DE3323976A1

DE3323976A1 - Mehrgelenk-roboter

Info

Publication number: DE3323976A1
Application number: DE3323976A
Authority: DE
Inventors: Noriaki Ikoma Nara Nakanishi
Original assignee: NAKANISHI MACHINE CO
Current assignee: NAKANISHI MACHINE CO
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-07-02
Publication date: 1984-09-06
Also published as: KR840007983A; JPS59136282U

Description

Anwaltsakte: P 1010 NAKANISHI MACHINE CO., LTD.

Osaka, Japan

Mehrgelenkroboter

Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkroboter, der für Montagearbeiten an Maschinen oder Einrichtungen verwendet wird, ferner für Förderzwecke, beispielsweise zum Einlegen und Herausnehmen von Gegenständen in bzw. aus aufeinanderfolgende Behälter.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Mehrgelenkroboters. Wie man erkennt, hat dieser einen ersten Arm {3), dessen freies Ende U-förmig ausgebildet und in einer ersten, drehbaren Welle (2) gelagert ist, die ihrerseits in einem Ständer (l) drehbar ist. Man erkennt ferner einen zweiten Arm (5), der an einer zweiten, drehbaren Welle (4) gelagert ist, die ihrerseits am ersten Arm (3) parallel zu der ersten drehbaren Welle (2) drehbar gelagert ist. Ein Werkzeug-Halteschaft (6) ist am zweiten Arm (5) parallel zu der zweiten drehbaren Welle (4) verschiebbar. Am Endbereich des Werkzeug-Halteschaftes (β) ist ein Werkstück (7) gehalten. Die beiden drehbaren Wellen (2) und (²J-) sind jeweils mit einem Drehantriebsmechanismus (8) gekoppelt (JA-OS 112789/198Ο)

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Derartige vorbekannte Mehrgelenksroboter verfügen nicht über einen weiten Arbeitsbereich, da die erste drehbare Welle (2) unmittelbar vom Ständer (l) gehalten ist, und da der erste Arm (3) und der zweite Arm (5) auf ein und demselben Niveau angeordnet sind, wodurch der Schwenkbereich des zweiten Armes (5) sehr begrenzt ist. Da ferner der erste Arm (j5) und derdritte Arm (5) praktisch ein integrales Teil bilden, ist es nich-t nur sehr schwierig, die erste und die zweite Welle (2), (4), herzustellen, sondern auch sehr mühsam, diese beim Zusammenbau eines Roboters zu montieren. Außerdem lassen sich ■die Wellen (2, 4) dann nicht mehr leicht entfernen, wenn sie erst einmal eingesetzt sind. Deswegen ist es praktisch unmöglich, die erste und die zweite Welle (2, 4) im Bedarfsfall gegen andere Wellen auszutauschen; es ist noch viel weniger möglich, zum Verändern des Arbeitsbereiches die Armlänge frei zu verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrgelenkroboter zu schaffen, der die Nachteile des bekannten Roboters nicht aufweist, der insbesondere bequem in der Handhabung ist, bei dem s ich der Schwenkbereich seiner beweglichen Arme leicht vergrößern läßt und dessen Arbeitsbereich sich somit wesentlich erweitern läßt, und bei dem sich außerdem die drehbaren Wellen leicht einsetzen oder entfernen lassen.

Ferner sollendie Wellen bzw. der Werkstück-Halteschaft gegen andere Wellen bzw. einen anderen Schaft leicht austauschbar sein, und zwar im Falle der Leistungsvergrößerung der Wellen oder des Schaftes, im Falle von Reparaturarbeiten oder Arbeitswechseln; insbesondere soll der Arbeitsbereich durch Verändern der Länge der Arme vergrößerbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß den in den Patentansprüchen wiedergegebenen Merkmale gelöst.

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Pig. 1 zeigt, wie bereits erwähnt, einen bekannten Mehr- ' gelenkroboter in Seitenansicht.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, mit teilweise weggeschnittenen Teilen.

Fig. 3 ist eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Fig. 4 veranschaulicht die Arbeitsbereiche.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wiederum teilweise weggeschnitten.

Fig. β ist eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte erste Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen in Draufsicht annähernd kreisförmigen Ständer 11, der auf einem Tisch frei montierbar ist. In einem zylindrischen Schuh 13 auf der Grundplatte 11 ist eine Säule gelagert. Am oberen Teil der Säule 12 ist ein U-förmiger Arm gelagert. Das freie Ende dieses Armes 14 ist als zylindrischer Wellenhalter 15 ausgebildet, der zum Zwecke der leichteren Montage in zwei Teile zerlegt ist. Schrauben l6 dienen zum Zusammenhalten der beiden Teile. Man sieht ferner einen Vorbehalt des Wellenhalters 15 sitzenden Gleichstrom-Servomotor. An die Ausgangswelle dieses Gleichstrom-Servomotors 17 ist eine erste vertikale drehbare Welle l8 angekoppelt. Diese ist in ^nannten Wellenhalter 15 gelagert. Ss ist ferner ein erster beweglicher Arm 19 vorgesehen, dessen bewegliche Basis 20 mittels Schrauben ΐβ an der ersten vertikalen Welle 18 befestigbar und auch wieder abschraubbar ist. Dieser erste drehbare Arm 19 besteht aus einem langen Armteil 21 und einem kurzen Armteil 22, die mittels Schrauben 16 zu einem einzigen Teil miteinander verbunden sind. Am freien Ende des kurzen Armteiles 22 sind vertikale Gleitnuten vorgesehen, in denen zwei Paar Schienen laufen. 21n Gleitstück ist jeweils gleitend in jedem

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der Schienen 23 gelagert. Man erkennt ferner einen zylindrischen Wellenhalter 25 am freien Ende des Gleitstückes 24. Der Wellenhalter 25 ist in zwei Teile gelagert, die sich mit Schrauben und so weiter zusammenfügen lassen. Zum Antrieb des Gleitstückes 24 dient ein Luftzylinder 26, der auf dem kurzen Armteil 22 ruht. Auf dem Wellenhalter 25 ist ferner ein Gleichstrom-Servomotor 27· Eine zweite vertikale, rotierbare Welle ist an die Ausgangswelle des Gleichstrom-Servomotors 27 angekoppelt und vertikal im Wellenhalter 25 gelagert, nach unten sich erstreckend. Ein zweiter beweglicher Arm ist horizontal am unteren Ende der zweiten vertikalen Welle 28 gelagert. Dieses untere Ende befindet sich auf einem niedrigeren Niveau, als das untere Ende der ersten Welle 18. Zum Halten eines Werkzeuges dient eine vertikale, drehbare Welle 30, die am freien Ende des zweiten beweglichen Armes 29 gelagert ist, und zwar derart, daß diese Welle 30 sich nach unten erstreckt. Sie befindet sich über ein Kegelradgetriebe 31in Drehverbindung mit einer horizontalen Welle 32, die sich in dem zweiten beweglichen Arm 29 befindet. Ein Gleichstrom-Servomotor 33 dient zum Antrieb dieser horizontalen Welle 32. Eine Bohrung 34 dient zum Aufnehmen oder Abgeben von Luft für ein Luft- oder Vakuum-Spannfutter am unteren Ende der vertikalen, umlaufenden Welle 30 zum Halten des Werkzeuges. An der Werkzeug-Haltewelle 30 läßt sich ein Werkzeug wie beispielsweise ein Luftfutter oder ein Vakuumfutter befestigen.

Aus Fig. 4 erkennt man das Zentrum A der ersten vertikalen drehbaren Welle l8, das Zentrum B der zweiten vertikalen drehbaren Welle 28, und das Zentrum C der werkzeughaltenden vertikalen Welle 30. Eine hier nicht dargestellte Steuereinheit, die getrennt vorgesehen ist, steuert den gesamten Ablauf und die Bewegungen des ersten Armes 19 und des zweiten Armes 29.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Mehrgelenkroboters erklärt werden. ...,a. COPY

Zunächst läuft die erste, vertikale, drehbare Welle 18 um, sobald diese von dem Gleichstrom-Servomotor 17 angetrieben wird. Der Umlauf dieser vertikalen Welle 18 veranlaßt den Arm 19 zu einer Schwenkbewegung um max. 270 um die Achse A der ersten vertikalen drehbaren Welle l8. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Schwenkung um 240°. Andererseits läßt sich die zweite vertikale drehbare Welle 28 dann um eine vorbestimmte Strecke vertikal verschieben, wenn Gleitstück 24 durch Luftzylinder 2β vertikal verschoben wird. Außerdem läßt sich die Welle 28 durch den Gleichstrom-Servomotor 27 in Umlauf versetzen, wodurch der zweite bewegliche Arm 29 fast um 360⁰ um Achse B der zweiten vertikalen drehbaren Welle 28 verschwenkt wird (siehe wiederum Pig. 4). Da die zweite Welle 28 am freien Ende des ersten beweglichen Armes 19 derart gelagert ist, daß sie sich nach unten erstreckt, und da ferner am unteren Ende der Welle 28 der zweite bewegliche Arm 29 angreift, läßt sich dieser zweite Arm 29 in dem Raum unterhalb des ersten Armes 14 und des ersten beweglichen Armes 19 frei verschwenken. Die vertikale Werkzeughaltewelle 30, die am freien Ende des zweiten beweglichen Armes 29 gelagert ist, läuft mittels der horizontalen Welle 32 dann um, wenn diese durch den Gleichstrom-Servomotor 33 angetrieben ist. Damit besorgt die Welle 30 Aufgaben wie beispielsweise das Überführen von Teilen, die von Werkzeug 35 (beispielsweise einem Luftfutter) gehalten sind, zu vorbestimmten Positionen. Die vertikale Werkzeughaltewelle 30 wird durch die horizontale Welle 32 unter Zwischenschaltung des Kegelradgetriebes 31 angetrieben; sie hat somit eine exakt bestimmte Drehzahl, und ihre Umdrehung läßt sich selbst dann noch schlupffrei bewirken, wenn ganz erhebliche Gewichte hierauf aufgebracht sind.

Die zu bewältigende Arbeit läßt sich somit durch entsprechendes Steuern der gesamten Bewegungs- und Operationsabläufe des ersten Armes 19 und des zweiten Armes 29 bewerkstelligen.

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Sind die erste und die zweite drehbare Welle 28, 19 beschädigt oder müssen diese für eine höhere Leistung entsprechend stärker dimensioniert werden, so werden die Wellenhalter 15, 25 durch Herausschrauben der Schrauben 16 in zwei Teile zerlegt, so daß die Wellen l8, 28 gegen andere Wellen ausgetauscht werden können. Will man den Arbeitsbereich räumlich erweitern, so. kann der erste Arm 19 verlängert werden durch Abkoppeln der langen Armteile 21, 22, die den ersten beweglichen Arm 18 bilden, und durch Hinzufügen von besonderen Armteilen.

Die in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich der ersten Ausführungsform. Eine Ausnahme besteht darin, daß lediglich die vertikale Werkzeughaltewelle 30 durch den Luftzylinder 36 usw. vertikal frei bewegbar ist; der Luftzylinder 36 ist am zweiten beweglichen Arm 29 gelagert. Es bedarf somit nicht des vertikalen Verschiebens der zweiten vertikalen drehbaren Welle 29 mittels des Gleitstückes. Einander entsprechende Elemente sind gleich numeriert, wie in Pig. 2.

Die in Fig. 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Erfindung ist wiederum ähnlich der ersten und der zweiten Ausführungsform. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß die vertikale, drehbare Werkzeughaltewelle JQ mittels einer Montageplatte am freien Ende des beweglichen Armes 29 montiert ist, und daß der Arbeitsbereich durch freies Austauschen der vertikalen, drehbaren Werkzeughaltewelle 30 verändert werden kann. Die Bezugszeichen sind wiederum entsprechend jenen der Fig. 2 und gewählt.

Bei der ersten und bei der dritten Ausführungsform dienen die Gleichstrom-Servomotoren 17, 27, 33 jeweils als Antriebsmotoren; diese können jedoch durch Impulsmotoren oder andere xMotoren ersetzt werden. Außerdem läßt sich die zweite vertikale, drehbare Welle 28 bei der ersten AusführungsArm und die vertikale

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Werkzeughaltewelle 30 bei der zweiten und der dritten Ausführungsform in vertikaler Richtung frei bewegen. Man kann jedoch die zweite vertikale, drehbare Welle 28 und die vertikale drehbare Werkzeughaltewelle 30 derart gestalten und anordnen, daß diese sich in vertikaler Richtung frei bewegen können; diese Vertikalbewegung läßt sich durch einen Luftzylinder, durch einen Gleichstrom-Servomotor, durch einen Impulsmotor usw. erreichen. Außerdem ist der Wellenhalter 15 des festen Armes 14 aus zwei Teilen aufgebaut; die Basis 20 des ersten beweglichen Armes 19 kann ebenfalls in zwei Teile zerlegt sein bzw. es können beide in zwei Teile zerlegt sein. Der erste bewegliche Arm 19 ist zwar aus einem langen und einem kurzen Armteil 21, 22 zusammengebaut; man kann jedoch auch drei oder mehr Armteile verwenden, um die Länge des ersten beweglichen Armes entsprechend den Erfordernissen zu wählen.

Die Erfindung in der beschriebenen Weise hat die folgenden Vorteile zur Folge:

Vor allem wird der gesamte Ablauf und die Bewegung des ersten beweglichen Armes 19 und des zweiten beweglichen Armes 29 ordnungsgemäß gesteuert. Hierbei wird nicht nur die Montagearbeit an der Maschine oder dem betreffenden Gela sowie das automatische Handhaben wie beispielsweise das Einlegen und Herausnehmen von Gegenständen in und aus Behältern, die in Reihe angeordnet sind (beispielsweise auf Förderbändern) rasch durchgeführt. Da der feste Arm 14 horizontal an der Säule 12 gelagert ist, und da der zweite bewegliche Arm horizontal und drehbar am vorderen Ende des ersten Armes 19 mittels der zweiten vertikalen drehbaren Welle 28, die nach unten ragt, gelagert ist, läßt sich der erste Arm 19 maximal um 270° um Achse A der ersten drehbaren vertikalen Welle 18 schwenken, und der zweite Arm 29 etwa um 3βθ° um Achse B der zweiten vertikalen drehbaren Welle 28. Der erste und der zweite drehbare Arm 19, 29 können somit in dem Raum unterhalb des festen Armes 14 und des beweglichen ersten Armes 19 frei

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schwenken. Deshalb ist der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen' Einrichtung wesentlich größer als derjenige von bekannten Robotern.

Da der erste bewegliche Arm 19 ferner aus wenigstens zwei Armteilen 21, 22 aufgebaut ist, die demontierbar aneinander angekoppelt sind, so läßt sich die Länge des ersten beweglichen Armes 19 durch Vergrößern oder Verkleinern der Anzahl von Armteilen 21, 22 je nach Bedarf verändern. Demgemäß läßt sich der Arbeitsbereich ganz beträchtlich erweitern.

Wellenhalter 15 des festen Armes 14 und Basis 20 des ersten beweglichen Armes 19 oder wenigstens" eines dieser beiden Elemente sind in zwei Teile zerlegt; Wellenhalter 25 des ersten beweglichen Armes 19 ist ebenfalls aus zwei Teilen aufgebaut. Deshalb lassen sich nicht nur die erste und die zweite Welle 18, 28 beim Montieren des Mehrgelenkroboters leicht einsetzen, sondern es lassen sich auch die Wellen 18, 28 leicht herstellen. Sind die Wellen 18, 28 einmal beschädigt, oder sollen sie für höhere Leistungen ausgelegt werden, so lassen sich die Wellenhalter 15, 25 leicht und schnell in zwei Teile zerlegen, um die Wellen gegen andere, gewünschte Wellen auszutauschen.

Da die vertikale Werkzeughaltewelle 30 mittels eines Kegelradgetriebes 31 angetrieben wird, so läßt sich ihre Drehzahl ohne Schlupf selbst dann frei definieren, wenn auf die Welle ein ganz beachtliches Gewicht einwirkt. Da ferner die vertikale Werkzeughaltewelle 30 abnehmbar am zweiten beweglichen Arm mittels der Halteplatte 37 befestigt ist, so läßt sich jede gewünschte vertikale drehbare Werkzeughaltewelle einsetzen, die den betreffenden Arbeitsanforderungen gerecht wird.

Da schließlich nicht nur die erste und die zweite vertikale drehbare Welle l8, 28 ausgetauscht werden können, sondern da auch der .,erste bewegliche Arm 19 aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, läßt sich der Roboter gemäß der Erfindung für die Zwecke des Transportes klein zerlegen. BADORIGiNAL COPY

30.06.1983
DrW/MJ

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Mehrgelenk-Roboter, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
(a) ein fester Arm 1st horizontal angeordnet und an einer Säule (12) gelagert bzw. befestigt, die ihrerseits auf einer Grundplatte (11) ruht;

' (b) ein erster beweglicher Arm (19) ist mittels einer ersten vertikalen drehbaren Welle (l8) am freien Ende des festen Armes (14) horizontal drehbar gelagert; (c) der zweite bewegliche Arm (29) ist horizontal am

freien Ende des ersten beweglichen Armes (19) mittels einer zweiten vertikalen, drehbaren, nach unten vorragenden Welle (28) am freien Ende des ersten beweg-■'"'''■ 'riehen'⁵Armes (19) horizontal drehbar gelagert;

(d)· eine ein Werkzeug tragende, vertikale, drehbare Welle (30) ist am freien Ende des zweiten beweglichen Armes (29) gelagert;

(e) die obere Endfläche des zweiten beweglichen Armes (29) ist unterhalb der unteren Endfläche des festen Armes (I²O angeordnet; und

(f) wenigstens eines der beiden Elemente, nämlich der zweiten vertikalen drehbaren Welle (28) und der das Werkzeug tragenden vertikalen drehbaren Welle (30) ist in vertikaler Richtung verfahrbar.

2. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste bewegliche Arm (19) aus wenigstens zwei Armteilen (21), (22) zusammengebaut ist, die abnehmbar miteinander SUfsrnnmengekoppelfc sind,

3. Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens eines der beiden folgenden Elemente, nämlich das obere Ende des festen Armes (14) oder die Basis des ersten beweglichen Armes (19) aus zwei Teilen aufgebaut ist,

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so daß die erste vertikale, drehbare Welle (l8) abnehmbar montierbar ist. .

4. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des ersten beweglichen Armes (19) aus zwei Teilen aufgebaut ist, so daß die zweite,
vertikale, drehbare Welle (28) abnehmbar montierbar ist.

5. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkzeug tragende, vertikale, drehbare Welle (30) über ein Kegelradgetriebe (31) antreibbar ist.

6. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die das Werkzeug tragende, vertikale, drehbare Welle (30) mittels einer Befestigungseinrichtung (37) abnehmbar am zweiten beweglichen Arm (29) montiert ist.

30.06.1983
DrW/MJ