DE102014109490B4

DE102014109490B4 - Handgelenkskonstruktion für einen Industrieroboter

Info

Publication number: DE102014109490B4
Application number: DE102014109490.5A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi c/o FANUC CORPORATION Mori
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2034-07-09
Also published as: DE102014109490A1; US9242382B2; JP5734360B2; CN104275706B; JP2015016523A; CN104275706A; US20150013491A1

Abstract

Eine Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit (30) einer Handgelenkseinheit ist dafür ausgelegt, dass sie mit einer ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung oder einer zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung betrieben wird. In der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung wird zumindest ein erstes Stirnrad (31) verwendet, das auf der Abtriebswelle eines Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors (21) sitzt, und ein zweites Stirnrad (32), das sich um eine erste Hilfswelle (41) drehen kann. In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung wird zumindest das erste Stirnrad verwendet, ein erstes zusätzliches Stirnrad (51), das sich um eine zusätzliche Hilfswelle (50) drehen kann, und ein zweites zusätzliches Stirnrad (52), das in einem Stück mit dem ersten zusätzlichen Stirnrad ausgebildet ist und sich mit diesem um die zusätzliche Hilfswelle dreht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Handgelenkskonstruktion, die sich an der Spitze eines Arms eines Industrieroboters befindet.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Handgelenkseinheit eines Industrieroboters umfasst einen Handgelenks-Maschinenrahmen und einen Handgelenks-Innenrahmen, der sich gegen den Handgelenks-Maschinenrahmen drehen kann. Verschiedene Gelenkelemente wie eine Hand oder ein Werkzeug werden am Handgelenks-Innenrahmen mit einem Bearbeitungswerkzeug-Befestigungsteil angebracht. Die Drehung einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors, der sich im Handgelenks-Maschinenrahmen befindet, wird mit einer Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit untersetzt, und der Handgelenks-Innenrahmen wird gegen den Handgelenks-Maschinenrahmen gedreht.
In der JP 2014-612 A ist eine Handgelenkseinheit veröffentlicht, die eine Untersetzungskammer umfasst, in der sich eine Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit befindet, und in der sich ein Antriebsmotor in einem Handgelenks-Maschinenrahmen befindet, damit ein Antriebskraft-Übertragungsmechanismus gebildet wird, und eine Verdrahtungskammer, in der sich Verdrahtungskabel befinden, die den Antriebsmotor mit Strom versorgen und Steuersignale übertragen und aufnehmen. Die Kammern sind voneinander getrennt ausgebildet. Damit kann der Antriebsmotor unabhängig auf der Seite der Verdrahtungskammer über die Verdrahtungskabel gewartet werden. Somit ist eine einfache Wartung gewährleistet.
In der obigen Patentanmeldung ist nur ein Stirnrad-Getriebemechanismus für die Untersetzung und Übertragung in einem Handgelenks-Arbeitssystem eines Handgelenks vorhanden, das mehrere Freiheitsgrade für Operationen aufweist. Durch diese Anordnung wird ein komplizierter Untersetzungsmechanismus vermieden, in dem ein Scheibe-Riemen-Mechanismus arbeitet. Dadurch sinken die Herstellungskosten.
In dieser Patentanmeldung ist der Stirnrad-Untersetzungsmechanismus, der aus einem dreistufigen Stirnradgetriebe besteht, auf einer Seite des Handgelenks-Maschinenrahmens angeordnet. Ein einstufiges Stirnrad hat ein Untersetzungsverhältnis im Bereich von 1:2,5 bis 1:7 (ungefähr 4), und ein dreistufiges Stirnradgetriebe kann ein Untersetzungsverhältnis von 40 bis 80 erreichen. Zudem ist in der JP H07-52 074 A ein Stirnrad-Untersetzungsmechanismus offenbart. In der JP H10-175188 ist ein fünfachsiger Untersetzungsmechanismus offenbart, der auch ein Stirnrad-Untersetzungsmechanismus ist, dessen Antriebsmotor in einer Handgelenkskammer angeordnet ist.
Muss jedoch in dem Stirnrad-Untersetzungsmechanismus der JP 2014-612 A und JP H07-52 074 A oder dem fünfachsigen Untersetzungsmechanismus der JP H10-175 188 A das Untersetzungsverhältnis wegen geänderter Spezifikationen verändert werden, beispielsweise einer Zunahme der zu tragenden Masse, so sind Entwurfsänderungen nötig, etwa das Herstellen eines neuen Handgelenks-Maschinenrahmens.
Die EP 1 433 576 A1 offenbart einen Knickarmroboter für die Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung, der mindestens erste bis fünfte Achsen und eine Lasereinrichtung aufweist. Die Lasereinrichtung ist an der zweiten Achse angeordnet und die damit erzeugbaren Laserstrahlen sind vor ihrem Auftreffen auf das Werkstück im Wesentlichen innerhalb der dritten bis fünften Achsen führbar.
Die Erfindung wurde hinsichtlich solcher Umstände ausgeführt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Handgelenkseinheit bereitzustellen, bei der das Untersetzungsverhältnis leicht geändert werden kann, und zwar ohne dass ein neuer Handgelenks-Maschinenrahmen hergestellt werden muss.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Handgelenkseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem abhängigen Anspruch 2.
Eine ausführliche Beschreibung charakteristischer Ausführungsformen der Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet sind, stellen die Aufgabe, die Kennzeichen und die Vorteile der Erfindung deutlicher heraus sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile davon.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Ansicht der Gesamtanordnung eines Roboters, der mit einer Handgelenkseinheit der Erfindung versehen ist;
2 eine perspektivische Ansicht einer Handgelenkseinheit in einer ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung;
3A eine aufgeschnittene Ansicht der Handgelenkseinheit in der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung;
3B eine Seitenansicht der Handgelenkseinheit in 3A, wobei eine Abdeckung der Handgelenkseinheit entfernt ist;
3C eine Stirnseitenansicht gesehen von der Handgelenksspitze der Handgelenkseinheit in 3A;
4 eine perspektivische Ansicht einer Handgelenkseinheit in einer zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung;
5A eine aufgeschnittene Ansicht der Handgelenkseinheit in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung;
5B eine Seitenansicht der Handgelenkseinheit in 5A, wobei eine Abdeckung der Handgelenkseinheit entfernt ist;
5C eine Stirnseitenansicht gesehen von der Handgelenksspitze der Handgelenkseinheit in 5A;
6A eine perspektivische Ansicht eines Trageteils; und
6B eine perspektivische Ansicht eines anderen Trageteils.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zum besseren Verständnis sind die Zeichnungen bei Bedarf in unterschiedlichen Maßstäben dargestellt.
1 zeigt eine Ansicht der Gesamtanordnung eines Roboters, der mit einer Handgelenkseinheit der Erfindung versehen ist. Der in 1 dargestellte Roboter 1 ist ein sechsachsiger Roboter mit senkrechten Gelenken. Ein Handgelenk 2, das sich an der Spitze des Roboters 1 befindet, ist mit sechs Freiheitsgraden montiert. Jede Achse des Roboters 1 umfasst einen Servomotor (in 1 nicht dargestellt), der die Achse antreibt. Die Servomotoren sind über Steuerkabel, die von den jeweiligen Servomotoren ausgehen, an einen Robotercontroller 5 angeschlossen, und der Robotercontroller 5 steuert die Servomotoren.
Ein Bearbeitungswerkzeug 3, beispielsweise ein Greifer oder eine Schweißpistole, siehe 1, ist vorn am Handgelenk 2 des Roboters 1 angebracht. Das Bearbeitungswerkzeug 3 wird dazu verwendet, eine Komponente zu halten und zu befördern oder ein Werkstück zu schweißen. Ein in 1 dargestellter Bearbeitungswerkzeug-Verdrahtungskörper 4 wird dazu verwendet, dem Bearbeitungswerkzeug 3 elektrische Energie, Luft usw. zuzuführen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Handgelenkseinheit der Erfindung. In 2 enthält das Handgelenk 2 hauptsächlich einen Handgelenks-Maschinenrahmen 11 und einen Handgelenks-Innenrahmen 12, der am Handgelenks-Maschinenrahmen 11 drehbar um eine Achse J5 angebracht ist. Der Handgelenks-Innenrahmen 12 ist mit einer Bearbeitungswerkzeug-Befestigungseinheit 18 versehen, die zusammen mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 (in 2 nicht dargestellt) um eine Achse J6 rotierend angetrieben wird.
Zudem, siehe 2, ist eine Abdeckung 15 an einer Seite des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 angebracht. Die Abdeckung 15 ist geringfügig nach außen gekrümmt. Eine Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 ist zwischen der Abdeckung 15 und dem Handgelenks-Maschinenrahmen 11 angeordnet.
3A zeigt eine aufgeschnittene Ansicht der Handgelenkseinheit in der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung. 3B zeigt eine Seitenansicht der Handgelenkseinheit in 3A, wobei die Abdeckung entfernt ist. Im Weiteren wird die Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 in der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung anhand von 2 bis 3B beschrieben.
Im Handgelenks-Maschinenrahmen 11, siehe 3A, ist ein Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen 13 angeordnet. Wie in 3A zu sehen ist, teilt der Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen 13 das Innere des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 in mehrere Handgelenkskammern. In einer ersten Handgelenkskammer ist der Handgelenks-Innenrahmen 12 drehbar um die Achse J5 aufgenommen. Wie in der Zeichnung dargestellt ist ein Antriebsmotor 22 zum Antreiben des Bearbeitungswerkzeugs 3 (in 3A nicht dargestellt) in dem Handgelenks-Innenrahmen 12 untergebracht.
Zudem ist ein Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21, der den Handgelenks-Innenrahmen 12 in Drehung versetzt, in einer zweiten Kammer angeordnet. Der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21, siehe 3A, ist so angeordnet, dass seine Abtriebswelle senkrecht zu einer Mittenachsenlinie (entspricht der Achse J6 in 3A) des Handgelenks 2 verläuft. Wie in 3A zu sehen ist, befindet sich der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 in einer ersten Anbringposition benachbart zum Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen 13.
Die eine Seite des Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmens 13 ist von der Abdeckung 15 bedeckt. Ein Raum zwischen der Abdeckung 15 und der einen Seite des Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmens 13 ist eine Untersetzungskammer 16, in der die Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 angeordnet ist.
In 3A ist die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung eine dreistufige Anordnung. Die Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 umfasst hauptsächlich sieben Stirnräder von einem ersten Stirnrad 31 bis zu einem siebten Stirnrad 37 und drei Hilfswellen von einer ersten Hilfswelle 41 bis zu einer dritten Hilfswelle 43. Das erste Stirnrad 31, siehe 3A, ist an der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 befestigt. Auf der einen Seite des Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmens 13 sind die erste Hilfswelle 41, die zweite Hilfswelle 42 und die dritte Hilfswelle 43 parallel zur Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 angeordnet. Wie in 3A zu sehen ist, verlaufen die erste bis dritte Hilfswelle 41 bis 43 jeweils senkrecht zur Mittenachsenlinie des Handgelenks 2.
Ein zweites Stirnrad 32 ist drehbar auf der ersten Hilfswelle 41 aufgenommen und greift in das erste Stirnrad 31 ein. Wie in 3A und weiteren Abbildungen zu sehen ist, hat das zweite Stirnrad 32 einen größeren Durchmesser als das erste Stirnrad 31. In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser des zweiten Stirnrads 32 ungefähr das Siebenfache des Durchmessers des ersten Stirnrads 31.
Wie in 3A und 3B zu sehen ist, ist das dritte Stirnrad 33 in einem Stück mit dem zweiten Stirnrad 32 ausgebildet und kann sich um die erste Hilfswelle 41 drehen. Wie in 3A zu sehen ist, befindet sich das dritte Stirnrad 33 näher an der Mittenachsenlinie des Handgelenks 2 als das zweite Stirnrad 32.
Der Durchmesser des zweiten Stirnrads 32 ist größer als der Durchmesser des dritten Stirnrads 33. In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser des zweiten Stirnrads 32 ungefähr das Vierfache des Durchmessers des dritten Stirnrads 33. Das dritte Stirnrad 33 greift in ein viertes Stirnrad 34 ein, das sich um die zweite Hilfswelle 42 drehen kann.
Wie in 3A und 3B zu sehen ist, ist ein fünftes Stirnrad 35 in einem Stück mit dem vierten Stirnrad 34 ausgebildet und kann sich um die zweite Hilfswelle 42 drehen. Wie in 3A zu sehen ist, befindet sich das fünfte Stirnrad 35 weiter von der Mittenachsenlinie des Handgelenks 2 entfernt als das vierte Stirnrad 34.
Der Durchmesser des vierten Stirnrads 34 ist größer als der Durchmesser des fünften Stirnrads 35. In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser des vierten Stirnrads 34 ungefähr das 2,5-fache des Durchmessers des fünften Stirnrads 35. Das fünfte Stirnrad 35 greift in ein sechstes Stirnrad 36 ein, das sich um die dritte Hilfswelle 43 drehen kann. Das sechste Stirnrad 36 dient als Zwischenrad.
Wie in 3A und 3B zu sehen ist, ist ein siebtes Stirnrad 37 drehbar auf der Drehachse J5 des Handgelenks-Innenrahmens 12 aufgenommen. Das siebte Stirnrad 37 greift in das sechste Stirnrad 36 ein. Die Drehung des sechsten Stirnrads 36 wird auf das siebte Stirnrad 37 übertragen, damit sich der Handgelenks-Innenrahmen 12 um die Drehachse J5 dreht. Damit dient das siebte Stirnrad 37 als Abgabe-Stirnrad.
Bei Betrieb wird das Antriebsdrehmoment des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 vom ersten Stirnrad 31 auf das zweite Stirnrad 32 übertragen. Dann wird das Antriebsdrehmoment vom dritten Stirnrad 33, das in einem Stück mit dem zweiten Stirnrad 32 ausgebildet ist, auf das vierte Stirnrad 34 übertragen. Daraufhin wird das Antriebsdrehmoment vom fünften Stirnrad 35, das in einem Stück mit dem vierten Stirnrad 34 ausgebildet ist, auf das sechste Stirnrad 36 übertragen. Anschließend wird das Antriebsdrehmoment vom sechsten Stirnrad 36 auf das siebte Stirnrad 37 übertragen. Auf diese Weise wird das Antriebsdrehmoment des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 auf das siebte Stirnrad 37 übertragen, damit sich der Handgelenks-Innenrahmen 12 um die Drehachse J5 dreht.
Die Abtriebswelle des Antriebsmotors 22, der im Handgelenks-Innenrahmen 12 angeordnet ist, ist mit einer weiteren Untersetzung verbunden, die nicht dargestellt ist. Die Antriebskraft des Antriebsmotors 22 wird untersetzt, damit die Bearbeitungswerkzeug-Befestigungseinheit 18 in Drehung versetzt wird. Die weitere Untersetzung kann in die Bearbeitungswerkzeug-Befestigungseinheit 18 aufgenommen sein. Der Antriebsmotor 22 ist aufgrund der Spezifikation seiner Abtriebswelle häufig so ausgelegt, dass er die gleiche Größe hat wie der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21. Die Länge des Antriebsmotors 22 in einer Richtung der Achse J6 ist im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des siebten Stirnrads 37.
In der Erfindung greift das siebte Stirnrad 37 als Abgabe-Stirnrad in das sechste Stirnrad 36 ein, das ein Zwischenrad ist. Das fünfte Stirnrad 35 mit kleinem Durchmesser greift in das sechste Stirnrad 36 ein, und zwar an einer Seite gegenüber der Eingreifposition des siebten Stirnrads 37 in das sechste Stirnrad 36. Durch diese Anordnung kann das vierte Stirnrad 34, das mit dem fünften Stirnrad 35 zu einem Teil verbunden ist, näher an der Mittenachsenlinie des Handgelenks angeordnet werden als das erste Stirnrad 31, und das fünfte Stirnrad 35 kann weiter entfernt von der Mittenachsenlinie des Handgelenks angeordnet werden.
Dadurch kann die Entfernung zwischen dem Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen 13 und der Abdeckung 15, die die Untersetzungskammer 16 bedeckt, so klein wie möglich gehalten werden. Anders gesagt ist in der Erfindung die Breite des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 in einer Richtung der Drehachse J5 des Handgelenks-Innenrahmens 12 gering.
3C zeigt eine Stirnseitenansicht gesehen von der Handgelenksspitze der Handgelenkseinheit in 3A. Wie in 3C zu sehen ist, ist eine Entfernung zu einem Teil der Abdeckung 15, der am Weitesten von der Achse J6 entfernt ist, ein Störungsradius des Handgelenks 2. In der Erfindung kann durch die beschriebene Anordnung der Handgelenks-Maschinenrahmen 11 in der Richtung der Drehachse J5 kleiner ausfallen. Dadurch kann die Abdeckung 15 in der Richtung der Drehachse J5 ebenfalls kleiner ausfallen.
Der Durchmesser des ersten Stirnrads 31 ist durch die Zähnezahl des Stirnrads bestimmt sowie durch die Größe seiner Zahnform (im Weiteren als Modul bezeichnet). Der Durchmesser des zweiten Stirnrads 32, das in das erste Stirnrad 31 eingreift, wird durch das Drehzahlverhältnis gegenüber dem ersten Stirnrad 31 bestimmt. Da die Module der ineinander eingreifenden Zahnräder bevorzugt übereinstimmen, ist das Drehzahlverhältnis das Verhältnis zwischen der Zähnezahl des ersten Stirnrads 31 und der Zähnezahl des zweiten Stirnrads 32. Um den Durchmesser des zweiten Stirnrads 32 zu verringern, damit die Höhe der Abdeckung 15 so klein wie möglich wird, sollte das Drehzahlverhältnis dadurch verringert werden, dass die Anzahl der Zähne des zweiten Stirnrads 32 verringert wird, oder es sollte der Durchmesser des ersten Stirnrads 31 verringert werden. Die Verkleinerung des Drehzahlverhältnisses bewirkt ein geringeres Abgabedrehmoment. Die Verringerung des Durchmessers des ersten Stirnrads 31 bewirkt die Verringerung des Moduls. Dies führt einer geringeren Oberflächenfestigkeit der Zähne. In der Regel wird die Zähnezahl des ersten Stirnrads 31 so festgelegt, dass sie die kleinstmögliche Zähnezahl bezüglich des Durchmessers der Welle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und des Moduls ist.
Bevorzugt wird der Handgelenks-Innenrahmen 12, der mit dem Antriebsmotor 22 und der Bearbeitungswerkzeug-Befestigungseinheit 18 zu einem Teil zusammengebaut ist, so angeordnet, dass seine Längsmitte auf der Drehachse J5 zu liegen kommt. Dies hat seine Ursache in der Auswuchtung des Handgelenks-Innenrahmens 12. Anders formuliert ist es durch das Hinausragen des Handgelenks-Innenrahmens 12 in der Richtung der Achse J6 schwierig, ein schweres Bearbeitungswerkzeug 3 an der Bearbeitungswerkzeug-Befestigungseinheit 18 anzubringen. Andererseits bewirkt die Innenerstreckung des Handgelenks-Innenrahmens 12 in der Richtung der Achse J6, dass der Handgelenks-Innenrahmen 12 leicht am Bearbeitungswerkzeug-Verdrahtungskörper 4 anstößt. Aus diesem Grund wird die dritte Hilfswelle 43 des sechsten Stirnrads 36, das in das siebte Stirnrad 37 eingreift, bevorzugt an einer Stelle angeordnet, die dem rückwärtigen Ende des Antriebsmotors 22 entspricht, siehe 3A.
Zum Verringern des Störungsradius R in 3C wird auch die Breite des Handgelenks-Innenrahmens 12 in der Richtung der Drehachse J5 so klein wie möglich ausgelegt, und das siebte Stirnrad 37 wird nahe an der Mittenachsenlinie des Handgelenks angeordnet. Eine solche Anordnung sollte das sechste Stirnrad 36 als Zwischenrad enthalten. Wird das sechste Stirnrad 36 weggelassen, so sollte das vierte Stirnrad 34 wie bei einer herkömmlichen Vorgehensweise fern von der Mittenachsenlinie des Handgelenks 2 angeordnet werden.
In der Erfindung kann der Störungsradius R um die Achse J6 klein gehalten werden, und die Vorzüge der Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 bleiben erhalten, etwa die einfache Wartung, der einfache Aufbau und verringerte Herstellungskosten.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Handgelenkseinheit in einer zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung. 5A zeigt eine aufgeschnittene Ansicht der Handgelenkseinheit in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung. 5B zeigt eine Seitenansicht der Handgelenkseinheit in 5A, wobei die Abdeckung der Handgelenkseinheit entfernt ist. 5C zeigt eine Stirnseitenansicht gesehen von der Handgelenksspitze der Handgelenkseinheit in 5A. Im Weiteren wird eine Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung mit Hilfe von 4 bis 5C beschrieben.
Die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung, siehe 4, ist eine vierstufige Anordnung, bei der die Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 zusätzlich zum ersten Stirnrad 31 bis zum siebten Stirnrad 37 und der ersten Hilfswelle 41 bis zur dritten Hilfswelle 43 ein erstes zusätzliches Stirnrad 51, ein zweites zusätzliches Stirnrad 52 und eine zusätzliche Hilfswelle 50 umfasst.
In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung, siehe 5A, ist der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 weiter links angeordnet, und zwar bezogen auf die Position, die der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 in 3A in der zweiten Handgelenkskammer einnimmt. Anders ausgedrückt ist der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 gesehen aus der Position des Handgelenks-Innenrahmens 12 weiter entfernt angeordnet als die in 3A dargestellte Position. Diese Position wird als zweite Anbringposition bezeichnet.
In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung ist die zusätzliche Hilfswelle 50 zwischen der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der ersten Hilfswelle 41 angeordnet. Die zusätzliche Hilfswelle 50 ist über ein Trageteil 60 parallel zur Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und zur ersten Hilfswelle 41 angeordnet.
Wie in der Zeichnung zu sehen ist, kann sich das erste zusätzliche Stirnrad 51 um die zusätzliche Hilfswelle 50 drehen und greift in das erste Stirnrad 31 ein. Wie in 5A und weiteren Abbildungen zu sehen ist, hat das erste zusätzliche Stirnrad 51 einen größeren Durchmesser als das erste Stirnrad 31. In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser des ersten zusätzlichen Stirnrads 51 ungefähr das 1,5-fache des Durchmessers des ersten Stirnrads 31.
Wie in 5A und 5B zu sehen ist, ist das zweite zusätzliche Stirnrad 52 in einem Stück mit dem ersten zusätzlichen Stirnrad 51 ausgebildet und kann sich um die zusätzlich Hilfswelle 50 drehen. Wie in 5A zu sehen ist, befindet sich das erste zusätzliche Stirnrad 51 näher an der Mittenachsenlinie des Handgelenks 2 als das zweite zusätzliche Stirnrad 52. Das zweite zusätzliche Stirnrad 52 greift in das zweite Stirnrad 32 ein.
In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung werden also das Trageteil 60, das mit der zusätzlichen Hilfswelle 50 versehen ist, und das erste zusätzliche Stirnrad 51 und das zweite zusätzliche Stirnrad 52 der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung zugefügt. Der Übergang von der ersten auf die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung wird nun beschrieben.
Zuerst werden die Abdeckung 15 und ein Abschnitt des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 entfernt. Nun wird der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 bewegt, und zwar in der zweiten Handgelenkskammer nach links aus der ersten Anbringposition in 3A in die zweite Anbringposition in 5A. Sodann wird ein ebener Abschnitt 61 (siehe 6A) des Trageteils 60 in der zweiten Handgelenkskammer angeordnet, und die zusätzliche Hilfswelle 50 des Trageteils 60 wird in die Untersetzungskammer 16 gebracht. Dabei wird das Trageteil 60 so angebracht, dass sich die zusätzliche Hilfswelle 50 zwischen der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der ersten Hilfswelle 41 befindet.
Danach werden das erste zusätzliche Stirnrad 51 und das zweite zusätzliche Stirnrad 52, die in einem Stück ausgebildet sind, drehbar auf der zusätzlichen Hilfswelle 50 angebracht. Zuletzt wird der entfernte Abschnitt des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 an seinen ursprünglichen Platz zurückgebracht, und die Abdeckung 15 wird wieder angebracht.
Auf diese Weise kann die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung in die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung überführt werden. In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung sind das erste zusätzliche Stirnrad 51 und das zweite zusätzliche Stirnrad 52 zwischen dem ersten Stirnrad 31 und dem zweiten Stirnrad 32 eingefügt. Damit kann die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung ein Untersetzungsverhältnis bereitstellen, das sich vom Untersetzungsverhältnis der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung unterscheidet.
Damit man die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung rasch in die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung umbauen kann, ist ein Durchgangsloch 11a im Handgelenks-Maschinenrahmen 11 zum Einsetzen der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 bevorzugt groß, und zwar größer als das erste Stirnrad 31, siehe 3A. Dadurch, siehe 5A, können die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und die zusätzliche Hilfswelle 50 des Trageteils 60 leicht im Durchgangsloch 11a angeordnet werden, das für beide Wellen gemeinsam vorhanden ist.
In der Erfindung braucht die Form des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 für den Übergang von der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung auf die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung nicht geändert werden. Damit kann mit dem Zufügen der geringstmöglichen erforderlichen Komponenten der Übergang von der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung auf die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung vorgenommen werden. Ist das Bearbeitungswerkzeug 3 des Roboters 1 ein Greifer, so kann die erste oder die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung gewählt werden, und zwar abhängig vom Tragegewicht, das für den Greifer gefordert wird. Zudem bleiben die Vorteile der Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30, wie einfache Wartungsarbeiten, simpler Aufbau und verringerte Produktionskosten, erhalten.
In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung kann ein zweites Stirnrad 32' verwendet werden, dessen Durchmesser vom Durchmesser des zweiten Stirnrads 32 in 3A abweicht. Man kann erkennen, dass damit das Untersetzungsverhältnis in der Handgelenkseinheit der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung noch weiter optimiert werden kann. Beispielsweise kann der Durchmesser des ersten zusätzlichen Stirnrads 51 ungefähr das Doppelte des Durchmessers des ersten Stirnrads 31 betragen. Der Durchmesser des zweiten Stirnrads 32' kann ungefähr das Fünffache des Durchmessers des zweiten zusätzlichen Stirnrads 52 betragen. Damit kann insgesamt das Untersetzungsverhältnis der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung das Eineinhalbfache der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung annehmen.
6A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Trageteils. Das Trageteil 60, siehe 6A, umfasst einen ebenen Abschnitt 61, der den Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 und die zusätzliche Hilfswelle 50 hält, auf der das erste zusätzliche Stirnrad 51 und weitere Teile angeordnet werden. Die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 ist dafür ausgelegt, dass sie durch einen Öffnungsabschnitt 62 verläuft, der in dem ebenen Abschnitt 61 ausgebildet ist. In 6A sind der ebene Abschnitt 61 und die zusätzliche Hilfswelle 50 in einem Stück ausgebildet.
6B zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen Trageteils. 6B stellt ein Trageteil 60 dar, das mit einem ebenen Abschnitt 61 versehen ist und mit einer zusätzlichen Hilfswelle 50, die als eigenständige Teile ausgebildet sind. Ein Flansch 57, siehe 6B, befindet sich am hinteren Ende der zusätzlichen Hilfswelle 50. Der Flansch 57 wird auf den ebenen Abschnitt 61 geschraubt, damit die zusätzliche Hilfswelle 50 an dem ebenen Abschnitt 61 befestigt wird.
Der in 6A und 6B dargestellte Öffnungsabschnitt 62 des Trageteils 60 dient dazu, den Einbau des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 zu erleichtern. Zudem dient der ebene Abschnitt 61 des Trageteils 60 dazu, zu verhindern, dass ein Schmiermittel, beispielsweise Fett, das sich in der Untersetzungskammer 16 des Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmens 13 befindet, in die zweite Handgelenkskammer eintritt.
Die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung in 3A weist einen relativ großen Raum zwischen dem rückwärtigen Ende des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und einer Innenwand des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 auf. Die zweite in 5A dargestellte Untersetzungsverhältnis-Anordnung besitzt einen Raum zwischen dem rückwärtigen Ende des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und einer Innenwand des Handgelenks-Maschinenrahmens 11, der enger ist als der in 3A dargestellte Raum.
In ähnlicher Weise hat die zweite in 5A dargestellte Untersetzungsverhältnis-Anordnung einen relativ großen Raum zwischen der Spitze der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der Innenwand der Abdeckung 15. Die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung in 3A weist einen Raum zwischen der Spitze der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der Innenwand der Abdeckung 15 auf, der enger ist als der in 5A dargestellte Raum.
Der Grund für das Vorhandensein dieser Räume liegt darin, dass der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 in einer Richtung weg von der Abdeckung 15 in einer Entfernung angeordnet ist, die der Dicke des ebenen Abschnitts 61 des Trageteils 60 in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung entspricht. Anders gesagt sind der Raum zwischen dem hinteren Ende des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der Innenwand des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 in 3A und der Raum zwischen der Spitze der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der Innenwand der Abdeckung 15 in 5A ausreichend groß, so dass sie für die Dicke des ebenen Abschnitts 61 des Trageteils 60 ausreichen.
Durch das Vorhandensein dieser Räume kann der Übergang von der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung auf die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung vorgenommen werden ohne die Form des Handgelenks-Maschinenrahmens 11 zu verändern. Man kann sehen, dass zum Freihalten des Raums zwischen der Spitze der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors 21 und der Innenwand der Abdeckung 15 in 5A die Abdeckung 15 teilweise nach außen vorsteht, und zwar an einer Position nahe am Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21.
Zudem liegen in der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung das Untersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Stirnrad 31 und dem zweiten Stirnrad 32, das Untersetzungsverhältnis zwischen dem zweiten Stirnrad 32 und dem dritten Stirnrad 33 und das Untersetzungsverhältnis zwischen dem dritten Stirnrad 33 und dem vierten Stirnrad 34 alle bei ungefähr 1:4. Anders formuliert sind die Drehzahlverhältnisse zwischen den Stirnrädern so eingestellt, dass sie einander im Wesentlichen gleichen. In diesem Fall hat die gesamte Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit 30 ein Untersetzungsverhältnis von 64. Hat der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 eine Höchstdrehzahl von 5000 U/min, so hat die Drehachse J5 eine maximale Geschwindigkeit von 400 Grad/Sek.
In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Erfindung beträgt das Untersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Stirnrad 31 und dem ersten zusätzlichen Stirnrad 51 ungefähr 1:1,5, und die Untersetzungsverhältnisse der anderen Stirnräder ändern sich nicht. In diesem Fall hat die gesamte Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit ein Untersetzungsverhältnis von 96. Hat der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor 21 eine Höchstdrehzahl von 5000 U/min, so hat die Drehachse J5 eine maximale Geschwindigkeit von 270 Grad/Sek. In der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung ist gegenüber der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung die Höchstgeschwindigkeit um den Faktor 1:1,5 verringert, und das Abgabedrehmoment kann bis zum 1,5-fachen steigen. Damit kann in der Erfindung sowohl die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung als auch die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung ein bestmögliches Untersetzungsverhältnis haben.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Aspekt kann das Untersetzungsverhältnis nur durch Zufügen der zusätzlichen Hilfswelle, die vom Trageteil gehalten wird, des ersten zusätzlichen Stirnrads und des zweiten zusätzlichen Stirnrads verändert werden. Anders gesagt kann man durch das Zufügen der minimal erforderlichen Komponenten die beiden verschiedenen Untersetzungsverhältnisse erhalten ohne dass der Handgelenks-Maschinenrahmen geändert wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt sind die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors und die zusätzliche Hilfswelle in dem gemeinsamen Durchgangsloch untergebracht. Damit lässt sich eine zusätzliche Hilfswelle sehr leicht einbauen, und die beschriebenen vorteilhaften Auswirken bleiben erhalten.
Gemäß dem dritten Aspekt können sowohl die erste als auch die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung ein optimales Untersetzungsverhältnis aufweisen.

Claims

Handgelenkseinheit, die mit der Spitze eines Arms eines Roboters (1) verbunden ist und zahlreiche Operations-Freiheitsgrade aufweist, wobei die Handgelenkseinheit umfasst: einen Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen (13), der unterschiedliche Handgelenkskammern bildet, die in einem Handgelenks-Maschinenrahmen voneinander getrennt sind; einen Handgelenks-Innenrahmen (12), der drehbar in einer ersten Handgelenkskammer aufgenommen ist; einen Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor (21), der in einer zweiten Handgelenkskammer so angeordnet ist, dass eine Abtriebswelle des Motors parallel zu einer Drehachse des Handgelenks-Innenrahmens ist und den Handgelenks-Innenrahmen antreibt; einen vom Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor verschiedenen Antriebsmotor (22), wobei der Antriebsmotor im Handgelenks-Innenrahmen aufgenommen ist und eine Drehung senkrecht zur Drehachse des Handgelenks-Innenrahmens abgibt; eine Abdeckung (15), die eine Seite des Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmens abdeckt, so dass eine Untersetzungskammer (16) gebildet wird; und eine Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit (30), die in der Untersetzungskammer angeordnet ist und ein mehrstufiges Stirnradgetriebe umfasst, damit die Drehkraft untersetzt und übertragen wird, die die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors an den Handgelenks-Innenrahmen liefert, wobei die Stirnrad-Untersetzungsmechanismuseinheit dafür ausgelegt ist, dass sie in einer ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung oder einer zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung betrieben wird, wobei in der ersten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor an einer ersten Anbringposition in der zweiten Handgelenkskammer angebracht ist; die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung dafür ausgelegt ist, dass sie zumindest ein erstes Stirnrad (31) nutzt, das an der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors angebracht ist, und ein zweites Stirnrad (32), das von einer ersten Hilfswelle (41) drehbar gehalten wird, die an dem Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen angebracht ist, und das einen größeren Durchmesser hat als das erste Stirnrad und in das erste Stirnrad eingreift; in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung der Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor an einer zweiten Anbringposition angebracht ist, die weiter vom Handgelenks-Innenrahmen entfernt ist als die erste Anbringposition, und zwar in der zweiten Handgelenkskammer; und die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung dafür ausgelegt ist, dass sie zumindest das erste Stirnrad nutzt, ein erstes zusätzliches Stirnrad (51), das von einer zusätzlichen Hilfswelle (50) drehbar gehalten wird, die von einem Trageteil (60) getragen wird, das sich zwischen der Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors und der ersten Hilfswelle befindet, und das erste zusätzliche Stirnrad einen größeren Durchmesser hat als das erste Stirnrad und in das erste Stirnrad eingreift, und ein zweites zusätzliches Stirnrad (52), das in einem Stück mit dem ersten zusätzlichen Stirnrad ausgebildet ist und von der zusätzlichen Hilfswelle drehbar gehalten wird, und das zweite zusätzliche Stirnrad einen kleineren Durchmesser hat als das erste zusätzliche Stirnrad und in das zweite Stirnrad eingreift; in der zweiten Untersetzungsverhältnis-Anordnung die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors und die zusätzliche Hilfswelle in einem gemeinsamen einzigen Durchgangsloch (11a) angeordnet sind, das durch den Handgelenksaufnahme-Maschinenrahmen des Handgelenks-Maschinenrahmens verläuft; das Trageteil (60) umfasst einen ebenen Abschnitt (61), der den Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotor (21) hält, und ein Öffnungsabschnitt (62), durch den die Abtriebswelle des Handgelenks-Innenrahmen-Antriebsmotors (21) verläuft, ist in dem ebenen Abschnitt (61) ausgebildet.
Handgelenkseinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Untersetzungsverhältnis-Anordnung ein dreistufiges Stirnradgetriebe umfasst, und die zweite Untersetzungsverhältnis-Anordnung ein vierstufiges Stirnradgetriebe umfasst.