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Handhabungsroboter mit einem Werkzeghalter mit drei Freiheits-
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graden Die Erfindung betrifft einen Handhabungsroboter mit einem
Werkzeughalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Ein Handhabungsroboter ist im allgemeinen mit einem Werkzeughalter
versehen, der auf solche Weise gelenkig und drehbar an einem beweglichen Arm befestigt
ist, daß handgelenkählliche Bewegungen ausgeführt werden können. Eine Biegebewegung
und eine Drehbewegung, d.h. zwei Freiheitsgrade, können mit zwei Gelenksystemen
und Antriebsvorrichtungen erzeugt werden, die iri oder am Ständer des Roboters angebracht
sind und das Armsystem des Roboters nicht belasten. Ein Roboter mit einem solchen
Gelenksystem für die Bewegungen des Werkzeughalters relativ zum äußeren Arm wird
in der DE-AS 24 22 939 beschrieben. Über das eine Gelenksystem wird eine Blegebewegung
um eine vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Arms verlaufende horizontale Achse
erzeugt, während über das andere Gelenksystem eine zweite Biegebelegung um eine
Achse erzeugt wird, die zu der ersten Biegeachse senkrecht verläuft. Es bereitet
Jedoch große Schwierigkeiten, einen dritten Freiheitsgrad durch eine zweite Biegebn
wegung
im Gelenksystem zwischen Roboterarm und Werkzeughalter zu erhalten. Eine Möglichkeit
hierzu besteht darin, die Antriebsvorrichtung für diese Biegebewegung am Werkzeughalter
anzubringen.
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Eine solche Anordnung hat wegen des Gewichtes der Antriebsvorrichtung
jedoch zur Folge, daß die nutzbare Hebekapazität des Roboters vermindert wird und
daß die Bewegungen des Werkzeughalters beeinflußt werden können. Hydraulische Antriebsvorrichtungen
haben zwar im Verhältnis zu ihrer Leistung ein geringes Gewicht.
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Für einen Schweißroboter beispielsweise stellt eine hydraulische Antriebsvorrichtung
Jedoch eine häufig nicht akzeptierbare Gefahrenquelle dar. Die zu der Antriebsvorrichtung
verlegten Ieitungen können nämlich durch Kontakt mit scharfen Blechkanten leicht
beschädigt werden, was zu einem Herausspritzen von Öl führen kann, welches durch
Schweißfunken entzündet werden kann. Zum Schweißen sind daher Roboter mit elektrischen
Antrieb vorzuziehen, und zwar sowohl hinsichtlich der Sicherheit als auch hinsichtlich
der Steuerung, da man durch elektrische Antriebe eine hohe Steuerungsgenauigkeit
erreichen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handhabungsroboter
mit einer den dritten Freiheitsgrad bildenden Biegebewegung zu entwickeln, bei dem
die geschilderten Nachteile der Anordnu)w zur Erzeugung dieser Biegebewegung im
wesentlichen vermieden sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Handhabungsroboter nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 genannten Merkrl;c?le aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
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Die Erfindung ist insbesondere für einen Handhabungsroboter geeignet,
bei dem eine Biegebewegung und eine Drehbewegung des Werkzeughalters durch Antriebsvorrichtungen
im Roboterständer mit Hilfe eines Stangensystems erzeugt wird, welches in gelenkig
verbundenen Roboterarmen untergebracht ist.
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C mäß der Erfindung enthält der Werkzeughalter ein erstes Teil, das
gelenkig mit einem Roboterarm an dessen äußerem Ende durch ein Gelenk mit horizontaler
Achse verbunden ist. Ein zweites gabelförmiges Teil ist gelenkig mit dem ersten
Teil durch ein Gelenk mit vertikaler Achse verbunden. Ein drittes Teil, das die
Werkzeugbefestigung bildet, ist rotierbar in dem zweiten, gabelförmigen Teil angebracht.
Dieses dritte Teil, die Werkzeugbefestigung, ist mit einer Antriebswelle mit einem
Universalgelenk verbunden, dessen Zentrum sich im Schnittpunkt der Drehachse der
Werkzeugbefestigung und der vertikalen Drehachse des Gelenks zwischen dem ersten
und dem zweiten Teil befindet. Das zweite gabelförmige Teil ist mit einer Transmission
verbunden. Diese ist mit einer Antriebsvorrichtung zum Drehen des Teils um die vertikale
Biegeachse gekuppelt.
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Das zweite gabelförmige Teil kann mit der Antriebsvorrichtung durch
einen Hebelarm und eine Spindel mit Mutter, zweckmäßigerweise eine Kugelspindel
mit Kugelmutter, verbunden sein. Die
Antriebsvorrichtung kann am
äußeren Ende des Roboterarms und auf solche Weise angebracht sein, daß sie dem Werkzeughalter
bei seinen Biegebewegungen um die horizontale Biegeachse derart folgt, daß sie statisch
nicht die Gabelelemente belastet und dadurch die Biegebewegung beeinflußt. Sie kann
beispielsweise drehbar an der einen Seite des Roboterarms auf solche Weise gelagert
sein, daß sie sich um die Biege achse des ersten Teils dreht. Die Antriebsvorrichtung
kann jedoch auch 2n einer anderen Stelle am Roboter plaziert werden, wie beispielsweise
am inneren Teil des Roboterarms, der den Werkzeughalter trägt. Die Spindel muß dabei
dann so orientiert sein, daß ihre Mittellinie die horizontale Biegungsachse schneidet.
Die Spindel muß mit einer Antriebswelle mit einem Universalgelenk verbunden werden,
das sein Zentrum im Schnittpunkt zwischen der Spindelachse und der horizontalen
Biegeachse hat.
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Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeipieles soll die
Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 einen Handhabungsroboter mit
einem Werkzeughalter, dessen Bewegbarkeit drei Freiheitsgrade haben kann, in Seitenansicht,
Fig. 2 das äußere Ende des oberen Roboterarms mit Werkzeughalter in einer Ansicht
von oben, Fig. 3 eine Seitenansicht mit einem Schnitt durch den äußeren Teil des
Werkzeughalters.
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In den Figuren bezeichnet 1 einen Fuß, auf dem ein Ständer 2 drehbar
um einen Winkel f um eine vertikale Achse gelagert ist.
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Der Roboter ha2 einen unteren Arm 3, der drehbar um die horizontale
Achse A gelagert ist, wobei der Drehwinkelbereich durch den spitzen Winkel t bestimmt
wird. Der Roboter hat ferner einen oberen Arm 4, der um eine Achse B gelagert ist,
um die er sich um einen Winkel « drehen kann. Die Rotationsbewegung des Ständers
wird von einem im Ständer untergebrachten Antriebsmotor erzeugt.
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Die Drehung des unteren Arms wird von einer zwischen Gabeln 5 gelagerten
Antriebseinheit 6 erzeugt, zu der ein Antriebsmotor 7 gehört, der eine Spindel 9
antreibt, die mit einer Mutter 8 zusammenwirkt, die gelenkig mit einem Hebelarm
10 am unteren Roboterarm 3 verbunden ist. Die Drehung des oberen Arms 4 wird von
einer von der Antriebseinheit 6 verdeckten Antriebseinheit erzeugt, welche an die
Stange 11 gekuppelt ist, die mittels e;nes Drehzapfens 12 mit dem oberen Arm verbunden
ist. Ein Werk7eughalter 13, auf den beispielsweise ein Greifwerkzeug 14 aufgesetzt
werden kann, ist gelenkig mit dem oberen Arm 4 verbunden und derart befestigt und
ausgebildet, daß man drei Freiheitsgrade erhält.
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Hierdurch können handgelenkähnliche Bewegungen ausgeführt werden.
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Der Werkzeughalter 13 enthält ein erstes Teil 15, das um eine horizontale
Achse C gelagert ist, um die es um den Winkel (3 gedreht werden kann. Diese Drehbewegung
wird von einem am Ständer 2 angebrachten Motor 16 über in den Armen 3 und 4 angeordnete
Gelenksysteme erzeugt. Ferner enthält der Werkzeughalter ein zweites gabelförmiges
Teil 17, das gelenkig mit dem Teil 15 verbunden und um eine zur Achse C senkrechte
Achse D um den Winkel & drehbar ist. Das Teil 17 ist an den Enden 18 in Lagern
19 gelagert.
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Eine Werkzeugbefestigung 20 mit einem Wellenzapfen 21 ist mittels
Lagern 22 und 23 rotierbar im Teil 17 gelagert. Eine Antriebswelle 24, die mittels
eines Lagers 25 im Teil 15 gelagert ist, ist durch den Wellenzapfen 21 mit einem
Universalgelenk 26 verbunden, dessen Zentrum im gemeinsamen Schnittpunkt der Welle
24, der Achse des Wellenzapfens 21 und der Drehachse D liegt. Die Werkzeugbefestigung
20 kann um einen Winkel 9 durch einen verdeckten Motor auf der Rückseite des Ständers
2 über in den Armen 3 und 4 angeordnete Gelenksysteme, die Welle 24, das Universalgelenk
26 und den Wellenzapfen 21 gedreht werden.
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Der äußere Teil des Werkzeughalters 13, d.h. das gabelförmige Teil
17, hat seitlich herausragende Hebelarme 27, die von einer Antriebsvorrichtung zur
Drehung des äußeren Teils des Werkzeughalters um die vertikale Achse D beeinflußt
werden. Ein Antriebsmotor 28 ist über eine Kugelspindel 29 und eine Kugelmutter
30 mit den Hebelarmen 27 gekuppelt. Die Kugelspindel ist mit Hilfe 27 von Wellenzapfen
31 gelenkig in den Armen/befestigt. Der Motor 28 ist gelenkig zwischen Flanschen
39 befestigt, die aus der Scheib 33 mit den Achszapfen 34 herausragen. Die Scheibe
33 ist rotierbar am äußeren Teil des Arms 4'gelagert, wobei ihre Drehachse mit der
Achse C zusammenfällt. Hierdurch kann sich die Antriebseinheit 28, 29, 30 so drehen,
daß sie dem Werkzeughalter 15, 17, 20 folgt, wenn dieser sich um die Achse C dreht.
Die Lage der Teile 15 und 17 zueinander wird somit bei Drehbewegungen um die horizontale
Achse C nicht beeinflußt. Dadurch, daß sich das Zentrum des Universalgelenks im
Schnittpunkt der Achse D mit den geometischtn
Achsen der Wellen
21 und 24 befindet, wird die Winkellage der Scheibe 20 von Biegungsbewegungen um
die Achse D beeinflußt.
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