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Die
Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät, insbesondere zum
Umpositionieren von Teilen, mit einem von einem Endeffektorhalter
oder Endeffektor gebildeten Handhabungsteil, das durch eine mittels einer
Antriebseinrichtung antreibbare Schwenkarmkinematik entlang einer
in ihrem Verlauf variierbaren Handhabungsbahn verlagerbar ist.
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Ein
aus der
EP 1 464 596
A2 bekanntes Handhabungsgerät wird zum Umpositionieren
von Teilen beispielsweise in der Fertigungs- und Montagetechnik
eingesetzt. Sein Handhabungsteil trägt einen als Greifer
ausgebildeten Endeffektor, mit dem sich die umzupositionierenden
Teile ergreifen lassen. Das Handhabungsteil kann entlang einer vorgegebenen
Handhabungsbahn verlagert werden, wobei es unter Zwischenschaltung
einer Schwenkarmkinematik von einer aus einem fluidbetätigten
Drehantrieb bestehenden Antriebseinrichtung angetrieben wird. Die
Schwenkarmkinematik enthält einen durch die Antriebseinrichtung
um eine erste Schwenkachse verschwenkbaren Schwenkarm, der an dem
Handhabungsteil angreift, welches linear ver schiebbar an einem Handhabungsarm
gelagert ist, der seinerseits um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar
gelagert ist. Der Verlauf der Handhabungsbahn wird durch eine kulissenförmige
Bahnvorgabekurve vorgegeben, mit der das Handhabungsteil über
einen Kurvenfolger in Eingriff steht.
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Der
Verlauf der Handhabungsbahn ist bei dem bekannten Handhabungsgerät
zwar variierbar, allerdings nur hinsichtlich der relativen Winkellage seiner
linearen Endabschnitte. Grundsätzliche Änderungen
am Bahnverlauf können nicht durchgeführt werden.
Dieser ist durch die Formgebung der Bahnvorgabekurve festgelegt,
die zudem in ihrem Verlauf speziell auf die Struktur der Schwenkarmkinematik abgestimmt
sein muss.
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Dies
führt letztlich dazu, dass für unterschiedliche
Handhabungsaufgaben bisher in der Regel auch unterschiedlich konzipierte
Handhabungsgeräte zum Einsatz kommen. So zeigt beispielsweise die
EP 1 272 409 B1 ein
Handhabungsgerät, mit dem sich eine U-förmige
Handhabungsbahn verwirklichen lässt, die über
zueinander parallele Endabschnitte verfügt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, Maßnahmen
vorzuschlagen, mit denen sich unterschiedliche Verläufe
einer Handhabungsbahn einfacher realisieren lassen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Schwenkarmkinematik
zwei je einen Innenschenkel und einen über ein Zwischengelenk
daran angelenkten Außenschenkel aufweisende Knickarme enthält,
wobei die Zwischengelenkachsen parallel zueinander ausgerichtet
sind und die beiden Innenschenkel in einem Antriebs-Lagerbereich
derart gelagert sind, dass sie um eine gemeinsame, zu den Zwischengelenkachsen
parallele innere Schwenkachse unabhängig voneinander verschwenkbar
sind, dass ferner die beiden Außenschenkel in einem zu den
Zwischengelenken beabstandeten Abtriebs-Lagerbereich derart gelenkig
miteinander verbunden sind, dass sie in einer zu der inneren Schwenkachse rechtwinkeligen
Ebene relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei sie in dem Abtriebs-Lagerbereich
das Handhabungsteil tragen, und dass den beiden Innenschenkeln jeweils
eine eigene Antriebsschnittstelle zugeordnet ist, über
die sie durch die Antriebseinrichtung unabhängig voneinander
zu Antriebsschwenkbewegungen um die innere Schwenkachse antreibbar
sind.
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Auf
diese Weise lässt sich der Verlauf der von dem Handhabungsteil
zu durchlaufenden Handhabungsbahn sehr einfach durch lediglich aufeinander
abgestimmtes Verschwenken der beiden Innenschenkel der Knickarme
vorgeben und nach Bedarf variieren. Eine mechanische Bahnvorgabekurve
ist entbehrlich, der Verlauf der Handhabungsbahn resultiert allein
aus der winkelmäßigen Verlagerung der Innenschenkel,
die sowohl gleichzeitig als auch getrennt voneinander verschwenkbar
sind, wobei die voneinander unabhängige Schwenkbeweglichkeit bei
gleichzeitigem Verschwenken die Möglichkeit zu sowohl gegensinnigen
als auch gleichsinnigen Schwenkbewegungen eröffnet. Bei
entsprechender Ansteuerung können sogar unterschiedliche Schwenkgeschwindigkeiten
der beiden Innenschenkel hervorgerufen werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Auslegung der Schwenkarmkinematik
führt das Handhabungsteil bei gegensinnigen, gleichschnellen
Schwenkbewegungen der beiden Innenschenkel eine Linearbewegung in
bezüglich der inneren Schwenkachse radialer Richtung nach
außen oder innen aus. Gleichsinnige Schwenkbewegungen mit
gleicher Geschwindigkeit verlagern das Handhabungsteil auf einer
Kreisbahn. Kombinationen dieser Schwenkbewegungen erlauben die Realisierung
praktisch beliebiger Bahnprofile innerhalb eines Bereiches zwischen einem
inneren und einem äußeren Kreisbogen, deren Lage
durch die mechanische Auslegung der Schenkel der Knickarme vorgegeben
ist.
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Das
Handhabungsgerät kann so ausgelegt werden, dass der Schwenkbereich
der Innenschenkel weniger als 360° beträgt. Besonders
vorteilhaft ist jedoch eine Schwenkmöglichkeit von wenigstens 360° oder
auch einem Mehrfachen davon.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Für
die Antriebseinrichtung empfiehlt sich eine Ausstattung mit zwei
unabhängig voneinander betreibbaren Antriebseinheiten,
von denen die eine mit dem einen Innenschenkel und die andere mit
dem anderen Innenschenkel antriebsmäßig koppelbar oder
gekoppelt ist.
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Als
Antriebseinheiten empfehlen sich vor allem Elektroantriebe, insbesondere
Elektromotoren wie Servomotoren oder Schrittmotoren. Sie sollten zumindest
hinsichtlich ihres Drehwinkels steuerbar sein, empfehlenswert ist
aber auch eine Steuerbarkeit der Geschwindigkeit ihrer Ausgangsdrehbewegungen.
Mittels einer zugeordneten elektronischen Steuereinrichtung lässt
sich der Bahnverlauf der Handhabungsbahn nach Bedarf vorgeben und
insbesondere auch frei programmieren. Beispielsweise können
unterschiedliche Bahnverläufe elektronisch hinterlegt sein,
die sich von Fall zu Fall abrufen lassen. Man kann ein Teach-Verfahren
vorsehen, bei dem man während eines Programmierzyklus die
gewünschte Handhabungsbahn aufnimmt, die dann für nachfolgende
Arbeitsvorgänge zur Verfügung steht.
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Die
beiden Außenschenkel können in dem Abtriebs-Lagerbereich
prinzipiell über gesonderte äußere Schwenkachsen
an dem Handhabungsteil angelenkt sein. Die Schwenkarmkinematik wäre dann
beispielsweise als Gelenkfünfeck konzipiert. Eine mechanisch
leichtere Beherrschbarkeit und auch Auslegung ermöglicht
allerdings eine Bauform, bei der die Außenschenkel um eine
gemeinsame äußere Schwenkachse relativ zueinander
verschwenkbar gelagert sind.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn diese gemeinsame äußere
Schwenkachse gleichzeitig als Schwenkachse für das an den
beiden Außenschenkeln angelenkte Handhabungsteil fungiert.
Die gelenkige Verbindung zwischen Handhabungsteil und Außenschenkeln
ermöglicht eine Auslegung der Schwenkarmkinematik dahingehend,
dass die Position und Ausrichtung des Handhabungsteils nicht starr mit
einem der Außenschenkel gekoppelt ist, wie dies der Fall
wäre, wenn das Handhabungsteil beispielsweise an einem
der beiden Außenschenkel fest angebracht wäre,
was prinzipiell auch der Fall sein könnte.
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Bei
schwenkbeweglicher Lagerung des Handhabungsteils an den Außenschenkeln
empfiehlt sich allerdings das zusätzliche Vorsehen einer
Koppeleinrichtung, die die Schwenkposition des Handhabungsteils
stets klar definiert. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn ein Endeffektor stets eine bestimmte Ausrichtung einnehmen
soll, was beispielsweise für einen mechanischen Greifer
zutrifft, der umzupositionierende Teile richtungsabhängig
ergreifen und absetzen soll. Es gibt aber durchaus Anwendungen,
bei denen die Koppeleinrichtung entbehrlich ist, beispielsweise
wenn kreisscheibenförmige Elemente in der Achsrichtung
der äußeren Schwenkachse zu erfassen sind und
es bei deren Aufnahme und Abgabe nicht auf eine spezielle Orientierung
ankommt.
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Für
die Koppeleinrichtung sind verschiedene Realisierungsformen denkbar.
Beispielsweise ist eine dahingehende Auslegung möglich,
dass das Handhabungsteil stets eine Schwenkposition einnimmt, die
bezüglich der zwischen den beiden Außenschenkeln
verlaufenden Winkelhalbierenden konstant bleibt.
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Andererseits
wäre auch eine Auslegung dahingehend denkbar, dass die
räumliche Orientierung des Handhabungsteils unabhängig
von der Schwenkposition der Schwenkarmkinematik stets die gleiche
bleibt.
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Stets
kann das Handhabungsteil als Endeffektorhalter ausgebildet sein,
der mindestens eine Haltefläche aufweist, an der ein Endeffektor
beliebiger Art fixierbar ist, beispielsweise eine Greifvorrichtung.
Die Haltefläche kann insbesondere so ausgerichtet sein,
dass sie rechtwinkelig zu der inneren Schwenkachse oder in der Achsrichtung
der inneren Schwenkachse orientiert ist.
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Prinzipiell
könnte das Handhabungsteil auch unmittelbar von einem Endeffektor
gebildet sein, an dem dann die Außenschenkel direkt angebracht
sein können. Die erstgenannte Lösung ist jedoch
wesentlich variabler, weil sie eine leichte Umrüstung des Handhabungsgerätes
für andere Handhabungszwecke ermöglicht.
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Ein
besonders großer Arbeitsbereich ohne gegenseitige Behinderung
der diversen Schenkel der Knickarme ergibt sich, wenn die Innenschenkel und/oder
die Außenschenkel nicht geradlinig verlaufen, sondern in
ihrer Längsrichtung gewölbt sind, wobei die konkave
Seite dem jeweils anderen Knickarm zugewandt ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine
mögliche erste Bauform des erfindungsgemäßen
Handhabungsgerätes in perspektivischer Darstellung,
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2 das
Handhabungsgerät aus 1 in einer
Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II,
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3 das
Handhabungsgerät der 1 und 2 in
einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil
III, wobei strichpunktiert verschiedene mögliche Verläufe
der Handhabungsbahn eingezeichnet und gestrichelt verschiedene mögliche
Stellungen der Schwenkarmkinematik angedeutet sind,
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4 und 5 Draufsichten
des Handhabungsgerätes der 1 bis 3 mit
Momentaufnahmen der Schwenkarmkinematik in unterschiedlichen Stellungen,
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6 eine
weitere mögliche Bauform des erfindungsgemäßen
Handhabungsgerätes in perspektivischer Darstellung, allerdings
ohne Abbildung der Antriebseinrichtung, und
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7 das
Handhabungsgerät aus 6 aus einem
anderen Blickwinkel.
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Die
abgebildeten Varianten des erfindungsgemäßen Handhabungsgerätes
sind ausgestattet, um Teile beliebiger Art aufeinanderfolgend zwischen unterschiedlichen Örtlichkeiten
umzupositionieren. Ein solches umzupositionierendes Teil ist in
der Zeichnung bei 2 angedeutet.
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Während
des Umpositioniervorganges ist das Teil 2 von einer Greifvorrichtung 3 geeigneter Bauart
gehalten. Exemplarisch ist ein zangenartiger Greifer vorhanden,
der über verschwenkbare oder verschiebbare Greifbacken 4 verfügt,
die sich elektrisch oder durch Fluidkraft betätigen lassen,
um das Teil 2 nach Bedarf festzuhalten oder loszulassen. Weitere
mögliche Ausführungsformen für eine Greifvorrichtung 3 wären
beispielsweise Sauggreifvorrichtungen oder Magnetgreifvorrichtungen,
die das handzuhabende Teil 2 durch Unterdruck oder durch
Magnetkraft halten können.
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Entsprechend
der auszuführenden Handhabungsaufgabe kann das Handhabungsgerät
anstelle der Greifvorrichtung 3 auch mit einem anderen
Endeffektor ausgestattet sein. Beispielsweise könnte es sich
um eine zum Punktschweißen einsetzbare Schweißzange
handeln. Das hauptsächliche Einsatzgebiet ist allerdings
dasjenige des Verlagerns von losen Teilen zwischen unterschiedlichen
Stellen, insbesondere auf dem Sektor der Fertigungs- und Montagetechnik.
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Der
exemplarisch als Greifvorrichtung 3 ausgeführte
Endeffektor 5 ist lösbar an einem im Folgenden
als Handhabungsteil 6 bezeichneten Endeffektorhalter angebracht,
der im Betrieb des Handhabungsgerätes entlang einer Handhabungsbahn 7 verlagerbar
ist, um den Endeffektor 5 entsprechend zu verfahren. Der in 3 eingezeichnete
Verlauf der Handhabungsbahn 7 ist dabei nur einer von vielen
möglichen Bahnverläufen. Das Handhabungsgerät
zeichnet sich durch eine besonders hohe Variabilität hinsichtlich
der realisierbaren Verläufe der Handhabungsbahn 7 aus.
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An
dem Handhabungsteil 6 ist eine Haltefläche 8 angeordnet,
an der der Endeffektor 5, insbesondere durch eine Schraubverbindung,
festlegbar ist. Soll ein Handhabungsgerät stets nur für
eine ganz spezifische Aufgabe eingesetzt werden, kann auch auf die
Unterteilung in einen Endeffektor und einen Endeffektorhalter verzichtet
werden, sodass dann das Handhabungsteil 6 unmittelbar von
dem spezifisch gewählten Endeffektor gebildet wird. Es
können auch mehrere, unterschiedlich ausgerichtete Halteflächen 8 an
dem Handhabungsteil 6 angeordnet sein.
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Das
Handhabungsteil 6 wird von einer Schwenkarmkinematik 12 gehalten,
die ihrerseits an einem Tragkörper 13 schwenkbeweglich
angebracht ist. An dem Tragkörper 13 ist eine
motorische Antriebseinrichtung 14 angeordnet, die mit der
Schwenkarmkinematik 12 in Antriebsverbindung steht und diese
so antreiben kann, dass sich das Handhabungsteil 6 entlang
der gewünschten Handhabungsbahn 7 bewegt.
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Die
Handhabungsbahn 7 liegt in einer Handhabungsebene 15,
die in 3 mit der Zeichenebene zusammenfällt.
In der Praxis wird sie meist horizontal oder vertikal ausgerichtet
sein. Die tatsächliche Ausrichtung hängt vom Anwendungsfall
ab und von der darauf abgestimmten Einbaulage des Handhabungsgerätes.
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Die
Schwenkarmkinematik 12 enthält zwei in der Handhabungsebene 15 nebeneinander
angeordnete und in der Handhabungsebene 15, insbesondere
voneinander weg gerichtet, ausknickbare erste und zweite Knickarme 16, 17.
Jeder Knickarm 16, 17 verfügt über
einen Innenschenkel 16a, 17a und einen über
ein Zwischengelenk 16c, 17c daran angelenkten
Außenschenkel 16b, 17b. Die als Zwischengelenkachsen 18 bezeichneten
Gelenkachsen der beiden Zwischengelenke 16c, 17c verlaufen
parallel zueinander und rechtwinkelig zu der Handhabungsebene 15.
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Mit
Abstand zu seinem Zwischengelenk 16c, 17c ist
jeder Innenschenkel 16a, 17a an dem Tragkörper 13 um
eine zu den Zwischengelenkachsen 18 parallele innere Schwenkachse 22 verschwenkbar gelagert.
Es handelt sich hier um eine gemeinsame Schwenkachse für
beide Innenschenkel 16a, 17a. Die Lagerung ist
so ausgeführt, dass die beiden Innenschenkel 16a, 17a unabhängig
voneinander um die innere Schwenkachse 22 ver schwenkbar
sind. Der Bereich dieser Schwenklagerung sei als Antriebs-Lagerbereich 23 bezeichnet,
weil von dort aus das die Schwenkbewegung hervorrufende Antriebsdrehmoment
in die Schwenkarmkinematik 12 eingeleitet wird.
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Beispielhaft
sitzt der eine Innenschenkel 16a an einer zu der inneren
Schwenkachse 22 koaxialen ersten Antriebswelle 24,
die an oder in dem Tragkörper 13 drehgelagert
ist und deren Längsachse mit der inneren Schwenkachse 22 zusammenfällt.
Der andere Innenschenkel 17a ist von einer zweiten Antriebswelle 25 getragen,
die beispielhaft als die erste Antriebswelle 24 koaxial
umschließende Hohlwelle ausgebildet ist und ebenfalls eine
Drehlagerung an oder in dem Tragkörper 13 erfährt. Über
eine an der ersten Antriebswelle 24 vorgesehene erste Antriebsschnittstelle 26 sowie über
eine an der zweiten Antriebswelle 25 vorgesehene zweite
Antriebsschnittstelle 27 stehen die Innenschenkel 16a, 17a insbesondere lösbar
mit der Antriebseinrichtung 14 in Antriebsverbindung. Die
Antriebsschnittstellen 26, 27 können hierbei
beispielsweise als Verzahnungen ausgeführt sein.
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Über
die beiden Antriebsschnittstellen 26, 27 können
die beiden Innenschenkel 16a, 17a durch die Antriebseinrichtung 14 unabhängig
voneinander zu durch Doppelpfeile verdeutlichten Antriebsschwenkbewegungen 29, 30 um
die innere Schwenkachse 22 angetrieben werden. Es liegt
also antriebsseitig keine Zwangskopplung zwischen diesen beiden
Komponenten vor.
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Besonders
vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Antriebseinrichtung 14 über zwei
gesonderte, unabhängig voneinander betätigbare
Antriebseinheiten 14a, 14b verfügt, von
denen die eine, erste Antriebseinheit 14a mit der ersten
Antriebsschnittstelle 26 und die andere, zweite Antriebseinheit 14b mit
der zweiten Antriebsschnittstelle 27 antriebsmäßig
gekoppelt ist. Beispielhaft erfolgt dies im Bereich der ersten Antriebsschnittstelle 26 über
eine Keilverbindung und im Bereich der zweiten Antriebsschnittstelle 27 über
eine Zahnradverbindung.
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Die
beiden Antriebseinheiten 14a, 14b sind zweckmäßigerweise
an eine Antriebsseite 28 des Tragkörpers 13 angebaut,
die einer Arbeitsseite 21 entgegengesetzt ist, in deren
Bereich sich die Schwenkarmkinematik 12 befindet. Die beiden
Antriebswellen 24, 25 können an der Arbeitsseite 21 über
den Tragkörper 13 hinausragen und dort mit den beiden
Innenschenkeln 16a, 17a bestückt sein.
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Mit
Abstand zu ihren Zwischengelenken 16c, 17c sind
die beiden Außenschenkel 16b, 17b in
einem Abtriebs-Lagerbereich 32 gelenkig miteinander verbunden.
Die Gelenkstellen können hierbei prinzipiell beabstandet
zueinander an einem die beiden Außenschenkel 16b, 17b verbindenden
Zwischenglied angeordnet sein. Vorteilhafter ist jedoch die gezeigte
Ausführungsform, bei der eine unmittelbare Gelenkverbindung
zwischen den beiden Außenschenkeln 16b, 17b vorliegt,
mit einer als äußere Schwenkachse 33 bezeichneten
gemeinsamen Gelenkachse. Bezüglich dieser gemeinsamen äußeren Schwenkachse 33,
die zu der inneren Schwenkachse 22 parallel verläuft,
sind die Außenschenkel 16b, 17b relativ
zueinander verschwenkbar. Die Schwenkebene erstreckt sich also wiederum
rechtwinkelig zu der inneren Schwenkachse 22 und fällt
mit der oben erwähnten Handhabungsebene 15 zusammen.
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Die
gelenkige Verbindung an den Zwischengelenken 16c, 17c sowie
an dem Abtriebs-Lagerbereich 32 kann beispielsweise durch
je einen Gelenkbolzen geschehen, der die aneinander angelenkten Schenkel
schwenkbeweglich miteinander verbindet.
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Die
beiden Innenschenkel 16a, 17a sind zwischen ihren
Lagerstellen – also zwischen einerseits der inneren Schwenkachse 22 und
andererseits der zugeordneten Zwischengelenkachse 18 – zweckmäßigerweise
gleichlang ausgebildet. Eine untereinander gleiche Länge
zwischen der zugeordneten Zwischengelenkachse 18 und der äußeren
Schwenkachse 33 liegt auch bei den Außen schenkeln 16b, 17b vor,
wobei deren Länge zweckmäßigerweise größer
ist als diejenige der Innenschenkel 16a, 17a.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen haben sowohl die Innenschenkel 16a, 17a als
auch die Außenschenkel 16b, 17b einen
geradlinigen Längsverlauf. Wie in 5 strichpunktiert
angedeutet ist, können entweder die Innenschenkel 16a, 17a oder
die Außenschenkel 16b, 17b oder sowohl
die Innen- und Außenschenkel 16a, 17a; 16b, 17b in
ihrer Längsrichtung gewölbt sein, wobei die konkave
Seite dem jeweils gegenüberliegenden Knickarm 16, 17 zugewandt
ist. Eine derartige Wölbung ermöglicht eine Vergrößerung
des von der Handhabungsbahn 7 erfassbaren Arbeitsbereiches
zur inneren Schwenkachse 22 hin, weil sich hier das Handhabungsteil 6 ohne
gegenseitige Behinderung der Innen- und Außenschenkel 16a, 16b; 17a, 17b relativ
weit radial an die innere Schwenkachse 22 annähern
lässt.
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In 3 ist
der mögliche Arbeitsbereich 39 des Handhabungsteils 6 strichpunktiert
markiert. Die äußere Grenze bildet ein äußerer
Kreis 34, die innere Grenze ein hierzu konzentrischer innerer
Kreis 35, mit jeweils der inneren Schwenkachse 22 als
Zentrum. Der äußere Kreis 34 definiert
den weitesten Abstand der äußeren Schwenkachse 33 von
der inneren Schwenkachse 22 bei maximal gestreckten Knickarmen 16, 17,
während der innere Kreis 35 den minimalen Abstand
zwischen der äußeren Schwenkachse 33 und
der inneren Schwenkachse 22 bei maximal abgeknickten Knickarmen 16, 17 definiert.
Werden die beiden Innenschenkel 16a, 17a in diesen
beiden Positionen durch die Antriebseinrichtung 14 gleichsinnig
mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben, verlagert sich das Handhabungsteil 6 auf
je einer Handhabungsbahn, die mit dem betreffenden Kreis 34, 35 zusammenfällt.
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In 3 ist
die Konfiguration der Knickarme 16, 17, die eingenommen
wird, wenn sich die äußere Schwenkachse 33 auf
dem äußeren oder inneren Kreis 34, 35 befindet,
gestrichelt bei 16', 17'; 16', 17' angedeutet.
Die 4 und 5 zeigen ergänzend andere
Schwenkstellungen der Knickarme 16, 17 bezüglich
der inneren Schwenkachse 22 mit unterschiedlich starker
Abknickung.
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Aktuell
ist in 3 eine Zwischenstellung gezeigt, bei der die äußere
Schwenkachse 33 in dem zwischen dem äußeren
Kreis 34 und dem inneren Kreis 35 definierten
Arbeitsbereich 39 liegt. Werden hier beide Innenschenkel 16a, 17a mit
gleicher Geschwindigkeit gleichsinnig verschwenkt, ergibt sich als
Handhabungsbahn 7 ein zwischen dem äußeren Kreis 34 und
dem inneren Kreis 35 liegender Zwischenkreis 36.
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Es
ist bei den Ausführungsbeispielen von Vorteil, dass beide
Innenschenkel 16a, 17a in beiden Drehrichtungen
verschwenkbar sind und hierbei auch jeweils um mindestens 360°.
Auf diese Weise kann die Handhabungsbahn 7 eine ein- oder
mehrfach durchfahrbare Kreisbahn sein. Allerdings können
die realisierbaren Schwenkwinkel auch kleiner als 360° sein,
sodass der Arbeitsbereich anstelle von Kreisen durch Kreisbögen
begrenzt wird.
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Als
Handhabungsbahn 7 kann jeder Bahnverlauf zwischen dem äußeren
Kreis 34 und dem inneren Kreis 35 abgefahren werden,
wobei der in 3 gezeigte Verlauf nur einer
von praktisch unendlich vielen möglichen ist. Der wählbare
Bahnverlauf ist deshalb so flexibel, weil die Innenschenkel 16a, 17a durch
die Antriebseinrichtung 14 nicht nur gleichsinnig, sondern
auch gegensinnig zu Schwenkbewegungen antreibbar sind, wobei auch
die Möglichkeit besteht, einen Innenschenkel 16a oder 17a festzuhalten
und nur den anderen Innenschenkel 17a, 16a zu
verschwenken, und wobei ferner auch die Möglichkeit besteht,
bei gleichzeitigem Verschwenken unterschiedliche Schwenkgeschwindigkeiten
bei den beiden Innenschenkeln 16a, 17a durchzuführen.
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Der
radiale Abstand des Handhabungsteils 6 von der inneren
Schwenkachse 22 wird durch die winkelmäßige
Relativposition zwischen den beiden Innenschenkeln 16a, 17a bestimmt.
Je kleiner dieser Winkel ist, desto mehr strecken sich die Knickarme 16, 17 und
verlagern das Handhabungsteil 6 weiter nach außen
von der inneren Schwenkachse 22 weg.
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Die
schon erwähnte, voneinander unabhängige Betriebsweise
der beiden Antriebseinheiten 14a, 14b schafft
eine hohe Variabilität bei der Vorgabe der vom Handhabungsteil 6 zu
durchlaufenden Handhabungsbahn 7. Exemplarisch sind die
beiden Antriebseinheiten 14a, 14b von Elektroantrieben
gebildet, wobei allerdings auch Fluidantriebe einsetzbar wären,
sowohl pneumatischer als auch hydraulischer Natur. Wie bei den Elektroantrieben
empfehlen sich auch bei den Fluidantrieben Servoantriebe mit Positionsregelung.
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Beispielhaft
enthalten die beiden Antriebseinheiten 14a, 14b je
einen als Servomotor ausgeführten Elektromotor, der verschiedene
vorgebbare Positionen anfahren kann und diese dann so lange wie
gewünscht beibehält. Die Ausgangsdrehbewegungen
der Elektromotoren 37, die auf die Innenschenkel 16a, 17a übertragen
werden, sind dabei zweckmäßigerweise nicht nur
hinsichtlich der Winkelposition, sondern auch hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit
steuerbar und insbesondere auch regelbar. Ein in die jeweilige Antriebseinheit 14a, 14b integrierter
Drehgeber 38 erfasst die aktuelle Drehposition, wor aus
sich auf die aktuelle Position des Handhabungsteils 6 schließen
lässt. Für die Auswertung der Messdaten sind die
Antriebseinheiten 14a, 14b zweckmäßigerweise
an eine elektronische Steuereinrichtung 42 angeschlossen,
von der auch die Antriebssignale für die Antriebseinheiten 14a, 14b stammen
und die zweckmäßigerweise frei programmierbar
ausgebildet ist, sodass sich das Handhabungsgerät universell
einsetzen lässt.
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Anstelle
von Servomotoren können auch einen geringeren technischen
Aufwand verursachende Schrittmotoren eingesetzt werden. Vor allem
wenn eine hohe Dynamik in den Bewegungen gewünscht ist,
empfiehlt sich allerdings der Einsatz von Servomotoren.
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Prinzipiell
könnte das Handhabungsteil 6 starr an lediglich
einem der Außenschenkel 16b oder 17b angebracht
sein. Um bei der räumlichen Orientierung des Handhabungsteils 6 jedoch
von der momentanen Position der Außenschenkel 16b, 17b unabhängiger
zu sein, empfiehlt sich eine bezüglich beiden Außenschenkein 16b, 17b gelenkige
Lagerung des Handhabungsteils 6, derart, dass es prinzipiell bezüglich
jedem der Außenschenkel 16b, 17b in der Handhabungsebene 15 verschwenkbar
ist. Als besonders vorteilhaft wird die beispielhafte Bauform eingestuft,
bei der die die beiden Außenschenkel 16b, 17b gelenkig verbindende äußere
Schwenkachse 33 gleichzeitig die Gelenkachse für
das schwenkbeweglich getragene Handhabungsteil 6 definiert. Die äußere
Schwenkachse 33 fungiert also als gemeinsame Schwenkachse
für die gegenseitige schwenkbewegliche Lagerung zwischen
dem Handhabungsteil 6 und den beiden Außenschenkel 16b, 17b.
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Kommt
als Endeffektor 5 wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 beispielsweise ein Sauggreifer
oder Magnetgreifer zum Einsatz, dessen Arbeitsseite 43 in
der Achsrichtung der äußeren Schwenkachse 33 orientiert
ist, also rechtwinkelig zu der Handhabungsebene 15 (siehe
zum Beispiel 6), und bedarf es ferner zum
Entnehmen und Ablegen eines handzuhabenden Gegenstandes keiner speziellen
Orientierung, kann das Handhabungsteil 6 über
die äußere Schwenkachse 33 frei dreh- bzw.
schwenkbeweglich an beiden Außenschenkeln 16b, 17b gelagert
sein. Dies gilt beispielsweise für das Umsetzen kreisscheibenförmiger
Bauteile. Für die meisten Anwendungen wird man jedoch eine
stabile Relativposition des Handhabungsteils 6 vorziehen.
Um dies zu ermöglichen, sind beide Ausführungsbeispiele
mit einer Koppeleinrichtung 44 ausgestattet, die von der
Schwenkarmkinematik 12 getragen ist und die die beim Durchlaufen
einer Handhabungsbahn 7 von dem Handhabungsteil 6 winkelmäßig
bezüglich der äußeren Schwenkachse 33 eingenommene
Relativposition definiert vorgibt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 enthält
die Koppeleinrichtung 44 einen starr mit dem Handhabungsteil 6 verbundenen,
radial in Richtung zu der inneren Schwenkachse 22 ragenden Führungsarm 45.
In Achsrichtung der inneren Schwenkachse 22 betrachtet,
also in einer Draufsicht gemäß 3,
ragt der Führungsarm 45 zwischen die beiden Außenschenkel 16b, 17b.
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An
dem Führungsarm 45 greift ein Führungselement 46 an,
das relativ zu dem Führungsarm 45 in bezüglich
der inneren Schwenkachse 22 radialer Richtung verschiebbar
ist. Die Verschiebeachse 47 schneidet sowohl die innere
Schwenkachse 22 als auch die äußere Schwenkachse 33.
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An
dem Führungselement 46 sind zwei Querlenker 48 verschwenkbar
gelagert. Die Schwenklagerung ist insbesondere so ausgeführt,
dass für die beiden Querlenker 48 eine gemeinsame Schwenkachse 52 definiert
ist, die auf der Verschiebeachse 47 liegt und parallel
zu der inneren Schwenkachse 22 verläuft.
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Von
den beiden Querlenkern 48 ist des Weiteren der eine an
dem einen Außenschenkel 16b und der andere an
dem anderen Außenschenkel 17b angelenkt. Die entsprechenden
Gelenkstellen sind bei 53 ersichtlich, die von ihnen definierten
Gelenkachsen sind wiederum parallel zu der inneren Schwenkachse 22.
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Auf
diese Weise liegt ein Gelenkviereck vor, dessen Gelenke durch die äußere
Schwenkachse 33, die gemeinsame Schwenkachse 52 der
Querlenker 48 und die beiden Gelenkstellen 53 definiert
ist. Diese Konstellation hat zur Folge, dass das Handhabungsteil 6 stets
derart bezüglich der Außenschenkel 16b, 17b abgestützt
ist, dass eine relativ zu der zwischen den beiden Außenschenkeln 16b, 17b verlaufenden
Winkelhalbierenden 54 eingenommene Schwenkbewegung konstant
bleibt, und zwar unabhängig von den zwischen den beiden
Außenschenkeln 16b, 17b beim Abknicken
oder Strecken der Knickarme 16, 17 auftretenden
Winkeländerungen. Die oben erwähnte Verschiebeachse 47 liegt
auf der Winkelhalbierenden 54.
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Ein
umzupositionierendes Teil 2 kann somit unabhängig
von der bezüglich der inneren Schwenkachse 22 eingenommenen
Winkelposition der Schwenkarmkinematik 12 stets im Rahmen
einer linearen, bezüglich der inneren Schwenkachse 22 radialen
Bewegung aufgenommen und abgesetzt werden. Hierbei bietet es sich
an, die Haltefläche 8 so anzuordnen, dass ihre
Flächenebene rechtwinkelig zu der Winkelhalbierenden 54 orientiert
ist.
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Als
Führungselement 46 ist beispielsweise eine von
einem Wälzlager gebildete Führungsrolle vorgesehen,
die in einem insbesondere als Schlitz ausgebildeten Langloch des
Führungsarmes 45 läuft.
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Das
Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist
antriebsseitig, also einschließlich der Antriebseinrichtung 14 und
der dieser zugeordneten elektronischen Steuereinrichtung 42,
in gleicher Weise wie das Handhabungsgerät der 1 bis 5 ausgestattet,
sodass insofern auf die dortigen Ausführungen verwiesen
wird. Der wesentliche Unterschied beschränkt sich auf die
Ausbildung der Koppeleinrichtung 44, die hier das Handhabungsteil 6 derart
abstützt, dass beim Durchlaufen einer Handhabungsbahn 7 Winkeländerungen
bezüglich der Winkelhalbierenden 54 möglich
sind, stattdessen aber die bezüglich des Tragkörpers 13 eingenommene
räumliche Orientierung unabhängig von der Schwenkposition
der Schwenkarmkinematik 12 konstant bleibt. Die Haltefläche 8 ändert
also zu keiner Zeit ihre im Raum eingenommene Ausrichtung, solange
nicht der Tragkörper 13 selbst seine Orientierung ändert.
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Um
dies zu realisieren, ist die Koppeleinrichtung 44 mit einem
zwischen den Tragkörper 13 und das Handhabungsteil 6 zwischengeschalteten
Koppelgetriebe 56 ausgestattet. Dessen bevorzugte Bauform
wird nachstehend erläutert.
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Das
Koppelgetriebe 56 enthält ein mit der äußeren
Schwenkachse 33 gleichachsiges, drehfest mit dem Handhabungsteil 6 verbundenes
Außenzahnrad 57. Ferner umfasst es eine Zwischenzahnradanordnung
mit zwei zu einer der beiden Zwischengelen kachsen 18 gleichachsigen
Zwischenzahnrädern 58, 59, die drehfest
miteinander verbunden sind, zugleich aber bezüglich des
zugeordneten Innenschenkels 16a und Außenschenkels 16b frei drehbeweglich
sind. Schließlich ist noch eine fest an dem Tragkörper 13 angeordnete,
sich um die innere Schwenkachse 22 herum erstreckende Tragkörperverzahnung 60 vorhanden.
Letztere behält unabhängig von der Schwenkposition
der Innenschenkel 16a, 17a ihre Lage am Tragkörper 13 unverändert
bei.
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Die
Tragkörperverzahnung 60 kann in der in 2 strichpunktiert
angedeuteten Weise realisiert sein. Es handelt sich beispielsweise
um eine zu der inneren Schwenkachse 22 konzentrische Verzahnung,
die die erste Antriebswelle 24 umschließt und ihrerseits
von der zweiten Antriebswelle 25 umschlossen ist. In den 5 und 6 ist
sie größtenteils von dem einen Außenschenkel 16b überdeckt.
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Ein
in sich geschlossener Außenzahnriemen 63 umschlingt
das Außenzahnrad 57 und das eine Zwischenzahnrad 58.
Ein ebenfalls in sich geschlossener Innenzahnriemen 64 umschlingt
das andere Zwischenzahnrad 59 und die Tragkörperverzahnung 60.
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Wird
beispielsweise die Schwenkarmkinematik 12 ohne Veränderung
der zwischen den beiden Innenschenkeln 16a, 17a eingenommenen
Relativposition bezüglich der inneren Schwenkachse 22 im Gegenuhrzeigersinn
verschwenkt, führt das Handhabungsteil 6, bedingt
durch das Koppelgetriebe 56, relativ zu den Außenschenkeln 16b, 17b eine
Dreh- beziehungsweise Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn um die äußere
Schwenkachse 33 aus, sodass sich die räumliche
Ausrichtung zum Tragkörper 13 insgesamt nicht ändert.
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Es
versteht sich, dass die Koppeleinrichtung 44 auch in anderer
Weise als abgebildet realisiert werden kann. Es wurden lediglich
die besonders bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1464596
A2 [0002]
- - EP 1272409 B1 [0004]