CN1004617B - 机械手的驱动头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到按照ＤＥ－ＯＳ３４２８７４８中已知的机械手驱动头的继续发展。为了增加它的活动范围和使用的可能性，建议了一个具有三个同心的驱动轴（１３、１８、２６）的驱动装置和四个可达到旋转运动的头件（１、２、３），它们围绕两个彼此倾斜和相对驱动轴（４）倾斜着的轴（５、６），并且互相间转动地支承着。

Description

机械手的驱动头

本发明涉及到一个用于机械手的驱动头，它由三个连续配置的、围绕互相倾斜的轴旋转的、彼此支承的头件所组成，并且有三个同心的互相配置的驱动轴，由它们使驱动件组沿着这些倾斜轴而传动各个驱动头件，并且在输出端具有高倍减速的减速装置，同时倾斜轴的反向延长线与驱动轴的纵轴线构成一个锐角。

在DE-AS 2745932阐述的具有两个连接安装在一起的用于机械手的驱动头是已经公知的，同时两个头件沿着一个倾斜的平面彼此转动的支承着。工具架是旋转地安装在与驱动轴同轴的后头件的长度方向上。

在驱动头处于伸直状态下的原始位置时给用计算控制机械手运动带来了困难。让一个由程序予先给定的工具围绕它本身的旋转轴（轴6）的旋转保持在计算程序规定的执行位置中，即打开的位置，是否驱动头应当围绕与驱动轴同心的轴（轴4）旋转，或者是否后头件应当仅仅单独地围绕这个轴旋转。这种模棱两可产生了特别是在数字控制时（Cp＝连续的轨道）不利的结果，并且直到如今仅仅通过程序或者控制技术的操纵仍不能满意地加以克服。

然而在pTp-控制中（点到点的控制）工具架的旋转轴（轴6）对同心驱动轴的同心配置是毫无问题的。

在DE-OS 3428748中叙述了一个由三个连续排列的零件所组成的用于机械手的驱动头，它的中头件具有两个倾斜的旋转轴，它们在驱动头的伸直的位置中，每一个在对面的方向上与驱动头的纵轴线形成了开口的尖角。在各个带动头的驱动件的端部各配置了一个高倍减速驱动装置。

具有这种结构的驱动头当传动头处于紧凑结构形式时能获得了一个相当程度地扩大了的活动范围，因为根据后头件相对于中头件的倾斜的可选择性，达到了一个相当扩大了的工具活动范围。因为在这个已知的情况下，输出轴与驱动轴不是同心的，这样就避免了在计算控制中的模棱两可。

本发明提出了以下任务，即使得驱动头的活动范围和应用可能性再扩大，以及特别是在后面的驱动头件内部的工具架的旋转有可能实现，而不需要前面的头件围绕它的轴旋转。

这个任务是通过对以下装置的改进来解决的。

用于机械手的驱动头，由三个连续配置的、围绕互相倾斜的轴旋转的、彼此支承的头件所组成，并且有三个同心的互相配置的驱动轴，由它们使驱动件组沿着这些倾斜轴而传动各个驱动头件，并且在输出端具有高倍减速的减速装置，同时倾斜轴的反向延长线与驱动轴的纵轴线构成一个锐角，本发明的改进在于，在后头件中设置了由一个驱动轴、一个在后头件上支撑的减速装置所组成的驱动机构和配置的一个由此而驱动的旋转支承的法兰盘，中间头件和后头件的驱动件组是由空心轴与一个直接联接的锥齿轮对所组成，通过它们以及驱动件组驱动法兰盘。

本发明包括了如下的基本构思，即借助于三个彼此同心安装的驱动轴在发明给出的驱动头上实现四种不同的旋转运动，也就是说，前头件围绕驱动轴的轴线旋转，中头件围绕着相对于前面轴的第一个倾斜轴旋转，后头件围绕着相对于中头件的第二个倾斜轴旋转，以及工件架在后头件的内部旋转。对此，发明指出，在其长度方向套有空心轴的两个倾斜轴通过锥齿轮组彼此相联，并且由一个单独的马达驱动。因为这些空心轴通过减速装置支承在前面的和中间的头件上，同时这些驱动装置具有同样大小的减速比，并且因为这些头件彼此支承着，空心轴的转动导致同一时间内围绕这些倾斜轴转动的后头部和中头部的运动是反方向的。根据这个空心轴结构，现在有可能做到：一个驱动力从一个内置的驱动轴通过空心轴传递到一个支承最后头件的驱动轴上，该驱动轴与工具架相连接。

由DE-OS 3431033具有三个头件的驱动同样也是已知的，一个与工具架联结的并与驱动轴同心（在伸直的驱动头位置时）的轴支承着和驱动着，在此使用了空心轴和锥齿轮，以便通过它的内腔电缆、软管、导管或类似物进行传导。在这种配置中，后头件不直接驱动，而是通过一个倾斜的锥齿圈与一个位于前头件上的齿圈啮合，同时逐点的啮合于中头件的外面。如果中头件旋转了，后头件由于它支承在中头件上而使之随着旋转。可是由于与前头件存在着逐点的啮合，在固定保持的前头件的齿圈上产生了一个后头件的滚动，这个滚动导致后头件的不稳定的运动。所以如果前头件旋转，后头件同时导致了一个不理想的具有接近同样大小旋转角的自转运动。自转运动是由于驱动件的互相交错支承和由此互相影响而造成相对运动的结果。此外，出现了一个啮合误差和啮合间隙对头部件的可观的不利影响，这是由于在予知的驱动头的情况下在输出端没有安装高倍减速装置，这种装置能够减小误差，并且能够减小相对运动的效果。

在发明中还有一个重要的改进，即由于有内置的油浴润滑齿轮机构和支承的高倍减速装置的应用，这样就导致了一个紧凑减的结构方式，这种结构具有较高的和长时间不变的运动精度。相对旋转运动只在减速比中有效，并通过调节能抵销。

此外借助于本发明可以看到，一个用DE-OS 3428748的原理所指明计算的模棱两可的排除中间仅有唯一的可能性，特别是当在工具架以及在后头件中的法兰盘是旋转地支承和驱动的时候。根据本发明，为了避免计算的模棱两可，传动轴的轴线被设计为倾斜于驱动轴;在中间头件上两个倾斜轴的尖角不一样大，在传动轴倾斜安排时，它的轴线始终通过中间头件中的两个倾斜轴的交叉点移动;至少在中间头件中的两个倾斜轴之一被设置在一个与图纸平面倾斜的平面内，由图纸平面中出来的中间头件中的两个倾斜轴，它们的交叉点位于图纸平面内;还有倾斜轴与驱动轴和输出轴的交叉点作为驱动轴和输出轴的中心点被设计为起联接作用的球接头或者万向接头。

本发明的细节在附图中概括地和以实例一方式加以描述。它给出：

图1为一个驱动头在它伸直情况下象征性的侧视图;

图2为按照图1的侧视图而具有倾斜配置的输出轴;

图3和图4为在协调回转的位置中驱动头的侧视图;

图5至图11为具有用特别方式安装倾斜轴的各种不同驱动头的正视图;

图12至图14为三个实施例结构的纵断面图。

图1相应于DE-OS 3428748的图1并且应当加以说明，如果在后面的驱动头件（3）中旋转地支承着和驱动着一个工具架和一个围绕着一个与驱动轴（4）同心设置的输出轴（46）的法兰盘（38），对于计算控制来说就存在着一种模棱两可的情况，上述的围绕着输出轴（46）的工具架的旋转也要通过围绕驱动轴（4）的前头件（1）的旋转是有可能的。如果围绕轴（4）的前驱动头件（1）是固定安装的，那么仅仅在这种情况下这种模棱两可是可以避免的。

利用（5）和（6）标出了倾斜的回转轴，围绕着它们产生了中间头件（2）相对于前头件和后头件（1、3）的相对运动。

图2展示了一个避免这样的模棱两可的可能性，其中输出轴（46）被规定为在尖角中倾斜于驱动轴（4）。特别是输出轴（46）应当交于两倾斜轴（5、6）的交叉点（9）上，以使运动过程的计算更容易。利用（33）和（34）简单描绘的锥齿轮是用于驱动法兰盘（38）。如果围绕轴（46）的工具架发生了旋转运动，对此要说明的是前面的驱动头件（1）的驱动不是主导的。模棱两可也就避免了。

图3和4相应于DE-OS 3428748的图2和4，可以看出，在两种情况下后头件（3）围绕角（2α）相对于驱动轴（4）摆动，同时使用不同的旋转驱动。在第一种情况下，后头件（3）相对于固定的中间头件（2）旋转180°。在第二种情况下，中间头件（2）与和它在同一位置倍留的后头件（3）一起相对于前头件（1）旋转180°。由此存在的模棱两可可以利用图5到11所示出的不同方案之一来排除。

在图5的例子中两个倾斜轴（5）和（6）的角（α₁）和（α₂）的大小是不同的，因此它们的交叉点（9）由图1的对称位置产生了一个侧向位移。头件（2）和（3）同样的扭转导致了彼此间不同的角度位置。

在图6中，倾斜轴（5）以与图纸平面倾斜的方式表示出来，两个倾斜轴（5）和（6）的交叉点（9）保留在图纸平面中。通过椭圆（47）形象地表示了一个倾斜的旋转平面，两个头件（1、2）沿着它们互相带动。

图7扩展了这个构思，在其中两个倾斜轴（5、6）由图纸平面中倾斜的示出。图5到图7的全部例子指出了由图3和图4示出的模棱两可避免的可能性。在图7的情况下，倾斜轴（5、6）的交叉点（9）可以远离轴（4），或者也位于图纸的平面中。

当倾斜轴（5、6）的交叉点（9）装在轴（4）上，并且输出轴（46′、46″、46″′）相交于它的交叉点（9′）时，计算自动化的运动控制装置的一个重要的简化就产生了。以下被引用来作为公开的说明：在此所给出的图8至11的例子中，当输出轴（46）与驱动轴（4）同心配置并且交叉于（9′）（图8和10），输出轴（46）就保持在标记（46′）处。如果它与驱动轴（4）保留有一个角度，并且交叉于点（9′）（图9和10），它就保持在标记（46″）的位置上。

图8中的结构是由图1的配置发展而成的，这是由于在前面和后面的驱动头件（1、3）中的倾斜轴（5、6）做了一定程度的侧位移，直到它们的轴与驱动轴（4）交叉。

在图9的例子中指出了输出轴（46″）对驱动轴（4）的附加的倾斜位置，正如已指出的那样，它排除了这个轴的控制的模棱两可。轴（46″）也能与轴（6）处于一致，并且把它标成是轴（46″′），它一方面能减少驱动用的传递元件和因此也就减少了结构上的花费，另一方面又缩小运动间隙范围，这些对于许多使用情况是足能用的。

一个不利的计算的模棱两可由于轴（6）和（46″′）的共轴性不出现了，因为在轴（5）和（6）同时驱动联结时，最后的轴做为单个轴是没有作用的。

图8和9是出自位于在图纸平面中的驱动头的伸直位置中的轴（4、5、6、46、46″、46″′）。在图8的情况下，这种由图3和4确定的模棱两可还没有排除。然而由图6和7可知，让这种模棱两可通过由图纸平面所示出的轴（5、6）的倾斜就能消除。该措施与轴（4、5、6、46′、46″、46″′）的交叉点（9′）的同心位置的关系就导出图10和11的实施例。

图10和11指出了一个由图7而得到的变型的侧视图和俯视图，同时单个头件（1、2）和（3）具有侧面突出的壳体，该壳体能支撑倾斜的由图纸平面向后和向前突出的轴（5、6），以及这些倾斜轴（5、6）的交叉点（9）位于图纸平面上，并且是轴（4）和（46′、46″）的公共端点。此外，输出轴（46″）倾斜地安装，这样就使得它们不与图纸平面内的驱动轴（4）排成直线，因此计算的模棱两可就不出现了。

在图8到11中所展示的轴（4、5、6、46、46″、46″′）的交叉点（9′）可以是由发明给出的一个球接头或者万向接头（49），通过该接头驱动轴（4）与输出轴（46′、46″、46″′）能在空间位置上活动联接。这个球接头或万向接头（49）是用简图描绘的。它允许有多种结构。

在图12到14中展出了由图1所给示的对法兰盘（38）进行驱动的结构实施例，同时在图12中，输出轴（46）配置为与在图13中的驱动轴（4）同心和平行。图14是图8和9的结构实施例。轴（5、6）的交叉点（9）是轴（4）和轴（46′、46″、46″′）的公共端点。这种在输出轴（46″、46″′）中倾斜安装的驱动轴（35）主要是在数字控制机械手的情况下是有利的，以便排除计算的模棱两可。在结构实施例中，一个内部的驱动轴（13）通过锥齿轮（14、15）与一个空心轴（16）相联，它通过一个减速装置（17）与中间头件（2）旋轴地相联。这个中间头件（2）通过锥齿结构（14，15）围绕摆轴（5）旋转。它是通过在前头件（1）上的适合的轴承（40）围绕一个与摆轴（5）垂直的平面内运转。

外部的驱动轴（26）通过减速装置（27）上直接作用在前头件（1）上，它与悬臂（28）同心安装，并与它旋转地支承着。全部减速器（17、25、27、36）装在输出端上，这就产生了这样一个无齿隙的、空间紧凑的、因而是小型结构的驱动头结构。这些减速装置（17、25、27、36）是为高倍减速安装的。

沿着第二倾斜摆轴（6）安装了一个空心轴（32），该空心轴与它的前面的空心轴（16）通过锥齿轮（44、45）相联。空心轴（16）通过支承于前头件（1）上的高倍减速机构（17）使中间头件（2）围绕倾斜摆轴（5）驱动。另一个空心轴（32）通过高倍减速装置（25）支承在中间头件（2）上，并且驱动围绕第二个倾斜摆轴的后头件（3）。两个传动装置的减速装置（17、25）的大小是相同的，并且最女的是对称地装入，这就使得彼此支承着的头件（2、3）在空心轴（16、32）旋转的情况下，产生一个同时间的、但是反方向的旋转运动。

用这个方法就有可能通过空心轴（16、32）驱动一个驱动件组，它来自中间驱动轴（18），并经过在内部设置的中间轴（21、24）和一对锥形齿轮（22、23），而作用到一个传动轴（35），该传动轴通过一个高倍减速装置（36）而支承在后头件（3）上。由此驱动一个法兰盘（38），它通过轴承（37）而导向头件（3），并固紧工具架。

后头件（3）是通过在中头件（2）上的轴承（39）而导向中间头件（2），中间头件通过轴承（40）旋转地导向前头件（1）。中间轴（24）的输出端是通过轴承（41）而导向后头件（3），并且其驱动端通过轴承（43）而导向空心轴（32），这些空心轴通过轴承（42）而支撑在中间头件（2）上。

在图12中，倾斜轴的交叉点（9）安置在驱动轴（4）以外。也可以将这个交叉点放置在驱动轴（4）上，正如在图13中所描绘的那样，在实施例中借助于法兰盘件（30、31）导致了中间部件（29）的位移。

由此，其结果是驱动轴（35）的侧向位移平行于驱动轴（4）。要想避免点到点的操纵的例子，可以在后头件中配置用于支撑传动轴（35）的配件（48），它能消除侧向位移并因此保证传动轴（35）当驱动头（1、2、3）伸直位置时与驱动轴（4）同心地配置。

图14展示了数字控制的机械手的结构实施例，是用以阻止计算的模棱两可，在其中优先选择的是输出轴（46″）的倾斜位置。输出轴（46′）（图14）是由于传动轴（35）的配件（48）根据图13而得出的。

输出轴（46″）对驱动轴（4）的倾斜位置不仅仅（如图14所描绘的那样）能向下，而且（如点划线表示的那样）能向上，甚至一个空间倾斜位置，例如，在进入图纸平面内或由图纸平面内出来是可实施的，并且可以用于解决所提出的任务。

Claims (10)

1、用于机械手的驱动头，由三个连续配置的、围绕互相倾斜的轴旋转的、彼此支承的头件所组成，并且有三个同心的互相配置的驱动轴，由它们使驱动件组沿着这些倾斜轴而传动各个传动头件，并且在输出端具有高倍减速的减速装置，同时倾斜轴的反向延长线与驱动轴的纵轴线构成一个锐角，其特征在于，在后头件（3）中设置了由一个驱动轴（35）、一个在后头件（3）上支撑的减速装置（36）所组成的驱动机构和配置的一个由此而驱动的旋转支承的法兰盘（38），中间头件（2）和后头件（3）的驱动件组是由空心轴（16、32）与一个直接联接的锥齿轮对（44、45）所组成，通过它们以及驱动件组（21、22、23、24、33、34、35）驱动法兰盘（38）。

2、根据权利要求1的驱动头，其特征在于，三个头件（1、2、3）中的两个，最好是中间头件（2）和后头件（3），与三个驱动轴（13、18、26）之一相联接。

3、根据权利要求2的驱动头，其特征在于，头件（2、3）的联接通过在其内部支承或支撑着的减速装置（17、25）实现，这些减速装置与两个空心轴（16、32）相联系。

4、根据权利要求1的驱动头，其特征在于，两个空心轴（16、32）支承在中间头件（2）中，并且通过高倍减速装置（17、25）支撑在前头件和中间头件（1、2）上。

5、根据权利要求1的驱动头，其特征在于，为了避免计算的模棱两可，传动轴（35）的轴线（46″）被设计为倾斜于驱动轴（4）。

6、根据权利要求1的驱动头，其特征在于，为了避免计算的模棱两可，在中间头件（2）上两个倾斜轴的尖角（α、α）是不一样大的。

7、根据权利要求6的驱动头，其特征在于，在传动轴（35）倾斜安排时，它的轴线（46″）始终通过中间头件（2）中的两个倾斜轴（5、6）的交叉点（9′）移动。

8、根据权利要求1的驱动头，其特征在于，为了避免计算的模棱两可，至少在中间头件（2）中的两个倾斜轴（5、6）之一被设置在一个与图纸平面倾斜的平面内。

9、根据权利要求8的驱动头，其特征在于，由图纸平面中出来的中间头件（2）中的两个倾斜轴（5、6），它们的交叉点（9′）位于图纸平面内。

10、根据权利要求1或7或9的驱动头，其特征在于，倾斜轴（5、6）与驱动轴（4）和输出轴（46′、46″）的交叉点（9′）作为轴（4、46′、46″）的中心点被设计为起联接作用的球接头或者万向接头（49）。

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