DE3300361C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulator gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft insbeson­ dere einen Manipulator, mit dem Punktschweißungen ausge­ führt werden sollen. Für diese Zwecke bestimmte Manipula­ toren enthalten in der Regel einen um eine vertikale Achse drehbaren Ständer, in dem ein erster Arm um eine horizon­ tale Achse drehbar gelagert ist. Ein zweiter Arm ist dreh­ bar um eine horizontale Achse in dem ersten Arm gelagert. Dieser zweite Arm trägt eine Tragvorrichtung für eine Schweißzange oder dergleichen. Diese Tragvorrichtung kann um eine oder um mehrere Achsen drehbare Einheiten enthal­ ten.

Beim Punktschweißen müssen große Ströme vom Schweißtrans­ formator zur Schweißzange übertragen werden. Ferner muß Kühlwasser zum Kühlen der Schweißelektroden sowie Druckluft zum Steuern der Schweißzange zur Schweißzange hin und von dieser zurück geleitet werden. Flexible Leiter für den elek­ trischen Strom und Schläuche für Kühlwasser und Druckluft haben bei Schweißrobotern in vielen Anwendungsfällen eine unzureichende Lebensdauer, da die häufigen Biegungen bzw. die freie Anordnung dieser Leitungen und Schläuche schnell zum Verschleiß führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die elektrischen Leiter und die eventuell erforderlichen Leitungen für Wasser und Druck­ luft (Steuerluft) geschützt angeordnet sind und die ver­ wendeten elektrischen Leiter bei der Bewegung des Manipu­ lators im wesentlichen keinen Biegungen ausgesetzt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Manipulator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungs­ gemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung wird also bei einem Roboter zum Punkt­ schweißen die Schweißzange von einer im zweiten Arm drehbar gelagerten Einheit getragen, in der Leiter für den zur Schweißzange zu leitenden Strom angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Arm rohrförmig ausgebildet und trägt den Schweißtransfor­ mator, von dem der Strom zur Schweißzange geleitet wird. Die Tragvorrichtung für die Schweißzange enthält eine rohr­ förmige Einheit, die drehbar in dem zweiten Arm gelagert ist und somit koaxial zu diesem verläuft. Die genannten Leiter sind in dieser drehbaren Einheit fest angeordnet. Die rohrförmige Einheit kann an ihrem äußeren Ende ein Teil tragen, das drehbar um eine Achse gelagert ist, die senkrecht zur Rotationsachse der rohrförmigen Einheit ver­ läuft. Dieses rotierbare Teil kann eine Befestigungsvor­ richtung für die Schweißzange enthalten, wobei diese Be­ festigungsvorrichtung drehbar um eine Achse angebracht ist, die senkrecht zur Achse des tragenden Teils verläuft.

Die Leiter für den Strom vom Transformator zur Schweiß­ zange laufen durch die genannte drehbare rohrförmige Ein­ heit in dem zweiten Arm des Manipulators und sind als zwei koaxiale Rohre ausgebildet, von denen das eine innerhalb des anderen liegt. Die Rohre liegen also konzentrisch zu­ einander. Sie bilden Kanäle für Kühlwasser. In einer Rich­ tung strömt das Kühlwasser durch das innere Rohr und in der anderen Richtung durch den ringförmigen Raum zwischen den beiden Rohren. Im inneren Stromleiterrohr kann eine Druckluftleitung angeordnet sein.

Der Schweißstrom vom Transformator wird durch die Rohr­ leiter in der rotierbaren Einheit in dem zweiten Arm des Manipulators übertragen und zwischen anderen Leiterteilen über Kontaktvorrichtungen mit Schaltstellen übertragen, deren Kontakte beim Einstellen (Positionieren) des Mani­ pulators offengehalten werden. Diese Kontaktvorrichtungen können ringförmige Kontaktscheiben enthalten, die von mit Druckluft betriebenen Betätigungsvorrichtungen zusammenge­ preßt werden, welche zusammen mit der Schweißzange betätigt werden.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Manipulator gemäß der Erfindung in Seiten­ ansicht,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch den zweiten Arm des Mani­ pulators längs der Linie Y-Y in Fig. 2,

Fig. 4 schematisch den Verlauf der Stromleiter vom Schweißtransformator zur Schweißzange.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein transportables Fundament, auf dem ein Manipulator (Roboter) 2 und eine Stromversorgungs­ einheit 3 angeordnet sind. Ein Ständer 4 ist drehbar um die vertikale Achse A auf der Grundplatte 5 angeordnet. Die Drehbewegung wird durch einen Motor 6 erzeugt, der über ein Zahnradgetriebe 7 und ein Treibrad mit einem Zahnkranz verbunden ist, welcher mit der Grundplatte 5 fest verbunden ist. Am Ständer 4 ist ein erster Arm 8 ro­ tierbar um eine horizontale Achse B gelagert. Der Arm 8 wird von einer Antriebseinheit 9 betätigt, die im Ständer 4 um eine Achse 10 gelagert ist. Die Antriebseinheit 9 besteht aus einem Motor 11, der eine Spindel 12 antreibt, die in einer Kugelmutter 13 läuft. Diese ist um eine Achse 14 im Arm 15 gelagert, der mit dem Arm 8 fest verbunden ist.

Ein zweiter Manipulatorarm 16 ist drehbar um eine Achse C am oberen Ende des ersten Manipulatorarms 8 gelagert. Er wird von einer in der Figur verdeckten Antriebseinheit betätigt, die von gleicher Art wie die Antriebseinheit 9 ist. Der Manipulatorarm enthält eine rohrförmige Hülse 17, die im Arm 8 gelagert ist. In der Hülse 17 ist ein rohrförmiges Teil 18 drehbar um eine Achse D gelagert und wird über ein Zahnrad 20 von einer Antriebseinheit 9 an­ getrieben. Am äußeren Ende des rohrförmigen Teils 18 be­ findet sich ein Teil 21, das drehbar um eine Achse F ge­ lagert ist und von einer Antriebsvorrichtung 22 betätigt wird. In diesem Teil 21 ist eine Befestigungsvorrichtung 23 für eine nicht dargestellte Schweißzange drehbar um eine Achse G gelagert. Die Antriebsvorrichtung ist in dem Teil 21 angeordnet.

Auf der Hülse 17 des Arms 16 ist ein Schweißtransformator 24 angeordnet. Er wird über ein Kabel 64 mit Strom von der Stromversorgungseinheit 3 gespeist. Der Strom vom Schweiß­ transformator 24 wird zur Schweißzange über eine Kontakt­ vorrichtung 25, konzentrische, rohrförmige Leiter 26, 27, äußere Leiter 28 und 29 (29 von 28 in Fig. 1 verdeckt), eine Kontaktvorrichtung 30, Leiter 31 und 32 (32 von 31 in Fig. 1 verdeckt) und eine Kontaktvorrichtung 33 geleitet. Die Kontaktvorrichtungen 30 und 33 sind von gleicher Art wie die Kontaktvorrichtung 25, die in Fig. 2 detaillier­ ter dargestellt ist.

Die Kontaktvorrichtung 25 enthält einen ersten scheiben­ förmigen Kontakt 35, der mit dem Leiter 26 verbunden ist, und einen zweiten scheibenförmigen Kontakt 36, der mit dem Leiter 27 verbunden ist. Zwischen den Kontaktscheiben 35, 36 befindet sich ein Distanzteil 37, das zweckmäßiger­ weise aus Isoliermaterial besteht oder aber isolierende Zwischenlagen enthält, die einen Kurzschluß zwischen Kon­ taktscheiben verhindern. Die Kontaktscheiben 35 und 36 so­ wie das Distanzteil 37 sind mit dem rotierbar gelagerten Teil 18 in der Hülse 17 fest verbunden. Zwischen den Kon­ taktscheiben 35 und 36 befinden sich zwei axial beweg­ liche, im übrigen jedoch feste (nicht rotierende) Kontakt­ scheiben 38 und 39. Diese werden in Richtung aufeinander von mehreren Federn 40 beaufschlagt und beim Zusammen­ führen gegen einen Zentriervorsprung 37 a am Distanzteil 37 gedrückt, so daß zwischen den Scheiben 35 und 38 bzw. zwischen 36 und 39 Luftspalte 41, 42 auftreten, die so groß sind, daß ein Schleifkontakt beim Drehen der Schei­ ben 35 und 36 nicht eintritt. Zwischen den Scheiben 38 und 39 befinden sich eine oder mehrere Betätigungsvorrich­ tungen zum Anpressen der Scheiben 38, 39 gegen die Schei­ ben 35 und 36. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht die Betätigungsvorrichtung aus einem ringförmigen Zylin­ der 43 und einem Ringkolben 44. Die Betätigungsvorrich­ tung wird mittels Druckluft über die Öffnung 45 betätigt. Die Kontaktscheiben 38 und 39 sind mit den Anschlüssen 46 und 47 am Schweißtransformator über flexible Leiter 48 und 49 des Blatt-Typs verbunden.

Die rohrförmigen Leiter 26 und 27 werden zum Kühlwasser­ transport benutzt. Das Kühlwasser kann durch das innere Rohr 27 zur Punktschweißzange geleitet werden und durch den ringförmigen Raum 50 zwischen den Rohren von der Zange weggeleitet werden oder umgekehrt. Eine Druckluftleitung 51 kann in dem inneren Leiterrohr 27 verlegt werden. Was­ ser und Druckluft können über eine schwenkbare Anschlußvorrichtung auf der einen Seite der Kontaktvorrichtung 25 zugeführt werden. Ein inneres Teil 52 ist mit dem rotierbaren Teil der Kon­ taktvorrichtung 25 fest verbunden. Um dieses ist eine nicht rotierbare Hülse 53 angebracht. In dem Teil 52 sind ringförmige Nuten 54, 55, 56 sowie Kanäle 57, 58, 59 ange­ ordnet, welche diese mit dem ringförmigen Raum 50, dem Raum 60 zwischen dem Leiterrohr 27 und der Druckluftlei­ tung 51 sowie mit der Druckluftleitung 51 verbinden. In der Hülse 52 befinden sich Anschlüsse 61, 62, 63 für Was­ ser bzw. Druckluft.

Fig. 4 zeigt schematisch das Verlegen der Schweißstrom­ leiter zwischen dem Schweißtransformator 24 und der Be­ festigungsvorrichtung 23 für die Schweißzange. Der Trans­ formator 24 ist über die Anschlüsse 46 und 47 und die flexiblen Leiter 48 bzw. 49 mit den festen Kontakten 38 und 39 der Kontaktvorrichtung 25 verbunden. Die rotier­ baren Kontakte 35 bzw. 36 der Kontaktvorrichtung 25 sind an die Leiterrohre 26 bzw. 27 angeschlossen. Die Rohre 26 und 27 sind über die Leiter 28 bzw. 29 an die Kontakte 36 bzw. 35 der Kontaktvorrichtung 30 angeschlossen. Die Kontakte 38 und 39 der Kontaktvorrichtung 30 sind über flexible Leiter 32 bzw. 31 an die Kontakte 38 bzw. 39 der Kontaktvorrichtung 33 angeschlossen. Die Kontakte 35 und 36 sind an nicht dargestellte Anschlüsse an der Schweiß­ zangenbefestigung 23 angeschlossen.

Claims (14)

1. Manipulator, vorzugsweise zur Durchführung von Punkt­ schweißungen, mit einem um eine erste Achse (A) dreh­ baren Ständer (4), einem in diesem Ständer (4) um eine zweite Achse (B) drehbar gelagerten ersten Arm (8), einem in diesem Arm (8) um eine dritte Achse (C) dreh­ bar gelagerten zweiten Arm (16) und einer von diesem zweiten Arm getragenen Tragvorrichtung für ein Arbeits­ werkzeug vorzugsweise eine Punktschweißzange, welche Tragvorrichtung um eine oder mehrere Achsen (F, G) rotierbare Einheiten (21, 23) enthält, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Tragvorrichtung für das Arbeits­ werkzeug eine in dem zweiten Arm (16) um dessen Achse (D) rotierbar gelagerte Einheit (18) enthält, die Lei­ ter (26, 27) für die Stromzuführung zum Arbeitswerkzeug aufweist.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zweiten Arm (16) rotierbar gelagerte Einheit (18) fest in dieser Einheit (18) angeordnete Leiter für die Stromzuführung von einem elektrischen Transformator (24) an das Arbeitswerkzeug enthält.

3. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (16) rohr­ förmig ist.

4. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (16) des Manipulators den Transformator (24) trägt.

5. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zweiten Arm (16) gelagerte Einheit (18) rohrförmig ist.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Einheit (18) der Tragvorrichtung ein äußeres Teil (21) enthält, das drehbar um eine zu der Rotationsachse (D) der rohrförmigen Einheit (18) senkrechte Achse (F) angeordnet ist.

7. Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teil (21) der Tragvorrichtung ein Be­ festigungsorgan (23) enthält, das drehbar angeordnet und an dem das Arbeitswerkzeug befestigbar ist.

8. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (26, 27) von dem Transformator (24) zu dem Arbeitswerkzeug die drehbare rohrförmige Einheit (18) in dem zweiten Arm (16) pas­ sieren.

9. Manipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus zwei konzentrischen Rohren (26, 27) bestehen.

10. Manipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Leiter (26, 27) Leitungen für Kühlwasser bilden.

11. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter zwischen dem Transformator (24) und dem Arbeitswerkzeug in mehrere Teile aufgeteilt sind, die über Kontaktvorrichtungen (25, 30, 33) miteinander verbunden sind, die gegenein­ ander bewegliche Kontakte (35, 36, 38, 39) enthalten.

12. Manipulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktvorrichtungen mindestens zwei ringför­ mige Kontaktscheiben (35, 36) und an diese anpreßbare Kontakte enthalten, die ebenfalls als ringförmige Scheiben (38, 39) ausgebildet sein können.

13. Manipulator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem inneren Leiterrohr (27) eine Leitung (51) für Druckmedium, Luft oder Flüssigkeit, angeordnet ist, das zur Betätigung des Arbeitswerkzeugs und/oder einer Kontaktvorrichtung dient.

14. Manipulator nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß Kühlwasser zu den Leitungen in dem zweiten Arm durch eine schwenkbare An­ schlußvorrichtung überführbar ist.