DE19636103A1 - Handhabungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung mit einem in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Träger zum Transportieren und/oder Positionieren von Werkstücken.

Derartige Handhabungsvorrichtungen können beispielsweise in Transferpressen zum Transport zwischen den einzelnen Stationen der Presse eingesetzt werden. Zudem eignen sie sich zur Posi­ tionierung und Lageorientierung der Werkstücke. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz bei Transferpressen beschränkt, sondern kann vielmehr überall dort verwendet wer­ den, wo gleichartige Transport- und Positionierungsaufgaben auftreten.

Eine Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist ge­ nerell aus dem Stand der Technik bekannt. Die bekannten Handha­ bungsvorrichtungen besitzen zur Ermöglichung einer Bewegung in Richtung der verschiedenen Raumfreiheitsgrade voneinander unab­ hängig angetriebene Transportschlitten, die in Richtungen orthogonal zueinander bewegbar sind. Zur Ermöglichung von Dreh­ bewegungen können zusätzliche Bewegungsvorrichtungen vorgesehen sein. Die einzelnen Linear- bzw. Drehbewegungsvorrichtungen sind dabei in Serie angeordnet. Die bezüglich eines Trägers bzw. einer am weitesten außen angeordnete Bewegungsvorrichtung, beispielsweise ein Schlitten, muß sämtliche zwischen dieser und dem Träger bzw. einer Arbeitsplattform angeordnete Bewegungs­ vorrichtungen für die Bewegungen in den weiteren Freiheitsgra­ den mittragen. Dies führt zu einem ungünstigen Verhältnis der bewegten Massen der Bewegungsvorrichtungen zu dem zu bewegenden Werkstück. Durch die serielle Anordnung der einzelnen Bewe­ gungsvorrichtungen ist insbesondere für die äußeren Bewegungs­ vorrichtungen, d. h. die in der Serie am weitesten von der Ar­ beitsplattform entfernt liegenden Bewegungsvorrichtungen eine hohe Antriebsleistung erforderlich, was wiederum einen größeren Bauraum für den Antrieb und eine dementsprechend große Dimen­ sionierung der Bewegungsvorrichtung bedingt. Aufgrund der hohen Massen sind nur geringe Zustellgeschwindigkeiten und Beschleu­ nigungen realisierbar. Sofern eine Bewegung und Ausrichtung des Werkstückes in allen sechs Raumfreiheitsgraden, drei translato­ rischen Freiheitsgraden und drei rotatorischen Freiheitsgraden, gewünscht wird, führt dieses zu einem erheblichen konstruktiven Aufwand und einer hohen zu bewegenden Masse.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Handha­ bungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein schnelles und präzises Transportieren bzw. Positionieren von Werkstücken ermöglicht und eine kompakte Bauweise aufweist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Handhabungsvor­ richtung dadurch gelöst, daß an dem Träger sechs in ihrer Länge verstellbare Streben angelenkt sind, über die der Träger abge­ stützt ist.

Durch die gesteuerte Verstellung der Längen der einzelnen Stre­ ben kann der Träger, der bisweilen auch als Arbeitsplattform bezeichnet wird, problemlos in allen sechs Raumfreiheitsgraden bewegt werden. Da hierbei eine serielle Anordnung der einzelnen Bewegungsvorrichtungen vermieden wird, vielmehr eine parallele Schaltung vorliegt, werden die zu bewegenden Massen der Bewe­ gungsvorrichtung erheblich reduziert. Dies ermöglicht ein ge­ genüber dem Stand der Technik deutlich schnelleres und präzise­ res Transportieren bzw. Positionieren des Trägers und somit ei­ nes darauf angeordneten Werkstückes. Durch diese Anordnung wird zudem ein Kumulieren von Positionierfehlern, wie dies bei den bekannten Handhabungsvorrichtungen durch die Hintereinander­ schaltung der einzelnen Bewegungsvorrichtungen auftritt, vermie­ den, so daß eine hierdurch erhöhte Positioniergenauigkeit er­ möglicht wird. Durch die sechsbeinige Abstützung des Trägers wird zudem eine höhere Steifigkeit der Abstützstruktur erzielt, die im Gegensatz zum Stand der Technik von der Stellung des Trägers nahezu unabhängig ist. Auch dies trägt zu einer Verbes­ serung der Positioniergenauigkeit bei. Die Verringerung der be­ wegten Massen sowie die prinzipbedingt höhere Steifigkeit der Abstützstruktur ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der Handhabungsvorrichtung, die nunmehr auch unter beengten Raumbe­ dingungen einsetzbar ist.

Zwar ist der Einsatz von Hexapoden (Sechsfüßlern) für die Lage­ rung einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine bereits be­ kannt. Eine Anwendung bei Handhabungsvorrichtungen zum Trans­ portieren und/oder Positionieren von Werkstücken ist jedoch bisher nicht in Betracht gezogen worden. Bei Werkzeugmaschinen wird in der Regel eine Zustellung des Werkzeuges in einem im wesentlichen kubischen bzw. sphärischen Raum gewünscht. Hieraus resultierte eine um das kubische bzw. sphärische Bearbeitungs­ zentrum gleichmäßige Anordnung der einzelnen Streben des Hexa­ poden. Eine derartige Anordnung der einzelnen Streben ist für Transportaufgaben ungeeignet, da dort der von dem Träger zu überstreichende Raum nicht kubisch oder sphärisch sondern lang­ gezogen ist. Insbesondere in Transferpressen weicht der zur Verfügung stehende Raum für die Handhabungsvorrichtung in der Regel von einer quadratischen Grundform erheblich ab.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind je­ weils zwei Anlenkpunkte der Streben an einer Basis eng neben­ einander angeordnet. Hierdurch kann der für die Abstützung des Trägers erforderliche Raum weiter minimiert werden. Vorzugswei­ se sind dabei vier der sechs Anlenkpunkte an der Basis auf ei­ ner gemeinsamen Linie angeordnet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegen in der Ruhestellung der Handhabungsvorrichtung, d. h. bei einer mittigen und parallelen Ausrichtung des Trägers zur Ba­ sis, jeweils zwei Anlenkpunkte des Trägers auf einer Linie par­ allel zur Längserstreckungsrichtung des Trägers, wobei diese Linien alle zwischen den weiter außenliegenden Anlenkpunkten der Basis verlaufen. Hierdurch ergibt sich eine besonders sta­ bile Abstützung des Trägers bei Bewegungen quer zur Längser­ streckungsrichtung, so daß alle Streben durch ein auf dem Trä­ ger liegendes Werkstück auf Druck belastet werden. Erst bei ei­ ner Bewegung der Linien über die Anlenkpunkte hinaus, können in einzelnen Streben Zugkräfte auftreten. Aus dem gleichen Grunde werden vorzugsweise die in der Längserstreckungsrichtung am weitesten außenliegenden Anlenkpunkte der Streben an der Basis vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert, die zeigt:

Fig. 1(a) bis (c) eine Handhabungsvorrichtung in Vorderansicht, Seiten­ ansicht und Draufsicht,

Fig. 2 eine Darstellung der Lage der Anlenkpunkte an dem Träger und der Basis, und

Fig. 3 eine räumliche Darstellung der Ausführungsform der Handhabungsvorrichtung nach Fig. 1 mit leicht geneig­ tem Träger.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung, bei der der als Arbeitsplattform ausge­ bildete Träger 2 leicht geneigt ist. Diese Stellung entspricht nicht der Ruhestellung, in der der Träger und eine Basis 3 im wesentlichen parallel verlaufen. Die Arbeitsplattform 2 ist über sechs Streben 1 an der Basis 3 abgestützt. Die einzelnen Streben 1 sind dabei jeweils gelenkig an der Arbeitsplattform 2 und der Basis 3 befestigt und ermöglichen ein Verschwenken der jeweiligen Strebe zu der Arbeitsplattform bzw. Basis in jede Richtung. Die Anlenkung kann beispielsweise über Kugelgelenke oder Kardangelenke erfolgen. Zur Bewegung der Arbeitsplattform 2 relativ zu der Basis 3 sind die einzelnen Streben 1 jeweils in ihrer Länge gesteuert verstellbar. Zur Ansteuerung der Stre­ ben ist eine Steuervorrichtung vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der feststehende Teil der Strebe 1a an der Basis und der ausfahrbare Teil 1b an der Arbeitsplattform 2 befestigt. Durch Verstellen der Längen der Streben kann die Ar­ beitsplattform 2 in sämtliche Raumrichtungen X, Y, Z translato­ risch sowie um diese Achsen in Richtung der Drehfreiheitsgrade A, B, C bewegt werden. Zum Einsatz der Handhabungsvorrichtung für Transportaufgaben, insbesondere in Transferpressen, ist die Arbeitsplattform 2 in Längsrichtung X länglich ausgebildet. Entsprechend sind die einzelnen Anlenkpunkte der Streben über einen länglichen Raum verteilt. Bei einer Projektion der An­ lenkpunkte in Richtung der Draufsicht in eine Ebene ergibt sich ein trapezartiges Anordnungsmuster.

Die Anordnung der Anlenkpunkte 4 an der Arbeitsplattform 2 so­ wie der Anlenkpunkte 5 an der Basis 3 sind in Fig. 2 darge­ stellt. Das dort verwendete Koordinatensystem X, Y, Z ist be­ züglich der Mitte der Arbeitsplattform 2 zentriert, wobei die X-Richtung in Längserstreckungsrichtung der Arbeitsplattform 2 verläuft. Zur optimalen Ausnutzung der Standfläche sind jeweils zwei Anlenkpunkte 5 paarweise eng nebeneinander in den Ecken der Basis 3 angeordnet während ein weiteres Paar von Anlenk­ punkten etwa in der Mitte der Längsseite am Rand der Basis 3 angeordnet ist. Die in den Ecken angeordneten vier Anlenkpunkte liegen dabei auf einer gemeinsamen Linie l₁ auf der einen Seite der Basis, während die beiden anderen Anlenkpunkte auf einer parallel dazu verlaufenden Linie l₂ angeordnet sind. Bei minde­ stens vier der sechs Anlenkpunkte der Streben 1 an der Arbeits­ plattform 2 sind jeweils zwei Anlenkpunkte 4 eng nebeneinander angeordnet. Dabei liegen jeweils zwei Anlenkpunkte 4 auf einer gemeinsamen Linie, die parallel zur Längserstreckungsrichtung X der Arbeitsplattform 2 verläuft. Die drei so gebildeten Linien l₃, l₄, l₅ verlaufen dabei in der Ruhestellung vorzugsweise parallel zwischen der Linie l₁, die die vier Anlenkpunkte der Basis 3 in den Ecken verbindet und der Linie l₂, die die zwei verbleibenden Anlenkpunkte 5 der Basis 3 verbindet. Hierdurch wird ein hohe Stabilität der Abstützung erzielt, so daß die Handhabungsvorrichtung auch für schwere Werkstücke geeignet ist. Zu diesem Zweck sind die in X-Richtung am weitesten außen­ liegenden Anlenkpunkte 5 gleichfalls an der Basis 3 vorgesehen.

Zur Vergleichmäßigung der Beanspruchung der einzelnen Streben sind die Anlenkpunkte so angeordnet, daß in der Ruhestellung der Handhabungsvorrichtung bei einer Draufsicht auf die Ar­ beitsplattform 2 der Abstand zwischen den beiden Anlenkpunkten einer Strebe an der Arbeitsplattform 2 und der Basis 3 für alle Streben gleich groß ist. Die Anordnung der Anlenkpunkte ist da­ bei bezüglich der Y-Richtung symmetrisch, bezüglich der X- Richtung asymmetrisch.

Die einzelnen Streben 1 sind in ihrer Länge verstellbar, bei­ spielsweise als Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder oder Wälz­ schraubtriebe, ausgebildet.

Da die Streben im Vergleich zu den bekannten Bewegungsvorrich­ tungen eine geringere Masse aufweisen und zudem parallel arbei­ ten, wird bei der gezeigten Vorrichtung ein besonders günstiges Verhältnis der bewegten Masse der Handhabungsvorrichtung zu der Masse eines zu bewegendes Werkstückes erzielt. Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Bewegung der Arbeitsplattform in allen sechs Raumachsen. Trotz asymmetrischer Anordnung der Anlenk­ punkte bezüglich der X-Richtung können alle Streben auf gleich­ mäßige Beanspruchung ausgelegt werden. Die Anordnung der An­ lenkpunkte an der Arbeitsplattform innerhalb der Anlenkpunkte der Streben an der Basis ermöglicht eine besonders hohe Stei­ figkeit und Stabilität der Abstützung, so daß auch schwere Werkstücke transportiert bzw. schnell und präzise positioniert werden können.

Claims (11)

1. Handhabungsvorrichtung, insbesondere für eine Transfer­ presse, mit einem in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren Träger zum Transportieren und/oder Positionieren von Werkstücken, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem Träger (2) sechs in ihrer Län­ ge verstellbare Streben (1) angelenkt sind, über die der Träger abgestützt ist.

2. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Streben (1) an einer Basis (3) angelenkt sind, wobei jeweils zwei Anlenkpunkte (5) an der Basis (3) eng nebeneinander angeordnet sind.

3. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Streben (1) an einer Basis (3) angelenkt sind, wobei vier Anlenkpunkte (5) an der Basis (3) auf einer Linie (l₁) liegen.

4. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verbleibenden zwei Anlenkpunkte (5) an der Basis (3) auf einer weiteren Linie (l₂) parallel zu der Linie (l₁) der vier Anlenkpunkte liegen.

5. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ruhestellung der Handha­ bungsvorrichtung in einer Projektion der Anlenkpunkte des Trä­ gers (2) in die Anordnungsebene der Anlenkpunkte an der Basis (3) der Abstand zwischen den beiden Anlenkpunkten einer Strebe (1) an dem Träger (2) und der Basis (3) für alle Streben (1) gleich groß ist.

6. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung jeweils zwei Anlenkpunkte (4) der Streben (1) an dem Träger (2) auf einer Linie (l₃, l₄, l₅) parallel zur Längserstreckungsrichtung (2) liegen, wobei diese Linien (l₃, l₄, l₅) zwischen den zu der Längserstreckungsrichtung (X) parallelen Linien (l₁, l₂) der Basis (3) liegen.

7. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung die Anlenkpunk­ te (4, 5) asymmetrisch bezüglich einer zur Längserstreckungs­ richtung (X) parallelen Mittelachse des Trägers (2) angeordnet sind.

8. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung die Anlenkpunk­ te symmetrisch bezüglich einer in zur Längserstreckungsrichtung (X) orthogonalen Querrichtung (Y) des Trägers (2) verlaufenden Mittelachse angeordnet sind.

9. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung die in Längser­ streckungsrichtung (X) am weitesten außenliegenden Anlenkpunkte der Streben (1) an der Basis (3) vorgesehen sind.

10. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens vier der sechs An­ lenkpunkte (4) an dem Träger (2) jeweils zwei Anlenkpunkte eng nebeneinander angeordnet sind.

11. Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Streben (1) gleichartig ausge­ bildet sind.