DE7540045U - Antriebseinheit fuer einen manipulatorarm - Google Patents

Description

KERNFORSCHUNG MBH Karlsruhe, den 12. Dez* 1975

PLA 7567 Sdt/lb

Antriebseinheit für einen Manipulatorarm

Die Neuerung betrifft eine Antriebseinheit für einen motorisch angetriebenen, dreigelenkigen sowie schwenkbaren Manipulatorarm, dessen Ober- und Unterarm jeweils als Doppelarm ausgeführt ist. wobei die hohl ausgebildeten Doppelarmteile die Kraftübertragungselemente von den im Grundkörper angebrachten Antriebsmotoren zu den Gelenken aufnehmen, bestehend aus einer Grundplatte mit Lagerelementen, an weichen der Oberarm angelenkt ist.

Die Neuerung hat zur Aufgabe, einen fernsteuerbaren oder programmgesteuerten, motorisch angetriebenen Manipulator zu schaffen, der ein möglichst niederes Massenträgheitsmoment besitzt, sowie eine geringe Bauhöhe aufweist. Um die Antriebsleistung zu verringern, sollen die zu beschleunigenden und abzubremsenden Massen vor der Schultergelenksachse gering gehalten werden.

Gemäß der vorgeschlagenen Neuerung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antriebsmotoren für das Schulter- und das Ellbogengelenk mit ihren Abtriebsrädern einander abgewandt fluchtend auf einer gemeinsamen Achse auf der Grundplatte angeordnet sind, welche, von der Arbeitsseite des Manipulatorarmes gesehen hinter der Achse durch das Schultergelenk gelegen und zu ihr parallel ist. Dabei ist es weiterhin von Vorteil, daß der Antriebsmotor für das Handgelenk axial in der Schultergelenkachse gelegen ist und daß die in den Innenraum des einen höhlen Armteiles geführte Abtriebswelle seines Getriebes ein Zahn- oder Kettenrad aufweist, welches in dem einen hohlen Armteil gelegen ist, an dessen gegenüberliegender Außenseite das Zahn- oder Kettenrad auf einem, an das hohle Armteil angeflanschten Wellenstumpf zur Betätigung der SchuIterdrehung sitzt. Weiterhin ist es günstig, daß die auf der Grundplatte angeordneten Antriebsmotoren für Schulter- Ellbogen- und Handgelenk in einem ersten Gehäuse gelegen sind, welches drehbar auf einem zweiten Gehäuse sitzt, das den Antriebsmotor und das Reduziergetriebe für die Drehung aufnimmt, wobei das Reduziergetriebe in der Drehbzw. Schwenkachse und der mit einem Zahnriemen daran angeschlossene Antriebsmotor von der Arbeitsseite des Armes ausgesehen vor dieser Achse gelegen ist.

Weitere Einzelheiten der Neuerung werden im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert:

Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines Industrieroboters, der mit dem neuerungsgemäßen Antrieb ausgerüstet ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die Gehäuse des Antriebs,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch das Schultergelenk entlang der Linie A - B«

Der in der Figur 1 dargestellte Industrieroboter besteht aus einem ferngesteuerten . oder programmgesteuerten Arbeitsarm, der an einem schwenkbaren Gehäuse 1 angelenkt ist. Das Gehäuse 1 sitzt drehbar auf einem

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zweiten Gehäuse 2, welches den Antrieb 3, 4 für die Drehung enthält.Das Gehäuse Z ist auf der Fundamentplatte 5" befestigt. Der Arbeitsarm des Roboters ist, wie in der Seitenansicht gemäß der Figur 1 nicht zu sehen ist, doppelarmig ausgeführt. Die Doppelarmteile 6 und 7 des Oberarms sind in Schlitzen des Gehäuses 1 gelagert und sind um die Schultergelenksachse 8 schwenkbar. Die Verbindung zu dem ebenfalls doppelarmig ausgeführten Unterarm 9 erfolgt mittels des Ellbogengelenkes 10. An dem Unterarm 9 ist die um mehrerere Achsen neig- und schwenkbare Hand 11 mit der um ihre Längsachse, drehbaren Greifzange 12 angesetzt.

In den Figuren 2 und 3 sind Schnitte durch die Gehäuse 1 und 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Auf einer Grundplatte 13 sind die Antriebsmotoren 14, 15 und 16 für die Bewegungen des Arbeitsarmes angeordnet. Der Motor 14 erzeugt die Bewegung bzw. Drehung im Schultergelenk bzw. um die Achse 8_# der Motor 15 die des Ellbogengelenkes 10 und der Motor 16 die Drehung des Handgelenkes 17. Die Motoren 14 .und 15 sind fluchtend auf einer gemeinsamen Achse 18 angeordnet, d^'e parallel zu der Schultergelenksachse 8 sowie von der Arbeitsseite 34 des Armes ausgesehen hinter ihr gelegen ist. Die Motoren 14 und 15 sind mit Reduziergetrieben und 20 ausgerüstet, auf deren Abtriebswellen Kettenräder 21 und 22 für zwei Zahnriemen 23 und 24 angebracht sind. Die Anordnung auf der Achse 18 ist dabei derart, daß die Abtriebsseiten der Motoren 14 und 15 mit den Zahnriemen 23 und 24 einander abgewendet sind, so daß die Zahnriemen 23 und 24 an den Außenseiten der Antriebseinheit zu liegen kommen.

In der Schultergelenksachse 8 ist der Antriebsmotor 16 für die Neigebewegung um das Handgelenk 17 angeordnet. An den Motor ist ein Reduziergetriebe 25 angeflanscht, dessen AbtriebswellJ¹' 26 ein Zahnkettenrad 27 trägt. Das Zahnkettenrad 27 ist im Innenraum 28 des einen Doppelarmteiles 6 gelegen und in ihm mittels der Wälzlager 29 gelagert. Das Armteil 6 wiederum ist auf einem Wellenstumpf 30 befestigt, der in der Gehäuseaußenwand 31 mittels der Lager 32 gelagert ist und das mit dem Kettenrad

21 fluchtende Kettenrad 33 für den Zahnriemen 23 trägt. In der gegenüberliegenden Gehäusewand 52 ist in einer Lagerbuchse 35 ein Wellenstück 36 mit dem Kettenrad 37 mittels der Wälzlager 38 gelagert. Das äußere Ende des WeIlenStückes 3 6 trägt ein mit dem Abtriebsrad 22 des Motors 15 fluchtendes weiteres Kettenrad 40 für den Antrieb des Ellbogengelenkes 10. Auf dem Wellenstück 36 ist das andere Oberarmteil 7 mittels der Wälzlager 39 auf dieselbe Weise gelagert wie das erste Oberarmteil 6 auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebes, so daß das Rad 37 im Innenraum des Oberarmteiles 7 zu liegen kommt. Die Motoren 14 und 15 sind mittel ihrer Getriebe 19 und 20 an die Gehäuseaußenvjände 31 und 34 so angeflanscht, daß ihre Abtriebswellen mit den Ritzeln 21

22 durch die Wand hindurch nach außen ragen, so daß die Zahnkettenriemen 23 und 24 an der. beiden Außenseiten der Antriebseinheit zu liegen kommen.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Schwenkung des Manipulatorarms durch Drehen des Gehäuses 1 auf dem Gehäuse 2. Die Schwenkung bzw, Drehung erfolgt, wie in der Figur 2 zu sehen ist, um die Achse 41. Die in dieser Achse 41 gelegene Schwenkwelle 42 ist mit ihrem oberen Ende an der Grundplatte 13 starr befestigt, in dem unteren Gehäuse 2 mittels der Lager 43 und 44 gelagert und an ihrem unteren Ende an das Getriebe 4 angeflanscht, Die Abtriebswelle 45 des Getriebes 4 trägt ein Ritzel 46 für die Zahnkette 47, die durch das Abtriebsrad 48 des Motors 3 angetrieben wird. Der Motor 3 liegt dabei mit seinem Abtriebsrad 48 nach unten vor .der Achse 41, aus der Arbeitsrichtung 34 des Manipulatorarmes gesehen. Das Gehäuse 1 ist auf dem Gehäuse 2 mittels der Kugeldrehverbindung 49 gelagert, deren Innenring 50 dabei dem oberen Gehäuse 1 und .deren Außenring 51 dem unteren Gehäuse 2 zugeordnet ist.

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Die vorliegende Neuerung bezieht sich auf einen frei programmierbaren Industrieroboter mit Manipulatorarm und Punktsteuerung für vielseitige Verwendung, der als schweres Gerät der höher entwickelten Kategorie anzusprechen ist. Das Gerät kann neben der normalen Greifzange mit verschiedenen Spezialzangen oder Werkzeugen versehen werden, indbesondere auch mit einer Punktschweißzange. Der mechanische Manipulatorarm besitzt drei Gelenke und insgesamt sechs voneinander unabhängige Bewegungsmöglichkeiten. Durch die Konstruktion des Oberarms und Unterarms als Doppelarm wird durch die großen Lagerabstände eine hohe Steifigkeit unter den auftretenden Belastungen ermöglicht, dadurch wird die Positioniergenauigkeit verbessert. Das Gewicht des Armes wird verringert und das Schwingungsverhalten kann günstig beeinflußt werden. Die Konstruktion ermöglicht eins einfache Lagerung, günstige Unterbringung der Kraftübertragungselemente in den Armen«und eine geschützte Verlegung der elektrischen Versorgungskabel. Durch die Anordnung von zwei Motoren hinter dem Schulterge lenk werden eine geringe Breite, kleiner Schwenkkreis und ein niedrigeres Massenträgheitsmoment errreicht. Darüber hinaus dienen die Motoren als Gegengewichte, wobei die dritte Antriebseinheit'durch ihre Anordnung im Drehpunkt das Trägheitsmoment so gut wie nicht erhöht. Dadurch wird eine Verringerung der notwendigen Antriebsleistung für das Armdrehen erzielt und durch die Anordnung der Gelenkantriebe auf der Höhe des Schultergelenkes eine wesentlich niedrigere Bauhöhe des Gerätes erreicht.

Durch die beschriebene Bauweise werden beim Neigen des Unterarms die Hand und beim Neigen des Oberarms die Hand und der Unterarm parallel geführt (Raumwinkel bleibt erhalten) .

Außerdem sind dadurch aus der Grundstellung heraus in kleinen Bereichen in X- und 2'i-Richtung angenäherte Translationsbewegungen möglich. Diese Eigenschaft erleichtert das Anfahren von Positionen beim Programmieren.

Ferner unterstützten sich durch diese Bauweise die Gelenke gegenseitig. Hierdurch wird die zu installierende Antriebsleistung erheblich verringert und es ist eine Vereinheitlichung mindestens der Antriebseinheit für die X- und Z-Bewegung möglich.

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Claims (3)

I I I ι . I ι . 1 · J , GESELLSCHAFT FÜR KERNFORSCHUNG MBH Karlsruhe, den 12. Dez. 1975 PIA 7567 Sdt/lb Schutzanspr üche;

1. Antriebseinheit für einen motorisch angetriebenen dreigelenkigen sowie schwenkbaren Manipulatorarm, dessen Ober- und Unterarm jeweils als Doppelarm ausgeführt ist, wobei die hohl ausgebildeten Doppelarmteile die Kraftübertragungselemente von den im Grundkörper angebrachten Antriebsmotoren zu den Gelenken aufnehmen, bestehend aus einer Grundplatte mit Lagerelementen, an welchen der Oberarm angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotoren (14, 15) für das Schulter- und das Ellbogengelenk (8, 10) mit ihren Abtriebsrädern (21, 22) einander abgewandt fluchtend in einer gemeinsamen Achse (18) auf der Grundplatte (13) angeordnet sind, welche., von der Arbeitsseite (34) des Manipulatorarmes gesahen, hinter der Achse (8) durch das Schultergelenk gelegen und zu ihr parallel ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (16) für das Handgelenk (17) axial in der Schultergelenkachse (8) gelegen ist und daß die in den Innenraum (28) des einen hohlen Armteiles (6) geführte Abtriebswelle

(26) seines Getriebes (25) ein Zahn- oder Kettenrad (33} aufweist, welches in dem einen hohlen Armteil (6) gelegen ist, an dessen gegenüberliegender Außenseite das Zahn- oder Kettenrad (33) auf einem, an das hohle Armteil (6) angeflanschten Wellenstumpf (30) zur Betätigung der Schulterdrehung sitzt.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Grundplatte (13) angeordneten Antriebsmotoren (14, 15, 16) für Schulter- Ellbogen- und Handgelenk (8, 10, 17) in einem ersten Gehäuse (1) gelegen sind, welches drehbar auf einem zweiten Gehäuse (2) sitzt, das den

Antriebsmotor (3) und das Reduziergetriebe (4) für das Armschwenken aufnimmt, wobei das Reduziergetriebe (4) in der Schwenkachse (41) und der mit einem Zahnriemen (47) daran angeschlossene Antriebsmotor (3) von der Arbeitsseite (34) des Armes ausgesehen, vor dieser Achse (41) gelegen ist.

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