DE3209270C2

DE3209270C2 - Arbeitsarm für einen Industrie-Robotor

Info

Publication number: DE3209270C2
Application number: DE3209270A
Authority: DE
Inventors: Junichi Tokio/Tokyo Ikeda; Shinichi Tokio/Tokyo Nojima; Iwao Inagi Tokio/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: 1986-02-06
Also published as: JPS6110942Y2; SU1258317A3; US4435120A; JPS57149990U; DE3209270A1

Abstract

Ein elefantenrüsselartiger Roboterarm für einen programmgesteuerten Roboter weist miteinander kämmende Zahnräder auf, die durch Verbindungsteile miteinander verbunden sind. Ein Betätigungsglied dient zum Drehen eines der Zahnräder und biegt dadurch den gesamten Roboterarm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitsarm für einen Industrie-Roboter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Arbeitsarm ist aus der DE-AS 81 819 bekannt, und zwar ist dort jedes Armelement mit einer Betätigungseinrichtung versehen, welche ein benachbartes Armelement dreht. Dies erhöht das Gewicht des Arms und begünstigt dessen Absinken aufgrund des erhöhten Eigengewichts. Dadurch ist ein Werkzeug rmr schwierig genau in eine bestimmte Position zu bringen.

Aus der DE-OS 27 03 793 ist ein biegsamer Arbeitsarm für einen Industrie-Roboter bekannt dessen Armelemente im wesentlichen aus Kreuzgelenken aufgebaut sind. Auch dieser bekannte Arbeitsarm besitzt den Nachteil, daß eine hochgenaue Positionierung eines an. seiner Spitze angeordneten Werkzeugs Schwierigkeiten macht

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Arbeitsarm für einen Industrie-Roboter zu schaffen, der genauer als der Stand der Technik positionierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen bei einem Arbeitsarm der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Durch die Verwendung von über Zahnsegmente miteinander in Eingriff stehenden Armelementen wird eine hochgenaue Positionierbarkeit der Spitze des Arbeitsarmsohne Schlupf oder Absinken erreicht

Mit dem erfindungsgemäßen Arbeitsarm läßt sich ein gewünschtes Maß an Armbiegung erhalten und die Krümmungseigenschaften lassen sich auf einfache Weise durch Einstellen des Übersetzungsverhältnisses in den Zahnradiibersetzungen ohne Schwierigkeiten wahlweise verändern.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-Il in Fig. 1, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-I1I in F i g. 2, F i g. 4 eine Erläuterungsdarstellung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1, und

F i g. 5 eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen ein Basisteil 2 eines hydraulischen Arbeitsarms 1, das an einen nicht dargestellten Basisblock oder einen unbiegsamen Arm angeschlossen ist, während sich eine Welle 3 durch das Basisteil 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 Basisteil 2 in vier Kammern 8 bis 11. Die Flügel 6 und 7 sind mit Hilfe von Bolzen 12 und 13 an dem Basisteil 2 befestigt. Wenn Hydraulikfluid unter Druck in die Kammern 8 und 10 eingeleitet und aus den Kammern 9 und 11 abgelassen wird, dann drehten 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 iö abgelassen wird, dann drehen die Flügel 4 und 5 und die Welle 3 in Richtung eines zweiten Pfeils 15. Zwei Drehelemente 16 und 17 sind mit ihren einen Enden an beiden Enden der Welle 3 befestigt, um das Basisteil 2 dazwischenzulegen und keine Berührung mit diesem zu haben, während sie mit ihren anderen Enden an eine Welle 18 angeschlossen sind. Der Arbeitsarm 1, die Drehelemente 16 und 17 und die Welle 18 bilden eine Antriebseinrichtung. Die WeI-Ie 18 erstreckt sich durch ein Zylinderteil 19, das über Lager 20 und 21 an die Welle 18 angeschlossen ist, urn miteinander drehbar zu sein. Ein bewegbares Zahnrad 23 ist an eine Seite des Zylinderteils 19 mit Hilfe von Schrauben 22 befestigt. Das Lager 20 liegt zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten Zahnrads 23 und der äußeren Umfangsfläche 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 Basisteils 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 ersten Drekfclements 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 zweiter Drehelemente 30 und 31 ist mit seinen Enden an dem Zylinderteil 19 befestigt und mit seinen anderen Enden an einem Zylinderteil 32. Ein Zapfen 33 erstreckt sich durch das Zylinderteil 32, wobei das Zylinderteil 32 und der Zapfen 33 mit Hilfe von Lagern 34 und 35 derart miteinander verbunden sind, daß sie in bezug aufeinander gedreht werden könnea Die Lager 34 und 35 liegen zwischen der inneren Umfangsfläche des Zylinderteils 32 und der äußeren Umfangsfläche des Zapfens 33.

Das vierte Zahnrad 29 ist an einem Ende des Zapfens 33 und ein drittes Drehelement 36 an dem anderen Ende des Zapfens 33 befestigt Wenn das vierte Zahnrad 29 eine Planetenbewegung um das dritte Zahnrad 28 ausführt, führen das vierte Zahnrad 29 und der Zapfen 33 die identische Drehung durch und das Drehelement 36 schwenkt ebenfalls auf die gleiche Weise. Ein Drehentrieb 37, das dem drehbaren Arbeitsarm 1 ähnlich ist, ist an das dritte Drehelement 36 angeschlossen. Ein dem Zapfen 3 ähnlicher Zapfen 39 steht aus der Endwand eines zweiten Gehäuses 38 für den Drehantrieb 37 vor und ist um eine Mittellinie 40 bei Betätigung des Drehantriebs 37 drehbar. Ein Arbeitsgerät, beispielsweise eine Farbsprühdüse, ist an dem Zapfen 39 angebracht Ein erstes Potentiometer 41 erkennt die Drehung der ersten Welle 3, während ein zweites Potentiometer 42 die Drehung des Zapfens 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 F i g. 1 nicht dargestellt

F i g. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Arbeitsarms 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 Drehelemente 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 eo zweiten Welle 18 in die Position 52 werden die Drehelemente 30 und 31 in Richtung des Pfeils 14 um die zweite Welle 18 gedreht, um den Zapfen 33 in eine Position 53 zu bringen.

Während der Bewegung des Zapfens 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 den Zapfen 33, die dabei ein Zentrum bildet Somit wird der vierte Zapfen 39 in eine Position. 54 gebracht, d. h. sie wird unter einen Winkel θ in bezug auf die Richtung der Mittellinie 40 für den Arbeitsarm 51 positioniert, wenn letzerer 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 6b zwischen der Mittellinie 40 und einer Geraden 55, die die Position 52 mit dem Mittelpunkt der ersten Welle 3 verbindet Auf gleiche Weise läßt sich der vierte Zapfen 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 Pfeils 15 gedreht, dann kann der Arbeitsarm 51 in einer Weise gebogen werden, die der zuvor beschriebenen Weise entgegengesetzt ist Der Arbeitsarm 51 läßt sich durch Einlassen und Ablassen von Hydraulikfluid in das und aus dem Basisteil 2 in gewünschter Weise krümmen, wodurch die Farbsprühdüse an dem vierten Zapfen 39 in eine vorbestimmte Position bringbar ist Andererseits kann beim Einlassen und Ablassen von Hydraulikfluid zu und aus dem zweiten Drehantrieb 37 der vierte Zapfen 39 um die Mittellinie 40 als Zentrum gedreht werden, so daß die an dem vierten Zapfen 39 angebrachte Düse gleichzeitig in gewünschter Weise um die Mittellinie 40 gedreht werden kann. Das Ausmaß der Biegung des Arbeitsarms 51 und die Drehung der an den vierten Zapfen 39 angebrachten Düse läßt sich durch die beiden Potentiometer 41 und 42 jeweils elektrisch feststellen.

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. Farner ist es auch nicht immer notwendig, das Übersetzungsverhältnis 1 :1 zu wählen, denn es sind auch andere Übersetzungsverhältnisse wahlweise anwendbar.

Fig.5 zeigt beispielsweise schematisch einen Arbeitsarm 70 mit acht Zahnrädern 61 bis 68, wobei sich das Übersetzungsverhältnis zwischen jeden der miteinander kämmenden Zahnräder aufeinanderfolgend ändert Wenn bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 die Zahnradgröße gleich gewählt wird, d. h. das Übersetzungsverhältnis für jedes der koaxialen Zahnradpaare, also für das Zahnradpaar 62,63, das Zahnradpaar 64, 65 und das Zahnradpaar 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 eines fünften Zapfens 71, die der zweiten Welle 18 bei dem vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiel entspricht, zu einer Linie 73, die einen Winkel θο mit einer Mittellinie 72 einschließt, einen sechsten Zapfen 74 (die dem vierten Zapfen 39 bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel entspricht) zu einer Linie 75 schwenken, die einen Winkel θ mit der Mittellinie 72 einschließt, der so groß wie 10 · B₀ 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 Zahnrad 26 und dem Verbindungsteil 16 sowie zwischen dem Drehelement 30 und dem vierten Zahnrad 29 montiert, um das dritte Zahnrad 28 und das erste Zahnrad 23 gemäß Fig.4 in eine Drehrichtung

vorzuspannen. Das Betätigungsglied ist in einer Ausführung ein Hydraulikzylinder mit Umkehrsteuerung, in einer anderen Ausführung ein Hydraulikzylinder mit Drehbewegungssteuerung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

10

20

25

30

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Arbeitsarm für einen Industrie-Roboter mit einem Basisteil, mit einer im Basisteil angeordneten Antriebseinrichtung, mit einer Anzahl von Drehelementen, von denen das erste Drehelement mit einem Ende an die Antriebseinrichtung angeschlossen und von dieser drehbar ist, und mit einem am letzten Drehelement angeordneten Arbeitsgerät für den Industrie-Roboter, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehelement (16,17) an seinem anderen Ende ein Zahnrad (28, 63) trägt, welches mit einem an einem dritten Drehelement (36) befestigten Zahnrad (29, 64) kämmt, daß das zweite Drehelement (30,31) an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Drehelements (16, 17) schwenkbar verbunden ist und ein Zahnrad (23, 62) trägt, welches mit einem an dem Basisteil (2) befestigten Zahnrad (26,61) kämmt, und daß das zweite Drehelement (30, 31) an seinem anderen Ende schwenkbar mit dem dritten Drehelement (36) verbunden ist

2. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgerät sicher an dem am dritten Drehelement (36) befestigten Zahnrad (29) angebracht ist

3. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgerät an dem am dritten Drehelement (36) befestigten Zahnrad (29) durch einen Drehantrieb (37) für das Arbeitsgerät angebracht ist

4. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehelement (30, 31) schwenkbar mit einem Zapfen (33) verbunden ist, der das Arbeitsgerät trägt

5. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zahnradpaar (26, 23; 28, 29) durch eine Feder (81, 82) in einer vorgegebenen Richtung gehalten ist.

6. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen jedem der Zahnräder gleich ist.

7. Arbeitsarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis vom ersten Zahnrad (61) zum zweiten Zahnrad (62), vom dritten Zahnrad (63) zum vierten Zahnrad (64) und vom fünften Zahnrad (65) zum sechsten Zahnrad (66) jeweils größer als 1 ist, während der Teilkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads (62) gleich groß wie der Teilkreisdurchmesser des dritten Zahnrads (63) ist und der Teükreisdurchmesscr für das vierte Zahnrad (64) gleich groß wie der Teilkreisdurchmesser für das fünfte Zahnrad (65) ist.