DE4127446A1 - Portalroboter zur mehrdimensionalen bewegung von teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Portalroboter zur mehrdimensionalen Bewegung von Teilen, insbesondere zur Versorgung von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen und -stücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 36 26 610 A1 ist ein Portalsystem mit einer an einem ortsfesten Portalrahmen horizontal (X-Richtung) verfahrbaren Grundeinheit bekannt. In der Grundeinheit ist eine senkrecht (Z-Richtung) bewegbare Hubsäule geführt. Am unteren Ende der Hubsäule ist ein um eine senkrechte Achse schwenkbarer horizontal ausgerichteter Tragarm mit konstanter Länge angeordnet. An dem der Hubsäule abgewandten Ende dieses Tragarms ist ein wiederum um eine senkrechte Achse schwenkbarer Doppelgreifer angeordnet.

Mit diesem Portalsystem lassen sich unter Berücksichtigung der Reichweite der Translations- und Rotationsachsen beliebige Punkte in einem kubischen Arbeitsraum anfahren. Jedoch erweist es sich bei diesem Portalsystem als nachteilig, daß der Greifer die zu handhabenden Werkzeuge oder -stücke horizontal nur in X-Richtung linear anfahren kann. In anderen horizontalen Richtungen anzufahrende Gegenstände können nur mit hohem steuerungsaufwand durch eine Kombination der Rotationsbewegungen um die beiden senkrechten Achsen mit der Translationsbewegung in X-Richtung erreicht werden. Der Mittelpunkt des Greifers bewegt sich zwar dabei linear, jedoch schwenkt dabei der Greifer um seinen Mittelpunkt, so daß die Anfahrbahn des gesamten Greifers bogenförmig ist. Desweiteren ist der Tragarm in Greifposition mit seiner Längsachse zumeist winklig zur Greifrichtung ausgerichtet. Hierdurch müssen nachteiligerweise die Beladeöffnungen von Werkzeugmaschinen dementsprechend größer dimensioniert oder die zu greifenden Teile z. B. Werkzeuge in einem Regal mit größerem Abstand zueinander gelagert werden. Weitere Nachteile ergeben sich bei Verwendung dieses Portalsystems für die Handhabung von Werkzeugen für automatischen Werkzeugwechsel mit z. B. Steilkegelschäften, die mit einer Nut zur Verdrehsicherung versehen sind. Hierbei kann der anfahrende sich um seinen Mittelpunkt schwenkende Greifer, der mit einem zur Nut im Steilkegelschaft komplementären Nutenstein versehen ist, nicht einwandfrei in die Nut am Steilkegelschaft anfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen platzsparenden Portalroboter mit einem ortsfesten portalrahmen zu schaffen, der mit geringem Steuerungsaufwand beliebige Orte in einem kubischen Arbeitsraum anfahren kann.

Die Aufgabe wird bei einem Portalroboter zur mehrdimensionalen Bewegung von Teilen, insbesondere zur Versorgung von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen und -stücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tragarm linear verfahrbar ist. Erfindungsgemäß erzielt die zusätzliche Bewegungsmöglichkeit des Tragarms, daß der Portalroboter nun horizontale, lineare Bewegungen außerhalb der Bewegungsrichtung der Fahreinheit (X-Richtung) ausführen kann. Gerade diese Bewegungsrichtung und dadurch die Vermeidung der Drehbewegung des Greifers um seinen Mittelpunkt erleichtern ein Einfahren des Portalroboters in enge Beladeöffnungen von Werkzeugmaschinen und ermöglichen ein Ergreifen von eng aneinander gelagerten Werkzeugen und -stücken. Die Verwendung des Erfindungsgegenstandes zum Handhaben von Werkzeugen mit z. B. Steilkegelschäften erzielt ein sauberes Einfahren eines Greifers mit Nutenstein in die komplementäre Nut des Schaftes des Werkzeugs. Die besonders vorteilhafte feste Ausrichtung des Tragarmes bezogen auf seine Verfahrrichtung um 90° versetzt zur X-Richtung des Trägers in Y-Richtung führt zu einem Linien-Portalroboter, der mit geringem konstruktiven Aufwand Funktionen von Flächen-Portalrobotern, dessen komplette aus Träger, Fahreinheit, Hubsäule usw. bestehende Brücke linear verfahrbar ist, ausführt. Durch die weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Portalroboters mit einem schwenkbar an der Hubsäule angeordneten Tragarm können die Vorteile der linearen Ausfahrbarkeit des Tragarms unabhängig von den Aufstellorten der zu bedienenden Einrichtungen genutzt werden. Durch den konstruktiven Aufbau des Tragarms aus einem Tragrahmen und einen daran über Trag- und als Rollen ausgebildete Führungen geführten Ausfahrschlitten, der über einen Verschiebeantrieb mit Zahnrad und Zahnstange ausschiebbar ist, wird eine hohe Positioniergenauigkeit des Tragarms gewährleistet. Diese hohe Genauigkeit bleibt durch den biege- und verdrehsteifen Aufbau des Portalroboters mit seiner daraus resultierenden geringen Lastwechselverformung auch bei der Handhabung von zwei bis zu ca. 40 kg schweren Werkstücken oder -zeugen erhalten. Weitere Vorteile erzielt der erfindungsgemäße Portalroboter durch die Verwendung einer Greifeinheit, die um zwei senkrecht aufeinander stehende Achsen schwenkbar ist, wobei eine der Achsen in Längserstreckung des Tragarms ausgerichtet ist. Hierdurch kann der Portalroboter Werkzeuge oder -stücke in jeder beliebigen Lage im Raum ergreifen und abgeben. Dies führt zu einer Einsparung von Vorrichtungen wie Werkzeugwechslern, die nur als Bindeglied zwischen Werkzeugmaschine und Roboter dienen, um das Werkzeug oder -stück in die benötigte Lage auszurichten.

Nachfolgend wird die Erfindung in Ausführung mit einem um 90° gegenüber der X-Richtung versetzten, fest an der Hubsäule angeordneten Tragarm anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Portalroboters,

Fig. 2 eine Ansicht aus dem Bereich des Tragarms und der Greifeinrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt gem. Linie A-B von Fig. 2,

Fig. 4 Draufsicht auf Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Portalroboter mit einem ortsfesten Portalrahmen dargestellt. Der Portalrahmen besteht aus vertikalen, ortsfesten Stützen 1, die über einen horizontal in X-Richtung verlaufenden Träger 2 verbunden sind. An dem mit Fahrschienen versehenen Träger 2 ist eine in X-Richtung bewegbare Fahreinheit 3 angeordnet. In der Fahreinheit 3 ist eine Hubsäule 4 geführt. Die Hubsäule 4 ist senkrecht in Z-Richtung bewegbar und an deren unterem Ende ist ein horizontaler Tragarm 5 angeordnet. Der Tragarm 5 ist mit der Hubsäule 4 bzgl. seiner Verfahrrichtung um 90° versetzt zur X-Richtung der Träger 2 in Y-Richtung angeordnet und etwa 500 mm ausfahrbar. An einem Ende des Tragarms 5 ist eine Greifeinheit 6 angeflanscht. Die Greifeinheit 6 besteht aus einem Doppelgreifer mit zwei um 90° zueinander versetzten und von je einem Antrieb 8 angetriebenen Greifzangen 7. Die Greifzangen 7 sind als Zweibacken-Winkelgreifer ausgeführt. Die Greifeinheit 6 ist um eine in Y-Richtung verlaufende Achse in E-Richtung um 270° schwenkbar und gleichzeitig sind die Greifzangen 7 um eine in 90° zur Y-Richtung angeordneten Achse in P-Richtung um 180° verschwenkbar. Jede Greifzange 7 kann Werkzeuge oder -stücke bis zu einem Gewicht von ca. 40 kg handhaben. Sämtliche Linear- und Drehbewegungen des Portalroboters sind NC-gesteuert.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Portalroboters aus dem Bereich des Tragarms 5 und der Greifeinheit 6. Der Tragarm 5 besteht im wesentlichen aus einem Tragrahmen 16 und einem Ausfahrschlitten 17. Der Tragrahmen 16 ist am unteren Ende der Hubsäule 4 befestigt und dient zur Führung des Ausfahrschlittens 17 über Tragrollen 14 und als Rollen ausgeführten Führungen 15. An dem Tragarm 16 ist ein Verschiebeantrieb 11 angeordnet, der über ein Zahnrad 12 eine Zahnstange 13 antreibt. Die Zahnstange 13 ist in Längsrichtung des Ausfahrschlittens 17 auf dessen Oberseite angeordnet. In dem Ausfahrschlitten 17 mit einem kastenförmigen Querschnitt ist ein Drehantrieb 9 für die Schwenkbewegung der Greifeinheit 6 in E-Richtung eingeschoben, der mit seinem Gehäuse an dem Ausfahrschlitten 17 befestigt ist. An der Drehachse des Drehantriebs 9 ist ein weiterer Drehantrieb 10 mit seinem Gehäuse befestigt. Die Drehachsen der beiden Drehantriebe 9, 10 stehen senkrecht zueinander. An der Drehachse des Drehantriebs 10 ist die Greifeinheit 6 angeordnet, wobei die Bewegungsebene der Greifzangen senkrecht zur Drehachse des Drehantriebs 10 ausgerichtet ist.

Aus den Fig. 3 und 4 läßt sich die konstruktive Ausgestaltung des kastenförmigen Ausfahrschlittens 17 mit einer auf der Oberseite angeordneten als Schiene dienenden Platte 18 erkennen. Die Platte 18 ragt seitlich über den Querschnitt des Ausfahrschlittens 17 hinaus und wird über die Tragrollen 14 gestützt und über die Führungen 15 seitlich geführt. Desweiteren zeigt Fig. 4 einen an der Greifzange 7 in Greifrichtung angeordneten Nutenstein 19. Der Nutenstein 19 fährt beim Ergreifen eines nicht dargestellten Werkzeugs mit Steilkegelschaft in eine am Steilkegelschaft angeordnete komplementäre Nut und dient somit zur Verdrehsicherung des zu handhabenden Werkzeugs.

Die Erfindung ist zwar anhand eines Portalroboters mit einem über Zahnstangen und Zahnrad angetriebenen, ausfahrbaren Tragarm beschrieben, jedoch sind auch andere Antriebsarten z. B. über Zahnriemen und andere konstruktive Ausgestaltungen des ausfahrbaren Tragarmes z. B. eine mit dem Zylindergehäuse an der Hubsäule befestigte Kolben-Zylindereinheit durchaus möglich, ohne den grundlegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (8)

1. Portalroboter zur mehrdimensionalen Bewegung von Teilen, insbesondere zur Versorgung von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen und -stücken mit einem aus vertikalen, ortsfesten Stützen und einem darauf angeordneten horizontalen Träger bestehenden Portalrahmen, einer parallel zu und an dem Träger bewegbaren Fahreinheit, einer an der Fahreinheit vertikal verfahrbaren Hubsäule, einem an dem unteren Ende der Hubsäule angeordneten horizontalen Tragarm und einer mit dem Tragarm verbundenen Greifeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) linear verfahrbar ist.

2. Portalroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) aus einem an der Hubsäule (4) angeordneten Tragrahmen (16) und einem Ausfahrschlitten (17) besteht, der über Tragrollen (14) und Führungen (15) an dem Tragrahmen (16) geführt ist.

3. Portalroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (16) fest mit der Hubsäule (4) verbunden ist.

4. Portalroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) bezogen auf seine Verfahrrichtung um 90° versetzt zur Längsrichtung des Trägers (2) angeordnet ist.

5. Portalroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (5) schwenkbar mit der Hubsäule (4) verbunden ist.

6. Portalroboter nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfahrschlitten (17) von einem mit der Hubsäule (4) verbundenen Verschiebeantrieb (11) über ein Zahnrad (12) und eine an dem Ausfahrschlitten (17) angeordnete Zahnstange (13) antreibbar ist.

7. Portalroboter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Tragarm (5) angeordnete Greifeinheit (6) mittels zweier Drehantriebe (9, 10) um eine waagerechte und um eine rechtwinklig zu der waagerecht angeordneten Achse schwenkbar ist.

8. Portalroboter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinheit (6) aus zwei Greifzangen (7) besteht und die Greifzangen um 90° zueinander versetzt angeordnet sind.