DE2855132C3 - Handhabungseinrichtung - Google Patents

Description

vorbekannter Konstruktionen, nämlich, daß der Arm durch die Masse der Antriebsorgane belastet wird.

Durch die US-PS 36 30 389 ist ebenfalls ein dreigliedriger Manipulatorarm bekannt, der je ein Hebelparallelogramm für das erste und das zweite Glied aufweist. Zwei Hebel des ersten Hebelparallelogramms besitzen die gleiche Drehachse am Support, wobei je ein am Support befestigtes Antriebsorgan auf einen solchen Hebel einwirkt Das Antriebsorgan für das dritte Glied ist jedoch an einem Hebel des Hebelparallelogramms für das zweXe Glied angeordnet und belastet somit den Manipulatorarm erheblich.

Durch die DE-OS 24 52 345 ist ein Handhabungsautomat mit drei Gliedern bekannt geworden, deren Antriebsmotoren alle im Umfangsbereich eines Turmes liegen, wobei die Kraft über Spindeln und Ketten auf die Glieder übertragen wird. Ein Kettenantrieb weist jedoch nur eine relativ geringe Präzision auf, so daß der Anwendungsbereich des beschriebenen Handhabungsautomaten auf Gebiete, wie z. B. die Automobilindustrie, beschränkt bleibt, wo eine relativ kleine Positionierungsgenauigkeit vielfach noch geduldet werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabungseinrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß sie eine hohe Positioniergenauigkeit und eine hohe Positioniergeschwindigkeit ermöglicht, jedoch im Aufbau einfach und im Betrieb versatil ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das dritte Glied Teil des zweiten Hebelparallelogramms bildet, daß ein Hebelwerk mit zwei gelenkig miteinander verbundenen Hebeln vorge sehen ist, von denen einer mit dem Support und der andere mit einem Glied des zweiten Hebelparallelogramms gelenkig verbunden ist, und daß das dritte Antriebsorgan ebenfalls auf dem Support gelagert und mit dem mit dem Support gelenkig verbundenen Hebel in Wirkverbindung steht. Bei dieser Ausbildung sind nicht nur alle Antriebsorgane auf dem Support angeordnet, sondern der Antrieb kann für alle drei Glieder über Hebel erfolgen, was eine hohe Positioniergenauigkeit ermöglicht.

Als Antriebsorgane eignen sich vorteilhaft Schritlschaltmotoren. Dabei wird vorteilhaft dafür gesorgt, daß das am Support angelenkte erste Glied und ein ebenfalls am Support angelenktes Glied des ersten Hebelparallelogramms ein Zahnradsegment aufweisen, in dessen Zähne ein Ritzel des ersten, bzw. des zweiten Antriebsorgans eingreifen. Dabei kann auf jedem Zahnradsegment ein zweites Zahnradsegment vorgesehen sein, das um seine Drehachse relativ zum ersten Zahnradsegment durch Federkraft verschiebbar ist, um eine spielfreie Kraftübertragung in beiden Richtungen zu gestatten.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Handhabungseinrichtung bestehend aus einem drehbaren Träger und einem dreigliedrigen Hebelsystern mit einem Greifer,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Handhabungseinrichtung,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung der Handhabungseinrichtung,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung wie in F i g. 3, wobei jedoch einige Teile weggelassen sind, um andere Teile sichtbar zu machen.

Fig.5 eine perspektivische Darstellung, welche die Handhabungseinrichtung von einer anderen Seite zeigt als die F i g. 3 und 4, wobei aber wiederum einige Teile weggelassen sind und

F i g. 6 eine Ansicht der Handhabungseinrichtung von der gleichen Seite wie in Fig.6, jedoch nicht in perspektivischer Darstellung.

Bei der bekannten Handhabungseinrichtung, welche in Fi g. 1 schematisch dargestellt ist, ist ein Greifarm 10 bestehend aus den drei Gliedern 11,13 und 15 gelenkig mit einem Support 117 verbunden, der seinerseits in einem Träger 19 drehbar ist. Am Ende des Greifarms 10 befindet sich ein Greifer 21. Um das Glied 11 um die Drehachse 23 zu verschwenken, ist ein hydraulischer Zylinder 25 auf dem Support 17 vorgesehen. Zur Verschwenkung der Glieder 13 und 15 befinden sich entsprechende hydraulische Zylinder 27 und 29 auf den Gliedern 11 und 13. Die Nachteile dieser Ausführung sind bereits einleitend erwähnt worden.

Bei der in F i g. 2 schematisch dargestellten Handhabungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Greifarm analog zu jenem in Fig. 1 aufgebaut. Das erste, zweite und dritte Glied 11,13 und 15 bilden aber Teile von zwei HebelparaUelogrammen 31 und 33. Die Hebelparallelogramme 31 und 33 weisen ein gemeinsames Glied 35 auf.

Das Hebelparallelogramm 31 besitzt außer den Gliedern 11 und 35 noch die Glieder 37 und 39. Das zweite Hebelparallelogramm 33 besitzt außer den Gliedern 13, 15 und 35 noch das Glied 41. Ein Höhenhebelwerk 43 bestehend aus den Hebeln 45 und 47 ist vorgesehen, um die Höhe des Greifers 21 festzulegen. Mit dem Neigungshebel 37 kann die Neigung des Greifers 21 eingestellt werden. Sämtliche Drehachsen 51 bis 61 des Hebelsystems sind parallel zueinander angeordnet. Auf dem Support 17 sind drei Antriebsorgane in Form von Schrittschaltmotoren 63, 65 und 67 angeordnet, deren Antriebsritzel 64,66 und 68 über Zahnsegmente 69, 71 und 73 auf die Glieder 11, 37 und 45 einwirken. In gewissen Fällen, wenn nicht gewünscht wird, den Greifer 21 in verschiedene Höhenlagen zu bringen, könnte der Hebel 45 starr mit dem Support 17 werden, in welchem Falle natürlich auch der Schrittschaltmotor 67 wegfallen könnte. Dies gilt nur für einen bestimmten Bewegungsbereich des Hebels 45. Dieser Bereich wird durch den mittleren Bereich des Bewegungsfeldes vom Hebel 45 gebildet. Wenn keine Neigungsverschiebung des Greifers gewünscht wird, könnte der Hebel 37 starr mit dem Support 17 verbunden werden, wobei dann auf den Schrittmotor 65 verzichtet werden könnte.

Auf dem Träger 19 ist ein weiterer Schrittschaltmotor 75 angebracht, dessen Antriebsritzel 76 ein Zahnrad oder Zahnsegment 77 antreiben kann, um den Support 17 mit dem daran angeordneten Greifarm zu drehen.

Eine praktische Ausführungsform der in Fig.2 schematisch dargestellten Handhabungseinrichtung ist aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich. In diesen Figuren sind gleiche Teile oder Baugruppen wiederum mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Support 17 weist einen im Träger 19 drehbar befestigten Block 17a auf. Auf der einen Seite des Blocks 17a ist mittels der Distanzbolzen 17b eine Platine 17c befestigt, auf welcher die Schrittschaltmotoren 63 und 65 angeordnet sind (F i g. 3). Auf der anderen Seite des Blocks 17a ist ebenfalls mittels Distanzbolzen (nicht gezeigt, aber in Fig.6 sind die Befestigungsschrauben 17c/sichtbar) eine Platine 17e befestigt. Auf dieser ist der

Schrittschaltmotor 67 angebracht.

Das Ritzel 64 (Fig.5) des Schrittschaltmotors 63 greift in das Zahnsegment 69 ein, das über eine im Block 17a gelagerte Welle (nicht sichtbar), deren Drehachse mit 51 (vgl. Fig.2) bezeichnet ist, mit dem Glied 11' verbunden ist. Das Zahnsegment 69 und das Glied 1Γ sind ferner dwrch einen Bolzen (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Auf diese Weise bilden die Teile 69 und 11' ein dem Hebelglied von Fig. 2 entsprechendes Hebelglied, das aber zwei parallele, durch einen Bolzen miteinander verbundene Arme aufweist. Der Bolzen 52' bildet die Drehachse 52, auf welchen die Hebel 35' und 35", die dem Hebel 35 von Fig. 2 entsprechen, fest miteinander verbindet. Bei dieser Ausführungsform ist also das Hebelglied 35 von F i g. 2 durch zwei in Abstand voneinander angeordnete Hebe! 35' und 35" ersetzt. Die Hebel 35' und 35" sind ferner durch den Bolzen 56' verbunden, der zugleich als Drehachse 56 für die beiden parallel in Abstand voneinander angeordneten Hebel 13' und 13" dient, die dem Hebelglied 13 von Fig.2 entsprechen. Zwischen den Hebeln 13' und 13" ist an deren unteren Ende die Welle 57' gelagert. Ihre Drehachse 57 entspricht ebenfalls jener von F i g. 2. Die Welle 57' besitzt ein Lager 57" zur Aufnahme einer drehbaren Spindel 15'. Fest verbunden und dem Lager 57" ist der Hebelarm 15". Die Spindel 15' und der Hebelarm 15" entsprechen dem Hebelglied 15 von Fig.2, das um die Achse 57 drehbar ist. Am Ende der Spindel befindet sich der Greifer 21 (F ig. 2,6).

Das Ritzel 66 des Schrittschaltmotors 65 greift in das Zahnsegment 71 ein, das zugleich den Hebel 37 bildet, der auf der Achse 51 di ehbar gelagert ist. An dem Hebel 37 ist der Hebel 39 bei 54 angelenkt. Der Hebel 39 ist mit dem Hebel 35" bei 53 drehbar verbunden.

Das erste Parallelogramm 33 (F i g. 2) besteht bei der beschriebenen Ausführungsform (F i g. 3 bis 6) aus den parallel angeordneten Teilen 69 und 11', den parallel angeordneten Teilen 35' und 35" und den Hebelgliedern 37 und 39. Der Hebe] 35 von Fig.2 weist vier Drehachsen 52, 53,55 und 56 auf. Bei der Beschreibung des Ausführjngsbeispiels gemäß den F i g. 3 bis 6 sind bereits die entsprechenden Drehachsen 52, 53 und 56 erwähnt worden. Bei 55 ist nun am Hebel 35" Hebelglied 41 angelenkt, der seinerseits bei 58 an den Hebel 15" angelenkt ist

Das zweite Parallelogramm 3 (F i g. 2) besteht also bei der beschriebenen Ausführungsform (Fig.3—6) aus den parallelen Teilen 13' und 13", den miteinander verbundenen Teilen 15", 57' und 57", den miteinander verbundenen Hebeln 35' und 35" und dem Hebelglied 41. Das Ritzel 68 des Schrittschaltmotors 67 greift in das Zahnsegment 73 ein (Fig. 4), das zugleich das Hebelglied 45 bildet. Dieses ist bei 59 drehbar.

Es ist bereits vorher erwähnt worden, daß die Spindel 15' in einem Lager 57" drehbar ist. Diese Spindel kann von einem Schrittschaltmotor 111 angetrieben werden. Dies erfolgt über einen Zahnriemen 113(Fi g. 4), einem weiteren, nicht eingezeichneten Zahnriemen, der eine nicht eingezeichnete Schnecke antreibt, die in das Schneckenrad 115 der Spindel 15' eingreift.

ίο Die Programmierung der Handhabungseinrichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann man vorteilhaft an einer Handhabungseinrichlung anstelle der Antriebsorgane Inkremenialgeber anbringen. Die Handhabungseinrichtung kann dann von Hand betätigt werden, um die gewünschten Operationen durchzuführen, wobei die Signale der Inkrementalgeber gespeichert werden (z. B. auf Magnetband). Dieser Datenspeicher kann dann abgefragt werden, um eine mit Antriebsorganen ausgestattete Handhabungseinrichtung so zu steuern, daß sie die vorher ausgeführten Bewegungen automatisch wiederholt. Wenn diese Art von Programmierung zur Handhabung von kleinen Teilen verwendet wird, könnten aber Schwierigkeiten entstehen, weil sehr kleine Bewegungen ausgeführt werden müssen. In solchen Fällen empfiehlt es sich, eine mit Antnebsorganen ausgerüstete Handhabungseinrichtung mit einer mit Inkrementalgebern ausgerüsteten Handhabungseinrichtung, die in vergrößertem Maßstab, z. B. fünfmal größer, gebaut wurde, elektrisch zu kuppeln, so daß die kleinere Einrichtung die Bewegungen der größeren Einrichtung getreu, aber in verkleinertem Maßstab ausführt, wobei wiederum die Signale der Inkrementalgeber gespeichert werden. Dieser Speicher kann dann wiederum abgefragt werden, um eine Handhabungseinrichtung so zu steuern, daß die registrierten Bewegungen automatisch wiederholt werden.

Zusammenfassung (F i g. 2)

Eine Handhabungseinrichtung weist zwei Hebelparallelogramme 31 und 33 auf, die ein gemeinsames Glied 35 aufweisen und von einem Support 17 getragen werden. Vom Support 17 wird ferner ein Höhenhebelwerk 43 getragen. Die Antriebsorgane 63,65,67 für die Hebelparallelogramme und das Höhenhebelwerk befinden sich alle auf dem Support 17, so daß sie die Hebel nicht mit ihrem Gewicht belasten. Der Support selbst kann durch ein weiteres Antriebsorgan 75 um eine Achse verschwenkt werden. Die Handhabungseinrichtung, deren gewegte Massen relativ klein sind, ist besonders zur präzisen und raschen Handhabung von Uhrenteilen geeignet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !. Handhabungseinrichtung mit einem an einem Support angeordneten gelenkigen Arm bestehend aus einem Hebelsystem mit mindestens einem ersten, zweiten und dritten Glied, und einem ersten, zweiten und dritten Antriebsorgan und mindestens einem am dritten Glied angeordneten Greifer oder Werkzeug, wobei das erste Glied Teil eines ersten Hebelparallelogramms bildet und das zweite Glied Teil eines zweiten Hebelparallelogramms bildet und zwei Hebel des ersten Parallelogramms die gleiche Drehachse am Support besitzen und mit dem entsprechenden auf dem Support gelagerten ersten bzw. zweiten Antriebsorgan in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Glied (15) Teil des zweiten Hebelparallelogramms (33) bildet, daß ein Hebelwerk (43) mit zwei gelenkig miteinander verbundenen Hebeln (45, 47) vorgesehen ist, von denen einer mit dem Support (17) und der andere mit einem Glied (13) des zweiten Hebelparallelogramms (33) gelenkig verbunden ist, und daß das dritte Antriebsorgan (67) ebenfalls auf dem Support (17) gelagert und mit dem mit dem Support (17) gelenkig verbundenen Hebel (45) in Wirkverbindung steht.
2. 2. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Antriebsorgan (63,65,67,75) ein Schrittschaltmotor ist.
3. 3. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das am Support (17) angelenkte erste Glied (11) und ein ebenfalls am Support (17) angolenktes Glied (37) des ersten Hebelparallelogramms (31) je ein Zahnradsegment (69, 71) aufweisen, in dessen Zähne ein Ritzel des ersten, bzw. zweiten Antriebsorgans (63, 65) eingreift.
4. 4. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am Support (17) angelenkte Hebel (45) ein Zahnradsegment (73) aufweist, in dessen Zähne ein Ritzel des dritten Antriebsorgans (67) eingreift.
5. 5. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Zahnradsegment (69, 71, 73) ein zweites Zahnradsegment vorgesehen ist, das um seine Drehachse relativ zum ersten Zahnradsegment durch Federkraft verschiebbar ist, um eine spielfreie Kraftübertragung in beiden Richtungen zu gestatten.
6. 6. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Glied aus zwei in Abstand voneinander angeordneten Teilen besteht, zwischen denen das dritte Glied angeordnet ist.
7. 7. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Support drehbar oder verschwenkbar in einem Träger (19) gelagert ist, und daß ein viertes Antriebsorgan (75) vorgesehen ist, um den Support (17) in eine vorbestimmte Lage zu bewegen.
8. 8. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (49) durch ein auf dem Support (17) angeordnetes, fünftes Antriebsorgan über ein Zahnriemengetriebe rotierbar ist.

   Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung, mit einem an einem Support angeordneten gelenkigen Arm bestehend aus einem Hebelsystem mit mindestens einem ersten, zweiten und dritten Glied, und einem ersten, zweiten und dritten Antriebsorgan und mindestens einem am dritten Glied angeordneten Greifer oder Werkzeug, wobei das erste Glied Teil eines ersten Hebelparallelogramms bildet und das zweite Glied Teil eines zweiten Hebelparallelogramms bildet und zwei Hebel des ersten Parallelogramms die gleiche Drehachse am Support besitzen und mit dem entsprechenden auf dem Support gelagerten ersten bzw. zweiten Antriebsorgan in Wirkverbindung stehen.
   Arbeitskräftemangel, steigende Lohnkosten und der Zwang zu höherer Produktivität haben zur Entwicklung von Industrie-Manipulatoren geführt; sie sind in mehreren Bewegungsachsen frei programmierbare, mit einem Greifer oder mit einem Werkzeug ausgerüstete automatische Handhabungseinrichtungen.

   Der Mensch besitzt in seinem Arm eine Greifeinrichtung, deren Fähigkeiten durch mechanische Einrichtungen nur unvollkommen nachgeahmt werden kann. Dennoch besteht für den Bau von Handhabungseinrichtungen der Wunsch, mit ihnen Bewegungen ausführen zu können, wie sie auch der Mensch mit Arm und Hand ausführen kann. In gewissen Fällen wird auch versucht, eine Handhabungseinrichtung so auszubilden, daß sie sich zur Durchführung von Aufgaben eignet, die der Mensch nur mit Schwierigkeiten ausführen kann. Ein Beispiel dafür sind Bewegungen, die mit großer Präzision wiederholt werden müssen.

   Eine bekannte Handhabungseinrichtung weist einen auf einem Träger drehbaren Support auf. an welchem ein Hebelsystem mit drei gelenkig miteinander verbundenen Gliedern angeordnet ist, wobei sich am Ende des letzten Gliedes ein Greifer oder ein Werkzeug befindet. Die Bewegung des Greifers innerhalb einer beispielsweise senkrechten Fläche erfolgt mittels drei Antriebsorganen, wobei sich das Antriebsorgan für das erste Glied auf dem Support, das Antriebsorgan für das zweite Glied auf dem ersten Glied und das Antriebsorgan für das dritte Glied auf dem zweiten Glied befindet. Ein viertes Antriebsorgan ermöglicht noch die Schwenkung des Hebelsystems um eine in der Regel senkrechte Achse. Diese Handhabungseinrichtung ist sehr schwerfällig im Betrieb, weil das Hebelsystem auch die Massen der Antriebsorgane tragen muß. Infolge des Gewichts der Antriebsorgane besteht auch die Tendenz zum Durchbiegen, was die Positioniergenauigkeit erheblich beeinträchtigt. Es können keine hohe Posilioniergeschwindigkeiten erzielt werden, weil die Masse der zu beschleunigenden Teile groß ist, wobei auch die Gefahr von unerwünschten Schwingungen besteht (US-PS 37 92 782).

   Durch die US-PS 37 03 968 ist ein Manipulatorarm bekannt geworden, der drei gelenkige Glieder aufweist, wobei das erste Glied Teil eines ersten Hebelparallelogramms und das zweite und dritte Glied Teile eines zweiten Hebelparallelogramms bilden. Ein Antriebsorgan, das am ersten Glied befestigt ist und auf das zweite Glied einwirkt, dient dazu, das zweite Glied in bezug auf das erste Glied zu bewegen. Ein zweites Antriebsorgan, das am Support gelenkig befestigt ist und über ein Hebeltrapez auf das zweite Glied einwirkt, dient dazu, das erste und das zweite Glied zusammen in bezug auf den Support zu verschwenken. Ein drittes Antriebsorgan für das dritte Glied ist nicht vorgesehen. Diese Ausgestaltung des Armes besitzt ebenfalls den Nachteil