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IndustriEroboter mit einem Steuersystem
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Durch das schwedische Patent 379 665 ist ein Industrieroboter oder
ein sogenannter Manipulator vorbekannt, der dazu vorgesehen ist, mit Hilfe eines
Steuerprogrammes automatisch ein Beuiegungsmuster zu wiederholen, das der Roboter
in manueller Betätigung einmal durchgeführt hat.
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Er ist in erster Linie für Oberflächenbeschichtung vorgesehen, kann
jedoch ebenso für andere Zwecke verwendet werden, wie z.B. Polieren, Schleifen od.
dgl., sowie bei
allen Vorgängen, wo ein Bewegungsmuster in identischer
Weise und mehrmals wiederholt werden soll.
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Das "Einlernen" des Bewegungsablaufes wird dadurch bewirkt, dass die
Werkzeugaufnahme des Roboters und damit alle beweglichen Teile des Roboters manuell
über das Bewegungsmuster geführt werden.
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Die Werkzeugaufnahme, die mit einer sogenannten Hand bewehrt ist,
vermag drei Bewegungen auszuführen (Schwenken in zwei unterschiedlichen, rechtwinklig
zueinander stehenden Ebenen sowie eine Drehbewegung, die die Bewegungsmöglichkeiten
der menschlichen Hand nachahmen). Das Werkzeug, z.B. eine Spritzpistole, ist an
der Werkzeugaufnahme befestigt. Die genaue Bauart der wHand" ist nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung und wird folglich hier nicht näher beschrieben.
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Wenn der Roboter programmiert werden soll, z.B. zum Spritzlackieren,
bewegt der Spritzlackieren die Pistole während des Lackierens des Gegenstandes in
dem gewünschten Bewegungsmuster, während welchen Vorgangs die Bewegung der "Hand"
und des Hebelsystemes in einem Speicher des Steuersystemes festgehalten werden.
Danach ist es möglich, gleichartige Artikel mit Hilfe des auf diese Weise programmierten
Steuersystems automatisch zu lackieren.
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Um zu verhindern, dass die Arbeit der Bedienungsperson während des
Programmiervorganges durch das hohe Gewicht, das bewegt werden muss und durch den
Bewegungswiderstand in dem Hebelsystem selbst unnötig gestört und behindert
wird,
muss das Gewicht desselben ausgeglichen und der Bewegungswiderstand in den Verbindungs-
und Antriebsmitteln klein gehalten werden. Die Ausbalanzierung des Hebelsystems
wird im vorliegenden Fall durch Federn bewirkt.
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Wenn das so ausbalanzierte Hebelsystem von der Bedienungsperson über
das Bewegungsmuster geführt wird, nehmen auch die Hydraulikzylinder, die das Hebelsystem
während des automatischen AblauFes antreiben, während des Programmiervorganges an
der Bewegung teil.
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Die Verdrängung des Oels in den Zylindern führt einen Reibungswiderstand
mitsich, der dadurch verringert wird, dass die Hydraulikzylinder mit je einem sogenannten
By-pass-Ventil versehen werden, die die hydraulischen Verbindungen zu den verschiedenen
Zylindern während des Programmiervorganges kurzschliessen. Nach dem oben genannten
Patent wurde der Reibungswiderstand ausserdem dadurch verringert, dass die beiden
Kolbenzylinder, die dazu vorgesehen sind, eine Drehbewegung des Kranauslegers gegenüber
der Tragkonsole und die Schwenkbewegung des Schwenkarmes gegenüber dem Kranausleger
zu bewirken, mittels eines Gelenkstücks verbunden sind, das so angeordnet ist, dass
es vom Kranausleger getrennt werden kann, wenn das Steuersystem programmiert werden
soll, und das mit dem Kranausleger wieder verbunden werden kann, wenn der Roboter
in Uebereinstimmung mit dem vorgesehenen Programm seine Arbeit ausführt. Wegen der
Möglichkeit der Trennung des Gelenkteiles von dem Kranausleger wird es möglich,
letzteren abwärts zu bewegen, ohne die Kolben in den zugehörigen Zylindern zu bewegen.
Der Kranausleger und die beiden Kolbenzylinder, die in deren
Verlängerung
angeordnet sind, wirken nach dieser Trennung als zwei parallele Seiten in einem
Bewegungsparallalogramm. Diese Lösung bedeutet jedoch insofern einen Nachteil, da
der Auskupplungsmechanismus dazu beitragen kann, ein gewisses Spiel in seiner Befestigung
hervorzurufen, wenn der Mechanismus nicht ausreichend sorgfältig eingerastet und
verschlossen werden sollte. Ausserdem wird mit dieser Lösung die Herstellung des
Roboters erschwert. Hinzu kommt auch, dass zum Ausbalanzieren des ziemlich schweren
Schwenkarmes mit seiner Werkzeugaufnahme zwei lange, starke Schraubenzugfedern benötigt
werden, die sich in der Längsrichtung des Schwenkarmes erstrecken und dadurch diesen
beträchtlich erschweren. Es wurde daher eine Lösung nachgestrebt, die einen ebenso
kleinen Programmieruriderstand hat, in der jedoch die mechanische Auskupplung nicht
erforderlich ist.
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Ausserdem sollen kleinere Massen angewendet und folglich die Momentbelastungen
verringert werden, um hierdurch die Stabilität und die Reaktionsgeschwindigkeit
des Servosystemes zu verbessern. Für diesen Zweck wurde unter anderem der Kranausleger
wesentlich leichter ausgeformt. Dieses wurde teils dadurch erreicht, dass der Kranausleger
aus Leichtmetall hergestellt wurde und teils dadurch, dass nach der vorliegenden
Erfindung die ziemlich schweren, zum Ausbalanzieren des Kranauslegers vorgesehenen
Federn vom Schwenkarm zur drehbaren Tragkonsole des Roboters verlegt wurden. Die
früheren Zugfedern im Schwenkarm wurden durch zwei Spiralfedern ersetzt, die über
zwei Zugstangen die
notwendige Balanzierkraft zum Schwenkarm überführen.
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Mit dieser Vorrichtung werden die gesammten Massen des Schwenkarmes
und die Momentbelastungen wesentlich verringert. Dieses ist von grösster Bedeutung,
da der Schwenkarm schnelle und grosse Bewegungsänderungen (Beschleunigung, Verzögerung)
ausführt, Dank dem Anordnen der Spiralfedern nahe am Kranfuss, können die Zug federn
oben im Schwenkarm in Fortfall kommen, wodurch die Masse desselben wesentlich verringert
wird. Wenn der Schwenkarm für ein besonderes Arbeitsbereich etwas verkürzt werden
muss, ist diese Abänderung leicht durchführbar, welches jedoch früher aufgrund der
im Schwenkarm angeordneten, längs der gesamten Länge des Armes sich erstreckenden
Zug federn sehr aufwendig war Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor,
von denen Fig. 1 eine teilweise gebrochene Seitenansicht eines Roboters in Uebereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung mit dem Kranausleger in senkrecht stehender Lage
ist, Fig. 2 und 3 zeigen Seitenansichten, ähnlich wie in Fig. 1 mit dem Kranausleger
in einer nach vorne gekippten Lage, bzw. mit dem Schwenkarm, in nach oben gerichteter
Lage, Fig. 4 ist eine Rückansicht des Roboters und Fig. 5 zeigt in grösserem Masstab
einen senkrechten Schnitt durch eine Spiralfeder mit ihr zugeordneten Einzelteilen.
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Der Roboter besteht aus einer drehbaren Tragkonsole 2, die eine Drehbewegung
gegenüber einer Führung ausführen kann, die ein Abstützlager 1 sein kann, wobei
diese Tragkonsole eine horizontale Achswelle 3 aufweist, um die das untere Ende
des Kranauslagers 4 des Roboters drehbar gelagert ist. Um die am oberen Ende des
Kranauslegers 4 gelegene Achswelle 5 ist der Schwenkarm 6 drehbar gelagert, wobei
dieser an seinem äusseren Ende eine Werkzeugaufnahme 7 trägt (in Fig. 1 lediglich
schematiscn in strichpunktierten Linien angedeutet).
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Eine horizontale Achswelle 8 erstreckt sich zwischen den unteren Ankerplatten
9, 10, wobei das untere Ende eines Hydraulikzylinders 12 drehbar an dieser Achswelle
befestigt ist; die Kolbenstange 11 dieses Zylinders ist mit ihrem äusseren (oberen)
Ende 13 mit einer horizontalen Achswelle 14 gelenkig verbunden. Das untere Ende
des Hydraulikzylinders 15 ist an der gleichen Achswelle 14 befestigt, während die
Kolbenstange 16 dieses Zylinders mit ihrem freien (oberen) Ende am hinteren Endbereich
17 des Schwenkarmes 6 gelenkig verbunden ist.
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Die Hydraulik zylinder 12 und 15 sind über Rohrleitungen mit einem
hydraulischen Antrieb verbunden. Zwischen den Verbindungspunkten zu den Zylindern
12 und 15 sind sogenannte By-pass-Ventile 18 bzw. 19 eingesetzt.
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Zwischen Befestigungen 20, 21 am oberen Ende des Kran sau slegers
4 und den Befestigungen 22 bzw. 23 an den Ankerplatten 9 bzw. 10 sind Zug federn
24 bzw. 25
angeordnet, die den Kranausleger 4 ausbalanzieren.
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Für die Ausbalanzierung des Schwenkarmes 6 sind dagegen unten an der
drehbaren Tragkonsole 2 zwei Spiralfedern 26, 27 angeordnet (Fig. 4). Jede der genannten
Spiralfedern 26 ,27 ist mit ihrem äusseren Ende 28 an einem nach aussen gerichteten
Zapfen 29 an jeder Ankerplatte 9, 10 befestigt und mit ihrem inneren Ende 30 (Fig.
5) an einer an einem Endzapfen 31 auf der Achswelle 3 drehbar gelagerten Nabe 32
an einer jede Feder umschliessende Haube 33, 34 befestigt. Diese Haube weist an
ihrer Aussenseite eine Cabelbefestigung 35 auf, die mit einem Befestigungsbolzen
36 verseheh ist, der sich gelenkig durch das untere Ende der Zugstangen 37, 38 erstreckt.
An dem oberen Ende sind die Zugstangen 37, 38 mit je einem Endzapfen 39, 40 an der
Achswelle 5 gelenkig verbunden.
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Zum Programmieren des Roboters, beispielsweise wenn dieser manuell
über das Bewegungsmuster, nach welchem später die Arbeit ausgeführt werden soll,
bewegt wird, ist es, wie oben angedeutet, vorteilhaft, den Bewegungswiderstand und
die Masse der verschiedenen Einzelteilen des Roboters so weit wie möglich herabzusetzen.
Dank der Spiralfedern 26, 27 und der Zugstangen 37, 38 wird der Schwenkarme 6 derart
gut ausbalanziert, dass der Roboter sehr leicht manuell in verschiedene Stellungen
bewegt werden kann. Die Ausbalanzierung wird auch dadurch erleichtert, dass die
für das Hydrauliksystem erforderlichen Servoventile 41, 42, 43 am hinteren Endabschnitt
17 des Schwenkarmes 6 angebracht worden sind.
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Wenn der Schwenkarm 6 nach vorne gekippt wird, werden die Spiralfdern
26, 27 gespannt, um später den Schwenkarm 6 leicht in seine Ausgangsstellung (Fig.
1) zurückführen zu können. Wenn der Schwenkarm 6 schräg nach oben geführt wird (Fig.
3), werden die Spiralfedern 26, 27 entlastet. Der Schwenkarm 6 kann danach durch
sein eigenes Gewicht leicht in seine Ausgangsstellung zurückkehren. Wenn der Kran
ausleger 4 nach vorne verschwenkt wird (Fig. 1), werden die Zugfedern 24, 25 gespannt.
Die Federn führen danach den Kranausleger 4 leicht in seine Ausgangsstellung (Fig.
1) zurück.
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Die verschiedenen Teile des Roboters können baulich in vielfältiger
Weise im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche abgeändert werden. Somit können gemäss
einer anderen Ausführungsform, die Spiralfedern 26, 27 mit ihren äusseren Enden
an der Peripherie der Hauben 33 und mit ihren inneren Enden an den Zapfen 29 befestigt
sein, welche Zapfen dann selbstverständlich in unmittelbarer Nähe der Endzapfen
31 gelegen sein müssen. Die Hydraulikzylinder 16, 15 können auch zwischen der drehbaren
Tragkonsole 2 und dem Schwenkarm 6 angeordnet sein.