DD216677A1 - Doppelgelenk mit autonomen antrieben fuer modular aufgebaute industrieroboter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Doppelgelenke mit autonomen Antrieben fuer modular aufgebaute Industrieroboter durch geeignete Anordnung von Antriebsmotoren und Getriebeelementen, wodurch eine grosse Flexibilitaet und Austauschbarkeit der Glieder eines Systems von Industrierobotern und eine rasche Auswechselbarkeit und Lageaenderung der Glieder miteinander erreicht werden kann. Dabei wurde eine guenstige Massenverteilung auf die Struktur der Glieder dadurch erzielt, dass alle Antriebsmotoren zum Gestell hin mit einem Glied verlagert werden. Die Loesung zeichnet sich dadurch aus, dass das Doppelgelenk aus zwei aehnlichen miteinander starr verbundenen Robotergliedern 3 verbunden wird, welches seitlich jeweils zwei kinematische Koppelelemente und auf der motornahen Seite, am freien Ende eine starre Verbindungsstelle besitzt. Die Antriebsmotoren werden im Gelenk kinematisch so gekoppelt, dass es zwischen den Antrieben einen geschlossenen Kraftschluss gibt.

Description

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Doppelgelenk mit autonomen Antrieben für modular aufgebaute Industrieroboter

Anwendungsgebiet ^c

Die Erfindung betrifft die Ausführung von Baugruppen, die in Doppelgelenkausführung zur Bildung von Strukturen für Industrieroboter und Industrierobotersysteme verwendet Werden. Die Erfindung kann weiterhin allgemein zur Bildung von modular aufgebauten Industrierobotern mit veränderbarer Achsenkonfiguration angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die, Manipulation von Teilen mit Hilfe eines Industrieroboters sind eine Reihe von Ausführungen bekannt» Die meisten dieser Ausführungen beziehen sich auf eine feste Anordnung der Bewegungsachsen der Glieder in der Struktur und/oder auf die Steuerung der Antriebe»

In der DE-OS 3026 273 A₁ wird eine Lösung vorgeschlagen, die den aktiven Arbeitsraum und die Achsenkonfiguration 'durch Hinzufügen eines autonomen Zwischengliedes zwischen den Ober- und den Unterarm beeinflußt. Das Zwischenglied wird mit seitlichen starren Verbindungsstellen versehen, die es ermöglichen, den Schwerpunkt des Armes zu verlagern und die Achsenkonfiguration zu ändern.

Die Lösung besitzt den Nachteil, daß sie zunächst Glieder besitzt, die durch einen Freiheitsgrad charakterisiert werden. Die Strukturbildung erfolgt dabei durch eine serielle Anordnung der Glieder, die vor allem die Motoren und ihre Halterung vom Gestell entfernen« Es entsteht dadurch eine ungünstige Verteilung der Gliedermassen«

Die Glieder selbst bieten keine Möglichkeit, durch kinematische Verbindungen die Achsenkonfiguration zu beeinflussen«

Der Antrieb eines nächstfolgenden Gliedes kann nicht~für die Lastbewegung eines benachbarten Gliedes beteiligt werden,» Dies führt wiederum zu dem Nachteil, daß die einzelnen Motoren für größere Massenhandhabungen dimensioniert werden müssen, was wiederum zu großen Motormassen führt»

Ziel der Erfindung ·, . '

Durch geeignete Anordnung von Antriebsmotoren und Übersetzungsgetrieben soll eine möglichst große Austauschbarkeit der Glieder eines Systems von Industrierobotern und eine rasche Auswechselbarkeit sowie eine relative Lageänderung der Glieder untereinander erreicht werden» Dabei ist eine günstige Massenverteilung auf die Struktur der Glieder zu berücksichtigen mit dem Ziel, die Antriebsmotoren aller Glieder zum Gestell hin zu verlagern.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System von Roboterstrukturen mit möglichst vielseitiger Austauschbarkeit der Doppelgelenke bei einem günstigen Masse-Leistungs-Verhältnis zu realisieren. Erfindöngsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei ähnliche Roboterglieder, bestehend hauptsächlich aus einem autonomen Antrieb, eventuell einem untersetzendem Getriebe, einem Verbindungsstück mit Abtriebs- und Umlenkrädern miteinander starr verbunden werden« ;

Um dem entstandenen Doppelgelenk eine Bewegung einprägen zu können, werden erfindungsgemäß die vier Seiten des vierkantigen Doppelgelenkes ausgenutzt, indem mittels lösbarer Verbindungen Übertragungselemente, wie Zahnräder, Zahnflach- oder Seilantriebe eingesetzt werden. Das entstandene Doppelgelenk zeichnet sich dadurch aus, daß auf vier Seiten in der Nähe der Antriebe lösbare kinematische Verbindungen, wie Schraub- oder Klemmverbindungen vorgesehen werden, die es ermöglichen, das Doppelgelenk mit den Abtriebsbewegungen eines anderen Doppelgelenkes kinematisch - zu verbinden» Die kinematische Verbindung zweier Doppelgelenke führt zu einer Roboters-truktur mit vier Bewegungsachsen. Durch die lösbaren, seitlich starr verbundenen ^Vw' übertragungselemente, die auf die anderen zwei seitlichen Flächen angebracht werden können, läßt sich die Relativlage der Bewegungsachse der beiden Doppelgelenke zueinander ändern.

Die freien Enden des Doppelgelenkes werden erfindungsgemäß so ausgeführt, daß sie eine lösbare, starre Verbindungsstelle mit einem anderen Glied (auch Gestell) oder Übertragungselement ermöglichen. '

Alle sechs möglichen Verbindungsstellen des Doppelgelenkes lassen sich dazu verwenden, starre oder kinematische Ver- ^ bindungsstellen mit anderen Doppelgelenken zu realisieren.

Ein günstiges Masse-Leistungsverhältnis wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß beide autonome Antriebe in einem Doppelgelenk nebeneinander auf der Seite zum Gestell hin eingebaut worden sind. Die Bewegung derselben wird miteinander kinematisch so gekoppelt, daß ein geschlossener Kraftschluß entsteht. Das geschieht, indem die Bewegungen der beiden autonomen Antriebe z, B. mit Hilfe von Zugmitteln oder Zahnrädern um die erste.Bewegungsachse umgelenkt und weiter übertragen wird und dann miteinander-mit Hilfe von Zugmitteln oder anderen Übertragungselementen gekoppelt werden«, Die Bewegungsachse des letzten Übertragungsel'ementes

ist die zweite Bewegungsachse und hängt von der Bewegung der beiden autonomen \Antriebe ab„ Sie erhält im Rahmen der Drehzahlbereiche der Antriebe vorgeschriebene Geschwindigkeiten, Werden umgekehrt Geschwindigkeiten für die beiden Drehachsen vorgeschrieben, so führen die Antriebe notwendigerweise gewünschte Antriebsbewegungen aus.

Als Sonderfall erhält* man die Bewegung einer Drehachse während die andere Achse in relativem Ruhezustand -ist* Für diesen Sonderfall werden beide Antriebe für die Bewegung einer Achse beteiligt, wodurch höhere Lasten manipuliert werden können« :

Die kinematische Verbindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein geschlossener Kraftschluß in der kinematischen Kette des Döppelgelenkes entsteht. .

Die erfindungsgemäße Ausführung und Anordnung der Übertragungselemente im Doppelgelenk führt zu drei möglichen Relativlagen der zwei aufeinander senkrecht stehenden Bewegungsachsen gegenüber dem Bezugsglied, das meist' das Antriebsgehäuse ist«

Ausführungsbeispiel .

Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden»

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig„ 1, 2: Doppelgelenk mit autonomen Antrieben und lösbaren kinematischen Koppelelementen

Fig«, 3 : Doppelgelenk mit kinematisch verbundenen Bewegungen und starren Verbindungen

Fig„ 4 : Doppelgelenk mit autonomen Antrieben und kinematisch gekoppelter Antriebsbewegung

Fig_e 5 : Doppelgelenk mit innenseitig angeordneten Antrieben

Fig_e 6 : Doppelgelenk mit außenseitig angeordneten. Ant rieben ,

In Fig» 1 wird ein Doppelgelenk gezeigt, das aus zwei ähnlichen Gliedern 3 gebildet wird, zu dem zusätzlich das Übertragungselement 9 eingebaut ist. Die Umlenkräder 5 und 11, die die Bewegung von den Antriebselementen 4 und 10 erhalten, sind mit dem Abtriebsglied 7 fest verbundene Das Übertragungsglied 9 erhält dabei keine Relativbewegung zum Ab-, triebsglied 7, .

Lagert man nun die Umlenkelemente gelenkig im Abtriebsglied 7 und koppelt man mit dem Umlenkelement 5 das Übertragungsglied 6, so entstehen in Abhängigkeit von der Drehzahl der beiden Antriebe 1 und 2 Relativbewegungen sowohl zwischen den Übertragungsgliedern 6, 9 und dem Abtriebsglied 7 als auch zwischen dem Abtriebsglied 7 und den Robotergliedern 3* Die Bewegung der Übertragungsglieder 6 und 9 wird mit Hilfe der Abtriebswelle. 8 kinematisch

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gekoppelt, wodurch die Abtriebswelle 8 eine Relativbewegung zum Abtriebsglied 7 erhält. Da die Abtriebswelle S die Bewegung sowohl vom autonomen Antrieb 1 als auch vom autonomen Antrieb 2 erhält, entsteht ein geschlossener Übertragungsfluß in der kinematischen Kette des Doppelgelenkes,, Offensichtlich läßt sich die kinematisch geschlossene Kette auch mit Hilfe von Zahnriemengetrieben realisieren, indem z¹,¹ B_e. die Bewegungsübertragung vom Übertragungsglied 6 und auf das Abtriebsglied 8 mit Hilfe von zwei Zahnflachriemen übertragen wird« Das gleiche gilt auch für Seilgetriebe»

, Das erfindungsgemäße Doppelgelenk für modular aufgebaute Industrieroboter mit autonomen Antrieben 1 und 2 und den Antriebselementen 4, IO und den Umlenkelementen 5, 11 zeichnet sich dadurch aus, daß z'wei ähnliche Roboterglieder 3 starr miteinander verbunden sind und daß die Bewegung der autonomen Antriebe i und 2 über die Übertragungsglieder 6j, 9 und die Abtriebswelle 8 miteinander gekoppelt sind«

In.den äußeren Flächen des Doppelgelenkes befinden sich lösbare Koppelelemente 12, 13, 14, 15, die auch paarweise 12, 13 oder 14, 15 oder nur an zwei benachbarten Flächen 12 und 14, oder 13 und 15 oder nur jeweils eines angeordnet sind, Figvl. Die beiden Enden des Doppelgelenkes wej-den als lösbare Verbindungsstellen 16 ausgebildet, Fig_o 3, ' '

Während die Koppelelemente 12, 13, 14 oder 15 als Abtriebselemente dienen, urn eine Bewegung von anderen Antrieben dem Doppelgelenk zu übertragen, dienen die Verbindungsstellen 16 zur Befestigung des Doppelgelenkes mit anderen Gliedern in einen Roboterstruktur.

Die Ausführung tier Verbindungsstelle zwischen den Koppelelementen 12, 13, 14 oder 1.5 und dem Doppelgelenk zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Verbindungsstelle 16 iet und zur sta'rren Verbindung mit einem anderen Doppelgelenk dient, wodurch andere relative Bewegungsmöglich-

keiten entstehen»

Eine andere Ausführung des gleichen Doppelgelenkes zeichnet sich dadurch aus, daß ein äußeres Übertragungsglied 17 und ein inneres Übertragungsglied 18, Fig. 4 konzentrisch angeordnet sind und mit dem Antriebskoppelelement 19 und dem Abtriebsglied ZO einen geschlossenen Kraftschluß bilden.

Die Anordnung der Glieder 3 oder der Umlenkelemente 5 und 11 zu den Antriebselementen 4 und 10 ist auch so möglich, daß die letzteren (Antriebselemente 4 und 11) eine Außenoder eine Innenanordhung erfahren»

Die Ausführung nach Fig., 5 und Fig„ 6 zeichnet sich dadurch aus, daß die Umlenkelemente 5 und/oder 11 ein Kegel- und/oder Stirnrad mit Doppelverzahnung ausgeführt sind,_o Es ist dadurch möglich, die Lage der Bewegungsachsen zu den Lagen der Antriebsachsen zu ändern, wodurch die Flexibilität der Struktur erhöht wird.

31 AUÜ.1983*1 1 k

Claims (1)

1. • . . . , · 8 .- '
   Erfindungsanspruch ->.;'

   1. Doppelgelenk für modular aufgebaute Industrieroboter
   mit autonomen 'Antrieben und Übertragungselementen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ähnliche Roboterglieder (3) starr miteinander verbunden sind und daß die Bewegung der autonomen Antriebe (1) und (2) über die Übertragungsglieder (6), (8) und (9) miteinander gekoppelt sind und daß aη den äußeren Flächen des Doppelgelenkes je ein lösbares Übertragungselement (12, 13, 14, 15)

   , . oder nur,an zwei benachbarten Flächen Übertragungselemente (12, 14) odeY (13, 15) oder nur jeweils eines
   angeordnet sind und daß an beiden Enden eine lösbare
   Verbindungsstelle (16-) ausgebildet ist«,"

   2» Doppelgelenk nach Pkt« I₁ dadurch gekennzeichnet, daß
   an Stelle der lösbaren Koppelelemente (12, 13, 14, 15) starre Verbindungen (16) vorgesehen sind»

   3_e Doppelgelenk nach Pkt, 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Übertragungselement (17) und ein inneres Übertragungselement (13) konzentrisch angeordnet
   sind und mit den Übertragungselementen. (19, 20) einen
   geschlossenen Kraftschluß bilden*

   4» Doppelgelenk nach Pkt» 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkelemente (5) und/oder (11) als ein Kegel- und/oder Stirnrad mit Doppelverzahnung ausgeführt sind.

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