DE19514812A1

DE19514812A1 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE19514812A1
Application number: DE19514812A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takizawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1995-11-02
Also published as: JP3413730B2; US5640883A; SE9501436D0; SE516473C2; KR950031399A; JPH07290381A; SE9501436L

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter. Sie bezieht sich insbesondere auf einen Hori zontalgelenkroboter des sog. "Vollerde-Typs".

Im allgemeinen besitzt ein Horizontalgelenkroboter einen Basisständer, einen ersten Arm, der so installiert ist, daß er in einer horizontalen Ebene rotieren kann, wobei ein longitudina les Ende des ersten Arms das Rotationszentrum bildet und der Basisständer als zentrale Achse dient, sowie einen zweiten Arm, der so installiert ist, daß er in einer horizontalen Ebene rotieren kann, wobei sein longitudinales Ende das Drehzentrum bildet und das ande re longitudinale Ende des ersten Arms als zentrale Rotationsachse dient. Ein Antriebsme chanismus, der als Antriebseinheit für den zweiten Arm dient, ist im allgemeinen entweder an dem zweiten Arm selbst oder an dem ersten Arm befestigt. Der Antrieb des zweiten Arms durch den entsprechenden Antriebsmechanismus wird in diesem Fall durch die Be wegung des ersten Arms beeinträchtigt, wobei das Problem auftritt, daß die Beschleuni gung und die Verzögerung nicht unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Als Mittel zur Lösung dieses Problems wurde ein Roboter vom sog. Vollerde-Typ vorge schlagen. Dieser ist in den japanischen Offenlegungsschriften 06-68192 und 06-64339 of fenbart, deren korrespondierende Patentanmeldungen in den USA am . . . eingereicht wur den.

Bei einem Roboter vom Vollerde-Typ ist die zweite Armantriebseinheit für den Antrieb des zweiten Arms weder an dem ersten noch an dem zweiten Arm befestigt. Statt dessen ist ein solcher Roboter so aufgebaut, daß die zweite Armantriebseinheit an der Basis befestigt ist, um den Einfluß des ersten Arms auf die Bewegung des zweiten Arms zu verringern. Außerdem besitzt der oben erwähnte Roboter vom Vollerde-Typ im allgemeinen am Ende des zweiten Arms eine RZ-Welle. Die RZ-Welle ist auch als Arbeitswelle bekannt und dient typischerweise zur Installierung eines RZ-Werkzeugs, das in der vertikalen Richtung (oder Z- Richtung) expandiert und kontraktiert wird und gleichzeitig in der R-Richtung rotiert. Der An triebsmechanismus für den Antrieb der RZ-Welle ist normalerweise an dem zweiten Arm angebracht.

Im Falle des oben beschriebenen Roboters vom Vollerde-Typ ist jedoch der gesamte An triebsmechanismus der RZ-Welle an dem zweiten Arm montiert. Zur Beibehaltung einer absolut konstanten relativen Position für den Positionswinkel der R-Achse des zweiten Arms unabhängig von den Positionen des ersten und des zweiten Arms ist deshalb eine Steuerung vorzusehen, die den Positionswinkel der R-Achse in Abhängigkeit von den Posi tionen des ersten und des zweiten Arms korrigiert.

Dadurch werden die Steuerungen kompliziert, und vor allem kann sich die Richtung der R- Achse während deren Bewegung ändern, wobei sie Positionsänderungen des ersten und zweiten Arms begleitet, die unter anderem auf eine Lücke in der Servosteuerung zurückzu führen sind. Infolgedessen ist eine präzise Steuerung der R-Achse problematisch.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, in dem ein Industrieroboter zur Verfügung gestellt wird, der zur Implementierung der präzisen Steuerung der als Arbeitswelle dienenden Drehachse verwendet werden kann, wobei da durch, daß die relativen Positionen der Drehachse des ersten und des zweiten Arms einan der aufheben, so daß während der Bewegung der Drehachse durch die Positionsänderun gen des ersten und zweiten Arms keine Schwankungen in der erzeugt werden.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist der Industrieroboter auf:
eine Basis,
einen von der Basis getragenen ersten Arm, der in einer horizontalen Ebene drehbar ist,
wobei ein erstes longitudinales Ende des ersten Arms das Drehzentrum bildet,
einen zweiten Arm, der von dem anderen longitudinalen Ende des ersten Arms getragen ist,
eine in vertikaler Richtung eingestellte Drehachse an einem longitudinalen Ende des zweiten Arms,
eine zweite Armantriebseinheit zum Drehen des zweiten Arms, die etwa im Rotations zentrum des ersten Arms so montiert ist, daß eine Drehung relativ zu der Basis verhindert ist,
einen Achsenkern zur Lagerung des ersten und des zweiten Arms derart, daß der erste und der zweite Arm frei drehbar sind,
eine Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die den Achsenkerns relativ zu der Basis in einem konstanten Winkel hält,
eine Drehachsenantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse, die an dem zweiten Arm frei drehbar montiert sind, und
eine Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs, die den Drehwinkel der Drehachsenantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Dreh winkel des Achsenkerns.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Industrieroboter auf:
eine Basis,
einen von der Basis getragenen ersten Arm, der in einer horizontalen Ebene drehbar ist,
wobei ein erstes longitudinales Ende des ersten Arms das Drehzentrum bildet,
einen zweiten Arm, der von dem anderen longitudinalen Ende des ersten Arms getragen ist,
eine in vertikaler Richtung eingestellte Drehachse an einem longitudinalen Ende des zweiten Arms,
eine zweite Armantriebseinheit zum Drehen des zweiten Arms, die etwa im Rotations zentrum des ersten Arms so montiert ist, daß eine Drehung relativ zu der Basis verhindert ist,
einen Achsenkern zur Lagerung des ersten und des zweiten Arms derart, daß der erste und der zweite Arm frei drehbar sind,
eine Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die den Achsenkerns relativ zu der Basis in einem konstanten Winkel hält,
eine Axialantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse in axialer Richtung, die an dem zweiten Arm frei drehbar angeordnet sind, und
eine Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs, die den Drehwinkel der Axialantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Drehwinkel des Achsen kerns.

Die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle weist auf:
eine basisfeste Scheibe, deren Zentrum annähernd mit der Achse der Drehung des er sten Arms um die Basis zusammenfällt,
eine Planetenscheibe, die auf dem Achsenkern montiert ist, und
einen um die basisfeste Scheibe und die Planetenscheibe geschlungenen Erde-Riemen.

Außerdem ist die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs des Industrieroboters vorzugsweise ausgestattet mit
einer auf der Drehachsenantriebseinrichtung angeordneten Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung,
einer auf dem Achsenkern angeordneten Scheibe zur Richtungseinstellung und
einem um die Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung und die Scheibe zur Rich tungseinstellung geschlungenen Riemen zur Einstellung der Richtung der Drehachse.

Die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs des Industrieroboters ist vorzugsweise ausgestattet mit
einer auf dem Achsenkern angeordneten Scheibe zur Einstellung der Achsenrichtung und
einem um die Scheibe zur Richtungseinstellung und die Scheibe zur Einstellung der Achsenrichtung geschlungenen Riemen zur Einstellung der Achsenrichtung.

Die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle hat dafür zu sorgen, daß die Kernwelle relativ zu der Basis einen festen Drehwinkel beibehält.

Die Drehwellen-Antriebseinrichtung, die an dem zweiten Arm so angeordnet ist, daß sie frei rotieren kann, hat die Aufgabe, die Drehachse zu drehen. Die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs bewirkt, daß der Drehwinkel der Drehachsen-Antriebsein richtung auf dem gleichen Wert gehalten wird, wie der Drehwinkel der Kernwelle.

Die axiale Antriebseinrichtung, die an dem zweiten Arm frei drehbar angeordnet ist, bewegt die Drehachse in axialer Richtung. Die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs hält den Drehwinkel der axialen Antriebsvorrichtung auf dem gleichen Wert wie den Drehwinkel der Kernwelle.

Die Drehwellen-Antriebsvorrichtung und die axiale Antriebsvorrichtung, die an dem zweiten Arm frei drehbar angeordnet sind, drehen und bewegen die Drehachse, wobei die Abwei chungswinkel relativ zur Drehung des ersten Arms unverändert beibehalten werden. Auf diese Weise können die Drehung und axiale Bewegung der Drehachse, die als Arbeits achse dient, gesteuert werden, ohne daß die Positionen des ersten und des zweiten Arms verändert werden.

Alle diese Funktionen führen dazu, daß sich die relativen Positionen der Drehachse gegen über dem ersten und dem zweiten Arm gegenseitig aufheben. Dadurch werden wiederum Schwankungen in der Richtung der Drehachse eliminiert, die während der Bewegung der Drehachse aufgrund der Positionsveränderungen des ersten und zweiten Arms auftreten.

Fig. 1 zeigt die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle und die Einrich tung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine Arbeitswelle, die Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Dreh antriebs und eine Einrichtung zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs des zweiten Arms,

Fig. 3 zeigt u. a. die Antriebseinheiten des ersten Arms und des zweiten Arms,

Fig. 4 zeigt den Mechanismus des ersten Arms,

Fig. 5 zeigt den Mechanismus des zweiten Arms.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei diese im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher be schrieben.

Es sei erwähnt, daß die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich bevor zugte ausgeführte Implementierungsbeispiele der Erfindung darstellen, die verschiedene Beschränkungen enthalten, die vom technischen Standpunkt aus für nützlich gehalten wer den. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch diese den Ausführungsbei spielen auferlegten Beschränkungen nicht beschränkt, außer wenn dies in der folgenden Beschreibung ausdrücklich angegeben ist.

Anhand von Fig. 1 bis 3 sei ein Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters erläutert, in dem die vorliegende Erfindung verkörpert ist.

Fig. 1 zeigt Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines Industrieroboters gemäß der Erfindung. Es handelt sich um die Einrichtung 100 zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle und die Einrichtung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs.

In Fig. 2 sind eine an einem zweiten Arm 11 angeordnete Arbeitswelle 10, die Einrichtung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs und eine Einrichtung 300 zur Ein haltung der Winkelstellung des Antriebs in axialer Richtung dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Konfiguration eines Systems für den Antrieb eines ersten Arms 3 und des zweiten Arms 11 sowie weitere Komponenten.

Zunächst seien anhand von Fig. 3 der erste Arm 3, der zweite Arm 11 und das System für den Antrieb des ersten und des zweiten Arms 3 bzw. 11 beschrieben.

Eine in der Zeichnung dargestellte erste Armantriebseinheit 1 umfaßt einen Motor für den Antrieb des ersten Arms 3 und ein Untersetzungsgetriebe. Wenn die erste Armantriebsein heit 2 relativ zu einer Basis B in einer festen Richtung rotiert, überträgt sie eine Drehkraft auf eine Antriebsdrehachse, die den ersten Arm 3 als Ganzes bewegt.

Eine zweite Armantriebseinheit 2, die ebenfalls in der Zeichnung dargestellt ist, umfaßt ei nen Motor für den Antrieb des zweiten Arms 11 und ein Untersetzungsgetriebe, das mit ei ner Ausgangswelle des Motors verbunden ist. Ähnlich wie die erste Armantriebseinheit 1 dreht sich auch die zweite Armantriebseinheit 2 relativ zu der Basis B in einer festen Rich tung. Die von dem Motor abgegebene untersetzte Antriebskraft wird auf eine Riemen scheibe 5 zum Antrieb eines Treibriemens übertragen und dreht diese. Die erste Arman triebseinheit 1 und die zweite Armantriebseinheit 2 sind beide an einem Ende 3b des er sten Arms 3 montiert.

Um die Treibriemen-Antriebsscheibe 5 und eine zweite Riemenscheibe 6 für den Axialan trieb ist ein Treibriemen 4 geschlungen. Die von der zweiten Armantriebseinheit 2 erzeugte Antriebskraft wird auf die zweite Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb übertragen. Als Treibriemen 4 wird üblicherweise ein Stahlriemen verwendet.

Die zweite Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb, die drehbar an dem anderen Ende 3a des ersten Arms 3 angeordnet ist, ist hohl, so daß in ihrem Inneren weitere Mechanismen an geordnet werden können.

Das Zentrum des zweiten Arms 11 ist an der zweiten Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb fixiert. Die Arbeitswelle 10 ist an einem Ende 11 a des zweiten Arms 11 montiert. An dem entgegengesetzten Ende 11 b auf der anderen Seite des zweiten Arms sind ein Z-Achsen- Motor 9 und ein R-Achse-Motor 8 angeordnet. Der Z-Achsen-Motor 9 und der R-Achsen- Motor 8 sind vorzugsweise über dem zweiten Arm angeordnet.

Die Arbeitswelle 10 ist die sog. Werkzeugmontageachse, die in vertikaler Richtung (oder in Z-Richtung) verschiebbar ist und in Achsendrehrichtung (oder R-Richtung) rotieren kann. Ein an der Arbeitswelle 10 montiertes Werkzeug oder dergleichen kann leicht angesetzt und entfernt werden. Der Z-Achsen-Motor 9 bildet ein axiales Antriebsmittel zur Verschiebung der Arbeitswelle 10 in vertikaler Richtung (oder in Z-Richtung). Der R-Achsen-Motor 8 ist ein Drehachsen-Antriebsmittel, mit dessen Hilfe die Arbeitswelle 10 in Achsendrehrichtung (oder R-Richtung) gedreht werden kann.

Als nächstes sei anhand von Fig. 3 das Funktionsprinzip eines Systems für den Antrieb die ser Komponenten erläutert. Die erste Armantriebseinheit 1 überträgt eine Drehkraft auf den ersten Arm 3 und bewirkt, daß dieser sich dreht, wobei die erste Armantriebseinheit 1 das Drehzentrum bildet.

Die zweite Armantriebseinheit 2 rotiert mit der gleichen Phase wie die erste Arman triebseinheit 1, so daß die Lage des zweiten Arms 11 durch die Drehung des ersten Arms 3 nicht verändert wird.

Das heißt, die Treibriemen-Antriebsscheibe 5 wird von der zweiten Armantriebseinheit 2 gedreht und überträgt eine Drehkraft auf die zweite Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb, wobei der Treibriemen 4 als Kraftübertragungsmittel dient. Die zweite Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb dreht sich entsprechend. Die Drehung der zweiten Axialantriebsscheibe bewirkt wiederum, daß der zweite Arm 11, der an der zweiten Riemenscheibe 6 für den Axialantrieb fixiert oder befestigt ist, gedreht wird.

Ein in der Zeichnung nicht dargestellter Mechanismus an dem zweiten Arm 11 ermöglicht die Drehung des R-Achsen-Motors 8, so daß dieser die Arbeitswelle 10 mit einer Drehbe wegung beaufschlagt. Außerdem treibt der Z-Achsen-Motor 9 die Arbeitswelle 10 an, wo durch diese sich in Z-Richtung aufwärts und abwärts verschoben wird.

Als nächstes sei anhand von Fig. 1 eine Einrichtung zum Einstellen der Lage des R-Achsen- Motors 8 und des Z-Achsen-Motors 9 beschrieben. Der R-Achsen-Motor 8 und der Z-Ach sen-Motor 9 sind unabhängig von der Lage des zweiten Arms frei drehbar.

Fig. 1 zeigt die Einrichtung 100 zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die Einrich tung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs und die Einrichtung 300 zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs in einem Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Industrieroboters.

Zunächst sei die Einrichtung 109 zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle beschrie ben.

Die Einrichtung 100 zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle ist eine Anordnung, mit deren Hilfe die Kernwelle und eine mit 15 bezeichnete Planeten-Welle relativ zu der in Fig. 3 dargestellten Basis B in einem festen Drehwinkel gehalten werden. Im Innenraum des in Fig. 3 dargestellten ersten Arms 3 sind eine mit der Basis fest verbundene Riemen scheibe 12, ein Erde-Riemen 13 und eine Planetenscheibe 14 angeordnet.

Die Planeten-Welle 15 ist innerhalb der Drehachse des zweiten Arms 11 angeordnet, der an dem Ende 3a des ersten Arms 3 gelagert ist. In dem zweiten Arm 11 sind weitere Teile an geordnet. Die mit der Basis fest verbundene Riemenscheibe 12 hat gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Basis B eine feste relative Position. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist im Zentrum der basisfesten Riemenscheibe 12 eine durchgehende konzentrische Kreisboh rung 12a angebracht, in der unter anderem die oben beschriebene erste Armantriebseinheit 1 von Fig. 3 aufgenommen ist. Der Erde-Riemen 13 ist ein Zeitgeber-Riemen, bei dem es sich um einen um die basisfeste Riemenscheibe 12 und die Planetenscheibe 14 geschlun genen Zahnriemen handelt.

Die Planetenscheibe 14 befindet sich etwa an dem Ende 3a des ersten Arms 3. Die Plane ten-Welle 15 ist im Zentrum der Planetenscheibe 14 montiert. Diese Planeten-Welle 15, die auch als Kernwelle bekannt ist, verbindet die Planetenscheibe 14 fest mit einer Erdeschei be 16, so daß die Planetenscheibe 15 und die Erdescheibe 16 als einstückiger Körper rotie ren.

Einrichtung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs für die drehbare Welle

Als nächstes sei die Einrichtung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs be schrieben. Die Einrichtung 200 zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehantriebs ist ein Mittel, mit dessen Hilfe der Drehwinkel des R-Achsen-Motors 8, der zum Antrieb der Dreh achse dient, auf dem gleichen Wert gehalten wird wie der Drehwinkel der oben beschrie benen Planeten-Welle 15, d. h. der Kernachse.

Die Erdescheibe 16 ist eine Riemenscheibe zur Einstellung einer Richtung. Um die Erde scheibe 16 ist ein Riemen 18 geschlungen. Zur Einstellung der Z-Richtung dient eine Rie menscheibe 19, die den Z-Achsen-Motor 9 in ihrem Zentrum hält.

Der Riemen 18 ist um die Riemenscheibe 19 und die Erdescheibe 16 geschlungen, so daß die Drehung der Erdescheibe 16 eine synchrone Drehung der Riemenscheibe 19 bewirkt.

Dieser Riemen 18 wird auch als Z-Richtungs- oder Drehachsenrichtungs-Einstellriemen be zeichnet. Um die Riemenscheibe 19 und eine Riemenscheibe 21 ist ein Riemen 20 zur Ein stellung der R-Richtung geschlungen. Der Riemen 20 dient zur Einstellung der Drehach senrichtung. Der R-Achsen-Motor 8 ist im Zentrum der Riemenscheibe 21 angeordnet, die als Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung dient.

Antrieb in axialer Richtung

Als nächstes sei die Einrichtung 300 zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs erläutert. Die Einrichtung 300 zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs ist ein Mittel, mit dessen Hilfe der Drehwinkel des Z-Achsen-Motors 9 für den Antrieb in axialer Richtung auf dem gleichen Wert gehalten wird wie der Drehwinkel der Planeten-Welle 15, die die oben erwähnte Kernwelle bildet.

Die Einrichtung 300 zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs umfaßt die Riemen scheibe 19 und den Riemen 18.

Als nächstes sei anhand von Fig. 2 ein Mechanismus zur Übertragung der Antriebskraft von dem R-Achsen-Motor 8 und dem Z-Achsen-Motor 9 auf die Drehachse bezeichnete Arbeits welle 10 beschrieben. Der in der Zeichnung dargestellte Mechanismus ist insgesamt inner halb des zweiten Arms 11 angeordnet.

Die Eingangsachse des R-Achsen-Untersetzungsgetriebes 22 ist mit einer Ausgangswelle des R-Achsen-Motors 8 verbunden. Die Ausgangswelle des R-Achsen-Untersetzungsge triebes 22 ist mit der Drehachse einer R-Achsen-Antriebsscheibe 23 verbunden. Das R- Achsen-Untersetzungsgetriebe 22 untersetzt deshalb die Drehung des R-Achsen-Motors 8 in einem bestimmten Verhältnis und überträgt die untersetzte Drehbewegung auf die R- Achsen-Antriebsscheibe 23.

Wenn die Ausgangswelle des R-Achsen-Motors 8 rotiert, bewegt sie einen R-Achsen-An triebsriemen 24, der um die R-Achsen-Antriebsscheibe 23 geschlungen ist.

Die Ausgangswelle des Z-Achsen-Motors 9 ist direkt auf der Drehachse einer Z-Achsen-An triebsscheibe 25 angeordnet, um die ein Z-Achsen-Antriebsriemen 26 geschlungen ist. Das andere Ende des Z-Achsen-Antriebsriemens 26 ist um eine Riemenscheibe 29 geschlun gen, die auf diese Weise von der Ausgangswelle des Z-Achsen-Motors 9 gedreht wird. An der Riemenscheibe 29 ist eine Spindelmutter angebracht.

Das andere Ende des R-Achsen-Riemens 24 ist um eine Riemenscheibe 30 geschlungen, die mit einer Keilnutwelle in Eingriff steht. Deshalb dreht sich die mit der Keilnutwelle ver bundene Riemenscheibe 30 mit einer dem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis ent sprechenden Drehzahl, wenn die Ausgangswelle des R-Achsen-Motors 8 rotiert.

Ein Gewindeabschnitt der Arbeitswelle 10 greift in die im Zentrum der Riemenscheibe 29 befestigte Spindelmutter 28 ein, so daß die Arbeitswelle 10 sich in Z-Richtung aufwärts und abwärts bewegt, wenn die Spindelmutter 28 von dem Z-Achsen-Motor gedreht wird.

Im Rotationszentrum der mit der Keilwelle in Eingriff stehenden Riemenscheibe 30 ist ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Keilnuteingriffsteil befestigt. Wenn die mit der Keilnut welle in Eingriff stehende Riemenscheibe 30 von dem R-Achsen-Motor 8 angetrieben wird und rotiert, bewirkt sie eine Drehung der Arbeitswelle 10 um ihr Achsenzentrum in R-Rich tung.

Als nächstes sei die Funktion der vorangehend beschriebenen Konstruktion erläutert.

Es sei der Fall betrachtet, daß der bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Industrieroboters verwendete erste Arm von Fig. 3 bewegt wird.

Da die in Fig. 1 dargestellte basisfeste Riemenscheibe 12 an der Basis B von Fig. 3 fixiert ist, werden der Drehwinkel der Planetenscheibe 14, um die der Erde-Riemen 13 geschlun gen ist, und der Drehwinkel der Planeten-Welle 15, die an der Planetenscheibe 14 befestigt ist, durch die Bewegung des ersten Arms 3 unabhängig von dessen Lage nicht verändert.

Die Richtung der an der Planeten-Welle 10 befestigten Erdescheibe 16 wird ebenfalls nicht verändert. Deshalb bewegt sich die Riemenscheibe 19, die über den Riemen 18 mit der Er descheibe 16 gekuppelt ist, unabhängig von der Lage des ersten Arms 3 in einer festen Richtung.

Da der Z-Achsen-Motor 9 im Rotationszentrum der Scheibe 19 befestigt ist, ist der Z-Ach sen-Motors 9 in axialer Zentrumsrichtung unabhängig von der Stellung des ersten Arms 3 festen Richtung orientiert.

In ähnlicher Weise ist auch die Riemenscheibe 21, die über den Riemen 20 mit der Rie menscheibe 19 gekuppelt ist, unabhängig von der Stellung des ersten Arms 3 in einer fe sten Richtung orientiert. Da der R-Achsen-Motor 8 im Rotationszentrum der Riemenscheibe 31 befestigt ist, ist auch der R-Achsen-Motor 8 in einer festen Richtung orientiert. Auch das R-Achsen-Untersetzungsgetriebe 22 und die R-Achsen-Antriebsriemenscheibe, deren An triebsachse mit der Achse des in Fig. 2 dargestellten R-Achsen-Motors 8 verbunden ist, sind unabhängig von der Stellung des ersten Arms 3 in einer festen Richtung orientiert. Die mit der Keilnutwelle in Eingriff stehende Riemenscheibe 30 wird durch den Antriebsriemen 24 auf einen vorbestimmten Drehwinkel eingestellt.

Nach alledem ist bei der obigen Anordnung die Ausrichtung der Arbeitswelle 10 unabhängig von der Stellung des ersten Arms 3 stets fest. Die Arbeitswelle 10 kann so gesteuert wer den, daß sie sich um einen vorbestimmten Winkel dreht. Dies geschieht durch Betätigen des R-Achsen-Motors 8, dessen Ausgangsdrehmoment u. a. über das R-Achsen-Unterset zungsgetriebe 22 auf die Arbeitswelle 10 übertragen wird. Auf diese Weise kann die Arbeits welle 10 bei einem beliebigen Drehwinkel positioniert werden.

Der Z-Achsen-Motor 9 ist auf der Achse der Riemenscheibe 19 befestigt. Deshalb bewirkt die Rotation des Z-Achsen-Motors 9 eine entsprechende Drehung der Riemenscheibe 19. Die Drehkraft der Riemenscheibe 19 dreht wiederum über den Z-Achsen-Antriebsriemen 26 die Spindelmutterscheibe 29. Dadurch dreht sich die Spindelmutter 28 und bewegt die in sie eingreifende Arbeitswelle 10 aufwärts und abwärts.

Es sei nun der Fall betrachtet, daß sich der erste Arm 3 bewegt und der R-Achsen-Motor 8 und der Z-Achsen-Motor 9 nicht in Betrieb sind. In diesem Fall werden die Drehwinkel des R-Achsen-Motors 8 und des Z-Achsen-Motors 9 auf vorbestimmten Werten festgehalten. Infolgedessen wird auf die Arbeitswelle 10 weder eine Kraft in vertikaler Richtung noch ei ne Drehkraft übertragen, so daß sie in einem vorbestimmten Drehwinkel gehalten wird.

Es sei erwähnt, daß dann, wenn der R-Achsen-Motor 8 rotiert und die Arbeitswelle 10 rela tiv zu der Spindelmutter 28 dreht, auf die Spindelmutter 28 eine Kraft in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung einwirkt.

Um zu verhindern, daß diese Kraft irgendwelche Störungen verursacht, muß der Z-Achsen- Motor 9 bewegt werden und die Drehung des R-Achsen-Motors 8 begleiten. Das heißt, es ist eine Steuerung vorzusehen, die bewirkt, daß auf die Spindelmutter 28 keine Kraft aus geübt wird. Diese Steuerung erfolgt in der Weise, daß die Spindelmutterscheibe 29 relativ zu der mit der Keilnutwelle in Eingriff stehenden Riemenscheibe 30 um den gleichen Drehwinkel gedreht wird. Die Realisierung dieser Steuerung ist sehr einfach.

Als nächstes seien anhand von Fig. 4 und 5 der erste Arm 3, der zweite Arm 11, die Arbeits welle 12 und ein Ausführungsbeispiel für einen Mechanismus beschrieben, der bewirkt, daß diese ihrer jeweiligen Stellungen einhalten.

Die tatsächliche Konstruktion des ersten Arms 3 in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Ausgangswelle eines ersten Armmotors 45 in der ersten Armantriebseinheit 1 ist mit einem ersten Untersetzungsgetriebe 48 gekuppelt, dessen Ausgangswelle direkt mit dem ersten Arm 3 verbunden ist.

Die Ausgangswelle eines zweiten Armmotors 43 in der zweiten Armantriebseinheit 2 ist mit einem zweiten Untersetzungsgetriebe 44 verbunden, dessen Ausgangswelle direkt mit der Antriebsriemenscheibe 5 für den Treibriemen verbunden ist.

Der erste Armmotor 45 und das erste Untersetzungsgetriebe 48 bilden hier die in Fig. 3 dargestellte erste Armantriebseinheit 1. Der zweite Armmotor 45 und das zweite Unterset zungsgetriebe 44 bilden die ebenfalls in Fig. 3 dargestellte zweite Armantriebseinheit 2.

Die zweite Armantriebseinheit 2 ist über eine zweite Armantriebs-Lagereinheit 42 an einer Einheit 40 zur Halterung des zweiten Arms gelagert, so daß sie gegenüber der Bewegung des ersten Arms 3 schwimmend angeordnet ist.

Die Einheit 40 zur Halterung des zweiten Arms trägt die zweite Armantriebseinheit 2 in der Weise, daß sie frei drehbar ist. Um das Trägheitsmoment des ersten Arms 3 zu verringern, ist die Einheit 40 zur Halterung des zweiten Arms etwa im Rotationszentrum des ersten Arms 3 angeordnet.

Zusätzlich ist eine Justierschraube 41 zur Einstellung der Spannung in Längsrichtung des ersten Arms 3 in die Einheit 40 eingeschraubt. Durch Drehen dieser Justierschraube 41 kann die zweite Armantriebseinheit 2 in Längsrichtung des Treibriemens 4 bewegt und damit dessen Spannung justiert werden.

Andererseits ist der Erde-Riemen 13 um die basisfeste Riemenscheibe 12 und die Plane tenscheibe 14 geschlungen. Die Planeten-Welle 15, die im Rotationszentrum der Planeten scheibe 14 angeordnet ist, ist mit ihrem unteren Abschnitt in einem Lager 46 gelagert.

Zwischen dem ersten Arm 3 und der zweiten Axialantriebsscheibe 6 befindet sich ein Lager 51 zur Lagerung der zweiten Axialantriebsscheibe. In diesem Lager 51 ist die zweite Axialantriebsscheibe 6 so gelagert, daß sie sich in dem ersten Arm 3 frei drehen kann.

Zwischen der zweiten Axialantriebsscheibe 6 und der Planeten-Welle 15 sind ein Lager 49 zur Lagerung des oberen Abschnitts der Planeten-Welle und ein Lager 50 zur Lagerung des mittleren Abschnitts der Planeten-Welle vorgesehen.

Bei dieser Anordnung ist also die Planeten-Welle 15 durch das Lager 51 zur Lagerung der zweiten Axialantriebsscheibe 6, das Lager 49 zur Lagerung des oberen Abschnitts der Pla neten-Welle und das Lagers 50 zur Lagerung des unteren Abschnitts der Planeten-Welle an dem ersten Arm 3 gelagert.

Wie Fig. 3 zeigt, ist im Rotationszentrum der zweiten Axialantriebsscheibe 6 eine Öffnung ausgebildet, durch die die Planeten-Welle 15 hindurchtritt. Der zweite Arm 11 ist direkt auf dem oberen Teil der zweiten Axialantriebsscheibe 6 befestigt.

Als nächstes sei anhand von Fig. 5 ein typischer Mechanismus in dem zweiten Arm 11 be schrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der obere Abschnitt der Planeten-Welle 15 im Rotationszentrum der Er descheibe 16 montiert, ohne daß die Planeten-Welle 15 mit dem zweiten Arm 11 in Eingriff steht.

Zwischen dem Gehäuse des zweiten Arms 11 und dem Z-Achsen-Motor 9 ist ein Lager 60 zur Lagerung des Z-Achsen-Motors vorgesehen, in dem der Z-Achsen-Motor 9 frei drehbar gelagert ist.

Zwischen dem Gehäuse des zweiten Arms 11 und dem R-Achsen-Motor 8 ist ein R-Ach sen-Motorlager 61 vorgesehen, in dem der R-Achsen-Motor 8 frei drehbar gelagert ist.

Wie oben erläutert wurde, ist der Riemen 18 zur Einstellung der Z-Richtung um die Rie menscheibe 19 und die Erdescheibe 16 geschlungen. Der Riemen 20 zur Einstellung der R- Richtung ist um die Riemenscheibe 21 und die Riemenscheibe 19 geschlungen.

Auf der Antriebsachse des Z-Achsen-Motor 9 ist eine Antriebsscheibe 25 für die Z-Achse befestigt, während auf der Antriebsachse des R-Achsen-Motors 8 über das R-Ach sen-Untersetzungsgetriebe 22 eine Antriebsscheibe 23 für die R-Achse befestigt ist.

Die Anwendung der oben beschriebenen Konfiguration erlaubt eine Kombinierung der oben erläuterten Mechanismen des ersten und zweiten Arms 3 und 11.

Es sei erwähnt, daß in den oben beschriebenen Mechanismen die Drehgeschwindigkeiten der basisfesten Riemenscheibe 12 und der Planetenscheibe 14 von Fig. 1 einander gleich sein müssen oder mit anderen Worten ein Verhältnis von 1 : 1 haben müssen. Außerdem müssen die Drehgeschwindigkeiten der Erdescheibe und der Riemenscheibe 19 mit dem darum geschlungenen Riemen 18, und der Riemenscheibe 19 mit dem darum geschlunge nen Riemen 20 sowie mit der Riemenscheibe 21 ebenfalls gleich groß sein oder mit ande ren Worten das Verhältnis 1 : 1 haben.

Vom Standpunkt der Genauigkeit aus betrachtet ist es in der Praxis vorteilhaft, die Radien dieser Riemenscheiben so groß zu machen, wie dies das Fassungsvermögen des ersten und des zweiten Arms erlaubt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Implementierung eines Roboters vom Voll erde-Typ sind der Z-Achsen-Motor 9 und der R-Achsen-Motor 8 an dem zweiten Arm 11 so angeordnet, daß ihre Abweichungswinkel relativ zu der Drehung des ersten Arms unverän dert bleiben. Auf diese Weise kann der Robotersteuermechanismus unabhängig von den Drehwinkeln des ersten und des zweiten Arms gesteuert werden. Dies hat zur Folge, daß die Bewegungen der Arbeitswelle 20 in Richtung der Z-Achsen und in Richtung der R-Achse gesteuert werden können.

Das heißt, der erste und der zweite Arm sind jeweils mit einer schwimmenden Trägerachse verbunden. Die schwimmenden Achsen haben relativ zur Basis stets feste Drehwinkel und ermöglichen so, daß die relativen Positionen der Drehachse (R-Achse) gegenüber dem er sten und dem zweiten Arm unverändert beibehalten werden können. Außerdem bewirken die Antriebsmechanismen der R- und der Z-Achse zusammen die gegenseitige Aufhebung der relativen Positionen der Drehachsen des ersten und des zweiten Arms. Dies erlaubt die Präzisionssteuerung der Drehachse, ohne daß während der Bewegung der Drehachse durch die Positionsänderungen des ersten und zweiten Arms Schwankungen in der Rich tung der Drehachse erzeugt werden.

Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist natürlich nicht auf die vorangehend be schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So sind in den Ausführungsbeispielen z. B. Riemenscheiben und Riemen verwendet. Statt dessen können auf Wunsch jedoch auch Kombinationen von Zahnrädern und Ketten oder dgl. als Mittel zur Übertragung der An triebskraft verwendet werden, die die Riemenscheiben und Riemen ersetzen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, daß die relativen Positionen der Drehachse gegen über dem ersten und dem zweiten Arm einander aufheben. Als Ergebnis läßt sich eine prä zise Steuerung der Drehachse realisieren, ohne daß während der Bewegung der Drehachse durch die Positionsänderungen des ersten und zweiten Arms Schwankungen in der Rich tung der Drehachse erzeugt werden.

Claims

1. Industrieroboter gekennzeichnet durch
eine Basis (B),
einen von der Basis getragenen ersten Arm (3), der in einer horizontalen Ebene dreh bar ist, wobei ein erstes longitudinales Ende (3b) des ersten Arms das Drehzentrum bildet,
einen zweiten Arm (11), der von dem anderen longitudinalen Ende (3a) des ersten Arms getragen ist,
eine in vertikaler Richtung eingestellte Drehachse (10) an einem longitudinalen Ende des zweiten Arms,
eine zweite Armantriebseinheit (2) zum Drehen des zweiten Arms, die etwa im Rotati onszentrum des ersten Arms so montiert ist, daß eine Drehung relativ zu der Basis verhin dert ist,
einen Achsenkern zur Lagerung des ersten und des zweiten Arms derart, daß der er ste und der zweite Arm frei drehbar sind,
eine Einrichtung (100) zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die den Ach senkerns relativ zu der Basis in einem konstanten Winkel hält,
eine Drehachsenantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse, die an dem zwei ten Arm frei drehbar montiert sind, und
eine Einrichtung (200) zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs, die den Drehwinkel der Drehachsenantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Drehwinkel des Achsenkerns.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (100) zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle aufweist:
eine basisfeste Scheibe (12), deren Zentrum annähernd mit der Achse der Drehung des ersten Arms um die Basis zusammenfällt,
eine Planetenscheibe (14), die auf dem Achsenkern (15) montiert ist, und
einen um die basisfeste Scheibe und die Planetenscheibe geschlungenen Erde-Rie men (13).

3. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (200) zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs aufweist:
eine auf der Drehachsenantriebseinrichtung angeordnete Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung,
eine auf dem Achsenkern angeordnete Scheibe zur Richtungseinstellung und
einen um die Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung und die Scheibe zur Richtungseinstellung geschlungenen Riemen zur Drehachsenrichtungseinstellung.

4. Industrieroboter gekennzeichnet durch
eine Basis (B),
einen von der Basis getragenen ersten Arm (3), der in einer horizontalen Ebene dreh bar ist, wobei ein erstes longitudinales Ende (3b) des ersten Arms das Drehzentrum bildet,
einen zweiten Arm (11), der von dem anderen longitudinalen Ende (3a) des ersten Arms getragen ist,
eine in vertikaler Richtung eingestellte Drehachse (10) an einem longitudinalen Ende des zweiten Arms,
eine zweite Armantriebseinheit (2) zum Drehen des zweiten Arms, die etwa im Rotati onszentrum des ersten Arms so montiert ist, daß eine Drehung relativ zu der Basis verhin dert ist,
einen Achsenkern zur Lagerung des ersten und des zweiten Arms derart, daß der er ste und der zweite Arm frei drehbar sind,
eine Einrichtung (100) zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die den Ach senkerns relativ zu der Basis in einem konstanten Winkel hält,
eine Axialantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse in axialer Richtung, die an dem zweiten Arm frei drehbar angeordnet sind, und
eine Einrichtung (300) zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs, die den Drehwinkel der Axialantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Drehwinkel des Achsenkerns.

5. Industrieroboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (100) zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle aufweist:
eine basisfeste Scheibe (12), deren Zentrum annähernd mit der Achse der Drehung des ersten Arms um die Basis zusammenfällt,
eine Planetenscheibe (14), die auf dem Achsenkern (15) montiert ist, und
einen um die basisfeste Scheibe und die Planetenscheibe geschlungenen Erde-Rie men (13).

6. Industrieroboter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
eine Basis (B),
einen von der Basis getragenen ersten Arm (3), der in einer horizontalen Ebene dreh bar ist, wobei ein erstes longitudinales Ende (3b) des ersten Arms das Drehzentrum bildet,
einen zweiten Arm (11), der von dem anderen longitudinalen Ende (3a) des ersten Arms getragen ist,
eine in vertikaler Richtung eingestellte Drehachse (10) an einem longitudinalen Ende des zweiten Arms,
eine zweite Armantriebseinheit (2) zum Drehen des zweiten Arms, die etwa im Rotati onszentrum des ersten Arms so montiert ist, daß eine Drehung relativ zu der Basis verhin dert ist,
einen Achsenkern zur Lagerung des ersten und des zweiten Arms derart, daß der er ste und der zweite Arm frei drehbar sind,
eine Einrichtung (100) zur Einhaltung der Winkelstellung der Kernwelle, die den Ach senkerns relativ zu der Basis in einem konstanten Winkel hält,
eine Drehachsenantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse, die an dem zwei ten Arm frei drehbar montiert sind,
eine Einrichtung (200) zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs, die den Drehwinkel der Drehachsenantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Drehwinkel des Achsenkerns,
eine Axialantriebseinrichtung für den Antrieb der Drehachse in axialer Richtung, die an dem zweiten Arm frei drehbar angeordnet sind, und
eine Einrichtung (300) zur Einhaltung der Winkelstellung der Axialantriebseinrichtung, die den Drehwinkel der Axialantriebseinrichtung auf dem gleichen Wert hält wie den Drehwinkel des Achsenkerns.

7. Industrieroboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (200) zur Einhaltung der Winkelstellung des Drehachsenantriebs aufweist:
eine auf der Drehachsenantriebseinrichtung angeordnete Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung,
eine auf dem Achsenkern angeordnete Scheibe zur Richtungseinstellung und einen um die Scheibe zur Einstellung der Drehachsenrichtung und die Scheibe zur Richtungseinstellung geschlungenen Riemen zur Drehachsenrichtungseinstellung,
und daß die Einrichtung (300) zur Einhaltung der Winkelstellung des Axialantriebs auf weist:
eine auf dem Achsenkern angeordnete Scheibe zur Einstellung der Achsenrichtung und
einen um die Scheibe zur Richtungseinstellung und die Scheibe zur Einstellung der Achsenrichtung geschlungenen Riemen zur Einstellung der Achsenrichtung.