzugt 60° Umfangswinkel bei einem dreiachsigen Gelenk. Der Achsabstand liegt bei vorzugsweise 120°.The arrangement of the joint axes 10 . 20 and 30 is like 3 shows - provided so that the hinge axes in the center 5 of the joint 3 to cut. In the circumferential direction are the joint axes 10 . 20 . 30 or their bearings 12 . 13 ; 22 . 23 ; 32 . 33 with an angular distance 16 to each other; the angular distance 16 is preferably 60 ° circumferential angle in a three-axis joint. The center distance is preferably 120 °.

Die Anzahl der Gelenkachsen entspricht dem Teiler von 360° durch den Umfangswinkel, mit dem die Gelenkachsen mit Abstand zueinander angeordnet werden. Bei vier Gelenkachsen also 90° (360/4), bei fünf Gelenkachsen 72° (360/5), bei sechs Gelenkachsen 60° (360/6) usw..The number of hinge axes corresponds to the divider of 360 ° by the circumferential angle at which the hinge axes are arranged at a distance from each other. For four jointed axes 90 ° (360/4), for five joint axes 72 ° (360/5), for six joint axes 60 ° (360/6) etc ..

Die Gelenkachsen 10, 20, 30 liegen – unabhängig von der Anzahl der Gelenkachsen – bezogen auf das Zentrum 5 des Gelenkes 3 mit gleichen Winkelabständen 16 zueinander. Die Gelenkachsen 10, 20, 30 spannen dabei eine gemeinsame Ebene 4 auf, auf der die Längsmittelachse 6 des Grundträgers 2 lotrecht steht. Der Durchstoßpunkt der Längsmittelachse 6 durch die Ebene 4 ist zugleich das Zentrum 5 des Gelenkes 3.The joint axes 10 . 20 . 30 lie - regardless of the number of joint axes - relative to the center 5 of the joint 3 with equal angular distances 16 to each other. The joint axes 10 . 20 . 30 create a common level 4 on, on the longitudinal central axis 6 of the basic carrier 2 is perpendicular. The puncture point of the longitudinal central axis 6 through the plane 4 is at the same time the center 5 of the joint 3 ,

Durch die Gestaltung des erfindungsgemäßen Gelenkes 3 mit drei Gelenkachsen 10, 20, 30 lässt sich der Stellarm 8 jeweils um die Gelenkachsen 10, 20, 30 verschwenken, wodurch das Stellarmende 28 jeden beliebigen Punkt einer Kugelkappe 17 anfahren kann, deren Mittelpunkt das Zentrum 5 des Gelenkes 3 ist. Der Öffnungswinkel 15 der Kugelkappe beträgt etwa 120° bis 160°, wodurch ein großer Arbeitsbereich des Stellarms 8 gegeben ist.Due to the design of the joint according to the invention 3 with three joint axes 10 . 20 . 30 can the actuator arm 8th each about the joint axes 10 . 20 . 30 pivot, causing the Stellarmende 28 any point of a ball cap 17 can approach, whose center is the center 5 of the joint 3 is. The opening angle 15 the ball cap is about 120 ° to 160 °, creating a large working range of the actuator arm 8th given is.

Die Schwenkbewegung des Stellarms 8 um die dritte Gelenkachse 30 ist durch Anschlagen an den inneren Rand 24 des Zwischenrings 21 begrenzt.The pivoting movement of the actuator arm 8th around the third hinge axis 30 is by hitting the inner edge 24 of the intermediate ring 21 limited.

Der Verschwenkwinkel des inneren Gelenkrings 31 relativ zum Zwischenring 21 ist durch Drehanschläge 34 begrenzt. Wie 5 zeigt, ist am inneren Gelenkring 31 im Bereich der Lagerbolzen 32 und 33 jeweils ein Drehanschlag 34 ausgebildet. Der Drehanschlag erstreckt sich vorteilhaft über 180°, bildet somit in Ansicht zweckmäßig einen Halbkreis.The pivoting angle of the inner joint ring 31 relative to the intermediate ring 21 is by rotation stops 34 limited. As 5 shows is at the inner joint ring 31 in the area of the bearing bolts 32 and 33 one rotation stop each 34 educated. The rotation stop extends advantageously over 180 °, thus forming in view expediently a semicircle.

Den Drehanschlägen 34 am inneren Gelenkring 31 sind Gegenanschläge 35 am Zwischenring 21 zugeordnet. Der Gegenanschlag 35 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel über etwa 60° bis 120° Umfangswinkel um den Lagerbolzen 22 bzw. 23 herum, so dass sich für den inneren Gelenkring 31 ein Verschwenkbereich von etwa 60° bis 120° um die zweite Gelenkachse 20 ergibt.The rotation stops 34 on the inner joint ring 31 are counter-attacks 35 at the intermediate ring 21 assigned. The counter-attack 35 extends in the embodiment about about 60 ° to 120 ° circumferential angle about the bearing pin 22 respectively. 23 around, leaving for the inner joint ring 31 a pivoting range of about 60 ° to 120 ° about the second hinge axis 20 results.

In ähnlicher Weise trägt der Zwischenring 21 im Bereich seiner Lagerbolzen 12, 13 einen Drehanschlag 25, der sich über etwa 180° um den Lagerbolzen 12 bzw. 13 erstreckt. Wie 7 zeigt, ist am äußeren Gelenkring 11 im Bereich der Lagerbolzen 12 (7) ein Gegenanschlag 14 vorgesehen, der Anschlagflächen 19 für den Drehanschlag 25 des Zwischenrings 21 ausbildet. Der Gegenanschlag 14 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von etwa 60° bis 120° um den Lagerbolzen 12 herum, so dass die Anschlagflächen 19 in einem Winkelabstand von 60° bis 120° zueinander liegen. Aufgrund des sich über 180° erstreckenden Drehanschlags am Zwischenring 21 ergibt sich so ein Bereich einer Schwenkbewegung um die erste Gelenkachse 10 von maximal 60° bis 120°.Similarly, the intermediate ring carries 21 in the area of its bearing pin 12 . 13 a rotation stop 25 extending over about 180 ° about the bearing pin 12 respectively. 13 extends. As 7 shows is on the outer joint ring 11 in the area of the bearing bolts 12 ( 7 ) a counter-attack 14 provided, the stop surfaces 19 for the rotation stop 25 of the intermediate ring 21 formed. The counter-attack 14 extends over a circumferential angle of about 60 ° to 120 ° about the bearing pin 12 around, leaving the stop surfaces 19 at an angular distance of 60 ° to 120 ° to each other. Due to the over 180 ° extending rotation stop on the intermediate ring 21 This results in a region of a pivoting movement about the first hinge axis 10 from a maximum of 60 ° to 120 °.

Die Lage der Drehanschläge und der Gegenanschläge zur Begrenzung der Schwenkbewegung um die Gelenkachsen 10 und 20 ist so vorgesehen, dass der Zwischenring und der Gelenkring aus einer Lage in der Ebene 4 sowohl rechts herum um die eine Drehrichtung als auch links herum um die andere Drehrichtung mit etwa gleichem Winkel verschwenkt werden können.The position of the rotation stops and the counter stops to limit the pivoting movement about the hinge axes 10 and 20 is provided so that the intermediate ring and the hinge ring from a position in the plane 4 Both clockwise around the one direction of rotation and left around the other direction of rotation can be pivoted at approximately the same angle.

Es kann zweckmäßig sein, die Drehanschläge für die Schwenkbewegungen durch eine konstruktive Gestaltung des äußeren Randes eines Gelenkringes zu bilden.It may be appropriate to form the rotation stops for the pivoting movements by a structural design of the outer edge of a joint ring.

Der Grundträger 2 kann, wie in 8 dargestellt, in einer Aufnahmehülse 40 des Manipulators bzw. des Roboters fixiert und durch entsprechende Stellmotoren bewegt werden.The basic carrier 2 can, as in 8th shown in a receiving sleeve 40 fixed the manipulator or the robot and moved by appropriate actuators.

Die konstruktive Gestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkvorrichtung 1 ist auch mit anderen geometrischen Formen möglich als mit Gelenkringen. Als zweites von weiteren möglichen Ausführungsbeispielen ist in den 9 und 10 der Aufbau einer Gelenkvorrichtung 1 aus Kugelschalen dargestellt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Grundaufbau dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 8, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.The structural design of the hinge device according to the invention 1 is also possible with other geometric shapes than with joint rings. As a second of further possible embodiments is in the 9 and 10 the construction of a hinge device 1 represented by spherical shells. This second embodiment corresponds in basic construction to the first embodiment according to the 1 to 8th Therefore, the same reference numerals are used for the same parts.

Die jeweils verwendeten Kugelschalen 51, 52, 53, 54 weisen lediglich Aussparungen auf, um den Stellarm 8 im Zentrum 5 des Gelenkes 3 an eine innen liegende Kugel 50 anzubinden. Um ein niedriges Gewicht zu erzielen und die Fertigung zu vereinfachen, werden die Kugelschalen 51, 52, 53, 54 in einem wabenförmigen Muster ausgebildet.The respective used spherical shells 51 . 52 . 53 . 54 have only recesses on the actuator arm 8th downtown 5 of the joint 3 to an inside ball 50 to tie. To achieve a low weight and to simplify the production, the spherical shells 51 . 52 . 53 . 54 formed in a honeycomb pattern.

Werden mehrere Gelenkachsen 10, 20, 30 oder mehr vorgesehen, können folgende Vorteile gegeben sein:

1. Die Verschwenkwinkel pro Gelenkachse werden geringer;
2. Die Geschwindigkeiten bei der Umlenkung am Scheitelpunkt der Gelenkachsen werden geringer;
3. Die Drehmöglichkeit des Gelenks bei großem Öffnungswinkel wird sehr weich, d. h., man kann sehr sanft und ruckfrei drehen.

Be several joint axes 10 . 20 . 30 or more, the following advantages may be given:

1. The pivot angle per joint axis are smaller;
2. The speeds at the deflection at the apex of the joint axes are smaller;
3. The possibility of turning the joint at a large opening angle is very soft, that is, you can turn very gently and smoothly.

Der Winkel der Gelenkachsen kann um 360 Grad/Anzahl Gelenkachsen ausgelegt sein, d. h. 360/3 = 120° Achsversatz, wenn die vollen 360° gedreht werden sollen. Wird das Gelenk in der Anwendung weniger als 360 Grad gedreht, kann in diesem Spezialfall ein kleinerer Winkel sinnvoll sein.The angle of the joint axes can be designed by 360 degrees / number of joint axes, d. H. 360/3 = 120 ° misalignment when turning the full 360 °. If the joint is rotated less than 360 degrees in the application, a smaller angle may be useful in this special case.

Der Winkelversatz teilt sich zwischen den einzelnen Gelenkringen 10, 20, 30, Kugelschalen 51, 52, 53, 54 oder den verwendeten geometrischen Formen auf. Dies bedeutet, dass bei einem Öffnungswinkel des Gelenkes 3 von 100 Grad ein Einzelwinkel von maximal 40° durchfahren werden muss.The angular offset is divided between the individual joint rings 10 . 20 . 30 , Spherical bowls 51 . 52 . 53 . 54 or the geometric shapes used. This means that at an opening angle of the joint 3 from 100 degrees a single angle of maximum 40 ° must be passed.

Um auch bei leichten Drehungen sauber drehen zu können, werden die einzelnen Gelenkelemente wie die Gelenkringe 10, 20, 30, die Kugelschale 51, 52, 53, 54 oder dgl. geometrische Formen gefedert zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass durch eine Feder die Gelenkelemente vorzugsweise in einer 0° Ruhestellung gehalten werden. Erhöht sich der Öffnungswinkel des Gelenkes, werden durch die Feder die Winkel aller Gelenkelemente vorgespannt, bis der Drehanschlag das nächste Gelenkelement endgültig weiterschiebt. Dadurch sind alle Gelenkelemente in den meisten Betriebslagen immer in der richtigen Stellung, damit der eingestellte Gesamtöffnungswinkel jederzeit optimal zwischen den Gelenkelementen aufgeteilt ist.In order to be able to turn clean even with slight turns, the individual joint elements become like the joint rings 10 . 20 . 30 , the ball cup 51 . 52 . 53 . 54 or the like. Geometric shapes sprung arranged to each other. This means that the hinge elements are preferably held in a 0 ° rest position by a spring. If the opening angle of the joint increases, the angle of all joint elements is pre-tensioned by the spring until the rotation stop finally pushes the next joint element forward. As a result, all joint elements are always in the correct position in most operating positions, so that the set total opening angle is always optimally divided between the joint elements.

Eine feste Abdeckung des offenen Gelenkes ist bei dem erfindungsgemäßen Aufbau einfach möglich, so dass eine Verschmutzung des Gelenkes wirkungsvoll verhindert werden kann.A solid cover of the open joint is easily possible in the structure according to the invention, so that contamination of the joint can be effectively prevented.

In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann die Gelenkvorrichtung wie ein Kardan als Doppel-Gelenk kaskadiert werden. Dabei sind zwei Gelenke durch ein Rohr verbunden, wobei die Gelenkachsen dann nicht in einer Ebene liegen.In a simple embodiment of the invention, the hinge device can be cascaded like a cardan as a double joint. In this case, two joints are connected by a tube, the hinge axes are then not in a plane.

Claims

Hinge device on an axis, in particular on a manipulator such as a robot or the like, consisting of a base support ( 2 ) and one at the base ( 2 ) via a joint ( 3 ) held actuator arm ( 8th ), which is adjustably mounted in all spatial directions, characterized in that the joint ( 3 ) as a multiple universal joint with at least three joint axes ( 10 . 20 . 30 ) is trained.

Articulation device according to claim 1, characterized in that the articulation axes ( 10 . 20 . 30 ) Are pivot axes.

Articulation device according to claim 1 or 2, characterized in that the articulation axes ( 10 . 20 . 30 ) of the multiple universal joint in a common plane ( 4 ) lie.

Articulation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the joint axes ( 10 . 20 . 30 ) intersect at a common intersection that defines the center ( 5 ) of the joint ( 3 ).

Articulation device according to claim 3 or 4, characterized in that the joint axes ( 10 . 20 . 30 ) in the circumferential direction around the center ( 5 ) of the joint ( 3 ) with the same angular distance ( 16 ) to each other.

Articulation device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the joint ( 3 ) has an outer joint member and an inner joint member between which a further joint member is arranged.

Joint device according to claim 6, characterized in that the further joint element about a first hinge axis ( 10 ) is pivotally held on the outer joint element that the inner joint member about the second hinge axis ( 20 ) is pivotally held on the further joint element, and that the actuating arm ( 8th ) about a third hinge axis ( 30 ) is pivotally supported on the inner joint member.

Joint device according to claim 6 or 7, characterized in that the outer joint element by an outer joint ring ( 11 ) and the inner joint element by an inner joint ring ( 31 ) is formed, between which one Intermediate ring ( 21 ) is arranged as another joint element.

Hinge device according to claim 8, characterized in that the outer joint ring ( 11 ) mechanically fixed to the base support ( 2 ) connected is.

Hinge device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the outer joint ring ( 11 ) and the intermediate ring ( 21 ) are at a small radial distance (a) to each other.

Articulation device according to one of claims 8 to 10, characterized in that between the inner joint ring ( 31 ) and the intermediate ring ( 21 ) an intervention space ( 9 ) for a connection end ( 18 ) of the actuator arm ( 8th ) is trained.

Articulation device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the intermediate ring ( 21 ) by a rotation stop ( 25 ) in its rotational movement about the first hinge axis ( 10 ) is limited.

Articulation device according to claim 12, characterized in that the rotation stop ( 25 ) on the intermediate ring ( 21 ) Counter-attacks ( 14 ) on the outer joint ring ( 11 ) assigned.

Hinge device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the inner joint ring ( 31 ) by a rotation stop ( 34 ) in its rotational movement about the second hinge axis ( 20 ) is limited.

Articulation device according to claim 14, characterized in that the rotation stop ( 34 ) on the inner joint ring ( 31 ) Counter-attacks ( 35 ) on the intermediate ring ( 21 ) assigned.

Joint device according to claim 6 or 7, characterized in that the outer joint element by an outer spherical shell ( 53 ) and the inner joint element by an inner spherical shell ( 51 ) is formed, between which a further spherical shell ( 52 ) is arranged as another joint element.