DE3621717A1 - Industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Roboter ist insbesondere zum Schneiden mit einem Hochdruckwasserstrahl bestimmt.

Ein Industrieroboter mit einem Handgelenk wie es im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannt ist, ist bekannt aus der GB-A- 2 147 877. Dieses Handgelenk zeichnet sich durch ein großes Einstellvermögen (Orientierungsvermögen) aus. Bei der Benut­ zung eines solchen Roboters zum Wasserstrahlschneiden ist es bisher jedoch nicht möglich gewesen, das Einstellvermögen des Handgelenks voll auszunutzen, da die zur Wasser­ strahldüse führenden Leitungen bestimmte Stellungen, die das Handgelenk des Roboters einnehmen könnte, blockieren.

Aus der GB-A-2 120 202 ist es bekannt, von oben eine balgen­ artige Leitung in ein zweiachsiges hohles Handgelenk eines Industrieroboters anderen Typs einzuführen. Diese bekannte Leitung löst jedoch nicht das vorgenannte Problem, da diese Leitung die Drehung der Düse um eine horizontale Achse auf etwa 180° begrenzt.

Aus der Druckschrift "The Industrial Robot", Vol. 12, Nr. 2, Juni 1985, Seiten 82-85, ist ein Industrieroboter bekannt, der für Wasserstrahlschneiden bestimmt ist. Bei diesem Robo­ ter wird das unter hohem Druck stehende Wasser über einen flexiblen Schlauch herangeführt, der um den Roboterarm ge­ wickelt ist, was unter dem Gesichtspunkt der Personalsicher­ heit nicht akzeptierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industriero­ boter der eingangs genannten Art zu entwickeln, der mit ei­ ner Leitung für eine zur Bearbeitung dienenden Flüssigkeit versehen ist, ohne daß hierdurch die Einstellmöglichkeit des Handgelenks behindert wird. Ferner soll durch die Flüssig­ keitsleitung weder der für den Roboter benötigte Raum ver­ größert werden noch Gefahren für das Bedienungspersonal be­ gründet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Roboterhandgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches er­ findungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird ein Roboter mit einem schlankerer und folglich weniger Raum beanspruchenden Roboterarm ge­ schaffen, der auch eine Bearbeitung an Stellen von Werkstük­ ken gestattet, welche schwer zugänglich sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Leitung in ge­ schützter Lage innerhalb des Roboterarms und des Handgelenks angeordnet ist und nicht mit dem Werkstück in Kontakt kommen kann. Hierdurch wird die Gefahr einer Beschädigung der Lei­ tung vermindert.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in Seitenansicht einen Industrieroboter gemäß der Erfindung,

Fig. 2 und 3 einen Querschnitt eines Handgelenks, welches mit einer Leitung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist, wobei die äußerste Achse des Handgelenks alter­ nativ so ausgerichtet ist, daß sie in Fig. 2 mit der Achse des äußeren Arms des Roboters zusammen­ fällt und in Fig. 3 den maximal möglichen Winkel mit der genannten Achse bildet,

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, einer Ausführungsform des dritten Handgelenkteils mit ei­ nem an diesem befestigten Düsenteil.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Industrieroboter mit sechs Achsen, von denen drei im Roboter selbst und drei im Handge­ lenk angeordnet sind. Auf der Grundplatte 2 des Roboters ist ein Ständer 3 drehbar um die Achse A-A angeordnet. An diesem Ständer ist ein innerer Arm 4 um die Achse B drehbar befe­ stigt. Ein Außenarm 5 ist drehbar um eine Achse C am äußeren Ende des inneren Arms 4 befestigt. Der Ständer 3 wird mit­ tels einer Antriebsvorrichtung gedreht, die in der Grund­ platte 2 angeordnet ist, und die Arme 4 und 5 können mittels der Antriebsvorrichtung 6 beziehungsweise 7 gedreht werden. In der Verlängerung des inneren Endes des Arms 5 ist eine Antriebsvorrichtung 8 zum Antrieb des Handgelenks 10 und eine Speiseleitung L für Wasser angeordnet.

Das Handgelenk 10 ist aus drei hintereinander angeordneten hohlen Teilen 11, 12, 13 aufgebaut, die gegeneinander dreh­ bar sind. Das erste Teil 11 ist um die Achse D-D drehbar, das zweite Teil 12 ist um die Achse E-E drehbar und das dritte Teil 13 ist um die Achse F-F drehbar. Das gesamte Handgelenk bildet dadurch eine leicht austauschbare Einheit, daß das erste Teil 11 mit einer rohrförmigen Antriebswelle 15 verbunden werden kann, die im Roboterarm 5 gelagert ist.

Zum Teil 11 des Handgelenks gehört eine rohrförmige Hülse 111, deren inneres Ende senkrecht zur Achse D-D abgeschnit­ ten ist, wobei dieses innere Ende einen Gewindeabschnitt 112 hat, und deren äußeres Ende schräg unter einem Winkel α mit einer Achse senkrecht zur Achse D-D abgeschnitten ist, wobei dieses äußere Ende senkrecht zur Achse E-E liegt. Das Hand­ gelenk 10 ist mit der Antriebswelle 15 mit Hilfe eines Ge­ winderinges 113 verbunden, der auf den Flansch 112 ge­ schraubt ist und der mit einer Schulteroberfläche in Kontakt mit der Antriebswelle 15 steht.

Eine Leitung L ₁ gelangt vom Arm 5 koaxial zur Längsachse D-D zum Teil 11 und verläßt das Teil 11 koaxial zur Achse E-E. Der Leitungsabschnitt L ₁₁ zwischen diesen koaxialen Ab­ schnitten hat eine sanfte Kurvenform. Derjenige Abschnitt der Leitung L ₁, der koaxial zur Achse E-E verläuft und der das Handgelenkteil 11 verläßt, tritt in ein eine gegensei­ tige Drehung von Leitungsabschnitten erlaubendes Drehglied 124 ein, dessen Drehachse mit der Achse E-E zusammenfällt. Das Drehglied ist am inneren Ende 122 des Handgelenkteils 12 befestigt. Dieses Handgelenkteil 12 enthält eine rohrförmige Hülse 121, deren Enden 122 und 123 schräg unter einem Winkel α abgeschnitten sind. Diese Enden 122, 123 konvergieren zu­ einander, so daß die Hülse in einer Ebene, in welcher die Leitungsabschnitte der Hülse sowie das kürzeste und das längste Teil der Hülse liegen, einen Querschnitt von der Form des unteren Teils eines gleichschenkligen Dreiecks mit einem spitzen Winkel 2a hat, von welchem der Spitzenab­ schnitt parallel zur Grundlinie (Hypothenuse) weggeschnitten ist. Im äußeren schräg abgeschnittenen Ende 123 ist ein Drehglied 125 der vorgenannten Art derart befestigt, daß seine Drehachse mit der Achse F-F zusammenfällt. Zwischen den beiden Drehglieden 124, 125 ist der Leitungsabschnitt L ₁₂ geradlinig.

Das dritte Teil 13 des Handgelenks 10 enthält ebenfalls eine rohrförmige Hülse 131, deren inneres Ende unter einem Winkel α schräg abgeschnitten ist und deren äußeres Ende senkrecht zur Längsachse G-G abgeschnitten ist. Der Leitungsabschnitt L ₁₃, der mit dem Austrittsabschnitt der Leitung L ₁ verbunden ist, erstreckt sich längs der Achse G-G und ist an seinem inneren Ende derart bogenförmig ausgeführt, daß es koaxial zur Achse F-F in das Drehglied 125 mündet.

Der Drehantrieb der drei Teile des Handgelenks bildet keinen Teil der Erfindung, und für das Verständnis der Erfindung ist es ausreichend zu wissen, daß diese drei Teile aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung bis in die in Fig. 3 gezeigte Stellung gegeneinander gedreht werden können. Im übrigen ist eine detaillierte Beschreibung dieses Drehantriebs in der oben genannten GB-A-2 147 877 enthalten.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die Werkzeugbefestigungsvorrichtung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch einen Motor M drehbar, der im Handgelenkteil 13 untergebracht ist. Der Mo­ tor M treibt die Eingangswelle eines Getriebes 133 über einen Riemen 132 an. Die mit Zähnen versehene Ausgangswelle des Getriebes 133 treibt ein Zahnrad 134 mit Außenverzahnung an. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß das Getriebe 133 und das Zahnrad 134 nicht im Zentrum der rohrförmigen Hülse 131 angeordnet sind, sondern um einen solchen Abstand von der Mittelebene nach außen verlegt sind, daß das Zahnrad 134 nicht mit der Leitung L ₁ in Kontakt kommt. Der Riemen 132 ist daher nach unten und nach auswärts von der Ausgangswelle des Motors M gerichtet. Eine Welle, die fest mit dem Zahnrad 134 verbunden ist, bildet die Ein­ gangswelle zu einem weiteren Getriebe 135, deren gezahnte Ausgangswelle in Eingriff mit einem weiteren mit Zähnen ver­ sehenen Teil der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 136 steht. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Ausgangswelle des Motors M in antreibender Weise mit einem weiteren Riemen 137 ver­ bunden, welcher schräg nach innen gerichtet ist, weg von der Mittenebene der rohrförmigen Hülse zu einem nicht darge­ stellten Steuerglied, welches ein Signal, das dem Drehwinkel der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 136 entspricht, an den Steuerkreis des computergesteuerten Roboters liefert. Es ist natürlich möglich, den Drehantrieb für die Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung in anderer Weise auszuführen, und die ge­ zeigte Ausführungsform ist nur als ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu betrachten.

Fig. 4 zeigt auch eine bevorzugte Ausführungsform eines Dü­ senteils 20, welches an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung 136 befestigt werden kann. Dieses Düsenteil 20 hat ein win­ kelig angeordnetes Auslaßteil 201, an welches ein Öffnungs- und Schließventil 202 befestigt ist. Das Ventil 202 wird von einem Druckmittel gesteuert, was durch den Pfeil P in Fig. 4 angedeutet ist. Um eine Drehung des Düsenteils 20 um die Längsachse G-G des dritten Handgelenkteils 13 zu ermögli­ chen, ist ein weiteres Drehglied 203, dessen Drehachse mit der Längsachse zusammenfällt, am Düsenteil 20 befestigt, wo­ durch das Einstellvermögen des Roboters weiter vergrößert wird. Der sich vom Drehglied 203 erstreckende Leitungsab­ schnitt ist derart gekrümmt, daß das Ventil 202 koaxial zur Austrittsachse des Düsenteils 20 in das Ventil 202 mündet. Von dem Ventil erstreckt sich eine Austrittsleitung L ₂ mit stärkeren Abmessungen als die der Leitung L ₁ eine solche Strecke aus dem Düsenteil 20 heraus, wie dies für die gerade durchzuführende Bearbeitungsoperation zweckmäßig ist. An ih­ rem äußersten Ende ist die Austrittsleitung mit einer Düse versehen. Die genannte stärkere Bemessung der Leitung L ₂ ist deshalb erforderlich, weil dieses Teil nicht mehr vom Robo­ terarm geschützt ist. Da der hohe Wasserdruck in den Leitun­ gen die Gefahr begründet, daß der durch einen Riß oder einen Bruch verursachte Strahl Finger oder dergleichen abschnei­ det, muß die Leitung L ₂ entsprechend bemessen werden.

Um eine Drehung des gesamten Handgelenks 10 relativ zum Ro­ boterarm 5 zu ermöglichen, wird der Teil der Leitung L ₁, der koaxial zur Achse D-D verläuft, in ein nicht dargestelltes am Roboterarm befestigtes Drehglied eingeführt.

Durch die Erfindung wird eine Leitung geschaffen, welche das Einstellvermögen des Roboters nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus gestattet die Anordnung der Leitung innerhalb des Ro­ boterarms und des Handgelenks die Verwendung schwächerer Ab­ messungen im Vergleich zu Leitungen, die nicht von einer entsprechenden Schutzwand umgeben sind. Darüber hinaus be­ wirkt die räumliche Anordnung der Leitung, daß die Gefahr einer Beschädigung der Leitung durch das Zusammenstoßen mit harten Gegenständen bei der Bewegung des Roboters oder sei­ ner bewegbaren Teile beseitigt ist.

Schließlich kann die Leitung natürlich auch für die Zufuhr von anderen Flüssigkeiten als unter Druck stehendem Wasser verwendet werden.

Claims (6)

1. Industrieroboter mit einem an seinem Arm (5) befestigten Handgelenks (10), das aus mehreren hintereinander angeordne­ ten hohlen drehbaren Teilen besteht, wobei ein erstes Teil (11) vorhanden ist, welches um eine erste Achse (D-D) dreh­ bar ist, ein zweites Teil (12) vorhanden ist, welches dreh­ bar in dem ersten Teil (11) gelagert ist und um eine zweite Achse (E-E) drehbar ist, welche die erste Achse (D-D) schneidet, und ein drittes Teil (13) vorhanden ist, welches drehbar in dem zweiten Teil (12) gelagert ist und um eine dritte Achse (F-F) drehbar ist, welche die Längsachse (G-G) des dritten Teils (13) schneidet, und mit einer am dritten Teil (13) befestigten Werkzeugbefestigungsvorrichtung (136), die um die Längsachse (G-G) des dritten Teils (13) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (L ₁), vorzugsweise für Wasser zum Wasserstrahl­ schneiden, sich durch das Innere des Roboterarms (5) und des Handgelenks (10) erstreckt und Glieder (124, 125) enthält, welche die sich in den entsprechenden Handgelenkteilen er­ streckenden Leitungsabschnitte derart drehbar miteinander verbinden, daß diese Leitungsabschnitte sich um die zweite Achse (E-E) bzw. die dritte Achse (F-F) derart drehen kön­ nen, daß sich die Handgelenkteile (11, 12, 13) ohne Behinde­ rung durch die Leitung relativ zueinander drehen können.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den verbindenden Oberflächen zwischen den Handgelenkteilen (11, 12, 13) die Leitung (L ₁) koaxial mit der entsprechenden Drehachse (E-E, F-F) verläuft und daß die Glieder für die drehfähige Verbindung der Lei­ tungsabschnitte aus Drehgelenken (124, 125) bestehen, die an dem zweiten Handgelenkteil (12) an dessen Verbindungsflächen mit dem ersten beziehungsweise dem dritten Handgelenkteil (11, 13) befestigt sind.

3. Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Eintrittsabschnitt der Lei­ tung, welcher sich koaxial zur ersten Achse (D-D) erstreckt, über einen gekrümmten Leitungsabschnitt (L ₁₁) an den Lei­ tungsabschnitt angeschlossen ist, der sich koaxial zur zwei­ ten Achse (E-E) erstreckt und aus einem Drehglied (124) her­ ausragt, welches an der Verbindungsfläche zwischen dem er­ sten und dem zweiten Handgelenkteil (11, 12) angeordnet ist, daß der Austrittsabschnitt der Leitung (L ₁), der sich ko­ axial zur Leitungsabschnitt (G-G) des dritten Handgelenk­ teils (13) erstreckt in entsprechender Weise mit dem Lei­ tungsabschnitt verbunden ist, der sich koaxial zur dritten Achse (F-F) erstreckt, und daß der sich zwischen den beiden Drehgelenken (124, 125) erstreckende Leitungsabschnitt in dem Handgelenkteil (12) geradlinig verläuft.

4. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Werkzeugbefestigungsvorrichtung ein Düsenteil (20) befestigt ist, dessen Auslaßteil einen Winkel mit der Leitungsab­ schnitt (G-G) des dritten Handgelenkteils (13) bildet.

5. Industrieroboter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Düsenteil (20) ein Dreh­ glied (203) enthält, welches eine Drehung des Düsenteils (20) um die Leitungsabschnitt (G-G) des dritten Handgelenk­ teils gestattet, und daß das Düsenteil (20) ein druckmittel­ gesteuertes Ventil zur Steuerung des Flusses durch den Aus­ laß enthält.

6. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreh­ glied vorhanden ist, welches im Roboterarm (5) an dem in Strömungsrichtung oberen Ende des Einlaßteils der Leitung (L ₁) befestigt ist und welches eine Drehung des gesamten Handgelenks (10) relativ zum Roboterarm (5) ermöglicht, der das Handgelenk (10) trägt und koaxial zum Handgelenkteil (11) verläuft.