DE3211688A1 - Roboter fuer fertigungs- und/oder montagezwecke - Google Patents

Description

Anmelder: Karl-Franz Binder, Ingolstädter Str. 22, 8077 Reichertshofen

Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke

Die Erfindung bezieht sich auf einen Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke, dessen den jeweiligen Halter für Werkzeuge, Arbeitsgeräte od. dgl. tragender Arm infolge entsprechender Führungen dreidimensional bewegbar ist, wobei der Halter selbst durch Anordnung von Gelenken, Drehachsen od. dgl. mehrere Freiheitsgrade aufweisen kann und alle für die jeweiligen Arbeitsvorgänge erforderlichen Bewegungen des Halters programmierbar sind.

Roboter für die verschiedensten Zwecke haben in neuerer Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Sie werden insbesondere dann eingesetzt, wenn ständig wiederkehrende Arbeitsvorgänge durchgeführt werden sollen, wobei es eine große Rolle spielt, wie genau gearbeitet werden muß bzw. welche Güteansprüche gestellt werden. Die moderne Elektronik hat auch den Vorteil mit sich gebracht, daß man selbst die kompliziertesten Arbeitsvorgänge schnell und sicher programmieren kann, wozu grundsätzlich zwei Verfahren zur Verfügung stehen. Diese Verfahren, die in der Fachsprache unter den Ausdrücken "off-line" bzw. "teachin" bekannt sind, lassen es zu, in räumlicher und zeitlicher Entfernung vom jeweiligen Gerät zu programmieren bzw. die Steuerung am Gerät selbst vorzunehmen. Bei den bekannten Robotern wird nach dem "teach-in"-Verfahren 5 gearbeitet, wobei der Roboter selbst zum Programmierer

wird, was einem Verlust an Arbeitszeit gleichkommt, da nicht unabhängig vom Roboter vorprogrammiert werden kann. Ein weiterer wesentlicher Nachteil bei den bekannten Bauarten an Robotern besteht darin, daß die Änderungen des Winkels der Werkzeughalterung die räumliche Position verändern, die wieder hergestellt werden müssen, d.h., es hat eine Programmkorrektur zu erfolgen, die wiederum zeitaufwendig ist.

Demgegenüber bezweckt die Erfindung einen Roboter, bei dem die einmal eingegebene räumliche Position des Halters bzw. eines Werkzeuges oder eines Arbeitsgerätes auch dann nicht verloren geht, wenn der Halter gedreht oder geneigt wird. Außerdem soll es darüber hinaus möglich sein, nach dem "off-line"-Verfahren zu programmieren.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Halter über eine zu einer Einheit zusammengefaßten Doppel-Parallelogrammführung mittel- oder unmittelbar an seinen Tragarm angeschlossen ist, wobei die Paralleogrammlenkerpaare quer zueinander verlaufen und dieser Parallelogramm-Führung ein Schwenkwinkel-Verstellmechanismus zugeordnet ist. Der durch die Anordnung einer Doppel-Parallelogrammführung erzielte Vorteil soll, ohne die Erfindung auf 5 eine bestimmte Art von Robotern zu beschränken, an einem Montageroboter erläutert werden. Es sei angenommen, daß in den Halter ein steckschlüsselartiges Werkzeug eingesetzt ist, mit dem eine Schraube in miteinander zu verbindende Teile eingebracht werden soll» Nachdem dieser Arbeitsvorgang vorprogrammiert ist, bereitet es für gewöhnlich keine Schwierigkeiten, die Schraube einzubringen« Falls aus irgendwelchen Gründen eine Achskorrektur am Werkzeughalter erforderlich ist, kann diese ohne weiteres vollzogen werden, da die räumliche Position des Werkzeugs nicht verloren gegangen ist. Bisher mußte dazu ein Teil des Programmes geändert werden, was hier nicht erforderlich ist

und damit eine Zeiteinsparung mit sich bringt. Auch kann dadurch mit dem "off-line"-Verfahren gearbeitet werden, d.h. , der Programmierer kann an einem separaten Programmierplatz sein Programm erstellen und nach Fertigstellung an den Rechner übergeben. Von großem Vorteil ist es ferner, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen nur einen geringen wirtschaftlichen Aufwand erfordern, der verschwindend klein gegenüber einem Aufwand erscheint, der anfallen würde, wenn man derartige Probleme durch elektronische Steuerung beseitigen wollte.

Eine günstige Bauart nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die dem Tragarm benachbarte Parallelogrammführung ihre Anlenkfestpunkte auf der Tragarmachse besitzt, die ihrerseits dreh- und antreibbar im Tragarm gelagert ist. Dabei erscheint es für viele Fälle zweckmäßig, daß der Schwenkwinkelbereich des Halters, der am freien Ende der vom Tragarm wegstrebenden Parallelogrammführung vorgesehen ist, mindestens 90° beträgt.

Um die Belastbarkeit am Halter möglichst groß zu halten, wird nach der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß der tragarmnahe Lenker der dem Tragarm benachbarten Parallelogrammführung in beiden Richtungen über die Gelenkpunkte hinaus verlängert ist und mit dem einen überstehenden Ende an eine Verstellspindel angeschlossen ist, während das andere Ende einen Lenker der tragarmfernen Parallelogrammführung bildet.

Für eine einfache Verbindung der Verstellspindel mit dem entsprechenden verlängerten Ende eines Lenkers der einen Parallelogrammführung erscheint es nach der Erfindung zweckmäßig, daß die Verstellspindel mit einer Mutter ausgestattet ist, die gelenkig an dem einen üb_erstehenden 5 Ende des jeweiligen Lenkers angreift.

Um für die Verstellspindel eine abgeschlossene und geschützte Einheit zu schaffen, die sich selbsttätig auf die sich ändernden Winkelverhältnisse einstellt, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die zum Verstellmechanismus gehörige Verstellspindel in einem Gehäuse mit angeflanschtem Antriebsmotor gelagert ist und das Gehäuse sich gelenkig an der Tragarmachse abstützt.

Schließlich isx es mit Rücksicht auf möglichst viele Ver-Stellmöglichkeiten günstig, wenn nach der Erfindung der mit der Doppel-Parallelogrammführung ausgestattete Tragarm höhenverstellbar an einer Senkrechtführung angreift, die auf einer Art Kreuzschlitten angeordnet ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 einen Roboter mit dem erfindungsgemäß geführten Halter in der einen Endstellung des Schwenkwinkels und in Seitenansicht; Fig. 2 den gleichen Roboter, bei dem jedoch der

Halter sich in der anderen Endstellung des Schwenkwinkels befindet und

Fig. 3 eine vereinfacht dargestellte Einzelheit des Armes nach den Fig. 1 und 2_s gegenüber diesen

vergrößert.

Nach den Fig. 1 und 2 weist ein Roboter 1 für beliebige Zwecke einen Basissockel 2 auf, auf de» ein Schlitten 3 geführt ist. Dieser Schlitten 3 trägt einen Querschlitten ¹I, so daß von einem Kreuzschlitten 3, 1 zu sprechen ist. Beide Schlitten 3, 4 sind mit Antrieben 5, 6 ausgestattet. Der Schlitten 4 trägt eine Art Säulenführung 7, die einem Tragarm 8 als Widerlager dient. Mit diesem Auf-5 bau ist der Tragarm 8 dreidimensional (vgl. x, y, z) bewegbar.

Der auf der Führung 7 höhenverstellbare Tragarm 8 läßt sich drehen, was sich mit einem teilweise verdeckten Antrieb 9 vollziehen läßt. An den Arm 8 ist eine Doppel-Parallelogrammführung 10 angeschlossen, die am freien Ende einen Halter 11 für ein Werkzeug 12 trägt.

In Fig. 3 sind die Einzelheiten der Doppel-Parallelogrammführung 10 besonders gut zu erkennen. Man sieht deutlich, daß der Arm 8 mit seiner Achse 13 auf einem Lagerstutzen IU drehbar gelagert und mit einem Motor 15 angetrieben ist, Der Schwenkbereich beträgt 360°. Auf der Tragarmachse 13 befinden sich zwei Gelenkpunkte 16, 17, an denen Lenker 18, 19 angreifen. Der Lenker 18 weist eine obere und untere Verlängerung 20, 21 auf. Zu den Lenkern 18, 19 querliegende Lenker 22, 23 sind bei 24, 25, 26 mit den Lenkern 18, 19 gelenkig verbunden und das Parallelogramm wird durch einen kurzen Lenker 27 mit Gelenkpunkten 28, 29 geschlossen. Der Lenker 27 setzt sich in den Halter 11 fort. Der Schwenkbereich der ganzen Anordnung beträgt, wie der gekrümmte Doppelpfeil andeutet, 90°.

Die nach unten gerichtete Verlängerung 21 des Lenkers 18 trägt am freien Ende eine schwenkbar angelenkte Mutter 30, die auf eine Verstellspindel 31 aufgeschraubt ist. Diese Verstellspindel 31 ist in einem Gehäuse 32 gelagert, an das ein Antriebsmotor 33 angeflanscht ist. Zur schwenkbaren Lagerung des Gehäuses 32 in der Ebene der Tragarmachse 13 wird das Gehäuse 32 von einer Gabel 3H übergriffen, so daß das Gehäuse 32 um die Achse 35 geschwenkt werden kann, wenn dies durch die Stellung der Mutter 30 erforderlich wird. Die Gabel 34 ist bei 36 mit der Tragarmachse 13 fest verbunden.

Die Doppel-Parallelogrammführung 10 arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß für einen Arbeitsvorgang die räumliche Position 37 programmiert war. Aus beliebigem Grund

wird es beim Ablauf des Bearbeitungsvorganges erforderlich, die Richtung des Halters 11 bzw. des Werkzeuges 12 zu ändern. Dazu erhält der Motor 3 3 Impuls und die Spindel 31 bezieht die Doppel-Paralleogr-ammführung 10 in die mit dünnen Linien 38 angedeutete Stellung. Man sieht deutlich, daß dabei die räumliche Position 37 nicht verloren geht.

Claims (7)

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   OTTO GLOSER *..**..* "..*".." *..*.:.. 80?6 Ebenhausen-Werk O. Ingoletadt/D.

   PATENTANWALT Sudetenstral'.e 6

   Telefon 0 84 53/70 89 Zugelassener Vertreten beim EuropSischen Patentamt

   Patentanwalt O- Gloser. Sudetenstr. 6. 8076 Ebenhauaen-Werk Q. Inoolstadt/D. on ^ i O Q O

   Ebenhausen, den "· ^J· -LSi 8 Z

   Mem Zeichen: 95/82/06 Gl/S Ihr Zeichen:

   Anmelder: Karl-Franz Binder, Ingolstädter Str. 22, 8077 Reichertshofen

   Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke

   Patentansprüche

   \ Iy Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke, dessen den jeweiligen Halter für Werkzeuge, Arbeitsgeräte od. dgl. tragender Arm infolge entsprechender Führungen dreidimensional bewegbar ist, wobei der Halter selbst durch Anordnung von Gelenken, Drehachsen od. dgl. mehrere Freiheitsgrade aufweisen kann und alle für die jeweiligen Arbeitsvorgänge erforderlichen Bewegungen des Halters programmierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (11) über eine zu einer Einheit zusammengefaßten Doppel-Parallelogrammführung (10) mittel- oder unmittelbar an seinen Tragarm (8) angeschlossen ist, wobei die Parallelogranunlenkerpaare (vgl. 18, 19, 20, 22, 23, 27) quer zueinander verlaufen und dieser Parallelogramm-Führung (10) ein Schwenkwinkel-Verstellmechanismus (30 - 35) zugeordnet ist.
2. 2. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Tragarm (8) benachbarte Parallelogrammführung (18, 19) ihre Anlenkfestpunkte (16, 17) auf der Tragarmachse (13) besitzt, die ihrerseits dreh- und antreibbar im Tragarm (8) gelagert ist.

   Bankverbindung: Bayerische Hypotheken- und Wechselbank, Filiale Ingolstadl Konto Nr. 6480225021
3. 3. Roboter nach den Ansprüchen 1 und 2„ dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkelbereich des Halters (11), der am freien Ende der vom Tragarm (8) wegstrebenden Parallelogrammführung (22, 23) vorgesehen ist, minde-

   stens 90° beträgt.
4. 4. Roboter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der tr^^c^mnahe Lenker (18) der dem Tragarm (8) benachbarten Parallelogrammführung (18, 19) in beiden Richtungen über die Gelenkpunkte (16, 25) hinaus verlängert ist und mit dem einen überstehenden Ende (21) an eine Verstellspindel (31) angeschlossen ist, während das andere Ende (20) einen Lenker der tragarmfernen Parallelogrammführung (22, 23) bildet.
5. 5. Roboter nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellspindel (31) mit einer Mutter (30) ausgestattet ist, die gelenkig an dem einen überstehenden Ende (21) des jeweiligen Lenkers (18) angreift»
6. 6. Roboter nach den Ansprüchen 1 bis U₃ dadurch gekennzeichnet, daß die zum Verstellniechanismus (30 - 35) gehörige Verstellspindel (31) in einem Gehäuse (32) mit angeflanschtem Antriebsmotor (33) gelagert ist und das Gehäuse (32) sich gelenkig (vgl. 35) an der Tragarmachse (13) abstützt (vgl. 36). ■
7. 7. Roboter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der mit der Doppel-Parallelogrammführung

   (10) ausgestattete Tragarm (8) höhenverstellbar an einer Senkrechtführung (7) angreift, die auf einer Art Kreuzschlitten (2-4) angeordnet ist.