DE102016004787A1

DE102016004787A1 - Antriebsvorrichtung für einen Roboter und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102016004787A1
Application number: DE102016004787.9A
Authority: DE
Inventors: Tim Rokahr; Sami Haddadin
Original assignee: Kbee AG
Current assignee: Franka Emika GmbH; Kbee AG
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: DE102016004787B4; DK3445541T3; CN109562522A; KR102390006B1; JP7284980B2; US11358275B2; JP2019515808A; CN207788960U; EP3445541A1; EP3445541B1; WO2017182594A1; SG11201809296YA; KR20190028645A; CN109562522B; US20190134811A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern (A1, A2) eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds (A2) gegenüber dem anderen Achsglied (A1), mit einem ersten Antriebsmodul (M1), das mittels zumindest eines Verbindungselements (3) kraft- und drehmomentübertragend mit einem ersten Achsglied (A1) verbindbar ist, und mit einem zweiten Antriebsmodul (M2), das mittels zumindest eines Verbindungselements (7) kraft- und drehmomentübertragend mit einem zweiten Achsglied (A2) verbindbar ist, wobei die Verbindungselemente (3; 7) ausgebildet sind, um in Radialrichtung zu der Drehachse der Antriebsvorrichtung mit den Achsgliedern (A1, A2) zusammenzuwirken. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Gelenk zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Antriebseinheiten, die in Manipulatoren von Robotersystemen bzw. Roboterarmen zum Einsatz kommen, dienen dazu, ein Achsglied des in der Regel mehrachsig konstruierten Roboterarms gegenüber einem daran anschließenden Achsglied bewegbar, vorzugsweise drehbar, anzuordnen. Die auf diese Weise sich ergebende Beweglichkeit zwischen zwei aneinandergrenzenden Achsgliedern führt über die Anzahl der Achsglieder des Manipulators zu den entsprechenden Freiheitsgraden des Robotersystems.
Bei Industrierobotern kommen dabei Antriebseinheiten zum Einsatz, die eine Drehung eines Achsglieds um eine quer zu seiner Längserstreckung verlaufender Achse gestatten. Weitere Antriebsvorrichtungen sind konzipiert, um eine Drehung um die Längsachse des Achsglieds zu gestatten. Hierfür kommen in der Regel entsprechend dimensionierte Elektromotoren zum Einsatz, die gegebenenfalls mit einem entsprechenden untersetzenden Getriebe zusammenwirken.
Bei Leichtbaurobotern werden die Antriebsvorrichtungen in das in sich geschlossene Gehäuse der Achsglieder eingebaut, da die Gehäuse bei den Manipulatoren von derartigen Robotertypen grundsätzlich wie ein Exoskelett konzipiert sind. So ist beispielsweise aus der Int. Patentanmeldung WO 2007/099511 A2 eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der ein Elektromotor sowie ein mit diesem zusammenwirkendes Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei in dem Gehäuse an einer Stirnseite ein Abtriebsflansch drehbar gelagert ist. Das Gehäuse der Antriebsvorrichtung wird in das radial geschlossene Gehäuse eines Achsglieds eingefügt, während der Abtriebsflansch mit einem daran anschließenden Achsglied so verbunden wird, dass dieses Achsglied gegenüber dem die Antriebsvorrichtung aufweisenden Achsglied drehbar gelagert ist. Während das Gehäuse der Antriebsvorrichtung in der Regel zumindest teilweise über seinen Umfang mit dem Gehäuse des Achsglieds verbunden wird, steht der Abtriebsflansch mit einen Element des anschließenden Achsglieds in einer rein axial ausgerichteten Verbindung. Das Drehmoment wird daher auf das nächste Achsglied über in Axialrichtung wirkende Verbindungsmittel übertragen.
Bei exoskelettartigen Gehäusen von Robotersystemen der Leichtbauweise besteht allerdings das Problem, dass aufgrund der umfänglich in sich geschlossenen Gehäusestrukturen sämtliche Komponenten, so wie auch die Antriebseinheiten axial in die Gehäuse der Achsglieder eingefügt und dort auf Grund der sehr eingeschränkten Zugänglichkeit umständlich montiert werden müssen, wobei dies sowohl von der Stirnseite des Achsglieds her, die sich an die Stirnseite des nächsten Achsglieds anschließt, als auch von der dieser Stirnseite gegenüberliegenden Seite her erfolgen kann, wofür in dem Gehäuse allerdings durch Abdeckungen verschließbare Montageöffnungen vorgesehen werden müssen, mit dem grundsätzlichen Nachteil der Schwächung der Festigkeit und Torsionssteifigkeit eines solchen Gehäuses.
Des Weiteren muss bereits im Vorfeld die Konstruktion einer solchen Antriebsvorrichtung, sowohl was den Aufbau und das funktionale Zusammenwirken der einzelnen Antriebskomponenten innerhalb des Gehäuses der Antriebsvorrichtung als auch die Anbindung der Antriebsvorrichtung an die relativ zueinander drehbar zu lagernden Achsglieder angeht, auf die begrenzten und schwer zugänglichen Einbauräume abgestimmt werden, wodurch sich erhebliche konstruktive Zwänge ergeben.
Die radial geschlossene Gehäusestruktur bei solchen Manipulatoren führt jedoch zwangsläufig auch dazu, dass sich neben der Montage auch eine mögliche Wartung und Instandsetzung als äußert umständlich erweist, und zwar in Hinblick auf die Befestigung der Antriebsvorrichtungen in den Gehäusen selbst sowie ihren Ausbau und in Hinblick auf die Montage bzw. Demontage und die Führung der Versorgungsleitungen für den Motor und der Signalleitungen für die in diesen Antriebsvorrichtungen zum Einsatz kommenden unterschiedlichen Sensoren.
Um für solche Gehäusestrukturen den Ein- und Ausbau der Antriebsvorrichtungen soweit wie möglich zu vereinfachen, sind diese Antriebsvorrichtungen in der Regel als untrennbare Gesamteinheiten vormontiert.
Dies wiederum geht jedoch mit dem Nachteil einher, dass bei Ausfällen des Motors, des Getriebes, der Sensorik sowie von weiteren in solchen Antriebseinheiten zum Einsatz vorgesehenen mechatronischen Komponenten die gesamte Antriebseinheit ausgebaut werden muss, und zwar einhergehend mit den gleichen räumlichen Einschränkungen wie bei der anfänglichen Montage und damit verbundenem Aufwand.
Die als einheitliche Gesamtstrukturen konzipierten und konstruierten Antriebsvorrichtungen wie beispielsweise aus dem vorhergehend geschilderten Stand der Technik lassen sich dann auch nur, wenn überhaupt, mit einem erhöhten Aufwand reparieren; Teile des Getriebes, des Motors oder der Sensorik können nur ausgetauscht werden, wenn die gesamte Antriebseinheit demontiert wird.
Selbstredend erweist sich der Aufwand für die Montage und Instandhaltung bei solchen Antriebseinheiten als erheblich zeit- und damit kostenintensiv. Eine schnelle, die vom Roboter durchzuführende Operation, wie bspw. ein Produktionsprozess, nur kurzzeitig unterbrechende Reparatur ist nicht möglich.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass gerade bei Manipulatoren bzw. Roboterarmen von Robotern der Leichtbauweise die Achsglieder zur Bereitstellung der gewünschten Freiheitsgrade konstruktionsbedingt eine unterschiedliche Länge aufweisen können, d. h. für eine drehbare Verbindung zwischen den einzelnen Achsgliedern eines solchen Manipulators müssen unterschiedlich ausgestaltete und dimensionierte Antriebseinheiten hergestellt und zu Reparaturzwecken ggfs. auf Lager gehalten werden, was die Kosten weiter erhöht.
Die nur als eine einzige Einheit aufgebauten Antriebsvorrichtungen sind unter der Maßgabe eines soweit wie möglich kompakten Aufbaus in der Regel auch nicht konzipiert und vorgesehen, einzelne Komponenten, wie beispielsweise des Getriebes, bedarfsabhängig an unterschiedliche konstruktive Gegebenheiten des Manipulators oder an unterschiedliche Leistungserfordernisse für das Robotersystem anzupassen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinheiten sind daher für den Einsatz in Robotersystemen insbesondere der Leichtbauweise limitiert.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich der Leichtbauweise, zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten, aus dem bisherigen Stand der Technik bekannten Nachteile ausräumt, insbesondere eine vereinfachte Montage und Instandhaltung gestattet sowie eine gewisse Variabilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche räumliche und/oder kinematische, bei einem Manipulator eines Robotersystems auftretenden Gegebenheiten, sowie an gewünschte Leistungsparameter bietet.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk nach Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung bzw. Montage einer solchen Antriebsvorrichtung nach Anspruch 23.
Die Erfindung betrifft demzufolge eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds gegenüber dem anderen Achsglied, mit einem ersten Antriebsmodul, das mittels zumindest eines Verbindungselements kraft- und drehmomentübertragend mit einem ersten Achsglied verbindbar ist, und mit einem zweiten Antriebsmodul, das mittels zumindest eines Verbindungselements kraft- und drehmomentübertragend mit einem zweiten Achsglied verbindbar ist, wobei das zweite Antriebsmodul koaxial zu dem ersten Antriebsmodul angeordnet und gegenüber diesem drehbar gelagert ist, wobei gemäß der Erfindung die Verbindungselemente ausgebildet sind, um in Radialrichtung zu der Drehachse der Antriebsvorrichtung mit den Achsgliedern zusammenzuwirken.
Mit anderen Worten, die Verbindungselemente sind gemäß der Erfindung so konzipiert, dass sie mit den Gehäusen der Achsglieder bzw. dort vorgesehenen Verbindungselementen in einer radialen Ausrichtung zusammenwirken.
Das erste und das zweite Antriebsmodul sind als Modulbauteile so ausgestaltet, wie nachfolgend noch detaillierter erläutert werden soll, dass diese für sich selbsttragende und damit austauschbare Einheiten bilden.
Vorzugsweise sind dabei das erste Antriebsmodul und das zweite Antriebsmodul als rotationssymmetrische Bauteile ausgestaltet, wobei die Verbindungselemente den gleichen Durchmesser aufweisen.
Auf diese Weise lassen sich Gehäuseteile zwischen zwei benachbarten Achsgliedern eines Manipulators verwenden, die nach der Montage eine durchgehende, flächige Gehäuseabdeckung für den Manipulator ausbilden.
Vorzugsweise sind die Verbindungselemente als radial umlaufende Nuten ausgebildet, die auf einer gemeinsamen gedachten Mantelfläche liegen, während die weiteren Gehäuseabschnitte der Bauteile radial nach innen versetzt sind.
Derartige Ringnuten eignen sich zur Aufnahme von Nutsteinen oder dergleichen, die an der Innenseite der Gehäuseteile der Achsglieder, vorzugsweise daran einstückig angeordnet, vorgesehen sind. Für eine mögliche Verbindung der Nutsteine mit den Ringnuten, in denen diese tangential eingefügt sind, soll hier beispielhaft auf die Deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2015 012 960.0 verwiesen werden, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Zur Ausbildung der drehbaren Lagerung des zweiten Antriebsmoduls gegenüber dem ersten Antriebsmodul ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das erste Antriebsmodul und das zweiten Antriebsmodul abschnittsweise ineinandergreifen und zwischen einem radial außenliegenden Abschnitt des Gehäuses des ersten Antriebsmoduls und einem radial innenliegenden Abschnitt des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls zumindest ein Dreh- bzw. Radiallager, bspw. ein radiales Wälzlager angeordnet ist, wobei vorzugsweise diese Abschnitte in Radialrichtung innerhalb des Verbindungselements des zweiten Antriebsmoduls angeordnet sind, um eine bessere Stabilität der Lagerung und eine bessere radiale Kraft- und Drehmomentübertragung zu gestatten.
Die Befestigung des Radiallagers kann dadurch bewerkstelligt werden, dass ein erstes Befestigungselement, das an einem dem ersten Antriebsmodul zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls angeordnet wird, und dass ein zweites Befestigungselement, das an einem dem zweiten Antriebsmodul zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses des ersten Antriebsmoduls angeordnet wird, das Radiallagergehäuse einschließen, wodurch die axiale Position des Radiallagers festgelegt wird.
Bei dem zweiten Befestigungselement kann es sich beispielsweise um einen Gewindering handeln, der einfach auf ein an dem Gehäuseende des ersten Antriebsmoduls vorgesehenes Außengewinde aufgeschraubt wird. Das erste Befestigungselement kann als ein Flansch- oder Widerlagerring ausgebildet sein, der einfach an dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls lösbar befestigt, bspw. verschraubt wird.
Ein drittes Antriebsmodul, das einen Motor aufnimmt, ist an dem Gehäuse des ersten Antriebsmoduls, dem zweiten Antriebsmodul koaxial gegenüberliegend, befestigbar, wobei das dritte Antriebsmodul und das erste Antriebsmodul abschnittsweise ineinandergreifen können.
Der Motor, in der Regel ein Elektromotor mit einem Innenläufer, treibt eine mittig in der Antriebsvorrichtung gelagerte Antriebswelle an, die sich in das erste Antriebsmodul erstreckt und mit einem Eingangselement eines Getriebes verbindbar ist, das in dem ersten Antriebsmodul angeordnet ist.
Bei dem Getriebe kann es sich vorzugsweise um ein Wellgetriebe handeln.
Das Ausgangselement des Getriebes ist mit dem zweiten Antriebsmodul drehfest, d. h. drehmomentübertragend verbunden. Bei entsprechend kurzer Einbaulänge der Antriebsvorrichtung kann das Ausgangselement des Getriebes mit einem Gehäuseabschnitt des zweiten Antriebsmoduls direkt verbunden sein, das dann eine entsprechend kleine axiale Erstreckung aufweist. Ist eine größere Einbaulänge erforderlich, kann das Ausgangselement des Getriebes mit einer Abtriebswelle verbindbar sein, die im Inneren des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls angeordnet und mit diesem drehfest verbunden ist.
Des Weiteren kann ein viertes Antriebsmodul stirnseitig auf dem dritten Antriebsmodul, dem ersten Antriebsmodul koaxial gegenüberliegend, angeordnet sein, das eine Sensorik für die Antriebsvorrichtung und eine Steuerung für den Motor aufweisen kann, wobei sich die Antriebswelle aus dem dritten Antriebsmodul bis zu der Seite des vierten Antriebsmoduls erstreckt, die dem dritten Antriebsmodul zugewandt ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle jeweils als eine Hohlwelle ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, damit eine Sensorwelle, die mit dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls drehfest, d. h. drehmomentübertragend verbindbar ist, die Antriebswelle und die Abtriebswelle unter einem radialen Abstand durchsetzen und sich bis zu dem vierten Antriebsmodul erstrecken kann. Die Sensorwelle dient dazu, mit einer entsprechenden Sensorik innerhalb des vierten Antriebsmoduls zur Detektion des Ausgangsdrehmoments bzw. der -drehzahl der Antriebsvorrichtung zusammenzuwirken.
Jedes Gelenk eines Manipulators, bspw. eines Leichtbauroboters, kann je nach vorgesehenem Einsatzzweck konstruktionsbedingt unterschiedliche Dimensionen und Leistungseigenschaften aufweisen. Die Erfindung zeichnet sich in diesem Zusammenhang daher dadurch aus, dass die Verbindungsmechanismen zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsmodul, zwischen dem ersten und dem dritten Antriebsmodul und zwischen dem dritten und dem vierten Antriebsmodul so konzipiert und konstruiert sind, dass sich unterschiedliche Ausgestaltungen und/oder Dimensionierungen dieser Antriebsmodule in verschiedenen Variationen kombinieren lassen, um entweder die axiale Einbaulänge an die jeweils gegebenen räumlichen Einbauverhältnisse eines Manipulators oder an die gewünschten Leistungserfordernisse für die Antriebsvorrichtung des Gelenks zwischen zwei Achsgliedern anpassen zu können. Eine Gesamteinbaulänge der Antriebsvorrichtung ergibt sich bspw. durch die Summe der individuellen Einbaulängen von einzelnen Antriebsmodulen. Eine leistungsbedingte Anpassung hinsichtlich der Übertragung eines gewünschten Drehmoments oder die Bereitstellung einer gewünschten Drehzahl ergibt sich bspw. durch die Auswahl des Getriebetyps bzw. die Konfiguration des Getriebes und die Auswahl des Motortyps für den Antrieb.
Um diese Variabilität zu ermöglichen, ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das dritte Antriebsmodul ausgestaltet ist, um mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des vierten Antriebsmoduls funktional zusammenzuwirken und verbunden werden zu können, dass das erste Antriebsmodul ausgestaltet ist, um mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des dritten Antriebsmoduls funktional zusammenzuwirken und verbunden werden zu können, und insbesondere dass das erste Antriebsmodul ausgestaltet ist, um mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des zweiten Antriebsmoduls in einer drehbaren Lagerung funktional zusammenzuwirken und verbunden werden zu können, wobei auch das dritte Antriebsmodul und das zweite Antriebsmodul ausgestaltet sein können, um mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des ersten Antriebsmoduls funktional zusammenzuwirken und verbunden werden zu können.
Die Antriebvorrichtung gemäß der Erfindung stellt folglich eine Anpassungsfähigkeit zur Verfügung, die sich durch die Austauschbarkeit der einzelnen Antriebsmodule sowohl in räumlicher als auch funktionaler Hinsicht einstellt. Unterschiedliche Manipulatoren lassen sich so mit dem Modulkonzept gemäß der Erfindung realisieren, indem die entsprechenden Antriebsmodule auf einfache Art und Weise kombiniert werden, was eine eigene erfinderische Bedeutung besitzt.
Die diese Austauschbarkeit ermöglichende konstruktive Ausgestaltung der einzelnen Antriebseinheiten ermöglicht es gemäß der Erfindung darüber hinaus, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, das neben einer wesentlich vereinfachten Montage auch nachfolgend eine vereinfachte Reparatur und Instandhaltung gestattet.
Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds gegenüber dem anderen Achsglied, wobei die Antriebsvorrichtung mehrere Antriebsmodule aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei ein erstes Antriebsmodul mit einem zweiten Antriebsmodul durch folgende Schritte verbunden werden soll:

– Befestigen eines Radiallagers auf einem Abschnitt des Gehäuses des ersten Antriebsmoduls, indem ein Befestigungselement an einem dem zweiten Antriebsmodul zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses des ersten Antriebsmoduls angebracht wird;
– teilweises Einfügen des ersten Antriebsmoduls in das zweite Antriebsmodul, so dass ein Abschnitt des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls das Radiallager übergreift;
– Befestigen des Radiallagers auf dem Abschnitt des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls, indem ein Befestigungselement an einem dem ersten Antriebsmodul zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses des zweiten Antriebsmoduls angebracht wird, so dass das Radiallager in einer axialen Position zwischen dem Gehäuse des ersten Antriebsmoduls und dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls eingeschlossen ist.

Da das erste Antriebsmodul die Getriebeeinheit bildet, weist das Verfahren den weiteren Schritt auf:

– Verbinden eines Ausgangselements des Getriebes mit dem zweiten Antriebsmodul von der Getriebeseite her und/oder von der Seite des zweiten Antriebsmoduls her.

Das Ausgangselement, bspw. das Flexspline eines Wellgetriebes, kann daher mit dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls direkt verbunden werden, indem Schrauben von der äußeren Stirnseite des zweiten Antriebsmoduls eingeschraubt werden und so das Gehäuse und das Ausgangselement drehmomentübertragend verbinden.
Weist das zweite Antriebsmodul auf Grund seiner längeren Ausgestaltung eine Abtriebswelle auf, kann das Verfahren weiter den Schritt aufweisen:

– Verbinden der Abtriebswelle mit dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls und mit dem Ausgangselement des Getriebes.

Die Abtriebswelle wird von der Innenseite des Getriebes her mit dem Ausgangselement verschraubt und diesem gegenüberliegend wird die Abtriebswelle mit dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls verschraubt, so dass sich eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Ausgangselement des Getriebes und dem Gehäuse des zweiten Antriebsmoduls einstellt.
Darüber hinaus kann das Verfahren aufweisen:

– Befestigen eines dritten Antriebsmoduls, das einen Motor mit einer Antriebswelle aufweist, mit dem Gehäuse des ersten Antriebsmoduls auf der dem zweiten Antriebsmodul gegenüberliegenden Seite unter Verbindung der Antriebswelle mit einem Eingangselement des Getriebes.

Idealerweise wird die Stirnseite des Gehäuses des dritten Antriebsmoduls hierfür einen gestuften Flanschring auf, der in das Gehäuse des ersten Antriebsmoduls teilweise eingefügt und dann verschraubt wird. Die Antriebswelle kann hierbei in das Eingangselement, bspw. einem Innenring des Wave-Generators eines Wellgetriebes, unter Verwendung eines Toleranzringes für die Berücksichtigung entsprechender Toleranzbereiche eingepresst werden.
Soll das System auch mit einer Steuerung und Sensorik ausgestattet werden, kann das Verfahren des Weiteren aufweisen:

– Befestigen eines vierten Antriebsmoduls an dem dritten Antriebsmodul koaxial gegenüber dem ersten Antriebsmodul unter Verwirklichung eines Motoranschlusses.

Hierfür kann der Motor eine Steckverbindung für die Stromversorgung und Motorsteuerung aufweisen, die so ausgerichtet ist, dass sie bei einer Montage des vierten Antriebsmoduls automatisch mit einer komplementären Steckverbindung des vierten Antriebsmoduls eine sichere Verbindung eingeht.
Sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle in einer Ausführungsform jeweils als Hohlwelle ausgestaltet, weist das vierte Antriebsmodul eine Öffnung auf und ist das zweite Antriebsmodul drehfest mit einer Sensorwelle verbunden, kann das Verfahren gemäß der Erfindung die Antriebsvorrichtung abschließend vervollständigen, indem die Sensorwelle durch die Antriebswelle des dritten Antriebsmoduls, durch die Abtriebswelle des zweiten Antriebsmoduls und durch die Öffnung des vierten Antriebsmoduls in einem bestimmten radialen Abstand hindurchgeführt wird.
Die Modularität der Antriebsvorrichtung ist neben der bereits erwähnten Anpassungsfähigkeit auch durch den Vorteil gekennzeichnet, dass für einzelne Komponenten, wie bspw. Motor und Getriebe unterschiedliche Zulieferer verwendet werden können.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch einen Roboter mit einem Manipulator, der aus mehreren Achsgliedern besteht, und der zumindest eine Antriebsvorrichtung gemäß den oben genannten Ausführungen in zumindest einem zwischen Achsgliedern des Manipulators angeordneten Gelenk aufweist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beilegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1a einen axialen Längsschnitt durch eine modulare Antriebsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
1b einen Querschnitt entlang A-A aus der 1a;
2 eine Explosionsdarstellung dieser Ausführungsform;
3 ein erstes Antriebsmodul der Antriebsvorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
4 ein zweites Antriebsmodul der Antriebsvorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
5 einen axialen Längsschnitt durch eine modulare Antriebsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
6 ein zweites Antriebsmodul der Antriebsvorrichtung der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
7 ein drittes und ein viertes Antriebsmodul der Antriebsvorrichtung der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
8 einen axialen Längsschnitt durch eine modulare Antriebsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
9 einen axialen Längsschnitt durch eine modulare Antriebsvorrichtung in einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
10 einen axialen Längsschnitt durch eine modulare Antriebsvorrichtung in einer fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
11 exemplarisch eine Explosionsdarstellung mit einer in eine Gehäusestruktur von zwei angrenzenden Achsgliedern eingesetzten Antriebsvorrichtung.
In der 1a ist eine erste Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht entlang der Drehachse, d. h. Längserstreckung der Antriebsvorrichtung gezeigt. 1b zeigt einen Querschnitt entlang der A-A aus der 1a.
Wie zu erkennen ist, ist die Antriebsvorrichtung im Wesentlichen aus rotationssymmetrisch ausgestalten Komponenten und Bauteilen aufgebaut.
Gemäß der Erfindung ist eine Modulbauweise vorgesehen, bei der mehrere Module in einer axialen Ausrichtung funktional zusammenwirken und ineinandergreifen. Die Module sind für sich jeweils einzeln austauschbar und lassen sich miteinander auf Grund von gemäß der Erfindung entsprechend konzipierten und ausgestalteten Verbindungstechniken verbinden.
Die in 1a gezeigte Antriebsvorrichtung bestehen aus vier funktional unterschiedlichen Antriebsmodulen.
Ein erstes Antriebsmodul M1 dient der Aufnahme eines Getriebes und weist ein rotationssymmetrisches Gehäuse 1 auf, wie insbesondere auch aus der 3 zu erkennen ist. Das Gehäuse 1 kann als Aluminiumgussteil oder Drehteil hergestellt werden.
Es weist eine sich nach unten, zu einem zweiten Antriebsmodul M2 hin verjüngende Form auf, die durch teilweise konusähnliche Abschnitte gekennzeichnet ist.
Das erste Antriebsmodul M1 dient der Anbindung der Antriebsvorrichtung an ein Gehäuse oder an Gehäusehälften 2 eines ersten Achsglieds A1 eines Manipulators bzw. Roboterarms eines Robotersystems bspw. der Leichtbauweise, wie aus der 11 zu erkennen ist.
Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 1 des ersten Antriebsmoduls M1 an seinem größten Umfang ein Verbindungselement in der Form einer radial umlaufenden Ringnut 3 auf, die integral in dem rotationssymmetrischen Gehäuse 1 ausgebildet ist. Die Ringnut 3 dient der Befestigung mit halbschalenförmigen Gehäusehälften 2 des ersten Achsglieds A1 über an der Innenseite der Gehäusehälften 2 vorgesehene Verbindungselemente 4, wie beispielsweise an den Gehäusehälften 2 einstückig angeformten Nutsteinen, die durch die Ringnut 3 aufgenommen werden, wobei eine Befestigung der Antriebsvorrichtung in den Gehäusehälften 2 durch eine Verschraubung mittels Schrauben 5 von außerhalb der Gehäusehälften 2 erfolgt, wie aus der 11 zu ersehen ist.
In diesem Zusammenhang, was einerseits die Befestigung der Antriebsvorrichtung in den Gehäusehälften 2 und andererseits die Befestigung der Gehäusehälften 2 miteinander angeht, soll auf die Offenbarung der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 012 960.0 verwiesen werden, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen werden soll.
Durch die Aufnahme der Nutsteine 4 der Gehäusehälften 2 des ersten Achsglieds A1 in der Ringnut 3 des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls M1 und durch deren drehfesten Fixierung mittels der Schrauben 5 wird zwischen diesen beiden Gehäusekomponenten eine kraft- und drehmomentübertragende Verbindung ausgebildet derart, dass sich das erste Achsglied A1 mit dem ersten Antriebsmodul M1 der Antriebsvorrichtung bewegt.
An dem ersten Antriebsmodul M1 ist koaxial ein zweites Antriebsmodul M2 angeordnet, das im Verhältnis zum ersten Antriebsmodul M1 dem Abtrieb dient.
Das zweite Antriebsmodul M2 weist ebenfalls ein rotationssymmetrisches und sich konisch verjüngendes Gehäuse 6 auf, das an seinem größten Durchmesser ebenfalls eine radial umlaufende Ringnut 7 aufweist, die als integrales Verbindungselement zur Verbindung mit Gehäusehälften 8 eines zweiten Achsglieds A2 dient, wie die 11 zeigt. Die Befestigung des zweiten Antriebsmoduls M2 an den Gehäusehälften 8 erfolgt dabei, wie vorhergehend geschildert, in analoger Weise wie bei dem ersten Antriebsmodul M1.
Wie zu erkennen ist, weisen die beiden Ringnuten 3 und 7 einen gleichen Durchmesser auf und liegen auf einer gemeinsamen gedachten zylindrischen Mantelfläche. Die dreh- und kraftübertragende Verbindung zwischen dem ersten Antriebsmodul M1 und dem ersten Achsglied A1 sowie zwischen dem zweiten Antriebsmodul M2 und dem zweiten Achsglied A2 erfolgt ausschließlich über die radial ausgerichteten Verbindungselemente 3 und 7.
Zur Verwirklichung der notwendigen drehbaren Verbindung soll das zweite Achsglied A2 gegenüber dem ersten Achsglied A1 drehbar gelagert sein.
Hierzu ist das zweite, den Abtrieb der Antriebsvorrichtung bereitstellende Antriebsmodul M2 gegenüber dem ersten Antriebsmodul M1 drehbar gelagert.
Gemäß der Erfindung ist es daher vorgesehen, dass zwischen einem radial außenliegenden Abschnitt 9 des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls M1, der vorzugsweise im Bereich seines axialen, dem zweiten Antriebsmodul M2 zugewandten Ende vorgesehen ist, und einem radial innenliegenden Abschnitt 10 des Gehäuses 6 des zweiten Antriebsmoduls M2, der vorzugsweise im Bereich seines axialen, dem ersten Antriebsmodul M1 zugewandten Ende vorgesehen ist, ein Dreh- bzw. Radiallager 11 angeordnet ist, das beide Gehäuse 1 und 6 in einer drehbaren Verbindung hält. Vorzugsweise kommt hierfür ein Kreuzrollenlager zum Einsatz, da sich diese Ausführungsform hinsichtlich Quersteifigkeit, axialer Steifigkeit, Gewicht und Reibung sowie im Hinblick auf einen einfachen Einbau als besonders vorteilhaft erweist. Denkbar sind jedoch auch zweireihige, vorgespannten Kugellager bzw. Schrägkugellager.
Hierbei wird gemäß der Erfindung das Radiallager 11, das eine geeignete Ausgestaltung aufweisen kann, durch zwei Befestigungselemente in seiner axialen Position fixiert.
Ein erstes Befestigungselement in der Form eines Gewinderings 12 wird auf ein an dem stirnseitigen Ende des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls M1, das dem zweiten Antriebsmodul M2 zugewandt ist, vorgesehenen Gewinde aufgeschraubt. Das Radiallager 11 wird dadurch zwischen einem Absatz 13 des Gehäuses 1 und dem Gewindering 12 eingespannt.
Ein zweites Befestigungselement in der Form eines Flansch- oder Widerlagerrings 14 wird auf dem stirnseitigen, ringförmigen Ende des Gehäuses 6 des zweiten Antriebsmoduls M2, das dem ersten Antriebsmodul M1 zugewandt ist, befestigt, indem, wie bspw. die Explosionsdarstellung der 2 zeigt, Schrauben 15 den Gehäuseabschnitt der Ringnut 7 durchsetzen und den Flanschring 14 auf diesem Gehäuseabschnitt verspannen. Der Flanschring 14 hält einen gewissen radialen Abstand zu dem Gehäuse 1 des ersten Antriebsmoduls M1.
Der Flanschring 14 weist einen entsprechenden Absatz 16 auf, der das Radiallager 11 dann gegenüber dem Gewindering 12 fixiert. Damit wird eine drehbare Verbindung zwischen beiden Antriebsmodulen M1 und M2 ausgebildet, die als eine Art Universalanschluss konzipiert ist, der es gestattet, dass unterschiedliche Ausgestaltungen des Gehäuses 6 des zweiten Antriebsmoduls M2 an ein und demselben Gehäuse 1 des ersten Antriebsmoduls M1 in drehbarer Weise angeordnet werden können, wie nachfolgend anhand der weiteren Ausführungsbeispiele noch erläutert werden soll.
Die axiale Positionierung des Radiallagers 11 direkt innerhalb der Ringnut 3 des Gehäuses 6 gewährleistet gemäß der Erfindung eine bestmögliche Kraft- und Drehmomentübertragung auf das zweite Achsglied A2.
Dem zweiten Antriebsmodul M2 koaxial gegenüberliegend ist ein drittes Antriebsmodul M3 vorgesehen, dass mit dem ersten Antriebsmodul M1 bspw. mittels Schrauben 17 verschraubt wird.
Das Gehäuse 18 des dritten Antriebsmoduls M3 ist ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet und dient der Aufnahme eines Elektromotors 19 für den Antrieb, auf dessen Ausgestaltung hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Das Gehäuse 18 weist einen Flanschabschnitt 20 auf, der so konzipiert ist, dass er radial umlaufend von dem Gehäuse 1 des ersten Antriebsmodul M1 aufgenommen wird, so dass auch zwischen dem ersten Antriebsmodul M1 und dem dritten Antriebsmodul M3 eine Art Universalanschluss ausgebildet ist.
Der Flanschabschnitt 20 weist radial innenliegend ein erstes Axiallager 21 auf, durch das eine von dem Elektromotor 19 angetriebene, innen gelagerte Antriebswelle 22 an dieser Stelle gelagert ist.
Zu Zwecken einer bestmöglichen Stabilität ist das erste Axiallager 21 in der Höhe der Ringnut 3 des ersten Antriebsmoduls M1 vorgesehen.
Die Antriebswelle 22 ist des Weiteren mittels eines zweiten Axiallagers 23 drehbar gelagert, das in einem Gehäusedeckel 24 angeordnet ist, der das dritte Antriebsmodul M3 nach oben abschließt.
Wie in der 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die radial gestufte und als eine Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 22 teilweise in das Innere des ersten Antriebsmoduls M1.
Wie bereits erwähnt dient das erste Antriebsmodul M1 der Aufnahme eines Getriebes, mit Hilfe von dem die Drehung der Antriebswelle 22 untersetzt werden soll.
Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich hierbei um ein Wellgetriebe, das bekanntermaßen eine hohe Übersetzung und Steifigkeit bietet und bevorzugt im Bereich der Robotik zum Einsatz kommt. Es sind jedoch grundsätzlich auch andere Getriebearten hier denkbar, die die gewünschte Übersetzung liefern.
Die Antriebswelle 22 ist mit dem Eingangselement des Wellgetriebes, einem Innenring 25 des sogenannten Wave-Generators, drehfest verbunden. Der Innenring 25 weist eine elliptische Form auf und trägt ein dünnwandiges Wälzlager 26. Radial außenseitig ist das sogenannte Circular Spline 27 mit einer entsprechenden Innenverzahnung vorgesehen, das sich radial an der Innenseite des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls M1 abstützt. Zwischen dem Wälzlager 27 und dem Circular Spline ist ein Abschnitt des sogenannten Flexspline 28 vorgesehen, der eine Außenverzahnung aufweist und mit dem Circular Spline 27 in Eingriff steht und der das Ausgangselement für das Wellgetriebe bildet. Auf die an sich bekannte Funktionsweise eines Wellgetriebes soll hier nicht näher eingegangen werden.
Das becherförmige Flexspline 28 erstreckt sich axial nach unten auf die Höhe des Radiallagers 11.
Bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform weist das zweite Antriebsmodul M2 eine etwas größere Erstreckung in Axialrichtung der Antriebsvorrichtung auf. Zur Bereitstellung des Abtriebs ist daher das Flexspline 28 mittels Schrauben 29 mit einer Abtriebswelle 30 drehfest verbunden, die das Gehäuse 6 des zweiten Antriebsmoduls M2 durchsetzt. Zu Montagezwecken sind die Schrauben 29 von der Seite des ersten Antriebsmoduls M1 her betätigbar, wie die 4 zeigt.
Die Abtriebswelle 30 weist einen entsprechenden Flansch 31 auf, der die Schrauben 29 aufnimmt. Die Schrauben 29 wiederum sind in Gewindebohrungen eines hülsenartigen Widerlagerrings 32 aufgenommen. Der Widerlagerring 32 und der Flansch 31 schließen einen Flanschabschnitt 33 des becherförmigen Flexspline 28 ein, so dass alle Komponenten drehfest, d. h. drehmomentübertragend miteinander verschraubt werden können.
Der Abtrieb des Wellgetriebes wird daher von dem Flexspline 28 auf die Abtriebswelle 30 des zweiten Antriebsmoduls M2 übertragen.
Dem Flansch 31 axial gegenüberliegend weist die ebenfalls als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 30 einen weiteren Flansch 34 auf, der mittels Schrauben 35 von außen mit dem stirnseitigen Abschnitt des Gehäuses 6 des zweiten Antriebsmoduls M2 drehfest verschraubt wird.
Innerhalb des Gehäuses 6 ist die Abtriebswelle 30 von einer Dichtmanschette 36 umgeben.
Die Übertragung eines Antriebsdrehmoments von dem Motor erfolgt folglich über die Antriebswelle 22, das die entsprechende Untersetzung bereitstellende Wellgetriebe und das Flexspline 28 sowie die Abtriebswelle 30 auf das Gehäuse 6 des zweiten Antriebsmoduls M2, das damit gegenüber dem ersten Antriebsmodul M1 verdreht wird, wobei das Drehmoment über die mit den entsprechenden Nutsteinen 4 zusammenwirkende Ringnut 7 auf das Gehäuse 8 des zweiten Achsglieds A2 übertragen wird, das dadurch gegenüber dem ersten, mit dem ersten Antriebsmodul M1 in einer drehfesten Verbindung stehenden ersten Achsglied A1 verdreht wird.
Auf dem Gehäusedeckel 24 des dritten Antriebsmodul M3 ist ein viertes Antriebsmodul M4 angeordnet, dass die Steuerkomponenten und eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der vom Motor stammenden Eingangsdrehzahlen bzw. Eingangsdrehmomente und der an dem zweiten Antriebsmodul M2 resultierenden Ausgangsdrehzahlen bzw. Ausgangsdrehmomente dient.
Zu diesem Zweck erstreckt sich die Antriebswelle 22 aus dem Gehäuse 18 durch den Deckel 24 bis zu der Seite einer Leiterplatine 37 des vierten Antriebsmoduls M4, die dem Deckel 24 zugewandt ist, und wirkt dort mit entsprechenden Sensoren zusammen.
Wie auch aus der 4 zu erkennen ist, weist das zweite Antriebsmodul M2 eine Sensorwelle 38 auf, die mit dem Flansch 34 und damit drehmomentübertragend mit dem Gehäuse 6 der zweiten Antriebseinheit M2 verbunden ist (s. 10).
Die Sensorwelle 38 erstreckt sich, wie die 1 zeigt, nach oben und durchsetzt in einem gewissen radialen Abstand die Abtriebswelle 30, den Widerlagerring 32, die Antriebswelle 22 und die Leiterplatine 36 bis auf die Seite der Leiterplatine 37, die dem dritten Antriebsmodul M3 gegenüberliegt, um dort mit entsprechenden Sensoren zusammenwirken zu können.
Der erfindungsgemäße modulare Aufbau der Antriebsvorrichtung mit vier Antriebsmodulen M1–M4, die sich durch gleichartig konzipierte Gehäusestrukturen und gleichartig konzipierte und ausgestaltete Verbindungsmechanismen zwischen diesen Gehäusestrukturen kennzeichnen, gestattet es, die Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit der räumlichen, funktionalen und/oder leistungsbezogenen Gegebenheiten und Bedürfnisse innerhalb von bzw. in Bezug auf unterschiedliche Ausgestaltungen der Achsglieder eines Manipulators bzw. eines Roboterarms eines Robotersystems, insbesondere der Leichtbauweise, anzupassen. Mit anderen Worten, die unterschiedlichen Antriebsmodule M1–M4 sollen jeweils für sich austauschbar sein, so dass die Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung adaptierbar ist, wie die Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsformen verdeutlichen soll.
So zeigen die 5 bis 7 eine zweite Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung. Hierbei sind gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen.
Die in diesen Figuren gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen Ausführungsform einerseits dadurch, dass das dritte Antriebsmodul M3 eine größere axiale Erstreckung aufweist, wodurch ein größerer, leistungsstärkerer Elektromotor 39 zum Einsatz kommen kann. Andererseits weist das zweite Antriebsmodul M2 eine kürzere axiale Länge auf.
Das zweite Antriebsmodul M2 weist einen Gehäusedeckel 40 auf, der mittels der Schrauben 15 bei der Befestigung des Flanschrings 14 für das Radiallager 11 mit einem Gehäusering 41 direkt verbunden wird, der die Ringnut 7 für die Anbindung an ein zweites Achsglieds A2 aufweist. Der Gehäusering 41 ist in der oben bereits in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Art und Weise gegenüber dem Gehäuse 1 des ersten Antriebsmoduls M1 drehbar gelagert.
Darüber hinaus weist der Gehäusedeckel 40 einen zylindrischen und hohlen, sich nach innen zu dem ersten Antriebsmodul M1 erstreckenden Abschnitt 42 auf, der mittels Schrauben 43 von der Seite des zweiten Antriebsmoduls M2 her drehfest mit dem Widerlagerring 32 verbunden wird, um den Flanschabschnitt 33 des Flexspline 28 des Wellgetriebes einzuschließen. Der Abschnitt 42 ist noch von einem Dichtring 44 umgeben.
Diese zweite Ausführungsform der Antriebsvorrichtung zeichnet sich folglich durch einen leistungsstärkeren Elektromotor bei gleichzeitig kürzerer Einbaulänge aus.
Um die Einbaulänge noch weiter zu verkürzen, sind bei der in der 8 gezeigten dritten Ausführungsform das zweite Antriebsmodul M2 wie bei der zweiten Ausführungsform und das dritte Antriebsmodul M3 wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Bei der in der 9 gezeigten vierten Ausführungsform sind das zweite Antriebsmodul M2 wie bei der zweiten Ausführungsform und das dritte Antriebsmodul M3 wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, wohingegen das erste Antriebsmodul M1 mit dem Wellgetriebe eine kürzere axiale Länge aufweist.
Das Flexspline 45 und der Widerlagerring 46 zur drehfesten Verbindung mit dem Abschnitt 42 des Gehäusedeckels 40 sind daher in Axialrichtung kürzer ausgebildet.
In der 10 ist eine fünfte Ausführungsform der Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Bei dieser ist das erste Antriebsmodul M1 mit dem Wellgetriebe wie bei der vierten Ausführungsform ausgebildet, während das dritte Antriebsmodul M3 und das zweite Antriebsmodul M2 wie bei der ersten Ausführungsform verwirklicht sind. In dieser 10 ist zu erkennen, dass die Sensorwelle 38 einen Flansch 47 aufweist, der mittels Schrauben 48 mit dem Flansch 34 der Abtriebswelle 30 verbunden wird. Auf diese Art und Weise kann die Sensorwelle 38 abschließend eingebaut werden, nachdem alle Antriebsmodule M1 bis M4 montiert wurden.
Wie in der 2 zu erkennen ist, werden beim Montieren des vierten Antriebsmoduls M4 auf dem dritten Antriebsmodul M3 Verbindungszapfen 49, die auch als Abstandshalter dienen, in entsprechenden Öffnungen 50 in dem Gehäusedeckel 24 aufgenommen, bspw. über eine entsprechende Presspassung. Dabei kommt auch ein motorseitiger Stecker 51 in Eingriff mit einer platinenseitigen Buchse 52 zur Bereitstellung des Motoranschlusses.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/099511 A2 [0004]
DE 102015012960 [0023, 0070]

Claims

Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern (A1, A2) eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds (A2) gegenüber dem anderen Achsglied (A1), mit einem ersten Antriebsmodul (M1), das mittels zumindest eines Verbindungselements (3) kraft- und drehmomentübertragend mit einem ersten Achsglied (A1) verbindbar ist, und mit einem zweiten Antriebsmodul (M2), das mittels zumindest eines Verbindungselements (7) kraft- und drehmomentübertragend mit einem zweiten Achsglied (A2) verbindbar ist, wobei das zweite Antriebsmodul (M2) koaxial zu dem ersten Antriebsmodul (M1) angeordnet und gegenüber diesem drehbar gelagert ist, wobei die Verbindungselemente (3; 7) ausgebildet sind, um in Radialrichtung zu der Drehachse der Antriebsvorrichtung mit den Achsgliedern (A1, A2) zusammenzuwirken.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Antriebsmodul (M1) und das zweite Antriebsmodul (M2) als rotationssymmetrische Bauteile ausgestaltet sind und die Verbindungselemente (3; 7) den gleichen Durchmesser aufweisen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verbindungselemente als radial umlaufende Nuten (3; 7) ausgebildet sind, die auf einer gemeinsamen gedachten Mantelfläche liegen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die weiteren Gehäuseabschnitte der Bauteile radial nach innen versetzt sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Antriebsmodul (M1) und das zweite Antriebsmodul (M2) abschnittsweise ineinandergreifen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der zwischen einem radial außenliegenden Abschnitt (9) des Gehäuses (1) des ersten Antriebsmoduls (M1) und einem radial innenliegenden Abschnitt (10) des Gehäuses (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) zumindest ein Radiallager (11) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der diese Abschnitte (9; 10) in Radialrichtung innerhalb des Verbindungselements (7) des zweiten Antriebsmoduls (M2) angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Radiallager (11) durch ein erstes Befestigungselement (14), das an einem dem ersten Antriebsmodul (M1) zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) anordenbar ist, und durch ein zweites Befestigungselement (12), das an einem dem zweiten Antriebsmodul (M2) zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses (1) des ersten Antriebsmoduls (M1) anordenbar ist, in seiner axialen Position fixierbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein drittes Antriebsmodul (M3), das einen Motor (19; 39) aufweist, an dem Gehäuse (1) des ersten Antriebsmoduls (M1), dem zweiten Antriebsmodul (M2) koaxial gegenüberliegend, befestigbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der das dritte Antriebsmodul (M3) und das erste Antriebsmodul (M1) abschnittsweise ineinandergreifen.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der in dem dritten Antriebsmodul (M3) eine von dem Motor (19; 13) antreibbare Antriebswelle (22) drehbar gelagert ist, die sich in das erste Antriebsmodul (M1) erstreckt und mit einem Eingangselement (25) eines Getriebes verbindbar ist, das in dem ersten Antriebsmodul (M1) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der ein Ausgangselement (28) des Getriebes mit dem zweiten Antriebsmodul (M2) drehfest verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Ausgangselement (28) des Getriebes mit einer Abtriebswelle (30) verbindbar ist, die mit dem Gehäuse (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) drehfest verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Antriebswelle (22) und die Abtriebswelle (30) jeweils als eine Hohlwelle ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der stirnseitig auf dem dritten Antriebsmodul (M3), dem ersten Antriebsmodul (M1) koaxial gegenüberliegend, ein viertes Antriebsmodul (M4) anordenbar ist, das eine Sensorvorrichtung aufweist, und sich die Antriebswelle (22) aus dem dritten Antriebsmodul (M3) bis zu der Seite des vierten Antriebsmoduls (M4) erstreckt, die dem dritten Antriebsmodul (M3) zugewandt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der das zweite Antriebsmodul (M2) mit einer Sensorwelle (38) drehfest verbunden ist, die die Antriebswelle (22) unter einem radialen Abstand durchsetzt und sich bis zu der dem dritten Antriebsmodul (M3) gegenüberliegenden Seite des vierten Antriebsmoduls (M4) erstreckt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der das dritte Antriebsmodul (M3) ausgestaltet ist, mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des vierten Antriebsmoduls (M4) zusammenzuwirken.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei der das erste Antriebsmodul (M1) ausgestaltet ist, mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des dritten Antriebsmoduls (M3) zusammenzuwirken.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das erste Antriebsmodul (M1) ausgestaltet ist, mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des zweiten Antriebsmoduls (M2) in einer drehbaren Lagerung zusammenzuwirken.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der das dritte Antriebsmodul (M3) und das zweite Antriebsmodul (M2) ausgestaltet sind, mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des ersten Antriebsmoduls (M1) zusammenzuwirken.
Antriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Verbindungselement (3) des ersten Antriebsmoduls (M1) mit dessen Gehäuse (1) und das Verbindungselement (7) des zweiten Antriebsmoduls (M2) mit dessen Gehäuse (6) einstückig ausgebildet sind.
Roboter mit einem Manipulator aus mehreren Achsgliedern (A1, A2) aufweisend eine Antriebsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 21 in zumindest einem zwischen Achsgliedern (A1, A2) des Manipulators angeordneten Gelenk.
Verfahren zur Herstellung einer Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern (A1, A2) eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds (A2) gegenüber dem anderen Achsglied (A1), wobei die Antriebsvorrichtung mehrere Antriebsmodule (M1, M2, M3, M4) aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch Verbinden eines ersten Antriebsmoduls (M1) mit einem zweiten Antriebsmodul (M2) durch folgende Schritte: – Befestigen eines Radiallagers (11) auf einem Abschnitt (9) des Gehäuses (1) des ersten Antriebsmoduls (M1), indem ein Befestigungselement (12) an einem dem zweiten Antriebsmodul (M2) zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses (1) des ersten Antriebsmoduls (M1) angebracht wird; – teilweises Einfügen des ersten Antriebsmoduls (M1) in das zweite Antriebsmodul (M2), so dass ein Abschnitt (10) des Gehäuses (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) das Radiallager (11) übergreift; – Befestigen des Radiallagers (11) auf dem Abschnitt (10) des Gehäuses (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2), indem ein Befestigungselement (14) an einem dem ersten Antriebsmodul (M1) zugewandten stirnseitigen Ende des Gehäuses (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) angebracht wird, so dass das Radiallager (11) in einer axialen Position zwischen dem Gehäuse (1) des ersten Antriebsmoduls (M1) und dem Gehäuse (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) eingeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das erste Antriebsmodul (M1) ein Getriebe aufweist, weiter aufweisend: – Verbinden eines Ausgangselements (28) des Getriebes mit dem Gehäuse (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) von der Getriebeseite her und/oder von der Seite des zweiten Antriebsmoduls (M2) her.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das zweite Antriebsmodul (M2) eine Abtriebswelle (30) aufweist, weiter aufweisend: – Verbinden der Abtriebswelle (30) mit dem Gehäuse (6) des zweiten Antriebsmoduls (M2) und mit dem Ausgangselement (28) des Getriebes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, weiter aufweisend: – Befestigen eines dritten Antriebsmoduls (M3), das einen Motor (19; 39) mit einer Antriebswelle (22) aufweist, mit dem Gehäuse (1) des ersten Antriebsmoduls (M1) auf der dem zweiten Antriebsmodul (M2) gegenüberliegenden Seite unter Verbindung der Antriebswelle (22) mit einem Eingangselement (25) des Getriebes.
Verfahren nach Anspruch 26, weiter aufweisend: – Befestigen eines vierten Antriebsmoduls (M4) an dem dritten Antriebsmodul (M3) koaxial gegenüber dem ersten Antriebsmodul (M1) unter Verwirklichung eines Motoranschlusses (51, 52).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Antriebswelle (22) und die Abtriebswelle (30) jeweils als Hohlwelle ausgestaltet sind, das vierte Antriebsmodul (M4) eine Öffnung aufweist und das zweite Antriebsmodul (M2) drehfest mit einer Sensorwelle (38) verbunden ist, weiter aufweisend: – Hindurchführen der Sensorwelle (38) durch die Antriebswelle (11) des dritten Antriebsmoduls (M3), durch die Abtriebswelle (30) des zweiten Antriebsmoduls (M2) und durch die Öffnung des vierten Antriebsmoduls (M4) in einem radialen Abstand.