DE4136267C1 - Linear bearing for industrial robot - has profiled guide for slide on which load carrying arm assembly is mounted - Google Patents

Linear bearing for industrial robot - has profiled guide for slide on which load carrying arm assembly is mounted

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DE4136267C1
DE4136267C1 DE19914136267 DE4136267A DE4136267C1 DE 4136267 C1 DE4136267 C1 DE 4136267C1 DE 19914136267 DE19914136267 DE 19914136267 DE 4136267 A DE4136267 A DE 4136267A DE 4136267 C1 DE4136267 C1 DE 4136267C1
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Abstract

The linear bearing consists of a profiled guide (1) on which a slide (2) with a load carrying arm (3) is mounted. A belt (4) for moving the slide, is moved by a NC drive (5). The drive belt (4) is made from, or incorporates, a metal. The metal in the belt forms an electric circuit which is insulated from the slide and the guide. When this electric circuit is broken, due to breaking of the drive belt, a control system operates a brake (12) which locks the slide in position. ADVANTAGE - The movement does not require a balance weight when used vertically.

Description

Die Erfindung betrifft eine vertikal arbeitende, von einem endlosen Zugmittel, wie einem Endloszahnriemen oder einer Endloskette, getriebene NC-Linearachse für Robotersysteme.The invention relates to a vertically working, of an endless Traction devices, such as an endless toothed belt or an endless chain, driven NC linear axis for robot systems.

Roboter der betroffenen Art sind rechnergesteuerte Arbeitsmaschinen für Handhabungstechniken, beispielsweise für Bestückungs-, Montage- und Sortierungsvorgänge, und weisen dazu Transport- und/oder Greifeinrichtungen auf. Die Transport- und/oder Greifeinrichtungen werden von Arbeitsarmen, sogenannten Achsen, des Robotersystems getragen und müssen von diesen Achsen oder entlang dieser Achsen auf das zu greifende oder zu transportierende Objekt zu und von ihm wegbewegt werden können. Je nach Einsatzzweck weist ein derartiges Robotersystem mit Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem mit den drei Raumachsen X, Y, Z (X- Raumachse in der Horizontalen; Y-Raumachse in der Horizontalen senkrecht zur X-Raumachse; Z-Raumachse in der Vertikalen) in X- und/oder in Y- und/oder in Z-Richtung orthogonal angeordnete Roboter-Einzelachsen auf.Robots of the type concerned are computer-controlled work machines for Handling techniques, for example for assembly, assembly and Sorting operations, and have transport and / or Gripping devices. The transport and / or gripping devices are carried by working arms, so-called axes, of the robot system and must reach from these axes or along these axes or object to be transported can be moved to and from it. Depending on the application, such a robot system has a reference to Cartesian coordinate system with the three spatial axes X, Y, Z (X- Spatial axis in the horizontal; Y-space axis perpendicular in the horizontal to the X-spatial axis; Z-spatial axis in the vertical) in X- and / or in Y- and / or robot individual axes arranged orthogonally in the Z direction.

Die Einsatzgebiete sind vielfältig und werden stets für eine konkrete Handhabungsaufgabe ausgelegt, wie z. B. für Regalbediengeräte von automatischen Kleinteilelagern.The areas of application are varied and are always for a specific one Handling task designed such. B. for stacker cranes from automatic small parts warehouse.

Beispielsweise Robotersysteme als Regalbediengeräte zur rechnergesteuerten Einlagerung von Ladeeinheiten in ein Regal bzw. zur Ausschleusung der Ladeeinheiten aus einem Regal und zur rechnergesteuerten Entnahme von beispielsweise einem Sortiment von Kleinteilen unterschiedlicher Art aus verschiedenen Ladeeinheiten (Kommissionierung) arbeiten in der Regel als kartesische Roboter mit wenigstens je einer Roboterachse in X-, Y- und Z-Richtung, wobei die Regalbediengeräte in X-Richtung an der Regalfront entlangfahrbar sind und die vertikal an der Regalfront entlang arbeitende Roboter-Z-Achse an der X-Achse angeschlossen und die in die Regaltiefe hinein bzw. aus ihr heraus arbeitende Roboter-Y-Achse an der Z-Achse adaptiert sein kann. For example, robot systems as storage and retrieval machines computer-controlled storage of loading units on a shelf or for Removal of the loading units from a shelf and to computer-controlled removal of, for example, an assortment of Small parts of different types from different loading units (Picking) usually work as Cartesian robots at least one robot axis each in the X, Y and Z directions, the Storage and retrieval machines can be moved along the front of the shelf in the X direction and the robot Z axis working vertically along the shelf front on the X-axis connected and into or out of the shelf depth robot Y axis working out can be adapted to the Z axis.  

Eine konstruktive Lösung für derartige Roboterachsen stellen die sogenannten NC-Linearachsen (NC=numerically controlled) dar, wobei der Begriff Linearachse (im Gegensatz etwa zu einer Teleskopachse) eine Roboter-Einzelachse bezeichnet, bei der ein an einem Führungsprofil geführter Schlitten als Arbeitsschlitten geradlinig, also linear, zwischen feststehenden Begrenzungen hin- und herbewegbar ist und ein Arbeitswerkzeug, beispielsweise einen Greifer, trägt oder mit einem Lastaufnahmemittel, z. B. einer Trageeinrichtung zur Aufnahme von Behältnissen (Ladeeinheiten, Paletten und dergleichen) oder einer anderen Nutzlast ausgerüstet ist. Steht das Führungsprofil senkrecht (Z-Richtung), spricht man von einem Mast.They provide a constructive solution for such robot axes so-called NC linear axes (NC = numerically controlled), the The term linear axis (as opposed to a telescopic axis) is one Robot single axis referred to, one on a guide profile guided slide as a work slide straight, i.e. linear, is movable back and forth between fixed limits and a Tool, such as a gripper, carries or with a Load suspension devices, e.g. B. a carrying device for receiving Containers (loading units, pallets and the like) or another Payload is equipped. The guide profile is vertical (Z direction), one speaks of a mast.

Zur (rechnergesteuerten) Bewegung des an der NC-Linearachse entlangbewegbaren Schlittens dient ein in der Roboterachse eingeordnetes, von einem Elektromotor angetriebenes Transportmittel. Ein solches Transportmittel kann beispielsweise ein Spindeltrieb sein oder ein flexibles bzw. gelenkiges Zugmittel wie ein vor- und zurückbewegbarer endloser Zahnriemen oder eine endlose Transportkette. Aus Gründen höherer Transportgeschwindigkeiten und vor allem geringerer Herstellungskosten werden die flexiblen bzw. gelenkigen Zugmittel einem Spindelbetrieb vorgezogen.For (computer-controlled) movement of the on the NC linear axis A carriage which is arranged along the robot axis and is movable along the means of transport driven by an electric motor. Such one Means of transport can be, for example, a spindle drive or a flexible or articulated traction device such as a movable back and forth endless toothed belt or an endless transport chain. For reasons of higher Transport speeds and, above all, lower manufacturing costs the flexible or articulated traction means become a spindle operation preferred.

Ferner ist nach Patent Abstracts of Japan 1991, Vol. 15/No. 267, M-1133, zur JP 3-92 276 A2 bekannt, für den Antrieb des Lastaufnahmemittels einer Linearachse ein endloses Flachband aus Stahl eines hohen Elastizitätskoeffizienten zu verwenden, um die Laufgeräusche bei schneller Bewegung des Lastschlittens zu reduzieren und den Lastschlitten schnell positiv und negativ beschleunigen zu können.Furthermore, according to Patent Abstracts of Japan 1991, Vol. 15 / No. 267, M-1133, known from JP 3-92 276 A2, for driving the load-carrying device Linear axis an endless steel flat ribbon of a high Elasticity coefficient to use to reduce the running noise faster movement of the load carriage and reduce the load carriage to accelerate quickly positive and negative.

Bei derartigen, mit einem internen endlosen Zugmittel wie einem Zahnriemen oder einer Transportkette getriebenen NC-Linearachsen gelten für den vertikalen Betrieb (Z-Richtung) Besonderheiten. Zur Reduzierung der Antriebsleistung für die vertikale Bewegung sind in der Regel konventionellerweise an dem Mast Gegengewichte als Ausgleichsgewichte vorgesehen. Diese Gegengewichte werden von dem endlosen Zugmittel in die jeweilige Gegenrichtung zur Bewegungsrichtung des Lastaufnahmemittels bzw. des bewegten Förderungsgutes oder der Nutzlast bewegt und benötigen eigene Halte- und Führungseinrichtungen. Die Masse des Gegengewichts ist so ausgelegt, daß sie die Masse des Lastaufnahmemittels und sämtlicher anderer mittels des Zugmittels zu bewegenden Massen der NC- Linearachsenkonstruktion kompensiert, einschließlich einer Masse, die etwa der Hälfte der mittleren nominellen Nutzlast entspricht. Damit reduziert sich das Antriebs- und Haltemoment des Antriebsmotors der NC- Linearachse bei gleichzeitiger Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens.In such, with an internal endless traction device such as one Toothed belt or a transport chain driven NC linear axes apply Special features for vertical operation (Z direction). To reduce the drive power for vertical movement are usually conventional counterweights on the mast as counterweights intended. These counterweights are transferred from the endless traction mechanism to the respective opposite direction to the direction of movement of the load handler or the moving material to be conveyed or the payload is moved and required own holding and management facilities. The mass of the counterweight is designed so that they the mass of the load handling device and all  other masses of the NC Linear axis construction compensated, including a mass that corresponds to approximately half of the mean nominal payload. In order to the drive and holding torque of the drive motor of the NC Linear axis while improving the Acceleration behavior.

Die eigentliche Aufgabe der Ausgleichsgewichte beruht aber auf einem Sicherheitsaspekt und liegt darin, im Falle eines Bruches des Zugmittels (Endloskette, Endloszahnriemen oder dergleichen) der Z-Linearachse ein allzu heftiges Herabsinken des Lastaufnahmemittels und der Nutzlast zu verhindern. Jedoch ist bei konventionellen, mit einem Ausgleichsgewicht ausgerüsteten vertikalen NC-Linearachsen bei einem Bruch des Zugmittels immer mit Schäden an der Achse selbst, am Fördergut und an den peripheren Einrichtungen (z. B. X-Achse eines Regalbediengerätes; Regal) zu rechnen.The actual task of the counterweights is based on one Safety aspect and lies in the event of a break in the traction device (Endless chain, endless toothed belt or the like) of the Z linear axis too violent sinking of the load handler and the payload prevent. However, in conventional, with a balance weight equipped vertical NC linear axes in the event of a break in the traction mechanism always with damage to the axis itself, to the conveyed goods and to the peripheral ones Facilities (e.g. X-axis of a storage and retrieval machine; shelf).

Daher kommen bei bestimmten Einsatzgebieten zur Vermeidung derartiger Schäden als vertikale NC-Linearachsen bislang nur solche Achsen zur praktischen Verwendung, die mit einem gegenüber einem Riemen- oder Kettentrieb wesentlich kostenaufwendigeren Spindeltrieb ausgerüstet sind, da der Spindeltrieb beim Ausfall des motorischen Antriebs durch seine selbsthemmende Wirkung ein Absinken der Last verhindert.Therefore, in certain application areas to avoid such Damages as vertical NC linear axes were previously only used for such axes practical use that with a versus a belt or Chain drive are equipped with much more expensive spindle drive, because the spindle drive due to failure of the motor drive self-locking effect prevents the load from dropping.

Demgegenüber dient gemäß der DE 32 18 712 C2 bei einem zweiachsigen, auf zwei Portsäulen ruhenden Handhabungsgerät, bei dem das Lastaufnahmemittel einerseits an einer horizontalen, feststehenden Zahnstange hin- und herbewegbar und andererseits an einer vertikalen, feststehenden Zahnstange mittels eines Antriebsmoments und zusätzlich eines Luftlamellenmotors auf- und abbewegbar ist, eine an der Antriebseinheit des Luftlamellenmotors angeordnete, jedoch nicht näher beschriebene, elektrisch zu belüftende Bremse dazu, bei Ausfall der Energiezufuhr für den Luftlamellenmotor ein Herabstürzen des Lastaufnahmemittels entlang der vertikalen Zahnstange zu verhindern. Vermutlich wirkt diese Bremse auf eine der vertikalen Führungsstangen, an denen entlang das Lastaufnahmemittel auf- und abgeführt wird.In contrast, according to DE 32 18 712 C2 with a biaxial, on two port columns stationary handling device, in which the load handler on the one hand on a horizontal, fixed rack back and forth movable and on the other hand on a vertical, fixed Rack by means of a drive torque and additionally one Air vane motor can be moved up and down, one on the drive unit of the air vane motor, but not described in detail, brake to be ventilated electrically in the event of a power failure for the air vane motor falls down along the load handler to prevent the vertical rack. This brake probably works on one of the vertical guide rods along which the Load suspension equipment is listed and removed.

Neben den zu den vertikalen NC-Linearachsen mit Ausgleichsgewicht erläuterten Vorteilen (insbesondere Funktion als Sicherheitseinrichtung beim Bruch des Zugmittels) wirkt sich die Anordnung von Ausgleichsgewichten besonders nachteilig aber dadurch aus, daß bei einer Horizontalfahrt (X-Richtung) des Robotersystems, insbesondere eines Regalbediengerätes, die Masse des Ausgleichsgewichts, die bei Kleinteileläger 100 kg oder mehr betragen kann, mitbeschleunigt werden muß, so daß zusätzliche Kräfte und Momente erzeugt werden und von der Konstruktion aufgenommen werden müssen. Außerdem können wegen der mitbeschleunigten Masse des Ausgleichsgewichs unkontrollierte Schwingungen des gesamten Robotersystems entstehen, welche besonders bei schnellen Horizontalbewegungen, aber auch bei schnellen Vertikalbewegungen des Robotersystems zu Instabilitäten der Konstruktion bzw. der einzelnen funktionellen Teile des Robotersystems führen. Derartige Instabilitäten lassen sich dann nur durch entsprechende Versteifungen der Konstruktion ausschalten oder jedenfalls mindern.In addition to the vertical NC linear axes with counterweight Advantages explained (in particular function as a safety device when the traction mechanism breaks) the arrangement of  Counterweights are particularly disadvantageous in that at one Horizontal travel (X direction) of the robot system, in particular one Storage and retrieval unit, the mass of the counterweight, the Small parts storage can be 100 kg or more, can also be accelerated must, so that additional forces and moments are generated and by the Construction must be included. In addition, because of the Accelerated mass of the counterweight uncontrolled Vibrations of the entire robot system arise, which are particularly rapid horizontal movements, but also with fast ones Vertical movements of the robot system to instabilities in the construction or the individual functional parts of the robot system. Such instabilities can then only be achieved through appropriate ones Switch off the stiffening of the construction or at least reduce it.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, eine sowohl für den Horizontalbetrieb als auch für den Vertikalbetrieb geeignete, von einem endlosen Zugmittel getriebene NC-Linearachse zur Verfügung zu stellen, die für den Vertikalbetrieb kein Ausgleichsgewicht als Sicherheitseinrichtung für den Fall eines Bruches des Zugmittels benötigt und dadurch den Vorteil geringerer Massenbewegungen aufweist und die einen wesentlich höheren Grad an Sicherheit bietet, daß bei einem Bruch des Zugmittels ein Herabstürzen des insbesondere Qbeladenen Lastaufnahmemittels verhindert wird.In contrast, it is the object of the invention, one for both Horizontal operation as well as for vertical operation, from one to provide endless traction-driven NC linear axes, which is not a balance weight for vertical operation Safety device required in the event of a break in the traction mechanism and thereby has the advantage of lower mass movements and the offers a much higher level of security that a break of the traction device a fall of the person, in particular, who is loaded Load suspension device is prevented.

Ausgehend von einer konventionellen, mittels eines Zahnriemens oder einer Kette oder dergleichen angetriebenen NC-Linearachse wird die Aufgabe gemäß der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; spezielle Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.Starting from a conventional one, using a toothed belt or a Chain or the like driven NC linear axis becomes the task solved according to the characterizing features of claim 1; special embodiments of the invention can be found in Subclaims 2 to 5 marked.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die Konstruktionsprinzipien der bekannten, mit einem Zahnriemen oder mit einer Kette als endlose Zugmittel zur Bewegung des Lastaufnahmeschlittens arbeitenden NC- Linearachsen beizubehalten und bei einem Bruch des Zugmittels den Bruch selbst als auslösende Funktion für die spontane Ingangsetzung einer mechanischen Bremseinrichtung wirken zu lassen, welche den von dem gebrochenen Zugmittel nicht mehr gehaltenen Schlitten sichert. The invention is based on the consideration of the design principles of known, with a toothed belt or with a chain as endless Traction device for moving the load-bearing slide NC Maintain linear axes and if the traction mechanism breaks, the break itself as a triggering function for the spontaneous initiation of a mechanical brake device to act, which of the secures the broken slide no longer held.  

Im Ergebnis wurde gemäß der Erfindung erkannt, daß als sensibelster Indikator für den Bruch des Zugmittels ein mit dem Bruch des Zugmittels eingetretener Bruch einer stromführenden Leitung dienen kann, deren Stromunterbrechung spontan zur Auslösung einer mechanischen Bremseinrichtung führt, die von dem zu sichernden Schlitten getragen wird und, vorzugsweise als Reibungsbremse, unmittelbar gegen das den Schlitten führende Führungsprofil der NC-Linearachse wirkt.As a result, it was recognized according to the invention that the most sensitive Indicator for the breaking of the traction device with the breakage of the traction device occurred breakage of a current-carrying line can serve the Power interruption spontaneously to trigger a mechanical Brake device leads, which is carried by the carriage to be secured and, preferably as a friction brake, directly against the carriage leading guide profile of the NC linear axis acts.

Zum Vergleich sei angemerkt, daß nach Patent Abstracts of Japan 1990, Vol. 14/No. 52, M-928, zur JP 1-2 79 152 A2 eine für endlose V-Riemen allgemein vorgeschlagene Warneinrichtung bei fortgeschrittenem Verschleiß des V-Riemens auf folgender technischer Grundlage basiert: Der V-Riemen trägt eine elektrisch leitfähige Gummischicht und läuft über ein Paar von Umlenkrollen, zwischen denen der elektrische Widerstand der leitenden Gummischicht gemessen wird. Nutzt sich der V-Riemen durch Verschleiß ab, erhöht sich sein elektrischer Widerstand, der nach Erreichen eines vorgegebenen Höchstwertes ein Alarmsignal auslöst, das zum Auswechseln des verschlissenen Riemens vor dessen Bruch auffordert.For comparison, it should be noted that according to Patent Abstracts of Japan 1990, Vol. 14 / No. 52, M-928, for JP 1-2 79 152 A2 one for endless V-belts generally proposed warning device for advanced wear of the V-belt based on the following technical basis: The V-belt carries an electrically conductive rubber layer and runs over a pair of Deflection pulleys, between which the electrical resistance of the conductive Rubber layer is measured. If the V-belt wears out due to wear, its electrical resistance increases after reaching one predetermined maximum value triggers an alarm signal, which to replace the prompts worn belt before it breaks.

Die mechanische Bremseinrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein druckluftbeaufschlagbarer Federkraft-Kurzhubzylinder, dessen gegen die Oberfläche des Führungsprofils vortretbarer Kolben im nichtbremsenden Zustand mittels Druckluft gegen die Feder gespannt gehalten wird, wobei der Druckluftbedarf des Zylinders durch eine Druckluftquelle aufrechterhalten wird. Die Druckluftzufuhr zum Zylinder wird mittels eines elektromagnetisch betätigbaren 3/2-Wegeventils unterbrochen und der Zylinder spontan entleert, wenn das elektromagnetische 3/2-Wegeventil durch einen Bruch des Zugmittels der NC-Linearachse stromlos wird. Dazu ist erforderlich, daß das elektromagnetische 3/2-Wegeventil an einem Stromkreis angeschlossen ist, der durch die Erstreckung des Zugmittels der NC-Linearachse führt. Zur Stromleitung durch das Zugmittel (beispielsweise Zahnriemen, Kette) können die in einem Zahnriemen ohnehin konventionellerweise enthalten metallischen Verstärkungseinlagen in Form von beispielsweise Litzen ohne weiteres genutzt werden (Verwendbarkeit konventioneller Zahnriemen für NC-Linearachsen gemäß der Erfindung), wohingegen konventionellerweise vorgesehene metallische Endlosketten als Zugmittel zur Bewegung des Schlittens insgesamt als Stromleiter fungieren können. In sämtlichen Fällen muß jedoch dafür gesorgt sein, daß die Stromführungsleitung des Zugmittels gegen dessen antreibende bzw. führende Teile elektrisch isoliert ist.The mechanical braking device according to the invention is preferably a spring-loaded short-stroke cylinder, which can be pressurized with air Surface of the guide profile of steerable pistons in the non-braking Condition is kept tensioned against the spring by means of compressed air, whereby the compressed air requirement of the cylinder from a compressed air source is maintained. The compressed air supply to the cylinder is by means of an electromagnetically actuated 3/2-way valve is interrupted and the Cylinder spontaneously emptied when the electromagnetic 3/2-way valve is de-energized due to a break in the traction mechanism of the NC linear axis. To it is necessary that the electromagnetic 3/2-way valve on one Circuit is connected by the extension of the traction device of the NC linear axis. To conduct electricity through the traction mechanism (e.g. timing belt, chain) can be in a timing belt anyway conventionally contain metallic reinforcement inserts in  Form of, for example, strands can be used easily (Use of conventional toothed belts for NC linear axes according to the Invention), whereas conventionally provided metallic Endless chains as a traction device for moving the slide as a whole Conductors can function. In all cases, however be taken care that the current carrying line of the traction device against it driving or leading parts is electrically insulated.

Das geschilderte Prinzip gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand einer prinziphaften Figur, die lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert, wonach weitere Ausgestaltungen gemäß der Erfindung, allerdings ohne Bezugnahme auf Figuren, angegeben werden.The principle described according to the invention is described below a principle figure, which is only an embodiment represents, explained in more detail, according to which further configurations according to Invention, but without reference to figures.

Die Figur zeit eine NC-Linearachse gemäß der Erfindung in vertikaler Stellung.The figure shows an NC linear axis according to the invention in vertical Position.

Die gezeigte NC-Linearachse ist hinsichtlich ihrer Konstruktion als Roboterachse konventionell und weist eine Brems- oder Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung auf (im wesentlichen der rechte Teil der Darstellung).The NC linear axis shown is in terms of its construction as Robot axis conventional and has a braking or Safety device according to the invention on (essentially the right part of the illustration).

Der konventionelle Teil der NC-Linearachse gemäß der Erfindung weist ein Führungsprofil 1 oder einen Mast und einen daran entlangbewegbaren Schlitten 2, der seinerseits ein Lastenaufnahmemittel 3 trägt, auf. Der gezeigte Schlitten 2 umgreift das Führungsprofil 1 mehr oder weniger und kann konventionellerweise auch so ausgebildet sein, daß er sich im wesentlichen nur an der einen Seite des Führungsprofils 1 erstreckt. Zur Auf- und Abbewegung des Schlittens 2 mit Lastaufnahmemittel 3 dient ein endloser Zahnriemen 4, der von einem Elektromotor 5 als NC-Antrieb über ein Zahnriemenrad 6 antreibbar und an einem gegenübergelegenen Zahnriemenrad 7 gelagert ist. Der Zahnriemen 4 ist aus einem Langstück durch Verbindung an dessen beiden Enden mittels eines Klemmstücks 8 und einer Klemmschraube 9, die in den Schlitten 2 hineingedreht ist, zum Endlosriemen gefertigt. Die aus den Teilen 2, 8, 9 gebildete Klemme dient außer zur Montage des Zahnriemens 4 zugleich als mechanische Kupplung des Zahnriemens 4 mit dem von ihm zu bewegenden Schlitten 2.The conventional part of the NC linear axis according to the invention has a guide profile 1 or a mast and a carriage 2 movable along it, which in turn carries a load-carrying means 3 . The carriage 2 shown encompasses the guide profile 1 more or less and can conventionally also be designed such that it extends essentially only on one side of the guide profile 1 . An endless toothed belt 4 , which can be driven by an electric motor 5 as an NC drive via a toothed belt wheel 6 and is mounted on an opposite toothed belt wheel 7 , is used to move the carriage 2 up and down with the load suspension means 3 . The toothed belt 4 is made from a long piece by connection at its two ends by means of a clamping piece 8 and a clamping screw 9 , which is screwed into the carriage 2 , to form an endless belt. The clamp formed from the parts 2, 8, 9 serves not only for mounting the toothed belt 4 but also as a mechanical coupling of the toothed belt 4 with the slide 2 to be moved by it .

Weitere Einzelheiten einer kompletten NC-Linearachse gemäß des Standes der Technik, wie Riemenspanneinrichtung, Riemenabdeckung, komplizierte Lagerung des Schlittens 2, Ausgestaltung des Führungsprofils 1 und des Schlittens 2 mit Lastaufnahmemittel 3, sind, da zur Erläuterung der Erfindung unwesentlich, nicht dargestellt. Ferner bleiben die konstruktiven Merkmale einer NC-Linearachse zur Adaptiion an ein mehrachsiges Robotersystem ungezeigt. Die Figur gibt insoweit also nur eine vereinfachte Darstellung des Bekannten wieder.Further details of a complete NC linear axis according to the state of the art, such as belt tensioning device, belt cover, complicated mounting of the slide 2 , design of the guide profile 1 and the slide 2 with load-carrying means 3 , are not shown, since they are insignificant to explain the invention. Furthermore, the design features of an NC linear axis for adaptation to a multi-axis robot system are not shown. In this respect, the figure shows only a simplified representation of what is known.

Bei einem Bruch des Zahnriemens 4 (oder einer gleichwirkenden Kette oder dergleichen), demzufolge der Schlitten 2 mit Lastaufnahmemittel 3 nicht mehr von dem Zugmittel 4 gehalten werden könnte, dient zur Sicherung des Schlittens 2 vor einem Herniederstürzen erfindungsgemäß eine Bremseinrichtung am Schlitten 2, die elektrisch mittelbar oder unmittelbar gesteuert, synchron mit dem Bruch des Zugmittels spontan in Funktion tritt.In the event of a break in the toothed belt 4 (or an equivalent chain or the like), as a result of which the carriage 2 with the load suspension device 3 could no longer be held by the traction device 4 , a brake device on the carriage 2 , which is electrical, is used to secure the carriage 2 against falling indirectly or directly controlled, spontaneously comes into operation in synchronism with the breaking of the traction mechanism.

Gemäß der in der Figur gezeigten Lösung besteht die Bremseinrichtung aus einem eine Druckfeder 10 aufweisenden, am Schlitten 2 montierten, an sich konventionellen Kurzhubzylinder 11, dessen Druckfeder 10 einen Kolben 12 mit Reibbelag 13 derartig fest gegen die Außenfläche des Führungsprofils 1 anzupressen vermag, daß der sich bewegende Schlitten 2 aus seiner ursprünglichen Funktionsbewegung (nach oben oder unten) schnell zum Stillstand gelangt. Näheres wird weiter unten erläutert. Der Zylinder 11 ist über einem Durchlaß im Schlitten 2 für den Durchtritt des Kolbens 12 fest am Schlitten 2 montiert, beispielsweise angeflanscht.According to the solution shown in the figure, the braking device consists of a compression spring 10 , mounted on the carriage 2 , conventional short stroke cylinder 11 , the compression spring 10 of which can press a piston 12 with friction lining 13 so firmly against the outer surface of the guide profile 1 that the moving carriage 2 quickly comes to a standstill from its original functional movement (up or down). Further details are explained below. The cylinder 11 is fixedly mounted on the carriage 2 , for example flanged, via a passage in the carriage 2 for the passage of the piston 12 .

Gemäß der Figur ist der Kolben 12 im normalen (nicht bremsenden) Betriebszustand gezeigt und mittels eines in der Zylinderkammer 14 aufrechterhaltenen Luftüberdrucks gegen die Feder 10 gespannt. Der Luftdruck in der Kammer 14 wird von einer Druckluftquelle 15 aufrechterhalten, die über ein 3/2-Wegeventil 16 und eine Druckluftleitung 17 mit der Zylinderkammer 14 verbunden ist.According to the figure, the piston 12 is shown in the normal (non-braking) operating state and is tensioned against the spring 10 by means of an air overpressure maintained in the cylinder chamber 14 . The air pressure in the chamber 14 is maintained by a compressed air source 15 which is connected via a 3/2-way valve 16 and a compressed air line 17 with the cylinder chamber fourteenth

Das 3/2-Wegeventil 16 ist ein konventionelles, elektromagnetisch betätigtes Pneumatikventil, dessen Funktionsstellungen über die Magnetspule 18 des Ventils 16 gesteuert werden.The 3/2-way valve 16 is a conventional, electromagnetically operated pneumatic valve, the functional positions of which are controlled via the solenoid 18 of the valve 16 .

Zur Betätigung der Megnetspule 18 dient eine Gleichstromquelle 19, die bei intaktem Stromkreis die Druckluftquelle 15 mit der Zylinderkammer 14 verbunden hält und im stromlosen Zustand die Druckluftleitung 17 nach außen hin öffnet und gleichzeitig die Druckluftquelle 15 schließt, so daß der Luftüberdruck in der Zylinderkammer 14 sich spontan abbaut und die nunmehr dominierende Federkraft der gespannten Druckfeder 10 den Kolben 12 mit der Reibfläche 13 gegen die Oberfläche des Führungsprofils 1 vorspringen läßt.To actuate the megnet coil 18 is a direct current source 19 , which keeps the compressed air source 15 connected to the cylinder chamber 14 when the circuit is intact and in the de-energized state opens the compressed air line 17 to the outside and at the same time closes the compressed air source 15 , so that the air pressure in the cylinder chamber 14 closes degrades spontaneously and the now dominant spring force of the tensioned compression spring 10 allows the piston 12 with the friction surface 13 to protrude against the surface of the guide profile 1 .

Für den mit der Stromquelle 19 zu verbindenden Stromkreis dienen gemäß der Figur einerseits die in dem isolierenden Kunststoffmaterial des Zahnriemens 4 eingearbeiteten metallischen Verstärkungseinlagen oder (gegebenenfalls eigens eingelassene) Metallitzen 20 und andererseits mit den Litzen 20 verbundene elektrische Zuleitungen 21 (zur besseren Übersicht in der Figur gestrichelt dargestellt), die zusammen mit der flexiblen Druckluftleitung 17 in einem Kabelschleppkanal 22 mit der Bewegung des Schlittens 2 mitgeführt werden können. Für die Stromleitung im Zahnriemen 4 dienen entweder eine einzige Litze 20 (wie in der Figur gezeigt) oder mehrere hintereinander geschaltete Litzen 20.To serve to the power source 19 to be connected to the circuit according to the figure of a hand, the incorporated in the insulating plastic material of the toothed belt 4 the metallic reinforcing inserts, or (optionally specially recessed) metal strands 20 and the other hand with the strands 20 connected to electrical leads 21 (for clarity in the figure shown in dashed lines), which can be carried together with the flexible compressed air line 17 in a cable drag channel 22 with the movement of the carriage 2 . Either a single strand 20 (as shown in the figure) or a plurality of strands 20 connected in series are used for the power line in the toothed belt 4 .

Ersichtlicherweise wird sich ein Bruch des Zugmittels 4 auf den Schlitten 2 in der Weise auswirken, daß mit dem synchronen Bruch der oder einer der stromführenden Litzen 20 die bis dahin erregte Magnetspule 18 stromlos wird und dadurch die Druckluftquelle 15 zur Zylinderkammer 14 schließt, zugleiche die Zylinderkammer 14 zur Atmosphäre öffnet und somit den Kolben 12 spontan gegen das Führungsprofil 1 vorspringen läßt.Obviously, a breakage of the traction means 4 will have an effect on the carriage 2 in such a way that with the synchronous breakage of the or one of the current-carrying strands 20, the magnet coil 18 excited up to that point becomes currentless and thereby closes the compressed air source 15 to the cylinder chamber 14 , at the same time the cylinder chamber 14 opens to the atmosphere and thus allows the piston 12 to protrude spontaneously against the guide profile 1 .

Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform dient zur Abmessung bzw. zur Festlegung des Schlittens 2 am Führungsfprofil 1 eine Reibungsbremse, bei der ein Reibbelag 13 gegen die Oberfläche des Führungsprofils 1 wirkt. Je nach Wahl der Kraft der Feder 10 und der Art des Reibbelags 13 läßt sich eine mehr oder weniger starke Bremswirkung für einen Schlitten 2 von vorgegebener Masse des Schlittens 2 und dessen Aufbauten samt Nutzlast einstellen.In the embodiment shown in the figure embodiment, a friction brake in which a friction lining 13 acts against the surface of the guide profile 1 is used to dimension or laying down of the carriage 2 at Führungsfprofil. 1 Depending on the choice of the force of the spring 10 and the type of friction lining 13 , a more or less strong braking effect can be set for a slide 2 of a predetermined mass of the slide 2 and its superstructures including the payload.

Bevorzugt ist eine Bremswirkung, die den bewegten Schlitten 2 nicht schlagartig zum Stillstand bringt, sondern zur Vermeidung von zu hohen, auf das Gesamtsystem einwirkenden negativen Beschleunigungskräften verzögert zum Stillstand bringt.Preferred is a braking effect which does not bring the moving carriage 2 to a sudden stop, but rather brings it to a standstill in a delayed manner in order to avoid excessive acceleration forces acting on the overall system.

Beispielsweise lassen sich bei Robotersystemen als Regalbediengeräte bei Kleinteileläger, bei denen Masthöhen (Höhen des Führungsprofils 1) von 12 m und mehr und Nutzlasten bis 200 N üblich sind, mittels eines Kurzhubzylinders 11 mit einer Kraft der Feder 10 von 1000 N Fallbremswege des Schlittens 2 von einem oder weniger als einem Meter einstellen, wobei als Bremsfläche für den Reibbelag 13 die normale, glatte Oberfläche des metallenen Mastes 1 dient (beispielsweise die technisch unbehandelte Oberflächenstruktur eines im Aluminiumstranggußverfahren erhaltenen, extrudierten Führungsprofils) und das Material des Reibbelages beispielsweise aus profilierten Hartgummi besteht.For example, in robot systems as storage and retrieval machines for small parts warehouses, in which mast heights (heights of the guide profile 1 ) of 12 m and more and payloads of up to 200 N are common, by means of a short-stroke cylinder 11 with a force of the spring 10 of 1000 N, fall braking distances of the carriage 2 from set one or less than one meter, the normal, smooth surface of the metal mast 1 serving as the braking surface for the friction lining 13 (for example the technically untreated surface structure of an extruded guide profile obtained in the aluminum extrusion process) and the material of the friction lining consisting for example of profiled hard rubber.

Setzt man für den Schlitten 2 einen Bremsweg von 1 m voraus, wird er lediglich bei Abwärtsgang und bei Einsetzen der Bremskraft unterhalb von 1 m oberhalb seines Arbeitstiefpunktes (Z = 0) nicht mehr völlig abgebremst werden, was in Anbetracht des geringen Fallweges und vorgesehener Puffer (nicht gezeigt) beispielsweise aus Gummi jedoch unschädlich ist.Assuming that the sled 2 has a braking distance of 1 m, it will not be fully braked only when going down and when the braking force is below 1 m above its working low (Z = 0), which in view of the short fall and the intended buffer (not shown) made of rubber, however, is harmless.

Bei einer Kraft der Feder 10 von 1000 N reicht bei entsprechender Auslegung der die Zylinderkammer 14 begrenzenden Druckfläche des Kolbens 12 ein Druck der Druckluftquelle 15 von beispielsweise 6 bar vollkommen aus, um den Kolben 12 gegen die Kraft der Feder 14 gespannt zu halten.With a force of the spring 10 of 1000 N, with a corresponding design of the pressure surface of the piston 12 delimiting the cylinder chamber 14, a pressure of the compressed air source 15 of, for example, 6 bar is completely sufficient to keep the piston 12 tensioned against the force of the spring 14 .

Die die Litzen 20 und die Magnetspule 18 versorgende Gleichstromquelle 19 kann beispielsweise eine Spannung von 24 V haben.The direct current source 19 which supplies the strands 20 and the magnetic coil 18 can have a voltage of 24 V, for example.

Im Rahmen der Erfindung und des Patentanspruchs 1 sind weitere Ausgestaltungen einer NC-Linearachse gemäß der Erfindung möglich.Within the scope of the invention and patent claim 1 are further Embodiments of an NC linear axis possible according to the invention.

Wird beispielsweise ein spontanes Abbremsen des Schlittens 2 angestrebt, läßt sich die in der Figur gezeigte Anordnung in der Weise abwandeln, daß der Kolben 12 anstatt eines Reibbelages 13 ein riegelartiges Endstück, etwa in Gestalt eines Dorns, aufweist, das in entsprechende Aussparungen oder gegen Vorsprünge des Führungsprofils 1, beispielsweise in eine Zahnleiste, eingreift und damit den Schlitten formschlüssig arretiert.If, for example, a spontaneous braking of the carriage 2 is desired, the arrangement shown in the figure can be modified in such a way that the piston 12 instead of a friction lining 13 has a bar-like end piece, for example in the form of a mandrel, which in corresponding recesses or against projections of the guide profile 1 , for example in a toothed strip, engages and thus locks the carriage in a form-fitting manner.

Für einen solchen Fall würde es dann auch genügen, anstatt eines Kurzhubzylinders 11 mit zugeordneter Druckluftversorgung 15, 17 lediglich einen von einer Magnetspule zurückgehaltenen Riegel oder Dorn einzusetzen, der bei Stromlosigkeit der Magnetspule infolge Bruchs des Zugmittels 4 durch Federkraft gegen das Führungsprofil 1 vorbewegt wird.In such a case, it would then also suffice to use instead of a short-stroke cylinder 11 with an associated compressed air supply 15, 17 only a bolt or mandrel held back by a magnet coil, which is moved against the guide profile 1 by spring force when the magnet coil is de-energized due to breakage of the traction means 4 .

Bei NC-Linearachsen, die anstatt eines Riementriebes mit integrierter Stromleitungsbahn eine metallische Kette, ein metallisches Zugband oder dergleichen aufweist, läßt sich die Erfindung, soweit geschildert, in gleicher Weise ausüben, wobei nur dafür zu sorgen ist, daß die stromführenden metallischen Leiter gegenüber ihrer Umgebung elektrisch isoliert sind. Dies ist in einfacher Weise dadurch möglich, daß man die Mittel, die das Zugmittel 4 antreiben bzw. lagern und führen aus elektrisch nicht leitendem Material baut. Derartige Wirkstoffe sind bekannt und daraus gefertigte Zahnräder, Lager und dergleichen stehtn allgemein zur Verfügung.In the case of NC linear axes which, instead of a belt drive with an integrated current conducting path, has a metallic chain, a metallic drawstring or the like, the invention can, as far as described, be practiced in the same way, with the only requirement being that the current-carrying metallic conductors are opposite theirs Environment are electrically isolated. This is possible in a simple manner by building the means which drive or store the traction means 4 and lead from electrically non-conductive material. Such active ingredients are known and gears, bearings and the like made therefrom are generally available.

Die Gleichstromquelle 19 kann eine eigenständige Stromversorgung aufweisen oder, vorzugsweise, aus dem Stromnetz für den NC-Antriebsmotor 5 gespeist werden. Im letzteren Falle sichert die Bremseinrichtung gemäß der Erfindung den Schlitten 2 dann selbsttätig auch vor einem Herabsinken am Mast 1, sofern der Antriebsstrom für den Antriebsmotor 5 ausfällt oder - bei entsprechender elektrischer Schaltung - der Antriebsmotor 5 versagt oder normal abgeschaltet wird. Dank der vorliegenden Erfindung braucht der Antriebsmotor 5 für den bevorzugten Fall, daß der Motor 5 und die Gleichstromquelle 19 aus demselben Stromnetz versorgt werden, auch keine integrierte Motorbremse aufzuweisen, da bei stromlosem Zustand des Motors 5 der Schlitten 2 dann immer automatisch gebremst gehalten ist.The direct current source 19 can have an independent power supply or, preferably, be fed from the power supply for the NC drive motor 5 . In the latter case, the braking device according to the invention then automatically secures the carriage 2 from falling down on the mast 1 , provided the drive current for the drive motor 5 fails or - with the appropriate electrical circuit - the drive motor 5 fails or is switched off normally. Thanks to the present invention, the drive motor 5 needs for the preferred case that the motor 5 and the DC power source are supplied from the same power supply system 19 to have no integrated engine brake, since the carriage 2 is then always automatically kept braked energized state of the engine. 5

Beim Betrieb eines Robotersystems mit einer vertikal arbeitenden NC- Linearachse gemäß der Erfindung muß sichergestellt sein, daß die Druckluftversorgung für den Kurzhubzylinder 11 gewährleistet ist. Dies wird entweder durch Druckluftwächter, die den Druck im Druckluftsystem 14, 17 überwachen, oder durch Positionssensoren am Kolben 12 kontrolliert, wobei mittels dieser Einrichtungen bei abfallendem Betriebsdruck des die Feder 14 gespannt haltenden Luftdrucks der Antriebsmotor 5 abgeschaltet und die Bremseinrichtung für den Schlitten 2 in Gang gesetzt wird. Zur Funktion und Schaltungen derartiger Druckluftwächter und Positionssensoren wird auf den diesbezüglichen Stand der Technik verwiesen.When operating a robot system with a vertically operating NC linear axis according to the invention, it must be ensured that the compressed air supply for the short-stroke cylinder 11 is ensured. This is controlled either by compressed air monitors, which monitor the pressure in the compressed air system 14, 17 , or by position sensors on the piston 12 , with these devices switching off the drive motor 5 and the braking device for the slide 2 in when the operating pressure of the air pressure holding the spring 14 falls Gear is set. For the function and circuits of such compressed air monitors and position sensors, reference is made to the relevant prior art.

Claims (7)

1. NC-Linearachse für Robotersysteme, aufweisend ein Führungsprofil (1), einen an dem Führungsprofil (1) entlang bewegbaren Schlitten (2) als Trageeinrichtung für ein Lastaufnahmemittel (3), ein im Führungsprofil (1) integriertes, als flexible Endloskonstruktion ausgestaltetes, hin- und herbewegbares, NC-Motor-getriebenes (5) Zugmittel (4) zur Bewegung des mechanisch mit dem Zugmittel (4) gekoppelten Schlittens (2), wobei das Zugmittel (4) aus oder unter Verwendung von Metall gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anteil des Zugmittels (4) ganz oder teilweise Teil eines gegenüber den das Zugmittel (4) bewegenden bzw. führenden Einrichtungen elektrisch isolierten Stromkreises ist, der bei seiner Unterbrechung, insbesondere durch Bruch des Zugmittels (4), eine in dem Stromkreis gelegene Steuereinrichtung veranlaßt, eine am Schlitten (2) montierte, mechanische Einrichtung spontan in bremsenden Kontakt mit der Außenfläche des Führungsprofils (1) treten zu lassen und einen Bewegungsablauf des Schlittens (2) zum Stillstand zu bringen.1. NC linear axis for robot systems, comprising a guide profile (1), one on the guide profile (1) along the movable carriage (2) as a carrying device for a load receiving means (3), integrated in the guide profile (1), designed as a flexible endless construction, reciprocable, NC motor-driven ( 5 ) traction means ( 4 ) for moving the carriage ( 2 ) mechanically coupled to the traction means ( 4 ), the traction means ( 4 ) being made of or using metal, characterized in that that the metallic portion of the traction means (4) completely or partially part of an over which the traction means (4) moving or leading means is electrically isolated circuit which at its interruption, in particular by rupture of the traction means (4), a in the circuit located control device causes a mechanical device mounted on the slide ( 2 ) spontaneously in braking contact with the outer surface of the guide letting profile ( 1 ) step and to bring a movement sequence of the slide ( 2 ) to a standstill. 2. NC-Linearachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kurzhubzylinder (11) mit federbetätigbarem (10) Kolben (12) mit Reibbelag (13) als mechanische Bremseinrichtung, wobei der Kolben (12) mittels Druckluft aus einer Druckluftquelle (15) gegen die Kraft der Feder (10) gespannt gehalten ist, solange eine in dem Stromkreis einer Gleichstromquelle (19) gelegene Magnetspule (18) als Steuerungseinrichtung eines den Luftfluß aus der Druckluftquelle (15) regelnden elektromagnetischen 3/2-Wegeventils (16) erregt ist.2. NC linear axis according to claim 1, characterized by a short-stroke cylinder ( 11 ) with spring-actuated ( 10 ) piston ( 12 ) with friction lining ( 13 ) as a mechanical braking device, the piston ( 12 ) by means of compressed air from a compressed air source ( 15 ) against the The force of the spring ( 10 ) is kept under tension as long as a magnetic coil ( 18 ) located in the circuit of a direct current source ( 19 ) is energized as a control device for an electromagnetic 3/2-way valve ( 16 ) regulating the air flow from the compressed air source ( 15 ). 3. NC-Linearachse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in dem Stromkreis gelegene, von einer Gleichstromquelle (19) gespeiste Magnetspule mit zugeordnetem Riegel oder Dorn als Steuereinrichtung und zugleich mechanische Bremseinrichtung, wobei eine Unterbrechung des Stromflusses die Magnetspule ihren Riegel oder Dorn in Aussparungen oder gegen Vorsprünge des Führungsprofils (1) vortreten läßt. 3. NC linear axis according to claim 1, characterized by a located in the circuit, from a direct current source ( 19 ) fed solenoid with an assigned bolt or mandrel as a control device and at the same time mechanical braking device, with an interruption of the current flow the solenoid its bolt or mandrel in recesses or can protrude against projections of the guide profile ( 1 ). 4. NC-Linearachse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Druckluftwächter oder durch einen Positionssensor am Kolben (12) zur Kontrolle des Luftdrucks für den Kurzhubzylinder (11) und gegebenenfalls zur Abschaltung des Antriebsmotors (5).4. NC linear axis according to claim 2, characterized by a compressed air monitor or by a position sensor on the piston ( 12 ) for checking the air pressure for the short-stroke cylinder ( 11 ) and optionally for switching off the drive motor ( 5 ). 5. NC-Linearachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit einer metallischen Verstärkungseinlage oder mit Metallitzen (20) als Teil des Stromkreises ausgerüsteten Zahnriemen (4) als Zugmittel für den Schlitten (2).5. NC linear axis according to one of claims 1 to 4, characterized by a with a metallic reinforcing insert or with metal strands ( 20 ) equipped as part of the circuit toothed belt ( 4 ) as a traction means for the carriage ( 2 ). 6. NC-Linearachse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine metallische Kette oder ein Metallband oder dergleichen als Teil des Stromkreises und als Zugmittel für den Schlitten (2).6. NC linear axis according to one of claims 1 to 4, characterized by a metallic chain or a metal strip or the like as part of the circuit and as a traction means for the carriage ( 2 ). 7. NC-Linearachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da die Stromquelle (19) aus dem Stromnetz für den NC-Antriebsmotor (5) gespeist wird.7. NC linear axis according to one of claims 1 to 6, characterized in that the current source ( 19 ) from the power supply for the NC drive motor ( 5 ) is fed.
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