DE10017293A1 - x-y-Positionierantrieb mit Doppelausleger - Google Patents

Description

• 1. Die Erfindung beschreibt einen x-y- Positionierantrieb, der aufgrund seines Aufbaus
  • - kostengünstig erstellt werden kann,
  • - parasitäre Massen wie Antriebsmotoren stationär verlagert,
  • - flach aufgebaut werden kann,
  • - platzsparend und gut zugänglich ist,
  • - bei kartesischen Schlittenbewegungen die Leistung beider Motoren nutzt,
  • - auf beiden Seiten eines Doppel­ auslegers eine örtlich versetzte, gleichsinnige x-y-Bewegung realisiert, hohe Geschwindigkeit und Beschleu­ nigung erreicht,
  • - mit einem endlichen Zugmittel in einer Ebene für beide bewegte Achsen auskommt.

Stand der Technik ist es, x-y- Positionierantriebe auf Basis von Spindel, Zahnriemen oder Zahnstangen aufzubauen. Klassisch werden bei kombinierten Bewegungen zwei Einzelachsen kreuzförmig montiert, um einen Schlitten in der Fläche positionieren zu können. Motor und Antrieb müssen mindestens bei einer Achse mitbewegt werden. Sind zudem hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gefordert, müssen momentenstarke und damit große Motoren zum Einsatz kommen. Große Motoren bedeutet im gleichen Zusammenhang solide ausgelegte Führungen. Die gestellte Aufgabe an den Konstrukteur ist es, die bewegten Massen möglichst zu reduzieren. So ist es Stand der Technik, x-y-Positionierantriebe mit stationären Motoren und flexiblen Zugglie­ dern nach der Fig. 3 aufzubauen. Erstmalig wurde dieser Antrieb bei großflächigen Zeichenmaschinen verwendet. Mit der Verbreitung des Zahnriemens wurde dieses Antriebskonzept für freiprogrammierbare Achssysteme eingesetzt. Seit 1987 verwendet die Fa. Cybertron Portalroboter im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus nach diesem Antriebskonzept. Anwendungsbereiche findet man dort, wo schnelle Positionieraufgaben im kartesischen Arbeitsraum zu realisieren sind. Typische Anwendungen hierfür sind das Palettieren und Depalettieren sowie Montage-, Dosier- und Inspektionsauf­ gaben.

Die nach der Fig. 3 aufgebaute Kinematik wird aufgrund der notwendigen Riemenführung in einem Rahmen oder in eine ringsum geschlossene Maschinenzelle montiert. Für Aufgaben, bei denen ein erhöhter Einrichtaufwand im Arbeitsbereich der Portalkinematik notwendig ist, sollen für den Maschinenbediener oder Einrichter möglichst wenig Maschinenelemente die Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches von vorn und seitlich stören. Die nach der Fig. 3 dargestellte Kinematik gewährt aufgrund der raumzehrenden Riemenführung und notwendigen Führungselemente keine gute Zugänglichkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebskinematik zu finden, die alle Vorteile der bestehenden in der Fig. 3 dargestellten Kinematik beinhaltet, eine der Aufgabe entsprechende Riemenführung zu finden und damit die Schlittenführung zu vereinfachen und die Zugänglichkeit zu optimieren.

Fig. 1 stellt eine derartige Kinematik dar.

Fig. 1 die Draufsicht eines Ausführungs­ beispieles der erfinderischen Vorrichtung, mit Bewegungstabelle.

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 von vorn gesehen.

Fig. 3 eine, dem Stand der Technik entsprechende Antriebsvorrichtung mit Bewegungstabelle.

Die Fig. 1 stellt das erste Ausführungs­ beispiel der erfinderischen Lösung dar. Die Antriebsmotoren M1, M2 sind stationär und zueinander feststehend an einem festen Teil des Schlittensystems montiert. Die Motoren bilden mit ihren an der Motorwelle koaxial befestigten Synchronscheiben zwei Antriebseinheiten.

Die Antriebseinheit 1 besteht aus Motor M1 und Synchronrad Z1.

Die Antriebseinheit 2 besteht aus Motor M2 und Synchronrad Z2.

Die Umlenkrollen U1, U2, U3, U4 sind jeweils einzeln drehbar, entlang der x- Koordinate auf einer y-Schlittenführung verschiebbar, zueinander feststehend, gelagert. Die Umlenkrolle US ist drehbar, entlang der x- und der y-Koordinate verschiebbar, am ersten Ende eines Auslegers gelagert.

Die zwei Enden des einzigen verzahnten endlichen Riemens R sind entlang der x- und y-Koordinate verschiebbar, zur Umlenkrolle US feststehend, am zweiten Ende eines Auslegers, in einem Klemmblock vorgespannt befestigt. Ausgehend vom Klemmblock K1 umschlingt der Riemen in folgender Reihenfolge die Umlenkrolle U3, Synchronrad Z1 bzw. Antriebseinheit 1, Umlenkrolle U1, Umlenkrolle U5, Umlenkrolle U2, Synchronrad Z2 bzw. Antriebseinheit 2, Umlenkrolle U4 und wird im Klemmblock K1' befestigt.

Die gestrichelte Linie in Fig. 1 stellt beispielhaft eine einfache Führung einer solchen Antriebseinheit dar. In der Fig. 1 ist anhand der Drehrichtungspfeile der Motoren erkennbar, daß bei Bewegungen entlang der x- und y-Koordinaten beide Motoren gleichermaßen in die Schlittenbewegung eingehen. Die notwendigen Beschleunigungs- und Bremsmomente werden auf zwei stationäre Motoren verteilt, was im Vergleich zu konventionellen Systemen den Einsatz von kompakten Motoren mit geringerer Leistung erlaubt. Der wesentliche Vorteil besteht jedoch darin, daß sich der Riemenverlauf an das mit Strichlinien dargestellte Führungs­ konzept anpaßt und die Form eines Doppelauslegerachssystems einnimmt, die dem Bediener eine gute Zugänglichkeit zum Arbeitsbereich sicherstellt. Zudem ragt der y-Ausleger nicht fest um ein bestimmtes Maß in den Raum sondern nur so weit, wie der Ausleger in y-Richtung verfahren wird. Bei Aufgaben, bei denen simultan auf zwei Seiten die gleiche Kontur verfahren werden muß, ist es bei diesem Konzept von Vorteil, dass parallel auf beiden Seiten des Auslegers eine örtlich versetzte x-y- Bewegung realisiert wird.

Selbstverständlich kann das Doppelaus­ legerachssystem ebenfalls in der x-z- Ebene verfahren. Der gesamte Antrieb ist kostengünstig erstellbar und läßt den Aufbau mit preisgünstigen Standardkomponenten zu.

Claims (6)

1. Positionierantrieb mit Doppelausleger für einen in der Fläche (x, y oder x, z) positionierbaren Schlitten, unter Verwen­ dung von mindestens einem form- oder kraftschlüssigen, in einer Ebene verlaufenden, flexiblen Zugglied, wie Seilzüge, Zahnriemen oder Gliederketten, angetrieben von zwei stationären Motoren, die zueinander feststehend an einem festen Teil des Schlittensystems montiert sind und mit ihren an der Motorwelle koaxial befestigten Synchronscheiben Z1 und Z2 oder Antriebsrädern zwei Antriebseinheiten 1 und 2 bilden dadurch gekennzeichnet, daß die, Umlenkrollen U1, U2, U3, U4 jeweils einzeln drehbar, entlang der x- Koordinate auf einer y-Schlittenführung verschiebbar, zueinander feststehend, gelagert sind und Umlenkrolle US drehbar, entlang der x- und der y-Koordinate verschiebbar, an einem ersten Ende eines Auslegers gelagert ist und die zwei Enden des Zuggliedes R entlang der x- und y- Koordinate verschiebbar, zur Umlenkrolle US, feststehend durch die y-Führung getrennt, an einem zweiten Ende eines Auslegers in einem Klemmblock vorgespannt, befestigt wird und ausgehend von der Klemmeinrichtung K1 die Umschlingung des Zuggliedes in der Reihenfolge Umlenkrolle U3, Synchronrad oder Antriebsrolle Z1 bzw. Antriebseinheit 1, Umlenkrolle U1, Umlenkrolle U5, Umlenkrolle U2, Synchronrad oder Antriebsrolle Z2 bzw. Antriebseinheit 2, Umlenkrolle U4, und das Ende des Zuggliedes in der Klemmeinrichtung, K1' befestigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur in den Achsorientierungen x- und y-, einseitig, notwendige Zugglieder verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Riemenführung keine der x-Achse gegenüberliegende Führung notwendig ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ersparnis, von bewegten elektrischen Zuleitungen, die Referenzschalter stationär am nicht beweglichen Teil des Schlittens montiert werden können und dadurch lediglich die Referenz­ reihenfolge, erst x dann y eingehalten werden muß.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zusätzliche Zugmittel- und Antriebsebene für einen zusätzlichen y- Auslegerarm die gleiche x- Führung verwendet werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flächige Arbeitsbereich des Positionierantriebes jede andere Orientierung im Raum annehmen kann.