DE102007015439A1 - Roboterantrieb- steifer Antriebstrang durch Anwendung einer auf 2 Kurbelwellen gelagerten zweifachen Viergelenkkette - Google Patents

Abstract

die Erfindung betrifft einen steifen flachen Antriebsstrang, bestehend aus 2 Kurbeln einer Abtriebs-, einer Antriebskurbel und 2 Kurbelverbindungspleueln. Der Antriebsstrang kann in Roboterarmen hintereinander mehrfach geschaltet werden. Anwendung erfolgt bei Robotern, vorzugsweise bei Scararobotern, wobei durch den Einsatz eines zusätzlichen Getriebes mit Übersetzung 2 : 1 eine stets radiale Bewegung des Endeffektors erzwungen wird. Durch die Anwendung dieses Antriebsstranges ist der Drehwinkel der Arme, in denen er eingesetzt wird, unbegrenzt. Mehrfachdrehungen sind möglich.

Description

• Anwendungsgebiet:
• – bei Scararobotern als Mehrfachantrieb für 1 oder mehrere Arme bzw. Endeffektoren z. B. bei Handhabung von Wafern in Elektronikindustrie,
• – bei Vorrichtungen für geradlinige und winkelförmige Handhabung und Manipulation von unterschiedlichen Gütern, bei Robotern.
• Stand der Technik:
• Bei Robotern (z. B. SCARA-Robotern) werden klassische Antriebe, bei denen die Antriebe (intergriertes Motorgetriebe) direkt in den Drehgelenken der Arme gelagert sind, eingesetzt. Nachteile dieser Bauweise ist die größe Bauhöhe des Roboters (Scararoboters) und zusäztliche Belastung der Roboterarme durch schweres Motorgetriebe.
• Desweiteren sind auch Antriebstränge mit Zugmitteln (z. B. Stahlbändern, Zahnriemen) bekannt. Diese Antriebe haben folgende Nachteile – die Steifigkeit der Bänder ist gering, dadurch sind im allgemeinen die Beschleunigungen und Geschwindigkeiten begrenzt. Bei höheren Geschwindigkeit ergibt sich Schwingungsanfälligkeit und die Gefahr des Reißens der Bänder. Die Stahlbandaufwicklungsräder sind schwer, belasten Antriebe und die Robotertragarme müßen entsprechend dimensioniert werden. Die Zugmitteln (im allgemeinen Stahlbänder, Ketten, Zahriemen) mußen durch zusätzliche Rädern vorgespannt sein. Das bedeutet zusäztliche Belastung, Masse, Lagerung. Die Drehbewegungen sind ebenfalls begrenzt.
• Weitere bekannte Lösungen sind Antriebstränge, die sich aus folgenden Antriebselementen zusammmensetzen → 2 mal Kegelradgetriebe in den Roboterdrehgelenken, die Kegelräder sind mit einer Welle und 2 Kardangelenken verbunden. Dieser Antriebstrang ist zwar flach, aber schwer und durch die Torsionsnachgiebigkeit der Welle zusätzlich auch schwingungsanfällig.
• Kurzbeschreibung der Erfindung
• Die Drehbewegung der Arme wird durch nachfolgenden Antriebstrang realisiert. In den Drehgelenken des Roboters sind Kurbelwellen gelagert. Die Drehbewegung erfolgt über flache Pleueln, die Lagerung der Pleueln ist winklig so versetzt, daß immer eine Zugbelastung einer der 2 Pleueln sichergestellt ist. Somit kann die flache druckbelastete Pleuel infolge Knickung nicht ausbrechen. Durch den Winkelversatz der Pleuellagerung wird auch sichergestellt, daß sich keine unbestimmte Verzweigunglage (Verzweigungsposition) der Viergelenkette ergibt. Bei einer einfachen Viergelenkette ergeben sich bei Drehbewegungen über 360 Grad unbestimmte labile Positionen.
• Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.
• 1. Durch die flache Pleueln wird eine extrem flache Bausweise der Roboterarme ermöglicht.
• 2. Die Pleueln haben wesentlich höhere Steifigkeit als Stahlbänder, bzw. Welle beim Kegelradantrieb, wodurch eine steifer robuster Antrieb realisiert wird.
• 3. Durch die Vorteile des leichten flachen Antriebstranges ergibt sich ebenfalls eine leichte Bauweise der Roboterarme. Durch die leichte Roboterarme und leichten Antriebstrang ist auch die Bemessung des Motors und des Getriebs ebenfalls begünstigt.
• 4. Höhe Antriebsdynamik wird sichergestellt.
• 5. Ein Drehwinkel des Armes über 360 Grad ist unproblematisch. (eventuelle Beschränkung der Drehbewegung nur infolge Kabelführung) Siehe ensprechende schematische kinematische avi_Files.
• 6. Bei Anwendungen wo der Endeffektor nur kurze Hube macht ist keine Drehrichtungumkehr des Motors notwendig.
• Die Aufgabe der Erfindung ist die Sicherstellung der oben angeführten Vorteile und diese werden mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
• Verzeichnis der Abbildungen
• 1 – Anwendung des Antriebstranges bei einem Scara Roboter mit Radialbewegung des Endeffektors ISO Darstellung, die Deckel sind ausgeblendet um den Antriebstarng sichtbar zu machen
• 2 – Anwendung des Antriebstranges bei einem Scara Roboter mit Radialbewegung des Endeffektors ISO Darstellung, Antriebstarng wird sichtbar gemacht
• 3 – Anwendung des Antriebstranges bei einem Scara Roboter mit Radialbewegung des Endeffektors Seitenansicht,

1A, 1B, 1C, 1D

Kurbelwelle

2A, 2B, 2C, 2D

Pleuel

3

Endeffektor

4

Oberarm

5

Unterarm

6

Übersetzungsgetriebe

7

Kurbelwellenantrieb

Claims (4)

1. Der Antriebsstrang für ein Roboterarm ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus 2 Kurbeln einer Antriebskurbel (1A) und einer Abtriebskurbel (1B), 2 Kurbelverbindungspleueln (2A, 2B) besteht.
2. Der Antriebstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Antriebstrang in einem Arm eingesetzt wird wobei mehrere Arme mit je einem Antriebstrang hinetereinander gleichzeitig geschaltet werden können.
3. Der Antriebstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere in Scararobotern für Waferindustrie als zweifacher Antrieb (1A, 1B, 1C, 1D, 2A, 2B, 2C, 2D, 6) eingesetzt werden kann wobei durch ein zusätzliches allgemeines Getriebe mit Übersetzung 2:1 (Stahlband, Zahnradgetriebe) eine stets radiale Bewegung des Endeffektors erzwungen wird.
4. Der Antriebstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass er kinematische Drewinkel der Roboterarme zueinader unbegrenzt ist, das heißt Mehrfachdrehungen sind möglich.