DE4117552C1

DE4117552C1 - Tool holder for industrial robot arm - has pneumatically powered actuators for compensating for additional weight

Info

Publication number: DE4117552C1
Application number: DE19914117552
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Woessner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2011-05-30

Abstract

A robot manipulator of the type used in industrial processes has a tool holder (3) mounted at the end of the robot arm (2). This can be in the form of a spot welding tool (4) mounted on parallel guides (5) and having a pair of electrodes (7). The assembly has a pair of pneumatically powered actuators (10,12), each with balanced masses (F1,F2). The masses are selected such that the forces applied to the assembly are in balance for all angular positions of the manipulated tool assembly. ADVANTAGE - Provides balanced force condition for all positions of robot tool.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugträger, der insbesondere am Ende eines bewegungsgesteuerten Roboterarms vorgesehen ist, und der mindestens in einer Bewegungsrichtung zum Ausgleich von Lage- und/oder Abmessungstoleranzen des zu bearbeitenden Werkstücks gegenüber seiner Mittellage am Roboterarmende oder dgl. über eine Parallelführung, insbesondere in Form eines Schlittens, verschiebbar ist und bei dem eine in Richtung der Parallelführung wirkende Gewichtskraftkompensiervorrichtung vorgesehen ist, durch die die in Richtung der Parallelführung wirkende Komponente der Gewichtskraft des gegenüber dem Roboterarmende verschiebbaren Teils in jeder Winkellage gegenüber der Schwerkraft ausgeglichen ist.The invention relates to a tool carrier, in particular is provided at the end of a motion-controlled robot arm, and to compensate at least in one direction of movement of position and / or dimensional tolerances of the machined Workpiece relative to its central position at the end of the robot arm or Like. About a parallel guidance, in particular in the form of a Sled, is slidable and one in the direction of Weight force compensating device acting in parallel is provided, through which in the direction of parallel guidance acting component of the weight of the opposite Movable part of the robot arm in any angular position is balanced against gravity.

Bei einem aus der DE-OS 33 17 425 bekannten solchen Werkzeugträger erfolgt der Gewichtsausgleich mit Hilfe eines Kompensationsgewichts, das gleich dem Gewicht des durch die Parallelführung verschiebbaren Teils der Vorrichtung ist. Dies bedingt ein relativ hohes Gesamtgewicht, da auch dieses zusätzliche Gewicht vom Roboterarm bewegt werden muß.In one known from DE-OS 33 17 425 The weight is balanced using a tool carrier Compensation weight, which is equal to the weight of the by the Parallel guidance displaceable part of the device is. This requires a relatively high total weight, since this too additional weight must be moved by the robot arm.

Aus der DD 2 08 580 ist noch eine Konstruktion bekannt, bei welcher die Gewichtskraft bzw. deren in Bewegungsrichtung wirkender Komponente in jeder Stellung des Oberarms des Roboters mit Hilfe eines Pneumatikzylinders ausgeglichen werden kann. Die erforderliche Anpassung des Drucks an die verschiedenen Stellungen des Roboterarms erfordert aufwendige Zusatzeinrichtungen.A construction is known from DD 2 08 580, at which is the weight or its in the direction of movement component in every position of the upper arm of the Robot balanced with the help of a pneumatic cylinder can be. The necessary adjustment of the pressure to the different positions of the robot arm requires complex Additional devices.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugträger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei möglichst geringem Konstruktionsgewicht lageunabhängig keine unerwünschten Reaktionskräfte während des Arbeitsgangs auf die zu bearbeitenden Teile übertragen werden.In avoiding the disadvantages outlined present invention the task of a Tool holder of the type mentioned in such a way that regardless of position with the lowest possible construction weight no undesirable reaction forces during the work process transferred to the parts to be machined.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Gewichtskraft-Kompensiervorrichtung einen ersten Zylinder aufweist, durch dessen gesteuerte Druckbeaufschlagung der Gewichtskraftsausgleich erfolgt und daß zur gesteuerten Druckbeaufschlagung des ersten Zylinders ein weiterer parallel dazu verlaufender Zylinder vorgesehen ist, daß deren Arbeitsräume miteinander in Verbindung stehen, daß der die wirksame Fläche A1 aufweisende erste Zylinder den über die Parallelführung verschiebbaren, das Gewicht F1 aufweisenden verschiebbaren Teil trägt und der parallel dazu verlaufende Zylinder über dessen wirksame Fläche ein das Gewicht F2 aufweisendes Ausgleichsgewicht trägt, wobei das Gewicht F2 so gewählt ist, daß gilt F1/A1 = F2/A2.To achieve this object, the invention provides that the weight compensation device has a first cylinder, by means of the controlled pressurization of the weight force compensation and that for the controlled pressurization of the first cylinder, a further parallel cylinder is provided that their working spaces are connected to each other that the effective area a 1 having first cylinder the slidable on the parallel guide, the weight F 1 transmits having displaceable part and extending parallel thereto cylinder, the weight F 2 transmits exhibiting balancing weight over its effective area, where the weight F 2 so is selected that applies F1 / A1 = F2 / A2.

Hierdurch wird der Werkzeugträger während seines Arbeitseinsatzes in allen Arbeitslagen praktisch von äußeren Kräften zumindest in der Hauptbearbeitungsrichtung freigehalten. Damit wirken praktisch auch keine Kräfte vom Roboterarm auf das Werkstück und ggf. die das Werkstück tragende Vorrichtung, die bei besonders geringem Gewicht trotzdem eine hohe Arbeitsgenauigkeit erreichen läßt. As a result, the tool carrier during its Use of work in all work situations practically from the outside Forces at least in the main machining direction kept clear. So there are practically no forces from Robot arm on the workpiece and possibly the workpiece load-bearing device that is particularly light can still achieve high working accuracy.

Der Druck p im gewichtstragenden Arbeitsraum der Zylinder, in Abhängigkeit vom Winkel W der Parallelführung gegenüber der Horizontalen, beträgt dann p = F1/A1·sinus w. Dieser Druck kann besonders vorteilhaft auch über ein Drucksteuerventil in Abhängigkeit vom Winkel W regelbar sein, wenn eine hydraulische oder pneumatische Lösung angestrebt wird.The pressure p in the weight-bearing working area of the cylinder, in Dependence on the angle W of the parallel guide in relation to the Horizontal, then p = F1 / A1 · sinus w. That pressure can be particularly advantageous in a pressure control valve Dependence on the angle W can be regulated if one hydraulic or pneumatic solution is sought.

Um bei jedem neuen Arbeitsgang die gleiche Ausgangsposition des Werkzeugträgers zu erhalten, kann an der Parallelführung eine Zentriervorrichtung vorgesehen sein, durch die der an der Parallelführung verschiebbare Teil in seine Mittelstellung zurückführbar ist. To have the same starting position with every new operation of the tool carrier can be obtained using the parallel guide a centering device can be provided, through which the Parallel guide slidable part in its middle position is traceable.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:Further training according to the invention are the dependent claims can be seen and their advantages based on the attached drawing of a preferred embodiment explained. It shows:

Fig. 1 einen Werkzeugträger mit einer Punktschweißzange und Fig. 1 shows a tool holder with a spot welding gun and

Fig. 2 eine Gewichtskraft-Kompensiervorrichtung in schematischer Darstellung. Fig. 2 shows a weight compensation device in a schematic representation.

Am Ende 1 eines Roboterarms 2 ist austauschbar ein Werkzeugträger 3 vorgesehen, der selbst eine Punktschweißzange 4 trägt. Die Punktschweißzange 4 ist an einer Parallelführung 5 befestigt und in der Bewegungsrichtung 6 verschiebbar. Die Schweißzange 4 weist zwei gegeneinander verschiebbare, schematisch dargestellte Elektroden 7 auf, zum Punktschweißen eines Werkstücks 8.At the end 1 of a robot arm 2 , a tool carrier 3 is interchangeably provided, which itself carries a spot welding gun 4 . The spot welding gun 4 is fastened to a parallel guide 5 and displaceable in the direction of movement 6 . The welding gun 4 has two electrodes 7 which can be displaced relative to one another and are shown schematically, for spot welding a workpiece 8 .

Die Parallelführung 5 ist in Form eines Schlittens 5′ ausgebildet und am unteren Ende einer Kolbenstange 9 eines Zylinders 10 angeordnet und in Bewegungsrichtung 6 verschiebbar. Der gesamte, durch die Parallelführung 5 verschiebbare Teil 11 hat ein Gewicht F1, das vom Druck p durch die Fläche A1 des Zylinders 10 getragen wird.The parallel guide 5 is formed in the form of a carriage 5 'and arranged at the lower end of a piston rod 9 of a cylinder 10 and displaceable in the direction of movement 6 . The entire part 11 which can be displaced by the parallel guide 5 has a weight F 1 which is borne by the pressure p through the surface A 1 of the cylinder 10 .

Parallel zum Zylinder 10 ist ein weiterer Zylinder 12 mit wesentlich größerem Hub vorgesehen, an dessen Kolbenstange 13 ein Ausgleichsgewicht F2 vorgesehen ist und das über die Fläche A2 hydraulisch getragen wird. Das Gewicht F2 wird nun so gewählt, daß gilt p = F1/A1 = F2/A2. Es sind nun die Arbeitsräume der beiden Zylinder 10, 12 miteinander verbunden und sie bilden so eine Gewichtskraft-Kompensiervorrichtung 14, durch die in allen Winkellagen die zur Bewegungsrichtung 6 parallele Komponente des Gewichts des verschiebbaren Teils 11 ausgeglichen wird.In parallel to the cylinder 10 , a further cylinder 12 is provided with a substantially greater stroke, on the piston rod 13 of which a counterweight F 2 is provided and which is hydraulically carried over the surface A 2 . The weight F 2 is now chosen such that p = F1 / A1 = F2 / A2. The working spaces of the two cylinders 10 , 12 are now connected to one another and thus form a weight compensation device 14 , by means of which the component of the weight of the displaceable part 11 , which is parallel to the direction of movement 6, is compensated for in all angular positions.

Um bei jedem Arbeitsgang die gleiche Ausgangslage der Schweißzange 4 zu erhalten, ist in der Mittelstellung der Parallelführung 5 eine Zentriervorrichtung 15 vorgesehen, durch die ggf. der verschiebbare Teil 11 auch in seiner Mittelstellung fixiert werden kann. Eine Fixierung an beliebiger Stelle kann auch, bspw. durch die Anordnung eines Sperrventils 16, ermöglicht werden.In order to obtain the same starting position of the welding gun 4 in each working step, a centering device 15 is provided in the central position of the parallel guide 5 , by means of which the displaceable part 11 can also be fixed in its central position if necessary. A fixation at any point can also be made possible, for example by the arrangement of a check valve 16 .

Bei der Verwendung unterschiedlicher Werkzeuge muß, entsprechend dem Gewicht des verschiebbaren Teils 11 das Ausgleichsgewicht F2 zur Gewichtskompensation entsprechend gewählt werden. Die Gewichtskraftkompensation ist dann in allen beliebigen räumlichen Lagen voll wirksam.When using different tools, the counterweight F 2 must be selected accordingly for weight compensation according to the weight of the displaceable part 11 . The weight compensation is then fully effective in any spatial position.

Claims

1. Tool carrier, which is provided in particular at the end ( 1 ) of a motion-controlled robot arm ( 2 ) and which at least in one direction of movement ( 6 ) to compensate for position and / or dimensioning tolerances of the workpiece ( 8 ) to be machined relative to its central position at the end of the robot arm ( 1 ) or the like. Via a parallel guide ( 5 ), in particular in the form of a guide carriage ( 5 '), and in which a weight force compensating device ( 14 ) acting in the direction ( 6 ) of the parallel guide is provided, through which the in The direction ( 6 ) of the parallel guide component of the weight force (F 1 ) of the part ( 11 ) displaceable relative to the end of the robot arm ( 1 ) is balanced in any angular position with respect to gravity, characterized in that the weight force compensating device ( 14 ) has a first cylinder ( 10 ) has, by the controlled pressurization of the weight compensation takes place, and that to control th pressurization of the cylinder ( 10 ) a further cylinder ( 12 ) running parallel to it is provided that their working spaces are connected to each other, that the first cylinder ( 10 ) having the effective area (A 1 ), which is connected via the parallel guide ( 5 ) displaceable, the weight (F 1 ) having, displaceable part ( 11 ) and the parallel to it running further cylinder ( 12 ) over the effective surface (A 2 ) a balance weight having the weight (F 2 ), the weight ( F 2 ) is selected so that the following applies: F1 / A1 = F2 / A2.

2. Tool carrier according to claim 1, characterized in that the pressure (p) in the weight-bearing working space of the cylinder ( 10 ) as a function of the angle (w) of the parallel guide ( 5 ) with respect to the horizontal suffices the following equation:
p = F1 / A1sine w,
and that this pressure (p) is controlled as a function of the angle (w) by a pressure control valve.

3. Tool carrier according to claim 1 or 2, characterized in that a centering device ( 15 ) is provided on the parallel guide ( 5 ), through which this can be returned in a central position and optionally fixable.