DE102020211506B4

DE102020211506B4 - Ausleger-Arbeitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020211506B4
Application number: DE102020211506.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Aegerter
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: DE102020211506A1; US11806868B2; US20220080583A1; CN114179070A

Abstract

Es wird eine Ausleger-Arbeitsvorrichtung (1) vorgeschlagen, die einen an einem Auslegerträger (3) diesbezüglich abstehend angeordneten Ausleger (4) aufweist, an dem eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle (12) ausgebildet ist. Der Ausleger (4) ist mit zwei linearen Abtriebsstrukturen (83, 84) ausgestattet, die jeweils mit einem von zwei Antriebsrädern (57, 58) des Auslegerträgers (3) in Eingriff sehen. Der Ausleger (4) ist bezüglich des Auslegerträgers (3) sowohl um eine Hauptachse (7) schwenkbar als auch rechtwinkelig zu der Hauptachse (7) linear verschiebbar. Durch aufeinander abgestimmte Drehbetätigung der Antriebsräder (57, 58) kann eine Arbeitsbewegung des Auslegers (4) hervorgerufen werden, die entweder nur aus einer Schwenkbewegung oder nur aus einer Linearbewegung besteht oder sich aus der Schwenkbewegung mit zeitgleich überlagerter Linearbewegung zusammensetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausleger-Arbeitsvorrichtung, mit einem eine Hauptachse aufweisenden Auslegerträger und einem mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle aufweisenden, sich entlang einer zu der Hauptachse orthogonalen Ausleger-Längsachse erstreckenden Ausleger, wobei der gesamte Ausleger in einer zu der Hauptachse orthogonalen Arbeitsebene relativ zu einem Auslegerträger-Grundkörper des Auslegerträgers unter Ausführung einer Ausleger-Schwenkbewegung um die Hauptachse als Schwenkzentrum verschwenkbar ist, und mit einer Ausleger-Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung des Auslegers relativ zu dem Auslegerträger in der Arbeitsebene.
Eine derartige Ausleger-Arbeitsvorrichtung ist in der DE 10 2017 215 942 A1 als Roboter vom SCARA-Typ ausgebildet. Der bekannte Roboter hat eine Sockeleinheit, an der ein Auslegerträger vertikal verfahrbar angeordnet ist, der einen auslegerartig horizontal auskragenden Gelenkarm trägt, der bezüglich einer vertikalen Hauptachse des Auslegerträgers verschwenkbar ist, um eine an dem Gelenkarm angeordnete und im Betrieb mit einem Endeffektor bestückte Endeffektor-Befestigungsschnittstelle in einer zu der Hauptachse rechtwinkeligen Arbeitsebene verlagern und positionieren zu können. Um mit der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle beliebige Raumpunkte in der Arbeitsebene anfahren zu können, ist der Gelenkarm in mehrere gelenkig miteinander verbundene und relativ zueinander verschwenkbare Armglieder untergliedert.
Die zwischen benachbarten Armgliedern platzierten Armgelenke sind jeweils mit einer Drehantriebseinheit ausgestattet, um die Armglieder relativ zueinander in der Arbeitsebene aktiv verschwenken zu können. Der antriebstechnische Aufwand bei dieser bekannten Arbeitsvorrichtung ist relativ hoch. Ferner hat der als Ausleger fungierende Gelenkarm aufgrund der zu integrierenden Drehantriebseinheiten ein relativ hohes Gewicht.
In der CN 1 04 260 108 A , CN 1 07 639 631 A , US 2014 / 0 174 240 A1 und DE 103 49 452 A1 ist jeweils ein Roboter vom Typ SCARA beschrieben, der über einen Ausleger verfügt, der aus mehreren in einer Horizontalebene relativ zueinander verschwenkbaren Roboterarmen besteht, wobei der innere Robotararm ebenfalls in einer Horizontalebene verschwenkbar an einer Basis gelagert ist. Bei dem Roboter der CN 1 07 639 631 A besteht zusätzlich die Möglichkeit zu einer Linearbewegung, indem der gesamte SCARA-Roboter mit seiner Basis an einem Linearantrieb montiert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausleger-Arbeitsvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem und kostengünstigem Aufbau und geringem Gewicht des Auslegers eine variable Positionierung der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle in einer Arbeitsebene ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Ausleger-Arbeitsvorrichtung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgesehen,

- dass der gesamte Ausleger in der Arbeitsebene relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper unter Ausführung einer Ausleger-Linearbewegung in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse linear verfahrbar ist,
- dass an dem Auslegerträger-Grundkörper in diesbezüglich um die Hauptachse als Drehachse verdrehbarer Weise zwei zu der Hauptachse koaxiale erste und zweite Antriebsräder des Auslegerträgers drehbar angeordnet sind, wobei das erste Antriebsrad an seinem Außenumfang eine auf einer zu der Hauptachse koaxialen Kreislinie liegende erste Antriebsstruktur und das zweite Antriebsrad an seinem Außenumfang eine auf einer zu der Hauptachse koaxialen Kreislinie liegende zweite Antriebsstruktur aufweist,
- dass der Ausleger zwei sich parallel zu der Ausleger-Längsachse erstreckende lineare erste und zweite Abtriebsstrukturen aufweist, wobei die erste Abtriebsstruktur in einem ersten Eingriffsbereich mit der ersten Antriebsstruktur in kraftübertragendem Eingriff steht und wobei die zweite Abtriebsstruktur in einem zweiten Eingriffsbereich mit der zweiten Antriebsstruktur in kraftübertragendem Eingriff steht, wobei der erste Eingriffsbereich und der zweite Eingriffsbereich einander diametral gegenüberliegenden Außenumfangsbereichen der beiden Antriebszahnräder zugeordnet sind, - und dass die beiden Antriebsräder durch die Ausleger-Antriebseinrichtung unabhängig voneinander jeweils zu einer Antriebsdrehbewegung in einer ersten Drehrichtung und einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Drehrichtung rotativ antreibbar und in beliebigen Drehpositionen unverdrehbar festhaltbar sind, wodurch die Arbeitsbewegung des Auslegers hervorrufbar ist, die entweder nur aus der Ausleger-Schwenkbewegung oder nur aus der Ausleger-Linearbewegung besteht oder sich aus der Ausleger-Schwenkbewegung und der zeitgleich überlagerten Ausleger-Linearbewegung zusammensetzt.

Auf diese Weise kann eine am Ausleger angeordnete und im Betrieb der Ausleger-Arbeitsvorrichtung mit einem anwendungsspezifischen Endeffektor ausgestattete Endeffektor-Befestigungsschnittstelle variabel in der Arbeitsebene verlagert und positioniert werden, ohne dass es in den Ausleger integrierter Gelenkstrukturen und Drehantriebseinheiten bedürfte. Der Ausleger kann folglich äußerst gewichtssparend ausgebildet werden, was eine hohe Tragfähigkeit bietet und zum Ausführen der Arbeitsbewegung hohe Beschleunigungen gestattet. Zur Erzeugung der Arbeitsbewegung kann der gesamte Ausleger unter Ausführung einer Ausleger-Linearbewegung in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse und/oder unter Ausführung einer Ausleger-Schwenkbewegung um die eine Drehachse definierende Hauptachse herum verschwenkt werden. Die Ausleger-Linearbewegung und die Ausleger-Schwenkbewegung können jeweils für sich oder auch überlagert hervorgerufen werden, um die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle entlang einer gewünschten Bahnkurve in der Arbeitsebene zu bewegen. Ursächlich für die Arbeitsbewegung sind zwei durch eine als Ausleger-Antriebseinrichtung bezeichnete Antriebseinrichtung unabhängig voneinander rotativ antreibbare Antriebsräder, die zur besseren Unterscheidung als erstes und zweites Antriebsrad bezeichnet werden und die jeweils zu einer Antriebsdrehbewegung in einer ersten Drehrichtung und in einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Drehrichtung, also sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Urzeigersinns rotativ antreibbar sind. Dazuhin erlaubt die Ausleger-Antriebseinrichtung ein bedarfsgemäßes zeitweiligen unverdrehbares Festhalten eines oder beider Antriebsräder. Jedes Antriebsrad kooperiert antriebsmäßig mit einer von zwei linearen Abtriebsstrukturen des Auslegers, die zur besseren Unterscheidung als erste und zweite Abtriebsstruktur bezeichnet werden. Durch den gegenseitigen Eingriff einerseits der ersten Antriebsstruktur mit der ersten Abtriebsstruktur und andererseits der zweiten Antriebsstruktur mit der zweiten Abtriebsstruktur können die Antriebsräder eine in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse wirksame Antriebskraft auf die linearen Abtriebsstrukturen des Auslegers übertragen. Abhängig vom momentan eingestellten Betriebszustand der Antriebsräder, also entweder rotierend oder feststehend, ergibt sich die gewünschte Arbeitsbewegung. Die beiden Antriebsräder können gleichzeitig sowohl mit untereinander gleicher Drehrichtung oder mit untereinander entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben werden, wobei die Ausleger-Antriebseinrichtung bevorzugt so ausgebildet ist, dass die Antriebsdrehbewegungen der beiden Antriebsräder unabhängig von der gewählten Drehrichtung auch mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit ausgeführt werden können, das jeweils eine Antriebsrad also schneller rotiert als das andere Antriebsrad. Um eine momentane Arbeitsposition des Auslegers bzw. der daran angeordneten Endeffektor-Befestigungsschnittstelle zeitweilig unveränderlich festzuhalten, können die beiden Antriebsräder durch die Ausleger-Antriebseinrichtung gleichzeitig unverdrehbar festgehalten werden.
Die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle ist ausgebildet, um einen anwendungsspezifisch verwendeten Endeffektor für einen Arbeitsvorgang in bevorzugt lösbarer Weise zu fixieren. Ein solcher Endeffektor kann beispielsweise ein Greifer, ein Messgerät oder ein Schweißgerät sein. Unabhängig von der Ausgestaltung der Ausleger-Arbeitsvorrichtung kann ein Endeffektor an der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle direkt oder indirekt unter Zwischenschaltung einer Zusatzstruktur, beispielsweise eines Befestigungsadapters angebracht sein. Die Ausleger-Arbeitsvorrichtung eignet sich sehr gut für Handhabungsaufgaben und sie kann beispielsweise einen für vielfältige Aufgaben einsetzbaren Roboter repräsentieren.
Der Ausleger ist in einer einfachen Ausführungsform mit nur einer einzigen Endeffektor-Befestigungsschnittstelle ausgestattet, kann jedoch ohne Weiteres über mehrere Endeffektor-Befestigungsschnittstellen verfügen. Beispielsweise kann der Ausleger so ausgebildet sein, dass er auf entgegengesetzten Seiten mit jeweils einem Ausleger-Endabschnitt über den Auslegerträger hinausragt und im Bereich beider Ausleger-Endabschnitte mit einer Endeffektor-Befestigungsschnittstelle versehen ist.
Der Arbeitsbereich, in dem sich die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle mittels der Arbeitsbewegung bewegen lässt, ist bevorzugt von einer in der Arbeitsebene liegenden Kreisfläche oder Kreisringfläche definiert. Welche Formgebung der Arbeitsbereich hat, hängt hauptsächlich von der Platzierung der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle ab. Eine Kreisringfläche als Arbeitsbereich ergibt sich bevorzugt dann, wenn die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle an der dem Auslegerträger zugewandten Längsseite des Auslegers angeordnet ist. Befindet sich die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle an der entgegengesetzten, vom Auslegerträger abgewandten Längsseite des Auslegers, kann durch die Arbeitsbewegung zweckmäßigerweise ein kreisförmiger Arbeitsbereich befahren werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Antriebsstrukturen der beiden Antriebsräder sind zweckmäßigerweise in der Achsrichtung der Hauptachse nebeneinander angeordnet. Die beiden Antriebsräder überlappen sich zweckmäßigerweise in der Hauptachse, um eine gegenseitige Zentrierung und Abstützung zu erzielen. Die beiden linearen Abtriebsstrukturen erstrecken sich zweckmäßigerweise mit gleichem Versatz wie die Antriebsstrukturen in zueinander parallelen Ebenen.
Die beiden Antriebsstrukturen und die beiden linearen Abtriebsstrukturen sind bevorzugt als ineinander eingreifende Verzahnungen ausgebildet. Dies erlaubt eine äußerst präzise Positionierung mit der Möglichkeit zur Übertragung sehr hoher Antriebskräfte. Prinzipiell wäre allerdings auch eine Ausgestaltung für einen reibschlüssigen kraftübertragenden Eingriff möglich.
Die beiden linearen Abtriebsstrukturen sind bevorzugt an Zahnstangen des Auslegers ausgebildet. Bei diesen Zahnstangen handelt es sich insbesondere um bezüglich eines Ausleger-Grundkörpers des Auslegers separate Komponenten, die an dem Ausleger-Grundkörper durch geeignete Maßnahmen wie beispielsweise Schraubverbindungen befestigt sind.
Die beiden Antriebsräder des Auslegerträgers sind vorzugsweise als Zahnräder mit einer die zugeordnete Antriebsstruktur bildenden Außenverzahnung ausgebildet. Die beiden Zahnräder sind zweckmäßigerweise in koaxialer Ausrichtung axial aufeinanderfolgend angeordnet, wobei sie sich zweckmäßigerweise aneinander abstützen.
Die Ausleger-Antriebseinrichtung hat bevorzugt zwei unabhängig voneinander betätigbare Antriebseinheiten, die zur besseren Unterscheidung als erste und zweite Antriebseinheit bezeichnet werden. Es handelt sich insbesondere um elektrisch betätigbare Antriebseinheiten, die beispielsweise über einen elektrischen Schrittmotor oder elektrischen Servomotor verfügen. Alternativ können sie auch als mittels Fluidkraft betätigbare Antriebseinheiten oder als hybride Antriebseinheiten ausgeführt sein.
Zweckmäßigerweise enthält die Ausleger-Arbeitsvorrichtung eine elektronische Steuereinheit zur Ansteuerung der beiden Antriebseinheiten. Die erste Antriebseinheit ist antriebsmäßig mit dem ersten Antriebsrad gekoppelt, während die zweite Antriebseinheit antriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsrad gekoppelt ist.
Die Ausleger-Arbeitsvorrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass die beiden Antriebsräder durch die beiden Antriebseinheiten gleichsinnig oder gegensinnig rotativ antreibbar sind, und zwar sowohl in beliebiger zeitlicher Aufeinanderfolge als auch zeitgleich. Ferner ist zweckmäßigerweise ein Betrieb mit gleichen oder unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten möglich. Die Antriebseinheiten sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie das zugeordnete Antriebsrad in jeder beliebigen Drehposition stoppen und so lange wie gewünscht unverdrehbar festhalten können. Zum unverdrehbaren Festhalten können die Antriebseinheiten bei Bedarf jeweils mit einer Feststellbremse ausgestattet sein.
Zum antriebsmäßigen Zusammenwirken mit den Antriebseinheiten hat jedes Antriebsrad zweckmäßigerweise eine zur Hauptachse des Auslegerträgers koaxiale Innenverzahnung, mit der die jeweils zugeordnete Antriebseinheit in einem Verzahnungseingriff steht. Beispielsweise hat jede Antriebseinheit ein rotativ antreibbares Antriebsritzel, das in eine der beiden Innenverzahnungen eingreift.
Die beiden Antriebseinheiten sind bevorzugt an dem Auslegerträger-Grundkörper angeordnet. Sie machen also die Arbeitsbewegung des Auslegers nicht mit.
Bevorzugt ist der Ausleger bezüglich dem Auslegerträger in einer zu der Hauptachse senkrechten Richtung linear verschiebbar gelagert, zu welchem Zweck eine die Ausleger-Schwenkbewegung mitmachende Linearführungseinrichtung vorhanden ist. Auf diese Weise ist der Ausleger unabhängig von der momentanen Schwenkposition zuverlässig gegen quer zur Arbeitsebene wirksame Kräfte abgestützt.
Der Auslegerträger verfügt zweckmäßigerweise über ein bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers separates Abstützelement, das an dem Auslegerträger-Grundkörper um die als Drehachse fungierende Hauptachse verdrehbar gelagert ist. Die Drehlagerung erfolgt insbesondere unabhängig von den beiden Antriebsrädern.
Die Linearführungseinrichtung verfügt bevorzugt über eine Führungsschienenanordnung, die ein Bestandteil des Auslegers ist und die mit an dem Abstützelement angeordneten Führungsstrukturen in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse linear verschiebbar in Eingriff steht.
Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die Führungsschienenanordnung zwei sich jeweils parallel zu der Ausleger-Längsachse erstreckende Führungsschienen aufweist, die in der Ausdehnungsrichtung der Arbeitsebene, das heißt rechtwinkelig zu der Hauptachse zueinander beabstandet sind. Sie haben bevorzugt untereinander die gleiche Länge und liegen sich gegenüber. Jede Führungsschiene kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Jede Führungsschiene steht zweckmäßigerweise mit mindestens einem zu den Führungsstrukturen gehörenden und an dem Abstützelement fest angebrachten Führungsschuh linear verschiebbar in Eingriff. Bevorzugt kooperiert jede Führungsschiene mit zwei in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse zueinander beabstandeten Führungsschuhen. Die Führungsschuhe sind bevorzugt als Gleitschuhe ausgeführt, können allerdings auch als Wälzlagerschuhe realisiert sein.
Der Ausleger verfügt insbesondere über einen länglichen Ausleger-Grundkörper, an dem die mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle angeordnet ist. Die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle kann beliebig platziert sein, wobei es allerdings vorteilhaft ist, wenn sie sich an einer der beiden in der Achsrichtung der Hauptachse orientierten Längsseiten des Ausleger-Grundkörpers befindet.
Bei dem Ausleger-Grundkörper handelt es sich vorzugsweise um einen Hohlkörper, in dessen Innenraum die beiden linearen Abtriebsstrukturen angeordnet sind. Die vorteilhafte Führungsschienen-Anordnung ist zweckmäßigerweise an dem Ausleger-Grundkörper befestigt, wobei sie sich bevorzugt ebenfalls im Innenraum des hohlen Ausleger-Grundkörpers befindet.
Bevorzugt hat der Ausleger zwei in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse einander entgegengesetzte erste und zweite Ausleger-Endabschnitte. Der Ausleger ist zwischen zwei axialen Endpositionen verfahrbar, in denen jeweils einer der beiden Ausleger-Endabschnitte im Bereich des Auslegerträgers liegt. Bevorzugt ist mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle im Bereich eines der beiden Ausleger-Endabschnitte angeordnet.
Der Auslegerträger kann im Betrieb der Ausleger-Arbeitsvorrichtung auf beliebige Weise ortsfest fixiert sein, beispielsweise an einer Tragwand oder an einem Traggestell. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Ausleger-Arbeitsvorrichtung über eine Sockeleinheit, die beispielsweise auf einem Fundament fixierbar oder fixiert ist und an der der Auslegerträger derart gelagert ist, dass er in der Achsrichtung der Hauptachse relativ zu der Sockeleinheit eine lineare Hubbewegung ausführen kann. Eine bevorzugt vorhandene Auslegerträger-Antriebseinrichtung ermöglicht die Erzeugung der vorgenannten Hubbewegung, um den Auslegerträger und somit auch den daran angebrachten Ausleger in unterschiedlichen Hubpositionen positionieren zu können. Auf diese Weise lässt sich die Arbeitsebene in der Achsrichtung der Hauptachse parallel verlagern. Der von der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle abdeckbare Arbeitsbereich wird auf diese Weise erheblich vergrößert.
Bevorzugt ist die Ausleger-Arbeitsvorrichtung so ausgebildet, dass die Hubbewegung des Auslegerträgers unabhängig von der Arbeitsbewegung des Auslegers ausführbar ist. Die beiden Bewegungen können also sowohl nacheinander als auch zeitgleich ausgeführt werden.
Die Ausleger-Arbeitsvorrichtung ist bevorzugt mit einer elektronischen Steuereinheit ausgestattet, die zur Ansteuerung der Ausleger-Antriebseinrichtung sowie der bevorzugt ebenfalls vorhandenen Auslegerträger-Antriebseinrichtung ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert und in dieser zeigen

1 eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ausleger-Arbeitsvorrichtung in einer isometrischen Darstellung,
2 eine Vorderansicht der Ausleger-Arbeitsvorrichtung mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1 und dabei hälftig im Längsschnitt entsprechend Schnittlinie II-II aus 3,
3 einen Längsschnitt der Ausleger-Arbeitsvorrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert abgebildet ist,
4 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2 und 3,
5 einen Längsschnitt gemäß der abgestuften Schnittlinie V-V aus 2,
6 eine Einzeldarstellung des Auslegers aus 1 bis 5, wobei ein Ausleger-Grundkörper nur gestrichelt angedeutet ist und wobei ein strichpunktiert umrahmter Bereich separat auch nochmals vergrößert und aufgebrochen illustriert ist, und
7 bis 9 verschiedene Möglichkeiten zur Ausführung der Ar-beitsbewegung des Auslegers in jeweils einer Schnittdarstellung entsprechend 5, wobei strichpunktiert jeweils eine durch die Arbeitsbewegung erzielbare andere Arbeitsposition des Auslegers angedeutet ist.

Die in der Zeichnung beispielhaft abgebildete erfindungsgemä-ße Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 verfügt zweckmäßigerweise über eine Arbeitseinheit 2, die einen Auslegerträger 3 und einen von dem Auslegerträger 3 getragenen Ausleger 4 aufweist.
Der Auslegerträger 3 kann mit einer Befestigungseinrichtung versehen sein, durch die er am Einsatzort an einer geeigneten externen Tragstruktur fixierbar ist, beispielsweise an einer Tragwand oder an einem Traggestell. Bevorzugt ist die Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 jedoch mit einer zusätzlichen Sockeleinheit 5 ausgestattet, die zur Fixierung am Einsatzort ausgebildet ist und an der die Arbeitseinheit 2 über den Auslegerträger 3 fixiert ist. Die Sockeleinheit 5 hat eine Sockel-Befestigungsschnittstelle 6, mit der sie im betriebsbereiten Zustand der Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 an einer externen Tragstruktur befestigt ist, beispielsweise an einem Fundament eines Produktionsgebäudes.
Der Auslegerträger 3 erstreckt sich längs einer imaginären Hauptachse 7. In einem bevorzugten Gebrauchszustand der Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1, der in der Zeichnung illustriert ist, erstreckt sich die Hauptachse 7 vertikal.
Der Ausleger 4 hat eine Längserstreckung mit einer Ausleger-Längsachse 8. Die Ausleger-Längsachse 8 verläuft orthogonal zu der Hauptachse 7, wobei sie die Hauptachse 7 zweckmäßigerweise schneidet. Der Ausleger 4 kragt somit exemplarisch ausgehend von dem Auslegerträger 3 horizontal aus.
An dem Ausleger 4 ist eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 ausgebildet. Sie befindet sich üblicherweise in einem bezüglich der Hauptachse 7 radialen Abstand zu dem Auslegerträger 3. Der Ausleger 4 hat eine in der Achsrichtung der Hauptachse 7 orientierte, exemplarisch der Sockeleinheit 5 zugewandte untere Längsseite 13 sowie eine diesbezüglich entgegengesetzte obere Längsseite 14. Bevorzugt befindet sich die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 an der unteren Längsseite 13, sie kann jedoch ohne Weiteres auch an der oberen Längsseite 14 oder an einer anderen Stelle des Auslegers 4 platziert sein, beispielsweise auch stirnseitig.
Abweichend vom illustrierten Ausführungsbeispiel kann der Ausleger 4 über mehrere Endeffektor-Befestigungsschnittstellen 12 verfügen.
Die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 ist ausgebildet, um daran einen in 3 gestrichelt angedeuteten Endeffektor 15 zu befestigen, mit dem eine Arbeit ausgeführt werden soll. Der Endeffektor 15 ist anwendungsspezifisch ausgebildet und kann beispielsweise ein Greifer sein, mit dem sich Objekte 16 ergreifen und umpositionieren lassen.
Die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 ist bevorzugt für eine lösbare Fixierung eines Endeffektors 15 ausgebildet, so dass jederzeit ein Endeffektorwechsel stattfinden kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Endeffektor 15 unlösbar an der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 angebracht ist.
Der Auslegerträger 3 hat einen Auslegerträger-Grundkörper 17. Der gesamte Ausleger 4 ist in einer zu der Hauptachse 7 orthogonalen Arbeitsebene 18 relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper 17 um die Hauptachse 7 verschwenkbar. Die dabei stattfindende Schwenkbewegung des Auslegers 4 sei als Ausleger-Schwenkbewegung 22 bezeichnet und kann wahlweise in einer ersten Schwenkrichtung 22a oder in einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Schwenkrichtung 22b erfolgen, also wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns. Die Hauptachse 7 bildet das Schwenkzentrum bzw. die Schwenkachse für die Ausleger-Schwenkbewegung 22.
Unabhängig von der Ausleger-Schwenkbewegung 22 ist der gesamte Ausleger 4 in der Arbeitsebene 18 relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper 17 linear verfahrbar. Die dabei mögliche Linearbewegung ist in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse 8 orientiert und sei als Ausleger-Linearbewegung 23 bezeichnet. Die Ausleger-Linearbewegung 23 kann wahlweise in einer ersten Linearrichtung 23a oder in einer diesbezüglichen entgegengesetzten zweiten Linearrichtung 23b erfolgen.
Bei der reinen Ausleger-Linearbewegung 23 verändert sich der Abstand der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 bezüglich der Hauptachse 7. Bei der reinen Ausleger-Schwenkbewegung 22 bleibt dieser Abstand konstant und die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 bewegt sich entlang eines Kreisbogens, so dass sich lediglich die bezüglich der Hauptachse 7 in deren Umfangsrichtung eingenommene Winkelposition der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 verändert. Die von der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 eingenommene Position sei als Arbeitsposition bezeichnet.
Durch Ausführung der Ausleger-Schwenkbewegung 22 und der Ausleger-Linearbewegung 23, und zwar entweder zeitlich nacheinander oder überlagert gleichzeitig, lässt sich die Arbeitsposition der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 innerhalb der Arbeitsebene 18 zweidimensional variieren. Eine durch den Ausleger 4 ausführbare Arbeitsbewegung 24 besteht also entweder nur aus der Ausleger-Schwenkbewegung 22 oder nur aus der Ausleger-Linearbewegung 23 oder setzt sich aus der Ausleger-Schwenkbewegung 22 und der diesbezüglich zeitgleich überlagerten Ausleger-Linearbewegung 23 zusammen.
Zur Erzeugung der Arbeitsbewegung 24 ist die Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 mit einer Ausleger-Antriebseinrichtung 25 ausgestattet. Die Ausleger-Antriebseinrichtung 25 ist exemplarisch eine elektrische Antriebseinrichtung 25, kann jedoch ohne Weiteres auch als eine fluidbetätigte oder eine elektro-fluidische Antriebseinrichtung ausgebildet sein.
Bevorzugt handelt es sich bei der Ausleger-Antriebseinrichtung 25 um eine Drehantriebseinrichtung.
Die Ausleger-Antriebseinrichtung 25 umfasst bevorzugt zwei voneinander unabhängige Antriebseinheiten 26, 27, die zur besseren Unterscheidung auch als erste Antriebseinheit 26 und als zweite Antriebseinheit 27 bezeichnet werden.
Die Ausleger-Antriebseinrichtung 25 ist zweckmäßigerweise an dem Auslegerträger-Grundkörper angeordnet. Exemplarisch trifft dies für die beiden Antriebseinheiten 26, 27 zu. Der Auslegerträger-Grundkörper 17 hat eine in der Achsrichtung der Hauptachse 7 orientierte Unterseite 28, die exemplarisch der Sockeleinheit 5 zugewandt ist. Die Ausleger-Antriebseinrichtung 25 ist bevorzugt im Bereich der Unterseite 28 an dem Auslegerträger-Grundkörper 17 angebracht.
Die bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers 17 schwenkbare Lagerung des Auslegers 4 erfolgt zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers 17 gesonderten Abstützelements 32 des Auslegerträgers 3. Das Abstützelement 32 ist an dem Auslegerträger-Grundkörper 17 um die Hauptachse 7 verdrehbar gelagert, wobei der Ausleger 4 an dem Abstützelement 32 unverschwenkbar angeordnet ist. Somit bilden das Abstützelement 32 und der Ausleger 4 eine die Ausleger-Schwenkbewegung 22 stets einheitlich ausführende Schwenkeinheit.
Das Abstützelement 32 ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet und mit zu der Arbeitsebene 18 paralleler Plattenebene ausgerichtet. Bevorzugt ist das Abstützelement 32 im Bereich einer der Unterseite 28 axial entgegengesetzten Oberseite 29 des Auslegerträger-Grundkörpers 17 am Auslegerträger-Grundkörper 17 drehbar gelagert. Durch diese Drehlagerung erfährt das Abstützelement 32 zugleich eine Abstützung, so dass seine Drehbeweglichkeit den einzigen Bewegungsfreiheitsgrad bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers 17 darstellt.
Für die Drehlagerung des Abstützelements 32 ist beispielhaft ein zur besseren Unterscheidung als erstes Wälzlager 33 bezeichnetes Wälzlager 33 vorhanden, das mit seinem Innenring auf einem Lagerstutzen 34 des Auslegerträger-Grundkörpers 17 sitzt und auf dessen Außenring das Abstützelement 32 mit einer Lagerausnehmung 35 aufgesetzt und beispielsweise aufgepresst ist.
Die Fixierung des Auslegers 4 an dem Abstützelement 32 erfolgt mittels einer die Ausleger-Schwenkbewegung 32 mitmachenden Linearführungseinrichtung 36. Die Linearführungseinrichtung 36 ist zur Ermöglichung der Ausleger-Linearbewegung 23 vorgesehen, wobei der Ausleger 4 mittels der Linearführungseinrichtung 36 relativ zu dem Abstützelement 32 und somit auch relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper 17 senkrecht zu der Hauptachse 7 verschiebbar gelagert ist und somit die Ausleger-Linearbewegung 23 ausführen kann. Bei der Ausleger-Linearbewegung 23 verschiebt sich der Ausleger 4 also nicht nur bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers 17, sondern auch bezüglich des Abstützelements 32.
Der Ausleger 4 hat einen Ausleger-Grundkörper 37, der bevorzugt eine längliche Gestalt hat, wobei er sich entlang der Ausleger-Längsachse 8 erstreckt. Beispielhaft ist der Ausleger-Grundkörper 37 als ein Hohlkörper ausgebildet, der einen Grundkörper-Innenraum 38 zumindest partiell umschließt. Der Ausleger-Grundkörper 37 erstreckt sich zweckmäßigerweise an der Oberseite 29 über den Auslegerträger-Grundkörper 17 hinweg. Es ist vorteilhaft, wenn der Ausleger-Grundkörper 37 entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels haubenförmig ausgebildet ist und den Bereich der unteren Längsseite 13 eine schlitzartige Öffnung 42 aufweist, durch die hindurch der Auslegerträger 3 mit dem Auslegerträger-Grundkörper 17 in den Grundkörper-Innenraum 38 hineinragt. Die Breite der schlitzartigen Öffnung 42 ist so bemessen, dass der Ausleger 4 ohne Behinderung durch den Auslegerträger 3 seine Ausleger-Linearbewegung 23 ausführen kann. Bei der Ausleger-Linearbewegung 23 ändert sich die Axialposition des Auslegerträger-Grundkörpers 17 bezüglich des Auslegers 4 innerhalb der schlitzartigen Öffnung 42.
Der Ausleger-Grundkörper 37 hat einen ersten axialen Endabschnitt 43 und einen diesbezüglich in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse 8 beabstandeten zweiten axialen Endabschnitt 44. Die schlitzartige Öffnung 32 beginnt exemplarisch im Bereich des ersten axialen Endabschnittes 43 und erstreckt sich bis hin zu dem zweiten axialen Endabschnitt 44, wobei die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 exemplarisch an dem zweiten axialen Endabschnitt 44 axial im Anschluss an die schlitzartige Öffnung 42 angeordnet ist.
Der Ausleger-Grundkörper 37 hat zwei sich in der Richtung der Ausleger-Schwenkbewegung 22 gegenüberliegende Seitenwände 45, 46. Die beiden Seitenwände 45, 46 haben einander zugewandte Innenflächen 47, 48.
Die Linearführungseinrichtung 36 hat eine Führungsschienenanordnung 52, die zwei jeweils eine lineare Längserstreckung aufweisende Führungsschienen 53, 54 aufweist, die jeweils an einer der beiden Innenflächen 47, 48 der Seitenwände 45, 46 befestigt sind, beispielsweise mittels Befestigungsschrauben. Die beiden Führungsschienen 53, 54 erstrecken sich parallel zu der Ausleger-Längsachse 8 und sind in der Ausdehnungsrichtung der Arbeitsebene 18 und dabei genauer gesagt in der Schwenkrichtung des Auslegers 4 zueinander beabstandet. Die beiden Führungsschienen 53, 54 sind bevorzugt gleich lang und erstrecken sich jeweils zwischen den beiden axialen Endabschnitten 43, 44 des Ausleger-Grundkörpers 37.
Beide Führungsschienen 53, 54 liegen in der Achsrichtung der Hauptachse 7 bevorzugt auf gleicher Höhe mit dem Abstützelement 32. Das Abstützelement 32 hat zwei in der Richtung der Ausleger-Schwenkbewegung 22 einander entgegengesetzte Seitenflächen 55, an denen jeweils eine Führungsstruktur 56 der Linearführungseinrichtung 36 angeordnet ist. Jede der beiden Führungsschienen 53, 54 erstreckt sich neben einer der beiden Seitenflächen 55 des Abstützelements 32 und steht mit der dort befindlichen Führungsstruktur 56 linear verschiebbar in Eingriff.
Beispielhaft besteht jede Führungsstruktur 56 aus zwei individuellen als Führungsschuhe 56a, 56b bezeichneten Führungseinheiten, die in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse 8 nebeneinander angeordnet sind und jeweils gleichzeitig mit der jeweils zugeordneten Führungsschiene 53, 54 in Eingriff stehen.
Der Führungseingriff zwischen den Führungsstrukturen 56 und den Führungsschienen 53, 54 bildet jeweils ein Gleitlager oder ein Wälzlager aus. Beispielsweise können hier Kugelumlaufführungen realisiert sein. Jedenfalls ist der Führungseingriff so gewählt, dass der Ausleger-Grundkörper 37 abgesehen von der Beweglichkeit in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse 8 keinen Bewegungsfreiheitsgrad bezüglich des Abstützelements 32 hat, sondern in allen anderen Richtungen von dem Abstützelement 32 unbeweglich abgestützt wird.
In den Zeichnungsfiguren ist der Ausleger 4 bei Einnahme einer ersten axialen Endstellung gezeigt, in der die Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 einen maximalen Abstand zu der Hauptachse 7 hat und in der der Ausleger 4 einseitig über den Auslegerträger 3 auskragt. Der erste axiale Endabschnitt 43 des Ausleger-Grundkörpers 37 liegt dabei im Bereich des Auslegerträger-Grundkörpers 17.
Im Rahmen der Ausleger-Linearbewegung 23 kann der Ausleger 4 so verlagert werden, dass er mit beiden axialen Endabschnitten 43, 44, die im Folgenden auch als Ausleger-Endabschnitte 43, 44 bezeichnet werden, über den Auslegerträger 3 hinausragt, wie dies in 8 strichpunktiert angedeutet ist.
Für die Erzeugung der Ausleger-Schwenkbewegung 22 sind an dem Auslegerträger-Grundkörper 17 zwei Antriebsräder 57, 58 unabhängig voneinander drehbar angeordnet. Die beiden Antriebsräder 57, 58 werden zur besseren Unterscheidung im Folgenden auch als erstes Antriebsrad 57 und zweites Antriebsrad 58 bezeichnet. Die beiden Antriebsräder 57, 58 sind koaxial zueinander ausgerichtet, wobei ihre mittige Längsachse jeweils mit der Hauptachse 7 zusammenfällt. Bevorzugt und exemplarisch sind die beiden Antriebsräder 57, 58 axial aufeinanderfolgend angeordnet.
Das erste Antriebsrad 57 sitzt exemplarisch in Richtung zur Sockeleinheit 5 hin unterhalb des zweiten Antriebsrades 58.
Exemplarisch umschließen die beiden Antriebsräder 57, 58 den Lagerstutzen 34, der ausgehend von einem bevorzugt plattenförmigen Basisabschnitt 62 des Auslegerträger-Grundkörpers 17 nach oben ragt. Der Basisabschnitt 62 überragt den Lagerstutzen 43 ringsum radial.
Zweckmäßigerweise ist jedes Antriebsrad 57, 58 durch ein eigenes Wälzlager 63, 64 an dem Auslegerträge-Grundkörper 17 drehbar gelagert. Zur besseren Unterscheidung wird das zur Lagerung des ersten Antriebsrades 57 vorhandene Wälzlager 63 als zweites Wälzlager 63 und das zur Lagerung des zweiten Antriebsrades 58 vorhandene Wälzlager 64 als drittes Wälzlager 64 bezeichnet.
Jedes Wälzlager 63, 64 umschließt zweckmäßigerweise das zugeordnete Antriebsrad 57, 58 am Außenumfang koaxial, wobei es mit seinem Innenring am betreffenden Antriebsrad 57, 58 anliegt und sich mit seinem Außenring am Auslegerträger-Grundkörper 17 abstützt, der zur vereinfachten Montage der Wälzlager 63, 64 bevorzugt mehrteilig ausgebildet ist.
Bevorzugt sind die beiden Antriebsräder 57, 58 an ihren axial einander zugewandten Stirnseiten abgestuft, wobei sie axial ein Stück weit ineinander eingreifen. Jedes Antriebsrad 57, 58 ist unabhängig vom anderen Antriebsrad 58, 57 relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper 17 verdrehbar.
Das erste Antriebsrad 57 hat an seinem radialen Außenumfang eine erste Antriebsstruktur 65. Das zweite Antriebsrad 58 hat an seinem radialen Außenumfang eine zweite Antriebsstruktur 66. Die erste Antriebsstruktur 65 liegt auf einer zu der Hauptachse 7 koaxialen ersten Kreislinie 65a und die zweite Antriebsstruktur 66 liegt auf einer zu der Hauptachse 7 koaxialen zweiten Kreislinie 66a. Jede Antriebsstruktur 65, 66 ist bevorzugt ringförmig ausgebildet und erstreckt sich peripher ringsum das zugeordnete Antriebsrad 57, 58 herum. Die Durchmesser der beiden Antriebsstrukturen 65, 66 sind untereinander bevorzugt gleich.
Beide Antriebsstrukturen 65, 66 sind zweckmäßigerweise als Verzahnungen ausgebildet, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Exemplarisch sind beide Antriebsräder 65, 66 als Zahnräder mit einer die jeweilige Antriebsstruktur 65, 66 bildenden Außenverzahnung 69 ausgebildet. Bei den Verzahnungen handelt es sich insbesondere um Geradverzahnungen.
Jedes Antriebsrad 57, 58 ist durch die Ausleger-Antriebseinrichtung 25 rotativ antreibbar. Auf diese Weise kann das erste Antriebsrad 57 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten ersten Antriebsdrehbewegung 67 und das zweite Antriebsrad 58 zu einer ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeuteten zweiten Antriebsdrehbewegung 68 angetrieben werden. Jede Antriebsdrehbewegung 67, 68 ist wahlweise in einer ersten Drehrichtung 72 oder in einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 73 möglich, also sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Uhrzeigersinns. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist der Richtungssinn der ersten Drehrichtungen der beiden Antriebsbewegungen 67, 68 untereinander gleich, und somit auch der Richtungssinn der jeweils entgegengesetzten zweiten Drehrichtungen 73.
Zum Empfang des erforderlichen Antriebsdrehmoments weist das erste Antriebsrad 57 eine zu der Hauptachse 7 koaxiale erste Innenverzahnung 74 auf und das zweite Antriebsrad 58 ist an seinem Innenumfang mit einer zu der Hauptachse 7 ebenfalls koaxialen zweiten Innenverzahnung 75 versehen. Die beiden Antriebsräder 57, 58 sind hierzu bevorzugt als Hohlräder ausgebildet.
Die beiden Antriebseinheiten 26, 27 ragen von der Unterseite 28 her in die Antriebsradanordnung hinein, wobei die erste Antriebseinheit 26 mit der ersten Innenverzahnung 74 und die zweite Antriebseinheit 27 mit der zweiten Innenverzahnung 75 antriebsmäßig gekoppelt ist. Für die antriebsmäßige Kopplung hat exemplarisch jede Antriebseinheit 26, 27 ein rotativ sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Uhrzeigersinns antreibbares Ausgangsritzel 76, das mit der zugeordneten Innenverzahnung 74, 75 kämmt.
Bei Betätigung einer Antriebseinheit 26, 27 wird deren Ausgangsritzel 76 rotativ angetrieben, woraus aufgrund des Verzahnungseingriffes mit einer der beiden Innenverzahnungen 74, 75 die erste bzw. zweite Antriebsdrehbewegung 67, 68 resultiert.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel hat jede Antriebseinheit 26, 27 einen Elektromotor 77 mit einer Ausgangswelle 78, an der das zugehörige Ausgangsritzel 76 sitzt.
Für die Steuerung des Betriebs der Ausleger-Antriebseinrichtung 25 enthält die Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 zweckmäßigerweise eine elektronische Steuereinheit 82, die exemplarisch an die beiden Antriebseinheiten 26, 27 elektrisch angeschlossen ist. Die beiden Antriebseinheiten 26, 27 sind durch die elektronische Steuereinheit 82 nicht nur zur Ausführung der Antriebsdrehbewegung 67, 68 ansteuerbar, sondern auch zum unverdrehbaren Stoppen der Drehbewegung, um das zugeordnete Antriebsrad 57, 58 so lange wie gewünscht in bezüglich des Auslegerträger-Grundkörpers 17 unverdrehbarer Weise festzuhalten. Zweckmäßigerweise ist jeder Antriebseinheit 26, 27 ein Encoder zugeordnet, mit dessen Hilfe sich die Drehposition des Ausgangsritzels 76 erfassen lässt, so dass sich jedes Antriebsrad 57, 58 wunschgemäß verdrehen und drehwinkelgenau positionieren lässt.
Zur Erzeugung der Ausleger-Schwenkbewegung 22 kooperieren die beiden Antriebsräder 57, 58 über ihre Antriebsstrukturen 65, 66 jeweils mit einer von zwei linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 des Auslegers 4, die zur besseren Unterscheidung auch als erste Abtriebsstruktur 83 und zweite Abtriebsstruktur 84 bezeichnet werden. Diese Kooperation besteht exemplarisch aus einem Verzahnungseingriff, der daraus resultiert, dass die beiden Abtriebsstrukturen 83, 84 als zahnstangenartige Verzahnungen 89 ausgebildet sind, die mit der als Antriebsstruktur 65, 66 fungierenden Außenverzahnung 69 des jeweils zugeordneten Antriebsrades 57, 58 in einem Verzahnungseingriff steht.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel können die linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 einstückig in dem Ausleger-Grundkörper 37 ausgebildet sein. Zur Erzielung einer hohen Festigkeit ist es allerdings vorteilhaft, wenn jede der beiden linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 an einer von zwei Zahnstangen 85, 86 ausgebildet sind, die durch geeignete Befestigungsmaßnahmen am Ausleger-Grundkörper 37 befestigt sind.
Jede Zahnstange 85, 86 kann einstückig oder mehrteilig aus mehreren axial aneinander angesetzten Zahnstangenabschnitten ausgebildet sein.
Bei einem als Hohlkörper ausgebildeten Ausleger-Grundkörper 37, wie dies exemplarisch der Fall ist, befinden sich bevorzugt die beiden linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 gemeinsam mit der Führungsschienenanordnung 52 in dem Grundkörper-Innenraum 38. Jede Abtriebsstruktur 83, 84 ist an einer der beiden Innenflächen 47, 48 der Seitenwände 45, 46 angeordnet.
Die beiden linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 erstrecken sich parallel zu der Ausleger-Längsachse 8.
Die beiden linearen Abtriebsstrukturen 83, 84 erstrecken sich nach Art einer Tangente an der mit ihr zusammenwirkenden Antriebsstruktur 65, 66 vorbei, wobei die erste Abtriebsstruktur 83 an einem ersten Eingriffsbereich 87 mit der ersten Antriebsstruktur 65 und die zweite Abtriebsstruktur 84 in einem zweiten Eingriffsbereich 88 mit der zweiten Antriebsstruktur 66 in kraftübertragendem Eingriff steht. Die beiden Eingriffsbereiche 87, 88 sind, wie die 5 gut verdeutlicht, einander diametral gegenüberliegenden Außenumfangsbereichen der beiden Antriebsräder 57, 58 zugeordnet.
Allerdings sind die beiden Abtriebsstrukturen 83, 84 in der Achsrichtung der Hauptachse 7 zueinander versetzt, wobei der Versatz dem axialen Versatz der beiden Antriebsstrukturen 65, 66 der Antriebsräder 57, 58 entspricht. Die 3 lässt dies gut erkennen.
Dementsprechend liegen die Antriebsstrukturen 65, 66 der beiden Antriebsräder 57, 58 in in der Achsrichtung der Hauptachse 7 nebeneinanderliegenden Ebenen, was ebenso auf die beiden Abtriebsstrukturen 83, 84 zutrifft. Die besagten Ebenen erstrecken sich parallel zu der Arbeitsebene 18. Anders ausgedrückt sind zum einen die beiden Antriebsstrukturen 65, 66 und zum anderen die beiden Abtriebsstrukturen 83, 84 jeweils in der Achsrichtung der Hauptachse 7 versetzt zueinander angeordnet.
Abhängig von der momentanen Drehrichtung eines Antriebsrades 57, 58 wird die damit in Eingriff stehende erste oder zweite lineare Abtriebsstruktur 83, 84 zu einer Linearbewegung in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse 8 in entweder der ersten Linearrichtung 23a oder der zweiten Linearrichtung 23b angetrieben. Je nachdem, in welchem Verhältnis die beiden Antriebsräder 57, 58 zueinander verdreht werden, ergibt sich daraus als Arbeitsbewegung 24 eine reine Ausleger-Linearbewegung 23 oder eine reine Ausleger-Schwenkbewegung 22 oder eine aus einer Überlagerung der Ausleger-Linearbewegung 23 und der Ausleger-Schwenkbewegung 22 resultierende kombinierte Linear- und Schwenkbewegung.
In den 7 bis 9 sind verschiedene mögliche Betriebsphasen der Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 illustriert, aus denen einige von vielen möglichen Ausführungsformen der Arbeitsbewegung 24 des Auslegers 4 hervorgehen.
In der Betriebsphase der 7 werden die beiden Antriebsräder 57, 58 gleichzeitig und mit gleicher Geschwindigkeit zu gleichsinnigen Antriebsdrehbewegungen 67, 68 in der zweiten Drehrichtung 73 angetrieben, woraus eine Arbeitsbewegung 24 resultiert, die ausschließlich aus einer in der ersten Schwenkrichtung 22a orientierten reinen Ausleger-Schwenkbewegung 22 in der ersten Schwenkrichtung 22a besteht.
Die Betriebsphase der 8 zeigt gegensinnig angetriebene Antriebsräder 57, 58, wobei das erste Antriebsrad 57 eine erste Antriebsdrehbewegung 67 in der zweiten Drehrichtung 73 und das zweite Antriebsrad 58 eine zweite Antriebsdrehbewegung 68 in der ersten Drehrichtung 72 ausführt. Die Drehgeschwindigkeiten sind identisch. Als Resultat ergibt sich eine Arbeitsbewegung 24, die ausschließlich aus einer Ausleger-Linearbewegung 23 in der ersten Linearrichtung 23a besteht.
In der Betriebsphase der 9 führt das erste Antriebsrad 57 eine erste Antriebsdrehbewegung 67 in der zweiten Drehrichtung 73 aus, während das zweite Antriebsrad 58 unverdrehbar festgehalten ist, was bei 92 durch ein Stoppsymbol verdeutlicht ist. Diese Antriebskonstellation ruft eine Ausleger-Linearbewegung 23 in der ersten Linearrichtung 23a und zeitgleich eine Ausleger-Schwenkbewegung 22 in der ersten Schwenkrichtung 22a hervor, so dass die Arbeitsbewegung 24 aus der Überlagerung der beiden vorgenannten Bewegungen resultiert.
Um den Ausleger 4 in einer gewünschten Arbeitsposition zu stoppen, werden beide Antriebsräder 57, 58 durch die Ausleger-Antriebseinrichtung 23 unverdrehbar blockiert.
Bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der beiden Antriebsräder 57, 58 ergeben sich unterschiedliche Arten von Überlagerungen der Ausleger-Schwenkbewegung 22 und der Ausleger-Linearbewegung 23 als Arbeitsbewegung 24.
Eine vorteilhafte optionale Ausstattung der Ausleger-Arbeitsvorrichtung 1 ermöglicht es, die Position der Arbeitsebene 18 in der Achsrichtung der Hochachse 17 zu variieren, und zwar insbesondere stufenlos. Auf diese Weise kann der Arbeitsbereich für den an der Endeffektor-Befestigungsschnittstelle 12 angebrachten Endeffektor 15 räumlich erweitert werden.
Exemplarisch ist diese Ausstattungsoption dadurch verwirklicht, dass der Auslegerträger 3 an der Sockeleinheit 5 derart linear verschiebbar gelagert ist, dass er eine durch einen Doppelpfeil angedeutete lineare Hubbewegung 93 in der Achsrichtung der Hauptachse 7 relativ zur Sockeleinheit 5 ausführen kann. Die Hubbewegung 93 ist in beiden axialen Richtungen möglich. Bei dem beispielhaften Betriebszustand ist die Hubbewegung 93 vertikal orientiert.
Die Hubbewegung 93 betrifft die gesamte Arbeitseinheit 2. Bei der Hubbewegung 93 wird also nicht nur der Ausleger 4, sondern auch der Auslegerträger 3 verlagert und wunschgemäß in der Achsrichtung der Hauptachse 7 positioniert.
Für eine exakte Hubbewegung 93 ist der Auslegerträger 3 an der Sockeleinheit 5 in der Achsrichtung der Hauptachse 7 verschiebbar gelagert. Die Verschiebelagerung ist beispielhaft mittels eines Lagerungsrohrs 94 des Auslegerträgers 3 realisiert, das an dem Auslegerträger-Grundkörper 17 befestigt ist und sich koaxial zu der Hauptachse 7 nach unten erstreckt.
Das Lagerungsrohr 94 taucht in den Innenraum 95 eines stirnseitig nach oben hin offenen rohrförmigen Lagerungsfortsatzes 96 ein, der ein Bestandteil der Sockeleinheit 5 ist. Durch eine Verdrehsicherungseinrichtung 97 ist das Lagerungsrohr 94 und mithin der gesamte Auslegerträger 3 bezüglich der Sockeleinheit 5 unverdrehbar fixiert, ohne die Hubbeweglichkeit zu beschränken.
Eine zu der Sockeleinheit 5 gehörende Auslegerträger-Antriebseinrichtung 97 kooperiert antriebsmäßig mit dem Lagerungsrohr 94, um die Hubbewegung 93 zu erzeugen. Beispielhaft ist die Auslegerträger-Antriebseinrichtung 97 als eine Spindelantriebseinrichtung ausgebildet und hat einen Antriebsmotor 98, durch den eine sich koaxial zu der Hauptachse 7 in Richtung zu dem Ausleger-Grundkörper 17 erstreckende Gewindespindel 99 gemäß Doppelpfeil 101 bidirektional rotativ antreibbar ist, auf deren Außengewinde eine drehfest mit dem Lagerungsrohr 94 verbundene Spindelmutter 100 sitzt.
Durch mittels des Antriebsmotors 98 erzeugte Rotation der Gewindespindel 99 lässt sich die Spindelmutter 100 einschließlich des an ihr befestigten Lagerungsrohrs 94 in der Achsrichtung der Hauptachse 7 bewegen, woraus die Hubbewegung 93 der Arbeitseinheit 2 resultiert.
Die Auslegerträger-Antriebseinrichtung 97 ist zweckmäßigerweise elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 82 gekoppelt, die somit in der Lage ist, nicht nur die Arbeitsbewegung 24 des Auslegers 4, sondern auch die Hubbewegung 93 der gesamten Arbeitseinheit 2 zu steuern.

Claims

Ausleger-Arbeitsvorrichtung, mit einem eine Hauptachse (7) aufweisenden Auslegerträger (3) und einem mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle (12) aufweisenden, sich entlang einer zu der Hauptachse (7) orthogonalen Ausleger-Längsachse (8) erstreckenden Ausleger (4), wobei der gesamte Ausleger (4) in einer zu der Hauptachse (7) orthogonalen Arbeitsebene (18) relativ zu einem Auslegerträger-Grundkörper (17) des Auslegerträgers (3) unter Ausführung einer Ausleger-Schwenkbewegung (22) um die Hauptachse (7) als Schwenkzentrum verschwenkbar ist, und mit einer Ausleger-Antriebseinrichtung (25) zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung (24) des Auslegers (4) relativ zu dem Auslegerträger (3) in der Arbeitsebene (18) , dadurch gekennzeichnet, - dass der gesamte Ausleger (4) in der Arbeitsebene (18) relativ zu dem Auslegerträger-Grundkörper (17) unter Ausführung einer Ausleger-Linearbewegung (23) in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse (8) linear verfahrbar ist, - dass an dem Auslegerträger-Grundkörper (17) in diesbezüglich um die Hauptachse (7) als Drehachse verdrehbarer Weise zwei zu der Hauptachse (7) koaxiale erste und zweite Antriebsräder (57, 58) des Auslegerträgers (3) drehbar angeordnet sind, wobei das erste Antriebsrad (57) an seinem Außenumfang eine auf einer zu der Hauptachse (7) koaxialen Kreislinie (65a) liegende erste Antriebsstruktur (65) und das zweite Antriebsrad (58) an seinem Außenumfang eine auf einer zu der Hauptachse (5) koaxialen Kreislinie (66a) liegende zweite Antriebsstruktur (66) aufweist, - dass der Ausleger (4) zwei sich parallel zu der Ausleger-Längsachse (8) erstreckende lineare erste und zweite Abtriebsstrukturen (83, 84) aufweist, wobei die erste Abtriebsstruktur (83) in einem ersten Eingriffsbereich (87) mit der ersten Antriebsstruktur (65) in kraftübertragendem Eingriff steht und wobei die zweite Abtriebsstruktur (84) in einem zweiten Eingriffsbereich (88) mit der zweiten Antriebsstruktur (66) in kraftübertragendem Eingriff steht, wobei der erste Eingriffsbereich (87) und der zweite Eingriffsbereich (88) einander diametral gegenüberliegenden Außenumfangsbereichen der beiden Antriebsräder (57, 58) zugeordnet sind, - und dass die beiden Antriebsräder (57, 58) durch die Ausleger-Antriebseinrichtung (55) unabhängig voneinander jeweils zu einer Antriebsdrehbewegung (67, 68) in einer ersten Drehrichtung (72) und einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Drehrichtung (73) rotativ antreibbar und in beliebigen Drehpositionen unverdrehbar festhaltbar sind, wodurch die Arbeitsbewegung (24) des Auslegers (4) hervorrufbar ist, die entweder nur aus der Ausleger-Schwenkbewegung (22) oder nur aus der Ausleger-Linearbewegung (23) besteht oder sich aus der Ausleger-Schwenkbewegung (22) und der zeitgleich überlagerten Ausleger-Linearbewegung (23) zusammensetzt.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum einen die Antriebsstrukturen (65, 66) der beiden Antriebsräder (57, 58) und zum anderen die damit in Eingriff stehenden linearen Abtriebsstrukturen (83, 84) des Auslegers (4) jeweils in der Achsrichtung der Hauptachse (7) zueinander versetzt angeordnet sind.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsstrukturen (65, 66) und die beiden linearen Abtriebsstrukturen (83. 84) als ineinander eingreifende Verzahnungen (69, 89) ausgebildet sind.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden linearen Abtriebsstrukturen (83, 84) des Auslegers (4) an Zahnstangen (85, 86) des Auslegers (4) ausgebildet sind.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsräder (57, 58) des Auslegerträgers (3) als Zahnräder ausgebildet sind.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger-Antriebseinrichtung (25) zwei elektrisch und/oder fluidisch unabhängig voneinander betätigbare erste und zweite Antriebseinheiten (26, 27) aufweist, wobei die erste Antriebseinheit (26) antriebsmäßig mit dem ersten Antriebsrad (57) und die zweite Antriebseinheit (27) antriebsmäßig mit dem zweiten Antriebsrad (58) gekoppelt ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsräder (57, 58) jeweils eine zur Hauptachse (7) des Auslegerträgers (3) koaxiale Innenverzahnung (74, 75) haben, mit der die jeweils zugeordnete Antriebseinheit (26, 27) in einem Verzahnungseingriff steht.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebseinheiten (26, 27) an dem Auslegerträger-Grundkörper (17) angeordnet sind.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (4) über eine die Ausleger-Schwenkbewegung (22) mitmachende Linearführungseinrichtung (36) bezüglich dem Auslegerträger (3) senkrecht zu der Hauptachse (7) linear verschiebbar gelagert ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslegerträger (3) ein Abstützelement (32) aufweist, das an dem Auslegerträger-Grundkörper (17) in unabhängig von den beiden Antriebsrädern (57, 58) verdrehbarer Weise mit der Hauptachse (7) als Drehachse drehbar gelagert ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (4) eine Führungsschienenanordnung (52) der Linearführungseinrichtung (36) aufweist, die mit an dem Abstützelement (32) angeordneten Führungsstrukturen (53, 54) in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse (8) linear verschiebbar in Eingriff steht.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienenanordnung (52) zwei sich jeweils parallel zu der Ausleger-Längsachse (8) erstreckende und in der Ausdehnungsrichtung der Arbeitsebene (18) zueinander beabstandete Führungsschienen (53, 54) aufweist, die jeweils mit mindestens einem zu den Führungsstrukturen (56) gehörenden und an dem Abstützelement (32) fest angebrachten Führungsschuh (56a, 56b) linear verschiebbar in Eingriff stehen.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (4) einen länglichen Ausleger-Grundkörper (37) aufweist, an dem die mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle (6) angeordnet ist, zweckmäßigerweise an einer der beiden in der Achsrichtung der Hauptachse (7) orientierten Längsseiten (13, 14) des Ausleger-Grundkörpers (17).
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger-Grundkörper ein Hohlkörper ist, in dessen Innenraum (38) die beiden linearen Abtriebsstrukturen (83, 84) angeordnet sind und der zweckmäßigerweise haubenartig gestaltet ist mit einer schlitzartigen Öffnung (42), durch die der Auslegerträger (3) hindurchragt.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14 in Verbindung mit Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienenanordnung (52) an dem Ausleger-Grundkörper (37) befestigt ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (4) zwei in der Achsrichtung der Ausleger-Längsachse (8) einander entgegengesetzte erste und zweite Ausleger-Endabschnitte (43, 44) hat und zwischen zwei axialen Endpositionen verfahrbar ist, in denen jeweils einer der beiden Ausleger-Endabschnitte (43, 44) im Bereich des Auslegerträgers (3) positioniert ist, wobei zweckmäßigerweise mindestens eine Endeffektor-Befestigungsschnittstelle (12) im Bereich eines der beiden Ausleger-Endabschnitte (43, 44) angeordnet ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sockeleinheit (5) aufweist, an der der Auslegerträger (3) zur Ausführung einer Hubbewegung (93) in der Achsrichtung der Hauptachse (7) verschiebbar gelagert ist, und dass sie eine Auslegerträger-Antriebseinrichtung (97) aufweist, durch die der Auslegerträger (3) gemeinsam mit dem Ausleger (4) zu der Hubbewegung (93) antreibbar und in unterschiedlichen Hubpositionen positionierbar ist.
Ausleger-Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Steuereinheit (82) aufweist, an die die Ausleger-Antriebseinrichtung (25) sowie die optional vorhandene Auslegerträger-Antriebseinrichtung (97) angeschlossen ist.