WO2024094245A1

WO2024094245A1 - Articulated arm

Info

Publication number: WO2024094245A1
Application number: PCT/DE2023/100751
Authority: WO
Inventors: Peter Hartung
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2023-10-10
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2025-05-04
Also published as: DE102022129199A1; CN120051360A

Abstract

The invention relates to an articulated arm, with two hollow arm parts (1 ) which are connected to one another in an articulated manner by means of a swivelling drive (2), which has a gear rim (4) arranged in one hollow arm part (1 ) and a motor (7) arranged in the other hollow arm part (1), the pinion (9) of which meshes with the gear rim (4).

Description

Gelenkarm Articulated arm

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gelenkarm, insbesondere als Bauelement eines Roboters, wie sie beispielsweise in Lackierstraßen zum Einsatz kommen, um Kraftfahrzeuge zu lackieren. The present invention relates to an articulated arm, in particular as a component of a robot, such as those used in painting lines for painting motor vehicles.

Aus EP 1263535 A1 ist eine Lackierstraße zum Lackieren von Kraftfahrzeugen bekannt geworden. Gelenkarme von Robotern tragen an ihren freien Enden beispielsweise Spritzwerkzeuge, um die Fahrzeuge mit Farbe zu besprühen. Die Gelenkarme weisen wenigstens zwei Armteile auf, die mittels eines Schwenkgelenkes gelenkig miteinander verbunden sind. Die Armteile können in unterschiedliche Winkkellagen zueinander gefahren werden werden. Zu diesem Zweck sind Motore vorgesehen, unter deren Betätigung die Armteile zueinander verschwenkt werden. In solchen Lackierstrassen ist es zweckmäßig, die Gelenkarme beweglich und schlank zu gestalten. EP 1263535 A1 discloses a paint line for painting motor vehicles. Articulated arms of robots carry, for example, spraying tools at their free ends in order to spray the vehicles with paint. The articulated arms have at least two arm parts that are connected to one another by means of a swivel joint. The arm parts can be moved to different angular positions relative to one another. For this purpose, motors are provided which are used to swivel the arm parts relative to one another. In such paint lines, it is expedient to design the articulated arms to be flexible and slim.

Aufgabe der Erfindung war es, einen Gelenkarm anzugeben, der einfache und schlanke Strukturen ermöglicht. The object of the invention was to provide an articulated arm that enables simple and slim structures.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Gelenkarm gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. According to the invention, this object was achieved by the articulated arm according to claim 1. Useful further developments are specified in the dependent claims 2 to 8.

Der Gelenkarm ist mit wenigstens zwei Armteilen versehen, die mittels eines Schwenkantriebes gelenkig miteinander verbunden sind. Die Armteile sind vorzugsweise als längliche hohle Bauteile ausgeführt, die Bauteile aufnehmen, insbesondere Steuerelemente, Elektrokabel und auch Motore. The articulated arm is provided with at least two arm parts that are connected to one another in an articulated manner by means of a swivel drive. The arm parts are preferably designed as elongated hollow components that accommodate components, in particular control elements, electrical cables and also motors.

Der Schwenkantrieb kann eine einzige Schwenkebene aufweisen, die geneigt ist zu den Längsachsen der schwenkbeweglich miteinander verbundenen Armteile. In diesem Fall ist ein Motor in dem einen hohlen Armteil angeordnet, und ein Zahnkranz in dem anderen hohlen Armteil. Das Ritzel des Motors kämmt mit dem Zahnkranz. Unter Betätigung des Motors verdrehen die beiden Armteile zueienander um eine Schwenkachse, die senkrecht auf der Schwenkebene steht. Die Schwenkebene und die Ebene des Zahnkranzes sind parallel zueinander angeordnet. The swivel drive can have a single swivel plane that is inclined to the longitudinal axes of the arm parts that are connected to one another in a swivel-movable manner. In this case, a motor is arranged in one hollow arm part and a gear ring in the other hollow arm part. The pinion of the motor meshes with the gear ring. When the motor is activated, the two arm parts rotate relative to each other around a pivot axis that is perpendicular to the pivot plane. The pivot plane and the plane of the gear ring are arranged parallel to each other.

Vorzugsweise ist ein mittleres hohles Armteil des Gelenkarms vorgesehen, an dessen beiden Enden jeweils ein benachbartes hohles Armteil gelagert ist. Der Schwenkantrieb weist in diesem Fall zwei Schwenkebenen auf: eine Schwenkebene liegt zwischen dem einen benachbarten Armteil und dem mittleren Armteil. Die andere Schwenkebene liegt zwischen dem anderen benachbarten Armteil und dem mittleren Armteil. Die beiden Schwenkebenen sind geneigt zu Längsachsen der Armteile. Preferably, a central hollow arm part of the articulated arm is provided, at each of whose ends an adjacent hollow arm part is mounted. In this case, the swivel drive has two swivel planes: one swivel plane lies between the one adjacent arm part and the central arm part. The other swivel plane lies between the other adjacent arm part and the central arm part. The two swivel planes are inclined to the longitudinal axes of the arm parts.

In diesem Fall sind zwei Motore vorteilhaft: In this case, two engines are advantageous:

Die beiden Motore können in dem mittleren hohlen Armteil aufgenommen sein und die beiden Zahnkränze jeweils in einem der benachbarten Armteile. The two motors can be housed in the middle hollow arm part and the two gear rings each in one of the adjacent arm parts.

Die beiden Motore können jeweils in einem der benachbarten hohlen Armteile aufgenommen sein und die beiden Zahnkränze in dem mittleren Armteil. The two motors can each be housed in one of the adjacent hollow arm parts and the two gear rings in the middle arm part.

Ein Motor und ein Zahnkranz können in dem mittleren Armteil aufgenommen sein und der andere Motor in einem der benachbarten hohlen Armteile und der andere Zahnkranz in dem anderen benachbarten hohlen Armteil. One motor and one gear may be housed in the central arm portion and the other motor in one of the adjacent hollow arm portions and the other gear in the other adjacent hollow arm portion.

In jedem Fall kämmen die Ritzel der Motore mit den Zahnkränzen. Die Motore können als Getriebemotore ausgebildet sein. In jedem Fall kämmt das Ritzel des Motors oder des Getriebemotors mit dem zugehörigen Zahnkranz. In any case, the pinions of the motors mesh with the gear rings. The motors can be designed as gear motors. In any case, the pinion of the motor or gear motor meshes with the associated gear ring.

Auf diese Weise kann eine sehr gute Beweglichkeit der Armteile relativ zueinander eingerichtet werden, und die Verstellgeschwindigkeiten der beiden Armteile zueinander kann vergrößert werden. Wenn beispielsweise der Drehsinn der bewegten Armteile gegenläufig ist, können sich die Geschwindigkeiten der gegenläufig bewegten Armteile zumindest teilweise addieren. In einer sehr einfachen Bauweise können die Armteile rohrförmig ausgebildet sein, so dass schlanke und kostengünstige Gelenkarme bereitgestellt werden können, die sowohl die Motore als auch die Zahnkränze sowie elektrische Zuleitungen aufnehmen können. In dieser Anordnung kann ein zuverlässiger Schutz der aufgenommenen Bauteile vorunerwünschtem Eindringen von Fremdstoffen, wie zum Beispiel Farbnebel sichergestellt werden. In this way, the arm parts can be made very mobile relative to one another, and the adjustment speeds of the two arm parts relative to one another can be increased. For example, if the direction of rotation of the moving arm parts is opposite, the speeds of the arm parts moving in opposite directions can at least partially add up. In a very simple design, the arm parts can be tubular, so that slim and cost-effective articulated arms can be provided that can accommodate both the motors and the gear rings as well as electrical supply lines. In this arrangement, reliable protection of the accommodated components against unwanted penetration of foreign substances, such as paint mist, can be ensured.

Der Schwenkantrieb kann mittles gängiger Dichtungen gegen das Eindringen von Farbnebel oder anderer Fremdstoffe in die hohlen Armteile abgedichtet werden. The swivel drive can be sealed using standard seals to prevent paint mist or other foreign substances from entering the hollow arm parts.

Für eine sehr gute Beweglichkeit im Raum kann vorgesehen sein, dass beide Zahnkranzachsen der Zahnkränze unter einem Neigungswinkel geneigt zueinander in dem mittleren Armteil angeordnet sind, der größer als 90 Grad und der kleiner als 180 Grad beträgt. Unter diesem Neigungswinkel werden die beiden benachbarten Armteile jeweils an dem mittleren Armteil schwenkbeweglich zueinander gelagert. To ensure excellent mobility in space, both gear ring axes of the gear rings can be arranged in the middle arm section at an angle of inclination of greater than 90 degrees and less than 180 degrees. At this angle of inclination, the two adjacent arm sections are each mounted on the middle arm section so that they can pivot relative to one another.

Die beiden Schwenkebenen auf beiden Seiten des mittleren Armteiles sind parallel zu den Ebenen, in denen die zugehörigen Zahnkränze liegen. Ein Verschwenken eines oder beider benachbarten Armteile relativ zu dem mittleren Armteil verändert eine Winkellage der beiden benachbarten Armteile zueinander. The two pivot planes on both sides of the middle arm part are parallel to the planes in which the corresponding gear rings are located. Pivoting one or both adjacent arm parts relative to the middle arm part changes the angular position of the two adjacent arm parts relative to each other.

Vorzugsweise sind einander benachbart angeordnete Armteile mittels eines Schwenklagers drehbeweglich aneinander gelagert dessen Schwenkachse und eine Achse des Zahnkranzes zusammenfallen. Diese Achsen stehen senkrecht auf den genannten Schwenkebenen. Das Schwenklager kann als Gleitlager oder auch als Wälzlager ausgeführt. Das Schwenklager überträgt zwischen den miteinander gelagerten Armtei- len wirkende Kräfte und Momente. Preferably, arm parts arranged adjacent to one another are mounted to one another in a rotationally movable manner by means of a pivot bearing whose pivot axis and an axis of the gear ring coincide. These axes are perpendicular to the pivot planes mentioned. The pivot bearing can be designed as a plain bearing or as a roller bearing. The pivot bearing transmits forces and moments acting between the arm parts mounted together.

Vorzugsweise ist der Zahnkranz als Hohlrad mit Innenverzahnung ausgeführt, mit dem das Ritzel des Motors oder des Getriebemotors kämmt. Das rohrförmige Armteil weist vorzugsweise am Innenumfang hohlzylindrische Lagersitze zur Aufnahme der zylindrischen Hohlräder auf. Diese Lagersitze können abgestuft sein, so dass Schultern entstehen mit axialen und radialen Lagerflächen zur Abstützung der Hohlräder. Die Hohlräder können mit ihren zylindrischen Mantelflächen in die hohlzylindrischen Lagersitze eingefügt sein, wobei Stirnflächen der Hohlräder an den axialen Lagerflächen der abgestuften Lagersitze anliegen. Preferably, the gear ring is designed as a ring gear with internal teeth, with which the pinion of the motor or gear motor meshes. The tubular arm part preferably has hollow cylindrical bearing seats on the inner circumference to accommodate the cylindrical ring gears. These bearing seats can be stepped so that shoulders are formed with axial and radial bearing surfaces to support the ring gears. The ring gears can be inserted with their cylindrical outer surfaces into the hollow cylindrical bearing seats, with the end faces of the ring gears resting on the axial bearing surfaces of the stepped bearing seats.

Der erfindungsgemäße Gelenkarm ist besonders geeignet für Roboter, die mit Hilfe derartiger Gelenkarme Arbeiten im Raum verrichten können. Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Anwendung ist ein Roboter einer Lackierstrasse, der mit diesen Gelenkarmen ausgerüstet ist. Durch den Einbau des kompletten Schwenkantriebs in die hohlen Armteile ist ein sehr beweglicher und schlanker Gelenkarm bereitgestellt, dessen Antrieb und elektrische Verbindungen geschützt sind vor Farbnebel, der während der Tätigkeit dieser Roboter erzeugt wird. The articulated arm according to the invention is particularly suitable for robots that can carry out work in space with the help of such articulated arms. An advantageous application according to the invention is a robot in a painting line that is equipped with these articulated arms. By installing the complete swivel drive in the hollow arm parts, a very mobile and slim articulated arm is provided, the drive and electrical connections of which are protected from paint mist that is generated during the activity of these robots.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren abgebildeten Ausfüh- rungsbeipieles näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in two figures. They show:

Figur 1 schematisch einen Lackierroboter mit Gelenkarmen und Figur 2 einen Ausschnitt eines Gelenkarm gemäß der Erfindung.1 . Figure 1 shows schematically a painting robot with articulated arms and Figure 2 shows a section of an articulated arm according to the invention.1 .

Figur 1 zeigt im Schnitt einen Lackierroboter mit Gelenkarmen. Jeder Gelenkarm weist zwei Armteile 1 auf, die mittels eines Schwenkantriebes 2 gelenkig miteinander verbunden sind. Das freie Ende des Gelenkarms trägt beispielsweise Spritzwerkzeuge zum Besprühen einer Karosserie eines Fahrzeugs mit Farbe. Der Schwenkantrieb 2 ist hier lediglich angedeutet und wird anhand einer Ausschnittvergrößerung in Figur 2 näher erläutert. Figure 1 shows a cross-section of a painting robot with articulated arms. Each articulated arm has two arm parts 1 that are connected to one another by means of a swivel drive 2. The free end of the articulated arm carries, for example, spray tools for spraying a vehicle body with paint. The swivel drive 2 is only indicated here and is explained in more detail using an enlarged detail in Figure 2.

Ein hohles mittleres Armteil 3 ist an seinen voneinander abgewandten Enden abgeschrägt. Die abgeschrägten Enden bilden Schwenkebenen, die geneigt zueinander angeordnet sind. An beiden Enden trägt das mittlere Armteil 3 jeweils einen Zahnkranz 4, der als Hohlrad 5 mit Innenverzahnung 6 ausgebildet ist. Die Zahnkränze 4 liegen in zwei geneigt zueinander angeordneten Hohlradebenen, die parallel zu den abgeschrägten Enden sind. A hollow middle arm part 3 is bevelled at its opposite ends. The bevelled ends form pivot planes that are arranged at an angle to each other. At both ends, the middle arm part 3 carries a gear ring 4, which is designed as a ring gear 5 with internal teeth 6. The gear rings 4 are located in two inclined ring gear planes that are parallel to the beveled ends.

Beide hohlen Armteile 1 tragen an ihren dem mittleren Armteil 3 zugewandten abgeschrägten Enden je einen Motor 7, der am Innenumfang des jeweiligen hohlen Armteils 1 befestigt ist. Eine Motorwelle 8 trägt ein Ritzel 9, das mit dem benachbarten Hohlrad 5 kämmt. Both hollow arm parts 1 each carry a motor 7 at their beveled ends facing the middle arm part 3, which is fastened to the inner circumference of the respective hollow arm part 1. A motor shaft 8 carries a pinion 9 which meshes with the adjacent ring gear 5.

Zwischen den abgeschrägten Enden des mittleren Armteiles 3 und den beiden benachbarten Armteilen 1 ist jeweils ein Schwenklager 10 eingebaut, das Relativdrehungen zwischen dem mittleren Armteil 3 und beiden angeschlossenen benachbarten Armteilen 1 ermöglicht um eine Schwenkachse, die senkrecht zu der Ebene des Schwenklagers 10 ist. Die Ebene des Schwenklagers 10 ist parallel zu den Hohlradebenen der Hohlräder 5. Between the beveled ends of the middle arm part 3 and the two adjacent arm parts 1, a pivot bearing 10 is installed, which enables relative rotations between the middle arm part 3 and the two connected adjacent arm parts 1 about a pivot axis that is perpendicular to the plane of the pivot bearing 10. The plane of the pivot bearing 10 is parallel to the ring gear planes of the ring gears 5.

Die Motore 7 und die Hohlräder 5 sind einschließlich der erforderlichen nicht abgebildeten elektrischen Verkabelung innerhalb des hohlen Schwenkgelenks 2 und der hohlen Armteile geschützt angeordnet. The motors 7 and the ring gears 5, including the necessary electrical wiring (not shown), are arranged in a protected manner within the hollow pivot joint 2 and the hollow arm parts.

Hohlradachsen der Hohlräder 5 sind unter einem Neigungswinkel geneigt zueinander angeordnet , der größer als 90 Grad und der kleiner als 180 Grad beträgt. Die Hohlradachsen sind senkrecht zu den Zahnkranzebenen und senkrecht zu der Ebene des jeweiligen Schwenklagers 10 angeordnet. Die Hohlradachsen und die Schwenklagerachsen fallen zusammen. Ring gear axes of the ring gears 5 are arranged at an inclination angle to one another that is greater than 90 degrees and less than 180 degrees. The ring gear axes are arranged perpendicular to the gear rim planes and perpendicular to the plane of the respective pivot bearing 10. The ring gear axes and the pivot bearing axes coincide.

Bezugszeichen 1 Armteil Reference number 1 armrest

2 Schwenkantrieb2 swivel drive

3 mittleres Armteil3 middle arm part

4 Zahnkranz 4 sprocket

5 Hohlrad 6 Innenverzahnung5 Ring gear 6 Internal gearing

7 Motor 7 Engine

8 Motorwelle 8 Motor shaft

9 Ritzel 9 pinions

10 Schwenklager 10 swivel bearings

Claims

Patent claims

1. Articulated arm, with two hollow arm parts (1) which are articulated to one another by means of a pivot drive (2) which has a gear ring (4) arranged in one hollow arm part (1) and a motor (7) arranged in the other hollow arm part (1), the pinion (9) of which meshes with the gear ring (4).

2. Articulated arm according to claim 1, whose pivot drive (2) has a central hollow arm part (3), at each of whose two ends an adjacent arm part (1) is pivotally mounted.

3. Articulated arm according to claim 2, whose central hollow arm part (3) carries at its two mutually opposite ends a toothed ring (4) with which a pinion (9) of two motors (7) meshes which are accommodated in the two adjacent hollow arm parts (1).

4. Articulated arm according to claim 1 or 2, whose central hollow arm part (3) accommodates two motors (7), and in whose adjacent arm parts (1) a gear ring (4) is fastened, wherein pinions (9) of the motors (7) each mesh with one of the gear rings (4).

5. Articulated arm according to claims 3 or 4, wherein the two gear ring axes of the gear rings (4) are arranged inclined to one another at an angle of inclination which is greater than 90 degrees and less than 180 degrees.

6. Articulated arm according to one of claims 3 or 4, whose gear ring (4) is designed as a ring gear (5) with internal teeth (6).

7. Articulated arm according to one of claims 1 to 4, whose arm parts (1, 3) are mounted on one another in a rotatable manner by means of pivot bearings (10), whose pivot axis and an axis of the gear ring coincide.