ITTO960061A1

ITTO960061A1 - MULTI-AXIAL HEAD PERFECTED FOR ANTHROPOMORPHIC ROBOTS.

Info

Publication number: ITTO960061A1
Application number: IT96TO000061A
Authority: IT
Inventors: Bruno Bisiach
Original assignee: Bruno Bisiach
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-07-31
Also published as: ITTO960061A0; IT1284358B1

Abstract

E' descritta una testa multiassiale perfezionata comprendente: un albero cavo (1) collegato ad una sua estremità (2) ad un robot antropomorfo, il cui motore consente la rotazione dell'albero cavo (1), ed all'altra sua estremità (3) ad una flangia di sostegno (4); un primo ed un secondo supporto inclinato (7, 10) rispettivamente rotanti intorno ad assi diversi (V e VI) e collegati alla flangia di sostegno (4) tramite tubi (6, 5); ed una coppia di motori (16', 16") per far ruotare rispettivamente il primo ed il secondo supporto inclinato (7, 10) tramite i tubi (6, 5) ed ingranaggi (17; 19, 20). I motori (16', 16") sono collegati all'albero cavo (1) in modo da ruotare solidali intorno al suo asse (IV).An improved multiaxial head is disclosed comprising: a hollow shaft (1) connected at one end (2) to an anthropomorphic robot, whose motor allows rotation of the hollow shaft (1), and at the other end thereof (3 ) to a support flange (4); a first and a second inclined support (7, 10) respectively rotating around different axes (V and VI) and connected to the support flange (4) by means of pipes (6, 5); and a pair of motors (16 ', 16 ") to rotate the first and second inclined supports (7, 10) respectively through the tubes (6, 5) and gears (17; 19, 20). The motors (16 ', 16 ") are connected to the hollow shaft (1) so as to rotate integrally around its axis (IV).

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo: Description of the Industrial Invention entitled:

"Testa multiassiale perfezionata per robot antropomorfi " "Improved multiaxial head for anthropomorphic robots"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad una testa multiassiale perfezionata da applicare in particolare a robot del tipo cosiddetto "antropomorfo", cioè che è in grado di operare in tutte le direzioni di lavorazione possibili. The present invention refers to an improved multiaxial head to be applied in particular to robots of the so-called "anthropomorphic" type, ie which is capable of operating in all possible machining directions.

E' nota nella tecnica una testa multiassiale come quella descritta nel Brevetto italiano n. A multiaxial head such as the one described in the Italian Patent n.

1.083.111 . Tale testa è di tipo triassiale per robot di saldatura automatica ed è in grado di orientare un utensile di saldatura (ad esempio una pinza saldatrice a punti) secondo tre gradi di libertà di movimento angolari, in modo da conferire all'utensile tutte le posizioni volute nello spazio, con escursione angolare anche superiore all'angolo giro ed articolazione del polso portautensile di 90* rispetto al braccio del robot. Tale testa ha inoltre l'importante caratteristica di essere cava, il che consente di alloggiare al suo interno i cavi per l'adduzione di corrente all'utensile di saldatura. Benché tale testa sia del tutto soddisfacente per la maggior parte delle applicazioni in saldatura automatica per le quali essa è stata specificamente concepita, si è riscontrata la possibilità di renderne più generale l'impiego, cioè di renderla atta a supportare, orientare e movimentare utensili o dispositivi vari, cosi da trasformare il robot sul quale essa è montata in una macchina più multifunzionale . 1,083,111. This head is of the triaxial type for automatic welding robots and is able to orient a welding tool (for example a spot welding gun) according to three angular degrees of freedom of movement, in order to give the tool all the desired positions. in space, with angular excursion even greater than the round angle and articulation of the tool holder wrist of 90 * with respect to the robot arm. This head also has the important characteristic of being hollow, which allows the cables for supplying current to the welding tool to be housed inside. Although this head is completely satisfactory for most of the automatic welding applications for which it has been specifically designed, it has been found that it can be used more generally, that is, to make it suitable for supporting, orienting and moving tools or various devices, so as to transform the robot on which it is mounted into a more multifunctional machine.

A tale scopo, For this purpose,

ha depositato il Brevetto italiano n. 1.199.867, in cui è descritta una testa dotata di più di tre gradi di libertà di movimento angolari, che ha cioè almeno un quarto asse rotante disponibile per l'azionamento dell'utensile portato dalla testa stessa, in modo da generalizzare le funzioni operative del robot. Tale testa consente inoltre di aumentare l'angolo di articolazione del polso portautensile rispetto al braccio del robot ad oltre 90°, ad esempio fino a 120°, in modo da potenziare le possibilità di orientamento dell'utensile rispetto al pezzo da lavorare. has filed the Italian Patent n. 1.199.867, which describes a head equipped with more than three degrees of freedom of angular movement, that is, which has at least a fourth rotary axis available for driving the tool carried by the head itself, in order to generalize the operating functions of the robot. This head also allows to increase the articulation angle of the tool holder wrist with respect to the robot arm to over 90 °, for example up to 120 °, so as to enhance the possibility of orienting the tool with respect to the piece to be machined.

Anche questo secondo tipo di testa multiassiale, tuttavia, non presenta una gamma teoricamente infinita di posizioni di lavorazione, poiché essa viene adoperata su un robot che si può spostare in su ed in giù su una slitta di supporto, il che consente pertanto un movimento limitato alla direzione in cui tale slitta è disposta. However, even this second type of multiaxial head does not have a theoretically infinite range of machining positions, since it is used on a robot that can move up and down on a support slide, which therefore allows for limited movement. to the direction in which this slide is arranged.

Inoltre, le teste multiassiali precedenti sono collegate ad un trasformatore che fornisce l'energia di saldatura ed è ingombrante e voluminoso; infine, i motori che azionano la testa sono posti fissi sul braccio del robot in posizione opposta rispetto a «quella della testa: per portare il movimento di tali motori alla testa, è necessario predisporre alberi rotanti lunghi quanto il braccio, con problemi costruttivi, di ingombro e di costi. Furthermore, the previous multiaxial heads are connected to a transformer which supplies the welding energy and is bulky and bulky; finally, the motors that drive the head are fixed on the robot arm in the opposite position to "that of the head: to bring the movement of these motors to the head, it is necessary to arrange rotating shafts as long as the arm, with construction problems, space and costs.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di eliminare le suddette limitazioni operative, fornendo una testa multiassiale che possa essere montata su robot di tipo "antropomorfo", cioè in grado di assumere qualsiasi posizione operativa. The aim of the present invention is therefore to eliminate the aforementioned operating limitations, providing a multiaxial head which can be mounted on an "anthropomorphic" type robot, ie capable of assuming any operating position.

Inoltre, la testa multiassiale della presente invenzione ha il trasformatore montato direttamente sulle pinze di saldatura nella parte terminale della testa, ed è dotata di una coppia di motori rotanti posti nelle sue immediate vicinanze e che le trasmettono il moto tramite comuni ingranaggi conici: tutto ciò semplifica la costruzione della testa e ne riduce notevolmente il costo. Furthermore, the multiaxial head of the present invention has the transformer mounted directly on the welding guns in the terminal part of the head, and is equipped with a pair of rotating motors placed in its immediate vicinity and which transmit their motion through common bevel gears: all this simplifies the construction of the head and significantly reduces its cost.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con una testa multiassiale perfezionata per motori antropomorfi come quella descritta nella rivendicazione 1. Realizzazioni preferite della testa multiassiale della presente invenzione sono descritte nelle rivendicazioni da 2 a 5. The above and other objects and advantages of the invention, as will emerge from the following description, are achieved with an improved multiaxial head for anthropomorphic motors such as the one described in claim 1. Preferred embodiments of the multiaxial head of the present invention are described in claims 2 to 5.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, date a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: The present invention will be better described by some preferred embodiments, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la Figura 1 è una vista laterale in sezione parziale di una realizzazione della testa multiassiale secondo la presente invenzione senza riduttori epicicloidali; e Figure 1 is a partial sectional side view of an embodiment of the multiaxial head according to the present invention without planetary gearboxes; And

- la Figura 2 è una vista laterale in sezione parziale di un'altra realizzazione della testa multiassiale secondo la presente invenzione dotata di riduttori epicicloidali. Figure 2 is a partial sectional side view of another embodiment of the multiaxial head according to the present invention equipped with planetary gearboxes.

Facendo riferimento alle Figure, la testa multiassiale perfezionata per robot antropomorfi secondo la presente invenzione comprende sostanzialmente un albero cavo 1 collegato, ad una sua estremità flangiata 2, ad un robot antropomorfo (non illustrato), cioè un robot in grado di muoversi in tutte le direzioni operative, ed all'altra sua estremità 3 ad una flangia di sostegno 4. Alla flangia di sostegno 4 sono fissati due ulteriori tratti tubolari, un tubo interno 5 ed un tubo esterno 6 in cui è inserito il tubo interno 5, ove entrambi i tubi 5 e 6 risultano coassiali con l'albero cavo 1. La funzione dei due tubi 5 e 6 è quella di garantire un ingombro in senso longitudinale per il supporto degli ingranaggi di trasmissione del moto che verranno descritti più avanti, nonché quella di trasmettere il moto ai successivi supporti inclinati.. A tale scopo, il tubo esterno 6 è collegato ad un primo supporto inclinato 7 a cui trasmette il moto tramite gli ingranaggi 8. With reference to the Figures, the improved multiaxial head for anthropomorphic robots according to the present invention substantially comprises a hollow shaft 1 connected, at one of its flanged end 2, to an anthropomorphic robot (not shown), i.e. a robot capable of moving in all directions. operating directions, and at its other end 3 to a support flange 4. Two further tubular sections are fixed to the support flange 4, an internal pipe 5 and an external pipe 6 in which the internal pipe 5 is inserted, where both tubes 5 and 6 are coaxial with the hollow shaft 1. The function of the two tubes 5 and 6 is to ensure a lengthwise space for the support of the motion transmission gears that will be described later, as well as to transmit the motion to the subsequent inclined supports. For this purpose, the outer tube 6 is connected to a first inclined support 7 to which it transmits motion by means of the gears 8.

Mentre l'albero cavo 1 è fatto ruotare quindi, dal robot antropomorfo, intorno al proprio asse (chiamato asse IV, perchè consente un quarto grado di libertà di movimento della testa, oltre a quelli intorno agli assi I, II e III, che sono quelli garantiti dal robot antropomorfo stesso a monte), il primo supporto inclinato 7 ruota intorno al proprio asse, che è chiamato asse V, e che costituisce un altro grado di libertà di movimento per la testa. While the hollow shaft 1 is then made to rotate, by the anthropomorphic robot, around its own axis (called axis IV, because it allows a fourth degree of freedom of movement of the head, in addition to those around axes I, II and III, which are those guaranteed by the anthropomorphic robot itself upstream), the first inclined support 7 rotates around its own axis, which is called the V axis, and which constitutes another degree of freedom of movement for the head.

Il primo supporto inclinato 7 è collegato all'altra sua estremità ad un tratto tubolare 9, che è cavo, sempre per consentire il passaggio dei cavi elettrici di alimentazione, ed è fatto di solito in plastica; il tratto tubolare 9 a sua volta è collegato ad un secondo supporto inclinato 10. Il secondo supporto inclinato 10 ruota intorno al proprio asse di rotazione, chiamato asse VI, che costituisce il sesto ed ultimo grado di libertà di movimento per la testa. Tale rotazione del secondo supporto inclinato 10 è trasmessa ad esso dal tubo interno 5 tramite gli ingranaggi 11 e 12. The first inclined support 7 is connected at its other end to a tubular section 9, which is hollow, again to allow the passage of the electric power cables, and is usually made of plastic; the tubular portion 9 in turn is connected to a second inclined support 10. The second inclined support 10 rotates around its own axis of rotation, called axis VI, which constitutes the sixth and last degree of freedom of movement for the head. This rotation of the second inclined support 10 is transmitted to it by the inner tube 5 by means of the gears 11 and 12.

Il secondo supporto inclinato 10 è collegato ad un ulteriore tratto di tubo 13 tramite l'ingranaggio 14, ed il tratto di tubo 13, in modo noto, è collegato, infine, ad una flangia portautensile 15 alla quale si fissano, ad esempio, le pinze di saldatura o altri utensili analoghi (non illustrati). The second inclined support 10 is connected to a further portion of pipe 13 by means of the gear 14, and the portion of pipe 13, in a known way, is finally connected to a tool-holder flange 15 to which, for example, the welding guns or other similar tools (not shown).

Per consentire le suddette rotazioni intorno agli assi V e VI, rispettivamente del primo e del secondo supporto inclinato 7, 10, è prevista una coppia di motori 16', 16": il motore 16' fa ruotare il primo supporto inclinato 7 tramite l'ingranaggio 17 collegato all'albero 18 di uscita del motore 16' ed al tubo esterno 6; il motore 16" fa ruotare il secondo supporto inclinato 10 tramite gli ingranaggi 19 e 20 collegati all'albero 21 di uscita del motore 16 " ed al tubo interno 5. To allow the aforementioned rotations around the V and VI axes, respectively of the first and second inclined support 7, 10, a pair of motors 16 ', 16 "is provided: the motor 16' rotates the first inclined support 7 by means of the gear 17 connected to the output shaft 18 of the motor 16 'and to the external tube 6; the motor 16 "rotates the second inclined support 10 by means of the gears 19 and 20 connected to the output shaft 21 of the motor 16" and to the tube internal 5.

La peculiarità della presente invenzione è che i due motori 16', 16" sono montati sulla flangia di sostegno 4 sulla quale è montato anche l'albero cavo 1: in questo modo, i motori 16', 16" risultano collègati all'albero cavo 1 in modo da ruotare solidali intorno al suo asse IV (a differenza dei precedenti motori che facevano ruotare i supporti 7 e 10 e che erano fissi). Tramite questa costruzione, i due motori 16' e 16" sono montati direttamente a monte dei due supporti inclinati 7 e 10 che devono rispettivamente movimentare, eliminando tutti i mezzi di trasmissione del moto previsti nelle realizzazioni note dai precedenti brevetti: la testa che ne risulta è molto più compatta e molto meno costosa e difficile da produrre . The peculiarity of the present invention is that the two motors 16 ', 16 "are mounted on the support flange 4 on which the hollow shaft 1 is also mounted: in this way, the motors 16', 16" are connected to the hollow shaft 1 so as to rotate integrally around its axis IV (unlike the previous motors which made the supports 7 and 10 rotate and which were fixed). By means of this construction, the two motors 16 'and 16 "are mounted directly upstream of the two inclined supports 7 and 10 which must respectively move, eliminating all the means of transmission of the motion envisaged in the embodiments known from the previous patents: the resulting head it is much more compact and much less expensive and difficult to produce.

Per quanto riguarda gli ulteriori dettagli di funzionamento della testa e dei supporti inclinati, si rimanda a quanto descritto nei due Brevetti italiani sopra citati. L'unica particolarità di funzionamento non indicata nei suddetti Brevetti anteriori è che il robot antropomorfo su cui opera la testa multiassiale della presente invenzione deve prevedere una struttura del tronco di sostegno del motore dell'albero cavo 1 e deve prevedere uno spazio all'interno di tale struttura. Lo spazio indicato serve a permettere il movimento dell'albero cavo 1 dalla posizione illustrata nelle Figure ad una posizione sostanzialmente verticale senza i problemi di ingombro dettati dalla presenza dei due motori 16' e 16 ", che vanno pertanto a collocarsi in tale spazio quando l'albero cavo 1 risulta verticale, come è noto agli esperti del ramo. As regards the further details of the operation of the head and the inclined supports, please refer to what is described in the two Italian patents cited above. The only operating peculiarity not indicated in the aforementioned prior patents is that the anthropomorphic robot on which the multiaxial head of the present invention operates must have a structure of the trunk supporting the motor of the hollow shaft 1 and must have a space inside that structure. The space indicated serves to allow the movement of the hollow shaft 1 from the position illustrated in the Figures to a substantially vertical position without the problems of overall dimensions dictated by the presence of the two motors 16 'and 16 ", which therefore go to be placed in this space when the The hollow shaft 1 is vertical, as is known to those skilled in the art.

La testa multiassiale della presente invenzione illustrata in Fig. 1 è adatta per applicazioni in cui la potenza trasmessa al carico è bassa, pur con velocità di rotazione della testa assai elevata; nella maggior parte dei casi, tuttavia, tale potenza deve essere maggiore e deve tener conto delle condizioni variabili del carico (accelerazioni, frenate, ecc.) per consentirne una gestione efficiente. A questo scopo, pertanto, si realizza un altro tipo di testa multiassiale, come quello illustrato in Fig. 2, in cui la testa è dotata di un riduttore 23 di tipo epicicloidale, collegato alla coppia di motori 16', 16": tale riduttore 23 sostituisce i riduttori a vite senza fine comuni nelle teste multiassiali precedenti. The multiaxial head of the present invention illustrated in Fig. 1 is suitable for applications in which the power transmitted to the load is low, even with a very high head rotation speed; in most cases, however, this power must be greater and must take into account the variable conditions of the load (acceleration, braking, etc.) to allow efficient management. For this purpose, therefore, another type of multiaxial head is produced, such as the one illustrated in Fig. 2, in which the head is equipped with an epicyclic reduction gear 23, connected to the pair of motors 16 ', 16 ": this reduction gear 23 replaces the worm gearboxes common in previous multiaxial heads.

Nella testa multiassiale della presente invenzione, il trasformatore (non illustrato) che fornisce l'energia necessaria per la saldatura viene installato direttamente sulle pinze di saldatura (non illustrate) montate nella parte terminale delle pinze tramite la flangia portautensile 15. Risulta semplificata, quindi, l'applicazione nel suo complesso, dato che il trasformatore utilizzato è di dimensioni minori rispetto al precedente (grazie alle mutate condizioni legislative in materia di saldature), può essere alimentato con conduttori elettrici che passano attraverso la serie di tubi cavi 1, 5, 6, 9, 13 ed i supporti inclinati 7, 10, e può essere applicato con le pinze di saldatura senza problemi e con notevoli semplificazioni costruttive. In the multiaxial head of the present invention, the transformer (not shown) that supplies the energy necessary for welding is installed directly on the welding guns (not shown) mounted in the terminal part of the guns by means of the tool holder flange 15. It is therefore simplified. the application as a whole, given that the transformer used is smaller than the previous one (thanks to the changed legislative conditions regarding welding), it can be powered with electrical conductors that pass through the series of hollow tubes 1, 5, 6 , 9, 13 and the inclined supports 7, 10, and can be applied with the welding guns without problems and with considerable constructive simplifications.

La costruzione della testa multiassiale perfezionata alla luce degli insegnamenti dei brevetti sopra citati (in particolare il Brevetto italiano n. 1.199.867) consente di unire alle migliorie sopra citate quella di avere un rapporto di trasmissione 1:1 tra albero cavo 1 e tratto di tubo 13, e questa particolarità costruttiva risulta ottimale nell'ottica del prolungamento della vita utile dei cavi elettrici di alimentazione che passano all'interno della testa, dato che essi non sono soggetti a sforzi di torsione, bensì a soli sforzi di piegatura, che risultano molto meno nocivi per la vita utile dei cavi elettrici stessi. The construction of the multiaxial head improved in the light of the teachings of the aforementioned patents (in particular the Italian Patent No. tube 13, and this constructional peculiarity is optimal in view of extending the useful life of the electric power supply cables that pass inside the head, since they are not subject to torsional stresses, but only to bending stresses, which are much less harmful to the useful life of the electric cables themselves.

Per garantire una trasmissione del moto ottimale, la testa multiassiale della presente invenzione è dotata inoltre di una molteplicità di cuscinetti a sezione sottile a 4 contatti (illustrati nelle Figure e uno solo dei quali è contrassegnato dal numero di riferimento 25 per chiarezza di disegno) per trasmettere il movimento ai tubi 5, 6 ed a tutti gli ingranaggi 8, 11, 12, 14, 17, 19 e 20 della testa per la rotazione dei supporti inclinati 7 e 10. To ensure optimal motion transmission, the multiaxial head of the present invention is also equipped with a multiplicity of 4-contact thin-section bearings (shown in the Figures and only one of which is marked with the reference number 25 for clarity of drawing) for transmit the movement to the tubes 5, 6 and to all the gears 8, 11, 12, 14, 17, 19 and 20 of the head for the rotation of the inclined supports 7 and 10.

Secondo una realizzazione della testa multiassiale della presente invenzione, inoltre, sia il primo supporto inclinato 7, sia il secondo supporto inclinato 10 sono dotati ciascuno di una cartuccia (26 o 27) contenente grasso che si trova in depressione e serve per la lubrificazione degli ingranaggi 8, 11, 12, 14, 17, 19 e 20. Ovviamente, tali cartucce 26 o 27 possono anche non essere inserite nei rispettivi supporti inclinati 7 o 10. Furthermore, according to an embodiment of the multiaxial head of the present invention, both the first inclined support 7 and the second inclined support 10 are each equipped with a cartridge (26 or 27) containing grease which is in depression and serves for the lubrication of the gears. 8, 11, 12, 14, 17, 19 and 20. Obviously, these cartridges 26 or 27 can also not be inserted in the respective inclined supports 7 or 10.

Claims

CLAIMS 1. Improved multiaxial head for anthropomorphic robots comprising: - a hollow shaft (1) connected at one of its flanged end (2) to an anthropomorphic robot and at its other end (3) to a support flange (4); - a first inclined support (7) connected to said support flange (4) by means of first tube means (6), said first inclined support (7) being rotatable about an axis (V); And - a second inclined support (10) connected to said support flange (4) by means of second tube means (5), said second inclined support (10) being rotatable about an axis (VI); characterized in that said hollow shaft (1) is made to rotate around its own axis (IV) by the motor of said anthropomorphic robot; in that said hollow shaft (1) f, said first inclined support (7) and said second inclined support (10) form a single hollow internal path between said robot and a final machining tool; And by being also equipped with a pair of motors (16 ', 16 ") to rotate said first (7) and said second (10) inclined support respectively by means of said first and second tube means (6; 5) and by means of respective gears (17; 19, 20), said motors (16 ', 16 ") being connected to said hollow shaft (1) so as to rotate integral around its axis (IV).

2. Multiaxial head according to claim 1, characterized in that each of said pair of motors (16 ', 16 ") is also equipped with a planetary reduction gear (23).

3. Multiaxial head according to claim 1 or 2, characterized in that said machining tool mounted on said head is a welding tool and is equipped with a transformer for welding electrical energy.

4. Multiaxial head according to any one of the preceding claims, characterized in that it is equipped with 4-contact thin-section bearings (25) to transmit the movement from said pair of motors (16 ', 16 ") to said inclined supports (7 , 10).

5. Multiaxial head according to any one of the preceding claims, characterized in that said first inclined support (7) and said second inclined support (10) are each further equipped with a cartridge (26, 27) containing grease for the lubrication of said gears (8, 11, 12, 14, 17, 19 and 20).

6. Anthropomorphic robot equipped with a tool with internal feeding, characterized in that it comprises the multiaxial head according to any one of the preceding claims.