DE3145891C2 - Flexibler Arm für einen programmgesteuerten Industrie-Roboter - Google Patents

Abstract

Ein elefantenrüsselartiger Arm (4) für einen programmgesteuerten Roboter weist einen zylindrischen Stützpfosten (3) auf, der drehbar an den länglichen, unbiegsamen Arm (4) angeschlossen ist. Eine Anzahl von bewegbaren Armteilen ist miteinander verbunden, wobei ein Armteil an dem Stützpfosten (3) befestigt und eine Betätigungsstange an dem Stützpfosten (3) bewegbar ist.

Description

— daß ein zweites Betätigungselement (61) zum Drehen des Basisteils (18) um dessen Mittellinie (17) dient, wobei das erste Armteil (19), welches das eine Ende des flexiblen Arms (12) bildet, an seinem einen Ende fest mit dem um die Mittellinie (17) drehbaren Basisteil (18) verbunden ist, und

— daß der flexible Arm (12) erste, zweite und dritte Verbindungsstangen (46,47,48) aufweist, die jeweils neben den Armteilen (19,26,28) liegen und miteinander über Kreuzgelenke (52, 53) verbunden sind, wobei die erste Verbindungsstange (46) drehbar an dem Basisteil (18) gehalten ist und die dritte Verbindungsstange (48) über die zweite Verbindungsstange (47) mit der ersten Verbindungsstange (46) verbunden ist, die in dem dritten Armteil (28) drehbar gehalten ist.

2. Arm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betätigungseinrichtung (20, 60) eine Betätigungsstange (20) aufweist, die in Richtung der Mittellinie (17) des Arms gegenüber dem Basisteil (18) verschiebbar ist, wobei die Betätigungsstange (20) an einem ihrer Enden über ein Verbindungsteil (22) mit dem zweiten Armteil (26) schwenkbar verbunden ist und daß der flexible Arm (12) ferner ein zweites Betätigungselement (61) zum Drehen des Basisteils (18) und eine dritte Betätigungseinrichtung (45) zum Drehen der ersten Verbindungsstange (46) in bezug auf das Basisteil (18) aufweist.

3. Arm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis dritten Armteile (19,26, 28) in paarweiser Gegenüberstellung angeordnet sind.

4. Arm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten bis dritten Armteile (19,26,28) aus einem Paur von Plankenteilen gebildet ist, deren breite Seiten einander zugewandt sind.

5. Arm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten bis dritten Armteile (19,26,28) aus einem Paar von Plankenteilen gebildet ist, deren breite Seiten einander zugewandt sind, und daß jede der zugehörigen Verbindungsstangen (46,47,48) zwischen den Plankenteilen angeordnet

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Arm für einen programmgesteuerten Industrie-Roboter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Arm ist aus der US-PS 35 80 099 bekannt Dieser bekannte Roboterarm weist erste, zweite und dritte Armteile auf, welche einerseits mit benachbarten Armteilen direkt und mit nicht benachbarten Armteilen indirekt über Verbindungsteile verbunden sind. Dadurch lassen sich zwar Schwenkbewegungen von der Armbasis zur Armspitze zuverlässig übertragen, an der Basis eingeleitete Drehbewegungen sind jedoch nicht derart auf die Armspitze übertragbar, daß diese dabei ortslesi stehen bleibt.

Aus der DE-AS 14 8t 189 ist ein aus Armteilen aufgebauter Roboterarm bekannt, der an jedem Armteil eine Betätigungseinrichtung aufweist, welche das benachbarte Armteil dreht Dadurch wird der Arm mit den Betätigungseinrichtungen belastet und biegt sich allein aufgrund seines Eigengewichtes durch, was die Positionierung eines Arbeitsgeräts oder Werkzeugs an genau festgelegter Stelle erschwert Außerdem entsteht aufgrund der Zahnrad-Kopplung zwangsläufig ein gewisses Spiel zwischen den Armteilen, was die Positioniergenauigkeit vermindert Ein mit einem derartigen Arm ausgestatteter Industrie-Roboter kann daher anschließend an einen Lernbetrieb nicht in einen zufriedenstellenden Arbeitsbetrieb übergehen, da aufgrund des erwähnten Spiels die im Lernbetrieb eingegebene Bewegung die Armspitze nicht an die beabsichtigte Stelle führt.

Aus der DE-PS 27 03 793 ist ein flexibler Roboterarm mit vier Armgliedern bekannt, die als Kettenglieder ausgebildet und über Kreuzgelenke miteinander verbunden sind. Die Kreuzgelenke und die einzelnen Armglieder haben jedoch verhältnismäßig komplizierte Formen, so daß ein derartiger Roboterarm nur mit großem Aufwand herstellbar ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten flexiblen Arm für einen Industrie-Roboter zu schaffen, welcher die beim Stand der Technik auftretenden Nachteile vermeidet, verhältnismäßig einfach aufgebaut ist, die vorgegebene Position mit seinem freien Ende mit

so hoher Genauigkeit immer wieder erreicht und dessen Spitze vor Ort gedreht werden kann, ohne daß der Arm aus seiner positionierten Stellung bewegt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Arm der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Der erfindungsgemäße Roboterarm weist somit ein Verbindungsteil auf, welches mit seinem einen Ende an ein Ende eines ersten Armteils und mit seinem anderen Ende an ein Ende eines dritten Armteils schwenkbar angeschlossen ist,

bo wobei die zwei Armteile von einer einzigen Betätigungseinrichtung geschwenkt werden können. Der erfindungsgemaße Arm kann ein Werkzeug oder ein Arbeitsgerät genau in eine in einem vorhergegangenen Lernbetrieb ermittelte Position bringen, da keine Zahnradverbindung vorgesehen ist, welche ein Zurückfallen, Absinken oder Durchhängen des Arms begünstigt. Durch die sich zwischen den Armteilen erstreckenden Verbindungsstangen mit Kreuzgelenkverbindern ist es

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außerdem möglich, die Spitze des Arms bei gebogenem allgemeinen in jede gewünschte Richtung bezüglich der

Arm und ortsfestgehaltener Spitze durch Betätigung ei- Achse 21 geschwenkt werden kann. Dadurch ist ein Ku-

nes an der Armbasis vorgesehenen Betätigungsele- geigelenk aus dem Mittelteil 23 und dem ringförmigen

mems um ihre Längsachse zu drehen. Ende 24 gebildet. An beide Enden einer Achse 25, die

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erge- 5 sich drehbar durch die ersten Verbindungsteile 22 erben sich aus den Unteransprüchen. streckt, sind ein Paar plankenförmige, zweite Armteile

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeich- 26 schwenkbar angeschlossen, die jeweils an ihren einen

nung näher erläutert; es zeigt Enden an der Seite des Basisteils 18 durrh die Achsen 21

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels; und 25 und das erste Verbindungsteii 22 schwenkbar mit Fig. 2 eine Seitenansicht eines flexiblen Arms aus io der Betätigungsstange 20 verbunden sind. F i g. 1; Die zweiten Armteile 26 sind im wesentlichen mit F i g. 3 eine Druntersicht unter dem flexiblen Arm ge- ihren Mittelteilen an einer ersten Stelle über Zapfen 27

maßFig.2; an die ersten Armteile 19 schwenkbar angeschlossen.

F i g. 4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in F i g. 3; Ein Paar von dritten Armteilen 28 ist einander mit sei-

und is nen breiten Ebenen zugewandt, im wesentlichen mit sei-

F i g. 5 und 6 Darstellungen der Wirkungsweise des nen Mittelteilen schwenkbar mit den zweiten Armteilen

flexiblen Arms gemäß F i g. 2. 26 an einer zweiten Stelle über Zapfen 29 verbunden

In dem Ausführungsbeispiel ist ein flexibler Arm dar- und außerdem mit seinen einen Enden an der Seite des

gestellt, der so aufgebaut ist. daß abwechselnde Armtei- Basisteils 18 mit den einen Enden eines Paares von zwei-

Ie schwenkbar durch Verbindungsstücke so miteinander 20 ten Verbindungsteilen 31 über Zapfen 30 schwenkbar

verbunden sind, daß die Winkelversetzung der zweiten gekoppelt. Die anderen Enden der einander zugewand-

Armteile gegenüber den eisten Armteilen durch eine ten zweiten Verbindungsteile31 sind über Zapfen 32 mit Betätigungsstange auf die der nachfolgenden Armteile den anderen Enden des ersten Armteils 19 verbunden,

übertragen wird. Die paarweisen dritten Armteile 28 werden von einem

Ein Industrie-Roboter 1 weist eine Plattform 2, einen 25 Paar von Plankenteilen 33 überbrückt Die zweiten Stützpfosten 3 und einen länglichen, unflexiblen Stütz- Armteile 26 sind über Zapfen 34 an die einen Enden von arm 4 auf, wobei der Stützpfosten 3 auf einem Drehtisch dritten Verbindungsteilen 35 schwenkbar angeschlos-5 montiert ist, der über der Plattform 2 liegt und um eine sen, deren jeweils andere Enden über Zapfen 36 mit den Mittellinie 6 in Richtung des Pfeiis D drehbar ist, wenn einen Enden eines Paares von plankenförmigen vierten sich der Drehtisch 5 dreht In der Plattform 2 befindet 30 Armteilen 37 an der Seite des Basisteils 18 schwenkbar sich ein hydraulisches Betätigungsglied, das zum Drehen verbunden sind. Die zwei vierten, breiten Armteile 37 des Drehtisches 5 in die Richtung D angesteuert wird. sind im wesentlichen mit ihren Mittelteilen über Zapfen Der Stützpfosten 3, der über eine Welle 7 an das Joch 38 an die dritten Armteile 28 schwenkbar angeschlosdes Drehtisches 5 angeschlossen ist, ist in Richtung des sen. Ein Paar von fünften Armteilen 39, die ähnlich wie Pfeils E in einer Vertikalebene derart schwenkbar, daß 35 die zuvor erwähnten Armteile gebaut und einander zuer durch Betätigung eines Hydraulikzylinders 8, der zwi- gewandt sind, sind mit ihren einen Enden an der Seite sehen dem Stützpfosten 3 und dem Drehtisch 5 liegt und des Basisteils 18 über Zapfen 41 an die einen Enden von als Betätigungsglied wirkt, in Richtung des Pfeils E ge- vierten Verbindungssteilen 40 angeschlossen, deren anschwenkt wird. Der Stützarm 4 ist so an den Stützpfo- dere Enden über Zapfen 42 an die anderen Enden der sten 3 über eine Achse 9 angeschlossen, daß er frei in 40 dritten Armteile 28 angeschlossen sind. Die plankenför-Richtung eines Pfeils Fin einer Vertikalebene schwenk- migen zwei fünften Armteile 39 werden von einem Paar bar ist, und er wird in Richtung Fdurch einen Hydraulik- von Plankenteilen 42a überbrückt. Die fünften Armteile zylinder 10 verschwenkt, der derart zwischen dem 39 sind im wesentlichen in ihren Mittelteilen durch Zap-Stützarm 4 und dem Stützpfosten 3 liegt, daß er als fen 43 an zweiten Stellen der vierten Armteile 37 Hydraulikbetätigungsglied wirkt An der Vorderkante 45 schwenkbar angeschlossen.

des Stützarms 4 ist ein flexibler, d. h. biegbarer Arm 12 Eine sich im wesentlichen in der Mittellinie des Arms angeordnet, der von einer dehnbaren und flexiblen Ab- 12 erstreckende Sprüh-Drehvorrichtung 44 weist eine deckung 11 überdeckt ist. An dem Arm 12 ist ein Griff 13 an eine Betätigungseinrichtung 45 angeschlossene Verbefestigt, der von einer Bedienungsperson erfaßt wird bindungsstange 46, sowie Verbindungsstangen 47 bis 50 und den programmgesteuerten Industrie-Roboter 1 50 auf. Die zwischen den zwei Armteilen 19 liegende Verlehrt. Eine Farbsprühpistole 16 wird von einem Halteteil bindungsstange 46 ist derart von dem Basisteil 18 gehal-15 auf einer Stange 14 gehalten, die aus dem Arm 12 ten, daß sie in einem Lager 51 in Richtung des Pfeils G vorsieht. um die Mittellinie 17 drehbar ist. Die Verbindungsstan-Der Arm 12 ist mit einem zylindrischen Basisteil 18 gen 46 und 47 liegen zwischen den zweiten Armteilen verschen, das drehbar an dem Stützarm 4 angebracht 55 26, die Verbindungsstangen 47 und 48 zwischen den ist, d. h. so, daß es sich frei in Richtung des Pfeils G um dritten Armteilen 28, die Verbindungsstangen 48 und 49 die Mittellinie 17 drehen kann und an dem ein Paar von zwischen den vierten Armteilen 37 und die Verbinersten Armteilen 19 mit ihren einen Enden befestigt dungsstangen 49 und 50 zwischen den fünften Armteilen sind. Die ersten plankenförmigen, paarweisen Armteile 39 und sind jeweils durch Kreuzgelenke 52 bis 55 derart 19 werden durch ein Plankenteil 19a brückenartig ver- 60 miteinander verbunden, daß bei einer Biegung des Arms bunden. Eine Betätigungsstange 20, die sich durch das 12 auch die Sprühkopf-Drehvorrichtung 44 entspre-Basisteil 18 erstreckt, ist in Richtung parallel zu der chend gebogen wird. Die Kreuzgelenke 52 bis 55 sind an Erstreckung der Mittellinie 17 bewegbar und über eine sich bekannt. Die Verbindungsstange 48 ist in einem Achse 21 an ihren vorderen Enden mit zwei ersten Ver- Lager 57 drehbar in einem Lagerteil 56 gelagert, das an bindungsteilen 22 verbunden, die einander zugewandt 65 den Plankenteilen 33 befestigt ist In ähnlicher Weise ist sind. Die Achse 21 weist einen Mittelteil 23 von Kugel- die Verbindungsstange 50 durch ein Lager 59 drehbar form auf, mit dem die Betätigungsstange 20 mit ihrem gelagert, das mittels eines Lagerteils 58 an den Plankenringförmigen Ende 24 derart verbunden ist, daß sie im teilen 52a befestigt ist. Die Stange 14 ist mit der Verbin-

dungsstange SO derart verbunden, daß sie in Richtung des Pfeils G gedreht wird, wenn eine Drehung der Sprühkopf-Drehvorrichtung 44 in Richtung G erfolgt.

An die Betätigungsstange 20 ist ein Hydraulik-Betätigungselement 60 angeschlossen, durch das die Betäti- s gungsstange 20 in Richtung der Pfeile A oder dvor oder zurück beweg: wird, d. h. in Richtung entlang der Mittellinie 17. Ein Hydraulik-Betätigungselement 61 ist derart an das Basisteil 18 angeschlossen, daß es letzteres in Richtung G um die Mittellinie 17 drehen kann. Die Drehung des Basisteils 18 und der Verbindungsstange 46 kann somit unabhängig voneinander erfolgen.

Der Industrie-Roboter 1 mit dem elefantenrüsselartigen Arm 12 kann somit die folgenden Funktionen ausführen: Der Stützpfosten 3 wird durch Betätigung des in der Plattform 2 untergebrachten Hydrauiik-Betätigungselements um die Mittellinie 6 gedreht und durch die Betätigung des Hydraulikzylinders 8 in der Vertikalebene um die Achse 7 geschwenkt und der Stützarm 4 ist durch Betätigung des Hydraulikzylinders 10 in der Vertikalebene um die Achse 9 schwenkbar.

Wenn das Basisteil 18 in der Mittellinie 17 durch Betätigung des Betätigungselements 61 gedreht wird, dann wird auch der Arm 12 in gleicher Weise um die Mittellinie 17 gedreht, und wenn die Verbindungsstange 46 durch Aktivierung der Betätigungseinrichtung 45 um die Mittellinie 17 gedreht wird, dann wird auch die Stange 14 somit um die Sprühpistole 16 gedreht. Wenn die Betätigungsstange 20 in Richtung B beispielsweise durch das Betätigungselement 60 bewegt wird, dann werden die zweiten Armteile 26 in Richtung des Pfeils C um die Achsen 27 geschwenkt

Wenn die zweiten Armteile 26 in Richtung C geschwenkt werden, so werden die zweiten Verbindungsteile 31 um die Zapfen 32 in Richtung C geschwenkt und j5 die dritten Armteile 28 werden um die Zapfen 29 in Richtung Cgeschwenkt Wenn die dritten Armteile 28 in Richtung Cgeschwenkt werden, so werden die dritten Verbindungsteile 35 in Richtung C um die Zapfen 34 geschwenkt und die vierten Armteile 37 werden ebenfalls um die Zapfen 38 in Richtung Cgeschwenkt. Wenn die vierten Armteile 37 in Richtung Cgeschwenkt werden, so werden die vierten Verbindungsteile 40 in Richtung C um die Zapfen 42 geschwenkt und die fünften Armteile 39 werden ebenfalls um die Zapfen 43 in Riehtung C geschwenkt Dies ergibt eine Krümmung des Arms 12 in der in F i g. 5 dargestellten Weise.

Wenn der Arm 12 auf diese Weise gebogen oder gekrümmt wird, so wird auch die Sprühkopf-Drehvorrichtung 44 in einer Weise gebogen oder gekrümmt, die der Krümmungsbewegung des Arms 12 entspricht. Selbst in diesem Zustand läßt sich die Stange 14 durch Drehung der Verbindungsstange 46 aufgrund einer Aktivierung der Betätigungseinrichtung 45 drehen. Darüber hinaus kann der Arm 12 selbst durch das Betätigungselement 61 gedreht werden. Wird die Betätigungsstange 20 andererseits durch das Betätigungselement 60 in Richtung A bewegt, dann wird der Arm 12 in anderer Richtung als in F i g. 5, d h. sowie in F i g. 6 gekrümmt Selbst in diesem in F i g. 6 dargestellten Zustand können die Stange bo 14 und der Arm 12 jeweils unabhängig voneinander gedreht werden.

.Obgleich in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Verbindungsteile und die Annteile paarweise ausgeführt sind, ist die Erfindung nicht auf eine derartige Ausführung beschränkt, sondern umfaßt auch Verbindungsteile und Armteile, die gegebenenfalls nur als Einzelstücke vorgesehen sind. Außerdem kann die Stange 14 beispielsweise aus den dritten Armteilen vorstehen. Ferner kann der flexible Arm so gebaut sein, daß mehr Armteile und die Verbindungsteile vorgesehen, beispielsweise sechs Armteile. Obgleich der Arm 12 in dem Ausführungsbeispiel an dem Arm 4 angebracht ist, kann der Arm in einer anderen Ausführung zur Gänze ein flexibler Arm sein, der an dem Stützpfosten 3 oder an der Plattform 2 angebracht ist. Ferner beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf Farbsprühroboter und Schweißroboter oder Manipulatoren, die durch Datenverarbeitungsanlagen gesteuert sind, sondern betrifft auch Manipulatoren oder Roboter, die Werkstücke erfassen können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Flexibler Arm für einen programmgesteuerten Industrie-Roboter, der ein erstes Ende und ein freies Ende aufweist und erste bis dritte Armteile sowie ein Verbindungsteil besitzt, wobei das zweite Armteil schwenkbar an einer ersten Stelle mit dem ersten Armteil verbunden ist, das dritte Armteil schwenkbar mit einer zweiten Stelle des zweiten Armteils verbunden ist und das Verbindungsteil schwenkbar an einem Ende mit dem einen Ende des ersten Armteils und an seinem anderen Ende schwenkbar mit dem einen Ende des dritten Annteils verbunden ist, wobei eine gerade Linie, die das eine Ende des Verbindungsteils mit dem anderen Ende des Verbindungsteils verbindet, eine andere gerade Linie kreuzt, die die erste Stelle mit der zweiten Stelle verbindet, und mit einer ersten Betätigungseinrichtung zum Schwenken des zweiten Armteils um die erste Stelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehbares Basisteil (18) drehbar an einem Stützarm (4) angebracht ist,