DE3719064A1 - Roboterhandgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Roboterhandgelenk gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1. Die Werkzeugbefestigungsvorrich­ tung kann beispielsweise als Drehscheibe ausgebildet sein. Das Handgelenk ist in erster Linie für Industrieroboter be­ stimmt.

Ein Handgelenk der vorgenannten Art ist bekannt aus der EP- PS 54 763. Das in dieser Patentschrift beschriebene Handge­ lenk enthält unter anderem zwei Zwischengetriebe, die Kegel­ zahnräder zum Antrieb des Kippgliedes und der Werkzeug­ befestigungsvorrichtung haben. Das angetriebene Zahnrad in jedem dieser Getriebe ist am entsprechenden Teil einer zweiteiligen Zwischenwelle angeordnet, wobei eines der Lager des einen Wellenteils von dem anderen Wellenteil getragen wird. In dieser Ausführung müssen die Drehachsen der beiden Wellenteile exakt zueinander fluchten, was herstellungsmäßig Probleme bereitet und die Kosten des Handgelenks erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Roboterhandge­ lenk der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches eine rationellere Herstellung gestattet und bei welchem bei gleichbleibender Wiederholungsgenauigkeit des Roboters größere Herstellungstoleranzen als in vergleichbaren bekann­ ten Ausführungen zugelassen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Roboterhandgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen.

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

Bei dem Roboterhandgelenk können die Handgelenkhälften voll­ ständig individuell fertiggestellt werden, wobei relativ große Toleranzen bei der Bearbeitung durch Werkzeugmaschinen zugelassen werden können. Der Einbau des Motors und der er­ sten Getriebestufe sowie das Einlaufen und die anschließende Spieleinstellung dieser Getriebestufe kann vor dem Zusammen­ bau des Handgelenks individuell für jede Hälfte des Handge­ lenks durchgeführt werden. Dies ist ein beachtlicher Vor­ teil, da es gewöhnlich zeitaufwendig ist, diesen Getriebetyp im nachherein zu justieren, was bei bekannten Ausführungs­ formen erhebliche Kosten in Gestalt von Produktionsausfällen verursachen kann, beispielsweise beim Einsatz des Roboters für Schweißarbeiten bei der Fließbandherstellung von Kraft­ fahrzeugen.

Im Gegensatz zu dem oben genannten bekannten Roboterhandge­ lenk ist es bei der Erfindung nicht erforderlich, daß die Mittellinie der Zwischenwelle in einer Handgelenkhälfte mit der Mittellinie der Zwischenwelle der anderen Handgelenk­ hälfte zusammenfällt. Dies ist unter Herstellungsgesichts­ punkten ein großer Vorteil.

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 einen Längsschnitt durch eines der beiden Teile des Handgelenks,

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der verschiedenen Stufen während des Zusammenbaus des Sekundärarms ei­ nes Roboters.

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 Stützglie­ des 11, dessen unteres Ende drehbar an einer vom Motor ange­ triebenen Kurbel 12 befestigt ist und dessen oberes Ende drehbar mit dem hinteren Teil des Arms 4 verbunden ist. Zur Drehung des Arms 3 sind in dem Ständer 1 Motoren und ge­ eignete 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.

Fig. 4 zeigt die Konstruktion einer der beiden identischen Handgelenkhälften. Dazu gehört eine Handgelenkgehäusehälfte 71, in welcher ein Achsstummel 72 befestigt ist, auf welchem das Kegelzahnrad 62 drehbar gelagert ist, im wesentlichen mittels eines konischen Rollenlagers 73 und einem Achsialla­ ger 74. An das Zahnrad 62 ist ein Achsstummel 75 angeschraubt, auf welchem das zylindrische Ritzel 63 befe­ stigt ist. Die Achsstummel 72 und 75 verlaufen koaxial zu­ einander. Der Antriebsmotor M 6 ist an die Handgelenkgehäuse­ hälfte 71 angeschraubt. Das Ritzel 61 ist auf der Welle des Antriebsmotors M 6 befestigt und steht im Eingriff mit dem Zahnrad 62. Das Spiel in dem Winkelgetriebe 61, 62 wird mit­ tels Unterlegbleche eingestellt, die zwischen dem Zahnrad 62 und dem Achslager 74 sowie zwischen dem Motor M 6 und der Handgelenkgehäusehälfte 71 angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt, wie das Handgelenk zusammengebaut und im Se­ kundärarm 4 des Roboters eingebaut wird. Zwei (einem Aufbe­ wahrungsort entnommene) Handgelenkhälften 50 und 60 mit an ihnen montierten Antriebsmotoren M 5, M 6 werden zusammenge­ schraubt, nachdem das Kippglied 5 mit der Drehscheibe 6 zwi­ schen ihnen plaziert worden ist. Die in den beiden Hälften vorhandenen Getriebestufen 51, 52 beziehungsweise 61, 62 sind vor diesem Vorgang bereits eingelaufen und nachjustiert wor­ den. Abgesehen von Herstellungstoleranzen sind die beiden Handgelenkhälften exakt identisch und enthalten auch bereits zusätzlich zu den in Fig. 4 gezeigten Teilen das Zwischen­ rad 54 beziehungsweise 64. Das Kippglied 5 wird an den Hand­ gelenkgehäusehälften mittels konischer Rollenlager drehbar befestigt. Beim Zusammenbau der beiden Hälften ist es wich­ tig, daß die Drehachse E des Kippglieds 5 genau senkrecht zu der Längsachse (Drehachse) des Handgelenkgehäuses verläuft. Dagegen braucht die Mittellinie G der Zwischenwelle in der einen Handgelenkhälfte nicht mit der Mittellinie H der Zwischenwelle der anderen Gehäusehälfte zusammenfallen. Dies ist in Fig. 5 durch den Abstand dx angedeutet.

Wenn das Handgelenk zusammengebaut worden ist, wird es an eine Kabelanordnung angeschlossen, die aus Steuer- und Lei­ stungskabeln besteht, zum Beispiel in einer Ausführung, wie sie in der SE-A-86 02 245-6 beschrieben wird. Danach wird das Handgelenk mit der an ihr befestigten Kabelanordnung im hoh­ len Sekundärarm 4 des Roboters montiert. Wenn die Kontakt­ flächen der beiden Handgelenkgehäusehälften mit der Stirn­ fläche des vorderen Armteils 42 infolge Herstellungsto­ leranzen nicht in derselben Ebene liegen, so wird der Un­ terschied dy während des Zusammenbaus mittels Ausgleichsble­ che ausgeglichen, so daß Schrägstellungen des Handgelenks in bezug auf den Armteil 42 vermieden werden.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann das Handgelenk auch für einen 5-achsigen Roboter verwendet werden, bei welchem der Motor M 4 und das zugehörige Getriebe fehlen und das vordere Armteil 42 im Verhältnis zum hinteren Teil 41 nicht drehbar ist.

Claims (5)

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, und mit einer Werkzeugbefestigungsvorrichtung (6), die drehbar im Kippglied (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgelenk aus zwei im wesentlichen identischen Handgelenkhälften (50, 60) aufgebaut ist, zwischen denen das Kippglied (5) mit der Werkzeugbefe­ stigungsvorrichtung (6) drehbar angeordnet ist, daß jede Ge­ häusehälfte (50, 60) mit einem Antriebsmotor (M 5 beziehungs­ weise M 6) zusammengebaut ist und ein Zwischengetriebe mit Kegelzahnrädern (51, 52 beziehungsweise 61, 62) enthält, und daß jedes der Zwischengetriebe in seinem zugehörigen Handge­ lenkhälfte derart drehbar angeordnet ist, daß jede Hälfte eine individuelle Antriebseinheit zur Drehung des Kippglie­ des (5) beziehungsweise der Werkzeugbefestigungsvorrichtung (6) bildet.

2. Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Handgelenkgehäuse (50, 60) um die Längsachse des Roboterarms (4) in diesem gelagert ist.

3. Roboterhandgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zwi­ schengetriebe ein Kegelradritzel (51, 61) gehört, welches auf der Welle des Antriebsmotors (M 5 beziehungsweise M 6) befe­ stigt ist und ein Kegelzahnrad (52 beziehungsweise 62) an­ treibt, daß das genannte Kegelzahnrad auf einem ersten Achs­ stummel (72) drehbar angeordnet ist, welcher in einer Hand­ gelenkgehäusehälfte (71) befestigt ist, und daß ein Achsial­ lager (74) zwischen dem Zahnrad (52, 62) und der Handgelenk­ gehäusehälfte (71) angeordnet ist.

4. Roboterhandgelenk nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter Achsstummel (75), der koaxial zum ersten Achsstummel (72) verläuft, auf dem Zahnrad (52, 62) befestigt ist, und daß dieser zweite Achs­ stummel (75) mit einem zylindrischen Zahnradritzel (53, 63) verbunden ist, welches über ein Zwischenrad (54, 64) justier­ bar in der Handgelenkgehäusehälfte (71) drehbar angeordnet ist, das Kippglied (5) beziehungsweise die Werkzeugbefesti­ gungsvorrichtung (6) antreibt.

5. Roboterhandgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß jede Handgelenkhälfte (50, 60) individuell justierbar ist.