DE3829755A1 - Gelenk fuer einen industrieroboter - Google Patents
Gelenk fuer einen industrieroboterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gelenk für einen Indu
strieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt eines Beispiels eines
üblichen Gelenks eines Industrieroboters dargstellt. Das in
Fig. 1 dargestellte Gelenk umfaßt einen ersten Arm mit einem
Elektromotor 3 und eine harmonisch abgestimmte Einrichtung 4
am Gelenkende desselben. Der Elektromotor dient zur Drehung
eines zweiten Arms 2. Die harmonisch abgestimmte Einrichtung
4 ist ein Antrieb zur Verminderung der Ausgangsgeschwindig
keit des Motors 3 zur Übertragung des Drehmoments des Motors
3 zu einer Transmissionswelle 5, an deren Ende der zweite
Arm 2 mittels Bolzen 20 befestigt ist. Die Transmissions
welle 5 ist mit der Ausgangswelle der harmonisch abgestimmten
Einrichtung 4 mittels Bolzen 17 befestigt und wird drehbar
mittels des ersten Arms 1 über ein Lager 6 gelagert. Das in
Fig. 1 dargestellte Gelenk umfaßt weiter Lagerplatten
14, 15, die das Lager 6 fest mit Bolzen 18 und 19 lagern.
Weiter ist ein Ansatz 13 vorgesehen, um ein Überlaufen des
zweiten Arms 2 zu erfassen, wobei der Ansatz 13 an der äuße
ren zylindrischen Wand der Transmissionswelle 5 befestigt
ist. Ein Grenzschalter 23 ist an der unteren Fläche des
ersten Arms 1 vorgesehen, der mittels eines Bolzens 24 be
festigt ist. Fig. 2 stellt eine Schnittansicht der in Fig. 1
dargestellten Transmissionswelle 5 dar. In Fig. 2 ist ein
Grenzschalter 22 zur Feststellung eines Überlaufens in Uhr
zeigerrichtung und ein Grenzschalter 23 zur Feststellung des
Überlaufens in Gegenuhrzeigerrichtung dargestellt.
Das so aufgebaute Gelenk arbeitet wie folgt.
Die Drehung des am ersten Arm 1 angeordneten Motors 3 wird
auf die Eingangswelle der harmonisch abgestimmten Einrich
tung 4 übertragen, so daß die Drehgeschwindigkeit des Motors
3 abgesenkt wird, und das Drehmoment des Motors 3 wird über
die Ausgangswelle der harmonisch abgestimmten Einrichtung
4 und der Transmissionswelle 5 auf den zweiten Arm 2 zur
Drehung desselben übertragen. Wie oben beschrieben, ist ein
Ansatz 13 an der Transmissionswelle 5 befestigt. Wenn der
zweite Arm 2 sich somit über einen bestimmten Drehwinkel
bereich hinausbewegt, stößt der Ansatz 13 gegen den Grenz
schalter 22 oder 23, der am ersten Arm 1 befestigt ist, um
ein Überlaufen zu erfassen, so daß der Grenzschalter 22 oder
23 ein Überlauferfassungssignal ausgibt. Das so erhaltene
Überlauferfassungssignal wird einer Robotersteuerung (nicht
dargestellt) zugeführt, so daß der Betrieb des zweiten Arms
(oder der Betrieb des Roboters selber) unmittelbar gestoppt
wird. Dieses Verfahren schaltet verschiedene Schwierigkeiten
aus, die sonst auftreten, wenn der zweite Arm über den er
laubten Drehwinkelbereich hinausschwenkt. Fig. 3 zeigt den
Fall, in dem der Ansatz 13 gegen den Begrenzungsschalter 22
stößt, wobei der zweite Arm 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird
(in Richtung des Pfeils).
Im Fall der Fig. 4 und 5 wird der Begrenzungsschalter 22
nicht als Grenzschalter zur Erfassung des Überlaufens ver
wendet; d. h., zum Zweck der Vergrößerung des erlaubten Dreh
winkelbereichs bis 360° oder mehr ist der Grenzschalter so
ausgelegt, daß er die Anzahl der Durchgänge des Ansatzes 13
zählt. In diesem Fall wird die ursprüngliche Stellung des
zweiten Arms 2 in bezug auf die Stellung des Grenzschalters
22, wie in Fig. 4 dargestellt, bestimmt, wobei die Anzahl,
wie oft der Ansatz 13 gegen den Grenzschalter 22 stößt, und
die Richtung der Drehung des zweiten Arms 2 beim Betrieb in
einem Speicher gespeichert werden. Am Ende des Betriebs wird
der zweite Arm 2 in der entgegengesetzten Richtung zur ur
sprünglichen Stellung zurückbewegt. In diesem Fall kann so
mit der zweite Arm 2 mehr als 360° bis zu einem Maß gedreht
werden, bei dem die zwischen dem ersten Arm 1 und dem zweiten
Arm 2 vorhandenen Kabel verdreht werden.
Ein weiteres Beispiel eines Gelenks ist in Fig. 6 darge
stellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Zahnrad 5 a an
der Transmissionswelle 5 befestigt, und eine Erfassungswelle
26 ist drehbar mit dem ersten Arm 1 über ein Lager 27 ver
bunden, wobei ein Zahnrad 25 mit einem doppelt so großen
Radius wie der des Zahnrads 5 a an einem Endabschnitt der
Erfassungswelle 26 so befestigt ist, daß das Zahnrad 25 mit
dem Zahnrad 5 a kämmt. Ein Ansatz 26 a ist mit dem anderen End
abschnitt der Erfassungswelle 26 verbunden. Weiter sind
Grenzschalter 22 und 23 in der gleichen Weise wie bei der in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsform angeordnet.
In diesem Fall ist die Drehgeschwindigkeit der Erfassungs
welle 26 halb so groß wie die der Transmissionswelle 5. Wenn
die Transmissionswelle 5 um 360° von einem vorbestimmten
Punkt gedreht wird, dreht sich somit die Erfassungswelle 26
um 180°. Entsprechend kann, wenn die Grenzschalter 22 und 23
an von 180° in winkliger Stellung (Phase) unterschiedlichen
Punkten eingestellt werden, nicht nur die Stellung der Trans
missionswelle 5, sondern ebenfalls die Stellung (Vorhanden
sein oder Nichtvorhandensein einer Phasendifferenz von 360°)
der Transmissionswelle 5 dadurch erfaßt werden, welcher der
Grenzschalter 22 und 23 betrieben wird. Somit kann der zweite
Arm 2 um mehr als 360° gedreht werden.
Ein übliches Gelenk für einen Industrieroboter ist wie oben
beschrieben aufgebaut. Wenn somit der gestattete Drehwinkel
bereich des zweiten Arms 2 auf mehr als 360° (z. B. auf 400°)
eingestellt ist, kann der zweite Arm 2 zwei von 360° in
Phase unterschiedliche Stellungen einnehmen, wenn er in
einer bestimmten Lage angeordnet ist. Das Robotersystem muß
die zwei Lagen in einer Form so speichern, daß eine Drehung
des zweiten Arms 2 über den gestatteten Bereich hinaus ver
hindert wird. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund eine Strom
unterbrechung auftritt, wird der Speicher für die zwei Lagen
durch die elektrische Einrichtung gelöscht, so daß, wenn
wieder eine Stromversorgung vorhanden ist, nur die Lagedaten
erhalten werden. Das heißt, die zwei um 360° in der Phase unter
schiedlichen Lagen können nicht unterschieden werden. Dies
führt zu der folgenden Schwierigkeit: Der zweite Arm wird
weiter in der gleichen Richtung über den gestatteten Dreh
winkelbereich hinausgedreht, so daß die zwischen dem ersten
und zweiten Arm 1 und 2 vorhandenen Kabel durch Verdrehen
brechen.
Diese Schwierigkeit kann ggf. durch die in Fig. 6 dargestell
te Ausführungsform verhindert werden. Hier besteht jedoch
der Nachteil darin, daß, da die Grenzschalter zusammen mit
der Einrichtung zur Reduzierung der Geschwindigkeit und der
Erfassungswelle, die zusätzlich vorgesehen sein müssen, an
dem angelenkten Teil angeordnet werden müssen, das Gelenk
sehr kompliziert im Aufbau wird und ein hohes Gewicht auf
weist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gelenk
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sich
der zweite Arm mehr als 360° drehen kann und sich nicht über
den gestatteten Drehwinkelbereich hinausbewegt, auch wenn
eine Unterbrechung der Stromversorgung auftritt. Dabei soll
das Gelenk einen einfachen Aufbau und ein geringes Gewicht
aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung gelöst. Das heißt es wird ein Gelenk für einen Indu
strieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 geschaf
fen, wobei die Erfassungseinrichtung für den zweiten Arm aus
einem an der Transmissionswelle befestigten Ansatz und einem
schwenkbar mit dem ersten Arm oder einer Grundplatte verbun
denen Schwenkhebel besteht, der in unterschiedlichen Lagen
entsprechend den Drehrichtungen des Ansatzes angeordnet
werden kan. Weiter ist eine Erfassungseinrichtung zur Fest
stellung der unterschiedlichen Lagen des Schwenkhebels vor
gesehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gelenk nimmt der Schwinghebel zwei
entsprechend der Drehung des Ansatzes unterschiedliche Lagen
ein. Die zwei Grenzschalter werden verwendet, um zu bestim
men, welche der zwei Lagen der Schwinghebel eingenommen hat.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie
ben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines üblichen Gelenks für
einen Industrieroboter;
Fig. 2 bis 5 Diagramme zur Darstellung des Betriebs des
üblichen Gelenks gemäß Fig. 1;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
eines üblichen Gelenks;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Gelenks für einen Indu
strieroboter gemäß der Erfindung;
Fig. 8 bis 11 Diagramme zur Darstellung der Arbeitsweise
des Gelenks gemäß Fig. 7;
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Gelenks für einen Indu
strieroboter gemäß der Erfindung, bei dem der
zweite Arm direkt mit der Grundplatte verbunden
ist;
Fig. 13 und 14 Schnittansichten zur Darstellung eines
Gelenks für einen Industrieroboter gemäß der
Erfindung, bei dem Fotosensoren oder Annäherungs
sensoren statt der Grenzschalter verwendet werden;
und
Fig. 15 eine Schnittansicht längs des Pfeils B in Fig. 14.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform und
Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 7.
In Fig. 7 und 8 sind die Teile, die mit dem bekannten Gelenk
gemäß Fig. 1 gleich sind, mit gleichen Bezugszeichen ver
sehen.
Das in Fig. 7 und 8 dargestellte Gelenk umfaßt eine Welle 7,
an der ein Schwinghebel 21 mit Hilfe eines Kragens 8 und
einem Lager 9 drehbar gelagert ist. Lagererfassungsgrenz
schalter sind an beiden Seiten des Schwinghebels 21 angeord
net. Weiter sind am Schwinghebel 21 und am ersten Arm 1
Stifte 10 bzw. 12 vorgesehen. Zwischen diesen Stiften 10 und
12 ist zur Rückführung des Schwinghebels 21 eine Feder 21
angeordnet und mit diesen Stiften verbunden.
Im folgenden soll die Arbeitsweise des so aufgebauten Gelenks
beschrieben werden.
Der zweite Arm 2 wird mittels des Drehmoments des Motors 3
in ähnlicher Weise wie im Fall gemäß Fig. 1 angetrieben.
Wenn die Transmissionswelle 5 im Gegenuhrzeigersinn über 90°
+ α (im folgenden als "180°", wenn anwendbar, bezeichnet) aus
der Bezugsstellung (Fig. 8) gedreht wird, stößt der Ansatz 13
gegen den Schwinghebel 21 von unten in der Figur, wodurch der
Schwinghebel 21, der in der neutralen Richtung CC gehalten
ist, so verschwenkt wird, daß er in der Richtung LL liegt,
wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. In diesem Betrieb stößt
der Schwinghebel 21 gegen den Grenzschalter 23, d. h. es wird
festgestellt, daß die Transmissionswelle 5 im Gegenuhrzeiger
sinn in die vorliegende Lage gedreht wurde.
Wenn unter dieser Bedingung die Transmissionswelle 5 in ihre
Ursprungslage zurückkehrt, wird der Schwinghebel 21 durch die
Feder 11 zurückgeführt, so daß er wieder in der Richtung CC
liegt, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist.
Wenn in ähnlicher Weise die Transmissionswelle 5 im Uhr
zeigersinn aus der Bezugsstellung (Fig. 8) gedreht wird,
schwingt der Schwinghebel 21 durch den anstoßenden Ansatz
13, so daß er in der Richtung RR liegt, wie dies in Fig. 10
dargestellt ist. Bei diesem Betrieb stößt der Schwinghebel
21 gegen den Grenzschalter 22, d. h. es wird erfaßt, daß
sich die Transmissionswelle 5 im Uhrzeigersinn dreht. In
diesem Fall wird somit, wenn die Transmissionswelle 5 in
ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt, der Schwinghebel 21
in die neutrale Lage in Richtung CC zurückgeführt.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Drehung
der Transmissionswelle in unterschiedlichen Richtungen durch
die unterschiedlichen Grenzschalter erfaßt wird und somit
nicht nur die Lagedaten, sondern auch die in Phasendiffe
renz unterschiedlichen Zustände unterschieden werden können.
Wenn somit im Fall einer Unterbrechung der Stromversorgung,
wobei die Transmissionswelle 5 über 180° im Gegenuhrzeiger
sinn oder im Uhrzeigersinn aus der Bezugslage gemäß Fig. 8,
wie in Fig. 9 oder 10 dargestellt (die Lage des zweiten Arms
ist in beiden Fällen gleich), dreht, erneut Energie zuge
führt wird, so kann nicht nur die Lage des zweiten Arms,
sondern ebenfalls die Phase (in Drehrichtung) des zweiten
Arms mittels des Grenzschalters erfaßt werden, der einge
schaltet bleibt. Die Transmissionswelle 5 kann somit leicht
zur Bezugslage zurückgeführt werden. Entsprechend weist das
Gelenk nicht die Schwierigkeit auf, daß der zweite Arm 2
weiter in der gleichen Richtung über den erlaubten Dreh
winkelbereich hinausgedreht wird, so daß die Kabel brechen.
Fig. 11 zeigt die Änderung des Niveaus des Signals, das
durch das erfindungsgemäße Gelenk geliefert wird. In Fig. 11
stellt R die Drehwinkel der Transmissionswelle 5 dar (R:
Drehrichtung im Uhrzeigersinn und -R: Drehrichtung im Gegen
uhrzeigersinn). 00' bezeichnet das Intervall, in dem die
zwei Grenzschalter 22 und 23 abgeschaltet bleiben (siehe
Fig. 8). OH bezeichnet den Betriebspunkt des Grenzschalters
22 und O′H′ bezeichnet den Betriebspunkt des Grenzschalters
23.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der zweite Arm
mit dem ersten Arm verbunden. Die technische Grundlage der
Erfindung ist jedoch ebenfalls auf Industrieroboter anwend
bar, bei denen der zweite Arm direkt mit einer Grundplatte
31 verbunden ist, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist. Weiter
ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform eine Geschwin
digkeitsverminderungseinrichtung am Gelenkabschnitt vorge
sehen. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß das
technische Konzept der Erfindung ebenfalls auf DD-Roboter
anwendbar ist, die keine Geschwindigkeitsverminderungsein
richtung aufweisen. Bei der oben beschriebenen Ausführungs
form werden Grenzschalter verwendet. Es ist jedoch verständ
lich, daß ebenfalls andere Detektoren, wie z. B. Fotosensoren,
Annäherungssensoren und magnetische Sensoren, statt der
Grenzschalter verwendet werden können.
Fig. 13 bis 15 zeigen ein Gelenk für Industrieroboter, bei
dem Fotosensoren oder Annäherungsschalter 22 und 23 verwendet
werden. Weiter ist eine Lichtabschirmplatte 21 a, ein Bolzen
21 b, eine Sensorpaßplatte 28 und Bolzen 29 und 30 vorgesehen.
Wie oben beschrieben, besteht bei dem Gelenk für Industrie
roboter gemäß der Erfindung die Erfassungseinrichtung für den
zweiten Arm aus einem an der Transmissionswelle befestigten
Ansatz, wobei der Schwinghebel schwenkbar mit dem ersten Arm
verbunden ist und in unterschiedlichen Lagen angeordnet
werden kann, die den Drehrichtungen des Ansatzes entsprechen,
wobei die Erfassungseinrichtung zur Erkennung der unterschied
lichen Lagen des Schwinghebels vorgesehen ist. Das Gelenk
benötigt somit keine Geschwindigkeitsverminderungseinrichtung
zur Erfassung. Auch wenn eine Unterbrechung der Energiever
sorgung auftritt, kann die Transmissionswelle zur Bezugslage
positiv zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Gelenk
für Industrieroboter weist ein geringes Gewicht und eine
einfache Konstruktion auf und hat einen gestatteten Dreh
winkelbereich von 360° oder mehr.
Claims (7)
1. Gelenk für einen Industrieroboter mit einem ersten
Arm und einer Grundplatte, einem zweiten, mit dem ersten
Arm drehbar verbundenen Arm, einem am ersten Arm vorge
sehenen Elektromotor zur Drehung des zweiten Arms, einer
mittels des ersten Arms drehbar gelagerten Transmissionswelle
zur Übertragung des Ausgangs des Elektromotors zum
zweiten Arm und mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfas
sung der Lage des zweiten Arms (2) in bezug zum ersten Arm
(1), die einen an der Transmissionswelle befestigten Ansatz
umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwinghebel (21)
schwenkbar mit dem ersten Arm (1) zur Anordnung in alter
nativen Lagen je nach Drehrichtung des Ansatzes (13) ver
bunden ist, und daß eine Erfassungseinrichtung (22, 23)
zur Erfassung der alternativen Lagen des Schwinghebels (21)
vorgesehen ist.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erfassungseinrichtung weiter eine Feder (11) umfaßt, die
zwischen dem Schwinghebel (21) und dem ersten Arm (1) ange
ordnet ist, um den Schwinghebel (21) zurückzuführen, wenn
die Transmissionswelle (5) in eine Ausgangsstellung zurück
gekehrt ist.
3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erfassungseinrichtung ein Paar Grenzschalter (22, 23) um
faßt, die an beiden Seiten des Schwinghebels (21) angeordnet
sind.
4. Gelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
wenn die Transmissionswelle (5) aus einer Bezugsstellung um
mehr als 90° gedreht wird, der Ansatz (13) gegen den Schwing
hebel (21) stößt, so daß der Schwinghebel (21) bewirkt, daß
einer des Paares der Grenzschalter (22, 23) eingeschaltet
wird.
5. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Geschwindigkeitsverminderungseinrichtung (4) zur Ver
minderung der Ausgangsgeschwindigkeit es Elektromotors (3)
vorgesehen ist, um den Ausgang des Elektromotors zur Trans
missionswelle (5) zu übertragen.
6. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erfassungseinrichtung aus Fotosensoren besteht.
7. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erfassungseinrichtung aus magnetischen Sensoren besteht.
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