DE102014105775A1

DE102014105775A1 - Handgelenk von einem Industrieroboter

Info

Publication number: DE102014105775A1
Application number: DE201410105775
Authority: DE
Inventors: Toshihiko c/o FANUC CORPORATION Inoue
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: JP5702826B2; CN104128929A; JP2014213437A; CN104128929B; US20140318298A1; US9321179B2; DE102014105775B4

Abstract

Bereitgestellt wird ein Handgelenk eines Industrieroboters, das einen Leistungsübertragungsabschnitt des zweiten Gelenks umfasst, der die Leistung eines Motors für das zweite Gelenk auf ein zweites Gelenkelement überträgt, und einen Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks, der die Leistung eines Motors des dritten Gelenks an ein drittes Gelenkelement überträgt. Der Leistungsübertragungsabschnitt des zweiten Gelenks umfasst einen Hypoidradsatz, eine Antriebswelle, die sich neben dem Motor des dritten Gelenks befindet, und zwar parallel zur ersten axialen Linie, ein erstes Untersetzungsgetriebeteil, das die Drehzahl des Motors für das zweite Gelenk herabsetzt und die untersetzte Drehung an die Antriebswelle überträgt, und ein zweites Untersetzungsgetriebeteil, das die Drehzahl der Antriebswelle untersetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad des zweiten Gelenks überträgt. Der Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks umfasst einen Hypoidradsatz und ein drittes Untersetzungsgetriebeteil, das die Drehzahl des Motors für das dritte Gelenk untersetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad des dritten Gelenks überträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Handgelenk eines Industrieroboters, das Gelenkelemente aufweist, die drei Freiheitsgrade für Drehbewegungen haben.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Man kennt ein Handgelenk eines Industrieroboters, das ein erstes Gelenkelement aufweist, ein zweites Gelenkelement, das drehbar am Vorderabschnitt des ersten Gelenkelements aufgenommen ist, und ein drittes Gelenkelement, das drehbar am Vorderabschnitt des zweiten Gelenkelements aufgenommen ist, wobei die Kräfte des Motors für das zweite Gelenk und des Motors für das dritte Gelenk, die sich auf dem ersten Gelenkelement befinden, über Hypoidradsätze übertragen werden, die jeweils Ritzel und Ringräder am zweiten und dritten Gelenkelement aufweisen. In dem Handgelenk, das in der geprüften japanischen Patentschrift Nr. 4233578 ( JP4233578B ) beschrieben ist, ist der Motor für das zweite Gelenk näher am Vorderende des ersten Gelenkelements angeordnet als der Motor für das dritte Gelenk, und die Leistung des Motors für das zweite Gelenk wird über einen Satz Stirnräder in ein Ritzel des zweiten Gelenks eingegeben.
Dabei ist zum Antreiben des zweiten Gelenkelements ein Antriebsdrehmoment erforderlich, das größer ist als das Drehmoment zum Antreiben des dritten Gelenkelements. Aus diesem Grund wird im Allgemeinen das Untersetzungsverhältnis des Leistungsübertragungswegs vom Motor des zweiten Gelenks zum zweiten Gelenkelement groß eingestellt. Bei dem in JP4233578B beschriebenen Handgelenk wird dagegen die Leistung des Motors für das zweite Gelenk nur über einen Satz Stirnräder in das Ritzel des zweiten Gelenks eingegeben. Damit man ein ausreichendes Untersetzungsverhältnis erhält, muss der Hypoidradsatz ein großes Untersetzungsverhältnis haben. Legt man den Hypoidradsatz mit einem hohen Untersetzungsverhältnis aus, so tritt die Schwierigkeit auf, dass der Übertragungswirkungsgrad der Leistung sinkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Handgelenk eines Industrieroboters gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein erstes Gelenkelement, das sich in einer Richtung einer ersten axialen Linie erstreckt und sich um die erste axiale Linie drehen kann, ein zweites Gelenkelement, das am Vorderende des ersten Gelenkelements drehbar um eine zweite axiale Linie aufgenommen ist, ein drittes Gelenkelement, das am Vorderende des zweiten Gelenkelements drehbar um eine dritte axiale Linie aufgenommen ist, einen Motor des zweiten Gelenks, der sich auf dem ersten Gelenkelement befindet und eine Abtriebswelle hat, die sich parallel zur ersten axialen Linie erstreckt, einen Motor des dritten Gelenks, der sich auf dem ersten Gelenkelement befindet und eine Abtriebswelle hat, die sich parallel zur ersten axialen Linie erstreckt, einen Leistungsübertragungsabschnitt des zweiten Gelenks, der die Leistung des Motors für das zweite Gelenk zum zweiten Gelenkelement überträgt, und einen Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks, der die Leistung des Motors für das dritte Gelenk zum dritten Gelenkelement überträgt. Der Motor für das dritte Gelenk ist näher am Vorderende des ersten Gelenkelements angeordnet als der Motor für das zweite Gelenk. Der Leistungsübertragungsabschnitt des zweiten Gelenks enthält einen Hypoidradsatz für das zweite Gelenk, der ein kleines Zahnrad für das zweite Gelenk aufweist, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um eine axiale Linie parallel zur ersten axialen Linie drehen kann, und ein großes Zahnrad für das zweite Gelenk, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um eine zweite axiale Linie drehen kann, wobei das große Zahnrad für das zweite Gelenk und das kleine Zahnrad für das zweite Gelenk ineinander eingreifen, eine Antriebswelle an einer Seite des Motors für das dritte Gelenk parallel zur ersten axialen Linie vorhanden ist, ein erstes Untersetzungsgetriebeteil die Drehzahl des Motors für das zweite Gelenk herabsetzt und die untersetzte Drehung an die Antriebswelle überträgt, und ein zweites Untersetzungsgetriebeteil die Drehzahl der Antriebswelle herabsetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad für das zweite Gelenk überträgt. Der Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks enthält einen Hypoidradsatz des dritten Gelenks, der ein kleines Zahnrad für das dritte Gelenk aufweist, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um eine axiale Linie parallel zur ersten axialen Linie drehen kann, und ein großes Zahnrad für das dritte Gelenk, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um die zweite axiale Linie drehen kann, wobei das große Zahnrad für das dritte Gelenk und das kleine Zahnrad für das dritte Gelenk ineinander eingreifen, und ein drittes Untersetzungsgetriebeteil die Drehzahl des Motors für das dritte Gelenk herabsetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad für das dritte Gelenk überträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
1 eine Vorderansicht des inneren Aufbaus eines Handgelenks eines Industrieroboters einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Seitenansicht des inneren Aufbaus eines Handgelenks eines Industrieroboters einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Seitenansicht eines Beispiels für einen Industrieroboter, an dem sich ein Handgelenk einer Ausführungsform der Erfindung befindet;
4 eine Seitenansicht eines Beispiels für einen Industrieroboter, an dem sich ein Handgelenk einer Ausführungsform der Erfindung befindet;
5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Gelenkelements, das einen Teil eines Handgelenks einer Ausführungsform der Erfindung bildet, und zwar gesehen schräg von hinten;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 1;
7 eine Ansicht des Aufbaus eines Befestigungsteils des Servomotors für das dritte Gelenk, der einen Teil des Handgelenks einer Ausführungsform der Erfindung bildet;
8 eine Ansicht des Aufbaus eines Befestigungsteils des Servomotors für das zweite Gelenk, der einen Teil des Handgelenks einer Ausführungsform der Erfindung bildet; und
9 eine Ansicht, die eine Abwandlung von 6 darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Weiteren wird zum Erklären von Ausführungsformen der Erfindung Bezug auf 1 bis 9 genommen. 1 und 2 sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht des inneren Aufbaus eines Handgelenks 100 eines Industrieroboters einer Ausführungsform der Erfindung. 3 und 4 sind Seitenansichten, die Beispiele für Industrieroboter 1A und 1B zeigen, die mit dem Handgelenk 100 ausgestattet sind.
Zuerst wird der Aufbau der Industrieroboter 1A und 1B erklärt. Die in 3 und 4 dargestellten Industrieroboter 1A und 1B haben sechs Freiheitsgrade der orthogonalen Bewegung. Im Einzelnen zeigt 3 einen Lichtbogenschweißroboter 1A, der mit einer Schweißpistole 2 als Gelenkelement an der letzten Achse ausgerüstet ist. 4 zeigt einen Handhabungsroboter 1B, der ein Handwerkzeug 3 als Gelenkelement an der letzten Achse aufweist. Mit der Schweißpistole 2, siehe 3, sind gebündelte Versorgungsglieder 4 verbunden, die aus einem Signalkabel, einem Stromkabel, Schweißdraht, einem Gasschlauch, einer Drahtführung usw. bestehen. Mit dem Handwerkzeug 3, siehe 4, sind gebündelte Versorgungsglieder 4 verbunden, die aus einem Signalkabel, einem Stromkabel, einer Luftleitung usw. bestehen.
In 3 und 4 kann sich ein Sockel 6 um eine axiale Linie drehen, die sich in vertikaler Richtung erstreckt, Der Sockel 6 trägt einen drehbaren Oberarm 7. Am Vorderende des Oberarms 7 ist ein Unterarm 8 drehbar gehalten. Am Vorderende dieses Unterarms 8 befindet sich ein Handgelenk 100. Der Sockel 6, der Oberarm 7 und der Unterarm 8 schwenken mit drei Freiheitsgraden der Drehbewegung. Die Industrieroboter 1A und 1B in 3 und 4 unterscheiden sich in der Form des Endeffektors, der vom dritten Gelenkelement 12 gebildet wird, dem Aufbau der Versorgungsglieder 4, die an das dritte Gelenkelement 12 angeschlossen sind, und der Struktur der Vorschubvorrichtungen 5, die die Versorgungsglieder 4 bewegen. Mit Ausnahme der genannten Punkte weisen die beiden Roboter die gleichen Teile auf. D. h., der Sockel 6, der Oberarm 7 und der Unterarm 8 haben in beiden Robotern den gleichen Aufbau.
Das Handgelenk 100 besteht aus einem ersten Gelenkelement 10, einem zweiten Gelenkelement 11 und einem dritten Gelenkelement 12 und weist drei Freiheitsgrade der Drehbewegung auf. Das erste Gelenkelement 10 ist am Vorderende des Unterarms 8 drehbar um eine erste axiale Linie L1 aufgenommen, die sich in Längsrichtung erstreckt. Das zweite Gelenkelement 11 ist am Vorderende des ersten Gelenkelements 10 drehbar um eine zweite axiale Linie L2 aufgenommen, die die erste axiale Linie L1 senkrecht schneidet. Das dritte Gelenkelement 12 ist am Vorderende des zweiten Gelenkelements 11 drehbar um eine dritte axiale Linie L3 aufgenommen, die die zweite axiale Linie L2 senkrecht schneidet.
Die erste axiale Linie L1, die zweite axiale Linie L2 und die dritte axiale Linie L3 schneiden sich in einem einzigen Punkt. Das Handgelenk 100 ist als Gelenk auf einer Linie ausgebildet. Hierdurch, siehe 2, sind die erste axiale Linie L1 und die dritte axiale Linie L3 auf der gleichen axialen Linie angeordnet, und der Störradius der anderen Gelenkelemente 11 und 12 beim Drehen des ersten Gelenkelements 10 kann verkleinert werden. Zudem kann ein Handgelenk 100 mit gutem Drehausgleich und guter Steuerbarkeit verwirklicht werden. Die einzelnen Antriebselemente, die die genannten Industrieroboter 1A und 1B bilden, werden von Servomotoren angetrieben, die den einzelnen Antriebselementen zugeordnet sind. Die Servomotoren werden durch Befehle aus einer nicht dargestellten Robotersteuervorrichtung kontrolliert. Hierdurch kann man den Robotern 1A und 1B vorbestimmte Positionen und Lagen erteilen.
Es wird nun der Aufbau des Handgelenks 100 erklärt. Im Weiteren wird zur Vereinfachung der Erklärung wie in 1 und 2 dargestellt die Oben-Unten-Richtung, die Vorne-Hinten-Richtung und die Links-Rechts-Richtung vereinbart. Der Aufbau der Teile wird mit Hilfe dieser Definitionen erklärt. Das erste Gelenkelement 10, siehe 1 und 2, erstreckt sich in der Vorne-Hinten-Richtung, und der rückwärtige Abschnitt des ersten Gelenkelements ist am Vorderende des Unterarms 8 drehbar aufgenommen. Der Unterarm 8 ist mit einem nicht dargestellten Servomotor und einem Untersetzungsmechanismus versehen, damit das erste Gelenkelement 10 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis untersetzt gedreht wird. Der Untersetzungsmechanismus ist so im Unterarm 8 aufgenommen, dass sich sein Abtriebsteil koaxial mit der ersten axialen Linie L1 dreht. Das erste Gelenkelement 10 wird über den Untersetzungsmechanismus angetrieben, damit es sich um die erste axiale Linie L1 dreht.
Das erste Gelenkelement 10 besitzt ein vorderes Gehäuse 10A und ein rückwärtiges Gehäuse 10B, die an Befestigungsflächen SA aneinander befestigt sind, die sich in vertikaler Richtung senkrecht zur ersten axialen Linie L1 erstrecken. Innerhalb der Gehäuse 10A und 10B sind ein Aufnahmeraum SP1 und ein Aufnahmeraum SP2 ausgebildet. Im rückwärtigen Aufnahmeraum SP2 sind ein Servomotor 13, der das zweite Gelenkelement 11 antreibt, und ein Servomotor 14, der das dritte Gelenkelement 12 antreibt, aufgenommen. Der Servomotor 14 ist an der Vorderseite des Servomotors 13 angeordnet.
Der Servomotor 13 und der Servomotor 14 haben eine Abtriebswelle 13a und eine Abtriebswelle 14a, die parallel zur ersten axialen Linie L1 nach vorne herausragen. Der Servomotor 13 ist höher angeordnet als der Servomotor 14. Dadurch erstreckt sich die Abtriebswelle 13a über der ersten axialen Linie L1 und die Abtriebswelle 14a erstreckt sich unter der ersten axialen Linie L1. Anders gesagt sind die Abtriebswelle 13a und die Abtriebswelle 14a der Servomotoren 13 und 14 versetzt angeordnet, so dass sie im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich einer Fläche sind, in der die erste axiale Linie L1 und die zweite axiale Linie L2 verlaufen. Die Servomotoren 13 und 14 sind parallel auf beiden Seiten der Fläche angeordnet, die die erste axiale Linie L1 und die zweite axiale Linie L2 enthält, und zwar nach vorn und hinten versetzt, wobei sie sich teilweise überdecken.
Durch das Anordnen des Motors 13 für das zweite Gelenk an der Sockelseite (rückwärtige Seite) des ersten Gelenkelements 10 und das Anordnen des Motors 14 für das dritte Gelenk am Vorderende (vordere Seite) des ersten Gelenkelements 10 in dieser Weise ist es möglich, die beiden Motoren 13 und 14 gesehen aus der Richtung der ersten axialen Linie L1 (vorwärts oder rückwärts) teilweise überdeckt anzuordnen. Hierdurch kann man die axial senkrechte Querschnittsfläche des ersten Gelenkelements 10 senkrecht zur ersten axialen Linie L1 gering halten.
Im vorderen Aufnahmeraum SP1 befinden sich ein Hypoidradsatz 15, der die Drehzahl des Servomotors 13 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis verringert, und ein Hypoidradsatz 20, der die Drehzahl des Servomotors 14 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis verringert. Der Hypoidradsatz 15 und der Hypoidradsatz 20 haben jeweils Ritzel (kleine antriebsseitige Zahnräder) 16 und 21, die von den Servomotoren 13 und 14 in Drehung versetzt werden, und Ringräder (große abtriebsseitige Zahnräder) 17 und 22, die in die Ritzel 16 und 21 eingreifen.
Das Ritzel 16 befindet sich am Vorderende einer Welle 160, die sich in Vorne-Hinten-Richtung über der ersten axialen Linie L1 erstreckt. Das Ritzel 21 befindet sich am Vorderende einer Welle 210, die sich parallel zur ersten axialen Linie L1 unter der ersten axialen Linie L1 erstreckt. Das Ritzel 16 (Welle 160) ist über Lager 18a und 18b (Kegelrollenlager), die sich vorne und hinten befinden, und über ein Nadellager 18c, das sich zwischen den Lagern 18a und 18b befindet, im vorderen Gehäuse 10A drehbar um eine axiale Linie L16 aufgenommen, die parallel zur ersten axialen Linie L1 verläuft. In ähnlicher Weise ist das Ritzel 21 (Welle 210) über Lager 23a und 23b (Kegelrollenlager), die sich vorne und hinten befinden, und über ein Nadellager 23c, das sich zwischen den Lagern 23a und 23b befindet, im vorderen Gehäuse 10A drehbar um eine axiale Linie L21 aufgenommen, die parallel zur ersten axialen Linie L1 verläuft.
Die Lager 18a und 18b und die Lager 23a und 23b sind von den Lagermuttern 18d und 23d in den axialen Richtungen vorgespannt. Die Drehpräzision der drehbar aufgenommenen Ritzel 16 und 21 wird im bestmöglichen Status gehalten. Durch das Vorsehen der Nadellager 18c und 23c zwischen den vorderen und hinteren Lagerpaaren 18a und 18b bzw. 23a und 23b können auch dann, wenn eine äußere Kraft einwirkt, die die Vorspannung übersteigt, und eine stabile Lagerung durch die Lager 18a und 18b bzw. 23a und 23b schwierig wird, die Nadellager 18c und 23c dazu verwendet werden, die Ritzel 16 und 21 gut zu lagern. Anstelle der Nadellager 18c und 23c kann man auch Hülsen verwenden.
Am Vorderende des vorderen Gehäuses 10A befinden sich ein Ringrad 17, in das das Ritzel 16 eingreift, und ein Ringrad 22, in das das Ritzel 21 eingreift. Die beiden Ringräder können sich um die zweite axiale Linie L2 drehen. Das Ringrad 17 hat einen größeren Durchmesser als das Ringrad 22. Das Ringrad 22 ist an der rechten Seite des Ringrads 17 angeordnet. Das Ritzel 16 ist mit Zähnen ausgebildet, die nach rechts verdreht sind, und das Ritzel 21 ist mit Zähnen ausgebildet, die in einer Richtung verdreht sind, die sich vom Ritzel 16 unterscheidet (nach links). Dadurch sind die beiden Ritzel 16 und 21 bezüglich der Zahnformen symmetrisch, d. h. sie sind einander entgegengesetzt ausgeformt, und man kann die beiden Ritzel 16 und 21 an Positionen anordnen, die in der axial senkrechten Richtung senkrecht zur zweiten axialen Linie Lq2 symmetrisch versetzt sind.
Die gegenseitigen Lagen der Ritzel 16 und 21, siehe 2, und der Ringräder 17 und 22 sind durch Scheiben eingestellt. Die Scheiben SM1, die an den Vorderseiten der Lager 18a und 23a angebracht sind, dienen zum Einstellen der Positionen der Ritzel 16 und 21 in der Vorne-Hinten-Richtung. Die Scheiben SM2, die an der rechten Seite des Lagers 19 und des Lagers 32a angebracht sind, dienen zum Einstellen der Positionen der Ringräder 17 und 22 in der Links-Rechts-Richtung. Hierdurch kann man die Spiele und Zahnberührungen der Ritzel 16 und 21 und der Ringräder 17 und 22 einstellen.
Das Ringrad 17 ist zu einem Stück mit dem zweiten Gelenkelement 11 verbunden. Das Ringrad 17 wird von dem Lager 19 an der Innenseite des ersten Gelenkelements 10 drehbar gehalten. Durch die Drehung des Ringrads 17 wird das zweite Gelenkelement 11 angetrieben, damit es sich um die zweite axiale Linie L2 dreht.
Das zweite Gelenkelement 11 ist mit einem Kegelrad 31 versehen, das sich um die zweite axiale Linie L2 als Mittelpunkt dreht. Die Welle des Kegelrads 31 erstreckt sich entlang der zweiten axialen Linie L2 in der Links-Rechts-Richtung. Mit dieser Welle ist die innere Randfläche des Ringrads 22 über eine Keilkopplung verbunden. Die Welle des Kegelrads 31 ist über ein linkes Lager 32a und ein rechtes Lager 32b an der Innenseite des Ringrads 17 drehbar aufgenommen. Das Kegelrad 31 dreht sich zusammen mit dem Ringrad 22 um die zweite axiale Linie L2.
Das dritte Gelenkelement 12 ist mit einem Kegelrad 33 versehen, das sich um die dritte axiale Linie L3 als Mittelpunkt dreht. Das Kegelrad 33 greift in das Kegelrad 31 ein. Die Drehung des Ringrads 22 bewirkt, dass sich das Kegelrad 33 über das Kegelrad 31 dreht. Hierdurch wird das dritte Gelenkelement 12 so angetrieben, dass es sich um die dritte axiale Linie L3 dreht. Der Außendurchmesser des Kegelrads 31 ist größer als der Außendurchmesser des Kegelrads 33. Wird Leistung vom Kegelrad 31 auf das Kegelrad 33 übertragen, so ist die Drehzahl des Kegelrads 33 höher.
Am Vorderende des dritten Gelenkelements 12 ist eine Befestigungsfläche 12a ausgebildet. An der Befestigungsfläche 12a ist lösbar eine Aufnahme AT angebracht, die der Art der Bearbeitung entspricht (in 3 eine Schweißpistole 2, in 4 ein Handwerkzeug 3 usw.). Das Handgelenk 100 der Ausführungsform weist drei Freiheitsgrade auf, so dass die Position und Lage der Aufnahme AT frei veränderbar ist. Dabei ist die Entfernung von der zweiten axialen Linie L2 zur Mitte der Aufnahme AT länger als die Entfernung von der dritten axialen Linie L3 zur Mitte der Aufnahme AT. Damit ist zum Antreiben des zweiten Gelenkelements 11 ein größeres Antriebsdrehmoment erforderlich als zum Antreiben des dritten Gelenkelements 12. D. h., das Untersetzungsverhältnis des Motors 13 für das zweite Gelenk muss größer sein. Versucht man, dieses Untersetzungsverhältnis nur durch den Hypoidradsatz 15 zu erreichen, so wird das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 größer, und der Übertragungswirkungsgrad der Leistung fällt. Hinsichtlich dieses Punkts ist in der Ausführungsform das Handgelenk 100 wie folgt konfiguriert.
Das Handgelenk 100, siehe 1, umfasst einen Leistungsübertragungsabschnitt 50 des zweiten Gelenks, der die Leistung des Servomotors 13 für das zweite Gelenk auf das zweite Gelenkelement 11 überträgt, und einen Leistungsübertragungsabschnitt 55 des dritten Gelenks, der die Leistung des Servomotors 14 für das dritte Gelenk auf das dritte Gelenkelement 12 überträgt.
Der Leistungsübertragungsabschnitt 50 des zweiten Gelenks weist einen Hypoidradsatz 15 auf, ein erstes Untersetzungsgetriebeteil RG1 und ein zweites Untersetzungsgetriebeteil RG2, die sich zwischen dem Servomotor 13 und dem Hypoidradsatz 15 befinden. Über dem Servomotor 14 erstreckt sich eine Antriebswelle 51 in der Vorne-Hinten-Richtung. Am vorderen Ende und am hinteren Ende der Antriebswelle 51 sind Stirnräder 52 und 53 angebracht. Die Antriebswelle 51 ist im rückwärtigen Gehäuse 10B über ein vorderes Lager 51a und ein rückwärtiges Lager 51b aufgenommen, und zwar drehbar um eine axiale Linie parallel zur ersten axialen Linie L1. An der Rückseite des Lagers 51a und an der Vorderseite des Lagers 51b befinden sich Öldichtungen 51c und 51d. Dadurch wird verhindert, dass Schmieröl der Lager 51a und 51b auf die Seite des Servomotors 14 gelangt.
Das Stirnrad 53 greift in die Abtriebswelle 13a des Servomotors 13 ein, wodurch die Drehung des Servomotors 13 über das Stirnrad 53 auf die Antriebswelle 51 übertragen wird. Das Stirnrad 53 hat einen größeren Durchmesser als die Abtriebswelle 13a. Die Abtriebswelle 13a und das Stirnrad 53 bilden das erste Untersetzungsgetriebeteil RG1. Die Drehung des Servomotors 13 wird in ihrer Drehzahl vom ersten Untersetzungsgetriebeteil RG1 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis reduziert, wodurch sich die Antriebswelle 51 langsamer dreht als der Servomotor 13.
Das Vorderende der Antriebswelle 51 ragt in das vordere Gehäuse 10A hinein. Dadurch befindet sich das Stirnrad 52 im vorderen Gehäuse 10A. Am Hinterende der Welle 160 des Ritzels 16 befindet sich ein Stirnrad 54, das sich um die axiale Linie L16 drehen kann. Das Stirnrad 52 greift in das Stirnrad 54 ein, wodurch die Drehung der Antriebswelle 51 über das Stirnrad 52 und das Stirnrad 54 auf das Ritzel 16 übertragen wird. Das Stirnrad 54 hat einen größeren Durchmesser als das Stirnrad 52, und das Stirnrad 52 und das Stirnrad 54 bilden das zweite Untersetzungsgetriebeteil RG2. Die Drehung der Antriebswelle 51 wird in ihrer Drehzahl vom zweiten Untersetzungsgetriebeteil RG2 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis reduziert, wodurch sich das Ritzel 16 langsamer dreht als die Antriebswelle 51.
Auf diese Weise wird die Drehung des Servomotors 13 für das zweite Gelenk über die beiden Untersetzungsgetriebeteile RG1 und RG2 auf das Ritzel 16 übertragen. Hierdurch ist es möglich, das zweite Gelenkelement 11 mit einem vorbestimmten Antriebsdrehmoment zu drehen ohne das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 zu stark zu erhöhen. Die Untersetzungsverhältnisse des ersten Untersetzungsgetriebeteils RG1 und des zweiten Untersetzungsgetriebeteils RG2 können beispielsweise jeweils auf 1:1,5 bis 1:4 eingestellt werden, und das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 kann auf 1:8 bis 1:20 eingestellt werden. Für die Anteile der Untersetzungsverhältnisse des ersten Untersetzungsgetriebeteils RG1 und des zweiten Untersetzungsgetriebeteils RG2 können die bestmöglichen Werte abhängig von den Strukturen der Orte gewählt werden, an denen sie montiert sind. Beispielsweise kann das erste Untersetzungsgetriebeteil RG1 auf 1:1,5 eingestellt werden, und das zweite Untersetzungsgetriebeteil RG2 kann auf 1:4 eingestellt werden. Dadurch kann das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 auf 20 oder weniger gehalten werden. D. h., es kann verhindert werden, dass das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 zu groß wird und dass der Übertragungswirkungsgrad abfällt.
Der Leistungsübertragungsabschnitt 55 des dritten Gelenks weist einen Hypoidradsatz 20 auf, ein Kegelrad 31 und ein Kegelrad 33 sowie ein drittes Untersetzungsgetriebeteil RG3, das sich zwischen dem Servomotor 14 und dem Hypoidradsatz 20 befindet. Am rückwärtigen Ende der Welle 210 des Ritzels 21 ist ein Stirnrad 56 angebracht, das sich um eine axiale Linie L21 drehen kann. Das Stirnrad 56 greift in die Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 ein, wodurch die Drehung des Servomotors 14 über das Stirnrad 56 auf das Ritzel 21 übertragen wird. Das Stirnrad 56 hat einen größeren Durchmesser als die Abtriebswelle 14a. Die Abtriebswelle 14a und das Stirnrad 56 bilden das dritte Untersetzungsgetriebeteil RG3. Das dritte Untersetzungsgetriebeteil RG3 senkt die Drehzahl der Drehung des Servomotors 14 um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis, und das Ritzel 21 dreht sich langsamer als der Servomotor 14.
Die Drehung des Servomotors 14 für das dritte Gelenk wird über den einen Radsatz des Untersetzungsgetriebeteils RG3 auf das Ritzel 21 übertragen. Die Entfernung zwischen der dritten axialen Linie L3 und der Mittenachse der Aufnahme AT ist gering, und das dritte Gelenkelement 12 benötigt kein so großes Antriebsdrehmoment wie das zweite Gelenkelement 11. Aus diesem Grund ist es auch mit dem einen Radsatz des Untersetzungsgetriebeteils RG3 möglich, das dritte Gelenkelement 12 mit einem vorbestimmten Antriebsdrehmoment zu drehen, ohne dass das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 20 zu stark anwächst. Beispielsweise kann das dritte Untersetzungsgetriebeteil RG3 auf ein Untersetzungsverhältnis von 1:3 bis 1:5 gesetzt werden, und der Hypoidradsatz 15 kann auf ein Untersetzungsverhältnis von 1:10 bis 1:20 gesetzt werden. Dadurch kann der Hypoidradsatz 15 auf einem Untersetzungsverhältnis von 20 oder weniger gehalten werden. D. h., es kann verhindert werden, dass das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 20 übermäßig groß wird und dass der Übertragungswirkungsgrad abfällt.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des ersten Gelenkelements 10 schräg von hinten gesehen. Der rückwärtige Endabschnitt des ersten Gelenkelements 10 (Rückseitenabdeckung 10B), siehe 5, weist ein Durchgangsloch 41 auf, das entlang der ersten axialen Linie L1 ausgebildet ist. An der Rückseite des Durchgangslochs 41 ist ein nicht dargestellter Untersetzungsmechanismus angebracht, der die Drehzahl des ersten Gelenkelements 10 verringert. Am Ausgabeabschnitt des Untersetzungsmechanismus ist ein hohles Loch ausgebildet. In dem hohlen Loch verlaufen Steuerkabel, die an die Stecker der beiden Servomotoren 13 und 14 angeschlossen sind. Hierdurch werden, wenn sich das erste Gelenkelement 10 um die erste axiale Linie L1 dreht, Verdrehungen der Kabel aufgenommen, und ein Lösen der Kabel und andere Kabelschäden können verhindert werden. Am ersten Gelenkelement 10 ist eine lösbare Abdeckung 42 angebracht. Durch das Entfernen der Abdeckung 42 kann man leicht die Steuerkabel an den Steckern der beiden Servomotoren 13 und 14 anbringen bzw. davon entfernen.
Beispielsweise, siehe 4, können die mit dem Handwerkzeug 3 verbundenen Versorgungsglieder 4, die zum dritten Gelenkelement 12 gehören, entlang der Steuerkabel verlegt werden, und Stecker, die sich an den Endbereichen der Versorgungsglieder 4 befinden, können mit einem Stecker am Gelenkflansch des dritten Gelenkelements 12 verbunden werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass die entlang der Gelenkelemente 10 bis 12 angeordneten Versorgungsglieder 4 von außen zugänglich sind. Dadurch lässt sich das Verhalten der Versorgungsglieder 4 stabilisieren, und eine Anordnungsstruktur der Versorgungsglieder 4 mit geringem Störradius kann verwirklicht werden.
6 zeigt eine Ansicht des Aufbaus der Befestigungsflächen SA des vorderen Gehäuses 10A und des rückwärtigen Gehäuses 10B des ersten Gelenkelements 10 (eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 1), und sie zeigt den Positionszusammenhang des Stirnrads 52 und des Stirnrads 54 sowie den Positionszusammenhang der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und des Stirnrads 56. Das Stirnrad 52 mit kleinem Durchmesser, siehe 6, das ein Teil des zweiten Untersetzungsgetriebeteils RG2 ist, ist links vom Stirnrad 54 mit großem Durchmesser angeordnet. Die Abtriebswelle 14a mit kleinem Durchmesser, die ein Teil des dritten Untersetzungsgetriebeteils RG3 ist, ist links vom Stirnrad 56 mit großem Durchmesser angeordnet. Das Stirnrad 52 und das Stirnrad 54 sind über der Abtriebswelle 14a und dem Stirnrad 56 angeordnet. Die axiale Linie L21 des Stirnrads 56 ist gegen die axiale Linie L16 des Stirnrads 54 nach rechts versetzt.
Wie 5 und 6 und die später behandelte 9 zeigen, sind das Vorderende des rückwärtigen Gehäuses 10B und das rückwärtige Ende des vorderen Gehäuses 10A jeweils mit Flanschabschnitten FL versehen. Ein Flanschabschnitt FL ist mit Durchgangslöchern 43a versehen, und der andere Flanschabschnitt FL ist mit Gewindelöchern 43b (Innengewinde) ausgebildet. D. h., das rechte Ende des rückwärtigen Gehäuses 10B und der linke Abschnitt des vorderen Gehäuses 10A sind mit Durchgangslöchern 43a versehen, und entsprechend zu den Durchgangslöchern 43a sind das rechte Ende des vorderen Gehäuses 10A und der linke Endabschnitt des rückwärtigen Gehäuses 10B mit Gewindelöchern 43b ausgebildet.
Durch die rechten Durchgangslöcher 43a sind von hinten, siehe 5 und 9, Schrauben 44 eingesetzt. Die Schrauben 44 sind in die Gewindelöcher 43b eingeschraubt. Schrauben 45, siehe 2 und 9, sind durch die linken Durchgangslöcher 43a von vorn eingesetzt. Die Schrauben 45 sind in die Gewindelöcher 43b eingeschraubt. Hierdurch ist das vordere Gehäuse 10A am rückwärtigen Gehäuse 10B befestigt. Die Durchmesser der Durchgangslöcher 43a sind größer als die Durchmesser der Schrauben 44 und 45, so dass sich das vordere Gehäuse 10A gegen das rückwärtige Gehäuse 10B entlang der Befestigungsflächen SA bewegen kann, und zwar um die Größe des Zwischenraums zwischen den Schrauben 44 und 45 und den Durchgangslöchern 43a in diametraler Richtung.
Dadurch, siehe 6, ist es beispielsweise möglich, das rückwärtige Gehäuse 10B gegenüber dem vorderen Gehäuse 10A in Richtung des Pfeils A zu bewegen. Hierdurch kann man die Entfernung ΔL1 zwischen den Mitten des Stirnrads 54, das im vorderen Gehäuse 10A aufgenommen ist, und des Stirnrads 52, das im rückwärtigen Gehäuse 10B aufgenommen ist, und die Entfernung ΔL2 zwischen den Mitten des Stirnrads 56, das im vorderen Gehäuse 10A aufgenommen ist, und der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14, die im rückwärtigen Gehäuse 10B aufgenommen ist, einstellen. Da man die Entfernungen ΔL1 und ΔL2 zwischen den Mitten in dieser Weise einstellen kann, lassen sich die Spiele am zweiten Untersetzungsgetriebeteil RG2 und am dritten Untersetzungsgetriebeteil RG3 verkleinern. Durch das präzise Anordnen der Positionen der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und der Stirnräder 53, 54 und 56 auf den Befestigungsflächen SA des vorderen Gehäuses 10A und des rückwärtigen Gehäuses 10B des Gelenkelements 10 und das präzise Formen der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und der Stirnräder 53, 54 und 56 kann man die gegenseitige Position des vorderen Gehäuses 10A und des rückwärtigen Gehäuses 10B des Gelenkelements 10 exakt einstellen, und man kann die Präzision der Abmessungen bezüglich der Kinematik des Roboters erhalten.
Bei dem Handgelenk 100 der Ausführungsform ist es möglich, die Befestigungspositionen der Servomotoren 13 und 14 einzeln einzustellen. 7 zeigt eine Ansicht des Aufbaus eines Befestigungsteils des Servomotors 14 für das dritte Gelenk. 8 zeigt eine Ansicht des Aufbaus eines Befestigungsteils des Servomotors 13 für das zweite Gelenk.
Das rückwärtige Gehäuse 10B ist wie in 1 und 7 dargestellt mit einem Motorträgerabschnitt 61 versehen, und das Hinterende des Motorträgerabschnitts 61 weist eine Tragefläche 61a senkrecht zur ersten axialen Linie L1 auf. Der vorderseitige Flanschabschnitt des Servomotors 14 besitzt Durchgangslöcher 62, und im Motorträgerabschnitt 61 sind Gewindelöcher 63 ausgebildet, die zu den Durchgangslöchern 62 passen. Der Servomotor 14 ist mit Schrauben 64 an der Tragefläche 61a befestigt, die durch die Durchgangslöcher 62 gehen und in die Gewindelöcher 63 eingeschraubt sind. Zwischen den Schrauben 64 und den Durchgangslöchern 62 ist in diametraler Richtung ein Abstand vorhanden. Der Servomotor 14 kann sich um die Größe dieses Abstands entlang der Tragefläche 61a bewegen. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Servomotor 14 gegen das rückwärtige Gehäuse 10B in Richtung des Pfeils A in 7 zu bewegen. Damit kann man die Entfernung ΔL2 zwischen den Mitten der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und des Stirnrads 56 einstellen, das im vorderen Gehäuse 10A aufgenommen ist, und man kann das Spiel am dritten Untersetzungsgetriebeteil RG3 verringern.
Das rückwärtige Gehäuse 10B ist wie in 1 und 8 dargestellt mit einem Motorträgerabschnitt 66 am Hinterende des Motorträgerabschnitts 61 versehen, und das Hinterende des Motorträgerabschnitts 66 weist eine Tragefläche 66a senkrecht zur ersten axialen Linie L1 auf. Der vorderseitige Flanschabschnitt des Servomotors 13 besitzt Durchgangslöcher 67, und im Motorträgerabschnitt 66 sind Gewindelöcher 68 ausgebildet, die zu den Durchgangslöchern 67 passen. Der Servomotor 13 ist mit Schrauben 69 an der Tragefläche 66a befestigt, die durch die Durchgangslöcher 67 gehen und in die Gewindelöcher 68 eingeschraubt sind. Zwischen den Schrauben 69 und den Durchgangslöchern 67 ist in diametraler Richtung ein Abstand vorhanden. Der Servomotor 13 kann sich um die Größe dieses Abstands entlang der Tragefläche 66a bewegen. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Servomotor 13 gegen das rückwärtige Gehäuse 10B in Richtung des Pfeils A in 8 zu bewegen. Damit kann man die Entfernung ΔL3 zwischen den Mitten des Stirnrads 53, das sich an der Antriebswelle 51 befindet, und der Abtriebswelle 13a des Servomotors 13 einstellen, und man kann das Spiel am ersten Untersetzungsgetriebeteil RG1 verringern.
9 zeigt eine Ansicht, die eine Abwandlung von 6 darstellt. In 9 sind die Befestigungsflächen SA des vorderen Gehäuses 10A und des rückwärtigen Gehäuses 10B des ersten Gelenkelements 10 mit einem Positionsstift 70 versehen. Der Positionsstift 70 passt ohne Zwischenraum in Positionslöcher, die sich in dem vorderen Gehäuse 10A und dem rückwärtigen Gehäuse 10B befinden, und ordnet damit das vordere Gehäuse 10A gegen das rückwärtige Gehäuse 10B an. Dabei kann das vordere Gehäuse 10A auf der Befestigungsfläche SA in Richtung des Pfeils A in der Zeichnung um den Positionsstift 70 schwenken. Dadurch kann man die Entfernung ΔL1 zwischen den Mitten des Stirnrads 52 und des Stirnrads 54 einstellen, und man kann das Spiel am zweiten Untersetzungsgetriebeteil RG2 verringern. In diesem Fall reicht es, die Entfernung ΔL1 zwischen den Mitten des Stirnrads 52 und des Stirnrads 54 einzustellen, dann, siehe 7, die Anbringposition des Servomotors 14 einzustellen, damit die Entfernung ΔL2 zwischen den Mitten der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und des Stirnrads 56 eingestellt wird. Zudem ist es auch in diesem Fall möglich, die Positionen der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und des Stirnrads 56 auf der Befestigungsfläche SA des vorderen Gehäuses 10A und des rückwärtigen Gehäuses 10B des Gelenkelements 10 exakt einzustellen und die Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und das Stirnrad 56 präzise zu formen, damit die gegenseitigen Positionen zwischen dem vorderen Gehäuse 10A und dem rückwärtigen Gehäuse 10B des Gelenkelements 10 exakt eingestellt werden.
Da in dieser Ausführungsform die Untersetzungsverhältnisse der Hypoidradsätze 15 und 20 klein sind, wird die Auswirkung des Spiels in den Untersetzungsgetriebeteilen RG1 bis RG3 größer, und es kann sein, dass das Spiel die Betriebsleistung des Roboters nachteilig beeinflusst. Stellt man hierzu die Positionseinstellfunktion der Untersetzungsgetriebeteile RG1 bis RG3 bereit, siehe 6 bis 9, so kann man das Spiel so klein wie möglich halten und die Übertragungswirkungsgrade der Hypoidradsätze 15 und 20 verbessern, und man erhält eine ausgezeichnete Betriebsleistung des Roboters.
Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, die folgenden Funktionen und Wirkungen zu erzielen.

1) Das Handgelenk 100 der Ausführungsform weist den Servomotor 13 des zweiten Gelenks auf, den Servomotor 14 des dritten Gelenks, der näher am Vorderende (vordere Seite) des ersten Gelenkelements 10 angeordnet ist als der Servomotor 13 des zweiten Gelenks, den Leistungsübertragungsabschnitt 50, der die Leistung des Servomotors 13 auf das zweite Gelenkelement 11 überträgt, und den Leistungsübertragungsabschnitt 55, der die Leistung des Servomotors 14 auf das dritte Gelenkelement 12 überträgt. Der Leistungsübertragungsabschnitt 50 umfasst den Hypoidradsatz 15, die Antriebswelle 51, die sich an der Seite des Servomotors 14 parallel zur ersten axialen Linie L1 erstreckt, das erste Untersetzungsgetriebeteil RG1, das die Drehzahl des Servomotors 13 reduziert und die verringerte Drehzahl auf die Antriebswelle 51 überträgt, und das zweite Untersetzungsgetriebeteil RG2, das die Drehzahl der Antriebswelle 51 senkt und die verringerte Drehzahl auf das Ritzel 16 des Hypoidradsatzes 15 überträgt. Der Leistungsübertragungsabschnitt 55 umfasst den Hypoidradsatz 20 und das dritte Untersetzungsgetriebeteil RG3, das die Drehzahl des Servomotors 14 verringert und die geringere Drehzahl auf das Ritzel 21 des Hypoidradsatzes 20 überträgt.

Hiermit wird die Drehzahl des Servomotors 13 durch die beiden Untersetzungsgetriebeteile RG1 und RG2 verringert, und man kann das zweite Gelenkelement 11 mit einem hohen Drehmoment antreiben, ohne das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 15 zu stark zu erhöhen. Obwohl die Drehzahl des Servomotors 14 durch das eine Untersetzungsgetriebeteil RG3 verringert wird, benötigt das dritte Gelenkelement 12 kein so großes Drehmoment wie das zweite Gelenkelement 11, und das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes 20 muss nicht zu stark vergrößert werden. Damit kann man die Untersetzungsverhältnisse der Hypoidradsätze 15 und 20 auf beispielsweise 20 oder weniger einstellen, und die Übertragungswirkungsgrade der Hypoidradsätze 15 und 20 können erhöht werden. Zudem ist der Servomotor 13 hinter dem Servomotor 14 angeordnet, und die Antriebswelle 51 ist neben dem Servomotor 14 angeordnet. Damit lassen sich die beiden Untersetzungsgetriebeteile RG1 und RG2 einfach und wirksam innerhalb des ersten Gelenkelements 10 unterbringen, ohne dass die Abmessung des ersten Gelenkelements 10 größer wird. Die Untersetzungsgetriebeteile RG1 bis RG3 bestehen aus Stirnrädern, wodurch der Übertragungswirkungsgrad der Untersetzungsgetriebeteile RG1 bis RG3 angehoben werden kann.

2) Das erste Gelenkelement 10 umfasst das rückwärtige Gehäuse 10B, das die Servomotoren 13 und 14 aufnimmt und die Antriebswelle 51 drehbar führt, und das vordere Gehäuse 10A, das an der Befestigungsfläche SA befestigt ist, die im Vorderende des rückwärtigen Gehäuses 10B ausgebildet ist und die senkrecht zur ersten axialen Linie L1 verläuft, und es nimmt die Hypoidradsätze 15 und 20 drehbar auf. Dadurch können die Servomotoren 13 und 14 und die Antriebswelle 51 sowie die Hypoidradsätze 15 und 20 leicht zusammengebaut und im ersten Gelenkelement 10 angeordnet werden. Das erste Gelenkelement 10 ist in das vordere Gehäuse 10A und das rückwärtige Gehäuse 10B unterteilt, und das erste Gelenkelement 10 hat nur eine geteilte Fläche (Befestigungsfläche SA). Daher kann das erste Gelenkelement 10 besser zusammengebaut und abgedichtet werden. Zudem weist das erste Gelenkelement 10 wenig Stufen auf und sieht von außen gut aus.
3) Das vordere Gehäuse 10A und das rückwärtige Gehäuse 10B werden durch das Einschrauben von Schrauben 44 und 45, die durch die Durchgangslöcher 43a verlaufen, in die Gewindelöcher 43b befestigt (6). Hierdurch ist eine Positionseinstellung des vorderen Gehäuses 10A gegen das rückwärtige Gehäuse 10B auf der Befestigungsfläche SA senkrecht zur ersten axialen Linie L1 möglich, und die Spiele des zweiten Untersetzungsgetriebeteils RG2 und des dritten Untersetzungsgetriebeteils RG3 lassen sich einfach verringern.
4) Wird ein Positionsstift 70 in die Befestigungsflächen SA eingesetzt, so kann sich das vordere Gehäuse 10A um den Positionsstift 70 gegen das rückwärtige Gehäuse 10B drehen (9). Hierdurch wird die Positionseinstellung zwischen dem Stirnrad 52 und dem Stirnrad 54 einfach, und das Spiel des zweiten Untersetzungsgetriebeteils RG2 kann einfach verringert werden.
5) Das rückwärtige Gehäuse 10B des Gelenkelements 10 ist mit dem Motorträgerabschnitt 61 ausgestattet, und die Schrauben 64, die durch die Durchgangslöcher 62 des Flanschabschnitts des Servomotors 14 gehen, werden in die Gewindelöcher 63 des Motorträgerabschnitts 61 geschraubt, damit der Servomotor 14 an der Tragefläche 61a senkrecht zur ersten axialen Linie L1 befestigt wird (7). Hierdurch wird die Positionseinstellung des Servomotors 14 auf der Tragefläche 61a möglich, und die Entfernung ΔL2 zwischen den Mitten der Abtriebswelle 14a des Servomotors 14 und des Stirnrads 56 des Ritzels 21 kann unabhängig eingestellt werden. Damit ist es möglich, die Position der Gehäuse 10A und 10B einzustellen und zuletzt die Entfernung ΔL2 zwischen den Mitten einzustellen, damit sich die Spiele der Untersetzungsgetriebeteile RG2 und RG3 einfach verringern lassen.
6) Das rückwärtige Gehäuse 10B des ersten Gelenkelements 10 ist mit dem Motorträgerabschnitt 66 ausgestattet, und Schrauben 69, die durch die Durchgangslöcher 67 des Flanschabschnitts des Servomotors 13 verlaufen, greifen in die Gewindelöcher 68 des Motorträgerabschnitts 66 ein, damit der Servomotor 13 an der Tragefläche 66a senkrecht zur ersten axialen Linie L1 befestigt wird (8). Damit ist es möglich, die Position des Servomotors 13 auf der Tragefläche 66a einzustellen, und man kann das Spiel des Untersetzungsgetriebeteils RG1 einfach verringern.
7) Der Leistungsübertragungsabschnitt 55 des dritten Gelenks weist zudem ein Kegelrad 31 (erstes Kegelrad) auf, das sich am zweiten Gelenkelement 11 befindet und sich zusammen mit dem Ringrad 22 des Hypoidradsatzes 20 um die zweite axiale Linie L2 dreht, und ein Kegelrad 33 (zweites Kegelrad), das sich am dritten Gelenkelement 12 befindet und in das Kegelrad 31 eingreift, damit es sich um die dritte axiale Linie L3 dreht. Der Außendurchmesser des Kegelrads 31 ist größer als der Außendurchmesser des Kegelrads 33. Hierdurch nimmt die Geschwindigkeit des dritten Gelenkelements 12 über die Kegelräder 31 und 33 zu. Damit kann die Drehzahl des Hypoidradsatzes 15 um diese Größe geringer gehalten werden, und der Übertragungswirkungsgrad des Hypoidradsatzes 15 kann steigen.

In einer beschriebenen Ausführungsform (1 und 2) wird die Drehzahl des Servomotors 13 durch das Stirnrad 53 herabgesetzt. So lange jedoch die Drehzahl des Motors 13 für das zweite Gelenk verringert und auf die Antriebswelle 51 übertragen wird, kann das erste Untersetzungsgetriebeteil beliebig konfiguriert sein. In der obigen Ausführungsform wird die Drehzahl der Antriebswelle 51 durch das Stirnrad 52 und das Stirnrad 54 herabgesetzt. So lange jedoch die Drehzahl der Antriebswelle 51 herabgesetzt und auf das Ritzel 16 übertragen wird, kann das zweite Untersetzungsgetriebeteil beliebig konfiguriert sein. In der obigen Ausführungsform wird die Drehzahl des Servomotors 14 durch das Stirnrad 56 herabgesetzt. So lange jedoch die Drehzahl des Motors 14 für das dritte Gelenk verringert und auf das Ritzel 21 übertragen wird, kann das dritte Untersetzungsgetriebeteil beliebig konfiguriert sein. Man kann beispielsweise andere Teile als Stirnräder zum Ausbilden des ersten Untersetzungsgetriebeteils, des zweiten Untersetzungsgetriebeteils und des dritten Untersetzungsgetriebeteils verwenden. Man kann auch mehr Zahnräder zusammenbauen, die dann das erste, zweite und dritte Untersetzungsgetriebeteil bilden. Der Aufbau des Ritzels 16 (kleines Zahnrad am zweiten Gelenk) und des Ringrads 17 (großes Zahnrad am zweiten Gelenk), die den Hypoidradsatz 15 am zweiten Gelenk bilden, und der Aufbau des Ritzels 21 (kleines Zahnrad am dritten Gelenk) und des Ringrads 22 (großes Zahnrad am dritten Gelenk), die den Hypoidradsatz 20 am dritten Gelenk bilden, ist nicht auf den dargestellten Aufbau eingeschränkt.
In der beschriebenen Ausführungsform (1 und 2) ist das erste Gelenkelement 10 durch die Befestigungsflächen SA senkrecht zur ersten axialen Linie L1 in das vordere Gehäuse 10A und das rückwärtige Gehäuse 10B unterteilt. So lange die Servomotoren 13 und 14 aufgenommen werden und die Antriebswelle 51 drehbar gehalten wird, kann ein erster Gehäuseabschnitt, der durch das rückwärtige Gehäuse 10B gebildet wird, beliebig konfiguriert sein, und so lange die Hypoidradsätze 15 und 20 drehbar aufgenommen werden, kann ein zweiter Gehäuseabschnitt, der durch das vordere Gehäuse 10A gebildet wird, ebenfalls beliebig konfiguriert sein. In der beschriebenen Ausführungsform (6 und 9) befindet sich ein Zwischenraum zwischen den Durchgangslöchern 43a und den Schrauben 44 und 45, damit die Position des vorderen Gehäuses 10A gegen das rückwärtige Gehäuse 10B auf der Befestigungsfläche SA eingestellt werden kann. Man kann die Durchgangslöcher 43a beispielsweise auch als Langlöcher ausbilden, um die Richtung der Relativbewegung der Gehäuse 10A und 10B zu begrenzen. Daher ist der Gehäusepositions-Einstellabschnitt nicht auf die obige Anordnung eingeschränkt.
In einer beschriebenen Ausführungsform (7 und 8) sind die Motorträgerabschnitte 61 und 66 innerhalb des ersten Gelenkelements 10 vorhanden, und die Positionen der Servomotoren 13 und 14 in der Richtung senkrecht zur ersten axialen Linie L1 werden eingestellt. Ein Motorpositions-Einstellabschnitt ist jedoch nicht auf diese Anordnung eingeschränkt. Einer der beiden Servomotoren 13 und 14 kann bezüglich seiner Position mit dem Motorpositions-Einstellabschnitt justiert werden. In der beschriebenen Ausführungsform (3 und 4) sind Beispiele für die Anwendung des Handgelenks 100 auf Industrieroboter 1A und 1B erklärt, die mit einer Schweißpistole 2 bzw. einem Handwerkzeug 3 ausgestattet sind. Das Handgelenk der Erfindung kann auch bei Industrierobotern verwendet werden, die Abdichtungen oder Beizvorgänge usw. ausführen oder bei anderen Industrierobotern.
Die vorstehenden Ausführungsformen können mit einer oder mehreren der genannten Abwandlungen kombiniert werden.
Gemäß der Erfindung wird die Drehung vom Motor des zweiten Gelenks über zwei Sätze von Untersetzungsgetriebeteilen auf den Hypoidradsatz übertragen. Damit kann man ein Antriebsdrehmoment erzeugen, das für das zweite Gelenkelement nötig ist, ohne das Untersetzungsverhältnis des Hypoidradsatzes zu vergrößern, und man kann verhindern, dass der Übertragungswirkungsgrad der Leistung abfällt.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Einem Fachmann ist geläufig, dass man verschiedene Korrekturen und Änderungen vornehmen kann, ohne den Bereich der Offenbarung in den Ansprüchen zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4233578 B [0002, 0003]

Claims

Handgelenk eines Industrieroboters, umfassend: ein erstes Gelenkelement (10), das sich in einer Richtung einer ersten axialen Linie (L1) erstreckt und sich um die erste axiale Linie drehen kann; ein zweites Gelenkelement (11), das am Vorderende des ersten Gelenkelements drehbar um eine zweite axiale Linie (L2) aufgenommen ist; ein drittes Gelenkelement (12), das am Vorderende des zweiten Gelenkelements drehbar um eine dritte axiale Linie (L3) aufgenommen ist; einen Motor (13) des zweiten Gelenks, der sich auf dem ersten Gelenkelement befindet und eine Abtriebswelle (13a) hat, die sich parallel zur ersten axialen Linie erstreckt; einen Motor (14) des dritten Gelenks, der sich auf dem ersten Gelenkelement befindet und eine Abtriebswelle (14a) hat, die sich parallel zur ersten axialen Linie erstreckt; einen Leistungsübertragungsabschnitt (50) des zweiten Gelenks, der die Leistung des Motors für das zweite Gelenk zum zweiten Gelenkelement überträgt; und einen Leistungsübertragungsabschnitt (55) des dritten Gelenks, der die Leistung des Motors für das dritte Gelenk zum dritten Gelenkelement überträgt, wobei der Motor für das dritte Gelenk näher am Vorderende des ersten Gelenkelements angeordnet ist als der Motor für das zweite Gelenk, wobei der Leistungsübertragungsabschnitt des zweiten Gelenks enthält: einen Hypoidradsatz (15) des zweiten Gelenks, der ein kleines Zahnrad (16) des zweiten Gelenks aufweist, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um eine axiale Linie (L16) parallel zur ersten axialen Linie drehen kann, und ein großes Zahnrad (17) des zweiten Gelenks, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um die zweite axiale Linie drehen kann, wobei das große Zahnrad des zweiten Gelenks und das kleine Zahnrad des zweiten Gelenks ineinander eingreifen, eine Antriebswelle (51) an einer Seite des Motors für das dritte Gelenk parallel zur ersten axialen Linie, ein erstes Untersetzungsgetriebeteil (RG1), das die Drehzahl des Motors für das zweite Gelenk herabsetzt und die untersetzte Drehung an die Antriebswelle überträgt, und ein zweites Untersetzungsgetriebeteil (RG2), das die Drehzahl der Antriebswelle herabsetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad des zweiten Gelenks überträgt, wobei der Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks enthält: einen Hypoidradsatz (20) des dritten Gelenks, der ein kleines Zahnrad (21) des dritten Gelenks aufweist, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um eine axiale Linie (L21) parallel zur ersten axialen Linie drehen kann, und ein großes Zahnrad (22) des dritten Gelenks, das sich am ersten Gelenkelement befindet und sich um die zweite axiale Linie drehen kann, wobei das große Zahnrad des dritten Gelenks und das kleine Zahnrad des dritten Gelenks ineinander eingreifen, und ein drittes Untersetzungsgetriebeteil (RG3) die Drehzahl des Motors für das dritte Gelenk herabsetzt und die untersetzte Drehung an das kleine Zahnrad des dritten Gelenks überträgt.
Handgelenk eines Industrieroboters nach Anspruch 1, wobei das erste Gelenkelement umfasst: ein erstes Gehäuseteil (10B), das den Motor des zweiten Gelenks und den Motor des dritten Gelenks aufnimmt und die Antriebswelle drehbar hält, und ein zweites Gehäuseteil (10A), das an einer Befestigungsfläche (SA) befestigt ist, die am Vorderende des ersten Gehäuseteils ausgebildet ist, und das den Hypoidradsatz des zweiten Gelenks und den Hypoidradsatz des dritten Gelenks drehbar aufnimmt, wobei die Befestigungsfläche senkrecht zur ersten axialen Linie ist.
Handgelenk eines Industrieroboters nach Anspruch 2, wobei das erste Gelenkelement einen Gehäusepositionierungs-Einstellabschnitt (43a, 44, 45, 70) aufweist, der die Position des zweiten Gehäuseteils gegenüber dem erstem Gehäuseteil auf der Befestigungsfläche einstellt.
Handgelenk eines Industrieroboters nach Anspruch 3, wobei der Gehäusepositionierungs-Einstellabschnitt einen Positionsstift (70) aufweist, der in der Befestigungsfläche sitzt, und sich das zweite Gehäuseteil auf der Befestigungsfläche um den Positionsstift gegenüber dem ersten Gehäuseteil drehen kann.
Handgelenk eines Industrieroboters nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das erste Gelenkelement einen Motorpositionierungs-Einstellabschnitt (61, 62, 64, 66, 67, 69) aufweist, der die Position zumindest entweder des Motors für das zweite Gelenk oder des Motors für das dritte Gelenk gegenüber dem ersten Gehäuseteil in einer Richtung senkrecht zur ersten axialen Linie einstellt.
Handgelenk eines Industrieroboters nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Leistungsübertragungsabschnitt des dritten Gelenks ferner umfasst: ein erstes Kegelrad (31), das sich am zweiten Gelenkelement befindet und sich zusammen mit dem großen Zahnrad des dritten Gelenks um die zweite axiale Linie dreht, und ein zweites Kegelrad (33), das sich am dritten Gelenkelement befindet und in das erste Kegelrad eingreift und sich um die dritte axiale Linie dreht, wobei der Außendurchmesser des ersten Kegelrads größer ist als der Außendurchmesser des zweiten Kegelrads.