DE3127056C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter mit mehreren Bewegungsachsen und einem Werkzeugtragarm, der mittels eines Spindelantriebs um eine horizontale Achse schwenkbar an einer Tragsäule gelagert ist, wobei der Spindelantrieb eine Spindelmutter aufweist, die mit einer rohrförmigen Ummantelung verbunden ist, die an dem Werkzeugtragarm angelenkt ist.

Ein dahingehender Industrieroboter ist durch die DE-OS 26 49 123 bekannt. Grundsätzlich sind Industrieroboter Arbeitsmaschinen zur gesteuerten Bewegung und Ausrichtung eines Arbeitskopfes oder Werkzeuges in jede beliebige Lage innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereiches.

Im allgemeinen ist der Werkzeugkopf nach zwei oder drei Raum­ koordinaten verschiebbar und nach zwei oder drei Winkelkoordinaten verschwenkbar. Somit haben Industrieroboter gewöhnlich vier, fünf oder sechs voneinander unabhängige Bewegungsachsen, und jede dieser Bewegungen wird durch eine getrennte Betätigungs­ vorrichtung gesteuert. Zur Ausführung all dieser erforderlichen Bewegungen sind bereits verschiedene kinematische Mechanismen vorgeschlagen worden, die das gewünschte Ergebnis meistens durch eine Kombination von linearen und Winkelbewegungen erzielen. Während die linearen Bewegungen gewöhnlich durch Schlitten erzielt werden, die durch hydraulische Hubzylinder oder elektromechanische Hebewinden, beispielsweise der Art mit Gewindespindel und Spindelmutter, betätigt werden, werden zur Erzielung der Winkelbewegungen Vorrichtungen verschiedenster Art wie Kettentriebe, Schnecken-Untersetzungsgetriebe, unter der Handelsbezeichnung "Harmonic Drive" bekannte Untersetzungsgetriebe und dergleichen verwendet.

In Abhängigkeit von der Ausbildung des angesprochenen Spindelantriebes bei dem Industrieroboter gemäß der DE-OS 26 49 123 sowie bei vergleichbar aufgebauten Industrierobotern ist die Gefahr gegeben, daß bei einem Versagen des Spindelantriebes, besonders im Falle des plötzlichen Versagens ihres Antriebsmotors, der den freien Lauf der Spindelmutter zu verlangsamen hat, der schwenkbare Werkzeugtragarm beschleunigt gegen ein feststehendes Anschlagteil des Spindelantriebes fährt, was zu einer Beschädigung des Industrieroboters führen kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter dahingehend zu verbessern, daß eine erhöhte Sicherheit beim Betrieb derselben erreicht ist. Diese Aufgabe löst ein Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bei einem Industrieroboter das eine Ende der Gewindespindel als Kolben ausgebildet ist, der in der rohrförmigen Ummantelung verschiebbar dichtend geführt ist und im Boden der rohrförmigen Ummantelung eine mit der Außenluft in Verbindung stehende, in der Größe genau bemessene Luftdurchlaßöffnung vorgesehen ist, ist eine Art Stoßdämpfung erreicht, wodurch gewährleistet ist, daß bei einem Versagen des Spindelantriebes, insbesondere des Antriebsmotores, die Bewegungen des Werkzeugtragarmes verlangsamt sind und ein heftiges Anschlagen an feststehende Teile vermieden ist. Mithin ist eine erhöhte Sicherheit beim Betrieb des erfindungsgemäßen Industrieroboters erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters sind Stoßabfänger aus je einem Satz Tellerfedern vorgesehen, die jeweils an den Enden der Spindel angeordnet sind. Dies stellt eine weitere Sicherheitsmaßnahme dar, denn selbst bei einem vollständigen Versagen des Spindelantriebes, das mit einem Herabfallen des Werkzeugtragarmes einhergehen kann, würde der hierbei auftretende Stoß des Werkzeugtragarmes abgefangen und eine Beschädigung des Industrieroboters vermieden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Industrieroboters sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Industrieroboters;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch die bei dem Industrieroboter gemäß Fig. 1 verwendete Hebewinde und

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Industrieroboter in ausgezogenen Linien in der neutralen Ruhestellung. Dieser Industrieroboter trägt einen Werkzeugkopf, beispielsweise Schweißkopf. Weitere Einzelheiten über den Werkzeugkopf können der am 19. 3. 1977 vom gleichen Anmelder eingereichten italienischen Patentanmeldung Nr. 68126-A/77 entnommen werden. Zur Veranschaulichung der kinematischen Wirkungsweise des Industrieroboters ist dessen schwenkbarer Werkzeug-Tragarm gestrichelt in einer angehobenen und einer abgesenkten Stellung dar­ gestellt. Außer zum Schweißen kann dieser Industrieroboter natürlich auch für andere Zwecke, beispielsweise zum Transport von Werkstücken oder dgl., verwendet werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Industrieroboter über eine Tragsäule 14 auf einem Fußgestell 10 gelagert. Die Tragsäule 14 ist durch einen nicht dargestellten Antrieb drehbar oder kann auf nicht dargestellten Führungsschienen auf dem Fußgestell 10 verschiebbar sein. Das Fußgestell 10 steht über höhenverstellbare Füße 12 auf dem Boden. Am oberen Ende der Tragsäule 14 ist ein Werkzeug-Tragarm 16 um eine horizontale Schwenkachse 18 verschwenkbar gelagert. Der schwenkbare Werkzeug-Tragarm 16 besteht aus einem Sattel und Führungsschienen für einen Schlitten 20, der auf den Führungsschienen geradlinig verschiebbar gelagert ist. An einem Ende des Schlittens 20 ist ein Werkzeugkopf 22 angebracht, der, beispielsweise wie in der vorgenannten älteren Anmeldung des Anmelders beschrieben, in mehreren Richtungen beweglich ist. Das an dem Werkzeugkopf 22 angebrachte Werkzeug kann beispielsweise eine elektrische Widerstandsschweißzange 24 sein. Die Stromzuführung zur Schweißzange 24 er­ folgt über im Innern des Werkzeugkopfes 22 untergebrachte Zuleitungskabel von einem Drehtransformator 26, der über ummantelte biegsame Kabel 28 gespeist wird, wie in der vorgenannten älteren Anmeldung beschrieben ist.

Zur sicheren Einstellung des schwenkbaren Werkzeug- Tragarms 16 in eine bestimmte Winkelstellung ist erfindungsgemäß eine lineare Betätigungsvorrichtung in Form einer elektromechanischen Hebewinde 32 vorgesehen, die mit einem Ende an einem von einer Seite der Tragsäule 14 vorstehenden Ansatz 30 angelenkt ist. Die elektromechanische Hebewinde 32 wird durch einen daran befestigten Elektromotor 34 angetrieben und wird nachstehend noch näher beschrieben werden. Das andere entgegengesetzte Ende der elektromechanischen Hebewinde 32 ist an dem schwenkbaren Werkzeug-Tragarm 16 in einem bestimmten Abstand von dessen Schwenkachse 18 angelenkt.

Die Betätigungsvorrichtung 32 ist gegenüber der Tragsäule 14 und dem schwenkbaren Werkzeug-Tragarm 16 so angeordnet, daß die Angriffspunkte der zwischen diesen drei Teilen übertragenen Kräfte an den Scheiteln eines Dreiecks liegen, das annähernd gleiche Seiten hat, obwohl sich seine Form beim Verschwenken des Werkzeug- Tragarms 16 ändert, so daß die durch die Betätigungs­ vorrichtung 32 ausgeübte Zug- oder Druckkraft annähernd gleich dem Gewicht des Werkzeugkopfes 22 und Werkzeuge 24 bleibt.

Obwohl die Betätigungsvorrichtung 32 verschiedener Art sein kann, beispielsweise als hydraulischer Hubzylinder oder dgl. ausgebildet sein kann, ist erfindungsgemäß eine elektromechanische Betätigungsvorrichtung vorgesehen, wie nachstehend näher beschrieben werden wird. Diese Art der Betätigungsvorrichtung gewährleistet die größte Starrheit unter der Druckbelastung, der sie in bestimmten Arbeitsstellungen ausgesetzt ist.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, weist die Betätigungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung eine Platte 40 auf, die mit Gelenk­ zapfen 42 zur schwenkbaren Befestigung an dem vorstehenden Ansatz 30 der Tragsäule 14 (Fig. 1) versehen ist und als Basis für ein rohrförmiges Führungsorgan 44 dient, das an der Platte 40 über einen angeschweißten Ring 46 befestigt ist. Der in Fig. 1 dargestellte Elektromotor 34 ist an der Platte 40 seitlich befestigt. Das entgegengesetzte Ende des rohrförmigen Führungsorgans 44 ist mit einer Verschlußkappe 48 versehen, und diese Verschlußkappe 48 wie auch die Platte 40 ist mit einem Drehlager 52 bzw. 50 zur drehbaren Lagerung der beiden Enden einer Gewindespindel oder Schnecke 54 ausgestattet, deren eines Ende sich über die Platte 40 hinaus erstreckt und eine Riemenscheibe 56 trägt, die von dem in Fig. 1 dargestellten Elektro­ motor 34 über einen Zahnriemen 35 angetrieben wird.

Der Elektromotor 34 kann ein Gleichstrom-Kollektormotor oder Wechselstrom-Induktionsmotor sein und wird in bekannter Weise durch ein Digitalsteuergerät wie einen Arbeitsgang-Computer gesteuert, der nicht dargestellt ist, da er mit der vorliegenden Erfindung in keinem direkten Zusammenhang steht.

Die aus der Platte 40, dem rohrförmigen Führungsorgan 44 und der Verschlußkappe 48 bestehende Einheit bildet somit ein starres Gehäuse, in dem die Gewindespindel 54 drehbar gelagert ist. In dem auf diese Weise gebildeten Gehäuse ist eine Spindelmutter 58 angeordnet, die mit der Gewindespindel 54 in Eingriff steht und mit einander diametral gegenüberliegenden Ansätzen oder Verbindungskeilen 60, 62 versehen ist, die durch Schrauben 63 befestigt sind und von dem rohr­ förmigen Führungsorgan 44 durch darin angebrachte Längsschlitze 64, 66 vorstehen. Vorzugsweise ist die Spindelmutter 58 in bekannter Weise über nicht dargestellte umlaufende Kugeln mit der Gewindespindel 54 gekuppelt, um die Abnutzung zu verringern und die Einstellgenauigkeit zu erhöhen.

Die Verbindungskeile 60, 62 der Spindelmutter 58 sind durch Schrauben 67 an einer rohrförmigen äußeren Ummantelung 68 befestigt, die sich koaxial zur Gewindespindel 54 erstreckt und an ihrem den Verbindungskeilen 60, 62 entgegengesetzten Ende durch eine vorzugsweise angeschweißte Verschlußkappe 70 verschlossen ist, die mit axial vorstehenden Kupplungslappen 72 zur gelenkigen Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten Werkzeug-Tragarm 16 mittels eines Kupplungsbolzens 74 ausgestattet ist. An dem der Platte 40 benachbarten Ende ist die rohrförmige äußere Ummantelung 68 mit einem Gleitring 76 versehen, der auf der Oberfläche des rohrförmigen Führungsorgans 44 verschiebbar geführt ist, und an dem entgegengesetzten Ende der rohrförmigen äußeren Ummantelung 68 ist die Verschlußkappe 48 des rohrförmigen Führungsorgans 44 mit einer Scheibe 78 ausgestattet, die mit Schrauben 49 an der Verschlußkappe 48 befestigt ist und an ihrem Umfang einen Dichtungsring 82 trägt, so daß die Scheibe 78 zur Abdichtung und gleichzeitig als Führungskolben für die rohrförmige äußere Ummantelung 68 dient.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Betätigungsvorrichtung ist wie folgt:

Bei Drehung der Riemenscheibe 56 verschiebt sich die Spindelmutter 58 auf der Gewindespindel oder Schnecke 54 und verschiebt dadurch die rohrförmige äußere Ummantelung 68, die auf den durch den Ring 76 und die Scheibe 78 gebildeten Gleitlagern geführt ist. Dadurch wird der Abstand zwischen den Gelenkverbindungs­ punkten 42 und 74 der Betätigungsvorrichtung verändert. Das der Scheibe 40 benachbarte Ende der rohrförmigen äußeren Ummantelung 68 ist vorzugsweise über einen Schutzbalgen 80 mit der Scheibe 40 verbunden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, besitzt die beschriebene Vorrichtung eine große Steifheit infolge des verhältnismäßig großen Abstandes zwischen den Abstützungspunkten der äußeren Ummantelung 68, und diese Steifheit bleibt praktisch auch in der am weitesten ausgezogenen Stellung der Betätigungsvorrichtung erhalten. Außerdem ist der Durchmesser des Umfangs der Abstützfläche verhältnismäßig groß, so daß die Stützkraft mit geringer spezifischer Last und einer Biegebeanspruchungen entgegenwirkenden geometrischen Ausbildung übertragen wird.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung bildet das rohrförmige Führungsorgan 44 zusammen mit der äußeren rohrförmigen Ummantelung 68 unter Mitwirkung der mit Dichtungsring 82 ausgestatteten Scheibe 78 eine Kolben-Zylinder-Anordnung, bei der der durch die Scheibe 78 und die Verschlußkappe 70 begrenzte Raum je nach der Ein- oder Auswärtsbewegung der Betätigungsvorrichtung einer Komprimierung oder Verdünnung der darin enthaltenen Luft ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck ist in der Verschlußkappe 70 eine in der Größe genau bemessene Luftdurchlaßöffnung 88 vorgesehen, so daß dieses Merkmal als Stoßdämpfer bei der Funktion der Betätigungsvorrichtung ausgenutzt werden kann, besonders wenn der Antriebsmotor plötzlich versagen sollte, um den freien Lauf der Spindelmutter zu verlangsamen. Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist zur Vermeidung des freien Herabfallens des schwenkbaren Werkzeug-Tragarms im Falle eines Versagens des Antriebsmotors 34 an jedem Ende der Gewindespindel 54 ein Satz Tellerfedern 84 bzw. 86 als Stoßabfänger vorgesehen.

Claims (4)

1. Industrieroboter mit mehreren Bewegungsachsen und einem Werkzeugtragarm, der mittels eines Spindelantriebs um eine horizontale Achse schwenkbar an einer Tragsäule gelagert ist, wobei der Spindelantrieb eine Spindelmutter aufweist, die mit einer rohrförmigen Ummantelung verbunden ist, die an dem Werkzeugtragarm angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Gewindespindel (54) als Kolben (78) ausgebildet ist, der in der rohrförmigen Ummantelung (68) verschiebbar dichtend geführt ist und im Boden (70) der rohrförmigen Ummantelung (68) eine mit der Außenluft in Verbindung stehende, in der Größe genau bemessene Luftdurchlaßöffnung (88) vorgesehen ist.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (54) an ihren beiden Enden in Lagern gelagert ist, die durch mindestens ein lineares Führungsorgan (44) bildende starre Wandungen miteinander in Verbindung stehen, daß die Spindelmutter (58) mit einem vorstehenden Ansatz (60, 62) versehen ist, der entlang des linearen Führungsorganes (44) verschiebbar ist und daß die rohrförmige Ummantelung (68) an dem vorstehenden Ansatz (60, 62) der Spindelmutter (58) angreift.

3. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stoßabfänger aus je einem Satz Tellerfedern (84, 86) vorgesehen sind, die jeweils an den Enden der Spindel (54) angeordnet sind.

4. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffspunkte der zwischen den drei Teilen Spindelantrieb, Tragsäule (14) und Werkzeugtragarm (16) übertragenen Kräfte an den Scheiteln eines Dreiecks liegen, das annähernd gleiche Seiten hat.