DE19934965A1

DE19934965A1 - Roboter mit in einer Horizontalebene beweglichen Mehrgelenkarmen

Info

Publication number: DE19934965A1
Application number: DE19934965A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Wakaizumi; Shinji Suzuki; Yoshihito Sakashita; Katsuaki Nozawa
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2000-02-03
Also published as: KR100563413B1; TW480211B; JP2000042953A; US6199444B1; KR20000011887A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Roboter mit Mehrgelenkarmen, die in einer Horizontalebene beweglich sind, wobei der Roboter mechanisch kompakt und mit geringer Größe gebildet und hochpräzise sowie mit minimaler Leistung von Antriebsquellen betätigbar ist. Im wesentlichen umfaßt dieser Roboter einen Roboterkörper (1), eine zylindrische Halterung (2), die in bezug auf den Roboterkörper durch eine Führungseinrichtung (3) und eine Schlitteneinrichtung (4) in vertikaler Richtung beweglich ist, eine vertikale Gewindewelle (6), die in dem Roboterkörper drehbar gelagert und betriebsmäßig mit der zylindrischen Halterung verbunden ist, wobei die vertikale Gewindewelle durch einen ersten Antriebsmotor (5) in Drehung versetzt ist, um die zylindrische Halterung entlang dieser in vertikaler Richtung zu bewegen, einen ersten Arm (9), der mit einem Ende betriebsmäßig mit der zylindrischen Halterung verbunden ist, um in einer Horizontalebene durch einen zweiten Antriebsmotor (12) in Drehung versetzbar zu sein, einen zweiten Arm (10), der mit einem Ende betriebsmäßig mit dem gegenüberliegenden Ende des ersten Arms derart verbunden ist, daß er in einer Horizontalebene durch einen dritten Antriebsmotor (17) drehbeweglich ist, und eine Steuer-R-Welle (11), die auf bzw. an einem freien Ende des zweiten Arms derart drehbar angebracht ist, daß sie durch einen vierten Antriebsmotor (18) in Drehung versetzbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter mit in einer Horizontalebene beweglichen Mehrgelenkarmen, und insbesondere einen Roboter mit einem Roboterkörper, der mit einer vertikal entlang dem Körper beweglichen zylindrischen Halterung versehen ist, welche erste und zweite daran angeordnete Arme derart aufweist, daß die ersten und zweiten Arme in einer Hori zontalebene hochpräzise und mit minimaler Energie von Antriebsquellen drehbeweglich ist, wobei der Robotor mechanisch kompakt ist und eine geringe Größe hat.

Zum Stand der Technik gehört ein Roboter mit in einer Horizontalebene beweglichen Mehrgelenkarmen, wobei der erste Arm betriebsmäßig an einem Ende mit dem Roboterkörper derart verbunden ist, daß er in einer Horizontalebene durch einen Antriebsmotor drehbeweglich ist, während der zweite Arm betriebsmäßig an einem Ende mit dem gegenüberliegenden Ende des ersten Arms derart verbunden ist, daß der zweite Arm in einer Horizontalebene durch einen Antriebsmotor drehbeweglich ist, wobei der zweite Arm eine Steuer-R-Welle und einen Antriebsmotor zum Antreiben der R-Welle aufweist, wobei beide dieser Teile am freien Ende desselben angebracht sind. Wenn in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Roboter dieses Typs die Antriebskraft erhöht werden muß, müssen die Antriebsmotoren in größerer Bauform und mit größerer Kapazität unter Erhöhung des Gewichts bereitgestellt werden. Die ersten und zweiten Arme müssen deshalb stabil bzw. groß und stark genug konstruiert werden, um diese schweren und großen Antriebsmotoren zu tragen.

Der herkömmliche Roboter dieses Typs ist ferner nicht voll ständig integral gebildet; d. h., sein Steuerteil ist getrennt vom Roboterkörper. Dies ist deshalb der Fall, weil der her kömmliche Roboter dieses Typs durch Wechselstrom-Servomotoren angetrieben ist, welche, falls sie mit dem Roboter integral gebildet bzw. vorgesehen sind, dazu führen, daß der Roboter eine beträchtliche Größe bis zu einem Grad aufweist, der für den praktischen Einsatz problematisch ist.

Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen mechanisch kompakten und kleinen Roboter zu schaffen, der erste und zweite Gelenkarme aufweist, die hoch präzise in einer Horizontalebene drehbeweglich und vertikal beweglich sind und eine minimale Leistung der Antriebsquellen erfordern mittels Bereitstellung einer Halterung, mit welchem die ersten und zweiten Arme betriebsmäßig verbunden sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen durch kleine Antriebsmotoren, die als Antriebsquellen genutzt werden, angetriebenen Roboter zu schaffen.

Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Roboter mit einem Motorantrieb als Steuerteil zu schaffen, der mit ihm integriert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach schafft die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit einem Aspekt einen Roboter mit Mehrgelenkarmen, aufweisend einen Roboterkörper, eine zylindrische Halterung, die vertikal in bezug auf den Roboterkörper durch eine Vertikalführungsein richtung und eine Schlitteneinrichtung beweglich ist, eine vertikale Gewindewelle, die in dem Roboterkörper vorgesehen und durch ein Antriebsmotor in Drehung versetzbar ist, um die zylindrische Halterung entlang dem Körper vertikal zu bewegen, eine Verbindungseinrichtung, die mit einem Ende im Gewindeein griff mit der Gewindewelle steht und mit dem gegenüberliegenden Ende fest mit der zylindrischen Halterung verbunden ist, einen ersten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit der zylindrischen Halterung derart verbunden ist, daß der erste Arm in einer Horizontalebene drehbeweglich ist, und einen zweiten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit dem gegen überliegenden Ende des ersten Arms derart verbunden ist, daß der zweite Arm in einer Horizontalebene drehbeweglich ist, wo bei die zylindrische Halterung durch den Motor hochpräzise bewegt wird, der im Roboterkörper angeordnet ist, und wobei die ersten und zweiten Arme durch die Antriebsmotoren bewegt werden, die in der zylindrischen Halterung angeordnet sind, und zwar mittels minimaler Leistung der Antriebsquellen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Robo ters bei teilweise weggebrochener Verkleidung,

Fig. 2 ein Seitenaufrißansicht des Roboters im Vertikalschnitt, und

Fig. 3 eine Draufsicht des Roboters, teilweise im Querschnitt.

In Fig. 1, 2 und 3 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Robo terkörper. Der Roboterkörper 1 weist eine zylindrische Halte rung 2 auf, die an seiner Vorderseite vorgesehen ist. Die zylindrische Halterung 2 ist vertikal in bezug auf den Robo terkörper 1 beweglich. Genauer gesagt, ist eine vertikal ver laufende Führung 3 an der Vorderseite des Roboterkörpers 1 fest angebracht. Die Führung 3 befindet sich im Eingriff mit Schlitten 4, die an der Rückseite der zylindrischen Halterung 2 fest angebracht und vertikal ausgerichtet sind. Bei dieser Verbindung können Kugeln zwischen der Führung 3 und dem Schlitten 4 so angeordnet sein, daß zugunsten einer glatteren bzw. gleichmäßigeren Gleitbewegung der Halterung 2 dazwischen ein Kugellager bereitgestellt ist. In dem Roboterkörper 1 ist ein Antriebsmotor 5 vorgesehen. Der Antriebsmotor 5 ist betriebsmäßig mit einer Gewindewelle 6 verbunden, die in den Lagern an den oberen und unteren Enden in dem Roboterkörper 1 drehbar bzw. verschwenkbar gelagert ist. Insbesondere sind der Antriebsmotor 5 und die Gewindewelle 6 durch einen Transmis sionsriemen 7 verbunden, der sich zwischen einer Antriebsrie menscheibe 5a des Motors 5 und einer Folgerriemenscheibe 6a verläuft, die am oberen Ende der Gewindewelle 6 fest angebracht ist. Die zylindrische Halterung 2 hat eine seitliche Verlängerung 8, deren eines Ende integral mit der Rückseite der Halterung 2 verbunden ist, und deren gegenüberliegendes Ende als Zylinder gebildet ist, der sich im Gewindeeingriff mit der Gewindewelle 6 befindet. Bei dieser Verbindung können die Zylinderkugeln derart angeordnet sein, daß die Halterung 2 entlang der Gewindewelle 6 glatter bzw. gleichmäßiger beweglich ist, wenn letztere in Drehung versetzt wird.

Ein erster Arm 9 ist mit einem Ende an bzw. auf der zylindri schen Halterung 2 an deren Vorderseite derart angebracht, daß der erste Arm 9 in einer Horizontalebene drehbar ist. Ein zweiter Arm 10 ist mit einem Ende mit dem gegenüberliegenden Ende des ersten Arms 9 derart verbunden, daß der zweite Arm 10 in einer horizontalen Ebene drehbar ist. Der zweite Arm 10 ist mit einer abwärts gerichteten Steuer-R-Welle 11 an einem freien Ende desselben verbunden. Die Steuer-R-Welle 11 ist axial drehbar. Ein Antriebsmotor 12 ist in der zylindrischen Halterung 2 in deren unterem Teil vorgesehen. Der Antriebsmotor 12 ist betriebsmäßig mit dem ersten Arm 9 durch eine Reduktionseinrichtung 13 verbunden, die eine vertikale Antriebswelle aufweist, die mit dem ersten Arm 9 fest verbunden ist.

Der erste Arm 9 hat ein Paar von Riemenscheiben 14, 15, die auf seinen gegenüberliegenden Enden angebracht sind. Die Rie menscheiben 14, 15 haben denselben Durchmesser. Die Riemen scheibe 14 ist einfach drehbar, während die Riemenscheibe 15 axial mit dem zweiten Arm 10 verbunden ist.

Zwei Transmissionsriemen 16 aus dünnem Edelstahl sind um die Riemenscheiben 14, 15 benachbart zueinander in vertikaler Richtung geführt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Transmissionsrie men 16 weisen jeweils ein gegenüberliegendes Ende auf und sind in umgekehrter Beziehung angeordnet, wobei Plattenelemente die gegenüberliegenden Enden und Riemenzwischenabschnitte derart festklemmen, daß die Riemen zwischen den zwei Riemenscheiben gespannt werden können.

Ein Antriebsmotor 17 ist in der zylindrischen Halterung 2 unter dem ersten Arm 9 vorgesehen, um die Riemenscheibe 14 in Drehung zu versetzen, wodurch die Riemenscheibe 15 derart in Drehung versetzt wird, daß der zweite Arm 10 am anderen Ende des ersten Arms 9 drehbewegt wird. Ein weiterer Antriebsmotor 18 ist in der zylindrischen Halterung 2 an deren unterem Teil vorgesehen, um die Steuer-R-Welle 11 in Drehung zu versetzen, die am bzw. auf dem freien Ende des zweiten Arms 10 angeordnet ist, und zwar mittels eines Transmissionsriemens 21, der um ein paar von gegenüberliegenden Riemenscheiben 20 geführt ist, die in einem zusätzlichen Arm 19 angeordnet sind, welcher gemeinsam mit dem ersten Arm 9 bewegt wird, und außerdem mittels eines Transmissionsriemens 23, der um ein paar von gegenüberliegenden Riemenscheiben 22 geführt ist, von welchen eine auf bzw. an dem Innenende des zweiten Arms 10 drehbar angebracht und betriebsmäßig mit der entsprechenden Riemenscheibe 20 verbunden ist, während die andere mit der Steuer-R-Welle 11 fest verbunden ist. Eine Spannungserzeugungsriemenscheibe 24 ist in Verbindung mit dem Stahlriemen 21 derart vorgesehen, daß die Spannungserzeugungsriemenscheibe 24 so eingestellt werden kann, daß für den Transmissionsriemen 21 eine optionale bzw. optimale Spannung erzeugt wird.

Bei den Antriebsmotoren 5, 12, 17 und 18 handelt es sich jeweils um Schrittmotoren. Außerdem ist ein Motortreiber bzw. die Motorantriebseinrichtung 25 in dem Roboterkörper 1 als Steuerteil für den Roboter vorgesehen. Der Motortreiber 25 ist mit kleiner Bauform gebildet, um integral mit dem Roboterkörper 1 zusammengebaut werden zu können und diesem kompakte Größe zu verleihen.

Eine Ausgleichspannungserzeugungsfeder 26 ist in dem Roboter körper 1 vorgesehen. Die Ausgleichsspannungserzeugungsfeder 26 ist mit einem Ende am Roden des Roboterkörpers 1 verankert und mit dem gegenüberliegenden Ende mit einer Stütze 27 verbunden, die mit einem Ende an der zylindrischen Halterung 2 am unteren Ende fest verbunden ist, und deren gegenüberliegendes Ende sich in den Roboterkörper 1 erstreckt. Die Ausgleichspannungs erzeugungsfeder 26 hat einen Mittenabschnitt, der um eine Rie menscheibe 28 geführt ist, die am Roboterkörper 1 an dessen oberen Teil angeordnet ist. Die Ausgleichspannungserzeugungs feder 26 hält normalerweise das Gewicht der zylindrischen Hal terung 2 im wesentlichen auf null bzw. gleicht dieses Gewicht aus in Verbindung mit der Leistung des Antriebsmotors 5. Dadurch ist es bevorzugt möglich, daß der Antriebsmotor 5 mit geringerer Baugröße und Leistungsvermögen hergestellt werden kann. Außerdem ist ein flexibles Gehäuse bzw. eine Verkleidung 29 vorgesehen, und zwar als sich zwischen dem Roboterkörper 1 und der zylindrischen Halterung 2 erstreckend, um darin die Verdrahtung sich erstreckend aufzunehmen.

Obwohl bei dieser Ausführungsform die vertikale Führung 3 auf Seiten des Roboterkörpers 1 vorgesehen ist und der Schlitten 4 auf Seiten der zylindrischen Halterung 2 vorgesehen ist, kann dies auch in umgekehrter Weise erfolgen.

Die vorstehend erläuterte Erfindung ist offensichtlich in zahlreicher Weise abwandelbar. Diese Abwandlungen liegen im Umfang der vorliegenden Erfindung, die durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Roboter mit Mehrgelenkarmen, aufweisend einen Roboterkör per, eine zylindrische Halterung, die vertikal in bezug auf den Roboterkörper durch eine Führungseinrichtung und eine Schlitteneinrichtung beweglich ist, eine vertikale Gewinde welle, die in dem Roboterkörper drehbar gelagert ist, eine Verbindungseinrichtung, die mit einem Ende im Gewindeein griff mit der Gewindewelle steht, und deren gegenüberlie gendes Ende fest mit der zylindrischen Halterung verbunden ist, einen ersten Antriebsmotor, der in dem Roboterkörper vorgesehen ist, um die vertikale Gewindewelle in Drehung zu versetzen, wodurch die zylindrische Halterung entlang der vertikalen Gewindewelle vertikal bewegt wird, einen ersten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit der zylindrischen Halterung derart verbunden ist, daß der erste Arm in einer horizontalen Ebene drehbeweglich ist, und einen zweiten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit dem gegenüberlie genden Ende des ersten Arms derart verbunden ist, daß der zweite Arm in einer Horizontalenebene drehbeweglich ist.

2. Roboter nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen zweiten Antriebsmotor, der in der zylindrischen Halterung zur Bewe gung des ersten Arms vorgesehen ist, und einen dritten Antriebsmotor, der in der zylindrischen Halterung zur Bewe gung des zweiten Arms vorgesehen ist.

3. Roboter nach Anspruch 2, außerdem aufweisend eine Steuer-R-Welle, die auf bzw. an einem freien Ende der zweiten Welle drehbar angebracht ist, und einen vierten Antriebsmotor, der in der zylindrischen Halterung vorgesehen ist, um die Steuer-R-Welle in Drehung zu versetzen.

4. Roboter nach Anspruch 1, 2 und 3, wobei es sich bei den ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsmotoren um Schrittmotoren handelt.

5. Roboter nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Aus gleichsspannungserzeugungsfedereinrichtung, die in dem Roboterkörper vorgesehen ist, um das Gewicht der zylindri schen Halterung im wesentlichen auf null in Verbindung mit der Leistung des ersten Antriebsmotors auszugleichen.

6. Roboter mit Mehrgelenkarmen, aufweisend einen Roboterkör per, eine zylindrische Halterung, die vertikal in bezug auf den Roboterkörper durch eine Führungseinrichtung und eine Schlitteneinrichtung beweglich ist, eine vertikale Gewinde welle, die in dem Roboterkörper drehbar gelagert ist, eine Verbindungseinrichtung, die mit einem Ende im Gewindeein griff mit der Gewindewelle steht, und deren gegenüberlie gendes Ende fest mit der zylindrischen Halterung verbunden ist, einen ersten Antriebsmotor, der in dem Roboterkörper vorgesehen ist, um die vertikale Gewindewelle in Drehung zu versetzen, wodurch die zylindrische Halterung entlang der vertikalen Gewindewelle vertikal bewegt wird, einen ersten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit der zylindrischen Halterung derart verbunden ist, daß der erste Arm in einer Horizontalebene drehbeweglich ist, einen zweiten Motor, der in der zylindrischen Halterung zur Bewegung des ersten Arms vorgesehen ist, einen zweiten Arm, der mit einem Ende betriebsmäßig mit dem gegenüberliegenden Ende des ersten Arms derart verbunden ist, daß der zweite Arm in einer Horizontalebene drehbeweglich ist, einen dritten Antriebs motor, der in der zylindrischen Halterung vorgesehen ist, um den zweiten Arm zu bewegen, eine Steuer-R-Welle, die drehbar auf bzw. an einem freien Ende des zweiten Arms angebracht ist, und einen vierten Antriebsmotor, der in der zylindrischen Halterung vorgesehen ist, um die Steuer-R-Welle in Drehung zu versetzen.