DE4132775A1 - Roboterbaukasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Industrieroboter sind vielachsige programmgesteu­ erte Handhabungsgeräte in Gelenkbauweise zur Ver­ richtung bestimmter Aufgaben. Nachteilig ist bei diesen Geräten, daß sie aus voneinander abhängigen Einzelelemente bestehen, die durch Antriebsmotoren, Getriebe, Meßgeräte und Verdrah­ tungen verbunden und durchdrungen sind. Dadurch sind sie in der Herstellung teuer und können nicht zu unterschiedlichen Ausbaustufen und unterschied­ lichen Robotergeräten verwendet werden.

Es besteht die Aufgabe, Industrieroboter so auszubilden, daß sie aus völlig autarken Einzele­ lementen bestehen, wodurch diese Nachteile vermie­ den werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis . . . Vorteilhafte Aus­ gestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Roboter als geschlossene Gelenkkette in Vorderansicht

Fig. 2 einen Roboter wie Fig. 1 in Seitenansicht

Fig. 3 einen Roboter als offene Gelenkkette in Vor­ deransicht

Fig. 4 einen Roboter wie Fig. 3 in Seitenansicht

Fig. 5 bis 14 Einzelelemente der Roboter nach Fig. 1 und 3

Fig. 15 eine Antriebselement zum Antreiben der Ro­ botergelenke

Auf einem Sockel 1 ist ein Antriebselement 2 befestigt, welches das Rohrstück 3 trägt. Am Rohr­ stück 3 befinden sich ein Antriebselement 2a und 2b. Am Antriebselement 2a ist drehbar befestigt der Schwenkarm 4, an dessen entgegengesetzten Ende ein Antriebselement 2c befestigt. Diese ist bei dem Roboter nach Fig. 1 und 2 ersetzt durch einen Dreh­ kranz 5. Der Schwenkarm 4 besteht aus einem schräg angeschnittenen Rohrstück. An dem Drehkranz 5 ist drehbar angeordnet der Roboterbaum Fig. 10. Im Drehpunkt 6 bei dem Roboter nach Fig. 3 und 4 ist der Roboterbaum bei seinem Drehpunkt 6 am Antriebs­ element 2c drehbar befestigt.

Am rückwärtigen Ende des Roboterbaums 7 befindet sich ein Drehlager 8, in dem bei den Robotern nach Fig. 1 und 2 die Koppel 9 gelenkig befestigt ist. Diese ist mit ihrem zweiten Drehpunkt in der Schwinge 10 im Drehpunkt 11 gelagert. In ihrem an­ deren Ende ist die Schwinge 10 und im Abtriebs­ flansch des Antriebselementes 2b drehfest verbunden.

Bei Fig. 1 und 2 ist die Koppel 9 zwischen den Drehpunkten 8 und 11 deutlich kürzer als der Schwenkarm 4 zwischen den Drehpunkten 6 und 12. Der Abstand zwischen den Drehpunkten 8 und 6 und zwischen 11 und 13 sind unterschiedlich lang. Die Gelenkkette zwischen den Drehpunkten 6, 8, 11, 13 und 12 stellt eine fünfgelenkige Getriebekette dar. Die Abmessungen der dazugehörigen Getriebeglieder 8, 4, 10 sowie Abstand zwischen 6 und 8 sind so auf­ einander abgestimmt, daß in Anlehnung an eine Lem­ niscadenkonstruktion die Fluchtlinien der Roboter­ hand 14 in dem Arbeitsbereich 15 bei Antrieb des Antriebselementes 2a nahezu auf den Geraden 16 bewegt, wenn das Antriebselement 2b betätigt wird. Diese Konstruktion ermöglicht, daß der Roboter nach Fig. 1 und 2 einen optimalen Arbeitsbereich bei großer Höhe und voller Tiefe erreicht. Bei be­ kanntgewordenen Konstruktionen sind die Koppel 9 der Schwenkarm 4 vertauscht. Dieses besitzt den Nachteil, daß die Koppel 9 länger als der Schwenk­ arm 4 ist, was zu minderer Stabilität und weniger Be­ wegungsfreiheit im Arbeitsbereich führt. Der Ar­ beitsbereich wird eingeschränkt.

Der Roboter nach Fig. 3 und 4 ist eine sog. offenen Gelenkkette. Sie ist billiger, hat jedoch den Nachteil, daß die Geschwindigkeitsvektoren vor al­ lem im Bereich der Streckung sehr schiefwinklig aufeinander stehen, was zu sehr schlechtem Regel­ verhalten führt.

Der Roboterbaum 7 besitzt am anderen Ende eine Ro­ boterhand 14, die aus 2 rechtwinklig zueinander angeordneten Antriebselementen 2d und 2e besteht. Etwa in der Mitte des Roboterarms 7 befindet sich ein weiteres Antriebselement 2f. Zwischen diesem und dem Antriebselement 2e ist ein Rohrstück 10. Zwischen den Antriebselement 2f und dem Drehpunkt 8 befindet sich eine Traverse 19.

Zum Gewichtsausgleich besitzt der Roboter einen Hydraulikdruckspeicher 20, an den der Zylinder 21 zwischen dem Antriebselement 2 und dem Schwenkarm 4 gelenkig derart befestigt ist, daß bei Aus­ schwenken des Armes 4 entsprechend dem Pfeil 22 die auftretenden Schwerkraftmomente des Roboter­ baumes 7 abstützt. Der Hydraulikzylinder 23 ist zwischen den Antriebselement 2 und der Koppel 9 drehbar befestigt und übernimmt als Zugkraft die Last des Roboterbaums 7 in Pfeilrichtung 24.

Bei dem Roboter nach Fig. 3 und 4 befindet sich im Schwerpunkt 4 ein Zahnrad 25 fest mit dem Roboter­ baum 7 verbunden und ein Zahnrad 26, das auf Dreh­ punkt 12 drehbar gelagert ist. Am Zahnrad 26 ist der Hydraulikzylinder 21 gelenkig gelagert zwi­ schen dem Antriebselement 2, dem Drehpunkt 28 und dem Drehpunkt 27 im Zahnrad 26.

Der Hydraulikzylinder 23 ist gelenkig gelagert zwischen den Antriebselement 2 und dem Schwenkarm 4. Er übernimmt den Gewichtsausgleich bei der Aus­ lenkung des Schwenkarmes aus seiner senkrechten Lage. Der Hydraulikzylinder 21 übernimmt bei der Fig. 3 über die Zahnräder 25 und 26 und die sie verbindende Kette 30.

Die Mittellinie 31 des Roboterbaums 7 ist axial fluchtend mit der Mittellinie der Roboterhand 14 und darin der Mittellinie des Antriebes 2f und die Antriebseinheiten 2d und 2e stehen mit ihren Mit­ tellinien rechtwinklig zueinander, das in Verbin­ dung mit dem schräg zugeschnittenen Rohrstück 18, den Vorteil des vollen Durchschwenkens der An­ triebseinheit 2e über 360 Grad hat ohne daß die Mittellinie der Antriebseinheit 2e nicht mehr mit der Mittellinie 31 fluchtet. Ein Nichtfluchten der beiden Mittellinien bedeutet einen erheblichen Mehraufwand in der Regeltechnik der Steuerung.

Alle Roboterglieder 3, 4, 7 und 19 aus diagonal auf­ getrennten Rohren gefertigt. Dies hat Preisvortei­ le und stellt einen Träger angenäherter Biegestei­ figkeit dar. In diesen Rohren sind die zu den je­ weiligen Antriebseinheiten 2a-f gehörigen elektro­ nischen Antriebsendstufen integriert. Dadurch wird erfindungsgemäß ermöglicht, den ganzen Roboter mit einer durchgehenden elektrischen Leistungsleitung zu versehen, statt für jeden Antrieb eine.

Die elektrische Leistungsleitung wird in den Gelenkpunkten über berührende oder berührungslose Drehanschlüsse 45 geführt gemäß Fig. 15.

Zur Übertragung der Steuersignale ist erfindungs­ gemäß vorgesehen, einen elektronischen Datenbus als Lichtleiter ebenso wie die Leistungsleitung durch die ganze Maschine zu ziehen.

Die verschieden großen Antriebselemente 2a-f gemäß Fig. 15 tragen Piezoantriebe 40 gemäß der Patentan­ meldung P 4 12 71 637 oder P 41 26 667.6. Sie bestehen aus dem Abtriebsflansch 41 und dem Gehäuse 42. Durch die Arbeit der Piezoantriebe 40 dreht sich der Antriebsflansch 41 gegenüber dem Gehäuse 42. Diese Elemente sind über das Kegelrollenlager 43 gegeneinander abgestützt. Die Hohlwelle 44 ist drehfest mit dem Gehäuse 42 verbunden. Sie trägt einen 2poligen Kollektor 45 zu Übertragung des Stromes für die Antriebselemente 2a-f. Axial ne­ ben dem Kollektor 45 ist auf der Welle 44 ein Win­ kelkodierer angeordnet, dessen Codierscheibe 46 in Verbindung der Photodioden 47 und Phototransisto­ ren 48 die Winkel zwischen Gehäuse 42 und Ab­ triebsflansch 41 mißt. Diese Werte werden über die Drehgelenke gemäß Fig. 15 des Roboters über ei­ ne Photodiode 47′ und einen Phototransistor 48′, die im Zentrum eines Winkelkodierers bestehend aus Codescheibe 46 und diese abtastenden Photodioden 47 und Phototransistoren 48 angeordnet sind, übertragen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die einzelnen Roboterelemente der Fig. 5 bis 14 werden entsprechend der Aufgabe zusammengeschraubt, wobei entweder die geschlosse­ ne Gelenkkette nach Fig. 1 und 2, die offene nach Fig. 3 und 4 oder andere Kombinationen, entstehen können. Da jedes Glied völlig autark ist, ist die­ ses möglich ohne spezielle Installation. Der Sockel 1 wird mit Lichtleitkabel und nur einem Leistungskabel mit dem Steuerschrank verbunden. Von dem Steuerschrank aus erfolgt die programmge­ mäße Ansteuerung der einzelnen Bewegungsachsen.

Claims (9)

1. Diode im Zentrum des Codierers

2. Kollektor für Leistungsstrom in den Gelenken.

3. 5-Gelenk gespiegelt.

4. Rohre diagonal geschnitten.

5. Gewichtsausgleich mit Kette

6. Baukastenprinzip

7. Piezoantrieb in Gelenken

8. Motorendstufen auf den Armen

9. Steuerbus auf die Maschine gezogen in Licht­ leittechnik