WO2020148100A1 - Antriebsvorrichtung für einen manipulator - Google Patents
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- B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/12—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
- B25J9/126—Rotary actuators
Definitions
- the present invention relates to a drive device for a joint between two axle members of a manipulator of a robot system.
- Drive units which are used in manipulators of robot systems or robot arms, serve to arrange an axis member of the robot arm, which is generally of multi-axis design, movable, preferably rotatable, relative to an adjoining axis member.
- the resulting mobility between two adjoining axle links leads to the corresponding degrees of freedom of the robot system via the number of axle links of the manipulator.
- Industrial robots use drive units that allow rotation of an axle link about an axis running transversely to its longitudinal extent. Further drive devices are designed to allow rotation about the longitudinal axis of the axle link. Correspondingly dimensioned electric motors are used for this purpose, which possibly interact with a corresponding reduction gear.
- the drive devices are installed in the self-contained housing of the axle links, since the housings in the manipulators of such robot types are basically designed like an exoskeleton.
- at least one independent sensor device is generally provided on the output side in order to detect the position, the torque and / or the speed of an output element which rotates one axle link relative to the other axle link.
- a further independent sensor device is also provided on the motor or drive side.
- German Patent No. 10 2016 004 810 in which both sensor devices for the drive and for the output are located on a single printed circuit board which is the Output side of the drive device is arranged axially opposite.
- These sensor devices located on opposite sides of the printed circuit board are designed to detect the respective positions of the drive shaft of the motor and the output element of the drive device, for example by means of corresponding sensor or position rings and Hall elements.
- the invention accordingly relates to a drive device for a joint arranged between two axle members of a manipulator of a robot system for the rotary drive of one axle member relative to the other axle member,
- Torque sensor device is formed.
- the flange body can have sections which are designed to deform under the action of a torque and which have corresponding sensor elements, such as strain gauges.
- These sections are preferably formed in the radial direction between a flange inner ring and a flange outer ring of the flange body, the flange inner ring then being connected to the output element of the gear unit and the flange outer ring being connected to the driven element in a rotational test.
- the flange body can be designed such that it closes the end of the drive device.
- the advantage of the invention here is that the flange body itself forms part of the output element and, moreover, also part of the housing of the drive device itself, which further increases the overall compactness.
- the flange body is preferably formed in one piece as a sensor flange with all the features, as described in the German Offenlegungsschrift No. 10 2016 012 324 A1 by the applicant, the disclosure content of which is hereby expressly incorporated by reference.
- a sensor shaft can be provided which is arranged at a radial distance from the drive shaft and which extends through the drive device to a sensor device for position determination which is opposite the flange body.
- the inner flange ring is non-rotatably connected to the sensor shaft.
- the inner flange ring can have a guide section for the sensor shaft that extends axially inward into the drive device, in that the sensor shaft is at least partially pressed radially into the guide section.
- This guide section also serves to receive screws which engage in an abutment ring and thereby clamp the output element of the transmission between this abutment ring and the guide section in a rotationally fixed manner.
- the invention further relates to a robot with a manipulator consisting of a plurality of axle links, comprising a drive device according to the above-mentioned configurations in at least one joint arranged between axle links of the manipulator.
- FIG. 1 shows an axial longitudinal section through a drive device according to an embodiment of the invention.
- Fig. 2 is a partially cut perspective
- FIG. 3 shows an exploded view in longitudinal section of this lower section of FIG
- Fig. 4 is a plan view from L above of one
- Fig. 5 is a perspective view of the
- FIG. 1 shows an embodiment of a drive device according to the invention in a cross-sectional view along the axis of rotation, i. H .
- the drive device is essentially made up of rotationally symmetrical components and components, with a modular construction being implemented in which several modules functionally interact and interlock in an axial orientation.
- the modules are individually interchangeable and can be connected to one another using appropriately designed and designed connection technologies.
- the drive device shown in FIG. 1 essentially consists of four functionally different drive modules.
- a first drive module M1 serves to accommodate a gear unit and has a rotationally symmetrical housing 1.
- the housing 1 can be produced as an aluminum casting or a turned part and has a shape that tapers downward toward a second drive module M2.
- the first drive module M1 is used to connect the drive device to a housing or to housing halves of a first axle member of a manipulator or robot arm of a robot system, for example the lightweight construction.
- the housing 1 of the first drive module M1 has on its largest circumference a connecting element in the form of a radially circumferential annular groove 2, which is integrally formed in the rotationally symmetrical housing 1.
- the annular groove 2 is used for fastening with half-shell-shaped housing halves of the first axle link via connecting elements provided on the inside of the housing halves, such as slot nuts integrally molded on the housing halves, as described, for example, in German Patent Application No. 10 2015 012 960.0, the disclosure of which is hereby disclosed express reference should be made.
- a second drive module M2 is arranged coaxially on the first drive module Ml and is used for output in relation to the first drive module Ml.
- the second drive module M2 also has a rotationally symmetrical housing 3, which at its largest diameter also has a radially circumferential annular groove 4, which serves as an integral connecting element in an analogous manner for connection to housing halves of a second axle link, as previously described.
- the two ring grooves 2 and 4 have the same diameter and lie on a common imaginary cylindrical surface.
- the second axle link should be rotatably supported with respect to the first axle link.
- the second drive module M2 which provides the output of the drive device, is rotatably mounted with respect to the first drive module M1.
- a rotary or radial bearing 5 is arranged, which holds both housings 1 and 3 in a rotatable connection.
- the housing 3 acts as a final output element of the drive device.
- a crossed roller bearing is preferably used for this, since this embodiment has proven to be particularly advantageous with regard to transverse stiffness, axial stiffness, weight and friction and with regard to simple installation.
- double-row, preloaded ball bearings or angular contact ball bearings are also conceivable.
- the radial bearing 5 which can have a suitable configuration, is fixed in its axial position by two fastening elements.
- a first fastening element in the form of a fastening ring 6 is attached to the front end of the housing 1 of the first drive module M1, which is the second Drive module M2 is facing attached.
- the radial bearing 5 is thereby clamped between a shoulder of the housing 1 and the mounting ring 6.
- a second fastening element in the form of a flange or abutment ring 7 is fastened on the front, annular end of the housing 3 of the second drive module M2, which faces the first drive module Ml, by screws 8 passing through the housing section of the annular groove 4 of the housing 3 and thereby clamp the flange ring 7 on this housing section.
- a third drive module M3 is provided coaxially opposite the second drive module M2 and is fastened to the first drive module Ml.
- the housing 9 of the third drive module M3 is also rotationally symmetrical and serves to accommodate an electric motor 10 for the drive, the design of which need not be discussed in more detail here.
- the housing 9 has a first axial bearing 11 radially on the inside, through which a drive shaft 12 which is driven by the electric motor 10 and is mounted on the inside is mounted at this point.
- the drive shaft 12 is also rotatably supported by means of a second axial bearing 13, which is arranged in a housing cover 14, which closes off the third drive module M3 at the top.
- the radially stepped drive shaft 12 which is designed as a hollow shaft, extends partially into the interior of the first drive module M1.
- the first drive module M1 serves to accommodate a gear unit, by means of which the rotation of the drive shaft 12 is to be reduced.
- this is a wave gear, which is known to offer high translation and rigidity and is preferably used in the field of robotics. In principle, however, other types of gears are also conceivable here that deliver the desired gear ratio.
- the drive shaft 12 is rotatably connected to the input element of the wave gear, an inner ring 15 of the so-called wave generator.
- the inner ring 15 has an elliptical shape and carries a roller bearing 16.
- Radially on the outside, the so-called circular spline 17 is provided with a corresponding internal toothing, which is supported radially on the inside of the housing 1 of the first drive module Ml.
- a section of the so-called flexspline 18 is provided, which has external teeth and is in engagement with the circular spline 17 and which forms the output element for the wave gear.
- the mode of operation of a wave gear which is known per se, will not be discussed in more detail here.
- the housing 3 of the second drive module M2 is closed at the end by an annular or disk-shaped flange body 19.
- this flange body 19 is designed as a sensor flange of a torque sensor device, as is described, for example, in German Patent Application No. 10 2016 012 324, and shows, by way of example, FIG. 4 in a top view with the side facing inward toward the drive device.
- the flange body 19 has a flange outer ring 20 which is screwed to the housing 3 and the abutment ring 7 by means of the screws 8.
- the flange body 19 On the radially inner side, the flange body 19 has an inner flange ring 21.
- the inner flange ring 21 is screwed to an abutment ring 23, which is located inside the Flexspline 18 of the wave transmission.
- an annular output element 24 of the Flexspline 18 is clamped in a rotationally fixed manner between the abutment ring 23 and the inner flange ring 21.
- the output from the drive shaft 12 is then transmitted via the wave gear via the flange body 19 to the housing 3 of the second drive module M1, which is thus rotated relative to the first drive module M1, the torque being applied via the annular groove 4 interacting with the corresponding slot nuts the housing of the second axle link is transmitted, which is thereby rotated relative to the first axle link which is in a rotationally fixed connection with the first drive module M1.
- the inner flange ring 21 extends axially into the interior of the drive device and thus forms a type of guide section 25 for a hollow sensor shaft 26.
- the sensor shaft 26 is connected to the guide section 25 in a rotationally fixed manner, for example via a press fit with the interposition of a tolerance ring if necessary, so that the rotation of the flange body 19 is transmitted to the sensor shaft 26.
- the sensor shaft 26 traverses the drive shaft 12 of the motor 9 at a radial distance and extends to a fourth drive module M4 opposite the flange body 19, which also includes a sensor device 27 for position measurement has corresponding evaluation and power electronics.
- strain gauges 29 are arranged on these sections 28, preferably on the outer end face of the sensor flange 19, so that these strain gauges 29 are opposite control and sensor electronics arranged on a printed circuit board 30, as shown by way of example in FIG. 5. wherein the strain gauges 29 are connected accordingly and are thus able to detect a deformation of the flange body 19 between the flange outer ring 20 and the flange inner ring 21 when torque is transmitted from the transmission to the housing 3.
- the flange body 19 which provides the output from the gearbox to the housing 3 for transmission to an exoskeleton-like housing structure of an axle link simultaneously serves as a sensor flange of a sensor device for detecting the torques occurring in each case. Additional, independent sensor devices, which would otherwise have to be attached to suitable components of the drive device with appropriate wiring, are completely avoided.
- the installation space, in particular in the axial direction, can hereby be reduced and the compactness of the entire drive device can be further increased.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds gegenüber dem anderen Achsglied, mit einem Motor (10), der eine Antriebswelle (12) antreibt, mit einem Abtriebselement (3), das mit dem einen Achsglied in Verbindung steht und von der Antriebswelle (12) mittelbar oder unmittelbar in Drehung versetzt wird, wobei das Abtriebselement (3) mit einer Drehmomentsensorvorrichtung (19) gekoppelt ist.
Description
Antriebsvorrichtung für einen Manipulator
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Gelenk zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems.
Antriebseinheiten, die in Manipulatoren von Robotersystemen bzw. Roboterarmen zum Einsatz kommen, dienen dazu, ein Achsglied des in der Regel mehrachsig konstruierten Roboterarms gegenüber einem daran anschließenden Achsglied bewegbar, vorzugsweise drehbar, anzuordnen. Die auf diese Weise sich ergebende Beweglichkeit zwischen zwei aneinandergrenzenden Achsgliedern führt über die Anzahl der Achsglieder des Manipulators zu den entsprechenden Freiheitsgraden des Robotersystems.
Bei Industrierobotern kommen dabei Antriebseinheiten zum Einsatz, die eine Drehung eines Achsglieds um eine quer zu seiner Längserstreckung verlaufenden Achse gestatten. Weitere Antriebsvorrichtungen sind konzipiert, um eine Drehung um die Längsachse des Achsglieds zu gestatten. Hierfür kommen in der Regel entsprechend dimensionierte Elektromotoren zum Einsatz, die gegebenenfalls mit einem entsprechenden untersetzenden Getriebe Zusammenwirken.
Bei Leichtbaurobotern werden die Antriebsvorrichtungen in das in sich geschlossene Gehäuse der Achsglieder eingebaut, da die Gehäuse bei den Manipulatoren von derartigen Robotertypen grundsätzlich wie ein Exoskelett konzipiert sind.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsvorrichtungen ist in der Regel abtriebsseitig zumindest eine eigenständige Sensorvorrichtung vorgesehen, um die Position, das Drehmoment und/oder die Drehzahl eines Abtriebselements zu detektieren, das das eine Achsglied gegenüber dem anderen Achsglied in Drehung versetzt. Zur Detektion der Antriebsdrehzahl, des Antriebsdrehmoments und/oder der Position einer von einem Motor angetriebenen Antriebswelle ist darüber hinaus motorseitig bzw. antriebsseitig eine weitere eigenständige Sensorvorrichtung vorgesehen .
Um einen besonders kompakten Aufbau zu ermöglichen, ist in dem Deutschen Patent Nr. 10 2016 004 810 eine Antriebsvorrichtung insbesondere für den Einsatz bei Leichtbaurobotern vorgeschlagen worden, bei der sich beide Sensorvorrichtungen für den Antrieb und für den Abtrieb auf einer einzigen Leiterplatte befinden, die der Abtriebsseite der Antriebsvorrichtung axial gegenüberliegend angeordnet ist. Diese, auf einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte befindlichen Sensorvorrichtungen sind ausgelegt, die jeweiligen Positionen der Antriebswelle des Motors und des Abtriebselements der Antriebsvorrichtung zu erfassen, beispielsweise mittels entsprechender Sensor- bzw. Positionsringe und Hall-Elemente.
Ausgehend von derartigen Antriebsvorrichtungen für Manipulatoren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kompaktheit in Bezug auf deren Aufbau noch weiter zu erhöhen .
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk nach Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft demzufolge eine Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds gegenüber dem anderen Achsglied,
mit einem Motor, der eine Antriebswelle antreibt, mit einem Abtriebselement, das mit dem einen Achsglied in Verbindung steht und von der Antriebswelle über eine Getriebeeinheit in Drehung versetzt wird, wobei das Abtriebselement mittels eines Flanschkörpers mit einem Ausgangselement der Getriebeeinheit drehfest verbunden ist, und wobei der Flanschkörper, vorzugsweise in seiner Gesamtheit, als eine
Drehmomentsensorvorrichtung ausgebildet ist.
Zu diesem Zweck kann der Flanschkörper Abschnitte aufweisen, die ausgebildet sind, sich unter Einwirkung eines Drehmoments zu verformen, und die entsprechende Sensorelemente, wie beispielsweise Dehnmessstreifen aufweisen.
Vorzugsweise sind diese Abschnitte in Radialrichtung zwischen einem Flanschinnenring und einem Flanschaußenring des Flanschkörpers ausgebildet, wobei dann der Flanschinnenring mit dem Ausgangselement der Getriebeeinheit und der Flanschaußenring mit dem Abtriebselement drehtest verbunden sind .
Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung kann der Flanschkörper ausgebildet sein derart, dass er die Antriebsvorrichtung stirnseitig abschließt. Der Vorteil der Erfindung hierbei liegt darin, dass der Flanschkörper dadurch selbst einen Bestandteil des Abtriebselements und darüber hinaus auch einen Bestandteil des Gehäuses der Antriebsvorrichtung selbst bildet, wodurch die Kompaktheit insgesamt noch weiter erhöht wird.
Vorzugsweise ist der Flanschkörper einstückig als ein Sensorflansch mit allen Merkmalen ausgebildet, wie dieser in der Deutschen Offenlegungsschrift Nr. 10 2016 012 324 Al der Anmelderin beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt in diesem Zusammenhang hiermit ausdrücklich Bezug genommen werden soll .
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Sensorwelle vorgesehen sein, die in einem radialen Abstand zur Antriebswelle angeordnet ist und die sich durch die Antriebsvorrichtung hindurch zu einer Sensorvorrichtung zur Positionsbestimmung erstreckt, die dem Flanschkörper gegenüberliegt. Der Flanschinnenring ist dabei mit der Sensorwelle drehfest verbunden.
Des Weiteren kann der Flanschinnenring einen axial sich nach innen in die Antriebsvorrichtung erstreckenden Führungsabschnitt für die Sensorwelle aufweisen, indem die Sensorwelle radial in dem Führungsabschnitt zumindest abschnittsweise eingepresst ist.
Dieser Führungsabschnitt dient darüber hinaus der Aufnahme von Schrauben, die in einen Widerlagerring eingreifen und dabei das Ausgangselement des Getriebes zwischen diesem Widerlagerring und dem Führungsabschnitt drehfest verspannen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Roboter mit einem Manipulator aus mehreren Achsgliedern aufweisend eine Antriebsvorrichtung gemäß den vorhergehend genannten Ausgestaltungen in zumindest einem zwischen Achsgliedern des Manipulators angeordneten Gelenk.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung des anhand der beilegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig . 2 eine teilweise geschnittene, perspektivische
Explosionsdarstellung eines unteren Abschnitts der Antriebsvorrichtung;
Fig . 3 eine Explosionsdarstellung im Längsschnitt dieses unteren Abschnitts der
AntriebsVorrichtung;
Fig. 4 eine Draufsicht von L oben auf einen
Sensorflansch gemäß der Erfindung; und
Fig . 5 eine perspektivische Ansicht auf den
Sensorflansch von unten.
In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer AntriebsVorrichtung gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht entlang der Drehachse, d . h .
Längserstreckung der Antriebsvorrichtung gezeigt.
Wie zu erkennen ist, ist die Antriebsvorrichtung im Wesentlichen aus rotationssymmetrisch ausgestalteten Komponenten und Bauteilen aufgebaut, wobei eine Modulbauweise realisiert wird, bei der mehrere Module in einer axialen Ausrichtung funktional Zusammenwirken und ineinandergreifen . Die Module sind für sich jeweils einzeln austauschbar und lassen sich miteinander mit Hilfe von entsprechend konzipierten und ausgestalteten Verbindungstechniken verbinden .
Die in Fig. 1 gezeigte Antriebsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus vier funktional unterschiedlichen Antriebsmodulen .
Ein erstes Antriebsmodul Ml dient der Aufnahme einer Getriebeeinheit und weist ein rotationssymmetrisches Gehäuse 1 auf. Das Gehäuse 1 kann als Aluminiumgussteil oder Drehteil hergestellt werden und weist eine sich nach unten, zu einem zweiten Antriebsmodul M2 hin verjüngende Form auf.
Das erste Antriebsmodul Ml dient der Anbindung der Antriebsvorrichtung an ein Gehäuse oder an Gehäusehälften eines ersten Achsglieds eines Manipulators bzw. Roboterarms eines Robotersystems bspw. der Leichtbauweise.
Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 1 des ersten Antriebsmoduls Ml an seinem größten Umfang ein Verbindungselement in der Form einer radial umlaufenden Ringnut 2 auf, die integral in dem rotationssymmetrischen Gehäuse 1 ausgebildet ist. Die Ringnut 2 dient der Befestigung mit halbschalenförmigen Gehäusehälften des ersten Achsglieds über an der Innenseite der Gehäusehälften vorgesehene Verbindungselemente, wie beispielsweise an den Gehäusehälften einstückig angeformten Nutsteinen, wie dies beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 012 960.0 beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen werden soll.
An dem ersten Antriebsmodul Ml ist koaxial ein zweites Antriebsmodul M2 angeordnet, das im Verhältnis zum ersten Antriebsmodul Ml dem Abtrieb dient.
Das zweite Antriebsmodul M2 weist ebenfalls ein rotationssymmetrisches Gehäuse 3 auf, das an seinem größten Durchmesser ebenfalls eine radial umlaufende Ringnut 4 aufweist, die als integrales Verbindungselement in analoger Weise zur Verbindung mit Gehäusehälften eines zweiten Achsglieds dient, wie vorhergehend beschrieben.
Wie zu erkennen ist, weisen die beiden Ringnuten 2 und 4 einen gleichen Durchmesser auf und liegen auf einer gemeinsamen gedachten zylindrischen Mantelfläche.
Zur Verwirklichung der notwendigen drehbaren Verbindung soll das zweite Achsglied gegenüber dem ersten Achsglied drehbar gelagert sein. Hierzu ist das zweite, den Abtrieb der Antriebsvorrichtung bereitstellende Antriebsmodul M2 gegenüber dem ersten Antriebsmodul Ml drehbar gelagert.
Gemäß der Erfindung ist es daher vorgesehen, dass zwischen einem radial außenliegenden Abschnitt des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls Ml, der vorzugsweise im Bereich seines axialen, dem zweiten Antriebsmodul M2 zugewandten Ende vorgesehen ist, und einem radial innenliegenden Abschnitt des Gehäuses 3 des zweiten Antriebsmoduls M2, der vorzugsweise im Bereich seines axialen, dem ersten Antriebsmodul Ml zugewandten Ende vorgesehen ist, ein Dreh- bzw. Radiallager 5 angeordnet ist, das beide Gehäuse 1 und 3 in einer drehbaren Verbindung hält. Das Gehäuse 3 fungiert quasi als abschließendes Abtriebselement der Antriebsvorrichtung. Vorzugsweise kommt hierfür ein Kreuzrollenlager zum Einsatz, da sich diese Ausführungsform hinsichtlich Quersteifigkeit, axialer Steifigkeit, Gewicht und Reibung sowie im Hinblick auf einen einfachen Einbau als besonders vorteilhaft erweist. Denkbar sind jedoch auch zweireihige, vorgespannten Kugellager bzw. Schrägkugellager.
Hierbei wird gemäß der Erfindung das Radiallager 5, das eine geeignete Ausgestaltung aufweisen kann, durch zwei Befestigungselemente in seiner axialen Position fixiert.
Ein erstes Befestigungselement in der Form eines Befestigungsrings 6 wird an dem stirnseitigen Ende des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls Ml, das dem zweiten
Antriebsmodul M2 zugewandt ist, befestigt. Das Radiallager 5 wird dadurch zwischen einem Absatz des Gehäuses 1 und dem Befestigungsring 6 eingespannt.
Ein zweites Befestigungselement in der Form eines Flansch oder Widerlagerrings 7 wird auf dem stirnseitigen, ringförmigen Ende des Gehäuses 3 des zweiten Antriebsmoduls M2, das dem ersten Antriebsmodul Ml zugewandt ist, befestigt, indem Schrauben 8 den Gehäuseabschnitt der Ringnut 4 des Gehäuses 3 durchsetzen und dabei den Flanschring 7 auf diesem Gehäuseabschnitt verspannen.
Dem zweiten Antriebsmodul M2 koaxial gegenüberliegend ist ein drittes Antriebsmodul M3 vorgesehen, das an dem ersten Antriebsmodul Ml befestigt ist.
Das Gehäuse 9 des dritten Antriebsmoduls M3 ist ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet und dient der Aufnahme eines Elektromotors 10 für den Antrieb, auf dessen Ausgestaltung hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Das Gehäuse 9 weist radial innenliegend ein erstes Axiallager 11 auf, durch das eine von dem Elektromotor 10 angetriebene, innen gelagerte Antriebswelle 12 an dieser Stelle gelagert ist. Die Antriebswelle 12 ist des Weiteren mittels eines zweiten Axiallagers 13 drehbar gelagert, das in einem Gehäusedeckel 14 angeordnet ist, der das dritte Antriebsmodul M3 nach oben abschließt.
Wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die radial gestufte und als eine Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 12 teilweise in das Innere des ersten Antriebsmoduls Ml.
Wie bereits erwähnt dient das erste Antriebsmodul Ml der Aufnahme einer Getriebeeinheit, mit Hilfe von der die Drehung der Antriebswelle 12 untersetzt werden soll.
Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich hierbei um ein Wellgetriebe, das bekanntermaßen eine hohe Übersetzung und Steifigkeit bietet und bevorzugt im Bereich der Robotik zum Einsatz kommt. Es sind jedoch grundsätzlich auch andere Getriebearten hier denkbar, die die gewünschte Übersetzung liefern .
Die Antriebswelle 12 ist mit dem Eingangselement des Wellgetriebes, einem Innenring 15 des sogenannten Wave- Generators, drehfest verbunden. Der Innenring 15 weist eine elliptische Form auf und trägt ein Wälzlager 16. Radial außenseitig ist das sogenannte Circular Spline 17 mit einer entsprechenden Innenverzahnung vorgesehen, das sich radial an der Innenseite des Gehäuses 1 des ersten Antriebsmoduls Ml abstützt. Zwischen dem Wälzlager 16 und dem Circular Spline 17 ist ein Abschnitt des sogenannten Flexspline 18 vorgesehen, der eine Außenverzahnung aufweist und mit dem Circular Spline 17 in Eingriff steht und der das Ausgangselement für das Wellgetriebe bildet. Auf die an sich bekannte Funktionsweise eines Wellgetriebes soll hier nicht näher eingegangen werden.
Das Gehäuse 3 des zweiten Antriebsmoduls M2 ist stirnseitig durch einen ring- bzw. scheibenförmigen Flanschkörper 19 nach unten abgeschlossen.
Gemäß dieser Erfindung ist dieser Flanschkörper 19 als ein Sensorflansch einer Drehmomentsensorvorrichtung ausgebildet, wie dieser beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 012 324 beschrieben ist, und exemplarisch die Fig. 4 in Draufsicht mit der zur Antriebsvorrichtung nach innen gerichteten Seite zeigt.
Der Flanschkörper 19 weist einen Flanschaußenring 20 auf, der mittels der Schrauben 8 mit dem Gehäuse 3 und dem Widerlagerring 7 verschraubt wird.
Radial innenliegend weist der Flanschkörper 19 einen Flanschinnenring 21 auf.
Mittels weiterer Schrauben 22 wird der Flanschinnenring 21 mit einem Widerlagerring 23 verschraubt, der sich im Inneren des Flexspline 18 des Wave-Getriebes befindet. Auf diese Weise wird ein ringförmiges Ausgangselement 24 des Flexspline 18 zwischen dem Widerlagerring 23 und dem Flanschinnenring 21 drehfest verspannt. Insgesamt wird dadurch der Abtrieb von der Antriebswelle 12 über das Wellgetriebe dann über den Flanschkörper 19 auf das Gehäuse 3 des zweiten Antriebsmoduls Ml übertragen, das damit gegenüber dem ersten Antriebsmodul Ml verdreht wird, wobei das Drehmoment über die mit den entsprechenden Nutsteinen zusammenwirkende Ringnut 4 auf das Gehäuse des zweiten Achsglieds übertragen wird, das dadurch gegenüber dem ersten, mit dem ersten Antriebsmodul Ml in einer drehfesten Verbindung stehenden ersten Achsglied verdreht wird .
Der Flanschinnenring 21 erstreckt sich axial in das Innere der Antriebsvorrichtung und bildet so eine Art Führungsabschnitt 25 für eine hohle Sensorwelle 26 aus. Die Sensorwelle 26 ist mit dem Führungsabschnitt 25 drehfest, bspw. über eine Presspassung unter ggfs. Zwischenschaltung eines Toleranzringes, verbunden, so dass die Drehung des Flanschkörpers 19 auf die Sensorwelle 26 übertragen wird. Die Sensorwelle 26 durchquert in einem radialen Abstand die Antriebswelle 12 des Motors 9 und erstreckt sich bis zu einem dem Flanschkörper 19 gegenüberliegenden vierten Antriebsmodul M4, das eine Sensorvorrichtung 27 zur Positionsmessung mit
entsprechender Auswerte- und Leistungselektronik aufweist. Zur genauen Funktionsweise soll hierzu auf den Offenbarungsgehalt des Deutschen Patents Nr. 10 2016 004 810 verwiesen werden.
Zwischen dem Flanschinnenring 21 und dem Flanschaußenring 20 sind mehrere Abschnitte 28 vorgesehen, bspw. Messspeichen, wie die Draufsicht der Fig. 4 zeigt. Auf diesen Abschnitten 28 sind Sensorelemente bspw. in der Form von Dehnmessstreifen 29 angeordnet, vorzugsweise auf der äußeren Stirnseite des Sensorflansches 19, so dass diese Dehnmessstreifen 29 einer auf einer Leiterplatte 30 angeordneten Steuer- und Sensorelektronik gegenüberliegen, wie exemplarisch die Fig. 5 zeigt, wobei die Dehnmessstreifen 29 entsprechend verschaltet sind und so in der Lage sind, eine Verformung des Flanschkörpers 19 zwischen dem Flanschaußenring 20 und dem Flanschinnenring 21 bei einer Drehmomentübertragung von dem Getriebe zu dem Gehäuse 3 zu detektieren.
Gemäß der Erfindung wird folglich eine Lösung vorgeschlagen, bei der der den Abtrieb vom Getriebe auf das Gehäuse 3 zur Übertragung auf eine exoskelettartige Gehäusestruktur eines Achsglieds bereitstellende Flanschkörper 19 gleichzeitig als ein Sensorflansch einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der dabei jeweils auftretenden Drehmomente dient. Zusätzliche, eigenständige Sensorvorrichtungen, die ansonsten an geeigneten Stellen an entsprechenden Komponenten der Antriebsvorrichtung mit entsprechender Verdrahtung anzubringen wären, werden vollkommen vermieden. Der Bauraum, insbesondere in Axialrichtung, kann hierdurch reduziert und die Kompaktheit der gesamten Antriebsvorrichtung weiter erhöht werden.
Claims
Ansprüche
1. Antriebsvorrichtung für ein zwischen zwei Achsgliedern eines
Manipulators eines Robotersystems angeordnetes Gelenk zum rotatorischen Antrieb des einen Achsglieds gegenüber dem anderen Achsglied,
mit einem Motor (10), der eine Antriebswelle (12) antreibt, mit einem Abtriebselement (3), das mit dem einen Achsglied in Verbindung steht und von der Antriebswelle (12) über eine Getriebeeinheit in Drehung versetzt wird, wobei das Abtriebselement (3) mittels eines Flanschkörpers (19) mit einem Ausgangselement (18; 24) der Getriebeeinheit drehfest verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Flanschkörper (19) als ein Sensorflansch einer Drehmomentsensorvorrichtung ausgebildet ist.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der
Flanschkörper (19) Abschnitte (28) aufweist, die ausgebildet sind, sich unter Einwirkung eines Drehmoments zu verformen.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Abschnitte
(28) zwischen einem Flanschinnenring (21) und einem Flanschaußenring (20) ausgebildet sind.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der
Flanschinnenring (21) mit dem Ausgangselement ( 18 ; 24 ) der Getriebeeinheit und der Flanschaußenring (20) mit dem
Abtriebselement (3) drehfest verbunden ist.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der
Flanschkörper (19) ausgebildet ist derart, dass er die
Antriebsvorrichtung stirnseitig abschließt.
6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine
Sensorwelle (26) vorgesehen ist, die in einem radialen Abstand zur Antriebswelle (12) angeordnet ist und die sich durch die Antriebsvorrichtung hindurch zu einer Sensorvorrichtung (27) erstreckt, die dem Flanschkörper (19) gegenüberliegt, und bei der der Flanschinnenring (21) mit der Sensorwelle (26) drehtest verbunden ist.
7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der
Flanschinnenring (21) einen axial sich nach innen in die Antriebsvorrichtung erstreckenden Führungsabschnitt (25) für die Sensorwelle (26) aufweist und bei der die Sensorwelle
(26) radial in dem Führungsabschnitt (25) zumindest abschnittsweise eingepresst ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der
Führungsabschnitt (25) der Aufnahme von Schrauben (22) dient, die in einen Widerlagerring (23) eingreifen und dabei das Ausgangselement (24) der Getriebeeinheit zwischen diesem Widerlagerring (23) und dem Führungsabschnitt (25) drehfest verspannen .
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Flanschkörper (19) einstückig ausgebildet ist.
10. Roboter mit einem Manipulator aus mehreren Achsgliedern aufweisend eine Antriebsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 in zumindest einem zwischen Achsgliedern des Manipulators angeordneten Gelenk.
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