DE3446854C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter mit mindestens drei parallelen Rotationsachsen und mit Antriebsmotoren für diese Achsen, wobei die Antriebsmotoren für die um die Rotationsachsen zu verschwenkenden Arme mit denselben über konzentrisch sich umschließende Hohlwellen verbunden sind, von denen die äußerste durch Außenlager drehbar gelagert ist.

In vielen Fällen ist es erforderlich oder gewünscht, daß die Antriebseinrichtungen für solche Industrieroboter räumlich von den Armen, die die Rotationsbewegungen ausführen, getrennt sind. Dies ist zum Beispiel verständlich in einem Fall, in dem sich die Rotationsachsen in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre bewegen; in diesem Falle sollte der Antrieb nicht auch innerhalb dieser Atmosphäre in der Nähe der Arme vorgesehen sein. Befinden sich die Arme in einem Raum mit hohen Temperaturen (zum Beispiel bei Warmpressen), so könnte diese hohe Temperatur schädlich für die Antriebseinrichtungen sein, so daß man sie häufig getrennt von den Armen hinter einer wärmeisolierenden Wand anordnen möchte. In wiederum anderen Fällen (zum Beispiel bei Kraftfahrzeuglackiereinrichtungen) können auch mehrere dieser Wirkungen gleichzeitig auftreten, nämlich zum Beispiel die erwähnte Explosionsgefahr sowie die Tatsache, daß die Antriebseinrichtungen Platz wegnehmen und deswegen die gewünschten laminaren Luftströmungen behindern.

Bei bekannten Industrierobotern, mit denen diese Probleme zumindest teilweise vermieden werden können, sind die von den Armen räumlich getrennten Motoren mit den Armen durch nebeneinander angeordnete Zahnstangen oder Wellen miteinander verbunden (FR-PS 13 71 685, US-PS 37 84 031). Die Bewegungsübertragung durch nebeneinander angeordnete Maschinenelemente ist aber konstruktiv aufwendig. Außerdem tritt die Problematik auf, daß bei Antrieb einer Achse Relativbewegungen auch zu anderen Achsen auftreten können, was zum Teil durch aufwendige Getriebe vermieden werden muß (US-PS 37 84 031).

Bei einem weiteren vorbekannten Industrieroboter (DE-OS 23 23 407) sind die verschiedenen Antriebswellen als konzentrische Hohlwellen ausgebildet, was zwar eine gewisse konstruktive Verbesserung darstellt. Für die Ausführung der verschiedenen Bewegungen sind aber noch komplizierte Getriebe, zum Beispiel differentialartig miteinander gekoppelte Antriebsmotoren erforderlich.

Bei einem Industrieroboter der eingangs genannten Art (GB-Z: Soviet Engineering Research, 62, 1982, 3, S. 3, 4) sind vier solche konzentrischen Hohlwellen vorgesehen. Wird bei dieser Anordnung eine der Hohlwellen in Drehung versetzt, so treten recht komplizierte Bewegungsverhältnisse mit Relativbewegungen zwischen den einzelnen Armen auf.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Industrieroboters, bei dem bei Antrieb von nur einer Achse Winkelbewegungen der Arme zueinander in den anderen Achsen mit einfachen Mitteln vermieden werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Stator des Antriebsmotors der zweiten Achse fest mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors der ersten Achse verbunden ist, und daß der Stator des Antriebsmotors der dritten Achse fest mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors der zweiten Achse verbunden ist.

Eine weitere Lösung besteht darin, daß der Stator des Antriebsmotors der zweiten Achse fest mit der Antriebs-Hohlwelle der ersten Achse und der Stator des Antriebsmotors der dritten Achse fest mit der Antriebs-Hohlwelle der zweiten Achse verbunden ist.

Es ist zwar bekannt, bei einer Anordnung von drei Hohlwellen zum Antrieb eines Handgelenks eines Industrieroboters den Stator eines Antriebsmotors fest mit der Antriebshohlwelle einer anderen Achse zu verbinden (DE-OS 27 52 236). Ein Hinweis darauf, diese Anordnung für jede Achse zur Vermeidung von Relativbewegungen bei gattungsgemäßen Industrierobotern anzuwenden, ist dieser Schrift jedoch nicht zu entnehmen.

Die Anordnung von Hohlwellen kann dabei leicht, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist, in einer Wand gelagert werden, indem das Außenlager mit der Wand verbunden wird. In diesem Falle befindet sich dann der eigentliche Industrieroboter mit seinen Armen auf der einen Seite einer Wand, während die Antriebseinrichtungen auf der anderen Seite der Wand angeordnet sind. Auf diese Weise können die Antriebseinrichtungen in einem ausreichend kühlen Raum, an einer Stelle, an der sie keinen Platz verschwenden und in einer Atmosphäre angeordnet sein, in der keine Explosionsgefahr besteht. Der Einbau ist auch verhältnismäßig einfach, da die trennende Wand nur eine einzige Öffnung zu haben braucht, durch die die Hohlwellenanordnung hindurchgesteckt wird.

Einen besonders einfachen Aufbau in der Wand erhält man, wenn das Außenlager von einem Tragrohr umgeben ist, das dann in die Wandöffnung eingesetzt werden kann. Hierbei kann dann auch leicht eine gasdichte Verbindung zwischen Tragrohr und Wand vorgesehen werden, die auch noch elastisch sein kann, wenn der Industrieroboter durch von der Wand unabhängige Stützen gehalten wird, was häufig bei leichten Wänden der Fall sein wird. Wenn auch die Lager der Hohlwellenanordnung gasdicht angeordnet sind, besteht keinerlei Gefahr, daß explosionsgefährdete Dämpfe aus dem Raum, in dem der Roboter arbeiten soll, zu den Antriebseinrichtungen gelangen.

Damit auch die empfindlichen Positionsgeber für die Steuerung des Industrieroboters nicht großer Wärme, aggressiven Gasen und dergleichen ausgesetzt sind oder zu Explosionsgefahr Anlaß geben könnten, wird vorteilhafterweise vorgesehen, daß diese Positionsgeber auf der Antriebsseite der Wellen angeordnet sind, das heißt auf der Seite der Antriebseinrichtungen. Sie sind in diesem Falle von den angetriebenen Armen ebenfalls räumlich getrennt.

Wenn mindestens eine der Wellen mit Einrichtungen zur Energieübertragung für den Betrieb von Hilfsachsen versehen ist, müssen für die Energieübertragung nicht erst separate Energieübertragungswege durch die Wand oder außerhalb der Wellenanordnung vorgesehen werden.

Zweckmäßigerweise sind die Einrichtungen zur Energieübertragung dabei Hydraulikleitungen und Hydraulik- Schleifringe. Die Einrichtungen zur Energieübertragung können aber auch elektrische Leitungen und elektrische Schleifringe sein. Auch Seilzüge wären hier denkbar.

Eine besonders einfache Art der Drehmomentübertragung zwischen Antriebseinrichtungen, Wellen und Armen erhält man, wenn man vorgespannte Zahnketten verwendet, soweit nicht eine direkte feste Verbindung zwischen den sich drehenden Teilen möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht die Anordnung der drei Rotationsachsen;

Fig. 2 in Draufsicht das Prinzip des Industrieroboters und

Fig. 3 im Detail den Industrieroboter, teilweise im Schnitt.

Wie dies in Fig. 1 am besten ersichtlich ist, weist der Industrieroboter eine erste raumfeste Rotationsachse 1, eine zweite Rotationsachse 2 und eine dritte Rotationsachse 3 auf.

Um die erste Rotationsachse kann ein erster Arm 11 geschwenkt werden, an dessen Ende die zweite Rotationsachse 2 angeordnet ist. Um diese Rotationsachse 2 kann der zweite Arm 12 geschwenkt werden. Am Ende des zweiten Armes 12 befindet sich dann die Rotationsachse 3, mit der der dritte Arm 13 gedreht werden kann; dieser Arm besteht, wie dies weiter unten beschrieben werden wird, aus mehreren Teilen.

Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, kann mit der Rotationsachse 3 zumindest die gestrichelt angedeutete rechteckige Fläche 4 überstrichen werden.

Wie dies am deutlichsten in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Industrieroboter beiderseits einer Wand 5 angeordnet, die die Wand einer Lackierkabine bildet, in der eine Kraftfahrzeugkarosserie 6 lackiert werden soll.

Innerhalb der Lackierkabine befinden sich die drei Rotationsachsen 1, 2 und 3 sowie die Arme 11, 12 und 13 des Industrieroboters. Wie dies bereits erwähnt wurde, ist der dritte Arm kein gewöhnlicher Arm, sondern besteht aus einem abgewinkelten Arm 14, der am Ende seiner Abwinkelung einen Greifer 15 trägt, mit dem Kofferraum-, Motorhauben und Heckklappen des Fahrzeugs vor dem Lackiervorgang beziehungsweise nach demselben geöffnet oder geschlossen werden können. Ist in der in der Figur gezeigten Stellung der Kofferraumdeckel geöffnet worden, so wird der Arm 14 um die Achse 3 um 180° gedreht, so daß der Greifer 15 in die entgegengesetzte Richtung (in der Figur nach unten) zeigt, so daß er dort eine Motorhaube des (in der Figur von unten) nachfolgenden Fahrzeugs öffnen kann. Anschließend kann der Arm 14 dann um eine zur Rotationsachse 3 senkrechte Hilfsachse 16 nach oben geklappt werden, so daß er dem nachfolgenden Fahrzeug nicht im Wege steht.

Auf der anderen Seite der Wand 5 ist die Antriebseinrichtung 7 vorgesehen, die mit den Rotationsachsen und Armen des Roboters über eine Wellenanordnung 8 verbunden ist, die durch eine Öffnung 9 der Wand hindurchgeführt ist.

Die Einzelheiten dieser Wellenanordnung und des Antriebs der Arme soll nun im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben werden. Dort ist gezeigt, daß der gesamte Industrieroboter mit Antrieben und dergleichen von einem Maschinengestell 10 getragen wird. Am Maschinengestell 10 ist ein Tragrohr 17 befestigt, daß mit Dichtungen 18 außen gegen die Wand 5 im Bereich der Wandöffnung 9 abgedichtet ist.

Mit Hilfe von Lagern 19 ist eine äußere Hohlwelle 20 drehbar im Tragrohr 17 gelagert. Diese äußere Hohlwelle 20 ist starr mit dem ersten Arm 11 verbunden. Außerdem weist die äußere Hohlwelle 20 ein Zahnrad 21 auf, mit dem sie über einen Zahnriemen 22 mit Hilfe eines Motors 23 angetrieben werden kann, der starr am Maschinengestell 10 befestigt ist. Bei Betätigung des Motors 23 wird auf diese Weise der erste Arm 11 verschwenkt.

Mit Hilfe von Lagern 24 ist innerhalb der äußeren Hohlwelle 20 eine innere Hohlwelle 25 drehbar gelagert, die an ihrem in der Figur rechten Ende mit einem Zahnkranz 26 versehen ist, mit dem sie über eine Zahnkette 27 mit Hilfe des Antriebsmotors 28 in Drehung versetzt werden kann. Der Stator des Motors 28 ist dabei starr an der äußeren Hohlwelle 20 befestigt, und zwar auf der Seite, die dem Arm 11 gegenüberliegt, so daß der Motor ein Gegengewicht zum Arm 11 bildet.

Auf der Seite der Hohlwelle 25, auf der die Arme angeordnet sind, ist ein Zahnkranz 29 befestigt, mit dem über eine Zahnkette 30 und ein Zahnrad 31 der zweite Arm 12 um die zweite Rotationsachse 2 verschwenkt werden kann.

Bei Betätigung des Antriebsmotors 23 findet nur eine Rotation um die erste Rotationsachse 1 statt. Bei Betätigung des Motors 28 findet nur eine Rotation um die Rotationsachse 2 statt, die von derjenigen um die erste Achse unabhängig ist.

Innerhalb der inneren Hohlwelle 25 ist mit weiteren Lagern eine Antriebswelle 32 gelagert, die an ihrem einen Ende mit dem Rotor eines Antriebsmotors 33 verbunden ist und die an ihrem anderen Ende ein Zahnrad 34 trägt, mit Hilfe dessen der Arm 13 gedreht werden kann, und zwar über eine Zahnkette 35, ein Zahnrad 36, das mit einem Zahnrad 37 verbunden ist, wobei beide auf der Achse 2 frei rotieren können, sowie über eine Zahnkette 38 und ein Zahnrad 39. Der Stator des Antriebsmotors 33 ist dabei auf der inneren Hohlwelle 25 befestigt, so daß auch die Rotation des dritten Arms unabhängig von Rotationen des ersten und zweiten Armes ist.

Der Arm 14 ist wie bereits erwähnt um die Achse 16 in zwei zueinander senkrechte Stellungen schwenkbar, von denen eine mit ausgezogenen Linien und die andere gestrichelt angedeutet ist; die Schwenkbewegung kann in Richtung des Doppelpfeiles 40 stattfinden. Zur Betätigung des Greifers 15 weist der Arm 14, vom Greiferende entfernt, zwei Hydraulikzylinder 41 auf; die Betätigung des Greifers 15 erfolgt dabei über Seilzüge 42. Die Hydraulikzylinder werden über Leitungen 43 gespeist, die jeweils über Schleifringe durch die Wellen und Achsen hindurchgeführt sind. Solche Schleifringe sind bei 44, 45 und 46 angedeutet. Mit 47 sind schließlich noch Spannschlösser bezeichnet, mit denen die Zahnketten 22, 27, 30, 35 und 38 gespannt werden können.

Der Arm 14 kann auch als längenveränderlicher Teleskoparm ausgebildet sein, der mit einem eigenen Stellzylinder verfahren werden kann (nicht dargestellt).

Claims (7)

1. Industrieroboter mit mindestens drei parallelen Rotationsachsen und mit Antriebsmotoren für diese Achsen, wobei die Antriebsmotoren für die um die Rotationsachsen zu verschwenkenden Arme mit denselben über konzentrisch sich umschließende Hohlwellen verbunden sind, von denen die äußerste durch Außenlager drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Antriebsmotors (28) der zweiten Achse (2) fest mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors (23) der ersten Achse (1) verbunden ist, und daß der Stator des Antriebsmotors (33) der dritten Achse (3) fest mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors (28) der zweiten Achse (2) verbunden ist.

2. Industrieroboter mit mindestens drei parallelen Rotationsachsen und mit Antriebsmotoren für diese Achsen, wobei die Antriebsmotoren für die um die Rotationsachsen zu verschwenkenden Arme mit denselben über konzentrisch sich umschließende Hohlwellen verbunden sind, von denen die äußerste durch Außenlager drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Antriebsmotors (28) der zweiten Achse (2) fest mit der Antriebs-Hohlwelle (20) der ersten Achse (1) und der Stator des Antriebsmotors (33) der dritten Achse (3) fest mit der Antriebs-Hohlwelle (25) der zweiten Achse (2) verbunden ist.

3. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungselemente zwischen Antriebseinrichtungen (7, 23, 28, 33), Wellen (20, 25, 32) und Armen (11, 12, 13) vorgespannte Zahnketten (22, 27, 30, 35, 38) aufweisen.

4. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Positionsgeber für die Steuerung des Industrieroboters auf der Antriebsseite der Wellen (20, 25, 32) angeordnet sind.

5. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wellen (20) mit Einrichtungen (43, 44, 45, 46) zur Energieübertragung für den Betrieb von Hilfsachsen (15, 16) versehen ist.

6. Industrieroboter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Energieübertragung Hydraulikleitungen (43) und Hydraulik-Schleifringe (44, 45, 46) aufweisen.

7. Industrieroboter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Energieübertragung elektrische Leitungen und elektrische Schleifringe aufweisen.