DE3621717C2

DE3621717C2 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE3621717C2
Application number: DE3621717A
Authority: DE
Inventors: Haakan Dipl Ing Dahlqvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2006-06-29
Also published as: SE455926B; DE3621717A1; SE8503313D0; US4723713A; SE8503313L; JPS629900A; JPH07102520B2

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.

Aus der Druckschrift "Ölhydraulik und Pneumatik" 1984, Seite 787-793 (Heft 28) sind Drehglieder zur Übertragung einer Flüssigkeit zwischen zwei gegeneinander drehende Teile bekannt. Ihre Anwendung bei Robotern ist jedoch beschränkt auf die Übertragung einer Flüssigkeit zwischen zwei gegeneinander drehbare und miteinander fluchtende Armteile oder zur rechtwinkligen Zu- und Abführung einer Flüssigkeit zu bzw. von einem sich drehenden Arm mit Hilfe des Ringnutenprinzips. Typisch für diese bekannte Ausführung bei Robotern ist, daß die tragende Armkonstruktion zugleich als Kanal für die Flüssigkeit ausgebildet ist und die Rohrleitung konzentrisch zur Drehachse des Arms verläuft.

Die EP 80 325 zeigt in den Fig. 6 und 7 ein zweigliedriges Handgelenk, wobei der Antrieb für das vordere Handgelenkteil über eine biegsame Welle erfolgt und eine hydraulische oder elektrische Versorgungsleitung durch diese Welle geführt ist, welche Versorgungsleitung ebenfalls flexibel ausgebildet sein muß.

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 ein 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 schlankeren und folglich weniger Raum beanspruchenden Roboterarm ge schaffen, der auch eine Bearbeitung an Stellen von Werkstüc 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 Handgelenkteilen 11, 12, 13 aufgebaut, die gegeneinander dreh bar sind. Das erste Teil 11 ist um die erste Mittelachse D-D drehbar, das zweite Teil 12 ist um die zweite Drehachse E-E drehbar und das dritte Teil 13 ist um die dritte Drehachse 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 zweiten Drehachse 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 L₁ gelangt vom Arm 5 koaxial zur ersten Mittelachse D-D zum ersten Handgelenkteil 11 und verläßt das Teil 11 koaxial zur zweiten Drehachse E-E. Der Leitungsabschnitt L₁₁ zwischen diesen koaxialen Ab schnitten hat eine sanfte Kurvenform. Derjenige Abschnitt der Leitung L₁, der koaxial zur Achse E-E verläuft und der das erste Handgelenkteil 11 verläßt, tritt in ein eine gegensei tige Drehung von Leitungsabschnitten erlaubendes erstes Drehglied 124 ein, dessen Drehachse mit der zweiten Drehachse E-E zusammenfällt. Das Drehglied ist am inneren Ende 122 des zweiten 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 2α hat, von welchem der Spitzenab schnitt parallel zur Grundlinie (Hypothenuse) weggeschnitten ist. Im äußeren schräg abgeschnittenen Ende 123 ist ein zweites Drehglied 125 der vorgenannten Art derart befestigt, daß seine Drehachse mit der dritten Drehachse F-F zusammenfällt. Zwischen den beiden Drehglieden 124, 125 ist der Leitungsabschnitt L₁₂ geradlinig.

Das dritte Handgelenkteil 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 dritten Mittelachse G-G abgeschnitten ist. Der Leitungsabschnitt L₁₃, der mit dem Austrittsabschnitt der Leitung L₁ verbunden ist, erstreckt sich längs der dritten Mittelachse G-G und ist an seinem inneren Ende derart bogenförmig ausgeführt, daß er koaxial zur dritten Drehachse F-F in das zweite 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 dritten 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 L₁ 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 welchem 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 dritte Mittelachse G-G des dritten Handgelenkteils 13 zu ermögli chen, ist ein weiteres Drehglied 203, dessen Drehachse mit der dritten Mittelachse G-G 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 L₂ mit stärkeren Abmessungen als die der Leitung L₁ 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 L₂ 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 L₂ entsprechend bemessen werden.

Um eine Drehung des gesamten Handgelenks 10 relativ zum Ro boterarm 5 zu ermöglichen, wird der Teil der Leitung L₁, der koaxial zur ersten Mittelachse D-D verläuft, in ein nicht dargestelltes am Roboterarm befestigtes viertes 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

1. Industrieroboter mit einem hohlen Roboterarm (5) und einem Roboterhandgelenk (10), welches an dem Roboterarm (5) befestigt ist, wobei zu dem Handgelenk gehören:

- ein erstes rohrförmiges Handgelenkteil (11) mit einer durch dieses verlaufenden ersten Mittelachse (D-D), wobei das erste Ende des ersten Handgelenkteils (11) an den Roboterarm (5) derart montierbar ist, daß es um die erste Mittelachse (D-D) drehbar ist, das zweite Ende des ersten Handgelenkteils (11) schräg zu der ersten Mittelachse (D-D) verläuft und die erste Mittelachse (D-D) eine erste Drehachse des Handgelenks (10) definiert,
- ein zweites rohrförmiges Handgelenkteil (12) mit einer durch dieses verlaufenden zweiten Mittelachse, wobei beide Enden des zweiten Handgelenkteils (12) schräg zu der zweiten Mittelachse ortientiert sind,
- erste drehbare Verbindungsglieder zur Verbindung des ersten Endes des zweiten Handgelenkteils (12) mit dem zweiten Ende des ersten Handgelenkteils (11) derart, daß das zweite Handgelenkteil (12) relativ zum ersten Handgelenkteil (11) um eine zweite Drehachse (E-E) drehbar ist, welche die erste Mittelachse (D-D) schneidet,
- ein drittes rohrförmiges Handglenkteil (13) mit einer durch dieses verlaufenden dritten Mittelachse (G-G), wobei das erste Ende dieses dritten Handgelenkteils (13) schräg zur dritten Mittelachse (G-G) orientiert ist,
- zweite drehbare Verbindungsglieder zur Verbindung des ersten Endes des dritten Handgelenkteils (13) mit dem zweiten Ende des zweiten Handgelenkteils (12) derart, daß das dritte Handgelenkteil (13) relativ zum zweiten Handgelenkteil (12) um eine dritte Drehachse (F-F) drehbar ist, welche die dritte Mittelachse (G-G) schneidet,
- eine Werkzeugbefestigungsvorrichtung (136) und
- dritte drehbare Verbindungsglieder zur Befestigung der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (136) an dem zweiten Ende des dritten Handgelenkteils (13) derart, daß die Werkzeugbefestigungsvorrichtung (136) relativ zu dem dritten rohrförmigen Handgelenkteil (13) um die genannte dritte Mittelachse (G-G) drehbar ist,
gekennzeichnet durch
eine Leitung (L1), welche ein Fluid unter hohem Druck zu führen vermag und sich im wesentlichen koaxial durch den Roboterarm (5) und das Handgelenk (10) erstreckt, bestehend aus
- einem ersten Leitungsabschnitt (L11) im ersten Handgelenkteil (11),
- einem zweiten Leitungsabschnitt (L12) im zweiten Handgelenkteil (12),
- einem dritten Leitungsabschnitt (L13) im dritten Handgelenkteil (13),
- einem ersten Drehglied (124), welches den ersten (L11) und zweiten Leitungsabschnitt (L12) drehbar miteinander derart verbindet, daß der zweite Leitungsanschnitt (L12) um die zweite Drehachse (E-E) zu rotieren vermag, und
- einem zweiten Drehglied (125), welches den zweiten (L12) und dritten Leitungsabschnitt (L13) derart miteinander drehbar verbindet, daß der dritte Leitungsabschnitt (L13) um die dritte Drehachse (F-F) zu rotieren vermag,
- wobei der erste Leitungsabschnitt (L11) so gebogen ist, daß er in das erste Drehglied (124) koaxial zu der zweiten Drehachse (E-E) eintritt und der dritte Leitungsabschnitt (L13) so gebogen ist, daß er in das zweite Drehglied (125) koaxial zu der dritten Drehachse (F-F) eintritt.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehglied (124) an dem ersten Ende des zweiten Handgelenkteils (12) befestigt ist, und das zweite Drehglied (125) an dem zweiten Ende des genannten zweiten Handgelenkteils (12) befestigt ist.

3. Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der sich zwischen den beiden Drehgliedern (124, 125) erstreckende zweite Leitungsabschnitt (L12) in dem zweiten 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 dritten Mittelachse (G-G) des dritten Handgelenkteils (13) bildet.

5. Industrieroboter nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Fluidleitung in dem Düsenteil (20) ein drittes Drehglied (203) enthält, welches eine Drehung des Düsenteils (20) um die dritte Mittelachse (G-G) des dritten Handgelenkteils (13) gestattet, und daß das Düsenteil (20) ein druckmittelgesteuertes Ventil (202) zur Steuerung des Flusses durch den Auslaß enthält.

6. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Drehglied vorhanden ist, welches im Roboterarm (5) in dem in Strömungsrichtung oberen Bereich der Leitung (L1) angeordnet ist und welches eine Drehung des gesamten Handgelenks (10) relativ zum Roboterarm (5) um die erste Mittelachse (D-D) ermöglicht.