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Handhabungs-Vorrichtung mit Arm, insbesondere fiRr den Einsatz in
der Industrie Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, für
wissenschaftliche, labor- und insbesondere für eine industrielle Verwendung, um
Werkstücke oder Werkzeuge im Raum zu verstellen und zu orientieren. Derartige Handhabungs
vorrichtungen sind auch unter dem Regriff "Manipulator" bekannt.
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Derzeit verfügbare Handhabungsvorrichtungen, die zur Ausübung relativ
bedeutender Kräfte anfallen können, sind ziemlich massiv, so daß sie nicht in beschränktem
Raum, noch mit hohen Beschleunigungswerten verfahren werden können, wodurch dies
ihr Einsatz gebiet einschränkt.
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Ferner können die bis heute bekannten Handhabungsvorrichtungen mit
Arm, wie für beiden anderen Vorgang, auch zur Ausführung elektrischer Schweißvorgänge
zum Einsatz gelangen, indem an ihrer Auslauf-Werkzeugträger-Plattform eine geeignete
Elektrodenzange oder ein anderes Schweißgerät angesetzt wird; jedoch weisen sie
bei diesem besonderen Einsatz den Nachteil auf, daß sie zur Stromversorgung des
Schweißgeräts mit losen Leitern ausgerüstet werden müssen.
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Diese Leiter weisen in Anbetracht der für das Schweißen erforderlichen
niedrigen Spannung und starken Stromintensität einen großen Querschnitt auf und
erweisen sich folglich als relativ starr, so daß sie die Beweglichkeit der Handhabungsvorrichtung
beeinträchtigen. Ferner können bei der automatischen Ausführung der Schweißvorgänge
die losen Leiter leicht an Teilen der Schweißwerkstücke hängen bleiben und sie beschädigen
oder von ihnen beschädigt werden. Das Vorhandensein dieser Leiter hindert das Schweißgerät
daran, an schwer zugängliche Stellen heranzukommen.
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Außerdem erzeugen relativ lange lose Leiter einen starken Induktionswiderstand,
welcher ein Hindernis für einen reibungslosen Betrieb darstellt. Auch der Einbau
der Versorgungstransformatoren weist nicht unerhebliche Probleme auf.
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Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Handhabungsvorrichtung anzugeben, welche ziemlich hohe Kräfte ausüben kann, eine
besonders geringe Masse aufweist und insbesondere minimale Abmessungen besitzt,
um auch durch ziemlich enge Öffnungen eingeführt werden zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst? daß am Unter teil
und entlang des Armes die Steuerelemente für die Bewegung der am Ende, und zwar
an seinem entfernte Ende, befindlichen Gelenke angeordnet sind, und indem über Systeme
flexibler Kabel die von diesen Steuermitteln erzeugten Verschiebungen auf zumindest
einen Teil besagter Gelenke übertragen wird.
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Die Anwendung dieses Konzepts ermöglicht die Anordnung des größten
Teils der Massen in der Nähe des am nächsten liegenden Endes des Handhabungsarmes,
und daher mit der kleinsten Wirkung auf seine Trägheit, und ferner Steuermittel
anzuwenden, deren Platzbedarf sich hauptsächlich der Armlänge entlang erstreckt,
der dadurch auf ein Minimum beschränkte Querabmessungen aufweisen kann.
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Ferner sind gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung zumindest
einige der Gelenkateuermittel von längsverlaufenden Schrauben gebildet, die zum
Verstellen von Läufern geeignet erscheinen, an welchen die vorerwähnten flexiblen
Kabel angeschlossen sind, die - zweckentsprechend vorgelegt, mit den Gelenken in
Verbindung stehen. Dies gewährleistet eine vollständige Irreversibilität des Steuerungsvorgangs,
wobei dies auf der einen Seite zufällige Verstellungen verhindert und auf der anderen
auch die Beseitigung der bestimmte Bewegungsachsen betreffenden Antriebsmittel ermöglicht,
die nicht in Anspruch genommen werden müssen, wobei die Möglictlkeit besteht, die
derart der Antriebselemente enthobenen Steuermittel als manuelle Einstellorgane
der Position der entsprechenden Gelenke zu verwenden.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine Handhabungsvorrichtung
mit Arm auszuführen, die eigens für den elektrischen Schweißvorgang bestimmt ist,
die nicht durch das Vorhandensein
loser Leiter von starkem Querschnitt
gehemmt wird und folglich eine verbesserte Beweglichkeit und Zugänglichkeit zu ungelegenen
Stellen aufweist, sowie die Beseitigung bedeutender Störungsursachen, die Ausführung
eines elektrischen Niederspannungskreises mit einer sehr niedrigen Induktanz gestattet
und den Einbau des Transformators begünstigt, und die außerdem die volle Beweglichkeit
der Handhabungsvorrichtung besitzt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Handhabungsvorrichtung
mit Arm erfüllt, welche folgende Teile umfaßt: einen steifen, verstellbaren Arm;
Mittel zur Steuerung der Verstellungen des besagten Armes; einen auf diesem Betätigungsarm
installierten Stromversorgungstransformator; am äußersten Ende des genannten Armes
einen ersten Drehkopf, der durch ein erstes Gelenk mit dem Arm in Verbindung steht
und um die Längsachse des Armes gedreht werden kann; einen zweiten schwenkbaren
Kopf, der über ein zweites Gelenk mit dem ersten drehbaren Kopf verbunden ist und
um eine Achse gedreht -werden kann, die senkrecht zur Achse des genannten ersten
Gelenks verläuft; eine drehbare We:i'kzeugträger-Plattform, die über ein drittes
Gelenk mit dem genannten zweiten Schwenkkopf in Verbindung steht; Organe zur Steuerung
der Verstellungen des genannten ersten, zweiten und dritten Gelenks, die am Unterteil
und entlang des Armes angeordnet sind; Ubertragungselemente, wovon zumindest einige
aus Systemen flexibler Kabel bestehen und zwischen den vorerwähnten Steuerungsorganen
und den genannten Gelenkstellen verlaufen; und, in jedem einzelnen dieser Gelenke,
zwei elektrische Leitungen zwischen entsprechend verschiebbaren Flächen, so daß
zwischen dem genannten und dem Betätigungsarm installierten Transformator und der
erwähnten drehbaren Werkzeugträger-Plattform, die im Vergleich zum Arm gemäß drei
Achsen schwenkbar ist, wobei auf der Plattform ein Schweißgerät montiert werden
kann, das bei Entfallen loser Leiter vom genannten Transformator gespeist wird.
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Die Erfindung beinhaltet ferner besondere Charakteristlken der genannten
elektritschcn Leitungswege durch die Gelcnke, sowie der Elemente zur Steuerung der
GelenIerstellung'en, wobei besagte Charakteristiken eine industriell lohnende und
funktionell einwandfreie Verwirklichung der Aufgabe gestatten.
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In einer Weiterbildung sind außerdem Anordnungen vorgesehen, die es
gestatten, die Teile von Handhabungsvorrichtungen, die für den Einsatz beim Schweißen
vorgesehen sind, und von ilandhabunC-svorrichtungen für andere Einsatzgebiete weitgehend
zu vereiiheitlichen, wodurch die industriellen Herstellungs- und LageAia'ltungskosten
verringert werden und jeweils soweit erforderlich der Einsatz der Handhabungsvorrichtung
geändert werden kann.
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Die Merkmale der Erfindung gehen deutlicher aus der nachstehenden
Beschreibung dreier beispielhafter nusführungsformen hervor, die schematisch in
den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind, in denen zeigt: Fig. 1 einen seitlichen
Aufriß von verkleinertem Maßstab einer ersten, für den allgemeinen Einsatz bestimmten
Ausführungsform einer Handhabungsvorrichtung und einige im Schnitt dargestellte
Teile; Fig. 2 analog die am nächsten liegende Partie des Handhabungsarms als Fortsetzung
der Darstellung in Fig. 1; Fig. 3 ähnlich wie die vorausgehenden Figuren den gleichen
und 4 Handhabungsarm im Grundriß; Fig. 5 einen Schnitt durch das äußerste Ende des
Armes, der nach der Linie V-V von Fig. 1 verläuft;
Fig. 6 eine axiale
Ansicht des Handhabungsarmes von der Seite seines äußersten Bildes her; Fig. 7 einen
Querschnitt des Betätigungsarmes, der nach der Linie VIl-VII von Fig. 4 verläuft;
Fig. 8 einen schematischen Schnitt nach der Linie VIII-VEII von Fig. 2 und die Steuerungselemente
der Längsverstellung des Betätigungsarmes; Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX
in Fig. 1; Fig. 10 einen Längsschnitt durch zwei Einzelheiten der Ver-und 11 ankerung
des Stahlkabels; Fig. 12 eine Zusammenstellungszeichnung in seitlichem Aufriß in
verkleinertem Maßstab des auf einem Trägergefüge montierten Handhabungsarmes; Fig.
13 die äußerste Partie einer Handhabungsvorrichtung mit Betätigungsarm für den Einsatz
beim Schweißen, in seitlichem Aufriß, mit Teilen im Schnitt; Fig. 14 diese Partie
in teilweise im Schnitt ausgeführtem Grundriß; Fig. 15 die Ansicht, analog wie in
Fig. 13 und 14, eine Hand-und 16 habungsvorrichtung für einen anderen Einsatz als
beim Schweißen, wobei diese den größten Teil der Komponenten im Vergleich zur Handhabungsvorrichtung
zu Schweißzwecken vereinheitlicht aufweist.
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Die erste Ausführungsform der i{andhabiingsvorrichtung wie in den
Zeichnungen von Fig. 1 bis 12 darstellt, ist für einen allgemeinen Einsatz bestimmt,
d. h. sie ist nicht besonders für die Elektroschweißung ausgerüstet, obwohl sie
selbstverständlich wie jede bekannte Handhabungsvorrichtung auch zu diesem Zweck
zum Einsatz gelangen kann. Die dargestellte Handhabungsvorrichtung umfaßt eie Befestigungsplatte
(Fig. 2 und 12), die auf einem Unterstützungsgefüge zu montieren ist, wobei dieses
ein feststehender Rahmenbau O gemäß Fig. 12 oder irgend eine andere geeignete Ausführung
sein kann. Die Befestigllrlgsplatte 1 erstreckt sich derart, daß sie eine karialförmige
Führung 2 bildet, die mit Führungsrollen 3 versehen ist, wovon einige zum Ausgleich
des Spiels auf Exzentern montiert sind, und weist ferner seitlich einen Flansch
4 zum Anschluß eines weiter vorne beschriebenen Getriebemotors auf. In der Kanal
führung 2 ist eine in Längsrichtung verschiebbare Profilstange 5 montiert, die das
tragende Element des eigentlichen Betätigungsarmes darstellt.
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Wie besonders aus Fig. 9 ersichtlich ist, weist diese Profilstange
5 inalführungen 6 auf, worin die Führungsrollen 3 verlaufen, und bildet an der Unterseite
eine Zahnstange 7 zur Steuerung der Verschiebung in Längsrichtung der Stange 5 im
Vergleich zu der diese tragenden Führung 2. An Flansch 4 der Befestigungsplatte
1 kann das Gehäuse 10 eines Schneckengetriebes mit schrägverzahntem Zahnrad angeschlossen
werden, welches von einem Flanachmotor 11 angetrieben wird (im dargestellten Beispiel
ist es ein hydraulischer Motor) und seinerpeits untersetzt und irreversibel auf
ein Ritzel 12 überträgt, das mit der Zahnstange 7 der Profilstange 5 im Eingriff
ist, so daß der Betrieb des Motors 11 die -Verschiebung in die eine oder andere
Richtung des Betätigungsarmes bewirkt, welcher strukturmäßig aus der Profilstange
5 besteht, und zwar erfolgt die Verschiebung im Vergleich
zur Tragplatte
1. Die Getriebegruppe 10 ist ferner mit Näherungsschaltern 13 für die tibertragung
von Positionssignalen auf einen numerischen Kontrollkreis bekannter Type ausgerüstet,
welcher die Aufgabe hat, die Funktion dffr Handhabungsvorrichtung zu überwachen.
Die Teile des Getriebemotors 10, die nicht dargestellt sind, gehen jedenfalls aus
Fig. 2 mit Bezug auf die dort dargestellte Getriebemotorgruppe 19 hervor, die strukturmäßig
gleich der Getriebemotorgruppe 10 ist und anschließend noch näher beschrieben wird,
während die Anordnung der Näherung schalter aus Fig. 2 ersichtlich ist, mit Bezug
auf das dort gezeichnete Getriebe 42, das anschließend beschrieben und bezüglich
der Anordnung der Xåherungsschalter dem Getriebe 10 entspricht.
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Die bis anhin beschriebene Anordnung verwirklicht für den Handhabungsarm
eine erste Verschiebungsachse, die in einem Längsverfahren des Armes besteht. Diese
Verschiebung hat normalerweise unter der Steuerung eines numerischen Steuerungsgeräts
operativen Charakter. Jedoch könnte in den Fällen, wo diese Verschiebung operativ
nicht erforderlich sein sollte, der Anbau des Flanschmotors 11 (und der entsprechenden
numerischen Kontrolle) entfallen und das Schneckengetriebe 10 könnte für die manuelle
Verstellung zur Einstellung der Längsposition des Betätigungsarmes dienen. Die Unuinkehrbarkeit
des Schalters 10 gewährleistet sodann die Beibehaltung der voreingestellten Regelung.
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An ihrem vorderen oder entferntesten Ende bildet die Trägerstange
5 des Handhabungsarmes eine Nabe 8 mit Längsachse, worauf durch zweckentsprechende
Radial- und Drucklager eine hohle Gabel 14 drehbar gelagert ist, die mit einem Zahnrad
16 ausgerüstet wurde.
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In dieses greift ein Ritzel 17 ein, das von einer vorzugsweise
hohlen
Welle - zur Gewichtsverringerung - gesteuert wird, wobei diese Hohlwelle die ganze
Profil stange 5 in Längsrichtung passiert.
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Am rückwärtigen Ende 9 der Stange 5 kann das Gehäuse 19 eines Getriebes
angeordnet werden, das von einer Schnecke 20 und einem Schrägzahnrad 21 gebildet
wird, letzteres steht mit der Welle 18 in Verbindung. Das Getriebe 19 ist mit Schaltern,
d.h. Näherungsschaltern 22 für die Übertragung von Signalen an den Kreis der numerischen
Kontrolle ausgestattet, und die Anordnung dieser Näherungsschalter entspricht derjenigen
laut Fig. 2 mit --Bezug auf das Getriebe 42. An das Getriebegehäuse 19 kann ein
Flanschmotor 23 angeschlossen werden, der ähnlich dem bereits beschriebenen Motor
11 ist, in Verbindung mit dem Schneckengetriebe 20. Der Betrieb des Motors 23 bewirkt
die Rotation des Getriebes 20-21 und die untersetzte Rotation der Welle 18, die
ihrerseits weiterhin untersetzt das Zahnrad 16 und damit die Gabel 14 zum Drehen
bringt.
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Die soeben beschriebene Anordnung bildet eine zweite Verschiebungsachse,
die in einer Rotation der Gabel 14 um die Längsachse des Betätigungsarmes (erste
Verschiebeachse) besteht. Diese Rotation kann operativen Charakter haben und ist
dann vom Motor 23 unter der Steuerung einer numerischen Kontrolle angetrieben. Allerdings
kann diese Drehung auch operativ nicht erforderlich sein, und in diesem Fall kann
der Einbau des Flanschmotors 23 (und der entsprechenden numerischen Steuerung) entfallen.
Das Schneckengetriebe 19 kann dann für die manuelle Verstellung zur Einstellung
des Schwenkpunktes der Gabel 14 verwendet werden. Die Unumkehrbarkeit des Schalters
19 gewährleistet sodann die Beibehaltung der vorgewählten Einstellung.
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An ihrem vorderen Ende bildet die Gabel 14 zwei Ansätze 15, die in
zwei Teilen ausgeführt sind, wie in Fig. 5 gezeigt, um die
Montage
zu ermöglichen, worin ein Kopf 24 schwenkbar montiert ist.
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An diesem sind (in 25, Fig. 5) zwei flexible Xabel 26 verankert, die
in entgegengesetzter Richtung teilweise auf einem zylindrischen Teil des Kopfes
24 aufgewickelt werden, so daß der auf das eine oder das andere der beiden Kabel
ausgeübte Zug das Schwenken des Kopfes 24 entweder in die eine oder in die andere
Richtung um die Achse der Lageransätze 15 bewirkt. Von in der Hohlgabel 14 montierten
Riemenscheiben 27 bewegt, verlaufen die Kabel 26 übereinander gelagert im Innern
der Nabe 8 der Profilträgerstange 5, und werden anschließend weiter von Riemenscheiben
28 bewegt, die in einem an der Stange 5 befestigten Gehäuse 29 untergebracht sind,
wobei durch dieses Gehäuse der Schnitt des eigentlichen Betätigungsarmes vervollständig
wird. Das obere Kabel 26 verankert sich direkt, mit einem Endmaß 31, an einen Zugbolzen
32, der über eine Feder 33 an einen Läufer 34 angeschlossen ist. Das untere Kabel
26 verläuft hingegen unter dem Läufer 34, geht darüber hinaus, wird von einer Riemenscheibe
30 weiterbefördert und verankert sich auf dem Rückwege gegen den Läufer 34, in entgegengesetzter
Richtung im Vergleich zum oberen Kabel, mit einem Endmaß 36 an einem Zugbolzen 37,
der über eine Feder 38 an den Läufer 34 angeschlossen ist. Das Verbindungsgefüge
31-34 ist in Fig. 11 näher erläutert und die Verbindung 36-38,34 ist mit dieser
symmetrisch.
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Mit dem Läufer 34 ist eine Schraubenmitter 35 fest in Verbindung,
die auf einer Schraube 39 aufgeschraubt ist, welche in Längsrichtung im Gehäuse
29 auf der Trägerstange 5 des Betätigungsarmes untergebracht wurde und derart angeordnet
ist, daß sie rotieren, sich aber nicht axial verschieben kann. An ihrem rückwärtigen
Ende steht die Schraube 39 mit einem Zahnradgetriebe 40-41 in Verbindung, dessen
Gehäuse 42 am rüchfärtigen Ende des Gehäuses 29 montiert ist.
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Das Zahnrad 41 betätigt übersetzt ebenfalls einen gezahnten Rotor
43,
dem gegenüber zwei Näherungsschalter 44,45 angeordnet wurden,
die in der Lage sind, die erforderlichen Informationen über die Position des zu
der Schnecke 39 gehörenden Getriebes an ein numerisches Steuergerät zu übertragen.
An das Gehäuse 42 ist ein Motor 46 gleichen Typs wie die bereits beschriebenen 11
und 23 angeflanscht, welcher mit dem Zahnrad 41 in Eingriff steht. Der Betrieb des
Motors 46 bewirkt somit die Rotation des Getriebes 41-40 und der-Schnecke 39, wodurch
die Schraubenmutter 35 sowie der Läufer 34 in Längsrichtung der Profilträgerstange
5 in die eine oder die andere Richtung verschoben wird. Dieser Läufer 34 nimmt seinerseits
die von den Riemenscheiben 30,28,27 umgelegten Kabel 26 mit, die durch Auf- und
Abwicklung auf dem Kopf 24 eine Winkelverstellung in die eine oder andere Richtung
desselben bewirken, und zwar rund um die Achse (Anlenkungsachse) der Ansätze 15
der abel 14.
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Die soeben beschriebene Anordnung erzeugt eine dritte Verschiebu<.gsachse,
die in einer Rotation des Kopfes 24 um eine senkrecht zur Längsrichtung der Trägerstange
5 (erste Verstellungsachse) liegende Achse besteht und deren Schwenken von der Lage
der Gabel 14 um die Nabe 8 (zweite Verstellungsachse) abhängt. Diese Schwenkrotation
des Kopfes 24 kann operativen Charakter haben und ist in diesem Fall unter der Steuerung
einer numerischen Kontrolle vom Motor 46 angetrieben. Allerdings kann diese Rotation
auch nicht operativ erforderlich sein, und wenn dem so ist, dann kann der Einbau
der Flanschmotors 46 (sowie der entsprechenden numerischen Kontrolle) und gegebenenfalls
auch des Getriebes 41-40 entfallen und die Schnecke 39 kann für die manuelle Verstellung
der Einstellung der Schwenkung des Kopfes 34 zum Einsatz gelangen. Die Unumkehrbarkeit
der Verbindung zwischen der Schnecke 39 und dem Läufer 34 gewährleistet dann die
Beibehaltung der eingestellten Regulierung.
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In den Kopf 24 wurde nach einer senkrecht zur Achse der Ansätze 15
liegenden Achse (angelenifte Achse des Kopfes 24) ein Werkzeugträger-Teller 47 drehbar
angeordnet. An diesen Teller kann die Zange oder irgend ein anderes beliebiges nicht
dargestelltes Werkzeug angebaut werden, das vom Gerät zu handhaben ist. Der Teller
(oder Plattform) 47 bildet ein einziges Stück mit einem Ritzel 48, das in ein Zahnrad
49 eingreift, welches frei im Kopf 24 angelenkt ist und mit einem weiteren Ritzel
50 ein einziges Stück bildet, das in eine von einem Läufer 52 präsentierte Zahnstange
51 eingreift, wobei der Läufer 52 derart im Kopf 24 eingebaut ist, daß er sich nicht
drehen kann, jedoch in bestimmten Grenzen längs der Anlenkungsansätze 15 verschoben
werden kann.
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Der Läufer 52 ist an ein flexibles Kabel 56 angeschlossen, welches
so geführt ist, daß es über Umlenkscheiben 57, die an der Gabel 14 liegen, entlang
der Achse der Ansätze 15 verläuft. Das Kabel 56 bildet mit dem Läufer 52 im Vergleich
zu den Verschiebungen in Längsrichtung ein einteiliges Stück, aber um eine Verdrehung
des Kabels zu vermeiden ist die relative Rotation zwischen den beiden Teilen frei
gelassen worden. Zu diesem Zweck ist das Kabel 56 -wie Fig. 10 zeigt - durch eine
Befestigungaklemme 53 an einen Ring 54-55 angeschlossen, der über (ein) Drucklager
mit dem Läufer 52 in Verbindung gebracht wird. Es ist offensichtlich, das bei Verstellen
des Kabels 56 und damit des Läufers 52 die Zahnstange 51 ein Drehen der Zahnräder
50,49,48 bewirkt und folglich ein Drehen der Werkzeugträger-Plattform 47 in die
eine oder die'andere Richtung.
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Zur Verstellung des Kabels 56 in die eine oder die andere Richtung
ist ein paralleles Getriebe vorgesehen, das im wesentlichen gleich demjenigen ist,
welches zur Verschiebung der Kabel 26 in eine oder die andere Richtung eingerichtet
wurde. Da die Beschreibung desselben
bereits erfolgte, wird h:ier
davon abgesehen; dessen Teile wurden mit gleichen Bezugszeichen wie diejenigen äer
Teile gekennzeichnet, die dem Getriebe der Kabel 26 entsprechen, jedoch um die Zahl
30 erhöht. Die hier beschriebene Anordnung bildet eine vierte Verschiebeachse, die
aus einer Drehung der t1erkzeugträger-Plattform 47 um eine Achse besteht, die senkrecht
zur Anlenkungsachse des Kopfes 24 liegt, und deren Position im Raum von der Lage
in Längsrichtung der Profil stange 5 abhängt (erste Verschiebungsachse), von der
Orientierung der Gabel 15 im Vergleich zur Profil stange 5 (zweite Verschiebungsachse)
und von der Schwe-2-lage des Kopfes 24 im Vergleich zur Gabel 14 (dritte Verschiebeachse).
Diese Drehung des Werkzeugträger-Tellers 47 kann operativen Charakter haben und
ist in diesem Fall vom Motor 76 unter der Steuerung einer numerischen Kontrolle
angetrieben. Allerdings kann diese Rotation auch nicht operativ erforderlich sein
und wenn dem so ist, kann der Anbau des Flanschmotors 76 (sowie der entsprechenden
numerischen Kontrolle) und eventuell auch des Getriebes 71-70 entfallen und die
Schnecke 69 kann für die manuelle Verstellung der Schwenkung des Tellers 47 in Anspruch
genommen werden. Die Ununkehrbarkeit der Kupplung zwischen Schnecke 69 und Läufer
64 gewährleistet dann die Beibehaltung der gewählten Einstellung.
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Bemerkenswert ist die Tatsache, daß der Läufer 52 dank der drehbaren
Verbindung 53-55 frei um das ihn steuernde Kabel 56 rotieren kann, als Auswirkung
der Rotation des Kopfes 24 in den Ansätzen 15, ohne daß hierdurch eine nachteilige
Verdrehung auf das Kabel 56 übertragen wird. Ferner wird die Rotation der Gabel
14 im Vergleich zur Profil stange 5 - die selbstverständlich eine Verlängerung der
zwischen den Umlenkscheiben 27,57 und 28,58 liegenden Kabelstrecken verursacht -
durch das Vorhandensein der Federn 33,38 und 63,68
ermöglicht.
In Anbetracht der Symmetrie des Systems werden diese (übrigens bescheidenen) Verlängerungen
in gleichem Maße von den beiden Federn eines jeden Kabels aufgefangen, und erzeugen
demzufolge keine Verschiebung des vom Kabel selbst gesteuerten Organs. Außerdem
dient das Vorhandensein besagter Federn dazu, sämtliches Spiel der verschiedenen
Teile zwischen dem Betätigung>sarm 5 und dem Kopf 24 auszugleichen, sowie Stöße
oder Sberbeanspruchungen im Falle rascher oder abnormer Steuerungen abzufangen.
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Die Aufteilung des Betätigungsarmes in eine Trägerstange 5 und ein
darüber liegendes Gehäuse 29 gestattet es, nur für die Stange eine starke Stahlkonstruktion
vorzusehen, die Zahnstange und Führungen beinhaltet, und eine Leichtbaukonstruktion,
z.B. in Alu-Legierung, für das Gehäuse, unter Erzielung des günstigsten Verhältnisses
zwischen Widerstandsfähigkeit und Gewicht.
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Wie festgestellt werden kann, gestattet die Unterbringung der die
an seinem äußersten Ende befindlichen Gelenkstellen steuernden Organe im Innern
des Betätigungsarmes, mit durch flexible Kabel ausgeführten Übertragungen, die Querschnittsabmessungen
des Handhabungsarmes auf ein Minimum zu verringern, wodurch sich die Möglichkeit
eröffnet, in für Handhabungsvorrichtungen bekannter Bauart unzugänglichen Platzverhältnissen
zu arbeiten. Ferner können sämtliche Teile in robuster, leicht zugänglicher und
überwachbarer Ausführung sein, so daß die Handhabungsvorrichtung für die Arbeitsbedingungen
in der Werkstatt geeignet erscheint.
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Außerdem wird die Handhabungsvorrichtung durch die Möglichkeit der
Ausschaltung einiger für den vorgesehenen Einsatz nicht erforderlichen Verschiebungsachsen,
mit Entfall von Motoren und numerischen Kontrollen preiswerter, was auch für das
entsprechende Gerät für die numerische Steuerung zutrifft, wobei durch einfaches
Hinzufügen oder Entfallen von Teilen, die mit anderen Handhabungs vorrichtungen
der gleichen Art austauschbar sind, immer eine Umstellung
einer
Handhabungsvorrichtung von einer Art Arbeitsvorgang auf eine andere, einfachere
oder kompliziertere, durchführbar ist.
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Obwohl hier eine numerische Steuerung vorgesehen wurde, die sich in
den Fällen komplizierterer Arbeitsvorgänge erforderlich erweist, besteht selbstverständlich
die öglichkeit, daß bei einfacheren Vorgängen preiswertere Kontrollsysteme in Betracht
gezogen werden können. Zum Beispiel kann die Kontrolle durch Mikro-Endschalter ausgeübt
werden, die vorteilhaft im Inneren des Gehäuses 29 untergebracht werden können,
das gegebenenfalls zweckgebunden eine Formänderung erfahren kann,- und sie können
beispielsweise von den Innengewinden 35 und 65 betätigt werden, welche von den Schrauben
39 und 69 gesteuert sind.
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Unter Hinweis auf den in Fig. 13 und 14 dargestellten und besonders
für Vorgänge elektrischer Schweißung bestimmten Handhaber wird bemerkt, daß sich
die auf die Ausführung dieser Einsatzbestimmung beziehenden Umstellungen bzw. Umbau
im wesentlichen auf seine entfernteste, in besagten Figuren dargestellte Partie
beziehen; die Fig. 13 und 14 können sich als Fortsetzung der Fig. 2 und 4 verstehen,
da die in den beiden letzteren dargestellten Teile im Vergleich zu den bereits beschriebenen
im wesentlichen keine Anderungen erfahren. Die den schon vorher beschriebenen Teilen
entsprechenden Einzelheiten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren
Beschreibung wird nicht mehr wiederholt.
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Der Betätigungsarm 5 enthält noch, mit dem kastenförmigen Teil 29,
die Schraubenmechanismen, Innengewinde und Kabel 26-39 für die Betätigung der Gelenke
zwischen dem ersten und dem zweiten Kopf 14 und 24 und zwischen dem zweiten Kopf
24 und der Werkzeugträger-
Plattform 47, sowie die Antriebswelle
18, die über das Zahnrad 17-16 das Gelenk betätigt, das zwischen dem entferntesten
Ende 8 liegt und die Nabe des Betätigungsarms 5 bildet, und den ersten Kopf oder
Gabel 14. Diese Mechanismen werden von den am nahe liegenden Ende des Betätigungsarmes
5 installierten Getrieben in der in der vorher gegebenen Beschreibung angegebenen
Art und Weise betätigt.
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Der allgemeine Aufbau des die Nabe 8 umgebenden Teils der Gabel 14
wird in diesem Fall durch Elemente für die Ubertragung zweier elektrischer Leitungen
und durch Flüssigkeitsleitungen für die Versorgung, die Steuerung und die Kühlung
des Schweißgeräts vervollständigt. Außer der Nabe 8 ist auf dem äußersten Ende des
Betätigungsarmes 5 ein gut leitfähiger Ring 80 angeordnet, welcher über einen Leiter
79 an einen Pol 78 eines am Betätigungsarm 5 installierten Speisetransformators
77 elektrisch angeschlossen ist. Der andere, nicht dargestellte Ausgangspol des
Transformators ist in gleicher Weise an einen zweiten Leitring 81 angeschlossen,
der vor dem Ring 80 liegt jedoch von diesem isoliert ist und worin dicht, drehbar
und verschiebbar gelagert ein rohrfrömiges Stück 82 untergebracht ist, wovon ein
Isoliervorsprung 83 kolbenartig in einen Zylinder 84 eindringt, ein einziges Stück
bildend mit einer rohrförmigen Backe 85, deren Klemmflansch gegen den ersten Leitring
80 abstützt.
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Intern in der rohrförmigen Klemmbacke 85 ist eine vom Gabelkopf 14
gebildete Buchse 86 angeordnet, und zwischen dieser Buchse und der Nabe 8 des Betätigungsarms
5 ist ein Rohrleitungssystem ausgeführt, wodurch im Arm erzeugte Anschlüsse wie
der Anschluß 87 mit internen Anschlüssen 88 des Gabelkopfes 14 verbunden werden
und dadurch eine Druckflüssigkeit an den Gabelkopf 14 herangeführt
werden
kann; die für die Klemmsteuerlmg des Schweißgerats bestimmt ist, sowie eine andere
Flüssigkeit, meist Wasser, zur Kühlung herangeführt und abgeführt wird. Die im Organ
84 gebildete Zylinderkammer steht mit einer Leitung 88 für die Druckflüssigkeit
zur Klemmbetä.tigung in Verbindung, so daß bei der Inbetriebsetzung des Schweißgeräts
der Druck zwischen dem Zylinder 84 und dem Kolben 83 bewirkt, daß die Leitringe
80 und 81 zwischen der Backe 85 und dem rohrförmigen Teil 82 festgeklemmt werden
und derart eine wirksame Ubertragung unter den genannten Teilen erzeugt wird. Um
einen genügenden Kontakt auch dann zu gewährleisten, wenn das Schweißgerät außer
Betrieb ist, ist lediglich in den Klemmflüssigkeitskreis ein Ventil für die Beibehaltung
eines minimalen, vorher bestimcten Druckwert s einzubauen. Am ersten Gabelkopf 14
ist in der vorstehend auf geführten Art und Weise ein zweiter Schwenkkopf 24 angelenkt.
Die Betätigungselemente dieser Gelenkstellen sind vollständig analog wie die bereits
beschriebenen. Jedoch wurde der Zweig 26' des Kabels 26 für die Schwenksteuerung
des zweiten Kopfes 23 schräg geführt, wie in Fig. 14 dargestellt, derart, daß die
Ausbieglmgen eingeschräiilft werden, um für die jetzt im Gelenk vorgesehenen Leitungselemente
mehr Platz frei zu halten. Die Kabel 26 und 56 können sowohl aus Stahl wie auch
aus einem anderen geeigneten Material bestehen.
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Der Schwenkkopf 24 umfaßt nunmehr ein Paar untereinander isolierte
Kontaktlamellen 89, die zwischen im Gabelkopf 14 installierten Kontaktorganen 90
verlaufen und durch Rheophoren 91,92 mit den bereits beschriebenen Organen 82 und
84 verbunden sind. Die Kontaktelemente 90 können unter Druck zum elektrischen Kontakt
gegen die Lamellen 89 gedrückt werden, durch die Wirkung-von Kolben 93, die im Gabelkopf
14 untergebracht sind und durch den Druck der Klemmflüssigkeitsleitungen
betätigt
werden, derart auch im zweiten Gelenk zwei Leitungswege bildend, sobald das Gerät
in Betrieb gesetzt wird, unabhängig von der vom Gelenk im Augenblick eingenommenen
Position, bzw. Stellung.
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Im zweiten Schwenkkopf 24 ist noch ein Läufer 52' installiert, dessen
Bewegungen vom Kabel 56.zur Betätigung des dritten Gelenks gesteuert werden. Um
jedoch die einzelnen Spiele zu verringern, den Mechanismus zu vereinfachen und die
Unterbringung der elektrischen und flüssigkeitsführenden Leitungen zu ermöglichen
weist der Läufer 52' eine interne Zahnstange 51' anstelle einer externen auf, und
wirkt direkt auf das Ritzel 48' der Drehplattform 47, die auf dem zweiten Schwenkkopf
24 gelagert ist. Die Leitungswege in diesem dritten Gelenk sind durch Komponenten
hergestellt, die konstruktiv mit denjenigen des ersten, um die Nabe 8 angeordneten
Gelenks identisch sind. Daher erfolgt keine weitere Beschreibung dieser Komponenten
und sie werden durch gleiche Bezeichnungen, aber mit Apostroph, gekennzeichnet.
Die Ringe 80' und 81' sind an die Kontaktlamellen 89 angeschlossen, während an die
Organe 82' und 84t an die Rheophoren 94,95 des nicht dargestellten Schweißgeräts
angeschlossen werden können.
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Die Flüssigkeitsleitungen werden durch außenliegende Rohrleitungen
96 an den Ring 80' herangeführt, und zwar sind diese durch drehbare Anschlüsse 97
mit den Rohrleitungen 88 des Gabelkopfes 14 verbunden. Wie ersichtlich behält die
in Fig. 13 und 14 beschriebene und erläuterte Handhabungsvorrichtung sämtliche Bewegungsfähigkeiten
der in den vorausgegangenen Figuren dargestellten Handhabungsvorrichtungen bei,
enthält jedoch zusätzlich Elektro- und Flüssigkeitsleitungen, die ununterbrochen
- über sämtliche Gelenkstellen der Handhabungsvorrichtung gehend - vom
Betätigungsarm
5 bis zur Werkzeugtrager-Plattform 7 verlaufen.
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Derart ist die Speisung und die Steuerung eines auf der Plattform
47 montierten Schweißgeräts gewährleistet, ohne daß irgendwelche lose bzw. außenliegende
Leiter oder Rohrleitungen vorhanden sind. Außerdem erhält der Schweißstromkreis
einen minimalen Induktanzwert. Jedoch kann sich die Zweckr.äßigkeit ergeben, manchmal
eine Handhabungsvorrichtung der soeben beschriebenen Art für andere Aufgaben als
zum Schweißen einzusetzen, und ferner entsteht das Problem, soweit als möglich die
Kons.ruktion von Schazeißhandhabungsvorrichtungen und solchen für den mechaniscben
Einsatz zu vereinheitlichen, wofür elektrische Leitungswege überflüssig erscheinen,
während die I1llüssigReitsleitungen nach wie vor von Nutzen sein können. Diesbezüglich
zeigen Fig. 15 und 16 eine Handhabungsvorrichtung für den mechanischen Einsatz,
welcher einen Großteil der Komponenten identisch mit denen der Schweißhandhabun:stçorrichtung
laut Fig. 13 und 14 aufweist. Die identischen Teile sd cit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und nicht weiter beschrieben. Wie ersichtlich, sind im ersten und im
dritten Gelenk die Führungaringe 80,81; 80',81' durch eine Haube 98,98' ersetzt,
welche in dichter Ausführung die Buchse 86,86' des Gabelkopf es 14 und entsprechend
der Plattform 47 umgibt: die Teile von 82 bis 85 entfallen, wie auch diejenigen
von 82' bis 85' und sind daher nicht in den Gelenken der elektrischen Leitungen
vorhanden, während die Flüssigkeitsrohrleitungen unverändert bleiben. Im zweiten
Gelenk fehlen die Kontaktlamellen 89 und die Kontaktorgane 90 mit den dazugehörigen
Anschlüssen 91,92, wobei die Kolben 93 durch einfache an ihrer Stelle eingesetzte
Pfropfen ersetzt werden. Auch in diesem Gelenk fehlen folglich die elektrischen
Stromleitungen, ohne daß die Flüssigkeitsrohrleitungen irgendwie abgeändert erscheinen.
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In der geschilderten Art wird eine weitgehende Vereinheitlichung von
Komponenten unter allgemeinen Handhabungsvorrichtungen und Schweißhandhabungsvorrichtungen
erzielt, wobei die Möglichkeit besteht, die anfängliche Bestimmung einer Handhabungsvorrichtung
anschließend zu ändern, indem einige wenige Komponenten derselben ersetzt werden.
Ferner bringt die Handhabirngsvorrichtung dem auf der Plattform 47 aufgebauten Werkzeug
Flüssigkeitsleitungen zu, die in vielen Fällen auch für andere Aufgaben als zum
Schweißen verwendbar sind.
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Selbstverstandlich können Form und Anordnung, wie beschrieben und
schematisch dargestellt, verschiedentlich geändert werden, dies sowohl um besonderen
Anbauanforderungen zu genügen, wie auch aus konstruktionsbedingten Gründen. Beispielsweise
können die als hydraulisch dargelegten Motoren durch pneumatische oder elektrische
Motoren ersetzt werden.
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- Patentansprüche -