DE69713710T2

DE69713710T2 - Handgelenkmechanismus für industrieroboter

Info

Publication number: DE69713710T2
Application number: DE69713710T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Haniya; Shigeo Matsushita
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: CN1194604A; EP0841128A4; US5934148A; JPH09272094A; CN1052180C; KR100462975B1; JP3329430B2; DE69713710D1; WO1997037817A1; KR19990022759A; EP0841128A1; EP0841128B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Handgelenkmechanismus, der beispielsweise am Ende eines Arms eines Industrieroboters vorhanden ist, der einen biaxialen Vorgang, wie beispielsweise einen Biegevorgang und einen Drehvorgang, ausführt.

Hintergrund der Erfindung

Ein herkömmlicher Industrieroboter sieht beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt aus. Ein Ende eines ersten Arms B ist mit einem Träger A so verbunden, dass er geschwenkt werden kann, wobei das andere Ende des ersten Arms B mit einem Ende eines zweiten Arms C so verbunden ist, dass der zweite Arm C geschwenkt werden kann. Des Weiteren ist das andere Ende des zweiten Arms C mit einem Handgelenkmechanismus D so verbunden, dass D einen Biegevorgang um eine Achse senkrecht zur Längsachse des zweiten Arms C herum schwenkend und einen Drehvorgang um die Längsachse herum drehend ausführt. Der Handgelenkmechanismus D ist mit einem Wirkorgan E verbunden, das eine Haltevorrichtung und eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst.
Der Handgelenkmechanismus D, der mit dem Ende des Arms eines Industrieroboters verbunden ist und einen biaxialen Vorgang einschließlich eines Biegevorgangs und eines Drehvorgangs ausführt, entspricht dem in Fig. 3 dargestellten und ist beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-185595 offenbart.
In Fig. 3 kennzeichnet Bezugszeichen 1 einen hohlen zylindrischen Arm, 11 ein stationäres Getriebe, das mit dem Ende des Arms 1 verbunden ist, und 2 eine hohle zylindrische Biege-Antriebswelle, die in dem Arm 1 über Lager 2 aufgenommen ist. Der Endabschnitt der Biege-Antriebswelle 2 ist in Form von Keilzähnen 2A ausgebildet. Bezugszeichen 21 kennzeichnet ein erstes Kegelrad, das Keilnuten 2B an der inneren zylindrischen Fläche aufweist, die mit den Keilzähnen 2A in Eingriff sind. Das erste Kegelrad 21 wird von Lagern 22 getragen, die zwischen dem ersten Kegelrad 21 und dem stationären Getriebe 11 gehalten werden. Die Lager 22 sind an dem Arm 1 und dem ersten Kegelrad 21 mit einem Lager-Halteelement 22a und einer Mutter 22b befestigt.
Des Weiteren kennzeichnet in Fig. 3 Bezugszeichen 3 eine Dreh-Antriebswelle, die in der Antriebswelle 2 über Lager 23 getragen wird und deren Endabschnitt Keilzähne 3A aufweist, 31 ein zweites Kegelrad mit Keilnuten, die mit den Keilzähnen 3A der Dreh- Antriebswelle 3 in Eingriff sind. Das zweite Kegelrad 31 wird von Lagern 24 getragen, die stationär zwischen dem zweiten Kegelrad und dem stationären Getriebe 11 mit einem Lager-Halteelement 32 und einer Mutter 33 aufgenommen sind.
Bezugszeichen 4 kennzeichnet ein Biege-Antriebs-Reduktionsgetriebe, dessen stationärer Abschnitt an dem stationären Getriebe 11 befestigt ist. Das Biege-Antriebs-Reduktionsgetriebe 4 weist eine Eingangswelle 42 und ein Ausgangselement 43 auf, die koaxial um eine Achse herum gedreht werden, die senkrecht zur Richtung der Achse der Biege-Antriebswelle 2 ist. Ein drittes Kegelrad 44, das mit dem ersten Kegelrad 21 in Eingriff ist, ist fest an der Eingangswelle 42 angebracht, während ein bewegliches Getriebe 45 an dem Ausgangselement 43 angebracht ist.
Bezugszeichen 5 kennzeichnet ein erstes Zwischen-Kegelrad, das um die gleiche Achse gedreht wird wie das Ausgangselement 43 des Reduktionsgetriebes 4 und mit dem zweiten Kegelrad 31 in Eingriff ist. Das erste Zwischen-Kegelrad 5 weist ein Geradstirnrad 51 auf, das auf seiner Achse angebracht ist und von Lagern 14 über ein Gehäuse 13 getragen wird, das an dem Arm 1 befestigt ist. Bezugszeichen 15 kennzeichnet ein Lager, das das bewegliche Getriebe 45 so trägt, dass das Gehäuse 13 einen Biegevorgang ausführen kann. Bezugszeichen 6 kennzeichnet ein zweites Zwischen-Kegelrad, das von einem beweglichen Getriebe 45 mit Hilfe der Lager 46 parallel zu dem ersten Zwischen-Kegelrad getragen wird und an einem Geradstirnrad 61 befestigt ist, das mit dem Geradstirnrad 51 in Eingriff ist. Bezugszeichen 7 kennzeichnet ein Dreh- Reduktionsgetriebe, und sein stationärer Abschnitt 72 ist an dem beweglichen Getriebe 45 so befestigt, dass seine Eingangswelle 71 koaxial zu der Dreh-Antriebswelle 3 ist. Ein viertes Kegelrad 73, das mit dem zweiten Zwischen-Kegelrad 6 in Eingriff ist, ist an der Eingangswelle 71 befestigt, und ein Wirkorgan 8 ist an einem Ausgangselement 74 befestigt.
Bei dem oben beschriebenen Stand der Technik wird das zweite Kegelrad 31 auslegerartig von dem stationären Getriebe 11 mittels der Lager 24 getragen, wobei durch den Eingriff der Keilzähne 3A der Dreh-Antriebswelle 3 mit den Keilnuten 3B des Kegelrades 31 Drehmoment von der Dreh-Antriebswelle 3 auf das zweite Kegelrad 31 übertragen wird. Dabei liegt ein radialer Zwischenraum der Dreh-Antriebswelle 3 und dem zweiten Kegelrad 31 vor.
Daher nimmt die Steifigkeit des Trageabschnitts des zweiten Kegelrades 31 ab, so dass es zu Schwingungen oder Geräusch kommt oder der Übertragungswirkungsgrad sinkt.
Wenn das zweite Kegelrad 31 auslegerartig in dem stationären Getriebe 11 getragen wird, um die Verringerung der Steifigkeit desselben zu vermeiden, ist es erforderlich, eine Reihe von Lager-Befestigungskomponenten, wie beispielsweise eine Buchse und eine Mutter, anzubringen, wodurch es schwierig wird, die Herstellungskosten zu verringern.
Des Weiteren wird beim Stand der Technik die Dreh-Antriebswelle 3 über die Lager 23 in der Biege-Antriebswelle 2 getragen. Daher muss die Biege-Antriebswelle 2 in dem Arm 1 über die Lager 12 getragen werden, wodurch die Steifigkeit der Biege-Antriebswelle 2 zunimmt und dadurch die Zahl von Lagern ebenso steigt.
Das erste Kegelrad 21 wird von den Lagern 22 getragen, die an dem Arm 1 und dem ersten Kegelrad 21 mit dem Lager-Halteelement 22A und der Mutter 22B befestigt sind, d. h., es wird auslegerartig getragen, und daher nimmt die Anzahl der Bauteile entsprechend zu.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Handgelenkmechanismus für einen Industrieroboter zu schaffen, bei dem die Entstehung von Schwingung oder Geräusch wirkungsvoll verhindert wird und sowohl die Anzahl von Herstellungsschritten als auch die Anzahl von Bauteilen verringert werden.
Die obenstehende Aufgabe ist mit der Schaffung eines Handgelenkmechanismus eines Industrieroboters mit den in Anspruch 1 eingeschlossenen Merkmalen gelöst worden.
Bevorzugte Ausführungen werden von den abhängigen Ansprüchen definiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine als Schnitt ausgeführte Vorderansicht eines Handgelenks, das eine Ausführung der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Industrieroboters.
Fig. 3 ist eine als Schnitt ausgeführte Vorderansicht nach dem Stand der Technik.

Beste Art und Weise der Umsetzung der Erfindung

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine als Schnitt ausgeführte Vorderansicht eines Handgelenkmechanismus einer Ausführung der Erfindung. Der Gesamtaufbau des Industrieroboters entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2 dargestellten, der bezüglich des Standes der Technik beschrieben worden ist.
In Fig. 1 kennzeichnet Bezugszeichen 1 einen zylindrischen hohlen Arm, 11 ein stationäres Getriebe, das mit dem Ende des Arms 1 verbunden ist, und 2 eine hohle zylindrische Biege-Antriebswelle, die in dem Arm 1 vorhanden ist und Keilzähne 2A am Außenumfang ihres Endabschnitts aufweist. Bezugszeichen 21 kennzeichnet ein erstes Kegelrad mit Keilnuten 2B an seinem Innenumfang, die mit den Keilzähnen 2A der Biege- Antriebswelle 2 in Eingriff sind. Das erste Kegelrad 21 wird von einem Lager 22 getragen, das zwischen dem ersten Kegelrad 21 und einem stationären Getriebe 11 vorhanden ist. Bezugszeichen 3 kennzeichnet eine Dreh-Antriebswelle, die im Inneren der Biege-Antriebswelle 2 vorhanden ist und Keilzähne 3A am Außenumfang des Endabschnitts aufweist.
Bezugszeichen 30 kennzeichnet eine hohle zylindrische Zwischenwelle, die Keilnuten 3B an ihrem Innenumfang aufweist, die mit den Keilzähnen 3A in Eingriff sind. Ein Endabschnitt der Zwischenwelle 30 wird von einem Lager 301 getragen, das zwischen der Zwischenwelle und dem ersten Kegelrad 21 vorhanden ist, und der andere Endabschnitt der Zwischenwelle wird von einem Lager 24 getragen, das zwischen der Zwischenwelle und dem stationären Getriebe 11 vorhanden ist. Das Lager 24 ist mit einer Mutter 25 soweit befestigt, dass ein Zwischenraum keine Schwingung verursacht. Bezugszeichen 31 kennzeichnet ein zweites Kegelrad, das am anderen Endabschnitt der Zwischenwelle 30 befestigt ist.
Dementsprechend wird das zweite Kegelrad 31, das an der Zwischenwelle 30 befestigt ist, von dem Lager 301 und dem Lager 24 gabelartig getragen.
Da die Mutter 25 auf das Lager 24 drückt, sind die Lager 22, 202 und 24 vorgespannt, und daher weist die so entstehende Struktur eine ausgeprägte Steifigkeit auf. So wird das Kegelrad 21 von dem Lager 22 und dem Lager 24 getragen, was die gleiche Auswirkung hat wie bei einer Struktur mit Gabellagerung.
Bezugszeichen 4 kennzeichnet ein Biege-Antriebs-Reduktionsgetriebe, dessen stationärer Abschnitt 41 an dem stationären Getriebe 11 befestigt ist. Das Reduktionsgetriebe 4 weist eine Eingangswelle 42 und ein Ausgangselement 43 auf, die koaxial um eine Achse herum gedreht werden, die senkrecht zur Achse der Biege-Antriebswelle 2 ist. Ein drittes Kegelrad 44, das mit dem ersten Kegelrad 21 in Eingriff ist, ist an der Eingangswelle 42 befestigt. Ein bewegliches Getriebe 45 ist an dem Ausgangselement 43 befestigt.
Ansonsten entspricht der Aufbau dem, der bezüglich des in Fig. 3 dargestellten Standes der Technik beschrieben wurde. Bezugszeichen 5 kennzeichnet ein erstes Zwischen- Kegelrad, das sich koaxial mit dem Ausgangselement 43 des Biege-Reduktionsgetriebes 4 dreht und mit dem zweiten Kegelrad 31 in Eingriff ist. Ein Geradstirnrad 51 ist koaxial an dem ersten Zwischen-Kegelrad befestigt. Das erste Zwischen-Kegelrad 5 wird von Lagern 14 über ein Gehäuse 13 getragen, das an dem Arm 1 befestigt ist. Bezugszeichen 15 kennzeichnet ein Lager, das das bewegliche Getriebe 45 an dem Gehäuse 13 so trägt, dass das bewegliche Getriebe 45 einen Biegevorgang ausführen kann.
Bezugszeichen 6 kennzeichnet ein zweites Zwischen-Kegelrad, das über ein Lager 46 von dem beweglichen Getriebe 45 so getragen wird, dass es parallel zu dem ersten Zwischen-Kegelrad ist. Das zweite Zwischen-Kegelrad 6 ist an einem Geradstirnrad 61 befestigt, das mit dem Geradstirnrad 51 in Eingriff ist.
Bezugszeichen 7 kennzeichnet ein Dreh-Reduktionsgetriebe, und sein stationärer Abschnitt 72 ist an dem beweglichen Getriebe 45 so befestigt, dass seine Eingangswelle 71 koaxial zu der Dreh-Antriebswelle 3 ist. Die Eingangswelle 71 weist ein viertes Kegelrad 73 auf, das mit dem zweiten Zwischen-Kegelrad 6 in Eingriff ist, und sein Ausgangselement 74 ist fest mit dem Wirkorgan 8 verbunden.
Bei dem Handgelenkmechanismus der Erfindung ist, wie oben beschrieben, die Biege- Antriebswelle 2 über den Keilmechanismus mit dem ersten Kegelrad 21 verbunden, und die Dreh-Antriebswelle 3 ist mit dem zweiten Kegelrad 31 über die Zwischenwelle 30 verbunden, die über den Keilmechanismus mit der Drehantriebswelle 3 verbunden ist.
Daher wird das zweite Kegelrad 31 über die Zwischenwelle 30 von den Lagern 24 und 301 gabelartig getragen und wird unabhängig von dem Zwischenraum des Verbindungsbereiches des Keilmechanismus getragen. Dadurch weist die Tragestruktur des zweiten Kegelrades eine erhebliche Steifigkeit auf, und es ist nicht erforderlich, eine Reihe von Lagern einzusetzen, um die Schwingung derselben zu unterdrücken, wobei die Anzahl der Bauteile entsprechend abnimmt.
Aufgrund der Lager 22 und 24 hat das erste Kegelrad 21 die gleiche Wirkung wie die Gabellagerungsstruktur. Daher weist die Tragestruktur des ersten Kegelrades desgleichen eine erhebliche Steifigkeit auf, und es ist nicht erforderlich, eine Reihe von Lagern einzusetzen, um die Schwingung desselben zu verringern, wodurch die Anzahl der Bauteile entsprechend abnimmt.
Bei der oben beschriebenen Ausführung handelt es sich bei dem Arm 1 und dem stationären Getriebe 11 um einzelne Bauteile, jedoch ist es, da die Dreh-Antriebswelle 3 über den Keilmechanismus mit der Zwischenwelle 30 verbunden ist, die über das Lager 301 in dem ersten Kegelrad 21 getragen wird, nicht erforderlich, dass die Biege- Antriebswelle 2 die Dreh-Antriebswelle 3 direkt trägt. Das heißt, das Lager zwischen dem Arm 1 und der Biege-Antriebswelle 2 kann weggelassen werden. Dementsprechend können das erste und das zweite Kegelrad 21 und 31 lediglich von der Oberseite des stationären Getriebes 11 her eingebaut werden, und das stationäre Getriebe 11 kann eine Einheit mit dem Arm 1 bilden, wodurch die Anzahl von Bauteilen entsprechend abnimmt.
Bei der oben beschriebenen Ausführung ist die Eingangswelle 71 des Dreh- Reduktionsgetriebes 7 koaxial zu der Dreh-Antriebswelle 3, die Erfindung ist jedoch nicht darauf oder dadurch beschränkt. Das heißt, der Handgelenk-Mechanismus kann so ausgeführt werden, dass die Eingangswelle 71 des Dreh-Reduktionsgetriebes 71 koaxial zu der Dreh-Antriebswelle 3 oder zu ihr versetzt ist.
Bei der vorliegenden Erfindung werden, wie oben beschrieben, das erste Kegelrad, das in dem Mechanismus vorhanden ist, der Drehmoment von der Biege-Antriebswelle zu dem Biege-Antriebs-Reduktionsgetriebe überträgt, und das zweite Kegelrad, das in dem Mechanismus vorhanden ist, der Drehmoment von der Dreh-Antriebswelle auf das Dreh- Reduktionsgetriebe überträgt, über die Zwischenwelle von den zwei Lagern gabelartig getragen, und werden des Weiteren unabhängig von dem Zwischenraum des Verbindungsbereiches des Keilmechanismus getragen, d. h., die Tragemechanismen des ersten und des zweiten Kegelrades weisen eine erhebliche Steifigkeit auf. Dieses Merkmal verhindert, dass der Handgelenkmechanismus Schwingung oder Geräusch erzeugt, und verringert die Anzahl von Herstellungsschritten sowie die Anzahl von Bauteilen desselben.

Claims

1. Handgelenkmechanismus eines Industrieroboters, der umfasst:

einen hohlen zylindrischen Arm (1);

ein stationäres Getriebe (60), das mit einem Ende des Arms (1) verbunden ist;

eine hohle zylindrische Biege-Antriebswelle (2), die im Inneren des Arms (1) vorhanden ist und über ein Lager (22) von dem stationären Getriebe (11) getragen wird;

Keilzähne (24), die in einem Endabschnitt der Biege-Antriebswelle (2) ausgebildet sind;

ein erstes Kegelrad (21) mit Keilnuten im Inneren, die mit den Keilzähnen (2A) der Biege-Antriebswelle (2) in Eingriff sind;

eine Dreh-Antriebswelle (3), die im Inneren der Biege-Antriebswelle (2) vorhanden ist;

ein zweites Kegelrad (31), das von der Dreh-Antriebswelle (3) angetrieben wird und koaxial zu dem ersten Kegelrad (21) in dem stationären Getriebe angeordnet ist;

ein Biege-Reduktionsgetriebe (4), das einen stationären Abschnitt, der an dem stationären Getriebe (11) befestigt ist, sowie eine Eingangswelle (62) und ein Ausgangselement enthält, die um eine Achse herum gedreht werden können, die senkrecht zu einer Achse der Biegeantriebswelle (2) ist;

ein drittes Kegelrad (44), das an der Eingangswelle (42) des Biege-Reduktionsgetriebes (4) befestigt ist und mit dem ersten Kegelrad (21) in Eingriff ist;

ein erstes Zwischen-Kegelrad (5), das von einem Lager (14) über ein Gehäuse (13) getragen wird, das an dem Arm (1) befestigt ist, so dass das erste Zwischen- Kegelrad (5) koaxial zu dem Biege-Reduktionsgetriebe (4) gedreht wird, und mit dem zweiten Kegelrad (31) in Eingriff ist;

ein bewegliches Getriebe (45), das an dem Ausgangselement des Biege-Reduktionsgetriebes (4) befestigt ist und von dem Gehäuse (13) so getragen wird, dass das bewegliche Getriebe (45) einen Biegevorgang ausführen kann;

ein zweites Zwischen-Kegelrad (6), das über ein Lager (46) von dem beweglichen Getriebe (45) so getragen wird, dass das zweite Zwischen-Kegelrad (6) parallel zu dem ersten Zwischen-Kegelrad (5) ist, und über eine Drehmomentübertragungseinrichtung (51, 61) mit dem ersten Zwischen-Kegelrad (5) verbunden ist;

ein Dreh-Reduktionsgetriebe (7), das an dem beweglichen Getriebe (45) befestigt ist; und

ein viertes Kegelrad (73), das an der Eingangswelle (71) des Dreh-Reduktionsgetriebes (7) befestigt ist und mit dem zweiten Zwischen-Kegelrad (6) in Eingriff ist; und

Keilzähne, die an einem Außenumfang eines Endabschnitts der Dreh-Antriebswelle (3) ausgebildet sind;

dadurch gekennzeichnet, dass der Handgelenkmechanismus des Weiteren umfasst:

eine hohle zylindrische Zwischenwelle (30) mit einem ersten Endabschnitt mit einem Innenumfang, an dem Keilnuten (3B), die mit den Keilzähnen (3A) der Drehantriebswelle (3) in Eingriff sind, ausgebildet sind, und mit einem Außenumfang, an dem das zweite Kegelrad (31) befestigt ist;

ein Lager (24), das den ersten Endabschnitt der Zwischenwelle (30) an dem stationären Getriebe trägt; und

ein Lager (301), das den zweiten Endabschnitt der Zwischenwelle im Inneren des ersten Kegelrades (21) trägt.

2. Handgelenkmechanismus eines Industrieroboters nach Anspruch 1, wobei das erste Kegelrad (21) über die Zwischenwelle (30) und das Lager (301), das den zweiten Endabschnitt der Zwischenwelle im Inneren des ersten Kegelrades (21) trägt, durch eine Gabellagerungsstruktur getragen wird, die durch das Lager (24), das den ersten Endabschnitt der Zwischenwelle (30) trägt, und durch ein Lager (22), das einen Außenumfang des ersten Kegelrades (21) an dem stationären Getriebe (11) trägt, gebildet wird.

3. Handgelenkmechanismus eines Industrieroboters nach Anspruch 1 oder 2, wobei das stationäre Getriebe (4) eine Einheit mit dem Arm (1) bildet.

4. Handgelenkmechanismus eines Industrieroboters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dreh-Reduktionsgetriebe (7) gegenüber der Dreh-Antriebswelle (3) versetzt ist.