DE2723180A1

DE2723180A1 - Industriell einsetzbarer roboter

Info

Publication number: DE2723180A1
Application number: DE19772723180
Authority: DE
Inventors: Yoshio Matsumoto; Koichi Sugimoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-23
Publication date: 1977-12-08
Also published as: GB1580136A; DE2723180C2; SE7705991L

Description

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE

8OOO München 22 - Steinsdorfstr. 10 ^· Dipl.-ing. R. Beetz sen.

TELEFON (O89) 22 72 01 - 22 72 44 - 29 5910 Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT

Telex 6 22048-Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ Jr.

DIpI.-Phys. U. HEIDRICH

2 '7 O '2 1 O Π men iMchiHiiViii

/ £ 0 I 0 U Dr.-lng. W. TIMPE

DIpI.-Ing. J. SIEGFRIED

81-26.936P(26.937H) 23. 5. 1977

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Industriell einsetzbarer Roboter

Die Erfindung bezieht sich auf einen industriell einsetzbaren Roboter zum Greifen und Fördern von Gegenständen.

Bei einem bereits entwickelten derartigen Roboter, der Vertikal-, Horizontal-, Dreh- und ähnliche Bewegungen ausführen kann, erfolgen die Bewegungen in wenigstens zwei Richtungen unabhängig voneinander. Diese voneinander unabhängigen Bewegungen bedingen entsprechende Antriebe und komplizierte Mechaniken, wodurch die Trägheitskraft erhöht und der Betrieb instabil gemacht wird.

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Ein weiterer Nachteil eines solchen Roboters besteht darin, daß durch die Verwendung von Führungsabschnitten für geradlinige Bewegung, die mit hoher Präzision bearbeitet sein müssen, und durch die genannten komplizierten Mechaniken die Herstellungskosten sehr hoch sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines industriell einsetzbaren Roboters, der in stabiler Weise eine wenigstens zweiachsige Bewegung, z. B. eine im wesentlichen L- oder /—f-förmig verlaufende Bewegung, durchführt, und zwar unter Anwendung nur eines einzigen Drehantriebs mittels eines einfachen Viergliedgetriebes. Ferner soll der Roboter im wesentlichen L- oder I I-förmige ebene Hin- und iierbewegurigen, die wenigstens zweiachsige Bewegungen sind, mittel» eines einzigen Drehantriebs über ein einfaches üelenkviereck ausführen können.

Der industriell einsetzbare Roboter nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Abtriebsglied, das eine Einspannvorrichtung für einen Gegenstand trägt, ein ebenes Viergliedgetriebe mit einer Kurbel und einem Koppelglied, wobei das Abtriebsglied drehbar an einem vorbestimmten Punkt des Koppelglieds befestigt ist, eine mit der Kurbel verbundene Antriebseinheit zum Hin- und Herdrehen der Kurbel, wobei das Viergliedgetriebe so angeordnet ist, daß die Drehbewegung der Kurbel um einen vorbestimmten Winkel eine Bewegung des vorbestimmten Punkts des Koppelglieds längs einer im wesentlichen L-förmigen Bahn bewirkt, und ein Parallelgetriebe, das dem Viergliedgetriebe und dem Abtriebsglied zugeordnet ist zum Halten der Einspannvorrichtung in einer vorbestimmten Lage während deren Bewegung, so daß sie sich längs einer im wesentlichen L-förmigen Bahn parallel zur erstgenannten Bahn bewegt.

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Durch die Erfindung wird also ein industriell einsetzbarer Roboter geschaffen, mit einer Einspannvorrichtung .'•'.um ''alten eines Gegenstands und mit einem die Einspannvorrichtung tragenden Viergliedgetriebe. Das Viergliedgetriebe umfaßt ein erstes oder ortsfestes Glied, ein zweites oder Antriebsglied, das mit dem ortsfesten Glied und mit einem Antrieb verbunden und relativ zum ortsfesten Glied drehbar ist, ein drittes oder Koppelglied, das mit dem Antriebsglied verbunden ist und die Einspannvorrichtung haltert, und ein mit dem ortsfesten und mit dem Koppelglied verbundenes viertes Glied. Das Viergliedgetriebe ist so ausgelegt, daß eine Drehbewegung des Antriebsglieds eine 1 ewegurig der Einspannvorrichtung längs einer im wesentlichen L-fürmigen Dann bewirkt. 'v/ei Parallelgetriebe wirken mit dem ersten Viergliedgetriebe zusammen und halten die Einspannvorrichtung während ihrer bewegung in gleichbleibender Lage.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

!•'ig. 1 den Aufbau des Roboters nach der Erfindung;

Fig. 2, Seitenansichten zur Verdeutlichung einer 3 und 4 zweiachsigen Bewegung des Roboters nach Fig. 1;

I'lg. 5 den L-förmigen Verlauf einer von einer Einspannvorrichtung des Roboters durchgeführten bewegung;

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Fig, 6a, grafische Darstellungen zur Erläuterung 6b, 6c der Auslegung eines Viergliedgetriebes,

mit dem der Bewegungsverlauf nach Fig.

erhalten wird;

Fig. 7a Bewegungsbahnen der Einspannvorrichtung, und 7b die mit verschiedenen Längen der Hebel des Viergliedgetriebes erhalten werden;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei

dem eine Einspannvorrichtung nach unten gerichtet ist und einer I J-förmigen Bahn folgt;

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Gesamtkonzept mit einem weiteren Roboter;

Fig. 10 eine Eewegungsbahn des Roboters nach Fig. 9;

Fig. 11 den Aufbau eines Getriebes, das in dem Roboter nach Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 12 ein erstes Viergliedgetriebe nach Fig. 11 und dessen Arbeitsweise;

Fig. 13 ein zweites Viergliedgetriebe nach Fig. 11; und

Fig. 14 die Beziehung zwischen Antriebs- und Abtriebswinkeln nach Fig. 13.

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Ein Ende eines L-förmigen Rahmens 1 ist an einer Welle 21 befestigt, die auf einem Grundglied 20 drehbar gehalten und mit einem Drehantrieb, z. B. einem nicht gezeigten Elektromotor, verbunden ist. Eine am unteren Abschnitt des Rahmens 1 gesicherte Welle 2 ist mit einem nicht gezeigten Drehantrieb über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt) verbunden. Glieder 3 sind mit ihren einen Enden starr mit der Welle 2 verbunden und auf beiden Seiten des Rahmens 1 drehbar. Die Unterenden von Dreieckplatten 5 sind schwenkbar mit den anderen Enden der Glieder 3 über entsprechende Bolzengelenke 4 auf beiden Seiten des Rahmens 1 verbunden. Auf beiden Seiten des Rahmens 1 sind Verbindungsglieder 7 vorgesehen, deren eine Enden mit einem oberen Endabschnitt des Rahmens 1 über Bolzengelenke 6 und deren andere Enden mit Zwischenabschnitten der Platten 5 über Bolzengelenke 8 verbunden sind.

Der Rahmen 1, die Zwischenglieder 3, die Dreieckplatten 5 und die Verbindungsglieder 7 bilden gemeinsam ein Viergliedgetriebe. Das Getriebe ist so ausgelegt, daß die Glieder 3, die als Kurbeln wirken, längs der Bahn 26 (vgl. die Fig. 2-4) umlaufen und dabei ein Bolzengelenk 9, das an den Oberenden der als Koppelglieder wirkenden Dreieckplatten 5 angeordnet ist, längs einer L-förmigen Bahn 27 (vgl. die Fig. 2-4) bewegen, die im wesentlichen Horizontal- und Vertikalkomponenten hat.

Die Drehbewegung der Kurbeln 3 aus der Stellung nach Fig. 2 in die Stellung nach Fig. 3 bewirkt eine im wesentlichen horizontale Bewegung des Bolzengelenks 9, während die Vertikalbewegung des Bolzengelenks 9 durch die Dreh-

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- Sf-

bewegung der Kurbeln 3 aus der Stellung nach Fig. 3 in die Stellung nach Fig. 4 bewirkt wird.

Auf beiden Seiten des Rahmens 1 sind ferner Glieder 11 angeordnet, die zusammen mit den Gliedern 7 ein Parallel-Gelenkgetriebe bilden. Die Glieder 11 sind an ihren einen Enden mit einem Zwischenabschnitt des Rahmens 1 über Bolzengelenke 10 drehbar befestigt. L-förmige Glieder sind an ihren Ecken drehbar mit entsprechenden Dreieckplatten 5 über Bolzengelenke 8 verbunden. Die L-Glieder 13 sind ferner an ihren Unterenden drehbar mit den anderen Enden der Glieder 11 über Bolzengelenke 12 verbunden. Die Anordnung bildet ein Parallel-Gelenkgetriebe durch die Verbindungen zwischen den Bolzengelenken 8 und 12 und zwischen den Bolzengelenken 6 und 10. i'wei Glieder 15 bilden zusammen mit Abschnitten der Dreieckplatten 5 zwischen den Bolzengelenken 8 und 9 ein Parallel-Gelenkgetriebe. Ein Ende jedes Glieds 15 ist schwenkbar mit dem rechten Ende des Glieds 13 über ein Bolzengelenk 14 verbunden. Ein Ende ein^s Glieds 17 trägt eine Einspannvorrichtung 19 zum Greifen eines Gegenstands und ist schwenkbar mit den oberen Enden der Dreieckplatten über Bolzengelenke 9 verbunden. Ferner ist das Glied 17 an seinem rechten Ende mit den anderen Enden der Glieder 15 über Bolzengelenke 16 verbunden. Ein Parallel-Gelenkgetriebe ist durch die Verbindungen zwischen den Bolzengelenken 9 und 16 bzw. 8 und 14 gebildet.

Somit bilden der Rahmen 1, die Glieder 7, 11 und die einen Schenkel der Glieder 13 ein Parallel-Gelenkgetriebe,

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und die Dreieckplatten 5, die Glieder 15, 17 und die anderen Schenkel der Glieder 13 bilden ein zweites Parallel-Gelenkgetriebe.

Die Stellungen der L-Glieder 13 und der Glieder 17 bleiben daher in bezug auf den Rahmen 1 gleich, und zwar unabhängig von dem vorgenannten Viergliedgetriebe.

Durch Anordnen der Schenkel der Glieder 13 rechtwinklig zueinander ist es möglich, die Einspannvorrichtung 19 zum Greifen eines Gegenstands horizontal zu halten, während die Einspannvorrichtung vertikal gehalten wird, indem die Schenkel der Glieder 13 unter einem Winkel von O⁰ oder 180° zueinander angeordnet sind.

Die Einspannvorrichtung 19 zum Greifen des Gegenstands umfaßt Finger, die miteinander über ein Bolzengelenk 18 verbunden sind und durch einen Hydraulikzylinder 19a geöffnet und geschlossen werden. Die am Ende des Glieds angeordnete Einspannvorrichtung wird daher längs einer Bahn 28 bewegt, die parallel zur Bahn 27 verläuft (vgl. die Fig. 2, 3 und 4) entsprechend der Drehbewegung der Kurbeln 3.

Infolgedessen wird ein von der Einspannvorrichtung gegriffener Gegenstand unter Einhaltung einer gleichbleibenden Lage längs einer L-förmigen Bahn, die aus im wesentlichen horizontalen und vertikalen Komponenten besteht, bewegt.

Mit dem Roboter ist also eine Bewegung längs einer im wesentlichen zweiachsigen Bahn, z. B. der Bahn 28, die bisher durch zwei unabhängige Antriebe erfolgt, in vorteil-

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hafter Weise mittels eines einzigen Antriebs, der die Kurbel 3 über eine Welle 2 dreht, durchführbar.

Das Viergliedgetriebe folgt einer im wesentlichen L-förmigen Bahn 27. Diese ist in Fig. 5 im Detail veranschaulicht. Die Bahn oder Kurve 27 nach Pig. 5 umfaßt einen Bauschen Punkt F und einen Umkehrpunkt G. Ferner bilden die Tangente am Punkt F und die Tangente am Punkt G einen rechten Winkel zueinander. Das Viergliedgetriebe, das der Bahn 27 folgen kann oder eine Koppelkurve entsprechend der Bahn 27 aufweist, wird wie folgt bestimmt.

Nach Fig. 6a wird eine Hyperbel Ka (xy =1) auf einer x-y-Koordinate aufgetragen. Zwei Punkte A und D werden beliebig auf der Hyperbel Ka gewählt. Dann werden auf der y-Achse zwei Punkte B und C so gewählt, daß die Geraden CD und AB zur x-Achse parallel verlaufen. Es sei angenommen, daß die Linien AB, BC, CD und DA ein Viergliedgetriebe bilden, wobei die Punkte A, E, C und D als Rotationspaar des Viergliedgetriebes dienen, und daß die Punkte A und D ortsfest sind. Im Getriebe ist der momentane Drehungsmittelpunkt des Glieds BC der Punkt, an dem die Verlängerungen der Geraden AB und CD sich schneiden, und ist daher unendlich für einen Punkt längs der x-Achse. In diesem Fall ist jeder Punkt L auf einem festen Körper einschließlich der Geraden BC und auf der x-Achse ein Ballscher Punkt mit einem geometrischen Ort, der von dem Punkt L auf dem festen Körper während der Bewegung des Körpers gezeichnet ist.

Es sei angenommen, daß die Glieder AB und CD um die ortsfesten Punkte A und B unter Winkeln θ bzw. φ gedreht

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werden, so daß sie nach AB¹ und C¹D verschoben werden. Die Winkel θ und φ sind so gewählt, daß der momentane Bewegungsmittelpunkt P¹ des Glieds B¹C, an dem sich die Verlängerungen der Geraden AB¹ und C¹D schneiden, auf einer Geraden χ = a liegt, mit a = eine beliebige Zahl. Dann wird auf der Verlängerung der Geraden B¹C ein Punkt E derart bestimmt, daß C¹E gleich CO wird. Ein Schnittpunkt der Geraden χ = a und der durch den Punkt E senkrecht zur Geraden B¹C verlaufenden Geraden ist mit L¹ bezeichnet.

Die Entfernungen zwischen dem Punkt P¹ und dem Punkt A sowie zwischen dem Punkt P¹ und dem Punkt B¹ sind mit Ip bzw. I₁ bezeichnet.

Es sei angenommen, daß I₂ positiv und I₁ negativ ist, wenn die Punkte A und B¹ auf verschiedenen Seiten des Punkts P¹ liegen; wenn sie auf der gleichen Seite des Punkts P¹ liegen, sind I₁ und I₂ positiv.

Aus der Beziehung

wird der Wert 1 erhalten.

Ein Punkt W. wird dann auf einer die Punkte P¹ und A passierenden Geraden an einer Stelle bestimmt, die vom Punkt P¹ einen Abstand 1_Q hat (vgl. Fig. 6b). Wenn 1_Q positiv ist, wird der Punkt W_A auf der gleichen Seite wie

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der Punkt A gewählt, und wenn 1 negativ ist, v/ird er auf der entgegengesetzten Seite des Punkts A gewählt.

Für die Punkte D und C¹ wird in gleicher V/eise ein Funkt Wp bestimmt.

Drei Punkte P¹, L·¹ und V/_A der vier Tunkte P¹, L¹, IV^ und W,, definieren einen Kreis O. mit einem Radius S . Der Abstand zwischen dem Punkt W,, und dem Kreis ist mit e bezeichnet. Der Wert von e ergibt «ich aus

e =

Somit wird der Wert e eine Punktion des vorher bestimmten Werts a, d.h. e = f(a).

Dann wird eine Wiederholungsrechrmng durchgeführt, um einen Wert a₍

füllt.

Wert a zu erhalten, der die Gleichung f(a ) = Ü erc c

Wenn also a den Wert a annimmt, liegen die Punkte P¹, L¹, W. und Wjj auf einem gemeinsamen Kreis (vgl. Pig. 6c). Es sei angenommen, daß der so erhaltene Punkt L¹ ein Punkt auf einem festen Körper mit den Gliedern B¹C¹ ist, d.h., daß die Punkte L¹, B¹ und C auf einem gemeinsamen festen Körper liegen, dann zeichnet L¹ während der i>ewegung des Glieds E¹C die Ortskurve 27'. Der Punkt L' ist ein Umkehrpunkt der Ortskurve 27'. Wenn ferner das Glied B¹C sich in die Stellung BC bewegt, bewegt sich der Punkt L¹ zum Punkt L auf der x-Achse. Dieser Punkt L ist ein Ballscher

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Punkt der Ortskurve. Daher schließt die Ortskurve 27' die Kurve 27 nach Fig. b ein. Es ΊνΛ ersichtlich, daß das Viergliedretriebe mit den vier Punkten A, L, C und 1) die Bahn 27 von fr'ig. 5 mittels des Punkts L¹ auf dem starren Körper einschließ Lieh der Punkte iä und C oder des Koppelglieds beschreiben kann.

Da die Lagen der Punkte Λ und D unbegrenzt gewählt werden können, erhält man unendlich viele Viergliedgetriebe.

'/,. B. kann ein Viergliedgetriebe nach den Fig. 7a und 7b erhalten werden.

Somit kann das Viergliedgetriebe wahlweise entsprechend der vom Gegenstand zu beschreibenden Bewegungsbahn gewählt werden.

Nach Fig. 1 Ist der das Getriebe tragende Rahmen 1 drehbar mittels der Welle 21 auf dem Grundglied 20 angeordnet, so daß der von der Einspannvorrichtung 19 gegriffene Gegenstand Bahnen 22 und 23 folgen kann.

Der Roboter nach Fig. 1 führt also z. B. die folgenden Bewegungen durch. Der an einer Zufuhrstation 24 befindliche Gegenstand wird von der Seite horizontal gegriffen, nach oben gehoben, durch eine Drehbewegung in eine Stellung über einer Station 25 gefördert und dann auf die Station 25 gesenkt. Die Einspannvorrichtung wird nach hinten horizontal zurückgezogen, nachdem sie den Gegenstand freigegeben hat, und wird zur Station 24 geschwenkt. Die Anzahl Stellungen, in denen der Roboter während der beschriebenen Drehbewegungen angehalten wird, kann erhöht werden, so daß

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der Roboter die Positionen des Gegenstands auch über mehr als drei Punkten verschieben kann.

Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, wird bevorzugt ein Paar identisch ausgebildete ebene Getriebe verwendet, und zwar je eines auf jeder Seite des Rahmens 1 (vgl. Fig. 1).

Die Drehbewegung ist nicht immer erforderlich und kann für bestimmte Anwendungszwecke entfallen (vgl. Fig. 8).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Roboters wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9-H erläutert. Bei diesem Roboter ist ein zweites Viergliedgetriebe mit dem vorher erläuterten Viergliedgetriebe derart verbunden, daß das Antriebsglied bzw. die Kurbel des erstgenannten Getriebes hin- und herschwenkbar ist infolge einer mit konstanter Geschwindigkeit erfolgenden Drehbewegung der Kurbel des zweiten Viergliedgetriebes, so daß die Einspannvorrichtung eine im wesentlichen L-förmige oder Π -förmige Bahn beschreiben kann.

Der Roboter einschließlich der Getriebe hat einen Hauptteil 31. Ferner sind eine Einspannvorrichtung 19 und eine Drehscheibe 33, eine Gegenstand-Zufuhrstation 34, eine Gegenstand-Auswerfstation 36 und eine Bearbeitungsstation 35 vorgesehen. Die vom Getriebe des Roboter-Hauptteils 31 beschriebene Bahn 38 und die von der Drehscheibe 33 beschriebene Bahn 37 ermöglichen es gemeinsam, daß die den Gegenstand haltende Einspannvorrichtung 19 die Lage des Gegenstands zu der Zwischenstation 35 und der Auswerfetation 36 verschiebt.

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Nach Fig. 11, die das Getriebe des Roboter-Hauptteils 31 im Detail zeigt, sind ein Antriebsglied 3 bzw. eine Kurbel und ein Zahnrad 41 drehbar auf einem am Grundglied 1 angeordneten Zapfen 2 gesichert. Ein Ende eines Verbindungsglieds 39 ist drehbar an einem freien Ende des Antriebsglieds 3 mittels eines Zapfens 4 gesichert und trägt an einem Zwischenabschnitt einen Zapfen 8, über den ein freies Ende eines Glieds 7 und die eine Spitze eines Dreieckglieds 40 drehbar miteinander verbunden sind. Das andere Ende des Verbindungsglieds 39 ist drehbar an dem Mittenabschnitt eines Hebels 17 mittels eines Zapfens 9 gesichert, während das andere Ende des Glieds 7 drehbar an einem fest am Grundglied 1 angeordneten Stift 6 gesichert ist. Das freie Ende des Glieds 11 ist drehbar an einer weiteren Spitze der Dreieckplatte 40 befestigt, und das andere Ende des Glieds 11 ist drehbar mit einem Stift 10 verbunden, der ebenfalls fest am Grundglied 1 angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung ist die Länge des Abschnitts des Verbindungsglieds 39 zwischen den Zapfen 8 und 12 gleich dem Abstand zwischen den Stiften 6 und 10 des Grundglieds 1, und die Glieder 7 und 11 sind gleich lang, so daß ein erstes Parallel-Getriebe gebildet ist.

Das Glied 15 ist an einem Ende drehbar mit der dritten Spitze der Dreieckplatte 40 mittels eines Zapfens 14 verbunden, und sein anderes Ende ist mittels eines Zapfens 16 mit der linken Seite des Hebels 17 verbunden.

Die Länge des Abschnitts der Dreieckplatte 40 zwischen den Zapfen 8 und 14 ist gleich der Länge des Abschnitts

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des Hebels 17 zwischen den Zapfen 16 und y, und die Länge des Glieds 15 ist gleich der Länge des Glieds 39 zwischen den Zapfen 8 und 9, so daß ein zweites Parallel-Getriebe gebildet ist.

Das Zahnrad 41 kämmt mit einem Zahnrad 43, das drehbar auf einem Zapfen 42 befestigt ist, der fest am Grundglied 1 angeordnet ist.

Das Glied 44 ist an seinem einen Ende mittels eines Zapfens 45, der in ortsfester Lage am Rand des Bahnrads 43 vorgesehen ist, schwenkbar. Das freie Ende des Glieds 46 ist mit dem anderen Ende des Glieds 44 schwenkbar mittels eines Zapfens 47 verbunden. Das andere Ende des Glieds ist fest auf einer Welle 48 angeordnet, die drehbar vorn Grundglied 1 über ein nicht gezeigtes Lager gehalten und mit dem Antriebsmotor, der z. L. ein Elektromotor ist, verbunden ist.

Die Einspannvorrichtung 19 zum Greifen des Gegenstands ist z. B. aus Vakuum-Saugnäpfen gebildet und am rechten Ende des Hebels 17 gesichert.

Infolgedessen wird also ein erstes ebenes Viergliedgetriebe durch die Glieder 3, 39 und 7 und das Grundglied 1 (vgl. Pig. 12) gebildet.

Es sei angenommen, daß die durch die folgenden Gleichungen gegebenen Beziehungen gelten:

CEB = O, AB/BC = 0,463, CD/BC = CE/BC = 1, DA/BC = 1,032

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1t

dann bewegt sich ein Punkt E auf dem Glied 39 längs der im wesentlichen L-förmigen Bahn nach Fig. 12.

Wenn die Kurbel 3 innerhalb eines Bereichs von 180° geschwenkt wird (vgl. Fig. 12), bildet die vom Punkt E beschriebene Ortskurve ein L, wie durch die Vollinie 49 in Fig. 12 angegeben ist.

Wenn daher die Kurbel 3 um 180° geschwenkt wird (vgl. Fig. 3), führt die Einspannvorrichtung (bei dem jetzt erläuterten Ausführungsbeispiel die Saugnäpfe) einen Vorschub und ein Senken des Gegenstands unter Einhaltung einer gleichbleibenden Lage des Gegenstands durch, und zwar infolge der durch die Glieder 11, 40 und 15 gebildeten Parallelgetriebe.

Andererseits wird das zweite ebene Viergliedgetriebe, bestehend aus den Gliedern 46, 44, Zahnrad 43 und Grundglied 1, wie folgt ausgelegt. Dabei wird die folgende Gleichung erfüllt:

h/g = 0,628, i/g = 0,802, k/g = 0,887 (1)

mit g bzw. h bzw. i = Längen IF bzw. FG bzw. HI.

Die Gleichung (1) ist so angesetzt, daß eine Schwenkbewegung des Zahnrads um 90° entsprechend der Drehbewegung des Glieds 46 um 360° bewirkt wird.

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Wenn für R₁, R₂ und R₅ gilt:

R₁ * g/k, R₂ = g/h, R₃ = (g² + h² - j² + k²) / 2hk,

so wird aus Fig. 13 die folgende Gleichung abgeleitet:

R₁ costf » R₂ cosy + R, = cos(^ - if ) (2).

In der Gleichung (2) sind R₁, R₃, R,, 4 und "ψ" Unbekannte Somit sind die Werte der Gleichung (1) aus der Gleichung (2) durch die folgende Annahme zu erhalten. Unter Bezugnahme auf Fig. 14 wird angenommen, daß der Winkel (TjT " und die Winkelgeschwindigkeit

am Punkt 4 - ^₀ = 0 zu - Ji/4 bzw. 0

gemacht sind.

Am Punkt 4 - 4_Q * Tt - 0,08 sind der Winkel (~i^r-"%) bzw. die

Winkelgeschwindigkeit rr—°— zu + jU- bzw. O gemacht. Am Punkt 4 - 4_O - 2TC- 1,25 ist der Winkel ~ψ~ - "ψ"₀ zu 0,7 rad gemacht. Hier wird ebenfalls angenommen, daß 4₀ bzw. "ψΛ -0,511 rad bzw. 0,940 rad sind.

Somit besteht zwischen der Winkelverschiebung (4 - ^₀) der Kurbel 46 und der Winkelverschiebung ( "ψ" - ~ü/~ ) des Zahnrads 43 die in Fig. Η angegebene Beziehung.

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Wenn also die Kurbel 46 mit gleichbleibender Geschwindigkeit von einem Motor angetrieben wird, schwingt das Zahnrad 43 mit einer Wirikelamplitude von 90° bei kontinuierlich sich ändernder Geschwindigkeit. Die Umlaufgeschwindigkeit des Zahnrads 43 wird äußerst klein im Niedrigdrehzahlbereich (vgl. Fig. 14).

Wenn also das Zahnrad 43 mit dem Zahnrad 41, das auf dem Drehpunkt der Kurbel 3 getragen wird, mit einem Drehzahlzunahmeverhältnis von 2,0 kämmt, bewirkt eine Umdrehung der Kurbel 46 ein Schwenken der Kurbel 3 um 180°, so daß die Einspannvorrichtung 1^CJ je eine Vorwärts-, Abwärts-, Aufwärts- und Rückwärtsbewegung ausführt.

Durch die lagemäßige Beziehung zwischen dem Zahnrad 43 und der Kurbel 3 derart, daß der Niedrigdrehzahlbereich von Fig. 14 mit der Absenkbewegungsperiode der Einspannvorrichtung zusammenfällt, kann die Absenkgeschwindigkeit der Einspannvorrichtung langsamer als die übrigen Bewegungsphasen der Einspannvorrichtung gemacht werden.

Wie aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich ist, ist es im allgemeinen erforderlich, den Gegenstand langsamer abwärtszubewegen, wenn der in der Einspannvorrichtung gehaltene Gegenstand an einem an der Station befindlichen anderen Gegenstand befestigt werden soll. Gleichzeitig ist es unbedingt erforderlich, daß die Einspannvorrichtung 19 hinter die Drehscheibe 33 zurückziehbar ist, damit sie von den verschiedenen Befestigungs- und Montagevorrichtungen an der Station oder zwischen den Stationen, z. B. Montage- oder Bearbeitungsbetten, freikommt. Deshalb muß die Einspannvorrichtung 19 eines industriell einsetzbaren Roboters eine L-förmige Bahn beschreiben können.

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Wie bereits erläutert wurde, wird durch die Erfindung ein durch ein ebenes Viergliedgetriebe gebildeter Roboter zum industriellen Einsatz geschaffen. Es ist ersichtlich, daß nur die Stellen, an denen die bohrungen der Glieder vorgesehen werden, sowie die Bohrungsdurchmesser_ pr^:i/,isionsgefertigt werdeti müssen, wogegen sämtliche anderen Teile nicht mit so hoher Präzision gefertigt sein müssen und durch unbearbeitete Stücke gebildet sein können, wodurch der Gesamtaufbau vereinfacht und die Fertigungskosten geringgehalten werden; dabei ist der Roboter im i.etrieb stabil, indem L-förmige oder I I-förniige bahnen beschrieben werden, die zum Fördern der Gegenstände notwendig sind.

Ferner wird bei dem Roboter die An ζ aiii der benötigten Antriebe verringert. Eine L-förmige bewegung mit zweiachsigen Komponenten zum Fördern, bearbeiten und/oder Zusammenbauen der Gegenstände v/ird durch eine einzige Antriebswelle erzeugt, was ebenfalls sum vereinfachter. Aufbau und zur Kostensenkung beiträgt.

Gleichzeitig sind aufgrund der Kombination des ersten Viergliedgetriebes mit einem eine Einspannvorrichtung tragenden Glied und des zweiten Viergliedgetriebes komplizierte Arbeitsvorgänge, wie das Verschieben der Lage eines Gegenstands und dessen Befestigen an einem Werkstück, einfach durch eine Drehbev/egung in eine Richtung, die dem Antriebsglied des zweiten Viergliedgetriebes erteilt wird, durchführbar. Dies trägt zusätzlich zum Vereinfachen der Steuerung bei und macht den Roboter trotz der beträchtlich verringerten Fertigungskosten hochzuverlässig.

Da die gleichbleibende Antriebsgeschwindigkeit mechanisch umsetzbar ist, ist es möglich, die Arbeitsgeschwindigkeit

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dec nobotera .^r;o :-:ι> steuern, ti a (3 für die jeweiligen Arbeits sehritte optimale :e:;chv/inü LgI: ei tun erzielt werden. Z. U. !.am. die ■; e cj c ί iv/ ihd L'keit uev Einspannvorrichtung nur in eiriori! :.ei traun uunii tte 1.bar vor den Ablegen des Gegenstands a· einer l'jtat;Lon verringert werden, wogegen in anderen Artei tfiphanoN die hohe -erichwii.digkeit aufrechterhalten wird.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1.^Industriell einsetzbarer Roboter,

ekennzeichnet durch

ein Abtriebsglied (17), das eine Einspannvorrichtung (19) für einen Gegenstand trägt,

ein ebenes Viergliedgetriebe mit einer Kurbel (3) und einem Koppelglied (5), wobei das Abtriebsglied (17) drehbar an einem vorbestimmten Punkt (9) des Koppelglieds (5) befestigt ist,

eine mit der Kurbel (3) verbundene Antriebseinheit (2) zum Hin- und Herdrehen der Kurbel (3),

wobei das Viergliedgetriebe so angeordnet ist, daß die Drehbewegung der Kurbel (3) um einen vorbestimmten Winkel eine Bewegung des vorbestimmten Punkts (9) des Koppelglieds (5) länge einer im wesentlichen L-förmigen Bahn bewirkt, und

ein Parallelgetriebe (11, 7), das dem Viergliedgetriebe und dem Abtriebsglied(17) zugeordnet ist zum Halten der Einspannvorrichtung (19) in einer vorbestimmten Lage während deren Bewegung, so daß sie sich längs einer im wesentlichen L-förmigen Bahn parallel zur erstgenannten Bahn bewegt.

2. Roboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die L-förmige Bahn einen Bauschen Punkt (F) und einen Umkehrpunkt (G) aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Roboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebseinheit (2) ein zweites Viergliedgetriebe mit einer Kurbel (46) und einem Abtriebsglied (43) umfaßt, wobei beide Glieder (46, 43) um entsprechende ortsfeste Punkte schwenkbar sind, und

daß ein Drehantrieb die Kurbel (43) nur in eine Richtung dreht.

4. Roboter nach Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet,

daß die Längen von Abschnitten von Gliedern des zweiten Viergliedgetriebes so gewählt sind, daß eine Drehbewegung der Kurbel (46) des zweiten Viergliedgetriebes in eine Richtung bei konstanter Geschwindigkeit eine Auf- oder Abwärtsbewegung des die Einspannvorrichtung (19) tragenden Abtriebsglieds (17) mit verringerter Geschwindigkeit bewirkt .

5. Industriell einsetzbarer Roboter, gekennzeichnet durch

eine Einspannvorrichtung (19) zum Halten eines Gegenstands,

ein erstes Viergliedgetriebe mit einer ersten Kurbel (3) und einem Koppelglied (5), wobei die Einspannvorrichtung (19) an einem vorbestimmten Punkt (9) des Koppelglieds (5) befestigt und das erste Viergliedgetriebe so ausgelegt ist, daß eine Drehbewegung der Kurbel (3) um einen vorbestimmten Winkel eine Bewegung des vorbestimmten Punkts (9) des Koppelglieds (5) längs einer L-förmigen Bahn bewirkt,

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ein zweites Viergliedgetriebe mit einer zweiten Kurbel (46) und einem zweiten Abtriebsglied (43), wobei das Getriebe so ausgelegt ist, daß eine Drehbewegung der ersten Kurbel (3) in nur eine Richtung eine hin- und hergehende Drehbewegung des zweiten Abtriebsglieds (43) bewirkt,

einen mit der zweiten Kurbel (46) verbundenen Drehantrieb zum Drehen der Kurbel (46) in nur eine Richtung, und

ein Glied (41) zum treibenden Verbinden des zweiten Abtriebsglieds (43) mit der ersten Kurbel (3).

6. Roboter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Längen von Abschnitten von Gliedern des zweiten Viergliedgetriebes so gewählt sind, daß eine Drehbewegung der zweiten Kurbel (46) in eine Richtung mit gleichbleibender Geschwindigkeit eine Auf- oder Abwärtsbewegung der Einspannvorrichtung (19) mit verringerter Geschwindigkeit bewirkt.

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