DE3802533A1

DE3802533A1 - JOINT MECHANISM FOR THE AUTOMATIC POSITIONING OF A WORKING MACHINE, IN PARTICULAR WRIST MECHANISM OF AN INDUSTRIAL ROBOT

Info

Publication number: DE3802533A1
Application number: DE19883802533
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Haas
Original assignee: Behr Industrieanlagen GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr Industry GmbH and Co KG
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-08-10
Also published as: WO1989007038A1

Abstract

A biaxial wrist-joint mechanism, suitable for example for a lacquering robot, comprises a linkage arrangement symmetrical about the median longitudinal axis (A) and located on both sides of a central passage, for example for paint and air hoses. A conical gear wheel (7) rigidly connected to the spraying device or similar and rotatably mounted on a component (8) pivoting about the transverse axis (B) is driven conjointly by the two input shafts (1, 17) in such a way that the desired rotary and pivoting movements result from the respective difference in rotation of the input shafts (1, 17).

Description

Die Erfindung betrifft einen Gelenkmechanismus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a joint mechanism according to the preamble of claim 1.

Ein zweiachsiger Gelenkmechanismus dieser Art, der beispielsweise als zweiachsiger Handgelenkmechanismus ("Handachse") eines Lackierroboters zum Beschichten von Fahrzeugkarossen mit zentral durch das Handgelenk zu der Sprühvorrichtung geführten Farb- und Luftschläu chen verwendet werden kann, ist bereits aus der US-PS 42 18 166 bekannt. Die Sprühvorrichtung oder dergl. ist fest mit einem um die zentrale Längsachse drehbaren Abtriebszahnrad verbunden, das an einer Tragkonstruktion gelagert ist, die um eine die Längs achse rechtwinklig schneidenden Querachse schwenkbar ist. Beide Eingangswellen sind parallel neben dem zentralen Durchgang für die Schläuche angeordnet und treiben über ein an ihrem Stirnende angeordnetes Ritzel je ein auf der Querachse angeordnetes Kegelrad. Während das von der einen Eingangswelle angetriebene Kegelrad mit dem Abtriebszahnrad kämmt, ist das von der anderen Welle angetriebene Kegelrad des bekannten Mechanismus starr mit der schwenkbaren Tragkonstruk tion verbunden. Zum Verschwenken der Sprühvorrich tung werden beide Eingangswellen gleichzeitig in zueinander entgegengesetzten Richtungen gedreht.A biaxial joint mechanism of this type, the for example as a two-axis wrist mechanism ("Hand axis") of a painting robot for coating of vehicle bodies with central through the wrist paint and air flow led to the spraying device Chen can be used is already from the US-PS 42 18 166 known. The spray device or the like. is fixed with one around the central longitudinal axis rotatable output gear connected to a Supporting structure is mounted around the longitudinal Axis swiveling cross axis intersecting is. Both input waves are parallel next to that central passage for the hoses arranged and drive over one arranged at their forehead Pinion each a bevel gear arranged on the transverse axis. While the one driven by an input shaft Combing bevel gear with the output gear is that of the other shaft driven bevel gear of the known Mechanism rigid with the swiveling supporting structure tion connected. For swiveling the spray device tion, both input waves are in simultaneously opposite directions rotated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gelenkme chanismus mit einem freien, ungestörten und ausreichend großen inneren Durchgang für die zentrale Durchführung z. B. von Schläuchen für die Materialversorgung und ggf. elektrischen Steuerleitungen zum Arbeitsgerät zu schaffen, der sich durch eine wenig aufwendige und kompakte Bauweise, geringe Masse und hohe Tragkraft auszeichnet. The invention is based, an articulated object mechanism with a free, undisturbed and sufficient large inner passage for the central implementation e.g. B. of hoses for material supply and if necessary, electrical control lines to the implement to create one that is characterized by an uncomplicated and compact design, low mass and high load capacity distinguished.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Gelenkmechanismus gelöst.This object is characterized by that in claim 1 Articulated mechanism released.

Durch die Erfindung ergibt sich die Möglichkeit symmetrischer Krafteinleitung durch die beiden Eingangswellen und damit einer besonders steifen Handgelenkkonstruktion. Bei ein seitiger Belastung z.B. einer Roboterhand tritt keine Torsion innerhalb der Achseneinheit auf; das vorzugsweise als Kegelrad ausbildete Abtriebszahnrad kann sich in diesem Fall an zwei auf entgegengesetzten Seiten angeordneten Zahnrädern abstützen. Ferner erreicht man durch symmetrischen Aufbau die gewünschten Eigenschaften einer Roboterhand wie minimales Gewicht, größt mögliche Steifigkeit usw. auf kleinstem Raum.The invention results in the possibility of being more symmetrical Force transmission through the two input shafts and thus a particularly stiff wrist construction. At one side loading e.g. no torsion occurs on a robot hand within the axis unit; preferably as a bevel gear trained output gear can in this case rely on two Support gear wheels arranged on opposite sides. Furthermore, the desired structure can be achieved through a symmetrical structure Characteristics of a robotic hand like minimal weight, greatest possible rigidity etc. in the smallest space.

Durch das bei dem hier beschriebenen Gelenkmechanismus ange wendete spezielle Differentialgetriebeprinzip wird trotz der zentralen Materialversorgung eine sehr gedrungene Bauweise ermöglicht, die für gewisse Anwendungsfälle wie z.B. Abdich tungsarbeiten od. dgl. von ausschlaggebender Bedeutung ist, da von der Baugröße die Erreichbarkeit der zu verfolgenden Nähte abhängen kann.Due to the articulated mechanism described here special differential gear principle is applied despite the central material supply a very compact design enabled for certain applications such as Abdich work or the like is of crucial importance, because the size of the accessibility of the tracked Seams can hang.

An einem bevorzugten, für das Handgelenk eines eine Sprühvorrichtung tragenden Industrieroboters zum Beschichten von Fahrzeugkarossen oder sonstigen Gegen ständen geeigneten Ausführungsbeispiel wird die Erfin dung im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in teilweise schematischer Darstellung einen Schnitt durch den Gelenkmechanismus in der die beiden Achsen enthaltenden Ebene.On a preferred one, for the wrist one Industrial robot carrying spray device for Coating vehicle bodies or other counter stands suitable embodiment, the inven tion explained in more detail below. The drawing shows a partially schematic representation Section through the joint mechanism in the two Plane containing axes.

Der Mechanismus befindet sich in einem Gehäuse 10 der dargestellten Form, das an den zu seiner zentralen Längsachse A parallelen Seiten geschlossen ist und in seiner der Sprühvorrichtung (nicht dargestellt) abgewandten, mit dem Arm eines programmierbaren In dustrieroboters verbundenen Endwand eine zentrale Durchlaßöffnung 13 zum Durchführen der nötigen Farb und Luftschläuche und/oder sonstigen Leitungsanordnung hat. Neben der Durchlaßöffnung 13 befinden sich in der Endwand auf zueinander entgegengesetzten Seiten in der Nähe der Seitenwandung Ausnehmungen für je eine Eingangswelle 1 bzw. 17, die von je einem in beliebiger Entfernung außerhalb des Gehäuses 10 befindlichen (nicht dargestellten), von dem Bewegungspro gramm des Roboters gesteuerten Elektromotor angetrieben werden. Die Eingangswellen 1, 17 können innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses gelagerte Hohlwellen oder sonstige Antriebswellen üblicher Art sein.The mechanism is located in a housing 10 of the form shown, which is closed on the sides parallel to its central longitudinal axis A and in its end wall facing away from the spray device (not shown) and connected to the arm of a programmable industrial robot, a central passage opening 13 for passage the necessary color and air hoses and / or other line arrangement. In addition to the passage opening 13 are in the end wall on opposite sides near the side wall recesses for an input shaft 1 or 17 , each of which is located at any distance outside the housing 10 (not shown), from the movement program of Robot-controlled electric motor are driven. The input shafts 1 , 17 can be hollow shafts or other drive shafts of the usual type mounted inside and / or outside the housing.

Auf dem Stirnende der parallel zur Längsachse A eintre tenden Eingangswellen 1, 19 sitzt je ein Antriebsritzel 2 bzw. 16. Das Antriebsritzel steht in ständigem Eingriff mit einem antriebsseitigen ersten Kegelrad 3, das über ein kreisscheibenförmiges Distanzstück 4 starr mit einem zweiten, abtriebsseitigen Kegelrad 5 verbunden ist und mit diesem fest auf einer Welle 6 sitzt. Die Welle 6 ist in einem Lageransatz 20 der Seitenwand des Gehäuses 10 doppelt gelagert. Auf der bezüglich der zentralen Längsachse A entgegenge setzten Seite befindet sich eine mit der beschriebenen Anordnung darstellungsgemäß genau übereinstimmende Anordnung aus Antriebsritzel 16, Kegelrädern 14, 15, Distanzstück und Welle 6′. Die Wellen 6, 6′ können getrennt oder, wenn dies den Durchgang für die Speise leitungsanordnung nicht wesentlich stört, auch ein stückig durchgehend sein.On the front end of the input shafts 1 , 19 entering parallel to the longitudinal axis A there is a drive pinion 2 and 16, respectively. The drive pinion is in constant engagement with a drive-side first bevel gear 3 , which is rigidly connected via a circular-shaped spacer 4 to a second, output-side bevel gear 5 and sits firmly on a shaft 6 with the latter. The shaft 6 is supported twice in a bearing projection 20 of the side wall of the housing 10 . On the opposite side with respect to the central longitudinal axis A there is an arrangement which corresponds exactly to the arrangement described and is represented by the arrangement comprising drive pinion 16 , bevel gears 14 , 15 , spacer and shaft 6 '. The waves 6 , 6 'can be separated or, if this does not significantly interfere with the passage for the feed line arrangement, also be a piece through.

Auf der zur Gehäusewand abgewandten Seite der Kegelrä der 3, 5 bzw. 14, 15 ist auf der Welle 6 bzw. 6′ relativ zu dieser drehbar ein Bauteil 8 gelagert, das nach Art einer Schwinge im wesentlichen aus zwei parallel zu den Kegelrädern verlaufenden Kreisscheiben, in denen sich die Lager für die Welle 6, 6′ befinden, und einer die beiden Kreisscheiben verbindenden, z. B. ebenfalls kreisförmigen weiteren Scheibe (nicht dargestellt) sowie später zu erläuternden Dichtungs teilen (Abdeckung 12) besteht.On the side facing away from the housing wall of the bevel gears 3 , 5 and 14 , 15 , a component 8 is rotatably mounted on the shaft 6 and 6 'relative to this, which in the manner of a rocker essentially consists of two circular disks running parallel to the bevel gears , in which the bearings for the shaft 6 , 6 ', and one connecting the two circular disks, z. B. also circular other disk (not shown) and later to be explained sealing parts (cover 12 ).

An seinem in der Zeichnung oberen, der Durchlaßöffnung 13 des Gehäuses abgewandten Ende hat das um die Welle 6, 6′ schwenkbare Bauteil 8 in oder an seiner erwähnten Verbindungsscheibe ein Lager 18 für ein um die Längs achse A drehbares, als Kegelrad ausgebildetes Abtriebs zahnrad 7, an dem darstellungsgemäß auf seiner Außen seite starr ein Flanschteil 9 befestigt ist. An dem Flanschteil 9, das aus dem offenen Stirnende des Gehäuses 10 herausragt und eine der Durchlaßöffnung 13 entsprechende zentrale Öffnung hat, ist das nicht dargestellte Arbeitsgerät montiert, bei dem betrachte ten Beispiel also die Sprühvorrichtung. Das Abtriebszahn rad 7 kämmt auf der einen Seite der Achse A mit dem Kegelrad 5 und auf der hierzu entgegengesetzten Seite mit dem Kegelrad 15 und ist im mittleren Bereich offen. At its upper in the drawing, the passage opening 13 of the housing end has the pivotable about the shaft 6 , 6 'component 8 in or on its mentioned connecting plate, a bearing 18 for a rotatable about the longitudinal axis A , designed as a bevel gear output gear 7th , on which, as shown on the outside, a flange part 9 is rigidly attached. On the flange part 9 , which protrudes from the open end of the housing 10 and has a central opening corresponding to the passage opening 13 , the working tool, not shown, is mounted, so in the example considered, the spraying device. The output gear 7 meshes on one side of the axis A with the bevel gear 5 and on the opposite side with the bevel gear 15 and is open in the central area.

Von der Durchlaßöffnung 13 und dem Raum zwischen den Lagerscheiben des schwenkbaren Bauteils 8 führt also bis zu den entsprechenden Öffnungen des Abtriebs zahnrads 7 und des Flanschteils 9 längs der Achse A ein breiter, ganz oder mindestens weitgehend freier Durchgang durch den gesamten Handgelenkmechanismus.From the passage opening 13 and the space between the bearing plates of the pivotable member 8 thus leads to the corresponding openings of the output gear 7 and the flange part 9 along the axis A a wide, completely or at least largely free passage through the entire wrist mechanism.

Am Umfang der Distanzstücke 4 der zu beiden Seiten der Achse A befindlichen Kegelradeinheiten ist jeweils eine kreisförmige Abdichtungslageranordnung 22 bzw. 23 angeordnet, die aus einem radial äußeren und einem inneren Teil bestehen. Radial am äußeren Teil dieser Anordnung liegen fest mit dem Gehäuse 10 verbundene Abdeckungen 11 an, die am vorderen, der Sprühvorrichtung zugewandten Gehäuseende im wesentlichen quer zur Längsachse A verlaufend das antriebsseitige Kegelrad 5 und den zwischen ihm und der seitlichen Wand gebilde ten Innenraum nach außen abschließen und am rückwärtigen Gehäuseende parallel zur Längsachse A verlaufend den zentralen Innenraum von den Eingangswellen 1, 17 und von dem die Kegelräder 3, 14 enthaltenden Raum trennen. Am radial inneren Teil der Abdichtungs lageranordnung 22, 23 liegt dagegen eine in Querrichtung verlaufende weitere Abdeckung 12 an, die fest mit dem schwenkbaren Bauteil 8 verbunden ist und den Zwischenraum zwischen der Kegelradanordnung und dem Flanschteil 9 verschließt sowie den Raum der Kegelradan ordnung von dem zentralen Innenraum trennt.On the circumference of the spacers 4 of the bevel gear units located on both sides of the axis A , a circular sealing bearing arrangement 22 or 23 is arranged, which consist of a radially outer and an inner part. Radially on the outer part of this arrangement are firmly connected to the housing 10 covers 11 which at the front, the sprayer facing housing end substantially transverse to the longitudinal axis A , the drive-side bevel gear 5 and the interior formed between it and the side wall th interior to the outside and at the rear end of the housing running parallel to the longitudinal axis A , separate the central interior from the input shafts 1 , 17 and from the space containing the bevel gears 3 , 14 . On the radially inner part of the sealing bearing assembly 22 , 23 , however, there is a transverse cover 12 , which is firmly connected to the pivotable member 8 and closes the space between the bevel gear assembly and the flange part 9 and the space of the bevel gear arrangement from the central Interior separates.

Die zentrale Längsachse A wird von der durch die Welle 6, 6′ definierten Querachse B rechtwinklig geschnitten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Mechanismus bei dem beschriebenen Beispiel in der die beiden Achsen A und B enthaltenden Schnitt ebene und zweckmäßig auch in der hierzu senkrechten Ebene durch die Achse A vollständig, d.h. einschließlich aller Teile des Getriebes, des schwenkbaren Bauteils 8, der Lageranordnungen und vorzugsweise auch des Gehäuses 10 symmetrisch bezüglich der Achse A.The central longitudinal axis A is cut at right angles by the transverse axis B defined by the shaft 6 , 6 '. As can be seen from the drawing, the mechanism in the example described is flat in the section containing the two axes A and B and expediently also in the plane perpendicular to it through the axis A , ie including all parts of the transmission, of the pivotable component 8 , the bearing arrangements and preferably also the housing 10 symmetrical with respect to the axis A.

Das an dem Flanschteil 9 montierte Gerät soll durch die Programmsteuerung der beiden an die Eingangswellen 1, 17 angeschlossenen Elektromotoren je nach Bedarf um die Längsachse A drehbar und/oder um die Querachse B verschwenkbar sein. Wenn bei dem beschriebenen Mechanismus die beiden Eingangswellen 1, 17 um den gleichen Betrag und in gleicher Richtung gedreht werden und folglich die Kegelräder 5 und 15 entgegenge setzt gleiche Drehbewegungen durchführen, dreht sich lediglich das Antriebszahnrad 7 und damit das Flansch teil 9 um die Achse A, während das Bauteil 8 im Still stand bleibt (reine Drehbewegung). Wenn stattdessen die beiden Eingangswellen 1, 17 um gleiche Beträge, aber mit unterschiedlicher Drehrichtung angetrieben werden, bewegt sich nur das Bauteil 8, während das Abtriebszahnrad 7 in Ruhe bleibt (reine Schwenkbewegung). Zwischen diesen beiden Grenzen ist jede beliebige Überlagerung der Dreh- und Schwenkbewegungen möglich. Nach dem Prinzip eines Differentialgetriebes werden hierbei beide Drehbewegungen der Sprühvorrichtung oder dergl. aus der Differenz der beiden gleichzeitig oder jedenfalls kombiniert eingegebenen Drehbewegungen der Eingangswellen erzeugt.The device mounted on the flange part 9 should be rotatable about the longitudinal axis A and / or pivotable about the transverse axis B by the program control of the two electric motors connected to the input shafts 1 , 17 . If, in the mechanism described, the two input shafts 1 , 17 are rotated by the same amount and in the same direction and consequently the bevel gears 5 and 15 are set to perform the same rotary movements, only the drive gear 7 and thus the flange part 9 rotate about the axis A. , while the component 8 remains stationary (pure rotary movement). If instead the two input shafts 1 , 17 are driven by the same amount, but with a different direction of rotation, only the component 8 moves, while the driven gear 7 remains at rest (pure pivoting movement). Any desired superposition of the rotating and swiveling movements is possible between these two limits. According to the principle of a differential gear, both rotary movements of the spraying device or the like are generated from the difference between the two rotary movements of the input shafts that are input simultaneously or in any case in combination.

Der beschriebene Mechanismus ermöglicht eine konstruktiv unbegrenzte Drehbewegung um die Längsachse A und eine relativ weite Schwenkbewegung um die Querachse B von beispielsweise ±110 Grad, insgesamt also 220 Grad. Bei allen möglichen Stellungen bleiben sowohl der erforderliche zentrale Durchgang längs der Achse A mit z. B. kreisförmigem Querschnitt als auch die als Schutz vor Verschmutzung dienenden Abdichtungen unbeeinträchtigt erhalten. Alle Getriebeteile sind gegen Verschmutzung abgekapselt. Die Abdichtungen mit den Lageranordnungen 22, 23 und den Abdeckungen 11, 12 erfordern wenig Aufwand und behindern weder die Dreh- noch die Schwenkbewegung.The mechanism described enables a constructively unlimited rotary movement about the longitudinal axis A and a relatively wide pivoting movement about the transverse axis B of, for example, ± 110 degrees, that is a total of 220 degrees. In all possible positions, both the required central passage along the axis A with z. B. circular cross-section as well as the seals serving as protection from pollution are unaffected. All gear parts are encapsulated against contamination. The seals with the bearing arrangements 22 , 23 and the covers 11 , 12 require little effort and do not hinder the rotary or the pivoting movement.

Der Gelenkmechanismus kann ein in Anbetracht der jeweiligen Abmessungen des Mechanismus relativ schweres Arbeitsgerät tragen und eignet sich nicht nur für die Werkstückbeschichtung einschließlich Lackieren, Abdichten von Nähten usw. (z. B. mit einer etwa 10 kg schweren Sprühvorrichtung), sondern auch für andere Handhabungsbereiche, bei denen es u. a. auf die schnelle Lageeinstellung von Arbeitsgeräten über möglichst große Verstellwege ankommt.The hinge mechanism can be one considering the respective dimensions of the mechanism are relatively heavy Wear work equipment and is not only suitable for the workpiece coating including painting, Sealing seams etc. (e.g. with an approx. 10 kg heavy spray device), but also for others Handling areas where it may a. on the quick position adjustment of work tools the largest possible adjustment paths arrive.

Claims

1. Articulated mechanism for the automatic position adjustment of a working device connected to a feed line arrangement, which can be rotated about two mutually perpendicular axes ( A , B ), in particular a wrist mechanism of a program-controlled industrial robot on which a spray device is mounted,
with two driving the joint mechanism,
with one motor each connected input shafts ( 1 , 17 ), which lie outside a passage leading through the articulated mechanism to the implement for the unhindered internal passage of the feed line arrangement,
and with a gearbox which, when the two input shafts ( 1 , 17 ) rotate, rotates the implement around at least one of the two axes ( A , B ) and has an output gear ( 7 ) fixedly connected to the implement, characterized in that the output gear ( 7 ) can be driven jointly by both input shafts ( 1 , 17 ).

2. Joint mechanism according to claim 1 with a component ( 8 ) which can be pivoted about one axis ( B ) and on which the driven gear ( 7 ) is rotatably mounted about the other axis ( A ), and with two each of one of the input shafts ( 1 , driven 17) rotatable about an axis (B), on opposite sides of the passage arranged for the feed line arrangement of gears (5, 15), characterized in that the rotatable around an axis (B) the gears (5, 15) both with Comb the output gear ( 7 ).

3. Articulated mechanism according to claim 2, characterized in that the two of the input shafts ( 1 , 17 ) driven gears ( 5 , 15 ; 3 , 14 ) each on an in an outer housing ( 10 ) mounted shaft ( 6 , 6 ' ) are arranged on which the pivotable component ( 8 ) is rotatably mounted.

4. Hinge mechanism according to claim 3, characterized in that the shaft ( 6 , 6 ') in a bearing projection ( 20 ) of the generally parallel to the central passage wall of the outer housing ( 10 ) is mounted.

5. Joint mechanism according to one of claims 1 to 4, characterized in that annular sealing device bearing arrangements ( 22 , 23 ) are arranged coaxially to the one axis ( B ) on the outer edge of each one spacer ( 4 ) that between each one of the Input shaft ( 1 or 17 ) driven gear ( 3 or 14 ) and a firmly connected, the output gear ( 7 ) driving further gear ( 5 or 15 ), and that the two sealing bearing arrangements ( 22 , 23 ) on the one hand with the housing ( 10 ) and on the other hand in contact with the pivotable component ( 8 ).

6. Hinge mechanism according to one of the preceding claims, characterized in that it is completely symmetrical with respect to the central longitudinal axis ( A ) about which the implement is rotatable.