DE3530365C2

DE3530365C2 - Handgelenk für Industrieroboter

Info

Publication number: DE3530365C2
Application number: DE3530365A
Authority: DE
Inventors: Carl-Axel Allared
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1985-08-24
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2005-08-25
Also published as: DE3530365A1; SE444531B; US4704065A; SE8404368L; SE8404368D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handgelenk für In dustrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Handgelenk ist bekannt aus der DE-OS 30 48 067.

Bei einem Industrieroboter muß es möglich sein, einen Werk zeughalter oder eine Befestigungsvorrichtung für ein Werk zeug oder Werkstück, welcher/welche am weitesten vom Robo terarm entfernt angeordnet ist, in jede beliebige Position innerhalb des Arbeitsbereiches des Roboters zu fahren, wobei gleichzeitig der Halter bzw. die Befestigungsvorrichtung in jede beliebige Richtung (Winkellage) einstellbar sein muß. Um den Halter in eine beliebige Position im Raum bringen zu können, sind drei Freiheitsgrade erforderlich, und um den Halter in jede beliebige Richtung orientieren zu können, sind drei weitere Freiheitsgrade erforderlich. Folglich sind sechs unabhängige Freiheitsgrade notwendig, um den Halter in eine beliebige Position fahren zu können und ihn in dieser Position in einer beliebigen Richtung orientieren zu können.

Um den Werkzeughalter an dem Handgelenk eines Industriero boters in seiner Richtung einstellen zu können, sind - wie oben ausgeführt - drei Freiheitsgrade für das Handgelenk er forderlich, eine Forderung, die bei einem Handgelenk der eingangs genannten Art erfüllt ist. Es gibt jedoch gewisse Probleme, die im Zusammenhang mit einer oder einigen der Einstellpositionen des Werkzeughalters auftreten. Diese Pro bleme entstehen in den Positionen, in denen zwei oder mehr Achsen des Handgelenks parallel zueinander liegen oder zu sammenfallen. Diese Positionen werden als Singulärpunkte be zeichnet, wodurch kenntlich gemacht werden soll, daß der Werkzeughalter in einer kritischen Richtung nicht reorien tiert werden kann ohne gleichzeitige Durchführung einer größeren Reorientierung anderer Teile des Handgelenks. Dies resultiert in einer Zeitverzögerung, so daß in kontinuier lichen Prozessen, wie beispielsweise Schweißen oder Kleben, der Prozeß mit Rücksicht auf die Bewegungslosigkeit des Werkzeughalters während der für die Reorientierung des Hand gelenks erforderlichen Zeit unterbrochen werden. Diese Re orientierung kann infolge der mechanischen Toleranzen in dem Handgelenk ferner eine kleine Verlagerung des Werkzeugs zur Folge haben, wodurch die Genauigkeit der Positionierung ver mindert wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Reorientierung des Handgelenks zu einer so weiten Verstel lung eines Teils führen kann, daß dieses mit anderen in der Umgebung des Roboters vorhandenen Teilen kollidiert.

Aus der CH-Z: Technika, 12/1980, Seiten 1037-1042, 1049 und 1050, die sich in allgemeiner Weise mit den Bewegungsproble men und Freiheitsgraden von Robotern befaßt, ist aus Bild 2 ein Handgelenk mit drei Freiheitsgraden bekannt, wobei zwei benachbarte Teile des Handgelenks um jeweils eine Achse der art schwenkbar sind, daß die Handgelenkteile aus der Streck lage des Handgelenks herausschwenkbar sind, und eine Drehachse, die mit der Streckachse des Handgelenks zusammen fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handgelenk der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem das Auftreten singulärer Punkte vermieden wird und das Orien tierungsvermögen des Handgelenks verbessert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Handgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfin dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge nannten Merkmale hat.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch genannt.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau des Handge lenks gemäß der Erfindung,

Fig. 2 im Schnitt einen möglichen Aufbau des Handgelenks gemäß Fig. 1 im Detail.

Fig. 1 zeigt schematisch das äußere Teil des Arms 1 eines Industrieroboters und ein Handgelenk 2 gemäß der Erfindung, welches am äußeren Ende des Armes 1 befestigt ist. Zu dem Handgelenk 2 gehört ein erstes Gehäuse, welches aus zwei Ge häuseabschnitten 3 und 4 besteht, von denen der Gehäuseab schnitt 3 drehbar am Arm 1 befestigt ist, wodurch eine Dre hung des Handgelenks um eine erste Achse 5 ermöglicht wird, die im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Armes 1 verläuft. Der Abschnitt 4 des ersten Gehäuses trägt ein zweites Gehäuse 6, welches derart drehbar im Gehäuseab schnitt 4 gelagert ist, daß es um eine zweite Achse 7 ge dreht werden kann, welche im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse 5 verläuft und diese schneidet. Das zweite Ge häuse 6 trägt seinerseits einen Werkzeughalter 8, welcher derart im zweiten Gehäuse 6 gelagert ist, daß er um eine dritte Achse 9 gedreht werden kann, die im wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse 7 verläuft und diese schneidet.

Gemäß der Erfindung sind die beiden Abschnitte 3 und 4 des ersten Gehäuses derart miteinander verbunden, daß diese bei den Abschnitte relativ zueinander um eine vierte Achse 10 gedreht werden können, welche die erste Achse 5 schneidet und senkrecht sowohl zur ersten Achse 5 als auch zur zweiten Achse 7 verläuft. Auf diese Weise wird der Singulärpunkt vermieden, der sich anderenfalls beim Zusammenfallen der Achsen 5 und 9 ergeben würde und die in der Beschreibungs einleitung genannten Nachteile verursachen würde.

Fig. 2 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Handgelenks gemäß der Erfindung, das in der in Fig. 1 schematisch dargestellten Weise aufgebaut ist. Der besseren Klarheit wegen ist der von der strichpunktierten Linie 11 umgebene Teil des Handgelenks in einer um 90 Grad um die Längsachse des Handgelenks gedrehten Weise dargestellt.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist der Abschnitt 3 des ersten Gehäuses am äußeren Ende des Arms 1 mittels zweier Lager 12 drehbar angeordnet. Der Abschnitt 4 des ersten Gehäuses ist mittels zweier Lager 13 drehbar im Abschnitt 3 angeordnet. Das zweite Gehäuse 6 ist mittels zweier Lager 14 drehbar im Abschnitt 4 angeordnet, und der Werkzeughalter 8 ist mittels zweier Lager 15 drehbar im zweiten Gehäuse 6 angeordnet.

Fig. 2 zeigt auch die Antriebseinrichtung für die ver schiedenen Bauteile des Handgelenks 2. In diesem Zusammen hang ist zu beachten, daß bei dem gezeigten Ausführungsbei spiel zum Zwecke der Vereinfachung der Antriebseinrichtung die Drehbewegung des Abschnittes 3 des ersten Gehäuses koor diniert ist mit der gegenseitigen Drehbewegung zwischen den Abschnitten 3 und 4 des ersten Gehäuses, auf diese Weise wird erreicht, daß die beiden genannten Bewegungen mittels einer Antriebswelle 16 durchgeführt werden, die ein Ritzel 17 trägt, welches mit einem Innenzahnkranz 18 am Abschnitt 3 im Eingriff steht. Außerdem steht ein am Arm 1 befestigtes Kegelzahnrad 19 in Eingriff mit einem Kegelzahnrad 20 des Abschnittes 4, so daß bei einer Drehung des Abschnittes 3 sich zugleich der Abschnitt 4 relativ zum Abschnitt 3 dreht.

Der Antrieb für die Drehung des zweiten Gehäuses 6 relativ zum ersten Gehäuse 3,4 besteht aus einer Welle 21, die sich durch den Arm 1 erstreckt und die über Kegelzahnräder 22, 23 und 24 mit einer Welle 25 verbunden ist, die ihrerseits über ein Kegelzahnrad 26 mit einem Kegelzahnrad 27 des zweiten Gehäuses 6 in Verbindung steht.

Der Werkzeughalter 8 seinerseits wird von einer Welle 28 an getrieben, die innerhalb der Welle 21 angeordnet ist und die ein Kegelzahnrad 35 des Werkzeughalters 8 über Kegelzahn räder 29, 30 und 31, eine Zwischenwelle 32 und Kegelzahn räder 33 und 34 antreibt.

Die oben beschriebene Antriebsanordnung ermöglicht es, die verschiedenen Bewegungen des Handgelenks mit drei Antriebs wellen 16, 21 und 28 auszuführen, also im Gegensatz zu den vorbekannten Handgelenken ohne irgendwelche zusätzlichen Antriebswellen.

Claims

Handgelenk für einen Industrieroboter, welches am äußeren Ende des Armes (1) des Industrieroboters angeordnet ist, mit einem ersten Gehäuse (3, 4), das am Ende des Arms (1) drehbar um eine erste Achse (5) befestigt ist, welche im wesentli chen parallel zu der Längsachse des äußeren Teils des Armes (1) verläuft, mit einem zweiten Gehäuse (6), das im ersten Gehäuse (3, 4) drehbar um eine zweite Achse (7) gelagert ist, welche im wesentlichen senkrecht zu der Drehachse (5) des ersten Gehäuses verläuft, mit einem Werkzeughalter (8), der im zweiten Gehäuse (6) drehbar um eine dritte Achse (9) angeordnet ist, welche im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Achse (7) verläuft, und mit einer Antriebs- und Kraftübertragungseinrichtung für die Ausführung von Bewegun gen sowohl des ersten und des zweiten Gehäuses (3, 4 oder 6) als auch des Werkzeughalters (8) um die erste, zweite bezie hungsweise dritte Achse (5, 7, 9), dadurch ge kennzeichnet, daß das erste Gehäuse (3, 4) zwei miteinander verbundene Abschnitte umfaßt, die im Verhältnis zueinander um eine vierte Achse (10) gedreht werden können, welche im wesentlichen senkrecht sowohl zu der ersten Achse (5) als auch zu der zweiten Achse (7) verläuft, daß der er ste Abschnitt (3) des ersten Gehäuses (3, 4) mittels einer Antriebswelle (16) im Arm (1) gedreht werden kann und daß der Arm (1) mit einem fest an ihm angeordneten Kegelzahnrad (19) versehen ist, welches mit einem Kegelzahnrad (20) des zweiten Abschnittes (4) des ersten Gehäuses (3,4) derart in Eingriff steht, daß dieser zweite Abschnitt (4) gedreht wird, wenn der erste Abschnitt (3) des ersten Gehäuses (3, 4) gedreht wird.