DE10100097C1

DE10100097C1 - Robot joint has motor driven friction wheel actuating roller chain drive contacting concentric joint tubes

Info

Publication number: DE10100097C1
Application number: DE2001100097
Authority: DE
Inventors: Juergen Schepelmann
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: EADS Space Transportation GmbH
Priority date: 2001-01-03
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2021-01-04

Abstract

The robot coupling joint allows rotational and translational movement and has two concentric relatively movable tubes with a roller chain friction drive having a friction wheel driven by an electric motor. Some of the rollers of the roller chain are in frictional contact with the inner tube (11). The chain drive extends through three hundred and sixty degrees around an axis perpendicular to the longitudinal axis of the tubes (10,11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Roboter-Gelenk in Form eines kombinierten Rotations-Translations-Gelenkes, insbesondere für den Einsatz im Weltraum, mit wenigstens zwei konzentrisch ineinander angeordneten, gegeneinander bewegbaren Rohren sowie wenigstens einer zugeordneten Antriebseinheit.The invention relates to a robot joint in the form of a combined rotation-translation joint, especially for use in space, with at least two concentrically arranged one inside the other, mutually movable tubes and at least one assigned drive unit.

Bei Weltraum-Missionen, beispielsweise im Zusammenhang mit der internationalen Weltraumstation ISS, müssen unter anderem Satelliten eingefangen und zu ihrer Stauposition bewegt werden. Zwar entfallen bei derartigen Einsätzen im Orbit die Gewichtskräfte, es verbleiben jedoch die - weit geringeren - beschleunigenden oder verzögernden Kräfte, die als Trägheitskräfte auf einen diese Aufgabe verrichtenden Roboterarm einwirken. Wegen der relativ geringen Satellitenmassen sind diese Kräfte allerdings vergleichsweise niedrig.In space missions, for example in connection with the international space station ISS among other things, captured satellites and to theirs Stowed position. Although not applicable to such operations in orbit the weight forces, it however, the - much smaller - accelerating or decelerating forces acting as Inertial forces on a person performing this task Act on the robot arm. Because of the relatively small However, these forces are satellite masses comparatively low.

Roboter-Gelenke sind prinzipiell bereits für eine Vielzahl von Anwendungen im Einsatz. Bei diesen bekannten Roboter-Gelenken sind häufig Linear- und Drehgelenkarme durch eine Hintereinanderschaltung miteinander kombiniert. Es handelt sich dabei dann jeweils um zwei separate Gelenke mit entsprechend hohem baulichen Aufwand, beispielsweise mit einem doppelten Antrieb. So sind auch bei einem in der DD 289 006 A5 beschriebenen Roboter-Gelenk der eingangs genannten Art das in Form eines kombinierten Rotations-Translations- Gelenkes aufgebaut ist, für die Translations- und für die Rotationsbewegung jeweils separate Antriebsmotoren vorgesehen. Bei einem anderen bekannten Zugmittelgetriebe mit profiliertem Synchronriemen, einer Zahnstange und einem Zahnrad ist eine solche Kombination von Translations- und Rotationsbewegung praktisch nicht möglich. Bei einem weiteren bekannten Roboter-Gelenk, das die Form eines Schraubgelenkes aufweist, wird eine Kombination von Translations- und Rotationsbewegung in einem Gelenk dadurch ermöglicht, daß eine quasi als Unterarm ausgebildete Schraubspindel eine Drehbewegung vollführt, mit der jedoch wegen des Gewindes eine Längsbewegung in dem Sinne starr gekoppelt ist, daß das Verhältnis zwischen beiden stets konstant bleibt, da die Gewindesteigung naturgemäß nicht variiert werden kann. Schließlich sind Roboter- Gelenke in Form von Dreh-Schubgelenken bekannt geworden, die infolge der voneinander unabhängigen Translations- und Rotationsbewegung zwei Getriebefreiheitsgrade besitzen.In principle, robot joints are already for one Wide range of applications in use. With these Known robot joints are often linear and Swivel arms through a series connection combined with each other. It is then each with two separate joints with a correspondingly high height construction effort, for example with a double Drive. So are also with one in the DD 289 006 A5 described robot joint of the type mentioned that in the form of a combined rotation-translational Joint is constructed, for the translational and for the rotational movement of each separate drive motors intended. Another known one Traction mechanism gearbox with profiled synchronous belt, a rack and a gear is one Combination of translation and rotation movement practically not possible. Another known one Robot joint, which is the shape of a screw joint has a combination of translation and Rotation movement in a joint enables that a screw spindle designed almost as a forearm performs a rotational movement, but with the Thread a longitudinal movement in the sense rigid coupled is that the relationship between the two is always remains constant, since the thread pitch naturally cannot be varied. After all, robotic Known joints in the form of rotary-sliding joints become the result of independent from each other Translation and rotation movement two Have degrees of gear freedom.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Roboter-Gelenk der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es bei einem möglichst einfachen und leichten Aufbau ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Variabilität bietet, wie dies insbesondere bei Einsätzen im Weltraum eine unabdingbare Voraussetzung darstellt. The object of the invention is a robot joint type mentioned in such a way that it at a construction as simple and easy as possible a maximum offers reliability and variability like this especially when used in space is an essential requirement.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine vorteilhafte Weiterbildung, die einer optimalen Anpassung des erfindungsgemäßen Roboter-Gelenkes an den vorgesehenen Einsatzzweck bei Weltraummissionen dient, ist im weiteren Anspruch angegeben.The invention solves this problem with a device with the characterizing features of the claim 1. An advantageous training that an optimal Adaptation of the robot joint according to the invention to the intended use in space missions, is specified in the further claim.

Bei dem Roboter-Gelenk nach der Erfindung handelt es sich um ein kombiniertes Rotations-Translations-Gelenk, bei dem sich zwei konzentrische Rohre gegeneinander bewegen. Der Antrieb erfolgt über einen aus einer Rollenkette gebildeten Reibradantrieb, wobei sowohl dieser Antrieb als auch die Stellbewegungen zur Einstellung eines vorgegebenen Verhältnisses von Translations- und. Rotationsbewegung von nur einem Elektromotor vorgenommen werden können.The robot joint according to the invention is a combined rotation-translation joint, where two concentric tubes are against each other move. The drive takes place from a Roller chain formed friction wheel drive, both this drive as well as the adjusting movements Setting a predetermined ratio of Translation and. Rotational movement of just one Electric motor can be made.

Zwar sind bei dem Roboter-Gelenk nach der Erfindung die Aktionskräfte, die letztlich aus der Rollreibung resultieren, vergleichsweise gering, wegen der im Orbit ebenfalls nur geringen zu bewegenden Satellitenmassen ist das erfindungsgemäß vorgesehene Antriebskonzept für dieses Anwendungsgebiet jedoch hervorragend geeignet.Although in the robot joint according to the invention Action forces that ultimately result from rolling friction result, comparatively low, because of the orbit also only small amounts of satellite to be moved is the drive concept provided according to the invention for this area of application, however, is excellently suited.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Roboter- Gelenkes besteht darin, daß für den Translationsfreiheitsgrad beliebige Hublängen möglich sind. Anders als beispielsweise bei einem Antrieb über eine Zahnstange oder einen Hydraulikzylinder sind bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Kombinationsgelenk der Hublänge durch konstruktive Gegebenheiten, wie Zahnstangen- oder Hubzylinderlänge, keine Grenzen gesetzt. A major advantage of the robot Joint is that for the Any degree of stroke length possible are. Unlike, for example, with a drive a rack or a hydraulic cylinder are included the combination joint provided according to the invention Stroke length due to design conditions, such as Rack or lift cylinder length, no limits set.

Um bei terrestrischen Anwendungen des Roboter-Gelenkes nach der Erfindung, beispielsweise als Service-Roboter, auch größere Kräfte aufbringen zu können, ist es ferner möglich, zu diesem Zweck Befestigungs- oder Bewegungsgewinde zu lösen/spannen oder zu verstellen. Sofern durch das erfindungsgemäße Roboter-Gelenk Reinigungsarbeiten auszuführen sind, können beispielsweise Schabekräfte aufgebracht werden, um Schmutz zu entfernen. Durch die antriebsseitig zu beeinflussende Ungleichförmigkeit der Geschwindigkeit der Bewegung ergeben sich zudem stoßartige Beschleunigungskräfte für das verwendete Greifwerkzeug, die ähnlich wie bei einer Schlagbohrmaschine vorteilhaft eingesetzt werden können.For terrestrial applications of the robot joint according to the invention, for example as a service robot, It is also possible to apply greater forces possible for this purpose fastening or Loosen / tighten or adjust the movement thread. If by the robot joint according to the invention Cleaning work can be carried out for example, scraping forces are applied to To remove dirt. By the drive side too influencing speed irregularity the movement also results in jerky movements Acceleration forces for the gripping tool used, which is similar to an impact drill can be used advantageously.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination eines rotatorischen und eines translatorischen Gelenkes macht etwa nur die Hälfte des ansonsten bei derartigen Vorrichtungen üblichen konstruktiven Aufwandes erforderlich, der häufig dadurch bedingt ist, daß für den gleichen Einsatzzweck zwei separate Gelenke mit entsprechendem Aufwand an Antrieb und Steuerung vorzusehen sind. Durch die bei dem erfindungsgemäßen Roboter-Gelenk mögliche schnelle und einfache Variation des Einstellverhältnisses des Kettenantriebes bei konstanter Antriebsdrehzahl ist zudem eine schnelle Bewegung des Unterarms möglich.The combination of a rotatory and a translational joint about only half of the otherwise in such Devices usual design effort required, which is often due to the fact that for the same purpose using two separate joints corresponding drive and control effort are to be provided. By the in the inventive Robot joint possible quick and easy variation the setting ratio of the chain drive constant drive speed is also a fast one Movement of the forearm possible.

Wird an Stelle nur einer Antriebseinheit zusätzlich eine zweite, diametral zur ersten angeordnete Antriebseinheit verwendet, so kann zusätzlich eine Geschwindigkeitsvariation unter Last vorgenommen werden. In einer solchen Steuerungsphase wird jeweils eine Antriebseinheit konstant weiterbetrieben und der Antriebskraftfluß aufrechterhalten, während die andere Antriebseinheit stufenweise verändert und anschließend weiterbetrieben wird. Auf diese Weise werden beide Antriebseinheiten alternierend verändert, bis für beide die endgültige Einstellung erreicht worden ist.Will be added in place of just one drive unit a second, arranged diametrically to the first Drive unit used, so an additional Speed variation made under load become. In such a control phase a drive unit continues to operate and the Upload flow maintained while the other Drive unit gradually changed and then continues to operate. This way both Drive units changed alternately until for both the final hiring has been reached.

Durch Fehlsteuerungen kann es bei Roboter-Gelenk- Anordnungen zu einem Überschuß entweder an Antriebskraft oder Gegenkaft kommen. Üblicherweise muß deshalb eine Überlastkupplung, z. B. in Form einer Rutschkupplung, vorgesehen werden. Bei dem Roboter- Gelenk nach der Erfindung stellen jedoch bereits die Antriebsrollen eine spezielle Art der Rutschkupplung dar, so daß auf eine gesonderte Überlastkupplung verzichtet werden kann.Incorrect controls can result in robot joint Orders to either make a surplus Driving force or counterforce come. Usually must therefore an overload clutch, e.g. B. in the form of a Slip clutch can be provided. With the robot However, joint according to the invention already provide the Drive rollers a special type of slip clutch represents, so that on a separate overload clutch can be dispensed with.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is intended to be described below with reference to the drawing are explained in more detail. Show it

Fig. 1 ein Roboter-Gelenk in Form eines kombinierten Rotations-Translations- Gelenkes, Fig. 1 a robotic joint in the form of a combined rotational-translational joint,

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Antriebseinheit der Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows a horizontal section through the drive unit of the arrangement of FIG. 1

Fig. 3 und 4 Detaildarstellungen eines Reibradantriebes der Anordnung gemäß Fig. 1, FIGS. 3 and 4 show detail views of a friction drive of the arrangement according to FIG. 1,

Fig. 5 bis 8 weitere Details des Reibradantriebes der Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 5 to 8 show further details of the friction drive of the arrangement according to FIG. 1,

Fig. 9 einen vertikalen Schnitt durch eine Antriebseinheit der Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 9 is a vertical section through a drive unit of the arrangement according to FIG. 1,

Fig. 10 bis 12 Details der Lagerblöcke zur Aufnahme des Unterarmes im Oberarm und Fig. 10 to 12 details of the bearing blocks for receiving the forearm in the upper arm and

Fig. 13 bis 15 weitere Ausführungsformen eines Roboter- Gelenkes in Form eines kombinierten Rotations-Translations-Gelenkes Fig. 13 to 15 show further embodiments of a robot joint in the form of a combined rotation-translation joint

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Roboter-Gelenk handelt es sich um ein kombiniertes Rotations-Translations- Gelenk, bei dem sich zwei konzentrische Rohre 10, 11 gegeneinander bewegen. Der Antrieb erfolgt über einen von einer Rollenkette gebildeten Reibradantrieb. Hierbei können sowohl dieser Antrieb als auch die Stellbewegungen zur Einstellung eines gewünschten Rotations-Translations-Verhältnisses von einer in einem Gehäuse 35 angeordneten elektrischen Antriebseinheit 1 mit Untersetzungsgetriebe vorgenommen werden. Wie die Figur zeigt, ist dabei der aus Motor-Getriebe-Einheit und Antriebseinheit bestehende Antriebsblock in der Mitte der Vorrichtung plaziert. Symmetrisch zu diesem Antriebsblock sind jeweils oben und unten zwei Lagerblöcke 202, 203 angeordnet. An den oberen Lagerblock 202 ist weiterhin eine Bremse 204 angeflanscht. Vervollständigt wird die Anordnung durch einen Ständer 200 sowie einen Greifer 201.The robot joint shown in FIG. 1 is a combined rotation-translation joint in which two concentric tubes 10 , 11 move against one another. The drive takes place via a friction wheel drive formed by a roller chain. Both this drive and the adjusting movements for setting a desired rotation-translation ratio can be carried out by an electric drive unit 1 with a reduction gear arranged in a housing 35 . As the figure shows, the drive block consisting of motor-gear unit and drive unit is placed in the middle of the device. Two bearing blocks 202 , 203 are arranged symmetrically to this drive block at the top and bottom. A brake 204 is also flanged to the upper bearing block 202 . The arrangement is completed by a stand 200 and a gripper 201 .

Die Kraftübertragung vom äußeren Rohr 10, dem sogenannten Oberarm, auf das innere Rohr 11, dem sogenannten Unterarm erfolgt, wie nachfolgend näher erläutert wird, über eine antreibende Rollenkette 15. Der gesamte Kettentrieb befindet sich in einem erweiterten Ringraum 34, der an den Oberarm 10 angeflanscht ist. Im Bereich einer Aussparung 101 des Oberarms 10 ist, wie in Fig. 2 zu erkennen, die Rollenkette 15 in Auf- und Abwärtsfaltung zur Bildung einer Art von Zickzackprofil angeordnet. Jedes Glied der Rollenkette 15 besitzt dabei drei Rollen 16, 16' und 17, wobei die jeweils mittlere Rolle 17 einen etwas geringeren Durchmesser als die beiden äußeren Rollen 16, 16' aufweist, um auf diese Weise eine Krümmung des antreibenden Kettentrums zu ermöglichen, und wobei die beiden äußeren Rollen. 16, 16' jeweils zwei Kettengliedern gemeinsam zugeordnet sind. Die Rollen 16, 16' sowie 17 der Rollenkette 15 befinden sind in Kontakt mit dem Unterarm 11, einer Biegefeder 18 sowie mit zwei Kettenrädern 14 und 22.The power transmission from the outer tube 10 , the so-called upper arm, to the inner tube 11 , the so-called lower arm, takes place via a driving roller chain 15 , as will be explained in more detail below. The entire chain drive is located in an enlarged annular space 34 which is flanged to the upper arm 10 . In the area of a recess 101 of the upper arm 10 , as can be seen in FIG. 2, the roller chain 15 is arranged in an upward and downward fold to form a type of zigzag profile. Each link of the roller chain 15 has three rollers 16 , 16 'and 17 , the middle roller 17 in each case having a slightly smaller diameter than the two outer rollers 16 , 16 ', in order in this way to enable the driving chain center to be curved, and being the two outer roles. 16, 16 'are each assigned to two chain links together. The rollers 16 , 16 'and 17 of the roller chain 15 are in contact with the forearm 11 , a spiral spring 18 and with two sprockets 14 and 22 .

Die Kette 15 wird vom Antriebskettenrad 14 angetrieben, während das Abtriebskettenrad 22 ein Gegenmoment erzeugt, das das Lasttrum im gefalteten Zustand unter Druck hält. Dieses Gegenmoment wird, wie in Fig. 4 im Detail zu erkennen, durch einen an die Achse des Abtriebskettenrades 22 angekoppelten elektromagnetischen Retarder 26 in Form einer Wirbelstrombremse erzeugt. Die vom Antriebskettenrad 14 bewegten Kettenglieder pressen die Rollen 16, 16' und 17 derartig zusammen, daß die jeweils innere Rolle 16 die Rotationsgeschwindigkeit der äußeren Rolle 16' annimmt. Somit wird der Unterarm 11 gegenüber dem Oberarm 10 bewegt. Als antreibende Kraft wirkt die von der anpressenden Normalkraft abhängige Rollreibungskraft jeder der mit dem Unterarm 11 in Kontakt stehenden Rollen 16, 16'. Die Reaktionskräfte stützen sich über einige der Rollen auf der Biegefeder 18 ab. Die resultierende Antriebskraft ist in der Y-Z- Ebene dadurch richtungsmäßig einstellbar, daß eine Drehung des gesamten Kettentriebes um 360 Grad um die X-Achse (Fig. 2) möglich ist. Daraus resultiert, daß neben reinen Rotationsbewegungen der Anordnung um die Z-Achse auch reine Translationsbewegungen in Richtung der Z- Achse sowie beliebige Mischformen in Form von Spiralbewegungen realisierbar sind. The chain 15 is driven by the drive sprocket 14 , while the driven sprocket 22 generates a counter-torque which keeps the load strand under pressure in the folded state. As can be seen in detail in FIG. 4, this counter moment is generated by an electromagnetic retarder 26 in the form of an eddy current brake which is coupled to the axis of the driven sprocket 22 . The chain links moved by the drive sprocket 14 press the rollers 16 , 16 'and 17 together in such a way that the respective inner roller 16 assumes the rotational speed of the outer roller 16 '. The forearm 11 is thus moved relative to the upper arm 10 . The rolling frictional force, which is dependent on the pressing normal force, of each of the rollers 16 , 16 'in contact with the forearm 11 acts as the driving force. The reaction forces are supported on the spiral spring 18 via some of the rollers. The resulting driving force can be adjusted in the direction of the YZ plane in that the entire chain drive can be rotated 360 degrees around the X axis ( FIG. 2). The result of this is that, in addition to pure rotational movements of the arrangement about the Z axis, pure translational movements in the direction of the Z axis and any mixed forms in the form of spiral movements can also be realized.

Eine einmal eingestellte Lage des Kettentriebes hat dabei einen festen Antriebsquotienten zur Folge, der das Verhältnis von Translations- zu Rotationsgeschwindigkeit festlegt. Konstruktiv ermöglicht wird dies durch einen Anschluß zweier Aufnahmeböcke 23, 23' für die Kettenräder 14, 22 an die Biegefeder 18. Der Antriebsquotient kann auch variiert werden: Ist der Antriebsstrang, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, über eine Schaltkupplung entkoppelt, so kann der Kettentrieb im Leerlauf, also lastfrei, in die gewünschte Position gedreht werden.Once the position of the chain drive has been set, this results in a fixed drive quotient which defines the ratio of the translation speed to the rotation speed. This is made possible structurally by connecting two mounting blocks 23 , 23 'for the chain wheels 14 , 22 to the spiral spring 18 . The drive quotient can also be varied: If the drive train is decoupled via a clutch, as will be explained in more detail below, the chain drive can be rotated to the desired position when idling, i.e. without load.

Konstruktionsbedingt haben, abhängig vom Drehwinkel, zwei bis drei Kettenrollen 16, 16 Kontakt mit dem Unterarm 11. Die wechselnden winkelgeschwindigkeiten der An- und Abtriebskettenrräder 14 und 22 bedingen eine wechselnde Länge und Spannung des Kettenleertrums. Um Schwierigkeiten beim Bewegen dieses Leertrums zu vermeiden, ist ferner vorgesehen, daß dieses von einem elastischen Hüllrohr 102 umgeben ist, das von wenigstens einer Feder 20 fixiert wird.Due to the design, depending on the angle of rotation, two to three chain rollers 16 , 16 have contact with the forearm 11 . The changing angular speeds of the input and output sprockets 14 and 22 cause the length and tension of the chain empty strand to change. In order to avoid difficulties when moving this empty run, it is further provided that it is surrounded by an elastic cladding tube 102 which is fixed by at least one spring 20 .

Insgesamt vier Speichen 103 bis 106 des Antriebskettenrades 14 sind an ihren Enden, den Kontaktstellen mit den Rollen 16, 16' der Kettenbolzenrolle 37, unterschiedlich ausgebildet. In der Phase der Aufwärtsfaltung, dargestellt in den Fig. 5a und b, wird ein Kontakt mit dem Unterarm 11 eingeleitet. Die Speichenenden sind gabelförmig ausgebildet, so daß sie in der Anfangsphase der Aufwärtsfaltung die Rolle 37 nach oben drücken und aus einer Gabelführung hinausgleiten lassen. Dieser Vorgang wiederholt sich nach einer halben Umdrehung des Kettenrades 14. Daher ist jedes zweite Speichenende 104, 106 in Form eines symmetrischen U ausgebildet. In der Phase der Abwärtsfaltung wird gemäß der Darstellung in den Fig. 6a und b eine Aufwärtsfaltung dadurch vermieden, daß die U-förmige Bolzenführung entgegen Drehrichtung leicht verdreht ist. Somit wird die Rolle 37 von dem Kettenrad 14 mitgenommen, bis die Rolle 16' mit der Biegefeder 18 in Kontakt kommt. Danach wird die Rolle 37 aus ihrer Führung gedrückt und zu einer Translation parallel zur Biegefeder 18 gezwungen. Da sich diese Abwärtsfaltung nach einer halben Umdrehung wiederholt, sind auch hier zwei gegenüberliegende Speichenenden 103, 105 gleichartig ausgebildet.A total of four spokes 103 to 106 of the drive sprocket 14 are designed differently at their ends, the contact points with the rollers 16 , 16 'of the chain pin roller 37 . In the phase of the upward folding, shown in FIGS. 5a and b, contact with the forearm 11 is initiated. The spoke ends are fork-shaped so that they press the roller 37 upwards in the initial phase of the upward folding and allow it to slide out of a fork guide. This process is repeated after half a turn of the chain wheel 14 . Every second spoke end 104 , 106 is therefore designed in the form of a symmetrical U. In the phase of downward folding, as shown in FIGS . 6a and b, an upward folding is avoided in that the U-shaped pin guide is slightly rotated in the opposite direction of rotation. Thus, the roller 37 is carried along by the sprocket 14 until the roller 16 'comes into contact with the spiral spring 18 . The roller 37 is then pressed out of its guide and forced to translate parallel to the spiral spring 18 . Since this downward folding is repeated after half a revolution, two opposite spoke ends 103 , 105 are also of similar design here.

Am Ende der Abwärtsfaltung ergibt sich ein Stoß in der translatorischen Geschwindigkeit im Lasttrum der Kette. Um diesen Stoß abzumildern, sind die Speichen 103 und 105 gegen Speichen 104 und 106 einzeln abgefedert. Vier Federn 107 dienen zur Abmilderung des Antriebsmomentes und können entweder, wie in der Figur dargestellt als Zug-Druck-Federn, aber auch als Schenkelfedern oder Flachspiralfedern ausgebildet sein.At the end of the downward folding there is a shock in the translational speed in the load strand of the chain. To mitigate this impact, spokes 103 and 105 are individually cushioned against spokes 104 and 106 . Four springs 107 serve to soften the drive torque and can either be designed as tension-compression springs, as shown in the figure, but also as leg springs or flat spiral springs.

Das in den Fig. 7 und 8 im Detail dargestellte Abtriebskettenrad 22 wird von dem auf der gleichen Welle angeordneten Retarder 26 durch ein einstellbares Gegenmoment konstant abgebremst. Dadurch kann auf die Kettenglieder eine der Antriebskraft angepaßte Gegenkraft aufgebracht werden, um über das gefaltete Kettentrum Rollreibungskräfte auf den Unterarm 11 zu übertragen. Pro Umlauf sind jeweils zwei bis drei Kettenglieder mit den Speichen in Kontakt. Zwischen diesen Kontaktstellen ist jeweils ein Gliederpaar aufgefaltet. An den Speichenenden angeordnete Flachformfedern 39 umfassen die Kettenbolzen 37 und halten diese fest. Vom ablaufendem Trum werden die Kettenbolzen 37 aus diesen Federhalterungen herausgezogen.The output sprocket 22 shown in detail in FIGS. 7 and 8 is constantly braked by the retarder 26 arranged on the same shaft by an adjustable counter torque. As a result, a counterforce adapted to the driving force can be applied to the chain links in order to transmit rolling friction forces to the forearm 11 via the folded chain center. Two or three chain links are in contact with the spokes per revolution. A pair of links is unfolded between these contact points. Flat-shaped springs 39 arranged on the spoke ends embrace the chain bolts 37 and hold them in place. The chain bolts 37 are pulled out of these spring holders from the running run.

Während eines Umlaufes ergeben sich für das Leertrum der Kette relativ starke Längenänderungen. Um dieses unbelastete Leertrum zu stabilisieren, laufen die betreffenden Kettenglieder in dem elastischen metallischen Hüllrohr 102. Auf diese Weise werden Stauungen, Schwingungen und ein Abspringen vom Antriebskettenrad vermieden.During one cycle there are relatively large changes in length for the empty run of the chain. In order to stabilize this unloaded empty strand, the relevant chain links run in the elastic metallic cladding tube 102 . In this way, congestion, vibrations and jumping off the drive sprocket are avoided.

Die in Fig. 9 dargestellte Motor-Getriebe-Einheit besteht aus einem Elektromotor 1, der über eine durchgehende Antriebswelle zwei Funktionen erfüllt: Die erste Funktion ist der Antrieb des Kettentriebes. Voraussetzung dafür ist, daß eine Schaltkupplung 2 ein- und eine zweite Schaltkupplung 4 ausgeschaltet ist. Der Elektromotor 1 treibt zunächst über ein Stirnradgetriebe 3 ein im Innengehäuse 35 angeordnetes Kegelradgetriebe 12 an, und zwar immer im gleichen Drehsinn. Über dieses Kegelradgetriebe 12 erfolgt dann ein Antrieb des Antriebskettenrades 14.The motor-gear unit shown in FIG. 9 consists of an electric motor 1 , which fulfills two functions via a continuous drive shaft: the first function is the drive of the chain drive. The prerequisite for this is that a clutch 2 is switched on and a second clutch 4 is switched off. The electric motor 1 first drives a bevel gear 12 arranged in the inner housing 35 via a spur gear 3 , always in the same direction of rotation. This bevel gear 12 a drive the drive sprocket 14 then takes place.

Die zweite Funktion der Motor-Getriebe-Einheit besteht im Antrieb des Stellmechanismus. Hierzu muß die Schaltkupplung 4 ein- und die Schaltkupplung 2 ausgeschaltet sein. Weiterhin muß eine Scheibenbremse 7 gelöst sein. Die Welle des Elektromotors 1 treibt dann zunächst das Getriebe 5 an, ein sogenanntes Harmonic- Drive-Getriebe, das sehr stark ins Langsame übersetzt. Anschließend verläuft der Kraftfluß über ein nicht schaltbares Kegelradgetriebe 6, das seinerseits ein schaltbares Doppel-Kegelradgetriebe 8 antreibt. Diese Schaltbarkeit ist erforderlich, um eine Veränderung einer Stellwelle 9 in zwei Richtungen zu ermöglichen. Das Abtriebsdrehmoment wird über ein Keilwellenprofil auf die Stellwelle 9 übertragen. Dadurch ist eine Verstellmöglichkeit des Kettentriebes um 360 Grad gegeben.The second function of the motor-gear unit is to drive the adjusting mechanism. For this purpose, the clutch 4 must be switched on and the clutch 2 must be switched off. Furthermore, a disc brake 7 must be released. The shaft of the electric motor 1 then drives the gear 5 , a so-called harmonic drive gear, which translates very slowly. The power flow then runs via a non-switchable bevel gear 6 , which in turn drives a switchable double bevel gear 8 . This switchability is necessary in order to enable an actuating shaft 9 to be changed in two directions. The output torque is transmitted to the actuating shaft 9 via a spline profile. This allows the chain drive to be adjusted by 360 degrees.

Der Antrieb ist während der Verstellung entkoppelt, das Lasttrum der Kette somit entlastet, so daß die Stellkräfte gering sind. Ist der Stellvorgang beendet, wird über die Scheibenbremse 7 die Lage der Kettenbahn fixiert. Der Unterarm 11 wird nun mit einem neuen Verhältnis zwischen Translation und Rotation angetrieben.The drive is decoupled during the adjustment, thus relieving the load on the chain so that the actuating forces are low. When the adjustment process is finished, the position of the chain conveyor is fixed via the disc brake 7 . The forearm 11 is now driven with a new ratio between translation and rotation.

Um eine translatorische und rotatorische Bewegung des Unterarms 11 gegenüber dem Oberarm 10 zu ermöglichen, werden, wie in den Fig. 10 bis 12 zu erkennen, zwei verschiedene Führungselemente verwendet. Der Unterarm 11 führt gegenüber einer Zwischenhülse 27 eine Translationsbewegung aus. Hierfür sind drei Rollenumlaufschuhe 28 entsprechend der Darstellung in Fig. 12 vorgesehen, die im Abstand von jeweils 120 Grad auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. Das Längsspiel ist über eine Schraube 29 einstellbar. Die gegenüber dem Unterarm 11 axial bewegbare Zwischenhülse 27 wird bei einer Rotation vom Unterarm 11 mitgenommen. Über ein Nadellager 30 wird dann eine Rotation der inneren Teile gegenüber dem Oberarm 10 ermöglicht. Geschmierte Axial- und Radialführungen werden mittels Radialdichtringen 31 abgedichtet. Ein Deckel 32 ist in ein Basisgehäuse 33 eingeschraubt. Die als Wälzlager ausgebildeten Axial- und Radialführungen nehmen dabei gleichzeitig Kräfte auf. Dabei sind im wesentlichen radial wirkende Normalkräfte von den beiden Führungselementen aufzunehmen, und zwar nur dann, wenn der Unterarm 11 bewegt wird.In order to enable a translational and rotational movement of the forearm 11 relative to the upper arm 10 , two different guide elements are used, as can be seen in FIGS. 10 to 12. The forearm 11 performs a translational movement with respect to an intermediate sleeve 27 . For this purpose, three roller circulation shoes 28 are provided, as shown in FIG. 12, which are distributed around the circumference at intervals of 120 degrees. The longitudinal play is adjustable via a screw 29 . The intermediate sleeve 27 , which is axially movable with respect to the forearm 11 , is carried along by the forearm 11 during rotation. A rotation of the inner parts relative to the upper arm 10 is then made possible via a needle bearing 30 . Lubricated axial and radial guides are sealed by means of radial sealing rings 31 . A cover 32 is screwed into a base housing 33 . The axial and radial guides designed as roller bearings simultaneously absorb forces. Essentially radially acting normal forces are to be absorbed by the two guide elements, and only when the forearm 11 is moved.

Der Kraftfluß wird über die folgenden Bauteile geschlossen: Oberarm 10, Zwischengehäuse 34, Außengehäuse 35, Elektromotor 1, Getriebe 3, 12, und 13, Antriebskettenrad 14, Rollen des Lasttrums 16, 17, 16', Unterarm 11, Rollenumlaufschuhe 28, Zwischenhülse 27, Nadellager 30, Basisgehäuse 33 und Oberarm 10. Ist der Unterarm 11 in Ruhe, so werden die Kräfte von der aktivierten Bremse 7 auf das Basisgehäuse 33 übertragen, so daß die Führungen entlastet werden.The power flow is closed via the following components: upper arm 10 , intermediate housing 34 , outer housing 35 , electric motor 1 , gear 3 , 12 and 13 , drive sprocket 14 , rollers of the load strand 16 , 17 , 16 ', forearm 11 , roller shoes 28 , intermediate sleeve 27 , Needle bearing 30 , base housing 33 and upper arm 10 . If the forearm 11 is at rest, the forces are transmitted from the activated brake 7 to the base housing 33 , so that the guides are relieved.

Der Unterarm 11 ist gegen den Oberarm 10 dadurch fixiert, daß die Bremse 204 ständig wirksam ist. Nur bei Bewegungen des Unterarms 11 wird diese Bremse 204 ausgeschaltet. Bei dieser Bremse 204 handelt es sich um eine Doppelbackenbremse mit beweglichen Backen, bei der die Bremskraft durch eine in einen Bremslüfter, d. h. den Motordrücker, eingebaute Feder erzeugt wird. Ist der Motor des Motordrückers eingeschaltet, werden die Backen gelüftet und Unterarmbewegungen ermöglicht. Bei ausgeschaltetem Motor drückt eine innere Feder die Backen gegen den Unterarm 11 und hält diesen fest. Die Bremse ist dabei auf dem Deckel 32 des oberen Lagerblockes 202 angebracht.The forearm 11 is fixed against the upper arm 10 in that the brake 204 is constantly effective. This brake 204 is only switched off when the forearm 11 moves. This brake 204 is a double-shoe brake with movable shoes, in which the braking force is generated by a spring built into a brake fan, ie the engine pusher. When the motor of the motor pusher is switched on, the jaws are released and forearm movements are made possible. When the engine is switched off, an inner spring presses the jaws against the forearm 11 and holds it tight. The brake is attached to the cover 32 of the upper bearing block 202 .

Eine gewisse Ungleichförmigkeit der Unterarmbewegungen kann bei Transferbewegungen auf Teiltrajektorien in der Regel toleriert werden. In den Anfangs- und Endphasen von Bewegungen im Weltraum können hingegen strengere Anforderungen an die Geschwindigkeitskonstanz gestellt werden. In diesen Fällen kann über eine Bewegungsplanung das Kombinationsgelenk stillgesetzt und es können stattdessen andere Gelenke aktiviert werden. Nur für die längere Mittelphase der Bewegung ist dann das Kombinationsgelenk einzusetzen. Es kann für das Kombinationsgelenk aber auch ein Schrittmotor verwendet werden, bei dem diese Ungleichförmigkeit ausgeregelt werden kann.A certain irregularity in forearm movements can be used for transfer movements on partial trajectories in the Usually be tolerated. In the beginning and end phases movements in space can be more severe Constant speed requirements become. In these cases, a Movement planning stopped the combination joint and other joints can be activated instead become. Only for the longer middle phase of the movement the combination joint is then to be used. It can but also a stepper motor for the combination joint be used where this non-uniformity can be corrected.

Anstelle nur eines Antriebesaggregates kann auch ein Zwei-Aggregate-Antrieb vorgesehen werden. In diesem Fall werden diese beiden Aggregate in X-Richtung diametral gegenüberliegend angeordnet. Hierbei kann der Antriebsquotient auch unter Last verändert werden. Wechselweise muß dann einer der beiden Antriebe die Last abstützen, während im gleichen Rhythmus die Richtung der Antriebskraf durch Drehung des Kettentriebes um die X-Achse (Fig. 2) verändert wird. Dieser Einstellbarkeit ist nur dadurch eine Grenze gesetzt, daß die Einstellgeschwindigkeit nicht zu groß werden darf. Würde sie zu groß, so ergäben sich zu starke Beschleunigungen, die im Extremfall zu einem Abreißen des Kraftflusses, also zu einem Durchdrehen der Rollen des Antriebstrums, führen würden. Eine ständige diesbezügliche Kontrolle ist daher von Vorteil.Instead of only one drive unit, a two-unit drive can also be provided. In this case, these two units are arranged diametrically opposite one another in the X direction. The drive quotient can also be changed under load. Alternately, one of the two drives must then support the load, while the direction of the driving force is changed in the same rhythm by rotating the chain drive about the X axis ( FIG. 2). This adjustability is only limited by the fact that the adjustment speed must not be too high. If it were too large, accelerations would be too strong, which in extreme cases would lead to a breakdown of the power flow, i.e. to a spinning of the rollers of the drive train. Constant monitoring in this regard is therefore an advantage.

Bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen zweiarmigen Säulenroboter, der bei zwei Antriebsaggregaten 301, 302 insgesamt vier Freiheitsgrade besitzt. Der durch die maximale und minimale radiale Greiferposition sowie die Säulenhöhe definierte Arbeitsraum 303 ergibt einen Hohlzylinder. Geeignet ist dieser Roboter zur Beschickung von zylindrisch angeordneten Lagerregalen. Durch Rotation des Greifers um seine Achse kann jede gewünschte Ausrichtung des Greiferobjektes vor einer Ablage ins Regalfach erfolgen. Das Kombinationsgelenk ermöglicht in diesem Fall sehr direkte, einfach zu steuernde Spiralbewegungen um die senkrechte oder waagerechte Achse.The embodiment shown in FIG. 13 is a two-armed column robot which has a total of four degrees of freedom in two drive units 301 , 302 . The working space 303 defined by the maximum and minimum radial gripper position and the column height results in a hollow cylinder. This robot is suitable for loading cylindrically arranged storage racks. By rotating the gripper around its axis, any desired alignment of the gripper object can be done before being placed in the shelf compartment. In this case, the combination joint enables very direct, easy-to-control spiral movements around the vertical or horizontal axis.

Die in Fig. 14 gezeigte Anwendung stellt eine Abwandlung in Form einer 90-Grad-Drehung der ersten Achse des vorangehend beschriebenen Säulenroboters dar. Während die waagerechte Verfahrachse beliebig lang gestaltet werden kann, hängt die Länge der beweglichen Achse von der Höhe der ersteren ab. Die bewegliche Achse kann bei diesem Portalroboter um die feste geschwenkt werden, wobei die Betätigungskräfte durch ein Gegengewicht 401 klein gehalten werden können.The application shown in FIG. 14 represents a modification in the form of a 90 degree rotation of the first axis of the column robot described above. While the horizontal traversing axis can be made as long as desired, the length of the movable axis depends on the height of the former. With this gantry robot, the movable axis can be pivoted about the fixed one, whereby the actuating forces can be kept small by a counterweight 401 .

Fig. 15 schließlich zeigt einen Teleskoparm. Hier wird der Arbeitsraum durch eine senkrechte, d. h. in Z- Richtung verlaufende Gerade definiert. Die höhenmäßige Reichweite dieser Anordnung ist von der Anzahl und Länge der Unterarme abhängig. Vorteilhaft ist eine Anwendung dieser Anordnung beim Lösen und Spannen von Schraubverbindungen. Die hierbei erforderliche Spiralbewegung kann durch das Parallelschalten zweier Antriebsaggregate 501, 502, d. h. unter Addition der Antriebskräfte, realisiert werden. Dieses ist steuerungstechnisch ohne großen Aufwand zu lösen. Fig. 15 shows, finally, a telescopic arm. Here the working area is defined by a vertical line, ie a straight line running in the Z direction. The height range of this arrangement depends on the number and length of the forearms. It is advantageous to use this arrangement when loosening and tightening screw connections. The spiral movement required here can be realized by connecting two drive units 501 , 502 in parallel, ie by adding the drive forces. In terms of control technology, this can be solved with little effort.

Da als Antriebskräfte Rollreibungskräfte zur Anwendung kommen, sind diese naturgemäß gering. Für beträchtliche statische Lasten oder Trägheitskräfte, d. h. große Massen und Beschleunigungen, kann jedoch im Rahmen der Erfindung durch eine Variation der verwendeten Werkstoffpaarung für die Rollen und den Unterarm eine vergrößerte Rollreibung erzeugt und es können damit größere Antriebskräfte erreicht werden.Because rolling friction forces are used as driving forces come, these are naturally low. For considerable static loads or inertial forces, d. H. size Masses and accelerations, however, can be under the Invention by a variation of the used Material pairing for the roles and the forearm one generates increased rolling friction and it can greater driving forces can be achieved.

Claims

1. Robot joint in the form of a combined rotation-translation joint, in particular for use in space, with at least two concentrically arranged tubes that can be moved relative to one another and at least one associated drive unit, characterized in that via a drive motor with a downstream reduction gear existing drive unit ( 1 ) a chain drive consisting of at least one roller chain ( 15 ) can be acted upon, which is arranged on an outer tube ( 10 ) in such a way that at least some of the rollers ( 16 , 16 ', 17 ) of the roller chain ( 15 ) is in frictional contact with an inner tube ( 11 ), the roller chain ( 15 ) being in engagement with a drive sprocket ( 14 ) and an output sprocket ( 22 ) at the same time, and the chain drive being 360 degrees around the longitudinal axis of the tubes ( 10 , 11 ) vertical axis is pivotally supported.

2. Robot joint according to claim 1, characterized in that in addition two clutches ( 2 , 4 ), two spur gears ( 3 , 13 ), three bevel gear ( 6 , 8 , 12 ), a disc brake ( 7 ), a harmonic drive Gear ( 5 ), an electromagnetic eddy current brake ( 26 ) and a spiral spring ( 18 ) are provided.