DE2905927A1

DE2905927A1 - Manipulator

Info

Publication number: DE2905927A1
Application number: DE19792905927
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Comau SpA
Current assignee: Comau SpA
Priority date: 1978-02-17
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-08-30
Also published as: US4312622A; GB2014943A; JPS54122561A; FR2417371A1; IT1109055B; FR2417371B1; GB2014943B; ES477788A1; IT7867325A0; SE7901409L

Description

HvSCHHIiIBUi.G der Patentanmeldung mit dem Titel:

"i .-,.KlPULATOK"

Angelder: Firma CCKAU IImDUSTRIALE S.p.A.

italienischer Staatsangehörigkeit

mit Sitz in: GRUGLIASCO (Turin), Via Rivaita, 3o

Eingereicht am: 17. Februar 1978 I.r. 67325-A/78

Die Erfindung betrifft eine Art Manipulator, der sich auf sechs Freiheitsgrade bewegen kann und mit einer programmierbaren vollautomatischen Steuerung versehen ist.

Der Manipulator ist in der Lage, jede der Arbeiten durchzuführen, für die
gewöhnlich solche Gerate benutzt werden, zum Beispiel: Greifen und Transport von V.'erkstücken von der einen zur anderen Arbeitsstelle oder Schweissen an jeder Strukturart oder weitere, unterschiedliche Anwendungen je nach Bedarf.

Das von der Erfindung vorgeschlagene Gerät wurde so entwickelt, dass es be sonders nützlich und vorteilhaft ist, vor allem wenn es zum Punktschweissen benutzt wird.

Zu diesem Zweck kann nämlich der Manipulator ausser den günstigen Betriebs eigenschaften, wie tatsächliche Tragfähigkeit, Geschwindigkeit, Beschleur.i gung, Genauigkeit und mechanische Kraft, verschiedene Aufbaugestaltungen
aufweisen, die ihn besonders vielseitig in der Erfüllung verschiedener Auf gaben je nach Anwendungsbedarf machen..

Der Aufbau ist nämlich so ausgeführt, dass die Schweisszange des Manipulators durch biegsame Kabel mit einem äusseren Trafo verbunden werden kann,
oder aber kann der Trafo mit auf der Hand liegenden Anwendungs- und Raumbe darfsvorteilen im Gerät selbst eingebaut sein.

Diese beiden Ausführungen lassen sich auch dann vorsehen, wenn der Manipulator nicht am Boden befestigt, sondern hängend angeordnet, d.h. senkrecht aufgestellt und daher eventuell einer Bearbeitungsstrasse entlang fahrbar
ist.

Diese Ausführungen sind alle durch die besondere Gestaltung des Gerätes er möglicht, während jede von ihnen dieselben Betriebseigenschaften und auch
die Möglichkeit der Spindelbewegung in der Umgebung aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

If.

Das Steuersystem des Gerätes ist vollhydraulisch und daher äusserst zuv_;rl'.'ssig. Ausserdem werden - stets dank der Anwendung von hydraulischen Trie ben - die verschiedenen Schwenk- oder Verstellbewe^unfren seiner Bestandtei Ie in möglichst unmittelbarer Weise und daher ohne Anwendung zahlreicher mechanischer Vorgelege ausgeführt, so dass das Gerät strukturell sehr starr ist, sehr kleine Spiele und eine sehr kleine Anzahl mechanischer Ver schleissteile aufweist.

Zur Lösung dieser und weiter noch näher beschriebenen Aufgaben schlägt die Erfindung die Ausführung eines Kanipulators vor, der einen durch eine Folge von Bewegungen mit mehreren Freiheitsgraden arbeitenden Kopf hat und aus einem Untergestell, aus einer von diesem Untergestell getragenen, um eine eigene Achse schwenkenden und zu dieser Achse rechtwinkligen Halterung, aus einem an der Halterung angelenkten und um eine zur Schwenkachse der Halterung rechtwinklige Achse schwenkenden Arm, aus einem Hohlelement im Inneren des Armes, das sich in Längsrichtung bewegen kann, um längs einer zur Schwenkachse sowohl der Halterung als auch des Armes rechtwinkligen Richtung ausgestreckt und zurückgezogen zu werden, aus einer Säule im Inneren des Hohlelementes, die sich zusammen mit demselben bewegt und um eine zur Bewegungsachse parallele Achse schwenkt, aus einem von der Säule getra genen und um Nebenachsen schwenkenden Arbeitskopf, von welchen Achsen die erste auf einer zu den Bewegung'srichtungen der Säule rechtwinkligen -tbene und die zweite auf einer zur ersten Achse rechtwinkligen .achse liegt, besteht, wobei Triebmittel zum Ausführen der Schwenk- und Verstellbewegungen dieser Elemente sowie Schaltgerste zur Folgesteuerung dieser Triebe vorgesehen sind.

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Kanipulators beispielsweise aber nicht beschränkend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wo:

Fig. 1 und 2 je eine Ansicht im aufriss und eine Ansicht im Grundriss des erfindungsgemässen Kanipulators in einer bevorzugten Ausführungsform sind, die beide einige der möglichen Winkel- und Längsbewegur.-gen der Bestandteile des Manipulators mit Strich- und Punktlinien darstellen;

Fig. 3 und k Ansichten wie diejenigen der Fig. 1 und 2, aber jeweils nach waagerechten und senkrechten Ebenen geschnitten sind, um die Innenteile sichtbar zu machen;

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Fig. 5 und 6 je eine Ansicht im Aufriss und eine Ansicht im Grundriss einer bevorzugten Ausführungskorm des Arbeitskopfes des Manipulators sind, für den Fall, dass der l-.anipulator für öchweissarbeiten vorgesehen ist.

Der erfindungsgeriässe 1-ianipulator wird insgesamt mit 1o bezeichnet. Er besteht aus einem ortsfesten Untergestell 11, das den Behälter eines KydraulxKap;gregates enthält, das die Lunge des öteuersystc-ms der beweglichen Iinipulatorteile ist und hier nicht beschrieben wird, da es sich um eine durchaus bekannte Bauart handelt. Ausser dem Hydraulikaggregat trägt das Untergestell 11 das Werk, das die Schwenkung einer Halterung 12 um eine senkrechte Achse A (Fig. 1 und 3) .steuert, die sich oberhalb des Untergestells 11 befindet, an dem der Arm 13 des Manipulators angelenkt ist.

Das Werk, das das Schwenken der Halterung 12 steuert, besteht aus einem Paar einfach wirkenden Zylinder 1*f (Fig. 4), deren teilweise verzahnte Schäfte in ein Ritzel 16 eingreifen, das an einem Zapfen 17 der Halterung 12 (Fig. 3) befestigt ist.

An der Halterung 12 ist bei 18 der Arm 13 angelenkt und seine Drehbewegung um eine zur Achse A rechtwinklige Achse B wird durch einen doppelwirkenden Zylinder 19 ausgeführt, der bei 2o am Arm angelenkt ist und dessen Schaft bei 21 an einer Gabel 9 der Halterung 12 angelenkt ist.

Bezugnehmend vor allem auf Fig. 3 und k, sieht man, dass der Arm 13 aus ei nem hohlen Leichtmetallgusstück be.steht, das in seinem Inneren ein ebenfalls hohles Rohr 22 trägt, das sich einer Richtung C entlang bewegt und in seinem Inneren eine Säule 23 hat, die um die eigene Achse schwenkt und sich zusammen mit dem Aussenrohr 22 bewegt.

Die Verstellbewegung des Rohrs 22 erfolgt durch einen doppelwirkenden Zylinder 24, dessen Körper bei 25 im Inneren des Armes 13 und dessen Schaft 26 dagegen am Rohr 22 bei 27 befestigt ist.

Das Schwenken der Innensäule 23 ist dagegen durch ein Paar doppelwirkender Zylinder 28 angetrieben, die am Aussenrohr 22 befestigt sind und die Schwenkbewegung durch Ketten 29 übertragen, die einen Kegelradtrieb 3o betätigen.

An dem einen seiner Enden ist der Arm offen, um den Arbeitskopf 31 zu tragen. Der Kopf 31 hat zwei weitere Schwenk-Freiheitsgrade, der eine um eine

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zur rtchse D der Säule 23 rechtwinklige Achse E und der andere um eine zur Achse E rechtwinklige Achse F.

Diese Bewegungen erfolgen durch zwei Zylinder 32 und 331 die an der Innensäule 23 befestigt sind. Der erste Zylinder 32 betätigt eine Kette 3^i die in ein Kitzel 35 eingreift, das um den Zapfen 36 angeordnet ist, an dem die Schale 37 des Kopfes 31 befestigt ist, so dass die Schwenkung um die Ac'-.se Ξ, erfolgt, die :lurch den Zapfen 36 geht.

Auch der zweite Zylinder 33 betätigt eine Kette 381 die in ein Kitzel 39 eingreift, das an einem Kegelrad *fo befestigt ist.

Sin zweites Kegelrad M, das in das Kegelrad ko eingreift, lässt den Kopf direkt in die Schale 37 und um die eigene Achse F schwenken.

Am Ende des Kopfes 3I befindet sich ein Werkzeug *f2, das je nach Bedarf verschieden sein kann.

In Fig. 1 bis k ist k2 der Einfachheit halber als eine gewöhnliche Greifzange dargestellt. In Fig. 5 ist dagegen k2' als eine Schweisszange dargestellt, die au diesem Zweck mit biegsamen Kabeln k3 versehen ist, die die Zange mit dem Trafo verbinden.

Kan hat somit eine Kanipulatormaschine geschaffen, die in der Lage ist, das eigene Werkzeug k2 bzw. k2' am Ende des Arbeitskopfes 3^ ^auf programmierbare, automatische Weise auf sechs Freiheitsgrade zu verstellen.

Zusammenfassend führt also die erfindungsgemässe Maschine folgende Bewegun gen aus: Schwenken der Halterung 12 und daher des Armes 13 um die senkrech te Achse A (siehe Fig. 2: schematische Strich- und Punktdarstellung der beiden Schwenkungen in die eine bzw. in die andere Richtung); Schwenken des Armes 13 an der senkrechten Ebene um die Achse B (siehe Fig. 1: schema tische Strich- und Punkt-Darstellung der beiden Schwenkungen mit Bewegung nach oben und nach unten); Verstellbewegung des Rohres 22 in Richtung C inner- und ausserhalb des Armes 13 (schematiche Strich- und Punktdarstellung ebenfalls in Fig. 1); Schwenken der Säule 23 innerhalb des Rohres 22 um die eigene Achse D; Schwenken des Arbeitskopfes 31 um eine Achse E, die auf einer zur Achse D rechtwinkligen Ebene liegt (schematische Strich- und Punktdarstellung in Fig. 1), für jede Schwenkung der Säule 23, und um die eigene Achse F, die auf einer zur Achse E rechtwinkligen Ebene liegt. In Zusammenhang mit letzterer Schwenkung des Endes 12 des Kopfes 3I sieht man

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Fig. 1, dass dieses Schwenken bei jeder beliebigen Stellung der Spindel h2 stattfinden kann, die um die Achse E geschwenkt ist oder nicht, und zwar aufgrund der differenzierten Steuerung,die die beiden Schwenkungen durch die beiden Zylinder 32 und 33 ausführt.

Die liaschine ist ausserdem mit einem separat aufgestellten und hier nicht beschriebenen Schrank versehen, der die elektrische und elektronische Steuer- und Frogramraiervorrichtung der oben beschriebenen Bewegungen des erfindungsgemässen Manipulators enthält.

Es wurde hier der erfindungsgemässe Manipulator mit Bezug auf den gewöhnlichsten Fall geschildert, und zwar auf dem Boden aufgestellt und mit der Anwendung sowohl von Greifzangen kZ als auch von Schweisszangen kZ'. In letzterem Fall kann der Trafo - wie bereits erwähnt - sowohl ausserhalb als auch innerhalb der Maschine angeordnet sein, und zwar vorteilhaft im Arm 13> in einem oberhalb desselben, zum Beispiel in Fig. 1 mit Mf vorgesehenen Raum, wo der Trafo in einer überhaupt nicht störenden Lage sehr wenig Platz in Anspruch nimmt.

Schliesslich weist die hängende Gestaltung der Maschine eine einzige Eigenschaft auf, die sie von der oben geschilderten Ausführung unterscheidet, und zwar die Tatsache, dass hier das Untergestell 11, das den Manipulator trägt und das Hydraulikaggregat enthält, vom Rest der Maschine getrennt ist, um die Träger des vom Boden entferten Manipulators nicht zu stark zu belasten.

Es wurden oben einige Ausführungsformen des vorgeschlagenen Gerätes beschrieben und dargestellt, die alle die gleichen Vorteile bieten und auf gleiche Weise nützlich sind: es versteht sich jedoch, dass sich weitere Ab änderungen struktureller und funktioneller Art vorsehen lassen, ohne ausser halb des Rahmens der Erfindung zu fallen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

.)Manipulator mit einem durch eine Folge von Eewegungen mit mehreren Freiheitsgraden arbeitenden Kopf, bestehend aus einem Untergestell, aus einer von diesem Untergestell getragenen,.um die eigene Achse schwenkende und zu dieser Achse rechtwinkligen Halterung, aus. einem an der Halterung angelenkten und um eine zur Schwenkachse der Halterung rechtwinklige Achse schwenkenden Arm, aus einem Hohlelement im Inneren des Armes, das sich in Längsrichtung bewegen kann, um längs einer zur Schwenkachse sowohl der Hai terung als auch des Armes ausgestreckt t-nd zurückgezogen zu werden, aus einer Säule im Inneren des Hohlelements, die sich zusammen mit demselben bewegt und um eine zur Bewegungsachse parallele Achse schwenkt, aus einem von der Säule getragenen und um Nebenachsen schwenkenden Arbeitskopf, von welchen Achsen die erste auf einer zu den Bewegungsrichtungen der Säule rechtwinkligen Ebene und die zweite auf einer zur ersten Achse rechtwinkli gen Achse liegt, wobei Triebmittel zum Ausführen der Schwenk- und Verstell bewegungen dieser Elemente sowie Schaltgeräte zur Folgesteuerung dieser Triebe vorgesehen sind.
2. Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er mit dem sich auf dem Boden stützenden Untergestell fest ist und dass die Schwenkachse des-Untergestells senkrecht ist.
3· Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er hängend ist und dass die Schwenkachse des Untergestells waagerecht ist.
h. Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schwenken der Armhalterung aus wenigstens einem Hydraulikzylinder bestehen, der vom Untergestell getragen wird und dessen teilweise verzahnter Schaft in ein Ritzel der Halterung eingreift.
5· Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum'Schwenken des Armes aus mindestens einem Hydraulikzylinder bestehen, dessen Körper und Schaft am Arm und an der Halterung angelenkt sind.
6. Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bewegung des Hphlkörpers innerhalb des Armes aus mindestens einem Hydraulikzylinder bestehen, der mit zur Bewegungsachse parallelen Achse angeordnet ist, dessen Körper einteilig mit der Innenseite des Armes ist und dessen Schaft einteilig mit dem Hohlkörper ist.

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7. Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kittel zum Schwenken der Säule innerhalb des Hohlkörpers aus einem Hydraulikzylinderpaar des Körpers bestehen, deren Schäfte je das Ende einer Kette bzw. eines Riemens tragen, der in ein Ritzel eingreift, wobei Säule und Ritzel an den Rotationsflächen durch ein Kegelrad verbunden sind.
8. Manipulator gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel für die Schwenkbeviegungen nach den IJebenachsen des Arbeitskopfes aus zwei mit der Säule einteiligen Hydraulikzylindern bestehen, die je durch eine Kette bzw. einen Riemen betätigt werden, der in ein Ritzel eingreift, wobei der erste· an einem Drehzapfen befestigt ist, der mit dem Kopfkörper einteilig ist, und der zweite das Schwenken des Kopfes nach einer zur ersten Achse, rechtwinkligen Achse durch ein Kegelrad antreibt.

9· Manipulator gemäss den vorhergehenden Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord desselben ein Schweisstraf0 oberhalb eines Hohlelementes im Inneren des Armes angeordnet werden kann, das sich in Längsrichtung bewegt, um in eine zur Schwenkachse sowohl der Halterung als auch des Armes rechtwinklige Richtung ausgestreckt bzw. zurückgezogen zu werden.

1o. Manipulator gemäss den vorhergehenden Patentansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass er senkrecht angeordnet werden kann, um zum Inneren von sonst nicht zugänglichen Teilen Zugang zu gewähren.

i.A. COMAU INDUSTRIALE S.p.A.

ING! BARZANO¹ & ZANARDO S.p.A.

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