DE3817833A1 - Vorrichtung zum automatischen manipulieren von werkzeugen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Manipulieren von Werkzeugen od. dgl., bspw. zum Schweißen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen werden als Roboter bzw. Industrie-Roboter bezeichnet. Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiger Industrie-Roboter ist aus der DE 29 05 927 A1 bzw. aus der EP 00 84 249 A2 bekannt geworden. Bei beiden Vorrichtungen ist die horizontale zweite rotatorische Hauptachse in unmittelbarer Nähe zum ortsfesten Teil angeordnet, um dessen vertikale erste rotatorische Hauptachse der die zweite rotatorische Hauptachse besitzende Grundkörper drehbar angeordnet ist. Während bei der zuerst genannten bekannten Vorrichtung die dritte Hauptachse in Form einer translatorischen Achse ausgebildet ist, ist sie bei der als zweites genannten bekannten Vorrichtung ebenfalls als rotatorische Achse parallel zur zweiten rotatorischen Hauptachse ausgebildet.

In beiden Fällen ist es nachteilig, daß der Arbeitsraum, der vom Werkzeug aufgrund des vorgegebenen zu bearbeitenden Werkstückes überstrichen bzw. durchfahren werden soll, jeweils in Abhängigkeit vom zu bearbeitenden Werkstück durch entsprechende Konstruktion der Tragarme für den Einzelfall bestimmt werden muß. Der Arbeitsraum ist dabei von dieser konstruktiven Auslegung her bestimmt und entsprechend eingegrenzt. In vielen Fällen läßt dabei auch die Zugänglichkeit zu wünschen übrig und die Möglichkeiten von Kollisionen des Werkzeugs mit nicht zu bearbeitenden Bereichen des Werkstücks sind vielfältig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum automatischen Manipulieren von Werkzeugen od. dgl. der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der in einfacher Weise eine Erweiterung des Arbeitsraumes bei gleichzeitiger Optimierung der Zugänglichkeit und der Kollisionsfreiheit erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung zum automatischen Manipulieren von Werkzeugen der genannten Art die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, den Grundkörper und damit alle Haupt- und Nebenachsen, um die das Werkzeug bewegbar ist, gegenüber der vertikalen ersten rotatorischen Hauptachse zu versetzen, so daß das Werkzeug am Industrie-Roboter entsprechend des eingestellten Hauptachsenversatzes des Grundkörpers einen größeren Arbeitsraum überstreichen bzw. durchfahren kann. Dies bedeutet, daß mit einer derartigen Vorrichtung nicht nur in kleinen Räumen und längs kleiner Werkstücke sondern auch in großen Arbeitsräumen und längs großer Werkstücke verfahren werden kann. Dabei ist dies in sehr einfacher Weise unter gleichzeitiger Beibehaltung aller anderen Roboterachsen möglich. Des weiteren ist die Zugänglichkeit der Werkzeuge mit Hilfe der Vorrichtung zu entsprechenden zu bearbeitenden Bereichen an den großen oder kleinen Werkstücken verbessert und es sind damit gleichzeitig die Kollisionsmöglichkeiten, die sich beim Werkzeug gegenüber den Werkstückbereichen und Bereichen der Arbeitsraumbegrenzung bieten, wesentlich vermindert.

Eine konstruktiv einfache Möglichkeit des einstellbaren Versetzens des Grundkörpers gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse ergibt sich gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Merkmale des Anspruchs 2. Hierbei wird im wesentlichen der gesamte Roboter gegenüber der ersten Hauptachse exzentrisch angeordnet, was eine deutliche Arbeitsraumerweiterung zur Folge hat. Es versteht sich, daß diese einfache translatorische Bewegung auch durch einfache konstruktive Mittel ausgeführt werden kann.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Merkmale des Anspruchs 3 und/oder des Anspruchs 4 vorgesehen sind.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung sind die Merkmale des Anspruchs 5 vorgesehen, womit eine zwar andere jedoch ebenfalls konstruktiv einfache einstellbare Versetzmöglichkeit des Grundkörpers bzw. dessen zweiter rotatorischer Hauptachse gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse möglich ist. Hierbei ergibt sich eine Schrägstellung im wesentlichen des gesamten Roboters gegenüber der ersten Hauptachse. Diese Ausführung ist etwas platzsparender und ihre Kippbewegung kann ebenfalls durch einfache konstruktive Bauteile ausgeführt werden.

Dabei sind zweckmäßigerweise die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen, um eine optimale Erweiterung des Arbeitsraumes zu ermöglichen.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ist ebenfalls eine optimale Erweiterung des Arbeitsraumes derartiger Industrieroboter erreicht.

Aus den Merkmalen des Anspruchs 8 bzw. des Anspruchs 9 ergeben sich konstruktiv vorteilhafte Ausführungen im Hinblick auf die beiden vorgenannten bevorzugten Ausführungsbeispiele bzgl. des translatorischen bzw. kippbaren Versatzes des Grundkörpers gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 durch eine Kombination der beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele gegeben.

Um dennoch die Ansteuerung eines derartigen Industrie-Roboters nicht komplizierter bzw. aufwendiger machen zu müssen, sind die Merkmale gemäß Anspruch 11 vorgesehen. Dies bedeutet, daß die Linearachse bzw. die Kippachse, längs der bzw. um die die Verstellung des Grundkörpers relativ zur ersten rotatorischen Hauptachse erfolgt, als reine Rüstachse anzusehen ist, die während der Bearbeitung bzw. des Arbeitsvorgangs des Industrie-Roboters starr und unbeweglich bleibt. Dies heißt mit anderen Worten, daß das vor einer Bearbeitung mit dem Industrie-Roboter vorgenommene Rüsten (Versetzen des Grundkörpers gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse) nicht in das Programm für die Bearbeitung mit eingebracht und verrechnet werden muß, sondern daß diese während einer Bearbeitung stets gleichbleibende Rüststellung des Grundkörpers lediglich als fester Parameter in das Bearbeitungsprogramm miteinzubinden ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Ansicht einen Industrieroboter zur Ausführung von Schweißarbeiten gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines Industrieroboters, jedoch gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte Industrieroboter 11 bzw. 11′ gemäß zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegender Erfindung dient zum Ausführen von Schweißarbeiten, bspw. Schutzgas-Schweißarbeiten und ist derart ausgebildet, daß er sowohl in kleinen Räumen als auch in großen Arbeitsräumen einsetzbar ist, wobei gleichzeitig Zugänglichkeit und Kollisionsfreiheit optimiert sind.

Der Industrieroboter 11 gemäß Fig. 1 und der Industrieroboter 11′ gemäß Fig. 2 sind grundsätzlich im wesentlichen gleich aufgebaut, wobei beide eine erste, eine zweite und eine dritte rotatorische Hauptachse C, B bzw. A und eine erste, eine zweite und eine dritte Nebenachse D, E bzw. P besitzen. Im folgenden sei deshalb zunächst im einzelnen lediglich der Industrieroboter 11 gemäß Fig. 1 beschrieben.

Der Industrieroboter 11 besitzt einen Grundkörper 12, der auf einem ortsfesten Drehtisch 13 um die vertikal angeordnete erste Hauptachse C drehbar gehalten ist. Der aufrecht stehende längliche Grundkörper 12 ist beim Ausführungsbeispiel parallel zur vertikalen ersten Hauptachse C angeordnet; er kann hierzu auch geneigt angeordnet sein. Am oberen Ende des Grundkörpers 12 ist die zweite rotatorische Hauptachse B vorgesehen, die horizontal angeordnet ist und um die ein unterer Tragarm 14 relativ zum Grundkörper 12 schwenkbar ist. Der untere Tragarm 14, der an einer Seitenfläche 15 des Grundkörpers 12 angeordnet ist, ist an seiner dem Grundkörper 12 zugewandten Seitenfläche 16 mit einem oberen Tragarm 17 versehen, der um die am unteren Tragarm 14 horizontal angeordnete dritte rotatorische Hauptachse A schwenkbar angeordnet ist. Diese dritte Hauptachse A ist in einem Bereich am oder nahe dem dem Grundkörper 12 abgewandten freien Ende des unteren Tragarms 14 angeordnet und verläuft parallel zur zweiten Hauptachse B.

Der obere Tragarm 17 ist mit einer ggf. hin und her verfahrbar angeordneten Verlängerung 18 versehen, an deren freiem Ende ein Gelenkkopf 19 angeordnet ist, der um die erste Nebenachse D drehbar sein kann, die in Richtung der Längserstreckung von oberen Tragarm 17 und Verlängerung 18 und senkrecht zur dritten Hauptachse A verläuft. Der Gelenkkopf 19, dessen einer Teil 21 um die erste Nebenachse D drehbar sein kann, ist mit der zweiten Nebenachse E versehen, die im wesentlichen etwa parallel zur zweiten rotatorischen Hauptachse B verläuft und um die der andere Teil 22 des Gelenkkopfes 19 schwenkbar angeordnet ist, welcher einen Werkzeughalter 23 trägt. Dieser andere Teil 22 des Gelenkkopfes 19 besitzt ferner die dritte Nebenachse P, die senkrecht zur ersten Nebenachse D und zur zweiten Nebenachse E verläuft und um die der Werkzeughalter 23 schwenkbar ist. Der Werkzeughalter 23 trägt an einem Ausleger 27 ein Schweißwerkzeug 26, das über eine oder mehrere entsprechende Verbindungsleitungen 28 zum Elektroschweißen oder Schutzgasschweißen mit entsprechenden Versorgungsaggregaten verbunden ist, die in nicht dargestellter Weise innerhalb des Grundkörpers 12 angeordnet sind.

Insoweit entspricht der Industrieroboter 11′ gemäß Fig. 2 in seinem konstruktiven Aufbau dem oben beschriebenen Industrieroboter 11 gemäß Fig. 1, wobei in Fig. 2 dieselben Bezugsziffern, lediglich mit einem Strich versehen, verwendet sind.

Der programmgemäß steuerbare Antrieb der einzelnen Elemente 12, 14, 17, 18, 19 bzw. 12′, 14′, 17′, 18′, 19′ erfolgt bspw. mittels nicht dargestellter pneumatischer Einheiten.

Um nun eine möglichst universelle Verwendung des Industrieroboters 11 bzw. 11′ sowohl in kleinen Räumen als auch in großen Arbeitsräumen und damit sowohl für kleinvolumige als auch für großvolumige Werkstücke bei gleichzeitiger Verminderung von Kollisionsmöglichkeiten und Verbesserung der Zugänglichkeit zu erreichen, ist der Grundkörper 12 bzw. 12′ mit einer Rüstachse 31 bzw. 31′ und damit sozusagen mit einer siebten Achse versehen, mittels der der Grundkörper 12 bzw. 12′ gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse C versetzt bzw. verstellt werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Rüstachse 31 durch eine Linearachse gebildet, und zwar in der Weise, daß der Grundkörper 12 mittels eines Schlittens 32 auf horizontal angeordneten Führungsschienen 33 also senkrecht zur ersten Hauptachse C verfahrbar ist. Damit ist der Grundkörper 12 gegenüber der ersten Hauptachse C exzentrisch verstellbar, bspw. durch einen pneumatischen Antrieb.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Rüstachse 31′ durch eine horizontal angeordnete Kippachse gebildet, die in einer Gabel 36 aufgenommen ist, welche auf dem Drehtisch 13′ um die erste Hauptachse C drehbar angeordnet ist. Um diese Kippachse 31′, die parallel zur zweiten Hauptachse B verläuft, ist der Grundkörper 12′ schwenkbar und damit neigbar. Die Verstellung erfolgt mit Hilfe einer vorzugsweise pneumatischen Kolbenzylindereinheit 37, die einerseits an der Grundplatte der Gabel 36 und andererseits am Grundkörper 12′ angreift.

Bei beiden Ausführungsbeispielen gehört die Rüstachse 31, 31′ nicht unmittelbar zum Industrieroboter 11 bzw. 11′, denn sie ist während des Bearbeitungsprogramms für den lndustrieroboter starr und unbeweglich und muß daher nicht zusätzlich gesteuert bzw. im Programm mit eingearbeitet und verrechnet werden. Das Rüsten dieser Rüstachse 31, 31′ erfolgt entweder manuell, mit einer SPS-Steuerung in Schritten mechanisch absteckbar oder durch eine NC-Steuerung. Der Rüstvorgang ist jedoch in den Transformationsgleichungen der oben erwähnten Haupt- und Nebenachsen des Industrieroboters 11 bzw. 11′ zu berücksichtigen.

Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist der Grundkörper sowohl längs der linearen Rüstachse 31 verfahrbar als auch um die Rüstachse 31′ kippbar.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich eine zusätzliche siebte Achse in Form einer Rüstachse zwischen Grundkörper 12, 12′ und der ersten rotatorischen Hauptachse C vorzusehen, auch bei anderen Industrierobotern bzw. automatischen Handhabungsgeräten zur Vergrößerung des Arbeitsraumes dieser Geräte bei gleichzeitiger Optimierung von Zugänglichkeit und Kollisionsfreiheit vorgesehen sein können.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum automatischen Manipulieren von Werkzeugen od. dgl., bspw. zum Schweißen, mit einem um eine vorzugsweise vertikale erste rotatorische Hauptachse (C) drehbaren Grundkörper (12), an dem über mindestens zwei Tragarme (14, 17) ein Werkzeughalter (23) um eine vorzugsweise horizontale zweite rotatorische Hauptachse (B) am Grundkörper (12), ggf. um eine dritte Hauptachse (A) und um zwei oder drei Nebenachsen (D, E, P) bewegbar gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12) relativ zu einem ortsfesten Teil (13) derart angeordnet ist, daß seine zweite rotatorische Hauptachse (B) gegenüber der ersten rotatorischen Hauptachse (C) am ortsfesten Teil (13) versetzbar bzw. verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12) relativ zum ortsfesten Teil (13) translatorisch bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsbewegung des Grundkörpers (12) gegenüber dem ortsfesten Teil (13) längs einer Linearachse (31) senkrecht zur ersten Hauptachse (C) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsbewegung des Grundkörpers (12) gegenüber dem ortsfesten Teil (13) längs einer Linearachse (31) senkrecht zur zweiten Hauptachse (B) erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12′) relativ zum ortsfesten Teil (13′) kippbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (31′) zur Schwenkbewegung des Grundkörpers (12) gegenüber dem ortsfesten Teil (13) parallel zur zweiten Hauptachse (B) verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12) ein aufrecht stehender, langgestreckter Körper ist, an dessen oberem Endbereich die horizontal verlaufende zweite Hauptachse (B) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (12) an seinem der zweiten Hauptachse (B) abgewandeten Ende mit einem Schlitten (32) versehen ist, der auf Führungsschienen (33) am ortsfesten Teil (13) verfahrbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse (31′) am der zweiten Hauptachse (B) abgewandten Ende des Grundkörpers (12′) angeordnet und an einem gabelförmigen Teil (36) gehalten ist, der auf dem ortsfesten Teil (13′) um die vertikale erste Hauptachse (C) drehbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper relativ zum ortsfesten Teil translatorisch bewegbar und kippbar angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung bzw. Einstellung des Grundkörpers (12) gegenüber dem ortsfesten Teil (13) längs der Linearachse (31) bzw. um die Kippachse (31′) vor der Ansteuerung zur Ausführung der Arbeitsbewegung des Werkzeugs (26) od. dgl. erfolgt.