DE3736355A1 - Handgelenkmechanismus fuer industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Handgelenkmechanismus für Industrieroboter mit einem Handgelenk, das ein Unterset­ zungsgetriebe enthält, wobei sich der Handgelenkmechanismus insbesondere für sehr schnelle Bewegungen eignet und die Montage, Einstellung und Wartung des Getriebes leicht durchführbar sind.

Industrieroboter werden in den verschiedensten Fertigungs­ anlagen in großem Umfang eingesetzt, und die Arbeitsmög­ lichkeiten für Roboter sind sehr vielseitig geworden.

Um den Anforderungen an ein solches diversifiziertes oder kompliziertes Arbeiten gerecht zu werden, benötigt ein typischer Industrieroboter einen Handgelenkmechanismus mit zwei oder drei Bewegungs-Freiheitsgraden, so daß die Stel­ lung des Handgelenks in einem bestimmten Raum frei wählbar ist.

Fig. 4 zeigt ein typisches Beispiel für einen konventionel­ len Handgelenkmechanismus. Dabei umfaßt ein Roboterarm 80 einen Raum 80 a, in dem Stelleinheiten 81 A, 81 B und 81 C in der gezeigten Weise angeordnet sind, und diese Stellein­ heiten 81 A, 81 B und 81 C sind direkt mit Untersetzungsge­ trieben 82 A bzw. 82 B bzw. 82 C gekoppelt. Die Drehzahlen der Stelleinheiten 81 A, 81 B und 81 C werden jeweils durch die Untersetzungsgetriebe 82 A, 82 B und 82 C auf vorbestimmte Drehzahlen reduziert und dann ihrerseits als Drehantriebs­ kräfte auf Wellen 83 A bzw. 83 B bzw. 83 C übertragen, die in dem Roboterarm 80 in Axialrichtung verlaufen.

Die Welle 83 A ist mit einem Außengehäuse 85 direkt gekop­ pelt, und die auf die Welle 83 A übertragene Drehantriebs­ kraft versetzt das Außengehäuse 84 in Rotation in die mit einem Doppelpfeil bezeichneten Richtungen. Ein Kegelrad 86 ist an einem Ende der Welle 83 B damit einstückig ange­ ordnet, und ein Kegelrad 89 ist mit einem Innengehäuse 88 gekoppelt. Die auf die Welle 83 B übertragene Drehantriebs­ kraft wird ferner auf das Kegelrad 89 über das Kegelrad 86 übertragen, so daß das Innengehäuse 88 in die mit einem Doppelpfeil β bezeichneten Richtungen drehbar ist. Die auf die Welle 83 C übertragene Drehantriebskraft wird über Kegelräder 90, 91 und 92 auf ein Kegelrad 95 übertragen, das mit einem Handhalter oder Werkstückhalter 93 gekoppelt ist, wodurch der Handhalter 93 in die mit einem Doppelpfeil γ bezeichneten Richtungen drehbar ist.

Fig. 5 zeigt den Handgelenkmechanismus gemäß der offenge­ legten JP-Patentanmeldung Nr. 73 297/1984 (59-73 297A). Bei diesem Handgelenkmechanismus wird die Drehantriebskraft einer in einem Roboterarm untergebrachten Welle 101 auf ein Innengehäuse 106, das auf einem Abtriebsrad 104 A eines Harmonic-Antriebs 104 angeordnet ist, über ein Kegelrad 102 A, ein damit kämmendes Kegelrad 102 B, einen Riemenschei­ ben-Synchronriemen-Mechanismus 103 und den Harmonic-Antrieb 4 übertragen ("Harmonic Drive" ist das eingetragene Waren­ zeichen von Kabushiki Kaisha Harmonic Drive). Die so über­ tragene Drehantriebskraft bewirkt eine Drehbewegung des Innengehäuses 106, das in Lagern 107 A und 107 B in einem Außengehäuse 105 des Handgelenkmechanismus drehbar gelagert ist.

Die Drehantriebskraft einer Welle 108, die in einem axial verlaufenden Hohlraum der Welle 101 aufgenommen ist, wird auf einen Satz Kegelräder 113 A und 113 B, die auf der Ab­ triebsseite eines Harmonic-Antriebs 112 angeordnet sind, über ein mit einem Ende der Welle 108 einstückiges Kegelrad 109 A, ein mit diesem kämmendes Kegelrad 109 B, einen Riemen­ scheiben-Synchronriemen-Mechanismus 111 und den Harmonic- Antrieb 112 übertragen. Durch die so übertragene Antriebs­ drehkraft wird ein Hand- oder Werkstückhalter 115, der mit dem Kegelrad 113 einstückig ausgeführt ist, gedreht.

Es ist zu beachten, daß die US-PS 45 48 097 ebenfalls einen Handgelenkmechanismus ähnlich demjenigen von Fig. 5 zeigt, wobei jedoch der Abtrieb eines Untersetzungsgetriebes direkt mit einem Handhalter (Werkstückhalter) ohne Zwi­ schenfügung eines Kegelrads gekoppelt ist.

Beim Stand der Technik, wie er z. B. in Fig. 4 gezeigt ist, ergeben sich jedoch die folgenden Probleme: Ein das Ober­ ende des Handgelenks beaufschlagendes Lastdrehmoment wird direkt auf die Kegelräder und die Wellen übertragen. Damit wird es notwendig, den Durchmesser sämtlicher Kegelräder und Wellen relativ groß zu machen. Aus diesem Grund muß dann der Handgelenkmechanismus groß gebaut werden. Da fer­ ner die Kegelräder auf der Abtriebsseite des Untersetzungs­ getriebes angeordnet sind, müssen die Montagegenauigkeit und die Funktionsfähigkeit der auf dieser Abtriebsseite befindlichen Kegelräder gesteigert werden. Ferner wird das Außengehäuse 85 durch die Rotation der Welle 83 A in eine der Richtungen des Doppelpfeils α gedreht, und gleichzei­ tig wird das Innengehäuse 88 in einer entsprechenden Rich­ tung gemäß dem Doppelpfeil β gedreht, während der Handhal­ ter 93 in einer der Richtungen des Doppelpfeils γ gedreht wird. Um also die jeweiligen Komponenten gleichzeitig in vorbestimmten Richtungen zu bewegen, muß der Drehzahlbe­ reich des Handhalters 93 vergrößert werden.

Bei dem späteren Stand der Technik, wie er z. B. in Fig. 5 gezeigt ist, ergeben sich folgende Probleme: Es ist schwie­ rig, den Mechanismus zu montieren und einzustellen, da die Kegelräder 102 A, 102 B, 109 A und 109 B im Außengehäuse 105 angeordnet sind. Ferner ist bei diesem Stand der Technik der Satz Kegelräder 113 A und 113 B auf der Abtriebsseite des Untersetzungsgetriebes 112 des Harmonic-Antriebs angeord­ net. Infolgedessen kann ein Spiel zwischen den montierten Kegelrädern 113 A und 113 B die Genauigkeit des gesamten Handgelenkmechanismus direkt beeinflussen.

Im Fall des Handgelenkmechanismus nach Fig. 2 der US-PS 45 48 097, bei dem der Werkzeugkopf 18 drehbar auf einer äußeren Querachse 17 gelagert ist, die zu einer inneren Querachse 16 parallel verläuft, die senkrecht zur Antriebs­ welle bzw. -achse 10 bzw. 41 verläuft, ist zwischen der inneren und der äußeren Querachse 16 und 17 eine gewisse Länge notwendig, und daher kann die Größe dieses Handge­ lenkmechanismus nicht verringert werden.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung eines kleinen Handgelenkmechanismus für Industrieroboter mit einem Kraftübertragungszug für den Handgelenkmechanismus, wobei ein Untersetzungsgetriebe nahe dem Vorderende eines Handgelenks so angeordnet ist, daß von als Antrieben wir­ kenden Stelleinheiten, die auf dem Roboterarm angeordnet sind, ein Drehmoment auf das Untersetzungsgetriebe nahe dem Vorderende des Handgelenks in einer Größe übertragbar ist, die im wesentlichen gleich derjenigen des Drehmoments der Abtriebswelle jeder Stelleinheit ist; wobei Kegelräder, die den Kraftübertragungszug bilden, außerhalb des Außengehäu­ ses so angeordnet sein können, daß eine Einstellung od. dgl. der Einzelteile des Handgelenkmechanismus leicht durchführbar ist.

Gemäß der Erfindung wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch einen Handgelenkmechanismus für Industrieroboter, der gekennzeichnet ist durch eine Dreifach-Wellenanordnung aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Welle, die axial in einen Roboterarm eingesetzt und von Stelleinheiten angetrieben sind, durch ein Außengehäuse, das auf einem Ende der die äußerste Welle der Dreifach-Wellenanordnung bildenden ersten Welle befestigt ist, wobei die zweite und die dritte Welle im Inneren des Außengehäuses gelagert sind, durch ein Innengehäuse, das auf dem Außengehäuse um eine zur Längsachse der ersten Welle senkrechte Achse drehbar gelagert ist, wobei das Innengehäuse in gegensei­ tiger Verriegelung mit der zweiten Welle angetrieben ist, durch einen Handhalter, der über ein Untersetzungsgetriebe drehbar an einem Ende des Innengehäuses befestigt ist, durch eine zum Innengehäuse parallele Welle und eine zum Handhalter parallele Welle, die auf dem Außengehäuse in radial außermittigen Lagen desselben drehbar gelagert sind und parallel zur zweiten und zur dritten Welle verlaufen, wobei die zum Innengehäuse parallele Welle und die zum Handhalter parallele Welle jeweils in gegenseitiger Ver­ riegelung mit der zweiten bzw. der dritten Welle angetrie­ ben sind, durch eine Innengehäuse-Antriebswelle, die auf dem Außengehäuse rechtwinklig zur Längsachse der zum Innen­ gehäuse parallelen Welle drehbar gelagert ist, wobei die Innengehäuse-Antriebswelle das Innengehäuse über ein im Außengehäuse angeordnetes Untersetzungsgetriebe antreibt, und durch eine Handhalter-Antriebswelle, die rechtwinklig zur Längsachse der mit dem Handhalter parallelen Welle und koaxial mit der Innengehäuse-Antriebswelle so angeordnet ist, daß sie den Handhalter über einen Kegelradzug an­ treibt.

Wenn bei dieser Anordnung die Kraft des Antriebs auf die erste, die zweite und die dritte Welle übertragen wird, wird das Außengehäuse gemeinsam mit der ersten Welle ge­ dreht, während das Innengehäuse um eine zur Längsachse der ersten Welle senkrechte Welle gedreht wird. Gleichzeitig werden die mit dem Handhalter parallele Welle und die Hand­ halter-Antriebswelle so gedreht, daß der Handhalter um eine zur Längsachse der ersten Welle parallele Achse mit einer Drehzahl gedreht wird, die durch das Untersetzungsgetriebe vermindert ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform des Handgelenkmechanismus nach der Erfindung für Industrieroboter;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines typi­ schen Beispiels eines Industrieroboters;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Teil eines Antriebsmechanismus für ein Innengehäuse und einen Handhalter gezeigt ist;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Beispiel eines bekannten Handgelenkmechanismus für Industrieroboter; und

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen weiteren bekannten Handgelenkmechanismus für Industrieroboter.

Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein Industrieroboter 1 eine Schwenkbasis 2, eine Auflage 3, einen senkrechten Arm 5, einen Roboterarm 6 und einen Handgelenkmechanismus 8, der am fernen Ende des Roboterarms 6 angeordnet ist. Die Schwenkbasis 2 ist auf der Auflage 3 in eine Richtung U drehbar gelagert. Der aufrecht auf der Oberseite der Schwenkbasis 2 angeordnete senkrechte Arm 5 ist in bezug auf die Schwenkbasis 2 in einer Richtung V schwenkbar. Der Roboterarm 6 ist auf dem Oberende des senkrechten Arms 5 in einer Richtung W schwenkbar gelagert und erstreckt sich von diesem Oberende in Horizontalrichtung.

Der Roboterarm 6 (nachstehend kurz: Arm 6) weist an seinem proximalen Ende 6 a Stelleinheiten 10 A, 10 B und 10 C auf, die als Antriebseinheiten dienen. Der Arm 6 hat eine erste Welle 11 A, die in der äußersten Stellung angeordnet ist, eine zweite Welle 11 B, die in einem axial verlaufenden hoh­ len Abschnitt in der ersten Welle 11 A aufgenommen ist, und eine dritte Welle 11 C, die in der innersten Stellung liegt und in einem in der zweiten Welle 11 B ausgebildeten, axial verlaufenden hohlen Abschnitt aufgenommen ist. Die drei Wellen 11 A, 11 B und 11 C sind im Arm 6 drehbar gelagert. Die Kraft der Stelleinheit 10 A wird auf die erste Welle 11 A über ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt) übertragen. Die Kraft der Stelleinheiten 10 B und 10 C wird jeweils auf die zweite und die dritte Welle 11 B bzw. 11 C übertragen.

Ein Außengehäuse 12, das auf einem Ende der ersten Welle 11 A montiert ist, ist drehbar in Lagern 13 A und 13 B gela­ gert, die am distalen Ende 6 b des Arms 6 vorgesehen sind. Eine hohlzylindrische Zahnscheibe 15 ist an einem Ende der zweiten Welle 11 B befestigt, und ein damit einstückig aus­ geführter Schaft 15 a der Zahnscheibe 15 ist drehbar in einem Lager 16 gelagert, das in einen hohlen Abschnitt des Außengehäuses 12 eingesetzt ist.

Eine mit dem Innengehäuse parallele Welle 19 ist außerhalb der Außenumfangsfläche des Außengehäuses 12 und dieser benachbart angeordnet. Die parallele Welle 19 ist in bezug auf die Längsachse der zweiten Welle 11 B parallel und exzentrisch angeordnet und in Lagern 18 A und 18 B drehbar gelagert. Ein Ende der parallelen Welle 19 ist an einer Zahnscheibe 20 befestigt, während das andere Ende an einem Kegelrad 21 befestigt ist. Ein Zahn- oder Synchronriemen 22 verläuft zwischen den Zahnscheiben 15 und 20 durch eine im Außengehäuse 12 ausgebildete Öffnung 12 a. Das Kegelrad 21 kämmt mit einem Kegelrad 26, das auf einem Ende einer Innengehäuse-Antriebswelle 25 sitzt. Die Antriebswelle 25 ist in einem Lager 23 gelagert, das im Außengehäuse 12 angeordnet ist, und ist um eine Achse drehbar, die senk­ recht zur Längsachse der parallelen Welle 19 verläuft.

Das Innengehäuse 30 ist relativ zum Außengehäuse 12 drehbar in Lagern 31 A und 31 B gelagert, die im Außengehäuse 12 koaxial mit der Antriebswelle 25 angeordnet sind. Eine kreisförmige Keilwellennut 32 des vorgenannten Harmonic- Antriebs ist auf dem Außengehäuse 12 festgelegt. Das Unter­ setzungsgetriebe besteht aus einer Kombination der kreis­ förmigen Keilwellennut 32, eines auf der Antriebswelle 25 befestigten Wellengenerators 33 und einer am Innengehäuse 30 festgelegten kreisförmigen Abtriebs-Keilwellennut 35.

An einem Ende der dritten Welle 11 C ist eine Zahnscheibe 36 befestigt, und ein damit einstückig ausgeführter Schaft 36 a der Zahnscheibe 36 ist in einem in der Zahnscheibe 15 vorgesehenen Lager 38 drehbar gelagert. Eine mit dem Hand­ halter parallele Welle 40 ist außerhalb der Außenumfangs­ fläche des Außengehäuses 12 und dieser benachbart angeord­ net. Die parallele Welle 40 ist relativ zur Längsachse der dritten Welle 11 C parallel und exzentrisch angeordnet und drehbar in Lagern 39 A und 39 B gelagert. Ein Ende der paral­ lelen Welle 40 ist an einer Zahnscheibe 41 befestigt, wäh­ rend das andere Ende an einem Kegelrad 42 befestigt ist. Ein Zahnriemen 43 verläuft zwischen den Zahnscheiben 36 und 41 durch eine im Außengehäuse 12 gebildete Öffnung 12 b. Das Kegelrad 42 kämmt mit einem Kegelrad 48, das auf einem Ende einer Handhalter-Antriebswelle 46 sitzt. Die Antriebswelle 46 ist in einem Lager 45 um eine Achse drehbar gelagert, die senkrecht zur Längsachse der parallelen Welle 40 und koaxial mit der Achse der Antriebswelle 25 verläuft. Ein Kegelrad 49 ist auf dem anderen Ende der Antriebswelle 46, das im Innengehäuse 30 liegt, befestigt.

Eine Hand-Transmissionswelle 51 ist um eine zur Drehachse des Innengehäuses 30 senkrechte Achse in Lagern 52 A und 52 B im Innengehäuse 30 drehbar gelagert, und ein Kegelrad 50, das mit dem Kegelrad 49 kämmt, ist auf einem Ende der Hand- Transmissionswelle 51 montiert.

Ein Handhalter 53 ist hohlzylindrisch mit einem offenen Ende, und seine Innenumfangsfläche ist drehbar in einem Lager 55 gelagert, das um die Außenumfangsfläche des Innen­ gehäuses 30 verläuft. Der Handhalter 53 kann ein Werkzeug­ oder ein Werkstückhalter sein. Eine festgelegte kreisrunde Keilwellennut 56 des genannten Harmonic-Antriebs ist an einem distalen Ende des Innengehäuses 30 angeordnet. Das Untersetzungsgetriebe ist aus einer Kombination der kreis­ runden Keilwellennut 56, eines Wellengenerators 58, der auf dem anderen Ende der Hand-Transmissionswelle 51 sitzt, und einer kreisrunden Abtriebs-Keilwellennut 59, die an einer Innenwand des Handhalters 53 befestigt ist, gebildet.

Es ist zu beachten, daß in Fig. 1 eine Abdeckung 60 für die Außenseite des Außengehäuses 12 abnehmbar auf dem Außen­ gehäuse 12 angeordnet ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise des vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Kraft der Stelleinheit 10 A wird auf die erste Welle 11 A über das entsprechende Untersetzungsgetriebe übertragen, und das so erzeugte Drehmoment bewirkt, daß das auf der ersten Welle 11 A befestigte Außengehäuse 12 in eine der Richtungen des Doppelpfeils α gedreht wird. Dann wird die Kraft der Stelleinheit 10 B auf die zweite Welle 11 B über ein geeignetes Getriebe, z. B. Zahnräder und einen Riemen, übertragen, so daß die mit dem Innengehäuse parallele Welle 19 von der Zahnscheibe 5, dem Zahnriemen 22 und der Zahn­ scheibe 20 gedreht wird. Das so erzeugte Drehmoment wird auf die Antriebswelle 25 des Innengehäuses über die Kegel­ räder 21 und 26 übertragen. Dieses Drehmoment bewirkt fer­ ner, daß das Innengehäuse 30 in einer der Richtungen des Pfeils β in bezug auf das Außengehäuse 12 durch den Wellen­ generator 33, die festgelegte kreisförmige Keilwellennut 32 und die kreisförmige Abtriebs-Keilwellennut 35 gedreht wird.

Die Kraft der Stelleinheit 10 C wird auf die dritte Welle 11 C über eine geeignete Transmission, z. B. Zahnräder und Riemen, übertragen, so daß die mit dem Handhalter parallele Welle 40 über die Zahnscheibe 36, den Zahnriemen 43 und die Zahnscheibe 41 gedreht wird. Das so erzeugte Drehmoment wird auf die Handhalter-Antriebswelle 46 über die Kegel­ räder 42 und 48 übertragen, und dieses Drehmoment bewirkt, daß die Hand-Transmissionswelle 51 über die Kegelräder 49 und 50 gedreht wird. Die Drehzahl der Hand-Transmissions­ welle wird von den Harmonic-Antrieben bzw. Untersetzungs­ getrieben 56, 58 und 59 verringert und auf den Handhalter 53 übertragen, so daß dieser in eine der Richtungen des Doppelpfeils q gedreht wird.

Wie vorstehend erläutert, ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel ein Kraftübertragungszug zum Innengehäuse 30 oder zum Handhalter 53 so angeordnet, daß die Drehantriebskraft mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment auf den Eingang des Harmonic-Antriebs 32, 33, 35 oder 56, 58, 59, der angren­ zend an das Vorder- oder distale Ende des Handgelenks ange­ ordnet ist, übertragen wird. Somit ist es möglich, die Größen der Wellen, Kegelräder, Zahnriemen, Zahnscheiben und der Lager zu deren Aufnahme zu vermindern, ohne daß dadurch die mechanische Festigkeit des Handgelenkmechanismus 8 ver­ lorengeht. Dies ermöglicht ferner Verringerungen hinsicht­ lich der Größe und des Gewichts des Handgelenkmechanismus 8. Der Einfluß eines Spiels der Kegelräder 21, 26, 42, 48, 49, 50 und der Zahnriemen 22, 43 kann aufgrund hoher Unter­ setzungsverhältnisse der Harmonic-Antriebe vermindert wer­ den.

Ferner sind die mit dem Innengehäuse parallele Welle 19 und die mit dem Handhalter parallele Welle 40 angrenzend an die Außenumfangsfläche des Außengehäuses 12 an Stellen dessel­ ben angeordnet, an denen die Synchronriemen 22, 43 senk­ recht zu den Achsen der Antriebswelle verlaufen und die Kegelräder 21, 26, 42 und 48 außerhalb des Außengehäuses 12 angeordnet sind. Somit können nach Abnahme der Abdeckung 6 die Montage und Einstellung der Kegelräder 21, 26, 42, 48 sowie die Einstellung der mechanischen Spannung der Zahn­ bzw. Synchronriemen 22, 43 in einfacher Weise durchgeführt werden.

Ferner ermöglicht eine Vergrößerung des Untersetzungsver­ hältnisses des Harmonic-Antriebsmechanismus eine Verminde­ rung des Bewegungseinflusses des Außengehäuses 12 in eine der Richtungen α, wodurch die Bewegung des Innengehäuses 30 in einer entsprechenden der Richtungen β und die Bewe­ gung des Handhalters 53 in einer entsprechenden der γ- Richtungen beeinflußt wird. Infolgedessen wird es möglich, eine Hochgeschwindigkeitsbewegung in den durch die Pfeile β und γ bezeichneten Richtungen ohne weiteres zu reali­ sieren.

Wenn z. B. das Außengehäuse 12 in eine der Richtungen α umläuft, läuft der Synchronriemen 22 um die Zahnscheibe 15 zusammen mit dem Außengehäuse 12 um, und der Zahnriemen dreht außerdem die der Bewegung des Riemens 22 folgende Welle 19. Wenn daher die Welle 19 entgegengesetzt zu der Richtung der begleitenden Rotation der Welle 19 gleichzei­ tig mit der Rotation des Außengehäuses 12 in die eine der Richtungen α gedreht werden soll, muß die Begleitbewegung korrigiert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Rotation des Außengehäuses 12 in die eine der Richtun­ gen α die Rotation an der Abtriebsseite des Untersetzungs­ getriebes, und daher wird dessen Drehzahl um das Unterset­ zungsverhältnis Na so verringert, daß Wa/Na erhalten wird, wobei Wa die Winkelgeschwindigkeit des Abtriebs der Stell­ einheit 10 A ist. Diese Drehzahl wird zur Begleitdrehzahl der Welle 19. Das Untersetzungsgetriebe 32, 33, 35 mit einem Untersetzungsverhältnis Nb ist am distalen Ende der Welle 19 vorgesehen, und somit ist der Gesamteffekt der Begleitrotation auf die Abtriebsseite der Welle 19 Wa/(Na*Nb). Dieser Effekt wird von einem Stellmotor 10 B auf der Antriebsseite der Welle 19 um den Korrekturbetrag Wa/Na korrigiert. Wenn dagegen die Welle 19 an der Abtriebsseite des Untersetzungsgetriebes 32, 33, 35 angeordnet wäre, wäre die Begleitdrehzahl Wa/Na, und die auf der Antriebsseite erforderliche Korrektur wäre (Nb/Na)*Wa, was mit einer Größe Wa vergleichbar wäre, so daß es nötig werden würde, die Stelleinheit 10 B mit der doppelten Drehzahl wie die Stelleinheit 10 A anzutreiben; dies wäre bei der Hochdreh­ zahlregelung in den Richtungen β nachteilig. Es ist er­ sichtlich, daß ähnliche Bedingungen für den Betrieb des Handgelenkmechanismus in einer der Richtungen γ gelten.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt einen Teil einer anderen be­ vorzugten Ausführungsform eines weiteren Antriebsmechanis­ mus für das Innengehäuse 30 und den Handhalter 53. Dabei verläuft der Zahnriemen 22 zwischen der Zahnscheibe 15, die auf der als dritte Welle dienenden Welle 11 B befestigt ist, und der Zahnscheibe 41 der parallelen Welle 40. Der Zahn­ riemen 43 verläuft zwischen der Zahnscheibe 36, die auf der zweiten Welle 11 C befestigt ist, und der Zahnscheibe 20 der parallelen Welle 19. Die Anordnung der übrigen Teile ist mit derjenigen von Fig. 1 identisch.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Handhalter 53 von der dritten Welle 11 B gedreht, deren Durchmesser größer als derjenige der zweiten Welle 11 C ist. Selbst wenn also die Länge des Arms 6 größer ist und der Handhalter 53 mit hoher Drehzahl gedreht wird, d. h. selbst wenn die dritte Welle 11 B mit hoher Drehzahl umläuft, wird die dritte Welle 11 B nicht in einen Resonanzzustand gebracht, in dem die Eigenschwingungsfrequenz der dritten Welle 11 B, ausgedrückt als Durchbiegung der Welle 11 B, gleich der Drehzahl der dritten Welle 11 B wird, da die Eigenschwingungsfrequenz der dritten Welle 11 B höher als diejenige der zweiten Welle 11 C ist, weil der Durchmesser der dritten Welle 11 B größer als derjenige der zweiten Welle 11 C ist. Es besteht somit im wesentlichen keine Gefahr, daß die dritte Welle 11 B andere Komponenten stören könnte. Ferner treibt die zweite Welle 11 C das Innengehäuse 30, das mit relativ niedriger Drehzahl umläuft. Da also die Drehzahl der zweiten Welle 11 C relativ niedrig ist, wird die Welle 11 C nicht in einen Resonanz­ zustand gelangen, in dem die Eigenschwingungsfrequenz der zweiten Welle 11 C, ausgedrückt als Biegung der Welle 11 C, gleich der Drehzahl der zweiten Welle 11 C wird.

Da gemäß der vorstehend erläuterten Erfindung die Größe jedes einzelnen Bauteils verringert werden kann, können Größe und Gewicht des Handgelenkmechanismus verringert wer­ den. Diejenigen Komponenten, die bei der Montage oder War­ tung eingestellt werden müssen, sind angrenzend an die Außenumfangsfläche des Außengehäuses außerhalb desselben angeordnet. Wenn also die Abdeckung entfernt ist, können die Teile ohne weiteres eingestellt werden. Ferner kann die gegenseitige Beeinflussung der jeweiligen Wellen auf ein geringes Maß gebracht werden, indem das Untersetzungsver­ hältnis des Untersetzungsgetriebes des Harmonic-Antriebs vergrößert wird. Dadurch kann ein Handgelenkmechanismus erhalten werden, der für Hochgeschwindigkeits-Bewegungen geeignet ist.

Claims (3)

1. Handgelenkmechanismus für Industrieroboter, gekennzeichnet durch

• - eine Dreifach-Wellenanordnung aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Welle (11 A, 11 B, 11 C), die axial in einen Roboterarm (6) eingesetzt und von Stell­ einheiten (10 A, 10 B, 10 C) angetrieben sind;
• - ein Außengehäuse (12), das auf einem Ende der die äußer­ ste Welle der Dreifach-Wellenanordnung bildenden ersten Welle (11 A) befestigt ist, wobei die zweite und die dritte Welle (11 B, 1 C) im Inneren des Außengehäuses (12) gelagert sind;
• - ein Innengehäuse (30), das auf dem Außengehäuse (12) um eine zur Längsachse der ersten Welle (11 A) senkrechte Achse drehbar gelagert ist, wobei das Innengehäuse (30) in gegenseitiger Verriegelung mit der zweiten Welle (11 B) angetrieben ist;
• - einen Handhalter (53), der über ein Untersetzungsgetriebe drehbar an einem Ende des Innengehäuses (30) befestigt ist;
• - eine zum Innengehäuse parallele Welle (19) und eine zum Handhalter parallele Welle (40), die auf dem Außengehäuse (12) in radial außermittigen Lagen desselben drehbar gelagert sind und parallel zur zweiten und zur dritten Welle (11 B und 11 C) verlaufen, wobei die zum Innengehäuse parallele Welle (19) und die zum Handhalter parallele Welle (40) jeweils in gegenseitiger Verriegelung mit der zweiten Welle (11 B) bzw. der dritten Welle (11 C) ange­ trieben sind;
• - eine Innengehäuse-Antriebswelle (25), die auf dem Außen­ gehäuse (12) rechtwinklig zur Längsachse der zum Innen­ gehäuse parallelen Welle (19) drehbar gelagert ist, wobei die Innengehäuse-Antriebswelle (25) das Innengehäuse (30) über ein im Außengehäuse (12) angeordnetes Untersetzungs­ getriebe antreibt; und
• - eine Handhalter-Antriebswelle (46), die rechtwinklig zur Längsachse der mit dem Handhalter parallelen Welle (40) und koaxial mit der Innengehäuse-Antriebswelle (25) so angeordnet ist, daß sie den Handhalter (53) über einen Kegelradzug antreibt.

2. Handgelenkmechanismus für Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (11 B) ein rohrförmiger Körper ist, in dem die dritte Welle (11 C) koaxial angeordnet ist.

3. Handgelenkmechanismus für Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Welle ein rohrförmiger Körper ist, in dem die zweite Welle koaxial angeordnet ist.