DE4428488C1 - Handgelenk für die Arbeitshand eines Roboters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handgelenk für die Arbeitshand für einen Roboters nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Roboter, mit dem eine derartige Arbeitshand zum Einsatz kommen kann, ist in der DE-A 26 27 490 beschrieben. Dieser Roboter verfügt über ein Fünf-Gelenk- Gestell, einen Roboterarm und einen am Ende des Roboterarms angebrachten Grei­ fer.

Anstelle derartiger einfacher Greifer wurden mittlerweile aufwendige Arbeitshände entwickelt, mit denen der Roboter eine Vielzahl von Arbeiten durchführen kann. Moderne Industrieroboter können mit der Arbeitshand beispielsweise schrauben, schweißen, löten und das hierzu notwendige Werkzeug selbst ergreifen und wechseln.

Bekannte Arbeitshände für Roboter weisen Handgelenke auf, wie sie beispielsweise in dem Prospekt der Firma H. A. Schlatter AG, Nr. 8.105D.11.78 5M und in der DD-PS 2 71 810 A3 beschrieben sind. Diese bilden nicht lediglich die Verlängerung des Roboterarms, sondern sind auf dessen Ende aufgesetzt. Ihre Werkzeugaufnah­ meachse ist also nicht kolinear mit der Achse des Roboterarms, sondern parallel zu dieser. Dies hat den Vorteil, daß sich die Roboterhand um 360° drehen kann, bei­ spielsweise um von der Seite arbeiten zu können oder um das Werkzeug zu wechseln. Durch den Versatz der beiden Achsen ist jedoch beim Nachführen der Arbeitshand des Roboters, beispielsweise beim Ausführen von Schweißnähten, ein hoher Rechen­ aufwand erforderlich, da die durch den Versatz bedingten Abweichungen ständig auskorrigiert werden müssen.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Handgelenk für die Arbeitshand eines Roboters so weiterzubilden, daß sie einerseits eine gute Rundumbeweglichkeit und andererseits eine einfache Nachführbarkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:

Fig. 1 Eine Seitenansicht eines Roboters mit einem Handgelenk und mit eingezeich­ netem Verstellbereich;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Handgelenks in drei Verschwenkstellungen (a, b, c) des Werkzeughalters;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Handgelenk;

Fig. 4 eine Vorderansicht des Handgelenks in Pfeilrichtung I aus Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Fünf-Gelenk-Roboter 2, der im wesentlichen aus einem die Ge­ lenke beinhaltenden Gestell 25, einem Roboterarm 3 und dem Handgelenk 1 sowie einem Antrieb 26 für das Handgelenk 1 besteht. Das Handgelenk 1 ist am Ende des Roboterarms 3 montiert und wird mittels durch den Roboterarm 3 verlaufen­ der Wellen von dem Antrieb 26 bewegt. Das Handgelenk 1 ist in Fig. 2a genauer dargestellt.

Wie aus Fig. 2a in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Handgelenk 1 ein Rohrstück 8 auf, welches mittels einer Flanschverbindung 27 an den Roboterarm 3 angeflanscht ist. Die Längsachse dieses Rohrstücks 8 definiert die Hauptachse 4 des Roboterarms 3 und des Rohrstücks 8.

Seitlich auf dem Rohrstück 8 ist der Werkzeughalter 9 des Handgelenks 1 drehbar montiert. Der Werkzeughalter 9 ist um eine senkrecht zur Hauptachse 4 verlaufende zweite Achse 5 um 360° und mehr drehbar; er kann also um die zweite Achse 5 endlos rotieren. Parallel zur Hauptachse 4 verläuft die Werkzeugaufnahmeachse 6 des Werkzeughalters 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Handgelenk 1 ist eine dritte Achse 7 vorhanden, welche parallel zur Hauptachse 4 und zur Werkzeugaufnahmeachse 6, also senkrecht zur zweiten Achse 5 verläuft. Die dritte Achse 7 hat zu der Hauptachse 4 und der Werkzeugaufnahmeachse 6 den gleichen Abstand. Ein Teil des Werkzeughalters 9, der bewegliche Teil 22, ist bezüglich des anderen Teils (ortsfester Teil 23) um diese dritte Achse 7 schwenkbar.

Drei vorteilhafte Verschwenkstellungen des beweglichen Teils 22 des Werkzeughalters 9 sind in den Fig. 2a, 2b und 2c dargestellt. In Fig. 2a liegen Hauptachse 4, Werkzeugaufnahmeachse 6 und dritte Achse 7 in einer Ebene. Die dargestellte Stellung ist auch bei herkömmlichen Handgelenken möglich. Eine Verschwenkung des beweglichen Teils 22 des Werkzeughalters 9 um 90° führt zu der in Fig. 2b dargestellten Stellung. Diese ist vorteilhaft, wenn im zu bearbeitenden Bereich wenig Raum in der Höhe vorhanden ist.

Eine weitere Verschwenkung des beweglichen Teils 22 im gleichen Drehsinn führt zu der in Fig. 2c dargestellten Stellung. Aufgrund des gleichen Abstandes der Hauptachse 7 und der Werkzeugaufnahmeachse 6 von der dritten Achse 7 sind hier Hauptachse 4 und Werkzeugaufnahmeachse 6 koaxial zueinander. Die Einnahme dieser Stellung ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Schweißnähte gezogen werden sollen, da die Nachführung des Handgelenks 1 durch die Anordnung der Werk­ zeugaufnahmeachse 6 koaxial zu der Hauptachse 4 des Roboterarms 3 den Rechenaufwand stark vermindert. Außerdem beansprucht diese Stellung am wenigsten Platz für das Handgelenk 1.

Die Verriegelung des beweglichen Teils 22 des Werkzeughalters 9 gegenüber dem ortsfesten Teil 23 kann entweder automatisch oder von Hand mit Hilfe von Bolzen erfolgen. Bei der Betätigung von Hand werden die (nicht dargestellten) Bolzen zunächst herausgezogen, der bewegliche Teil 22 sodann in eine der Stellungen a, b oder c gebracht und die Bolzen wieder eingeschoben und gesichert. Anstelle der drei dargestellten Stellungen können auch mehr oder weniger Stellungen, beispielsweise eine kontinuierliche Verstellbarkeit gegeben sein.

Der innere Aufbau des Handgelenks 1 ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich. An einen (nicht dargestellten) Roboterarm 3 ist ein Rohrstück 8 mit einem Flansch 27 angeflanscht. Roboterarm 3 und Rohrstück 8 weisen eine gemeinsame Hauptachse 4 auf. Innerhalb des Roboterarms 3 und des Rohrstücks 4 verlaufen zwei Wellen, nämlich eine Welle 10 und eine koaxial hierzu verlaufende (nicht dargestellte) Hohl­ welle.

Die innere Welle 10 trägt an ihrem Ende ein Kegelrad und treibt über eine Ke­ gelradumlenkung 11 eine zweite, in der zweiten Achse 5 verlaufende Welle 12 an. An ihrem anderen Ende trägt die zweite Welle 12 ebenfalls ein Kegelrad, welches Teil einer Kegelradumlenkung 13 ist, die eine dritte, horizontal verlaufende Welle 14 antreibt. Am Ende der dritten Welle 14 befindet sich ein außenverzahntes Zahn­ rad 15, welches in Eingriff mit einem größeren innenverzahnten Zahnrad 16 steht. Dieses innenverzahnte Zahnrad 16 rotiert um die dritte Achse 7 und ist fest mit einem ersten Kettenrad 17 verbunden. Auf dem ersten Kettenrad 17 verläuft eine Kette 18 zu einem zweiten Kettenrad 19, welches um die Werkzeugaufnahmeachse 6 gelagert ist und diese antreibt. Diese Antriebsart der Werkzeugaufnahmeachse 6 ermöglicht deren Antrieb auch bei Verschwenken des beweglichen Teils 22 des Werk­ zeughalters 9 um die dritte Achse 7. Der Außendurchmesser des außenverzahnten Zahnrads 15 ist im wesentlichen identisch mit dem des zweiten Kettenrads 19, so daß eine 1 : 1 Übersetzung zwischen beiden Zahnrädern erfolgt. Im Ergebnis dreht sich also die Werkzeugaufnahmeachse 6 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 10.

Die (nicht dargestellte) Hohlwelle innerhalb des Rohrstücks 8 treibt über eine Ke­ gelradumlenkung 30 den - bezüglich der Verschwenkung um die dritte Achse 7 - ortsfesten Teil des Werkzeughalters 9 zur Drehung an. Diese Drehung kann sinnvol­ lerweise nur aktiviert werden, wenn sich der Werkzeughalter nicht in dem in Fig. 2c dargestellten Position befindet, in welcher eine freie Drehung nicht möglich ist.

Die Fixierung des beweglichen Teils 22 des Werkzeughalters 9 ist aus Fig. 4 er­ sichtlich, die eine Vorderansicht des Handgelenks 1 gemäß Fig. 3 zeigt. In dem beweglichen Teil 22 ist eine Bohrung vorgesehen, durch welche ein (nicht dargestell­ ter) Bolzen 21 in ein Aufnahmeloch des ortsfesten Teils 23 einsteckbar ist. Wenn sich der Bolzen in der Bohrung befindet, kann er mit Hilfe einer Madenschraube 27 gesichert werden. Es sind so viele Aufnahmelöcher im ortsfesten Teil 23 vorgesehen, wie Verschwenkstellungen möglich sein sollen, im vorliegenden Beispiel also drei.

Claims (7)

1. Handgelenk (1) für die Arbeitshand eines Roboters (2), mit einem an einem Roboterarm (3) entlang dessen Hauptachse (4) befestigbaren Rohrstück (8) und einem daran angelenkten Werkzeughalter (9) mit einer Werkzeugaufnah­ meachse (6), welcher um eine senkrecht zu der Hauptachse (4) verlaufende zweite Achse (5) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (22) des Werkzeughalters (9) um eine parallel zur Werkzeugaufnahmeachse (6) und im gestreckten Zustand des Handgelenks (1) parallel zur Hauptachse (4) verlaufende dritte Achse (7) schwenkbar ist und der Abstand zwischen dritter Achse (7) und Werkzeugaufnahmeachse (6) gleich dem Abstand zwischen dritter Achse (7) und Hauptachse (4) ist.

2. Handgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegli­ che Teil (22) des Werkzeughalters (9) im Verlauf seines Verschwenkbereiches in mindestens zwei um 180° zueinander versetzten Stellungen fixierbar ist, wobei in der zweiten Stellung die Werkzeugaufnahmeachse (6) koaxial zur Haupt­ achse (4) verläuft.

3. Handgelenk nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb der bewegten Achsen vom Roboterarm (3) aus über mindestens eine innerhalb des Rohrstücks (8) rotierende Welle (10) erfolgt.

4. Handgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Roboterarm (3) und im Rohrstück (8) eine Welle (10) und, koaxial dazu, eine Hohlwelle verlaufen, wobei die Welle (10) den Antrieb der Werkzeugaufnahmeachse (6) und die Hohlwelle den Antrieb des Werkzeughalters (9) um die zweite Achse (5) bewirkt.

5. Handgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Werkzeugaufnahmeachse (6) durch die Welle (10) über eine Kegelradum­ lenkung (11), eine zweite, in der zweiten Achse (5) verlaufende Welle (12), eine weitere Kegelradumlenkung (13), eine dritte Welle (14) mit einem endständi­ gen, außenverzahnten Zahnrad (15), welches in Eingriff mit einem innenver­ zahnten Zahnrad (16) steht, ein fest mit dem innenverzahnten Zahnrad (16) verbundenes erstes Kettenrad (17), eine Kette (18) und ein auf der Werkzeug­ aufnahmeachse (6) montiertes zweites Kettenrad (19) erfolgt.

6. Handgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das außenver­ zahnte Zahnrad (15) etwa den gleichen Durchmesser aufweist wie das zweite Kettenrad (19).

7. Handgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des beweglichen Teils (22) des Werkzeughalters gegenüber dessen ortsfestem Teil (23) mittels mindestens eines Bolzens (21) zwischen dem beweglichen Teil (22) und dessen ortsfestem Teil (23) erfolgt.