DE3719063A1 - Roboterhandgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Roboterhandgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Das Handgelenk ist für einen Industrieroboter bestimmt.

Für ein präzises Arbeiten mit einem Roboter ist es wichtig, daß das Spiel in den Getriebeeinheiten des Handgelenks so klein wie möglich ist. Aus diesem Grunde ist es üblich, die Getriebeeinheiten justierbar auszubilden. Verschiedene Aus­ führungsformen, welche die Justierung des Spiels zwischen zwei zylindrischen Zahnrädern gestatten, sind bekannt. Die meisten von ihnen sind jedoch sehr raumaufwendig und sind daher für den Einsatz in Roboter-Handgelenken nicht ge­ eignet, da dort eine schlanke Konstruktion erforderlich ist, mit der auch enge Räume, wie beispielsweise der Innenbereich von Autokarosserien usw. zugänglich sind. Ein weiterer häu­ figer Nachteil der bekannten Ausführungsformen besteht darin, daß die Nachjustierung ein zeitaufwendiger Vorgang ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handgelenk der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem eine Ju­ stierung des Spiels in dem Stirnradgetriebe des Handgelenks einfach und schnell ausgeführt werden kann und die dafür er­ forderlichen Justiermittel die Abmessungen des Handgelenks nicht wesentlich beeinflussen.

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 Konstruktion nach der Erfindung sucht das Zwi­ schenrad, welches zwischen zwei zylindrischen Zahnrädern der Getriebeeinheit liegt, automatisch seine Position zwischen diesen beiden Zahnrädern, wodurch eine schnelle Justierung des Spiels möglich ist.

Das Tragglied kann vorzugsweise durch eine kreiszylindrische Wandfläche im Handgelenkgehäuse geführt werden. Dies ergibt eine raumsparende Konstruktion. Eine große mechanische Sta­ bilität des Antriebes wird dadurch erreicht, daß die Achs­ kräfte des Zwischenrades direkt auf das Handgelenkgehäuse übertragen werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenrad auf einem exentrischen Achsstummel angeordnet, der auf dem verschiebbaren Tragglied vorgesehen ist. Hier­ durch ist es möglich, separate Justierungen des Spiels zwi­ schen dem Zwischenrad und jedem der beiden benachbarten Zahnräder vorzunehmen. Außerdem können bei einer solchen Ausführungsform relativ große Toleranzen bei der Werkzeug­ maschinenbearbeitung zugelassen werden.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Industrieroboters, der mit einem Roboterhandgelenk gemäß der Erfindung ausgerü­ stet ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Sekundärarm des Roboters,

Fig. 3 eine Skizze zur Darstellung des Aufbaus der Antriebe für die verschiedenen Teile des Handgelenks,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Handgelenks, wobei ein Teil der Wand des Handgelenkgehäuses weggeschnitten ist,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Handgelenk teilweise im Schnitt,

Fig. 6 ein Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsform ge­ mäß der Erfindung, die einen Teil des Stirnradge­ triebes zeigt.

Der in Fig. 1 gezeigte Roboter hat einen Ständer 1, der mittels eines Motors M 1 um eine vertikale Achse A relativ zur Grundplatte 2 gedreht werden kann. Ein erster Roboterarm 3, der Primärarm, ist drehbar um eine Achse B im Ständer 1 gelagert. Am oberen Ende des Arms 3 ist ein zweiter Arm 4, der Sekundärarm, drehbar um eine Achse C gelagert. Die Dre­ hung des Arms 4 erfolgt mittels eines parallelen Verbindungsgliedes 11, dessen unteres Ende drehbar an einer vom Motor angetriebenen Kurbel 12 befestigt ist und dessen oberes Ende drehbar mit dem hinteren Teil des Arms 4 verbun­ den ist. Zur Drehung des Arms 3 sind in dem Ständer 1 Moto­ ren und geeignete Getriebe eingebaut.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den zweiten Arm 4 des Ro­ boters. Dieser besteht aus einem hinteren Teil 41, welches um die Achse C drehbar ist, und einem vorderen Teil 42, wel­ ches an das hintere Teil 41 angeschlossen und um die Längsachse D des Arms 4 drehbar ist. Der äußere Abschnitt des vorderen Armteils 42 besteht aus einem Handgelenk, wel­ ches aus zwei Handgelenkteilen 50 und 60 aufgebaut ist, zwi­ schen denen ein Handgelenkteil 5 drehbar angeordnet ist. Das Handgelenkteil 5, das sogenannte Kippglied ("tilt"), ist drehbar um eine Achse E und ist mit einem Werkzeughalter in Form einer drehbaren Scheibe 6 versehen. Die Drehscheibe 6 ist um die Längsachse F des Kippgliedes 5 drehbar.

Fig. 3 zeigt die Anordnung zum Antrieb des vorderen Arm­ teils 42, des Kippgliedes 5 und der Drehscheibe 6. Das vor­ dere Armteil 42 wird von einem Motor M 4 über ein Getriebe mit vier Stirnzahnrädern (Zylinderzahnräder) 43 bis 46 ange­ trieben, wobei das Rad 46 fest am Armteil 42 befestigt ist.

Das Kippglied 5 wird von einem Motor M 5 über ein Kegelrad­ ritzel 51 angetrieben, welches fest auf der Motorwelle sitzt und sich im Eingriff mit einem Kegelzahnrad 52 befindet, welches am Handgelenkgehäuse um eine Achse G drehbar ange­ ordnet ist, die senkrecht zur Drehachse D des vorderen Arm­ teils 42 verläuft. Das Zahnrad 52 ist mit einem zylindri­ schen Ritzel 53 verbunden, welches seinerseits über ein Zwi­ schenrad 54 einen Zahnkranz 55 antreibt, der fest am Gehäuse des Kippgliedes angeordnet ist.

Der Antrieb für die Drehscheibe 6 umfaßt, ebenso wie der An­ trieb für das Kippglied, einen Motor M 6, auf dessen Welle ein Kegelradritzel 61 angeordnet ist, welches sich im Ein­ griff mit einem Kegelzahnrad 62 befindet, welches im Handge­ lenkgehäuse drehbar gelagert ist und um eine Achse H drehbar ist, die senkrecht zu der Drehachse D des vorderen Armteils 42 verläuft. Das Zahnrad 62 ist mit einem zylindrischen Rit­ zel 63 verbunden, welches über ein Zwischenrad 64 ein zylin­ drisches Zahnrad 65 antreibt, welches drehbar um die Drehachse E des Kippgliedes 5 gelagert ist. Das Zahnrad 65 ist mit einem Kegelradritzel 66 verbunden, welches sich im Eingriff mit einem Kegelzahnrad 67 befindet, das fest mit der Drehscheibe 6 verbunden ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Konstruktion des zentralen Teils des Antriebs in einer der beiden identischen Handge­ lenkhälften. Ein Achsstummel 72 ist an der einen Hälfte 71 des Handgelenkes befestigt, wobei das Kegelzahnrad 62 dreh­ bar auf dem Achsstummel 72 angebracht ist. Ein Achsstummel 75 ist an das Zahnrad 62 geschraubt, und das zylindrische Ritzel 63 ist auf diesem Achsstummel 75 befestigt. Die Achs­ stummel 72 und 75 sind koachsial zueinander. Der Antriebsmo­ tor 6 ist an die Handgelenkgehäusehälfte 71 angeschraubt, und das Ritzel 61 ist auf der Welle des Antriebsmotors M 6 befestigt und befindet sich im Eingriff mit dem Zahnrad 62.

Das Ritzel 63 treibt das zylindrische Zahnrad 65 über das Zwischenrad 64 an. Das Zahnrad 65 ist drehbar auf der Kipp­ welle 78 angeordnet, die ihrerseits drehbar um die Achse E im Handgelenkgehäuse angeordnet ist.

Das Zwischenrad 64 ist mittels eines Kugellagers 80 auf ei­ nem exentrischen Achsstummel 81 drehbar angeordnet, welcher drehbar befestigt ist an einer im wesentlichen als Ringsek­ tor geformten Justierscheibe 82. Diese Scheibe 82 wird von einer kreiszylindrischen Wandfläche 83 in dem Handgelenkge­ häuse geführt und kann mittels zweier Justierschrauben 84, 85 längs einer kreisförmigen Bahn verschoben werden, deren Mit­ telpunkt mit der Drehachse des Ritzels 63 zusammenfällt. Die Justierschrauben 84, 85 sind in einem als Ringsektor geform­ ten Abstützteil 86 befestigt, welches an den Handgelenkge­ häuse befestigt ist.

Beim Einjustieren des Spiels zwischen den zylindrischen Zahnrädern 63, 64 und 65 wird zunächst der zylindrische Achs­ stummel 81 so weit gedreht, bis das gewünschte Spiel zwi­ schen den Rädern 63 und 64 erreicht ist. Der Achsstummel 81 wird dann in seiner Lage festgesetzt durch Anschrauben einer Scheibe 87 an das Achsende. Danach wird die Justierscheibe 82 mittels der Justierschrauben 84, 85 soweit gedreht, bis das gewünschte Spiel zwischen den Rädern 64 und 65 erreicht ist.

Es ist auch möglich, die Spieleinstellung in einem einzigen Schritt vorzunehmen, vorausgesetzt, daß der Achsstummel 81 eine ausreichend große Exentrizität hat, um gedreht zu wer­ den, wenn die Justierscheibe 82 verschoben wird. Das Zwi­ schenrad 64 nimmt eine Position zwischen den Rädern 63 und 65 ein.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Einrichtung zur Justierung des Spiels. Bei dieser Ausführungsform werden an Stelle von Justierschrauben 84, 85 Keilglieder 88, 69 ver­ wendet, die zwischen die bewegliche Justierscheibe 82 und das Abstützteil 86 hineinschiebbar und zurückziehbar sind, und zwar mit Hilfe von Schrauben 90, 91 von außerhalb des Handgelenkgehäuses 71.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt; vielmehr ist eine Vielzahl von Abänderungen mög­ lich. Wenn die Zahnräder und die Lager des Handgelenkgehäu­ ses mit hoher Präzision hergestellt werden, kann im wesent­ lichen auf die Exentrizität des Achsstummels 81 verzichtet werden.

Das Abstützteil 86 braucht kein separates Teil zu sein, das an dem Handgelenkgehäuse fest montiert ist. Wenn das Gehäuse ein Druckgußteil ist, ist es einfacher, das Abstützteil in Form von Schultern integral mit dem Gehäuse zu vereinigen. In einem solchen Falle sind die Schraublöcher für die Ju­ stierschrauben 84, 85 zweckmäßigerweise in der Scheibe 82 an­ geordnet, und die Köpfe der Schrauben stützen sich auf den angegossenen Schultern des Handgelenkgehäuses ab.

Anstelle der Führung der Justierscheibe 82 durch die zylin­ drischen Wandflächen 83 im Handgelenkgehäuse kann die Scheibe 82 alternativ auch durch den Achsstummel 75 geführt werden. Diese Lösung ist jedoch etwas ungünstiger, da in diesem Falle der Achsstummel 75 länger sein muß, was eine größere Breitenabmessung des Handgelenks mit sich bringt. Außerdem müssen die von dem Zwischenrad auf die Welle aus­ geübten Kräfte von dem längeren Wellendende aufgenommen wer­ den, welches dabei Verformungen erleiden kann, die die Wie­ derholungsgenauigkeit des Roboters beeinträchtigen.

Claims (7)

1. Roboterhandgelenk mit einem Handgelenkgehäuse (50, 60), welches an einem Roboterarm (4) befestigt wird, mit einem als Kippglied bezeichneten Handgelenkteil (5), welches dreh­ bar im Gehäuse gelagert ist, wobei die Drehachse des Kipp­ gliedes senkrecht zur Längsachse des Roboterarms (4) ver­ läuft, mit einer Werkzeugbefestigungsvorrichtung (6), die drehbar im Kippglied (5) gelagert ist, und mit Antriebsmit­ tel zur Drehung des Kippgliedes und der Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung (6), wobei die genannten Antriebsmittel mindestens einen Getriebezug enthalten, der aus zylindri­ schen Zahnrädern (63, 64, 65) mit parallelen Drehachsen be­ steht und in welchem das erste Zahnrad (63) über ein Zwi­ schenzahnrad (64) ein zweites Zahnrad (65) antreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zwischenrad (64) auf einem verschiebbaren Tragglied (82) gelagert ist, der mittels Justierglieder (84, 85) längs einer Kreisbahn verschiebbar ist, deren Mittelpunkt mit der Drehachse des ersten Getrieberades (63) zusammenfällt.

2. Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tragglied (82) mit einem Teil seiner Oberfläche gegen eine kreiszylindrische Füh­ rungsfläche (83) im Gehäuse anliegt, wobei die Mittelpunkts­ linie dieser Führungsfläche mit der Drehachse des ersten Zahnrades (63) zusammenfällt.

3. Roboterhandgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenrad (64) auf einem exentrischen Lagerzapfen (81) am verschiebbaren Tragglied (82) angeordnet ist.

4. Roboterhandgelenk nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Tragglied (82) ein Festsetzglied (87) angeordnet ist zum Festsetzen des Trag­ zapfens (81) in einer gewünschten Lage.

5. Roboterhandgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag­ glied aus einem im wesentlichen ringsektorförmig geformten Justierscheibe besteht, die derart angeordnet ist, daß sie gegen die genannte Führungsfläche (83) des Gehäuses mittels der genannten Justierglieder pressbar ist, welche Justier­ glieder aus zwei Justierschrauben (84, 85) bestehen, die zwi­ schen den Stirnflächen der Justierscheibe 82 und einem im Gehäuse vorhandenen Abstützteil (86) angeordnet sind.

6. Roboterhandgelenk nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auch das Abstützteil (86) im wesentlichen ringsektorförmig geformt ist und zusammen mit der Justierscheibe (82) die Achse (75) des ersten Zahnrades (63) umgibt.

7. Handgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Justier­ glieder aus Keilgliedern (88, 89) bestehen, welche zwischen dem beweglichen Tragglied (82) und dem Abstützteil (86) des Gehäuses verschiebbar sind.