DE3503112A1 - Spielkorrekturvorrichtung fuer den schwenkarm eines roboters - Google Patents
Spielkorrekturvorrichtung fuer den schwenkarm eines robotersInfo
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Description
HOFFMANN · -ElTLc *■ PARTNER
PATENT- UND RECHTSANWÄLTE 35031
- 4 - 41 509 q/gt
MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPAN
Roboters
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiel- oder Totgangskorrekturvorrichtung
für einen Schwenkarm eines Roboters.
Die Erfindung wird mit Bezug auf einen Bogenschweißroboter,
insbesondere einen gelenkigen Bogenschweißroboter beschrieben.
Der Schwenkabschnitt eines gelenkigen Bogenschweißroboters als häufig beim Stand der Technik verwendeten Typs ist in
aus Fig. 1 ersichtlicherweise aufgebaut. Im Schwenkabschnitt wird zur Vereinfachung der Konfiguration und zur Minimierung
des Spieles ein besonderer Geschwindigkeitsreduzierer, nämlich eine harmonische Antriebskomponente verwendet. Ein
Schwenkwellenantriebsgleichstrom-Servomotor ist auf der Schwenkwelle vorgesehen. Insbesondere wird wie aus Fig. 1
zu sehen ist, der Schwenkabschnitt 9, welcher durch Lager 10 getragen wird, über einen Geschwindigkeitsverringerer
durch einen Motor 1 gedreht. In dieser Anordnung ist es möglich, daß ein Spiel im Geschwindigkeitsverringerer auftreten
kann, obwohl das Auftreten des Spieles im wesentlichen beseitigt wurde, da die Herstellungsgenauigkeit des
Geschwindigkeitsreduzierers bemerkenswert verbessert worden ist. Dieser Geschwindigkeitsreduzierer wird auch als Dreh-
zahlreduzierer bezeichnet. Wenn auf der anderen Seite in dem Schwenkabschnitt mit dem Schwenkwellenantriebsgleichstrommotor
der Motor eine Betriebsstörung erfährt oder fehlerhaft wird, kann er nicht ohne weiteres ersetzt werden.
Daher muß das Produktionsband/ in dem der Roboter verwendet wird, angehalten werden und zwar für eine lange
Zeitperiode. Zusätzlich bedarf es einer bedeutenden Zeitspanne, um die Bürsten des Motors zu ersetzen.
Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, sind jüngst Roboter geschaffen worden mit einem externen Gelenkwellenantriebsgleichstromservomotor,
der so befestigt ist, daß der Motor vollständig ersetzt werden kann. Ein Beispiel dieses Typs
der Anordnung., in dem der Motor außerhalb des Roboters angebracht ist, ist in Fig. 2 gezeigt. In dieser Anordnung
wird der Ausgang eines externen Motors 1 über einen Drehzahlverringerer 2 auf eine Zahnradwelle 5 übertragen, die
mit einem Mitten- oder Zentrumszahnrad 7 in Eingriff steht,
so daß letztere einen Gelenkabschnitt 9 dreht, welcher in Lagern 10 drehbar ist. In diesem Betrieb kann ein Spiel
hauptsächlich im Drehzahlreduzierer 2 und in der Zahnradwelle 5 sowie am Mittenzahnrad 7 am jeweiligen Eingriffspunkt auftreten. Das Spiel des Drehzahlreduzierers 2 ist
im wesentlichen beseitigt worden, wie bereits zuvor beschrieben. Jedoch kann ein bedeutendes Spiel der Zahnradwelle
und des Mittenzahnrades am Eingriffspunkt noch auftreten,
wenn die Zahnräder abgenutzt sind. Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, greifen zwei Zahnräder richtig ineinander,
und zwar bevor sie sich abgenutzt haben. Wenn sich die Zahnräder abnutzen, bildet sich ein Spalt A (Fig. 3B) zwischen
den Zähnen und zwar in Verbindung mit einem Spiel. Somit ist es für einen Roboter notwendig, welcher einen externen
Schwenkwellenantriebsservomotor aufweist, für eine Spielkor-
rektur zu sorgen, welche zwischen der Motorwelle und dem
Schwenkausgang auftritt.
Unter Einbeziehung des vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine Roboterschwenkwellenspielkorrekturvorrichtung
zu schaffen, die das Auftreten eines Spieles korrigieren und verhindern kann, sogar wenn sich die Zahnräder abgenutzt
haben.
Die vorgenannte Aufgabe und weitere Aufgaben der Erfindung wurden durch die Schaffung einer Roboterschwenkwellenspielkorrekturvorrichtung
gelöst, die gemäß der Erfindung folgende Merkmale aufweist: Eine Zahnrad- oder Getriebewelle,
ein Stirnzahnrad, welches an einem Ende der Welle befestigt ist und einen sich aufrecht erstreckenden ersten Stift mit
einer vorgegebenen Länge, welcher an dem flachen Teil des Stirnzahnrades befestigt ist, wobei die Welle über einen
Drehzahlreduzierer mit einem elektrischen Motor gekoppelt ist; ein Korrekturzahnrad mit einer Durchgangsausnehmung in
seinem flachen Teil, durch welche sich der erste Stift erstreckt und einen aufrecht sich erstreckenden zweiten Stift,
welcher eine vorgegebene Länge aufweist und mit seinem flacen Teil befestigt ist, wobei das Korrekturzahnrad den gleichen
Durchmesser und die gleiche Anzahl von Zähnen wie das Stirnzahnrad der Zahn- oder Getriebewelle aufweist und das
auf der Welle der Getriebewelle derart befestigt ist, daß das Korrekturzahnrad auf dem Stirnzahnrad angeordnet ist;
ein Sicherungs- oder Sprengring, der mit dem ersten und zweiten Stift in Eingriff steht, nachdem er zusammengedrückt
wurde, um seine Expansionskraft auf die Getriebwelle und das Korrekturzahnrad zu übertragen; und ein Mittenzahnrad,
welches an einem stationären Ständer gesichert ist und mit dem Korrekturzahnrad und dem Stirnzahnrad der Getriebewelle
in Eingriff steht.
Das Wesen, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlicher
in Verbindung mit den Ansprüchen und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen
5
Fig. 1 eine schematische Darstellung mit einem Schwenkabschnitt
eines konventionellen Bogenschweißroboters mit einem eingebauten Antriebsmotor,
Fig. 2 eine schematische Darstellung mit einem Schwenkabschnitt eines konventionellen Bogenschweißroboters
mit einem externen Antriebsmotor,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen für die Beschreibung von Zahnradspielen,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt eines Bogenschweißroboters und eines Schwenkabschnittes,
Fig. 5 eine schematische Darstellung in Richtung C-C
von Fig. 4 gesehen,
Fig. 6 und 7 perspektivische Explosionsdarstellungen
eines Schwenkabschnittes, der eine wesentliche Komponente einer Schwenkwellenspielkorrekturvor-
richtung nach der Erfindung ist,
Fig. 8A und 8B schematische Darstellungen von Zahnrädern
für die Beschreibung der Expansionskraft eines Rückhalte- oder Sicherungs- oder Spreng
ringes in der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung für die Beschreibung des Prinzips der Spielbeseitigung mittels
Spreng- oder Sicherungsringes, und
Fig. 1OA und 10B schematische Darstellungen für zwei
unterschiedliche Schwenk- oder Sicherungsringe, die in der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet
werden können.
5
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere zeigt Fig. 4 eine vertikale
Schnittansicht eines Bogenschweißroboters und seinen Schwenkabschnitt, Fig. 5 eine schematische Darstellung in
Richtung C-C in Fig. 4 gesehen, und die Fig. 6 und 7 perspektivische Explosionsansichten des Schwenkabschnittes,
der ein wesentlicher Teil der Erfindung ist. In den Fig. bis 7 sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen oder
Kennzeichen bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Schwenkwellenantriebsgleichstromservormotor.
Der Gleichstromservormotor 1 ist mit einem Drehzahlreduzierer (harmonische Antriebskomponente)
2 gekoppelt, der unter ihm vorgesehen ist. Der Drehzahlverringerer 2 ist mit einer Zahnrad- oder Getriebewelle
5 gekoppelt, die unter ihm vorgesehen ist und- ist durch Lager 3 und 4 gehalten. Die Getriebewelle 5, wie sie in Fig.
7 gezeigt ist, umfaßt einen abgestuften Wellenteil 5a mit einer Vielzahl von Stufen und ein Stirnzahnrad 5c am unteren
Ende. Ein aufrecht sich erstreckender Stift 12, der eine
vorgegebene Länge aufweist, ist an der oberen Seite des flachen Teils des Stirnzahnrades 5c befestigt. In dem flachen
Teil des Stirnzahnrades 5c ist eine Vielzahl von mit Gewinde versehenen Bohrungen 5b vorgesehen. Ein Korrekturzahnrad
6, welches den gleichen Durchmesser und die gleiche Anzahl von Zähnen wie das Stirnzahnrad 5c der Getriebewelle 5 auf-
weist/ weist eine Durchgangsbohrung 6a auf, in die der
abgestufte Wellenteil 5a der Getriebewelle 5 eingefügt ist. Daher ist das Korrekturzahnrad 6 auf dem Stirnzahnrad
5c der Getriebewelle 5 durch Einbringen oder Einfügen des abgestuften Wellenteiles 5a der Getriebewelle 5
in die Durchgangsbohrung 5a des Korrekturzahnrades 6 plaziert bzw. angeordnet. Das Korrekturzahnrad 6 weist eine
Durchgangsbohrung 6b auf, die im Durchmesser größer ist als der des Stiftes 12, um auf diese Weise den Stift 12
aufzunehmen. Außerdem weist es eine Vielzahl von Durchgang sbohrungen 6c auf, die sich in Ausrichtung mit den
Gewindebohrungen 5b des Stirnzahnrades 5c befinden. Das Korrekturzahnrad 6 weist einen aufrecht sich erstreckenden
Stift 13 auf, der mit seiner oberen Seite in der Weise fixiert ist, daß der Stift 13 in einem vorgegebenen Abstand
vom Mittelpunkt der Durchgangsbohrung 6b angeordnet ist.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Oförmigen Sicherungs- oder Sprengring mit Bohrungen 14a
und 14b an seinen gegenüberliegenden Enden. Der Abstand L zwischen den beiden Bohrungen 14a und 14b ist größer als
der Abstand 1 zwischen dem Stift 12 und dem Stift 13. Daher wird der Ring 14 zusammengedrückt, um mit dem Stift 12 und
dem Stift 13 über die Bohrungen 14a und 14b in Eingriff zu kommen (sh. Fig. 6).
Außerdem bezeichnet in den Zeichnungen das Bezugszeichen ein Mittenzahnrad, welches mit der Getriebewelle 5 und dem
Korrekturzahnrad 6 in Eingriff steht. 8 bezeichnet einen stationären Ständer zur Aufnahme des Roboters. 9 bezeichnet
einen Schwenkständer, welcher geeignet ist, um den stationären Ständer zu schwenken. Er wird durch die Lager 10 und
11 getragen. 15 sind Bolzen oder Stifte, während mit 16
Unterlegscheiben bezeichnet sind, die mit den Zapfen(15
kombiniert sind. Die Zapfen 15 mit Unterlegscheiben 16 werden durch die Durchgangsbohrung 6c in die Gewindebohrungen
5b der Getriebewelle 5 eingeschraubt, so daß die Getriebewelle 5 und das Korrekturzahnrad 6 durch die Reibungskraft
zwischen ihnen zusammengehalten werden. Später werden die Zapfen 15 und die Unterlegscheiben 16 entfernt.
Das bedeutet, daß die Zapfen 15 mit den Unterlegscheiben 16 in die Gewindebohrungen 5b der Getriebewelle 5 eingeschraubt
werden, um der Expansionskraft des C-förmigen Wellensicherungsringes entgegen zu wirken, um auf diese
Weise die Zusammenfügungs- oder Montagearbeit zu erleichtern. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet außer Eingriffsbohrungen,
durch die Zapfen 15 mit den Unterlegscheiben aus den Gewindebohrungen 5b der Getriebewelle 5 (sh. Fig. 4)
herausgenommen werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 bis 7 wird das Korrekturzahnrad 6 auf der Getriebewelle 5 durch Einfügen
des abgestuften Wellenteiles 5a in die Durchgangsbohrung 6a des Korrekturzahnrades 6 und durch Einfügen des
Stiftes 12 in die Durchgangsbohrung 6b plaziert. Unter dieser
Bedingung werden die Bolzen oder Zapfen 15, die mit den Unterlegscheiben 16 versehen sind, durch die Durchgangsbohrungen
6c eingefügt und in die Gewindebohrungen 5b des Stirnzahnrades 5c der Getriebewelle 5 eingeschraubt. Danach
werden der Stift 12 und der Stift 13 jeweils in die Durchgangsboh^ngen
14a und 14b des C-förmigen WellenSicherungsringes 14 eingebracht. Die Anordnung der Getriebewelle 5,
des Korrekturzahnrades 6 -und des C-förmigen Sicherungsringes 14 wird mit dem Schwenkabschnitt des Lichtbogenschweißroboters
kombiniert und zwar durch in Eingriff bringen der Zähne der Getriebewelle 5 und des KorrekturZahnrades 6 mit
den Zähnen des Mittenzahnrades 7. Da bei dieser Operation die Getriebewelle 5 fest an dem Korrekturzahnrad 6 durch
Bolzen oder Zapfen 15 gesichert ist, wirkt bzw. beeinflußt die Expansionskraft des Sicherungsringes 14 die Getriebewelle
und das Korrekturzahnrad nicht. Das bedeutet, daß die Getriebewelle 5 und das Korrekturzahnrad 6 mit dem
Mittenzahnrad 7 kombiniert wird, wobei die Zähne der Getriebewelle
5 mit den Zähnen des Korrekturzahnrades ausgerichtet sind. Somit kann die Montage- und Zusammenfügungsarbeit
vollständig erreicht werden.
Danach werden die Zapfen 15 und die Unterlegscheiben 16
von der Anordnung der Getriebewelle 5 und des Korrekturzahnrades 6 durch die Entnahmebohrungen 17 (sh. Fig. 4)
entfernt. Folglich wirkt die Expansionskraft des Sicherungsringes 14 auf die Getriebewelle 5 und das Korrekturzahnrad
6, wobei die Zähne der Getriebewelle 5 von den Zähnen des Korrekturzahnrades 6 verschoben bzw. versetzt
werden und in Eingriff mit den Zähnen des Mittenzahnrades
7 gebracht werden. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Zusammenfügungsarbeit vollständig und sauber jeder
Zeit ausgeführt werden kann.
Es wird nun die Funktion der oben beschriebenen Ausführungsform im einzelnen beschrieben.
Da sich der Schwenkwellenantriebsmotor 1 dreht, wird der Drehzahlreduzierer (harmonische Antriebskomponente) 2, der
mit der Ausgangswelle des Motors 1 gekoppelt ist, gedreht. Folglich drehen sich die. Getriebewelle 5, die mit dem Drehzahlreduzierer
2 gekoppelt ist und das Korrekturzahnrad 6, welches mit der Getriebewelle kombiniert ist, um das Mittenzahnrad
7. Schließlich wird der Schwenkwellenantriebsmotor
um das Mittenzahnrad 7 gedreht, während es sich selbst
dreht und somit eine Schwenkoperation ausführt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Spiel wie folgt verhindert: Wie in Fig. 9 gezeigt ist, bewirkt
die Expansionskraft des C-förmigen Sicherungsringes 14, daß die Zähne der Getriebewelle 5 und des Korrekturzahnrades
6 mit den Zähnen des Mittenzahnrades 7 zu allen Zeiten in Eingriff stehen. Daher wirkt die Expansionskraft
(T) auf die Zähne sogar dann, wenn die Zähne der Zahnräder während der Zeit abgenutzt werden, so daß die Zahnräder
spielfrei gehalten werden.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Größe der Expansionskraft des C-förmigen Wellensicherungsringes
so ausgewählt, daß sie größer ist als das Schwenklastdrehmoment.
Nur ein einziger C-förmiger Sicherungsring wird verwendet. Jedoch können eine Vielzahl von C-förmigen Sicherungsringen,
wenn dies notwendig ist, verwendet werden. Da die Expansionskraft des Sicherungsringes größer ist als
das Roboterschwenklastdrehmoment, wenn eine Schwenkbewegung in rechts gerichteter Richtung geändert wird in eine
Schwenkbewegung in die links gerichtete Richtung oder umgekehrt, bildet sich kein Spalt zwischen den Zähnen der Getriebewelle
5 und dem Korrekturzahn 6 und denen des Mittenzahnrades
7.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der C-förmige Sicherungsring geeignet, rund um eine Welle angebracht zu
werden. Seine Expansionskraft wird auf die Getriebewelle und das Korrekturzahnrad 6, wie in Fig. 10A zu sehen ist,
übertragen. Jedoch kann anstelle des Sicherungsringes 14 ein C-förmiger Sicherungsring verwendet werden, der geeignet
ist, in einer Ausnehmung oder Bohrung gemäß Fig. 1OB untergebracht
zu werden, um die Expansionskraft auf die Getriebewelle 5 und das Korrekturzahnrad 6 zu übertragen.
Wie oben beschrieben, wird der C-förmige Sicherungsring im zusammengedrückten Zustand auf den Stift 12 und den
Stift 13 aufgebracht. Wenn daher das Korrekturzahnrad und
das Stirnzahnrad der Getriebewelle mit dem Mittenzahnrad in Eingriff gebracht werden, wirkt die Expansionskraft des
C-förmigen Sicherungsringes auf das Korrekturzahnrad und das Stirnzahnrad, so daß das Korrekturzahnrad und das
Stirnzahnrad in engem Kontakt mit dem Mittenzahnrad zu allen Zeiten gehalten werden. Wenn daher sich die Zähne
des Zahnrades abnutzen, tritt kein Spiel auf.
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Claims (10)
- HOFFM ANN · - E H"J_E Ä- PA RTN-E R 'S ξ ("Π 1 1PATENT-UND RECHTSANWÄLTE 0 D U O I IZPATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN ■ DIPL1-INS. W. LEHN DIPL-ING. K. FDOHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · D1PL.-INS. K. DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE- λ - 41 509 q/gtMITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo / JAPANSpielkorrekturvorrichtung für den Schwenkarm einesRobotersPATENTANSPRÜCHE:(s 1 „ Schwenkwellen-Spielkorrekturvorrichtung für einen Roboter,dadurch gekennzeichnet , daß eine Getriebewelle, ein an einem Ende der Getriebewelle befestigtes Stirnzahnrad und ein aufrecht sich erstrekkender erster Stift vorgesehen sind, welcher eine vorgegebene Länge aufweist und an einem flachen Teil des Stirnzahnrades befestigt ist, wobei die Welle über einen Drehzahlreduzierer . mit einem elektrischen Motor gekoppelt ist, daP. ein Korrektur zahnrad mit einer Durchgangsbohrung in seinem flachen Teil vorgesehen ist, durch die sich der erste Stift erstreckt, daß ein aufrecht sich erstreckender zweiter Stift vorgesehen ist, der eine vorgegebene Länge aufweist und mit einem flachen Teil des Korrekturzahnr^ades befestigt ist, wobei das Korrekturzahnrad den gleichen Durchmesser und die gleiche Anzahl von Zähnen aufweist wie das Stirnzahnrad der Getriebewelle und welches auf der Getriebewelle befestigt ist, wobei das Korrekturzahnrad auf dem Stirnzahnrad plaziert ist, daß ein Sicherungsring vorgesehen ist, der mit dem ersten undARABELLASTRASSE 4 · D-8OOO MÖNCHEN 81 · TELEFON CO893 S11O87 · TELEX B-2961B CFATHE} · TELEKOPIERER Θ183zweiten Stift in einem zusammengezogenen oder zusammengedrückten Zustand des Sicherungsringes in Eingriff steht, um eine Expansionskraft auf die Getriebewelle und das Korrekturzahnrad auszuüben/ und daß ein Kitten-Zahnrad fest an einem stationären Ständer gesichert ist und mit dem Korrekturzahnrad und dem Stirnzahnrad der Götriebewelle in Eingriff steht.
- 2. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Expansionskraft des Sicherungsringes größer ist als das Schwenklastdrehmoment des Roboters.
- 3. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Sicherungsringen vorgesehen ist.
- 4. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Siche- · rungsring C-förmig ausgebildet ist.
- 5. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Sicherungsring mit einer Welle in Eingriff brinbar ist und mit dem ersten und zweiten Stift, nachdem er zusammengedrückt wurde, in Eingriff steht.
- 6. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Sieherungsring mit einer Bohrung in Eingriff bringbar ist und mit dem ersten und zweiten Stift, nachdem er zusammengedrückt wurde, in Eingriff steht.
- 7. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse des Roboters auf einem Schwenkständer befestigt ist, der rund um den stationären Ständer schwenkt.
- 8. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwenkständer mit dem Motor gekoppelt ist, um hierdurch verschwenkt zu werden.
- 9. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor sich rund um den stationären Ständer dreht, wenn der Rotationsständer verschwenkt wird.
- 10. Schwenkwellenspielkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Bolzen oder Zapfen vorgesehen ist und daß der flache Teil des Stirnzahnrades der Getriebewelle eine Vielzahl von Gewindebohrungen aufweist und daß das Korrekturzahnrad Durchgangsbohrungen im flachen Teil aufweist, wobei die Zapfen durch entsprechende Durchgangs bohrungen in die Gewindebohrungen des Stirnzahnrades eingeschraubt werden.
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