DE3890561C2 - Gelenkroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Industrieroboter ist aus der EP 92 247 A2 bekannt. Der gattungsgemäße Industrieroboter ist insofern nachteilig, als er aus einer großen Anzahl von einzelnen Bauteilen aufgebaut ist, die präzise montiert und justiert werden müssen. Somit ist es schwierig, den Industrieroboter bei günstigen Herstellungskosten in hoher Präzision auszuführen. Ferner neigen die Armteile der Wellgetriebe zu Vibrationen und darüber hinaus baut der gattungsgemäße Industrieroboter sehr breit, da die Wellgetriebe in die Basis seitlich überragenden Gehäuseteilen angeordnet sind, an die sich zudem noch die Antriebsmotoren anschließen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Industrieroboter der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der kompakt aufgebaut ist und leicht austauschbare Bauteile aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht von Gelenkteilen des Gelenkroboters der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Armes;

Fig. 3 zeigt das Aussehen des Gelenkroboters.

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.

Bezugszeichen 38 bezeichnet eine in einen oberen und einen unteren Teil aufgespaltene Abdeckung, die die darin enthaltenen ersten und zweiten Motoren 6 und 11 etc. schützt und für ein verbessertes Erscheinungsbild sorgt.

Bezugszeichen 40 bezeichnet einen ersten Träger mit eingelassener Form, der in seinem zentralen Teil eine Hülse 41 besitzt und fest auf der Basis 3 mit Bolzen 39 montiert ist. Bezugszeichen 18 bezeichnet ein erstes Wellgetriebe mit einem ersten Wellengenerator, der starr an das entfernte Ende der ersten Wellengeneratorwelle 42 befestigt ist, die sich durch die Hülse 41 hindurch erstreckt und von den ersten Lagerungen 43 und 44 gehalten wird. Der erste Wellengenerator bildet dabei, wie später beschrieben, in Zusammenwirkung mit einem ersten flexiblen Getriebeteil 20 und einem gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteil 60 ein erstes harmonisches Wellgetriebe 18 (Harmonie Drive). Bezugszeichen 20 bezeichnet das erste flexible Getriebeteil, das die Form eines Zylinderhutes besitzt, und dessen Rand fest durch die Bolzen 45 in koaxialer Beziehung zur ersten Wellengeneratorwelle 42 in der Vertiefung des ersten Trägers 40 befestigt ist. Bezugszeichen 46 bezeichnet ein erstes Schrägwälzlager, dessen äußerer Ring starr an der inneren Endfläche des ersten Trägers 40 mit Bolzen 47 befestigt ist, wogegen dessen innerer Ring starr an einer Endfläche des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 mit Bolzen 48 befestigt ist. Bezugszeichen 50 bezeichnet ein Abtriebsteil, das der drehbar auf der dem ersten Träger 40 gegenüberliegenden Seite montiert ist, und das bezüglich des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 drehbar ist. Das Abtriebsteil 50 ist allgemein in seiner Form dem ersten Träger 40 sehr ähnlich und besitzt eine Hülse in seinem zentralen Teil 51. Eine bolzenartige Verbindungsstütze ist an der äußeren Fläche des Abtriebsteils 50 in einer exzentrischen und daran hervorstehenden Weise angebracht. Eine Verbindung 9 ist an einem Ende mittels eines Rollenfolgeteils 49 mit der als Drehpunkt dienenden Verbindungsstütze 10 verbunden. Bezugszeichen 31 bezeichnet ein zweites Wellgetriebe mit einem zweiten Wellengenerator, der starr an dem entfernten Ende der zweiten Wellengeneratorwelle 52 befestigt ist, die sich durch die Hülse 51 erstreckt und von den zweiten Lagern 53 und 54 gehalten wird. Der zweite Wellengenerator bildet dabei mit einem im folgenden beschriebenen zweiten flexiblen Gtriebeteil 33 im Zusammenwirken mit dem gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteil 60 das zweite harmonische Wellgetriebe 31. Bezugszeichen 33 bezeichnet das zweite flexible Getriebeteil, das dem ersten flexiblen Getriebeteil 20 entspricht, in der Form eines Zylinderhutes, und dessen Rand fest durch Bolzen 55 in koaxialer Beziehung mit der Welle 52 des zweiten Wellengenerators in der Vertiefung des zweiten Trägers 48 angebracht ist. Bezugszeichen 56 bezeichnet ein zweites Schrägwälzlager, dessen äußerer Ring starr an der inneren Endfläche des Abtriebsteils 50 mit Bolzen 57 befestigt ist, wogegen dessen innerer Ring starr an der äußeren Endfläche des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 mit Bolzen 58 in symmetrischer Beziehung zu dem ersten Schrägwälzlager 46 befestigt ist.

Bezugszeichen 60 bezeichnet das gemeinsame kreisförmige Getriebeteil, das eine Komponente des ersten und zweiten harmonischen Wellgetriebes darstellt und ein wichtiges Teilstück der vorliegenden Erfindung bildet.

Das kreisförmige Getriebeteil 60 besitzt auf seiner inneren Fläche an seinen gegenüberliegenden Seitenteilen Zähne (Keile bzw. Nuten), und das erste und zweite flexible Getriebeteil 20 und 33 sind in dem kreisförmigen Getriebeteil 60 aufgenommen und in koaxialer und zueinander entgegengesetzter Beziehung angebracht, wobei sie in die jeweilige Verzahnung eingreifen. Das gemeinsame kreisförmige Getriebeteil 60 besitzt einen Flansch 61 und ist starr an dem ersten Arm 4 mit Bolzen 62 befestigt.

Folglich wird der erste Arm 4 durch das erste Schrägwälzlager 46 gehalten, das zwischen dem gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteil 60 und dem ersten Träger 40 eingefügt ist und sich somit bezüglich der Basis 3 drehen kann. Das Abtriebsteil 50 wird durch das zweite Schrägwälzlager 56, das gemeinsame kreisförmige Getriebeteil 60 und das erste Schrägwälzlager 46 gehalten, so daß es drehbar bezüglich der Basis 3 ist. Die obigen Teile oder Elemente 18, 20, 40 bis 44, 50 bis 54, 56 und 60 sind alle in koaxialer Beziehung zueinander und derart angeordnet, daß das kreisförmige Getriebeteil 60 sich an zentraler Stelle befindet.

Die Bezugszeichen 64 und 65 bezeichnen erste Riemenscheiben, die jeweils fest an der Welle 16 des ersten Motors und der Welle 42 des ersten Wellengenerators angebracht sind, so daß die Rotation des ersten Motors 6 durch den ersten Riemen 66 auf die Welle 42 des ersten Wellengenerators übertragen wird. Die Bezugszeichen 68 und 69 bezeichnen zweite Riemenscheiben, die fest an der jeweiligen Welle des zweiten Motors 30 und der Welle 52 des zweiten Wellengenerators angebracht sind, so daß die Rotation des zweiten Motors 11 durch den zweiten Riemen 70 auf die Welle 52 des zweiten Wellengenerators übertragen wird. Die obigen Riemen und Riemenscheiben bilden einen Zahnriemen-Übertragungsmechanismus, und die Rotation des Motors kann positiv ohne Schlupf übertragen werden. Bezugszeichen 72 bezeichnet eine erste Bremse, Bezugszeichen 73 eine erste Bremshalteplatte, Bezugszeichen 74 eine zweite Bremse und Bezugszeichen 75 eine zweite Bremshalteplatte. Die erste und zweite Bremshalteplatte 73 und 75 sind beide fest an der Basis 3 angebracht. Die Dreh-Seiten der ersten und zweiten Bremse 72 und 74 sind in koaxialer Beziehung zu den Wellen 42 und 52, des ersten und zweiten Wellengenerators angebracht, und ihre feststehenden Seiten sind starr an den jeweiligen Bremshalteplatten 73 und 75 befestigt. Bezugszeichen 76 bezeichnet eine Motorhalteplatte, die fest an der Basis 3 befestigt ist. Der erste und zweite Motor 6 und 11 sind an dieser Motorhalteplatte befestigt. Die Verbindungsstütze 10 unterscheidet sich von der herkömmlichen und ist an dem Abtriebsteil 50 in exzentrischer Beziehung zu der Achse des Gelenkteils befestigt.

Die Wirkungsweise der oben dargelegten Ausführung wird nun beschrieben.

Zuerst wird beim Antrieb des ersten Motors 6 die Rotation auf die erste gezahnte Riemenscheibe 64 übertragen, die an der ersten Motorwelle 16 befestigt ist, und die Rotation wird weiter über einen Zahnriemen 66 auf die erste angetriebene Riemenscheibe 65 übertragen. Da die erste Riemenscheibe 65 fest auf der Welle 42 des ersten Wellengenerators angebracht ist, wird der erste Wellengenerator in Drehung versetzt, und aufgrund der geschwindigkeitsvermindernden Funktion des ersten flexiblen Getriebeteils 20 und des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 wird in diesem Fall die Geschwindigkeit des kreisförmigen Getriebeteils 60 vermindert, was die Drehbewegung bezüglich der Basis 3 beeinflußt. Wie oben beschrieben, kann damit der erste Arm 4 durch den Antrieb des ersten Motors 6 bewegt werden, da das kreisförmige Getriebeteil 60 drehbar durch den ersten Träger 40 und das erste Schrägwälzlager 46 gehalten wird und zudem starr am ersten Arm 4 befestigt ist. Bei einem Gelenkroboter dieser Art, bei dem die Arme senkrecht bewegbar sind werden sich in vielen Fällen die Arme aufgrund ihres eigenen Gewichts nach unten bewegen, falls die Stromversorgung der Motoren abgeschaltet wird. Die erste Bremse 72 und die zweite Bremse 74 verhindern die Abwärtsbewegung der Arme bei einem Abschalten der Stromversorgung.

Als nächstes wird die Wirkungsweise des zweiten Armes 7 beschrieben. Der Antrieb durch den zweiten Motor 11 wird auf eine zweite angetriebene Riemenscheibe 69 mittels einer zweiten Antriebsriemenscheibe 68 und einem zweiten Riemen 70 auf ähnliche Art, wie beim ersten Arm 4 beschrieben, übertragen, wobei der zweite Wellengenerator in Drehung versetzt wird. Zum besseren Verständnis kann man annehmen, daß das gemeinsame kreisförmige Getriebeteil 60 an der Basis 3 festgesetzt ist, vorausgesetzt, der erste Arm 4 wird nicht angetrieben. Die genauere Betrachtung zeigt, daß aufgrund der Rotation des zweiten Wellengenerators das zweite flexible Getriebeteil 33, das drehbar von dem zweiten Schrägwälzlager 56 gehalten wird, mit verminderter Geschwindigkeit gedreht wird, was auf die Wirkung des zweiten harmonischen Wellgetriebes 31 zurückzuführen ist. Damit kann das Abtriebsteil 50 in Drehung versetzt werden. Da das Abtriebsteil 50 im Zusammenwirken mit der Verbindungsstütze 10, dem ersten Arm 4 und der Verbindung 9 ein Gelenkparallelogramm bildet, kann der zweite Arm 7, der drehbar am entfernen Ende des ersten Armes 4 angebracht ist, angetrieben werden und damit den Roboter in Bewegung versetzen.

Bei der Gelenkbauweise des Roboters mit der wie in Fig. 1 gezeigten Anordnung der harmonischen Wellgetriebe auf der gleichen Achse, kann durch Trennung des ersten Trägers 40 von der Basis 3 und des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 vom ersten Arm 4 diese Konstruktion als unabhängige Gelenkeinheit mit derselben Achse gehandhabt werden. Daher kann der Roboter beim Auftreten von Störungen durch den Austausch dieser gesamten Einheit in kurzer Zeit repariert werden. Weiter wird bei dieser Gelenkeinheit das kreisförmige Getriebeteil 60 als gemeinsame Komponente der beiden harmonischen Antriebe verwendet, wodurch das Schneiden des Getriebeteils mit hoher Präzision bei niedrigen Kosten durchgeführt werden kann. Zudem sind das erste und zweite Schrägwälzlager 46 und 56 der Vorspannungseinstellung als Einzelkomponenten unterworfen, so daß keine Notwendigkeit für eine Einstellung zur Zeit des Zusammenbaus vorhanden ist und eine hohe Stabilität des Roboters erhalten werden kann.

In der obigen Anordnung wurde hauptsächlich das Gelenkteil mit dem gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteil 60 für die harmonischen Wellgetriebe beschrieben. Wenn der erste Motor 6 und der zweite Motor 11 rückwärtig oder unter dem ersten Arm 4 des Roboters wie in der obigen Ausführung angebracht sind, besteht der Vorteil einer verbesserten Ausgewogenheit des Roboters bei Drehbewegung um die Basis 3. Neben dem Halten des Gleichgewichts durch eine Anordnung des ersten Motors 6 und des zweiten Motors 11 rückwärtig oder unter dem Roboter, kann derselbe Effekt weiter auch durch eine Befestigung der Motoren koaxial mit den Wellen der Wellengeneratoren erreicht werden, die dabei ohne Verwendung des Riemenübertragungssystems direkt angetrieben werden.

Obwohl in der obigen Ausführung keine Angaben über die Zahl der Zähne der Keile bzw. Nuten an den entgegengesetzten Seitenteilen des gemeinsamen kreisförmigen Getriebeteils 60 gemacht wurden, spielt es keine Rolle, ob diese Zahl der Zähne gleich oder verschieden ist.

Nachdem in der oben dargelegten Ausführung ein vertikaler Gelenkroboter beschrieben worden ist, erübrigt es sich festzustellen, daß ein ähnlicher Effekt auch erreicht werden kann, wenn dies auf einen horizontalen Gelenkroboter angewendet wird.

Claims (5)

1. Industrieroboter, mit

• - einer Basis (3) , und
• - mindestens zwei gelenkig miteinander verbundenen Armteilen (4, 7), die jeweils von Antriebsmotoren (6, 11) über auf einer Gelenkachse gegenüberliegende Wellgetriebe (18, 31) antreibbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die kreisförmigen, verzahnten Getriebeteile der Wellgetriebe (18, 31) als ein gemeinsames Getriebeteil (60) ausgebildet sind,
• - daß dieses gemeinsame kreisförmige Getriebeteil (60) an einem Armteil (4) befestigt ist,
• - daß ein Abtriebsteil (50) an einer Seite des gemeinsamen Getriebeteils (60), drehbeweglich zu diesem, angeordnet ist, mit dem flexiblen Getriebeteil (33) eines der Wellgetriebe (31) verbunden ist und über eine Antriebsverbindung (9) mit dem anderen Armteil (7) zusammenwirkt, und
• - daß das flexible Getriebeteil (20) des anderen Wellgetriebes (18) mit der Basis (3) verbunden ist.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Gelenke zwei Antriebsmotoren vorgesehen sind, die an der Basis (3) befestigt sind, daß das gemeinsame kreisförmige Getriebeteil (60) als ringförmiges, innen verzahntes Getriebeteil ausgebildet ist, in das die flexiblen Getriebeteile (20, 33) der beiden Wellgetriebe (18, 31) gemeinsam eingreifen, und daß das erste flexible Getriebeteil (20) des ersten Wellgetriebes (18) mit seinem Rand über einen Träger (40) an der Basis (3) befestigt ist.

3. Industrieroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem gemeinsamen Getriebeteil (60) und dem Abtriebsteil (50) einerseits und der Basis (3) andererseits Schrägwälzlager (46, 56) angeordnet sind.

4. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Antriebswellen (42, 52) der beiden Wellgetriebe (18, 31) mittels Lagern (43, 44, 53, 54) im Abtriebsteil (50) bzw. im Träger (40) gelagert sind.