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Allgemeiner Stand der Technik
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Handgelenksaufbau eines Industrieroboters, der mit Handgelenkselementen versehen ist, die über einen Freiheitsgrad der Drehung in drei Achsen aufweist.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Handgelenksaufbauten von Industrierobotern, die so ausgeführt sind, dass sie mit einem ersten Handgelenkselement, einem zweiten Handgelenkselement, das drehbar an dem vorderen Ende des ersten Handgelenkselements gehalten wird, und einem dritten Handgelenkselement, das drehbar an dem vorderen Ende des zweiten Handgelenkselements gehalten wird, versehen sind, wobei die Antriebskraft eines Motors für das zweite Handgelenk und eines Motors für das dritte Handgelenk, die an dem ersten Handgelenkselement ausgebildet sind, jeweils über Hypoidzahnradsätze, die Ritzel und Zahnkränze aufweisen, zu dem zweiten Handgelenkselement und dem dritten Handgelenkselement übertragen werden, sind herkömmlich bekannt (siehe zum Beispiel die
Japanische Patentschrift Nr. 4233578 und die
Japanische Patentoffenlegungsschrift 2014-213437 ).
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Doch bei Handgelenksaufbauten gibt es viele Fälle, in denen ein Arbeitswerkzeug in Bezug auf den Handgelenksflansch versetzt angebracht ist. Und auch, wenn ein Arbeitswerkzeug auf der Drehachse des Handgelenksflanschs angeordnet wird, kommt es wie in der
Japanischen Patentschrift Nr. 4233578 und der
Japanischen Patentoffenlegungsschrift 2014-213437 gezeigt vor, dass ein Leitungskörper zur Steuerung des Arbeitswerkzeugs an der Außenseite des Arms angeordnet wird.
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In einem solchen Fall wirkt die Schwerkraftlast des Leitungskörpers und dergleichen zur Steuerung des Arbeitswerkzeugs auf die Ausgangsachse der Handgelenksachse. Daher besteht bei einem Anhalten des Betriebs oder bei einem Notstopp oder dergleichen das Problem, dass es leicht zu einem Abfallen von Elementen, die mit den Achsen des Handgelenks in Zusammenhang stehen, kommt. Wenn alle aus der ersten bis dritten Achse des Handgelenks versetzt sind, nimmt die auf die erste Achse wirkende Schwerkraftbelastung durch das Arbeitswerkzeugs je nach der Lage der zweiten Achse und der dritten Achse zu, weshalb ebenfalls die Wahrscheinlichkeit, dass mit den Achsen zusammenhängende Elemente abfallen, ansteigt.
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Um das Abfallen von Elementen, die mit den Achsen in Zusammenhang stehen, zu verhindern, ist es ratsam, an den Handgelenksachsen (der ersten Achse bis dritten Achse) des Handgelenksaufbaus jeweils eine Bremse anzubringen. Doch da das Gewicht des Handgelenksaufbaus als Ganzes zunimmt, wenn an den Handgelenksachsen Bremsen angebracht werden, besteht das Problem, dass rasche Bewegungen und genaue Positionierungen des Handgelenksaufbaus schwierig werden.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände und hat die Aufgabe, einen Handgelenksaufbaus eines Industrieroboters bereitzustellen, bei dem rasche Bewegungen und genaue Positionierungen des Handgelenksaufbaus möglich sind, ohne dass mit den Achsen in Zusammenhang stehende Elemente abfallen.
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Nach einer ersten Form wird ein Handgelenksaufbau eines Industrieroboters bereitgestellt, der einen Vorderarmteil, ein erstes Handgelenkselement, das gelenkig mit dem vorderen Ende des Vorderarmteils verbunden ist und um eine erste Achsenlinie drehbar ausgebildet ist, ein zweites Handgelenkselement, das um eine zu der ersten Achsenlinie senkrechte zweite Achsenlinie drehbar an dem ersten Handgelenkselement ausgebildet ist, ein drittes Handgelenkselement, das um eine zu der zweiten Achsenlinie senkrechte dritte Achsenlinie drehbar an dem zweiten Handgelenkselement ausgebildet ist, und einen Leitungskörper, der ein Arbeitswerkzeug, das an einem Werkzeuganbringungsteil des dritten Handgelenkselements angebracht ist, und eine Werkzeugmanagementübertragungsvorrichtung, die an einem hinteren Abschnitt des Vorderarms ausgebildet ist, verbindet und dem Arbeitswerkzeug wenigstens eines aus Antriebskraft, Signalen und Materialien vermittelt, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass er mit einem ersten Untersetzungsgetriebe, das das erste Handgelenkselement drehend antreibt, einem ersten Untersetzungsabschnitt und einem zweiten Untersetzungsabschnitt, die das zweite Handgelenkselement drehend antreiben, einem dritten Untersetzungsabschnitt, der das dritte Handgelenkselement drehend antreibt, einem Motor für das zweite Handgelenk und einem Motor für das dritte Handgelenk, die jeweils das zweite Handgelenkselement und das dritte Handgelenkselement antreiben, und einem Übertragungsmechanismus für das zweite Handgelenk und einem Übertragungsmechanismus für das dritte Handgelenk, die jeweils die Drehantriebskraft des Motors für das zweite Handgelenk und des Motors für das dritte Handgelenk zu dem zweiten Handgelenkselement und dem dritten Handgelenkselement übertragen und einen Hypoidzahnradsatz enthalten, versehen ist, wobei an dem Vorderarmteil ein erster hohler Abschnitt gebildet ist, der eine mit der ersten Achsenlinie übereinstimmende Mittelachsenlinie aufweist, an dem ersten Handgelenkselement ein Durchgangspfad gebildet ist, der mit dem ersten hohlen Abschnitt in Verbindung steht, an dem dritten Handgelenkselement ein zweiter hohler Abschnitt gebildet ist, der eine mit der dritten Achsenlinie übereinstimmende Mittelachsenlinie aufweist, der Leitungskörper in den ersten hohlen Abschnitt, den Durchgangspfad und den zweiten hohlen Abschnitt eingesetzt ist, und bei wenigstens einem Motor aus dem Motor für das zweite Handgelenk und dem Motor für das dritte Handgelenk eine Bremsvorrichtung beseitigt ist.
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der ausführlichen Erklärung einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, klarer werden.
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Einfache Erklärung der Zeichnungen
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1 ist eine Vorderansicht, die den Innenaufbau eines Handgelenksaufbaus eines Industrieroboters nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Seitenansicht, die den Innenaufbau des Handgelenksaufbaus eines Industrieroboters nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Industrieroboter zeigt, bei dem der Handgelenksaufbau nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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4 ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen Industrieroboter zeigt, bei dem der Handgelenksaufbau nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird; und
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5 ist eine von schräg hinten her gesehene Schrägansicht eines ersten Handgelenkselements, das den Handgelenksaufbau nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
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Ausführliche Erklärung
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Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab dieser Zeichnungen passend verändert.
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1 und 2 sind eine Vorderansicht und eine Seitenansicht, die jeweils den Innenaufbau eines Handgelenksaufbaus 100 eines Industrieroboters nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 3 und 4 sind Seitenansichten, die Beispiele für Industrieroboter 1A und 1B zeigen, bei denen dieser Handgelenksaufbau 100 angewendet wird.
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Zunächst wird der Aufbau des Industrieroboters 1A, 1B erklärt. Der in 3 bzw. 4 gezeigte Industrieroboter 1A, 1B ist ein Roboter, der über Freiheitsgrade in sechs orthogonalen Achsen verfügt. Insbesondere zeigt 3 einen Bogenschweißroboter 1A, der als Handgelenkselement der letzten Achse mit einem Schweißbrenner 2 versehen ist, während 4 einen Handling-Roboter 1B zeigt, der als Handgelenkselement der letzten Achse mit einem Hand-Arbeitsinstrument 3 versehen ist. Wie in 3 gezeigt ist an den Schweißbrenner 2 ein Leitungskörper 4 angeschlossen, in dem ein Signalkabel, ein Stromquellenkabel, ein Schweißdraht, ein Gasschlauch, ein Drahtkanal und dergleichen gebündelt sind. Und wie in 4 gezeigt ist an das Hand-Arbeitsinstrument 3 ein Leitungskörper 4 angeschlossen, in dem ein Signalkabel, ein Stromquellenkabel, eine Luftleitung und dergleichen gebündelt sind.
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In 3 und 4 ist ein Sockel 6 um eine in der senkrechten Richtung verlaufende Achsenlinie drehbar, und wird auf dem Sockel 3 ein Oberarm 7 drehbar gehalten. An dem vorderen Ende des Oberarms 7 wird ein Vorderarm 8 drehbar gehalten, und an dem vorderen Ende des Vorderarms 8 wird der Handgelenksaubau 100 gehalten. Der Sockel 6 und der Oberarm 7 und der Vorderarm 8 drehen sich mit einem Freiheitsgrad der Drehung in drei Achsen. Was die in 3 und 4 gezeigten Industrieroboter 1A, 1B betrifft, unterscheiden sich beide hinsichtlich der Form des dritten Handgelenkselements 12 als Endeffektor, des Aufbaus des an das dritte Handgelenkselement 12 angeschlossenen Leitungskörpers 4 und des Aufbaus der Versorgungsvorrichtung 5, die den Leitungskörper 4 versorgt, während ihre sonstigen Elemente gleich sind. Das heißt, der Aufbau des Sockels 6 und des Oberarms 7 und des Vorderarms 8 ist bei beiden Robotern gleich. An einem Werkzeuganbringungsabschnitt des dritten Handgelenkselements ist das oben genannte Arbeitswerkzeug, zum Beispiel der Schweißbrenner 2 oder das Hand-Arbeitsinstrument 3, angebracht.
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Der Handgelenksaufbau 100 besteht aus dem Vorderarm 8, einem ersten Handgelenkselement 10, einem zweiten Handgelenkselement 11 und dem dritten Handgelenkselement 12, die einen Freiheitsgrad der Drehung in drei Achsen aufweisen. Das erste Handgelenkselement 10 wird so an dem vorderen Ende des Vorderarms 8 gehalten, dass es sich um eine in der Längsrichtung verlaufende erste Achsenlinie L1 drehen kann. Das zweite Handgelenkselement 11 wird so an dem vorderen Ende des ersten Handgelenkselements 10 gehalten, dass es sich um eine zweite Achsenlinie L2, die die erste Achsenlinie L1 kreuzt, drehen kann. Das dritte Handgelenkselement 12 wird so an dem vorderen Ende des zweiten Handgelenkselements 11 gehalten, dass es sich um eine dritte Achsenlinie L3, die die zweite Achsenlinie L2 kreuzt, drehen kann.
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Die erste Achsenlinie L1, die zweite Achsenlinie L2 und die dritte Achsenlinie L3 kreuzen einander an einem Punkt, und der Handgelenksaufbau weist den Aufbau eines Inline-Handgelenks auf. Dadurch sind wie in 2 gezeigt die erste Achsenlinie L1 und die dritte Achsenlinie L3 auf der gleichen Achsenlinie positioniert und kann bei einer Drehung des ersten Handgelenkselements 10 der Störradius der anderen Handgelenkselemente 11, 12 klein gestaltet werden. Außerdem kann ein Handgelenksaufbau 100 mit gutem Drehgleichgewicht und guter Steuerbarkeit ausgeführt werden. Die einzelnen Antriebselemente, die die obigen Industrieroboter 1A, 1B bilden, werden durch Servomotoren, die den einzelnen Antriebselementen entsprechen, so angetrieben, dass sie Befehlen von einer nicht dargestellten Robotersteuervorrichtung folgend bestimmte Positionen und Lagen erreichen können.
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Als nächstes wird der Aufbau des Handgelenkaufbaus 100 erklärt. Im Folgenden werden zur Bequemlichkeit der Erklärung wie in 1 und 2 gezeigt eine senkrechte Richtung, eine Längsrichtung und eine Querrichtung definiert und wird der Aufbau der einzelnen Teile diesen Definitionen folgend erklärt. Wie in 1 und 2 gezeigt erstreckt sich das erste Handgelenkselement 10 in der Längsrichtung und wird sein hinteres Ende drehbar an dem vorderen Ende des Vorderarms 8 gehalten. An dem Vorderarm 8 sind ein Servomotor (nicht dargestellt) und ein erstes Untersetzungsgetriebe RG0, um das erste Handgelenkselement 10 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt zu drehen, ausgebildet. Das erste Untersetzungsgetriebe RG0 ist so in dem Vorderarm 8 aufgenommen, dass sich sein Ausgangsabschnitt auf der gleichen Achse wie der Achsenlinie L1 dreht, und der erste Handgelenksabschnitt 10 wird über das erste Untersetzungsgetriebe RG0 mit der ersten Achsenlinie L1 als Zentrum drehend angetrieben.
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Das erste Handgelenkselement 10 weist ein vorderes Gehäuse 10A und ein hinteres Gehäuse 10B auf, die über eine Anbringungsfläche SA, welche in einer zu der ersten Achsenlinie L1 senkrechten Vertikalrichtung verläuft, fest einstückig verbunden sind. Im Inneren der einzelnen Gehäuse 10A, 10B sind Aufnahmeräume SP1, SP2 gebildet. In dem Aufnahmeraum SP2 an der Hinterseite sind ein Servomotor 13, der das zweite Handgelenkselement 11 antreibt, und ein Servomotor 14, der das dritte Handgelenkselement 12 antreibt, angeordnet. Der Servomotor 14 ist an der Vorderseite des Servomotors 13 angeordnet.
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Die Ausgangswellen 13a, 14a der einzelnen Servomotoren 13, 14 ragen jeweils in Bezug auf die erste Achsenlinie L1 parallel nach vorne. Der Servomotor 13 ist weiter oben als der Servomotor 14 positioniert und seine Ausgangswelle 13a verläuft über der ersten Achsenlinie L1, während die Ausgangswelle 14a unter der ersten Achsenlinie L1 verläuft. Mit anderen Worten sind die Ausgangswellen 13a, 14a der Servomotoren 13, 14 so versetzt positioniert, dass sie in Bezug auf eine Ebene, die die erste Achsenlinie L1 und die zweite Achsenlinie L2 enthält, ungefähr flächensymmetrisch sind, und sind die Servomotoren 13, 14 an beiden Seiten der Ebene die die erste Achsenlinie L1 und die zweite Achsenlinie L2 enthält, in einem längs verschobenen Zustand und in einem teilweise übereinanderliegenden Zustand parallel eingerichtet.
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Durch derartiges Anordnen des Motors 13 für das zweite Handgelenk an der Basisendseite (Hinterseite) des ersten Handgelenkselements 10 und des Motors 14 für das dritte Handgelenk an der vorderen Endseite (Vorderseite) des ersten Handgelenkselements 10 können die beiden Motoren 13, 14 von der Richtung der ersten Achsenlinie L1 her gesehen teilweise übereinanderliegend angeordnet werden. Dadurch kann die zu der Achse rechtwinkelige Querschnittfläche des ersten Handgelenkselements 10 klein gehalten werden.
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In dem Aufnahmeraum SP1 an der Vorderseite sind ein Hypoidzahnradsatz, der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors 13 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt und ein Hypoidzahnradsatz 20, der die Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors 14 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt, ausgebildet. Die Hypoidzahnradsätze 15, 20 weisen jeweils ein Ritzel (ein antriebsseitiges kleines Zahnrad) 16, 20, das durch den Servomotor 13, 14 drehend angetrieben wird, und einen mit dem Ritzel 16, 20 eingreifenden Zahnkranz (ein abtriebsseitiges großes Zahnrad) 17, 22 auf.
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Das Ritzel 16 ist an dem vorderen Ende eines Schaftteils 160, der über der ersten Achsenlinie L1 in der Längsrichtung verläuft, ausgebildet, und das Ritzel 21 ist an dem vorderen Ende eines Schaftteils 210, der unter der ersten Achsenlinie L1 entlang der ersten Achsenlinie L1 verläuft, ausgebildet. Das Ritzel 16 (der Schaftteil 160) wird über Lager 18a, 18b (Kegelrollenlager), die an dem vorderen und dem hinteren Endbereich ausgebildet sind, und ein Nadellager 18c, das zwischen die Lager 18a, 18b eingefügt ist, um eine zu der ersten Achsenlinie L1 parallele Achsenlinie L16 drehbar in dem vorderen Gehäuse 10A gehalten. Auch das Ritzel 21 (der Schaftteil 210) wird über Lager 23a, 23b (Kegelrollenlager), die an dem vorderen und dem hinteren Endbereich ausgebildet sind, und ein Nadellager 23c, das zwischen die Lager 23a, 23b eingefügt ist, um eine zu der ersten Achsenlinie L1 parallele Achsenlinie L21 drehbar in dem vorderen Gehäuse 10A gehalten.
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Die Ritzel 16, 21 werden jeweils durch eine Lagermutter 18d, 23d in der Achsenrichtung vorbelastet und in einen Zustand, in dem die Drehgenauigkeit des Ritzels 16, 21 am besten ist, gebracht drehbar an den Lagern 18a, 18b und den Lagern 23a, 23b gehalten. Durch die Ausbildung des Nadellagers 18c, 23c zwischen dem Paar aus dem vorderen und dem hinteren Lager 18a, 18b und 23a, 23b kann das Ritzel 16, 21 auch dann, wenn eine externe Kraft, die über die Vorbelastung hinausgeht, wirkt und der Halt durch die Lager 18a, 18b und 23a, 23b unvollständig geworden ist, gut durch das Nadellager 18c, 23c gehalten werden. Anstelle der Nadellager 18c, 23c können auch Hülsen verwendet werden.
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An dem vorderen Ende des vorderen Gehäuses 10A sind jeweils ein Zahnkranz 17, der mit dem Ritzel 16 verzahnt ist, und ein Zahnkranz 22, der mit dem Ritzel 21 verzahnt ist, um die zweite Achsenlinie L2 drehbar ausgebildet. Der Zahnkranz 17 weist einen größeren Durchmesser als der Zahnkranz 22 auf, und der Zahnkranz 22 ist an der rechten Seite des Zahnkranzes 17 angeordnet. Das Ritzel 16 ist in einem Zustand ausgeführt, in dem die Zähne nach rechts verdreht sind, und das Ritzel 21 ist in einem Zustand ausgeführt, in dem die Zähne in eine andere Richtung (nach links gerichtet) verdreht sind. Durch eine derartige jeweils symmetrische Ausführung der Zahnformen der beiden Ritzel 16, 21 können die beiden Ritzel 16, 21 an in der Normalenrichtung der zweiten Achsenlinie L2 symmetrisch versetzten Positionen angeordnet werden.
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Wie in 2 gezeigt wird die Positionsbeziehung zwischen dem Ritzel 16, 21 und dem Zahnkranz 17, 22 durch Unterlegscheiben reguliert. Das heißt, die Position des Ritzels 16, 21 in der Längsrichtung wird durch eine an der Vorderseite des Lagers 18a, 23a angeordnete Unterlegscheibe SM1 reguliert, und die Position des Zahnkranzes 17, 22 in der Querrichtung durch eine rechts von einem Lager 19 und einem Lager 32a angeordnete Unterlegscheibe SM2 reguliert. Dadurch können der Rückstoß und der Zahnkontakt zwischen dem Ritzel 16, 21 und dem Zahnkranz 17, 22 reguliert werden.
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Der Zahnkranz 17 ist einstückig mit dem zweiten Handgelenkselement 11 gekoppelt. Der Zahnkranz 17 wird über das Lager 19 drehbar in dem ersten Handgelenkselement 10 gehalten, und durch die Drehung des Zahnkranzes 17 wird das zweite Handgelenkselement 11 drehend um die zweite Achsenlinie L2 angetrieben.
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An dem zweiten Handgelenkselement 11 ist ein Kegelzahnrad 31 mit der zweiten Achsenlinie L2 als Drehzentrum ausgebildet. Ein Schaftteil des Kegelzahnrads 31 verläuft entlang der zweiten Achsenlinie L2 in der Querrichtung, und die innere Umfangsfläche des Zahnkranzes 22 ist mit diesem Schaftteil kerbverzahnt gekoppelt. Der Schaftteil des Kegelzahnrads 31 wird über ein Paar aus einem linken und einem rechten Lager 32a, 32b drehbar an der Innenseite des Zahnkranzes 17 gehalten, und das Kegelzahnrad 31 dreht sich einstückig mit dem Zahnkranz 17 um die zweite Achsenlinie L2.
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An dem dritten Handgelenkselement 12 ist ein Kegelzahnrad 33 mit der dritten Achsenlinie L3 als Drehzentrum ausgebildet. Das Kegelzahnrad 33 ist mit dem Kegelzahnrad 31 verzahnt, und das Kegelzahnrad 33 wird durch eine Drehung des Zahnkranzes 22 über das Kegelzahnrad 31 gedreht. Dadurch wird das dritte Handgelenkselement 12 drehend um die dritte Achsenlinie L3 angetrieben. Der Außendurchmesser des Kegelzahnrads 31 ist größer als der Außendurchmesser des Kegelzahnrads 33, und bei der Übertragung der Triebkraft von dem Kegelzahnrad 31 zu dem Kegelzahnrad 33 wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Kegelzahnrads 33 erhöht.
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An dem vorderen Ende des dritten Handgelenkselements 12 ist eine Anbringungsfläche 12a gebildet, und an der Anbringungsfläche 12a wird ein dem Arbeitsinhalt entsprechendes Vorsatzgerät AT (der Schweißbrenner 2 von 3, das Hand-Arbeitsinstrument 3 von 4 oder dergleichen) abnehmbar angebracht. Da der Handgelenksaufbau 100 der vorliegenden Ausführungsform einen Freiheitsgrad in drei Achsenrichtungen aufweist, können die Position und die Lage des Vorsatzgeräts AT frei geändert werden. Da hier die Entfernung von der zweiten Achsenlinie L2 bis zu dem Zentrum des Vorsatzgeräts AT länger als die Entfernung von der dritten Achsenlinie L3 bis zu dem Zentrum des Vorsatzgeräts AT ist, wird zum Antrieb des zweiten Handgelenkselements 11 ein größeres Antriebsdrehmoment als zum Antrieb des dritten Handgelenkselements 12 nötig. Das heißt, es ist nötig, das Untersetzungsverhältnis des Motors 13 für das zweite Handgelenk groß zu gestalten. Wenn versucht wird, dieses Untersetzungsverhältnis nur durch den Hypoidzahnradsatz 15 zu erhalten, wird das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 groß und nimmt die Übertragungseffizienz der Triebkraft ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Handgelenksaufbau 100 unter Berücksichtigung dieses Umstands wie nachstehend ausgeführt.
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Wie in 1 und 2 gezeigt weist der Handgelenksaufbau 100 einen Triebkraftübertragungsmechanismus 50 für das zweite Handgelenk, der die Triebkraft des Servomotors 13 für das zweite Handgelenk zu dem zweiten Handgelenkselement 11 überträgt, und einen Triebkraftübertragungsmechanismus 55 für das dritte Handgelenk, der die Triebkraft des Servomotors 14 für das dritte Handgelenk zu dem dritten Handgelenkselement 12 überträgt, auf.
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Der Triebkraftübertragungsmechanismus 50 für das zweite Handgelenk weist einen ersten Untersetzungsabschnitt RG1 und einen zweiten Untersetzungsabschnitt RG2 auf, die zwischen dem Servomotor 13 und dem Hypoidzahnradsatz 15 ausgebildet sind. Über dem Servomotor 14 verläuft eine Antriebswelle 51 in der Längsrichtung, wobei an dem vorderen und dem hinteren Ende der Antriebswelle 51 Stirnräder 52, 53 angebracht sind. Die Antriebswelle 51 wird in dem hinteren Gehäuse 10B über ein Paar aus einem vorderen und einem hinteren Lager 51a, 51b um eine zu der ersten Achsenlinie L1 parallele Achsenlinie drehbar gehalten. Hinter dem Lager 51a und vor dem Lager 51b ist jeweils eine Öldichtung 51c, 51d ausgebildet, wodurch verhindert wird, dass Schmieröl für die Lager 51a, 51b zu dem Servomotor 14 hin vordringt.
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Das Stirnrad 53 greift mit der Ausgangswelle 13a des Servomotors 13 ein, und die Drehung des Servomotors 13 wird über das Stirnrad 53 zu der Antriebswelle 51 übertragen. Das Stirnrad 53 weist einen größeren Durchmesser als die Ausgangswelle 13a auf, und die Ausgangswelle 13a und das Stirnrad 53 bilden den ersten Untersetzungsabschnitt RG1. Die Drehung des Servomotors 13 wird durch den ersten Untersetzungsabschnitt RG1 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt, und die Antriebswelle 51 dreht sich mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Servomotor 13.
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Das vordere Ende der Antriebswelle 51 ragt in das vordere Gehäuse 10A, und das Stirnrad 52 ist in dem vorderen Gehäuse 10A angeordnet. An dem hinteren Ende des Schaftteils 160 des Ritzels 16 ist ein Stirnrad 54 um die Achsenlinie L16 drehbar angebracht. Das Stirnrad 52 ist mit dem Stirnrad 54 verzahnt, und die Drehung der Antriebswelle 51 wird über die Stirnräder 52, 54 zu dem Ritzel 16 übertragen. Das Stirnrad 54 weist einen größeren Durchmesser als das Stirnrad 52 auf, und die Stirnräder 52, 54 bilden den zweiten Untersetzungsabschnitt RG2. Die Drehung der Antriebswelle 51 wird durch den zweiten Untersetzungsabschnitt RG2 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt, und das Ritzel 16 dreht sich mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Antriebswelle 51.
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Auf diese Weise wird die Drehung des Servomotors 13 für das zweite Handgelenk über zwei Gruppen von Untersetzungsabschnitten RG1, RG2 zu dem Ritzel 16 übertragen. Dadurch kann das zweite Handgelenkselement 11 mit einem bestimmten Antriebsdrehmoment gedreht werden, ohne das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 allzu hoch zu gestalten. Zum Beispiel kann das Untersetzungsverhältnis des ersten Untersetzungsabschnitts RG1 und des zweiten Untersetzungsabschnitts RG2 jeweils auf 1:1,5 bis 4 eingerichtet werden und das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 auf 1:8 bis 20 eingerichtet werden. Für die Verteilung der Untersetzungsverhältnisse des ersten Untersetzungsabschnitts RG1 und des zweiten Untersetzungsabschnitts RG2 sollte je nach der jeweiligen Anbringungsstelle der ideale Wert gewählt werden, und zum Beispiel kann der erste Untersetzungsabschnitt RG1 auf 1:1,5 und der zweite Untersetzungsabschnitt RG2 auf 1:4 eingerichtet werden. Als Ergebnis kann das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 auf 20 oder weniger gedrückt werden. Das heißt, es kann verhindert werden, dass das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 übermäßig groß wird, und es kann eine Abnahme der Übertragungseffizienz verhindert werden.
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Der Triebkraftübertragungsmechanismus 55 für das dritte Handgelenk weist einen Hypoidzahnradsatz 20, das Paar von Kegelzahnrädern 31, 33, und einen dritten Untersetzungsabschnitt RG3, der zwischen dem Servomotor 14 und dem Hypoidzahnradsatz ausgebildet ist, auf. An dem hinteren Ende des Schaftteils 210 des Ritzels 21 ist ein Stirnrad 56 um eine Achsenlinie L21 drehbar angebracht. Das Stirnrad 56 steht mit der Ausgangswelle 14a des Servomotors 14 in Eingriff, und die Drehung des Servomotors 14 wird über das Stirnrad 56 zu dem Ritzel 21 übertragen. Das Stirnrad 56 weist einen größeren Durchmesser als die Ausgangswelle 14a auf, und die Ausgangswelle 14a und das Stirnrad 56 bilden den dritten Untersetzungsabschnitt RG3. Die Drehung des Servomotors 14 wird durch den dritten Untersetzungsabschnitt RG3 mit einem bestimmten Untersetzungsverhältnis verlangsamt und das Ritzel 21 dreht sich mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Servomotor 14.
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Die Drehung des Servomotors 14 für das dritte Handgelenk wird durch den einen Satz des dritten Untersetzungsabschnitts RG3 zu dem Ritzel 21 übertragen. Die Entfernung zwischen der dritten Achsenlinie L3 und der Mittelachse des Vorsatzgeräts AT ist gering, und für das dritte Handgelenkselement 13 ist kein so großes Antriebsdrehmoment wie für das zweite Handgelenkselement 11 nötig. Daher kann das dritte Handgelenkselement 12 auch bei nur einem Satz eines Untersetzungsabschnitts RG3 mit einem bestimmten Antriebsdrehmoment gedreht werden, ohne das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 20 allzu hoch zu gestalten. Zum Beispiel kann das Untersetzungsverhältnis des dritten Untersetzungsabschnitts RG3 auf 1:3 bis 5 eingerichtet werden und das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 20 auf 1:10 bis 20 eingerichtet werden. Als Ergebnis kann das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 20 auf 20 oder weniger gedrückt werden. Das heißt, es kann verhindert werden, dass das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 20 übermäßig groß wird, und es kann eine Abnahme der Übertragungseffizienz verhindert werden.
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5 ist eine von schräg hinten her gesehene Schrägansicht eines ersten Handgelenkselements 10. Wie in 5 gezeigt ist in dem hinteren Endabschnitt des ersten Handgelenkselements 10 (der hinteren Abdeckung 10B) eine Durchgangsöffnung 41 entlang der ersten Achsenlinie L1 geöffnet, und ist hinter der Durchgangsöffnung 41 ein nicht dargestellter Untersetzungsmechanismus zur Verlangsamung der Drehung des ersten Handgelenkselements 10 angeordnet. An dem Ausgangsabschnitt des Untersetzungsmechanismus ist ein hohles Loch gebildet, und in dieses hohle Loch sind Steuerkabel, die mit Konnektoren der Servomotoren 13, 14 verbunden sind, eingesetzt. Dadurch werden Verdrehungen der Kabel bei einer Drehung des ersten Handgelenkselements 10 um die erste Achsenlinie L1 aufgenommen und können Beschädigungen der Kabel wie etwa Brüche oder dergleichen verhindert werden. An dem ersten Handgelenkselement 10 ist eine Abdeckung 42 abnehmbar angebracht. Durch Abnehmen der Abdeckung 42 können die Steuerkabel leicht an den Konnektoren der Servomotoren 13, 14 angebracht bzw. davon abgenommen werden.
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Übrigens ist wie bereits unter Bezugnahme auf 3 besprochen das erste Untersetzungsgetriebe RG0 in den Vorderarm 8 eingebaut. In dem ersten Untersetzungsgetriebe RG0 ist ein erster hohler Abschnitt 91 gebildet, der eine mit der ersten Achsenlinie L1 übereinstimmende Mittelachsenlinie aufweist. Das erste Handgelenkselement 10 ist an dem Ausgangsabschnitt des ersten Untersetzungsgetriebes RG0 angebracht. In dem ersten Handgelenkselement 10 ist ein Durchgangspfad 92 gebildet. Zudem ist in dem dritten Handgelenkselement 12 ein zweiter hohler Abschnitt 93 gebildet, der eine mit der dritten Achsenlinie L3 übereinstimmende Mittelachsenlinie aufweist.
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Wie aus 2 usw. klar ist, verläuft der von der Versorgungsvorrichtung 5 (Werkzeugmanagementübertragungsvorrichtung) her bereitgestellte Leitungskörper 4 durch den ersten hohlen Abschnitt 91, den Durchgangspfad 92 und den zweiten hohlen Abschnitt 93 bis zu dem Hand-Arbeitsinstrument 3 (oder dem Schweißbrenner 2). Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung ist der Leitungskörper 4 im Inneren des Handgelenksaufbaus 100 positioniert. Daher kann die Wirkung der Schwerkraftbelastung von dem Leitungskörper 4 auf zwei Achsen des Handgelenks minimiert werden.
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Nun wird der leichte Schweißbrenner 2 oder das leichte Hand-Arbeitsinstrument 3 an dem dritten Handgelenkselement 12 angebracht. Das Untersetzungsverhältnis des Hypoidzahnradsatzes 15 wird auf ein geringes Verhältnis, beispielsweise 1:8 bis 10, festgelegt. Außerdem wird das Ritzel 16 je nach Notwendigkeit durch eine Unterlegscheibe dicht an die zweite Achsenlinie L2 bewegt. Außerdem können der Hypoidzahnradsatz 20 und das Ritzel 21 auf die gleiche Weise gestaltet werden.
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Wenn der Gegenwirkungsgrad und dergleichen der Hypoidzahnradsätze wie oben beschrieben eingestellt wird, kann die Schwerkraftbelastung des Schweißbrenners 2 oder des Hand-Arbeitsinstruments 3 getragen werden, ohne an wenigstens einem der Servomotoren 13, 14 eine interne Bremse bereitzustellen. Daher besteht bei der vorliegenden Erfindung unabhängig von der Lage des Roboters keine Möglichkeit, dass die mit den Achsen zur Positionierung des Schweißbrenners 2 oder des Hand-Arbeitsinstruments 3 verbundenen Elemente, das heißt, das erste bis dritte Handgelenkselement, abfallen.
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In 1 und 2 sind bei den Servomotoren 13, 14 jeweils Positionen B1, B2 gestrichelt dargestellt. Diese Positionen B1, B2 sind Anbringungsstellen von Bremsen-Konnektoren für die Servomotoren 13, 14. Da bei der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der Servomotoren 13, 14 nicht mit einer Bremse versehen werden muss, kann auch auf den Bremsen-Konnektor für die Bremse verzichtet werden.
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Da bei der vorliegenden Erfindung die Bremse und der Konnektor wenigstens eines der Servomotoren beseitigt werden können, kann der Handgelenksaufbau 100 als Ganzes leichtgewichtig ausgeführt werden. Daher werden rasche Bewegungen und genaue Positionierungen möglich, ohne dass es zu einem Abfallen von Achsen kommt.
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Wenn der Schweißbrenner 2 oder das Hand-Arbeitsinstrument 3 vergleichsweise schwer ist, ist es ratsam, eine Bremse für wenigstens einen der Servomotoren anzubringen. Dazu kann an der Position B1, B2 ein Bremsen-Konnektor angebracht werden. Daher kann je nach Notwendigkeit eine Bremse an den Bremsen-Konnektor angeschlossen werden. Zu diesem Zweck ist es günstig, in der Abdeckung 42 in der Nähe der Position B1, B2 vorab einen Raum, in dem die Bremse untergebracht werden kann, sicherzustellen.
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Resultat der vorliegenden Offenbarung
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Bei der ersten Form kann die auf dem Arbeitswerkzeug basierende Schwerkraftbelastung, die auf zwei Achsen des Handgelenks wirkt, minimiert werden. Daher kann im Fall eines vergleichsweise leichten Arbeitswerkzeugs die Schwerkraftbelastung des Arbeitswerkzeugs durch eine passende Einstellung des Gegenwirkungsgrads der Hypoidzahnradsätze ohne Einbau einer Bremse bei wenigstens einem Motor gehalten werden. Folglich kann ein Abfallen der mit den Achsen zusammenhängenden Elemente, zum Beispiel des ersten Handgelenkselements bis dritten Handgelenkselements, vermieden werden. Da auf diese Weise die Bremse wenigstens eines Motors beseitigt werden kann, kann der Handgelenksaufbau als Ganzes leichtgewichtig gestaltet werden. Daher kann ein Handgelenksaufbau für einen Industrieroboter bereitgestellt werden, bei dem rasche Bewegungen und genaue Positionierungen möglich sind, ohne dass es zu einem Abfallen von Elementen, die mit den Achsen in Zusammenhang stehen, kommt.
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Die obige Erklärung stellt lediglich ein Beispiel dar, und solange die Kennzeichnungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden, wird die vorliegende Erfindung nicht durch die obige Ausführungsform und Abwandlungen beschränkt. Die Aufbauelemente der oben beschriebene Ausführungsform und von Abwandlungen davon umfassen auch Elemente, die austauschbar sind oder deren Austausch einleuchtend ist, solange die Gleichartigkeit der Erfindung gewahrt bleibt. Das heißt, der Umfang der vorliegenden Erfindung enthält auch andere Formen, die innerhalb des Umfangs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind. Es ist auch möglich, die oben beschriebene Ausführungsform und eine oder mehrere Abwandlungen davon beliebig zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4233578 [0002, 0003]
- JP 2014-213437 [0002, 0003]
