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Dokumentenidentifikation DE69414089T2 18.03.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0666150
Titel GELENKROBOTER
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder OGAWA, Masahiro, c/o K.K. Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP;
TOHNAI, Shuichi, c/o K.K. Yaskawa Denki, Kitakyushu-shi, Fukuoka 806, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69414089
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.08.1994
EP-Aktenzeichen 949230817
WO-Anmeldetag 05.08.1994
PCT-Aktenzeichen JP9401300
WO-Veröffentlichungsnummer 9505270
WO-Veröffentlichungsdatum 23.02.1995
EP-Offenlegungsdatum 09.08.1995
EP date of grant 21.10.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.1999
IPC-Hauptklasse B25J 17/02
IPC-Nebenklasse B25J 19/06   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Endgelenkmechanismus, der am oberen Endabschnitt des Arms eines Gelenkroboters zum Übertragen eines vergleichsweise schweren Bearbeitungsteils zwischen Pressen angebracht ist, und insbesondere auf einen Endgelenkmechanismus-Typ, der die Lage eines Bearbeitungsteils konstant halten kann, während dieses übertragen bzw. übergeben wird.

Hintergrund der Erfindung

Als Gelenkroboter nach einem ersten Stand der Technik sei der genannt, der in Fig. 5 dargestellt ist. Dieser Roboter weist ein Sockelteil 2 auf, welches sich auf einer Sockelplatte 1 mittels eines S-Achsen-Antriebsmotors 21, der sich auf der Sockelplatte 1 befindet, um eine vertikale Drehachse (S-Achse) dreht; einen ersten Arm 3, der sich auf dem Sockelteil 2 um eine horizontale Drehachse (L-Achse) mittels eines auf dem Sockelteil 2 angeordneten L- Achsen-Antriebsmotors dreht und in der Lage ist, vor und zurück zu kippen; einen zweiten Arm 4, der sich am oberen Ende des ersten Arms 3 um eine zur L-Achse parallele Drehachse (U-Achse) mittels eines auf dem Sockelteil 2 angeordneten U-Achsen-Antriebsmotors 41 dreht; einen dritten Arm 5, der sich um eine in Längsrichtung des zweiten Arms 4 verlaufende Drehachse (R-Achse) mittels eines auf dem zweiten Arm 4 angeordneten R-Achsen- Antriebsmotors 51 dreht; einen Endgelenkabschnitt 6, der sich um eine vertikale, senkrecht zur Längsrichtung des dritten Arms 5 verlaufende Drehachse (B-Achse) dreht; ein Drehteil 7, das an dem Endgelenkabschnitt 6 befestigt ist und sich um eine senkrecht zur B-Achse verlaufende Drehachse (T-Achse) mittels eines T-Achsen-Antriebsmotors 71, der auf dem zweiten Arm 4 angeordnet ist, dreht; und einen Bearbeitungsteil-Spannabschnitt 81, der an dem Drehteil 7 so befestigt ist, daß ein Werkstück W gespannt wird. Der zweite Arm 4 oder der dritte Arm 5 des Gelenkroboters sollten besonders lang sein, um den Wirkungsbereich des Roboters auszudehnen.

Weiterhin sind die R-Achsen-, B-Achsen- und T-Achsen-Antriebsmotoren 51, 61 und 71 am Ansatzbereich des zweiten Arms 4 angeordnet, und der zweite und dritte Arm 4 und S sind hohl ausgeführt, so daß Antriebswellen 52, 62 und 72 durch diese hohlen Arme geführt werden können; um dadurch den dritten Arm 5, den Endgelenkabschnitt 6 und das Drehteil 7 zu drehen, z. B. gemäß der japanischen Patentveröffentlichung H1-257590 und H2-41888.

Um die Lage eines Werkstücks während der Übergabe konstant zu halten, ist zusätzlich ein Gelenkroboter nach einem zweiten Stand der Technik bekannt, den Fig. 6 zeigt. Dieser Roboter ist so aufgebaut, daß ein horizontal drehbarer Arm 76 an einem Gelenkabschnitt 75 angeordnet ist, ein Parallelogrammgestängemechanismus 77 an dem Arm 76 befestigt ist, wodurch dieser zu einer Seite des Parallelogramms wird, welches durch den Mechanismus gebildet wird, und ein horizontaler Endgelenks-Schwenkmechanismus am oberen Endabschnitt des Gestängemechanismus 77 befestigt ist, um zu ermöglichen, daß ein Endgelenkabschnitt 73 horizontal in einer solchen Weise schwenkt, daß die Lage des Endgelenkabschnitts 73 durch Drehung des Parallelogrammgestängemechanismus 77 in vertikaler Richtung beibehalten wird, wie z. B. auf der japanischen Patentveröffentlichung 59- 146774 hervorgeht.

Mit dem Gelenkroboter nach dem ersten Stand der Technik ist allerdings das Problem verbunden, daß wenn der zweite Arm 4 oder der dritte Arm 5 verlängert wird, die Antriebswellen 52, 62 und 72 zum Drehen des Endgelenkabschnitts 6 und des Drehteils 7 länger ausgeführt werden, so daß die Resonanzfrequenz der Antriebswelle verkleinert wird, was zu einer Beschränkung der kritischen Umdrehungszahl führt, wodurch nicht bei hoher Geschwindigkeit gearbeitet werden kann. Weiterhin bestand ein Problem dahingehend, daß das auf den zweiten Arm 4 oder den dritten Arm 5 einwirkende Moment steigt, wodurch die Festigkeit des zweiten Arms 4 oder des dritten Arms 5 vergrößert werden muß, wenn die am Endgelenkabschnitt 6 befestigte Spannvorrichtung 8 oder das gespannte Werkstück W mit einem anderen Gegenstand in Berührung kommt. Folglich war es nicht möglich, den zweiten Arm 4 oder den dritten Arm 3 besonders lang auszuführen.

Man könnte auf den Gedanken kommen, um die Lage des Werkstücks während einer Übergabe konstant zu halten, den Arm 76 bei dem Gelenkroboter nach dem zweiten Stand der Technik horizontal am Endgelenkabschnitt 6 des Gelenkroboters nach dem ersten Stand der Technik anzubringen. Da aber der Parallelogrammgestängemechanismus 77 beim zweiten Stand der Technik gedreht werden muß, muß der Antriebsabschnitt schwenkbar abgestützt sein, was zu einer Verringerung der Steifigkeit der Anschlußabschnitte führt und die Notwendigkeit eines schweren Motors für den Gelenk-Schwenkmechanismus zum Schwenken des Endgelenkabschnitts 73 mit sich bringt.

Bei dem Gelenkroboter nach dem ersten Stand der Technik und auch in der Kombination der Gelenkroboter nach dem ersten und zweiten Stand der Technik, wobei die Spannvorrichtung 8 einen verlängerten Schaft 82 aufweist, der sich vom Endgelenkabschnitt 6 bis zum Werkstückspannabschnitt 81 erstreckt, oder den Parallelogrammgestängemechanismus 77 aufweist, der am Endgelenkabschnitt 6 befestigt ist, wie Fig. 4(b) zeigt, und wenn beispielsweise ein rechteckiges Werkstück W durch die Spannvorrichtung 8 gespannt ist und von einem Punkt P zu einem Punkt Q bewegt wird, läßt sich die Trägheit um die T-Achse wie folgt ausdrücken: 4 · M · L2 + M (a2 + b2)/3; wobei M das Gewicht des Werkstücks bezeichnet, L den Abstand vom Zentrum des Endgelenkabschnitts 6 zum Schwerpunkt des Werkstücks W und a, b die Längen der beiden Werkstückseiten bezeichnen.

Demgemäß nimmt die Trägheit um die T-Achse mit der Länge der Spannvorrichtung zu, so daß die auf den T-Achsen-Antriebsmotor 71 für den Endgelenkabschnitt 6 und das Drehteil 7 wirkenden Lasten ebenso zunehmen, wodurch die Lebensdauer des Untersetzungsgetriebes, das mit dem Antriebsmotor 71 verbunden ist, abnimmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Endgelenkmechanismus für einen Gelenkroboter bereitzustellen, bei dem nur kleine Lasten auf jeden Antriebsmotor wirken, wobei der Roboter mit einer hohen Geschwindigkeit arbeiten können soll, ohne daß die Arme verstärkt werden.

Offenbarung der Erfindung

Der Endgelenkmechanismus eines erfindungsgemäßen Gelenkroboters umfaßt: einen Endgelenkabschnitt, der um eine Schwenkachse (B-Achse) dreht, die senkrecht zur Längsrichtung eines zweiten Arms angeordnet ist, mittels eines B-Achsen-Antriebsmotors, der am Ansatzbereich des zweiten Arms angeordnet ist; ein Drehteil, das um eine Schwenkachse (T-Achse) dreht, die senkrecht zur B-Achse des Endgelenkabschnitts angeordnet ist, wobei eine Spannvorrichtung an dem Drehteil angeordnet ist, um ein.

Werkstück zu spannen; dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Endgelenkgestänge fest an dem Endgelenkabschnitt fixiert ist, so daß es entlang einer Linie vom zweiten Arm verläuft; ein zweites Endgelenkgestänge, welches an dem an dem Endgelenkabschnitt angeordneten Drehteil fixiert ist; ein drittes Endgelenkgestänge, welches schwenkbar mit dem oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges verbunden ist; und ein viertes Endgelenkgestänge, welches schwenkbar an den oberen Endabschnitten des zweiten Endgelenkgestänges und des dritten Endgelenkgestänges verbunden ist und parallel zum ersten Endgelenkgestänge angeordnet ist; wobei eine Spannvorrichtung schwenkbar mit dem dritten Endgelenkgestänge verbunden ist.

Weiterhin ist zwischen dem Endgelenkabschnitt und dem ersten Endgelenkgestänge eine Dämpfungsvorrichtung angeordnet, welche umfaßt: einen Schwimmechanismus, mit: einem Schiebeabschnitt, der an einem Gehäuse fixiert ist, welches an dem Endgelenkabschnitt und dem ersten Endgelenkgestänge fixiert ist, einen Eingreifabschnitt, der den Schiebeabschnitt von dem Gehäuse löst, wenn das Drehmoment zum Drehen des Gehäuses relativ zu dem Schiebeabschnitt ein vorbestimmtes Drehmoment überschreitet; umfassend eine Rückstellfeder, die in einer Richtung wirkt, in der eine vorbestimmte relative Positionsbeziehung zwischen dem Endgelenkabschnitt und dem ersten Endgelenkgestänge stets beibehalten wird; und einen Stoßsensor, der wirkt, wenn das Gehäuse und der Schiebeabschnitt voneinander gelöst sind.

Weiterhin ist zwischen dem Drehteil und dem zweiten Endgelenkgestänge eine weitere Dämpfungsvorrichtung angeordnet, die umfaßt: einen Schwimmechanismus, mit: einem Führungsring, der an dem Drehteil befestigt ist; einer Stützwelle, die an dem zweiten Endgelenkgestänge fixiert ist; einem Eingreifabschnitt, der den Führungsring von der Stützwelle löst, wenn das Drehmoment zwischen dem Führungsring und der Stützwelle einen vorbestimmten Wert überschreitet; und einer Rückstellfeder, die in einer Richtung wirkt, in der eine vorbestimmte relative Positionsbeziehung zwischen dem Drehteil und dem zweiten Endgelenkgestänge stets beibehalten wird; und einem Stoßsensor, der wirkt, wenn der Führungsring und die Stützwelle voneinander gelöst sind.

Bei der vorstehenden Anordnung verläuft das erste Endgelenkgestänge von dem Endgelenkabschnitt zu einem Punkt auf einer Linie, die von dem Arm verläuft, und die Spannvorrichtung zum Spannen des Werkstücks W ist am oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges durch das dritte Endgelenkgestänge vorgesehen, so daß der Wirkungsbereich des Roboters ohne Verlängerung des Arms ausgedehnt werden kann.

Folglich ist es nicht nötig, die Antriebswelle für den Endgelenkabschnitt und das Drehteil zu verlängern, und die Verringerung der Resonanzfrequenz wird vermieden. Dadurch wird das Problem der Beschränkung der kritischen Drehzahl bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Roboters gelöst.

Da weiterhin Dämpfungsvorrichtungen, die jeweils einen Schwimmechanismus und einen Stoßsensor aufweisen, zwischen dem Endgelenkabschnitt und dem ersten Endgelenkgestänge und zwischen dem Drehteil und dem zweiten Endgelenkgestänge angeordnet sind, wird eine auf den Endgelenkabschnitt in dessen Bewegungsrichtung wirkende Überlast absorbiert und erfaßt, wenn ein übermäßig großes Drehmoment auf den Endgelenkabschnitt wirkt, wenn z. B. das Werkstück oder die Spannvorrichtung gegen ein Hindernis stößt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Endgelenkmechanismus eines Gelenkroboters nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Endgelenkmechanismus nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine seitliche Schnittansicht einer Dämpfungsvorrichtung, die bei dem Endgelenkmechanismus nach Fig. 1 eingesetzt wird;

Fig. 4(a) ist eine Draufsicht auf den Endgelenkmechanismus der vorliegenden Erfindung, die die Betriebsweise des Endgelenkmechanismus zeigt;

Fig. 4(b) ist eine Draufsicht auf einen Endgelenkmechanismus nach dem Stand der Technik, die zeigt, wie der Endgelenkmechanismus arbeitet;

Fig. 5(a) ist eine Seitenansicht eines ersten Beispiels eines herkömmlichen Endgelenkmechanismus;

Fig. 5(b) ist eine Vorderansicht des Endgelenkmechanismus nach Fig. 5(a);

Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines zweiten Beispiels eines bekannten Endgelenkmechanismus.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Zunächst auf Fig. 1 und 2 Bezug nehmend, weist ein Endgelenkmechanismus eines Gelenkroboters nach der vorliegenden Erfindung eine Sockelplatte 1, ein Sockelteil 2, einen ersten Arm 3, einen zweiten Arm 4 und einen dritten Arm 5 auf. Weiterhin ist ein Endgelenkabschnitt 6 vorgesehen, der sich um eine Drehachse (B-Achse) dreht, die senkrecht zur Längsrichtung des dritten Arms 5 ist, mittels eines B-Achsen-Antriebsmotors 61, der sich auf dem zweiten Arm 4 befindet, wobei auf dem Endgelenkabschnitt 6 ein Drehteil 7 vorgesehen ist, welches sich um eine Schwenkachse (T-Achse) dreht, die senkrecht zur B- Achse angeordnet ist, mittels eines B-Achsen-Antriebsmotors 71, der sich auf dem zweiten Arm 4 befindet. Weiterhin ist eine Spannvorrichtung 8 zum Spannen eines Werkstücks W an dem Drehteil 7 befestigt, wobei ein R-Achsen-Antriebsmotor 51, der B-Achsen- Antriebsmotor 61 und der T-Achsen-Antriebsmotor 71 am Ansatzbereich des zweiten Arms 4 angeordnet sind.

Weiterhin sind der zweite Arm 4 und der dritte Arm 5 hohl ausgeführt, und Antriebswellen 52, 62 und 72 sind durch die Arme 4 und 5 hindurchgeführt, so daß das Drehteil 7, das ein Untersetzungsgetriebe aufweist, das die Eingangswelle durch den dritten Arm 5 dreht, der Endgelenkabschnitt 6 und ein Kegelrad gedreht werden. Dieser Aufbau entspricht im wesentlichen dem herkömmlichen Endgelenkmechanismus des Gelenkroboters.

Die Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Endgelenkmechanismus liegen in folgendem Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung. Wenn keine Möglichkeit eines Eintritts eines Hindernisses in den Übertragungsweg besteht, kann eine Dämpfungsvorrichtung 9 zur Vereinfachung des Aufbaus weggelassen werden, und ein erstes Endgelenkgestänge 63, das von einem Punkt auf einer Verlängerungslinie vom zweiten Arm 4 verläuft, ist fest an dem äußeren Randabschnitt 67 (einem Untersetzungsgetriebegehäuse) des Drehteils 7 befestigt, und ein zweites Endgelenkgestänge 64 ist an einer Ausgangswelle 73 (einer Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes) des Drehteils 7, das auf dem Endgelenkabschnitts 6 angeordnet ist, fixiert, wodurch die Steifigkeit der Verbindungsabschnitte erhöht wird.

Am oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges 63 ist ein drittes Endgelenkgestänge 65 schwenkbar angeschlossen, und die oberen Endabschnitte des zweiten Endgelenkgestänges 64 und des dritten Endgelenkgestänges 65 sind schwenkbar an den beiden Endabschnitten eines vierten Endgelenkgestänges 66 angeschlossen, welches parallel zum ersten Endgelenkgestänge 63 ist, wodurch ein Parallelogrammgestängemechanismus gebildet wird. Das zweite Endgelenkgestänge 64 ist so ausgebildet, daß es durch eine Ausgangswelle 73 des Drehteils 7 gedreht werden kann. Am oberen Endabschnitt des dritten Endgelenkgestänges 65 ist ein Werkstückspannabschnitt 81 fixiert, der das Werkstück W gegen einen Flansch spannt, der mit dem dritten Endgelenkgestänge 65 rotiert.

Mit dem vorstehend beschriebenen Mechanismus, wenn das Werkstück W vom Punkt P zum Punkt Q übertragen wird, werden der erste Arm 2 und der zweite Arm 5 gedreht und gleichzeitig wird das zweite Endgelenkgestänge 64 durch den T-Achsen-Antriebsmotor 71 gedreht, wodurch der Werkstückspannabschnitt 81 über einen Parallelogrammgestängemechanismus gedreht wird, wodurch das von der Spannvorrichtung 8 gespannte Werkstück W vom Punkt P zum Punkt Q übertragen werden kann, während die Lage des Werkstücks W stets in einer vorbestimmten Richtung weist, wie Fig. 4(a) zeigt.

Aufgrund der Anordnung, in der sich das erste Endgelenkgestänge 63 zu einem Punkt auf einer Verlängerungslinie vom zweiten Arm 4 und vom Endgelenkabschnitt 6 erstreckt, und der Werkstückspannabschnitt 81 zum Spannen des Werkstücks W, der sich durch das dritte Endgelenkgestänge 65 dreht, am oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges 63 befestigt ist, ist es in diesem Fall möglich, den Arbeitsbereich des Roboters ohne Vergrößerung der Längen des zweiten Arms 4 und des dritten Arms 5 zu vergrößern. Demgemäß brauchen die Antriebswellen 52, 62 und 72 nicht vergrößert werden. Dadurch wird die Abnahme der Resonanzfrequenz vermieden und das Problem der Beschränkung der kritischen Drehzahl, welches auftritt, wenn der Endgelenkmechanismus bei hoher Geschwindigkeit gedreht wird, kann gelöst werden.

Weiterhin ergibt sich im Gegensatz zum in Fig. 4(b) dargestellten Beispiel aus dem Stand der Technik die Trägheit um die T-Achse lediglich durch M (a2 + b2)/3. Diese wesentliche Verringerung der Trägheit tritt auf, da sie nicht durch den Abstand des Endgelenkabschnitts 6 der Spannvorrichtung 8 beeinflußt wird, so daß die auf den T-Achsen-Antriebsmotor 71 wirkende Last verringert wird.

Wenn das Eindringen eines Hindernisses in den Werkstückübertragungsweg erwartet werden kann, wird eine Dämpfungsvorrichtung 9, umfassend Schwimmvorrichtungen 92, 93 und einen Stoßsensor 91, zwischen dem Endgelenkabschnitt 6 und dem ersten Endgelenkgestänge 63 und zwischen dem Drehteil 7 und dem zweiten Endgelenkgestänge 64 angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Dämpfungsvorrichtung 9. Der Schwimmechanismus 92 ist mit einem Schiebeabschnitt 921 versehen, der in der Lage ist, innerhalb einer Führung 68 vertikal verschoben zu werden, und das untere Ende des Schiebeabschnitts 921 ist am ersten Endgelenkgestänge 63 fixiert. Weiterhin ist der Schiebeabschnitt 921 mit einem Flansch 922 versehen. Zwischen der Unterseite des äußeren Umfangsabschnitts des Drehteils 7 und dem Flansch 922 ist eine Druckfeder 923 vorgesehen, und an der Unterseite des äußeren Umfangsabschnitts 67 des Drehteils 7 ist ein Gehäuse 924 angeordnet, um die Druckfeder 923 zu umgeben. Eine Aufnahmeplatte 925 ist am unteren Ende des Gehäuses 924 ausgebildet, die der Unterseite des Flanschs 922 gegenübersteht. Auf den einander gegenüberstehenden Flächen der Aufnahmeplatte 925 und des Flanschs 922 sind Ausnehmungen 926 und 927 vorgesehen, zwischen denen eine Eingriffskugel 928 aufgenommen ist. Weiterhin ist eine spiralförmige Rückstellfeder 929 vorgesehen, deren Enden am Endgelenkabschnitt 6 bzw. am Schiebeabschnitt 92 fixiert sind.

Der andere Schwimmechanismus 93 beinhaltet eine Stützwelle 931, die an dem zweiten Endgelenkgestänge 64 am oberen Endabschnitt der Ausgangswelle 73 des Drehteils 7 fixiert ist. An der Stützwelle 931 ist ein scheibenartiger Flansch 932 befestigt, der eine Anzahl von Vorsprüngen 933 aufweist, die von dessen äußerem Umfang vorstehen und in gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jeder Vorsprung auf beiden Seiten geneigte Flächen aufweist, und wobei zwischen dem oberen Endabschnitt der Ausgangswelle 73 des Drehteils 7 und dem Flansch 932 eine Druckfeder 934 vorgesehen ist. Weiterhin ist am oberen Endabschnitt des Drehteils 9 ein Führungsring 935 angeordnet, der den Flansch 932 umgibt, und eine nach innen vorstehende Aufnahmeplatte 936 ist unter dem Führungsring 935 angeordnet. Auf der dem Flansch 932 der Aufnahmeplatte 936 gegenüberliegenden Fläche ist eine Ausnehmung 937 ausgebildet, die den gleichen Neigungswinkel wie die geneigten Flächen der Vorsprünge 933 aufweist, um diese zu erfassen und abzustützen. Eine spiralförmige Rückstellfeder 938 ist vorgesehen, deren beide Enden am Drehteil 9 bzw. an der Stützwelle 931 befestigt sind.

Wenn das erste Endgelenkgestänge 63 mit einem Hindernis in Berührung kommt oder ein übermäßig großes Drehmoment in Bewegungsrichtung des Endgelenkabschnitts 6 einwirkt, neigt der Schiebeabschnitt 921 zur Drehung um die T-Achse zusammen mit dem ersten Endgelenkgestänge 63 relativ zum Endgelenkabschnitt 6, gegen die Rückstellfeder 929. In diesem Fall tritt die Eingriffskugel 928, die mit der Ausnehmung 926 des Flanschs 922 und der Ausnehmung 927 des an dem Endgelenkabschnitts 6 fixierten Gehäuses 924 in Eingriff steht, aus den Ausnehmungen 926 und 927 nach oben zur Oberseite der Aufnahmeplatte 925 aus, so daß die Eingriffskugel 928 frei rollen kann, wodurch sich das erste Endgelenkgestänge 63 um die T-Achse drehen kann. In diesem Fall bewegt sich der Schiebeabschnitt 921 durch die Eingriffskugel 928 axial gegen die Druckfeder 923, wodurch der Stoßsensor 91 veranlaßt wird, den Betrieb des ersten Endgelenkgestänges 63 zu stoppen.

Wenn das erste Endgelenkgestänge 63 aus seinem Überlastzustand freikommt, dreht sich der Schiebeabschnitt 921 durch die Wirkung der Rückstellfeder 929 in umgekehrter Richtung, die Eingriffskugel 928 wird zwischen den Ausnehmungen 926 und 927 aufgenommen, und das erste Endgelenkgestänge 63 kehrt in seine Ausgangsposition zurück.

In entsprechender Weise neigt, wenn ein übermäßig großes Drehmoment auf das zweite Engelenkgestänge 64 wirkt, die Stützwelle 931 zur Drehung zusammen mit dem zweiten Endgelenkgestänge 64 relativ zur Ausgangswelle 73 gegen die Rückstellfeder 938. In diesem Fall bewegt sich der Vorsprung 933 des Flanschs 932 sowohl in Dreh- als auch in axialer Richtung entlang der geneigten Fläche der Ausnehmung 937, so daß der Eingriff zwischen dem Vorsprung 933 und der Ausnehmung 937 gelöst wird, wodurch sich der Flansch 932 und die Stützwelle 931 frei drehen können. In diesem Fall bewegt sich der Flansch 932 axial, um den Stoßsensor 91 zu betätigen, wodurch die Drehung der Ausgangswelle 73 unterbrochen wird.

Wenn das zweite Endgelenkgestänge 64 aus seinem Überlastzustand freikommt, dreht sich der Flansch 932 durch die Wirkung der Rückstellfeder 938 in umgekehrter Richtung, der Vorsprung 933 wird in der Ausnehmung 937 aufgenommen, und das zweite Endgelenkgestänge 64 kehrt in seine Ausgangsstellung zurück.

Somit wird, wenn eine übermäßig große Kraft auf den Endgelenkabschnitt 6 wirkt, etwa wenn das Werkstück W oder die Spannvorrichtung 8 gegen ein Hindernis läuft, eine in Bewegungsrichtung des Endgelenkabschnitts 6 wirkende Überlast erfaßt und eine solche Überlast absorbiert.

Wie vorstehend beschrieben, verläuft gemäß der vorliegenden Erfindung das erste Endgelenkgestänge 63 vom Endgelenkabschnitt 6 zu einem Punkt auf einer Verlängerungslinie des zweiten Arms 4, und der Werkstückspannabschnitt 81 zum Spannen des Werkstücks W befindet sich am oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges 63 durch das dritte Endgelenkgestänge 65. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile bei der vorliegenden Erfindung, indem der Wirkungsbereich des Roboters ohne Verlängerung des zweiten Arms 4 und des dritten Arms 5 erweitert wird, und der dritte Arm 5 und die Antriebswellen des Endgelenkabschnitts 6 und des Drehteils 7 brauchen nicht verlängert zu werden, wodurch die Abnahme der Resonanzfrequenz verhindert wird und somit das Problem der Beschränkung der kritischen Drehzahl, die bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Roboters auftritt, gelöst wird. Der Roboter weist einen verbesserten Endgelenkmechanismus auf, der zu einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Lage ist, ohne daß die Arme verstärkt werden müssen, wobei nur eine geringe Belastung auf den T-Achsen-Antriebsmotor einwirkt.

Da weiterhin die Dämpfungsvorrichtungen 9 jeweils die Schwimmechanismen 92, 93 und den Stoßsensor 91 aufweisen, die zwischen dem Endgelenkabschnitt 6 und dem ersten Endgelenkgestänge 63 bzw. zwischen dem Drehteil 7 und dem zweiten Endgelenkgestänge 64 angeordnet sind, wird eine Überlastung, die in Bewegungsrichtung des Endgelenkgestänges auftritt, etwa wenn das Werkstück oder die Spannvorrichtung gegen ein Hindernis läuft, absorbiert und erfaßt, wodurch der Endgelenkabschnitt gegen die Einwirkung einer Überlast geschützt wird.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung kann auf dem Gebiet von Industrierobotern, die Werkstücke auf einem programmierten Weg zwischen Stationen übertragen, eingesetzt werden.


Anspruch[de]

1. Gelenkrobotor, umfassend: ein Sockelteil (2), das um eine vertikale Drehachse (S-Achse) mittels eines S-Achsen-Antriebsmotors (21), der auf einer Sockelplatte (1) angeordnet ist, dreht; einen ersten Arm (3), der um eine horizontal verlaufende Schwenkachse (L-Achse) mittels eines auf dem Sockelteil (2) angeordneten L-Achsen-Antriebsmotors (31) schwenkt; einen zweiten Arm (4), der um eine parallel zur L-Achse angeordnete Schwenkachse (U- Achse) mittels eines U-Achsen-Antriebsmotors (41) dreht; einen dritten Arm (5), der um eine in Längsrichtung des zweiten Arms (4) verlaufende Schwenkachse (R-Achse) mittels eines R- Achsen-Antriebsmotors (51) dreht; einen Endgelenkabschnitt (6), der um eine senkrecht zur Längsachse des zweiten Arms (4) angeordnete Schwenkachse (B-Achse) mittels eines B- Achsen-Antriebsmotors (61), der am Ansatzabschnitt des zweiten Arms (4) angeordnet ist, dreht; ein Drehteil (7), das um eine senkrecht zur B-Achse des Endgelenkabschnitts (6) angeordnete Schwenkachse (T-Achse) mittels eines am Ansatzabschnitt des zweiten Arms (4) angeordneten T-Achsen-Antriebsmotors (71) dreht, wobei eine Werkstückspannvorrichtung an dem Drehteil (7) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückspannvorrichtung versehen ist mit: einem ersten Endgelenkgestänge (63), das zu einem Punkt auf einer Verlängerungslinie vom zweiten Arm (4) verläuft und am äußeren Umfangsabschnitt (67) des Drehteils (7) fixiert ist; einem zweiten Endgelenkgestänge (64), welches an einer oberen Ausgangswelle (73) des Drehteils (7) fixiert ist; einem dritten Endgelenkgestänge (65), welches schwenkbar am oberen Endabschnitt des ersten Endgelenkgestänges (63) angeschlossen ist; einem vierten Endgelenkgestänge (66), welches schwenkbar mit den oberen Endabschnitten des zweiten Endgelenkgestänges (64) und des dritten Endgelenkgestänges (65) verbunden ist und parallel zum ersten Endgelenkgestänge (63) verläuft; und einem Werkstückspannabschnitt (81), der schwenkbar mit dem dritten Engelenkgestänge (65) verbunden ist.

2. Gelenkrobotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schwimmmechanismus (92) zwischen dem äußeren Umfangsabschnitt (67) des Drehteils (7) und dem ersten Endgelenkgestänge (63) vorgesehen ist, wobei ein zweiter Schwimmechanismus (93) zwischen der Ausgangswelle (73) des Drehteils (7) und dem zweiten Endgelenkgestänge (64) angeordnet ist, so daß der Endgelenkabschnitt (6) nicht mit einer übermäßig großen Belastung beaufschlagt werden kann, wenn die Werkstückspanneinrichtung gegen ein Hindernis läuft.

3. Gelenkrobotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwimmechanismus (92) umfaßt: ein Gehäuse (924), das am äußeren Umfangsabschnitt (67) des Drehteils (7) fixiert ist; einen Schiebeabschnitt (21), der an dem ersten Endgelenkgestänge (63) fixiert ist; einen Eingreifabschnitt, um das Gehäuse (924) und den Schiebeabschnitt (921) aus ihrem gegenseitigen Eingriff zu bringen, wenn eine Kraft zum Verdrehen des Gehäuses (924) und des Schiebeabschnitts (921) relativ zueinander aufgebracht wird; und eine Rückstellfeder (929), die in einer Richtung wirkt, in der stets eine vorbestimmte Positionsbeziehung zwischen dem ersten Endgelenkabschnitt (6) und dem ersten Endgelenkgestänge (63) aufrechterhalten wird.

4. Gelenkrobotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwimmechanismus (93) umfaßt: einen Führungsring (935), der an der Ausgangswelle des Drehteils (7) fixiert ist; eine Stützwelle (931), die am zweiten Endgelenkgestänge (64) fixiert ist; einen Eingreifabschnitt, der den Führungsring (935) und die Stützwelle (931) außer Eingriff miteinander bringt, wenn eine Kraft zur Drehung des Führungsrings (935) und der Stützwelle (931) relativ zueinander ein vorbestimmtes Drehmoment überschreitet; und eine Rückstellfeder (929), die in einer Richtung wirkt, in der stets eine vorbestimmte Positionsbeziehung zwischen dem Endgelenkabschnitt (6) und dem ersten Endgelenkgestänge (63) aufrechterhalten wird; wobei ferner ein Stoßsensor (91) vorgesehen ist, der betätigt wird, wenn sich das Gehäuse (924) außer Eingriff mit dem Schiebeabschnitt (921) befindet.







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