DE4140687A1

DE4140687A1 - Robot drive device with numerically controlled linear axes - comprises two linear axes units at right angles for two carriages and drive motor connected with couplers and brake elements

Info

Publication number: DE4140687A1
Application number: DE4140687A
Authority: DE
Inventors: Werner Prof Dr Ing Weinert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2011-12-12
Also published as: DE4140687C2; DE9115369U1

Abstract

The first linear unit (1) comprises an endless ribbed belt (5.2) running around two sprockets (1.2, 1.3) carrying a first carriage (3). The second unit (2) includes a continuation of the first ribbed belt running around a number of sprockets (2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 4.3) driving another carriage (4). This carriage is interlinked with the first unit by couplers (Kx, Ky) and controlled by brake elements (Bx, By). The sprockets are connected to the drive motor by a shaft. USE - Can be used for various different operations such as welding, rivetting or spraying.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Roboter-Antriebs- Vorrichtung nach dem kartesischen Prinzip, die es ermöglicht, den Steuerungsaufwand und die Anzahl der Antriebsmotoren insgesamt zu senken, die bei bekannten, entsprechend großen Anlagen sehr hoch sind. Hierbei sind Anlage-, Betriebskosten und technische Funktionalität zu berücksichtigen!The present invention relates to a robot drive Device according to the Cartesian principle, which allows the Control effort and the number of drive motors in total lower, the very high in known, correspondingly large systems are. Here are investment, operating costs and technical Functionality to consider!

Im Rahmen der Erfindung werden rechnergesteuerte Arbeitsmaschinen für Handhabungstechniken, beispielsweise für Bestückungs-, Montage- und Sortiervorgänge betrachtet, die Transport- und/oder Greifeinrichtungen aufweisen. In allen diesen Fällen bewegt sich ein Arbeitspunkt auf einer genau festgelegten Bahn im Raum. Als Arbeitspunkt können je nach Robotereinsatz verschiedene Werkzeuge, wie Greifer, Schweiß-, Nietwerkzeuge, Schäum-, Klebe-, Sprühdüsen, etc. infrage kommen, um nur einige zu nennen.Within the scope of the invention, computer-controlled machines are used for handling techniques, for example for assembly, Considering assembly and sorting operations, the transport and / or Have gripping devices. In all these cases moves an operating point on a well-defined path in space. When Operating point can vary depending on the robot use various tools, such as grippers, welding, riveting tools, foam, adhesive, spray nozzles, etc., just to name a few.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf folgenden Stand der Technik:The present invention relates to the following state of the Technology:

In Abhängigkeit von der räumlichen Bahn des Arbeitspunktes wird als Robotersteuerung eine Punkt-, Strecken- oder Bahnsteuerung gewählt, wobei das kartesische Prinzip angewandt wird. Bei der einfachsten Steuerung, der Punktsteuerung, sind nur die Positionen des Arbeitspunktes entscheidend, nicht die zwischen ihnen liegenden Wegstrecken. Die Punktsteuerung wird hauptsächlich bei in einer Ebene liegenden Positionierungsaufgaben eingesetzt, wie zur Montage, Bestückung oder Kommissionierung von Teilen. Depending on the spatial path of the working point becomes as a robot control a point, track or path control chosen using the Cartesian principle. In the simplest control, the point control, only the Positions of the working point crucial, not the between lying routes. The dot control becomes main used in one-level positioning tasks, such as for assembly, assembly or picking of parts.

Bei der Streckensteuerung wird neben den Endpunkten der zu verfahrenden Wegstrecke auch die Führungsgenauigkeit entlang dieser Strecke verlangt. Die Strecke selbst orientiert sich hierbei am Aufbau des Roboters und ist nicht beliebig in der Arbeitsebene definiert.In the route control is next to the endpoints of the traversing path also the guidance accuracy along this route requires. The track itself is oriented this is the structure of the robot and is not arbitrary in the Working level defined.

Für freie Wegstrecken oder auch beliebig gekrümmte Bahnkurven im Raum setzt man Bahnsteuerungen ein. Als Beispiel einer solchen Anwendung sei die Farblackierung einer gekrümmten Karosserie genannt, bei der z. B. der Arbeitspunkt "Sprühdüse" in konstantem Abstand und immer in bestimmter Neigung zur Oberfläche bewegt werden muß.For free routes or any curved trajectories in the Room one uses Bahnsteuerungen. As an example of such Application is the color finish of a curved body called, in the z. B. the operating point "spray nozzle" in constant Distance and always moved in a certain inclination to the surface must become.

Um die Wege des Arbeitspunktes in der beschriebenen Weise programmieren zu können, werden Roboter meist aus einzelnen Achsen modular aufgebaut. Jede Einheit besitzt einen ansteuerbaren Motor und eine Mechanik zur Ausführung der Bewegung. Die übergeordnete Steuerung der einzelnen Antriebsmotoren erfolgt durch ein Roboterprogramm, wobei die Einzelachsen kinematisch so koordiniert werden, daß letztendlich der Arbeitspunkt seine Bahn korrekt beschreibt.To the ways of the working point in the manner described To be able to program, robots are usually made up of individual axes modular. Each unit has a controllable motor and a mechanism for performing the movement. The parent Control of the individual drive motors is done by a Robot program, with the individual axes kinematically so coordinated that eventually the working point will correct its orbit describes.

Beim kartesischen Robotersystem werden die einzelnen mechanischen Achsmodule orthogonal zueinander in einer Ebene (z. B. X und Y) aufgebaut, so daß alle Positionen innerhalb dieser X-Y-Fläche mit der vertikalen Hochachse Z, die z. B. als Arbeitspunkt einen Greifer trägt, angefahren werden können. Bei der Auswahl der Einheiten setzt man hierzu Linearmodule für die Achsen X und Y ein, die miteinander konstruktiv adaptierbar sind, wobei jedes Linearmodul über einen eigenen Antriebsmotor verfügt, der ein Transportmittel (Gewindespindel oder Zahnriemen) antreibt und an dem ein Schlitten (Support) befestigt ist. Dieser wird am Führungsprofil des Achsmoduls linear, also geradlinig entlangbewegt.In the Cartesian robot system, the individual mechanical Axis modules orthogonal to each other in one plane (eg X and Y) built so that all positions within this X-Y area with the vertical vertical axis Z, the z. B. as operating point one Gripper carries, can be approached. When choosing the Units are set for this linear modules for the axes X and Y. which are constructively adaptable with each other Linear module has its own drive motor, the one Transport means (threaded spindle or toothed belt) drives and on a slide (support) is attached. This will be on Guide profile of the axis module linear, that is rectilinear moving along.

Für solche mechanischen Linearbewegungsvorrichtungen werden in der Literatur auch die Bezeichnungen "Lineareinheit", "Linearachse" oder "Linear Drive" benutzt. NC-Linearachsen haben mittlerweile einen hohen technischen Stand erreicht und werden hauptsächlich im Handhabungsbereich eingesetzt. Von den vielen Patentschriften sei beispielhaft auf die DE 38 39 091 A1 verwiesen, die den mechanischen Aufbau einer solchen Einheit beschreibt. For such mechanical linear motion devices are in the Literature also the designations "linear unit", "linear axis" or "Linear Drive". NC linear axes have meanwhile achieved a high technical level and are mainly used in Handling area used. Of the many patents For example, refer to DE 38 39 091 A1, the mechanical Structure of such a unit describes.

Befestigt man auf dem ersten Schlitten eine zweite komplette Lineareinheit, und bestückt den zweiten Schlitten der zweiten Einheit mit einem geeigneten Greifer, so kann dieser jede Position innerhalb der mit den beiden Linearmodulen (X und Y) gebildeten Ebene anfahren. Aus Festigkeitsgründen und zum Zwecke einer höheren Positioniergenauigkeit baut man kartesische Systeme symmetrisch auf, z. B. aus zwei parallel liegenden X-Linearachsen, die mit der Y-Linearachse überbrückt werden. Man gelangt so zur bekannten Portalbauweise. In der Fachzeitschrift AGT Dokumentation 2, Juni 89, ist auf Seite 34 ein solches aus Linearachsen aufgebautes dreiachsiges, kartesisches Portalsystem dargestellt. Die Aufgabe dabei ist die Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen mit Teilen.Attach a second complete one on the first slide Linear unit, and equipped the second carriage of the second Unit with a suitable gripper, so this can be any position within the two linear modules (X and Y) Approach level. For reasons of strength and for the purpose of a higher positioning accuracy one builds Cartesian systems symmetric on, z. B. from two parallel X-axis axes, which are bridged with the Y-axis. You get so known portal construction. In the journal AGT documentation 2, June 89, on page 34 is one of linear axes constructed triaxial, Cartesian portal system shown. The task here is the supply and disposal of machine tools with parts.

Wird die Streckensteuerung für kartesische Roboter eingesetzt, liegt die definierte Fahrstrecke immer entlang einer Linearachse, und die restlichen Achsen (z. B. Y-Achse) sind während dieser Bewegung blockiert.If the track control is used for Cartesian robots, the defined route is always along a linear axis, and the remaining axes (eg Y-axis) are during this Movement blocked.

Auf alle Robotertypen, auch auf kartesische, sind alle NC- Steuerungen anwendbar, wobei die universelle Bahnsteuerung die Strecken- und Punktsteuerung enthält. NC steht für "Numerically Controlled" und bedeutet die rechnerunterstützte Anbindung der Achsen.On all types of robots, including Cartesian, all NC Controls applicable, the universal path control the Contains track and point control. NC stands for "Numerically Controlled "and means the computer-aided connection of the Axes.

Für spezielle und komplizierte Roboteraufgaben genügt meist die reine Positioniersteuerung des Arbeitspunktes nicht; oft kommen weitere Achsen als Hilfs- und Hauptachsen hinzu, die zur Steuerung der Roboter-Peripherie oder komplexer Greifersysteme benötigt werden. Man spricht deshalb je nach Anzahl (n) ansteuerbarer Achsen von n-achsigen Systemen; im Falle zweier Achsen von zweiachsigen Robotersteuerungen.For special and complicated robot tasks, it is usually sufficient pure positioning control of the operating point not; often come additional axes as auxiliary and main axes are added to the control robot peripherals or more complex gripper systems become. One therefore speaks according to the number (n) controllable Axes of n-axis systems; in the case of two axes of biaxial robot controls.

Für den einachsigen Fall einer NC-Steuerung teilt der Benutzer dem internen Steuerungsrechner (CPU) die erforderlichen Parameter (Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Genauigkeit und periphere Ein/Ausgänge) mit. Die CPU (Central Processing Unit) veranlaßt den Servoregler der Steuerung, codierte Datensignale für die Fahrgeschwindigkeit zu erzeugen. Ein zum Leistungsteil zählender Servoverstärker verstärkt das analoge Reglersignal und gibt es an den Antriebsmotor z. B. einer Linearachse weiter. Im Servomotor wird die Drehgeschwindigkeit von einem integrierten Tacho und die Anzahl der Umdrehung und damit die Position des Arbeitspunktes von einem integrierten Drehgeber erfaßt und an den Servoregler für einen Soll/Ist-Abgleich zurückgemeldet. Ferner liefern Endschalter ihre Signale an die Ein/Ausgangskarte der Steuerung, wenn der Schlitten seinen erlaubten Verfahrbereich verläßt. Mit einem Referenzschalter, der als spezieller Endschalter zu verstehen ist, wird die Lineareinheit "genullt", d. h. die Positionsmarke des Arbeitspunktes auf Null geeicht. Alle modernen Prozeßsteuerungen können schließlich noch mit Rechnernetzen gekoppelt werden, so daß die lokalen Robotersteuerungen (Slaves) ihre Signale direkt von einem übergeordneten Leitrechner (Host) empfangen können. Auch dies setzt ein weiteres Steuerungsmodul voraus.For the uniaxial case of NC control, the user shares the internal control computer (CPU) the required parameters (Position, speed, acceleration, accuracy and peripheral inputs / outputs) with. The CPU (Central Processing Unit) causes the servocontroller of the controller to encode data signals for to produce the driving speed. One to the power unit counting servo amplifier amplifies the analog controller signal and there is the drive motor z. B. a linear axis on. in the Servo motor, the rotational speed of an integrated Speedometer and the number of revolutions and thus the position of the Operating point of an integrated encoder detected and to the Servo controller fed back for a setpoint / actual adjustment. Further limit switches supply their signals to the input / output card of the Control, if the slide its allowed traversing range leaves. With a reference switch, as a special Limit switch is to be understood, the linear unit is "zeroed", d. H. calibrated the position mark of the operating point to zero. All modern process control systems can finally work with them Computer networks are coupled so that the local Robot controllers (slaves) send their signals directly from one higher-level master computer (host) can receive. This too requires another control module.

Wie beim Aufbau der hierzu gehörigen Mechanik gibt es für Steuerungen modular aufgebaute Strukturen mit Begriffen, wie "einachsige Positioniersteuerung", "dreiachsige Streckensteuerung". Für einfache Handhabungsaufgaben setzt man bevorzugt entsprechend der Anzahl an Achsen sogenannte Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ein, die für jede Achse alle zuvor genannten Komponenten aufweisen.As in the construction of the associated mechanics, there are for Controllers modular structures with terms such as "uniaxial positioning control", "triaxial Pattern control "For simple handling tasks one sets preferred according to the number of axes so-called Programmable Logic Controllers (PLC), which are for each axis have all the aforementioned components.

Den erläuterten Vorteilen moderner NC-Steuerungen zum Antrieb von Roboterachsen muß man aber auch die wirtschaftliche Seite und die nachfolgend aufgeführten Nachteile gegenüberstellen.The explained advantages of modern NC controls for driving Robotic axes but you also have the economic side and the contrast the disadvantages listed below.

Wie eine in der Praxis durchgeführte Analyse zeigt, entfallen beim Einsatz einer Speicherprogrammierbaren Steuerung zur Positionierung einer Lineareinheit an Kosten; auf:As a practical analysis shows, it is no longer necessary Use of a programmable logic controller for Positioning a linear unit at costs; on:

Positioniersteuerung (SPS)|50%Positioning control (PLC) | 50% Mechanik (Zahnriementrieb)Mechanics (toothed belt drive) 20%20% Adaption (anteilig)Adaptation (proportional) 10%10% Antriebsmotor (DC-Servomotor, Drehgeber, Tacho)Drive motor (DC servomotor, rotary encoder, speedometer) 20% 20% Gesamtkostentotal cost 100%100%

Für jede NC-Lineareinheit entfallen damit 70% auf die Steuerung, incl. Antriebsmotor und nur 30% auf den mechanischen Bewegungsteil. Da - wie beschrieben - Robotersysteme zumindest zweiachsig aufgebaut werden, summieren sich die Anteile entsprechend.For every NC linear unit, 70% of the time is spent on the control, incl. drive motor and only 30% on the mechanical Moving part. As described, robotic systems at least biaxial, the shares add up corresponding.

Zur Zeit müssen bei zweiachsigen Systemen die schweren Antriebsmotoren allesamt mitbewegt werden. Dies bedeutet ein Mehraufwand an Antriebsenergie und eine steifere und damit schwerere Roboterbauweise. In der EP 03 29 642 A1 wird deshalb für ein dreiachsiges Regalbediengerät (X, Y und Z) zur Reduzierung mitfahrender Massen der Antriebsmotor für die zweite (Y-)Achse stationär angeordnet und deren Schlitten über einen zweiten Antriebsriemen bewegt. Jede Lineareinheit besitzt dabei jedoch nach wie vor ihren eigenen Motor und ihre eigene Antriebssteuerung. Diese bekannten Anordnungen sind konstruktiv und steuerungstechnisch aufwendig und damit sehr teuer.At the moment with two-axle systems the heavy ones must Drive motors are all moved along. This means a Extra effort to drive power and a stiffer and thus heavier robot design. In EP 03 29 642 A1 is therefore for a triaxial stacker crane (X, Y and Z) for reduction moving masses of the drive motor for the second (Y) axis arranged stationary and their carriage via a second Drive belt moves. However, each linear unit has it still her own engine and her own Drive control. These known arrangements are constructive and control technology consuming and therefore very expensive.

Um diese Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Roboter- Antriebsvorrichtung nach dem kartesischen Prinzip für mehrachsige, räumlich angeordnete Transportsysteme, insbesondere NC- Linearachsen zu schaffen, bei der modular aufgebaute Robotersysteme jeweils nur einem Antriebsmotor und eine Antriebssteuerung benötigen.To overcome these disadvantages of the prior art, it does the present invention has the object, a robot Drive device according to the Cartesian principle for multiaxial, spatially arranged transport systems, in particular NC To create linear axes, in the modular design Robot systems only one drive motor and a Need drive control.

Die Erfindung betrifft Robotersysteme nach dem kartesischen Prinzip, wobei die bekannten, zahnriemengetriebenen Linearachsen eingesetzt werden und die erfindungsgemäße Roboter- Antriebsvorrichtung an die bekannten Linearachsen adaptiert werden können, so daß die Bewegung durch nur einen Antriebsmotor intermittierend möglich ist.The invention relates to robot systems after the Cartesian Principle, wherein the known toothed belt-driven linear axes be used and the inventive robot Drive device can be adapted to the known linear axes can, so that the movement through only one drive motor intermittently possible.

Ferner sollen neben der Punkt- und Streckensteuerung auch Diagonalfahrten des Arbeitspunktes als "Quasi-Bahnsteuerung" simuliert werden können. Dies geht aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit den Tabellen 1 und 2 hervor.Furthermore, in addition to the point and line control also Diagonal runs of the working point as "quasi-path control" can be simulated. This goes from the drawings in Related to Tables 1 and 2.

Diese Aufgabe wird durch eine Roboter-Antriebsvorrichtung nach dem kartesischen Prinzip gelöst entsprechend der Beschreibung, den Zeichnungen und den Schutzansprüchen.This object is achieved by a robot drive device according to the Cartesian principle solved according to the description, the Drawings and claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert, wobei eine Ausführung gezeigt wird, bei der zwei Linearachsen eines kartesischen Systems in der X-Y-Ebene von nur einem Antriebsmotor bewegt werden.The invention will be explained below with reference to drawings, showing an embodiment in which two linear axes of a Cartesian system in the X-Y plane of only one Drive motor to be moved.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1a eine Darstellung eines kartesischen Robotersystems in der X-Y-Ebene für orthogonale Fahrtrichtungen; sowie die dazugehörende Schaltmatrix nach Tab. 1, Fig. 1a is an illustration of a Cartesian robot system in the XY plane for orthogonal directions of travel; and the associated switching matrix according to Tab. 1,

Fig. 1b einen Schnitt I-I gemäß Fig. 1a, FIG. 1b shows a section II according to Fig. 1a,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung in teilweise aufge schnittenem Zustand einer zahnriemengetriebenen Linear- Einzelachse nach dem Stande der Technik mit angeflanschtem Bremselement, Fig. 2 is a perspective view in partially schnittenem state of a belt driven linear single axle according to the prior art with flanged brake element,

Fig. 3 eine Darstellung eines kartesischen Robotersystems in der X-Y-Ebene für orthogonale und diagonale Fahrtrichtungen; sowie die dazugehörende Schaltmatrix nach Tab. 2 und 3 is an illustration of a Cartesian robot system in the XY plane orthogonal and diagonal directions. and the associated switching matrix according to Tab. 2 and

Fig. 4 einen Teilschnitt II-II gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung. Fig. 4 is a partial section II-II of FIG. 3 in an enlarged view.

Erfindungsgemäß wird die kartesische Roboter-Antriebsvorrichtung von nur einem Antriebsmotor mit seinen Drehrichtungen gemäß dem Doppelpfeil 1.1 angetrieben, der die Bewegungssignale und Fahrbefehle von nur einer Antriebssteuerung bezieht. Bei der kartesischen Anwendung, die nach wie vor aus bekannten Lineareinheiten aufgebaut werden kann, sind die Einzelachsen so ausgebildet, daß ein Antriebsriemen innerhalb der Einzelachsen bewegt werden kann. Dies setzt in den Schlitten geeignete Zahnriemenumlenkscheiben und Funktionselemente voraus, die als Kupplung oder Bremse ausgeführt, die Mitnahme oder Blockierung der Schlitten bewirken, wie in den Zeichnungen dargestellt. Die Antriebssteuerung arbeitet dabei intermittierend, da entsprechend den gesendeten Fahrbefehlen die einzelnen Fahrstrecken (X und Y) nacheinander zurückgelegt werden. According to the Cartesian robot drive device is driven by only one drive motor with its directions of rotation according to the double arrow 1.1 , which relates the motion signals and driving commands of only one drive control. In the Cartesian application, which can still be constructed from known linear units, the individual axes are designed so that a drive belt can be moved within the individual axes. This requires in the carriage suitable Zahnriemenumlenkscheiben and functional elements designed as a clutch or brake, cause the entrainment or blocking of the carriage, as shown in the drawings. The drive control works intermittently, since according to the transmitted travel commands the individual routes (X and Y) are covered in succession.

Bei einer Fahrt des Arbeitspunktes 4.4 entlang der X-Achse werden entsprechend einer erstellten Schaltmatrix die Koppelelemente K_x bzw. K_y und die Bremselemente B_x bzw. B_y über die Ein-/ Ausgangssignale der Steuerung so angesteuert, daß vom doppelseitigen Zahnriemen 5.2 nur der erste Schlitten 3 in X- Richtung bewegt werden kann, und der zweite Schlitten 4, der den Arbeitspunkt 4.4, z. B. in Form eines Greifers aufweist, abgebremst wird. Analog dazu werden für die Bewegung des zweiten Schlittens 4 in Y-Richtung die Koppelelemente K und die Bremselemente B anders geschaltet, so daß jetzt die dem Antriebsmotor mitgeteilte Wegstrecke zur Veränderung der Y-Position des Arbeitspunktes 4.4 dient. Auf diese Weise beschreibt der Arbeitspunkt 4.4 eine orthogonale treppenförmige Linie, wobei die Treppenform natürlich vom Roboterprogramm vorgewählt werden kann.When driving the operating point 4.4 along the X-axis, the coupling elements K _x and K _y and the braking elements B _x and B _y are controlled via the input / output signals of the controller according to a prepared switching matrix so that the double-sided toothed belt 5.2 only the first carriage 3 can be moved in the X direction, and the second carriage 4 , the operating point 4.4 , z. B. in the form of a gripper is braked. Similarly, for the movement of the second carriage 4 in the Y direction, the coupling elements K and the brake elements B are switched differently, so that now the drive motor notified path for changing the Y position of the operating point 4.4 is used. In this way, the operating point 4.4 describes an orthogonal staircase-shaped line, wherein the staircase form can of course be preselected by the robot program.

Für Diagonalfahrten des Arbeitspunktes 4.4 wird der kartesische Aufbau erfindungsgemäß durch einen zweiten Zahnriemen 5.3 ergänzt, der parallel zur ersten Lineareinheit 1 liegt und wie der erste doppelseitige Zahnriemen 5.2 ständig mitbewegt wird. Durch weitere Koppelelemente ist damit auch die synchrone Mitnahme des ersten Schlittens 3 und des zweiten Schlittens 4 in verschiedene Richtungen zur Erzielung einer polygonförmigen Quasi-Bahnsteuerung möglich.For diagonal runs of the operating point 4.4 of the Cartesian structure is inventively supplemented by a second toothed belt 5.3 , which is parallel to the first linear unit 1 and how the first double-sided toothed belt 5.2 is constantly moved. By means of further coupling elements, the synchronous entrainment of the first carriage 3 and the second carriage 4 in different directions is therefore also possible in order to achieve a polygonal quasi-path control.

In Fig. 1a ist ein System gezeigt, das aus der horizontal verlaufenden ersten Lineareinheit 1 für die X-Bewegung des ersten Schlittens 3 und aus einer senkrecht am ersten Schlitten 3 befestigten zweiten Lineareinheit 2 für die Y-Bewegung des zweiten Schlittens 4 und damit des Arbeitspunktes 4.4 besteht. Der Antriebsmotor dreht eine erste Zahnriemenscheibe 1.2 an. Ein doppelseitiger Zahnriemen 5.2, der in der ersten Lineareinheit 1 und in der zweiten Lineareinheit 2 verlegt ist, treibt die weiteren Zahnriemenscheiben an, nämlich die zweite Zahnriemenscheibe 1.3, die fünfte Zahnriemenscheibe 2.2 und die sechste Zahnriemenscheibe 4.3 und wird umgelenkt mittels der ersten Zahnriemenumlenkscheibe 3.1, der zweiten Zahnriemenumlenkscheibe 3.2, der dritten Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 und der vierten Zahnriemenumlenkscheibe 4.2. Der Arbeitspunkt 4.4 bewegt sich in der X-Y-Ebene innerhalb seiner Arbeitsfläche 4.5 nur dann, wenn der erste Schlitten 3 oder der zweite Schlitten 4 über bestimmte Funktionselemente, nämlich K (Kupplung) und B (Bremse) entsprechend den Zeichnungen und den Tabellen 1 und 2 an den doppelseitigen Zahnriemen 5.2 gekoppelt bzw. an dem ersten Führungsprofil 1.4 oder an dem zweiten Führungsprofil 2.4 arretiert wird.In Fig. 1a, a system is shown, which consists of the horizontally extending first linear unit 1 for the X-movement of the first carriage 3 and a perpendicularly mounted on the first carriage 3 second linear unit 2 for the Y movement of the second carriage 4 and thus the Operating point 4.4 exists. The drive motor rotates a first toothed belt pulley 1.2 . A double-sided toothed belt 5.2 , which is laid in the first linear unit 1 and in the second linear unit 2 , drives the further toothed belt pulleys, namely the second toothed pulley 1.3 , the fifth toothed belt pulley 2.2 and the sixth toothed pulley 4.3 and is deflected by means of the first toothed belt deflection pulley 3.1 , the second toothed belt deflection disk 3.2 , the third toothed belt deflection disk 4.1 and the fourth toothed belt deflection disk 4.2 . The operating point 4.4 moves in the XY plane within its working surface 4.5 only when the first carriage 3 or the second carriage 4 on certain functional elements, namely K (clutch) and B (brake) according to the drawings and Tables 1 and 2 is coupled to the double-sided toothed belt 5.2 or locked to the first guide profile 1.4 or 2.4 on the second guide profile .

Bei den Funktionselementen (K oder B) handelt es sich gemäß Fig. 1b und Fig. 2 um handelsübliche, einfach wirkende, pneumatische Kurzhubzylinder 6, die von einem Magnetventil angesteuert werden, bei denen ein Kolben 6.1 in einem Gehäuse 6.2 bei Druckluftbeaufschlagung über die Druckluftbohrung 6.3 gegen eine Druckfeder 6.4 gedrückt wird. Zur Verstärkung der Koppel-/ Bremswirkung kann die Kolbenstange des Kolbens 6.1 mit einem Belag 6.5 versehen werden.In the functional elements (K or B) is shown in Fig. 1b and Fig. 2 to commercially available, single-acting, pneumatic short-stroke cylinder 6, which are controlled by a solenoid valve in which a piston 6.1 in a housing 6.2 with compressed air via the compressed air bore 6.3 is pressed against a compression spring 6.4 . To reinforce the coupling / braking action, the piston rod of the piston 6.1 can be provided with a covering 6.5 .

Die Beläge 6.5 aller Brems- und Koppeleinheiten können je nach Anwendung für Reib- oder Formschluß ausgelegt werden. Während man einen reibschlüssigen Belag durch Aufvulkanisieren von profiliertem Hartgummi herstellt, erreicht man einen Formschluß bei den Zahnriemenumlenkscheiben durch entsprechende radiale Mikroverzahnung an der dritten Wirkfläche 3.1.1 der ersten Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 und an der vierten Wirkfläche 4.1.1 der dritten Zahnriemenumlenkscheibe 4.1. Bei den linearen Bremsflächen können die erste Wirkfläche 1.4.1 des ersten Führungsprofils 1.4 und die zweite Wirkfläche 2.4.1 des zweiten Führungsprofils 2.4 mit entsprechender linearer Mikroverzahnung ausgestattet werden, auf denen die Gegenprofile des Belages 6.5 arretiert werden können. Der Belag 6.5 kann als Reibbelag oder mit Mikroverzahnung ausgeführt werden. Die Auswahl der verschiedenen Wirkflächenpaarungen verursachen dann beim Arretieren entweder einen positionsgenauen Formschluß oder einen für niedrigere Belange zweckmäßigeren Reibschluß.The coverings 6.5 of all brake and coupling units can be designed depending on the application for frictional or positive locking. While one prepares a frictional surface by vulcanizing profiled hard rubber, one achieves a form fit in the Zahnriemenumlenkscheiben by corresponding radial micro-toothing on the third active surface 3.1.1 of the first Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 and the fourth effective surface 4.1.1 of the third Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 . In the case of the linear braking surfaces, the first active surface 1.4.1 of the first guide profile 1.4 and the second active surface 2.4.1 of the second guide profile 2.4 can be equipped with corresponding linear micro-toothing on which the counter profiles of the lining 6.5 can be locked. The pad 6.5 can be designed as a friction lining or with micro-toothing. The selection of the different effective surface pairings then cause when locking either a positionally accurate positive engagement or a more expedient for lower interests friction.

In drucklosem Zustand wirkt die Federkraft und übt die mit Pfeil 6.6 eingezeichnete Federkraft zum Koppeln (K) oder Bremsen (B) auf die entsprechend zugeordnete Wirkfläche aus. Der erste Schlitten 3 und der zweite Schlitten 4 besitzen je zwei solcher Funktionselemente, je ein Koppelelement K und je ein Bremselement B. Bezogen auf die beiden Achsen X und Y erhält man entsprechend die Funktionselemente K_x, K_y, B_x, B_y. In a depressurized state, the spring force acts and exerts the drawn with arrow 6.6 spring force for coupling (K) or braking (B) on the correspondingly assigned effective area. The first carriage 3 and the second carriage 4 each have two such functional elements, one coupling element K and one braking element B. Relative to the two axes X and Y, the functional elements K _x , K _y , B _x , B _y are correspondingly obtained.

Während mit den Bremselementen B (B_x und B_y) der erste Schlitten 3 und der zweite Schlitten 4 wahlweise an die erste Wirkfläche 1.4.1 des Führungsprofils 1.4 bzw. an die zweite Wirkfläche 2.4.1 des zweiten Führungsprofils 2. 4 arretiert werden, lassen sich mit den Koppelelementen K (K_x und K_y) die erste Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 bzw. die dritte Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 koppeln; d. h. gegenüber dem ersten Schlitten 3 bzw. gegenüber dem zweiten Schlitten 4 blockieren.While with the braking elements B (B _x and B _y ), the first carriage 3 and the second carriage 4 optionally to the first active surface 1.4.1 of the guide profile 1.4 and to the second active surface 2.4.1 of the second guide profile . 2 4 can be locked, can be coupled with the coupling elements K (K _x and K _y ), the first Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 and the third Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 ; ie with respect to the first carriage 3 or with respect to the second carriage 4 block.

Dies hat die Wirkung, daß sich der doppelseitige Zahnriemen 5.2 durch die blockierte erste Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 bzw. durch die blockierte dritte Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 an dieser Stelle nicht mehr bewegen kann (dritte Wirkflächen 3.1.1 mit Belag 6.5 bzw. vierte Wirkfläche 4.1.1 mit Belag 6.5), und der entsprechende Schlitten 3 bzw. 4 vom doppeltseitigen Zahnriemen 5.2 mitgenommen wird.This has the effect that the double-sided toothed belt can not move 5.2 by the blocked first Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 or by the blocked third Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 at this point (third active surfaces 3.1.1 with pad 6.5 or fourth active surface 4.1.1 with pad 6.5 ), and the corresponding slide 3 or 4 is taken from the double-sided toothed belt 5.2 .

Je nach Schaltzustand (1=gekoppelt/gebremst, 0=nicht gekoppelt/nicht gebremst) der Kurzhubzylinder 6 (Funktionselemente K oder B) ergeben sich nach Tab. 1 auf Fig. 1 bezogen, verschiedene Bewegungsmöglichkeiten des Arbeitspunktes 4.4. Von den insgesamt 2⁴ = 16 Kombinationsmöglichkeiten kommen für den widerspruchsfreien Betrieb des Robotersystems nur wenige ausgewählte infrage.Depending on the switching state (1 = coupled / braked, 0 = not coupled / not braked) the short-stroke cylinder 6 (functional elements K or B) result according to Tab. 1 with reference to FIG. 1, different possibilities of movement of the operating point 4.4 . Of the total of 2 ⁴ = 16 possible combinations, only a few selected ones are eligible for the consistent operation of the robot system.

In den Tabellen 1 und 2 der Fig. 1 und 3 bedeuten jeweils in der Vertikalen:In Tables 1 and 2 of FIGS. 1 and 3, respectively in the vertical direction:

und die Ziffern "0" bzw. "1":and the numbers "0" and "1":

0: Kupplung ist nicht gesetzt (nicht gekoppelt) oder Bremse ist nicht gesetzt (nicht arretiert)
1: Kupplung ist gesetzt (gekoppelt) oder Bremse ist gesetzt (arretiert)0: clutch is not set (not coupled) or brake is not set (not locked)
1: clutch is set (coupled) or brake is engaged (locked)

Im Falle einer Fahrt entlang der X-Achse für konstantes Y muß (Nr. 1 der Tab. 1) zur Mitnahme des ersten Schlittens 3 die erste Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 mit Hilfe des Koppelelementes K_x gekoppelt und die Bremse B_x des ersten Schlittens 3 gelöst werden. Der zweite Schlitten 4 muß zur Positionierung des Arbeitspunktes 4.4 bezüglich Y über die Bremse B_y am zweiten Führungsprofil 2.4 der zweiten Lineareinheit 2 blockiert werden. Da sich wegen der Kopplung der ersten Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 der doppelseitige Zahnriemen 5.2 im Bereich der dritten Zahnriemenumlenkscheibe 4.1, der sechsten Zahnriemenscheibe 4.3, der vierten Zahnriemenumlenkscheibe 4.2, der fünften Zahnriemenscheibe 2.2 und der zweiten Zahnriemenumlenkscheibe 3.2 nicht bewegt, braucht die Koppeleinheit K_y nicht in Eingriff gebracht zu werden.In the case of a travel along the X-axis for constant Y must (No. 1 of Table 1) for driving the first carriage 3, the first Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 coupled using the coupling element K _x and the brake B _{x of} the first carriage 3 can be solved , The second carriage 4 must be blocked to position the operating point 4.4 with respect to Y via the brake B _y on the second guide section 2.4 of the second linear unit 2 . Since the coupling of the first toothed belt deflection disk 3.1 does not move the double-sided toothed belt 5.2 in the area of the third toothed belt deflection pulley 4.1 , the sixth toothed pulley 4.3 , the fourth toothed belt deflection pulley 4.2 , the fifth toothed belt pulley 2.2 and the second toothed belt deflection pulley 3.2 , the coupling unit K _y does not need to engage to be brought.

Für die Bewegung des Arbeitspunktes 4.4 entlang der Y-Achse bei konstantem X gilt nach Tab. 1 der Schaltzustand Nr. 2; d. h. Koppeleinheit K_x gelöst, Bremse B_x gesetzt, Koppeleinheit K_x zur Mitnahme des zweiten Schlittens 4 arretiert dritte Zahnriemenumlenkscheibe 4.1, Bremse B_x gelöst.For the movement of the operating point 4.4 along the Y-axis at a constant X, Table 1 shows the switching state No. 2; ie coupling unit K _{x released} , brake B _x set, coupling unit K _x for driving the second carriage 4 locked third Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 , brake B _x solved.

Soll der Arbeitspunkt 4.4 in seiner X-Y-Arbeitsfläche 4.5 zwischen zwei Punkten (X₁, Y₁) und (X₂, Y₂) von nur einem Antriebsmotor bewegt werden, kann dies treppenförmig über ein Steuerprogramm, z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) geschehen, wobei die Geometrie der Treppenstufen beliebig gewählt werden kann.If the operating point 4.4 in its XY work surface 4.5 between two points (X ₁ , Y ₁ ) and (X ₂ , Y ₂ ) to be moved by only one drive motor, this can staircase via a control program, eg. As a programmable logic controller (PLC) happen, the geometry of the stairs can be chosen arbitrarily.

Kommt es - wie für Punktsteuerungen üblich - nur auf die Endposition an, wird man den Antriebsmotor "mit einer Treppe" wie folgt ansteuern:Is it - as usual for point controls - only on the End position on, one will like the drive motor "with a staircase" follow:

alte Koordinaten (Start):old coordinates (start): X₁, Y₁X₁, Y₁ neue Koordinate (Ziel):new coordinate (destination): X₂ = DX + X₁ für Y₁ = konst.X₂ = DX + X₁ for Y₁ = const. Y₂ = DY + Y₁ für X₂ = konst.Y₂ = DY + Y₁ for X₂ = const. mit den relativen Fahrstrecken:with the relative distances: DX = X₂ - Y₁DX = X₂ - Y₁ DY = Y₂ - Y₁DY = Y₂ - Y₁

Vor dem nächsten Fahrbefehl werden die erreichten Zielkoordinaten (X₂, Y₂) zum Startwert (X₁, Y₁) erklärt, die relativen Fahrstrecken (DX, DY) neu berechnet und die neuen absoluten Koordinaten X₂ und Y₂ angefahren. Before the next move command, the achieved target coordinates (X ₂ , Y ₂ ) are declared the starting value (X ₁ , Y ₁ ), the relative travel distances (DX, DY) are recalculated and the new absolute coordinates X ₂ and Y _{2 are} approached.

Die Berechnung bzw. Gestaltung des Fahrkurses (auch entlang kleiner Einzeltreppen) Übernehmen Steuerprogramme, die eine individuelle Anpassung an die jeweilige Anwendung erlauben. Die Ansteuerung der Funktionselemente K und B wird programmintern durch Setzen von SPS-Ausgängen erreicht, mit der Wirkung, daß die verschiedenen Magnetventile für die hier benötigten vier pneumatischen Kurzhubzylinder 6 nach der Schaltmatrix der Tab. 1 angezogen werden.The calculation or design of the driving course (also along small single stairs) Apply control programs that allow an individual adaptation to the respective application. The control of the functional elements K and B is achieved within the program by setting PLC outputs, with the effect that the various solenoid valves for the four pneumatic short-stroke cylinders 6 required here are tightened according to the switching matrix of Tab.

Im Falle der beschriebenen Punktsteuerung ist der kinematische Bewegungsablauf des ersten Schlittens 3 und des zweiten Schlittens 4 intermittierend, da es ja nur einen Antriebsmotor gibt, der erst mit der Befehlsfolge für X unter Berücksichtigung des Schaltzustandes Nr. 1 nach Tab. 1 und danach mit der entsprechenden Befehlsfolge für Y nach Nr. 2 der Tab. 1 angesteuert wird. Beim Wechsel des Schaltzustandes müssen programmintern die alten Positionsregister für X und Y abgespeichert werden, da diese zur Errechnung einer neuen Position kurz darauf wieder abrufbar sein müssen.In the case of the described point control of the kinematic movement of the first carriage 3 and the second carriage 4 is intermittent, since there is only one drive motor, the first with the command sequence for X, taking into account the switching state No. 1 in Tab. 1 and then with the corresponding command sequence for Y to No. 2 of Tab. 1 is driven. When changing the switching state, the old position registers for X and Y must be stored internally within the program, as they must be retrievable shortly thereafter to calculate a new position.

Der in Fig. 1a und Fig. 1b gezeigte Aufbau eines kartesischen zweiachsigen Robotersystems basiert auf Lineareinheiten nach Fig. 2, die der geänderten Riemenführung wegen modifiziert werden müssen.The structure shown in Fig. 1a and Fig. 1b of a Cartesian biaxial robot system is based on linear units of Fig. 2, which must be modified because of the changed belt guide.

In nicht modifizierter, beispielhafter Form besteht gemäß Fig. 2 jede erste Lineareinheit 1 aus einem Antriebsmotor, der die erste Zahnriemenscheibe 1.2 dreht. Diese treibt einen ersten Zahnriemen 5.1, welcher mittels Klemmschraube 1.5 und Klemmstück 1.6 an einem Support 1.7 befestigt ist. Die für den Riemenrücklauf benötigte zweite Zahnriemenscheibe 1.3 ist wie die erste Zahnriemenscheibe 1.2 im ersten Führungsprofil 1.4 gelagert, auf dem auch der Support 1.7 linear hin- und herbewegt werden kann. In Fig. 2 umschließt der Support 1.7 U-förmig das erste Führungsprofil 1.4; auf die Darstellung einer für diese Anwendung üblichen Wälzlagerung zwischen dem Support 1.7 und dem ersten Führungsprofil 1.4 nach dem Stande der Technik ist verzichtet worden. In an unmodified, exemplary form according to FIG. 2, each first linear unit 1 consists of a drive motor which rotates the first toothed belt pulley 1.2 . This drives a first toothed belt 5.1 , which is fastened by means of clamping screw 1.5 and 1.6 clamping piece to a support 1.7 . The time required for the belt return second toothed belt pulley 1.3 is mounted in the first guide profile 1.4, to which also the support of 1.7 can be linearly and reciprocally moved as the first toothed belt pulley 1.2. In FIG. 2, the support 1.7 encloses the first guide profile 1.4 in a U-shape; to the representation of a usual for this application roller bearing between the support 1.7 and the first guide profile 1.4 according to the prior art has been omitted.

Fig. 2 zeigt zur besseren Verdeutlichung ein angeflanschtes Bremselement B_x auf der Grundlage eines handelsüblichen pneumatischen Kurzhubzylinders 6 mit Kolben 6.1, Gehäuse 6.2, Druckluftbohrung 6.3, Druckfeder 6.4 und Reibbelag 6.5. Wird die Bremse B_x gesetzt, tritt - wie oben beschrieben - Reib- oder Formschluß mit der ersten Wirkfläche 1.4.1 des ersten Führungsprofils 1.4 auf. Fig. 2 shows for better clarity, a flanged brake element B _x on the basis of a commercial pneumatic Kurzhubzylinders 6 with piston 6.1 , 6.2 housing, compressed air bore 6.3 , compression spring 6.4 and friction lining 6.5 . If the brake B _x set, occurs - as described above - frictional or positive engagement with the first active surface 1.4.1 of the first guide profile 1.4 .

Im Rahmen der Erfindung wird nun der Support 1.7 konstruktiv zum ersten Schlitten 3 oder zum zweiten Schlitten 4 abgeändert, indem gemäß Fig. 1 (bzw. Fig. 4) eine obere Schlittenführung 3.3 und eine untere Schlittenführung 3.4 an einer Verbindungsplatte 3.5 befestigt ist, an der beim eindimensionalen Ball Werkstückträgeraufbauten, Greifer oder eine zweite Lineareinheit nach Fig. 1a bzw. Fig. 1b montiert werden können.In the context of the invention, the support 1.7 is now modified constructively to the first carriage 3 or to the second carriage 4 by an upper carriage guide 3.3 and a lower carriage guide 3.4 is attached to a connecting plate 3.5 , according to FIG. 1 (or FIG. 4) in the one-dimensional ball workpiece carrier assemblies, grippers or a second linear unit according to Fig. 1a or Fig. 1b can be mounted.

In Kombination mit einer zweiten Lineareinheit 2 wird ferner der erste Schlitten 3 der ersten Lineareinheit 1 gemäß Fig. 1a und Fig. 1b so modifiziert, daß eine erste Zahnriemenumlenkscheibe 3.1 und eine zweite Zahnriemenumlenkscheibe 3.2 gelagert werden, über die die geänderte Führung des doppelseitigen Zahnriemens 5.2 vorgenommen wird. Ferner werden am ersten Schlitten 3 adaptiert: die senkrecht zur ersten stehende, zweite Lineareinheit 2 und die Funktionselemente zum Koppeln K_x und Bremsen B_x. Der Aufbau der zweiten Lineareinheit 2 entspricht dem der ersten Lineareinheit 1. Der zweite Schlitten 4 dieser zweiten Lineareinheit 2 beinhaltet neben der dritten Zahnriemenumlenkscheibe 4.1 und der vierten Zahnriemenumlenkscheibe 4.2 eine weitere sechste Zahnriemenscheibe 4.3 zum Antrieb weiterer Achsen (z. B. Z-Achse).In combination with a second linear unit 2 , the first slide 3 of the first linear unit 1 according to FIG. 1a and FIG. 1b is further modified such that a first toothed belt deflection disk 3.1 and a second toothed belt deflection disk 3.2 are mounted, via which the changed guidance of the double-sided toothed belt 5.2 is made. Furthermore, the first carriage 3 is adapted: the second linear unit 2, which is perpendicular to the first, and the functional elements for coupling K _x and brakes B _x . The construction of the second linear unit 2 corresponds to that of the first linear unit 1 . The second slide 4 of this second linear unit 2 includes, in addition to the third toothed belt deflection disk 4.1 and the fourth toothed belt deflection disk 4.2, a further sixth toothed belt pulley 4.3 for driving further axes (eg Z axis).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Tab. 1 und Fig. 1a und Fig. 1b müssen zur Realisierung der Nr. 3 der erste Schlitten 3 und der zweite Schlitten 4 über ihre Bremsen B_x und B_y arretiert werden. Der Antrieb 1.1 treibt nun den doppelseitigen Zahnriemen 5.2 ungehindert durch, mit der Folge, daß sich auch die sechste Zahnriemenscheibe 4.3 dreht. Aus dieser Drehung lassen sich weitere Bewegungen zum Antrieb einer dritten Achse, sowie weiterer Riemen- oder Gewindespindeltriebe ableiten. Dieses sind jedoch dem Fachmann geläufige Maßnahmen und sind in den Zeichnungen nicht dargestellt. In the illustrated embodiment according to Tab. 1 and Fig. 1a and Fig. 1b, the first slide 3 and the second slide 4 must be locked via their brakes B _x and B _y for the realization of the No. 3. The drive 1.1 drives now the double-sided timing belt 5.2 unhindered, with the result that also the sixth pulley 4.3 rotates. From this rotation, further movements for driving a third axis, as well as other belt or threaded spindle drives can be derived. However, these are familiar to those skilled measures and are not shown in the drawings.

Wie die Schaltmatrix Tab. 1 und die vorherigen Erläuterungen zeigen, kann der Arbeitspunkt 4. 4 nur orthogonal entlang der X- oder Y-Achse innerhalb seiner Arbeitsfläche 4.5 bewegt werden. Dies repräsentiert die klassische Streckensteuerung. Eine Diagonalfahrt des Arbeitspunktes 4.4 entlang X und Y gleichzeitig ist hierbei nicht möglich.As the switching matrix Tab. 1 and the previous explanations show, the operating point 4 . 4 can only be moved orthogonally along the X or Y axis within its working area 4.5 . This represents the classic course control. A diagonal movement of the operating point 4.4 along X and Y at the same time is not possible here.

Um dies zu erreichen, muß nach Fig. 3 und Fig. 4 ein weiterer Riementrieb an die erste Lineareinheit 1 ergänzt werden, der aus einer dritten Zahnriemenscheibe 1.8, einer vierten Zahnriemenscheibe 1.9 und einem zweiten Zahnriemen 5.3 besteht. Dieser zweite Riementrieb ist gemäß Fig. 4 (=Seitenansicht von Fig. 3) parallel zum Riementrieb gemäß Fig. 1 (bestehend aus erster Zahnriemenscheibe 1.2, zweiter Zahnriemenscheibe 1.3 und doppelseitigem Zahnriemen 5.2) angeordnet und über eine erste Paßfeder 1.10 und eine zweite Paßfeder 1.11 formschlüssig mit diesem verbunden.To achieve this, according to Fig. 3 and Fig. 4, a further belt drive to the first linear unit 1 must be added, which consists of a third pulley 1.8 , a fourth pulley 1.9 and a second toothed belt 5.3 . This second belt drive is shown in FIG. 4 (= side view of FIG. 3) parallel to the belt drive of FIG. 1 (consisting of the first pulley 1.2 , second pulley 1.3 and double-sided toothed belt 5.2 ) and a first key 1.10 and a second keyway 1.11 positively connected with this.

Der Antriebsmotor treibt also auch den zweiten Zahnriemen 5.3, dessen oberes und unteres Trum entgegengesetzte Richtungen haben. Wird nun der erste Schlitten 3 an eines dieser Trums gekoppelt, wird er in die entsprechende Richtung mitgenommen. Die Mitnahme besorgen zwei weitere Funktionselemente K₁ und K₂, die wie alle als Kurzhubzylinder 6 aufgebaut sind. Der Belag 6.5 der Kolbenstange des Kolbens 6.1 klemmt den zweiten Zahnriemen 5.3 und stellt so reibschlüssig die notwendige Kopplung mit dem ersten Schlitten 3 her. Der erste Schlitten 3 weist eine obere Schlittenführung 3.3 und eine untere Schlittenführung 3.4 auf, die an einer Verbindungsplatte 3.5 befestigt sind, an der das Gehäuse 6.2 eines Bremselementes B_x angeflanscht ist. In Fig. 4 dienen die Bremsschienen 3.6 bei der modifizierten Verbindungsplatte 3.5 zum Ankoppeln an den zweiten Zahnriemens 5.3 durch die beiden Koppelelemente K₁ und K₂. Die Nr. 4 der Tab. 2 zeigt die Realisierung einer Diagonalfahrt von links unten nach rechts oben und zurück (mathematisch positiver Gradient). Wenn die Koppelelemente K₁ und K₂ gesetzt sind. Demgegenüber ist mit Nr. 5 die andere Diagonalenrichtung von links oben nach rechts unten und zurück (mathematisch negativer Gradient) eingestellt, wenn die Koppelelemente K₂ und K_y gesetzt sind. The drive motor thus also drives the second toothed belt 5.3 , whose upper and lower run have opposite directions. Now, if the first slide 3 is coupled to one of these strands, it will be taken in the appropriate direction. The entrainment get two more functional elements K ₁ and K ₂ , which are constructed as all short-stroke cylinder 6 . The covering 6.5 of the piston rod of the piston 6.1 clamps the second toothed belt 5.3 and thus frictionally establishes the necessary coupling with the first slide 3 . The first carriage 3 has an upper slide guide 3.3 and a lower slide guide 3.4 , which are fastened to a connecting plate 3.5 , to which the housing 6.2 of a brake element B _{x is} flanged. In Fig. 4, the brake rails 3.6 are used in the modified connection plate 3.5 for coupling to the second toothed belt 5.3 through the two coupling elements K ₁ and K ₂ . The No. 4 of Tab. 2 shows the realization of a diagonal drive from bottom left to top right and back (mathematically positive gradient). When the coupling elements K ₁ and K _{2 are} set. In contrast, with No. 5, the other diagonal direction from top left to bottom right and back (mathematically negative gradient) is set when the coupling elements K ₂ and K _{y are} set.

Durch die Erweiterung auf zwei Transportriemen, den doppelseitigen Zahnriemen 5.2 und den zweiten Zahnriemen 5.3, kann der doppelseitige Zahnriemen 5.2 funktionsmäßig entlastet bzw. für eine zusätzliche Funktion Z benutzt werden. Die Nr. 6 bis 8 in Tab. 2 zeigen, wie während der Fahrt (X oder Y) zusätzliche Bewegungen der sechsten Zahnriemenscheibe 4. 3, z. B. zum Antrieb einer Z-Spindel (nicht dargestellt) senkrecht zur Zeichnungsebene erzeugt werden können.Due to the extension to two transport belts, the double-sided toothed belt 5.2 and the second toothed belt 5.3 , the double-sided toothed belt 5.2 can be functionally relieved or used for an additional function Z. The numbers 6 to 8 in Tab. 2 show how, during travel (X or Y), additional movements of the sixth toothed belt pulley 4 . 3 , z. B. for driving a Z-spindle (not shown) can be generated perpendicular to the plane of the drawing.

Mit den 6 Funktionselementen (K_x, B_x, K_y, B_y, K₁, K_e) sind logischerweise 2⁶ = 64 Schaltzustände einzustellen, von denen jedoch viele Kombinationen denkbar sind, aber für den Betrieb nicht infrage kommen. Die günstigsten Paarungen sind die bis Nr. 8 gekennzeichneten.With the 6 functional elements (K _x , B _x , K _y , B _y , K ₁ , K _e ) logically 2 ⁶ = 64 switching states are set, of which, however, many combinations are conceivable, but are not suitable for operation. The cheapest pairings are those marked # 8.

Der programmierte Bewegungsablauf ist wieder intermittierend. Die vorliegende quasi-dreidimensionale Bahnkurve des Arbeitspunktes 4.4 ist aus kleinen Streckenelementen polygonartig in der Arbeitsfläche 4.5 aufgebaut. Nach jedem Polygonstück erfolgt programmintern die Umschaltung auf einen neuen Schaltzustand gemäß Tab. 2.The programmed movement sequence is again intermittent. The present quasi-three-dimensional trajectory of the operating point 4.4 is made up of polygon-like small tractive elements in the working surface 4.5 . After each polygon piece, the program changes to a new switching state according to Tab. 2.

Als besonderer Vorteil bei Einsatz der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung der Antriebssteuerung von mindestens zwei auf nur eine komplette NC-Steuerung samt Antriebsmotor zu nennen. Für dreiachsige Robotersysteme ergibt dies eine Halbierung der Systemkosten. Ein weiterer Vorteil führt wegen Verzichts auf mitfahrende Motormassen und Verwendung eines stationären Antriebsmotors zu erheblichen Energieeinsparungen und wesentlich leichteren Roboterbauweisen. As a particular advantage when using the present invention the reduction of drive control from at least two to only to name a complete NC control including drive motor. For triaxial robotic systems, this results in a halving of the System cost. Another advantage is due to waiver accompanying motor masses and use of a stationary Drive motor to considerable energy savings and essential lighter robot designs.

Insgesamt kann die Wirkungsweise der Erfindung anhand folgender Aufstellung klargemacht werden:
B_x bremst Verbindungsplatte 3.5 an erstem Führungsprofil 1.4, damit steht der erste Schlitten 3 fest an der ersten Lineareinheit 1;
B_y bremst zweiten Schlitten 4 an zweitem Führungsprofil 2.4, damit steht der zweite Schlitten 4 fest an der zweiten Lineareinheit 2;
K_x koppelt die erste Zahnriemenumlenkscheibe 3.1, damit bewegt sich der erste Schlitten 3 entlang des ersten Führungsprofils 1.4 infolge Mitnahme durch den doppeltseitigen Zahnriemen 5.2;
K_y koppelt die dritte Zahnriemenumlenkscheibe 4.1, damit bewegt sich der zweite Schlitten 4 entlang des zweiten Führungsprofils 2.4 infolge Mitnahme durch den doppeltseitigen Zahnriemen 5.2;
K₁ koppelt obere Bremsschiene 3.6 der Verbindungsplatte, damit bewegt sich der erste Schlitten 3 entlang des ersten Führungsprofils 1.4 infolge Mitnahme durch den zweiten Zahn riemen 5.3 in die eine X-Richtung;
K₂ koppelt untere Bremsschiene 3.6 der Verbindungsplatte, damit bewegt sich der erste Schlitten 3 entlang des ersten Führungsprofils 1.4 infolge Mitnahme durch den zweiten Zahn riemen 5.3 in die gegenläufige X-Richtung.Overall, the operation of the invention can be made clear by the following list:
B _x brakes connection plate 3.5 to the first guide profile 1.4 , so that the first carriage 3 is fixed to the first linear unit 1;
B _y brakes second carriage 4 on the second guide profile 2.4 , so that the second carriage 4 is fixed to the second linear unit 2 ;
K _x couples the first toothed belt deflection disk 3.1 , so that the first carriage 3 moves along the first guide profile 1.4 due to entrainment by the double-sided toothed belt 5.2 ;
K _y couples the third toothed belt deflection disc 4.1 , so that the second carriage 4 moves along the second guide profile 2.4 due to entrainment by the double-sided toothed belt 5.2 ;
K ₁ coupled upper brake rail 3.6 of the connecting plate, so that moves the first carriage 3 along the first guide profile 1.4 due to entrainment by the second tooth belt 5.3 in the one X direction;
K ₂ coupled lower brake rail 3.6 of the connecting plate, so that moves the first carriage 3 along the first guide profile 1.4 due to entrainment by the second tooth belt 5.3 in the opposite direction X.

Im Rahmen der Erfindung werden somit zwei Ausführungsbeispiele der Roboterantriebsvorrichtung vorgeschlagen. Bei beiden Ausführungen sind die erste Lineareinheit 1 für die X-Bewegung und die zweite Lineareinheit 2 für die Y-Bewegung senkrecht zueinander angeordnet, wobei die zweite Lineareinheit 2 am ersten Schlitten 3 befestigt ist. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungen gemäß Fig. 1a und Fig. 1b einerseits und dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und Fig. 4 andererseits besteht lediglich darin, daß beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und Fig. 4 ein zusätzlicher zweiter Zahnriemen 5.3 angeordnet ist.In the context of the invention, two embodiments of the robot drive device are thus proposed. In both embodiments, the first linear unit 1 for the X movement and the second linear unit 2 for the Y movement are arranged perpendicular to each other, wherein the second linear unit 2 is attached to the first carriage 3 . The difference between the two embodiments according to Fig. 1a and Fig. 1b on the one hand and the embodiment according to Fig. 3 and Fig. 4 on the other hand, there is only in that an additional second toothed belt is positioned 5.3 in the embodiment of Fig. 3 and Fig. 4.

Fig. 2 zeigt lediglich die Funktionsweise einer NC-Lineareinheit mit Bremse, bei der ein erster Zahnriemen 5.1 mittels einer Klemmschraube 1.5 mit dem Support 1.7 verbunden ist und ein auf dem Support 1.7 montiertes Bremselement B_x den Support 1.7 selbst auf der ersten Wirkfläche 1.4.1 abbremsen kann. Fig. 2 shows only the operation of a NC linear unit with brake, in which a first toothed belt 5.1 is connected by means of a clamping screw 1.5 with the support 1.7 and mounted on the support 1.7 brake element B _x the support 1.7 itself on the first effective surface 1.4. 1 can decelerate.

Zusammenstellung der BezugszeichenCompilation of reference numeral

1 erste Lineareinheit für die X-Bewegung
1.1 Pfeil für Drehrichtung des Antriebsmotors
1.2 erste Zahnriemenscheibe
1.3 zweite Zahnriemenscheibe
1.4 erstes Führungsprofil
1.4.1 erste Wirkfläche für Reib/Formschluß
1.5 Klemmschraube
1.6 Klemmstück
1.7 Support
1.8 dritte Zahnriemenscheibe
1.9 vierte Zahnriemenscheibe
1.10 erste Paßfeder
1.11 zweite Paßfeder
2 zweite Lineareinheit für die Y-Bewegung
2.2 fünfte Zahnriemenscheibe
2.4 zweites Führungsprofil
2.4.1 zweite Wirkfläche für Reib/Formschluß
3 erster Schlitten
3.1 erste Zahnriemenumlenkscheibe
3.1.1 dritte Wirkfläche für Reib/Formschluß
3.2 zweite Zahnriemenumlenkscheibe
3.3 obere Schlittenführung
3.4 untere Schlittenführung
3.5 Verbindungsplatte
3.6 Bremsschienen der modifizierten Verbindungsplatte
4 zweiter Schlitten
4.1 dritte Zahnriemenumlenkscheibe
4.1.1 vierte Wirkfläche für Reib/Formschluß
4.2 vierte Zahnriemenumlenkscheibe
4.3 sechste Zahnriemenscheibe
4.4 Arbeitspunkt
4.5 Arbeitsfläche des Arbeitspunkts
5.1 erster Zahnriemen
5.2 doppelseitiger Zahnriemen
5.3 zweiter Zahnriemen
6 Kurzhubzylinder
6.1 Kolben
6.2 Gehäuse
6.3 Druckluftbohrung
6.4 Druckfeder
6.5 Belag für Reib/Formschluß
6.6 Pfeil für Kraftwirkung 1 first linear unit for the X-movement
1.1 Direction of rotation of the drive motor
1.2 first toothed belt pulley
1.3 second toothed belt pulley
1.4 first guide profile
1.4.1 first effective surface for friction / positive locking
1.5 clamping screw
1.6 Clamp
1.7 Support
1.8 third toothed belt pulley
1.9 fourth timing pulley
1.10 first key
1.11 second key
2 second linear unit for the Y movement
2.2 fifth toothed belt pulley
2.4 second guide profile
2.4.1 second effective surface for friction / positive locking
3 first sleds
3.1 first toothed belt deflection pulley
3.1.1 third active surface for friction / positive locking
3.2 second toothed belt deflection pulley
3.3 upper slide guide
3.4 lower slide guide
3.5 connection plate
3.6 Brake rails of the modified connection plate
4 second slide
4.1 third toothed belt deflection pulley
4.1.1 fourth active surface for friction / positive locking
4.2 fourth toothed belt deflection pulley
4.3 sixth toothed belt pulley
4.4 operating point
4.5 Working surface of the working point
5.1 first toothed belt
5.2 double-sided toothed belt
5.3 second toothed belt
6 short-stroke cylinders
6.1 piston
6.2 Housing
6.3 Air bore
6.4 Compression spring
6.5 covering for friction / form closure
6.6 Arrow for force effect

Koppel- und Bremselemente
K_x Koppelelement zur Mitnahme des ersten Schlittens
K_y Koppelelement zur Mitnahme des zweiten Schlittens
K₁ Koppelelement zur Mitnahme des ersten Schlittens in positive X-Richtung
K₂ Koppelelement zur Mitnahme des ersten Schlittens in negative X-Richtung
B_x Bremselement zur Arretierung des ersten Schlittens
B_y Bremselement zur Arretierung des zweiten SchlittensCoupling and braking elements
K _x coupling element for driving the first carriage
K _y coupling element for driving the second carriage
K₁ coupling element for entrainment of the first carriage in the positive X direction
K₂ coupling element for entrainment of the first carriage in the negative X direction
B _x brake element for locking the first carriage
B _y brake element for locking the second carriage

Claims

1. Robot drive device according to the Cartesian principle for multi-axis, spatially arranged transport systems, in particular for NC linear axes, characterized in that it comprises the following features:

- A first linear unit ( 1 ) on which a first carriage ( 3 ) is guided longitudinally movable, on which a second linear unit ( 2 ) is fixed, on which a second carriage ( 4 ) is longitudinally movable, wherein the second linear unit ( 2 ) is oriented perpendicular to the first linear unit ( 1 ),
- A drive motor which is mounted on the first linear unit ( 1 ) and according to arrow ( 1.1 ) drives the first toothed belt pulley ( 1.2 ) in both directions, wherein the first toothed belt pulley ( 1.2 ) rotatably mounted at one end of the first linear unit ( 1 ) and whose shaft is positively connected to that of the drive motor,
- A double-sided toothed belt ( 5.2 ) around the first toothed pulley ( 1.2 ) to the second end of the first linear unit ( 1 ) rotatably mounted second toothed pulley ( 1.3 ) to the first carriage ( 3 ) rotatably mounted second Zahnriemenumlenkscheibe ( 3.2 ) to the at the end of the second linear unit ( 2 ) rotatably mounted fifth toothed belt pulley ( 2.2 ) to the second carriage ( 4 ) rotatably mounted fourth Zahnriemenumlenkscheibe ( 4.2 ) to the likewise on the second carriage ( 4 ) rotatably mounted sixth timing pulley ( 4.3 ), around which also on the second carriage ( 4 ) rotatably mounted third Zahnriemenumlenkscheibe ( 4.1 ) and to the first carriage ( 3 ) rotatably mounted first Zahnriemenumlenkscheibe ( 3.1 ) is guided, wherein the operating point ( 4.4 ) on the second carriage ( 4 ) is arranged in the center of the sixth toothed belt pulley ( 4.3 ),
a coupling element K _x in the region of the first toothed belt deflection disk ( 3.1 ) whose housing ( 6.2 ) is fastened to the connecting plate ( 3.5 ) of the first carriage ( 3 ) and which has a piston ( 6.1 ) with a piston rod, a compression spring ( 6.4 ) and a compressed air bore ( 6.3 ), wherein the end of the piston rod with a covering ( 6.5 ) is provided, which is designed as a frictional surface or superficial, radial micro-toothing, with the attached to the first Zahnriemenumlenkscheibe ( 3.1 ) third effective surface ( 3.1. 1 ) cooperates, which also has a radial micro-toothing or a friction lining,
a brake element B _x whose housing ( 6.2 ) is fastened centrally to the connecting plate ( 3.5 ) of the first carriage ( 3 ) and which has a piston ( 6.1 ) with a piston rod, a compression spring ( 6.4 ) and a compressed-air bore ( 6.3 ), wherein the piston rod with its frictional or positive covering ( 6.5 ) acts on a frictionally or form-fitting first effective surface ( 1.4.1 ), which is arranged on the outside of the first guide profile ( 1.4 ) and the cooperation of the covering ( 6.5 ) with the first active surface ( 1.4.1 ) shows a decelerating effect according to arrow ( 6.6 ) of the first carriage ( 3 ) on the first linear unit ( 1 ),
- A coupling element K _y , whose housing ( 6.2 ) on the second carriage ( 4 ) in the region of the third Zahnriemenumlenkscheibe ( 4.1 ) is fixed and which has a piston ( 6.1 ) with a piston rod, a compression spring ( 6.4 ) and a compressed-air bore ( 6.3 ) , wherein the end of the piston rod is provided with a covering ( 6.5 ) which is formed as frictional surface or superficial, radial micro-toothing, which cooperates frictionally or positively with the third Zahnriemenumlenkscheibe ( 4.1 ), wherein cooperating the third Zahnriemenumlenkscheibe ( 4.1 ) also has a fourth active surface ( 4.1.1 ) with radial micro-toothing or a friction lining,
- A brake element B _y , the housing ( 6.2 ) is mounted centrally on the second carriage ( 4 ) and having a piston ( 6.1 ) with a piston rod, a compression spring ( 6.4 ) and a compressed-air bore ( 6.3 ), wherein the piston rod with its reib - or positive pad ( 6.5 ) acts on a frictional or positive second active surface ( 2.4.1 ), which is arranged on the outside of the second guide profile ( 2.4 ) and the cooperation of the covering ( 6.5 ) with the second effective surface ( 2.4.1 ) shows a decelerating action of the second carriage ( 4 ) on the second linear unit ( 2 ).

2. Robot drive device according to claim 1 according to a further preferred embodiment, characterized in that it additionally comprises the following features:

a second toothed belt ( 5.3 ) arranged parallel to the double-sided toothed belt ( 5.2 ) on the first linear unit ( 1 ), which is guided over the third toothed belt pulley ( 1.8 ) and the fourth toothed belt pulley ( 1.9 ), wherein the first toothed belt pulley ( 1.2 ) by means of first key ( 1.10 ) with the third toothed belt pulley ( 1.8 ) and the second toothed pulley ( 1.3 ) by means of the second key ( 1.11 ) with the fourth toothed belt pulley ( 1.9 ) are positively connected,
- A coupling element K ₁ on the modified connection plate ( 3.5 ) of the first carriage ( 1 ), the second toothed belt ( 5.3 ) from above on the upper of the two brake rails ( 3.6 ) according to the action of arrow ( 6.6 ) clamps and the like previously described coupling elements K _x , K _y and the brake elements B _x , B _y from a piston ( 6.1 ), a housing ( 6.2 ). a compressed air bore ( 6.3 ) and a compression spring ( 6.4 ) consists and
a coupling element K ₂ which, like the coupling element K _{1, is arranged} on the modified connecting plate 3.5 of the first carriage 1 but is mirror-inverted to the coupling element K ₁ and the lower run of the second toothed belt 5. 6.6 ) from below to the lower of the two brake rails ( 3.6 ) clamped, wherein the pads ( 6.5 ) of the two coupling elements K ₁ and K₂ are frictionally designed because of the interaction with the toothed belt ( 5.3 ).