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Industrieroboter mit mindestens drei
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parallelen Rotationsachsen Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter
mit minaestens drei parallelen Rotationsachsen und mit Antriebseinrichtungen für
diese Achsen, wobei die Antriebseinrichtung für einen um eine Rotationsachse zu
verschwenkenden Arm mit demselben über eine erste Antriebswelle verbunden ist.
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In vielen Fällen ist es erforderlich oder gewünscht, daß die Antriebseinrichtungen
für solche Industrieroboter räumlich von den Armen, die die Rotationsbewegungen
ausführen, getrennt sind. Dies ist zum Beispiel verstänalich in einem Fall, in dem
sich die kotationsachsen in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre bewegen; in diesem
Falle sollte der Antrieb nicht auch innerhalb dieser Atmosphäre in der Nähe der
Arme vorgesehen sein.
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Befinden sich die Arme in einem Raum mit hohen Temperaturen (zum Beispiel
bei Warmpressen), so könnte diese hohe Temperatur schädlich für die Antriebseinrichtungen
sein, so daß man sie häufig getrennt von den Armen hinter einer wärmeisolierenden
Wand anordnen möchte. In wiederum anueren Fällen (zum Beispiel bei Kraftfahrzeuglackiereinrichtungen)
können auch mehrere dieser Wirkungen gleichzeitig auftreten, nämlich zum Beispiel
die erwähnte Explosionsgefahr sowie die Tatsache, daß die Antriebseinrichtungen
Platz wegnehmen und deswegen die gewünschten
laminaren Luftströmungen
behindern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Industrieroboters,
bei dem die Antriebseinrichtungen von den Armen der Rotationsachsen auf einfache
und wirkungsvolle Weise räumlich getrennt sind. Der Industrieroboter soll dabei
einen einfachen Aufbau haben und auch leicht an den gewünschten Ort als Einheit
transportiert werden können beziehungsweise dort leicht montiert werden können.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Antriebseinrichtungen
für die um die anderen Rotationsachsen zu verschwenkenden Arme mit denselben über
die Antriebswelle konzentrisch umschließende Hohlwellen verbunden sind, von denen
die äußerste durch Außenlager drehbar gelagert ist.
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Die Anordnung von Hohlwellen kann dabei leicht in einer Wand gelagert
werden, indem das Außenlager mit der Wand verbunden wird. In diesem Falle befindet
sich dann der eigentliche Industrieroboter mit seinen Armen auf der einen Seite
einer Wand, während die Antriebseinrichtungen auf der anderen Seite der Wand angeordnet
sind. Auf diese Weise können die Antriebseinrichtungen in einem ausreichend kühlen
Raum, an einer Stelle, an der sie keinen Platz verschwenden und in einer Atmosphäre
angeordnet sein, in der keine Explosionsgefahr besteht.
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Der Einbau ist auch verhältnismäßig einfach, da die trennende Wand
nur eine einzige Öffnung zu haben braucht, durch die die Hohlwellenanordnung hindurchgesteckt
wird.
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Einen besonders einfachen Aufbau in der Wand erhält man, wenn das
Außenlager von einem Tragrohr umgeben ist, das dann in die Wandöffnung eingesetzt
werden kann. Hierbei kann dann auch leicht eine gasdichte Verbindung zwischen Tragrohr
und Wand vorgesehen werden, die auch noch elastisch sein kann, wenn der Industrieroboter
durch von der Wand unabhängige Stützen gehalten wird, was häufig bei leichten Wänden
der Fall sein wird. Wenn auch die Lager der Hohlwellenanordnung gasdicht angeordnet
sind, besteht keinerlei Gefahr, daß explosionsgefährdete Dämpfe aus dem Raum, in
dem der Roboter arbeiten soll, zu den Antriebseinrichtungen gelangen.
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Damit auch die empfindlichen Positionsgeber für die Steuerung des
Industrieroboters nicht großer Wärme, agressiven Gasen und dergleichen ausgesetzt
sind oder zu Explosionsgefahr Anlaß geben könnten, wird vorteilhafterweise vorgesehen,
daß diese Positionsgeber auf der Antriebsseite der Wellen angeordnet sind, das heißt
auf der Seite der Antriebseinrichtungen. Sie sind in diesem Falle von den angetriebenen
Armen ebenfalls räumlich getrennt.
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Wenn mindestens eine der Wellen mit Einrichtunqen zur Energieübertragung
für den Betrieb von Hilfsachsen versehen ist, müssen für die Energieübertragung
nicht erst separate Energieübertragungswege durch die Wand oder außerhalb der Wellenanordnung
vorgesehen werden.
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Zweckmäßigerweise sind die Einrichtungen zur Energieübertragung dabei
Hydraulikleitungen und Hydraulik-Schleifringkupplugen. falls keine Hydraulikflüssïgkeit
ifr-n Arbeitsraum des Industrieroboters gelangen darf
Die Einrichtungen
zur Energieübertragung können aber auch elektrische Leitungen und elektrische Schleifringe
sein. Auch Seilzüge wären hier denkbar.
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Eine besonders einfache Art der Drehmomentübertragung zwischen Antriebseinrichtungen,
Wellen und Armen erhält man, wenn man vorgespannte Zahnketten verwendet, soweit
nicht eine direkte feste Verbindung zwischen den sich drehenden Teilen möglich ist.
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Die Antriebseinrichtungen für die Arme können dabei ortsfest angeordnet
sein; sie können auf diese Weise zuverlässig von einem entsprechenden Maschinengestell
abgestützt werden. Die Tatsache, daß dabei bei Betätigung einer Rotationsachse auch
die anderen entsprechende bewegungen ausführen, kann durch entsprechende elektronische
Steuerungen kompensiert werden.
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Will man auf besonders einfache Weise ohne solche Kompensatioss; OaßflanrLfl
erreichen, daß die Rotationsachsen voneinander unabhängig sind, wird bei drei Rotationsachsen
vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Stator des Antriebsmotors aer zweiten Achse
fest mit der Abtriebswelle des Antriebsmotors der ersten Achse verbunden ist, und
daß der Stator des Antriebsmotors der dritten Achse fest mit der Abtriebswelle des
Antriebsmotors der zweiten Achse verbunden ist.
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Sind mehr als drei Rotationsachsen vorgesehen, so müßte dann eine
entsprechende Anordnung getroffen werden.
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bei vier Rotationsachsen müßte dann zum Beispiel zusätzlich der Stator
des Antriebsmotors der vierten Achse
fest mit der Abtriebswelle
des Antriebsmotors der dritten Achse verbunden sein.
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Auf diese Weise wird durch die Erfindung ein Industrieroboter geschaffen,
der sich ohne Gefährdung des Antriebs oder Gefährdung durch den Antrieb in heißer,
explosionsgefährdeter, chemisch agressiver und beengter Umgebung einsetzen läßt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 in einer Seitenansicht die Anordnung der drei Rotationsachsen;
Fig. 2 in Draufsicht das Prinzip des Industrieroboters; und Fig. 3 im Detail den
Industrieroboter, teilweise im Schnitt.
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Wie dies in Fig. 1 am besten ersichtlich ist, weist der Industrieroboter
eine erste raumfeste Rotationsachse 1, eine zweite Rotationsachse 2 und eine dritte
Rotationsachse 3 auf.
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Um die erste Rotationsachse kann ein erster Arm 11 geschwenkt werden,
an dessen Ende die zweite Rotationsachse 2 angeordnet ist. Um diese Rotationsachse
2 kann der zweite Arm 12 geschwenkt werden. Am Ende des zweiten Armes 12 befindet
sich dann die Rotationsachse 3, mit der der dritte Arm 13 gedreht werden kann; dieser
Arm
besteht, wie dies weiter unten beschrieben werden wird, aus
mehreren Teilen.
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Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, kann mit der Rotationsachse 3
zumindest die schraffiert dargestellte rechteckige Fläche 4 überstrichen werden.
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Wie dies am deutlichsten in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Industrieroboter
beiderseits einer Wand 5 angeordnet, ctie die Wand einer Lackierkabine bildet, in
der eine Kraftfahrzeugkarosserie 6 lackiert werden soll.
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Innerhalb der Lackierkabine befinden sich die drei Rotationsachsen
1, 2 und 3 sowie die Arme 11, 12 und 13 des Industrieroboters. Wie dies bereits
erwähnt wurde, ist der dritte Arm kein gewöhnlicher Arm, sondern besteht aus einem
abgewinkelten Arm 14, der am Ende seiner Abwinkelung einen Greifer 15 trägt, mit
dem Kofferraum-, Motorhauben und Heckklappen des Fahrzeugs vor dem Lackiervorgang
beziehungsweise nach demselben geöffnet oder geschlossen werden können. Ist in der
in der Figur gezeigten Stellung der Kofferraumdeckel geöffnet worden, so wird der
Arm 14 um die Achse 3 um 180° gedreht, so daß der Greifer 15 in die entgegengesetzte
Richtung (in aer Figur nach unten) zeigt, so daß er dort eine Motorhaube des (in
der Figur von unten) nachfolgenden Fahrzeugs öffnen kann. Anschließend kann der
Arm 14 dann um eine zur Rotationsachse 3 senkrechte Hilfsachse 16 nach oben geklappt
werden, so daß er dem nachfolgenden Fahrzeug nicht im Wege steht.
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Auf der anderen Seite der Wand 5 ist die Antriebseinrichtung 7 vorgesehen,
die mit den Rotationsachsen
und Armen des Roboters über eine Wellenanordnung
8 verbunden ist, die durch eine Öffnung 9 der Wand hindurchgeführt ist.
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Die Einzelheiten dieser Wellenanordnung und des Antriebs der Arme
soll nun im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben werden. Dort ist gezeigt, daß der
gesamte Industrieroboter mit Antrieben und dergleichen von einem Maschinengestell
10 getragen wird. Am Maschinengestell 10 ist ein Tragrohr 17 befestigt, daß mit
Dichtungen 18 außen gegen die Wand 5 im Bereich der Wandöffnung 9 abgedichtet ist.
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Mit Hilfe von Lagern 19 ist eine äußere Hohlwelle 20 drehbar im Tragrohr
17 gelagert. Diese äußere Hohlwelle 20 ist starr mit dem ersten Arm 11 verbunden.
Außerdem weist die äußere Hohlwelle 20 ein Zahnrad 21 auf, mit dem sie über einen
Zahnriemen 22 mit Hilfe eines Motors 23 angetrieben werden kann, der starr am Maschinengestell
10 befestigt ist. Bei Betätigung des Motors 23 wird auf diese Weise der erste Arm
11 verschwenkt.
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Mit Hilfe von Lagern 24 ist innerhalb der äußeren Hohlwelle 20 eine
innere Hohlwelle 25 drehbar gelagert, die an ihrem in der Figur rechten Ende mit
einem Zahnkranz 26 versehen ist, mit dem sie über eine Zahnkette 27 mit Hilfe des
Antriebsmotors 28 in Drehung versetzt werden kann. Der Stator des Motors 28 ist
dabei starr an der äußeren Hohlwelle 20 befestigt, und zwar auf der Seite, die dem
Arm 11 gegenüberliegt, so daß der Motor ein Gegengewicht zum Arm 11 bildet.
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Auf der Seite der Hohlwelle 25, auf der die Arme angeordnet sind,
ist ein Zahnkranz 29 befestigt, mit dem über eine Zahnkette 30 und ein Zahnrad 31
der zweite Arm 12 um die zweite Rotationsachse 2 verschwenkt werden kann.
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Bei Betätigung des Antriebsmotors 23 findet nur eine Rotation um die
erste Rotationsachse 1 statt. Bei Betätigung des Motors 28 findet nur eine Rotation
um die Rotationsachse 2 statt, die von derjenigen um die erste Achse unabhängig
ist.
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Innerhalb der inneren Hohlwelle 25 ist mit weiteren Lagern eine Antriebswelle
32 gelagert, die an ihrem einen Ende mit dem Rotor eines Antriebsmotors 33 verbunden
ist und die an ihrem anderen Ende ein Zahnrad 34 trägt, mit Hilfe dessen der Arm
13 13gedreht werden kann, und zwar über eine Zahnkette 35, ein Zahnrad 36, das mit
einem Zahnrad 37 verbunden ist, wobei beide auf der Achse 2 frei rotieren können,
sowie über eine Zahnkette 38 und ein Zahnrad 39. Der Stator des Antriebsmotors 33
ist dabei auf der inneren Hohlwelle 25 befestigt, so daß auch die Rotation des dritten
Arms unabhängig von Rotationen des ersten und zweiten Armes ist.
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Der Arm 14 ist wie bereits erwähnt um die Achse 16 in zwei zueinander
senkrechte Stellungen schwenkbar, von denen eine mit ausgezogenen Linien und die
andere gestrichelt angedeutet ist; die Schwenkbewegung kann in Richtung des Doppelpfeiles
40 stattfinden. Zur Betätigung des Greifers 15 weist der Arm 14, vom Greiferende
entfernt, zwei Hydraulikzylinder 41 auf; die Betätigung des Greifers 15 erfolgt
dabei über Seilzüge 42. Die Hydraulikzylinder werden über Leitungen 43
gespeist,
die jeweils über Schleifringe durch die Wellen und Achsen hindurchgeführt sind.
Solche Schleifringe sind bei 44, 45 und 46 angedeutet.
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Mit 47 sind schließlich noch Spannschlösser bezeichnet, mit denen
die Zahnketten 22, 27, 30, 35 und 38 gespannt werden können.
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Der Afln 14 kann auch als längenveränderlicher Teleskoparm ausgebildet
sein, der mit einem eigenen Stellzylinder verfahren werden kann (nicht dargestellt).