DE3717597A1 - Robotergelenkkopf in modulbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Robotergelenkkopf in Modulbauweise, welcher aus einzelnen verwendbaren oder in Kombinationen zu Mehrfachanordnungen zusammenfügbaren Getriebemodulen besteht, die gegenüber relativ verdreh- und/oder verschwenkbar sind und sich in einem Punkte schneidende Bewegungsachsen aufweisen. Einen derartigen zusammenfügbaren Robotergelenkkopf in Modulbauweise zur Befestigung am unteren Ende eines Auslegerarmes zeigt die DE-A 31 13 184. Die einzelnen Gelenkgetriebemodule beinhalten bei dieser Bauweise hydrostatisch betätigbare Flügelzellenmotore mit entsprechenden Einzelgehäusen und An- und Abtriebswellen.

Eine Baukastenkonstruktion für Gelenkköpfe zeigt noch die DE-A 33 12 404, bei der in die einzelnen Gelenkgetriebe Elektromotore unmittelbar integriert wurden.

Durch diese bekannten Baukastenkonstruktionen ist jedoch keine Lösung aufgezeigt, wie auch Robotergelenkköpfe, die durch Verlagerung der Motore an das antriebsseitige Ende des Auslegearmes gewichtsentlastet sind, und welche in den Gelenken nur noch Untersetzungsgetriebe aufweisen, in Modulbauweise ausgeführt sein könnten. Die aus den DE-C 30 48 067 oder DE-A 32 28 945 weiterhin bekannten Mehrachsgelenkköpfe in Monoblockbauweise, bei welchen alle Gelenke und Untersetzungsgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt sind, und bei Demontage eines Untersetzungsgetriebes bzw. Gelenkes die Nachbargelenke betriebsunfähig werden, erbringen jedenfalls nicht die Vorteile eines entsprechenden Baukastensystems wie nach der bereits erwähnten DE-A 31 13 184. Deshalb mußten bisher bei solchen mechanisch antreibbaren Robotergelenkköpfen für einfache Verwendungszwecke entweder auch entsprechend einfache Gelenkköpfe oder aber unnötig teure und komplizierte Mehrachsgelenkköpfe gewissermaßen zweckentfremdet mit eingesetzt werden. Dies führt in der Praxis dazu, daß zur Sicherung einer ausreichenden universellen Verwendbarkeit der in einem Betrieb bereitgehaltenen Gelenkköpfe häufig aufwendige Mehrfachgelenkköpfe für ganz einfache Aufgaben eingesetzt wurden, womit die zu bewegenden Gewichte und die einzusetzenden Finanzmittel unnötig hoch angesetzt wurden. Andererseits ließen sich einfache Gelenkköpfe nicht mit verwenden, wenn komplexere Aufgaben anfielen. Somit wurden auch bei reichhaltiger Ausstattung mit Mehrfachgelenkköpfen und Einfachgelenkköpfen oft entweder die einen oder die anderen zu großen Teilen unbenutzt bzw. ungünstig eingesetzt. Obwohl im Bereich der Handhabungstechnik von der Industrie die Vorteile einer großen Flexibilität von Handhabungssystemen für Montagezwecke bereits erkannt ist, siehe VDI-Z, Band 128 (1986), Nr. 4 - Februar II -, S. 111 bis 115, steht bis heute noch kein für einfache oder komplexe Aufgaben geeignetes Handachsen-Baukastensystem mit mechanischen Untersetzungsgetrieben zur Verfügung. Da die geringere Nachfrage nach den teueren Mehrfachgelenkköpfen infolge deren Unrentabilität für die zahlreicheren Einfachaufgaben der Fertigung auch auf die Seriengrößen der Hersteller und somit wiederum auf die Herstellkosten und die Herstellpräzision durchschlägt, führt der Mangel an einer entsprechenden Baukasten-Lösung der Robotergelenkköpfe auch indirekt zu einer Beeinträchtigung allgemeiner Fertigungsrationalisierungsmöglichkeiten.

Die Aufgabe der Erfindung ist deshalb darin gesehen, einen Robotergelenkkopf in Modulbauweise mit mechanischen Getriebekomponenten zu schaffen, dessen durch antriebsseitig vorgeordnete Motore antreibbare einzelne Gelenktriebe sich jedes für sich wahlweise entweder für einen Einsatz als Einachs-Getriebemodul oder auch, nach entsprechender vorgegebener Kombination mehrerer systemverwandter Getriebemodule beispielsweise für einen dreiachsigen oder zweiachsigen Mehrfachgelenkkopf verwenden lassen, ohne daß die Betriebssicherheit und Verwendbarkeit durch die Modulbauweise nennenswert beeinträchtigt werden.

Die Lösung besteht nach den Merkmalen des Anspruchs 1 in der Schaffung von sowohl getriebemäßig als auch schmierungstechnisch und gehäusemäßig untereinander völlig unabhängigen Gelenk-Getriebemodulen für Dreh- bzw. Schwenkbewegungen bei hoher Untersetzung der Eingangsdrehzahlen. Durch kompatible Verbindungsflansche und von diesen umhüllte abgedichtete Lager, aus denen Wellenstummel bzw. Hohlwellen über die Gehäusestirnwände herausragen, ergeben sich Wellensteckverbindungen, die sich ohne nennenswerte Verunreinigungs- bzw. Beschädigungsgefahren auch von Nichtspezialisten je nach Bedarf als Einfach-Gelenke einsetzen oder zu Mehrfach-Gelenkköpfen mit sich in einem gemeinsamen Punkte schneidenden Hauptachsen zusammenfügen lassen. Anstelle von Zahnriemen zur Drehmomentübertragung werden in den eigentlichen Getriebemodulen Stirnrad- und Kegelradgetriebe mittels teilweise mehrfach ineinander steckbarer Hohlwellen unter optimaler Raumausnutzung bei hoher Leistungsdichte und Präzision eingesetzt. Durch die Verwendbarkeit jedes einzelnen Getriebemodules für sich allein ist eine vollständige Wiederverwendbarkeit aller Einzelmodule erreicht. Günstigstenfalls lassen sich sogar sämtliche Einzelmodule eines Mehrfachgelenkkopfes somit in einem Betrieb ständig für einfache Sonderaufgaben und bei Bedarfsänderung auch baukastenartig zusammengefügt für kinematisch kompliziertere Verwendungsfälle einsetzen, wozu beispielsweise eine Dreiachs-Gelenkanordnung mit zwei Drehachsen und einer Schwenkachse benötigt wird.

Trotz einiger kleiner, bewußt in Kauf genommener Nachteile bezüglich Kompaktheit und Teilezahl-Verringerung gegenüber bekannten Universalgelenken mit einem gemeinsamen Ölraum und nur gemeinsam benutzbaren Baugruppen ist nun die Anlernung von Montage- und Bedienpersonal einfacher als bei der integrierenden Bauweise der Universalgelenke, weil jedes Modul eigene Lager und Dichtungen aufweist und dank seines eigenen Ölbades nicht durch Getriebe- oder Lagerschäden aus Nachbargelenken mitzerstört werden kann.

Bei der erreichten Austauschbarkeit der Einzelmodule ist ein rascherer und billigerer Reparatur- und Ersatzteildienst als bei Universalgelenkköpfen möglich, bei denen schon kleinste Schäden an einem Einzelgelenk den Austausch auch aller an sich unbeteiligter Nachbargelenke mit erforderlich gemacht hatten.

Da die Vereinheitlichung der sowohl für Einachs- als auch Zwei- oder Dreiachsgelenkköpfe benötigten Gelenkgetriebemodule nun herstellerseitig auch dank größerer Serien und der damit verbundenen Rationalisierungs- und Qualitäts-Vorteile Kosteneinsparungen erlaubt, bieten sich nun auch dort Einsatzmöglichkeiten für Roboter an, bei denen bisher die Verwendung von Universal-Gelenkköpfen wegen hoher Gesamtkosten als unrentabel angesehen werden mußte. Auch die Lieferzeiten für neue und als Ersatz einzusetzende Gelenkgetriebe können nun dank der größeren Serien und rentableren Lagerhaltungen dem Bedarf besser angepaßt werden.

Die Platzvertauschbarkeit der in beliebiger Reihenfolge aneinander anfügbaren Gelenkgetriebe-Module und die damit dem Anwender gebotene Wahlfreiheit, wo die jeweiligen Dreh- oder Schwenkachsen an einem Mehrfach-Gelenkkopf jeweils vorgesehen werden sollen, d. h. Vor- oder Nachordnung der Schwenkachse, ist insbesondere bei Einsatzfällen mit erschwerter Zugänglichkeit zur jeweiligen Arbeitsstelle des Robotergelenkkopfes von Bedeutung.

Mittels weiterer Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen ergeben sich noch folgende zusätzliche Vorteile:

• a. Es kann durch Verwendung eines kleineren bzw. leichteren Gelenkgetriebes an der dem Werkstück zugewandten Seite die Verringerung der Momente günstig genutzt und dadurch Platz und Gewicht im Mehrfachgelenkkopf gespart werden.
• b. Bei Schwenkgetriebegelenken ist es durch die erfindungsgemäße Modulbauweise möglich, auch die um die Schwenkachse drehenden Gehäusehälften nahezu identisch und damit besonders fertigungsgünstig zu gestalten. Weiterhin wird durch die Verwendung von Kegelgetrieben bzw. Stirnradvorgelegen erreicht, daß die Gelenkkräfte nun nicht mehr durch ermüdungsgefährdetere Zahnriemen bzw. -ketten übertragen werden müssen, welche auch mehr Bauraum als konzentrisch zueinander gelagerte Zwischenwellen benötigen.
• c. Dank der Austauschbarkeit der dem Schwenkgetriebe vor- bzw. nachordenbaren Drehgetriebegelenke lassen sich auch andere Bewegungsabläufe erreichen, indem das Schwenkgetriebegelenk je nach Bedarf einen werkstücknäheren oder werkstückferneren Platz einnehmen kann.
• d. Durch die Zuordnung eines dem jeweiligen Gelenkgetriebe und dessen zugehörigen Untersetzungsgetriebe vollständig umschließenden, autarken eigenen Teil-Gehäuses, lassen sich die in Betracht kommenden Umlaufgetriebe bzw. Spannungswellengetriebe, also sogenannte Harmonic- Drives unbehindert von Rücksichten auf Nachbar-Getriebe festigkeits- und montagemäßig optimal unterbringen.
• e. Das Vorhandensein von Verbindungsflanschen zwischen den einzelnen Gelenken für kompatible Anschlußmöglichkeiten bietet weiterhin die Wahlmöglichkeit, anstelle von niedrigbauenden Adapterflanschen sogenannte Energieführungsmodule für die weitgehend interne Weiterführung von Öl- bzw. Stromkanälen etc. zwischen den einzelnen Gelenken anzuordnen. Bei weniger schwierigen Umgebungsbedingungen kann die weniger kostspielige Verwendung außenliegender Kabel und Schläuche zugelassen werden. Im ersten Falle werden zwischen den miteinander verbindbaren Stirnseiten einander zugewandter Gelenkgetriebemodule die Energieführungsmodule auch als Zwischenflansch mit entsprechenden Stirnflächenkonturen eingesetzt. Dabei ist deren eine Stirnseite mit ihrem jeweiligen Antriebsmodulgehäuse und deren andere Stirnseite mit ihrem jeweiligen Abtriebsmodulgehäuse drehbeweglich, und für interne Druck- und Schmiermittel-Kanäle sind Drehdichtungen sowie sogenannte Kollektorringe mit Querbohrungen an bestimmten Punkten zwischen den beiden Gehäusehälften vorgesehen. In prinzipgleicher Bauweise lassen sich auch externe Kabelverbindungen an den Gelenken ersparen bzw. verringern, indem in einem entsprechenden Energieführungsmodul interne Wickelspulen oder Schleifringe vorgesehen werden.
• Dabei können in die Energieführungsmodule auch noch Drehwinkelgeber, Anschläge etc. eingebaut sein, um ein Weiterdrehen der Gelenke über bestimmte Maximalwinkel, wie z. B. 360° hinaus, auszuschließen.

Die nachfolgenden beschriebenen Zeichnungen veranschaulichen weitere Vorteile der Erfindung; es zeigt

Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel eines unmittelbar vor dem Zusammenfügen der einzelnen Module im Querschnitt dargestellten Dreiachsgelenkkopfes, bei welchem einem aus zwei Winkelgetriebehälften 6.2.1 und 6.2.2 bestehendem Schwenkgetriebemodul ein großes Drehgetriebemodul A antriebsseitig vor- und ein kleines Drehgetriebemodul D nachgeordnet ist. Den Drehgetriebemodulen A bzw. D ist jeweils ein entsprechend großes Energieführungsmodul B bzw. E abtriebsseitig nachgeordnet,

Fig. 2 die gleiche Anordnung eines Dreiachsgelenkkopfes in Außenansicht,

Fig. 3 ebenfalls einen solchen Dreiachsgelenkkopf, jedoch in vereinfachter Ausführung ohne die Energieführungsmodule B und E,

Fig. 4 ein aus dem Dreiachsgelenkkopf nach Fig. 3 durch Weglassen des größeren Drehgetriebemodules A gebildeten Zweiachsgelenkkopf, bei dem dem Schwenkgetriebemodul C das kleinere Drehgetriebemodul D abtriebsseitig nachgeordnet ist,

Fig. 5 einen aus dem Dreiachsgelenkkopf nach Fig. 3 durch Weglassen des kleineren Drehgetriebemoduls D gebildeten Zweiachsgelenkkopf, bei dem dem Schwenkgetriebemodul C das größere Drehgetriebemodul A antriebsseitig vorgeordnet ist und

Fig. 6 das aus zwei mittels einer gemeinsamen Schwenkwelle ineinander greifenden Winkeltrieben 6.2.1 und 6.2.2 bestehende Schwenkgetriebemodul C als für sich allein verwendbares Einachsmodul.

Auf gesonderte bildliche Darstellungen der ebenfalls vorgesehenen erfindungsgemäß getrennten Einsatzmöglichkeiten jedes Drehgetriebemoduls A bzw. D für sich allein und/oder der antriebsseitigen Hälfte 6.2.1 des Schwenkgetriebemoduls C als Winkeltrieb entweder ebenfalls für sich allein oder wiederum als Vorbau für nachgeordnete Drehgetriebemodule, wurde hier in Anbetracht der gegebenen Offensichtlichkeit zugunsten besserer Übersicht verzichtet.

In Fig. 1 ist ein Robotergelenkkopf mit drei Achsen X, Y, Z als Kombination eines ersten Drehgelenkmoduls A mit einem Schwenkgelenkmodul C und einem diesem antriebsseitig nachgeordneten zweiten Drehgelenkmodul D und den als zwischen Gelenkmodulen anzuordnenden Energieführungsmodulen B und E dargestellt. Statt der Energieführungsmodule, durch welche außenliegende Kabel oder Schläuche vermieden werden, lassen sich auch mit entsprechenden Stirnflächenkonturen versehene Adapterflansche einsetzen. Nicht besonders gezeigt sind die antriebsseitigen Befestigungen der Antriebsmotore 1.1, 1.2, . . . , deren Statoren, beispielsweise von einem Maschinengestell oder einem mit diesem drehfesten Roboterarm getragen werden, während ihre Rotoren z. B. über Zwischengetriebe oder Zahnriemen 2.1, 2.2, . . . , Ritzel- bzw. Riemenscheiben 3.1, 3.2, . . . , antreiben, die auf konzentrisch zueinander angeordneten Antriebswellen 4.1, 4.2, 4.3, . . ., befestigt sind, die in den Gelenkmodulen A . . . D . . . eingebaute Untersetzungsgetriebe 5.1, 5.2, 5.3, . . ., antreiben, mit denen jeweils ein dem Ende des Robotergelenkkopfes zugewandter und im jeweiligen Modulgehäuse 6.1, 6.3, geführter Abtriebsflansch 7.1, 7.2, 7.3, der mit der jeweils als Antriebsflansch verwendbaren antriebsseitigen Stirnfläche 8.1, 8.2, 8.3, . . . des jeweils nachgeordneten Modulgehäuses 6.1, 6.2, 6.3, . . . drehfest verbunden sein kann.

Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in der Zeichnung diese Modulgehäuseverbindungen auf Abstand, also gewissermaßen während des Montagevorganges, dargestellt und der in gleicher Weise anschließbare entsprechende Arbeitsarm-Halteflansch gegenüber dem Antriebsflansch 8.1 des ersten Modulgehäuses 6.1 sowie der auch mittels entsprechend geformtem Adapterflansch direkt ohne Energieführungsmodul E vom letzten Abtriebsflansch 7.3 antreibbare Halteflansch des vom Robotergelenkkopf geführten Greifwerkzeuges hier nicht gezeichnet. Die Stirnflächenkontur des Arbeitshalteflansches würde der des entsprechend großen Abtriebsflansches 7.3 und die des Werkzeughalteflansches würde der des entsprechend großen Antriebsflansches angepaßt sein.

Das antriebsseitige Drehgelenkmodul A ist im Beispiel konstruktiv identisch mit dem abtriebsseitigen Drehgelenkmodul D, nur entsprechend den höheren Momentbelastungen infolge des längeren Hebelarmes zur am unteren Ende des Robotergelenkkopfes zu manövrierenden Last etwas stärker bzw. größer dimensioniert. Die jeweilige Antriebswelle 4.1 ist bei allen Modulen A . . . D . . . als Hohlwelle ausgeführt und ragt antriebsseitig über den Antriebsflansch 8.1 so weit hinaus, daß eine auf ihrem Wellenende vorgesehene Außenverzahnung entweder ein Antriebsritzel 3.1 bzw. eine Riemenscheibe trägt oder unter Eingriff in eine vorgeordnete größere Anschlußhohlwelle 9.1 bzw. 9.2 mit Innenverzahnung einrasten kann, so daß eine vom vorgeordneten Antriebsflansch 7.1 völlig umschlossene Wellensteckverbindung 10.1 entsteht, welche innen oder außen noch von weiteren mittels Verbindungsmuffen 9.1, 9.2 gebildeten Wellenverbindungen überdeckt sein kann, wenn z. B. die innerste, 3. Antriebswelle 4.3 an ein nachfolgendes Modul C weiterzuführen ist. Die Bohrung der Antriebswelle 4.1 führt jeweils bis zum Antriebsflansch 7.1 durch das gesamte Modul A bzw. D hindurch, endet aber etwa bündig mit der Stirnseite des Flansches 7.1. Der Innenraum der Hohlwelle läßt sich also günstig zur Unterbringung von Kabeln oder Schläuchen oder weiteren Antriebswellen etc. nutzen. Das Modulgehäuse 6.1 ist über ein antriebsseitiges Gehäuselager 11.1, 11.2, . . . mit erster Wellendichtung 12.1, 12.2, . . . auf der jeweiligen Antriebswelle, z. B. 4.1, mit dem gehäusefesten Antriebsflansch 8.1 direkt und über den ihr gegenüber einen stirnseitigen Gehäusedichtspalt 13.1 aufweisenden und auf der Antriebswelle 4.1 ein Flanschlager 14.1 mit zweiter Wellendichtung 15.1 aufweisende Abtriebsflansch 7.1 indirekt gelagert.

Somit stellt jedes Modul A . . . D . . . ein getriebemäßig und dank eigenem Ölinhalt auch schmierungsmäßig unabhängiges Bauelement dar. Bei den Drehgelenkmodulen A bzw. D ist das Untersetzungsgetriebe 5.1, welches auch als Planetengetriebe gestaltet sein kann, gegenüber dem Modulgehäuse 6.1 noch durch ein Lager 16.1 an seinem Umfang abgestützt, welches axial durch einen lösbaren Gehäuseringbund 17.1 festgelegt ist, zwischen dem der Gehäusedichtspalt 13.1 zum Abtriebsflansch 7.1 vorgesehen ist. Dank der erwähnten, zueinander kompatiblen Flanschebenen 7.1, 7.2, . . . und 8.1, 8.2, . . . sowie der Wellenverbindungen 10.1 kann nach dem Lösen nicht gesondert dargestellter, z. T. in Einbuchtungen des Gehäuses gelegener Flanschverbindungsschrauben jedes Modul A . . . D . . . für sich allein oder in Kombination mit anderen verwendet werden. Im Beispiel kann dem antriebsseitigen Drehgelenkmodul A nach Zwischenschaltung eines Energieführungsmoduls B oder eines niedrig bauenden und entsprechende Stirnflächenkonturen aufweisenden Adapterflansches ein Schwenkgelenkmodul C oder nochmals ein Drehgelenkmodul D entweder mittels eines Adapterflansches mit kleinstem Abstand oder unter Zwischenschaltung eines entsprechende Stirnflächenkonturen aufweisenden Energieführungsmoduls B mit etwas größerem Axialabstand der Gelenkmitten nachgeordnet werden. Ebenso kann auch das Schwenkgetriebemodul C allein bzw. als antriebsseitig erstes Modul verwendet werden.

Das Schwenkgetriebemodul C hat zwar im wesentlichen gleiche An- und Abtriebsflansche 8.2 und 7.2 sowie antriebsseitig vorkragende Stummel der Hohlwellen 4.1 entsprechender Größe und auch gleiche Größtdurchmesser wie auch die Drehgetriebemodule A und D, weist jedoch einen völlig anderen Innenaufbau auf. Seine äußere Antriebshohlwelle 4.2 geht nicht koaxial durch das gesamte Modulgehäuse 6.2, sondern endet mit einem Stirnzahnrad 18.1 kurz hinter dem antriebsseitigen Gehäuselager 11.2, in das ein Innenwellenlager 19 eingelassen ist, welches die über das Stirnzahnrad 18.1 hinausragende innere Antriebswelle 4.3 führt, auf welcher unmittelbar anschließend ein etwa gleich großes weiteres Stirnzahnrad 18.2 in Drehrichtung mitnehmbar angeordnet ist. Dieses ist durch einen Wellenstummel, der in einer Innentasche des vom Antriebsflansch 8.2 ausgehenden Schwenkgetriebemodulgehäuses 6.2 durch ein zweites Innenwellenlager 19.2 nochmals gelagert ist, axial abgestützt. Die beiden Stirnzahnräder 18.1 und 18.2 können jeweils mit je einem um einen entsprechenden Achsversatz radial beabstandeten Vorgelegezahnrad 20.1, 20.2, von denen das flanschseitigere auf einer vollen 21.1 und das innenseitigere auf einer diese umgehenden hohlen Vorgelegewelle 21.2 festgehalten ist. Davon ist die innere in der äußeren gelagert. Die äußere 21.2 wird sowohl radial als auch axial über ein Lagerpaar 22.1, 22.2 im antriebsseitigen Arm des aus einer ersten 6.2.1 und zweiten Hälfte 6.2.2 bestehenden Schwenkgetriebegehäuses 6.2 gehalten. Beide nahezu spiegelgleichen Hälften bestehen aus einem an- bzw. abtriebsseitigen stirnseitigen Flanschteil, von dem jeweils ein um den Vorgelegeabstand zur X-Achse seitlich dazuversetzte Hals abgeht, die dann in einen Schwenkgehäuseflansch 23.1 bzw. 23.2 mit zur Achse X senkrecht stehender Schwenkachse Y auslaufen und das Schwenkuntersetzungsgetriebe 5.2 dabei zueinander drehbar umhüllen. Die antriebsseitigen Vorgelegewellen 21.1, 21.2 enden im Bereich der Y-Achse mit einem dicht beieinander gelegenen Kegelräderpaar 24.1, 24.2. Dieses kämmt mit einem weiteren Kegelräderpaar 25.1, 25.2 einer äußeren und inneren Schwenkgetriebewelle 26.1, 26.2 in der Achse Y. Die äußere Welle 26.1 ist, abtriebsseitig von ihrem Kegelrad 25.1, der Eingang des von ihr durchdrungenen Untersetzungsgetriebes 5.2 für das Schwenkgetriebemodul C, welches vorzugsweise identisch mit dem Untersetzungsgetriebe 5.1 der Drehgetriebemodule A und D ausgeführt wird, während die innere Welle 26.2 in der vergleichbaren Weise wie bei der inneren Vorgelegewelle 22.2 in der äußeren Welle 26.1 gelagert ist. An ihrem abtriebsseitigen Ende hat sie ein Abtriebkegelrad 27.1, das von einem zugeordneten Axiallager 28 gegen den Endbund der äußeren Welle 26.1 bzw. des Untersetzungsgetriebes 5.1 axial abgestützt ist. Während das auf dem Ende der inneren Welle 26.2 sitzende Kegelrad 27.1 über ein mit ihm kämmendes weiteres Kegelrad 27.2 auf einer zur Achse X abstandsversetzten abtriebsseitigen Vorgelegewelle 28 mit vom Abtriebsflansch 7.2 umhüllten Stirnräderpaar 28.1, 28.2 die Antriebswelle 4.1 bzw. 4.2 eines nächstfolgenden Getriebemoduls D antreibt, ist die äußere Welle 26.1 die Sonneradwelle eines im Beispiel als Spannungswellengetriebe ausgeführten Untersetzungsgetriebes 5.2. Die Welle 26.1 ist dabei mit jedem ihrer Enden durch Schwenklager 29 gegenüber den einander mit ihren Schwenkkranzflanschen 23.1, 23.2 zugewandten Schwenkgetriebe-Modulgehäusen 6.2.1 und 6.2.2 drehbar gelagert, so daß deren Abstützung in Drehrichtung über je ein mit Innenverzahnung versehenen Außenring 30.1, 30.2 erfolgen kann. Davon ist der eine mit dem antriebsseitigen und der andere mit dem abtriebsseitigen Modulgehäuseteil 6.2.1 bzw. 6.2.2 fest verbunden. Der antriebsseitige Schwenkkranzflansch 23.1 ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß auf ihm auch eine Antriebsflanschfläche 8.1 eines Drehgetriebemoduls A bzw. D paßt. Dadurch ergibt sich eine weitere Kombinationsmöglichkeit zur Zusammenstellung eines Robotergelenkkopfes mit zwei zueinander rechtwinklig stehenden Drehgetriebemodulen. Die Ausgestaltung des abtriebsseitigen Schwenkgetriebemodulgehäuses 6.2.2 erfolgt vorzugsweise so, daß in der Achse des Abtriebsflansches 7.2 ein Steuerleitungsanschluß 31 für durch die hohle Antriebswelle 4.1 des Drehgetriebemoduls D führende Leitungen zum Greifwerkzeug oder dergleichen Anschlußteile vorgesehen sein können.

In Fällen, in denen außenliegende Kabel bzw. Schläuche stören würden, wie z. B. beim Einsatz in heißer Umgebung, werden die Leitungen mittels der im Beispiel nur angedeuteten oder ähnlichen Energieführungsmodulen B, E innerhalb der Gehäuseteile über Drehdichtungen bzw. Spiralkabel oder Schleifringkontakte und dergleichen über die verschiedenen Schnittstellen beschädigungsgeschützt hinweggeführt. Der Übersichtlichkeit halber wurde in Fig. 1 kein Energieführungsmodul im Bereich des Schwenkgetriebes 5.2 dargestellt, ist aber bei Bedarf unter Einbeziehung in die beschriebene Modulbauweise ebenfalls in sinngemäßer Weise vorsehbar.

In der Zeichnung ist ein Beispiel für Energieführungsmodule (B bzw. E) zur Weiterleitung von Hydraulikdrücken angegeben. Anschlußstutzen 31 können am Umfang oder in der Stirnfläche des jeweiligen Gehäuseflansches 32.1, 32.2, . . . liegen. Sie münden in konzentrische Ringkanäle, die durch die Profile eines zwischen einem inneren 33.1, 33.2, . . . und einem äußeren Kollektorring 34.1, 34.2, . . . eingeschobenen Verteilerring 35.1, 35.2, . . . gebildet werden, von wo sie ohne gegenseitige Beeinflussung weiterführen in den Abtriebsflansch 7.3 des betreffenden Moduls, welcher über ein Gehäuselager 36 gegenüber dem Gehäuseflansch 32.1, 32.2, . . . drehbar ist und wiederum auf einen entsprechenden Antriebsflansch 8.2 des evtl. Nachfolgemoduls paßt, in dessen Stirnfläche sich den jeweiligen Hydraulikanschlüssen zugeordnete Druckleitungsanschlüsse befinden. Diese Anordnungsweise der ineinandersteckbaren Kollektorringe bietet den Vorteil kürzerer Baulängen der Energieführungsmodule.

In Fig. 2 ist die Außenansicht der gemäß Fig. 1 geschilderten Robotergelenkkopf-Kombination mit einem zwischen zwei Drehgelenkgetriebemodulen A und D angeordneten Schwenkgetriebegelenkmodul C unter Mitverwendung je eines Energieführungsmoduls B bzw. E zur internen Durchleitung von Kabeln, Hydraulikleitungen oder dergleichen dargestellt. Lediglich um das Schwenkgetriebemodul C müßten in diesem Falle noch entsprechende Kabel oder Schläuche außen herumgeführt werden. Werden statt eines Energieführungsmoduls B bzw. D nur mit kompatiblen Stirnflächenkonturen versehene Adapterflansche vorgesehen, liegen auch zwischen den anderen Modulen diverse Kabel und Schläuche außen.

In Fig. 3 ist die Außenansicht des gleichen Prinzips ohne die Energieführungsmodule B und E dargestellt. Hierbei wären alle Kabel und Schläuche außerhalb der Gelenke vorbeizuführen. Die Baulänge könnte indessen entsprechend verkürzt werden. Je nach Einsatzbedarf (erforderlicher Dreh- bzw. Schwenkachsen) kann das Schwenkgetriebe auch dem Drehgetriebemodul A bzw. D antriebsseitig nachgeordnet werden - Fig. 4 - oder vorgeordnet werden - Fig. 5 - oder es ist allein für sich verwendbar - Fig. 6 -, wie auch jedes Drehgetriebemodul A bzw. D ebenfalls für sich allein verwendbar ist. Die Befestigung erfolgt mit nur jeweils einigen Flanschverbindungsschrauben unter einfacher Zusammensteckung der zugehörigen Wellenverbindungs- Keilverzahnungen.

• Bezugsziffernverzeichnis
•  1.1,  1.2, . . . Antriebsmotore
•  2.1,  2.2, . . . Zwischentriebe, Zahnriemen
•  3.1,  3.2, . . . Ritzel, Riemenscheiben
•  4.1,  4.2, . . . Antriebswellen
•  5.1,  5.2, . . . Untersetzungsgetriebe
•  6.1,  6.2, . . . Modulgehäuse
•  7.1,  7.2, . . . Abtriebsflansche
•  8.1,  8.2, . . . Abtriebsflanschflächen an 6 . . .
•  9.1,  9.2, Verbindungsmuffen
• 10.1, 10.2, Wellensteckverbindungen
• 11.1, 11.2, . . . Gehäuselager
• 12.1, 12.2, . . . erste Wellendichtung an 4 . . .
• 13.1, 13.2, . . . Gehäusedichtspalt
• 14.1, 14.2, . . . Flanschlager
• 15.1, 15.2, . . . zweite Wellendichtung an 4 . . .
• 16.1, 16.2, . . . Getriebelager
• 17.1, 17.2, . . . Gehäuseringbund
• 18.1, 18.2, Stirnzahnräder
• 19.1, 19.2, Innenwellenlager für 18.2
• 20.1, 20.2, Vorgelegezahnrad
• 21.1, 21.2, Vorgelegewellen
• 22.1, 22.2, Vorgelegewellenlager
• 23.1, 23.2, Schwenkgehäuseflansche
• 24.1, 24.2, Kegelräder an 21.1 und 21.2
• 25.1, 25.2, Kegelräder an 26.1 und 26.2
• 26.1, 26.2, äußere und innere Schwenkgetriebewellen
• 27.1, 27.2, Abtriebskegelräderpaar für 26.2
• 28 Vorgelegewelle abgangsseitig
• 28.1, 28.2, Stirnräderpaar von 28
• 29 Schwenklager
• 30.1, 30.2, Außenringe von 5.2
• 31 Anschlußstutzen für Hydraulik
• 32.1, 32.2, . . . Gehäuseflansche von B bzw. E
• 33.1, 33.2, . . . innere Kollektorring
• 34.1, 34.2, . . . äußere Kollektorring
• 35.1, 35.2, . . . Verteilerring
• 36 Gehäuselager von B bzw. E

Claims (10)

1. Robotergelenkkopf in Modulbauweise, mit einzel verwendbaren oder in Kombinationen zu Mehrfachanordnungen mit gegeneinander relativ verdreh- und/oder verschwenkbaren und sich in einem Punkte schneidenden Bewegungsachsen zusammenfügbaren Getriebe- und Energieführungsmodulen (A, B, C, D, . . . ), dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebemodule (A, C, D, . . . ) mechanische Untersetzungsgetriebe (5.1, 5.2, . . . ) beinhalten, welche mittels außerhalb an einem Maschinenträger befestigter Einzelmotore (1.1, 1.2, . . . ) über das jeweilige Modul (A, C, D, . . . ) begrenzende zueinander konzentrische An- und Abtriebswellen (4.1, 4.2, . . . und 10.1, 10.2, . . .) antreibbar und mit eigenen Lagern (11.1, 14.1 und 16.1) sowie Dichtungen (12.1, 13.1 und 15.1) versehen sowie mit als Wellensteckverbindungen (10.1, 10.2, . . . ) zusammenfügbaren Wellenenden mit benachbarten Modulen (A, B, C, D, E . . . ) über jeweilige kompatible An- bzw. Abtriebsflansche (7.1, 7.2, . . . und 8.1, 8.2, . . . ) unzerlegt koppelbar sind.

2. Gelenkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Antriebsflansche (8.1, 8.2, . . . ) mit dem Getriebegehäuse (6.1, 6.2, . . . ) fest verbunden und die jeweiligen Abtriebsflansche (7.1, 7.2, . . . ) des jeweiligen Getriebemoduls (A . . . D) dazu in einem Gehäuselager (16.1) konzentrisch drehbar gelagert und gegenüber als Hohlwelle gestalteten Ende der Welle (14.1) und dem Gehäuse (6.1) mittels Wellendichtungen (13.1, 15.1) unabhängig geführt und gedichtet sind, und daß bei Mehrfachanordnungen jeweils ein Abtriebsflansch (7.1, 7.2, . . . ) mit einem auf der jeweils anderen Stirnseite des benachbarten Getriebemodules befindlichen gehäusefesten Antriebsflansch (8.1, 8.2, . . . ) Einbauraum und Anschlußmöglichkeit für mind. 2 Wellensteckverbindungen (9.1, 9.2) für zu weiteren Getriebemodulen (C, D, . . . ) führende Wellen (4.1, 4.2, 4.3, . . .) bietet, welche durch das jeweils vorgeordnete Getriebe (A, C, D) hindurchführbar sind.

3. Gelenkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl unterschiedlich große Getriebemodule für Drehbewegungen (A und D) als auch damit kompatible Getriebemodule für Schwenkbewegungen (C) vorgesehen sind, an deren Abtriebsflansch (7.2) jeweils ein gemäß dem verringerten Drehmoment kleineres Nachfolge- Modul (D) paßt, wobei ein als Adapterflansch ausgeführter Abtriebsflansch (7.2) eines ersten Nachfolgemoduls (C) mit dem Antriebsflansch (8.1) eines weiteren kleineren Nachfolgemoduls (D) kompatible Stirnflächenkonturen aufweist.

4. Gelenkkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebemodule (C) für Schwenkbewegungen im wesentlichen aus zwei in einer zur Drehachse der Antriebswelle (4.1) parallel stehenden Flanschebene und zueinander um eine zur Drehachse (X) quer angeordnete Schwenkachse (Y) drehbar geführten Gehäusehälften (6.2.1 und 6.2.2) mit durch ein Untersetzungsgetriebe (5.2) verbundenen Kegelradtrieben (24, 27) bestehen, von denen die antriebsseitige Gehäusehälfte (6.2.1) eingangsseitig ein über lösbare Wellenverbindungen (10.1) zweier konzentrischer Wellen (4.2, 4.3) antreibbares Doppel-Stirnradvorgelegegetriebe (20.1, 20.2 mit 21.1, 21.2) aufweist, dessen zur Drehachse (X) um einen Radialabstand versetzt parallel angeordnete konzentrische Abgangswellen (21.1, 21.2) in ein Doppelkegelradgetriebe (24.1, 24.2 mit 25.1, 25.2) auslaufen, dessen äußerer Kegeltrieb (24.1/25.1) ein zwischen den Gehäusehälften (6.2.1, 6.2.2) konzentrisch zur Schwenkachse (Y) angeordnetes und mit einem Außenzahnkranz (30.2) an der abtriebsseitigen Gehäusehälfte (6.2.2) abgestütztes Umlaufuntersetzungsgetriebe (5.2) antreibt, durch dessen innere Hohlwelle (25.1) eine vom inneren Kegeltrieb (25.2) weiterführende Durchgangswelle (26.2) in ein Einfachkegelgetriebe (27.1, 27.2) in der abtriebsseitigen Gehäusehälfte (6.2.2) des Schwenkgetriebemoduls (C) weiterführt, wo eine zur Flanschebene versetzt parallel angeordnete weitere Vorgelegewelle (28) in ein Einfach-Stirnradvorgelege (28.1, 28.2) mündet, dessen hohle Abtriebswelle (4.1) als gegenüber der zugehörigen Gehäusehälfte (6.2.2) drehbarer und in Grundstellung zur Drehachse (X) der antriebsseitigen Gehäusehälfte (6.2.1) konzentrischen Abtriebsringflansch (7.2) des Schwenkgetriebemoduls (C) ausgestaltet ist.

5. Gelenkkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zweiachsanordnungen von Dreh- und Schwenkmodulen (A bzw. D und C) zu verschiedenartigen Gelenkkopfkombinationen entweder mit Vor- oder mit Nachordnung eines Drehgetriebemoduls (A bzw. D) gegenüber dem Schwenkgetriebemodul (C) zusammenfügbar sind.

6. Gelenkkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dreiachsanordnungen durch sowohl eine Verordnung als auch eine Nachordnung je eines Drehgetriebemoduls (A bzw. D) zum Schwenkgetriebemodul (C) zusammenfügbar sind.

7. Gelenkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersetzungsgetriebe (5.1, 5.2 . . . ) als Spannungswellengetriebe gestaltet sind.

8. Gelenkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abtriebsflanschen (7.1, 7.2) der Getriebemodule (A, C, D) entweder niedrige Adapterflansche oder ringförmige Energieführungsmodule (B bzw. E) nachordenbar sind, über welche Druck- und Schmiermittel oder Steuerstrom von einem Modul zum nachfolgenden schlauch- bzw. kabellos weiterleitbar sind.

9. Gelenkkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieführungsmodule (B bzw. E) aus in Kollektorringen (33, 34) axial ineinander schiebbaren Verteilerringen (35) mit ineinander passender Drehdichtung bzw. Schleiffläche bestehen und zum Einbau zwischen jeweils einander gegenüberstehender An- und Abtriebsflanschen (7.1 und 8.1) vorgesehen sind, wobei ein Gehäuseflansch (32) mit dem vorgeordneten drehbaren Abtriebsflansch (7.1) und der andere mit dem nachgeordneten gehäusefesten Antriebsflansch (8.1) der jeweiligen Nachbarmodule (A/C bzw. D/ Greifer) kompatibel ist, und daß Energieanschlußstutzen (31) am Gehäuseflansch (32) Ringkanäle bzw. Schleifkontakte an drehenden Verteilerringen (35) zugeordnet sind, in welchen Übertrittsanschlüsse in den ihm zugeordneten Gegenflansch (7.1 und 8.1) des Nachbarmoduls vorgesehen sind.

10. Gelenkkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieführungsmodule (B bzw. E) für die Ein- und Ausleitung von Schläuchen und Kabeln für Schmier- und Druckmittel bzw. Strom- und Meßsignale vorbereitete Außenanschlüsse (31) sowohl in ihren Stirnflächen (7.1 und 8.1) als auch an ihrem Außenmantel haben, und daß Mittel vorgesehen sind, um ein Weiterdrehen der mit Außenanschlüssen verbundenen Elemente über bestimmte Maximalwinkel hinaus auszuschließen.