DE69617825T2

DE69617825T2 - Handgelenk für industrieroboter

Info

Publication number: DE69617825T2
Application number: DE69617825T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Nagatani; Satoru Nakamura; Mitsuyoshi Obata; Yoshikuni Tsukahara
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-02-20
Also published as: KR100217555B1; JP2746543B2; EP0756918A1; WO1996026045A1; CA2188303C; CA2188303A1; JPH08229874A; EP0756918A4; EP0756918B1; ES2164866T3; DE69617825D1; US5816108A; KR970702128A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter, und im besonderen auf eine Handgelenkeinheit, die mit einem zylindrischen Durchgang versehen ist, um in dem Durchgang untergebrachte Schläuche, Kabel usw. vor schädlichen und rauhen äußeren Umgebungen zu schützen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine herkömmliche Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter ist in der Veröffentlichung US-A-4 708 580 beschrieben, die der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 46720/1992 entspricht. Diese Bauart einer Handgelenkeinheit weist drei unabhängige Drehachsen, die sich einander an zwei voneinander beabstandeten Punkten schneiden, ein erstes Gehäuse, ein zweites Gehäuse und ein Werkzeugstützelement auf. Das erste Gehäuse, das zweite Gehäuse und das Werkzeugstützelement werden durch mechanische Bauteile wie beispielsweise Zahnräder oder Lager um die drei unabhängigen Drehachsen gedreht. Das erste Gehäuse, das zweite Gehäuse und das Werkzeugstützelement sind in Reihe angeordnet. Diese Elemente sind hohl, wobei sich ein zylindrischer Durchgang durch diese Elemente hindurch erstreckt. Schläuche, Kabel, Leitungen usw. zum Zuführen von Luft und elektrischem Strom zu einem Arbeitswerkzeug treten durch diesen zylindrischen Durchgang hindurch. Das Arbeitswerkzeug ist an einer Montagefläche des Werkzeugstützelements montiert.
Das an das Werkzeugstützelement montierte Arbeitswerkzeug wird durch individuelles Drehen des ersten Gehäuses, des zweiten Gehäuses und des Werkzeugstützelements um die drei unabhängigen Drehachsen in eine gewünschte Arbeitsstellung gebracht.
Bei der herkömmlichen Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter werden das erste Gehäuse, das zweite Gehäuse und das Werkzeugstützelement durch ein mechanisches Bauteil wie beispielsweise ein Zahnrad oder ein Lager individuell gedreht. Naturgemäß sind zwischen dem Zahnrad und dem Lager kleine Öffnungen. Deshalb gelangt ein Schmiermittel, das für eine glattere Drehung des Zahnrades oder des Lagers zugeführt wird, und auch Staub von der Maschine oder von außen durch diese kleinen Öffnungen in den zylindrischen Durchgang. Im Ergebnis beeinflussen das Schmiermittel und der Staub die Schläuche, die Kabel und die Leitungen nachteilig.
Wände des zylindrischen Durchgangs sind aus Wänden des ersten und des zweiten Gehäuses gebildet, die in Reihe angeordnet sind. Die Wände des ersten und des zweiten Gehäuses drehen sich relativ zueinander gemäß der Änderung der Stellung des Handgelenks. Am Rand der Wände des ersten und des zweiten Gehäuses wirkt eine durch die relative Drehung verursachte Scherkraft auf die Schläuche, die Kabel usw., und dann werden die Schläuche, die Kabel etc. örtlich verdreht.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter vorzusehen, die Schläuche, Kabel, Leitungen usw., die durch einen in der Handgelenkeinheit ausgebildeten zylindrischen Durchgang hindurch treten, vor schädlichen und rauhen äußeren Umgebungen schützt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung einer Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Handgelenkeinheit Folgendes auf:
ein erstes, ein zweites und ein drittes Antriebsrohr, die in dieser Reihenfolge von der Außenseite koaxial angeordnet sind und in einem Endachsenarm des Roboters angeordnet sind,
einen ersten Handgelenkabschnitt, der mit dem ersten Antriebsrohr verbunden ist und durch ein mechanisches Bauteil um eine erste Achse drehbar, um so einen ersten Raum um die Achse herum auszubilden,
einen zweiten Handgelenkabschnitt, von dem ein Ende mit dem zweiten Antriebsrohr durch Zahnräder verbunden ist, die innerhalb des ersten Handgelenkabschnitts vorgesehen sind, und der durch ein mechanisches Bauteil um eine zweite Achse drehbar ist, um so einen zweiten Raum um die zweite Achse herum auszubilden, die die erste Achse schneidet,
einen Werkzeugstützabschnitt, von dem ein Ende durch Zahnräder, die innerhalb des ersten und des zweiten Handgelenkabschnitts vorgesehen sind, mit dem dritten Antriebsrohr verbunden ist, und von dem das andere Ende mit einem Arbeitswerkzeug verbunden ist, wobei es durch ein mechanisches Bauteil um eine dritte Achse drehbar ist, um so einen dritten Raum um die dritte Achse herum auszubilden, die die zweite Achse schneidet, einen Durchgang, der durch den vorstehend genannten ersten, den zweiten und den dritten Raum gebildet wird, die in Reihe angeordnet sind, der sich von dem dritten Antriebsrohr in dem Endachsenarm zu einer Endfläche des Werkzeugstützabschnitts erstreckt, und
ein Schutzelement, von dem beide Enden an dem dritten Antriebsrohr bzw. dem Werkzeugstützabschnitt so befestigt und abgedichtet sind, daß das Schutzelement in dem Durchgang angeordnet sein kann, und wobei es flexible Bauteile zumindest in der Nähe seiner befestigten und abgedichteten Enden hat, wobei sich die flexiblen Bauteile entsprechend den Drehungen des dritten Antriebsrohrs und des Werkzeugstützabschnitts verformen.
Das Schutzelement ist aus einem elastischen verformbaren Material wie beispielsweise Gummi oder Harz geschaffen und hat zumindest in der Nähe der befestigten und abgedichteten Enden fortlaufende Wellungen, so daß es flexibel ist. Aufgrund eines mechanischen Bauteils wie beispielsweise ein Zahnrad oder ein Lager sind in dem ersten Handgelenkabschnitt, dem zweiten Handgelenkabschnitt und dem Werkzeugstützabschnitt, die den Durchgang bilden, kleine Öffnungen von dem Durchgang nach außen. Dichtungselemente werden an den kleinen Öffnungen angebracht, um diese zu verschließen, so daß ein Innenraum zwischen der Wand des Durchgangs und der Außenfläche des Schutzelements geschaffen wird. Der Innenraum ist mit Schmiermittel gefüllt.
Bei einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Schutzelement durch Gleitelemente geführt, die innerhalb des Durchgangs angeordnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung der Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter sind die Schläuche, die Kabel, die Leitungen usw. zum Zuführen von Luft und elektrischem Strom in dem Schutzelement verlegt, das innerhalb des Durchgangs aufgenommen ist. Deshalb kommen das Schmiermittel für eine glattere Drehung der Lager oder dergleichen und Staub von der Außenseite der Maschine niemals direkt in einen Kontakt mit den Schläuchen, und das Schmiermittel und der Staub haben keinen nachteiligen Einfluß.
Auch wenn sich das dritte Antriebsrohr oder dergleichen dreht, verformt sich das Schutzelement entsprechend der Drehung. Deshalb beeinträchtigt eine durch die relative Drehung an dem Rand der Wände des ersten und des zweiten Gehäuses verursachte Scherkraft nicht die Schläuche, die Kabel usw. Dementsprechend werden die Schläuche, die Kabel usw. vor Beeinträchtigung geschützt.
Des weiteren sind die Dichtungselemente an den kleinen Öffnungen an dem ersten Handgelenkäbschnitt, dem zweiten Handgelenkabschnitt und dem Werkzeugstützabschnitt angebracht, die den Durchgang ausbilden. Diese Dichtungselemente stellen zusammen mit dem Schutzelement die hermetische Abdichtung des Durchgangs sicher. Dadurch wird es möglich, das Schmiermittel in den Innenraum zwischen den Wänden des Durchgangs und der Außenfläche des Schutzelements zu spritzen. Somit kann das Schutzelement entsprechend der Drehung des ersten Handgelenkabschnitts oder dergleichen verformt werden, während die Reibung zwischen dem Durchgang und dem Schutzelement verringert ist.
Im Ergebnis verringert sich die Reibung zwischen dem Schutzelement und dem Durchgang, wodurch die Beschädigung und die Beeinträchtigung vermindert werden. Es wird auch sichergestellt, daß das Schmiermittel zu den Zahnrädern, den Lagern usw. zugeführt wird und daß Staub von der Außenseite der Maschine nicht in den Durchgang eindringt. Die Schläuche, die Kabel, die Leitungen usw., die durch den Durchgang hindurch treten, können durch das Schutzelement gegen rauhe äußere Umgebungen geschützt werden.
Wenn das Schutzelement durch ein Gleitelement geführt wird, das in dem Durchgang angeordnet ist, kann das Schutzelement auch entsprechend der Drehung des ersten Handgelenkabschnitts usw. verformt werden, während die Reibung zwischen dem Durchgang und dem Schutzelement verringert ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht einer Handgelenkeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter vorgesehen ist;
Fig. 2(a) ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte bezüglich eines Befestigungsaufbaus eines Schutzelements bei der in Fig. 1 gezeigten Handgelenkeinheit, in der ein Schutzelement hermetisch an einem Antriebsrohr in einem Endachsenarm befestigt ist;
Fig. 2(b) ist eine vergrößerte Ansicht der Hauptabschnitte bezüglich eines Befestigungsaufbaus des Schutzelements bei der in Fig. 1 gezeigten Handgelenkeinheit, in der das Schutzelement abdichtbar an einen Werkzeugstützabschnitt montiert ist;
Fig. 3(a) ist eine Querschnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Handgelenkeinheit und veranschaulicht den Betrieb der Handgelenkeinheit;
Fig. 3(b) und 3(c) sind vergrößerte Ansichten der Hauptabschnitte von Fig. 3(a), die die Flexibilität des Schutzelements veranschaulichen; und
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht einer Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Handgelenkeinheit.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Ein Handgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung, das an einen Industrieroboter montiert ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Querschnittansicht der Handgelenkeinheit für den Industrieroboter. Die Fig. 2(a) und 2(b) sind vergrößerte Ansichten der Hauptabschnitte eines Aufbaus zum Montieren eines Schutzelements an der Handgelenkeinheit für den Industrieroboter. Die Fig. 3(a) bis 3(c) veranschaulichen des Betrieb der Handgelenkeinheit und die Flexibilität des Schutzelements. Fig. 4 ist eine Querschnittansicht einer Abwandlung der vorstehend beschriebenen Handgelenkeinheit für den Industrieroboter.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Handgelenkeinheit 1 mit dem Vorderende eines Endachsenarms 2 eines Industrieroboters verbunden. Diese Handgelenkeinheit 1 weist einen ersten Handgelenkabschnitt 3, einen zweiten Handgelenkabschnitt 4 und einen Werkzeugstützabschnitt 5 auf. Der erste Handgelenkabschnitt 3 hat eine erste Achse 6 und einen Raum A zum Aufnehmen eines Zahnrads an seinem Ende an der Seite des Endachsenarms 2. Ein erstes Antriebsrohr 7, ein zweites Antriebsrohr 8 und ein drittes Antriebsrohr 9, die den Endachsenarm 2 bilden, sind koaxial um die erste Achse 6 in dieser Reihenfolge von der Außenseite angeordnet.
Die Handgelenkeinheit 1 kann durch einen Aufbau, der nachstehend beschrieben wird, leicht mit dem Endachsenarm 2 an der Seite des ersten Handgelenkabschnitts 3 verbunden werden. Das innerste dritte Antriebsrohr 9 ist durch einen Antriebsstift 10 mit einem Kegelrad 12 verbunden. Das Kegelrad 12 ist in dem Raum A aufgenommen und durch ein Lager 11 drehbar gehalten. Der Raum A nimmt Zahnräder innerhalb des ersten Handgelenkabschnitts 3 auf. Das zweite Antriebsrohr 8 ist durch einen Antriebsstift 13 mit einem Kegelrad 15 verbunden. Das Kegelrad 15 ist in dem Raum A aufgenommen und durch ein Lager 14 drehbar gehalten. Das erste Antriebsrohr 7 ist durch eine Schraube 17 mit dem ersten Handgelenkabschnitt 3 verbunden.
Ein Ende des zweiten Handgelenkabschnitts 4 ist mit dem anderen Ende des ersten Handgelenkabschnitts 3 so verbunden, daß zusammen mit dem ersten Handgelenkabschnitt 1 ein Raum B ausgebildet ist. Der Raum B wird zum Aufnehmen eines Kegelradkörpers 20 und eines Kegelrades 26 verwendet. Das Kegelrad 26 ist durch eine Schraube 27 mit dem zweiten Handgelenkabschnitt 4 verbunden und durch einen Stift 28 so gesichert, daß es das Kegelrad 15 kämmt. Der zweite Handgelenkabschnitt 4 kann durch die Lager 24 und 25 um eine zweite Achse 30 gedreht werden. Die zweite Achse 30 schneidet die erste Achse 6 an einem Schnittpunkt 31 in einem bestimmten Winkel.
Das Kegelradkörper 20 kämmt das Kegelrad 12 und wird durch eine Drehung des dritten Antriebsrohrs 9 gedreht. Dieser Kegelradkörper 20 besteht aus einem Paar Kegelradhäften 21 und 22. Diese Kegelradhälften 21 und 22 sind durch die Schrauben zusammen gekoppelt, durch einen Stift 23 gesichert und durch das Lager 24 drehbar gehalten.
Die Halteeinrichtungen 37 und 38 sind durch Schrauben 39 an dem anderen Ende des zweiten Handgelenkabschnitts 4 so befestigt, daß sie einen Raum C zu Aufnehmen der Lager ausbilden. Ein mit dem Werkzeugstützabschnitt verbundenes Abgabekegelrad 32 wird in diesem Raum C aufgenommen. Das Abgabekegelrad 32 ist durch Schrauben 33 mit dem Werkzeugstützabschnitt 5 so verbunden, daß es die Kegelradhälfte 22 des Kegelradkörpers 20 kämmt, und es ist durch einen Stift 34 an dem Werkzeugstützabschnitt 5 gesichert. Ein Lager 34A ist drehbar an die Halteeinrichtung 38 gepaßt.
Der Werkzeugstützabschnitt 5 wird durch das Lager 34A so drehbar gehalten, daß es um die dritte Achse 35 drehbar ist. Diese dritte Achse 35 schneidet die zweite Achse 30 an einem Schnittpunkt 36 in einem bestimmten Winkel. Dieser Schnittpunkt 36 ist in einem bestimmten Abstand von dem Schnittpunkt 31 entfernt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Handgelenkeinheit 1 einen zylindrischen Durchgang 45. Der zylindrische Durchgang 45 erstreckt sich entlang der ersten, der zweiten und der dritten Achse 6, 30, 35 von dem Endachsenarm 2 zu einer Endfläche 40 des Werkzeugstützabschnitts 5, an dem ein Arbeitswerkzeug montiert ist. Der zylindrische Durchgang 45 ist in dem ersten Handgelenkabschnitt 3 fortlaufend ausgebildet, der zweite Handgelenkabschnitt 4 und der Werkzeugstützabschnitt S sind in Reihe angeordnet. Die Schläuche, die Kabel, die Leitungen usw. zum Zuführen von Luft und elektrischem Strom, die zur Betätigung des Arbeitswerkzeuges verwendet werden, sind in dem zylindrischen Durchgang 45 aufgenommen.
Ein zylindrisches Element 50, das ein Schutzelement bildet, ist innerhalb des zylindrischen Durchgangs 45 zwischen dem Werkzeugstützabschnitt 5 und dem dritten Antriebsrohr 9 in dem Endachsenarm 2 ausgebildet. Ein Innenraum des zylindrischen Durchgangs 45 ist mit diesem zylindrischen Element 50 bedeckt.
Der Aufbau zum Befestigen des zylindrischen Elements 50 in dem zylindrischen Durchgang 45 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) und 2(b) beschrieben. Fig. 2(a) zeigt einen Abschnitt, an dem das zylindrische Element an dem dritten Antriebsrohr 9 befestigt ist. Das dritte Antriebsrohr 9, dessen Durchmesser sich zu dem Werkzeugstützabschnitt S allmählich erhöht, weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 9A, einen Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 9B und einen Abschnitt mit großem Durchmesser 9C auf. Das zylindrische Element 50 hat einen Endabschnitt 50A, der in dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 9A des dritten Antriebsabschnitts 9 eingepaßt ist. Der Endabschnitt 50A ist mit einem vorstehenden Abschnitt 9a des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 9A in Eingriff. Eine ringförmige Nut 51 ist an der Innenfläche des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 9A des dritten Antriebsrohrs 9 ausgebildet. Eine ringförmige Dichtung 52 ist in die ringförmige Nut 51 eingepaßt. Dadurch ist die Außenfläche 50a des zylindrischen Elements 50 mit der Innenfläche des dritten Antriebsrohrs 9 elastisch in Kontakt. Folglich wird ein Endabschnitt 50A des zylindrischen Elements 50 in einen hermetisch befestigten Zustand gebracht.
Fig. 2(b) zeigt den Abschnitt, an dem der zylindrische Abschnitt an dem Werkzeugstützabschnitt 5 befestigt ist.
Der Werkzeugstützabschnitt 5 ist mit einem Vertiefungsloch 5A versehen, das an einer Fläche zum Befestigen eines Arbeitswerkzeuges mündet. Das Vertiefungsloch 5A hat einen Bodenabschnitt 5a. Ein ringförmiges Element 53 ist an dem Bodenabschnitt 5a gepaßt. Der andere Endabschnitt 50B des zylindrischen Elements 50 ist an eine Innenumfangsfläche des ringförmigen Elements 53 gepaßt. Und ein ringförmiges Stützelement 54 ist zwischen der Innenumfangsfläche des ringförmigen Elements 53 und dem anderen Endabschnitt 50B des zylindrischen Elements 50 eingesetzt. Dadurch ist der andere Endabschnitt 50B des zylindrischen Elements 50 an dem Werkzeugstützabschnitt 5 befestigt. Eine ringförmige Dichtung 56 ist in einer ringförmigen Nut 55 eingepaßt, die durch das ringförmige Element 53 und das ringförmige Stützelement 54 ausgebildet ist.
Die ringförmige Nut 55 hat im wesentlichen einen V- förmigen Querschnitt. Durch die ringförmige Dichtung 56 ist die Außenfläche 50a des zylindrischen Elements 50 elastisch mit der Innenfläche des Werkzeugstützabschnitts 5 in Kontakt. Folglich wird ein Endabschnitt 50B des zylindrischen Elements 50 in einen hermetisch befestigten Zustand gebracht.
Das zylindrische Element 50 ist aus einem Material hergestellt, das elastisch verformt werden kann, wie beispielsweise Gummi oder Harz. Wie dies in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt ist, erstrecken sich Wellungen 62 zwischen beiden Enden 50A und 50B des zylindrischen Elements 50. Die Wellungen 62 sind durch aufeinanderfolgende radiale Faltungen der Außenfläche 50a und der Innenfläche 50b ausgebildet. Das zylindrische Element 50 verformt sich entsprechend den Drehbewegungen des ersten Handgelenkabschnitts 3, des zweiten Handgelenkabschnitts 4 und des Werkzeugstützabschnitts 5 durch ein Strecken und ein Zusammenziehen die konkaven Abschnitte 60 und der konvexen Abschnitte 61, die die Wellungen 62 bilden. D. h. das zylindrische Element 50 ist mit Flexibilität versehen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Handgelenkeinheit 1 die Räume A bis C zum Aufnehmen von Zahnrädern, die in dem ersten Handgelenkabschnitt 3 und in dem zweiten Handgelenkabschnitt 4 ausgebildet sind. Diese Räume A bis C sind in Verbindung mit dem zylindrischen Durchgang 45. Um die Räume A bis C von dem zylindrischen Durchgang 45 zu trennen, ist eine Vielzahl von ringförmigen Dichtungselementen 70 bis 73 vorgesehen. Insbesondere ist das Dichtungselement 70 elastisch in der kleinen Öffnung zwischen dem Kegelrad 12, das in dem Raum A aufgenommen ist, und dem ersten Handgelenkabschnitt 3 eingepaßt. Das Dichtungselement 71 ist elastisch in der kleinen Öffnung zwischen der Kegelradhälfte 21 des Kegelradkörpers 20, der in dem Raum B aufgenommen ist, und dem ersten Handgelenkabschnitt 3 eingepaßt. Das Dichtungselement 72 ist elastisch in der kleinen Öffnung zwischen der Kegelradhälfte 22 und dem zweiten Handgelenkabschnitt 4 eingepaßt. Das Dichtungselement 73 ist elastisch in der kleinen Öffnung zwischen dem Kegelrad 32, das in dem Raum C gehalten ist, und dem zweiten Handgelenkabschnitt 4 eingepaßt. Diese Dichtungselemente bilden zusammen einen Innenraum 75 zwischen der Innenfläche des zylindrischen Durchgangs 45 und der Außenfläche des zylindrischen Elements 50 aus. Der Raum 75 ist mit Schmiermittel 76 wie beispielsweise einem Öl oder einem Schmierfett gefüllt, um den Reibungswiderstand wegen dem Kontakt zwischen dem zylindrischen Element 50 und dem zylindrischen Durchgang 45 zu verringern.
In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Handgelenkeinheit 1 für einen Industrieroboter so aufgebaut, wie dies bis hierher beschrieben ist. Der Mechanismus, der dem zylindrischen Element 50 der Handgelenkeinheit 1 Flexibilität verleiht, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 beschrieben. Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, daß sich die Handgelenkeinheit 1 am Anfang in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand befindet.
(1) Wenn das zweite Antriebsrohr 8 um 180º in die durch den Pfeil D in Fig. 1 bezeichnete Richtung gedreht wird, ohne daß das erste Antriebsrohr 7 und das dritte Antriebsrohr 9 in dem Endachsenarm 2 gedreht werden, wird das Kegelrad 15 gedreht. Danach wird das das Kegelrad 15 kämmende Kegelrad 26 gedreht. Der an das Kegelrad 26 befestigte zweite Handgelenkabschnitt 4 wird durch das Lager 24 um die zweite Achse 30 in dieselbe Richtung gedreht, in die das zweite Antriebsrohr 8 gedreht wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich ein Eingriffspunkt, an dem das Kegelrad 22 das Kegelrad 32 kämmt, das starr an dem Werkzeugstützabschnitt 5 gesichert ist. Im Ergebnis wird der Werkzeugstützabschnitt 5 in eine Richtung gedreht, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des zweiten Handgelenkabschnitts 4 ist. Folglich dreht sich, wenn der zweite Handgelenkabschnitt 4 gedreht wird, der Werkzeugstützabschnitt 5 unabhängig von der Drehrichtung des zweiten Antriebsrohrs 8, d. h. in eine entgegengesetzte Richtung zu dem zweiten Antriebsrohr 8, wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist. Und danach dreht sich das dritte Antriebsrohr 9 auch in dieselbe Richtung wie eine Drehung des Werkzeugstützabschnitts 5, weil das dritte Antriebsrohr 9 an dem Werkzeugstützabschnitt 5 mit dem Kegelrad 32, dem Kegelradkörper 20 usw. verbunden ist. Infolgedessen wird die Handgelenkeinheit 1 ohne die Verdrehung des zylindrischen Elements 50 nach unten gebogen. Folglich wird die gewünschte Arbeitsstellung erlangt.
(2) Wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist, wird, wenn der zweite Handgelenkabschnitt 4 bzw. der Werkzeugstützabschnitt 5 gedreht werden und danach die Handgelenkeinheit 1 nach unten gebogen wird, d. h. wenn der Werkzeugstützabschnitt 5 in die gewünschte Arbeitsstellung gebracht wird, der zylindrische Durchgang 45 in ähnlicher Weise gebogen. Zu diesem Zeitpunkt verformt sich das zylindrische Element 50 entsprechend zu diesem Zustand des zylindrischen Durchgangs 45, während die Reibung mit dem zylindrischen Durchgang 45 durch das Schmiermittel 76 in dem Innenraum 75 verringert wird. Genauer gesagt sind beide Enden 50A und 50B des zylindrischen Elements 50 abgedichtet. Wie dies in Fig. 3(b) gezeigt ist, hat die Handgelenkeinheit 1 einen gekrümmten Abschnitt 100 an der Seite des Raums A zum Aufnehmen von Zahnrädern. Der gekrümmte Abschnitt 100 hat eine Innenfläche 50b und eine Außenfläche 50a. An der Innenfläche 50b sind die konkaven Abschnitte 60 und die konvexen Abschnitte 61 der Wellungen 62 zusammengezogen. An der Außenfläche 50a sind die konkaven Abschnitte 60 und die konvexen Abschnitte 61 der Wellungen 62 gestreckt und gefaltet. Der erste Handgelenkabschnitt 3 hat einen gekrümmten Abschnitt 101 an der Seite des Raums B zum Aufnehmen von Zahnrädern. Der gekrümmte Abschnitt 101 hat eine Außenfläche 50a und eine Innenfläche 50b. Wie dies in Fig. 3(c) gezeigt ist, sind an der Außenfläche 50a die konkaven Abschnitte 60 und die konvexen Abschnitte 61 der Wellen 62 zusammengezogen, während an der Innenfläche 50b die konkaven Abschnitte 60 und die konvexen Abschnitte 61 der Wellungen 62 gestreckt und gefaltet sind. Auf diese Weise wird der Handgelenkeinheit Flexibilität verliehen. Das zylindrische Element 50 wird entsprechend dem Biegezustand der Handgelenkeinheit 1 verformt.
Wenn das dritte Antriebsrohr 9 um 180º in die durch den Pfeil D in Fig. 1 bezeichnete Richtung gedreht wird, ohne daß das erste Antriebsrohr 7 und das zweite Antriebsrohr 8 des Endachsenarms 2 gedreht werden, oder wenn das erste Antriebsrohr 7 um 180º in die durch den Pfeil D in Fig. 1 bezeichnete Richtung gedreht wird, ohne daß das erste Antriebsrohr 7 und das zweite Antriebsrohr 8 des Endachsenarms 2 gedreht werden, kann sich das zylindrische Element 50 entsprechend der sich ändernden Stellung der Handgelenkeinheit 1 verformen, d. h. bei der Drehung der Antriebsrohre 7, 8, 9. Weil das Selbstverständlichkeiten sind, werden diese hier nicht näher beschrieben.
Auf diese Weise erstreckt sich bei der vorliegenden Erfindung der Handgelenkeinheit 1 für einen Industrieroboter das zylindrische Element 50 zum Schützen von Schläuchen, Kabeln, Leitungen usw. zum Zuführen von Luft und elektrischem Strom entlang des gesamten zylindrischen Durchgangs 45 zwischen dem dritten Antriebsrohr 9 in dem Endachsenarm 2 und dem Werkzeugstützabschnitt 5. Beide Enden 50A und 50B des zylindrischen Elements 50 sind an dem dritten Antriebsrohr 9 bzw. dem Werkzeugstützabschnitt 5 befestigt und abgedichtet. Außerdem ist zumindest um beide Enden 50A und 50B des zylindrischen Elements 50 ein Flexibilitätsmechanismus eingerichtet, um es der Handgelenkeinheit zu ermöglichen, sich entsprechend der Drehung des dritten Antriebsrohrs 9 und des Werkzeugaufnahmeabschnitts 5 zu verformen.
Wenn dementsprechend die Schläuche, die Kabel, die Leitungen usw. zum Zuführen von Luft und elektrischem Strom in das zylindrische Element 50 verlegt sind, das innerhalb des Durchgangs 45 angeordnet ist, sind das für eine glattere Drehung der Lager und anderer Bauteile zugeführte Schmiermittel und der Staub, der von der Außenseite der Maschine eindringt, nicht direkt in Kontakt mit den Schläuchen usw. Folglich werden die Schläuche usw. nicht von dem Schmiermittel usw. beeinträchtigt. Auch wenn sich das dritte Antriebsrohr 9 oder dergleichen dreht, verformt sich des weiteren das zylindrische Element 50 entsprechend der Drehung. Eine Scherkraft, die durch die relative Drehung erzeugt wird und an dem Verbindungsabschnitt der Wand auftritt, die den Durchgang 45 bildet, wirkt nicht direkt auf die Schläuche usw. Folglich sind die Schläuche, die Kabel usw. vor Beeinträchtigung geschützt.
Es gibt die Dichtungselemente 70 bis 73 in den Aufnahmeräumen A bis C zum Schließen der kleinen Öffnungen, die zu dem zylindrischen Durchgang 45 führen. Diese Dichtungselemente wirken mit dem zylindrischen Element 50 zusammen, um sicherzustellen, daß der zylindrische Durchgang 45 hermetisch abgedichtet ist. Dadurch wird es möglich, das Schmiermittel 76 in den Innenraum 75 zwischen der Innenfläche des zylindrischen Durchgangs 45 und der Außenfläche des zylindrischen Elements 50 zu spritzen. Folglich erlaubt die Handgelenkeinheit eine Verformung des zylindrischen Elements 50 entsprechend der Drehung des ersten Handgelenkabschnitts 3 oder dergleichen, während die Reibung mit dem zylindrischen Durchgang 45 durch das eingespritzte Schmiermittel 76 verringert ist.
Im Ergebnis wird sichergestellt, daß das zu den Zahnrädern 12, 15, 20, 21 usw. und zu den Lagern 11, 14, 24 usw. zugeführte Schmiermittel und der Staub von der Außenseite der Maschine nicht in die zylindrischen Durchgang 45 eindringt, während die Beschädigung und die Beeinträchtigung wegen der Reibung zwischen dem zylindrischen Element 50 und dem zylindrischen Durchgang 45 reduziert sind. Auch die Schläuche, die Kabel, die Leitungen usw., die in dem zylindrischen Durchgang 45 angeordnet sind, können gegen die rauhe äußere Umgebung durch das zylindrische Element 50 geschützt werden.
In der vorliegenden Erfindung der Handgelenkeinheit 1 zur Verwendung an einem Industrieroboter wird das Schmiermittel 76 in den Innenraum 75 eingespritzt, um die Reibung zwischen dem zylindrischen Element 50 und dem zylindrischen Durchgang 45 zu vermindern und die Beschädigung und die Beeinträchtigung zu verringern. Es ist zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt ist. Beispielsweise, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, kann ein ringförmiges leicht gleitendes Bewegungselement 80 für das dritte Antriebsrohr 9, den Kegelradkörper 20 und das Kegelrad 32 vorgesehen sein, wobei es in den Innenraum 75 vorsteht. Dadurch wird die Reibung zwischen dem zylindrischen Element 50 und dem zylindrischen Durchgang 45 vermindert und die Beschädigung und die Beeinträchtigung der Schläuche usw. verringert. Das zylindrische Element 50 ist an der Innenfläche des ringförmigen leicht gleitenden Bewegungselements 80 eingepaßt. Eine Buchse mit einem Schmierelement an ihrer Innenfläche, ein Rollen- oder ein Kugellager, das sich in der Richtung der Gleitbewegung drehen kann, oder dergleichen können in geeigneter Weise als das leicht gleitende Bewegungselement 80 verwendet werden.
Weil das zylindrische Element 50 nur einen geringen Reibungswiderstand von dem ringförmigen leicht gleitenden Bewegungselement 80 aufnimmt, werden die Beschädigung und die Beeinträchtigung des zylindrischen Elements 50 vermindert. Gleichzeitig dringen das zu den Zahnrädern 12, 15, 20, 21 usw. und zu den Lagern 11, 14, 24 usw. zugeführte Schmiermittel und der Staub, von der Außenseite der Maschine nicht in den zylindrischen Durchgang 45 ein. Das zylindrische Element 50 kann die in dem zylindrischen Durchgang 45 angeordneten Schläuche, Kabel, Leitungen usw. vor einer rauhen äußeren Umgebung schützen.
Bei der Handgelenkeinheit 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels wirkt das zylindrische Element 50 als ein Schutzelement, und es ist nicht auf den veranschaulichten Aufbau beschränkt. Ein geeignetes Schutzelement kann verwendet werden, solange es den zylindrischen Durchgang 45 abdichtet, und es kann entsprechend der Drehung des ersten Handgelenkabschnitts 3, des zweiten Handgelenkabschnitts 4 und des Werkzeugstützabschnitts 5 verformt werden.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT

Wie dies soweit beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung auf die Handgelenkeinheit für einen Industrieroboter anwendbar, die drei unabhängige Drehachsen, die sich an zwei voneinander entfernten Punkten schneiden, ein erstes Gehäuse, ein zweites Gehäuse und ein Werkzeugstützelement hat, die sich jeweils durch mechanische Bauteile wie beispielsweise Zahnräder, Lager usw. um die drei Drehachsen drehen können, und ein zylindrischer Durchgang ist innerhalb des ersten Gehäuses, des zweiten Gehäuses und des Werkzeugstützelements ausgebildet, die in Reihe angeordnet sind.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung als die Handgelenkeinheit für einen Industrieroboter geeignet, die die in dem zylindrischen Durchgang angeordneten Schläuche, Kabel, Leitungen usw. vor einer rauhen Umgebung schützen kann.

Claims

1. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter mit einem Arm, die folgendes aufweist:

eine erste Achse (6),

eine zweite Achse (30), die die erste Achse (6) schneidet,

eine dritte Achse (35), die die zweite Achse (30) schneidet,

einen ersten Handgelenkabschnitt (3), von dem ein Ende mit dem Arm (2) des Industrieroboters verbindbar ist und der durch ein mechanisches Bauelement um die erste Achse (6) drehbar ist, um so einen ersten Raum um die erste Achse (6) herum auszubilden,

einen zweiten Handgelenkabschnitt (4), von dem ein Ende mit dem anderen Ende des Handgelenkabschnitts (3) verbunden ist und der durch ein mechanisches Bauelement um die zweite Achse (30) drehbar ist, um so einen zweiten Raum um die zweite Achse (30) herum auszubilden,

einen Werkzeugstützabschnitt (5), von dem ein Ende mit dem anderen Ende des zweiten Handgelenkabschnittes (4) verbunden ist und der durch ein mechanisches Bauelement um die dritte Achse (35) drehbar ist, um so einen dritten Raum um die dritte Achse (35) herum auszubilden,

einen zylindrischen Durchgang (45), der durch den ersten, den zweiten und den dritten Raum ausgebildet ist, die in Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

ein zylindrisches Schutzelement (50), von dem ein Ende an dem Werkzeugstützabschnitt (5) befestigt und abgedichtet ist und von dem das andere Ende an dem Arm (2) des Industrieroboters befestigbar und abdichtbar ist, wobei das Schutzelement (50) in dem Durchgang (45) angeordnet ist und entlang der gesamten Länge des Durchgangs (45) so verlegt ist, daß es die Innenseite des Durchgangs abdeckt, und wobei es flexible Bauelemente (62) hat, die sich entsprechend den Drehungen des Armes (2) und des Werkzeugstützabschnitts (5) verformen.

2. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein erstes, ein zweites und ein drittes Antriebsrohr (7, 8, 9), die in dieser Reihenfolge von der Außenseite koaxial angeordnet sind und die in einem Endachsenarm (2) des Roboters anzuordnen sind, wobei

das erste Antriebsrohr (7) mit dem ersten Handgelenkabschnitt (3) verbunden ist, das zweite Antriebsrohr (8) durch Zahnräder (12, 15), die innerhalb des ersten Handgelenkabschnitts (3) vorgesehen sind, mit dem zweiten Handgelenkabschnitt (4) verbunden ist, wobei

der Werkzeugstützabschnitt (5) zwei Enden hat, von denen ein Ende durch Zahnräder (12, 20), die innerhalb des ersten und des zweiten Handgelenkabschnitts (3, 4) vorgesehen sind, mit dem dritten Antriebsrohr (9) verbunden ist, und von denen das andere Ende mit einem Arbeitswerkzeug verbindbar ist, wobei

sich der Durchgang (45) von dem dritten Antriebsrohr (9) und dem Schutzelement (50) erstreckt, von dem ein Ende an dem dritten Antriebsrohr (9) befestigt und abgedichtet ist, und wobei

das Schutzelement (50) flexible Bauteile (62) zumindest in der Nähe seiner befestigten und abgedichteten Enden hat, wobei sich das flexible Bauteil (62) entsprechend der Drehung des dritten Antriebsrohrs (9) und des Werkzeugstützabschnitts (5) verformt.

3. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Schutzelement (50) aus einem elastisch verformbaren Material wie beispielsweise Gummi oder Harz geschaffen ist und fortlaufende Wellungen (62) zumindest in der Nähe der befestigten und abgedichteten Enden (50A, 50B) hat.

4. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Handgelenkabschnitt (3), der zweite Handgelenkabschnitt (9) und der Werkzeugstützabschnitt (5), die den Durchgang (45) bilden, mit Dichtungselementen (70, 71, 72, 73) versehen sind, um kleine Öffnungen zu schließen, die von dem Durchgang (45) zur Außenseite münden.

5. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter nach Anspruch 4, wobei ein zwischen der Wand des Durchgangs (45) und der Außenfläche des Schutzelements (50) gebildeter Innenraum (75) mit einem Schmiermittel gefüllt ist.

6. Handgelenkeinheit zur Verwendung an einem Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schutzelement (50) durch ein Gleitelement (80) geführt ist, das innerhalb des Durchgangs (45) angeordnet ist.