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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Positionieren und Orientieren
eines Werkzeugs oder Werkstücks
mit einem Grundkörper,
an dem wenigstens drei Antriebseinheiten angeordnet sind, die jeweils
an einem zum Tragen des Werkzeugs oder des Werkstücks ausgebildeten
Tragelement befestigt sind und die zur räumlichen Auslenkung des Tragelements
dienen, wobei die Antriebseinheiten jeweils ein zumindest bereichsweise
auf einer Wickelwelle aufwickelbares, durch Rotation der Wickelwelle
längeneinstellbares
Spreizband umfassen, das sich entlang einer Längsachse zwischen Wickelwelle
und Tragelement erstreckt, wobei die Längsachse in einer Spreizbandebene
enthalten ist, die senkrecht zu einer Mittelachse der Wickelwelle
ausgerichtet ist und wobei das Spreizband in einer Querschnittsebene
senkrecht zur zugeordneten Längsachse
gekrümmt
ausgebildet ist und die Mittelachsen der Wickelwellen parallel zueinander
ausgerichtet sind, wobei die Mittelachsen von wenigstens zwei Wickelwellen
quer zur Achsrichtung zueinander beabstandet sind.
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Derartige
Antriebssysteme werden beispielsweise in der Produktionstechnik,
insbesondere bei der Herstellung von elektrischen Leiterplatten
und Solaranlagenkomponenten, eingesetzt. Sie dienen insbesondere
der Handhabung der zumeist plattenförmigen Gegenstände, beispielsweise
um Leiterplatten nach einem Galvanisiervorgang auf einer Abtropfeinrichtung
anzuordnen oder um die Leiterplatten aus einer ersten Behandlungseinrichtung
in eine zweite Behandlungseinrichtung zu übergeben. Die hierfür eingesetzten
Antriebssysteme sollen sich in erster Linie durch einen kostengünstigen
Aufbau, durch einen wartungsarmen und zuverlässigen Betrieb sowie durch
einen geringen Raumbedarf auszeichnen.
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Aus
der
DE 10 2006
059 335 A1 ist ein Roboter mit längenveränderlichen Spreizbandaktuatoren
bekannt, der zur Positionierung von Stückgütern in einem Arbeitsraum ausgebildet
ist. Der bekannte Roboter weist wenigstens zwei Roboterarme auf, welche
jeweils durch mindestens einen längenveränderlichen
Spreizbandaktuator gebildet sind. Die Spreizbandaktuatoren umfassen
quer zur Wickelrichtung gewölbte
Spreizbänder,
die mit ihren ersten Enden an einer Plattform zusammengeführt und
mit ihren zweiten Enden zum Auf- und Abwickeln des Spreizbandes
jeweils mit einer Antriebseinheit gekoppelt sind. Dabei sind die
Antriebseinheiten jedes Roboterarms in einer Antriebsebene angeordnet, welche
oberhalb des Arbeitsraums liegt, in welchem die von den Spreizbändern bewegte
Plattform positionierbar ist.
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Aus
der
DE 198 47 502
A1 ist eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung eines Endeffektors bekannt,
die als Teleskopantriebe ausgeführte
Aktuatoren umfasst. Bei den Aktuatoren kann es sich beispielsweise
um hydraulische oder pneumatische Zylinder handeln, die an einem
Träger
sowie an einem Endeffektor jeweils schwenkbeweglich gelagert sind.
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Aus
der
DE 38 38 724 A1 sind
Führungseinrichtungen
zum Führen
eines bombierten Bandes bekannt, die beispielsweise für eine lineare
Umlenkung eines bombierten Bandes dienen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Antriebssystem bereitzustellen,
das einen besonders einfachen und kompakten Aufbau aufweist.
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Diese
Aufgabe wird für
ein Antriebssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
am Tragelement wenigstens ein zumindest bereichsweise mit einer
gekrümmten
Oberfläche
versehener Anlagekörper
angebracht ist, an dem sich das Spreizband unter Änderung
seiner bezüglich
dem Tragelement eingenommenen Orientierung abwälzen kann.
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Der
Anlagekörper
dient zur Vermeidung unerwünschter
Knickungen des Spreizbandes bei der Durchführung der Translations- und/oder Rotationsbewegungen
des Tragelements. Das Spreizband ist vorzugsweise durch Verschrauben,
Klemmen oder mittels einer stoffschlüssigen Verbindung an dem Tragelement
festgelegt und umschlingt den bereichsweise mit einer gekrümmten Ober fläche versehenen Anlagekörper mit
einem Umschlingungswinkel, der insbesondere in einem Intervall zwischen
0 Grad und 180 Grad angesiedelt sein kann.
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Aufgrund
der Anordnung der Antriebseinheiten können diese in besonders kompakter
Weise an dem Grundkörper
angeordnet werden. Bedingt durch die Anordnung der Antriebseinheiten
wird eine Beweglichkeit des Tragelements im Arbeitsraum mit zwei
linearen Freiheitsgraden der Bewegung und einem rotatorischen Freiheitsgrad
der Bewegung ermöglicht.
Beispielsweise können
die Antriebselemente derart am Grundkörper angeordnet sein, dass das
Tragelement in einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Ebene
verfahrbar ist und zusätzlich um
eine Schwenkachse, die orthogonal zur Vertikalebene ausgerichtet
ist, verkippt werden kann. Dadurch wird beispielsweise ein Aufnehmen
von Leiterplatten von einem im Wesentlichen in horizontaler Richtung
ausgerichteten Förderband
und ein Absetzen der Leiterplatten in einen Halter, in dem die Leiterplatten
schräg
zur Horizontalen ausgerichtet sind, ermöglicht. Vorzugsweise weist
das Tragelement nur den vorstehend beschriebenen Schwenkfreiheitsgrad
um die Schwenkachse orthogonal zur Spreizbandebene auf. Die Anordnung
und Ausgestaltung der Spreizbänder
ist vorzugsweise derart gewählt, dass
Schwenkbewegungen um andere Schwenkachsen verhindert werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn wenigstens zwei Wickelwellen längs der Mittelachsen beabstandet
zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise spannen die Verbindungsstellen
von wenigstens drei am Tragelement befestigten Spreizbändern eine
Tragebene auf. Die Spreizbänder
können
Querkräfte
in einer Richtung orthogonal zur Spreizbandebene bis zu einem gewissen
Niveau aufnehmen, wodurch eine Anordnung der Verbindungsstellen
auf einer gemeinsamen Geraden möglich
ist. Für
die praktische Verwendung des Antriebssystems ist es vorteilhaft,
wenn die Spreizbänder
im Wesentlichen querkraftfrei eingesetzt werden. Dies kann in vorteilhafter
Weise erreicht werden, indem wenigstens zwei Wickelwellen längs der
Mittelachsen beabstandet zueinander angeordnet sind. Für diesen
Fall liegen wenigstens zwei der Längsachsen in parallel zueinander
beabstandeten Spreizbandebenen.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
zwei Verbindungsstellen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind,
die parallel zu den Mittelachsen der Wickelwellen ausgerichtet ist.
Dadurch wird die Kippbewegung für
das Tragelement vereinfacht. Die gemeinsame Achse, auf der die zwei
Verbindungsstellen angeordnet sind, kann hierbei als Kippachse dienen.
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Vorteilhaft
ist es, dass diejenigen Wickelwellen, deren Verbindungsstellen auf
einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, längs der Mittelachsen beabstandet
zueinander angeordnet sind. Dadurch wird eine ausreichende Stabilität des Antriebssystems
gegen Querkräfte,
die senkrecht zu der vorzugsweise vertikal ausgerichteten Bewegungsebene für das Tragelement
wirken, sichergestellt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittelachsen
von zwei Wickelwellen koaxial zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht eine
kompakte Anordnung der Antriebseinheiten an dem Grundkörper.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachsen
von wenigstens zwei Spreizbändern
in einer gemeinsamen Spreizbandebene angeordnet sind, die parallel
zu einer Spreizbandebene eines weiteren Spreizbands ausgerichtet
ist. Durch die Anordnung von wenigstens zwei Spreizbändern in
einer gemeinsamen Spreizbandebene lässt sich eine kompakte Gestaltung
des Antriebssystems erreichen. Besonders kompakt ist eine Anordnung,
bei der sämtliche
Spreizbandebenen zusammenfallen. Die notwendige Querstabilität wird hierbei
insbesondere durch entsprechend breit ausgelegte Spreizbänder gewährleistet.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Spreizband beweglich,
insbesondere schwenkbar, am Tragelement angebracht. Dadurch wird
eine rotatorische Relativbewegung zwischen Spreizband und Tragelement
um eine Drehachse ermög licht. Dies
ist insbesondere dann von Interesse, wenn Toleranzen ausgeglichen
werden sollen oder vom Werkstück
oder Werkzeug auf das Antriebssystem übertragene Schwingungen von
den Spreizbändern entkoppelt
werden sollen. Beispielsweise kann das Spreizband an einem Scharnier
befestigt sein, dessen Schwenkachse orthogonal zur Spreizbandebene ausgerichtet
ist. Alternativ kann zur Verbindung des Spreizbands mit dem Tragelement
ein Kugelgelenk vorgesehen sein.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Mittelachsen und die Verbindungsstellen bei Projektion
in eine der Spreizbandebenen zwei aneinandergrenzende, insbesondere
spitzwinklige, Dreiecke bilden. Dadurch wird eine stabile Aufhängung des
Tragelements an den Spreizbändern
gewährleistet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Antriebseinheit mindestens einen fremdkraftbetätigbaren,
insbesondere fluidisch oder elektrisch betreibbaren, Antriebsmotor,
der vorzugsweise mittels eines Untersetzungsgetriebes in Wirkverbindung
mit der jeweils zugeordneten Wickelwellen steht. Der Antriebsmotor
stellt das zum Aufwickeln und Abwickeln des Spreizbands notwendige Drehmoment
bereit. Er wird von einer Steuereinrichtung, die vorzugsweise für die Ansteuerung
sämtlicher
Antriebseinheiten ausgebildet ist, angesteuert. Dies ermöglicht eine
koordinierte Längenänderung für die jeweiligen
Spreizbänder
und eine dadurch hervorgerufene Bewegung des Tragelements in der
Bewegungsebene.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass genau drei Antriebseinheiten
mit dem Tragelement gekoppelt sind. Durch den Einsatz von genau
drei Antriebseinheiten lässt
sich eine stabile, statisch bestimmte Aufhängung des Tragelements erzielen,
die im Hinblick auf die Ansteuerung der einzelnen Antriebseinheiten durch
eine Steuereinheit gut beherrschbar ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Antriebssystems mit drei räumlich verteilt
angeordneten Spreizbändern,
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2 eine
Seitenansicht des Antriebssystems gemäß der 1 in einer
ersten Betriebsstellung, und
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3 eine
Seitenansicht des Antriebssystems gemäß der 1 in einer
zweiten Betriebsstellung.
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Ein
in den 1 bis 3 dargestelltes Antriebssystem 10 umfasst
einen schematisch dargestellten, beispielsweise U-förmig ausgebildeten Grundkörper 12 sowie
mehrere, beispielsweise drei, am Grundkörper 12 angebrachte
Antriebseinheiten 14. Die Antriebseinheiten 14 sind über Spreizbänder 16 exemplarisch
an einer Oberseite eines Tragelements 18, das als Halteplatte
ausgebildet ist, angebracht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an einer Unterseite des Tragelements 18 eine als Greifer
ausgebildete Spanneinrichtung 20 angebracht, mit der Werkstücke oder
Werkzeuge gegriffen werden können.
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Jede
der Antriebseinheiten 14 umfasst neben dem Spreizband 16 einen
beispielsweise als Fluidmotor oder Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor 22,
dessen nicht näher
bezeichnetes Gehäuse starr
befestigt an dem Grundkörper 12 angebracht ist.
Die nicht näher
dargestellte, drehbar gelagerte Motorwelle des Antriebsmotors 22 wirkt
auf ein ebenfalls nicht näher
dargestelltes Untersetzungsgetriebe, dessen Abtriebswelle als Wickelwelle 24 ausgebildet
ist, auf die das Spreizband 16 bereichsweise aufgewickelt
ist. Eine Mittelachse 26 der Antriebseinheit 14 ist
orthogonal zu einer Längsachse 28 ausgerichtet,
die sich längs
des Spreizbands 16 erstreckt. Die Längsachse 28 wird von
einer Spreizbandebene 30 umfasst, deren Normalenvektor
von der Mittelachse 26 gebildet wird.
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Die
Spreizbänder 16 sind
an Verbindungsstellen 32 an dem Tragelement 18 befestigt,
beispielsweise mittels einer nicht näher dargestellten Klemmeinrichtung
am Tragelement 18 geklemmt. Zur Sicherstellung eines vorteilhaften
Verlaufs der Spreizbänder 16 ausgehend
vom Tragelement 18 ist jedem der Spreizbänder 16 ein
am Tragelement 18 festgelegter, im Wesentlichen kreiszylindrischer
Anlagekörper 34 zugeordnet.
In den unterschiedlichen Betriebsstellungen, von denen zwei exemplarisch
in den 2 und 3 dargestellt sind, kann sich
das Spreizband 16 jeweils mit einem von der Verkippung des
Tragelements 18 abhängigen
Umschlingungswinkel an dem Anlagekörper 34 anlegen.
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Die
Antriebsmotoren 22 und die Spanneinrichtung 20 sind
gemäß der Darstellung
der 2 und 3 über Steuerleitungen 36 mit
einer Steuereinheit 38 gekoppelt, die für eine koordinierte Betätigung der
Antriebseinheiten 14 und der Spanneinrichtung 20 ausgebildet
ist, um das Tragelement 18 in die unterschiedlichen Betriebsstellungen
zu bewegen und ein Werkzeug oder Werkstück aufnehmen oder absetzen
zu können.
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Bei
dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
verlaufen sämtliche
Mittelachsen 26 parallel zueinander. Zudem sind zwei der
Antriebseinheiten 14 derart angeordnet, dass ihre Mittelachsen 26 koaxial
zueinander verlaufen.
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Die
Antriebsmotoren 22 der beiden Antriebseinheiten 14 sind,
wie aus 1 ersichtlich ist, an dem kürzeren Schenkel
des U-förmigen
Grundkörpers 12 festgelegt
und längs
der Mittelachse 26 voneinander beabstandet. Der Antriebsmotor 22 einer weiteren
Antriebseinheit 14 ist an dem zwischen den Schenkeln des
U-förmigen
Grundkörpers 12 ausgebildeten
Verbindungssteg 40 angebracht. Die Mittelachse 26 dieses
Antriebsmotors 22 ist daher beabstandet zu den Mittelachsen 26 der übrigen Antriebsmotoren 22 angeordnet.
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Die
koaxial zueinander angeordneten Antriebseinheiten 14 sind
längs der
Mittelachse 26 beabstandet zueinander angeordnet. Darüber hinaus liegen
bei der vorliegenden Ausführungsform
des Antriebssystems 10 die Spreizbänder 16 in parallel
zueinander ausgerichteten, räumlich
voneinander beabstandeten Spreizbandebenen 30, die die
jeweilige Längsachse 28 umfassen
und bei denen die Mittelachse 26 den Normalenvektor bildet.
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Um
das Tragelement 18 aus der in der 2 dargestellten
Betriebsstellung in die Betriebsstellung gemäß der 3 zu überführen, ist
lediglich eine Ansteuerung der beiden am kurzen Schenkel des beispielsweise
U-förmig
ausgebildeten Grundkörpers 12 angebrachten
Antriebseinheiten 14 erforderlich.
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Die
Ansteuerung wird durch die Steuereinheit 38 vorgenommen
und über
die Steuerleitungen 36 an die entsprechenden Antriebseinheiten 14 weitergegeben.
Durch die übertragenen
Steuerbefehle wird bei den beiden angesteuerten Antriebseinheiten 14 eine
Rotation der Wickelwelle 24 um die Mittelachse 26 hervorgerufen,
die zu einer Abwicklung des Spreizbands 16 von der Wickelwelle 24 führt. Dadurch
wird die Längenausdehnung
der zugeordneten Spreizbänder 16 vergrößert. Da
die Längenausdehnung
des Spreizbands 16 der Antriebseinrichtung 14, die
am Verbindungssteg 40 angebracht ist, im Wesentlichen konstant
bleibt, führt
das Tragelement 18 eine überlagerte Bewegung aus, die
sich aus zwei translatorischen Bewegungskomponenten und einer rotatorischen
Bewegungskomponente zusammensetzt.
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Die
translatorischen Bewegungen finden in der Darstellungsebene der 2 und 3 in
vertikaler und horizontaler Richtung statt. Die rotatorische Bewegung
des Tragelements 18 erfolgt bei dieser Bewegung um eine
in der 1 dargestellten Schwenkachse 33. Die
Schwenkachse 33 ist normal zur Darstellungsebene der 2 und 3 ausgerichtet
und liegt koaxial zu nicht bezeichneten Mittelachsen zweier Anlagekörper 34,
deren zugeordnete Verbindungsstellen 32 somit ebenfalls
auf einer gemeinsamen Achse 35 liegen. Durch entsprechende Ansteuerung
der Antriebseinheiten 14 kann auch eine reine translatorische
Bewegung in vertikaler und/oder horizontaler Richtung oder eine
reine Schwenkbewegung des Tragelements 18 bewirkt werden.
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Wie
aus den 2 und 3 zu entnehmen ist,
bilden die Schnittpunkte der Mittelachsen 26 mit der Darstellungsebene
und die Schnittpunkte von Achsen durch die Anlagekörper 34 mit
der Darstellungsebene zwei aneinandergrenzende, spitzwinklige Dreiecke,
deren Schenkel durch die Spreizbänder 16 gebildet
werden. Eines der Spreizbänder 16 dient als
gemeinsamer Schenkel für
beide Dreiecke.