DE69112557T2 - Roboterhandgelenk. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Industrie-Gelenkroboter, d. h. einen Industrieroboter, der mindestens einen Gelenkarm mit einem Handgelenk am äußeren Ende aufweist. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Handgelenk für einen Roboter, wie er im Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 angegeben ist.
• Ein derartiges Roboterhandgelenk ist in EP-A-74 882 beschrieben,
• Herkömmlicherweise trägt das Roboterhandgelenk ein Arbeitselement, beispielsweise ein Greifelement, das um mehrere Achsen drehbar ist. Das Handgelenk umfaßt mehrere Antriebseinheiten, die das Arbeitselement um diese Achsen drehen. Bei herkömmlichen Lösungen muß jedoch, auch wenn das Arbeitselement nur um eine Achse gedreht werden soll, mehr als eine Antriebseinheit in Betrieb sein, da sowohl die für die gewählte Achse zuständige Antriebseinheit als auch mindestens eine weitere Antriebseinheit arbeiten muß, um eine durch die Drehung um die gewählte Achse hervorgerufene unerwünschte Drehung um eine weitere Achse aufzuheben.
• Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, dieses Problem durch Schaffung eines Handgelenks zu beseitigen, bei dem nur eine Antriebseinheit betrieben werden muß, um das Arbeitselement ausschließlich um die eine gewählte Achse zu drehen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe beschäftigt sich diese Erfindung mit einem Roboterhandgelenk, das das im Kennzeichen von Anspruch 1 angegebene Merkmal aufweist.
• Das erfindungsgemäße Roboterhandgelenk weist daher drei Motoren auf, die das Handgelenk um drei verschiedene, zueinander senkrechte Achsen drehen. Der Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß durch die Tätigkeit eines einzigen Motors das Handgelenk ausschließlich um diejenige Achse gedreht wird, für die dieser Motor zuständig ist, ohne daß unerwünschte Drehungen um die anderen beiden Achsen, die durch den Betrieb der anderen Motoren beseitigt werden müßten, hervorgerufen werden.
• Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines nichteinschränkenden Beispiels ersichtich, in der Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen
• Fig. 1 eine aufgelöste perspektivische Ansicht eines Roboterhandgelenks gemäß dieser Erfindung und
• Fig. 2 eine schematische Darstellung des Handgelenks von Fig. 1.
• Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Roboterarm 13, dessen Aufbau einen Mantel 20 in Form einer Hülse (aus einem Stück oder mehreren fest miteinander verbundenen Teilen) mit einem offenen Ende umfaßt, an dem in den Hohlraum 21 der Hülse ein Modul 22 eingesetzt werden kann, das ein Handgelenk 16 sowie zugehörige Antriebsmotoren umfaßt und teilmontiert ist, so daß es in den Mantel 20 in einem einzigen Arbeitsgang eingesetzt werden kann. Der speziele Aufbau des oben beschriebenen Roboterarms, mit einem Mantel, der eine tragende Funktion hat, und einem Modul, das in dem Mantel entfernbar angebracht ist und die verschiedenen Motoren und Getriebe umfaßt ist Gegenstand einer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung des Anmelders dieser Erfindung.
• Das Modul 22 umfaßt eine zylindrische Ummantelung 23 mit einem Elektrosteckanschluß 24 an einem Ende zum schnellen Anschließen an einen komplementären Steckanschluß 25, der im Hohlraum 21 des hülsenförmigen Mantels 20 angebracht und mit Drähten 26 verbunden ist, die von einer Stromzufuhreinrichtung kommen. Der Steckanschluß 24 ist über Drähte (nicht gezeigt) mit den verschiedenen Elektromotoren im Modul 22 verbunden. Im folgenden wird auch auf Fig. 2 Bezug genommen.
• Eine erste Antriebseinheit 27 ist in der Ummantelung 23 des Moduls 22 fest angebracht und umfaßt einen Elektromotor 28 und eine epizyklische Untersetzungseinheit 29 bekannten Typs, wie sie z. B. von der deutschen Firma Harmonic Drive GmbH unter der Markenbezeichnung "HARMONIC DRIVE" vertrieben wird. In der Ummantelung 23 sitzt weiterhin ein um seine Achse 17 drehbares Glied 30, das von der Antriebseinheit 27 mittels einer Welle 31 betätigt wird. Die Ummantelung 23 des Moduls 22 weist einen ringförmigen Außenflansch 32 mit axialen Bohrungen 33 auf, durch die Schrauben 34 gesteckt und in Gewindebohrungen 35 am ringförmigen Ende des hülsenförmigen Mantels 20 geschraubt werden, wodurch das Modul 22 an diesem Mantel 20 befestigt wird. Es kann jedoch auch eine andere Art der Befestigung verwendet werden. Der zylindrische Körper des angetriebenen Glieds 30 weist einen Abschnitt 36 auf, der aus dem offenen Ende 37 der Ummantelung 23 herausragt und die Tragkonstruktion des Handgelenks 16 bildet. Der Abschnitt 36 trägt einen weiteren Handgelenkabschnitt 38 für eine Drehung um die Achse 19, die zur Achse 17 senkrecht steht. Der Abschnitt 38 wird von einer Antriebseinheit 39, die in dem zylindrischen Glied 30 sitzt und einen Elektromotor 40 und eine der Untersetzungseinheit 29 gleichende Untersetzungseinheit 41 umfaßt, um die Achse 18 gedreht. Die Abtriebswelle der Antriebseinheit 39 dreht den Handgelenkabschnitt 38 mittels zweier Kegelräder 42, 43, die mit der Abtriebswelle bzw. dem Handgelenkabschnitt 38 verbunden sind. Der Abschnitt 38 ist durch einen hohlen, klammerähnlichen Körper gebildet, dessen äußeres Ende 44 ein Arbeitselement 45 (z. B. ein Greifelement) trägt, das um die Achse 19 drehbar ist, die sich von der Achse 18 radial erstreckt und letztere an deren Schnittpunkt mit der Achse 17 schneidet. Das Arbeitselement 45 wird von einer Antriebseinheit 46, die bei der abgebildeten Ausführung im Abschnitt 36 angebracht ist und sich mit dem Handgelenkabschnitt 38 mitdreht, um die Achse 19 gedreht. Es wird weiterhin auf die abgebildete Ausführung Bezug genommen. Die Antriebseinheit 46 umfaßt einen Elektromotor 47 und eine Untersetzungseinheit 48, die das Arbeitselement 45 mittels eines Zahnriementriebs 49 und zwei Kegelrädern 50, 51 dreht, wobei der Riementrieb 49 und die beiden Kegelräder 50, 51 im hohlen Körper des Handgelenkabschnitts 38 angebracht sind. Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei dem erfindungsgemäßen Roboterhandgelenk die Antriebseinheiten 27, 39 und 46 das Arbeitselement 45 des Handgelenks um die Achsen 17, 18 und 19 drehen können. Beim Betrieb einer einzigen Antriebseinheit wird das Handgelenk ausschließlich um die zugehörige Achse gedreht, und zwar ohne unerwünschten Drehungen um die anderen beiden Achsen, wie sie bei bekannten Roboterhandgelenken auftreten, bei denen zum Drehen des Handgelenks um eine Achse ein Elektromotor, der die Drehung herbeiführt, und mindestens ein weiterer Motor, der die sich ergebende unerwünschte Drehung um eine andere Achse beseitigt, betrieben werden muß.
• Ein weiterer Vorteil des oben beschriebenen Aufbaus des Handgelenks besteht darin, daß er eine teleskopartige Anbringung des Moduls 22 im hülsenförmigen Mantel 20 gestattet, so daß eine Antriebseinheit vorgesehen werden kann, die das Modul 22 zwischen einer Stellung, in der es ganz in den hülsenförmigen Mantel 20 eingefahren ist, und einer Ausfahrstellung hin- und herbewegt. Dieser zusätzliche Freiheitsgrad bringt eine weitere Steigerung der Einsatzmöglichkeiten des Roboters mit sich. Die lineare Bewegung des Moduls 22 entlang der Achse 17 läßt sich auf bekannte Weise herbeiführen, beispielsweise mittels einer Schraube, die von einen im hülsenförmigen Mantel 20 angebrachten Motor angetrieben wird und in ein im Modul 22 ausgebildetes Innengewinde eingreift.

Claims (4)

1. Roboterhandgelenk mit

- einer Tragkonstruktion (20, 23),

- einer ersten Antriebseinheit (27) die mit der Tragkonstruktion (20, 23) fest verbunden ist,

- einem Glied (30) für eine Drehung um eine erste Achse (17), das von der ersten Antriebseinheit (27) angetrieben und von der Tragkonstruktion (20, 23) getragen wird,

wobei das angetriebene Glied (30) wiederum einen weiteren Handgelenkabschnitt (38) für eine Drehung um eine zur ersten Achse (17) senkrechte zweite Achse (18) sowie eine zweite Antriebseinheit (39) zum Drehen des Handgelenkabschnitts (38) um die zweite Achse (18) trägt und der Handgelenkabschnitt (38) wiederum eine dritte Antriebseinheit (46) zum Antrieb eines Arbeitselements (45) des Roboters trägt, das auf dem Handgelenkabschnitt (38) um eine dritte Achse (19) drehbar ist, die sich von der zweiten Achse (18) radial erstreckt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte Antriebseinheit (46) innerhalb des angetriebenen Glieds (30) angeordnet ist.

2. Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgelenkabschnitt (38) einen klammerähnlichen Aufbau mit einem inneren Ende aufweist, das von der zweiten Antriebseinheit (39) mittels zweier Kegelräder (42, 43) um die zweite Achse (18) gedreht wird.

3. Roboterhandgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Antriebseinheit (46) mit dem Aufbau des Handgelenkabschnitts (38) fest verbunden ist und mittels eines Riementriebs (49) und zwei Kegelrädern (50, 51), die innerhalb eines den Handgelenkabschnitt (38) bildenden hohlen Körpers angeordnet sind, mit dem Arbeitselement (45) verbunden ist, wobei ihre Achse mit der zweiten Achse (18) zusammenfällt.

4. Gelenkroboter, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Handgelenk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche aufweist.