CH660997A5

CH660997A5 - Einrichtung an einem roboter mit einem mehrgelenkigen roboterarm.

Info

Publication number: CH660997A5
Application number: CH3145/83A
Authority: CH
Inventors: Ole Molaug
Original assignee: Graco Robotics Inc
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1987-06-30
Also published as: JPS5859778A; DK336382A; NO148986B; WO1983001222A1; IT1152692B; US4531885A; FR2513926B1; SE8205499D0; MX156892A; JPS6146275B2; DE3227508A1; BR8207889A; SE8205499L; IT8223617A0; DK153128C; FR2513926A1; NO148986C; AU9058682A; FI73616B; GB2107279A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Bewegungsmuster solcher Roboter wird programmiert, indem eine Person den Roboterarm erfasst und ihn in dem gewünschten Bewegungsmuster führt. Der Roboterarm kann dann diese Bewegung automatisch nachvollziehen.

Ein grosser Nachteil der bekannten Roboter dieser Art besteht darin, dass es schwierig ist, den Roboterarm von Hand mit der erforderlichen Präzision beim Programmieren zu führen. Dies ist zum Teil eine Folge der verhältnismässig schweren Ausführung des Armes, da hydraulische Servo-Zylindereinheiten für die Bewegung des Roboterarmes in den verschiedenen Armabschnitten vorgesehen sind und zum Teil eine Folge der verhältnismässig grossen Reibung zwischen den Kolbenstangen und der zugehörigen Kolbendichtungspackung in diesen hydraulischen Servo-Zylindereinheiten.

Es wurde bereits versucht, die erwähnten Nachteile zu beseitigen, indem ein separater passiver Programmierarm mit geringerer Masse und Reibung vorgesehen wird. Da die Bewegungen dieses Programmierarmes in einer sogenannten Diskette oder einem anderen magnetischen Speichermaterial gespeichert wird, kann der Roboterarm die gleichen Bewegungen ausführen, wenn er durch die gleiche Diskette gesteuert wird.

Ein separater Programmierarm führt jedoch zu einem teureren Roboter, und es ist nachteilig, dass der programmierarm die gleiche Anordnung des Werkzeuges erfordert, wie beim Roboterarm, so dass bei der praktischen Ausführung Schwierigkeiten entstehen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Roboter der genannten Art besteht darin, dass die Zerlegung des Positionsmesssystems in die verschiedenen Servo-Systeme, die die Schwenk- bzw. Drehbewegungen des Roboters steuern,

nicht proportional auf den Arbeitsbereich des Roboterarmes übertragen werden kann, da die linearen Bewegungen der hydraulischen Servo-Zylindereinheit in Dreh- bzw. Schwenkbewegungen umgesetzt werden müssen, so dass sich eine weniger genaue Wiederholung des programmierten Bewegungsmusters ergibt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Roboter dieser Art besteht darin, dass die Verbindungen zwischen dem vorderen Abschnitt des Roboterarmes und den Kolbenstangen der hydraulischen Servo-Zylindereinheiten, die den vorderen Abschnitt relativ zum rückwärtigen Abschnitt des Armes bewegen, aus Kugelgelenkverbindungen bestehen, die teuer und schwer herzustellen sind, um eine ausreichende Genauigkeit zu erhalten, während gleichzeitig der Bewegungsbereich der Kugelgelenkverbindung begrenzt ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Roboter dieser Art besteht in den weniger wirksamen Mitteln, um zu verhindern, dass die erwähnten Kolbenstangen bei der Verstellung relativ zueinander verdrehen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Roboter besteht darin, dass durch die Anordnung der hydraulischen Servo-Zylindereinheiten im Roboterarm Öltropfen des hydraulischen Systems zu unerwünschten Wirkungen führen können, z.B. wenn der Roboter auf Nahrungsmittel einwirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und somit einen Roboter zu finden, der keinen separaten Programmierarm hat

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und dessen Roboterarm sich leicht mit der erforderlichen Präzision beim Programmieren entsprechend dem Bewegungsmuster von Hand führen lässt. Weiterhin soll der Roboter über den gesamten Bewegungsbereich die gleiche Zerlegung im Positionsmesssystem aufweisen, so dass die programmierten Bewegungen mit sehr hoher Präzision wiederholt werden können.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt aufgrund der Merkmale des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Roboters mit einer erfindungsgemässen Einrichtung,

Figur 2 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung mit der mechanischen Anordnung für die Übertragung der Bewegungen von einem hydraulischen Servo-Zylinder, der fest in der Basis des Roboters angebracht ist und mit einer im Arm des Roboters verlaufenden längsbeweglichen Strebe verbunden ist, die für die Steuerung der Bewegungen des Betätigungsarmes in dem vorderen Armabschnitt beiträgt,

Figur 3 den vorderen Teil des Betätigungsarmes mit einer Einrichtung gemäss der Erfindung in teilweise geschnittener Darstellung,

Figur 4 den gleichen Teil des Betätigungsarmes nach Figur 3 in Aufsicht,

Figur 5 schematisch und teilweise im Schnitt einen der hydraulischen Servo-Zylindereinheiten der Roboterbetätigung mit den zugehörigen Anordnungen bis hinauf zu dem drehbaren Schaft, der durch den Servo-Zylinder betätigt wird und

Figur 6 eine graphische Darstellung der Bewegungsübertragung vom hydraulischen Servo-Zylinder zu dem in Figur 5 gezeigten drehbaren Schaft.

In der Figur 1 ist durch die Ziffer 1 das Fundament des Roboters bezeichnet, das durch einen ersten hydraulischen Servo-Zylinder 3 um eine Fussplatte 2 drehbar ist, indem der in dem Fundament angeordnete Servo-Zylinder 3 über eine erste Stange 4 auf einen ersten Kurbelarm 5 wirkt, der mit der feststehenden Achse 6 des Fundamentes 1 fest verbunden ist. Das eine Ende des rückwärtigen Abschnittes 7 des Roboterarmes ist drehbar an dem Fundament 1 befestigt, während das andere Ende des rückwärtigen Abschnittes des Roboterarmes drehbar an einem Ende eines Zwischenabschnittes 8 vorgesehen ist, dessen anderes Ende über ein Gelenk 9 (vgl. Fig. 3) am vorderen Abschnitt 10 des Roboterarmes befestigt ist. Der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8, 10 trägt einen drehbaren Werkzeughalter 11.

Der rückwärtige Abschnitt 7 des Roboterarmes 7, 8, 10 kann relativ zu dem Fundament durch einen in diesem angeordneten zweiten hydraulischen Servo-Zylinder verstellt werden, indem der Servo-Zylinder 12 über eine zweite Stange 13 auf einen zweiten Kurbelarm 14 wirkt, der am Schwenkschaft 15 des rückwärtigen Abschnittes 7 befestigt ist.

Der Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 kann relativ zu dem rückwärtigen Abschnitt 7 durch einen dritten hydraulischen Servo-Zylinder 16 gedreht werden, der sich in dem Fundament 1 befindet, indem der Servo-Zylinder 16 über eine dritte Stange 17 auf einen dritten Kurbelarm 18 über einen Fortsatz 19 wirkt, der an diesem befestigt ist, während der dritte Kurbelarm 18 drehbar mit einem Ende einer parallelen Stütze 20 verbunden ist, deren anderes Ende schwenkbar mit dem Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 verbunden ist.

Durch drei gleichartige Antriebsübertragungen von drei hydraulischen Servo-Zylindern, die in dem Fundament 1 angeordnet sind, lässt sich der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8,10 um einen bestimmten Winkel in allen möglichen Richtungen in bezug auf den Zwischenabschnitt 8 drehen, und der Werkzeughalter 11 lässt sich um seine Längsachse drehen.

Zur Vereinfachung wurde nur einer der drei genannten gleichartigen Antriebsübertragungen mit dem zugehörigen hydraulischen Servo-Zylinder in der Zeichnung dargestellt. Dieser hydraulische Servo-Zylinder hat die Bezugsziffer 21 und wird im folgenden als vierter hydraulischer Servo-Zylinder bezeichnet.

Bewegungen des vorderen Abschnittes 10 erfolgen durch zwei in ihrer Längsrichtung verstellbaren Steuerstangen, die in dem Zwischenabschnitt des Roboterarms 7, 8,10 angeordnet sind, von denen zur Vereinfachung der Darstellung in Figur 1 nur eine gezeigt ist, die die Bezugsziffer 22 hat. Die andere der beiden Steuerstangen ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt und hat die Bezugsziffer 23.

Die Drehung des Werkzeughalters 11 um seine Längsachse erfolgt durch die Einwirkung einer längsverschiebbaren Steuerstange mittels einer Einrichtung, die nach dem bekannten Prinzip eines Pumpenrades wirkt. Die letztgenannte Steuerstange 24 (Fig. 3 und 4) ist ebenfalls im Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 angeordnet, jedoch in Figur 1 zur Vereinfachung der Darstellung nicht mitgezeigt.

Die längsverstellbare Steuerstange 22 kann mittels eines vierten hydraulischen Servo-Zylinders 21 und einer Antriebsübertragung verstellt werden, die im folgenden näher beschrieben wird.

Für die Kolbenstange des Servo-Zylinders 21 ist über eine im folgenden noch beschriebene Führung schwenkbar mit einem Ende einer vierten Stange 25 verbunden, deren anderes Ende schwenkbar mit einem Fortsatz 26 einer Kabelbefestigungsrolle 27 verbunden ist, die im Fundament 1 schwenkbar gehalten ist und ebenfalls als Kurbelarm wirkt. An der Kabelbefestigungsrolle 27 ist ein erstes Kabel 28 befestigt, das um den vorderen Teil der Rolle 27 verläuft und das über die Rückseite eines Fundaments 1 gelagerten ersten drehbaren Kabelführungsrolle 29 und über eine im rückseitigen Abschnitt 7 des Roboterarmes 7, 8,10 gelagerten zweiten drehbaren Drahtführungsrolle 30 und durch dessen schwenkbarer Verbindung mit dem Zwischenabschnitt 8 zurückgeführt ist und mit dem rückseitigen Ende einer Schiene 31 verbunden ist. Mit ihrem vorderen Ende ist die Schiene schwenkbar mit einem Schwenkarm 32 verbunden, der an dem Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 gelagert ist. Das rückseitige Ende der längsverstellbaren Steuerstange 22 ist ebenfalls schwenkbar mit dem Schwenkarm 32 verbunden.

An der Kabelbefestigungsrolle 27 sind ein zweites und drittes Kabel 33 und 34 befestigt, die um die Rückseite der Rolle 27 geführt sind, d.h. über die dem Kabel 28 gegenüberliegende Seite und die über die Vorderseite einer dritten Kabelführungsrolle 35, die in dem Fundament 1 gelagert ist und über eine zweite Kabelführungsrolle 30 vorwärts geführt und mit dem vorderen Ende der Schiene 31 verbunden sind. Somit haben die Kabel 33 und 34 über ihren gesamten Weg einen parallelen Verlauf. Das erste Kael 28 hat über seinen gesamten Weg einen Verlauf, der in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Drehachse der Kabelbefestigungsrolle 27 und den Kabelführungsrollen 29, 30, 35, und zwischen den parallel verlaufenden Kabeln 33 und 34 sich erstreckt. Da das erste Kabel 28 zwischen den zweiten und dritten Kabeln 33 und 34 an der Oberseite der zweiten Kabelführungsrolle 30 überläuft, ist die Kabelspannung an der Schiene 31 nicht schräg gerichtet. Für die Befestigung der Kabel 28, 33 und 34 ist die Schiene 31 mit nicht dargestellten Endbefestigungen für die Kabel versehen.

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Die zuvor beschriebene Antriebsübertragung vom vierten hydraulischen Servo-Zylinder 21 im Fundament 1 zu der längsverstellbaren Steuerstange 22 im Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7,8,10 ist derart ausgeführt, dass der rückseitige Abschnitt 7 des Roboterarmes im Verhältnis zum Fundament 1 gedreht werden kann, und der Zwischenabschnitt 8 kann im Verhältnis zum rückseitigen Abschnitt 7 gedreht werden, ohne dass auf die Kabel 28, 33 und 34 eingewirkt wird, so dass die Steuerstange 22 im Zwischenabschnitt 8 in der Längsrichtung verstellt wird. Diese wird aufgrund der Erfindung so erreicht, dass die erste und dritte Kabelführungsrolle 29, 35 im Fundament 1 mit dem gleichen oder im wesentlichen dem gleichen Abstand von der Lagerung der zugehörigen Kabelsicherungsrolle 27 in dem Fundament 1 montiert sind und dass der rückseitige Abschnitt 7 in dem Fundament 1 gehalten ist, so dass die Drehachse des rückseitigen Abschnittes 7 vorzugsweise in der Nähe der gemeinsamen Zentrumslinie der ersten und dritten Kabelführungsrolle 29, 35 liegt, z.B. um 1/36-tel des Durchmessers der Kabelführungsrollen 29, 35 und dass die Drehachse des rückseitigen Abschnittes 7 gleich entfernt liegt von der Drehachse der ersten und dritten Führungsrollen 29,35 während gleichzeitig der Durchmesser der ersten und dritten Kabel-führungsrollen 29, 35 so gewählt ist, dass so viel Kabel 28, 33, 34 jeweils auf den Kabelführungsrollen 29, 35 aufgewik-kelt wird, dass infolge der Bewegung des rückseitigen Abschnittes 7 der Zentrumsabstand zwischen den Kabelführungsrollen 29, 35 und der zweiten Kabelführungsrolle 30 gekürzt wird, dass die Kabelspannung konstant gehalten wird und dass so viel Kabel 33, 34 oder 28 jeweils von den Kabelführungsrollen 35 oder 29 abgewickelt wird, dass der Zentrumsabstand zwischen den Kabelführungsrollen 30 als Folge der Bewegung des rückseitigen Abschnittes 7 verlängert wird, dass die Kabelspannung konstant gehalten wird, wobei all dies bedeutet, dass die zweite Kabelführungsrolle 30 nicht gedreht wird und dass die Schiene 31 nicht infolge der Bewegungen des rückseitigen Abschnittes 7 relativ zum Fundament 1 in Längsrichtung verstellt wird. Die zweite Kabelführungsrolle 30 ist weiter im rückwärtigen Abschnitt 7 um einen Abstand von der Drehachse zwischen dem rückwärtigen Abschnitt 7 und dem Zwischenabschnitt 8 angebracht, der gleich ist oder im wesentlichen gleich mit dem Radius der zweiten Kabelführungsrolle 30, und an einem Punkt auf der geraden Verbindungslinie zwischen dieser Drehachse und der Drehachse des rückwärtigen Abschnittes 7 in dem Fundament 1, wobei gleichzeitig der Durchmesser der zweiten Kabelführungsrolle 30 so gewählt ist, und die Drehachse des Kurbelarmes 32 in bezug auf die Drehachse zwischen dem rückwärtigen Abschnitt 7 und dem Zwischenabschnitt 8 so gewählt ist, dass bei Bewegung des Zwischenabschnittes 8 relativ zu dem rückwärtigen Abschnitt 7 so viel Kabel 28,33, 34 jeweils auf- und abgewunden wird im Verhältnis zu der zweiten Kabelführungsrolle 30, dass die Kabelspannung konstant gehalten wird, wenn der Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Kabelführungsrolle 30 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Kurbelarm 32 und der Schiene 31 geändert wird infolge einer Bewegung des Zwischenabschnittes 8 relativ zu dem rückwärtigen Abschnitt 7, was bedeutet, dass die Schiene 31 nicht in Längsrichtung bewegt wird infolge der Bewegung des Zwischenabschnittes 8 relativ zu dem rückwärtigen Abschnitt 7 des Roboterarmes.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als Durchmesser der ersten und dritten Kabelführungsrolle 29,30 4/5-tel des Durchmessers der zweiten Kabelführungsrolle 30 zu wählen und als Abstand zwischen den Drehachsen des rückwärtigen Abschnittes 7 in dem Fundament 1 und der Drehachse der zweiten Kabelführungsrolle 30 mindestens fünfmal den

Durchmesser der zweiten Kabelführungsrolle 30. Die Kabelbefestigungsrolle 27 muss so gross sein, dass die Kabel 28, 33 und 34 niemals Kontakt mit der ersten und dritten Kabelführungsrolle 29 und 35 verlieren, wenn der rückwärtige Abschnitt 7 des Roboterarmes 7, 8, 10 in einem gewünschten Bewegungsbereich relativ zu dem Fundament 1 bewegt wird.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 näher beschrieben, wie der vordere Abschnitt 10 des Roboter-armes 7, 8, 10 und sein Werkzeughalter 11 verbunden sind und bewegt werden durch die drei längsverstellbaren Steuerstangen 22, 23, 24, die im Zwischenabschnitt 8 des Roboter-armes 7, 8, 10 vorgesehen sind.

Der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8, 10 ist dafür ausgerüstet, sich relativ zu dem Zwischenabschnitt 8 um die Achsen A — A und B — B der Figuren 3 und 4 mittels einer Gelenkverbindung 9 gegenüber dem Zwischenabschnitt 8 zu drehen, die am Ende einer Spindel 36 angeordnet ist, die drehbar im Zwischenabschnitt 8 angeordnet ist. Der vordere Abschnitt 10 ist als Teil der Gelenkverbindung

9 ausgeführt.

Der Werkzeughalter 11 ist mit der drehbaren Spindel 36 über die Gelenkverbindung 9 verbunden. Am freien Ende der Spindel 36 ist eine Schraube 37 angeschraubt, deren freies Ende in einer Verbindungshülse 38 eingeschlossen ist, die am freien Ende der längsverstellbaren Steuerstange 24 befestigt ist. Wenn die Steuerstange 24 und damit die Verbindungshülse 38 in Längsrichtung verschoben wird, indem der zugehörige hydraulische Servo-Zylinder in dem Fundament 1 in Tätigkeit tritt, so wird die Schraube 37 nach dem gleichen Prinzip gedreht wie die Spindel eines Pumpenlaufrades, so dass der Werkzeughalter 11 sich entsprechend dreht. Hiefür greifen in die Gewindegänge der Schraube 37 in der Verbindungshülse 38 angeordnete Kugeln ein, wie in Figur 3 angedeutet ist.

Der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8, 10 trägt ein Lagergehäuse 39, das quer angeordnet ist und in dem das Lager 40 drehbar gehalten ist. Das Lager 40 kann sich nicht in Längsrichtung des Lagergehäuses 39 verstellen. Die freien Enden der längsverstell baren Steuerstangen 22 und 23 sind schwenkbar montiert, jedes an einem der Enden des Lagers 40.

Zwei Schwenkverbindungen zwischen dem Lager 40 und den Führungsstangen 22 und 23 bilden zwei von drei Punkten einer Dreipunkteverbindung zwischen dem vorderen Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8, 10 und dem hinten gelegenen Zwischenabschnitt 8. Der dritte Punkt der Dreipunkteverbindung besteht aus der Gelenkverbindung 9.

Wenn der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8,

10 im Verhältnis zu dem Zwischenabschnitt 8 des dahinter gelegenen Roboterarmes um die Achse B — B zu drehen ist, so werden die Steuerstangen 22 und 23 auf gleiche Weise bewegt. Wenn der vordere Abschnitt 10 des Roboterarmes 7, 8,10 relativ zu dem dahinter gelegenen Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes um die Achse A — A zu drehen ist, so werden die Steuerstangen 22 und 23 relativ zueinander bewegt. Es versteht sich, dass der vordere Abschnitt 10 des Roboter-armes 7, 8, 10 bis zu einem bestimmten Winkel in allen möglichen Richtungen in Beziehung zu dem Zwischenabschnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 durch verschiedene Verstellbewegungen der Steuerstangen 22 und 23 eingestellt werden kann.

Um zu verhindern, dass die Steuerstangen 22 und 23 sich bei ihrer Verstellung verdrehen, ist in der Nähe ihrer Verbindungen mit dem Lager 40 ein Querstück 41 vorgesehen, von dem ein Ende schwenkbar mit der Steuerstange 22 und das andere Ende schwenkbar mit der Steuerstange 23 verbunden ist. Das Querstück 41 hat in seiner Mitte eine in Längsrichtung mit der Steuerstangen 22, 23 verlaufende Nut 42. Das freie Ende eines Bolzens 43, der starr mit dem Zwischenab5

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schnitt 8 des Roboterarmes 7, 8,10 verbunden ist, wird verschiebbar in dieser Nut 42 aufgenommen. Der- Bolzen 43 ist so angeordnet, dass eine Fortsetzung seiner Mittellinie 44 durch die Achse 45 der Spindel 36 verläuft.

Wie im Vorangehenden beschrieben worden ist, sind alle hydraulischen Servo-Zylinder des Roboters in dem Fundament 1 des Roboters angeordnet und die linearen Bewegungen aller Servo-Zylinder werden durch eine Kurbel in Drehbewegungen umgesetzt. Um eine zufriedenstellende Funktion des Servo-Systems des Roboters zu erreichen, ist es wichtig, dass sein Positionsmesssystem eng mit den hydraulischen Servo-Zylindern verbunden ist und dass der Servo-Mechanismus über den gesamten Bewegungsbereich des Werkzeughalters 11 die gleiche Auflösungsgenauigkeit seines Positionsmesssystems aufweist. Dies wird vorteilhaft erreicht, indem alle Servo-Systeme des Roboters eine Einrichtung aufweisen, die im folgenden mit Bezug auf die Figuren 5 und 6 näher erläutert wird. In Figur 5 ist mit der Ziffer 46 einer der hydraulischen Servo-Zylinder des Roboters bezeichnet. Der Servo-Zylinder 46 ist starr an dem Fundament 1 befestigt, das in Figur 5 nicht dargestellt ist. Die Kolbenstange 47 des Servo-Zylinders 46 ist starr mit dem Kolben 48 des Servo-Zylinders 46 verbunden, und der Kolben ist mit Dichtnuten 46 (Druckverteilungsnuten) versehen. Am anderen Ende ist die Kolbenstange 47 starr mit einer Führung 50 verbunden, die mit einer Rollreibungseinrichtung 51 in fest stehenden Führungen 52 gleitet. An der Führung 50 ist ein Ende einer Stange 53 schwenkbar befestigt, deren anderes Ende schwenkbar mit dem Ende eines Kurbelarmes 54 verbunden ist, der starr mit einer in dem Fundament 1 des Roboters gelagerten Welle 55 verbunden ist. Das in der Zeichnung nicht dargestellte Messsystem des Servo-Zylinders 46 ist durch einen Stahldraht 56 mit einem Fortsatz 57 an der Führung 50 verbunden.

Da die Länge a des Kurbelarmes 54 und die Länge b der Stange 53 und der Abstand c zwischen der Drehachse der Welle 55 und der Mittellinie der Kolbenstange 47 im Verhältnis von a zu 1,80a bis 1,33a relativ zueinander stehen und der Abstand d zwischen der Schwenkachse der Stange 53 und der Führung 50, wenn diese sich in äusserer Position befindet und der Schnittpunkt zwischen der Mittellinie der Kolbenstange 47 und einer Mittellinie senkrecht dazu durch die Achse der Welle 55 0,39a ist und die Hublänge des Servo-Zylinders 46 1,66a beträgt, ergibt sich, dass die lineare Kolbenbewegung des Servo-Zylinders in eine Drehbewegung der

Welle 55 so umgesetzt wird, dass die Beziehung zwischen der Winkelbewegung der Welle 55 und der entsprechenden Änderung der Position des Kolbens 48 des Servo-Zylinders 46 über den gesamten Arbeitsbereich des Servo-Zylinders 46 konstant ist.

Die im wesentlichen lineare Übertragung der Bewegung in der beschriebenen Weise vom Servo-Zylinder 46 zu der Welle 55 ist in Figur 6 graphisch dargestellt. Die in dem Koordinatensystem eingetragene Kurve gibt den Winkel V in Funktion von dem Abstand der Führung 50 von der normalen unteren Position, gemessen von der Mittellinie der Welle 55, wenn die Hub-Menge e des Servo-Zylinders 46 auf 200 mm eingestellt ist. Die beiden Abstände d und e sind auf der Abszisse angegeben.

Die Reibung zwischen der Kolbenstange 47 und der Kolbenstangenpackung 59 ist in allen hydraulischen Servo-Zylindern 56 des Roboters durch eine spezielle Anordnung auf ein Minimum verringert, bei der der Durchmesser der Kolbenstange 47 unterhalb einer Biegegrenze für Kolbenstangen verringert ist, die in üblicher Weise frei montiert sind. Diese Anordnung ist in Figur 5 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Wie erwähnt, ist die Kolbenstange 47 starr mit dem Kolben 48 des Servo-Zylinders 46 verbunden, und ihr anderes Ende ist starr mit der Führung 50 verbunden, die durch die Führung 51 in den fest stehenden Führungen 52 gleitet. Auf der Seite der Kolbenstange ist der Servo-Zylinder 46 mit einem Endstück 58 ausgerüstet, in dem zusätzlich zu einer Kolbenstangenpackung 59 eine Rollenhülse 60 vorgesehen ist, durch die hindurch die Kolbenstange 47 geführt ist. Die Rollenbüchse 60 ist so lang, dass ein Abschnitt der Kolbenstange 47, der sich innerhalb der Büchse 60 befindet, zu jeder Zeit sich so verhält, als wäre er fixiert. Da die Kolbenstange 47 an beiden Enden gehalten ist, war es möglich, ihren Durchmesser sehr wesentlich im Verhältnis zum Durchmesser einer Kolbenstange unter Berücksichtigung der zu erwartenden Biegebeanspruchungen zu verringen, die in üblicher Weise an beiden Enden frei montiert ist. Auf diese Weise war es beispielsweise möglich, den Durchmesser der Kolbenstange von 20 mm auf 8 mm zu verringern. Dies bedeutet, dass der Umfang der Kolbenstange von 62,8 mm auf 25,1 mm verringert wurde. Da die Reibung zwischen der Kolbenstange und der Packung proportional ist zu dem Druck der Packung pro Fläche, ergibt sich eine entsprechende Verringerung der Reibung.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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(1).

1. Einrichtung an einem Roboter mit einem mehrgelenkigen Roboterarm (7, 8,10), der auf einem schwenkbaren Fundament (1) montiert ist und wobei ein vorderer Abschnitt (10) des Armes über eine Dreipunkteverbindung drehbar mit einem Abschnitt (8) des Armes verbunden ist, der dahinter liegt, so dass der vordere Abschnitt (10) des Armes bis zu einem bestimmten Winkel in allen möglichen Richtungen relativ zu dem dahinter liegenden Abschnitt (8) des Armes drehbar ist, durch zwei längsverstellbare, im wesentlichen parallele Stangen (22,23), von denen ein Ende schwenkbar mit dem vorderen Abschnitt (10) des Armes (7, 8, 10) verbunden ist, so dass sie zwei der Punkte der Dreipunkteverbindung bilden, wobei der dritte Punkt aus einem Kugelgelenk (9) besteht, wobei der Roboterarm (7, 8,10) mit einem Werkzeughalter (11) durch ein System von hydraulischen Servo-Zylindereinheiten (46) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass alle Servo-Zylindereinheiten (46) im Fundament (1) des Roboters angeordnet sind und dass die mechanischen Antriebsübertragungen zwischen dem Werkzeughalter (11) oder jeweils einem der Teile des Roboterarmes (7, 8,10) und der zugehörigen Servo-Zylinderein-heit (46) oder Servo-Zylindereinheiten (46) angeordnet ist.
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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Abschnitt (10) des Roboterarmes (7, 8, 10) mit einem Lagergehäuse (39) ausgebildet ist, das quer verläuft und ein Lager (40) für die Verdrehung jedoch nicht Verschiebung einschliesst, wobei an jedem Ende des Lagers (40) ein Ende einer Steuerstange (22, 23) montiert ist, die für eine Längsbewegung in einem rückwärtig angeordneten Abschnitt (8) des Roboterarmes (7, 8,10) angeordnet ist.
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Kabel (33, 34 oder 28) von der Kabelführungsrolle (35, 29) abgewickelt wird, mit einem Zentrumsabstand zwischen jeweils einer Kabelführungsrolle (35, 29) und der zweiten Kabelführungsrolle (30), der infolge der Bewegung des rückwärtigen Abschnittes (7) des Roboterarmes verlängert wird, dass die Kabelspannung konstant bleibt, so dass die zweite Kabelführungsrolle (30) nicht gedreht wird und die Schiene (31) nicht längsverschoben wird aufgrund einer Bewegung des rückwärtigen Abschnittes (7) relativ zu dem Fundament

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Verbindungsstelle der Steuerstangen (22, 23) mit dem Lager (40) ein Querstück (41) angeordnet ist, das mit jeder der Steuerstangen (22,23) verbunden ist und eine Nut (42) aufweist, die in Längsrichtung der Steuerstangen (22,23) verläuft, wobei das freie Ende eines Bolzens (43), der starr mit dem Zwischenabschnitt (8) des Roboterarmes (7, 8,10) verbunden ist, gleitend in die Nut (42) eingreift, so dass eine Fortsetzung der Mittellinie (44) des Bolzens (43) durch die Mittellinie (45) einer Spindel (36) verläuft, die in dem Zwischenabschnitt (8) des Roboterarmes montiert ist und die mit dem Kugelgelenk (9) verbunden ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearbewegungen der Ser-vo-Zylindereinheiten (46) in eine proportionale Drehbewegung über den gesamten Arbeitsbereich der Servo-Zylindereinheiten (46) durch einen Kurbelarm (54) umgesetzt wird, dessen eines Ende starr mit einer Welle (55) verbunden ist und deren anderes Ende schwenkbar verbunden ist mit einem Ende einer Stange (53), deren anderes Ende schwenkbar mit einer Führung (50) verbunden ist, die in einer festen Führung (52) beweglich ist und die mit der Kolbenstange (47) der Servo-Zylindereinheit (46) verbunden ist.
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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (a) des Kurbelannes (54) und die Länge (b) der Stange (53) und der Abstand (c) zwischen der Drehachse der Spindel (55) und der Zentrumslinie der Kolbenstange (47) im Verhältnis von a zu 1,80a bis 1,33a zueinander stehen und dass der Abstand (d) zwischen der Schwenkachse der Stange (53) und der Führung (50), wenn diese sich in äusserer Position befindet und dem Schnittpunkt zwischen der Zentrumslinie der Kolbenstange (47) und einer Zentrumslinie senkrecht dazu durch die Drehachse der Spindel (55) gleich 0,39a ist und wobei die Hublänge (e) der Servo-Zylindereinheit (46) gleich 1,66a ist, so dass die Linearbewegung der Servo-Zylindereinheit in eine Drehbewegung der Spindel (55) umgesetzt wird und das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel der Spindel (55) und der entsprechenden Änderung der Position des Kolbens (48) der Servo-Zylindereinheit (46) über den gesamten Arbeitsbereich der Servo-Zylindereinheit (46) konstant ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärtige Ende jeder der beiden längsbeweglichen Steuerstangen (22,23) im Zwischenabschnitt (8) des Roboterarmes (7, 8,10) und das rückwärtige Ende einer längsbeweglichen Steuerstange (24), die sich parallel zu diesen Steuerstangen (22, 23) erstreckt und dafür ausgeführt ist, den Werkzeughalter (11) um seine Längsachse über eine Kugel-Nuteneinrichtung (38) und ein Kugelgelenk (9) zu drehen, jeweils schwenkbar an einem Kurbelarm (32) angebracht sind, der an dem Zwischenabschnitt (8) schwenkbar gelagert ist, wobei jeder der Kurbelarme (32) schwenkbar verbunden ist mit und drehbar ist durch eine längsverschiebbare Schiene (31), an deren vorderen und hinterem Ende jeweils ein erstes Kabel (28) und ein zweites und drittes Kabel (33, 34) befestigt sind, die rück-oder vorwärts jeweils über eine zweite drehbar gelagerte Kabelführungsrolle (30) geführt sind, die an dem rückwärtigen Abschnitt (7) des Kurbelarmes angebracht sind, so weit unter ihrer drehbaren Verbindung mit dem Zwischenabschnitt (8), das ja ungefähr dem Radius der zweiten Kabelführungsrolle (30) entspricht, wobei das erste Kabel (28) weiter um die Rückseite einer ersten Kabelführungsrolle (29) geführt ist, die drehbar in dem Fundament (1) gelagert ist, sowie um im vorderen Teil einer Kabelbefestigungsrolle (27), die drehbar in dem Fundament (1) gelagert ist und an der das erste Kabel (28) befestigt ist, während gleichzeitig das zweite und dritte Kabel (33, 34) weiter um den Vorderteil einer dritten Kabelführungsrolle (35) geführt sind, die drehbar in dem Fundament (1) gelagert ist, sowie um die Rückseite der Ka-belbefestigungsrolle 27), an der das zweite und dritte Kabel (33, 34) befestigt sind, wobei jede der drei Kabelbefestigungsrollen (27) durch eine in dem Fundament (1) angebrachte Servo-Zylindereinheit (21) drehbar ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Drehbewegungen durch Kabel (28, 33, 34), Stahlbänder, Ketten oder äquivalente Mittel umgewandelt werden, die geführt sind von der im Fundament (1) angebrachten Kabelbefestigungsrollen (27) über in dem Fundament (1) gelagerten ersten und dritten Kabelführungsrollen (29, 35) und die zweite Kabelführungsrolle (30), die im oberen Ende des rückwärtigen Abschnittes (7) des Roboterarmes (7, 8,10) gelagert ist, zu Linearbewegungen der Schiene (31), derart, dass Bewegungen des rückwärtigen Abschnittes (7) relativ zu dem Fundament (1) die Übertragung nicht beeinflussen, da die erste und dritte Kabelführungsrolle (29, 35) in dem Fundament im gleichen Abstand von der Lagerstelle der zugehörigen Kabelbefestigungsrolle (27) im Fundament (1) angebracht sind, wobei der rückwärtige Abschnitt (7) derart in dem Fundament (1) gelagert ist, dass seine Drehachse nahe der gemeinsamen Zentrumslinie der ersten und dritten Kabelführungsrolle (29, 35) liegt und die Drehachse des .rückwärtigen Abschnittes (7) gleich weit von den Drehachsen der ersten und dritten Kabelführungsrollen (29, 35) entfernt liegt, während gleichzeitig der Durchmesser der ersten und dritten Kabelführungsrollen (29, 35) so gewählt ist, dass so viel Kabel (28,33, 34) auf die Kabelführungsrolle (29, 35) gewickelt wird, dass die Kabelspannung konstant gehalten wird, wobei der Mittenabstand zwischen der Kabelführungsrolle (29, 35) und der zweiten Kabelführungsrolle (30) infolge der Bewegung des rückwärtigen Abschnittes (7) des Roboterarmes gekürzt wird und so viel
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ersten und dritten Kabelführungsrolle (29, 35) gleich 4/5-tel des Durchmessers der zweiten Kabelführungsrolle (30) ist und dass der Abstand zwischen der Drehachse des rückwärtigen Abschnittes (7) im Fundament (1) und der Drehachse der zweiten Kabelführungsrolle (30) mindestens dem fünffachen des Durchmessers der zweiten Kabelführungsrolle (30) ist, wobei die Kabelbefestigungsrolle (27) so gross ist, dass die Kabel (28,33,34) niemals Kontakt verlieren mit jeweils der ersten und dritten Kabelführungsrolle (29, 35), wenn der rückwärtige Abschnitt (7) des Roboterarmes (7, 8,10) in einem gewünschten Bewegungsbereich relativ zu dem Fundament (1) bewegt wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Drehbewegungen durch Kabel (28, 33,34), Stahlbänder oder Ketten von einer in dem Fundament (1) gelagerten Kabelbefestigungsrolle (27) aus über die in dem Fundament (1) gelagerten erste und dritte Kabelführungsrolle (29,35) und die im oberen Ende des rückwärtigen Abschnitts (7) des Roboterarmes (7, 8,10) gelagerte zweite Kabelführungsrolle (30) in Linearbewegungen einer Schiene (31) derart umgewandelt werden, dass Bewegungen des Zwischenabschnittes (8) des Roboterarmes relativ zu seinem rückwärtigen Abschnitt (7) die Übertragung nicht beeinflussen, indem die zweite Kabelführungsrolle (30) im rückwärtigen Abschnitt (7) in einem Abstand von der Schwenkachse zwischen dem rückwärtigen Abschnitt (7) und dem Zwischenabschnitt (8) gelagert ist, der gleich ist oder im wesentlichen gleich dem Radius der zweiten Kabelführungsrolle (30), und vorzugsweise auf einer geraden Linie zwischen dieser Schwenkachse und der Drehachse des rückwärtigen Abschnittes (7) im Fundament (1), während gleichzeitig der Durchmesser der zweiten Kabelführungsrolle (30) und die Schwenkachse des Kurbelarmes (32) relativ zur Schwenkachse des rückwärtigen Abschnittes (7) und dem Zwischenabschnitt (8) so gewählt sind, dass bei Bewegung des Zwischenabschnittes (8) relativ zum rückwärtigen Abschnitt (7) so viel Kabel (28, 33, 34) jeweils auf- und abgewunden wird in bezug auf die zweite Kabelführungsrolle (30), dass die Kabelspannung konstant bleibt, wenn sich der Abstand zwischen der Drehachse der zweiten Kabelführungsrolle (30) und der Verbindungsstelle zwischen dem Kurbelarm (32) und der Schiene (31) infolge einer Bewegung des Zwischenabschnittes (8) relativ zu dem rückwärtigen Abschnitt (7) ändert, so dass aufgrund der Bewegungen des Zwischenabschnittes (8) relativ zum rückwärtigen Abschnitt (7) des Roboterarmes keine Längsbewegung der Schiene (31) erfolgt.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Servo-Zylindereinheiten (46) des Roboters eine Kolbenstange (47) mit einem Durchmesser haben, der unterhalb der Grenze der Biegefestigkeit für eine übliche frei montierte Kolbenstange liegt, in dem die Kolbenstange (47) mit einem Ende starr mit dem Kolben (48) der Servo-Zylindereinheit (46) verbunden ist und mit dem anderen Ende starr mit einer Führung (50) verbunden ist, die in festen Führungen (52) gleitet oder rollt (51), so dass die Kontaktfläche zwischen der Kolbenstange (47) und einer Stangendichtungspackung (59) verringert ist.