DE69601213T2

DE69601213T2 - Handgelenk für industrieroboter

Info

Publication number: DE69601213T2
Application number: DE69601213T
Authority: DE
Inventors: Stefan Danielsson; Jan Gepertz; Jan Larsson
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2016-01-27
Also published as: US5924330A; ES2136972T3; US5894761A; DE69603709T2; JPH10512813A; SE508735C2; EP0805739B1; EP0805738A1; DE69603709D1; JPH10512814A; DE69601213D1; EP0805738B1; ES2126381T3; WO1996022861A1; SE9500296L; SE9500296D0; WO1996022860A1; EP0805739A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Handgelenkeinheit eines Industrieroboters mit einem Handgelenkgehäuse, welches dazu bestimmt ist, lösbar am äußeren Ende eines Roboterarms befestigt zu werden und in welchem ein Kippgehäuse drehbar angeordnet ist, das seinerseits eine drehbar angeordnete Drehscheibe trägt, an der ein äußeres Werkzeug befestigt werden kann, mit ferner einer ersten und einer zweiten sekundären Antriebswelle, die drehbar im Handgelenkgehäuse angeordnet sind, wobei jede der genannten ersten und zweiten sekundären Antriebswelle ein Eingangsende hat, welches ein Zahnrad trägt, das mit einem entsprechenden Antriebszahnrad auf einer entsprechenden primären Antriebswelle im Roboterarm im Eingriff steht, wobei die genannten Antriebszahnräder koachsial zueinander und achsial voneinander beabstandet angeordnet sind und wobei die erste sekundäre Antriebswelle über ein entsprechendes erstes Zahnradgetriebe die Drehscheibe um eine erste Achse zu drehen vermag und die zweite sekundäre Antriebswelle über ein entsprechendes zweites Zahnradgetriebe das Kippgehäuse um eine zweite Achse zu drehen vermag, welche die erste Achse kreuzt.
Bei einer bereits bekannten Handgelenkeinheit der oben genannten Art besteht das Handgelenkgehäuse aus zwei. Hälften, wobei jede Hälfte ein durchgehendes Loch für eine entsprechende sekundäre Antriebswelle hat. In zusammengebautem Zustand liegen die Mittelachsen der Löcher für die sekundären Antriebswellen in den Gehäusehälften, und damit die Mittelachsen der darauf befindlichen Zahnräder auf diametral gegenüberliegenden Seiten der zentralen koachsialen Antriebszahnräder auf den primären Antriebswellen im Roboterarm, mit denen sie im Eingriff stehen. Mit anderen Worten, es erstreckt sich eine gerade Linie durch die Mittelachsen der sekundären Zahnräder und der koachsialen Antriebszahnräder. Hierdurch ist es schwierig, das Spiel zwischen den Antriebszahnrädern und ihren entsprechenden Zahnrädern auf den sekundären Antriebswellen zu justieren.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Handgelenkeinheit vorzuschlagen, bei der dieses Zahnradspiel leicht justiert werden kann. Dies wird bei einer Handgelenkeinheit der einleitend beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Zahnräder und die Antriebszahräder (gesehen in einer Projektion vom Ende) relativ zueinander so angeordnet sind, daß eine gedachte Linie, die sich durch die Zentren der Zahnräder erstreckt, gegenüber der Mittellinie durch die Zahnräder versetzt ist und daß das Handgelenkgehäuse radial justierbar an dem Ende des Roboterarms befestigbar ist zur Justierung des Zahnradspiels zwischen einerseits den Antriebszahräder auf den primären Antriebswellen und andererseits den Zahnrädern auf den sekundären Antriebswellen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Längsansicht einer Handgelenkeinheit gemäß der Erfindung, die am äußeren Ende eines Roboterarms befestigt ist; und
Fig. 2 eine Endansicht der in Fig. 1 gezeigten Handgelenkeinheit gesehen vom Ende des Roboterarms.
Unter Bezug auf Fig. 1 wird ein generell mit 10 bezeichnetes Handgelenk für einen Industrieroboter gemäß der Erfindung gezeigt. Das Handgelenk 10 besteht im Prinzip aus einem vom Roboterarm wegweisenden gabelförmigen Handge lenkgehäuse 12 mit zwei Gabelarmen 14, 16, die zwischen sich einen rinnenartigen Raum bilden, dessen Seitenwände 18, 20 und Bodenwand 22 in Fig. 1 dargestellt sind.
Das Handgelenkgehäuse 12 ist zur Befestigung am äußeren Ende eines Roboterarms 24 mittels nicht dargestellter Schraubbefestigung bestimmt. Jedoch zeigt Fig. 2 vier durchgehende Löcher 26 für Befestigungsschrauben in einem Befestigungsflansch 28 des Gehäuses 12.
In dem Handgelenkgehäuse 12 befindet sich ein sogenanntes Kippgehäuse 30, welches drehbar um eine quer verlaufende Achse A befestigt ist und welches in einer an sich bekannten Weise eine Drehscheibe 32 trägt, die drehbar um eine in Längsrichtung orientierte Achse B angeordnet ist. An der Drehscheibe 32 kann ein zu wählendes (nicht gezeigtes) Werkzeug, wie zum Beispiel eine Schweißeinheit, eine Greifvorrichtung, eine Farbspritzdüse oder dergleichen, befestigt werden. Der Teil des Kippgehäuses 30, welcher die Drehscheibe 32 und ihre Welle 34 trägt, ist somit um die Achse A in dem Raum zwischen den Gabelarmen 14, 16 um einen Winkel von weniger als 360 Grad drehbar. Die Achse A verläuft senkrecht zur Drehachse B der Drehscheibe 32.
Zur Drehung der Drehscheibe 32 ist in dem Handgelenkgehäuse eine erste sekundäre Antriebswelle 36 vorhanden, die sich durch ein Loch in Längsrichtung des Gehäuses 12 vorzugsweise parallel zur Drehachse B der Drehscheibe 32 erstreckt. Die Antriebswelle 36, die achsial und radial in einem doppelreihigen Schrägschulterkugellager 38 angeordnet sein kann, hat ein Eingangsende 40, auf welchem nicht drehbar ein vorzugsweise zylindrisches Zahnrad 42 befestigt ist, welches sich im Eingriff mit einem vorzugsweise zylindrischen Antriebszahnrad 44 am Ende einer ersten primären Antriebswelle 46 befindet, die in das Handgelenkge häuse 12 des Roboterarms 24 einsetzbar ist. Das andere Ende der sekundären Antriebswelle 36 ist ein Ausgangsende in Gestalt eines Hypoidritzels 48, welches mit einem Hypoidzahnrad (50) im Eingriff steht, welches drehbar um die Achse A senkrecht zur Antriebsachse 36 angeordnet ist und an der Außenseite des Ritzels 48 gelagert ist. Das Hypoidritzel 48 und das Hypoidzahnrad 50 bilden somit ein erstes Hypoidgetriebe. In der Nabe des Hypoidzahnrades 50 ist nicht drehbar ein Antriebskegelzahnrad 52 befestigt, welches seinerseits im Eingriff mit einem Kegelzahnrad 54 steht, welches drehbar in dem Kippgehäuse 30 gelagert ist und nicht drehbar mit der Welle 34 der Drehscheibe 32 verbunden ist.
Wenn die erste primäre Antriebswelle 46 im Roboterarm 24 gedreht wird, so wird die Drehbewegung über die Zahnräder 44, 42 auf die sekundäre Antriebswelle 36 übertragen, die ihrerseits über das erste Hypoidgetriebe 48, 50 und die Kegelzahnräder 52, 54 eine Drehbewegung um die Achse B auf die Welle 34 und somit auf die Drehscheibe 32 überträgt. Die Achse B verläuft in der in Fig. 1 gezeigten neutralen Lage koachsial zur Mittelachse C der primären Antriebswelle 46. Die Mittelachse C ist vorzugsweise auch eine Achse, um welche der Roboterarm 24 selbst zu rotieren vermag.
Zur Drehung des Kippgehäuses 30 um die Achse A in dem Handgelenkgehäuse 12 ist in dem Handgelenkgehäuse noch eine zweite sekundäre Antriebswelle 56 drehbar angeordnet. Die sekundäre Antriebswelle 56 erstreckt sich durch ein Loch in Längsrichtung des Gehäuses 12, vorzugsweise parallel zu der ersten sekundären Antriebswelle 36. Wie die erste sekundäre Antriebswelle 36 ist auch die zweite sekundäre Antriebswelle 56 achsial und radial in einem doppelreihigen Schrägschulterkugellager 58 angebracht und hat ein Eingangsende 60, an welchem ein vorzugsweise zylindrisches Zahnrad 62 nicht drehbar befestigt ist, welches mit einem vorzugsweise zylindrischen Antriebszahrad 64 im Eingriff steht, welches sich an dem Ende einer zweiten primären Antriebswelle 66 in dem Roboterarm 24 befindet. Das Antriebszahnrad 64 ist koachsial zu, aber mit achsialem Abstand von dem sich auf der ersten primären Antriebswelle 46 befindlichen zylindrischen Antriebszahrad 44 angeordnet. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel haben die zylindrischen Antriebszahräder 44, 64 und die Zahnräder 42, 62 eine gleiche Anzahl von Zähnen, und daher ist das Zahnradübersetzungsverhältnis zwischen den entsprechenden primären und sekundären Antriebszahräder 46, 36 und 66, 56 1 : 1. Die Anzahl der Zähne und damit das Übersetzungsverhältnis dieser Getriebe kann natürlich nach Wunsch verändert werden.
Das anderen Ende der zweiten sekundären Antriebswelle 56 ist ein Ausgangsende, welches, wie die erste sekundäre Antriebswelle 36, als ein Hypoidritzel 68 ausgebildet ist, welches mit einem Hypoidzahnrad 70 im Eingriff steht, welches drehbar um die Achse A angeordnet ist, senkrecht zu der sekundären Antriebswelle 56 und koachsial zu dem Hypoidzahnrad 50 des ersten Hypoidgetriebes 48, 50. Das Hypoidzahnrad 70 ist außerhalb des Ritzels 68 angeordnet. Das Hypoidzahnrad 70 ist durch Schrauben 72 fest mit dem Kippgehäuse 30 verbunden.
Wenn die zweite primäre Antriebswelle 66, welche die erste primäre Antriebswelle 46 in dem Roboterarm 24 koachsial umgibt, rotiert, so wird die Drehbewegung über das zylindrische Getriebe 64, 62 auf die zweite sekundäre Antriebswelle 56 übertragen, die ihrerseits über das zweite Hypoidgetriebe 68, 70, die Drehung auf das Kippgehäuse 30 um die Achse A und die im Kippgehäuse angeordnete Drehscheibe 32 überträgt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Handgelenkgehäuses 12 gemäß der Erfindung sind die Mittelachsen D und E der sekundären Antriebswellen 36, 56 und somit ihre zylindrischen Zahnräder 42, 62 (wie man aus Fig. 2 ersehen kann) auf derselben Seite der zentralen Mittelfläche F durch die koachsialen zylindrischen Antriebszahnräder 44, 64 angeordnet, so daß eine gedachte Linie L, die sich durch die Zentren D, E der Zahnräder 42, 62 erstreckt, einen Abstand von der Mitte C der koachsialen Antriebszahräder 44, 64 hat. Dies bedeutet, daß es möglich ist, gleichzeitig den Zahnradeingriff und damit das Spiel zwischen den beiden zylindrischen Getriebestufen 44, 42 beziehungsweise 64, 62 durch eine kleine radiale Verlagerung des gesamten Handgelenkgehäuses 12 in Richtung des Pfeiles P in Fig. 2 zu justieren. Dies wird erreicht durch Lösung einer (nicht dargestellten) Schraubbefestigung zwischen dem Gehäuse 12 und dem Arm 24 und durch Anlegen eines (nicht dargestellten) Justierwerkzeuges gegen das Gehäuse 12, um das Zahnradspiel in den Getrieben durch radiale Justierung des Gehäuses durch die Löcher 26 auf einen gewünschten Wert, vorzugsweise auf miminales Spiel, zu justieren.
Das Gehäuse 12 ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einem Stück hergestellt, wodurch man eine Anzahl von Vorteilen gegenüber bekannten geteilten Gehäusen erzielt. So gibt es keine Probleme mehr mit dem Passen der Hälften des Gehäuses beim Zusammenbau des Handgelenks. Es ist auch leichter, hohe Herstellungstoleranzen beim Drehen von Löchern und Anlageflächen im Gehäuse zu erzielen, wenn es aus einem Stück besteht. Die Montage der Getriebe, Lager, Dichtungen und dergleichen wird auch erleichtert. Es sind keine Schrauben zum Zusam menhalten der Gehäusehälften erforderlich, die sonst zu unerwünschten Bewegungen zwischen den Gehäusehälften führen würden. Ferner sind weniger Dichtungen erforderlich, um das Eindringen von Schmutz in das Handgelenk zu verhindern und das Herauslecken von Öl der Handgelenkgetriebe aus dem Gehäuse zu verhindern.

Claims

1. Handgelenkeinheit für einen Industrieroboter

- mit einem Handgelenkgehäuse (12), welches dazu bestimmt ist, lösbar am äußeren Ende eines Roboterarms (24) befestigt zu werden und in welchem ein Kippgehäuse (30) drehbar angeordnet ist, das seinerseits eine drehbar angeordnete Drehscheibe (32) trägt, an der ein äußeres Werkzeug befestigt werden kann,

- mit einer ersten und einer zweiten sekundären Antriebswelle (36, 56), die drehbar im Handgelenkgehäuse (12) angeordnet sind, wobei jede der genannten ersten und zweiten sekundären Antriebswellen (36, 56) ein Eingangsende (40,60) hat, welches ein Zahnrad (42, 62) trägt, das mit einem entsprechenden Antriebszahnrad (44, 64) auf einer entsprechenden primären Antriebswelle (46, 66) im Roboterarm (24) im Eingriff steht,

- wobei die genannten Antriebszahnräder (44, 64) koachsial zueinander und achsial voneinander beabstandet angeordnet sind und wobei die erste sekundäre Antriebswelle (36) über ein entsprechendes erstes Zahnradgetriebe (48, 50) die Drehscheibe um eine erste Achse B zu drehen vermag und die zweite sekundäre Antriebswelle (56) über ein entsprechendes zweites Zahnradgetriebe (68, 70) das Kippgehäuse (30) um eine zweite Achse A zu drehen vermag, welche die erste Achse B kreuzt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (42, 62) und die Antriebszahnräder. (44, 64), gesehen in einer Endansichtprojektion, relativ zueinander so angeordnet sind, daß eine imaginäre Linie, die sich durch das Zentrum (D, E) der Zahnräder (42, 62) erstreckt, von der Mittelline (C) durch die Zahnräder (44, 64) versetzt ist und daß das Handgelenkgehäuse (12) in radialer Richtung einstellbar am Ende des Roboterarms (24) fixierbar ist zur Anpassung des Getriebespiels zwischen einerseits den Antriebszahnräder (44, 64) auf den primären Antriebswellen (46, 66) und andererseits den Zahnrädern (42, 62) auf den sekundären Antriebswellen (36, 56).

2. Handgelenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (42, 62) und die Antriebsräder (44, 64) zylindrisch sind.

3. Handgelenkeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgelenkgehäuse (12) aus einem Stück hergestellt ist.