DE69119784T2

DE69119784T2 - Antriebseinrichtung für industrieroboterarm

Info

Publication number: DE69119784T2
Application number: DE69119784T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Iwanaga; Shuichi Tohnai
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2011-10-18
Also published as: EP0563382A1; EP0563382A4; US5265489A; WO1993007996A1; DE69119784D1; EP0563382B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Armantriebseinrichtung für einen Industrieroboter, der eine Mehrzahl von Gelenken aufweist. Die EP-A-0 078 522 zeigt den am nächsten kommenden Stand der Technik.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt ein herkömmliches Verfahren zum Schwenken eines Arms eines Industrieroboters, indem die Drehachsen des Arms direkt durch Antriebsmotoren über Reduktionsgetriebe angetrieben werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für jene Roboter geeignet, die einen schweren Arm aufweisen oder einer großen Belastung ausgesetzt sind, weil ein einseitiges Moment am Arm die Belastung der Drehachsen erhöht. Deshalb werden bei einem Industrieroboter, der relativ schwere Arme und Belastungen aufweist, parallele Verbindungen normalerweise durch einen Arm A, der einem angetriebenen Glied entspricht, durch einen Arm B, durch ein Antriebsglied C und durch ein Verbindungsglied D gebildet, wie es in der Figur 5 gezeigt ist.
Wenn jedoch die Arme unter Einsatz der parallelen Verbindungen aufgebaut sind, besteht eine gegenseitige Behinderung zwischen dem Arm B und dem Verbindungsglied D, wodurch der Arbeitsbereich eingeschränkt wird. Als Lösung für dieses Problem offenbart die Beschreibung des US-Patents Nr. 4,329,111 und die Beschreibung der nicht-geprüften veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 59-110 578 einen Typ, bei dem die Ebene der Hin- und Herbewegung der Antriebsglieder und der angetriebenen Glieder verschoben ist.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Aufbau muß jedoch ein Antriebsmotor einer zweiten parallelen Verbindung, die am Endabschnitt einen Arm bildet, am Ende der ersten Verbindung befestigt werden, die eine zweite parallele Verbindung trägt, um einen Arm zu bilden, wenn ein Gelenkarm angetrieben wird. Dies erhöht das Gewicht der ersten Verbindung und folglich die Belastung, die auf den Antriebsmotor der ersten Verbindung aufgebracht wird. Somit ergibt sich ein Problem, nämlich daß die Steifigkeit der ersten Verbindung hoch sein muß und daß die Leistung des Antriebsmotors hoch sein muß.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Armantriebseinrichtung zu schaffen, wobei die Arme im Gewicht leicht sind, so daß eine schnelle Bewegung der Arme möglich ist, und wobei die gegenseitige Behinderung einer parallelen Verbindung beseitigt ist, die einen zweiten Arm antreibt, um die Erweiterung des Arbeitsbereichs zu ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung, gemäß Anspruch 1, betrifft eine Armantriebseinrichtung für einen Industrieroboter, die eine erste Drehachse aufweist, die drehbar durch einen Sockel getragen ist, einen ersten Arm aufweist, der an einem Ende davon an der ersten Drehachse befestigt ist, eine zweite Drehachse aufweist, die am anderen Ende des ersten Arms drehbar abgestützt ist, einen zweiten Arm aufweist, der an einem Ende davon an der zweiten Drehachse befestigt ist, sowie parallele Verbindungen aufweist, die eine Parallelverbindungsdrehachse, die in einer konzentrischen Beziehung zur ersten Drehachse drehbar vorgesehen ist) mit der zweiten Drehachse verbinden, wobei die angetriebenen Glieder der beiden parallelen Verbindungen an beiden Enden der zweiten Drehachse befestigt sind, mit dem ersten Arm dazwischen angeordnet; sowie zwei Verbindungsglieder, die die Antriebsglieder verbinden, die an der Parallelverbindungsdrehachse und den angetriebenen Gliedern befestigt sind, jeweils nach außerhalb der Antriebsglieder und der angetriebenen Glieder versetzt sind.
Die Antriebsglieder und die angetriebenen Glieder der beiden parallelen Verbindungen sind an der Parallelverbindungsdrehachse und der zweiten Drehachse so befestigt, daß dazwischen eine Phasendifferenz mit einem vorbestimmten Winkel vorgesehen ist.
Zwei parallele Verbindungen, von denen jede zwei Verbindungsglieder aufweist, die nach außerhalb versetzt sind, sind mit beiden Seiten der Drehachse verbunden, die den zweiten Arm antreibt, so daß die Drehachse durch einen Antriebsmotor angetrieben werden kann. Dies beseitigt die Möglichkeit einer gegenseitigen Behinderung durch die parallelen Verbindungen.
Weiterhin, wenn sich das Antriebsglied, das Verbindungsglied, das angetriebene Glied und der erste Arm, die eine parallele Verbindung bilden, geradlinig erstrecken, kann diese einzelne parallele Verbindung keine Rotation bewirken. Es ist jedoch eine andere parallele Verbindung vorgesehen, die ein anderes Antriebsglied aufweist, welches mit einem vorbestimmten Phasenwinkel bezüglich des Antriebsglieds an der Drehachse befestigt ist. Im Ergebnis, falls sich eine der parallelen Verbindungen geradlinig erstreckt, erstreckt sich die andere parallele Verbindung nicht geradlinig, und deshalb kann der zweite Arm durch die andere parallele Verbindung hin- und herbewegt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, die entlang der Linie II-II in der Figur 1 verläuft.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht, in der eine andere Ausführungsform dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, in der eine andere Ausführungsform dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht, in der der Stand der Technik dargestellt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben werden.
Die Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht, in der eine Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Ein gabelförmiger Abschnitt 11 ist oben an einem Sockel 1 ausgebildet, so daß er ein Ende eines ersten Arms 2 umgibt, um den ersten Arm 2 mittels einer Lagerung 12 drehbar abzustützen, die zwischen einer ersten Hohldrehachse 21, die am ersten Arm 2 befestigt ist und dem Sockel 1 vorgesehen ist. Ein gabelförmiger Abschnitt 22 ist am anderen Ende des ersten Arms 2 ausgebildet, so daß er ein Ende eines zweiten Arms 3 umgibt, um den zweiten Arm 3 mittels einer zweiten Drehachse 31 drehbar abzustützen, die an dem zweiten Arm 3 befestigt ist. Eine Riemenscheibe 23 ist an der ersten Drehachse 21 befestigt, um die Drehachse 21 mittels eines Antriebsmotors 26 zu drehen, der an dem Sockel 1 befestigt ist, und zwar über Getriebe-Einrichtungen wie etwa einen Steuerriemen 24 und eine Riemenscheibe 25.
Ein Ende eines angetriebenen Gliedes 41, welches eine parallele Verbindung 4 bildet, ist an einem Ende einer zweiten Drehachse 31 befestigt, die an dem zweiten Arm 3 befestigt ist, während ein Ende eines Verbindungsglieds 42 mittels eines Stiftes mit dem anderen Ende des angetriebenen Gliedes 41 verbunden ist, so daß sich das Verbindungsglied 42 außerhalb des angetriebenen Gliedes 41 befindet. Ein Ende eines Antriebsglieds 43 ist mittels eines Stiftes mit dem anderen Ende des Verbindungsglieds 42 verbunden, so daß sich das Antriebsglied 43 innerhalb des Verbindungsglieds 42 befindet. Das andere Ende des Antriebsglieds 43 ist an einem Ende einer Parallelverbindungsdrehachse 44 befestigt, die sich durch die erste hohle Drehachse 21 erstreckt, um sich drehbar abzustützen. Eine Riemenscheibe 45 ist an der Parallelverbindung 44 befestigt, um die Parallelverbindungsdrehachse 44 durch den Einsatz eines Antriebsmotors 48 hin- und herzubewegen, der an dem Sockel 1 befestigt ist, und zwar über Getriebe-Einrichtungen, die etwa einen Steuerriemen 46 und eine Riemenscheibe 47.
Ein Ende eines angetriebenen Gliedes 51, welches eine andere parallele Verbindung 5 bildet, ist an dem anderen Ende der zweiten Drehachse 31 so befestigt, daß sich das angetriebene Glied 51 und das angetriebene Glied 41 in einer Winkelbeziehung zueinander befinden, und zwar mit einer Phasendifferenz mit einem Phasenwinkel α, der nahe einem rechten Winkel ist (etwa 70 Grad bei dem Beispiel, welches in der Figur 2 gezeigt ist). Ein Ende eines Verbindungsglieds 52 ist mittels eines Stiftes mit der anderen Achse des angetriebenen Gliedes 51 so verbunden, daß sich das Verbindungsglied 52 außerhalb des angetriebenen Gliedes 51 befindet. Ein Ende eines Antriebsglieds 53 ist mittels eines Stiftes mit dem anderen Ende des Verbindungsglieds 52 so verbunden, daß sich das Antriebsglied 53 innerhalb des Verbindungsglieds 52 befindet. Das andere Ende des Antriebsglieds 53 ist an dem anderen Ende der Parallelverbindungsdrehachse 44 befestigt. Deshalb steht das Antriebsglied 53 mit einer Phasendifferenz mit einem Phasenwinkel α zu dem Antriebsglied 43 in Beziehung.
Um den ersten Arm 2 zu bewegen, wird die erste Drehachse 21 durch den Antriebsmotor 26 mittels der Riemenscheibe 25, des Steuerriemens 24 und der Riemenscheibe 23 gedreht. Um den zweiten Arm 3 zu bewegen, wird die Parallelverbindungsdrehachse 44 durch den Antriebsmotor 48 mittels des Steuerriemens 26 und der Riemenscheibe 45 gedreht, um den zweiten Arm 3 zusammen mit der zweiten Drehachse 31 hin- und herzubewegen, mittels des Antriebsglieds 43, des Verbindungsglieds 42 und des angetriebenen Gliedes 41. Zur gleichen Zeit bewegt die Parallelverbindungsdrehachse 44 den zweiten Arm 3 zusammen mit der zweiten Drehachse 31 mittels des Antriebsglieds 53, des Verbindungsglieds 52 und des angetriebenen Gliedes 51 hin und her.
Wenn der zweite Arm 3 hin- und herbewegt wird, tritt an den parallelen Verbindungen keine gegenseitige Behinderung auf, da die zweite Drehachse 31 durch den Antriebsmotor 48 angetrieben wird, so daß die parallelen Verbindungen 4 und 5, die jeweils die Verbindungsglieder 42 und 52 aufweisen, die sich außerhalb davon befinden, mit beiden Seiten der zweiten Drehachse 31 verbunden sind. Dies ermöglicht die Ausweitung des Arbeitsbereichs des zweiten Arms 3 auf einen Bereich von 360 Grad minus dem Bereich, der durch eine gegenseitige Behinderung mit dem ersten Arm 2 begrenzt ist.
Weiterhin kann eine Hin- und Herbewegung nicht nur durch die parallele Verbindung 5 bewirkt werden, wie es in der Figur 2 gezeigt ist, wenn sich das Antriebsglied 53, das Verbindungsglied 52, das angetriebene Glied 51 sowie der erste Arm 2 geradlinig erstrecken. Da jedoch die parallele Verbindung 4 vorgesehen ist, die das Antriebsglied 43 aufweist, welches mit einem vorbestimmten Phasenwinkel zu dem Antriebsglied 53 an der Parallelverbindungsdrehachse befestigt ist, erstreckt sich die parallele Verbindung 4 zu dieser Zeit nicht geradlinig, und deshalb kann der zweite Arm 3 durch die parallele Verbindung 4 hin- und herbewegt werden.
Weiterhin gilt, um die Belastung zu verteilen, die auf die parallelen Verbindungen und die Getriebe-Einrichtungen aufgebracht wird, um deren jeweilige parallelen Verbindungen anzutreiben, wenn auf den zweiten Arm 3 die maximale Belastung einwirkt, daß die Antriebsglieder 43 und 53, und die angetriebenen Glieder 41 und 51 jeweils an der Parallelverbindungsdrehachse 44 und 54 sowie der zweiten Drehachse 31 befestigt werden können, so daß sie in entgegengesetzten Richtungen um den gleichen Winkel β geneigt sind, z.B. 45 Grad zur Senkrechten von der zweiten Drehachse zum Boden, um den Phasenwinkel auf 90 Grad einzustellen.
Zusätzlich können die Parallelverbindungsdrehachse und die Antriebsglieder sowie die angetriebenen Glieder und die zweite Drehachse so befestigt bzw. gesichert werden, daß die Phasenwinkel der Antriebsglieder der beiden parallelen Verbindungen abhängig von den Gewichten und den Arbeitsbereichen der Arme eingestellt werden können, um die Belastung zu mmimieren.
Weiterhin ist es möglich, wie es in der Figur 4 gezeigt ist, einen Aufbau einzusetzen, bei dem die Niedriggeschwindigkeitsachse eines Reduktionsgetriebes 13, dessen Befestigungsabschnitt an dem Sockel 1 befestigt ist, mit der ersten Drehachse 21 verbunden ist, während die Hochgeschwindigkeitsachse davon durch den Antriebsmotor 26 über die Riemenscheibe 23, den Steuerriemen 24 und die Riemenscheibe 25 angetrieben wird, sowie Getriebe-Einrichtungen der beiden parallelen Verbindungen vorgesehen sind. D.h., daß die Parallelverbindungsdrehachse 44, die die parallelen Verbindungen 4 und 5 antreibt, in Parallelverbindungsdrehachsen 44 und 45 aufgeteilt ist, sowie Niedriggeschwindigkeitsachsen 61 und 61' der Reduktionsgetriebe 6 und 6', deren Befestigungsabschnitte an dem Sockel 1 befestigt sind, jeweils mit den Parallelverbindungsdrehachsen 44 und 45 verbunden sind. Eine Hochgeschwindigkeitsachse 62 wird durch den Antriebsmotor 48 über die Riemenscheibe 45, den Steuerriemen 46 und die Riemenscheibe 47 angetrieben. Eine Hochgeschwindigkeitsachse 62' wird durch den Antriebsmotor 48 über eine Riemenscheibe 55, einen Steuerriemen 56 und Riemenscheiben 71 und 72 angetrieben, die an einer Gegenwelle 7 befestigt sind, sowie durch einen Steuerriemen 73 und eine Riemenscheibe 57, die an dem Antriebsmotor 48 befestigt ist.
Deshalb werden die Parallelverbindungsdrehachsen 44 und 45 über die Reduktionsgetriebe 6 und 6' synchron gedreht sowie die Kraft zum Antrieb des zweiten Arms 3 durch die beiden Reduktionsgetriebe aufgeteilt ist. Dies ergibt eine Verringerung in der Größe des Reduktionsgetriebe-Mechanismus als ganzes, und zwar wegen der Erhöhung der Anzahl der Reduktionsgetriebe.
Die Parallelverbindungsdrehachsen, die die parallelen Verbindungen 20 antreiben, können durch verschiedene Antriebsmotoren angetrieben werden, um die Konfiguration der Getriebe- Einrichtungen zu vereinfachen, indem die beiden Antriebsmotoren für einen synchron ablaufenden Betrieb kontrolliert werden.
Wie es oben beschrieben worden ist, sind entsprechend der vorliegenden Erfindung die Verbindungsglieder der beiden parallelen Verbindungen, die mit beiden Seiten einer Drehachse verbunden sind, die einen Arm dreht, nach außerhalb der Antriebsglieder und der angetriebenen Glieder versetzt, um eine gegenseitige Behinderung zwischen den beiden parallelen Verbindungen zu verhindern. Im Ergebnis kann der Arbeitsbereich des Arms erweitert werden.
Zusätzlich wird eine Phasendifferenz zwischen den Antriebsgliedern und den angetriebenen Gliedern der beiden parallelen Verbindungen geschaffen, um zu ermöglichen, daß der Arm durch eine der parallelen Verbindungen hin- und herbewegt wird, sogar wenn sich die andere parallele Verbindung geradlinig erstreckt. Im Ergebnis ergibt sich ein Vorteil, nämlich daß eine Armantriebseinrichtung geschaffen werden kann, die stabile Hin- und Herbewegungen ausführt.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung kann in den Bereichen eingesetzt werden, in denen die Verarbeitung und die Arbeit durch den Einsatz von Industrierobotern durchgeführt wird.

Claims

1. Armantriebseinrichtung für einen Industrieroboter mit:

einem Sockel (1), der an einem oberen Ende davon einen gabelförmigen Abschnitt (11) aufweist;

einem ersten Arm (2), dessen eines Ende zwischen dem gabelförmigen Abschnitt (11) eingesetzt ist, und der an einem anderen Ende davon einen gabelförmigen Abschnitt (22) aufweist;

einer ersten Drehachse (21), die durch eine Lagerung (12) an dem gabelförmigen Abschnitt (11) drehbar getragen ist;

einem zweiten Arm (3), der an einem Ende zwischen dem gabelförmigen Abschnitt (22) angeordnet ist;

einer zweiten Drehachse (31), die an einem anderen Ende des zweiten Arms (3) drehbar getragen ist;

einem Paar von parallelen Verbindungen (4) und (5), die eine Verbindung zwischen der ersten Drehachse (21) und der zweiten Drehachse (31) herstellen, um so eine Phasendifferenz mit einem vorbestimmten Winkel vorzusehen; dadurch gekennzeichnet, daß

die parallelen Verbindungen (4) und (5) getrennt und beide außerhalb des ersten Arms (2) befestigt sind;

die erste Drehachse (21) durch eine Riemenscheibe (23), die an der ersten Drehachse (21) befestigt ist, einen Steuerriemen (24) und eine Riemenscheibe (25) angetrieben ist, die an einer Achse eines Antriebsmotors (26) befestigt ist, um den ersten Arm (2) hin- und herzubewegen; und

die zweite Drehachse (31) durch die parallelen Verbindungen (4) und (5), mittels einer Parallelverbindungsdrehachse (44), einer Riemenscheibe (45), die an der Parallelverbindungsdrehachse (44) befestigt ist, eines Steuerriemens (46) und einer Riemenscheibe (47), die an einer Achse eines Antriebsmotors (48) befestigt ist, angetrieben ist, um den zweiten Arm (3) hin- und herzubewegen.

2. Armantriebseinrichtung für einen Industrieroboter nach Anspruch 1, wobei die erste Drehachse (21) hohl ist und wobei sich die Parallelverbindungsdrehachse (44) durch die erste hohle Drehachse (21) erstreckt.

3. Armantriebseinrichtung für einen Industrieroboter nach Anspruch 1, wobei die erste Drehachse (21) mit der Niedriggeschwindigkeitsachse eines Reduktionsgetriebes (13) verbunden ist, dessen Hochgeschwindigkeitsachse an der Riemenscheibe (23) befestigt ist und dessen Niedriggeschwindigkeitsachse an dem ersten Arm (2) befestigt ist, sowie die zweite Drehachse (31) durch die Reduktionsgetriebe (6) und (6') gedreht wird, deren Hochgeschwindigkeitsachsen (62) und (62') an den Riemenscheiben (45) und (55) befestigt sind und deren Niedriggeschwindigkeitsachsen (61) und (61') an den Parallelverbindungsdrehachsen (44) und (54) befestigt sind, und

wobei die Armantriebseinrichtung weiterhin eine Gegenwelle (7), eine Riemenscheibe (71), die an der Gegenwelle (7) befestigt ist, die mittels eines Steuerriemens (56) mit einer Riemenscheibe (55) verbindet, sowie eine Riemenscheibe (72) umfaßt, die an der Gegenwelle (7) befestigt ist, die mittels eines Steuerriemens (73) mit einer Riemenscheibe (57) verbindet, die an der Achse des Antriebsmotors (48) befestigt ist, sowie eine Riemenscheibe (47) umfaßt, die an dem Antriebsmotor (48) befestigt ist und die mit der Riemenscheibe (45) durch einen Steuerriemen (46) verbunden ist.