DE3688872T2

DE3688872T2 - Industrieller roboter.

Info

Publication number: DE3688872T2
Application number: DE86902510T
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Nakashima; Nobutoshi Torii; Kenichi Toyoda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2006-04-26
Also published as: EP0222915B1; JPS61249286A; DE3688872D1; JPH038916B2; KR930001911B1; US5006035A; EP0222915A1; WO1986006312A1; EP0222915A4; KR870700470A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen industriellen Roboter, s. z. B. US A-4 356 554, und insbesondere eine Lageranordnung für eine eine Stützspannung liefernde Batterie für einen industriellen Roboter, der mit einem Antriebsmotor ausgestattet ist, welcher einen Absolutwert-Positionsdetektorkodierer zum Steuern der jeweiligen Aktionen der beweglichen Roboterkomponenten besitzt.
In der japanischen nicht-geprüften Patentveröffentlichung Nr. 60-218,029 (entsprechend der EP-A-0 158 781, die allerdings nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht und deshalb Stand der Technik nur im Sinne von Art. 54(3) EPÜ ist) ist ein Absolutwert-Positionsdetektorkodierer vorgeschlagen, der im Stande ist, die derzeitige Winkelposition einer Drehwelle durch Berechnung und Speicherung der Drehrichtung, der Anzahl von Umdrehungen und der Winkelposition innerhalb eines Drehzyklus der Drehwelle zu erfassen und zu speichern, wobei ein einen derartigen Absolutwert-Positionsdetektorkodierer beinhaltender Antriebsmotor, der die derzeitige Winkelposition seiner Ausgangswelle zu Erfassen vermag, geschaffen wurde. Die Anwendung eines mit einem derartigen Absolutwert-Positionsdetektorkodierer ausgestatteten Antriebsmotors bei der Steuerung der Aktionen der beweglichen Roboterkomponenten eines industriellen Roboters gestattet die Erfassung der jeweils momentanen Position der beweglichen Roboterkomponenten, welche mit der Ausgangswelle des Antriebsmotors verkuppelt sind, und außerdem lassen sich die Daten der jeweiligen momentanen Positionen der beweglichen Roboterkomponenten speichern. Folglich läßt sich der Roboter-Steuerungsbetrieb einer Robotersteuerung nach Maßgabe von Vorgabedaten rasch starten und sehr genau durchführen, indem die Daten der momentanen Positionen der beweglichen Roboterkomponenten gelesen werden. Wenn allerdings der mit dem oben erwähnten Absolutwert-Positionsdetektorkodierer ausgestattete Antriebsmotor bei einem industriellen Roboter eingesetzt wird, muß der industrielle Roboter mit einer Batterie versehen werden, welche eine Stützspannung liefert, um das Löschen der in dem Absolutwert-Positionsdetektorkodierer gespeicherten Daten zu vermeiden, so daß ein Stützspannung an den Absolutwert-Positionsdetektorkodierer angelegt und damit eine Stützspannung an den Absolutwert-Positionsdetektorkodierer gelegt wird, wenn eine Versorgungsleitung zum Zuführen einer Erregungsspannung von der Robotersteuerung zu dem Absolutwert-Positionsdetektorkodierer im Normalzustand von dem Absolutwert-Positionsdetektorkodierer für Roboter-Wartungsarbeiten oder dann, wenn der Absolutwert-Positionsdetektorkodierer zufällig von der Robotersteuerung abgetrennt wird, unterbrochen wird.
Folglich muß die Batterie stets an der Robotereinheit vorhanden sein. Da aber die meisten jüngeren industriellen Roboter einen Schwenkkörper aufweisen, der an einer ortsfesten Basis gelagert ist, welche sich an der tiefsten Stelle der Robotereinheit befindet, werden elektrische Kabel und Rohre des industriellen Roboters verdreht, wenn der Schwenkkörper für eine Schwenkbewegung angetrieben wird, was leicht zu einem Bruch der elektrischen Kabel und Rohrleitungen führt. Im Hinblick auf eine derartige Unzulänglichkeit ist es notwendig, das sich zwischen der Stützspannung-Hilfsbatterie und jedem Antriebsmotor erstreckende Kabel derart anzuordnen, daß das Kabel nicht verdreht wird und auf Grund der Schwenkbewegung des Schwenkkörpers unbeabsichtigt bricht.
Erfindungsgemäß umfaßt ein industrieller Roboter mit einer Robotereinheit eine ortsfeste Basis und bewegliche Roboterkomponenten, wovon die beweglichen Roboterkomponenten zumindest einen an der ortsfesten Basis um eine Längsachse schwenkbar gelagerten Schwenkkörper, einen drehbar mit dem Schwenkkörper verbundenen ersten Roboterarm und ein drehbar mit dem einen Ende des ersten Roboterarms verbundenen und mit einer Roboter-Handgelenkeinheit ausgestatteten zweiten Roboterarm aufweisen, wobei der Roboter dadurch gekennzeichnet ist, daß Antriebsmotoren zum betrieblichen Steuern der beweglichen Roboterkomponenten mit Absolutwert-Positionsdetektorkodierern ausgestattet sind, der Antriebsmotor zum Antreiben des an der ortsfesten Basis der Robotereinheit gelagerten Schwenkkörpers an dem Schwenkkörper angeordnet ist, und außerhalb des Schwenkkörpers eine Batterie zum Liefern einer Stützspannung für die Kodierer der Antriebsmotoren zum Antreiben der beweglichen Roboterkomponenten mit Ausnahme des Schwenkkörpers angeordnet ist.
Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die in der begleitenden Zeichnung dargestellt ist, wobei die einzige Figur eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines industriellen Roboters nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und dessen Aufbau zeigt.
Die einzige Figur ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines industriellen Roboters, genauer gesagt, eines beispielsweise sechsachsigen industriellen Roboters gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung besitzt die Robotereinheit 10 des industriellen Roboters eine hohle, zylindrische ortsfeste Basis 12, und für eine Schwenkbewegung um eine Längsachse (Achse Θ) auf einem Lager 14 an der ortsfesten Basis 12 ist ein Schwenkkörper 16 gelagert. Der Schwenkkörper 16 besitzt ein Drehunterteil 16a, welches im Schnitt dargestellt ist. Ein erster Arm 18 ist mit seinem unteren Ende drehbar mit einem oberen Ende 16b des Schwenkkörpers 16 verbunden, so daß er um eine horizontale Achse (Achse W) schwenkbar ist. Ein zweiter Arm 20 ist drehbar mit dem oberen Ende des ersten Arm 18 verbunden, so daß er in einer vertikalen Ebene um eine horizontale Achse (Achse U) schwenkbar ist. Eine Innenwelle 22, eine Zwischenwelle 24 und eine Außenwelle 26 erstrecken sich koaxial und drehbar im Inneren des zweiten Arms 20 zur Anbringung einer nicht dargestellten Handgelenkeinheit, die an dem freien Ende des zweiten Arms 20 befestigt ist, um Bewegungen in drei Freiheitsgraden ausführen zu können, nämlich Bewegungen um eine Achse α, eine Achse β und eine Achse γ.
Die jeweiligen grundlegenden Konstruktionen der beweglichen Roboterkomponenten der Robotereinheit 10 des industriellen Roboters, nämlich des Schwenkkörpers 16, des ersten Arms 18, des zweiten Arms 20, der Innenwellen 22, der Zwischenwelle 24 und der Außenwelle 26, die um die sechs Achsen beweglich sind, nämlich die Achsen Θ, W, U, α, β, γ, sind im wesentlichen dieselben wie bei dem herkömmlichen sechsachsigen Zylinderkoordinaten-Roboter. Ein Ausgleichsglied 28 ist mit einem Ende drehbar an dem ersten Arm 18 festgemacht, während das andere Ende drehbar mit dem zweiten Arm 20 verbunden ist.
Ein Antriebsmotor MΘ zum Antreiben des Schwenkkörpers 16 ist am Drehunterteil 16a des Schwenkkörpers 16 befestigt, wobei die Achse seiner Ausgangswelle mit der Achse Θ ausgerichtet ist. Die Ausgangswelle des Antriebsmotors MΘ ist mit der ortsfesten Basis 12 über ein Untersetzungsgetriebe 30 gekoppelt, und dadurch wird der Schwenkkörper 16 zur Drehung auf dem Lager um die Achse Θ durch die Gegenwirkung der ortsfesten Basis 12 angetrieben, wenn der Antriebsmotor MΘ betätigt wird. Bei dem Aufbau der herkömmlichen Robotereinheit wird der Antriebsmotor MΘ im allgemeinen in einer ortsfesten Stellung auf der ortsfesten Basis 12 gehalten, während die Ausgangswelle des Antriebsmotors MΘ mit dem Schwenkkörper 16 über das Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist. Folglich wird das Kabel in nachteilhafter Weise verdreht.
Der Antriebsmotor MΘ ist mit einem Absolutwert-Positionsdetektorkodierer ECΘ ausgestattet. Ein Paar aus zwei Antriebsmotoren MW und MU zum Antrieben des ersten Arms 18 bzw. des zweiten Arms 20 ist drehbar auf der rechten Seite bzw. auf der linken Seite an einem Arm 32 gelagert, der von dem Schwenkkörper 16 absteht. Die Antriebsmotoren MW und MU sind außerdem mit Absolutwert-Positionsdetektorkodierern ECW bzw.
ECU ausgestattet. Ähnlich wie bei der herkömmlichen Robotereinheit ist ein Übertragungsmechanismus zum Übertragen der Ausgangsdrehmomente der Antriebsmotoren MW und MU zum Antreiben des ersten Arms 18 für eine Schwenkbewegung um die Achse W und zum Antreiben des zweiten Arms 20 für eine Schwenkbewegung um die Achse U in einem Wellenrohr 34, dem ersten Arm 18 und dem zweiten Arm 20 untergebracht.
Antriebsmotoren Mα, Mβ und Mγ zum jeweiligen Antreiben der Innenwelle 22, der Zwischenwelle 24 und der Außenwelle 26 sind an dem zweiten Arm 20 gehalten. Der Antriebsmotor Mα treibt die Innenwelle 22 über einen Riementrieb 36 drehend an; der Antriebsmotor Mβ dreht die Zwischenwelle 24 über einen Riementrieb 38; und der Antriebsmotor Mγ dreht die Außenwelle 26 über ein Untersetzungsgetriebe 4 und ein Vorgelege 42. Natürlich sind die Antriebsmotoren Mα, Mβ und Mγ mit Absolutwert-Positionsdetektorkodierern ECα, ECβ bzw. ECγ ausgestattet, um die jeweiligen momentane Position der Innenwelle 22, der Zwischenwelle 24 und der Außenwelle 26 dadurch zu erfassen und zu speichern, daß die derzeitigen Positionen der Ausgangswellen der Antriebsmotoren Mα, Mβ bzw. Mγ erfaßt und gespeichert werden.
Den Antriebsmotoren MΘ, MW, MU, Mα, Mβ und Mγ wird stets elektrische Leistung und Erregerspannung zugeführt, ebenso deren Kodierern ECΘ, ECW, ECU, ECα, ECβ und ECγ, und zwar über ein elektrisches Kabel 44, welches eine nicht gezeigte Robotersteuerung mit der Robotereinheit 10 verbindet. Obschon das Kabel 44 innerhalb der ortsfesten Basis 12 eine ausreichende Reservelänge besitzt, wird das Kabel 44 um die Achse Θ verdreht, wenn der Schwenkkörper 16 zur Ausführung einer Schwenkbewegung relativ zu der ortsfesten Basis 12 angetrieben wird, und mithin ist es unmöglich, den Bruch des Kabels 44 während des Betriebs des industriellen Roboters über eine lange Zeitspanne hinweg zu vermeiden. Folglich sollten Kabel zur Zuführung der Stützspannung zu solchen Kodierern, die den Kodierer ECΘ umfassen, nicht in dem Kabel 44 enthalten sein.
An der Drehunterteil 16a des Schwenkkörpers 16 ist eine Stützspannungs-Batterie 46 gelagert. Folglich wird die Batterie 46 nicht relativ zu den beweglichen Roboternkomponenten, einschließlich des Schwenkkörpers 16, des ersten Arms 18 und des zweiten Arms 20 gedreht, wenn der Schwenkkörper 16 um die Achse Θ verschwenkt wird. Entsprechend wird der Bruch der Stützspannungs-Zufuhrkabel 48 und 49, die sich von der Batterie 46 aus zu den jeweiligen Kodierern ECΘ, ECW, ECU, ECα, ECβ und ECγ der Antriebsmotoren MΘ, MW, MU, Mα, Mβ und Mγ erstrecken, durch ihr Verdrehen sicher vermieden. Da die Ausdehnung und Zusammenziehung der Kabel 48 und 49, resultierend aus der Schwenkbewegung des ersten Arms 18 und der Schwenkbewegung des zweiten Arms 20 in einer vertikalen Ebene, vermeidbar sind durch Vorab-Verlängerung der Kabel 48 und 49 auf eine ausreichende Länge, wird der Bruch der Kabel 48 und 49 auf Grund deren Ausdehnung und Zusammenziehung verhindert. Bei der Batterie 46 handelt es sich um ein auf dem Markt verfügbares Trockenelement, welches in einem Batteriekasten enthalten ist. Die Batterie 46 ist austauschbar. Stützspannungs- Zufuhrkabel erstrecken sich von Anschlüssen am Batteriegehäuse zu den Kodierern ECΘ, ECW, ECU, ECα, ECβ und ECγ.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist der industrielle Roboter mit den Antriebsmotoren, welche mit den Absolutwert-Positionsdetektorkodierern zur betrieblichen Steuerung der beweglichen Roboterkomponenten ausgestattet sind, an seinem Schwenkkörper mit der Stützspannungs-Batterie ausgestattet, um das Löschen der in den Kodierern gespeicherten Daten zu verhindern, wobei der Antriebsmotor zum Antreiben des Schwenkkörpers und mithin die Batterie zusammen mit dem Schwenkkörper um die Achse der Schwenkbewegung des Schwenkkörpers verschwenkt wird, wodurch eine Drehung relativ zu den anderen beweglichen Roboterkomponenten vermieden wird. Folglich wird ein auf die Verdrehung der Kabel zurückzuführender Bruch der Kabel für die Zufuhr der Stützspannung von der Batterie zu den Kodierern vermieden, und folglich lassen sich die jeweiligen Positionen der beweglichen Roboterkomponenten sicher von den Absolutwert-Positionsdetektorkodierern erfassen und in ihnen speichern. Die vorstehend angegebenen Vorteile sind besonders ausgeprägt im Hinblick auf die Gewährleistung der Sicherheit, da es bei dem herkömmlichen Robotermechanismus möglich ist, daß die Kabel sich verdrehen und an irgendeiner Stelle brechen, wenn die Batterie an der Robotereinheit gelagert ist, während die Antriebsmotoren an der ortsfesten Basis befestigt sind und dort gehalten werden.

Bezugszeichenliste

5
10 Robotereinheit
12 ortsfeste Basis
14 Lager
16 Schwenkkörper
16a Drehunterteil
16b oberes Ende
18 erster Arm
20 zweiter Arm
22 Innenwelle
24 Zwischenwelle
26 Außenwelle
28 Ausgleichsglied
30 Untersetzungsgetriebe
32 Arm
34 Wellenrohr
36 Riementrieb
38 Riementrieb
40 Untersetzungsgetriebe
42 Vorgelege
44 elektrisches Kabel
46 Batterie
48 Kabel
49 Kabel
MΘ, MW, MU, Mα, Mβ, Mγ Antriebsmotoren
ECΘ, ECW, ECW, ECα, ECβ, ECγ Absolutwert- Positionsdetektorkodierer

Claims

1. Industrieller Roboter, mit einer Robotereinheit (10), die eine ortsfeste Basis (12) und bewegliche Roboterkomponenten aufweist, wobei die beglichen Roboterkomponenten mindestens ein Schwenkkörper (16), der an der festen Basis (12) um eine Längsachse schwenkbar gelagert ist, ein erster, drehbar mit dem Schwenkkörper (16) verbundener Roboterarm (18) und ein zweiter, drehbar mit einem Ende des ersten Roboterarms (18) verbundener und mit einer Roboterhandgelenkeinheit ausgestatteter Roboterarm (20) sind, wobei Antriebsmotoren (MΘ, Mu, Mw) zur betrieblichen Steuerung der beweglichen Roboterkomponenten mit Absolutwert-Positionsdetektorkodierern (ECΘ, ECu, ECw) ausgestattet sind, der Antriebsmotor (MΘ) zum Antreiben des an der ortsfesten Basis (12) der Robotereinheit gelagerten Schwenkkörpers (16) an dem Schwenkkörper gelagert ist, und an der Außenseite des Schwenkkörpers (16) eine Batterie (46) zum Liefern einer Stützspannung für die Kodierer (EcΘ, ECu, ECw) der Antriebsmotoren (MΘ, Mu, Mw) zum Antreiben der beweglichen Roboterkomponenten (18, 20) mit Ausnahme des Schwenkkörpers gelagert ist.

2. Industrieller Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Antriebsmotor (MΘ) zum betrieblichen Steuern des Schwenkkörpers (16) mit der Achse seiner Ausgangswelle ausgerichtet mit der Schwenkbewegungsachse des Schwenkkörpers gelagert ist und die Batterie (46) zum Bereitstellen der Stützspannung neben dem Antriebsmotor (MΘ) angeordnet ist.

3. Industrieller Roboter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Batterie (46) austauschbar in einem Batteriegehäuse enthalten ist.