DE3829755A1 - Gelenk fuer einen industrieroboter - Google Patents

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.