DE112004001014T5

DE112004001014T5 - Roboterarm, der ein Handgelenkgehäuse aufweist, das bewegbar durch eine Haltevorrichtung angebracht ist

Info

Publication number: DE112004001014T5
Application number: DE112004001014T
Authority: DE
Inventors: Görgen Johansson
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-04-20
Also published as: SE0301754D0; US20060288550A1; CN100522510C; WO2004110703A1; CN1798638A

Abstract

Industrieroboter (1), der einen Roboterarm aufweist, der mit einem Handgelenk (7) versehen ist, das ein Handgelenkgehäuse aufweist, welches beweglich auf dem Roboterarm (6) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handgelenkgehäuse eine Haltevorrichtung (9) aufweist, um mit ihr schwenkbar in einem Freiheitsgrad ein sich drehendes Roboterwerkzeug zu verbinden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Industrieroboter.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmliche Industrieroboter weisen zumindest einen Roboterarm auf, der an seinem distalen Ende mit einem Handgelenk versehen ist. Das Handgelenk weist ein Handgelenkgehäuse mit einer Haltervorrichtung auf, beispielsweise einem gabelförmigen Fortsatz, in welcher eine Kippanordnung gehaltert ist. Das Handgelenk dreht sich um eine erste Achse, die parallel zur Zentrumslinie in Längsrichtung des Roboterarms verläuft. Das Handgelenk weist weiterhin eine Drehscheibe auf, auf welcher ein Roboterwerkzeug oder ein anderes, gewünschtes Zusatzgerät angebracht ist. Die Drehscheibe ist so ausgebildet, dass sie sich um eine zweite Achse dreht, die in einem Winkel zur ersten Achse auf der Drehscheibe angeordnet ist, um das Roboterwerkzeug zu positionieren. Ein derartiger Industrieroboter ist beispielsweise im US-Patent Nr. 6125715 beschrieben. Ein Nachteil bei einem derartigen Roboter besteht darin, dass eine Versetzung zwischen dem Drehzentrum der Drehscheibe und dem Roboterwerkzeug vorhanden ist, wodurch der Roboter unerwünscht flexibel wird, was seine Leistung negativ beeinflusst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Industrieroboters, der eine verbesserte Werkzeughalterbaugruppe aufweist.
Dieses Ziel und andere Ziele der Erfindung werden durch einen Industrieroboter erreicht, der die im Patentanspruch angegebenen Merkmale aufweist, nämlich einen Industrieroboter, der einen Roboterarm aufweist, der mit einem Handgelenk versehen ist, das ein Handgelenkgehäuse aufweist, das bewegbar auf dem Roboterarm angebracht ist, und eine Haltevorrichtung aufweist, um schwenkbar mit einem Freiheitsgrad ein sich drehendes Roboterwerkzeug hieran anzubringen.
Das drehbare Roboterwerkzeug ist daher mit dem Roboterhandgelenk vereinigt, wodurch daher beträchtlich die Steifigkeit des das Werkzeug halternden Roboterarms verbessert wird, und daher die Steifigkeit und Stabilität des Roboters, wodurch entsprechend die Leistung des erfindungsgemäßen Roboters verbessert wird. Spiel zwischen der Drehscheibe und dem sich drehenden Roboterwerkzeug und eine Versetzung zwischen dem Zentrum der Drehscheibe und dem Zentrum des sich drehenden Roboterwerkzeugs werden dadurch ausgeschaltet, dass die Drehscheibe weggelassen wird, und das sich drehende Roboterwerkzeug direkt auf dem Handgelenk angebracht wird. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Roboter weniger kostenaufwendig und einfacher herzustellen als ein herkömmlicher Roboter.
Die Erfindung ist bei jeder Art eines Industrieroboters einsetzbar, der zumindest einen beweglichen oder festen Roboterarm aufweist, der mit einem Handgelenk versehen ist, das beweglich auf dem Roboterarm angebracht ist. Wenn ein vorhandener Industrieroboter mit sechs Achsen gemäß der Erfindung abgeändert wird, weist der erfindungsgemäße Industrieroboter nur fünf Achsen auf, da die sechste Achse dadurch weggefallen ist, dass die Drehscheibe durch das sich drehende Roboterwerkzeug ersetzt ist. Für Anwendungen wie Fräsen und Rührreibschweißen, bei welchen das sich drehende Werkzeugzusatzgerät, das von dem Roboter gehalten wird, symmetrisch ist, ist die sechse Achse funktionslos. Es ist daher ausreichend, fünf Achsen einzusetzen, wobei immer noch die gleiche Leistung in Bezug auf die Reichweite erzielt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das sich drehende Roboterwerkzeug eine Antriebsvorrichtung auf, beispielsweise einen Motor, und/oder eine Getriebebaugruppe, beispielsweise ein Kegelradgetriebe.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung stellt die Haltevorrichtung eine Drehachse senkrecht zur Drehachse des sich drehenden Roboterwerkzeugs zur Verfügung, so dass sich das drehbare Roboterwerkzeug um zumindest bis zu 180 ° um die Drehachse drehen kann, die von der Haltevorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kreuzt die Drehachse des sich drehenden Roboterwerkzeugs die von der Haltevorrichtung zur Verfügung gestellte Drehachse in einem Winkel ungleich 90°.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Handgelenk auf einem oberen Roboterarm angebracht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung hydraulisch angetrieben, um so viel Leistung wie möglich zu erzielen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung elektrisch angetrieben, und wird entweder durch die Energieversorgung des Industrieroboters oder durch eine getrennte Energieversorgung versorgt. Die Energieversorgung ist in dem Gehäuse des sich drehenden Roboterwerkzeugs aufgenommen, oder es wird alternativ Energie der Antriebsvorrichtung des sich drehenden Roboterwerkzeugs über Kabel zugeführt, die sich entlang dem Handgelenk erstrecken, und durch die Haltevorrichtung, von der Energieversorgung des Roboters aus.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung so ausgebildet, dass sie das sich drehende Roboterwerkzeug mit konstanter Drehzahl antreibt. Alternativ weist die Antriebsvorrichtung eine Vorrichtung zum Ändern ihrer Drehzahl auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das sich drehende Roboterwerkzeug ein symmetrisches, sich drehendes Roboterwerkzeug, beispielsweise ein Fräswerkzeug oder ein Rührreibschweißwerkzeug. Der Industrieroboter gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders, jedoch nicht hierauf beschränkt, dazu geeignet, eine Aufgabe wie Fräsen oder Rührreibschweißen auszuführen, oder jede andere Art von Arbeit, beispielsweise Schneiden, Schleifen, Polieren, oder eine Zusammenbauarbeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten durch Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei
1 einen Industrieroboter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 das Handgelenk eines Industrieroboters zeigt, mit direkter Halterung eines Motors, der ein Werkzeugzusatzgerät antreibt,
3 eine Seitenansicht des Handgelenks mit vereinigtem Motor von 2 zeigt,
4 eine Werkzeughalterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5a und 5b eine Werkzeughalterbaugruppe gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung zeigen, und
6 einen Industrieroboter nach dem Stand der Technik zeigt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstabstreu sind, und dass die Größe bestimmter Merkmale übertrieben dargestellt ist, zur Verdeutlichung.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt einen Industrieroboter 1, der einen Manipulator 2 und dessen Steuereinheit 3 aufweist. Der Roboter 1 weit einen Ständer 4 auf, der drehbar auf einem Roboterfuß 5 angebracht ist, wodurch ermöglicht wird, dass er sich um eine Vertikalachse A drehen kann. Der Roboter 1 weist einen Roboterarm 6 auf, der aus einem unteren Arm 6a und einem oberen Arm 6b besteht. Der untere Roboterarm 6a ist schwenkbar um eine Achse B angebracht, und haltert den oberen Arm 6b des Roboters. Der untere und der obere Arm werden um eine Achse C verschwenkt. Der obere Arm 6b kann sich um eine Achse D drehen, die mit der Längsachse des oberen Arms 6b übereinstimmt.
Ein Handgelenk 7 ist an dem distalen Ende des oberen Arms 6b angebracht. Das Handgelenk 7 weist eine Haltevorrichtung 9 zur schwenkbaren Verbindung mit einem Freiheitsgrad mit einem sich drehenden Roboterwerkzeug auf, der einen Spindelmotor 8 aufweist, der so angeordnet ist, dass er ein sich drehendes Werkzeugzusatzgerät antreibt. Der Spindelmotor 8 ist mit einem Adapter 10 versehen, auf welchem ein sich drehendes Werkzeugzusatzgerät angebracht werden kann. Das sich drehende Roboterwerkzeug ist beispielsweise eine Bohrmaschine, und das sich drehende Werkzeugzusatzgerät ist ein Bohrer. Die Bohrmaschine weist eine Energieversorgung innerhalb des Gehäuses der Bohrmaschine auf. Bei Energieversorgung veranlasst die Ausgangswelle des Spindelmotors 8, dass sich das sich drehende Roboterwerkzeug um die Achse 11 mit hoher Geschwindigkeit dreht. Die Drehachse des Spindelmotors 11 befindet sich in einem Winkel von 90° in Bezug auf die Drehachse (E), die von der Haltevorrichtung 9 zur Verfügung gestellt wird.
2 zeigt ein Handgelenk 7, das eine Haltervorrichtung in Form eines gabelartigen Fortsatzes 12 aufweist. Die Haltervorrichtung 12 haltert ein sich drehendes Roboterwerkzeug, das einen Spindelmotor 8 aufweist. Der Spindelmotor 8 ist schwenkbar auf der Handgelenkhaltervorrichtung 12 über eine Haltevorrichtung 9 angebracht. Der Spindelmotor 8 weist einen Adapter 10 auf, auf welchem ein sich drehendes Werkzeugzusatzgerät angebracht ist.
3 zeigt eine Seitenansicht des Handgelenks 7 mit einem vereinigten Motor 8, gezeigt in 2.
4 zeigt eine Werkzeughalterbaugruppe, bei welcher Kegelräder 13 zwischen einem Motor 8, der auf der Haltervorrichtung 12 angebracht ist, und dem Adapter 10 vorgesehen sind.
5a zeigt eine Werkzeughalterbaugruppe, bei welcher ein Motor 8 auf der Haltervorrichtung 12 über eine einzelne Haltevorrichtung 9 angebracht ist. Der Motor 8 ist in dem Gehäuse des Roboterwerkzeugs aufgenommen. 5b zeigt eine Werkzeughalterbaugruppe, bei welcher Kegelräder 13 zwischen einem Motor 8, der auf der Haltervorrichtung 12 angebracht ist, und dem Adapter 10 vorgesehen sind. Der Motor 8 befindet sich außerhalb des Gehäuses des Roboterwerkzeugs.
6 zeigt einen herkömmlichen Industrieroboter mit sechs Achsen (A, B, C, D, E und F) nach dem Stand der Technik. Die Bezugszeichen 1 bis 7 bezeichnen die gleichen Merkmale wie in 1. Das Handgelenk 7 des herkömmlichen Roboters weist eine Drehscheibe 14 auf. Ein sich drehendes Roboterwerkzeug ist auf der Drehscheibe 14 angebracht. Die Drehscheibe dreht sich um die Achse F, um das sich drehende Roboterwerkzeug zu positionieren. Es ist eine Versetzung zwischen dem Drehzentrum der Drehscheibe 14 und dem Drehzentrum des sich drehenden Roboterwerkzeugs vorhanden. Wie aus einem Vergleich der 1 und 6 hervorgeht, weist der erfindungsgemäße Roboter (gezeigt in 1) nur fünf Achsen A, B, C, D und E auf, wobei die sechste (F) durch die Drehachse 11 des sich drehenden Roboterwerkzeugs ersetzt ist.
Die Erfindung ist nicht auf irgendeine Art und Weise auf ihre voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern Fachleuten werden viele Möglichkeiten für Abänderungen auffallen, ohne von der grundlegenden Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen angegeben ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Industrieroboter (1) weist einen Roboterarm auf, der mit einem Handgelenk (7) versehen ist, das ein Handgelenkgehäuse aufweist, das beweglich auf dem Roboterarm (6) angebracht ist, wobei das Handgelenkgehäuse eine Haltevorrichtung (9) aufweist, um schwenkbar in einem Freiheitsgrad ein sich drehendes Roboterwerkzeug an ihr anzubringen.

Claims

Industrieroboter (1), der einen Roboterarm aufweist, der mit einem Handgelenk (7) versehen ist, das ein Handgelenkgehäuse aufweist, welches beweglich auf dem Roboterarm (6) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Handgelenkgehäuse eine Haltevorrichtung (9) aufweist, um mit ihr schwenkbar in einem Freiheitsgrad ein sich drehendes Roboterwerkzeug zu verbinden.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sich drehende Roboterwerkzeug eine Antriebsvorrichtung aufweist, beispielsweise einen Motor (8).
Industrieroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (9) eine Drehachse (E) senkrecht zur Drehachse (11) des sich drehenden Roboterwerkzeugs zur Verfügung stellt.
Industrieroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (11) des sich drehenden Roboterwerkzeugs die Drehachse (E), die von der Haltevorrichtung (9) zur Verfügung gestellt wird, in einem Winkel ungleich 90° kreuzt.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handgelenk (7) drehbar auf dem Roboterarm angebracht ist.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handgelenk (7) auf einem oberen Roboterarm (6b) angebracht ist.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) hydraulisch angetrieben wird.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) elektrisch angetrieben wird.
Industrieroboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) durch die Energieversorgung des Industrieroboters mit Energie versorgt wird.
Industrieroboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) durch eine getrennte Energieversorgung mit Energie versorgt wird.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) so ausgebildet ist, dass sie das sich drehende Roboterwerkzeug mit konstanter Drehzahl antreibt.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (8) eine Vorrichtung zum Ändern ihrer Drehzahl aufweist.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sich drehende Roboterwerkzeug ein symmetrisches, sich drehendes Roboterwerkzeug ist.
Industrieroboter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sich drehende Roboterwerkzeug ein Fräswerkzeug ist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das sich drehende Roboterwerkzeug ein Rührreibschweißwerkzeug ist.