DE2727169C3 - Manipulator - Google Patents

Description

a) daß die Hauptwelle (4) über eine zu dieser koaxial verschiebbar angeordnete und mit dieser drehbare Hilfswelle (5) mit dem Manipulatorarm (8) verbunden ist

b) daß die Greifeinrichtung (11) durch eine koaxial zur Hauptwelle (4) angeordnete drehbare Steuerwelle (21) betätigbar ist,

c) daß eine durch einen Motor (30) koaxial zur Hauptwelle (4) verdrehbare Antriebshülse (34a; mit einem Schaltzahnrad (36) vorgesehen ist, durch das Ober zwei Getriebe (37—40 bzw. ^Μ 41—44), deren Lagerrahmen (49) starr mit der Hauptwelle (4) verbunden ist, wahlweise die Steuerwelle (21) oder die Hilfswelle (5) verdrehbar bzw. höhenverschiebbar ist,

d) daß zwischen der Hauptwelle (4) und der Antriebshülse (34a; ein Mitnehmer (52, 53) vorgesehen ist, um die Hauptwelle (4) bei umlaufender Antriebshülse (34a^ über einen vorgegebenen Drehwinkelbereich zu verdrehen, und

e) daß eine Schalteinrichtung (62—71) zum Festlegen der Drehendpunkte der Hauptwelle (4) und zum Umschalten der Drehrichtung des Motors (30) vorgesehen ist.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer einen an der Hauptwelle (4) befestigten Zapfen (53) aufweist, der in eine Teilringnut (52) der Antriebshülse (34a,} eingreift.

3. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilringnut (52) in der Innenumfangsfläche der Antriebshülse (34a,) und der Zapfen (53) an der Außenumfangsfläche der Hauptwelle (4) befestigt ist.

4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Greifeinrichtung (11) L-förmige, gegenüberliegend angelenkte, zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verschwenkbare Greifglieder (12) aufweist und

b) daß zum Betätigen der Greifglieder (12) ein im Manipulatorarm (8) und in der Greifeinrichtung (11) axial verschiebbarer Betätigungsstößel (15) vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende mit dem freien Ende jeweils eines Schenkels (12a,) der Greifglieder (12) und mit seinem anderen Ende über einen exzentrisch an der Steuerwelle (21) angeordneten Stift (23) mit dieser derart verbunden ist, daß er bei einer Drehbewegung der Steuerwelle (21) axial verschoben wird.

5. Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen parallel zum Betätigungsstößel (15) verlaufende Schubstange (19) vorgesehen ist, die mit dem der Greifeinrichtung (11) abgewandten Ende des Betätigungsstößels (15) verbunden ist und eine senkrecht zu ihrer Achse

50

55

60 verlaufende, zur Steuerwelle (21) hin offene Aussparung (20) aufweist, in die der an der Steuerwelle (21) exzentrisch angeordnete Stift (23) eingreift

6. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Hilfswelle (5) in einen ersten und einen zweiten Wellenabschnit-i (Sa) bzw. (Sb) unterteilt ist deren einander zugewandte Stirnflächen in ihrem Umfangsbereich jeweils als Nockenbahnen (27 bzw. 28) mit nach außen vorstehenden oder konvex geformten Nocken ausgebildet sind.

7. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Schalteinrichtung mindestens ein mit der Hauptwelle (4) drehfest gekoppeltes Anzeigeelement (63) für die Anzeige des Endpunktes der Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehung und je einen Endschalter (68, 69) zum Umschalten dor Drehrichtung des Motors (30) an den jeweiligen Drehendpunkten der Hauptwelle (4) aufweist

8. Manipulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß bei Verwendung zweier Anzeigeelemente (62,63) diese an einer mit der Hauptwelle (4) verdrehbaren und nahe der Deckfläche (la,) des Gehäuses (1) befindlichen Halterungsplatte (56) derart verstellbar angeordnet sind, daß der Drehwinkel der Hauptwelle (4) durch Verstellung der Anzeigeelemente (62, 63) an der Halterungsplatte (56) einstellbar ist.

9. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Greifeinrichtung (11) mit einem koaxial zur Längsrichtung des Manipulatorarmes (8) angeordneten Zahnkranz (74) versehen ist, der mit einer auf der Deckfläche (la) des Gehäuses (1) angeordneten Zahnstange (73) kämmt, so daß bei einer Drehung des Manipulatorarmes (8) um die Achse der Hauptwelle (4) gleichzeitig eine Drehung des Manipulatorarmes (8) und der Greifeinrichtung (11) um die Längsachse des Maiiipulatorarmes (8) erfolgt.

10. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebshülse (34a^ durch einen am Gehäuse (1) befestigten Elektromotor (30) über einen Schneckenantrieb (31, 34) antreibbar ist.

Die Erfindung betrifft einen Manipulator mit einem Gehäuse, mit einer in diesem verdrehbar gelagerten, vertikalen Hauptwelle, mit der ein relativ zum Gehäuse höhenverschiebbarer, horizontaler Manipulatorarm mit einer Greifeinrichtung verbunden ist. Mit derartigen Manipulatoren oder Industrierobotern sollen beispielsweise Werkstücke in einer auf- und abbewegbaren Greifeinrichtung klemmend festgehalten und durch eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Greifeinrichtung von einer Stelle zu einer anderen Stelle umgesetzt werden.

Aus der US-PS Re 25 889 ist ein Industriemanipulator der eingangs beschriebenen Art bekannt, der ein ortsfestes Gestell, einen in diesem auf- und abbewegbaren Aufsatz, eine gegenüber diesem um eine vertikale Achse drehbare Tragsäule sowie ein an deren oberen Ende angeordnetes, gehäuseartiges Oberteil aufweist, in dem ein Manipulatorarm mit einer Greifeinrichtung in horizontaler Richtung hin- und herbewegbar ist. Für die

verschiedenen Bewegungen sind jeweils Elektromotoren mit zugehörigen Getrieben und Steuerungen vorgesehen. So erfolgt die Vertikalbewegung des Aufsatzes durch einen Motor über einer Zahnstangen-Ritzel-Antrieb, während die Drehbewegungen der Tragsäule um eine vertikale Achse relativ zum Aufsatz und zum Gestell durch einen anderen Motor über entsprechende Zahnräder erfolgt Zur horizontalen Verschiebung des Manipulatorarms und zum Betätigen der Greifeinrichtung sind zwei Elektromotoren mit einem komplizierten Getriebe und elektromagnetischen Kupplungen vorgesehen. Durch die Vielzahl der notwendigen Elektromotoren ist der Platzbedarf bei der bekannten Anordnung erheblich, wobei sich dies insbesondere bei der Größe des Oberteils nachteilig auswirkt, da es meist erwünscht ist, die Abmessungen des Manipulators im Bewegungsbereich des Manipulatorarms möglichst gering zu halten. Eine kompakte Bauweise des gesamten Manipulators ist aus Platzgründen ebenfalls erwünscht

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator zu schaffen, der kompakt gebaut ist und raumsparend eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, lediglich einen Motor zum Bewirken der verschiedenen Manipulatorbewegungen vorzusehen. Zu diesem Zweck wird das Getriebe zwischen dem Motor und den verschiedenen Bewegungselementen in der beanspruchten Weise ausgebildet; insbesondere sind hierfür ein Schaltzaftnrad und ein Mitnehmer vorgesehen, mit deren Hilfe in zeitlich festgelegter Abfolge die einzelnen Bewegungselemente angesteuert werden.

Aus der DE-OS 22 25 476, insbesondere den Fig. 5 J5 bis 7, ist zwar ein Manipulator bekannt, bei dem mit Hilfe dreier Verriegelungsvorrichtungen mit nur einem Antrieb drei verschiedene Bewegungen ausgeführt werden können, jedoch bezieht sich dieser Antrieb lediglich auf Drehbewegungen für den Manipulatorkopf. Mit dieser Antriebsvorrichtung wäre es dagegen nicht möglich, sowohl eine Hub- als auch eine Drehbewegung mit nur einem Motor auszuführen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine längs Linie I-I in Fig. 2 teilweise geschnittene Frontansicht des erfindungsgemäßen Manipulators,

Fig.2 eine längs Linie 11-11 in Fig. I teilweise geschnittene Draufsicht auf den erfindungsgemäßen v> Manipulator,

Fig. 3 eine Abwicklung der Umfangsfiächen der einander zugekehrten Enden der Hilfswellenteile mit den an diesen Enden ausgebildeten Nocken,

Fig. 4 einen Querschnitt längs Linie IV-IV in Fig. 1, ',5 F i g. 5 einen Querschnitt längs Linie V-V in F i g. 1,

Fig.6 einen Querschnitt entsprechend jenem in F i g. 5 in einer Stellung des Manipulators, in welcher die Greifeinrichtung ein Werkstück hält,

F i g. 7 eine modifizierte \usführungsform einer Einrichtung zum Drehen cLi .Viauipulatorarmes,

F i g. 8 einen Querschnitt durch die wesentlichen Teile der modifizierten Ausführungsform gemäß Fig. 7 längs Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig.9 einen Querschnitt durch die modifizierte Ausführungsform gemäß Fig. 8 längs Linie IX-IX in F i g. 8 und

Fig. 10 ein Schaltdiagramm für die Steuerung eines umschaltbaren Elektromotors des erfindungsgemäßen Manipulators.

Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Manipulators oder Automaten erkennt man in F i g. 1 ein Gehäuse 1 mit einer Hauptwelle 4, welche die Deckfläche des Gehäuses durchdringt sich bis zur Bodenfläche des Gehäuses hin erstreckt und in der Deckfläche sowie der Bodenfläche mit Hilfe von Wellenlagern 2 bzw. 3 in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert ist Innerhalb der Hauptwelle 4 und konzentrisch zu dieser ist eine Hilfswelle 5 frei drehbar und in vertikaler Richtung längs der zusammenfallenden Achsen von Hauptwelle 4 und Hilfswelle 5 verschiebbar angeordnet Das obere Ende der Hilfswelle 5 ragt aus der Deckfläche des Gehäuses 1 heraus. Die Hilfswelle 5 ist ferner so ausgebildet daß sie zusammen mit der Hauptwelle 4 gedreht werden kann, indem ein an einer bestimmten Stelle der Außenumfangsfläche der Hilfswelle 5 angeordnetes Verriegelungsglied 6 in Eingriff mit einer Aufnahmeaussparung 7 an der Innenumfangsfläche der Hauptwelle 4 gebracht wird. Ein Lagerblock 9 zur Halterung eines Manipulatorarmes 8 ist an dem oberen Ende der Hilfswelle 5 durch ein Sperrelement 9a und eine Sperrschraube 9b derart befestigt, daß er mit der Hilfswelle 5 zusammen gedreht werden kann. Unterhalb des Lagerblockes 9 ist ein Anschlag 5c angeordnet, der beim Absenken bzw. bei der Abwärtsbewegung der Hilfswelle 5 zur Anlage an der Endfläche der Hauptwelle 4 kommt.

Der Manipulatorarm 8 ist in dem Lagerblock 9 derart angeordnet, daß er die Achse der Hilfswelle 5 unter einem im wesentlichen rechten Winkel schneidet. Der Manipulatorarm 8 ist in einer vorbestimmten Lage durch Arretierungsschrauben 10 fixierbar. Die Arretierungsschrauben 10 können gelöst werden, um den Manipulatorarm in horizontaler Richtung vor und zurück (d. h. nach links oder rechts in Fig. 1) bewegen zu können.

An dem Manipulatorarm 8 ist eine Greifeinrichtung 11 befestigt, die ein Paar von L-förmigen einander gegenüberliegenden Greiffingern 12 aufweist. Die Greiffinger 12 sind mit ihrem Winkelscheitelabschnitt des L-Winkels an einander gegenüberliegenden Enden der Greifeinrichtung mit Hilfe von Schwenkzapfen 13 so angeordnet, daß sie zwischen einer Öffnungstellung und einer Schließstellung verschwenkt werden können. Der kurze L-Schenkel 12a eines jeden Greiffingers 12 dient zur Betätigung des jeweiligen Greiffingers 12 beim Öffnen und Schließen, während der lange L-Schenkel 12i> zum klemmenden Halten eines Werkstückes 14 dient. Das freie Ende des kurzen L-Schenkels 12a eines jeden Greiffingers 12 greift in eine Ringnut 16 an dem freien Ende eines Stößels 15 ein, der in dem Manipulatorarm 8 gleitend verschiebbar gelagert ist und bei seiner Hin- und Herbewegung eine Öffnungsbzw. Schließbewegung der Gleitfinger 12 bewirkt. In der Bohrung zur Führung des Stößels 15 in dem Manipulatorarm 8 ist ferner eine Schraubendruckfeder 17 angeordnet, welche einer Hin- und Herbewegung des Stößels 15 dient.

An dem den Greiffingern 12 abgewandten Ende des Stößels 15 ist ein Endanschlag 18 befestigt, mit dem seinerseits das eine Ende einer Schubstange 19 zur Übertragung einer Öffnungskraft für das öffnen der Greifeinrichtung fest verbunden ist. Die Schubstange 19 ist in dem Lagerblock 9 parallel zum Manipulatorarm 8 verschiebbar gelagert. Die dem öffnen und Schließen der Greiffinger dienende Schubstange 19 weist eine

Aussparung 20 auf, die in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Schubstange 19 nach unten hin offen ist.

In der Hilfswelle 5 und konzentrisch zu dieser ist eine Steuerwelle 21 zur Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegung der Greiffinger 12 drehbar angeordnet. Am oberen Ende der Steuerwelle 21 ist eine Kreisscheibe 22 befestigt, deren untere Kreisfläche an der oberen Endfläche der Hilfswelle 5 anliegt und als Anschlag dient, um ein Herausgleiten der Hilfswelle 5 aus ihrer Lage zu verhindern. Ein an der oberen Kreisscheibenfläche exzentrisch angeordneter Stift 23 greift in die Aussparung 20 an der Schubstange 19 ein. Das untere Ende der Steuerwelle 21 ist mit einer Keilverzahnung versehen und greift in einen Nabenteil 25a eines Wellenstumpfes 25 ein, der in einem unteren Endabschnitt der Hauptwelle 4 mittels eines Lagers 26 gelagert ist.

Die Hilfswelle 5 ist in einen oberen und einen unteren Wellenabschnitt 5a bzw. 5b unterteilt. Jede der einander zugekehrten Endflächen der beiden Wellenabschnitte 5a und 5b ist als Nockenfläche 27 bzw. 28 mit einer einzigen Erhebung oder einem einzigen Nockenvorsprung ausgebildet (F i g. 3). Der untere Wellenabschnitt 5b ist auf der äußeren Umfangsfläche des Wellenstumpfes 25 der Steuerwelle 21 vermittels eines Lagers 29 drehbar gelagert.

An der Außenfläche des Gehäuses 1 ist ein umschaltbarer Elektromotor 30 befestigt. Dessen Drehbewegung oder Antriebskraft wird über eine Schneckenwelle 31 auf ein mit der Schneckenwelle 31 kämmendes Schneckenzahnrad 34 übertragen, das auf der Hauptwelle 4 mittels Lagern 32 und 33 gelagert ist. Das Schneckenzahnrad 34 ist mit einem Nockenkranz 35 versehen und weist ein am unteren Ende eines Nabenabschnittes 34a des Schneckenzahnrades 34 angeordnetes Schrittschaltzahnrad 36 auf (F i g. 5).

Im Eingriffsbereich des Schrittschaltzahnrads 36 ist ein Zahnrad 40 angeordnet, das die Öffnungs- und Schließkraft von dem Schneckenzahnrad 34 über Zahnräder 38 und 39 auf ein Zahnrad 37 überträgt, das seinerseits auf dem Wellenstumpf 25 der Steuerwelle 21 befestigt ist In der gleichen Weise ist an einer dem Zahnrad 40 im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stelle ein Zahnrad 44 so angeordnet, daß es mit dem Schrittschaltzahnrad 36 in Eingriff gelangen kann und eine Antriebskraft zum Anheben und Absenken der Hilfswelle 5 über Zahnräder 42 und 43 auf ein Zahnrad 41 übertragen kann, das auf der äußeren Umfangsfläche des unteren Wellenabschnittes 5b der Hilfswelle 5 ausgebildet ist Die Wellen 45, 46, 47 und 48 der vorstehend genannten Gruppen von Zahnrädern sind über entsprechende Weiieniager in einem einstückig mit der Hauptwelle 4 ausgebildeten Lagerrahmen 49 gelagert.

An den oberen Enden der Wellen 45 und 48 sind Stiftsperräder 50 derart drehbar gelagert, daß sie in Eingriff mit drei Nockenflächen 35a, 356 und 35c an dem Nockenkranz 35 in Eingriff treten können (Fig.4). Dadurch sollen sie eine Synchronisierung des Eingriffs der drei Zahnsegmentabschnitte 36a, 36Zj, 36c des Schrittschaltzahnrades 36 und der Zahnräder 40 bzw. 44 erreichen und eine freie Drehung der Zahnräder 40 und 44 verhindern.

Das Schneckenzahnrad 34 weist an seiner Innenumfangsfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende gekrümmte Nut 52 auf (Fig. 1, 4, 5 und 6). In diese Nut 52 greift ein Anschlag 53 ein, der an der Außenumfangsfläche der Hauptwelle 4 derart angeordnet ist daß er die Drehbewegung der Hauptwelle 4 in einer noch späte zu beschreibenden Weise beeinflussen kann.

Wie man aus den F i g. 1 und 2 ersehen kann, ist nahi der Außenseite der Deckfläche des Gehäuses 1 eini Kreisscheibe 56 angeordnet, die mit der Hauptwelle < mittels eines in eine Sperrnut 55 eingreifendei Sperrelements 54 drehfest verbunden ist. Am Außenum fang der Kreisscheibe 56 ist eine im Querschnit T-förmige und nach radial außen hin offene Nut 5Ϊ

ίο ausgebildet.

In F i g. 2 erkennt man ein erstes Positionsanzeigeele ment 62, das dazu dient, das Ende der Vorwärtsbewe gung der Hauptwelle 4 festzulegen. Ein zweite Positionsanzeigeelement 63 dient dazu, das Ende de Rückdrehbewegung der Hauptwelle 4 festzustellen Beide Positionsanzeigeelemente 62 und 63 sind in einen bestimmten Winkelabstand voneinander an der Scheibe 56 befestigt und werden zusammen mit der Hauptwell« 4 verdreht. Die Befestigung der Positionsanzeigeele mente 62 und 63 erfolgt mit Hilfe von Bolzen 60 bzw. 61 welche in der T-förmigen Nut 57 liegende Platten 5i bzw. 59 eingreifen.

An der Deckfläche la des Gehäuses 1 sind ferner eit erster Endanschlag zur Beendigung der Vorwärtsdre hung der Hauptwelle 4 und ein zweiter Endanschlag 6f zur Beendigung der Rückdrehbewegung der Hauptwel Ie 4 fest angeordnet. Beide Endanschläge 64 und
liegen am Ende des jeweiligen Drehweges der ober genannten Positionsanzeigeelemente 62 und 63. Ober auf den Endanschlägen 64 und 65 sind Schalter 68 und 6i zum Umschalten der Drehrichtung des umschaltbarer Elektromotors 30 so angeordnet daß der jeweilig« Endschalter 68 bzw. 69 dem zugehörigen Positionsan zeigeelement 62 bzw. 63 in dessen Endsteiiunj gegenüberliegt.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sine auf den Positionsanzeigeelementen 62 und 63 stabförmi ge Ferritstifte 70 bzw. 71 in der Weise angeordnet, dal sie von der Oberfläche der Positionsanzeigeelement' nach oben stehen. Auf der anderen Seite werden für di« Endschalter 68 und 69 berührungsfrei schaltbar« Schalter verwendet, welche handelsübliche integriert Schaltbausteine mit Löcherleitung verwenden. Es is natürlich auch möglich, durch Berührung schaltbar Schaltmechanismen vorzusehen, die beispielsweise einen Mikroschalter oder dergleichen verwenden.

Wie noch später genauer ausgeführt wird, hängt dei Drehwinkel der Hauptwelle 4 oder des Manipulatorar mes 8 von der Stellung des Positionsanzeigeelements 6:

so an der Umfangsfläche der Kreisscheibe 56 ab. In den dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des PüsitiöiiSänzeigeeiernenis 62 so gewählt, daß de Manipulatorarm 8 (oder die Hauptwelle 4) sich um etw« 165° drehen kann. Für den Fall, daß nur das das End« der Rückdrehbewegung anzeigende Positionsanzeige element 63 vorhanden ist, kann sich der Manipulatorarn 8 (oder die Hauptwelle 4) um etwa 240° bei den dargestellten Ausführungsbeispiel drehen. Dieser Dreh winkel kann ferner durch die Lage des jeweiliger Endanschlages 64 bzw. 65 verändert werden. In Fig.: sind mit 64a und 65a Einstellschrauben zur Justierung der Lage der Endanschläge 64 bzw. 65 bezeichnet

Der erfindungsgemäße Manipulator arbeitet au folgende Weise.

Die in der F i g. 1 dargestellte Vorrichtung befindesich in einem Zustand, in dem die höchsten Erhebunger oder Nasen der Nockenflächen 27 und 28 an den beider Hilfswellenabschnitten 5a und 5b einander gegenüber

liegen und sich berühren, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Dabei wird der obere Hilfswellenabschnitt 5a um einen Betrag h (Fig.3) angehoben und preßt eine Schraubendruckfeder 72 zusammen, die in einem Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche der Hauptwelle 4 und der Außenumfangsfläche des oberen Hilfswellenabschnittes 5a angeordnet ist. In dieser Stellung sind die Greiffinger 12 der Greifeinrichtung 11 in ihrer Offenstellung. Dieser in Fig. 1 dargestellte Zustand wird im weiteren als der Anfangszustand des erfindungsgemäßen Manipulators bezeichnet.

(1) Wenn der Hauptschalter SW-I geschlossen wird und sich der umschaltbare Elektromotor 30 aufgrund der Tätigkeit des die Vorwärtsdrehung auslösenden Endschalters 69 in Vorwärtsrichtung dreht, wird die Antriebskraft des Elektromotors 30 durch die Schnekkenwelle 31 auf das Schneckenzahnrad 34 übertragen, und das Schrittschaltzahnrad 36 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn (F i g. 5). Wenn der Zahnsegmentabschnitt 36a des Schrittschaltzahnrades 36 mit dem Zahnrad 44 kämmt, um dieses zu verdrehen, wird die Antriebskraft weiter über die Zahnr: jer 42, 43 und 41 auf den unteren Hilfswellenabschnitt 56 übertragen, worauf sich dieser zu drehen beginnt. Der obere Hilfswellenabschnitt 5a senkt sich um die Höhe h aufgrund des Gewichtes des Manipulatorarmes 8 bzw. der Expansionskraft der Schraubendruckfeder 72, wodurch die Berg- und Talbereiche der beiden Nockenflächen 27 und 28 in Eingriff miteinander kommen. Die Zahl der Zähne in jedem Zahnsegmentabschnitt 36a, 366 und 36c ist so gewählt, daß nach einer Drehung des unteren Hilfswellenabschnittes 56 um 180° das Zahnrad 44 und der Zahnsegmentabschnitt 36a außer Eingriff kommen. Während das Zahnrad 44 mit dem Zahnsegmentabschnitt 36a kämmt, rollt das Stiftsperrad 51 mit einer konvexen Nockenfläche 51a an einer konkaven Nockenfläche 35a des Nockenkranzes

35 ab, um einen Gleichlauf mit den ineinandergreifenden Zahnrädern 36a und 44 zu erreichen und letzteres am Freilaufen zu hindern(Fig.4).

(2) Bei weiterer Drehung des Schrittschaltzahnrades

36 kommt dessen Zahnsegmentabschnitt 366 mit dem Zahnrad 40 in Eingriff. Bei dessen Drehung wird die Antriebskraft über die Zahnräder 38, 39 und 37 auf den mit der Steuerwelle 21 drehfest verbundenen Wellenstumpf 25 übertragen. Dabei rollt gleichzeitig eine konvexe Nockenfläche 50a des Stiftsperrades 50 auf einer konkaven Nockenfläche 356 des Nockenkranzes 35 ab. Die Steuerwelle 21 wird aufgrund der Keilverzahnung mit dem Wellenstumpf 25 bei dessen Drehung ebenfalls gedreht. Der am oberen Ende der Steuerwelle 21 exzentrisch angeordnete Stift 23 bewirkt eine Verschiebung der die Öffnungs- und Schiießkraft übertragenden Schubstange 19 in F i g. 1 nach links. Der Stößel 15 zum Öffnen und Schließen der Greiffinger 12 folgt der Bewegung der Schubstange 19 und verschwenkt dabei die mit ihren kurzen Schenkeln 12a mit dem Stößel 15 verbundenen Greiffinger 12 in ihre Schließstellung. In dieser Schließstellung halten die Greiffinger 12 das Werkstück 14 klemmend fest das relativ zu den Greiffingern 12 in eine Stellung gebracht wurde, die in F i g. 1 durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Gleichzeitig mit dem Klemmgriff kommen das Zahnrad 40 und der Zahnsegmentabschnitt 366 außer Eingriff.

(3) Bei einer weiteren Drehung des Schrittschaltzahnrades 36 tritt dessen Zahnsegmentabschnitt 36c in Eingriff mit dem Zahnrad 44, wodurch die Antriebskraft über die Zahnräder 42, 43 und 41 auf den unteren Hilfswellenabschnitt 56 übertragen wird. Dessen Drehung verursacht ein Anheben des oberen Hilfswellenabschnittes 5a um den Betrag h aufgrund der sich gegeneinander verschiebenden Nockenflächen 27 und 28. Das bedeutet, daß der Manipulatorarm angehoben wird, während die Greiffinger 12 das Werkstück 14 klemmend festhalten. Gleichzeitig geraten nach einer Drehung des unteren Hilfswellenabschnittes 56 um 180° der Zahnsegmentabschnitt 36c und das Zahnrad 44 außer Eingriff. Während das Zahnsegment 36c und das Zahnrad 44 in Eingriff miteinander stehen, rollt eine konvexe Nockenfläche 516 des Stiftsperrades 51 auf einer konkaven Nockenfläche 35c des Nockenkranzes 35 ab.

(4) Nach Vollendung der vorstehend beschriebenen drei Arbeitsschritte 1, 2 und 3 kommt die Endfläche 52a (Fig. 5) der ringförmig gekrümmten Nut 52 in dem Schneckenzahnrad 35 zur Anlage an dem Sperrelement 53 der Hauptwelle 4. Aufgrunddessen drehen sich die Hauptwelle 4, die an dem mit der Hauptwelle 4 einstückig ausgebildeten Lagerrahmen 49 gelagerten Zahnrädert und die mit der Hauptwelle 4 durch eine Sperre verbundene Hilfswelle 5 zusammen mit dem Schneckenzahnrad 34 im Gegenuhrzeigersinn. Dadurch wird der Manipulatorarm verdreht, während die Greiffinger 12 das Werkstück 14 klemmend festhalten. Der Drehung der Hauptwelle 4 folgend dreht sich auch die Kreisscheibe 56 so lange, bis die vordere Anschlagfläche des Positionsanzeigeelements 62 zur Feststellung des Endpunktes der Vorwärtsbewegung des Manipulatorarmes 8 an dem Endanschlag 64 anschlägt. Das bedeutet, daß sich die Kreisscheibe 56 um etwa 165° gedreht hat. Sobald das Posilionsanzeigeelement 62 an dem Endanschlag 64 anschlägt, wird der Endschalter 68 zur Auslösung der Rückwärtsdrehung des umschaltbaren Elektromotors 30 durch den Ferritstift 70 an dem Positionsanzeigeelement 62 betätigt. Dadurch wird die Vorwärtsdrehung des Elektromotors 30 beendet und dieser beginnt sich in der Gegenrichtung zu drehen.

(5) Bei einer gegenläufigen Drehung des umschaltbaren Elektromotors 30 laufen die oben beschriebenen Arbeitsschritte 1, 2 und 3 in umgekehrter Reihenfolge ab. Im einzelnen bedeutet das, daß bei Eingriff des Zahnsegmentes 36c des Schrittschaltzahnrades 36 mit dem Zahnrad 44 der Manipulatorarm 8 abgesenkt wird. Danach gelangt das Zahnsegment 366 mit dem Zahnrad 40 in Eingriff, wodurch die Greiffinger 12 in ihrer Öffnungstellung verschwenkt werden und das Werkstück 14 freigeben. Daraufhin wird bei Eingriff des Zahnsegmentes 36s mit dem Zahnrad 44 der Manipulatorarm 8 angehoben. Das Schneckenzahnrad 34 dreht sich so lange, bis es mit der die Nut 52 in dem Schneckenzahnrad 34 begrenzenden Anschlagfläche 526 an dem mit der Hauptwelle 4 verbundenen Sperrelement 53 anstößt Dann drehen sich die Hauptwelle, der Manipulatorarm 8 und die in dem Lagerrahmen 49 gelagerten Zahnräder gemeinsam wieder im Uhrzeigersinn. Sobald das Positionsanzeigeelement 63 an dem Anschlag 65 anschlägt, d. h., wenn die gesamte Vorrichtung in den in der F i g. 1 dargestellten und eingangs beschriebenen Anfangszustand zurückkehrt, wird der die Vorwärtsdrehung auslösende Endschalter 69 durch den Ferritstift 71 betätigt Dadurch wird die Rückdrehung des Elektromotors 30 beendet und dieser gleichzeitig wieder auf Vorwärtsdrehung umgeschaltet Danach wiederholen sich die

vorstehend beschriebenen Arbeitsabläufe.

Die Endschalter 68 und 69 sind so gebaut, daß sie sofort in ihren Ruhezustand zurückkehren, wenn die Positionsanzeigeelemente 62 bzw. 63 sich nicht in den entsprechenden Schaltstellungen befinden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann der exzentrisch angeordnete Stift 23 auch direkt mit dem das öffnen und Schließen der Greiffinger 12 bewirkenden Stößel 15 verbunden sein.

Es kann ferner eine in den Figuren nicht dargestellte Brems- oder Rückhaltevorrichtung, wie beispielsweise eine Rastvorrichtung, an den einander zugekehrten Flächen des Positionsanzeigeelements 62 und des Endanschlages 64 oder an irgendeiner anderen geeigneten Stelle vorgesehen sein. Diese Rückhalteeinrichtung soll bewirken, daß beim Anschlag des Fositiorisanzeigeelemenls 62 an dem Endanschlag 64 ersteres zeitweilig in seiner Anschlagposition zurückgehalten wird, bis es sich wieder weiterdreht. Eine entsprechende Einrichtung kann zwischen dem Positionsanzeigeelement 63 und dem Endanschlag 65 vorgesehen sein, um am Ende der Rückdrehung ebenfalls das Positionsanzeigeelement 63 zeitweise festzuhalten.

Die Fig.7 bis 9 zeigen eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators, indem dieser so ausgebildet ist, daß die Greifeinrichtung nach der Drehung des Manipulatorarmes ihrerseits gedreht werden kann.

Wie man aus der Darstellung der Fig. 7 und 8 erkennen kann, ist eine um die Achse der Hauptwelle 4 gekrümmte Zahnstange 73 an der Oberfläche la des Gehäuses 1 befestigt. Ein an dem Basisteil 11a der Greifvorrichtung ausgebildeter Zahnkranz 74 kämmt mit der Zahnstange 73. Das Basisteil 11a ist mittels Lagerringen 75 auf dem Manipulatorarm 8a relativ zu diesem frei drehbar gelagert. Die Verbindung zwischen zwei Greiffingern 12cund einem Stößel 15a zum Öffnen und Schließen der Greifeinrichtung ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Die Greiffinger 12c sind über eine Trägerplatte 76 mit dem Basisteil 11a verbunden.

in Fig.9 erkennt man eine an der Innenumfangsfläche des Basisteiles Ua ausgebildete gekrümmte Nut 77, die sich etwa über 180° des Kreiswinkels erstreckt. In die Nut 77 ist eine Walze 78 eingesetzt, die gleichzeitig in einer konkaven Vertiefung in der Außenumfangsfläche des Manipulatorarmes 8a liegt. An einer der Walze 78 gegenüberliegenden Stelle ist eine Kugel 80 angeordnet, welche durch eine Schraubendruckfeder 79 gegen die Außenumfangsfläche des Manipulatorarmes 8a gespannt ist. Ein Schraubbolzen 81 verhindert, daß die Kugel 80 und die Schraubsndruckfeder 79 aus der Bohrung in dem Bauteil 11a herausgleiten können, in dem sie gelagert sind. An einander diametral gegenüberliegenden Stellen in der Außenumfangsfläche des Manipulatorarmes 8a sind konkave Rastmulden 82, 83 vorgesehen, wobei die Verbindungslinie zwischen den beiden Rastmulden 82 und 83 im wesentlichen senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen der Walze 78 und der Kugel 80 verläuft Wenn sich die Greifeinrichtung beispielsweise um 90° im Gegenuhrzeigersinn aus der in Fig.9 dargestellten Stellung dreht, stößt die eine Endfläche 77a der gekrümmte Nut 77 an der Walze 78 an und gleichzeitig rastet die Kugel 80 in die Rastmulde 82 in der Außenumfangsfläche des Manipulatorarmes 8a ein. Dadurch wird die Drehung der Greifeinrichtung gestoppt

Im folgenden werden die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung des umschaltbaren Elektromotors 30 anhand des in Fig. 10 dargestellten Schaltkreises erläutert.

a) Vorwärtsdrehung des Elektromotors

Wenn der Hauptschalter SW-X geschlossen wird, gefolgt von dem Schließen eines Anlasserschalters SW-2, werden ein Signal von einem Inverter //VK-I und von einem die Vorwärtsdrehung auslösenden Endschalter 69 auf ein UND-Glied UND-\ als Eingangssignale gegeben. Als Folge des Schließens der Schalter SlV-I, SW-2 und des Endschalters 69 wird ein Reed-Relais in den aus dem UND-Glied UND-X, dem Speicherglied SP-I, dem ODER-Glied OR-X, dem NAND-Glied NAND-I, dem Inverter INV-6, dem integrierten Schaltkreis A und dem inverter lNV-7 bestehenden Schaltkreis geschlossen. Dadurch werden die Doppelweg-Thyristortrioden (TRIAC) TA-\ und TA-3 leitend, und der Motor 30 dreht sich in Vorwärtsrichtung. Das bedeutet, daß auch der Arm 8 in Vorwärtsrichtung bewegt wird.

Sobald das Positionsanzeigeelement 62 am Ende der Vorwärtsbewegung mit dem Anschlag 64 in Berührung tritt, wird ein Ausgangssignal von dem Endschalter 68 zum Umschalten der Drehrichtung des Elektromotors 30 als Eingangssignal auf ein UND-Glied UND-3 gegeben. Durch dieses Eingangssignal wird das Speicherglied SP-I in dem das UND-Glied AN-3, ein Speicherglied SP-2, ein UND-Glied UND-2, ein ODER-Glied OR-3 und das Speicherglied SP-I umfassenden Schallkreis gelöscht, wodurch der Elektromotor 30 seine Vorwärtsdrehbewegung beendet.

b) Rückwärtsdrehung des Elektromotors 30

In dem das Speicherglied SP-2, ein ODER-Glied OR-2, ein NAND-Glied NAND-2, einen Inverter /yW-8, einen integrierten Baustein ßund einen Inverter INV-9 umfassenden Schaltkreis wird ein Reed-Relais geschlossen, wodurch die Doppelwegthyristortrioden TA-2 und TA-4 leitend werden und der Elektromotor 30 sich in Gegenrichtung dreht. Das bedeutet, daß der Manipulatorarm sich in Richtung seiner Rückkehrbewegung zu drehen beginnt.
Sobald am Ende der Rückdrehbewegung das Positionsanzeigeelement 63 den Endanschlag 65 berührt, wird ein Ausgangssignal von dem die Vorwärtsdrehung auslösenden Endschalter 69 als Eingangssignal auf ein ODER-Glied OR-4 gegeben, wodurch das Speicherglied SP-2 durch ein Ausgangssignal von dem ODER-Glied OR-4 gelöscht wird und der Elektromotor 30 seine Rückdrehbewegung beendet. Nach Beendigung der Rückdrchbcwcgung des Elektromotors 30 wird der Anlasserschalter 2 geöffnet und der Manipulator hat einen Arbeitszyklus vollendet. Der oben beschriebene Arbeitszyklus kann selbsttätig und kontinuierlich wiederholt werden, wenn der Anlasserschalter SlV-2 geschlossen gehalten wird.

Im übrigen dienen die Eingangsanschlüsse a, b und c an dem ODER-Glied OR-3, dem ODER-Glied OR-4 und dem NAND-Glied NAND-2 als Steckanschlüsse für den umschaltbaren Elektromotor 30. Ebenso dienen die Anschlüsse i/und Ader ODER-Glieder OR-X bzw. OR-2 als Anschlußklemmen für eine willkürliche Änderung der Drehrichtung des Elektromotors in Vorwärtsrichtung bzw. in Rückwärtsrichtung. Die Bezugszeichen f, g und h bezeichnen die Anschlußklemmen für eine Wechselspannungsquelle.
Der erfindungsgemäße Manipulator kann für die

verschiedensten Aufgaben eingesetzt werden. Dabei werden für einen Arbeitszyklus, der die oben beschriebenen Arbeitsschritte 1 bis 5 umfaßt, nur zwei Sekunden benötigt.

Alle mechanischen Teile des Antriebssystems mit Ausnahme des Motors sind in dem Gehäuse untergebracht, wodurch der Manipulator eine einfache und kompakte äußere Gestalt zeigt. Dadurch ist der erfindungsgemäße Manipulator besonders dazu geeig-

net, in der Nähe anderer Maschinen und Einrichtungen installiert zu werden. E'as Gehäuse dient auch dazu, das in ihm eingeschlossene Antriebssystem gegen Verschmutzung durch Späne, Staub oder andere verunreinigende Substanzen zu schützen. Sofern sich dies als notwendig erweisen sollte, können auch die aus dem Gehäuse herausragenden Teile noch durch balgartige Schutzhüllen gegen Verschmutzung geschützt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

30 Patentansprüche:

1. Manipulator mit einem Gehäuse, mit einer in diesem verdrehbar gelagerten, vertikalen Hauptwel-Ie, mit der ein relativ zum Gehäuse höhenverschiebbarer, horizontaler Manipulatorarm mit einer Greifeinrichtung verbunden ist,dadurch gekennzeichnet,