DE3217810A1

DE3217810A1 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE3217810A1
Application number: DE3217810A
Authority: DE
Inventors: Luciano Turin Bisiach
Original assignee: Bisiach and Carru SpA
Current assignee: Bisiach and Carru SpA
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1983-08-18
Also published as: IT8267136A0; CA1204132A; IT1155273B; GB2114534B; US4453883A; JPS58137583A; SE8203660L; ES8307150A1; FR2521055A1; BR8203487A; AR229270A1; SE451438B; GB2114534A; FR2521055B1; ES512273A0; JPS6124157B2; DE3217810C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf einen Industrieroboter mit mehreren Bewegungsachsen und einem Werkzeughalterkopf mit feststehendem Brennpunkt.

Obwohl der erfindungsgemässe Industrieroboter als vielseitig verwendbare Arbeitsmaschine ausgelegt ist, eignet er sich besonders zum TIG-, MIG- und MAG-Schweissen.

Es sind TIG-, MIG- und MAG-Schweissroboter bekannt geworden, bei denen der Schweissbrenner an einem Werkzeughalter angeordnet ist, der zwei oder mehr Grade von Bewegungsfreiheit aufweist, so dass die Schweissbrennerspitze eine Drehbewegung im Raum ausführt. Da der Schweissbrenner gegenüber dem ihn tragenden Werkzeughalter feststeht, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Programmierung der Roboterbewegungen, wenn es erforderlich ist, zur Erzielung bestmöglicher Schweissergebnisse den Brennpunkt des Schweissbrenners während des Schweissvorgangs zu verstellen, denn jede Veränderung der Bewegungsbahn oder Lage des Schweissbrenners bedingt eine umfassendere Aenderung der Stellung des Roboters und eine Berichtigung der Bewegung anderer Achsen, die nich'i ' direkt auf die Bewegung des Werkzeughalterkopfes ein-

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wirken. Auch wenn lediglich eine geringfügige Berichtigung der Lage des Schweissbrenners vorzunehmen ist, gestaltet sich eine derartige Programmierung des Roboters äusserst schwierig und kompliziert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und insbesondere den Programmierung Vorgang zu vereinfachen, indem ein Roboter mit mehreren Bewegungsachsen geschaffen~wird, der eine Veränderung oder Berichtigung der Lage des Schweissbrenners lediglich durch Dreh- oder Winkelbewegungen des Roboterkopfes unter Beibehaltung eines feststehenden Brennpunktes des Schweissbrenners ohne Verstellung anderer Bewegungsachsen des Roboters oder seiner üesamtlage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Schaffung eines Industrieroboters mit mehreren Bewegungsachsen und einem linear beweglichen oder verschwenkbaren Pussgestell, einem ersten in einem feststehenden Lager des Pussgestells schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebelgestänge, einem zweiten auf dem ersten Parallelogrammhebelgestänge schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebel-

gestänge, einem feststehenden Werkzeughalterkopflager am freien Ende des zweiten Parallelogrammhebelgestänges,

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einem an dem Werkzeughalterkopflager befestigten Werkzeughalterkopf, mit dem unter Beibehaltung eines feststehenden Brennpunktes zwei Winkelbewegungen ausführbar sind, und einem am freien Ende des Werkzeughalterkopfes schwenkbar gelagerten Werkzeughalter, wobei sich dieser Roboter dadurch auszeichnet, dass der Werkzeughalterkopf im wesentlichen aus einer Gewindewelle besteht, die mit einem ersten Gewindeteil mit einer ersten Spindelmutter zur Erzeugung einer Verschiebebewegung eines ersten Paars von parallel zueinander angeordneten Hebeln und mit einem zweiten Gewindeteil mit einer zweiten Spindelmutter zur Erzeugung einer Verschiebebewegung eines zweiten Paars von parallel zueinander angeordneten Hebeln gekuppelt ist, wobei die Länge und Gewindesteigung des ersten Gewindeteils etwa doppelt so gross als die des zweiten Gewindeteils sind, und die Hebelpaare an ihren freien Enden den Werkzeughalter tragen und die Gewindewelle von einer rohrförmigen drehbaren Ummantelung umgeben ist, die sich koaxial zur Gewindewelle erstreckt und mit FUhrungsmitteln versehen ist, die an an den Hebelpaaren angeordneten PUhrungsorganen angreifen, um eine Relativbewegung zwischen den Hebelpaaren und dadurch eine Winkelbewegung des Werkzeughalters um seine Längsachse und den feststehenden Brennpunkt zu erzeugen.

Die Führungsmittel zur Erzeugung einer Relativbewegung der Hebelpaare können vorteilhaft aus zwei plattenförmigen Teilen mit verschiedener kurvenförmiger Profilierung bestehen, durch die ein Aussen^rofil und ein Innenprofil entsteht, wobei das letztere durch die obere Begrenzung eines in den plattenförmigen Teilen angebrachten Langlochs gebildet wird. Auf diese Weise wird eine besonders raum- und kostenspar.nde Anordnung der Führungsmittel erzielt.

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

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemässen Industrieroboters mit mehreren Bewegungsachsen;

Flg. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Werkzeughalterkopfes des Industrieroboters gemäss Fig. 1;

Fig. J5 einen Teil des Werkzeughalterkopfes, der in Fig. 2 nicht dargestellt ist;

Fig. 4 den Werkzeughalterkopf von oben gesehen im Querschnitt;

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 2, aus dem auch der in Fig. j5 dargestellte Teil ersichtlich ist;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Werkzeughalterkopf "nach der Linie VI-VI in Fig. K, und

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Pig. 7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Bewegungen des Werkzeughalterkopfes.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der erfindungsgemässe Industrieroboter mit mehreren Bewegungsachsen im wesentlichen aus einem in bekannter Weise mittels eines Schlittens linear beweglichen Pussgestell 60, einem ersten in einem feststehenden Lager 7I des Pussgestells 60 schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebelgestänge 70, einem zweiten auf dem ersten Parallelogrammhebe Ige st änge 70 schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebe Ige st änge 80, einem feststehenden Werkzeughalterkopflager 84, das bei 85 am freien Ende des zweiten Parallelogrammhebelgestänges 80 befestigt ist, einem an dem Werkzeughalterkopflager 84 befestigten Werkzi halterkopf 90 und einem am freien Ende des Werkzeughalter kopfes 90 schwenkbar gelagerten Werkzeughalter 38. Bei diesem bevorzugten Äusführungsbeispiel der Erfindung ist das Pussgestell 60 des Roboters linear beweglich gelagert es versteht sich jedoch, dass es je nach Bedarf oder Zweckmässigkeit auch verschwenkbar gelagert sein kann.

Einen zweiten Grad von Bewegungsfreiheit erhält der Roboter durch das Parallelogrammhebelgestänge 70, das es dem Roboter ermöglicht, eine Schwenkbewegung auszuführen.

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Das Parallelogrammhebelgestänge 70 besteht aus zwei Hebeln 65 und 66, die an ihren Enden 61, 62,63 und 64 gelenkig befestigt sind. Dieses Parallelogrammhebe1-gestänge ist in einem Winkel * um etwa 70 mittels eines herkömmlichen Antriebssystems mit Gewindespindel, Spindelmutter und umlaufenden Kugeln verschwenkbar. Bei der Verschwenkung des Hebelgestänges 70 um den Gelenkpunkt 62 wird auch die Gewindespindel 72, an der der Hebel 66 über ein Zwischenglied 67 befestigt ist, um ein geringes Mass verschwenkt, wie durch die gestrichelt dargestellte Stellung ihres Endteils angedeutet ist.

Einen dritten Grad von Bewegungsfreiheit erhält der Roboter durch das Parallelogrammhebelgestänge 80, das dem Roboter ebenfalls eine Schwenkbewegung verleiht und oben auf dem Parallelogrammhebelgestänge 70 schwenkbar gelagert ist. Das Parallelogrammhebelgestänge 80 ist in der Lage, Sohwenkbewegungen von bis zu etwa 75 in dem Winkel & auszuführen. Die Schwenkbewegung des Parallelogrammhebelgestänges 80 erfolgt durch ein parallel zum Parallelogrammhebelgestänge 70 angeordnetes Antriebssystem 68 mit Gewindespindel, Spindelmutter und umlaufenden Kugeln.

Während sich die beiden Parallelogrammhebelgestänge 70 und 80 gleichzeitig oder auch unabhängig voneinander

bewegen, bleibt das Werkzeughalterkopflager 84 stets in einer festen Lage gegenüber der horizontalen Ebene, so dass sich auch die Lage des Werkzeughalterkopfes 90 gegenüber der horizontalen Ebene nicht ändert, obwohl es die vorstehend beschriebenen kinematischen Merkmale dem Werkzeughalterkopf ermöglichen, sich in jede durch den Roboter erreichbare Stellung im Raum zu verschieben.

Der Werkzeughalterkopf nimmt eine geneigte Lage gegenüber der horizontalen Ebene ein und die geometrische Längsachse des Werkzeughalterkopfes begrenzt einen Winkel ^ gegenüber der horizontalen Ebene, wie in Pig. 7 dargestellt ist. Dieser Winkel wird in der Konstruktionsphase des Roboters festgelegt und kann vorzugsweise etwa 30 betragen. Nachdem diese feststehende und gleichbleibende Lage des Werkzeughalterkopfes, wie oben beschrieben, festgelegt worden ist, hat der Werkzeughalterkopf noch zwei weitere Grade von möglichen Schwenkbeivegungen, bei denen sich die Längsachse des Werkzeughaiterkopfes um einen Mittelpunkt dreht, der einen feststehenden Brennpunkt bildet, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.

Der Werkzeughalterkopf 90 des erfindungsgemässen Roboters ist in Fig. 2 schematisch und teilweise im

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Schnitt dargestellt. In dem Werkzeughalterkopf 90 ist eine Oewindewelle 10 angeordnet, die durch einen Elektromotor 11 angetrieben wird, der über eine Riemenscheibe 13* einen Treibriemen 14 und eine Riemenscheibe 15 direkt mit der Gewindewelle 10 gekuppelt ist. Die Gewindewelle 10 ist in einer rohrförmigen drehbaren Ummantelung 20 in an der Bodenwandung 16 der letzteren angebrachten Lagern 17 und einem am Kopfende der Ummantelung 20 angebrachten Lager I9 drehbar angeordnet. Die Bedenwandung 16 der rohrförmigen Ummantelung 20 ist fest mit einem Zahnkranz 21 verbunden, der ein Zahnrad bildet, das mit einem ebenfalls durch einen Zahnkranz 18 gebildeten Zahnrad kämmt, das.auf der Abtriebswelle eines Gleichstrom-Elektromotors 12 mit Tacho-Dynamo und koaxialem Reduktionsgetriebe (Harmonie Drive) angebracht ist.

Die Gewindewelle 10 ist in zwei getrennte Gewindeteile 28 und 30 unterteilt. Die Länge und Gewindesteigung des Gewindete ils 28 ist etwa doppelt so gross als die des Gewindetells 30. Der erste Gewindeteil 28 steht in Schraub verbindung mit einer blockförmigen Spindelmutter 27 und der zweite Gewindeteil 30 mit einer ähnlichen Spindelmutter 31, Somit ist die Hublänge der Spindelmutter 27 etwa doppelt so gross als die der Spindelmutter 3I.

Mit den Spindelmuttern 27 und 31 sind zwei Hebelpaare verbunden, wie im einzelnen in den Flg. 3* 4, 5 und 6 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt in Seitenansicht einen Teil des Werkzeughalterkopfes, der in Flg. 2 nicht dargestellt ist und sich genau über dem in Fig. 2/dargestellten Teil befindet und mit dem letzteren ausgerichtet ist. Wie· aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist ein Hebelpaar 26, 29 über ■ Lagerbuchsen 22 und Lager 24 (Fig. 6) mit der Spindelmutter 27 verbunden. In ähnlicher Weise ist mit der Spindelmutter 3I ein Hebelpaar 32, 35 über Lagerbuchsen und Lager verbunden. Die gegenseitige Anordnung der Hebel ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich, die zeigt, dass der Hebel 26 bei 37 mit der Spindelmutter 27 und der Hebel 32 bei 41 mit der Spindelmutter 3I verbunden ist.

Die Hebel 26 und 29 sind langer als die Hebel 32 und 35 und übergreifen die letzteren bei 41 mittels eines gespaltenen Profilteils. Die beiden Hebelpaare 26, 29 und 32, 35 tragen an ihren freien Enden den Werkzeughalter 38, der bei 39 und 42 an den Hebeln angelenkt ist.

Fig, 5 ist ein Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 2 und zeigt den Werkzeughalterkopf zusammen mit den daran angebrachten Führungsmitteln, wie nachstehend noch

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näher beschrieben werden wird. pig. β ist ein Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4 und zeigt die Spindelmutter 27 mit den Lagerbuchsen 22 und Lagern 24 zur Verbindung mit dem längeren Hebelpaar.

Somit werden die Hebelpaare 26, 29 bzw. 32, 35 längs der Gewindewelle 10 durch die mit den Hebelpaaren-verbundenen Spindelmuttern 27 bzw. 3I verschoben. Da die Gewindesteigung des ersten Gewindeteils 28 der Gewindewelle 10 etwa doppelt so gross ist als die Gewindesteigung des zweiten Gewindeteils 30, ist der Verschiebeweg des längeren Hebelpaars etwa doppelt so lang als der Verschiebeweg des kürzeren Hebelpaars. Gleichzeitig mit der Verschiebebewegung in Längsrichtung der Gewindewelle 10 führen die Hebelpaare auch eine Relativbewegung zueinander aus, die durch die in Fig. 3 dargestellten Führungsmitteln 45 hervorgerufen wird, die mit ihrem

unteren Teil 44 an der rohrförmigen Ummantelung 20 befestigt sind, wobei dieser untere Teil 44 dem Profil 44' (Fig. 2) der rohrförmigen Ummantelung 20 angepasst-ist. Die Führungsmittel 45 bestehen aus plattenförmigen Teilen mit verschiedener kurvenförmiger profilierung, durch die ein oberes Aussenprofil 47 und ein unteres Innenprofil 49 entsteht. Das untere Innenprofil 49

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wird durch die obere Begrenzung eines in den plattenförmigen Teilen angebrachten Langlochs gebildet. In einem mittleren Teil der Länge der Hebel 26 und 29 sind Führungsorgane und in einem mittleren Teil der Länge der Hebel 32 und sind Führungsorgane 4o befestigt. Die Führungsorgane und 40 bestehen aus an den Kurvenprofilen 47 bzw. 49 angreifenden Lagern. Die Führungsorgane 50. und 40 laufen auf den Kurvenprofilen 47 bzw. 49 entlang und bewirken dadurch .eine Relativbewegung zwischen den längeren Hebeln 26, 29 und den kürzeren Hebeln J52, J55 während derer Verschiebebewegung und durch diese Relativbewegung erfährt der Werkzeughalter J>S eine Winkelverstellung um einen feststehenden Brennpunkt in Uebereinstimmung mit der anfangs dargelegten Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Form der Kurvenprofile 47 und 49 sowie die anderen Merkmale der Hebel wie die Lage der Lager 4o und 50, die Länge der Hebel und deren Verbindungsstellen mit dem Werkzeughalter 38 werden während der Konstruktion des Roboters derart' bemessen, dass eine Winkelverstellung des Werkzeughalters 38 gegenüber seiner Längsachse in einem Bogen erfolgt, dessen Mittelpunkt durch den feststehenden Brennpunkt 55 gebildet wird, wie in Fig. 7 · dargestellt ist, wobei dieser Bogen einen Winkel O von

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etwa 90 umfasst.

Fig. 7 veranschaulicht ferner die Bewegung des Werkzeughalters 38, die durch die gleichzeitige Relativbewegung der längeren und kürzeren Hebelarme unter der Wirkung der vorstehend beschriebenen Spindelmuttern und Führungsmittein hervorgerufen wird. Die Längsachse des Werkzeughalters und folglich auch der darin eingesetzte Schweissbrenner ist unabhängig von der Neigung des Werkzeughalters 58 stets auf den feststehenden Brennpunkt 55 gerichtet, der durch die relative Lage der Längsachse 52 gegenüber der Achse der Gewindewelle 10 bestimmt wird. Da die rohrförmige Ummantelung 20 ferner in einem

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Winkel von bis zu JoO oder auch me:.<r um ihre eigene Achse drehbar ist, kann der Werkzeughalter im Raum Schwenkbewegungen gemSss zwei Freiheitsgraden ausführen und entsprechend diesen beiden Graden der Bewegungsfreiheit kann der Schweissbrenner im Raum jede. Lage einnehmen und sich um einen Mittelpunkt bewegen, der stets der feststehende Brennpunkt 55 bleibt. Damit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst, die, wie anfangs erwähnt, darin besteht, eine Verstellung der Lage des Schweissbrenners zu ermöglichen und Berichtigungen der Lage des Werkzeughalterkopfes im Bereich des Werkzeug-

halterkopfes selbst vornehmen zu können, ohne andere Bewegungsachsen des Roboters verstellen zu müssen. Wie eingangs dargelegt wurde, wird dadurch dio Programmierung des erfindungsgemässen Roboters vereinfacht und dessen Arbeitsweise zuverlässiger im VergleLoh zn ähnlichen herkömmlichen Robotern.

Obwohl vorstehend eingehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich, dass darin verschiedene dem Fachmann naheliegende bauliche Aenderungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Patentansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

BAD ORIGINAL

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Claims

11. Mai 1982

Patwttanwalt FINK · PsatfechSr · O7Ü00EsatlneaiiMMkar) _n _£nO/-' r o/öo ►

BISIACH & CARRU¹ S.p.A., Corso Lombardia 21, 10978 Venaria Reale, Turin, Italien

"Industrieroboter"

Patentansprüche:

, I/ Industrieroboter mit mehreren Bewegungsachsen und einem linear beweglichen oder verschwenkbaren Pussgestell, einem ersten in einem feststehenden -Lager des Pussgestells schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebelgestänge, einem zweiten auf dem ersten Parallelogrammhebelgestänge schwenkbar angeordneten Parallelogrammhebelgestänge, einem feststehenden Werkzeughalterkopflager am freien Ende des zweiten Parallelogrammhebelgestänges, einem an dem Werkzeughalterkopflager befestigten Werkzeughalterkopf, mit dem unter
Beibehaltung eines feststehenden Brennpunktes zwei Winkelbewegungen ausführbar sind, und einem am freien Ende des
Werkzeughalterkopfes schwenkbar gelagerten Werkzeughalter, dadurch gekenn zeich net, dass
der Werkzeughalterkopf (90) im wesentlichen aus einer
Gewindewelle (10) besteht, die mit einem ersten Gewindeteil (28) mit einer ersten Spindelmutter (27) zur Erzeugung einer Verschiebebewegung eines ersten Paars von parallel

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zueinander angeordneten Hebeln (26, 29) und mit.einem zweiten Gewindeteil (30) mit einer zweiten Spindelmutter (31) zur Erzeugung einer Verschiebebewegung eines zweiten Paars von parallel zueinander angeordneten Hebeln (32, 35) gekuppelt ist, wobei die Länge und Gewindesteigung des ersten Gewindeteils (28) etwa doppelt so gross als die des zweiten Gewindeteils (30) sind, und die Hebelpaare an ihren freien Enden den Werkzeughalter (38) tragen und die Gewindewelle (10) von einer rohrförmigen drehbaren Ummantelung (20) umgeben ist, die sich koaxial zur Gewindewelle erstreckt und mit Führungsmitteln (45) versehen ist, die an an den Hebelpaaren angeordneten Führungsorganen (4o, 50) angreifen, um eine Relativbewegung zwischen den Hebelpaaren und dadurch eine Winkelbewegung des Werkzeughalters (38) und seine Längsachse (52) und den feststehenden Brennpunkt (55) zu erzeugen.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (45) zur Erzeugung einer Relativbewegung der Hebelpaare aus zwei plattenförmigen Teilen mit verschiedener kurvenförmiger Profilierung

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bestehen, durch die ein Aussenprofil (4-7) und ein Innenprofil (49) entsteht, wobei das letztere durch die obere Begrenzung eines in den plattenförmigen Teilen angebrachten Langlochs gebildet wird.

3. Industrieroboter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch, gekennzeichnet, dass die Führungsorgane (50) an dem durch die erste Spindelmutter (27) bewegten Hebelpaar (26, 29) an dem Aussenprofil (4-7) und die Führungsorgane (4o) an dem durch die zweite Spindelmutter (3I) bewegten Hebelpaar (J2, 35) an dem Innenprofil (49) der Führungsmittel (45) angreifen.

4. Industrieroboter nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindewelle (10) in koaxialen Löchern der rohrförmigen Ummantelung (20) :·.η darin angebrachten Lagern (I7, I9) angeordnet ist, die eine Relativdrehung zwischen der Gewindewelle und der Ummantelung ermöglichen.

5. Industrieroboter nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindewelle (10) durch einen mit dieser gekuppelten Elektromotor (11) antreibbar

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ist, der ausserhalb der rohrförmigen Ummantelung (20) angebracht ist. — - - —

6. Industrieroboter nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Ummantelung (20) in einem feststehenden Rohrstutzen (23) des Werkzeughalterkopfes (90) mittels zweier Zahnräder (21, 18) drehbar gelagert ist, von denen das eine (21) fest mit der rohrförmigen Ummantelung (20) verbunden ist, während das andere (18) auf der AbtriebsweHe eines Elektromotors (12) mit koaxialem Reduktionsgetriebe angebracht ist.