DE3131933A1

DE3131933A1 - Industrie-roboter

Info

Publication number: DE3131933A1
Application number: DE19813131933
Authority: DE
Inventors: Toshio Tokyo Kuono
Original assignee: Dainichi Kiko KK
Current assignee: Dainichi Kiko KK
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1981-08-12
Publication date: 1982-04-15
Also published as: IT8103505A0; FR2488543A1; IT1145076B; KR840002421B1; GB2085398A; KR830005976A; FR2488543B1; GB2085398B; SE8104846L

Description

7/5i._Aufq ^ . 12. August 1981

-kr - DK-3018/81

DAINICHI KIKO - KABUSHIKI KAISHA, TOKYO JAPAN

Industrie-Roboter

Die Erfindung bezieht sich auf Industrie-Roboter und insbesondere auf einen Industrie-Roboter, der einen weichen Funktionsablauf in Anpassung an einen Arbeitsvorgang auf-, weist, bei dem das Trägheitsproblem gelöst ist und der in seiner Bearbeitungsfähigkeit hohen Ansprüchen gerecht wird.

_■ ■ Ein herkömmlicher Industrie-Roboter ist dazu in e'er Lage, einen vorbestimmten Funktionsablauf:'mit einer festgelegten Kraft wiederholt auszuführen, vermag jedoch nicht, eine an den Arbeitsgcgenstand und den Arbeitsbereich angepaßte Kraft auszuüben. Beispielsweise besteht bei dem Arbeitsvorgang der Montage eines Rades auf einer Welle ein Nachteil darin, daß, sofern nicht das;von Hand festgehaltene Rad stets konzentrisch zu dem Zentrum der Montagewelle gehalten wird, es nicht möglich ist, das Rad einwandfrei auf die Montagewelle aufzubringen. Wenn daher der Roboter in der vorerwähnten Weise einen vorbestimmten-Arbeitsvorgang mit einer festgelegten Kraft auch dann ausführt, wenn die Lage verschoben ist, kommt die vorbestimmte Kraft zur Wirkung, und es wird das Werkstück, das heißt die Moritagewelle oder das Rad selbst, infolge der unverhältnismäßigν hohen Kraft

beschädigt oder sogar der Roboter gerstdrt..

Die Erfindung word® angesichts der vorstehenden Gesishts-^:"-punkte geschaffen« Ihr Ziel b@st®ht in d©2? Schaffung eines Industrie^RoboierSj, fier einen derart an .eixien Arbeitsvor- .',".- gang angepaßten weichen. Funktionsabiauf aufweist, wie ein menschlicher Muskel, der der Verschiedenheit voän Arbsits» gegenständen und Arbeitsbereichen gerecht wird, der deshalb auf einen externen Betriebsvorgang empfindlich reagiert, mit der geringsten äußeren Kraft sicher betätigbar ist, der ferner eine Trägheit vermeidet und eine erhöhte Stabilität 'und Zuverlässigkeit aufweist»

Ein weiteres ziel der Erfindung bestete in der Schaffung eines Industrie-Roboters,, bei dem ein Sxmmeehanismus in jeder Arbeitsstellung stets im Gleichgewicht gehalten werden kann, der von kompakter Konstruktion ist, und der eine hohe Genauigkeit und Sicherheit des Arbeitsvorgangs besitzt, und bei dem eine .am Kopf des Armmechanisraus· vorgesehene Handvorrichtung gleichzeitig in den Riehtuxigen dreier Achsen betätigt werden kann.

Ferner besteht ein Ziel der Erfindung in äer Schaffung eines Industrie-Roboters, bei dem ©in Drehantriebsmechanismus die Festlegung von Stellungen durch ©ine Vermeidung sogenannter toter Ginge mit einer erhöhten Stillstandsgenauigkeit und einer hohen Genauigkeit ermöglicht „

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung... ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird«. Hitgrin zeigen?

Fig.. 1 eine gesamte Seitenansicht eines srfinäüngsgemäßen Industrie-Roboters,

Fig. 2 dieselbe Seitenansicht, teilweise geschnitten,

Pig. 3 eine Schnittansicht eines Drehmechanismus', Fig. 4 eine Schnittansicht eines wesentlichen Bestandteils,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines wesentlichen Bestandteils einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 6 eine Teilschnittansicht eines jwesentlichen Bestandteils,

Fig. 7 bis 9 jeweils teilgeschnittene Ansichten von Ausführungsformen eines Servo-Antriebs, Fig. 10 eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils einer

Hand,

Fig. 11 eine Schnittansicht derselben, Fig. 12 eine den Funktionsablauf erklärende Ansicht, Fig. 13 und 14 den Gebrauch erläuternde Ansichten, und Fig. 15 eine Seitenansicht einer¹ weiteren Ausführungsform des Armmechanismus¹. _; .

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Armmechanismus von Parallelogrammgestalt, bei dem dreidimensionale Vorgänge möglich sind, wobei der horizontale, vertikale und Drehvorgang einzeln oder gleichzeitig ausgeführt werden können, und der sich bei jedem Vor-.gang in einem Zustand der Schwerelosigkeit befindet.

Dieser Armmechanismus 1 ist am Fußende durch Seitenplatten 2 und 3 abgestützt, ist durch seinen Drehmechanismus 4 um ungefähr 360° drehbar, und ist derart ausgebildet, daß er gemäß der Zeichnung durch ein Basisauflager 162 auf dem Boden aufgesetzt werden kann, wobei es jedoch möglich ist, ihn auf beliebige Weise zu lagern, beispielsweise an einer Decke zu montieren,öder wobei er derart ausgebildet sein kann, daß er am Boden durch einen Wagen verfahrbar ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der vorerwähnte Drehmechänismus derart ausgebildet, daß er mittels einer vermöge der Seitenplatten 2 und 3 vorgesehenen Montageplatte'163 mit

einem Servo-Drehantrieb 5 zusanunengesetzt werden kann. Die Ausbildung dieses Servo-Drehantriebs S wird im folgenden erklärt. Ein mit einer elektromagnetischen Kupplung 7 versehener Antriebsmotor 8, wie ein Gleichstromservomotor, Wechselstrominduktionsmotor oder Impulsmotor, ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 6 angeordnet. Eine an ihrem Fußende an einem Lager 11 einer Abdeckung 10 montierte Steuerdrehwelle 12 ist mit der Kraftabgabewelle 9 des Antriebsmotors 8 durch eine Wellenkupplung 13 mit einer Keilverzahnung 14 verbunden und an dem anderen Ende an einen Impulskodierer 15 angeschlossen. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein am Fußende dieser Steuerdrehwelle 12 vorgesehenes Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe zur Untersetzung der Geschwindigkeit des Drehantriebs des Antriebsmotors 8 auf ein vorbestimmtes GeschwindigkeitsunterSetzungsverhältnis, zur Verminderung des toten Ganges und zur Festlegung der Stellung mit hoher Genauigkeit, wodurch die Stillstandsgenauigkeit erhöht wird. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine zirkuläre Keilverzahnung (circular spline), 18 eine Schmiegekeilverzahnung (flex spline) und ^9 einen Wellengenerator. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine mit dem Fußende durch Befestigungsbolzen 21 an dem Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe 16 angesetzte Drehantriebswelle, die innerhalb einer am Kopf des oben erwähnten Gehäuses 6 mittels Befestigungsbolzen 22 angesetzten Abdeckung 23 angeordnet ist. Die oben erwähnte Steuerdrehwelle 12 ist durch diese Drehantriebswelle 20 hindurchgeführt. Ferner ist diese Drehantriebswelle 20 am Kopf mittels Befestigungsschrauben 24 an der Montageplatte 163 der oben erwähnten Seitenplatten 2 und 3 angesetzt.

Bei dem derart ausgebildeten, den Drehantrieb des Antriebsmotors 8 aufweisenden Drehmechanismus dreht sich die mit dem Impulskodierer 15 versehene Steuerdrehwelle 12 mit auf das vorbestimmte Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis verminderter Geschwindigkeit, und es dreht sich ferner die Drehantriebswelle 20 ebenfalls mit verminderter Geschwindigkeit.

Folglich wird das Impulssignal des Impulskodierers 15 unmittelbar zu dem Antriebsmotor 8 übertragen, so daß der Antriebsmotor 8 einer unmittelbaren Steuerung unterziehbar ist. Wenn das Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis groß gewählt wird, ist selbst bei Betätigung der elektromagnetischen Kupplung ;7 zur Stillegung des Antriebsmotors 8 der tote Gang so klein, daß die Stillstandsgenauigkait erhöht ist, und es ist möglich, die Stellung mit einer hohen/Genauigkeit festzulegen.

Im folgenden wird die Ausbildung des Armmechanismus¹ 1 erläutert. Dieser Armmechanismus 1 ist nach; Art eines Parallelogramms ausgebildet, so daß er in jeder Arbeitsstellung im Gleichgewicht gehalten wird.

Im einzelnen ist hierzu ein Hilfsarm 27 zwischen einem sich horizontal erstreckenden oberen und unteren! Arm 25 und 26 angeordnet.· Der obere Arm 25 und der Hilfsarm 27 ist jeweils am Fußende mittels Tragachsen 29 und 30 an vertikal verbindenden Verbindungsgliedern 28 zwischen den Seitenplatten 2 und 3 angelenkt. Ferner ist der obere und untere Arm 25 und 26 jeweils am Kopf mittels Tragachsen 32 und 33 an einem Vertikalarm 31 angelenkt, der durch eine vertikale Verbindung der Arme 25 und 26 nach unten weisend aufgehängt ist. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet einen längs des Vertikalarms 31

gerichteten vertikalen Hilfsarm.. Ein am Kopf des Hilfsarms vorgesehenes vorstehendes Stück 35 ist an dem vertikalen . Hilfsarm 34 mittels einer Tragachse 36 und an dem Vertikalarm 31 durch eine Tragachse 37 angelenkt. Zwischen den Tragachsen 33 und 37 ist ein Aufhängungsteil 38 vorgesehen.

' \ ;

.Der derart aufgebaute Armmechanismus 1 ist derart ausgebildet, daß er horizontal und vertikal innerhalb eines festgelegten Bereichs bewegbar ist» Im einzelnen sind hierzu in den oben erwähnten Seitenplatten 2 und 3 Führungsschlitze 39 und 40 jeweils vertikal an der Kopfseitö und horizontal an der oberen Endseite ausgebildet.·Führungsschienen 41,' ΑΛ und 42, 42 sind jeweils längs der längsseitigen Endkanten dieser Füh-

rungsschlitze 39 und 40 vorgesehen» Im "Inneren eines der Führungsschlitze 39 ist ein mit den Fußenden des oben erwähnten Hilfsarms 27 und unteren Arms 26 vertikal verbundenes Verbindungsglied 43 durch Tragachsen 44 und 45 angelenkt„ Ferner sind an der Außenseite des Führwngsschlitzes 39 am oberen und unteren Ende vorgesehen^ Rollen 47 ₁ 47 und 48., 48 in einem mit diesem Verbindungsglied 43 verbundenen Halter 46 angeordnet, so daß sie auf den oben erwähnten Führungsschienen 41,. 41 gleitverschisblieh siado Das Bssugsweichen ■ 49 bezeiatoet ein<sa VertikalbeweguagsMscfoatiiemu®, der für. ^: eine durch,den Bereich, das Ftiforungsschiitges 39 geregelte . VertiJcalbeweguiig des Arfflmechaaismus" 1 mit einer Tragachse 45. verbunden ist« Wie ia Fig» 7 bis S> dargestellt ist, kann die Vertikk!bewegung des. ÄrKpechanismus". 1 SuEch Verwendung ver-

15- schiedener Ser¥Q=Äntriebe betltigt werd®a₀ Auch bei dem im- . folgenden erläutertem HorizontalbextfegungsmeohanissBus 50 wird derselbe Servo-Antrieb verwendet» Deshalb wird zunächst dieser Horizontalbewegungsmechanismus 50 erläutert» -

Der Aufbau des HoriiTontalbei-jegungsmechanismüs·' 50.dieses Arm-=, mechanismus" 1 ist <äer folgend©= Innerhalb des anderen Führungsschlitees 40 ist ein Träger 51 an einem Bnde an der Tragachse 29 de@ oben erwähnten Verbindungsgliedes 28 ange-= lenkt_r und außerhalb des Führungsschiitsas 40 sind an einem mit diesem Träger 51 verbundenen Süßeren Träger 52 vorgesehene vordere und hintere Rollen 53„ 53 und 54, 54 auf den Führungsschienen 42,. 42 gleitversahieblich angeordnet«

Wie vorstehend erwähnt, ist ein Servoantrieb an den Vertikalbewegungsmechanismus 49 und den Horizontalbewegungsrs©ehanismus 50 angeschlossen, um hierdurch den Armmechanismus 1 in einer vorbestimmten Richtung zu bewegen«

Ein in Fig„ 7 dargestellter Servo-Antrieb 55 wird nunmehr erklärt. Eine Kolbenrohrstange 58 ist mit dem Fußende an einem innerhalb eines Rohres 56 eines Luftzylinders angeord-

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neten Kolben 57 montiert, erstreckt sich mit dem Kopf aus einem Kolbenstangenflansch 59 heraus und is"t mit einem Gelenkverbinder 60 versehen. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet einen innerhalb der Kolbenrohrstange 58 angeordneten Gewindebolzen, der auf der Seite des Fußendes in einen an einem Kolbenflansch 62 vorgesehenen Halter 63 eingeschraubt ist und an dem Fußende durch einen Kopfflansch 64 getragen ist. Das Innere des Zylinders ist auf diese Weise durch den innerhalb des Rohres 56 angeordneten Kolben57 in zwei Kammern 65 und 66 unterteilt, so· daß Druckluft durch einen nicht dargestellten Lufteinlaß und -auslaß eingeleitet und abgeführt wird, um den Kolben 57 hin und her zu bewegen und die Rohrstange 58 zur Erzeugung eines vorbestimmten Axialdruckes zu betätigen. Infolge des Gleitwiderständes des Kolbens und der Fluktuation des Druckes ist jedoch die kleinstmögliche Lageeinstellung, das heißt eine Feineinstellung, schwierig. Es ist daher bei einem Roboter nur schwer möglich, die Einstellgenauigkeit bei Verwendung von Druckluft zu vergrößern.

In Anbetracht dieses Gesichtspunktes ist dieser Servo-Antrieb 55 feineinstellbar ausgebildet. Eine mit dem Fußende des innerhalb des Rohrstabes 58 angeordneten Gewindebolzens 61 verbundene drehbare Welle 67 erstreckt sich nach unten und ist an ein Zahnrad 68 angeschlossen. Ein Geschwindigkeitsänderungsmechanismus 71 ist durch Zahnräder 69 und 70 gebildet, die ihrerseits mit dem Zahnrad 68 kämmen. Ein Antriebsmotor 74, wie zum Beispiel, ein Gleichstromservomotor, Wechselstrominduktionsmotor oder Impulsmotor, der an einer an dem Kopfflansch 64 vorgesehenen Montageplatte 73 angesetzt ist, ist mit einem Ende einer drehbaren Welle 72 des Zahnrads 70 verbunden. Eine elektromagnetische Kupplung 75 ist an das andere Ende der drehbaren Welle 72 angeschlossen. Ferner ist ein Impulskodierer 76 mit der oben erwähnten drehbaren Welle 67 verbunden.

Ein in Fig. 8 dargestellter Servo-Antrieb 77 ist durch die

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Verwendung einer Membrane 78 gekennzeichnet, stimmt jedoch im übrigen in der weiteren Ausbildung mit der oben erwähnten Ausführungsform überein .

Ein in Fig. 9 dargestellter Servo-Antrieb 79 unterscheidet sich von der oben erwähnten Ausfuhrungsform dadurch, daß ein Gewindebolzen 80 nicht innerhalb einer Kolbenstange 81 vorgesehen ist, sondern außerhalb des Zylinders montiert ist, um ebenfalls die Stellung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.

Ein Tragteil 82 ist am Kopf dieser Kolbenstange 81 mittels eines Gelenkverbinders 60 angesetzt. Auf den Gewindebolzen 80 ist ein an einem Tragstück 83 des Tragteils 82 vorgesehener Halter 84 aufgeschraubt. Der Gewindebolzen 80 ist am Fußende durch ein Tragteil 86 einer auf der Seite des oberen Endes des Rohrs 56 montierten Tragplatte 85 abgestützt. Ein Zahnrad 88 ist auf einer mit dem Fußende dieses Gewindebolzens 80 verbundenen drehbaren Welle 87 montiert. Zahnräder 89 und 90, die ihrerseits mit diesem Zahnrad 88 kämmen, sind zur Bildung eines Geschwindigkeitsänderungsmechanismus' 91 vorgesehen.

Ein auf der Tragplatte 85 vorgesehener Antriebsmotor 74 ist mit einem Ende einer drehbaren Welle 92 des Zahnrades 90 verbunden, und es ist eine elektromagnetische Kupplung 75 mit dem anderen Ende verbunden. Ferner ist ein Impulskodierer 76 mit der drehbaren Welle 87 verbunden, um den Antriebsmotor 74 zu steuern. Das Bezugszeichen 93 bezeichnet eine das Tragteil 82 führende Führungsstange, und 94 bezeichnet ein Sperrloch.

Diese Servo-Antrieb® 55, 77 und 79 treiben den Kolben 57 mit Druckluft an, wie oben erwähnt, um die Rohrstange 58 oder Kolbenstange 81 zu betätigen, so daß deren Axialdruck verwendet werden kann. Im Falle der Erhöhung der Einstellgenauigkeit,, das heißt in den horizontalen und vertikalen Arbeitsgangen des oben erwähnten Armmechanismus' 1, wird der Antriebsmotor 74 angetrieben, werden die Gewindebolzen 61 und

80 durch den Drehantrieb des Antriebsmotors 74, dessen Geschwindigkeit durch die Geschwindigkeitsänderüngsmechanismen 71 und 91 auf ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis herabgesetzt wird angetrieben, wird der Kolben 57 mittels der auf die Gewindebolzen 61 und 80 aufgeschraubten Halter 63 und 84 gleitend verschoben, werden die horizontalen und vertikalen Arbeitsvorgänge des Armmechanismus' mit einer sehr hohen Genauigkeit in "Lage gebracht, wird ferner ■ ermöglicht - da der Impulskodierer 76 den Antriebsmotor 74 zu steuern vermag - durch dessen Betrieb die Stabilität zu erhöhen, der tote Gang wird sehr klein, und eine hohe Genauigkeit der wiederholten Lageeinstellung wird ermöglicht.

Ferner wird in dem an den Vertikalbewegungsmechanismus 49 angesetzten Servo-Äntrieb 55 Druckluft angewendet und der durch diese erzeugte Axialdruck dazu ausgenützt, den Armmechanismus 1 in Reaktion auf das Gewicht des zur Zeit des Arbeitsvorganges festgehaltenen Werkstückes in einem schwerelosen Zustand zu halten. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Rohrstange 58 des Servo-Antriebs 55 des Horizontalbewegungsmechanismus' 50 mit dem Träger 51 am hinteren Ende durch eine Tragachse 95 verbunden ist.

Ein Gleichgewichtsmechanismus 96 ist derart ausgebildet, daß das Werkstück unabhängig davon, in welche Stellung der oben erwähnte Vertikälarm 31 und zweite vertikale Arm 34 durch den Betrieb dea Antmechanismus*1 bewegtwerden, in einem vorteilhaften Zustand hergestellt werden kann, indem ein Gleichgewicht gehalten wird. Die Bezugszeichen 97, 97 bezeichnen ·Fensterausschnitte, die unterhalb der Führungsschlitze 42, 42 der oben erwähnten Seitenplafrfeen 2 und 3 vorgesehen sind. Die den_; Hilfsarm 27 am Fußende arilenkende Tragachse 30 und .. ;die oben erwähnten Verbindungsgl;|eder 28, 28 erstrecken sich an beiden Enden aus diesen .Fensterausschnitten 97, 97 heraus. Kolbenstangen 100von außerhalb <ler Seitenplatten 2 und 3 vorgesehenen 2SyIinderη 99, 99 siiid übär Geienkverbinder 101

mit den verlängerten Enden 98, 98 der Tragachse 30 verbunden» · Dieser Zylinder 99 ist derart ausgebildet? daß stets ein Axialdruck wirkt, um ein Gleichgewicht mit■dem oben ©rwähn»- ten Vertikälarm 31 in Reaktion auf und im Gefolge ie.r Hori~ zontalbewegung fles Ärromeohanismus¹ -1 einschalten. Im einzel-. "■:" nen sind Rollen 106 und 107, die an .den Köpfen von sich je- ".--.■■" weils durch Halter 102 und 103 an den oberen und unteren En- . ' den der Zylinder 99, 99 auf die Seitenflächen hsrawsstrek- . ' kenden Achgstutzen 104, 105 vorgesehen siöd., in der horizon.-" talen Richtung gleitversehieblich in zwei oberen*uad unteren Führungsschlitten 108 und 109 geistert_e. welche in/dep Seiten- ,.* platten 2 und 3 unterhalb'.der oben ©rvsShnten Fenster aus- - ^vi'* schnitte f7„ 9*7 vorgesehen- sind« Ferner sind. Hollen. 11.1, 1.11, die auf an. den unteren Enden der Zylinder-99, 99 nach unten ragenden Achsstutzen 110_? 110 angeordnet sind, gleitverscMeb-1ich in Führungsnuten 113 von an den Seitenplatten 2 und 3 vorgesehenen Führungsschienen 112,- 112 gelagerte Indem, ein derartiger Gleichgexiichtsmechanismus 9S gebildet ist,. folgen . . die Zylinder 9S^ 99 bei der Horizonta!bewegung äesÄrmmeeaa-= . . nismus' 1 .'öen Verbindungsgliedern 28, 28 und bewegen' sich horizontal-während sie stets einen vertikalen Zustand beibehalten. ·

Im Falle, daß anstelle des oben erwähnten ein Armmec|ianismus 169 vorgesehen ist, der aus ■ zwei - sich horizontal erstreckenden Armen 1ββ und 167 und einem an den Köpfen dieser Arme angelenkten Vertikalarm 168 gebildet ist, kann dieser ArmaechanIsmus 169 dadurch im Gleichgewicht gehalten werden, indem ein Verbindungsglied 170 vorgesehen ist, welches die Fußenden des oberen Arms 166 und unteren Arms 167 mit denselben Gleichgewichtsvorrichtungen 171 und 172 verbindet, wie sie oben erwähnt sind« In der Zeichnung bezeichnen 164 und 155 Seitenplatten, 173 einen, horizontalen Führungsschlitz, 174 einen vertikalen FührungsschlitB,

J- ■

175 eine Rolle, 176 einen Servo-Antrieb und 177 einen Servo=

Drehantrieb. .

Unabhängig davon, in welche Stellung sich der Vertikalarm bewegt, wirkt deshalb sein Axialdruck stets vertikal, und es kann ein genaues Gleichgewicht beibehalten werden.

Wie ferner in Fig. 6 dargestellt ist, wirkt der Axialdruck des Zylinders 99 selbst dann im wesentlichen vertikal und vermag ein Gleichgewicht einzuhalten, wenn der Zylinder 99 am unteren Ende an einer Tragachse 114 angelenkt ist und der Zylinder 99 innerhalb des begrenzten Bereichs des Verbindungsgliedes 28 geneigt ist, das heißt innerhalb des Bereichs des Führungsschlitzes 42. Nebenbei bemerkt, kann einer dieser Führungsschlitze 108 und 109 weggelassen werden, sowie der Zylinder 99 auf einer Seite weggelassen werden. Es braucht daher ein Ausgleichsgewicht, wie es im herkömmlichen Fall vorhanden ist, nicht vorgesehen zu sein. Das Gleichgewicht mit dem Vertikalarm 31 kann mit diesem Ausgleichsmechanismus 96 gehalten werden.

Das Bezugszeichen 115 bezeichnet einen nahe dem Gleichgewichtsmechanismus 96 vorgesehenen Äntiträgheitsmechanismus, durch den eine Trägheit verhindert wird, die insbesondere im Fall eines schweren Werkstücks erzeugt wird, und der einen Betrieb- von hoher Stabilität und Zuverlässigkeit' ermöglicht. Diese Konstruktion wird nun im einzelnen erklärt. Das Bezugszeichen 116 bezeichnet plattenförmige Körper, die mittels Haltern 117, 117 an den Seitenflächen der Seitenplatten 2 und 3 anmontiert sind, so daß im wesentlichen die gesamten Oberflächen-der oben erwähnten Fensterausschnitte 97, 97 bedeckt sind. Es sind Gelenkstücke 120, 120, wie Kugellager, derart ausgebildet, daß sie stets mit den Köpfen von vorspringenden Wellen in Berührung stehen, die an diesen plattenförmigen Körpern 116 einstückig mit den verlängerten Enden 98, 98 der oben erwähnten Tragachse 30 oder durch Metallstücke angesetzt sind. Indem daher diese Gelenkstücke 120, 120 zu beweglichen Fixpunkten werden,, wird die die Drehung begleitende Trägheit eliminiert und· die Wirkung einer Er-

höhung der Stillstandsgenauigkeit sogar bei einer großen Last hergestellt.

Übrigens wird dieselbe Wirkung auch dann erreicht, wenn der Abstand zwischen den Seitenplatten 2 und 3,wie in Fig. 5 groß ausgebildet ist, der oben erwähnte Gleichgewichtsmechanismus 96 zwischen diesen Seitenplatten 2 und 3 angeordnet ist, und die Gelenkstücke 120, 120 derart ausgebildet sind, daß sie diese Seitenplatten 2 und 3 unmittelbar berühren.

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Als nächstes wird ein Handmechanismus 121 zum Halten eines Werkstückes erläutert. Dieser Handmechanismus 121 ist an den unteren Enden des Vertikalarms 31 und des zweiten Vertikalanns 34 des oben erwähnten Armmechanismus¹ 1 angesetzt.

Das Bezugszeichen 122 bezeichnet seine Anschlußvorrichtung.

Diese Anschlußvorrichtung 122 ist durch einen Mechanismus zum gemeinsamen Drehen und Antreiben einer Hand 123 gebildet, sowie einen Mechanismus 126 zur vertikalen Bewegung eines Werkstückanschlußteils 125,und einen Mechanismus 127 zum Dre-0 hen und Antreiben des Werkstückanschlußteils 125 allein.

Diese Konstruktion wird ihrerseits im folgenden erläutert.

In dem Mechanismus 124 zum gemeinsamen Drehen und Antreiben der Hand 123 ist ein Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe 131 an die Kraftabgabewelle 130 eines mit einer elektromagnetischen Kupplung 128 versehenen Antriebsmotors 129, wie einen Gleichstromservomotor, Wechselstrominduktionsmotor oder Impulsmotor, angesetzt, ist ferner eine Drehantriebswelle 132 am Kopf dieses Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebes 131 angesetzt, die Geschwindigkeit des Drehantriebs des Antriebsmotors 129 auf ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis herabgesetzt, der tote Gang vermindert und die Lageeinstellung mit einer hohen Genauigkeit möglich„ Die Ausbildung dieses Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebes 131 stimmt mit dem in dem oben erwähnten Drehmechanismus 4 verwendeten überein und besteht aus einer zirkulären Keil-

j ι aj j

verzahnung (circular spline) 133, Schmiegekeilverzahnung (flex spline) 134 und einem Wellengenerator 1.35. Das Bezugszeiqhen 136 bezeichnet eine am Kopf durch ein Montageteil 137 der Anschlußvorrichtung 122 gehalterte Abdeckung 136. Das Bezugszeichen:138 bezeichnet ein am Kopf der Kraftabgabewelle 132 vorgesehenes Zahnrad. Da didses Zahnrad 138 mit einem Zahnrad 140 kämmt, das in dem mit der elektromagnetischen Kupplung versehenen Antriebsmotor 139 des Mechanismus¹ 126 zur vertikalen Bewegung des Werkstückanschlußteils am Kopf der Anschlußvorrichtung 122 vorgesehen, ist, wird die Hand 123 gedreht und angetrieben. ·

Ferner ist in diesem Vertikalbewegungsmechanismus 126 ein ebensolches Geschwindxgkeitsuntersetzungsgetriebe 142 wie oben erwähnt an die Kraftabgabewelle 141 des mit der elektromagnetischen Kupplung versehenen Antriebsmotors 139 angesetzt, ist eine Drehantriebswelle 143 an den Kopf des Geschwindigkeitsuntersetzungsgetrxebes 142 angesetzt, und sein Lagergehäuse 144 an eine Fassung 145 angesetzt. Das Bezugszeichen 146 bezeichnet ein am Kopf der Drehwelle vorgesehenes Zahnrad. Dieses Zahnrad 146 kämmt mit einem Zahnrad 150 am Fußende einer Drehantriebswelle 149, die durch ein in·einem Montageteil 147 der Fassung 145 vorgesehenes Lager 148 gelagert ist. Ein Kegelzahnrad 151 ist an den'Kopf dieser Drehweile 14$ angesetzt. Ein mit dem oben erwähnten Kegelzahnrad 151 kämmendes Kegerzahnrad 154 ist auf einer von Tragachsen 153, 153 montiert» die^jeweils an einem Ende mittels eines Lagers |52, 152 an den Seitenflächen der Fassung T45 montiert sind, so ^äß sie diese Drehwelle jeweils unter einem rechten Winkel schneiden. Im übrigen sind die Tragachsen 153, 153 an den anderen Enden an ein Gehäuse 156 eines Antriebsmotors 155 des Dreh- und Antriebsmechanismus¹ 127 eines später beschriebenen Werkstückanschlußteils angesetzt. Daher ist in dem Vertikälbewegungsme'chanismus der Drehantrieb des Antriöbsmotoirs 139 in Reaktion auf das vorbestimmte ,Geschw^ndigkeitsünter^etzüngsverhältriis durch

3 Λ O 1 Π O O ■ I O- I- O.vJ v3

■ " - das Geschwindigkeitsuntersetsungsgstrieibe 142 in.der-Geschwindigkeit herabgesetzt und wird auf Sie Drehwelle 143, Zahnräder 146 und 150 sowie die Drehxfelle. 149 übertragen,, und das. . Werkstückanschluß teil 125 wird mittels der kämmenden Kegel— zahnräder 151 und 154 nach oben und unten bewegt, wobei die ..-. .-Tragachse 153,. 153 als" Drehpunkt dient, . "-."-"■ "

Nun ist in,dem Mechanismus 127 sura Breben- und Antreiben des. ; : WerkgtückanechltißteiXs 125 allein der mit der elektromagnet tischen Kupplung versehene Antriebsmotor 155 innerhalb des '-.. -.. - mit den oben erwähnten Tragachsen 153, 153 versehenen^: Gehäuses 156 angeordnet, ein ebensolches GeschwindigkeitiS-unter-Setzungsgetriebe 158 wie oben erifShnt an die Kraftabgabewelle 157 dieses Antriebsmotors 155 angesetzt,und das Werkstück- - anschlußteil 125. ist an seinem Kopf derart ausgebildet, .. daß der in der Geschwindigkeit auf ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsuntersetzungsverhalt2iis untersetzte- Drehantrieb auf das Werkstückansehlußteil 125.-übertea§@n. wirdi ms. dieses- ■ "mit einer hohen Genauigkeit■ su· dr©a@n und &nzntr<si&@tm„ Das '". _:

Bezugszeichen 159 beseichnet eine Abdeckung--des GehMases ,156_o_

Bei dem erfindungsgomäßen lnöustri®«Robot©r des. oben erwähnten Aufbaus verbleiben,, wie auch aus der den Betrieb erläuternden^: Darstellung von Fig* 12 hervorgeht, die Dreiecke ABC und WB stets in Khnlichkeitsbeziehung zueinander, selbst wenn sich die Tragachse 45 innerhalb des Führungsschlitses 33 Bach dben und unten bewegt, so daß der Armmochanismus 1 im■.Gleichge^. wicht gehalten wird, und im Falle einer Last durch, äen vom Luftdruck |es oben erwähnten Servo~Antriebs hervorgerufenen hohen Vertikaldruck mit der Last genau im Gleichgewicht gehalten wiriä, so, daß der Betriebsablauf in einem auf diese ' . -.. Weise hergestellten schwerelosen Zustand ausgeführt'werden kann.

im folgenden wird die Betriebsweise erläutert „ Wie aus Fig-. 13 und 14 hervorgeht, wird unter der Annahme.des Falles, daß eine

Welle 160 durch das Werkstückanschlußteil 125 des Handmechanismus¹ 121 des in einem schwerelosen Zustand gehaltenen Armmechanismus¹ 1 festgehalten¹ wird und in einer Lage bezüglich eines Rades 161 verschoben ist, durch eine Θ-Achsenbewegung, das. heißt durch'den Drehmechanismus 4, der Armmechanismus 1 um den Winkel gedreht und die Kupplung 7 des Servo-Antriebs zur Freigabe losgelassen, dann durch die X-Achsenbewegung, das heißt durch den Horizontalbewegungsmechanismus 50 der Armmechanismus 1 vorwärts bewegt,, so daß er mit dem Zentrum der Montagewelle 160 konzentrisch gehalten ist,und die Kupplung 75 des Servo-Antriebs 55 zur Freigabe losgelassen,und weiter wird durch die YrAchsenbewegung die Kupplung 75 des Servo-Antriebs 55 zur Freigabe losgelassen. und der Armmechanismus 1 sowie die Welle 160 automatisch abgesenkt, um eingesetzt zu werden. Wenn in diesem Fall der'Axiaidruck des Luftdruckes dieses Servo-Antriebs 75 mit dem Gewicht des Armmechänismus' 1 übereinstimmt, kommt die Welle, wie sie ist, zum Stillstand, das heißt sie ist frei. Wenn sie ferner eingesetzt wird, kann diese Einsetzkraft durch eine nicht freigegebene Druckeinstellung gewählt.werden. Auch ist die Vertikalbewegung stets in der Lagebeziehung durch den Impulskodierer 76 gesteuert, selbst wenn die Kupplung auf diese Weise freigegeben oder ein Antrieb durch Verwendung der Druckluft erfolgt, und es kann zu keiner Beschädigung der Welle, des Rades oder des Roboters kommen. , '^:

Indem die Erfindung in der oben erwähnten Weise ausgebildet ist, kann sie in einem schwerelosen Zustand betrieben werden, weist einen weichen Funktionsablauf auf, besitzt eine hohe Gleichlaufgenauigkeit und reagiert daher empfindlich auf den externen Vorgang, führt nicht zur Beschädigung von Teilen, schließt eine Trägheit aus und ist stabil und zuverlässig.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Industrie-Roboters, bei dem ein Armmechanismus in jeder Betriebsstellung stets im Gleichgewicht gehalten werden kann,

der kompakt im Aufbau und hoch in der Genauigkeit und Sicherheit des Arbeitsablaufs ist, und bei dem eine am Kopf des Armmechanismus¹ vorgesehene Handvorrichtung gleichzeitig in den Richtungen von drei Achsen betrieben werden kann. 5 Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines Industrie-Roboters, bei dem ein Drehantriebsmechanismus es ermöglicht, Stellungen mit einer erhöhten Stillstandsgenauigkeit und hohen Genauigkeit durch Ausschaltung sogenannter toter Gänge herzustellen.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1 Armmechanismus ·

2", 3 Seitenplatte

4 Drehmechanismus

5 Servo-Drehantrieb

6 Gehäuse

7 elektromagnetische Kupplung

8 Antriebsmotor · 9 Kraftabgabewelle

10 Abdeckung

•11 Lager

12 Steuerdrehwelle

13 Wellenkupplung 14 Keilverzahnung

15 Impulskodierer

16 Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe

17 zirkulare Keilverzahnung

18 Schmiegekeilverzahnung 19 Wellengenerator

20 Drehantriebswelle

21 y

22\ Befestigungsbolzen

.23 Abdeckung

2c 24 Befestigungsschrauben

25 oberer Arm

26 unterer Arm

27 Hilfsarm

28 Verbindungsglied 29, 30 Tragachsen

31 Vertikalarm ß2, 33 Tragachsen

34 vertikaler Hilfsarm

35 vorstehendes Stück 36 Tragachse

37 Tragachse

38	40	Aufhängungsteil
39,	42	Führungsschlitze
41,		Führungsschienen
43	45	Verbindungsglied
44,		Tragachsen
46	48	Halter
47,		Rollen
49		Vertikalbewegungsmechanismus
50		Horizontalbewegungsmechanismus
51		Träger
52	54	Träger
53,		Rollen
55		Servo-Antrieb
56		Rohr
57		Kolben
58		Kolbenrohrstange
59		Kolbenstangenflansch
60		Gelenkverbinder
61		Gewindebolzen
62		Kolbenflansch
63		Halter
64	66	Kopfflansch
65,		Kammern
67		drehbare Welle
68	70	Zahnrad
69,		Zähnräder
71		Gesebvvändigkei ■ sänderungsxnecha
72		drehbare ~:^;^\.' -
73		Mon tc. Q'i-ο:-.-?:;..: .--
74		Antriebsmotor
75		elöktrcsu-s-j::-;■-■.:; :·'"·-. ,..■;., ■'--·'::..:
76		lnapulsi'nc:j.i-;·.■..■■ -
77		Secvo-ltot" J Φ
78		Membran®
79		Servo-Äntrias
80	Gewi ndebo i a en

O IO I OOvJ

81 Kolbenstange

82 Tragteil

83 Tragstück

84 Halter

85 Tragplatte

86 Tragteil

87 drehbare Welle

88 Zahnrad 89, 90 Zahnräder

91 Geschwindigkeitsänderungsmechanismus

92 drehbare Welle

93 Führungsstange

94 Sperrloch

95 Tragachse

96 Gleichgewichtsmechanisimis

97 Fensterausschnitt

98 verlängertes Ende

99 Zylinder Kolbenstange

101 Gelenkverbinder

102,103 Halter > ' .

104,105 Achsstutzen

106,107 Rollen

108,109 Führungsschlitze 25

no	Achsstutζen
111	Rollen
112	Führungsschiene
113	Führungnnuten
114	Tragachse
115	Antiträgheitsmechanismus
116	plattenförmiger Körper
117	Halter
120	Gelenkstück
121"	Handmechanismus

122	Anschlußvorrichtung
123	Hand
124	Mechanismus zum gemeinsamen Drehen und Antreiben
125	Werkstück-Anschlußteil
126	Mechanismus für Vertikalbewegungen
127	Mechanismus zum Drehen und Antreiben des Werkstück
	anschlußteils allein
128	elektromagnetische Kupplung
129	Antriebsmotor
130	Kraftabgabewelle
131	Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe
132	Drehantriebswelle
133	zirkuläre Keilverzahnung (circular spine)
134	Schmiegekeilverzahnung (flex spline)
135	Wellengenerator
136	Abdeckung
137	Montageteil
138	Zahnrad
139	Antriebsmotor
140	Zahnrad
141	Kraftabgabewelle
142	Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe
143	Drehantriebswelle
144	Lagergehäuse
145	Fassung
146	Zahnrad
147	Montageteil
148	Lager
149	Drehantriebswelle
150	Zahnrad
151	Kegelzahnrad
152	Lager
153	Tragachse
154	Kegelzahnr.ad
155	Antriebsmotor
156	Gehäuse

IJ I 3JO

2<f :-

157 Kraftabgabewelle

158 Geschwindigkeitsuntersetzungsgetrxebe

159 ^ Abdeckung"* "'.

160 Welle 161 Rad

162 Basisauflager

163 Montageplatte 164,165 Seitenplatten 166,167 Arme

168 Vertikalarm

169 Armmechanismus

170 Verbindungsglied 171,172 Gleichgewichtsmechanismus 173 Führungsschlitz

174 Führungsschlitz

175 Rolle

176 Servo-Antrieb

177 Servo^Drehantrieb

Claims

- ' .Pa t e η t a η s ρ.r ü*c h e - - . ■

Industrie-Robotar, dadurch g e ke η η ζ 0 ich η © t' V daß ein sich jeweils Horizontal er- -.

.5 ... streckeader #bo£€ir "und unter er Ära (1-5,, -26) usd Eilfs=

. .. arm (27·),. an- α&ηφι kopf sei tig ©a" den usteren Indeja ein .mit einem einzeln oder gleichseitig in den Richtungen von mindestens drei Achsen betätigbaren Handraecfoanismus (121) versehener Vertikalarm (31) und sweiter Vertikalajrm (34) angelenkt ist, an den Fußenden unmittelbar mit einem Antriebsmotor (8) verbunden sind, und daß eine mit einem Geschwindigkeitsuntersetzungsgetriebe (16) sowie mit einem Impulskodierer (15) versehene Steuerdrehwelle (12) innerhalb einer Drehantriebswelle (30) vorgesehen und durch mit einem feetätigungssaäßig mit der Drehantriebswelle (20) verbundenen Drehmechanismus (5) versehene Seitenplatten (2, 23) gelagert ist, daß der obere Arm (25) mit einem Horisontalbewegungsmechanismus (SG) ausgebildet ist, der in der Bexfegung in der horizontalen Richtung reguliert igt, daß der Hilfsarm (27) und dar untere Arm

(26) mit einem Vertikalbewsfungsmechanismus (49) ausgebildet sind, der in den Bewegungen in der vertikalen Richtung geregelt ist_t daß diese Meehanismsn jeweils mit-Servo-Äntrieben (55) verbunden sind, die aus Druckluft·== zylindepn gebildet sind, welch© mit ?oa Impulskodierern gesteuerten Geselwindigkeitsuntersetsungsmechanispsn versehene Antriebsmotoren aufweisen, daß ein den oberen Arm (25) und den Hilfsarm (27) vertikal verbindendes Verbindungsglied (28) mit einem Gleichgewichtsmechanismus (96) versehen ist, in welchem der Axialdrucls des Zylinders (99) stets in der· vertikalen Richtung wirkt _s und daß Gelenksteücke (f20) einer mit einer unteren TragacKse (3©) dieses Verbindungsgliedes (28) einstiiekig ausgebildeten oSer mit dieser verbundenen vorstehenden Achse (S8) einen T"räg-=^f heitsmechanismus (115) bilden, der mit an der Außenseite einer Seitenplatte (2, 3) vorgesehenen plattenförmigen Körpern (116) in Berührung stehen kann.
2. Industrie-Roboter mit einem Armmechanismus, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen einen Handmechanismus (121), der einzeln oder gleichzeitig in den Riehtungen von wenigstens drei Achsen betätigbar ist, tragenden Seitenplatten (2, 3) der Axialdruck eines Zylinders (99) stets in einer vertikalen Richtung auf ein Verbindungsglied (2S) wirkt, das die fußseitigeh Endzeile von zwei sich in einer horizontalen Richtung erstreckenden Armen (25, 27) vertikal verbindet.

dadurch gekennzeichnet,
3. Industrie-Roboter mit einem Armmechanismus,/ daß zwischen einen Handmechanismus, der einzeln oder gleichzeitig in den Richtungen von mindestens drei Achsen betätigbar ist, tragenden Seitenplatten (2, 3) die fußseitigen Endteile von zwei sich in einer horizontalen Richtung erstreckenden Armen (25, 27) miteinander vertikal durch ein Verbindungsglied (28) verbunden sind, und daß ein einstückig mit einer den unteren Arm (27) und das Verbindungsglied (28) verbindenden Tragachse (30) oder am Kopf einer mit der Tragachse (30) verbundenen. Montagewelle (98) vorgesehenes Gelenkstüek (120) derart ausgebildet ist, daß es stets mit der Seitenplatte (2, 3) oder einem äußeren plattenförmigen Körper (116) durch die Seitenplatte (2, 3) hindurch in Berührung steht.
4. Industrie-Roboter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Servo-Drehantrieb (5) vorgesehen, ist, wobei eine am Kopf einen Impulskodierer (15) aufweisende Steuerdrehwelle (12) mit einem innerhalb eines Gehäuses (6) angeordneten Antriebsmotor (8) verbunden ist, eine Geschwindigkeitsuntersetzungsvorrichtung (16) an das Fußende dieser Steuerdrehwelle (12) angesetzt ist, und die Steuerdrehwelle (12) durch eine am Fußende mit dieser Geschwindigkeitsuntersetzungsvorrichtung (16) verbundene Drehantriebswelle (20) hindurchgeführt ist.
5. Industrie-Roboter mit einem Handmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geschwindigkeitsuntersetzungsvorrichtung (131) an einen mit einer elektromagnetischen Kupplung (128) versehenen Antriebsmotor (129) angesetzt ist, eine .ein gesamtes Handteil einheitlich drehende und antreibende Antriebsvorrichtung mit einem Zahnrad (138) auf der Antriebswelle (132) dieser Gö'söhwindigkeitsuntersetzungsvorrichtung (131) mittels eine? Montageteils vorgesehen ist, diesies Zahnrad (138) und ein auf dem Flansch eines mit einer elektromagnetischen Kupplung versehenen Antriebsmotors (139) vorgesehenes Zahnrad (140) miteinander kämmen, ein auf diesem Montageteil vorgesehenes und mit dem Zahnrad (146) der Antriebswelle (143) der Geschwindigkei-fesunterSetzungsvorrichtung des Antriebsmotors (139) kämmendes Zahnrad (150) am Fußende vorgesehen ist, ein Kegelzahnrad (151) auf der Antriebswelle (149) am Kopf vorgesehen ist, eine das Handteil auf und ab bewegende Antriebsvorrichtung, die an einer diese Antriebswelle (149) rechtwinklig schneidenden Tragachse (153) vorgesehen ist, 0 mit einem mit dem Kegelzahnrad (151) kämmenden Kegelzahnrad (154) mittels einer Halterung (156) vorgesehen ist, und in dieser Halterung (156) eine ein Werkstückanschlußteil drehende und antreibende Antriebsvorrichtung (127) ausgebildet ist, in der eine einen Flansch aufweisende Geschwindigkeitsuntersetzungsvorrichtung (158) an einen mit einer elektromagnetischen Kupplung versehenen Antriebsmotor (155) angesetzt ist.