DE3432773A1

DE3432773A1 - Werkzeuganordnung an einem mehrgliedrigen arm eines industrieroboters zum entgraten von werkstueckkanten

Info

Publication number: DE3432773A1
Application number: DE19843432773
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. 7024 Harthausen Klumpp
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-09-06
Filing date: 1984-09-06
Publication date: 1985-01-31

Description

Werkzeuganordnung an einem mehrgliedrigen Arm eines
Industrieroboters zum Entgraten von Werkstückkanten Die Erfindung betrifft eine Werkzeuganordnung an einem mehrgliedrigen Handhabungsarm eines Industrieroboters zum Entgraten von Werkstückkanten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Mit Handhabungsarmen von Industrierobotern lassen sich beliebige Bewegungen programmiert ausführen, die beispielsweise auch nötig sind, um ein Werkzeug zum Entgraten von Kanten entlang komplizierter Verschneidungskonturen nachzuführen.
In einer bisher gebräuchlichen Werkzeuganordnung zum Entgraten ist am letzten Gelenkglied eines Handhabungsarmes in einer damit verbundenen Werkzeugaufnahme ein umlaufendes Schneidwerkzeug gehaltert. Dabei ist die Werkzeugaufnahme so ausgebildet, daß in der Arbeitsstellung Gelenkglieddrehachse und die Symmetrieachse des Bearbeitungswerkzeuges etwa im rechten Winkel zueinander liegen, und der Arbeitseingriff im Abstand zur Drehachse des Gelenkgliedes liegt.
Bei dieser Anordnung resultieren aus Orientierungsänderungen des Werkzeugs durch Verdrehung des Gelenkgliedes auch Verschiebungen des Arbeitseingriffs, die, damit die Bewegung des Arbeitseingriffs nur von der Vorschubbewegung abhängt, entsprechende translatorische Ausgleichsbewegungen der Drehachse des Gelenkgliedes und anderer Teile des Handhabungsarmes erfordern. Betrachtet man die Bewegungsbahn der Drehachse in konvexen Kurvenkonturen, so kommt es zu Beginn und am Ende der Kurve zur Umkehr der augenblicklichen Bewegungsrichtung der Drehachse und damit verbunden zu Haltepunkten und starken Verzögerungen und Beschleunigungen von Werkzeug und Handhabungsarm, wenn hohe Arbeitsgeschwindigkeiten gefordert sind. Damit verbunden treten aber auch hohe Massekräfte im Handhabungsarm auf, weshalb letztlich die Vorschubgeschwindigkeit begrenzt werden muß. Man erhält eine ungleichmäßig schwankende und nicht ständig die optimale Vorschubgeschwindigkeit, weshalb auch der Nutzungsgrad des Roboters nicht optimal ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeuganordnung aufzuzeigen, mittels welcher ein Werkzeug in einer kontinuierlichen Bewegung und mit möglichst geringen Vorschubschwankungen bei möglichst hoher Vorschubgeschwindigkeit entlang Gratkonturen nachführbar ist, um dadurch einen möglichst hohen Nutzungsgrad des Roboters zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da der Arbeitseingriff des Werkzeuges genau in der Drehachse des Gelenkgliedes liegt, führen Drehbewegungen des Gelenkgliedes lediglich zu Orientierungs änderungen des Werkzeuges und nicht zu Verschiebungen des Arbeitseingriffes.Es sind im Fall von Orientierungsänderungen des Werkzeuges also keine ausgleichenden Bewegungen der anderen Glieder des Handhabungsarmes nötig, um, abgesehen von der Vorschubbewegung,das Werkzeug in Kontakt mit der Gratkontur zu halten.
Der Vorteil dieser Anordnung wirkt sich besonders bei geometrisch komplizierten Gratkonturen aus. Im übrigen können die meisten geschlossenen Gratkonturen nicht ohne Unterbrechung des Entgratvorganges zur Umorientierung des Werkzeuges ausgeführt werden. Es entfallen also Nebenzeiten, die zum Umorientieren des Werkzeuges oder auch zum Umspannen der Werkstücke erforderlich waren.
Ferner erhält man ein gleichmäßiges Entgratergebnis durch annähernd konstante Vorschubgeschwindigkeit, unabhängig ob es sich nur um gerade oder auch verschlungene Gratkonturen handelt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine Ansicht einer Werkzeuganordnung am äußersten Gelenkglied eines Handhabungsarmes, wobei die Drehachse des Gelenkgliedes das Werkzeug im Arbeitseingriff trifft, Figur 2 eine Ansicht auf Werkstück und Gratkontur in Richtung der Pfeile an die Schnittlinien II-II gesehen, wobei neben einigen Werkzeuglagen der - zur Werkstückkante äquidistante -Bahnverlauf der vertikal über dem Arbeitseingriff liegenden Drehachse des Gelenkglieds dargestellt ist, Figur 3 eine Figur 2 entsprechende Ansicht, jedoch mit einer Werkzeuganordnung nach der bisher gebräuchlichen Art, bei der der Arbeitseingriff im Abstand zur Drehachse des Gelenkgliedes liegt, woraus der dargestellte entsprechend komplizierte Bahnverlauf der Drehachse des Gelenkgliedes resultiert.
In der Werkzeuganordnung nach Figur 1 ist eine Antriebsmaschine 1 dargestellt, die in einer Werkzeugaufnahme 3 gehaltert ist. In der Antriebsspindel der Antriebsmaschine 1 ist ein umlaufendes Werkzeug 2 eingespannt, beispielsweise ein Frässtift. Die Werkzeugaufnahme 3 ist ihrerseits mit dem äußersten Gelenkglied eines mehrgliedrigen, aber nicht dargestellten Handhabungsarmes eines Roboters verbunden. Das Gelenkglied 4 ist in Richtung des eingezeichneten Pfeiles um die Drehachse 5 drehantreibbar am Handhabungsarm gehaltert. Die Drehachse 5 ist als strichpunktierte Linie dargestellt. Das Werkzeug 2 und Werkzeugaufnahme 3 sind so gehaltert bzw. ausgebildet, daß die Symmetrieachse der Antriebsmaschine 1 und des Werkzeugs 2 mit der Drehachse 5 einen schrägen Winkel einschließt und am Werkstück 6 der gewünschte Phasenwinkel erzielt wird. Die Drehachse 5 des Gelenkgliedes 4 trifft das Werkzeug 2 gerade im Arbeitseingriff am Werkstück 6.
Im übrigen ist der Frässtift über einen als pneumatische Feder wirksamen Pneumatikzylinder 8 nachgiebig in der Werkzeugaufnahme 3 abgestützt, so daß Werkstück-, Aufspann-oder Robotertoleranzen ausgeglichen werden.
In Figur 2 ist eine Ansicht eines Teiles der Antriebsmaschine 1 sowie des Werkstückes 6 in Richtung der Pfeile an die Schnittlinie II-II der Figur 1 dargestellt. Das Werkstück 6 weist eine Gratkontur 10 mit konvexen und konkaven Kurven auf. Pfeile, die in der Gratkontur des Werkstückes liegen, geben den Bahnverlauf der Drehachse 5 des Gelenkgliedes 4 an, der für eine Werkzeuganordnung nach Figur 1 mit der Gratkontur 10 in Richtung der Drehachse gesehen verlaufsgleich ist.
Die Drehachse 5 ist in der Zeichnung durch einen Kreis oberhalb des Arbeitseingriffes kenntlich gemacht. Wie leicht erkennbar ist, resultieren aus Orientierungsänderungen des Werkzeuges 5 durch Verdrehung des Gelenkgliedes 4 keine Verschiebungen des Arbeitseingriffes. Es sind deshalb auch keine Ausgleichsbewegungen anderer Teile des Handhabungsarmes nötig. Da das Werkzeug also immer normal zum Gratverlauf ausrichtbar ist, ohne daß translatorische Bewegungen der Drehachse 5 daraus resultieren, kann der Werkzeugvorschub kontinuierlich auch in den Kurven erfolgen und eine hohe Vorschubgeschwindigkeit erzielt werden.
Je höher aber die Vorschubgeschwindigkeiten sind, um so größer ist aber auch der Nutzungsgrad des Roboters. Zugleich wird bei kontinuierlichem Werkzeugvorschub auch eine gleichmäßige Phase erzielt.
Figur 3 ist eine Figur 2 analoge Darstellung. Jedoch ist das Werkzeug hier derart angeordnet, daß die Drehachse 5 des Gelenkgliedes das Werkzeug 2 nicht im Arbeitsangriff schneidet, sondern im Abstand dazu liegt. Da in Kurven die Orientierung des Werkzeuges 2 geändert wird, und das Werkzeug 2 in Kontakt mit der Gratkontur 10 verbleibt, sind translatorische Ausgleichsbewegungen des Gelenkgliedes 4 nötig, die in einer Bahnbewegung der Drehachse 5 dargestellt ist. Es zeigt sich, daß in Kurven die Verschiebegeschwindigkeit der Drehachse 5 besonders hoch wird, wenn die Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich beibehalten werden soll. In konkaven Kurven sind auch Richtungswechsel mit starken Verzögerungen und Beschleunigungen des Gelenkgliedes 4 nötig. Wegen der Massekräfte sind die Verschwenkbeschleunigungen des Handhabungsarmes aber begrenzt, und deshalb die Vorschubgeschwindigkeit ebenfalls begrenzt. Sie kann nicht kontinuierlich sein, wenn eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit gefordert ist. Natürlich sind auch die Haltepunkte unerwünscht, da sie die Bearbeitungs zeit erhöhen und ein ungleichmäßiges Arbeitsgebiet bewirken.
Bei geschlossenen Konturen kommt es bei der herkömmlichen Werkzeuganordnung auch häufig vor, daß hohe Nebenzeiten auftreten, weil das Umspannen der Werkstücke erforderlich ist.
Eine Werkzeuganordnung wie sie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, kann beispielsweise auch beim Schweißen oder beim Auftragen von Kleber auf eine Tragwerkkontur vorteilhaft sein, und zwar insbesondere dann, wenn Elektrode oder Sprühdüse für gleichmäßige Arbeitsvorgänge immer eine definierte Orientierung zum Werkstück einnehmen sollen.
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Claims

Ansprüche 1 Werkzeuganordnung an einem mehrgliedrigen Handhabungsarm eines Industrieroboters zum Entgraten von Werkstückkanten, mit einem das äußerste Armteil des Handhabungsarmes bildenden Gelenkglied, das um eine Drehachse drehantreibbar ist, die in der Hauptausdehnungsrichtung des äußersten Gelenkgliedes verläuft und in Richtung auf das Werkstück hinzeigt, dessen Kanten mittels eines Werkzeuges bearbeitbar sind, das in einer mit dem Gelenkglied verbundenen Werkzeugaufnahme gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (5) des äußersten Gelenkgliedes (4) das Werkzeug (2) im Arbeitseingriff trifft.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) als umlaufendes Schneidwerkzeug ausgebildet ist, und derart in seiner Werkzeugaufnahme (3) gehaltert ist, daß seine Mittelachse in schrägem Winkel die Drehachse (5) des Gelenkgliedes (4) in der Nähe des Arbeitseingriffs schneidet.