DE3522336A1

DE3522336A1 - Robotergelenk mit einem elektrischen antriebsmotor

Info

Publication number: DE3522336A1
Application number: DE19853522336
Authority: DE
Inventors: Joachim Bruns; Gerhard Gosdowski; Andreas Kettner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-06-22
Filing date: 1985-06-22
Publication date: 1987-01-02
Also published as: JPS63500086A; EP0233188A1; US4784014A; WO1986007555A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Robotergelenk mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe (Harmonic Drive) nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Robotergelenk der gattungsmäßigen Art sind der Montageflansch des elastisch verformten Außenzahnringes und der zugekehrte Montagebereich des einen Roboterteils mit ebenen Flächen versehen, welche durch mehrere Befesti gungsschrauben gegeneinander gespannt sind, wobei das Dreh moment durch den Reibschluß zwischen den ebenen Flächen der Teile, sowie gegebenenfalls durch die als Passschrauben ausgeführten Befestigungsschrauben selbst und/oder durch zusätzliche Passtifte übertragen wird. Bei diesen Aus führungen kann es vorkommen, daß nach längerem Betrieb des Robotergelenkes die Bohrungen zur Aufnahme der Pass schrauben bzw. Passtifte ausschlagen und eine exakte Positionierung der Roboterteile nicht mehr gewährleistet ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch in hochbeanspruchten Robotergelenken eine absolut spielfreie Verbindung zwischen dem Montageflansch des elastisch verformten Außenzahnringes und dem einen Robo terteil über eine lange Betriebszeit hinweg erhalten bleibt.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung gemäß dem Haupt anspruch möglich.

Bei Robotergelenken, bei denen die Montagefläche für den Montageflansch des elastisch verformten Außenzahnringes an einer in das eine Roboterteil eingepreßten Buchse ge bildet ist, wird vorgeschlagen, daß die Buchse in der sie aufnehmenden Bohrung des einen Roboterteils durch eine Rändelverzahnung gegen Verdrehen zusätzlich gesichert ist.

Eine kompakte und biegesteife Lagerung ergibt sich, wenn das eine Roboterteil über mindestens ein vorgespanntes Wälz lager drehbar an dem anderen Roboterteil gelagert ist.

Bei Robotergelenken, deren Roboterteile aus Leichtmetall bestehen und bei denen in das eine Roboterteil eine Stahl buchse eingesetzt ist, an welcher die eine Hälfte der Stirn verzahnung gebildet ist, ergibt sich eine verschleiß feste Ausführung, wenn der innere Laufring des vorgespannten Wälzlagers auf der Stahlbuchse sitzt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Die einzige Figur zeigt einen Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das Robotergelenk verbindet ein Stativ 10 mit einem Roboter arm 12, welcher um eine Gelenkachse 14 schwenkbar im Stativ 10 gelagert ist. Die Lagerung erfolgt spielfrei über ein vorgespanntes Wälzlager 16, vorzugsweise ein Kreuzrollen lager, dessen innerer Laufring 18 auf einem Bund 20 einer Stahlbuchse 22 aufgezogen ist, die in eine Bohrung 24 des Stativs 10 eingepreßt ist. Der äußere Laufring 26 des Wälz lagers 16 sitzt passend in einer Ausnehmung 28 des Roboter armes 12 und ist an diesem durch Schrauben 30 spielfrei be festigt.

Auf dem Stativ 10 ist koaxial zur Gelenkachse 14 ein Elektro motor 32 befestigt, dessen nach unten ragende Abtriebsachse 34 mit einer Welle 36 drehfest verbunden ist. Diese tritt durch die Stahlbuchse 22 und eine zentrale Bohrung 38 im Roboterarm 12 hindurch und ist am freien Ende in einem am Roboterarm 12 festgeschraubten Deckel 40 drehbar gelagert. Der Ringspalt 42 zwischen Welle 36 und Stahlbuchse 22 ist durch einen Dichtring 44 gegen den von der Buchse 22 nicht ausgefüllten oberen Abschnitt der Bohrung 24 abgedichtet.

Im Bereich der Bohrung 38 im Roboterarm 12 ist auf der Ge triebewelle 36 eine Treibscheibe 46 mit elliptischer Außen form unverdrehbar befestigt, auf deren Außenumfang ein ebenfalls elliptisches Kugellager 48 aufgezogen ist. Diese und die im nachfolgenden beschriebenen Elemente sind Teile eines als Harmonic Drive bezeichneten Untersetzungsgetrie bes, über welches der Elektromotor 36 den Roboterarm 12 ge genüber dem Stativ 10 verschwenkt. Derartige Getriebe sind bekannt, so daß sich die vorliegende Zeichnung auf das Schnittbild seiner Elemente beschränkt.

Auf der Treibscheibe 46 mit dem aufgezogenen Kugellager 48 (Wave Generator) ist ein ebenfalls zu einer Ellipse federnd verformter Außenzahnring 50 (Flexspline) aufgespannt, der über einen dünnwandigen, ebenfalls elastisch verformbaren hülsenförmigen Zwischenabschnitt 52 mit einem starren Mon tageflansch 54 verbunden ist, welcher über Schrauben 56 und einen Spannring 58 an der unteren Stirnseite der Stahl buchse 22 festgespannt ist. Die Zähne des Außenzahnringes 50 greifen an den beiden in der großen Achse der Ellipse sich diametral gegenüberliegenden Stellen in die Zähne eines außenliegenden Innenzahnringes 60 (Circular Spline) ein, dessen Zähnezahl sich von jener des Außenzahnringes 50 leicht unterscheidet. Der Innenzahnring 60 sitzt passend in einer Ausnehmung 62 im Roboterarm 12 und ist durch Schrauben 64 spielfrei an diesem befestigt.

Der innenliegenden Außenzahnring 50 ist über die Stahlbuchse 22 unverdrehbar am Stativ 10 festgelegt. Jedoch rotiert die den Außenzahnring 50 aufgezwungene elliptische Form mit der Drehzahl der Getriebewelle 26 und der Treibscheibe 46, so daß auch die beiden sich diametral gegenüberliegenden Ein griffsstellen von Außenzahnring 50 und Innenzahnring 60 eine rotierende Bewegung ausführen. Infolge der unterschiedlichen Zähnezahlen von Außenzahnring 50 und Innenzahnring 60 wird dem Innenzahnring 60 und mit ihm dem Roboterarm 12 bei einer Umdrehung der Getriebewelle 36 eine der Zähnezahldifferenz entsprechende Winkeldrehung erteilt und so die gewünschte Drehzahluntersetzung einstufig erzielt.

Das vorgespannte Wälzlager 60 ergibt eine kompakte und biege steife Lagerung des Rotorarmes 12 im Stativ 10. Zur völlig spielfreien Übertragung des Drehmomentes sind der Montage flansch 54 des Außenzahnringes 50 und die zugekehrte Stirn seite der Stahlbuchse 22 erfindungsgemäß mit einer Stirn verzahnung 70, vorzugsweise einer Hirth-Verzahnung versehen. Über diese Verzahnung 70 werden die Teile exakt zentriert und die von dem Außenzahnring 50 auf die Stahlbuchse 22 und das Stativ 10 übertragenen Reaktionskräfte an einer Vielzahl von Schulterflächen gleichmäßig aufgenommen. Auf die Befe stigungsschrauben 56 werden praktisch nur noch Zugkräfte ausgeübt.

Damit auch die Stahlbuchse 22 im Stativ 10 unverrückbar fest sitzt, ist der Preßsitz der Stahlbuchse 22 in der Bohrung 24 erfindungsgemäß durch eine Verzahnung 72 zwischen den Teilen zusätzlich gesichert. Die Zähne sind vorzugsweise durch eine Rändelung eines Teils der Mantelfläche der Stahl buchse 22 gebildet, welche sich beim Einpressen der Stahl buchse 22 in dem weicheren Material des Stativs 10 ver beißen.

Claims

1. Robotergelenk mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe, das einen auf der Motor welle befestigten elliptischen Wälzlagerring hat, den ein elastisch verformbarer Außenzahnring spielfrei um schließt, welcher über einen elastisch verformbaren hülsenförmigen Zwischenabschnitt mit einem starren, an dem einen Roboterteil befestigten Montageflansch ver bunden ist und welcher an zwei sich diametral gegenüber liegenden Stellen seines elliptisch verformten Zahnkran zes in einen Innenzahnring eingreift, der an dem anderen Roboterteil befestigt ist und eine andere Zähnezahl als der innenliegende Außenzahnring hat (Harmonic Drive), da durch gekennzeichnet, daß der mit dem elliptisch verform ten Außenzahnring (50) verbundene Montageflansch (54) und die zugekehrte Montagefläche des einen Roboterteils (10 bzw. 22) zur spielfreien Drehmomentübertragung mit einer Stirnverzahnung (70), insbesondere einer Hirth-Verzahnung, versehen sind.

2. Robotergelenk nach Anspruch 1, bei welchem die Auflage fläche für den Montageflansch (54) des elastisch verformten Außenzahnringes (50) an einer in das eine Roboterteil (10) eingepreßten Buchse (22) gebildet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Buchse (22) in der sie aufnehmenden Bohrung (24) des einen Roboterteiles (10) durch eine Ver zahnung (72) gegen Verdrehen zusätzlich gesichert ist, de ren Zähne vorzugsweise durch Rändelung der Buchse (22) ge bildet sind.

3. Robotergelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Roboterteil (12) über mindestens ein vorge spanntes Wälzlager (16), vorzugsweise ein Kreuzrollenlager, drehbar an dem anderen Roboterteil (10) gelagert ist.

4. Robotergelenk nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der innere Laufring (18) des vorgespannten Wälzlagers (16) auf der mit der Stirnverzahnung (70) ver sehenen Buchse (22) sitzt.