DE3209270A1

DE3209270A1 - Roboterarm

Info

Publication number: DE3209270A1
Application number: DE19823209270
Authority: DE
Inventors: Junichi Tokyo Ikeda; Shinichi Tokyo Nojima; Iwao Inagi Tokyo Ohtani; Noriyuki Yokohama Kanagawa Utsumi
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1982-03-13
Publication date: 1982-09-23
Also published as: US4435120A; JPS6110942Y2; JPS57149990U; SU1258317A3; DE3209270C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Roboterarm gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einen elefantenrüsselartigen Roboterarm für Industrieroboter.

Programmgesteuerte Roboterarme weisen ein Stützteil auf, das auf einem Basisblock, drehbar montiert ist, während ein unflexibler Arm an dem Stützteil drehbar montiert ist

"¹O und ein Arbeitsgerät, beispielsweise eine Farbsprühdüse, drehbar an dem vorderen Ende des Arms sitzt. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß eine Beschichtung auf ein Werkstück mit dieser Düsenanordnung in vorgegebenen Positionen aufbringbar ist, in dem das Stützteil und der Arm gedreht werden. In engen Räumen läßt sich eine derartige Beschichtung nicht durchführen oder nicht an Werkstücken vornehmen, die komplizierte Formen haben. Die bekannten Roboterarme wurden daher lediglich für das Außenbeschichten von Werkstücken verwendet, welche verhältnismäßig ein-

^ fache Formen haben und ebene Platten oder Schachteln sind. Obgleich die Beschichtung für Werkstücke von komplizierten Formen und das Arbeiten in engen Räumen in gewissem Ausmaß dadurch noch durchführbar ist, daß eine Düse mit Hilfe eines biegbaren Arms an der Vorderseite eines unflexiblen Arms oder Basisblocks sitzt, ist der Aufbau

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der Gelenke und der verbindenden Teile ungeheuer kompliziert, und es läßt sich auch kein ausreichendes Maß an Armbiegung erhalten, so daß der Arbeitsbereich nur schwer erweiterbar ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen biegbaren Roboterarm zu schaffen, dessen Verbindungsabschnitte einfacher aufgebaut sind und dessen Arbeitsbereich erweiterbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Es ist ferner Ziel der Erfindung, einen biegbaren Roboterarm zu schaffen, bei dem ein Zurückfallen an den Verbindungsstellen verringert ist und dadurch das Abfallen der Positioniergenauigkeit verhindert wird.

Γ. s ist auch Ziel der Erfindung, einen biegbaren Roboterarm zu schaffen, der sich ebenfalls zweckmäßig in sogenannten lernfähigen Systemen einsetzen läßt.

Hierzu schafft die Erfindung einen Roboterarm, welcher gekennzeichnet ist durch ein an einem Basisblock montiertes feststehendes Zahnrad, durch ein mit dem feststehen-

den Zahnrad kämmendes bewegbares Zahnrad, durch eine das bewegbare Zahnrad bewegende Antriebseinrichtung beim gleichzeitigen Kämmen mit dem feststehenden Zahnrad und durch ein an dem bewegbaren Zahnrad angebrachtes Arbeitsgerät.

Mit dem erfindungsgemäßen Roboterarm läßt sich ein gewünschtes Maß an Armbiegung erhalten und die Krümmungseigenschaften lassen sich auf einfache Weise durch Einstellen des Übersetzungsverhältnisses in den Zahnradübersetzungen ohne Schwierigkeiten wahlweise verändern.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und aus den Unteransprüchen. 15

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels;
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Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1;

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2;
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Figur 4 eine Erläuterungsdarstellung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1; und

Figur 5 eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Gehäuse 2 eines hydraulischen Roboterarms 1, das an einen nicht dargestellten Basisblock oder einen unbiegsamen Arm angeschlossen ist, während sich eine Welle 3 durch das Gehäuse 2 erstreckt und mit Flügeln 4 und 5 versehen ist, die daran befestigte Unterteilungselemente bilden. Die Flügel 4 und 5 wirken zusammen mit anderen Flügeln 6 und 7 als Trennwände und unterteilen den Raum in dem Gehäuse 2 in vier Kammern 8 bis 11. Die Flügel 6 und 7 sind mit Hilfe von Bolzen 12 und 13 an dem Gehäuse 2 befestigt. Wenn Hydraulikfluid unter Druck in die Kammern 8 und 10 eingeleitet und aus den Kammern 9 und 11 abgelassen wird, dann drehen die Flügel 4 und 5 die Welle 3 in Richtung eines ersten Pfeils 14. Wenn andererseits unter Druck stehendes Hydraulikfluid in die Kammern 9 und 11 eingeleitet und aus den Kammern 8 und 10 abgelassen wird, dann drehen die Flügel 4 und 5 und die Welle 3 in Richtung eines zweiten Pfeils 15. Zwei Verbindungsteile 16 und 17 sind mit ihren einen Enden an beiden Enden der Welle 3 befestigt, um das

Gehäuse 2 dazwischenzulegen und keine Berührung mit diesem zu haben, während sie mit ihren anderen Enden an eine Welle 18 angeschlossen sind. Der Roboterarm 1, die Verbindungsteile 16 und 17 und die Welle 18 bilden eine Antriebseinrichtung. Die Welle 18 erstreckt sich durch ein Zylinderteil 19, das über Lager 20 und 21 an die Welle 18 angeschlossen ist, um miteinander drehbar zu sein. Ein bewegbares Zahnrad 23 ist an eine Seite des Zylinderteils 19 mit Hilfe von Schrauben 22 befestigt.

Das Lagen 20 liegt zwischen der inneren Umfangsflache des ersten Zahnrads 23 und der äußeren Umfangsflache der Welle 18. Das erste Zahnrad 23 ist eine Scheibe mit einem Abschnitt 24. Ein feststehendes zweites Zahnrad 26 ist mit Hilfe von Schrauben 25 an eine Seite des Gehäuse 2 angeschraubt und kämmt mit dem ersten Zahnrad 23. Die Winkelversetzung der Welle 3 läßt die Welle 18 durch die Verbindungsteile 16 und 17 schwenken und als Folge davon dreht sich das mit dem zweiten Zahnrad 26 kämmende erste Zahnrad 23 aufgrund dieser Schwenkbewegung um das zweite Zahnrad 26. Das Zylinderteil 19 wird durch diese Bewegung ebenfalls gedreht. Ein drittes Zahnrad 28 ist an eine Seite des Verbindungsteils 17 mit Hilfe von Schrauben 27 angeschraubt, wobei die Mittellinie des dritten Zahnrads 28 mit der Welle 18 fluchtet. Das dritte Zahnrad. 28 kämmt mit einem vierten Zahnrad 29. Ein Paar Verbindungsteile

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30 und 31 ist mit seinen Enden an dem Zylinderteil 19 befestigt und mit seinen anderen Enden an einem Zylinderteil 32. Eine Welle 33 erstreckt sich durch das Zylinderteil 32, wobei das Zylinderteil 32 und die Welle 33 mit Hilfe von Lagern 34 und 35 derart miteinander verbunden sind, daß sie in bezug aufeinander gedreht werden können. Die Lager 34 und 35 liegen zwischen der inneren Umfangsfläche des Zylinderteils 32 und der äußeren Umfangsfläche der Welle 33.
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Das vierte Zahnrad 29 ist an einem Ende der Welle 33 und ein Verbindungsteil 36 an dem· anderen Ende der Welle 33 befestigt. Wenn das vierte Zahnrad 29 eine Planetenbewegung um das dritte Zahnrad 28 ausführt, führen das vierte Zahnrad 29 und die Welle 33 die identische Drehung durch und das Verbindungsteil 36 schwenkt ebenfalls auf die gleiche Weise. Ein drehbares Betätigungsglied 37, das dem drehbaren Betätigungsglied 1 ähnlich ist, ist an das Verbindungsteil 36 angeschlossen. Eine der Welle 3 ähnliche Welle 39 steht aus der Endwand eines zweiten Gehäuses 38 für das zweite Betätigungsglied 37 vor und ist um eine Mittellinie 40 bei Betätigung des zweiten Betätigungsglieds 37 drehbar. Ein Arbeitsgerät, beispielsweise eine Farbsprühdüse, ist an der vierten Welle 39 angebracht.

Ei_n erstes Potentiometer 41 erkennt die Drehung der

ersten Welle 3, während ein zweites Potentiometer 42 die Drehung der vierten Welle 39 jeweils auf elektrische Weise feststellt. Die Drehung der ersten Welle 3 wird über ein fünftes und sechstes Zahnrad 43 und 44 auf das erste Potentiometer 41 übertragen. Das fünfte Zahnrad 43 ist an die Achse 45 des ersten Potentiometers 41 angeschlossen, während das mit dem fünften Zahnrad 43 kämmende sechste Zahnrad 44 auf der ersten Welle 3 befestigt ist. Das erste Potentiometer 41 und das fünfte und sechste Zahnrad 43 und 44 sind in Figur 1 nicht dargestellt.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Roboterarms 51 und dessen Arbeitsweise. Wenn unter Druck stehendes Hydraulikfluid in die Kammern 8 und 10 eingeleitet wird, wird die erste Welle 3 in Richtung des ersten Pfeils 14 gedreht und gleichzeitig werden die Verbindungsteile 16 und 17 und das dritte Zahnrad 28 in derselben Richtung um die erste Welle 3 als Mittelpunkt gedreht. In diesem Fall läuft das erste Zahnrad 23 um das zweite Zahnrad 26 und kämmt gleichzeitig' mit diesem. Ferner wird die zweite Welle 18 in eine Position 52 gebracht. Bei einer Bewegung der zweiten Welle 18 in die Position 52 werden die Verbindungsteile 30 und 31 in Richtung des Pfeils 14 um die zweite Welle 18 gedreht, um die dritte Welle 33 in eine Position 53 zu bringen.

Während den Bewegung der dritten Welle 33 in die Position 53 läuft das vierte Zahnrad 29 um das Zahnrad 28, kämmt gleichzeitig mit diesem und dreht sich somit in Richtung des ersten Pfeils 14 um die dritte Welle 33, die dabei ein Zentrum bildet. Somit wird die vierte Welle 39 in eine Position 54 gebracht, d. h. sie wird unter einen Winkel © in bezug auf die Richtung der Mittellinie 40 für den Roboterarm 51 positioniert, wenn letzterer gerade ausgestreckt ist. Im Falle daß das Übersetzungsverhältnis, also das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser, zwischen den Zahnrädern 1:1 beträgt, ist der Winkel θ dreimal so groß wie der Winkel θ zwischen der Mittellinie 40 und einer Geraden 55, die die Position 52 mit dem Mittelpunkt der ersten Welle 3 verbindet. Auf gleiche Weise

"15 läßt sich die vierte Welle 39 in die Positionen 56 und 57 nacheinander bringen, indem die erste Welle 3 weiter in Richtung des Pfeils 14 gedreht wird. Wird andererseits die erste Welle 3 in Richtung des zweiten Pfeil-s 15 gedreht, dann kann der Roboterarm 51 in einer Weise gebo-

²^ gen werden, die der zuvor beschriebenen Weise entgegengesetzt ist. Der Roboterarm 51 läßt sich durch Einlassen und Ablassen von Hydraulikf luid in und aus dem Betätigungsglied 1 in gewünschter Weise krümmen, wodurch die Farbsprühdüse an der vierten Welle 39 in eine vorbestimmte Position bringbar ist. Andererseits kann beim

Einlassen und Ablassen von Hydraulikf Iu id zu und aus dem zweiten Betätigungsglied 37 die vierte Welle 39 um die Mittellinie 40 als Zentrum gedreht werden, so daß die an der vierten Welle 39 angebrachte Düse gleichzeitig in gewünschter Weise um die Mittellinie 40 gedreht werden kann. Das Ausmaß der Biegung des Roboterarms 51 und die Drehung der an der vierten Welle angebrachten Düse läßt sich durch die beiden Potentiometer 41 und 42 jeweils elektrisch feststellen.
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Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel weist vier Zahnräder auf, die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Anzahl beschränkt, sondern kann zwei, drei oder mehr als fünf Zahnräder aufweisen. Ferner ist es auch nicht immer notwendig, das Übersetzungsverhältnis 1:1 zu wählen, denn es sind auch andere Übersetzungsverhältnisse wahlweise anwendbar.

Figur 5 zeigt beispielsweise schematisch einen Roboterarm 70 mit acht Zahnrädern 61 bis 68, wobei sich das Übersetzungsverhältnis zwischen jeden der miteinander kämmenden Zahnräder aufeinanderfolgend ändert. Wenn bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 die Zahnradgröße gleich gewählt wird, d. h. das Übersetzungsverhältnis für jedes der koaxialen Zahradpaare, also für das Zahradpaar 52,63,

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das Zahnradpaar 64,65 und das Zahradpaar 66,67 gewählt wird und das Übersetzungsverhältnis in der Aufeinanderfolge von hintereinandergeschalteten Zahnrädern 61,62,64,66 und 68 mit 6:4:3:2,4:2 gewählt ist, dann kann eine Bewegung einer fünften Welle 71, die der zweiten Welle 18 bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel entspricht, zu einer Linie 73, die einen Winkel θ mit einer Mittellinie 72 einschließt, eine sechste Welle 74 (die der vierten Welle 39 bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel entspricht) zu einer Linie 75 schwenken, die einen Winkel β mit der Mittellinie 72 einschließt, der so groß wie 10 θ_ο ist.

Um das Zurückfallen in allen Zahnradeingriffsabschnitten zu verringern, sind Federn 81 und 82 zwischen den Zahnrädern 26 und 23 und zwischen den Zahnrädern 28 und 29 montiert, um diese Zahnräder jeweils in eine Drehrichtung vorzuspannen oder es sind in einer anderen Ausführung Spiralfedern 83 und 84 zwischen dem zweiten Zahrad 26 und dem Verbindungßtei1 16 sowie zwischen dem Verbindungsteil 30 und dem vierten Zahnrad 29 montiert, um das dritte Zahnrad 28 und das erste Zahnrad 23 gemäß Figur 4 in eine Drehrichtung vorzuspannen. Das Betätigungsglied ist in einer Ausführung ein Hydraulikzylinder mit Umkehrsteuerung, in einer anderen Ausführung ein Hydraulikzylinder

mit Drehbewegungssteuerung. Die Erfindung ist natürlich auch nicht nur auf einen Beschichtungsroboter beschränkt, sondern betrifft jede Art von Roboterarm, beispielsweise Roboterarme zum Schweißen, die eine Schweißelektrode als Arbeitsgerät tragen, etc.

Claims

Patentansprüche

Roboterarm gekennzeichnet durch ein erstes bewegbares Zahnrad (23), das mit einem an einem Basisteil befestigten feststehenden zweiten Zahnrad (26) kämmt, durch eine Antriebseinrichtung (3-11) zur Bewegung des bewegbaren ersten Zahnrads (23) unter gleichzeitigem Kämmen mit dem feststehenden zweiten Zahnrad (26), und durch ein an dem bewegbaren ersten Zahnrad (23) angebrachtes Arbeitsgerät.
2. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgerät sicher an dem bewegbaren Zahnrad angebracht ist.
3. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgerät an dem bewegbaren ersten Zahnrad (23) durch ein zweites Betatigungsglied (37) zur Drehung des Arbeitsgeräts angebracht ist.
4. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare erste Zahnrad an einem Ende eines Verbindungsteils befestigt ist, das mit seinem anderen Ende drehbar auf einer Welle montiert ist, wobei die Welle mit einem zweiten bewegbaren Zahnrad verbunden ist, das mit einem dritten bewegbaren Zahnrad kämmt, welches auf einer durch das erste bewegbare Zahnrad laufenden Welle befestigt ist und daß das Arbeitsgerät mittels des Verbindungsteils an dem ersten bewegbaren Zahnrad angebracht ist.
5. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Zahnräder durch eine Feder in eine vorgegebene Richtung vorgespannt ist, um das Zurückfallen in den miteinander kämmenden Zahnradabschnitten zu ν ermindern.
6. Roboterarm gekennzeichnet durch ein erstes feststehendes Zahnrad, durch ein erstes Verbindungsteil, das mit einem Ende drehbar an dem ersten Zahnrad montiert ist, durch ein zweites Zahnrad, das fest auf dem

anderen Ende des ersten Verbindungsteils montiert ist, durch ein drittes Zahnrad, das drehbar an dem zweiten Zahnrad montiert ist und mit dem ersten Zahnrad kämmt, durch ein zweites Verbindungsteil, das mit einem Ende fest an einem dritten Zahnrad montiert ist, durch ein viertes Zahnrad, das drehbar an dem anderen Ende des zweiten Verbindungsteils montiert ist und mit dem zweiten Zahnrad kämmt, und durch ein Betätigungsglied zum Drehen des ersten Verbindungsteils zu dem ersten Zahnrad.
7. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied ein Zylindergehäuse aufweist, daß eine Welle durch das Zylindergehäuse verläuft, daß bewegbare Trennwände an der Welle befestigt sind, um den Innenraum des Zylinder.gehäuses in zwei Kammern zu unterteilen, daß feststehende Trennwände an dem Zylindergehäuse zur weiteren Unterteilung der zwei von den bewegbaren Trennwänden gebildeten Kammern in jeweils zwei weitere Kammern vorgesehen sind, und daß ein erstes Zahnrad an de'm Zylindergehäuse und ein erstes Verbindungsteil mit einem Ende an der Welle befestigt sind.

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8. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünftes Zahnrad an dem anderen Ende des zweiten Verbindungsteils, ein drittes Verbindungsteil sicher mit einem Ende an das vierte Zahnrad und ein sechstes Zahnrad drehbar an dem anderen Ende des dritten Verbindungsteils montiert ist.
9. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen jedem der ersten bis vierten Zahnräder gleich ist.
10. Roboterarm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis für das zweite und dritte Zahnrad sowie für das vierte und fünfte Zahnrad 1 ist, während das Übersetzungsverhältnis für das erste und dritte Zahnrad größer als 1 ist und das Übersetzungsverhältnis des zweiten mit dem vierten Zahnrad größer als 1 ist.·