DE2225476B2 - Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung mit einer ersten Halterung, in der eine gesteuert antreibbare erste Welle drehbar gelagert ist, mit einem um eine im Winkel zu der Drehachse der ersten Welle verlaufende Schwenkachse gegebenenfalls einer zweiten Welle verschwenkbaren Arm, an dem mit diesem verschwenkbar eine dritte, im Winkel zu der Schwenkachse verlaufende Welle zur Betätigung eines Kopfes drehbar gelagert ist, sowie mit einem die erste Welle mit der dritten Welle verbindenden Getriebe.

Es sind bereits sogenannte Industrieroboter bekannt,

die besonders konstruiert wurden, um bestimmte Ai beitsvorgänge automatisch durchzuführen. So wurde z. B. Schweißroboter entwickelt, die bei der Kraftfahi zeugherstellung einen oder mehrere Schweißvorgäng an den Kraftfahrzeugchassis ausführen. Da diese be kannten Industrieroboter jedoch meistens lediglich fü bestimmte Arbeitsvorgänge entwickelt worden sini und lediglich diese Arbeitsvorgänge ausführen könner lohnt sich der für derartige Roboter erforderliche Ko

ίο stenaufwand nur für solche Industriezweige, in denei große Stückzahlen von gleichbleibenden Fertigungs produkten hergestellt werden.

Es ist auch bereits Industrieroboter bekanntgewor den, bei denen eine Umprogrammierung der jeweifc

is ausführbaren Arbeitsvorgänge bei ein und demselber Roboter möglich ist Derartige Universalroboter weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie einen verhältnismäßig komplizierten, voluminösen Aufbau und eine entsprechend komplizierte Steuerung aufweisen. Diese

ao Universalroboter besitzen zumeist ein erhebliches Gewicht, so daß sie im wesentlichen ortsfest installiert werden. Auf Grund ihres Gewichtes und ihrer räumlichen Abmessungen ist es deshalb zumeist nicht möglich, einen solchen Universalroboter an einer beliebigen

as Stelle eines Arbeitsablaufs einzusetzen. Darüber hinaus ist es unwirtschaftlich, einen solchen Universalroboter auch an solchen Stellen des Arbeitsabiaufs einzusetzen, an dem lediglich ein oder wenige Arbeitsvorgänge von dem Roboter ausgeführt werden müssen, da in diesem Fall die Arbeitskapazität des Universalroboters nicht ausgenutzt wird und der Roboter deshalb überdimensioniert ist

Durch die US-PS 3 600 967 ist auch bereits eine Betätigungsvorrichtung zur Ausrichtung einer Probe in einem Strahl bekanntgeworden, bei der eine erste gesteuert antreibbare Welle in einer Halterung drehbar gelagert ist An der ersten Welle ist ein im Winkel zu der Drehachse zu der ersten Welle verschwenkbar an dieser ersten Welle gehaltenes Joch vorgesehen, an dem Uni eine im Winkel zu der Schwenkachse des Joches verlaufende Drehachse drehbare Welle drehbar gelagert ist, die einen Kopf zur Halterung einer Probe trägt Zur Verschwenkung des Joches um seine Schwenkachse und zur Verdrehung der in dem Joch gelagerten, die Probe tragenden Welle sind jeweils zwei getrennte Getriebe vorgesehen, die an der ersten Welle gehaltert und mit dieser verdrehbar sind. Diese getrennten Getriebe sind jeweils durch verdrehbar auf der ersten Welle gelagerte Zahnräder steuerbar antreibbar. Eine derartige Anordnung weist jedoch einen verhältnismäßig komplizierten Getriebeaufbau auf. Für jede der verschiedenen Bewegungen des Kopfes ist ein eigener Antrieb mit eigenem Getriebe notwendig. Ferner sind die einzelnen möglichen Bewegungen der von dem Kopf gehaltenen Probe nicht unabhängig voneinander, da etwa bei einer Drehung der ersten Welle auch die Antriebe für eine Verschwenkung des Joches und eine Verdrehung der die Probe haltenden Welle infolge der Drehung der ersten Welle betätigt werden, wenn die Zahnräder zum eigentlichen Antrieb dieser Getriebe feststehend gehalten werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Betätigungsvorrichtung für einen Arbeitskopf anzugeben, bei der der Arbeitskopf mit Hilfe eines Antriebs mehrere voneinander unabhängige Bewegungen ausführen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Betätigungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art erfinduneseemäß da-

durch gelöst, daß der Arm verschwenkbar an der ersten Halterung gelagert ist, daß die erste Welle mit der dritten Welle durch das Getriebe direkt verbunden wird, und daß eine erste, die erste Halterung in bezug auf den Arm sowie eine zweite, den Ai m in bezug auf die dritte Welle steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sind.

Bei dieser Anordnung ist der Arm verschwenkbar an der ersten Halterung, und nicht wie bei der vorbekannten Betätigungsvorrichtung, an der ersten Welle verschwenkbpjr gelagert Weiterhin wird für die verschiedenen, voneinander unabhängigen Bewegungen des Kopfes nur ein einziges Getriebe benötigt, das direkt zwischen der ersten Welle und der dritten Welle wirksam ist Eine derartige Betätigungsvorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie einen einfachen mechanischen Aufbau besitzt, _nd daß sie mit nur einem Drehantrieb zwei voneinander unabhängige Bewegungen ausführen kann. Weiterhin ermöglichen die Verrief elungsvorrichtung auch eine äußerst genaue Positionierung des Arbeitskopfes, so daß der Arbeitskopf ganz exakte Arbeiten ausführen kann. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, eine derartige Betätigungsvorrichtung baukastenförmig zu erweitern, indem mehrere derartige Betätigungsvorrichtungen etwa hintereinander geschaltet werden. Die erste Halterung kann selbst drehbar gelagert und gleichzeitig unabhängig antreibbar sein.

Vorzugsweise erfolgt die Ausbildung der Betätigungsvorrichtung derart daß eine zweite Halterung vorgesehen wird, in der die erste Halterung drehbar gelagert ist und daß eine dritte, die erste Halterung in bezug auf die zweite Halterung steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtung vorgesehen wird. Dies ermöglicht die Ausführung von drei verschiedenen, voneinander unabhängigen Bewegungen mit Hilfe eines einzigen Antriebes, mit dem etwa die erste Welle angetrieben wird. Im Gegensatz dazu können solche drei Bewegungen bei der oben beschriebenen vorbekannten Betätigungsvorrichtung nur mit Hilfe von drei Drehantrieben ausgeführt werden. Diese vorzugsweise Ausführungsform zeigt, daß die Betätigungsvorrichtung auf einfache Weise in ihren Arbeitsmöglichkeiten derart erweitert werden kann, daß mit Hilfe eines einzigen Antriebs drei verschiedene, voneinander unabhängige Bewegungen des Arbeitskopfes möglich sind. Dies bringt neben einer Erhöhung der Freiheitsgrade des Arbeitskopfes auch den Vorteil mit sich, daO die Betätigungsvorrichtung in einfacher Weise an die gestellten Aufgaben anpaßbar ist, so daß unnötige Überdimensionierungen der Betätigungsvorrichtung bei vielseitigem Einsatz vermieden werden können.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung aus einer an dem einen Teil der miteinander zu verriegelnden Teile verschiebbar oder verschwenkbar angeordneten Rastnase und aus hiermit zusammenwirkenden, an dem anderen Teil vorgesehenen Rastungen besteht, deren Lage und Zahl entsprechend einer vorbestimmten Programmierung gewählt sein können. Hierdurch erhält man die Möglichkeit, zum einen den Arbeitskopf in eine vorbestimmte und genau festgelegte Stellung zu bringen und zum anderen, die Betätigungsvorrichtung schnell entsprechend anderen Aufgaben umzurüsten, indem man zweckmäßigerweise die Rastungeri an einem auswechselbaren Justierring ausbildet, der an einem der Teile befestigt ist die gegeneinander durch die jeweilige Verriegelungsvorrichtung festgelegt werden sollen. Durch die Verwendung vcn Rastnaben und Rastungen kanr gleichzeitig die Geschwindigkeit erhöht werden, mil der eine genaue Stellung des Arbeitskopfes eingestellt werden kann. Die Verriegelungsvorrichtungen können S vorteilhafterweise aus Reibungskupplungen bestehen.

Eine in dieser Weise ausgebildete Betätigungsvorrichtung weist den Vorteil auf, daß mit lediglich einem Antrieb drei verschiedene, voneinander unabhängige Bewegungen der Betätigungsvorrichtung ausgeführt ίο werden können, und daß gleichzeitig durch die exakte Einrastung der verschiedenen Verriegelungsvorrichtungen in der Verriegelungsstellung eine äußerst genaue Steuerung der Stellung des Arbeitskopfes möglich ist

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von ia der Zeichnung dargstellten Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Vorderansicht eines Industrieroboters, bei dem eine Ausführungsform einer ge- λο maß der Erfindung ausgebildeten Betätigungsvorrichtung verwandt ist wobei die einzelnen Bewegungsmöglichkeiten des Industrieroboters angedeutet sind,

F i g. 2 schematisch eine Seitenansicht des in F i g. 1 gezeigten Industrieroboters, gesehen von rechts in der as F i g. 1, mit zusätzlich verdrehtem Arbeitskopf,

F i g. 3 schematisch eine Draufsicht auf den in F i g. 1 gezeigten Industrieroboter, mit um 90° verschwenktem Arbeitskopf, wobei schematisch einige Bewegungsmöglichkeiten des Industrieroboters angedeutet sind,
F i g. 4 eine Seitenansicht des in F i g. 2 gezeigten Industrieroboters mit senkrecht gestelltem Arbeitskopf, wobei ein Teil des Roboters im Schnitt dargestellt ist

F i g. 5 eine Teilansicht des in F i g. 4 gezeigten Industrieroboters, gesehen aus der Sicht der Linie V-V in Fig.4, in der eine Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Betätigungsvorrichtung gezeigt ist,

F i g. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

F i g. 7 eine Draufsicht auf die in F i g. 5 gezeigte Anordnung, gesehen aus der Sicht der Linie VH-VII,

Fig.8 bis 10 verschiedene Ausführungsformen von Justierringen, und

F i g. 11 eine Längsschnittansicht eines auswechselbaren Armteils mit Arbeitskopf.

In den F i g. 1 bis 4 ist schematisch ein Industrieroboter dargestellt, der eine Betätigungsvorrichtung umfaßt und allgemein mit 1 bezeichnet ist. Der Roboter 1 weist einen aligemein mit 2 bezeichneten Arbeitskopf auf, der im vorliegenden Fall als Greifkopf ausgebildet ist Der Arbeitskopf ist an einem Arm 3 gehaltert und gegen diesen Arm in Längsrichtung des Armes zwischen den Stellungen A-A' verschiebbar, was durch den entsprechenden Doppelpfeil ausgedrückt ist Der Arbeits-SS kopf 2 ist weiterhin um die Längsachse des Armes 3 um 360° drehbar, was durch den Pfeil H zum Ausdruck kommt. Der Arm 3 mit dem daran gehalterten Arbeitskopf 2 ist gegen eine zweite Halterung 4, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Rohres dargestellt ist, verschwenkbar. Diese um eine Achse F ausgeführte Schwenkbewegung kann maximal zwischen den Stellungen F' und F" ausgeführt werden, was durch den Doppelpfeil F'-F" dargestellt ist Diese Verschwenkung des Armes 3 bedeutet eine Knickbewegung des Arbeitskopfes 2. Diese Knickbewegung kann etwa über einen Winkel bis zu 270° ausgeführt werden. Der Arm 3 und der daran gehalterte Arbeitskopf 2 können gleichzeitig in jeder beliebigen Knick-

Stellung gegenüber der zweiten Halterung 4 eine Drehung um 360° um die Achse C-C gegenüber der zweiten Halterung 4 ausführen, was durch den Pfeil G angedeutet ist. Hierbei wird die Schwenkachse des Armes 3 gegenüber der zweiten Halterung 4 mitgedreht.

Die zweite Halterung 4 ist gegenüber einer dritten Halterung 5 in Richtung der Achse C-C, d. h. also in Längsrichtung der zweiten Halterung 4, verschiebbar. (Natürlich kann die zweite Halterung 4 auch in anderer Weise in der dritten Halterung 5 gehaltert sein, so daß sie eine andere Bewegung ausführen kann.) Auf diese Weise ist die Achse Fdes Armes 2 zwischen den maximalen Stellungen B und ff verschiebbar. Die dritte Halterung 5 ist selbst um eine horizontale Achse E verschwenkbar an einem allgemein mit 6 bezeichneten Podest gehaltert. Die dritte Halterung 5 und die darin geführte zweite Halterung 4 samt dem Arm 3 und dem Arbeitskopt 2 sind um die Achse E zwischen den Endstellungen E' und E' in einer senkrechten Ebene verschwenkbar. Weiterhin ist die dritte Halterung 5 so in dem Podest 6 gehaltert, daß sie in jeder beliebigen Schwenkstellung um die Achse E senkrecht auf und ab bewegt werden kann, so daß die Achse E zwischen den beiden Linien C-C und C-C verschiebbar ist. Diese senkrechte Verschiebung der zweiten Halterung 5 ist durch den Doppelpfeil C-C dargestellt.

Schließlich ist das gesamte Podest 6 um eine senkrechte Achse D auf einem allgemein mit 7 bezeichneten Fundament um 360° verdrehbar.

Der Roboter 1 kann somit insgesamt acht voneinander unabhängige Bewegungen ausführen, wodurch er äußerst vielseitig verwendbar ist.

In F i g. 4 ist schematisch der Antrieb für das Podest 6 und die Höhenverstellbarkeit bzw. Verschwenkbarkeit der dritten Halterung 5 näher dargestellt. In dem Futidament 7 ist ein schematisch dargestellter Motor 8 angeordnet, der über ein Zahnrad 9 ein zweites hiermit kämmendes Zahnrad 10 antreibt, das an einer drehbar in dem Fundament 7 gelagerten Stüinmelwelle 11 befestigt ist, deren Drehachse senkrecht ausgerichtet ist. An dieser Stummelwelle 11 ist das Podest 6 befestigt. Das Podest 6 weist einen unteren Kastenteil 12 auf, an dem senkrecht im Abstand und parallel zueinander verlaufende Ständer 13 befestigt sind. In den Ständern ist jeweils ein senkrecht verlaufender Schlitz 14 ausgebildet, wobei die beiden Schlitze miteinander ausgerichtet sind. In der Achse der Schlitze 14 ist jeweils eine senkrecht verlaufende, drehbar in den Ständern gelagerte Spindel 15 angeordnet Im Eingriff mit den Spindeln steht jeweils ein Block 16, der jeweils in dem Schlitz 14 geführt ist und bei einer Drehung der entsprechenden Spindel senkrecht in diesem Schlitz verschiebbar ist Die Spindein 15 sind synchron von einem an dem Kastenteil 12 befestigten Motor 17 über eine Antriebswelle 18 und miteinander kämmende Kegelzahnräder 19 an dieser Antriebswelle bzw. Kegelzahnräder 20 an den Spindeln, antreibbar.

Mit der dritten Halterung 5 des Roboters sind fest auf einer gemeinsamen Achse liegende Wellenstummel 21 verbunden, die mit ihren freien Enden jeweils drehbar in einem Block 16 gelagert sind. Zwischen einem der Wellenstummel 21 u.id einem der Blöcke 16 wirkt ein weiterer Motor 22, der bei einer Betätigung die dritte Halterung 5 um die Achse E der Welle 21 verschwenkt.

Somit kann bei einer Betätigung des Motors 8 das Podest 6 um die senkrechte Achse D verschwenkt werden. Bei einer Betätigung des Motors 17 wird die Achse E in senkrechter Richtung auf- oder abbewegt, und bei einer Betätigung des Motors 22 kann die dritte Halterung 5 mit den von ihr gehaltenen Teilen um die Achse E in einer senkrechten Ebene zwischen den maximalen Endstellungen E '-E" (s. F i g. 1) verschwenkt werden. Jede gewünschte Bewegungsstellung kann durch entsprechende Arretierung des jeweiligen Motors und gegebenenfalls durch entsprechend vorgesehene Verriegelungsvorrichtungen beibehalten werden.

ίο Bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Roboter ist die zweite Halterung 4 zusammen mit der dritten Halterung 5 in Form einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Einheit aufgebaut, indem die dritte Halterung 5 als Zylinder ausgebildet ist, in dem die zweite Halterung 4, die im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, verschiebbar gelagert ist. Auf dem äußeren Umfang der rohrförmig ausgebildeten zweiten Halterung 4 ist ein Bund 23 ausgebildet, der in F i g. 5 strichliniert dargestellt ist. Dieser Bund 23 liegt in dem Zylinder der

ao dritten Halterung 5 und dient als Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit, was im einzelnen nicht näher dargestellt ist. Ebenfalls nicht näher dargestellt sind die beiden Zuleitungen für etwa die Druckluft oder das Hydraulikmedium zur Betätigung der Kolben-Zylinder-

»5 Einheit. Selbstverständlich könnte auch an Stelle dieser Kolben-Zylinder-Einheit ein weiterer an der dritten Halterung 5 angebrachter Elektromotor vorgesehen sein, der etwa über eine Spindel die Verstellung der zweiten Halterung 4 gegenüber der dritten Halterung 5 steuert.

In F i g. 1 ist ingedeutet, daß die Schwenkachse F des Armes 3 zwischen den Endstellungen B und ff bei einer Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 4,5 verschiebbar ist Betrachtet man gleichzeitig die mögliche Drehung des Podestes 6 gegenüber dem Fundament 7 um die Drehachse D, so kann, wie es aus F i g. 3 ersichtlich ist, die Achse F innerhalb eines Kreisringes verstellt werden, der zwischen den Kreisen B und B liegt Berücksichtigt man weiterhin die mögliche Verschwenkung der dritten Halterung 5 um die Achse Ezwischen den Endstellungen E' und E", so ergibt sich, daß die Achse F innerhalb einer schalenförmigen Kugelkalotte liegen kann, die in senkrechter Richtung noch wesentlich dadurch erweitert wird, wenn man darüber hinaus noch die senkrechte Verstellbarkeit der Achse E entlang der Achse D mit Hilfe des Motors 17 berücksichtigt

Wie aus den F i g. 3 und 4 zu ersehen ist, steht das Rohrstück der zweiten Halterung 4 noch über das dem Arbeitskopf 2 abgewandte Ende der dritten Halterung 5 hinaus vor, und an diesem Ende der zweiten Halterung 4 sind vorzugsweise die Antriebseinrichtung oder die Antriebseinrichtungen sowie gegebenenfalls die Steuerungen, die in F i g. 3 schematisch dargestellt und allgemein mit 24 bezeichnet sind, für die eigentliche Verstellung und Betätigung des Arbeitskopfes angeordnet

In den F i g. 5 bis 7 ist eine Ausführungsform der im wesentlichen aus Antrieb 24, zweite Halterung 4, Ann 3 und Arbeitskopf 2 bestehenden Betätigungsvorrichtung als Teil des in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Roboters dargestellt Eine solche Betätigungsvorrichtung bildet aber in sich bereits einen eigenen, für einfachere Aufgaben geeigneten Roboter.

Wie aus F i g. 5 zu entnehmen ist, wird die zweite Halterung 4 aus einem Rohr 30 gebildet, das, wenn es in Verbindung mit den in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Anordnungen verwandt wird, auf seinem äußeren Umfang

den bereits oben erwähnten Bund 23 aufweisen kann, der in Verbindung mit der dritten Halterung 5 eine Kolben-Zylinder-Einheit bilden kann. Wird dagegen die in F i g. 5 gezeigte Einheit als eigene Einheit verwandt, bei der die zweite Halterung 4 etwa feststehend an- S geordnet wird, so kann der Bund 23 gleichzeitig zur Befestigung dienen.

In dem Rohr 30 ist koaxial mit Hilfe von Wälzlagern 31, von denen lediglich eines dargestellt ist, eine erste Halterung, die im vorliegenden Fall in Form einer Hohlwelle 32 ausgebildet ist, drehbar gelagert. In der Hohlwelle 32 ist hinwiederum eine erste Welle 40 mit Hilfe zweier Wälzlager 41 drehbar gegenüber der Hohlwelle 32 gelagert, wobei lediglich ein Wälzlager 41 gezeigt ist. An dem über die Hohlwelle 32 hinaus vorstehenden Ende der ersten Welle 40 ist ein Kegelzahnrad 42 aufgekeilt.

Die Hohlwelle 32 weist an dem dem Kegelrad 42 zugewandten Ende einen Flansch 33 auf, an dem ein Ring 34 mit größerem Durchmesser befestigt ist An ao dem Ring 34 sind zwei parallel zu der Achse der ersten Hohlwelle 32 und parallel zueinander verlaufende Ansätze 35 ausgebildet In den Ansätzen 35 ist jeweils eine öffnung 36 vorgesehen, in der jeweils ein abgesetzter Hohlachsstumpf 37 befestigt ist. Die beiden Hohlachs- »5 stumpfe 37 sind mit ihren Achsen zueinander ausgerichtet. Im Inneren der Hohlachsstümpfe 37 ist koaxial über jeweils ein Wälzlager 38 eine zweite Welle 39 drehbar gelagert Die Achse der zweiten Welle 39 verläuft senkrecht zu der Achse der ersten Welle 40. Auf 3» der zweiten Welle 39 ist ein zweites Kegelzahnrad 43 aufgekeilt das mit dem ersten Kegelzahnrad 42 kämmt Auf dem äußeren Umfang des von den Ansätzen 35 wegweisenden, abgesetzten Endes jedes Hohlachsstumpfes ist jeweils ein weiteres Wälzlager 44 aufgezogen, durch die an diesen Hohlachsstümpfen 37 der allgemein mit 3 bezeichnete Arm verschwenkbar gelagert ist

Der Arm 3 wird im wesentlichen durch ein Rohr 45 gebildet das an seinem der zweiten Welle 39 züge- 4» wandten Ende einen Ringflansch 46 aufweist An dem Ringflansch 46 ist lösbar ein Ring 47 befestigt der auch aus einem Stück mit dem Ringflansch ausgebildet sein kann und der an zwei diametral einander gegenüberliegenden und außenliegenden Punkten Ohren 48 aufweist die parallel zueinander ausgerichtet sind und im rechten Winkel zu der Ebene des Ringes 47 verlaufen. In den Ohren 48 ist jeweils eine öffnung 50 ausgebildet durch die die abgesetzten Enden der Hohlachsstümpfe 37 frei nach außen vorstehen. An den Ohren 48 ist jeweils ein Überwurfring 51 befestigt zwischen dem and dem jeweils zugeordneten Ohr jeweils der äußere Laufring des entsprechenden Wälzlagers 44 eingeklemmt ist Der Ring 47 bildet somit in Verbindung mit den Ohren 48 und den Oberwurfringen 51 einen gabelartigen oder bügeiförmigen Ansatz des Armes 3, mit dessen Hilfe der Arm 3 verschwenkbar an den Hohlachsstümpfen 37 gelagert ist Die Lagerung erfolgt dabei so, daß die Schwenkachse des Armes 3 mit der Drehachse M der zweiten Welle 39 zusammenfällt Die *° Drehachse Af entspricht bei dem in F i g. 1 dargestellten System der Achse F. Zur genauen Justierung des Arms 3 gegenüber der Achse der Welle 40 kann die Welle 39 auch als Distanzhalteteil ausgebildet sein.

Im Inneren des Rohres 45 ist koaxial hiermit .fiber ^β5 zwei weitere Wälzlager 52, von denen lediglich eines dargestellt ist eine dritte Welle 53 drehbar gelagert In dem vorliegenden Fall ist die dritte Welle 53 als Hohlwelle ausgebildet An dem der zweiten Welle 39 zugewandten Ende dieser dritten Welle 53 ist ein weiteres Kegelzahnrad 54 fest mit der dritten Welle verbunden. Die Drehachse N dieser dritten Welle 53 verläuft senkrecht zu der Drehachse Af der zweiten Welle 39, und das Kegelzahnrad 54 kämmt mit dem Kegelzahnrad 43.

Der Arbeitskopf 2, der in Form eines Gtreifkopfes oder einer Schweißelektrode oder in Form von Saug-' näpfen oder in Form eines Rohres oder eines sonstigen Hantierungs- oder Arbeitswerkzeuges ausgebildet sein kann, kann direkt an dem Rohr 45 oder mit der dritten Welle 53 verbunden seta Eine besondere Ausführungsform des Armes 3 mit einem entsprechenden Arbeitskopf 2 soll noch weiter unten beschrieben werden.

Auf dem äußeren Umfang des Rohres 30 ist; eine dritte, allgemein mit 55 bezeichnete Verriegelungseinrichtung befestigt Diese Verriegelungseinrichtung weist eine Rastnase 56 auf, die parallel zu der Drehachse K der ersten Welle 40 verschiebbar ist Diese Rastnase 56 kann hierbei aus dem Ende einer Kolbenstange bestehen, wenn die Verriegelungseinrichtung 55 durch eine pneumatische oder hydraulisch betätigbare doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird. Die Rastnase 56 kann jedoch auch etwa durch den Ansatz eines federnd gegen seine Ruhelage hin vorgespannten Magnetkerns gebildet werden, wenn die Verriegelungseinrichtung 55 etwa aus einer Magnetspule besteht Die Rastnase wirkt mit einem Justierring 57 zusammen, der auswechselbar an dem Ring 34 auf der der dritten Verriegelungseinrichtung 55 gegenüberliegenden Seite angebracht ist Der Justierring 57 ist zentrisch in bezug auf die Drehachse K an dem Ring 34 befestigt In dem Justierring 57 sind Rastkerben 58 ausgebildet von denen je nach dem gewählten Programm ein oder mehrere Rastkerben vorgesehen werden können, was weiter unten näher an Hand der F i g. 10 bis 12 erläutert werden soll. Die Rastkerben 58 liegen jeweils auf einem solchen Kreis, daß die Rastnase 56 jeweils in eine Rastkerbe eingreifen kann, wenn die Rastnase 56 gegen den justierring 57 hin ausgefahren wird. Greift die Rastnase 56 in eine Rastkerbe 58 ein, so wird hierdurch die Hohlwelle 32 in ihrer Drehstellung in bezug auf das Rohr 30 festgelegt Die Verriegelungseinrichtung kann natürlich auch aus kombinierten oder getrennten Fflhnings- und Vorschubsystemen oder auch aus hydraulisch oder elektrisch betätigten Hebelmechanismen bestehen.

Eine der dritten Verriegelungseinrichtung 55 entsprechende erste, allgemein mit 60 bezeichnete Verriegelungseinrichtung, ist auf dem äußeren Umfang des Ringes 34 an diesem befestigt und die Rastnase 61 dieser ersten Verriegelungseinrichtung wirkt mit nicht naher dargestellten Rastkerben in einem zweiten Justierring 62 zusammen. Dieser zweite Justierring ist auf dem äußeren Umfang einer der beiden Oberwurfringe 51 befestigt und sein äußerer Umfang ist konzentrisch zu der Drehachse M der zweiten Welle 39 angeordnet Greift die Rastnase 61 der zweiten Verriegelungsvorrichtung 60 in eine Rastnase des zweiten Justierringe!

62 ein, so wird hierdurch die Verschwenkstcllung da Annes 3 um die Drehachse Af oder die sogenannt« Knickung des Arms 3 in bezug auf die Hohlwelle 3i festgelegt

Weiterhin ist eine ebenfalls entsprechend der drittel Verriegelungseinrichtung 55 ausgebildet zweite Verrie gelungsvorrichtung vorgesehen, die im allgemeinen mi

63 bezeichnet ist Diese zweite Verriegehingsvorrich tung 63 ist so an dem anderen Oberwurfring 51 hefe stigt daß ihre Rastnase 64 gegen den lußeren Umfani

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ίο

des Ringes 65 hin verschiebbar ist, der eine Nabe 66 besitzt, mit dessen Hilfe er lösbar auf ein Ende der zweiten Welle 39 aufsetzbar und befestigbar ist Der Ring 65 weist auf seinem äußeren Umfang entsprechend einer gewünschten Programmierung eine oder mehrere Rastkerben auf, in die die Rastnase 64 eingreifen kann, wenn diese gegen den Ring 65 ausgefahren wird. Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt, so wird hierdurch die zweite Welle 39 mit dem Arm 3 verbunden, so daß beide gemeinsam um die Drehachse M verschwenkbar sind.

Die Justierringe 57,62 und 65 sind jeweils leicht auswechselbar, und zu ihrer genauen Justierung in ihren vorgesehenen Stellungen in bezug auf die Hohlwelle 32 bzw. den Arm 3 bzw. die zweite Welle 39 werden an ihnen Raststifte vorgesehen. Aus Montagegründen können die Justierringe gegebenenfalls auch in Form von Teilringen ausgebildet sein.

Die Funktionsweise der in den F i g. 5 bis 7 dargestellten Betätigungsvorrichtung ist wie folgt:

Die Betätigungsvorrichtung kann hintereinander drei voneinander unabhängige Bewegungen ausführen, wobei die Reihenfolge, in der diese Bewegungen ausgeführt werden, willkürlich wählbar ist Zunächst seien alle drei Verriegelungsvorrichtungen 55,60 und 63 verriegelt, was einer festen Arbeitsstellung des Arbeitskopfes 2 entspricht Wird nunmehr zunächst die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 entriegelt und die Welle 40 über die Antriebsvorrichtung 24 gedreht, so kann sich das Kegelzahnrad 43 nicht um die zweite Welle 39 drehen, wodurch hinwiederum eine Drehung der dritten Welle 53 verhindert wird, da die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt ist Andererseits kann auch der Arm 3 nicht um die Drehachse M verschwenkt werden, da auch die erste Verriegelungsvorrichtung 60 geschlossen ist Folglich wird die Hohlwelle 32 um die Achse K verdreht Ist die gewünschte Drehung annähernd ausgeführt, so wird die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 wieder betätigt, so daß die Rastnase 56 in eine entsprechende Rastkerbe 58 einrastet wenn die gewünschte Drehstellung erreicht ist

Wird nunmehr die erste Verriegelungsvorrichtung 60 entriegelt und die Welle 40 abermals durch die Antriebsvorrichtung 24 gedreht so wird, da die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt ist die zweite Welle 39 gemeinsam mit dem Arm 3 um die Drehachse Af verschwenkt was einem Abknicken des Arbeitskopfes 2 in einer durch die Drehachse K und senkrecht zu der Drehachse Af verlaufenden Ebene entspricht Eine abermalige Verdrehung der Hohlwelle 32 wird hierbei ausgeschlossen, da die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 verriegelt ist Bei einer Betätigung der ersten Verriegelungsvorrichtung 60 findet sodann wieder eine Verriegelung des Armes 3 in der gewünschten Knickstellung statt

Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 gelöst und die Welle 40 abermals durch die Antriebsvorrichtung 24 verdreht so kann sich die zweite Welle 39 frei gegenüber dem Arm 3 verdrehen, während dieser durch die erste gesperrte Verriegelungsvorrichtung 60 in seiner Knkkstellung gehalten wird. Somit wird die Drehung des Kegelzahnrades 42 fiber das Kegelzahnrad 43 auf das Kegelzahnrad 54 übertragen, wodurch die dritte Welle 53 in bezug auf den Arm 3 um die Drehachse Abgedreht wird. Hierdurch kann, sofern der Arbeitskopf 2 direkt mit dieser dritten Welle 53 verbunden ist, dieser Arbeitskopf 2 gedreht werden, oder es kann etwa ein Greifkopf gespannt oder gegebenenfalls lediglich ein Bohrer in Drehung versetzt werden. Eine Drehung der Hohlwelle 32 wird durch die geschlossene Verriegelungsvorrichtung 55 verhindert

Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 wieder verriegelt, so wird damit die Drehstellung der dritten Welle 53 in bezug auf das Rohr 45 wieder festgelegt.

Soll die Betätigungsvorrichtung automatisch entsprechend sich wiederholenden Arbeitsbewegungen gesteuert werden, so werden die Antriebsvorrichtung 24

ίο wie auch die erste, zweite und dritte Verriegelungsvorrichtung 55, 60 sowie 63 durch eine Programm- oder Folgesteuerung gesteuert Bei sich ständig ändernden Arbeitsbewegungen kann eine vorprogrammierte numerische Steuerung verwandt werden. Die Einrastung der Verriegelungseinrichtungen kann dabei gegebenenfalls jeweils durch Schließen von Kontakten angezeigt werden.

In den F i g. 8 bis 10 sind nochmals Justierringe dargestellt die etwa gegen den in F i g. 5 dargestellten Juso stierring 62 ausgetauscht werden können. In F i g. 8 ist ein Ring dargestellt der drei Rastkerben 88 aufweist, deren Lage bereits entsprechend den gewünschten Knickstellungen des Armes 3 vorprogrammiert sein kann. Durch Einrasten der Rastnase 61 in diese Rastkerben 88 wird sodann erreicht daß die vorbestimmte Knickstellung des Armes genau eingenommen und auch eingehalten wird. In diesem Fall erfolgt über die jeweiligen Antriebsvorrichtungen eine Grob-Dreheinstellung und über die Verriegelungsvorrichtungen eine

Fein-Einstellung.

F i g. 9 zeigt einen Justierring, der über seinen Umfang mit im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordneten Rastkerben 90 versehen ist Bei einem solchen universell verwendbaren Justierring könnten die

Rastkerben etwa von Grad zu Grad vorgesehen sein.

F i g. 10 zeigt einen Justierring, der eine durchgehende glatte äußere Umfangsfläche 92 aufweist Ein derartiger Justierring eignet sich für eine kontinuierliche Einstellung, indem er in Verbindung mit einer Verriege-

lungsvorrichtung verwandt wird, deren Rastnase lediglich aus etwa einem Stift besteht der in der gewünschten Verriegelungsstellung reibend gegen den äußeren Umfang 92 des Justierringes 91 drückt
Führt der Manipulator bei seinem Betrieb lediglich

jeweils eine hin- und hergehende Bewegung zwischen zwei festen Stellungen aus, so können an den Justierringen 57, 62 und 65 jeweils neben den Rastkerben, von denen dann jeweils höchstens zwei vorgesehen sind, Anschlagsschultern für die jeweilige Rastnase vorgese-

hen sein, wodurch die jeweilige weitere Drehung um die entsprechende Drehachse zunächst automatisch angehalten wird, bevor die Rastnase sodann in die entsprechende Kerbe einrastet Auf diese Weise kann die Steuerung für die einzelnen Bewegungen erheblich ver-

einfacht werden.

In F i g. 11 ist ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung des Armes 3 dargestellt der auf einfache Weise leicht auswechselbar ist Die den in F i g. 5 entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugs-

zeichen, jedoch mit zwei zusätzlichen Strichen bezeichnet

In F i g. 11 ist in dem Rohr 45" über die beiden Wälzlager 52" die dritte Welle 53" um die Drehachse N drehbar gelagert An der dritten Welle 53" ist an einem Ende das Kegelzahnrad 54" befestigt An dem dem Kegelzahnrad 54" abgewandten Ende des Rohres 45" ist über eine Ringhalterang 93 ein Greifkopf 94 befestigt, in dent in bekannter Weise Noten 95 ausgebildet sind,

in denen Spannbacken % verschiebbar angeordnet sind Mit der dritten Welle 53" ist eine senkrecht zu der Achse dieser Welle verlaufende Scheibe 97 verbunden, in der eine spiralenförmig verlaufende Nut 98 ausgebildet ist, in die entsprechende Rippen 100 der Spannbakken 96 eingreifen.

Die Anordnung arbeitet so, daß bei einer Drehung der dritten Welle 53" um die Drehachse N die Scheibe 97 und damit die Spiralnut 98 um die Drehachse N gedreht werden, so daß die Spannbacken 96 in den Nuten 95 radial verschoben werden. Um ein weiches Ergreifen von Gegenständen durch die Spannbacken % zu ermöglichen, und um eine elastische Klemmkraft auf

die gehaltenen Gegenstände auszuüben, wird zwischen dem Kegelzahnrad 54" und dem Greifkopf 94 eine fle-' xible Kupplung 101 vorgesehen, die schematisch in gestrichelten Linien dargestellt ist.

Zwischen dem eigentlichen Antrieb und der ersten Welle 40 der Betätigungsvorrichtung kann, falls sich dies auf Grund der verwandten Steuerung für notwendig erweisen sollte, eine flexible Kupplung eingeschaltet werden. Derartige flexible Kupplungen können beispielsweise aus Reibkupplungen oder elastischen Kupplungen oder aus Kombinationen hiervon bestehen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Betätigungsvorrichtung mit einer ersten Halterung, in der eine gesteuert antreibbare erste Welle drehbar gelagert ist, mit einem um eine im Winkel zu der Drehachse der ersten Welle verlaufende Schwenkachse gegebenenfalls einer zweiten Welle verschwenkbaren Arm, an dem mit diesem verschwenkbar eine dritte, im Winkel zu der Schwenkachse verlaufende Weile zur Betätigung eines Kopfes drehbar gelagert ist, sowie mit einem die erste Welle mit der dritten Welle verbindenden Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (3) verschwenkbar an der ersten Halterung (32) gelagert ist, daß die erste Welle (40) mit der dritten Welle (53) durch das Getriebe (42,43,54) direkt verbunden wird, und daß eine erste (60), die erste Halterung in bezug auf den Arm sowie eine zweite (63), den Arm in bezug auf die dritte Welle steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sind

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Halterung (4), in der die erste Halterung (32) drehbar gelagert ist, und durch eine dritte, die erste Halterung in bezug auf die zweite Halterung steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtung (55).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung (55, 60,63) aus einer an dem einen Teil der miteinander zu verriegelnden Teile verschiebbar oder verschwenkbar angeordneten Rastnase (56,61,64) und aus hiermit zusammenwirkenden, an dem anderen Teil vorgesehenen Rastungen (58, 88, 90) besteht, deren Lage und Zahl entsprechend einer vorgegebenen Programmierung gewählt sein können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastnasen (64) wenigstens an ih rern vorderen Ende keilförmig ausgebildet sind und daß die Rastungen (58, 88, 90) aus entsprechenden keilförmigen Rastkerben bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastungen (58, 88,90) an einem an dem anderen Teil befestigbaren, insbesondere auswechselbaren Justierring (57, 62, 65) ausgebildet sind, der aus Ringteilen bestehen kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung (55,60,63) aus einer Reibungskupplung bestehen.