DE19841243B4

DE19841243B4 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE19841243B4
Application number: DE1998141243
Authority: DE
Inventors: Siegfried Mache
Original assignee: Hans Paal KG Maschb & Co GmbH; Hans Paal KG Maschinenbau (gmbh & Co)
Current assignee: HANS PAAL KG MASCHINENBAU (GMBH & CO.), 73630 REMS
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: DE19841243A1

Abstract

Industrieroboter mit mindestens einer an bewegbaren Armen (5, 6) angebrachten Fertigungsmittelhalterung (7), wobei Antriebe für die Arme vorgesehen sind, durch welche die Fertigungsmittelhalterung in mindestens einer Ebene bewegbar ist, wobei ein erster und ein zweiter Linearantrieb vorgesehen sind, wobei der erste Linearantrieb für eine Bewegung eines ersten Antriebselements (3) längs einer ersten linearen Bahn und der zweite Linearantrieb für eine Bewegung eines zweiten Antriebselements (4) längs einer zweiten Bahn eingerichtet ist, wobei ein erster Arm (5) an dem ersten Antriebselement (3) und ein zweiter Arm (6) an dem zweiten Antriebselement (4) gelenkt ist, wobei der erste und der zweite Arm (5, 6) im Abstand von seiner jeweiligen Anlenkungsstelle an dem ersten bzw. an dem zweiten Antriebselement (4) aneinander angelenkt sind, und wobei die Fertigungsmittelhalterung (7) im Bereich der Stelle, an der der erste und der zweite Arm aneinander angelenkt sind, an dem ersten Arm (5) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger gattungsgemäßer Industrieroboter ist aus der DE 196 54 041 A1 bekannt.

Bekannte Industrieroboter arbeiten nach dem Knickarmprinzip, bei dem der Arbeitshub durch mehrere aneinandergereihte Arme erzeugt wird. Dieses Prinzip gelangt in Bezug auf Geschwindigkeit, Arbeitsbereich und zulässiges Gewicht des Arbeitsmittels an Grenzen, die steigenden Anforderungen nicht mehr genügen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Industrieroboter zu schaffen, welcher hinsichtlich Arbeitsgeschwindigkeit, Arbeitsbereich und auch zulässigem Fertigungsmittelgewicht verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 sich der erste Arm über seine Anlenkungsstelle am zweiten Arm hinaus unter Abwicklung zur ersten Bahn hin fortsetzt, und daß die Fertigungsmittelhalterung am Ende dieser Fortsetzung angebracht ist, ist bedingt durch die hieraus sich ergebende gegenseitige Abstützung und die wenigen an der Kraftübertragung beteiligten Elemente ein verbesserter, stabiler Aufbau erreicht gegenüber den mehrgelenkigen Knickarmsystemen. Dies ermöglicht zum einen höhere Beschleunigungen, größere Wiederholgenauigkeit und größere Fertigungsmittelgewichte, was insbesondere bei Werkzeugen zum tragen kommt. Da die Länge der Bahnen, längs derer die Antriebselemente verfahren, keiner prinzipiellen Einschränkung unterliegt, sind sehr weite Verfahrwege möglich, ohne daß sich die Eigenschaften in Bezug auf Beschleunigung, Wiederholgenauigkeit und Stabilität verändern. Dabei wird für einen bestimmten Verfahrweg des ersten Antriebselementes eine Vergrößerung des Hubs der Fertigungsmittelhalterung in Richtung senkrecht zur ersten Bahn erreicht. Dies bedeutet eine bessere Hubausnutzung in dieser Richtung bei vorgegebenem Fahrweg der Antriebselemente im Vergleich zu anderen Winkellagen der Fortsetzung des ersten Arms.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, sind die Antriebselemente durch auf Schienen, vorzugsweise einer gemeinsamen Schiene, verfahrende Linearmotoren gebildet. Diese sind wegen ihres hohen Beschleunigungsvermögens und ihres getriebelosen Aufbaus besonders geeignet.

Bei einer gleichlaufenden Bewegung beider Antriebselemente bzw. Linearmotoren beschreibt das Fertigungsmittel eine Bewegung parallel zur Schiene. Bei einer ungleichen Bewegung der beiden Antriebselemente bzw. Linearmotoren erhält die Bewegung des Fertigungsmittels eine zusätzliche Komponente senkrecht zu der Bahn, längs derer die Antriebselemente verfahren.

Die Bewegungen der beiden Antriebselemente können jeweils beliebig programmiert werden. Bei entsprechenden, aufeinander abgestimmten Bewegungsabläufen beider Antriebselemente kann das Fertigungsmittel jede beliebige Bahn in einem zweidimensionalen Raum abfahren.

Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 wird erreicht, daß dabei das Fertigungsmittel in sich parallel verlagert wird.

Die bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4 und 5 schaffen zusätzliche Freiheitsgrade der Bewegung für das Fertigungsmittel bzw. Werkzeug. Eine Erweiterung bis zu einer 6-Achskinematik ist möglich.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Auf diesen zeigt:
1 eine hängende Horizontalausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters,
2 eine Detailansicht des eigentlichen Bewegungsmechanismus aus Armen und Linearmotoren,
3 die entsprechende Detailansicht bei einer Horizontalausführungsform mit gegenüber 1 um 90° gedrehter Bewegungsebene, und
4 eine Vertikalausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters mit vertikaler Schiene für die Linearmotoren und vertikaler Bewegungsebene.
Die in 1 perspektivisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters weist eine im oberen Bereich eines Gestells 1 horizontal angebrachte Schiene 2 auf, auf der ein erster Linearmotor 3 und ein zweiter Linearmotor 4 laufen. Am ersten Linearmotor 3 ist ein Hauptarm (erster Arm) 5 angelenkt, während ein Stützarm (zweiter Arm) 6 am zweiten Linearmotor 4 angelenkt ist. Im Abstand von den jeweiligen Anlenkungspunkten an den Linearmotoren sind der Hauptarm 5 und der Stützarm 6 aneinander angelenkt, so daß sich eine im wesentlichen V-förmige Anordnung der beiden Arme ergibt.
Der Hauptarm 5 setzt sich über seinen Anlenkungspunkt am Stützarm 6 hinaus in zur Schiene 2, d.h. in diesem Fall zur Horizontalen, hin abgewinkelter Form fort.
Am Ende des abgewinkelten Abschnitts ist eine Fertigungsmittelhalterung, hier als Werkzeughalterung ausgeführt, 7 angebracht. Diese Werkzeughalterung 7 ist in einer zu der von den beiden Armen 5 und 6 aufgespannten Ebene senkrechten Richtung verfahrbar und um eine vorzugsweise vertikale Achse schwenkbar.
Außerdem ist die Werkzeughalterung 7 am Hauptarm 5 um eine Achse drehbar gelagert, die auf die von den beiden Armen 5 und 6 aufgespannte Ebene senkrecht steht.
Eine Zugstange 8 ist einerseits am ersten Linearmotor 3 und andererseits an der Werkzeughalterung 7 angelenkt und bildet zusammen mit dem Hauptarm 5 eine Parallelogrammführung, die unabhängig von der Winkelstellung des Hauptarms 5 in Bezug auf die Schiene 2 die Werkzeughalterung 7 in sich parallel hält. Eine gleiche Wirkung ist auch durch einen zusätzlichen gesteuerten Antrieb zu erreichen.
Der Hauptarm 5 hat kastenförmiges Profil und eignet sich daher insbesondere zur Aufnahme elektrischer Kabel und dergleichen zur Energieversorgung für ein auf der Fertigungsmittelhalterung 7 angebrachtes Werkzeug oder dgl.
Die beiden Linearmotoren 3 und 4 sind unabhängig voneinander steuerbar, vorzugsweise programmgesteuert, wobei die entsprechenden Signale über ein an der Schiene 2 angebrachtes Wegmeßsystem geliefert werden können.
Werden die beiden Linearmotoren 3 und 4 gemeinsam mit gleicher Geschwindigkeit verfahren, so ändert sich an der Winkelstellung von Hauptarm 5 und Stützarm 6 nichts, so daß das Werkzeug bzw. die Werkzeughalterung 7 parallel zur Schiene 2 verfahren wird. Durch unterschiedliche Bewegung der beiden Linearmotoren 3 und 4 wird eine Änderung des Winkels zwischen Hauptarm 5 und Stützarm 6 bewirkt, so daß die Werkzeughalterung 7 auch, oder gegebenenfalls nur, eine Vertikalbewegung durchführt. Das System Arme-Linearmotoren bietet also mit verhältnismäßig einfachem Aufwand und über eine im Prinzip beliebige Länge eine Bewegbarkeit der Werkzeughalterung 7 in zwei Dimensionen bzw. in einer Ebene. Zusätzliche Freiheitsgrade für das Fertigungsmittel ergeben sich aus der beschriebenen Aufhängung der Fertigungsmittelhalterung 7 am Ende des Hauptarms 5.
Durch die zur Horizontalen, bzw., allgemein, zur Schiene 2, hin abgewinkelte Ausführungsform des Hauptarms 5 wird erreicht, daß sich bei einer Schwenkbewegung des Hauptarms 5 das Ende des Hauptarms 5 auf einem Kreisbogen bewegt, der eine ausgeprägtere Komponente senkrecht zur Schiene bzw. Vertikalkomponente als etwa der Kreisbogen hat, den der gemeinsame Anlenkungspunkt der beiden Arme 5 und 6 beschreibt bzw. das Ende einer gestreckten Fortsetzung des Hauptarms 5 beschreiben würde. Auf diese Weise reichen für einen bestimmten Hub der Werkzeughalterung in Richtung Schiene 2 geringere Bewegungen des bzw. der Linearmotoren aus als es der Fall wäre, wenn sich der Hauptarm 5 unabgewinkelt über den gemeinsamen Anlenkungspunkt der Arme 5 und 6 hinaus fortsetzen würde.
3 zeigt den Bewegungsmechanismus entsprechend 2 bei einer gedrehten Horizontalausführung, bei der also die Schiene 2 ebenfalls horizontal verläuft, bei der aber die Ebene, in der sich Haupt- und Stützarm bewegen im Gegensatz zu den Verhältnissen bei der Ausführungsform der 1 und 2 ebenfalls horizontal liegt.
Teile die denjenigen in den 1 und 2 entsprechen sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet; ihre nochmalige Erwähnung ist weggelassen.
4 zeigt eine stehende Vertikalausführungsform. Die Schiene 2 verläuft vertikal und ist an einer Säule 10 angebracht. Die Ebene, in der sich Hauptarm 5 und Stützarm 6 bewegen, verläuft ebenfalls vertikal. Eine Bewegung der Linearmotoren 3 und 4, die bei der Ausführungsform der 1 eine Horizontalbewegung der Werkzeughalterung 7 bewirkt, bewirkt bei der Ausführungsform der 4 eine Vertikalbewegung, und eine Bewegung der Linearmotoren 3 und 4 bezüglich der Schiene 2, die bei der Ausführungsform der 1 ausschließlich oder zusätzlich eine Vertikalbewegung zur Folge hat, hat hier ausschließlich oder zusätzlich eine Horizontalbewegung auf die Schiene 2 zu oder von ihr weg zur Folge.
Die Fertigungsmittelhalterung 7 ist entsprechend derjenigen der Ausführungsform der 1 und 2 ausgeführt. Sie ist jedoch so am Hauptarm 5 angebracht, daß sie in der Grundstellung bezüglich der Vertikalen genauso orientiert ist wie in 1.

Claims

Industrieroboter mit mindestens einer an bewegbaren Armen (5, 6) angebrachten Fertigungsmittelhalterung (7), wobei Antriebe für die Arme vorgesehen sind, durch welche die Fertigungsmittelhalterung in mindestens einer Ebene bewegbar ist, wobei ein erster und ein zweiter Linearantrieb vorgesehen sind, wobei der erste Linearantrieb für eine Bewegung eines ersten Antriebselements (3) längs einer ersten linearen Bahn und der zweite Linearantrieb für eine Bewegung eines zweiten Antriebselements (4) längs einer zweiten Bahn eingerichtet ist, wobei ein erster Arm (5) an dem ersten Antriebselement (3) und ein zweiter Arm (6) an dem zweiten Antriebselement (4) gelenkt ist, wobei der erste und der zweite Arm (5, 6) im Abstand von seiner jeweiligen Anlenkungsstelle an dem ersten bzw. an dem zweiten Antriebselement (4) aneinander angelenkt sind, und wobei die Fertigungsmittelhalterung (7) im Bereich der Stelle, an der der erste und der zweite Arm aneinander angelenkt sind, an dem ersten Arm (5) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Arm (5) über seine Anlenkungsstelle am zweiten Arm (6) hinaus unter Abwinklung zur ersten Bahn hin fortsetzt, und daß die Fertigungsmittelhalterung am Ende dieser Fortsetzung angebracht ist.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Antriebselement durch einen auf einer die erste Bahn bestimmenden ersten Schiene fahrenden ersten Linearmotor (3) gebildet ist, und daß das zweite Antriebselement durch einen auf einer die zweite Bahn bestimmenden zweiten Schiene fahrenden zweiten Linearmotor (4) gebildet ist.
Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schiene eine gemeinsame Schiene (2) bilden.
Industrieroboter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungsmittelhalterung (7) um zur ersten Bahn senkrechte Achsen schwenkbar ist.
Industrieroboter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungsmittelhalterung (7) senkrecht zur der vom ersten und zweiten Arm (5, 6) aufgespannten Ebene verfahrbar ist.
Industrieroboter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein am ersten Antriebselement (3) einerseits und an der Fertigungsmittelhalterung (7) andererseits angelenkter dritter Arm (8) vorgesehen ist, welcher zusammen mit dem ersten Arm (5) eine Parallelogrammführung für die Fertigungsmittelhalterung (7) bildet.