DE4127446C2

DE4127446C2 - Portal robot for multi-dimensional movement of parts

Info

Publication number: DE4127446C2
Application number: DE19914127446
Authority: DE
Inventors: Klaus K Dipl Ing Nerger; Karl-Ernst Kaufmann; Helmut Dipl Ing Schlenkermann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-08-17
Also published as: DE4127446A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Portalroboter zur mehrdimensionalen Bewegung von Teilen, insbesondere zur Versorgung von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen und Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a portal robot for multi-dimensional Movement of parts, in particular to supply machine tools with tools and workpieces according to the preamble of claim 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.DE 36 26 610 A1 describes a portal system with one on one stationary portal frame can be moved horizontally (X-direction) Basic unit known. One is vertical in the basic unit (Z direction) movable lifting column. At the lower end of the lifting column is a horizontally aligned swiveling around a vertical axis Support arm arranged with constant length. On the side facing away from the lifting column The end of this support arm is in turn about a vertical axis swiveling double gripper arranged.

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.With this portal system, taking into account the Range of the translation and rotation axes any points in move to a cubic workspace. However, it turns out with this Portal system as disadvantageous that the gripper to be handled Approach tools or pieces linearly only in the X direction can. Objects to be approached in other horizontal directions can only with high control effort through a combination of Rotational movements around the two vertical axes with the Translation movement in the X direction can be achieved. The center of the While the gripper moves linearly, it pivots Gripper around its center, so that the approach path of the whole Gripper is arcuate. Furthermore, the support arm is in the gripping position with its longitudinal axis mostly aligned at an angle to the gripping direction. As a result, the loading openings of Accordingly, machine tools are dimensioned larger or too gripping parts z. B. Tools on a shelf with a greater distance be stored to each other. Other disadvantages arise with Using this portal system for handling tools for automatic tool change with z. B. Steep taper shanks with a Groove to prevent rotation are provided. Here the approaching can around its center swiveling gripper, which with a to the groove in Steep taper complementary slot nut is not provided Approach perfectly in the groove on the steep taper shank.

Es ist ferner ein gattungsgemäßer Portalroboter bekannt (DE 30 43 687 A1), bei dem unterschiedliche Werkstückgreifer gegeneinander in unkomplizierbarer Weise ausgetauscht werden können sollen. Hierzu steht jedoch ein unbegrenzter Raum im Bereich zweier heb- und senkbarer Führungsrohre, die an einem Tragarm befestigt sind, zur Verfügung. Weitere Maßnahmen für andersartige Greifzangen, deren Bewegungen und Anordnung sind dem bekannten Vorschlag jedoch nicht zu entnehmen.A generic portal robot is also known (DE 30 43 687 A1), in which different workpiece grippers against each other in an uncomplicated manner should be able to be exchanged. However, there is an unlimited space in the Area of two lifting and lowering guide tubes, which are attached to a support arm are available. Further measures for different gripping pliers, their Movements and arrangement are not, however, the known proposal remove.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen platzsparenden Portalroboter mit einem ortsfesten portalrahmen zu schaffen, der in engen Arbeitsräumen verwendbar ist.The invention has for its object a space-saving To create portal robots with a fixed portal frame, which in narrow work spaces is usable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tragarm in seiner Längsrichtung linear verfahrbar ist, daß die Greifzangen in horizontaler Ebene und um 90° zueinander versetzt angeordnet sind und daß die Greifeinheit mittels eines zweiten Drehantriebs um eine vertikale Achse schwenkbar ist.The task is solved according to the invention in that the support arm can be moved linearly in its longitudinal direction, that the grippers in a horizontal plane and are offset by 90 ° to each other and that the gripping unit by means of a second rotary drive vertical axis is pivotable.

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 Werkstücken. 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 einem 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 Werkzeugen 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 Werkstücke 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 Werkstück in die benötigte Lage auszurichten.According to the additional possibility of movement achieved Support arm that the gantry robot now horizontal, linear movements Execute outside the direction of movement of the drive unit (X direction) can. Precisely this direction of movement and thus the avoidance of Rotating movement of the gripper around its center facilitate Driving the gantry robot into narrow loading openings from Machine tools and allow a close grip stored tools and workpieces. The use of the Subject of the invention for handling tools with z. B. Steep taper shanks also ensure that a gripper is retracted cleanly Sliding block in the complementary groove of the shank of the tool. The particularly advantageous fixed alignment of the support arm based on its Direction of travel offset by 90 ° to the X direction of the beam in the Y direction leads to a line gantry robot that has little constructive Effort functions of area gantry robots, its complete Carrier, travel unit, lifting column etc. existing bridge can be moved linearly is executing. Due to the further advantageous embodiment of the Portal robot with a support arm that can be pivoted on the lifting column can take advantage of the linear extension of the support arm independently be used by the installation sites of the facilities to be operated. Due to the structural design of the support arm from a support frame and a guided on it on guides and trained as roles Extending slide, which has a sliding drive with gear and Rack can be pushed out, high positioning accuracy of the Support arm guaranteed. This high accuracy remains due to the bending and torsionally rigid structure of the portal robot with its resulting low load change deformation even when handling received from two workpieces or tools weighing up to approx. 40 kg. The portal robot according to the invention achieves further advantages through the Use a gripping unit that is perpendicular to each other by two standing axes is pivotable, one of the axes in Longitude of the support arm is aligned. This allows the Portal robot tools or workpieces in any position in the room seize and deliver. This leads to a saving of devices like tool changers that only act as a link between machine tools and robots are used to get the tool or workpiece into the required position align.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The invention is as follows explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Portalroboters, Fig. 1 is a perspective view of a portal robot,

Fig. 2 eine Ansicht aus dem Bereich des Tragarms und der Greifeinrichtung, Fig. 2 is a view from the area of the support arm and the gripping device,

Fig. 3 einen Schnitt gem. Linie A-B von Fig. 2 und Fig. 3 shows a section. Line AB of Fig. 2 and

Fig. 4 eine Draufsicht auf Fig. 2. Fig. 4 is a plan view of 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 Werkstücke bis zu einem Gewicht von ca. 40 kg handhaben. Sämtliche Linear- und Drehbewegungen des Portalroboters sind NC-gesteuert.In Fig. 1, an inventive portal robot is illustrated with a fixed portal frame. The portal frame consists of vertical, fixed supports 1 , which are connected via a beam 2 running horizontally in the X direction. A driving unit 3 which is movable in the X direction is arranged on the carrier 2 provided with travel rails. A lifting column 4 is guided in the driving unit 3 . The lifting column 4 can be moved vertically in the Z direction and a horizontal support arm 5 is arranged at its lower end. The support arm 5 is arranged with the lifting column 4 with respect to its direction of travel offset by 90 ° to the X direction of the carrier 2 in the Y direction and can be extended by approximately 500 mm. A gripping unit 6 is flanged to one end of the support arm 5 . The gripping unit 6 consists of a double gripper with two gripping tongs 7 which are offset by 90 ° to one another and driven by one drive 8 each. The gripping tongs 7 are designed as two-jaw angle grippers. The gripping unit 6 can be pivoted by 270 ° about an axis running in the Y direction in the E direction and at the same time the gripping tongs 7 can be pivoted through 180 ° in the P direction about an axis arranged in 90 ° to the Y direction. Each gripper 7 can handle tools or workpieces up to a weight of approx. 40 kg. All linear and rotary movements of the portal robot are NC-controlled.

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 erster 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 zweiter Drehantrieb 10 mit seinem Gehäuse befestigt. Die Drehachsen der beiden Drehantriebe 9, 10 stehen senkrecht zueinander. An der Drehachse des zweiten Drehantriebs 10 ist die Greifeinheit 6 angeordnet, wobei die Bewegungsebene der Greifzangen senkrecht zur Drehachse des Drehantriebs 10 ausgerichtet ist. Fig. 2 shows a view of the portal robot in the area of the support arm 5 and the gripping unit 6. The support arm 5 consists essentially of a support frame 16 and an extension slide 17th The support frame 16 is fastened to the lower end of the lifting column 4 and is used to guide the extension slide 17 via support rollers 14 and guides 15 designed as rollers. A displacement drive 11 is arranged on the support arm 16 and drives a rack 13 via a gear wheel 12 . The rack 13 is arranged in the longitudinal direction of the extension slide 17 on its upper side. A first rotary drive 9 for the pivotal movement of the gripping unit 6 in the E direction is inserted into the extension slide 17 with a box-shaped cross section, and its housing is fastened to the extension slide 17 . A second rotary drive 10 is fastened with its housing to the axis of rotation of the rotary drive 9 . The axes of rotation of the two rotary drives 9 , 10 are perpendicular to each other. The gripping unit 6 is arranged on the axis of rotation of the second rotary drive 10 , the plane of movement of the gripping tongs being oriented perpendicular to the axis of rotation of the rotary drive 10 .

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.3 and 4, the structural design of the box-out carriage 17 can be seen from Fig. Having disposed on the top plate 18 serving as the rail. The plate 18 protrudes laterally beyond the cross section of the extension slide 17 and is supported by the support rollers 14 and guided laterally via the guides 15 . Furthermore, FIG. 4 shows a sliding block 19 arranged on the gripping tongs 7 in the gripping direction. When a tool with a steep taper shank (not shown) is gripped, the sliding block 19 moves into a complementary groove arranged on the steep taper shank and thus serves to prevent rotation of the tool to be handled.

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.The invention is based on a portal robot with a Rack and gear driven, extendable support arm described, however, other types of drives are e.g. B. on timing belts and others constructive designs of the extendable support arm z. B. one with the piston-cylinder unit attached to the cylinder housing on the lifting column quite possible without the basic idea of the invention leave.

Claims

1. Portal robot for multi-dimensional movement of parts, in particular for supplying machine tools with tools and workpieces with a portal frame consisting of vertical, stationary supports and a horizontal support arranged thereon, a drive unit that can be moved parallel to and on the support in the X direction the travel unit vertically movable in the Z direction, a horizontal support arm arranged at the lower end of the lift column in the Y direction and a gripping unit connected to the support arm with two gripping tongs, the gripping unit being pivotable about a horizontal axis by means of a first rotary drive arranged in the supporting arm is characterized in that the support arm ( 5 ) is linearly movable in its longitudinal direction, that the gripping tongs ( 7 ) are arranged in a horizontal plane and offset by 90 ° to each other and that the gripping unit ( 6 ) by means of a second rotary drive ( 10 ) a vertical axis is pivotable .

2. Portal robot according to claim 1, characterized in that the support arm ( 5 ) consists of a on the lifting column ( 4 ) arranged support frame ( 16 ) and an extension slide ( 17 ), the support rollers ( 14 ) and guides ( 15 ) on the Support frame ( 16 ) is guided.

3. Portal robot according to claim 1 or 2, characterized in that the support frame ( 16 ) is fixed to the lifting column ( 4 ).

4. Portal robot according to claim 1 or 2, characterized in that the support arm ( 5 ) is pivotally connected to the lifting column ( 4 ).

5. Portal robot according to claim 2 and one of the following claims, characterized in that the extension slide ( 17 ) of a with the lifting column ( 4 ) connected displacement drive ( 11 ) via a gear ( 12 ) and a on the extension slide ( 17 ) arranged rack ( 13 ) can be driven.