EP4652017A1

EP4652017A1 - Industrieroboter

Info

Publication number: EP4652017A1
Application number: EP24713908.2A
Authority: EP
Inventors: Guillaume Haas
Original assignee: Autonox Holding GmbH
Current assignee: Autonox Robotics GmbH
Priority date: 2023-03-07
Filing date: 2024-03-04
Publication date: 2025-11-26
Also published as: DE102023105555A1; WO2024183863A1; DE112024000476A5

Abstract

Es wird ein Industrieroboter (1, 101) vorgeschlagen mit einer seriellen Kinematik oder einer Parallelkinematik, welche eine Roboterbasis (2, 102), mindestens einen Roboterarm (3, 103, 103a) mit Armantrieb und eine einen Effektor aufnehmende Effektorhalterung (4, 104) umfasst. Dabei ist der mindestens eine Roboterarm (3, 103, 103a) ausgebildet, die Effektorhalterung (4, 104) relativ zu der Roboterbasis (2, 102) in mindestens zwei Dimensionen im Raum zu bewegen. Der Industrieroboter (1, 101) weist mindestens eine erste Handachse (14) auf, welche einen an der Effektorhalterung (4, 104) angeordneten Effektor in Bezug auf eine erste geometrische Achse (27, 127) bewegt. Die erste Handachse (14) umfasst einen ersten Handachsenmotor (15) und ein erstes Handachsengetriebe (16). Das erste Handachsengetriebe (16) weist eine an den ersten Handachsenmotor (15) gekoppelte erste Getriebestufe (21), die ein erstes Planetengetriebe (19) umfasst, und eine an die erste Getriebestufe (21) gekoppelte zweite Getriebestufe (22), die ein erstes Kegelradgetriebe (20) umfasst, auf.

Description

Titel: Industrieroboter

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung geht aus von einem Industrieroboter mit einer seriellen Kinematik oder einer Parallelkinematik, welche eine Roboterbasis, mindestens einen Roboterarm mit Armantrieb und eine einen Effektor aufnehmende Effektorhalterung umfasst, wobei der mindestens eine Roboterarm ausgebildet ist, die Effektorhalterung relativ zu der Roboterbasis in mindestens zwei Dimensionen im Raum zu bewegen.

Derartige Industrieroboter mit serieller Kinematik oder mit Parallelkinematik dienen zum Positionieren und Bewegen eines Effektors im Raum. Sie sind mit einer ortsfest oder auf einer beweglichen Plattform angeordneten Roboterbasis und einer Effektorhalterung zur Aufnahme eines Effektors ausgestattet. Als Effektor wird beispielsweise ein Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenelement eingesetzt. Die Bewegung der Effektorhalterung relativ zu der Roboterbasis erfolgt mittels mindestens eines Roboterarms, welcher mit einem Armantrieb ausgestattet ist. Bei einem Industrieroboter mit serieller Kinematik handelt es sich beispielsweise um einen Knickarmroboter oder um einen Scara- Roboter. Letzterer wird auch als horizontaler Gelenkarmroboter bezeichnet. Der Aufbau eines Industrieroboters mit serieller Kinematik ähnelt einem menschlichen Arm. Bei einem Industrieroboter mit Parallelkinematik sind zwei, drei oder mehr Roboterarme vorgesehen, die mit ihrem einen Ende an der Roboterbasis und mit ihrem anderen Ende an einem Trägerelement aufgenommen sind, welches die Effektorhalterung aufnimmt. Das Trägerelement kann auch als Werkzeugträger oder als Plattform bezeichnet werden. Durch die aufeinander abgestimmte Bewegung der angetriebenen Roboterarme kann ein an der Effektorhalterung angeordneter Effektor gezielt in mehreren Dimensionen im Raum bewegt werden. Die Roboterarme der Parallelkinematik bewirken eine räumliche Parallelogrammführung der Effektorhalterung. Dabei tragen alle Arme gleichzeitig und damit parallel zur Bewegung des Trägerelements bei.

Die Positionierung der Effektorhalterung mit einem daran angeordneten Effektor erfolgt im Raum mittels des mindestens einen Roboterarms. Eine Bewegung der Effektorhalterung relativ zum Roboterarm sowie eine Bewegung des Effektors oder Teile des Effektors relativ zur Effektorhalterung erfolgt mittels mindestens einer Handachse. Sie ermöglicht beispielsweise eine Drehung des Effektors oder das Öffnen und Schließen eines als Greifer ausgebildeten Effektors. Wenn der mindestens eine Roboterarm die Effektorhalterung in Bezug auf drei Achsen bewegt, werden die zugehörigen Roboterarmachsen als 1. Achse, 2 Achse und 3. Achse bezeichnet. Die Handachsen, welche einen an der Effektorhalterung angeordneten Effektor bewegen, werden als 4. Achse, 5. Achse und 6. Achse bezeichnet. In diesem Fall ist der Industrieroboter mit sechs Achsen ausgestattet, wobei drei Achsen als Handachsen ausgebildet sind. Es kann sein, dass der Industrieroboter nur vier oder fünf Achsen aufweist. In diesem Fall ist entweder die Anzahl der Achsen des mindestens einen Roboterarms reduziert oder die Anzahl der Handachsen.

Jede Handachse ist mit einem Handachsenmotor und einem Handachsengetriebe ausgestattet. Der Handachsenmotor und das Handachsengetriebe sorgen für eine Bewegung eines an der Effektorhalterung angeordneten Effektors in Bezug auf eine geometrische Achse. Eine geometrische Achse ist eine mathematische Gerade. Sind mehrere Handachsen vorgesehen, stehen die zugehörigen geometrischen Achsen typischerweise in einem Winkel zueinander, beispielsweise in einem Winkel von 90°. Die Handachsenmotoren werden bevorzugt unmittelbar oder nahe der Effektorhalterung angeordnet, so dass die Distanz zum Effektor verkürzt ist und die Verluste bei der Kraftübertragung und der Drehmomentübertragung minimiert werden. Dabei besteht die Anforderung, dass die Handachsenmotoren und Handachsengetriebe möglichst kompakt sind, da in unmittelbarer Nähe zum Effektor nur wenig Platz zur Verfügung steht. Darüber hinaus sollen die Handachsengetriebe möglichst geringes Gewicht, wenig Spiel, geringe Reibung, einen guten Wirkungsgrad und ein geeignetes Übersetzungsverhältnis aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter zur Verfügung zu stellen, bei dem die mindestens eine Handachse wenig Platz beansprucht, ein geringes Spiel, einen hohen Wirkungsgrad und ein für die Anwendung geeignetes Übersetzungsverhältnis aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Industrieroboter zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Handachse ein Handachsengetriebe mit einer ersten Getriebestufe und einer zweiten Getriebestufe aufweist, wobei die erste Getriebestufe ein Planetengetriebe und die zweite Getriebestufe ein Kegelradgetriebe umfasst. Dabei ist das Planetengetriebe an den Handachsenmotor gekoppelt. Das Kegelradgetriebe ist an das Planetengetriebe gekoppelt. Die Effektorhalterung ist an das Kegelradgetriebe gekoppelt. Dank des Planetengetriebes wird ein für die jeweilige Anwendung und den Effektor vorgegebenes Übersetzungsverhältnis der Drehzahl des Handachsenmotors zur Drehzahl des Effektors vorgegeben. Das Kegelradgetriebe zeichnet sich durch ein geringes Spiel aus. Die Kombination aus dem Planetengetriebe in der ersten Getriebestufe und dem Kegelradgetriebe in der zweiten Getriebestufe hat damit den Vorteil, dass ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis bei geringem Spiel und hohen Wirkungsgrad erzielt wird. Kleine, kompakte und leichte Handachsenmotoren können direkt mit dem Handachsengetriebe verbunden werden, so dass die Handachse insgesamt ein kleines und kompaktes Baumaß aufweist.

Das sich unmittelbar an den ersten Handachsenmotor anschließende erste Planetengetriebe weist ein Übersetzungsverhältnis kleiner 1 auf. Es sorgt dafür, dass die eingehende Drehzahl des ersten Handachsenmotors in eine ausgehende Drehzahl übersetzt wird, welche kleiner ist als die eingehende Drehzahl. Es führt damit zu einer Untersetzung. Die Drehzahl des ersten Handachsenmotors wird reduziert. Das Planetengetriebe hat den Vorteil, dass es aufgrund eines geringen Volumens wenig Platz beansprucht und dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle, die auch als Antriebswelle und Abtriebswelle bezeichnet werden, koaxial sind.

Das Kegelradgetriebe der zweiten Getriebestufe dient in erster Linie der Umlenkung. An- und Abtriebswellen stehen winklig zueinander. Ihre geometrischen Achsen besitzen einen gemeinsamen Schnittpunkt. Das Kegelradgetriebe umfasst ein Tellerrad und ein Kegelradritzel, die mit möglichst geringem Spiel angeordnet sind. Der Bewegungsfreiraum, in dem sich das Tellerrad und das Kegelrad ritze I relativ zueinander bewegen können, wird bei der Anordnung so eingestellt, dass er möglichst klein ist. Da das Planetengetriebe der Übersetzung dient und das Kegelradgetriebe im wesentlichen der Umlenkung, können das Tellerrad und das Kegelradritzel ein kleines Baumaß aufweisen. Dies sorgt insgesamt für einen kompakten Aufbau. Das Kegelradgetriebe weist ein wesentlich geringeres Spiel auf als das Planetengetriebe. Es kann ein Spiel des Planetengetriebes reduzieren. Damit eignet sich das Kegelradgetriebe besonders gut, um das Drehmoment des Handachsenmotors auf den an der Effektorhalterung angeordneten Effektor zu übertragen. Aufgrund des geringen Spiels ist die Bewegung des Effektors sehr präzise. Dies gilt auch dann, wenn auf den Effektor am Einsatzort Widerstände wirken. Durch die Kombination aus dem Planetengetriebe in der ersten Getriebestufe, welches der Untersetzung dient, und das Kegelradgetriebe in der zweiten Getriebestufe, welches der Umlenkung dient, wird ein präziser Antrieb mit der durch das Planetengetriebe vorgegeben Untersetzung bei geringem Spiel, insbesondere auch geringem Umkehrspiel, wenig Reibung, geringer Masse und kompaktem Baumaß erreicht.

Der erfindungsgemäße Industrieroboter weist mindestens eine Handachse mit einem Handachsengetriebe umfassend ein Planetengetriebe und ein Kegelradgetriebe auf. Ist der Industrieroboter mit mehreren Handachsen ausgestattet, können nur eine Handachse oder zwei Handachsen oder alle drei Handachsen erfindungsgemäß ausgebildet sein. Bei einem Industrieroboter mit sechs Achsen sind bevorzugt die 5. Achse und die 6. Achse erfindungsgemäß ausgebildet und weisen somit ein Handachsengetriebe mit einem Planetengetriebe als erste Getriebestufe und einem Kegelradgetriebe als zweite Getriebestufe auf. Ist der Industrieroboter mit zwei Handachsen mit erfindungsgemäßem Handachsengetriebe ausgestattet, sind bevorzugt die geometrischen Achsen des Handachsenmotors, die geometrischen Achsen der ersten Getriebestufe und/ oder die geometrischen Achsen der zweiten Getriebestufe der beiden Handachsen unter einem bestimmten Winkel zueinander ausgerichtet. Um im folgenden diese beiden erfindungsgemäß aufgebauten Handachsen voneinander unterscheiden zu können, werden diese als erste Handachse und als zweite Handachse bezeichnet. Dies soll keine Einschränkung auf eine bestimmte Handachse eines Industrieroboters darstellen. Der Handachsenmotor der ersten Handachse wird im folgenden als erster Handachsenmotor bezeichnet. Ferner wird das Handachsengetriebe der ersten Handachse als erstes Handachsengetriebe bezeichnet. Das Planetengetriebe der ersten Handachse wird als erstes Planetengetriebe bezeichnet und das Kegelradgetriebe der ersten Handachse als erstes Kegelradgetriebe. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Industrieroboter mit mindestens zwei Handachsen ausgestattet, wobei jede der zwei Handachsen einen Handachsenmotor und ein Handachsengetriebe aufweist und jedes Handachsengetriebe mit einer ersten Getriebestufe umfassend ein Planetengetriebe und mit einer zweiten Getriebestufe umfassend ein Kegelradgetriebe ausgestattet ist. Wie oben angegeben wird dabei eine Handachse als erste Handachse und die andere Handachse als zweite Handachse bezeichnet. Die erste Handachse bewegt den Effektor um eine erste geometrische Achse. Die zweite Handachse bewegt den Effektor um eine zweite geometrische Achse, wobei die zweite geometrische Achse von der ersten geometrischen Achse verschieden ist. Das Planetengetriebe der zweiten Handachse wird als zweiten Planetengetriebe bezeichnet. Es weist ein Übersetzungsverhältnis aus eingehender Drehzahl und ausgehender Drehzahl auf, das kleiner als 1 ist. Das Kegelradgetriebe der zweiten Handachse wird als zweites Kegelradgetriebe bezeichnet. Im Übrigen wird auf die oben aufgeführten Eigenschaften und Vorteile der ersten und zweiten Getriebestufe der ersten Handachse verwiesen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Industrieroboter sechs Achsen auf: drei Achsen des mindestens einen Roboterarms und eine 4., 5. und 6. Achse. Dabei entspricht die 5. Achse der erfindungsgemäßen ersten Handachse und die 6. Achse der erfindungsgemäßen zweiten Handachse.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die erste Getriebestufe der ersten Handachse ausschließlich durch das erste Planetengetriebe gebildet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die zweite Getriebestufe der ersten Handachse ausschließlich durch das erste Kegelradgetriebe gebildet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Getriebestufe der zweiten Handachse ausschließlich durch das zweite Planetengetriebe gebildet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite geometrische Achse, um die die zweite Handachse den Effektor bewegt, senkrecht zu der ersten geometrischen Achse, um die die erste Handachse den Effektor bewegt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Handachsenmotor eine erste Antriebswelle auf, die um eine erste geometrische Antriebswellenachse zur Rotation angetrieben ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste geometrische Antriebswellenachse zu der ersten geometrischen Achse senkrecht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Handachsenmotor eine zweite Antriebswelle auf, die um eine zweite geometrische Antriebswellenachse zur Rotation angetrieben ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite geometrische Antriebswellenachse zu der zweiten geometrischen Achse parallel.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste geometrische Antriebswellenachse und die zweite geometrische Antriebswellenachse parallel. In diesem Fall können der erste Handachsenmotor und der zweite Handachsenmotor unmittelbar nebeneinander angeordnet sein. Dies unterstützt einen kleinen und kompakten Aufbau. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Kegelradgetriebe ein erstes Kegelradritzel und ein mit dem ersten Kegelradritzel wirkverbundenes erstes Tellerrad auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Kegelradgetriebe ein zweites Kegelradritzel und ein mit dem zweiten Kegelradritzel wirkverbundenes zweites Tellerrad auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Planetengetriebe antriebsseitig direkt mit der ersten Antriebswelle des ersten Handachsenmotors verbunden. Zwischen der ersten Antriebswelle und dem ersten Planetengetriebe befindet sich damit kein weiteres Getriebeteil.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Planetengetriebe abtriebsseitig direkt mit dem ersten Kegelradritzel des ersten Kegelradgetriebes verbunden. Zwischen dem ersten Planetengetriebe und dem ersten Kegelradgetriebe befindet sich damit kein weiteres Getriebeteil.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Planetengetriebe antriebsseitig direkt mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Handachsenmotors verbunden. Zwischen der zweiten Antriebswelle und dem zweiten Planetengetriebe befindet sich damit kein weiteres Getriebeteil.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Planetengetriebe abtriebsseitig direkt mit dem zweiten Kegelradritzel des zweiten Kegelradgetriebes verbunden. Zwischen dem zweiten Planetengetriebe und dem zweiten Kegelradgetriebe befindet sich damit kein weiteres Getriebeteil.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Tellerrad um eine erste geometrische Tellerradachse und das zweite Tellerrad um eine zweite geometrische Tellerradachse drehbar. Dabei fällt die erste geometrische Tellerradachse mit der zweiten geometrischen Tellerradachse zusammen oder ist zu dieser parallel.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Handachse ein Handglied auf, welches um die erste geometrische Achse drehbar angeordnet ist. Ferner ist der Effektorträger an dem Handglied um die zweite geometrische Achse drehbar aufgenommen. Dabei sind das Handglied und der Effektorträger zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten und zweiten Tellerrad angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht einen platzsparenden und kompakten Aufbau.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stimmt eine erste geometrische Planetengetriebeachse, um die das erste Planetengetriebe durch den ersten Handachsenmotor angetrieben ist, mit der ersten geometrischen Antriebswellenachse überein oder ist zu dieser parallel.

Nach einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stimmt eine zweite geometrische Planetengetriebeachse, um die das zweite Planetengetriebe durch den zweiten Handachsenmotor angetrieben ist, mit der zweiten geometrischen Antriebswellenachse überein oder ist zu dieser parallel.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Spiel des ersten Kegelradgetriebes kleiner als eine Winkelminute. Wenn der Industrieroboter für hochpräzise Anwendungen ausgelegt sein muss, ist das Spiel des ersten Kegelradgetriebes kleiner als 0,3 Winkelminuten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Spiel des zweiten Kegelradgetriebes kleiner als eine Winkelminute ist. Bei Industrierobotern für spezielle Anwendungen, ist das Spiel des zweiten Kegelradgetriebes kleiner als 0,3 Winkelminuten. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Übersetzungsverhältnis des ersten Kegelradgetriebes 1. Die eingehende Drehzahl des Kegelradgetriebes entspricht damit der ausgehenden Drehzahl des Kegelradgetriebes. In diesem Fall sorgt das erste Kegelradgetriebe ausschließlich für die Umlenkung des Drehmoments. Entsprechendes kann für das zweite Kegelradgetriebe gelten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sorgt das erste Kegelradgetriebe für eine Untersetzung. Die eingehende Drehzahl ist damit größer als die ausgehende Drehzahl. Dies sorgt dafür, dass das Spiel des ersten Planetengetriebes in der zweiten Getriebestufe entsprechend dem Übersetzungsverhältnis reduziert wird. Das erste Handachsengetriebe weist in diesem Fall ein noch geringeres Spiel und eine höhere Steifigkeit auf. Entsprechendes gilt im Falle einer Untersetzung durch das zweite Kegelradgetriebe.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Industrieroboter eine serielle Kinematik mit einem Roboterarm auf, der mit einer beweglich an der Roboterbasis angeordneten Schwinge und mit einem an der Schwinge beweglich angeordneten Armausleger ausgestattet ist. Dabei sind alle Handachsen an dem Armausleger angeordnet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Industrieroboter mit einer Parallelkinematik ausgestattet mit mindestens zwei Roboterarmen, deren eines Ende mit der Roboterbasis und deren anderes Ende mit einem die Effektorhalterung aufnehmenden Werkzeugträger verbunden ist. Dabei sind alle Handachsen an dem Werkzeugträger aufgenommen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen entnehmbar. Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 erstes Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters in perspektivischer Darstellung,

Figur 2 Seitenansicht der am Industrieroboter gemäß Figur 1 angeordneten Handachseneinheit,

Figur 3 Schnitt durch die Handachseneinheit gemäß Figur 2 entlang der mit A - A in Figur 2 gekennzeichneten Ebene,

Figur 4 Schnitt gemäß Figur 3, wobei lediglich die erste Handachse dargestellt ist,

Figur 5 Schnitt gemäß Figur 3, wobei lediglich die zweite Handachse dargestellt ist,

Figur 6 erstes Handachsengetriebe des Industrieroboters gemäß Figur 1 in einer Ansicht von der Seite,

Figur ? erstes Handachsengetriebe des Industrieroboter gemäß Figur 1 in einer Ansicht von oben,

Figur 8 zweites Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters in perspektivischer Darstellung. Beschreibung des Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters dargestellt. Figur 1 zeigt einen als Knickarmroboter ausgeführten Industrieroboter 1. Dieser weist eine Roboterbasis 2, einen Roboterarm 3 und eine Effektorhalterung 4 auf. Der Roboterarm 3 ist mit einem Karussell 5, einer Schwinge 6 und einem Armausleger 7 ausgestattet. Das Karussell 5 ist drehbar an der Roboterbasis 2 aufgenommen und wird über einen Karussell-Motor 8 zur Rotation um eine geometrische Karussell-Achse 8a angetrieben. Die Schwinge 6 wird über einen Schwingen-Motor 9 zur Rotation um eine geometrische Schwingen-Achse 9a relativ zu dem Karussell 5 angetrieben. Der Armausleger 7 ist schwenkbar an der Schwinge 6 angeordnet und wird über einen Armausleger- Motor 10 relativ zur Schwinge 6 um eine geometrische Armausleger-Achse 10a bewegt. An dem der Schwinge 6 abgewandten Ende des Armauslegers 7 ist die Effektorhalterung 4 angeordnet, an der ein in der Zeichnung nicht dargestellter Effektor angeordnet werden kann. Der Roboterarm 3 mit dem Karussell-Motor 8, dem Schwingen-Motor 9 und dem Armausleger-Motor 10 bewegt die Effektorhalterung 4 relativ zu der Roboterbasis 2 bezogen auf die drei geometrischen Achsen 8a, 9a und 10a im Raum. Die geometrischen Achsen 8a, 9a und 10a sind mathematische Geraden. Sie sind in Figur 1 als gestrichelte Linien dargestellt.

Um einen an der Effektorhalterung 4 gegebenenfalls angeordneten Effektor bezogen auf drei weitere Achsen zu bewegen, ist der Industrieroboter mit drei Handachsen ausgestattet: eine 4. Achse, eine 5. Achse und eine 6. Achse. Die 4. Achse ist mit einem Motor 11 ausgestattet. Die 5. Achse wird im folgenden als erste Handachse bezeichnet. Die 6. Achse wird im folgenden als zweite Handachse bezeichnet. Die erste Handachse und die zweite Handachse bilden dabei eine Handachseneinheit 12, welche drehbar an dem Armausleger 7 aufgenommen ist. Der Motor 11 der 4. Achse bewegt die Handachseneinheit 12 relativ zu dem Armausleger 7 um eine geometrische Handachseneineit-Achse 11 a, welche sich als Gerade durch den Armausleger 7 erstreckt. Die erste Handachse der Handachseneinheit 12 bewegt die Effektorhalterung 4 um eine erste geometrische Achse 27. Die zweite Handachse der Handachseneinheit 12 erzeugt eine Rotation um eine zweite geometrische Achse 43.

Figur 2 zeigt die Handachseneinheit 12 in einer Seitenansicht. Figur 3 zeigt die Handachseneinheit 12 im Schnitt. Die Figuren 4, 5, 6 und 7 zeigen Details der Handachseneinheit 12. Die Handachseneinheit 12 ist mit einem Gehäuse 13 ausgestattet. In diesem Gehäuse 13 sind die erste Handachse 14 und die zweite Handachse 28 aufgenommen. Die erste Handachse 14 umfasst einen ersten Handachsenmotor 15 und ein erstes Handachsengetriebe 16. Der erste Handachsenmotor 15 treibt eine erste Antriebswelle 17 um eine erste geometrische Antriebswellenachse 18 zur Rotation an. Das erste Handachsengetriebe 16 umfasst ein erstes Planetengetriebe 19 und ein erstes Kegelradgetriebe 20. Dabei bildet das erste Planetengetriebe 19 eine erste Getriebestufe 21 des ersten Handachsengetriebes 16. Das erste Kegelradgetriebe 20 bildet eine zweite Getriebestufe 22 des ersten Handachsengetriebes 16. Das erste Planetengetriebe 19 ist antriebsseitig direkt an die erste Antriebswelle 17 gekoppelt, so dass das Drehmoment der ersten Antriebswelle 17 auf das erste Planetengetriebe 19 übertragen wird. Das erste Planetengetriebe sorgt für eine Untersetzung. Das erste Kegelradgetriebe 20 umfasst ein erstes Kegelradritzel 23 und ein erstes Tellerrad 24. Dabei ist das erste Planetengetriebe 19 abtriebsseitig direkt mit dem ersten Kegelradritzel 23 verbunden. Das erste Kegelradritzel 23 steht in Wirkeingriff mit dem ersten Tellerrad 24. Das erste Planetengetriebe 19 und das erste Kegelradritzel 23 werden vom dem ersten Handachsenmotor um die erste geometrische Antriebswellenachse 18 zur Rotation angetrieben. Das erste Tellerrad 24 wird um eine erste geometrische Tellerradachse 25 zur Rotation angetrieben. Die erste geometrische Antriebswellenachse 18 und die erste geometrische Tellerradachse 25 stehen winklig zueinander. Sie schließen einen Winkel von 90° ein. Das erste Kegelradgetriebe 20 sorgt für eine Umlenkung des Drehmoments. Das erste Tellerrad 24 ist mit einem Handglied 26 verbunden und überträgt das Drehmoment auf dieses Handglied 26. Das Handglied ist als Hohlkörper ausgebildet. In dem Handglied 26 ist die Effektorhalterung 4 drehbar aufgenommen. Die geometrische Achse, um die das Handglied 26 zur Rotation durch den ersten Handachsenmotor 15 und das erste Handachsengetriebe 16 zur Rotation angetrieben wird, ist die erste geometrische Achse 27, um welche die erste Handachse 14 einen an der Effektorhalterung angeordneten Effektor bewegt. Die erste geometrische Achse 27 fällt mit der ersten geometrischen Tellerachse 25 zusammen.

Die zweite Handachse 28 umfasst einen zweiten Handachsenmotor 29 und ein zweites Handachsengetriebe 30. Der zweite Handachsenmotor 29 treibt eine zweite Antriebswelle 31 um eine zweite geometrische Antriebswellenachse 32 zur Rotation an. Das zweite Handachsengetriebe 30 umfasst ein zweites Planetengetriebe 33 und ein zweites Kegelradgetriebe 34. Dabei bildet das zweite Planetengetriebe 33 eine erste Getriebestufe 35 des zweiten Handachsengetriebes 30. Das zweite Kegelradgetriebe 34 bildet eine zweite Getriebestufe 36 des zweiten Handachsengetriebes 30. Das zweite Planetengetriebe sorgt für eine Untersetzung. Das zweite Planetengetriebe 33 ist antriebsseitig direkt an die zweite Antriebswelle 31 gekoppelt, so dass das Drehmoment der zweiten Antriebswelle 31 auf das zweite Planetengetriebe 33 übertragen wird. Das zweite Kegelradgetriebe 34 umfasst ein zweites Kegelradritzel 37 und ein zweites Tellerrad 38. Dabei ist das zweite Planetengetriebe 33 abtriebsseitig direkt mit dem zweiten Kegelrad ritze I 37 verbunden. Das zweite Kegelradritzel 37 steht in Wirkeingriff mit dem zweiten Tellerrad 38. Das zweite Planetengetriebe 33 und das zweite Kegelradritzel 37 werden vom dem zweiten Handachsenmotor 29 um die zweite geometrische Antriebswellenachse 32 zur Rotation angetrieben. Das zweite Tellerrad 38 wird um eine zweite geometrische Tellerradachse 39 zur Rotation angetrieben. Die zweite geometrische Antriebswellenachse 32 und die zweite geometrische Tellerradachse 39 stehen winklig zueinander. Sie schließen einen Winkel von 90° ein. Das zweite Kegelradgetriebe 34 sorgt für eine Umlenkung des Drehmoments. Über zwei weitere Kegelräder 40, 41 wird das Drehmoment auf einen Schaft 42 der Effektorhalterung 4 übertragen, die in dem Handglied 26 drehbar aufgenommen ist. Dabei wird die Effektorhalterung 4 um eine zweite geometrische Achse 43 zur Rotation angetrieben. Diese zweite geometrische Achse 43 verläuft senkrecht zu der ersten geometrischen Achse 27. Ferner verläuft die zweite geometrische Achse 43 senkrecht zu der zweiten geometrischen Tellerradachse 39.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind der erste Handachsenmotor 15 und der zweite Handachsenmotor 29 baugleich. Ebenso sind das erste Handachsengetriebe 16 und das zweite Handachsengetriebe 30 bezogen auf das erste und zweite Planetengetriebe 19, 23 und bezogen auf das erste und zweite Kegelradgetriebe 20, 34 mit einem ersten und zweiten Kegelradritzel 23, 37 und einem ersten und zweiten Tellerrad 24, 38 baugleich.

Der erste Handachsenmotor 15 und der zweite Handachsenmotor 29 sind derart an dem Gehäuse 13 angeordnet, dass die erste geometrische Antriebswellenachse 18 und die zweite geometrische Antriebswellenachse 32 parallel sind.

Der erste Handachsenmotor 15 und der zweite Handachsenmotor 29 sind in einem Gehäuse des Armauslegers 7 aufgenommen. Da der erste Handachsenmotor 15 und der zweite Handachsenmotor 29 nebeneinander angeordnet sind, beanspruchen sie in dem Armausleger besonders wenig Platz. Das kleine Baumaß wird zusätzlich durch die parallele Ausrichtung der ersten geometrischen Antriebswellenachse 18 und der zweiten geometrischen Antriebswellenachse 32 begünstigt.

Ferner sind das erste Tellerrad 24 und das zweite Tellerrad 38 derart an dem Gehäuse 13 angeordnet, dass die erste geometrische Tellerradachse 25 mit der zweiten geometrischen Tellerradachse 39 zusammenfällt. Das Handglied 26 ist zwischen dem ersten Tellerrad 24 und dem zweiten Tellerrad 38 am dem Gehäuse 13 drehbar aufgenommen. Damit das Gehäuse 13 das erste Tellerrad 24 und das zweite Tellerrad 38 umschließt, weist es das in Figur 1 und Figur 2 erkennbare charakteristische Aussehen auf.

Die Figuren 6 und 7 zeigen das erste Handachsengetriebe 16 mit dem ersten Planetengetriebe 19 und dem ersten Kegelradgetriebe 20 in einer Ansicht von oben und von der Seite. Das erste Planetengetriebe 19 ist in einem Planetengetriebegehäuse 44 aufgenommen, so dass die einzelnen Komponenten des ersten Planetengetriebes nicht erkennbar sind. Das erste Kegelradritzel 23 des ersten Kegelradgetriebes 20 ist abtriebsseitig direkt an dem ersten Planetengetriebe 19 angeordnet. Das erste Tellerrad 24 des ersten Kegelradgetriebes 20 steht in Wirkeingriff mit dem ersten Kegelradritzel 23. Zur Vereinfachung ist in Figur 4 die Verzahnung des ersten Kegelradritzels 23 und des ersten Tellerrads 24 nicht dargestellt. Das erste Planetengetriebe 19 bildet die erste Getriebestufe 21 der ersten Handachse. Diese schließt sich direkt an den ersten Handachsenmotor an, der in Figur 4 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die erste Getriebestufe umfasst neben dem ersten Planetengetriebe 19 keine weiteren Getriebeteile. Die erste Getriebestufe 21 der ersten Handachse wird ausschließlich durch das erste Planetengetriebe 19 gebildet. Die zweite Getriebestufe 22 der ersten Handachse wird ausschließlich durch das erste Kegelradgetriebe 20 gebildet. Das erste Planetengetriebe ist durch den in Figur 4 nicht dargestellten ersten Handachsenmotor um eine erste geometrische Planetengetriebeachse angetrieben. Diese fällt mit der ersten geometrischen Antriebswellenachse 18 des ersten Handachsenmotors zusammen. Das erste Tellerrad 24 wird um eine erste geometrische Tellerradachse 25 zur Rotation angetrieben. Die erste geometrische Tellerradachse verläuft dabei senkrecht zu der ersten geometrischen Antriebswellenachse 18 und schneidet diese. Das zweite Planetengetriebe und das zweite Kegelradgetriebe sind entsprechend aufgebaut.

Figur 8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters 101. Im Unterschied zu dem Industrieroboter 1 gemäß erstem Ausführungsbeispiel weist der Industrieroboter 101 eine Parallelkinematik auf. Er ist ausgestattet mit einer Roboterbasis 102, einem Werkzeugträger 105 und drei Roboterarmen 103, 103a. Von diesen drei Roboterarmen sind in Figur 1 die beiden dem Betrachter zugewandten Roboterarme 103 und 103a gut erkennbar. Der dritte Roboterarm ist teilweise verdeckt. Von diesem dritten Roboterarm sind der Roboterarm -Motor und der Oberarm erkennbar.

Jeder der drei Roboterarme 103, 103a ist im wesentlichen gleich aufgebaut. Er umfasst einen an der Roboterbasis 102 befestigten Roboterarm-Motor 108, 109, 110, der einen Oberarm 106, 106a, 106b zur Rotation um eine geometrische Achse 108a, 109a, 110a des zugehörigen Roboterarm-Motors antreibt. An dem dem Roboterarm-Motor 108, 109, 110 abgewandten Ende ist der Oberarm 106, 106a, 106b mit zwei Unterarm streben 107 drehbar verbunden. Diese wiederum sind mit ihrem anderen Ende an dem Werkzeugträger 105 drehbar aufgenommen. Die drei geometrischen Achsen 108a, 109a, 110a der drei Roboterarm-Motoren 108, 109, 110 liegen in einer Ebene. Der Winkel zwischen je zwei dieser geometrischen Achsen 108a, 109a, 110a der Roboterarm-Motoren 108, 109, 110 beträgt 60°. Die Unterarm streben 107 der drei Roboterarme 103, 103a sind ebenfalls um jeweils 60° versetzt an dem Werkzeugträger 105 aufgenommen.

An der Roboterbasis 102 ist ein weiterer Motor 111 angeordnet, der eine vierte Achse, welche mit einem Teleskoprohr 111 b ausgestattet ist, um eine geometrische vierte Achse 111 a zur Rotation antreibt. Das Teleskoprohr 111 b ist mit einem ersten Kardangelenk mit der Motor 111 verbunden und mit einem zweiten Kardangelenk an dem Werkzeugträger 105 aufgenommen.

An dem Werkzeugträger 105 ist eine Handachseneinheit 112 angeordnet, die im wesentlichen mit der Handachseneinheit 12 der Figuren 1 bis 7 übereinstimmt. Die Handachseneinheit 112 ist derart mit der vierten Achse verbunden, dass eine Rotation des Teleskoprohrs 111 b um die geometrische Achse 111 a auf die Handachseneinheit 112 übertragen wird. In dem Gehäuse 113 sind eine erste Handachse und eine zweite Handachse entsprechend zu den Figuren 3 bis 7 aufgenommen. Die erste Handachse erzeugt dabei eine Rotationsbewegung um eine erste geometrische Achse 127. Die zweite Handachse erzeugt eine Rotationsbewegung um eine zweite geometrische Achse 143, welche zu der ersten geometrischen Achse 127 senkrecht verläuft. Die Bewegungen aller Achsen werden auf einen in der Zeichnung nicht dargestellten Effektor übertragen, der an der Effektorhalterung 104 aufgenommen ist.

Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlen

1 Industrieroboter

2 Roboterbasis

3 Roboterarm

4 Effektorhalterung

5 Karussell

6 Schwinge

7 Armausleger

8 Karussell-Motor

8a geometrische Karussell-Achse

9 Schwingen-Motor

9a geometrische Schwingen-Achse

10 Armausleger-Motor

10a geometrische Armausleger-Achse

11 Motor der 4. Achse

11a vierte geometrische Achse

12 Handachseneinheit

13 Gehäuse der Handachseneinheit

14 Erste Handachse

15 Erster Handachsenmotor

16 Erstes Handachsengetriebe

17 Erste Antriebswelle

18 Erste geometrische Antriebswellenachse

19 Erstes Planetengetriebe

20 Erstes Kegelradgetriebe

21 Erste Getriebestufe

22 Zweite Getriebestufe

23 Erstes Kegelradritzel

24 Erstes Tellerrad

25 Erste geometrische Tellerradachse

26 Handglied 27 Erste geometrische Achse

28 zweite Handachse

29 zweiter Handachsenmotor

30 zweites Handachsengetriebe

31 zweite Antriebswelle

32 zweite geometrische Antriebswellenachse

33 zweites Planetengetriebe

34 zweites Kegelradgetriebe

35 erste Getriebestufe

36 Zweite Getriebestufe

37 zweites Kegelradritzel

38 zweites Tellerrad

39 zweite geometrische Tellerradachse

40 Kegelrad

41 Kegelrad

42 Schaft

43 Zweite geometrische Achse

44 Planetengetriebegehäuse

101 Industrieroboter

102 Roboterbasis

103 Roboterarm

103a Roboterarm

104 Effektorhalterung

105 Werkzeugträger

106 Oberarm

106a Oberarm

106b Oberarm

107 Unterarm strebe

108 erster Roboterarm-Motor

108a geometrische Achse des ersten Roboterarm-Motors

109 zweiter Roboterarm-Motor

109a geometrische Achse des zweiten Roboterarm-Motors 110 dritter Roboterarm-Motor

110a geometrische Achse des dritten Roboterarm-Motors

111 Motor der 4. Achse

111a geometrische Achse der 4. Achse 111 b Teleskoprohr

112 Handachseneinheit

113 Gehäuse der Handachseneinheit

127 erste geometrische Achse

143 zweite geometrische Achse

Claims

A N S P R Ü C H E

1. Industrieroboter mit einer seriellen Kinematik oder einer Parallelkinematik, welche eine Roboterbasis (2, 102), mindestens einen Roboterarm (3, 103, 103a) mit Armantrieb und eine einen Effektor aufnehmende Effektorhalterung (4, 104) umfasst, wobei der mindestens eine Roboterarm (3, 103, 103a) ausgebildet ist, die Effektorhalterung (4, 104) relativ zu der Roboterbasis (2, 102) in mindestens zwei Dimensionen im Raum zu bewegen, mit mindestens einer ersten Handachse (14), welche einen an der Effektorhalterung (4, 104) angeordneten Effektor in Bezug auf eine erste geometrische Achse (27, 127) bewegt, wobei die erste Handachse (14) einen ersten Handachsenmotor (15) und ein erstes Handachsengetriebe (16) umfasst, wobei das erste Handachsengetriebe (16) eine an den ersten Handachsenmotor (15) gekoppelte erste Getriebestufe (21 ) aufweist, die ein erstes Planetengetriebe (19) umfasst, dessen Übersetzungsverhältnis aus eingehender Drehzahl und ausgehender Drehzahl kleiner als 1 ist, wobei das erste Handachsengetriebe (16) eine an die erste Getriebestufe (21 ) gekoppelte zweite Getriebestufe (22) aufweist, die ein erstes Kegelradgetriebe (20) umfasst.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Handachsenmotor (15) eine erste Antriebswelle (17) aufweist, die um eine erste geometrische Antriebswellenachse (18) zur Rotation angetrieben ist.

3. Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste geometrische Planetengetriebeachse, um die das erste Planetengetriebe (19) durch den ersten Handachsenmotor (15) angetrieben ist, mit der ersten geometrischen Antriebswellenachse (18) übereinstimmt oder zu dieser parallel ist.

4. Industrieroboter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste geometrische Antriebswellenachse (18) zu der ersten geometrischen Achse (27, 127) senkrecht ist.

5. Industrieroboter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetengetriebe (19) antriebsseitig mit der ersten Antriebswelle (17) des ersten Handachsenmotors (15) verbunden ist.

6. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kegelradgetriebe (20) ein erstes Kegelradritzel (23) und ein mit dem ersten Kegelradritzel (23) wirkverbundenes erstes Tellerrad (24) aufweist.

7. Industrieroboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetengetriebe (19) abtriebsseitig direkt mit dem ersten Kegelradritzel (23) des ersten Kegelradgetriebes (20) verbunden ist.

8. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer zweiten Handachse (28) ausgestattet ist, welche den an der Effektorhalterung (4, 104) angeordneten Effektor in Bezug auf eine zweite geometrische Achse (43, 143) bewegt, welche von der ersten geometrischen Achse (27, 127) verschieden ist, dass die zweite Handachse (28) einen zweiten Handachsenmotor (29) und ein zweites Handachsengetriebe (30) umfasst, dass das zweite Handachsengetriebe (30) eine an den zweiten Handachsenmotor (29) gekoppelte erste Getriebestufe (35) aufweist, die ein zweites Planetengetriebe (33) umfasst, dessen Übersetzungsverhältnis aus eingehender Drehzahl und ausgehender Drehzahl kleiner als 1 ist, und dass das zweite Handachsengetriebe (30) eine an die erste Getriebestufe (35) gekoppelte zweite Getriebestufe (36) aufweist, die ein zweites Kegelradgetriebe (34) umfasst.

9. Industrieroboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite geometrische Achse (43, 143) senkrecht zu der ersten geometrischen Achse (27, 127) ist.

10. Industrieroboter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Handachsenmotor (29) eine zweite Antriebswelle (31 ) aufweist, die um eine zweite geometrische Antriebswellenachse (32) zur Rotation angetrieben ist.

11 . Industrieroboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite geometrische Antriebswellenachse (32) zu der zweiten geometrischen Achse (43, 143) parallel ist.

12. Industrieroboter nach Anspruch 10 oder 11 , soweit diese auf Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste geometrische Antriebswellenachse (18) und die zweite geometrische Antriebswellenachse (32) parallel sind.

13. Industrieroboter nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite geometrische Planetengetriebeachse, um die das zweite Planetengetriebe (33) durch den zweiten Handachsenmotor (29) angetrieben ist, mit der zweiten geometrischen Antriebswellenachse (32) übereinstimmt oder zu dieser parallel ist.

14. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetengetriebe (33) antriebsseitig mit der zweiten Antriebswelle (31 ) des zweiten Handachsenmotors (29) verbunden ist.

15. Industrieroboter nach der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kegelradgetriebe (34) ein zweites Kegelradritzel (37) und ein mit dem zweiten Kegelradritzel (37) wirkverbundenes zweites Tellerrad (38) aufweist.

16. Industrieroboter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Planetengetriebe (33) abtriebsseitig direkt mit dem zweiten Kegelradritzel (37) des zweiten Kegelradgetriebes (34) verbunden ist.

17. Industrieroboter nach Anspruch 15 oder 16, soweit diese auf Anspruch 5 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Tellerrad (24) um eine erste geometrische Tellerradachse (25) drehbar ist und das zweite Tellerrad (38) um eine zweite geometrische Tellerradachse (39) drehbar ist, und dass die erste geometrische Tellerradachse (25) mit der zweiten geometrischen Tellerradachse (39) zusammenfällt oder zu dieser parallel ist.

18. Industrieroboter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Handachse ein Handglied (26) aufweist, welches um die erste geometrische Achse (27, 127) drehbar angeordnet ist, dass der Effektorträger (4) an dem Handglied (26) um die zweite geometrische Achse (43, 143) drehbar aufgenommen ist, und dass das Handglied (26) und der Effektorträger (4, 104) zumindest abschnittsweise zwischen dem ersten Tellerrad (24) und zweiten Tellerrad (38) angeordnet sind.

19. Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel des ersten Kegelradgetriebes (20) kleiner als eine Winkelminute ist.

20. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel des zweiten Kegelradgetriebes (34) kleiner als eine Winkelminute ist.

21 . Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine serielle Kinematik mit einem Roboterarm (3) aufweist, der mit einer beweglich an der Roboterbasis (2) angeordneten Schwinge (6) und mit einem an der Schwinge (6) beweglich angeordneten Armausleger (7) ausgestattet ist, und dass alle Handachsen (11 , 14, 28) an dem Armausleger (7) angeordnet sind.

22. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Parallelkinematik ausgestattet ist mit mindestens zwei Roboterarmen (103, 103a), deren eines Ende mit der Roboterbasis (102) und deren anderes Ende mit einem die Effektorhalterung (104) aufnehmenden Werkzeugträger (105) verbunden ist, und dass alle Handachsen (112) an dem Werkzeugträger (105) aufgenommen sind.