DE3445003C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Handhabungsroboter zum Transportieren von Werkstücken insbesondere aus einer Pressenstation zur benachbarten Pressenstation einer Pressenstraße, mit einem feststehenden Untergestell, einem auf dem Untergestell um eine erste vertikale Achse drehbar gelagerten Hilfstragkörper und einem Handhabungsarm, der auf dem Hilfstragkörper drehbar um eine zweite vertikale Achse gelagert ist, die von der ersten vertikalen Achse beabstandet angeordnet ist, wobei der Handhabungsarm zwei Armelemente, die miteinander um eine dritte Achse schwenkbar verbunden sind, und eine Greifeinrichtung für die Werkstücke umfaßt.

Ein solcher Handhabungsroboter zum Entsorgen von Pressen ist beispielsweise aus der EP-A 00 66 014 bekannt. Der bekannte gattungsgemäße Roboter weist einen mittig gelagerten Hilfstragkörper auf, der für einen Tandembetrieb an beiden Enden des zweiarmigen Hebelarmes mit einer Greifeinrichtung für die Werkstücke versehen ist. Die beiden Greifeinrichtungen sind jeweils in identischer Art und Weise über Paare von Armelementen eines Handhabungsarmes mit dem doppelarmigen Hilfstragkörper verbunden.

Die Armelemente sind jeweils über vertikale Achsen miteinander und am Hilfstragkörper scherenartig gelagert. Sie können jeweils von einer externen, nach außen ragenden Greifstellung entlang der Längsachse des Hilfstragkörpers nach innen verschwenkt werden, um das zu transportierende Werkstück während der Beförderung möglichst nahe an die mittige erste vertikale Achse des Hilfstragkörpers heranzuziehen. Bei der Abgabe werden die beiden Handhabungsarme bzw. die Armelemente wieder entlang der Längsachse des Hilfstragkörpers nach außen verschwenkt.

Der bekannte Handhabungsroboter ist lediglich in der Lage, die Werkstücke auf einem etwa horizontalen Weg zu befördern. Damit ist sein Einsatz schon sehr beschränkt. Aber auch hierfür kommen einige Werkstücke nicht in Frage, da bei der Förderbewegung die Armelemente über den Hilfstragkörper gezogen werden, um beim Verschwenken des Hilfstragkörpers die Fliehkräfte zu beschränken. Bei dieser Bewegung steht jedoch nur relativ wenig Platz in vertikaler Richtung zur Verfügung, da die Greifeinrichtung scherenartig über den Hilfstragkörper zurückgeschwenkt ist und sich ihr Ende über den Armelementen befindet.

Mit diesen Handhabungsrobotern ist es nicht möglich, das Werkstück entlang eines beliebigen Weges von der einen Pressenstation zur anderen Pressenstation zu bewegen. Die Werkstücke werden vielmehr entlang vorgegebener Wege und bei relativ großen Beschleunigungen und Abbremsungen gefördert, was sich ungünstig auf die Stabilität beim Übergeben der Werkstücke auswirkt.

Das deutsche Gebrauchsmuster 81 33 871 zeigt ein Handlings-Gerät für die Handhabung von schweren Einlege- beziehungsweise Gußteilen, insbesondere bei Druckgießmaschinen. Das Gerät soll die früher beim Transport von Gußteilen verwendeten Krananlagen und vorbekannten Handhabungsgeräte dahingehend verbessern, daß die Einlegeteile ohne großen manuellen Aufwand zur Form gebracht werden können und das Einführen desselben manuell gesteuert und überwacht werden kann.

Es verfügt aus diesem Grunde über einen Schlitten, der mittels Führungen am Boden verfahr- und einstellbar ist. Ein mehrteiliger Handhabungsarm ist über vertikale Achsen in einer horizontalen Ebene bewegbar. Das bekannte Greifersystem wird alternativ manuell oder angetrieben betätigt. Für die manuelle Bedienung verfügt es über eine Handgriffkombination, mit dessen Hilfe die transportierenden Einlegeteile in die Form eingeführt werden können.

Obwohl das Greifersystem mit dem benachbarten Handhabungsarm sowohl über eine vertikale als auch über eine horizontale Achse verbunden ist, ist eine beliebige Bewegung des Werkstückes im Raum nicht möglich. Die vorbekannte Lösung kommt der Erfindung nur scheinbar nahe, unterscheidet sich von dieser aber nicht nur in ihrem Aufbau, sondern auch in ihrer Funktion.

Einen weiteren Handhabungsroboter zeigt die US-PS 30 10 587. Er ist zum Bedienen benachbarter Pressenstationen eingerichtet und kann die Werkstücke nur horizontal befördern.

Die DE-AS 28 52 821 zeigt schließlich einen Handhabungsroboter der unter anderem zum Verbinden von Fertigungsgängen bei der Druckgußfertigung dient.

Es ist aber auch daran gedacht, den Roboter beispielsweise mit Schweißzangen oder mit Saugern für den Vakuumtransport zu bestücken.

Um bei gegebenenfalls engen Raumverhältnissen einander nachfolgende Fertigungsgänge miteinander kombinieren zu können, ist der Handhabungsarm in mehrere Gelenke unterteilt, deren Achsen alle senkrecht verlaufen. Der Handhabungsarm selbst ist über eine Schiebeführung höhenverstellbar an einem Grundgestell angebracht. Mit diesem Handhabungsroboter lassen sich bereits viele irgendwie geartete räumliche Wege beim Transportieren der Bauteile zurücklegen. Gleichwohl ist die Auswahl eines beliebigen Weges dadurch behindert, daß die senkrechten Schiebeführungen einer Schwenkbewegung des Handhabungsarmes um 360° im Wege sind.

Die US-PS 42 99 533 zeigt einen gattungsfremden Handhabungsroboter, dessen Aufbau mit demjenigen der DE-AS 28 52 821 insofern vergleichbar ist, als sämtliche Armelemente um einander gleichgerichtete Achsen verschwenkbar sind. Bei dieser Lösung sind die Achsen allerdings horizontal angeordnet. Dies bedingt analog zur vorgenannten Lösung, daß die Werkstücke nur in einer Ebene transportierbar sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Handhabungsroboter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß er geeignet ist, Werkstücke, nämlich Metallbleche mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von einer Pressenstation zur nächsten entlang eines beliebigen Weges zu fördern, ohne dafür plötzliche Beschleunigungen oder Abbremsungen zu benötigen, welche sich ungünstig auf die Stabilität des Transports der Werkstücke auswirken könnten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Handhabungsarm mit seinem dem Hilfstragkörper zugewandten Ende um eine vierte, horizontale Achse schwenkbar mit einem Grundkörper verbunden ist, welcher um die zweite, vertikale Achse drehbar an dem Hilfstragkörper gelagert ist, und daß die dritte Achse horizontal angeordnet ist.

Die Erfindung umfaßt einen einzigen, mehrteiligen Handhabungsarm, der in sich aber auch in seiner Verbindung mit dem Grundkörper über horizontale Achsen verschwenkbar ist. Der Grundkörper selbst und der Hilfstragkörper weist dagegen vertikale Schwenkachsen auf. Durch die Kombination der vertikalen Schwenkachsen beim Hilfstragkörper und Grundkörper einerseits und den horizontalen Achsen bei dem mehrteiligen Handhabungsarm wird beim erfindungsgemäßen Handhabungsroboter eine allumfassende Freiheit erreicht. Der Handhabungsarm kann auf Wunsch über den Grundkörper verschwenkt werden, um beispielsweise in einer vertikalstehenden Ebene von einem Punkt A zu einem Punkt B zu gelangen. Wichtig ist dabei die Möglichkeit, über den Grundkörper hinweg zu schwenken.

Der Hilfstragkörper und der Grundkörper dagegen bedingen mit ihren vertikalen Schwenkachsen die Möglichkeit der Verschwenkbarkeit an einem beliebigen Punkt der horizontalen Ebene. Das stationäre Untergestell sorgt für eine stabile Verankerung am Boden.

Die Kombination der beiden Verschwenksysteme ist nirgends offenbart oder nahegelegt. Die Anordnung der zwei horizontalen Achsen des Armes in Verbindung mit den zwei vertikalen Achsen von Grundkörper und Tragkörper bedingen eine vorteilhafte Bewegungsführung des Werkstückes mit hoher Geschwindigkeit und ohne große Beschleunigung, so daß ein stabiler Transport der Werkstücke möglich ist.

Die Verwendung eines einzigen, jedoch mehrteiligen Handhabungsarmes an einem einarmigen Hilfstragkörper vermittelt noch den Vorteil, daß der Handhabungsarm einen 360°-Vollschwenk durchführen kann, ohne auf Hindernisse, z. B. einen zweiten Handhabungsarm Rücksicht nehmen zu müssen.

In diesem Zusammenhang sei die französische Zeitschrift "Le Nouvel AUTOMATISME", Ausgabe Mai 1979, Seite 37 ff., erwähnt. Auf Seite 41 des Artikels ist ein Versuchsroboter abgebildet, der mithilft, Staubsauger entlang einer U-förmigen Fertigungsstraße herzustellen. Zwei mehrteilige Handhabungsarme mit jeweils 8 Freiheitsgraden sind nebeneinander gemeinsam auf einer Schwenkplattform angeordnet. Während sich die Armelemente des einen Handhabungsarms im wesentlichen in einer vertikalen Ebene befinden, sind die anderen in einer horizontalen Ebene angeordnet. Es darf angenommen werden, daß der eine Handhabungsarm vertikale Bewegungen durchführen soll, während der andere wohl für den horizontalen Transport entlang der U-förmigen Fertigungsstraße dient. Die Schenkplattform dürfte hierbei jeweils so ausgerichtet werden, daß sie mit ihrer Längserstreckung parallel zum Förderweg verläuft. Nur auf diese Weise kann verhindert werden, daß sich die beiden Handhabungsarme gegenseitig stören. Auch die eben beschriebene Lösung kommt der Erfindung nur scheinbar nahe. Wegen der bestehenden Unterschiede im Aufbau und der Funktion legt sie die Erfindung jedoch nicht nahe. Die Schwenkplattform dient nur zum Ausrichten der parallel arbeitenden Handhabungsarme in bezug auf die Fertigungsstraße.

Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, Werkstücke entlang eines beliebigen Weges relativ schnell und ohne plötzliche Beschleunigungen oder Abbremsungen von einer Pressenstation zu einer anderen zu transportieren. Hierzu trägt die vorstehend bereits genannte Kombination des vertikalen Achsenpaares des Hilfstragkörpers und des Grundkörpers mit den horizontalen Achsen des Handhabungsarmes in Verbindung mit der Tatsache bei, daß der Hilfstragkörper einarmig ausgebildet und nur ein einziger, mehrteiliger Handhabungsarm vorhanden ist. Die horizontale Verbindungsachse zwischen dem Grundkörper einerseits und dem ihm näheren Armelement des Handhabungsarmes bietet den Vorteil, daß der Handhabungsarm über den Grundkörper durchgeschwenkt werden kann. Der gleiche Vorteil bietet sich bei der horizontalen Verbindungsachse zwischen den beiden Armelementen des Handhabungsarmes.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Greifeinrichtung zum Handhaben der Werkstücke von einem Gelenkelement getragen wird, das mit dem angrenzenden Armelement drehbar um dessen Längsachse verbunden ist.

Die Drehbarkeit der Greifeinrichtung um die Längsachse des Armelementes bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, ein irgendwie orientiertes Werkstück in nicht gestreckter Ausrichtung des Handhabungsarmes aufzunehmen und dabei die Greifeinrichtung horizontal für die Aufnahme zu orientieren. Diese Anordnung ist somit für alle diejenigen Fälle wichtig, bei denen das aufzunehmende oder abzugebende Werkstück sich so nahe an der vertikalen Schwenkachse des Untergestelles befindet, daß der Handhabungsarm für die Aufnahme nicht gestreckt ist, sondern in sich geknickt. Trotz dieser geometrischen Gegebenheit ist mit Hilfe der Schwenkbarkeit um die Längsachse des äußeren Armelements möglich, die Greifeinrichtung so horizontal anzustellen, daß das Werkstück mit der horizontalen Ausrichtung der Greifeinrichtung aufgenommen werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der restlichen Unteransprüche.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungen in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einem schematischen Aufriß einen erfindungsgemäßen Handhabungsroboter in unterschiedlichen Betriebsstellungen,

Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht die Bewegung eines durch den Roboter aus Fig. 1 geförderten Bleches,

Fig. 3 eine vergrößerte und teilweise geschnittene Ansicht des Roboters aus Fig. 1 und

Fig. 4 ein Diagramm, welches das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Roboters darstellt.

In den Fig. 1 und 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 generell einen Handhabungsroboter, insbesondere für das Transportieren von Metallblechen (z. B. Karosserieteile von Kraftfahrzeugen) von einer Pressenstation 2 (Fig. 1) zu der nächsten Station 3 einer Pressenstraße. Die Pressenstraße umfaßt eine Reihe von Pressen 4 bekannter Art (Fig. 1).

Der Handhabungsroboter 1 umfaßt einen Handhabungsarm 5 mit zwei an der Stelle 8 gelenkig miteinander verbundenen Armelementen 6 und 7.

Der Handhabungsarm 5 ist an einem Ende mit dem aufrechten Grundkörper 9 um eine horizontale Achse 10 gelenkig verbunden und an dem anderen Ende mit einer Einrichtung zum Handhaben der geförderten Bleche versehen.

Der Aufbau und die Gestaltung des Handhabungsarms 5 und des Grundkörpers 9 sind für sich bekannt und entsprechen im wesentlichen denen eines vor einiger Zeit von dem Anmelder unter dem Handelsnamen "SMART" vertriebenen Roboters. In Übereinstimmung mit dieser bekannten Anordnung umfaßt das freie Ende des Handhabungsarmes 5 ein "Handgelenk" 11, welches um eine Längsachse 12 drehbar an dem Armelement 7 befestigt ist. An dem "Handgelenk" 11 ist darüber hinaus zur Drehung um eine Achse 11a ein Teil 11b gelagert, an welchem für die Drehung um eine Achse 11c ein Flansch 13 wiederum mit einer Aufnehmegabel 14 zum Greifen der zu fördernden Bleche versehen. Die Aufnehmegabel 14 ist mit Saugnäpfen 15 versehen, welche derart konstruiert sind, daß sie an der Oberseite der zu fördernden Metallbleche E haften können. Die Gelenkverbindungen des Handgelenkes um die Achse 11a und 11c dienen zur Ausrichtung der Aufnehmegabel während des Aufnehmens und Ablegens der Bleche.

Der aufrechte Grundkörper 9 des Handhabungsarmes 5 ist erfindungsgemäß zur Drehung um eine vertikale Achse 16 an einem Ende eines Hebels 17 gelagert, welcher als Hilfstragkörper fungiert, wobei das gegenüberliegende Ende des Hebels für die Drehung um eine vertikale Achse 18 auf einem festen Untergestell 19 gelagert ist. Der Grundkörper 9 des Handhabungsarms ist auf dem Traghebel 17 durch Zwischenschaltung eines Präzisionslagers 20 gelagert. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet ein Hohlrad, welches an dem Grundkörper 9 befestigt ist und mit einem durch ein Untersetzungsgetriebe 23 eines Elektromotors 24 angetriebenen Ritzel 22 kämmt. Die aus dem Motor 24 und dem Getriebe 23 bestehende Antrieb-Untersetzungs- Einheit kann daher die Drehung des gesamten Handhabungsarms und die vertikale Achse 16 relativ zu dem Traghebel 17 bewirken. Der Traghebel 17 ist wiederum mittels eines Präzisionslagers 25 auf dem festen Untergestell 19 gelagert. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Hohlrad, welches an dem festen Untergestell 19 befestigt ist, und mit einem Ritzel 27 kämmt, welches über ein Untersetzungsgetriebe 28 durch einen Elektromotor 29 angetrieben wird. Die aus dem Motor 29 und dem Getriebe 28 bestehende Antriebs- Untersetzungs-Einheit kann daher die Drehung des Traghebels 17 um die Achse 18 relativ zu dem festen Untergestell 19 bewirken.

Die beiden oben beschriebenen Antriebs-Untersetzungs- Einheiten sind derart angeordnet, daß der Traghebel 17 und der Grundkörper 9 um ihre Drehachsen 18 bzw. 16 mit Geschwindigkeiten drehen, welche ein zueinander gesteuertes Verhältnis aufweisen und entgegengesetzt gerichtet sind. Die Drehgeschwindigkeit des Grundkörpers 9 relativ zu dem Traghebel 17 ist absolut gesehen im wesentlichen doppelt so groß wie die Drehgeschwindigkeit des Traghebels 17 relativ zu dem festen Untergestell.

In der Fig. 1 ist durch eine durchgezogene Linie die Stellung des Roboters zu Beginn der Transportbahn des gepreßten Metallbleches E von der Pressenstation 2 zu der Pressenstation 3 dargestellt, während die Zwischenstellung und die gegenüberliegende Endstellung des Roboters in gestrichelten Linien dargestellt sind.

In der Fig. 2 sind die unterschiedlichen Positionen dargestellt, welche von dem gepreßten Metallblech E während seiner Bewegung von der Pressenstation 2 zu der Pressenstation 3 eingenommen werden. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet dabei die Lage des Schwerpunktes des gepreßten Metallbleches E während seiner Bewegung von der Pressenstation 2 zu der Pressenstation 3. Die strichpunktierte Linie L kennzeichnet den Weg, den der Schwerpunkt während der Bewegung des Bleches von einer Pressenstation zur anderen zurücklegt.

Entsprechend einer weiteren Eigenschaft der Erfindung nimmt der Handhabungsarm 5 während einem im wesentlichen mittleren Teil (Bereich A in Fig. 2) der Bahn des Metallbleches eine derartige Konfiguration an, daß der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 30 zur vertikalen Achse 16 im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den zwei vertikalen Achsen 16 und 18 ist.

Dank dieser Eigenschaft folgt der Schwerpunkt während der Bewegung des Bleches E einem im wesentlichen geradlinigen Pfad in einer im wesentlichen harmonischen Bewegung.

Die Fig. 4 zeigt schematisch das Prinzip, welches dem oben beschriebenen Phänomen zugrunde liegt. Die Figur stellt in einer ebenen Ansicht schematisch die Geometrie des aus dem Traghebel 17 und dem Handhabungsarm des Roboters 1 bestehenden Systems dar.

Der Punkt O entspricht der Drehachse 18, und der Punkt M der Drehachse 16, während der Punkt P der Lage des Schwerpunktes 30 des geförderten Bleches entspricht.

Gemäß der Darstellung aus Fig. 4 ist deswegen der Traghebel 17 äquivalent einer Strecke O-M, welche entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn um den Mittelpunkt O dreht. Der ganze Aufbau, welcher dem Traghebel 17 und dem geförderten Blech zwischengeschaltet ist, ist andererseits einer Strecke P-M ähnlich, welche im Uhrzeigersinn und mit einer im wesentlichen gleichen Geschwindigkeit wie die Strecke O-M dreht (relativ zu einem stationären Beobachter).

Wenn die Strecke O-M und die Strecke P-M gleich lang sind, dann korrespondiert der Punkt P immer mit der Projektion des Punktes P′ auf der Achse X, welcher Punkt P′ durch Verlängern der Strecke O-M erhalten wird, bis diese den Umfang des Kreises schneidet, dessen Mittelpunkt in O liegt und dessen Radius doppelt so groß wie die Länge der Strecke O-M ist. Da sich der Punkt P′ mit einer konstanten Geschwindigkeit auf dem vorher erwähnten Kreisumfang bewegt, folgt daraus, daß seine Projektion P auf die Achse X sich entlang dieser Achse in einer harmonischen Bewegung bewegt.

Das Erhalten einer im wesentlichen harmonischen Bewegung für das gepreßte Metallblech E ermöglicht es, relativ hohe Bewegungsgeschwindigkeiten ohne plötzliche Beschleunigung oder Abbremsung zu erreichen, welche die Stabilität der zu fördernden Ladung beeinträchtigen könnten.

Der oben beschriebene Aufbau hat darüber hinaus spezielle Vorteile aus der Sicht der Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der Konstruktion.

Claims (6)

1. Handhabungsroboter zum Transportieren von Werkstücken insbesondere aus einer Pressenstation zur benachbarten Pressenstation einer Pressenstraße, mit einem feststehenden Untergestell, einem auf dem Untergestell um eine erste vertikale Achse drehbar gelagerten Hilfstragkörper und einem Handhabungsarm, der auf dem Hilfstragkörper drehbar um eine zweite vertikale Achse gelagert ist, die von der ersten vertikalen Achse beabstandet angeordnet ist, wobei der Handhabungsarm zwei Armelemente die miteinander um eine dritte Achse schwenkbar verbunden sind und eine Greifeinrichtung für die Werkstücke umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsarm (5) mit seinem dem Hilfstragkörper (17) zugewandten Ende um eine vierte, horizontale Achse (10) schwenkbar mit einem Grundkörper (9) verbunden ist, welcher um die zweite, vertikale Achse (16) drehbar an dem Hilfstragkörper (17) gelagert ist und daß die dritte Achse (8) horizontal angeordnet ist.

2. Handhabungsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängige Antriebseinrichtungen (29, 24) für die Drehbewegung des Hilfstragkörpers (17) und des Grundkörpers (9) vorgesehen sind.

3. Handhabungsroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung zum Handhaben der Werkstücke von einem Gelenkelement (11) getragen wird, das mit dem angrenzenden Armelement (7) drehbar um dessen Längsachse (12) verbunden ist.

4. Handhabungsroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung mit dem Gelenkelement drehbar sowohl um eine fünfte Achse (11a), die orthogonal zu der Längsachse (12) angeordnet ist, als auch um eine sechste Achse (11c) verbunden ist, welche orthogonal zu der fünften Achse (11a) angeordnet ist.

5. Handhabungsroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zwei Antriebs-Untersetzungseinheiten (24, 23; 28, 29) umfaßt, die auf dem Hilfstragkörper (17) befestigt sind, wobei zwei Ritzel (22, 27) jeweils durch die Antriebs-Untersetzungseinheiten angetrieben sind, und zwei Hohlräder (21, 26) jeweils an dem Grundkörper (9) des Handhabungsarmes (5) und dem festen Untergestell (19) befestigt sind und mit den Ritzeln (22, 27) kämmen.

6. Handhabungsroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen (29, 24) für den Hilfstragkörper (17) und den Grundkörper (9) am Hilfstragkörper (17) angeordnet sind.