DE68903191T2

DE68903191T2 - Gelenkverbindung nach art eines handgelenkes.

Info

Publication number: DE68903191T2
Application number: DE8989106320T
Authority: DE
Inventors: Hakan Dahlquist
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2009-04-11
Also published as: SE8801356L; EP0343354B1; DE68903191D1; US4997413A; SE8801356D0; EP0343354A1; SE466994B

Description

Die Erfindung betrifft ein Roboterhandgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die moderne technische Industrie legt zunehmend großes Gewicht auf die Orientierungskapazität des Arms und des Handgelenks von Robotern. Es ist eine Vielzahl verschiedener Konstruktionen von Arm und Handgelenk bekannt, die es gestatten, ein Werkzeug in verschiedenen Positionen innerhalb des Arbeitsbereiches zu betreiben. Damit der Arm und das Handgelenk in der gewünschten Weise betrieben werden können, ist zusätzlich eine Vielzahl von Achsen und Getrieben und gelegentlich auch seperatne Motoren erforderlich, die innerhalb des Armes und des Handgelenkes rotieren. Diese Einheiten sind relativ raumaufwendig, und wenn zusätzlich beispielsweise das Handgelenk hydraulische und/oder elektrische Kabel für die Zufuhr von Energie zu dem vom Handgelenk getragenen Werkzeug aufnehmen muß, kann es notwendig sein, ein relativ dickes Handgelenk zu bauen. Dies vermindert jedoch die Fähigkeit des Roboters in begrenzten Räumen zu arbeiten. In bekannten Vorrichtungen, wie zum Beispiel gemäß der US-A-4 690 012, besteht der Antriebsmotor für den Werkzeughalter aus einem vollständigen normalen Motor, der an der Seite des rohrförmigen Werkzeughalters, der über ein Getriebe angetrieben wird, montiert ist. Das Getriebe kann auch in einem gewissem Maße seitlichen Raum einnehmen.
Die Erfindung zielt auf die Entwicklung eines Roboterhandgelenks, das einerseits relativ schlank ist, und andererseit mit einem weiten Durchgangskanal versehen ist, um die Durchführung von Versorgungs- und/oder Kommunikationsleitungen durch das Handgelenk zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Roboterhandgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
Gemäß der Erfindung werden das Getriebe und der Motor zu einem Motor-Getriebesatz zusammengebaut, der konzentrisch zu dem Glied angeordnet ist, zum Beispiel einem Werkzeughalter, das von ihm angetrieben wird. Sowohl die Getrieberäder als auch der Motor sind rohrförmig ausgebildet, um einen Kanal für die Versorgungs- und/oder Kommunikationleitungen zu schaffen. Zu diesen Mitteln können beispielweise hydraulische und/oder elektrische Kabel gehören, Glasfaserkabel oder bloße Licht- oder Laserlichtstrahlen. Bei einem gegebenen Durchmesser für den Kanal wird der äußere Durchmesser des Roboterhandgelenks kleiner, als wenn der Motor und/oder das Getriebe seitlich des Kanals angeordnet würden.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 einen Roboter mit einem Roboterhandgelenk gemäß der Erfindung,
Figur 2 einen Schnitt durch das Handgelenkglied 1 in Figur 1 in vergrößertem Maßstab zur Darstellung der Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 bezeichnet 1 das äußere Gelenk oder Teil eines Roboterhandgelenks. In diesem Teil 1, welches in Figur 2 detaillierter dargestellt ist, ist ein rohrartiger Werkzeughalter 2 mittels Lager 3 drehbar gelagert. Ein ringförmiges Kegelzahnrad 4 ist konzentrisch an dem Werkzeughalter 3 befestigt. Ein ähnliches ringförmiges Kegelzahnrad 5, welches mit dem Zahnrad 4 in Eingriff steht, ist nicht drehbar im Verhätnis zum Gehäuse 1a des Teils 1 mittels einer kardanischen Aufhängung befestigt. Zu der kardanischen Aufhängung gehört ein äußerer Ring 6, der kippbar im äußeren Teil 1 mittels der Zapfen 7 gelagert ist. Innerhalb des äußeren Ringes 6 ist das ringförmige Zahnrad 5 seinerseits kippbar im Ring 6 mittels der Zapfen 9 aufgehängt, wobei die Achse der Zapfen 8 einen Winkel von 90 mit der Achse der Zapfen 7 bildet. Ein rohrförmiger Motor 9 ist konzentrisch in Bezug auf das Kegelzahnradpaar 4,5 und dem Werkzeughalter 2 angeordnet. Der Ständer 10 des Motors 9 ist fest mit dem Gehäuse 1a des Teils 1 verbunden, was symbolisch bei 10a angedeutet ist, während der rohrförmige Rotor 11 mit einer ähnlichen rohrförmigen Welle 12 versehen ist, deren Ende 13, welches dem Zahnrad 5 gegenüber liegt, schräg verläuft. Das Zahnrad 5 ist an seiner dem Ende 13 der Welle 12 gegenüberliegenden Seite mit einer Ausnehmung versehen, in welcher ein ebene Unterlegscheibe 14 angeordnet ist. Ein Achsialnadellager 15 ist in die Ausnehmung zwischen dem Dichtungsring und dem Ende 13 der Welle 12 eingesetzt.
Wenn sich der Motor 11 dreht, läuft sein Ende 13 ohne größere Reibung gegen das Zahnrad 5, welches wie oben mitgeteilt, im Verhältnis zum Gehäuse 1a und damit zum Stator 10 nicht drehbar ist. Da das Ende 13 der Welle 15 schräg ist und das Zahnrad 5 kardanisch aufgehängt ist, vollführt das Zahrad 5 eine Taumelbewegung, wobei der Berührungspunkt zwischen den Zahrädern 4 und 5 auf deren Umfang umläuft. Unter der Annahme, daß die Zähnezahl des Rades 5 100 beträgt und die des Rades 4 98, wird das Zahrad 5 während einer vollen Umdrehung des Berührungspunktes zwischen den Zahnrädern durch 100 Zähne des Rades 4 laufen, welches somit eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung wie der Motor 11 ausführt, die nur zwei Zähnen entspricht. Auf diese Weise wird eine Untersetzung von 2:100 = 1:50 erreicht. Die Drehrichtung des Zahrades 4 kann umgekeht werden, indem man das Zahnrad 5 mit der kleineren Zähnezahl versieht, z.B. 98, und das Zahnrad 4 mit der Zähnezahl 100.
Zusammenfassend besteht die Erfindung in einem rohrförmigen Motorgetriebesatz ohne Spiel, der ausgezeichnet als Antriebsglied für einen Werkzeughalter geeignet ist, der an einem Roboterarm angeordnet ist, vorausgesetzt, daß der genannte Motorgetriebesatz und Werkzeughalter konzentrisch zueinander angeordnet sind, wodurch die Konstruktion eines schlankeren Roboterhandgelenks ermöglicht wird, als dies bisher bei bekannten Roboterhandgelenken gleicher Art möglich war.
Der Teil des Roboterhandgelenks, in welchem der oben genannte Motor-Getriebesatz montiert ist, muß nicht die äußerste Achse des Roboterhandgelenks sein wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann das Werkzeughalteglied 2 durch ein Glied ersetzt werden, welches ein weiteres Teil des Roboterhandgelenks bildet. Dieses Glied könnte für weitere Orientierungszwecke des Handgelenks verwendet werden. Das Glied 2 könnte auch die Gestalt eines langgestreckten Rohres haben, um die Gesamtlänge des Roboterarms zu vergrößern. Der Roboterwerkzeughalter könnte dann, beispielsweise, an dem Handgelenkglied 2 befestigt werden.
Der hohle Kanal, der durch die Erfindung durch das Roboterhandgelenk gewonnen wird, kann beispielsweise zur Aufnahme elektrischer und hydraulischer Kabel für die Zufuhr von Energie oder anderen Mitteln zu dem Arbeitsbereich verwendet werden oder zur Aufnahme von informationübertragenden Mitteln, wie zum Beispiel einem Laserstrahl.

Claims

1. Roboterhandgelenk mit einer Vielzahl von gegeneinander drehbaren rohrförmigen Teilen, die hintereinander angeordnet sind, und mit einem rohrförmigen Glied (2), wie zum Beispiel ein Werkzeughalter oder ein anderes Element des Roboters, wobei das genannte Glied (2) drehbar an einem (1) der genannten Teile befestigt ist und über ein rohrförmiges Getriebe von einem seperaten Motor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Motor (10,11) einen rohrförmigen Rotor (11) hat und daß der genannte Rotor und das genannte rohrförmige Getriebe (4,5,15,12) konzentrisch zu dem genannten rohrförmigen Glied (2) angeodnet ist, um einen Kanal für Versorgungsleitungen und/oder informationsübetragende Mittel zu schaffen.

2. Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Getriebe (4,5,15,12) aus einem sogenannten Nutationsgetriebe besteht.

3. Roboterhandgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erste ringförmige Getrieberad (4) mit dem genannten Glied (2) verbunden ist, während ein zweites Getrieberad (5) kardanisch im Gehäuse (1a) des genannten Teils (1) derart aufgehängt ist, daß es sich nicht relativ zu dem Gehäuse (1a) um seine Antriebsachse drehen kann.

4. Roboterhandgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Teil (1) das äußerste Gelenk des Roboterhandgelenks ist und das genannte Teil (2) der Werkzeughalter des Handgelenks ist.