DE3334104C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen gelenkig biegbaren Roboterarm nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Ein derartiger Roboterarm ist aus DE-OS 27 03 793 be­ kannt. Bei dem bekannten Roboterarm wird der kumulative Effekt der Bewegungen der Kreuzgelenke durch das Zusam­ menwirken von Kugelflächen oder anderen gekrümmten Flächen erreicht, die zur Bildung von Kippverbindungen aufeinander rollen oder kippen. Hierbei muß gewähr­ leistet sein, daß die gekrümmten Flächen nicht auf­ einander abrutschen und daß sie sich nicht voneinander trennen. Zu diesem Zweck sind die gekrümmten Flächen mit kämmenden Rillen und Rippen ausgestattet. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die Rillen und Rippen nur bei sehr kleinen Winkelbewegungen in jedem Gelenk wir­ kungsvoll sind, weshalb zur Herstellung eines um 180° bewegbaren Armes viele Gelenke benötigt werden. Dies steht im Widerspruch zu der generellen Forderung, daß nur sehr geringes Spiel in den Übergängen zwischen Gelenken vorhanden sein darf, in denen Bewegung über­ tragen wird. Zur Verringerung des Spiels sind nämlich so wenig Gelenke wie möglich erwünscht, weil die Gesamt­ summe des Spiels die Summe des Spiels in jedem Gelenk ist. Deshalb wurde versucht, durch zusätzliche Stifte und Löcher an den gekrümmten Flächen den Zusammenhalt der Glieder bei stärkeren Knickbewegungen zu verbes­ sern. Bei Schwenkung der Glieder in bezug aufeinander sollten die Stifte in Löcher eingreifen, so daß sich ein kämmenden Zahnrädern ähnlicher Effekt ergab. Der Zusammenhalt der Kugelgelenke wurde mit dieser Hilfs­ einrichtung gefördert. Sie verursachte jedoch andere Nachteile.

Zur Vermeidung von ruckartigen Bewegungen des Roboter­ armes muß das Spiel in den Kugelgelenken geringgehalten werden. Es ist deshalb in bezug auf die Mitte-zu-Mitte- Abstände und die Anordnung der Stifte/Löcher hohe Prä­ zision bei der Anfertigung der Teile und beim Zusam­ menbau der Kugelgelenke erforderlich, die den Roboter­ arm verteuert. Auch beschleunigen die Stifte/Löcher den Verschleiß der Kugelgelenke. Dies ist darauf zurückzu­ führen, daß die Berührungsfläche in jedem Kugelgelenk sehr klein wird, weil ein kreisförmiger Zahn mit einem Loch größeren Durchmessers kämmt und mechanische Gren­ zen es unmöglich machen, daß in den äußeren Positionen mehr als ein Zahn voll eingreift. Die Abmessung des einen kämmenden Zahnes bestimmt deshalb die Belastung, die der Roboterarm in bezug auf Biegebeanspruchungen, Scherkräfte und insbesondere Materialermüdung auszu­ halten vermag. Zur Begrenzung des Verschleißes mußten die Teile gehärtet werden. Die Härtung solcher Kugel­ flächen mit von ihrer Oberfläche abstehenden kleinen Stiften ist jedoch problematisch und kostspielig. Bereits sehr geringfügige Toleranzen in den zusammen­ gebauten Teilen hatten zur Folge, daß der Roboterarm sich in den Gelenken nicht glatt, gleichmäßig und ruck­ frei bewegte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Roboter­ arm nach DE-OS 27 03 793 so zu verbessern, daß er mit einfach aufgebauten, zuverlässig schlüssig zusammenhal­ tenden, verschleißarmen Kugelgelenken glatte, gleich­ mäßige und ruckfreie Biegungen durchführen kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes Kugel­ gelenk als Universalgelenk ausgebildet ist, das einer­ seits eine Kugel mit einem Loch und andererseits einen Stift aufweist, der in das Loch der Kugel axial ver­ schiebbar hineinragt, daß die Antriebswelle bei dem ihr zugeordneten Kugelgelenk als Stift dient, und daß der Stift jedes anderen Kugelgelenkes an dem nach hinten gerichteten Ende jedes vorderen Gliedes befestigt ist.

Ein Universalgelenk mit einer durchbohrten Kugel, durch deren Bohrloch sich eine Stange erstreckt, ist aus DE-PS 8 31 623 an sich bekannt. Es dient zur begrenzt universalbeweglichen Verbindung von zwei quer zueinan­ der angeordneten Stangen, die in keiner erkennbaren Beziehung zu einem Roboterarm stehen.

Die erwähnte Lösung der gestellten Aufgabe mit Hilfe von aus durchbohrter Kugel und axial verschiebbarem Stift gebildeten Universalgelenken bewirkt auf einfache Weise nicht nur, daß der Roboterarm glatte, gleich­ mäßige und ruckfreie Bewegungen ausführt, sondern bei der gewählten besonderen Anordnung nahezu vollkommen lineare Biegeauslenkungen des Roboterarms mit einer Genauigkeit innerhalb einiger hundertstel Grad erzielt werden. Die Steckverbindung der Kugelgelenkteile sorgt für ihren zuverlässigen Zusammenhalt auch bei starken Auslenkbewegungen der Glieder, so daß man mit wenigen Gliedern auskommt und das Gesamtspiel der Kugelgelenke geringgehalten wird. Da die Universalgelenke jeweils eine verhältnismäßig große Berührungsfläche aufweisen, ist ihre Verschleißfestigkeit hoch und die Belastbar­ keit der Verbindung ist wesentlich größer als bei dem bekannten Roboterarm. Ferner ist die Herstellung des Roboterarmes verbilligt, weil keine besonderen Anfor­ derungen an die Präzision der zusammengreifenden Teile bei ihrer Bearbeitung und ihrem Zusammenbau gestellt werden.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen gelenkbeweglichen Roboterarm in schau­ bildlicher Ansicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Universalgelenk zwischen zwei zueinander gerade ausgerich­ teten Gliedern des biegbaren Roboterarms und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Universalgelenk zwischen zwei zueinander schräggestellten Gliedern.

Der Roboterarm nach Fig. 1 besteht aus vier Kreuz­ gelenken 1, 2, 3, 4. Die Kreuzgelenke 1, 2, 3, 4 sind durch ein erstes Glied 5, ein zweites Glied 6, ein drit­ tes Glied 7 und ein viertes Glied 8 verbunden, die etwa nach Art von Kettengliedern miteinander gekoppelt sind, zwischen denen sich Kreuzgelenke befinden, wobei die Glieder einen Teil der Kreuzgelenke bilden. An dem äußeren Ende des äußersten Gliedes 8 ist ein Achs­ stummel 9 zur Befestigung von Werkzeugen an dem bieg­ baren Roboterarm angebracht. Insoweit besteht Überein­ stimmung mit dem Roboterarm nach DE-OS 27 03 793. Der erfindungsgemäße Roboterarm unterscheidet sich von dem bekannten Roboterarm durch die Art der Übertragung der Bewegung von einem Kreuzgelenk zum nächsten. Die Bewe­ gung wird z.B. von dem ersten Glied 5 zu dem benach­ barten dritten Glied 7 dadurch übertragen, daß das dritte Glied 7 einen Stift 10 aufweist, der verschieb­ bar in ein Loch in einer Kugel 11 eingreift, die in einem an dem ersten Glied 5 vorgesehenen Lager 12 be­ weglich angeordnet ist. Wenn die Glieder 5, 7 relativ zueinander bewegt werden, wird der Stift 10 axial in dem Loch in der bewegbaren Kugel 11 verschoben, während die Kugel 11 sich, wie in Fig. 3 gezeigt, gleichzeitig dreht. Die Berührungsfläche zwischen den beiden Glie­ dern 5 und 7 bildet daher die Berührungsfläche zwischen dem Stift 10 und der beweglichen Kugel 11. Da der Stift 10 sich relativ zu dem Loch in der Kugel 11 axial ver­ schieben kann, wenn die Glieder 5, 7 bewegt werden, ist während des Zusammenbaus der Vorrichtung keine beson­ dere axiale Präzision erforderlich. Weil nur ein Stift 10 im Eingriff ist und der Stift 10 niemals außer Ein­ griff kommt, wird Ruckbewegung verhindert, die andern­ falls leicht dadurch entsteht, daß die Eingriffstelle von einem Stift zum nächsten wandert. Die bewegliche Kugel 11 ist ein Gelenklagerteil üblicher Art, das bil­ lig verfügbar ist. Die Oberflächen, die für eine gute Funktion der Anordnung wichtig sind, können daher mit herkömmlichen Werkzeugen auf einer normalen Drehbank hergestellt werden.

Eine drehbare Welle 13 erstreckt sich von dem vorange­ henden Roboterarmteil 14 durch ein Loch in einer Kugel 15, die in einem Lager beweglich angeordnet ist, wel­ ches an dem hinteren Ende des zweiten Gliedes 6 in gleicher Weise wie vorher beschrieben befestigt ist.

Ein Antriebsring 16 steht in gleitender Berührung mit dem Äußeren des ersten Universalgelenkes 1 und trägt zwei Zapfen 17 und 18, die mit jeweiligen längsbewegba­ ren Stangen (nicht gezeichnet) verbindbar sind, welche an den vorangehenden Roboterarmteil 14 angreifen, um den gelenkbeweglichen Roboterarm zu biegen.

Claims (1)

1. Gelenkig biegbarer Roboterarm mit mehreren an ihren benachbarten Enden über Kugelgelenke beweglich zu­ sammgengefügten kettengliedartig angeordneten Gliedern (5, 6, 7, 8), die durch Kreuzgelenke (2, 3, 4) miteinander verbunden sind, wobei die Glieder (5, 6, 7, 8) einen Teil der Kreuzgelenke (2, 3, 4) bilden; bei dem eine von einem Roboterarmteil (14) am hinteren Ende des Roboterarmes nach vorne vorstehende, drehbare Antriebswelle (13) mit einem endseitigen Glied (5) über ein Kreuzgelenk (1) verbunden ist, an das ein Antrieb (16, 17, 18) zur Aus­ wärtsschwenkung dieses Gliedes (5) angreift und bei dem das vordere Ende der Antriebswelle (13) über ein Kugel­ gelenk mit einem Ende des mit dem endseitigen Glied (5) verbundenen nächstfolgenden Gliedes (6) beweglich zu­ sammengefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kugelgelenk als Universalgelenk ausgebildet ist, das einerseits eine Kugel (11) mit einem Loch und andererseits einen Stift aufweist, der in das Loch der Kugel (11) axial verschiebbar hineinragt, daß die An­ triebswelle (13) bei dem ihr zugeordneten Kugelgelenk (15) als Stift dient und daß der Stift (10) jedes anderen Kugelgelenkes an dem nach hinten gerichteten Ende jedes vorderen Gliedes (7, 8) befestigt ist.