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DE3601456A1 - Mechanical joint mechanism - Google Patents

Mechanical joint mechanism

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Publication number
DE3601456A1
DE3601456A1 DE19863601456 DE3601456A DE3601456A1 DE 3601456 A1 DE3601456 A1 DE 3601456A1 DE 19863601456 DE19863601456 DE 19863601456 DE 3601456 A DE3601456 A DE 3601456A DE 3601456 A1 DE3601456 A1 DE 3601456A1
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DE
Germany
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tool
axes
rotation
joint mechanism
mechanical joint
Prior art date
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Application number
DE19863601456
Other languages
German (de)
Other versions
DE3601456C2 (en
Inventor
Hadi A. Sterling Heights Mich. Akeel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Robotics North America Inc
Original Assignee
GMF Robotics Corp
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Publication date
Application filed by GMF Robotics Corp filed Critical GMF Robotics Corp
Publication of DE3601456A1 publication Critical patent/DE3601456A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3601456C2 publication Critical patent/DE3601456C2/de
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00Joints
    • B25J17/02Wrist joints
    • B25J17/0283Three-dimensional joints
    • B25J17/0291Three-dimensional joints having axes crossing at an oblique angle, i.e. other than 90 degrees

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

A triaxial joint mechanism has three rotary axes with two points of intersection arranged offset relative to one another. As a result of the offset, a larger radius of curvature of the joint is achieved. A first and second housing part contain the first and second axis, whereas the third axis is arranged in a tool-supporting part. The first housing part is intended to be fixed to an outer tubular part of the robot arm so as to perform a rotary movement independent of the rest of the mechanism. A gear (transmission) device of the mechanism ensures the independent rotation of the second housing part and of the tool-supporting part so as to allow selected position setting of the surface for fastening the tool on the tool-supporting part within a working range. The gear device is arranged so that an undisturbed passage is formed between the surface for fastening the arm of the first housing part and the surface for fastening the tool on the tool-supporting part, to accommodate hoses and/or wires used to supply fluids and power to a tool fastened to the surface of the tool-supporting part.

Description

"Mechanischer Gelenkmechanismus" "Mechanical joint mechanism"

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Gelenkmechanismus, insbesondere einen dreiachsigen Gelenkmechanismus, der zwischen seinen Erden einen störungsfreien Durchgang aufweist.The invention relates to a mechanical linkage mechanism, in particular a three-axis hinge mechanism that has a trouble-free between its earths Has passage.

Gelenkmechanismen sind so konstruiert, daß sie ein an ihnen befestigtes Arbeitsgerät so orientieren, wie dies durch die Lage eines Werkstücks erforderlich ist. Gelenkmechanismen weisen drei Gelenke auf, die Bewegungen wie Neigen, Ausscheren und Drehen erlauben. Ähnliche Gelenke einer Armvorrichtung lassen den Gelenkmechanismus jeden Bereich der Einflußsphäre eines Roboters erreichen. Danach sind drei weitere Gelenke des Gelenkmechanismus' zur universellen Orientierung des an seinem Ende angeordneten Arbeitsgerätes erforderlich.Hinge mechanisms are designed to have an attached to them Orient the tool as required by the position of a workpiece is. Articulation mechanisms have three joints that support movements such as tilting, shearing and allow rotation. Similar joints of an arm device leave the joint mechanism reach every area of a robot's sphere of influence. After that there are three more Joints of the joint mechanism for the universal orientation of the one at its end arranged working device required.

ziele mechanische Gelenkmechanismen sind vielachsige Systeme. Solche Systeme werden z.B. in den US-Patentschriften 3 231 098 und 3 315 542 beschrieben. Viele solcher Gelenkmechanismen weisen jedoch nicht einen störungsfreien Durchgang auf, der Schutz für Schläuche und Drähte bietet, die einem am freien Ende des Gelenkmechanismus' befestigten Werkzeug Brennstoff und Energie zuführen. objectives mechanical joint mechanisms are multi-axis systems. Such systems are described, for example, in US Patents 3,231,098 and 3,315,542. However, many such hinge mechanisms do not have a trouble-free passageway that provides protection for hoses and wires that supply fuel and power to a tool attached to the free end of the hinge mechanism.

In dem US-Patent 4 218 166 wird ein vielachsiger Ge-1 en kriec h an i smu 5 offenbart, der eine unabhängige Bewegung um zwei Achsen erlaubt und einen störungsfreien Durchgang zwischen einer stationären Basis und einem werkzeug enthält.In U.S. Patent 4,218,166, a multiaxial ge-1 is crawled i smu 5 disclosed which allows independent movement about two axes and one contains trouble-free passage between a stationary base and a tool.

Nach dem US-Patent 4 402 234 ist ein Gelenkmechanismus mit drei unabhängigen Drehachsen bekannt, die sich gegenseitig schneiden. Ein Getriebemechanismus steuert die unabhängige Rotation der zur Drehung um die drei Achsen gelagerten Bauteile und weist ebenfalls einen störungsfreien inneren Durchgang zur Aufnahme von Schläuchen und/oder Drähten auf. Die Verwendung eines solchen Gelenkmechanismus' ist jedoch aufgrund des relativ kleinen inneren Krümmungsradius' des Gelenkmechanismus begrenzt und/oder schwierig.According to US Patent 4,402,234 there is a link mechanism with three independent Rotary axes known that intersect each other. A gear mechanism controls the independent rotation of the components supported for rotation about the three axes and also has a trouble-free inner passage for receiving hoses and / or wires. However, the use of such a hinge mechanism is limited due to the relatively small inner radius of curvature 'of the hinge mechanism and / or difficult.

Dadurch werden dem Betrag der Drehbewegung, den die darin eingelagerten Schläuche und Drähte gestatten, Grenzen auferlegt. Ein solcher kleiner Krümmungsradius macnt außerdem die Programmierung des Roboters, an dem der Gelenkmechanismus angebracht ist, schwieeiner. ries ist der Fall aufgrund der beschränkten Bewegungsfre hei t des Gel enkmechani smus , die der Programmierer berücksichtigen muß.This will reduce the amount of rotary motion that is stored in it Hoses and wires allow limits imposed. Such a small radius of curvature macnt also the programming of the robot to which the articulation mechanism is attached is blacker. ries is the case due to the limited freedom of movement of the gel mechanism that the programmer must take into account.

Andere US-Patente, die Gelenkmechanismen von minderer Bedeutung offenbaren, sind die US-Patente Re. 25 889, 2 14 25?, 2 361 700, 2 871 701, 3 043 448, 3 066 605, 3 103 498, 3 182 813, 3 784 031, 4 001 556, 4 063 536. 4 099 409, 4 149 278, 4 353 677, 4 356 554, 4 365 923, 4 370 836 und 4 392 776.Other U.S. patents disclosing minor hinge mechanisms are the US patents Re. 25 889, 2 14 25 ?, 2 361 700, 2 871 701, 3 043 448, 3 066 605, 3 103 498, 3 182 813, 3 784 031, 4 001 556, 4 063 536. 4 099 409, 4 149 278, 4,353,677, 4,356,554, 4,365,923, 4,370,836 and 4,392,776.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, einen verbesserten dreiachsigen mechanischen Selenkmechanismus mit einem störunqsfreien Durchgang zu schaffen, der drei unabhängige Rctaticnsachsen aufweist, die zwei Schnittpunkte bilden, um eine größere Flexibilität in der Lageeinstellung einer großen Vielfalt von Werkzeugen in einer Arbeitssphäre zu erreichen.The object on which the present invention is based exists therein, an improved three-axis mechanical selector mechanism with a to create interference-free passage, which has three independent Rctaticnsachsen, the two intersections form to have greater flexibility in the Achieve positional adjustment of a wide variety of tools in one working sphere.

Mit der Erfindung soll auch ein verbesserter mechanischer Gelenkmechanislnus mit drei unabhängigen Drehachsen geschaffen werden, wobei ein störungsfreier Durchgang beibehalten wird und ein größerer innerer Bodenradius vorgesehen ist, der die Programmierung des Roboters, an dem der Gelenkmechanismus angebracht ist, vereinfacht und auch die Verwendung eines größeren Getriebes ermöglicht, so daß der Gelenkrnechanismus relativ schwere an ihm befestigte Werkzeuge tragen und führen kann.The invention is also intended to provide an improved mechanical joint mechanism can be created with three independent axes of rotation, with a trouble-free passage is retained and a larger inner bottom radius is provided that the programming of the robot to which the articulation mechanism is attached is simplified and also allows the use of a larger gear, so that the articulation mechanism can carry and guide relatively heavy tools attached to it.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der mechanische Gelenkmechanismus drei unabhängige Rotationsachsen aufweist, wobei ein erstes Paar von Rotationachsen einen ersten Schnittpunkt und ein zweites Paar von Rotationsachsen einen zweiten, vom ersten Schnittpunkt entfernt liegenden Schnittpunkt aufweisen. Ein erstes und zweites Gehäuseteil sind drehbar bezüglich der ersten bzw. der zweiten Achse gelagert. Das erste Gehäuseteil weist eine Oberfläche zur Armbefestigung auf. Ein Werkzeugtragteil ist drehbar bezüglich der dritten Achse angeordnet und weist eine Oberfläche zur Werkzeugbefestigung auf. Eine Getriebeeinrichtung ist für eine unabhängige Drehung des Werkzeugtragteils und des zweiten Gehäuseteils um ihre zugehörigen Achsen vorgesehen, um wahlweise die Lage der Oberfläche zur Xerkzeugbefestigung innerhalb einer Arbeitssphäre herzu stell en. Eine durchgehend störungsfreie Durchgangs vorrichtung ist zwischen der Oberfläche zur Armbefestigung unC der Oberfläche zur Werkzeugbefesti -ging angeordnet. Die Durchgangsvorrichtung schließt Hohlräume in dem ersten und zweiten Gehäuseteil und dem Werkzeustragteil zur umschließenden Aufnahme von das Werkzeug betreffenden Vorrichtungen ein.The object on which the invention is based is achieved in that the mechanical joint mechanism has three independent axes of rotation, a first pair of axes of rotation having a first point of intersection and a second pair of axes of rotation having a second point of intersection remote from the first point of intersection. A first and a second housing part are rotatably mounted with respect to the first and the second axis. The first housing part has a surface for arm mounting. A tool support part is rotatably arranged with respect to the third axis and has a surface for tool attachment. A gear mechanism is provided for independent rotation of the tool support part and the second housing part about their associated axes in order to selectively position the surface for Xerkzeugbefestigung within a working sphere. A continuously trouble-free passage device is arranged between the surface for arm attachment and the surface for tool attachment. The through device closes cavities in the first and second housing parts and the tool support part for the enclosing reception of the tool related devices.

Vorzugsweise weist die Durchgangsvorri chtung ein Paar von im wesentlichen identischen Führungsteilen aus Kunststoff auf, die die den ersten und zweiten Schnittpunkt einschließenden Hohlräume bilden.Preferably, the passage device comprises a pair of substantially identical guide parts made of plastic, which make the first and second intersection points Form enclosing cavities.

Weiterhin bilden die Achsen des ersten Achsennaares vorzugsweise einen festen Winkel, der größer als 30" ist.Furthermore, the axes of the first axis needle preferably form one fixed angle greater than 30 ".

Darüber hinaus ist die Versetzung des ersten und zweiten Schnittpunktes vorzugsweise wählbar, um einen größeren Krümmungsradius für Schläuche und die Verwendung größerer Getriebe und weiterer Innendurchgänge zu gestatten. Die Versetzung ist durch den Durchmesser des inneren Durchgangs und den Krümmungsradius der mittleren Achse bestimmt.In addition, there is the offset of the first and second intersection points preferably selectable to have a larger radius of curvature for tubing and use to allow larger gears and further internal passages. The transfer is by the diameter of the inner passage and the radius of curvature of the central one Axis determined.

Aufgrund der oben beschriehenen Konstruktion weist der me-hanische Gelenkmechanismus einen größeren Kr@mmungsradius auf, um das Verdrehen der für das Werkzeug erforderlichen Kabel, Drähte und Leitungen zu mäßigen, erleichtert die Programmierung des Robovers, an dem der Gelenkmechanismus befestigt ist, ur gestattet die Anbringung einer relativ schweren ^.u ast am Gelenkmechanismus.Due to the construction described above, the mechanical Joint mechanism has a larger radius of curvature in order to avoid twisting the for the The tool to moderate the necessary cables, wires and wires makes that easier Programming of the robot to which the articulation mechanism is attached is only permitted the attachment of a relatively heavy ^ .u ast to the hinge mechanism.

Eir Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: figur 1 eine Seitenansicht eines Roboters mit einem Gelenkmechanismus, der am freien Ende eines äußeren Arms des Roboters befestigt ist, und verschiedene, durch gebrochene Linien dargestellte Stellungen des uelenkmechanisr,lus' Figur 2 eine Seitenansicht des Gelenkmechani 5-mus' und Figur 3 eine etwas vergrößerte Teilansicht des in Figur 2 gezeigten Gelenkmechanismaus', in der eine zweite Stellung des Gelenkmechanismus' gebrochen dargestellt ist.Eir embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show: FIG. 1 a side view of a Robot with an articulated mechanism that attaches to the free end of an outer arm of the Robot is attached, and various, by broken lines Depicted positions of the uelenkmechanisr, lus' Figure 2 is a side view of the Joint mechanism 5-mus' and Figure 3 is a somewhat enlarged partial view of the in Figure 2 joint mechanism shown in which a second position of the joint mechanism is shown broken.

Figur 1 zeigt einen dreiachsigen Gelenkmechanismus, all geilei n mit 10 bezeichnet, der mit einem äußeren Arm 12 eines allgemein mit 14 bezeichneten Roboters verbunden ist. Selbstverständlich kann der Gelenkmechanismus 10 ebenfalls an einem Ausleger oder Tragarm eines anders gearteten Roboters angebracht sein, um ein Gerät für Endbearbeitungszwecke oder ein Werkzeug, wie in Figur 1 dargestellt, innerhalb einer Arbeitssphäre zu bewegen.Figure 1 shows a three-axis joint mechanism, all cool with 10 denotes, with an outer arm 12 of a generally designated 14 Connected to the robot. Of course, the joint mechanism 10 can also be attached to a boom or bracket of a different type of robot, around a device for finishing purposes or a tool as shown in Figure 1, move within a working sphere.

Wie in Figur 1 gezeigt wird, ist ein Werkzeug 16 am freien Ende des Gelenkmechanismus 10 befestigt. Das Werkzeug 16 kann eine Schweiß-, Farbspritzvorrichtung oder eine andere Vorrichtung umfassen, die für die Herstellung oder Endbearbeitung eines Produktes zweckmäßig ist.As shown in Figure 1, a tool 16 is at the free end of the Link mechanism 10 attached. The tool 16 can be a welding, paint spraying device or any other device necessary for manufacturing or finishing of a product is appropriate.

Wie in Figur 2 dargestellt wird, schließt der Gelenkmechanismus 10 ein äußeres Knie oder erstes Gehäuseteil 18, ein inneres Knie oder zweites Gehäuseteil 20 und eine Welle oder Werkzeugtragteil 22 ein. Das Werkzeugtragteil 22 weist eine Oberfläche zur Werkzeugbefestigung oder Stirnfläche 23 auf, auf der eine große Vielfalt von Werkzeugen, wie z.B. das Werkzeug 16, leicht befestigt werden kann.As shown in Figure 2, the hinge mechanism 10 closes an outer knee or first housing part 18, an inner knee or second housing part 20 and a shaft or tool support member 22. The tool support part 22 has a Surface for tool attachment or face 23 on which a large variety tools such as tool 16 can be easily attached.

Ein Sicherungsring 24 ist an dem äußeren Knie 18 zwischen der äuSeren Knie 18 und dem inneren Knie 20 angebracht. Auf ähnliche Weise ist ein Sicherungsring 26 an dem inneren Knie 20 zwischen dem inneren Knie 20 und dem Werkzeugtragteil 22 befestigt. Weiterhin ist ein Befesti gungsring 28 an dem freien Ende des äußeren Knies 18 vorgesehen, um das Ankoppeln des Gelenkmechanismus' 10 an den Arm 12 des Roboters 14 zu vereirfachen.A locking ring 24 is on the outer knee 18 between the outer Knees 18 and the inner knee 20 attached. A locking ring is similar 26 at the inner knee 20 between the inner knee 20 and the tool support part 22 attached. Furthermore, a fastening ring 28 is at the free end of the outer The knee 18 is provided to facilitate the coupling of the joint mechanism 10 to the arm 12 of the Robot 14 to simplify.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, haben der Befestigungsring 28 und das äußere Knie 18 eine longitudinale Achse 30, um die herum mit Abstand eine Vielzahl von Eingangs- oder Antriebsrohren des Arms 12, die gebrocken fieze chnet und mit 32, 34 und 36 gekennzeichne sind, angeordnet sind. Der Gelenkmechanismus 10 ist so asgelegt, daß er einfarh an die Antriebsrohre 32. 34 und 35 angeschlossen werden kann. Dazu wird z.B. das innerste Antriebsrohr 32 durch einen Antriebsstift 38 mit einem Kegelrad 40 verbunden, das drehbar durch Kugel lager 42 in dem Gelenkmechanismus 1G gelagert ist. Es ist ein Kugellager 42 gezeigt, das Drehkraftmomente aufnehmen kann. Andererseits kann das Lager 42 auch durch zwei axial voneinander entfernt angeordnete Radiallager ersetzt werden.As can be seen from Figure 3, the fastening ring 28 and outer knee 18 has a longitudinal axis 30 around which a plurality of spaced of input or drive tubes of the arm 12, which fieze chnet and with 32, 34 and 36 are marked, are arranged. The hinge mechanism 10 is laid out in such a way that it can be connected to the drive tubes 32, 34 and 35 one-way can. For this purpose, e.g. the innermost drive tube 32 is connected by a drive pin 38 connected to a bevel gear 40 rotatably supported by ball bearings 42 in the link mechanism 1G is stored. A ball bearing 42 is shown which absorbs torques can. On the other hand, the bearing 42 can also be axially separated from one another by two arranged radial bearings are replaced.

Das Antriebsrohr 34 ist auf ähnliche Weise durch einen Antriebsstift 44 mit einem Zwischenkegelrad 46 verbunden und durch Lager 48 drehbar gelagert. Das äußere fntriebsrohr 36 ist durch einen Haltezapfen 50 ri dem Befestigungsring 28 verbunden. Der Befestigungsring 28 ist seinerseits durch Schrauben 52, von denen nur eine in Figur 3 gezeigt ist, an dem äußeren Knie 18 befestigt.The drive tube 34 is similarly through a drive pin 44 connected to an intermediate bevel gear 46 and rotatably supported by bearings 48. The outer drive tube 36 is attached to the mounting ring by a retaining pin 50 28 connected. The fastening ring 28 is in turn secured by screws 52, of which only one shown in FIG. 3 is attached to the outer knee 18.

Ein zweites Kegelrad, allgemein mit 54 bezeichnet, stt-rit it der. Kegel rad 40 in Eingriff und dreht sich daher in Reaktion auf eine Drehung des Antriebsrohrs 92. Das Kegelrad 54 schließt ein Paar von Kegelradhälften 56 und 58 ein, die durch ein Gewinde miteinander verbunden sind und die durch Haltezapfen 60, von denen nur eine in Figur 3 dargestellt ist, gegeneinander festgelegt sind. Die Kegelradhälften 56 und 58 sind so ausgebildet, daß die Zahnradteile gleishförmig sind.A second bevel gear, generally designated 54, stt-rit it. Bevel wheel 40 engages and rotates hence in response to a Rotation of drive tube 92. bevel gear 54 includes a pair of bevel gear halves 56 and 58, which are connected to one another by a thread and which are connected by retaining pins 60, only one of which is shown in FIG. 3, are mutually fixed. The bevel gear halves 56 and 58 are designed in such a way that the gearwheel parts are track-shaped are.

Ebenso sind die Kegelradhälften 56 und 58 durch Lager 62 drehbar gelagert. Die Lager 62 gestatten eine Drehung des inneren Knies 20 um eine zweite longitudinale Achse 63. Die Achsen 30 und 63 schneiden sich in einem Punkt 69, wobei der Schnittwinkel vorzugsweise bei 500 liegt.The bevel gear halves 56 and 58 are also rotatably supported by bearings 62. The bearings 62 permit the inner knee 20 to rotate a second longitudinal Axis 63. Axes 30 and 63 intersect at a point 69, the angle of intersection is preferably 500.

r.ie Kegelra(lilälfte 58 steht mit einem Kegel rad 64, in Eingriff, das seinerseits fest am Werkzeugtragteil 22 durch Schrauben 66, von denen nur eine in Figur 3 gezeigt ist, angebracht ist. Das Kegelrad 64 und das Werkzeugtragteil 22 sind ebenfalls miteinander verstiftet. Das Kegel rad 64 und das Werkzeugtragteil 22 sind ihrerseits durch Lager 68 drerbar gelagert. Die Lager 68 gestatten eine Drehung des >:erkzeugtragteils 22 um eine dritte ongitudinale Achse 65. Die Achsen 63 und 65 schneiden sich in einem Punkt 71. Der Punkt 71 ist gegenüber dem Punkt 69 versetzt, um den inneren Krümmungsradius des Gelenkmechanismus' zu vergrößern, die Programmierung des Roboters, an dem der Gelenkmechanismus angebracht ist, zu vereinfachen und die Verwendung von relativ großen Getrieberädern zu ermöglichen. Große Getrieberäder ermöglichen es dem 5elenkmechani smus, eine größere Nutzlast zu führer, ohne die Weite des Durchgangs durch den tJelenkmechanis"us zu beeinträchtigen. Der Durchgang ist i folgenden näher beschrieben.r.ie Kegelra (half 58 is in engagement with a bevel gear 64, which in turn is fixed to the tool support part 22 by screws 66, of which only one shown in Figure 3 is attached. The bevel gear 64 and the tool support part 22 are also pinned together. The cone wheel 64 and the tool support part 22 are in turn stored drerbar through bearings 68. The bearings 68 allow one Rotation of the tool support part 22 about a third longitudinal axis 65. The axes 63 and 65 intersect at a point 71. The point 71 is opposite the point 69 offset to increase the inner radius of curvature of the link mechanism, the programming of the robot to which the articulation mechanism is attached simplify and allow the use of relatively large gears. Large gear wheels enable the steering mechanism to carry a larger payload to guide without affecting the width of the passage through the steering mechanism. The passage is described in more detail below.

Der Schnittwinkel 77 zwischen den Achsen 63 und 65 ist vorzugsweise gleich dem Winkel 73. Entsprechend ändert sich die Raunrichtung der Achse 65 um einen Winkel 67, der gleich der Summe der Winkel 73 und 77 ist, wenn die Achse 65 sich von der durch eine durchgezogene Linie dargestellten Lage zu der durch eine gebrochene Linie dargestellten Lage in Figur 3 bewegt. Das Werkzeugtragteil 22 kann von der durchgezogen gezeichneten Lage zu der gebrochen gezeichneten Lage in Figur 3 durch Drehung des inneren Knies 20 um 18Ü,C bewegt werden, während die Stellung des äußeren Knies 18 beibehalten wird.The angle of intersection 77 between axes 63 and 65 is preferred equal to the angle 73. The roughness direction of the axis 65 changes accordingly an angle 67 which is equal to the sum of the angles 73 and 77 when the axis 65 from the position shown by a solid line to that shown by a broken line position shown in Figure 3 moves. The tool support part 22 can from the position shown in solid lines to the position shown in broken lines in FIG 3 can be moved by rotating the inner knee 20 by 18 °, C during the position of the outer knee 18 is maintained.

Das Zwischenkegelrad 46 steht mit einem zweiten Zwischenkegelrad 70 im Eingriff. Das Zwischenkegelrad 70 ist durch Lager 72 drehbar gelagert. Das Zwischenkegelrad 70 ist rit dem inneren Knie 20 durch Schraube 74, von denen nur eine in Figur 3 dargestellt ist, fest verbunden. Der Sicherungsring 26 ist ebenfalls mit dem inneren Knie 20 durch Schrauben 76, von denen nur eine in Figur 3 dargestellt ist, fest verbunden. Der Sicherungsring 24 ist mit dem äußeren Knie 18 durch Schrauben 78, von denen wiederum nur ere in Figur 3 dargestellt ist, fest verbunden.The intermediate bevel gear 46 is connected to a second intermediate bevel gear 70 in engagement. The intermediate bevel gear 70 is rotatably supported by bearings 72. The intermediate bevel gear 70 is rit the inner knee 20 by screw 74, only one of which is shown in Figure 3 is shown, firmly connected. The locking ring 26 is also with the inner The knee 20 is fixed by screws 76, only one of which is shown in FIG tied together. The locking ring 24 is connected to the outer knee 18 by screws 78, of which, in turn, only one is shown in FIG. 3, firmly connected.

Ge- Gelenkmechanismus 10 hat einen longitudinalen Durchgang 84, der störungsfrei längs der Achsen 30, 63 und 65 verläuft. Dieser störungsfreie Durchgang karn Schläuche und Drähte und/oder Kabel aufnehmen.Ge link mechanism 10 has a longitudinal passage 84, the runs smoothly along the axes 30, 63 and 65. This trouble-free passage karn hoses and wires and / or cables.

Ei erstes Kunststofführungsteil 80 ist innerhalb des D @ganus 64 angeordnet und fest mit der inneren Oberfläche des äußeren Knies 18 durch Schrauben, von deren nur eine 82 gezeigt ist, verbunden. Ein zweites Ku@ststofführ@ngsteil 86 ist fest an der inneren Oberfläche des inneren Knies 20 durch Schrauben 88, von denen ebenfalls nur eine gezeigt ist, befestigt.A first plastic guide part 80 is arranged within the organus 64 and fixed to the inner surface of the outer knee 18 by screws, of their only one 82 is shown connected. A second plastic guide part 86 is fixed on the inner surface of the inner knee 20 by screws 88, one of which is also only one shown is attached.

Die inneren Oberflächen der Kunststofführungsteile 80 und 85 tragen zur Bildung des störungsfreien Durchgangs 84 durch den Gelenkmechanismus 10 bei. Die Kunststofführungsteile 80 und 86 dienen nicht nur zur Festleggung des Krümmungsradius' an der Innenseite des Gelenkmechanismus' sondern ebenfalls zur Aufnahme des Schmiermittels für die Zahnräder des Gelenkmechanismus' und sorgen für eine glatte Oberfläche, auf der Schläuche und Kabel gleiten können.The inner surfaces of the plastic guide parts 80 and 85 contribute to the formation of the trouble-free passage 84 through the hinge mechanism 10 at. The plastic guide parts 80 and 86 are not only used to set the Radius of curvature 'on the inside of the joint mechanism' but also to the Absorption of the lubricant for the gears of the joint mechanism and ensure for a smooth surface on which hoses and cables can slide.

Das Werkzeugtragteil 22 ist so ausgebildet, daß es an seiner zur Befestigung dienenden Stirnfläche 23 ein Werkzeug, wie eine Schweiß- oder Farbspritzvorrichtung oder eine andere, zur Herstellung und/oder Endbearbeitung eines Produkts zweckmäßige Vorrichtung, tragen kann. Mit einem Gewinde versehene Löcher, von denen nur eine 90 gezeigt ist, sind zu diesem Zweck in dem Werkzeugtragteil 22 ausgebildet.The tool support part 22 is designed so that it can be attached to its Serving end face 23 a tool, such as a welding or paint spraying device or another suitable for the manufacture and / or finishing of a product Device, can carry. Threaded holes, only one of which 90 is shown, are formed in the tool support part 22 for this purpose.

Zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Sicherungsrings 26 und des Werkzeugtragteils 22 und ebenfalls zwischen dem Sicherungsring 24 und dem Zwi schenkegelrad 70 und dem inneren Knie 20 können Dichtungen 92 angeordnet sein. Die Dichtungen 92 verhindern eine Verunreinigung der Lager 68 und 72, wenn der Gelenkmechanismus in einer verunreinigten Umgebung verwendet wird.Between the opposing surfaces of the locking ring 26 and the tool support part 22 and also between the locking ring 24 and the Intermediate bevel gear 70 and the inner knee 20 seals 92 can be arranged. The seals 92 prevent contamination of the bearings 68 and 72 when the hinge mechanism is used in a contaminated environment.

Von der in Figur 3 gezeigten Lage kann die Oberfläche 23 zur Werkzeugbefestigung durch Drehung des inneren Knies 20 um 360" gedreht werden. Durch eine geeignete Drehung des inneren Knies 20 kann die Achse 65 wahlweise in einer Sphäre angeordnet werden, die durch zwei äußere Grenzen bestimmt ist, die von der Achse 30 um den Differenzwinkel zwischen den Winkeln 73 und 77 bei einer Extremlage und um den Summenwinkel der Winkel 73 und 77 bei der anderen Extremlage abweichen (d.h. von O"(parallel zur Achse 30) bis 100°, wie durch den Winkel 67 dargestellt, wenn die beiden Winkel 73 und 77 50° betragen).From the position shown in FIG. 3, the surface 23 can be used for tool fastening by rotating the inner knee 20 through 360 ". By a suitable Rotation of the inner knee 20, the axis 65 can optionally be arranged in a sphere which is determined by two outer limits extending from the axis 30 to the Difference angle between angles 73 and 77 in an extreme position and around the total angle the angles 73 and 77 deviate in the other extreme position (i.e. from O "(parallel to the axis 30) up to 100 °, as shown by the angle 67, if the two angles 73 and 77 are 50 °).

Innerhalb dieser Sphäre kann die Oberfläche 23 zur Werkzeugbefestigung im wesentlichen um 360° gedreht werden, so daß ein an der Oberfläche 23 angebrachtes Werkzeug in viele verschiedene Stellungen gebracht werden fann.Within this sphere, the surface 23 can be used for tool fastening be rotated substantially 360 °, so that an attached to the surface 23 Tool can be brought into many different positions.

Der Gelenkmechanismus 10 ist besonders für Roboter geeignet, die zur Durcnführung verschiedener Herstel lunqs- und Bearbeitungsprozesse, wie Spritzfärben und Schweißen, gesteuert werden. Der Gelenkmechanismus l0 könnte ebenfalls für eine Einspannvorrichtung verwendet werden, mit der ein Bauteil während eines Zusammensetzungsprozesses in Stellung gebracht weder kann.The joint mechanism 10 is particularly suitable for robots that are used to Execution of various manufacturing and processing processes, such as spray dyeing and welding, can be controlled. The hinge mechanism l0 could also be used for a Jig used to hold a component during an assembly process placed in position neither can.

Die Drehbewegung der Antriebsrohre 32, 34 und 35 kern durch jedes zur Verfügung stehende Dreh-Antriebsaggregat, wie Elektromotoren, pneumatische odsr hydraulische Motoren, erzeugt werden. Bei Beda-f können die Antriebsrohre 32, 34 und 36 auch manuell betätigt werden. Es ist offensichtlich, daß die Drehung dieser Antriebsrohre nach einem gewünschten P1Ge durch Verwendung eines Computers mit einem geeigneten Steuerprogramm für die Drehung gesteuert werden kann. Ciese Vorrichtungen seien hier jedoch nur beispielsweise genannt, wobei es aufgrund der obigen Beschreibung offensichtlich ist, daß der Gelenkmechanismus 10 im Rahmen vieler Ausführungsbeispiele verwendet werden kann, wo eine Einstellvorrichtung notwendig ist.The rotational movement of the drive tubes 32, 34 and 35 core through each available rotary drive unit, such as electric motors, pneumatic etc. hydraulic motors. In Beda-f, the drive tubes 32, 34 and 36 can also be operated manually. It is obvious that the rotation of this Drive tubes to a desired P1Ge by using a computer with a suitable control program for the rotation can be controlled. These devices are only mentioned here as an example, based on the above description It is obvious that the hinge mechanism 10 in the context of many exemplary embodiments can be used where an adjustment device is necessary.

Die oben beschriebene Konstruktion des Gelenkmechanismus' 1G gestattet einen größeren Krümmungsradius :er, der, der durch die bekannten Gelenkmechanismen bereitgestellt wird, und erleichtert ebenfalls die Programmierung eine Robotersteuerung, die die Drehung der Eingangs-Antriebswellen steuert. Weiterhin gestattet die Konstruktion die Verwendung größerer Üetrieberäder, ohne dabei die Größe des Gelenks oder den störungsfreien Durchgang zu beeinträchtigen. Die größeren Getrieberäder ermöglichen ihrerseits die Führung einer größeren f1utzlast am freien Ende eines Gelenkmechanismus ' einer gegebenen volumetrischen Größe.The above-described construction of the link mechanism 1G permits a larger radius of curvature: he, that, that by the known joint mechanisms is provided, and also facilitates the programming a robot controller that controls the rotation of the input drive shafts. Farther the design allows the use of larger gears without sacrificing the Size of the joint or the interference-free passage. The bigger ones Gear wheels, for their part, enable a larger payload to be carried outdoors End of a hinge mechanism of a given volumetric size.

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Claims (7)

Patentansprüche 1. Mechanischer Gelenkmechanismus zur Lageeinstellung eines Lierkzeugs, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h drei unabhängige Drehachsen (30, 63, 65), wobei ein erstes Paar (30, 63) disser Achsen einen ersten Schnittpunkt (6G) u und ein zweites Paar (63, 65) dieser Achsen einen zweiten Schnittpunkt (71) aufweist, der gegenüber dem ersten Schnittpunkt (69) versetzt angeordnet ist, erste und zweite Gehäuseteile (18, 20), die um eine zugehörige erste (30) bzw. zweite (63) der Drehachsen gelagert sind, wobei das erste Gehäusetei (18) eine Oberfläche zur Armbefestigung aufweist, ein drehbar um die dritte Drehachse (63) gelagertes Werkzeugtragteil (22) mit einer Oberfläche (23) zur Werkzeugbefestigung, eine Getriebeeinrichtung zur Erzeugung einer unabhängigen Drehung des Werkzeugtragteils (22) und des zweiten Gehäuseteils (20) um ihre zugehörigen Achsen zur wahlweisen Einstellung der Lage der Oberfläche (2 zur Werkzeugbefestigung innerhalb einer Arbeitssphäre und eine durchlaufend störungsfreie uurchgangsvorrichtung (84) zwischen der Cerfläche zur Armbefestigung und der Oberfläche '23i zur Werkzeugbefestigung mit Hohlräumen in dem ersten und zweiten Gehäuseteil (18, 20) und dem Werkzeugtragteil (22) zur umschließenden aufnahme von das Werkzeug (16) betreffenden Vorrichtungen. Claims 1. Mechanical joint mechanism for position adjustment a Lierkzeug, g e k e n n n z e i c h -n e t d u r c h three independent axes of rotation (30, 63, 65), with a first pair (30, 63) of these axes having a first point of intersection (6G) u and a second pair (63, 65) of these axes have a second intersection point (71) which is offset from the first intersection point (69), the first and second housing parts (18, 20) around an associated first (30) and second, respectively (63) of the axes of rotation are mounted, the first housing part (18) having a surface has for arm attachment, a rotatably mounted about the third axis of rotation (63) Tool support part (22) with a surface (23) for tool attachment, a gear device for generating an independent rotation of the tool support part (22) and the second Housing part (20) about their associated axes for optional adjustment of the position the surface (2 for tool attachment within a working sphere and a continuously trouble-free passage device (84) between the cerium surface for Arm attachment and the '23i surface for tool attachment with cavities in the first and second housing parts (18, 20) and the tool support part (22) for enclosing recording of the tool (16) related devices. 2. Mechanischer Gelenkmechanismus nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsvorrichtung (84) Führungsmittel zur Festlegung wenigstens eines Bereichs der Hohlräume in dem ersten und zweiten Gehäuseteil (18, 20), die den ersten und zweiten Schnittpunkt (69, 71) einschließen, aufweist.2. Mechanical joint mechanism according to claim 1, characterized in that that the passage device (84) guide means for fixing at least one Area of the cavities in the first and second housing parts (18, 20), which the first and second intersection point (69, 71) include. 3. Mechanischer Gelenkmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel ein erstes und zweites Führungsteil (80, 86) aufweisen, die zur Drehung mit dem zugehörigen ersten bzw. zweiten Gehäuseteil (18, 20) angebracht sind.3. Mechanical joint mechanism according to claim 2, characterized in that that the guide means comprise a first and second guide part (80, 86) which mounted for rotation with the associated first or second housing part (18, 20) are. 4. Mechanischer Gelenkmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das erste Gehäuseteil (18) einen Befestigungsring (28) aufweist, an dem der Arm (12) eines Roboters (14) befestigbar ist.4. Mechanical joint mechanism according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h e k e n n nz e i c h n e t that the first housing part (18) has a fastening ring (28) to which the arm (12) of a robot (14) can be fastened. 5. Mechanischer Gelenkmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Weite eines jeden Hohlraums bei einem Punkt auf dessen dazugehöriger Achse längs der Durchgangsvorrichtung (84) größer ist als ein Drittel der entsprechenden Weite des Gelenkmechanismus' bei diesem Punkt.5. Mechanical joint mechanism according to one of claims 1 to 4, it is noted that the width of each cavity is at a point on its associated axis along the passage device (84) is greater than a third of the corresponding width of the joint mechanism 'in this Period. 6. Mechanischer Gelenkmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das erste Paar von Drehachsen (30, 63; einen festen Winkel bildet, der größer als 30° ist.6. Mechanical joint mechanism according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h e k e n n nz e i c h n e t that the first pair of axes of rotation (30, 63; forms a fixed angle greater than 30 °. 7. Mechan scher Gelenkmechanismus nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine dritte (65) der Drehachsen zu beiden Drehachsen (30, 63) des ersten Drehachsenpaares in ihrem Winkel veränderbar und mit einer ersten (30) der Drehachsen ausrichtbar ist, wobei ihr Schnittpunkt mit einer zweiten (63) der Drehachsen beibehalten wird.7. Mechan shear joint mechanism according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that a third (65) of the axes of rotation to both axes of rotation (30, 63) of the first pair of axes of rotation changeable in their angle and with a first (30) of the axes of rotation can be aligned, their point of intersection with a second (63) the axes of rotation is maintained.
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