DE8214938U1

DE8214938U1 - Gelenkkopf für Industrieroboter

Info

Publication number: DE8214938U1
Application number: DE8214938U
Authority: DE
Original assignee: Jungheinrich Unternehmensverwaltung KG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1982-05-22
Filing date: 1982-05-22
Publication date: 1983-07-28
Also published as: FR2527132B1; DE3219292A1; FR2527132A1; DE3219292C2; US4499790A

Description

Gelenkkopf für Industrieroboter

Die Erfindung betrifft einen Gelenkkopf für Industrieroboter mit zwei Freiheitsgraden und entsprechend 2wei Drehachsen mit gemeinsamem Schnittpunkt, von denen eine erste Drehachse für eine Verschwenkung eines Werkzeugs, und eine zweite Drehachse für die Drehung des Werkzeugs und zwei konzentrisch ineinander geführte Antriebswellen mit Kegelrädern vorgesehen sind, von denen ein Kegelrad (Antriebskegelrad) zum Antrieb der zweiten Drehachse über ein an dieser angeordnetes Kegelrad vorgesehen ist, und das andere ein auf der ersten Drehachse angeordnetes Kegelrad (Schwenkkegelrad) antreibt*

Eine solche Ausführung mit dem Einsatz eines Kegelrades als direkten Schwenkantrieb und eines anderen Kegelrades zur unmittelbaren Verdrehung der zweiten Drehachse hat erhebliche Vorteile im Hinblick auf eine leichte Ausführung des Gelenkkopfes mit geringem Getriebeaufwand in gedrängter Ausführungsform, wobei ferner ein einfacher kinematischer Aufbau mit einer geringen Anzahl von Zahnrädern vor-

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handen ist. Dabei werden schon gegenüber bekannten Ausführungen mit zahlreichen Zwischenrädern Vorteile in der Gell nauigkeit erreicht.

Dieses gilt auch besonders gegenüber einem Gelenkkopf nach der DE-AS 26 19 336 mit zwei und drei Freiheitsgraden, wobei jeweils entsprechend den Freiheitsgraden ineinander-

'■' geführte koaxiale Wellen mit Kegelrädern angeordnet sind.

Bei der gezeigten Ausführung mit nur zwei Freiheitsgraden beinhalten diese Freiheitsgrade keine Drehung des Werkzeugs um seine Mittelachse, sondern lediglich des Werkzeugträgers. Bekannte Ausführungen haben einen komplizierten Gehäuseaufbau, bei dem insbesondere ein aufwendiges Gehäuse als Träger für die zweite Drehachse verschwenkbar an einem anderen Gehäuse gelagert sein muß und die erste Drehachse trägt. Die dadurch erforderliche Ineinanderschachtelung von Gehäusen ist nicht nur materialmäßig aufwendig und führt zu verhältnismäßig großen Abmessungen und ausladenden Getriebemitteln, sondern die 3ich dadurch ergebenden Lager- und Eingriffsspiele beeinträchtigen die Genauigkeit, abgesehen davon, daß eine gewisse Trägheit bei der Steuerung zu überwinden ist.

Wenn das Werkzeug am Werkzeugträger um seine Mittelachse, die sogenannte zweite Drehachse, verdrehbar angeordnet ist, dann ist in der genannten bekannten Ausführung zum Zwecke der Antriebsübertragung an einer Seitenwand des schwenkbaren Gehäuses ein Vorgelege angeordnet, von dem eine Radbaugruppe verdrehbar auf der ersten Drehachse gelagert ist und das eine Stirnrad-Getriebe-Übersetzung aufweist, von denen eines im schwenkbaren Gehäuse gelagert ist, und erst über dieses wird mittels eines Kegelrades das Kegelrad für die

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§ zweite Drehachse angetrieben. Hierzu sind mehrere Achs- oder achsähnliche Lagerungen notwendig. Beispielsweise ist '¹J ein mit einem Kegelrad auf der zweiten Drehachse kämmendes Kegelrad auf einer gesonderten, zur ersten Drehachse parallelen, Drehachse angeordnet, die im schwenkbaren Gehäuse gelagert ist.

Außer den erwähnten Nachteilen ist diese bekannte Baugruppe aufgrund des getriebemäßigen eingeführten Aufwandes verhältnismäßig groß, so daß der Einsatz des Gelenkkopfes beschränkt ist, d.h. es ist nicht immer möglich, ohne zusätzliche, aufwendige Vorsatzstücke alle Stellen, insbesondere Ecken, eines Werkstückes zu erreichen.

An sich sind mehr oder weniger aufwendige Bewegungsübertragungen mit konzentrisch ineinander geführten Antriebswellen, Zahnrad- und Kegelradantrieben beispielsweise aus der DE-PS 2 226 407 und der DE-AS 2 402 829 bekannt, gemäß welcher jedoch auch ein erheblicher Aufwand vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gelenkkopf an sich und insbesondere der bevorzugten Ausführung dahingehend zu verbessern, daß durch eine verhältnismäßig einfache Ausgestaltung auf den dem Gelenkkopf vorgeschalteten Arm des Industrieroboters bei größeren Kräften und größerer Genauigkeit eine geringere Belastung ausgeübt wird, wobei zugleich die Genauigkeit des Antriebs erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der zweiten Drehachse ein Untersetzungsgetriebe mit hohem Untersetzungsverhältnis zum Antrieb eines Werkzeugträgers angeordnet ist. Hierdurch erg.bt sich der Vorteil eines erhöhten Drehmoments und damit auch eine Erhöhung der söge-

nannten Drehsteifigkeit aufgrund der eingeführten Untersetzung, Für eine solche Untersetzung wird eine Größenordnung von 1 : 5 bis 1 : 13 oder auch mehr, vorzugsweise jedoch 1 : 10 angegeben. Die Drehsteifigkeit der Antriebswelle für die sogenannte zweite Drehachse wird praktisch um das Quadrat des Untersetzungsverhältnisses erhöht.

Wenn auch andere Untersetzungsgetriebe einbezogen werden, ist gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform als Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe vorgesehen- in welchem ein am Ende der zweiten Drehachse angeordnetes Ritzel mit Planetenrädern kämmt, welche an wenigstens einem Ansatz einer Werkzeugträgerwelle angeordnet sind, die koaxial zur zweiten Drehachse vorgesehen und an dem Schwenkkegelrad gelagert ist. Das Pianetengetriebe hat den Vorteil einer koaxialen Anordnung zur sogenannten zweiten Drehachse, so daß in diesem Zusammenhang keine auslenkenden Belastungen oder Momentrückwirkungen auftreten, aber eine hohe Untersetzung bei gleichzeitigem Beitrag zur sicheren Führung der Werkzeugträger-Achswelle erreicht wird. Wenn auch ein mehrstufiges Planetengetriebe nicht ausgeschlossen wird, liegt die bevorzugte Ausführung in einer einstufigen Ausbildung.

Dabei liegt ein Vorteil in der oben angesprochenen Ausführung mit dem direkten Schwenkantrieb durch ein Kegelrad und einer unmittelbaren Verdrehung der zweiten Drehachse durch ein anderes Kegelrad in Verbindung mit der erwähnten ersten Drehachse darin, daß der Lagerbock als Halter für die Werkzeugwelle mit den Planetenrädern vorgesehen ist. Hierdurch wird der gedrängte Aufbau der vorgeschlagenen Ausführung beibehalten, vor allem auch das geringe Gewicht. Durch die

konzentrische Ausführung wird auch eine Lösung erreicht, bei der der Lagerbock keinen nachteiligen Belastungen unterworfen wird.

Vorteilhaft weist der Lagerbock eine die zweite Drehachse konzentrisch umgebende Platte auf, auf welcher ein gehäuseartiger Lagerträger für die Werkzeugträgerwelle angeordnet ist, der ein Lager für die Werkzeugträgerwelle aufweist. Der Ausdruck Lager bezieht die drehbare Lagerung, aber eine Festlegung in axialer Richtung ein, was auch für die anderen Lagerungen der ersten und zweiten Drehachse gilt.

Der Gelenkkopf hat ein Gehäuse, in dem die erste Drehachse verdrehbar gelagert ist. Dabei wird bevorzugt, daß dieses Gehäuse die Getriebe für die Verschwenkung des Werkzeuges und zum Antrieb der zweiten Drehachse und deren Lagerung umschließt und aus einem starren Teil und einem beweglichen Teil besteht. Dadurch wird der Aufbau gegenüber den bekannten Ausführungen mit ineinander geschachtelten Gehäusen wesentlich vereinfacht und eine leichtere Ausführung geschaffen. Bevorzugt ist der feste oder starre Teil dieses Gehäuses neben den Lagern für die erste Drehachse abgeschlossen und von der Platte ein Balg zu dem Gehäuse an eine Stelle zwischen der Lagerung für die erste Drehachse und dem Gehäuseende mit der Einführung der Antriebswelle geführt. Dadurch wird ein Schutz des Gelenkkopfes durch nur ein Gehäuse mit Gewichtsersparnis erreicht, auch wenn ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe angeordnet ist, das in der bevorzugten Form eines Planetengetriebes auch besonders leicht ausgeführt ist.

Einbezogen wird zweckmäßig, daß der Ansatz an der Werkzeugträgerwelle als Stern oder Flansch ausgeführt ist und drei Lager für drei Planetenräder aufweist, die mit dem am Ende

der zweiten Drehachse ausgeformten Ritzel kämmen. Dieses kann dadurch kleinen Durchmesser erhalten, so daß dadurch günstige Übersetzungsverhältnisse bei großer Stabilität erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gelenkkopfes im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Teildarstellung einer anderen Ausführung im Schnitt, wobei eine gegenüber Fig. 1 vorhandene Abwandlung gezeigt ist.

Auf einem nicht näher dargestellten Arm eines Industrieroboters ist ein Gelenkkopf 1 mit Seitenwänden 2, 3 angeordnet. In diesem Gelenkkopf sind durch den nicht näher dargestellten Arm zwei konzentrisch ineinander vorgesehene Wellen 4, 5 eingeführt, von denen jede innerhalb des Gelenkkopfes 1, 2, 3 ein Kegelrad 6, 7 trägt, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jedoch das Kegelrad 7 auf der inneren Welle 5 über dem Kegelrad 6 an der äußeren Hohlwelle 4 angeordnet ist. Die Wellen sind durch Lagermittel 8, 9 ineinander gelagert, wobei die äußere Welle 4 ihrerseits in Lagern 10, 11 des Gelenkkopfes drehbar geführt ist. Die Befestigung des Gelenkkopfes am Arm des Industrieroboters kann in einer üblichen Weise erfolgen.

Dieser Gelenkkopf dient mit seinen Seitenwänden 2, 3 als Lager für eine sogenannte erste Drehachse 12, die mittels Lagern 13, 14 frei verdrehbar in dem somit einen Lagerbock bildenden Gelenkkopf 1 gelagert ist. Durch diese erste

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Drehachse ist der wesentliche Aufbau und auch die Haltef rung für eine im Gelenkkopf 1 senkrecht zur ersten Dreh- I. achse zweite Drehachse *!5 geschaffen, die radial zur er-I Sten Drehachse 12 angeordnet ist. Die zweite Drehachse 15 Ί ist so vorgesehen, daß ihre Verlängerung immer die Mittel-I linie der ersten Drehachse schneidet. Diese zweite Drehachse 15 ist durch Lager 17» 18 in einem Lagerbock 19 gelagert. Innerhalb des Lagerbocks ist auf der zwexten Dreh-

f· achse 15 drehfest ein Kegelrad 2o angeordnet, durch dessen

I Antrieb die zweite Drehachse 15 in Drehung gesetzt werden ', kann.

f Auf der ersten Drehachse 12 ist drehfest innerhalb der Seitenwand 3 ein Schwenklegelrad. 21 gelagert, das mit dem Keif
I gelrad 6 der Antriebswelle 4- kämmt. Dieses Schwenkkegelrad I 21 dient zugleich als Träger des Lagerbocks 19, der mit I einem Steg 22 radial im Schwenkkegelrad 21 festgelegt ist. '■' Von diesem Steg gehen parallele Träger 23, 24 aus, in den die Lager 17» 18 für die zweite Drehachse 15 angeordnet

sind. Die Kegelräder 7 und 2o sind durch ein Antriebskegelrad 25 antriebsmäßig miteinander verbunaen, das konzentrisch zum Schwenkkegelrad 21 frei verdrehbar auf der ersten Drehachse 12 gelagert ist.

, Dadurch, daß die beiden Kegelräder, das Schwenkkegelrad 21 und das Antriebskegelrad 25, konzentrisch gelagert sind, ist es möglich, in einer baulich kurzen Ausführung des Gelenkkopfes 1 das Schwenkkegelrad 21 unmittelbar als Träger der zweiten Drehachse 15 vorzusehen und nur ein Ubertragungszahnrad als Antrifcbskegelrad 25 zwischen den beifen Kegelrädern 7 und 2o.

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Das Gehäuse als Gelenkkopf 1 mit den Seitenwänden 2, 3 ist ausgehend von den Antriebswellen 4-, 5 nur bis kurz über die Lager 13, 14· für die erste Drehachse 12 ausgeführt, die gegen Längsverschiebung in diesen Lagern gehalten ist. Der parallele Träger 23 des Lagerbocks 19 | ist als Platte 26 ausgeführt, die die zweite Drehachse 15 | umgibt, wobei in Verbindung mit den Lagern 17» 18 bemerkt | wird, daß eine axiale Führung vorliegt. Das Ende der ' zweiten Drehachse 15 ist als Ritzel 27 ausgeführt= Dieses kämmt mit drei Planetenrädern, von denen zwei 28, 29 gezeigt sind. Die Planetenräder sind an einem flanschartigen Ansatz 3o einer Werkzeugträgerwelle 31 in Lagern 4-0, 4-2 angeordnet, wobei ein Werkzeugträger 16 formal gezeigt ist. Die Werkzeugträgerwelle 31 ist in einem Lager ; 32 verdrehbar, aber axial unverschiebbar in einem gehäuse- f artigen Lagerträger 33 angeordnet, der auf der Platte 26 | befestigt und mit dieser Platte verschweifcbar ist. In dem | Lagerträger 33 ist ein Zahnkranz 4-1 angeordnet, in den die I Planetenräder 28, 29 eingreifen.

Durch die verkürzte Ausführung des Gehäuses mit den Seitenwänden 2, 3 ergibt sich einerseits eine Erleichterung, andererseits wird auch ein Schutz dadurch zur Aufnahme der Schwenkbarkeit erreicht, daß ein Balg 34- einerseits am äußeren Umfang der Platte 26 angeordnet und andererseits an dem Gehäuse mit den Seitenwänden 2, 3 des Gelenkkopfes 1 an einer Stelle 35 befestigt ist, die zwischen den Lagern 13, 14- für die erste Drehachse 12 und der Einführung am Lager 11 für die Antriebswelle angeordnet ist.

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Gemäß Pig. 2 ist der flanschartige Ansatz 30 prinzipiell sternförmig nach Art eines dreietrahligen Sternes ausgeführt und trägt nicht nur die beiden Planetenräder 28, 29, sondern auch ein Planetenrad 36, das mit dem Ritzel 27 kämmt, welches in die zweite Drehachse eingearbeitet ist | und somit einen minimalen Querschnitt hat. Die drei Planetenräder 28, 29, 36 haben Achsen 37, 38, 39, die, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, drehbar, aber axial unverschiebbar, in Lagern 40, 42 des Ansatzes 30 gelagert sind, so daß dieser Ansatz beim Umlauf des Ritzels 27 mit einem Untersetzungsverhältnis, bestimmt durch das Ritzel 27 einerseits und die Planetenräder 28, 29, 36 andererseits, mitgenommen wird. Ferner ist der Zahnkranz 41 am Lagerträger 33 erkennbar.

In Fig. 3, die einen Schnitt durch den Oberteil eines Gelenkkopfes bezüglich Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausgestaltung des Getriebes an der zweiten Drehachse 15 zeigt_s sind diese₅ ihr Lager 17 und die Platte 26 als paralleler Träger des Lagerbockes 19 erkennbar. Auf der zweiten Drehachse 15 ist ein Ritzel 27 angeordnet. Dieses kämmt jedoch mit einem Zahnrad 43 auf einer Zwischenwelle 44, die einerseits in der Platte 26 und andererseits in einem Oberwandteil 45 des gehäuseartigen Lagerträgers 33 frei verdrehbar gelagert ist.

Zentrisch zur zweiten Drehachse 15 ist im Oberwandteil 45 das Lager 32 für die WerkzeugträgerweBe 31 erkennbar, an deren innerem Ende das Zahnrad 46 angeordnet ist. Dieses kämmt mit einem Ritzel 47, das drehfest auf der Zwischenwelle 44 vorgesehen ist. Die Zwischenwelle ist drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Entsprechend sind auch die zweite Drehachse und die Werkzeugträgerwelle gelagert.

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Durch das im ganzen mit 48 bezeichnete Stirnradgetriebe läßt sich ebenfalls eine hohe Untersetzung im Sinne obiger Ausführungen erreichen.

Es versteht sich, daß die Wellen 4, 5, welche den Gelenkkopf tragen, bzw. in den Gelenkkopf eingeführt sind, und in einem Rohr 57 geführt sind, an welchem der Gelenkkopf befestigt ist. Teile eines unterarmartigen Hebels eines Industrieroboters sind. Dieser unterarmartige, doppelarmartig ausgeführte Hebel ist gelenkig an einem oberarmartigen Hebel gelagert, der seinerseits um eine Achse verschwenkbar auf einem Träger des Industrieroboters angeordnet ist. Dieser Träger ist auf einer Grundplatte angeordnet, die ihrerseits verfahrbar oder drehbar auf einem Fundament gelagert sein kann. In den jeweiligen Teilen sind Antriebsmotore für die Durchführung der Bewegung vorgesehen, vor allem sind in dem unterarmartigen Hebel zwei Antriebsmotore für die Wellen 4., 5 angeordnet. Es versteht sich, daß bei Anbringung eines äußeren Rohres um die Wellen, das den Gelenkkopf trägt, auch ein dritter Antriebsmotor zur Verdrehung dieses Rohres um den GelenkkopMn sich einbezogen wird.

Die Fig. 3 ist eine schematisierte Ansicht, in welcher die Ritzel 27 und 47 kleineren Durchmesser haben als die Zahnräder 43 und 46.

Claims

1. Gelenkkopf für Industrieroboter mit zwei Freiheitsgraden und entsprechend zwei Drehachsen mit gemeinsamem Schnittpunkt, von denen eine erste Drehachse
für eine Verschwenkung eines Werkzeugs, und eine zweite Drehachse für die Drehung des Werkzeugs und zwei konzentrisch ineinander geführte Antriebswellen mit Kegelrädern vorgesehen sind, von denen ein Kegelrad (Antriebskegelrad) zum Antrieb der zweiten Drehachse über ein an dieser angeordnetes Kegelrad vorgesehen ist, und das andere ein auf der ersten Drehachse angeordnetes Kegelrad (Schwenkkegelrad) antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Drehachse (15) ein Untersetzungsgetriebe (2? - 29) mit nohem Untersetzungsverhältnis zum Antrieb eines Werkzeugträgers (51) angeordnet ist.

2. Gelenkkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe
vorgesehen ist, in welchem ein am Ende der zweiten

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Drehachse (15) angeordnetes Ritzel (27) mit Planetenrädern (28, 29) kämmt, welche wenigstens an einem Ansatz (30) einer Werkzeugträgerwelle (31) angeordnet . sind, die koaxial zur zweiten Drehachse (15) vorgesehen und an deiu Schwenkkegelrad (21) gelagert ist.

3. Gelenkkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Stirnradgetriebe (40) zwischen der zweiten Drehachse (15) und der Werkzeugträgerwelle (31).

**· Gelenkkopf nach einem der Ansprüche 1-3, wobei ein Kegelrad als direkter Schwenkantrieb des Werkzeugs um die erste Drehachse und das andere Kegelrad zur unmittelbaren Verdrehung der zweiten Drehachse vorgesehen sind und die beiden Kegelräder auf der ersten Drehachse gelagert sind und das Schwenkkegelrad als Träger der zweiten Drehachse mittels eines Lagerbocks für die zweite Drehachse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (19) als Halter für die Werkzeugwelle (3D mit Zwischenrädern (29, 29, ^3, ^7), insbesondere Planetenrädern des Getriebes, vorgesehen ist.

5. Gelenkkopf nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß ier Lagerbock (19) eine die zweite Drehachse (15) konzentrisch umgebende Platte (26) aufweist, auf welcher ein gehäuseartiger Lagerträger (33) für die Werkzeugträgerwelle (3D angeordnet ist, der ein Lager (32) für die Werkzeugträ^erwelle (3D und einen Zahnkranz 4) für das Planetengetriebe aufweist.

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6. Gelenkkopf nach einem der Ansprüche 1-5» mit einem Gehäuse, in welchem die erste Drehachse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gehäuse die Getrie- ® be (6,21, 7, 20, 25) für die Verschwenkung des Werk- : zeuges und zum Antrieb der zweiten Drehachse (15) und ' deren Lagerung umschließt und aus einem starren Teil und einem beweglichen Teil (3¹O besteht.

7. Gelenkkopf nach Anspruch 6, mit einem Gehäuse, in welchem die erste Drehachse gelagert ist, dadurch gekenn- · zeichnet, daß dieses Gehäuse (1, 2.3) neben den Lagern , (13, I¹I) für die erste Drehachse (12) abgeschlossen | ist und von der Platte (26) ein Balg (3²O zu dem Ge- ! häuse (1, 2,3) an eine Stelle zwischen der Lagerung für die erste Drehachse (12) und dem Gehäuseende mit der Einführung der Antriebswellen (4, 5) geführt ist.

8. Gelenkkopf nach einem der Ansprüche 2 und 4 - 6₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (30) als Stern oder Flansch an der Werkzeugträgerwelle (31) angeordnet ist und drei Lager für drei Planetenräder (28, 39) aufweist, die mit dem Ritzel (27) kämmen, das am Ende der zweiten Drehachse (15) ausgeformt ist.