DE4307151A1

DE4307151A1 - Antrieb für eine Positioniereinheit

Info

Publication number: DE4307151A1
Application number: DE19934307151
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing Grad Gosdowski; Uwe Tretrop
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-03-06
Filing date: 1993-03-06
Publication date: 1994-09-08

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Positioniereinheit, insbesondere für Montageautomaten oder -roboter, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Handelsübliche Positioniersysteme sind häufig dem Anwendungsfall nicht angepaßt, technisch zu aufwendig und daher zu teuer. Die Leistungsfähigkeit der meisten Montagesysteme steht in keinem Verhältnis zu der gestellten Montageaufgabe.

So lassen sich zweidrittel aller Montagetätigkeiten mit einfachen Aufnahme- und Verschiebungsfunktionen durchführen, d. h., daß zweidrittel aller Positionieraufgaben durch Zweiachssysteme realisiert werden können.

Üblicherweise werden derartige Zweiachssysteme modular, d. h. aus Einzelachsen mit jeweiligem Antrieb, aufgebaut. Dieser achsenspezifische Antrieb stellt jedoch eine große zu bewegende Masse dar. Insbesondere bei einem Zweiachspositioniersystem in Auslegerbauweise müssen daher die Achsen entsprechend der zu bewegenden Masse sehr großzügig dimensioniert werden. Dies bedeutet nicht nur einen erhöhten Aufwand und somit erhöhte Kosten, sondern auch ein erhöhtes Gewicht und entsprechend große Ausmaße der Positioniereinheit.

Zur Reduzierung der bewegten Massen wurde bereits bei einer im Handel erhältlichen Ausführung eines Linearpositionierers eine Antriebseinheit verwendet, die den Betrieb bei stationären Antriebsmotoren ermöglicht. Der Antrieb in die zweite Positionierungsrichtung wird hierbei vom stationären Antriebsmotor über eine Nutwelle übertragen. Diese Nutwelle ist parallel zu den Führungsstangen eines Auslegers angeordnet und mit diesen verschiebbar. Mit ihren Nuten gleitet sie dabei in einem entsprechenden Zahnrad des stationär angebrachten Antriebsmotors.

Dieser insgesamt aufwendige und kostenträchtige Aufbau muß zudem durch die hohen Reibungskräfte, insbesondere bei einer Simultanbewegung in beiden Positionierungsrichtungen, bei der der Antrieb über eine sich gleichzeitig verschiebende Nutwelle erfolgt, entsprechend groß dimensioniert werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Positioniereinheit geschaffen wird, die kleiner, leichter und kostengünstiger herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Positioniereinheit mit einem in einer ersten Positionierungsrichtung verschiebbaren Zwischenkörper und einem zu positionierenden Positionierungskörper, an dem beispielsweise ein Aufnahmewerkzeug befestigbar ist, mit flexiblen Zugmitteln versehen, die zur Übertragung der Antriebskräfte mit den beiden Antrieben verbunden sind. Die Zugmittel werden so mit den Antriebseinheiten gekoppelt, daß die Positioniereinheit zur Positionierung des Positionierungskörpers zumindest in der ersten Positionierungsrichtung durch eine simultane Bewegung beider Antriebseinheiten betätigbar ist.

Durch den Einsatz der so angeordneten flexiblen Zugmittel kann die Positioniereinheit, wie weiter unten noch näher erläutert, mit stationär fixierten Antriebseinheiten versehen werden. Die während des Positionierens zu bewegenden Massen sind hierdurch deutlich verringert, wodurch die gesamte Einheit kompakter, leichter und preiswerter herstellbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Flexible Zugmittel weisen den Vorteil auf, daß sie in beliebiger Richtung über entsprechende Umlenkvorrichtungen geführt werden können. Da sie keinerlei Druck ausüben können, ist es bei feststehendem Antrieb empfehlenswert, einen Körper mit wenigstens zwei Angriffspunkten für die Zugmittel zu versehen, um ihn hin und her zu bewegen. Aus diesem Grunde werden vorzugsweise sowohl der Zwischenkörper als auch der Positionierungskörper mit einem entsprechenden Ausleger versehen, der jeweils an seinen beiden Enden Angriffspunkte für die Kraftübertragung des Zugmittels aufweist.

Der Ausleger des Zwischenkörpers wird dabei so groß dimensioniert, daß er beidseitig über den Basiskörper hinausragt, welcher die zwei fest installierten Antriebssysteme aufweist. Die Zugmittel können somit an beiden Seiten der Antriebssysteme sowohl an dem Zwischenkörper als auch an dem daran befestigten Ausleger angreifen und somit durch an jeweils einem Angriffspunkt ansetzenden Zug eine Hin- und Herbewegung des Zwischenkörpers verursachen.

Auf die gleiche Weise ist es möglich, mit reinen Zugkräften den Positionierungskörper hin und her zu bewegen, sofern die Zugkräfte beidseitig des Zwischenkörpers am zugehörigen Ausleger angreifen und auf diesen hin gerichtet sind.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Zugmittel aus einem Stück als Zahnriemen, Kette oder Seilzug ausgebildet sind. Dies vereinfacht sowohl die Herstellung dieses einstückigen Zugmittels als auch die Montage innerhalb der Positioniereinheit.

Bei einer Positioniereinheit in Auslegerbauweise kann der erste Ausleger zugleich als erste Positionierungsachse, die im Basiskörper verschiebbar gelagert ist, ausgebildet sein. Hierdurch wird der Aufbau der Positioniereinheit wesentlich vereinfacht.

Dementsprechend kann auch die zweite Positionierungsachse durch den zweiten Ausleger gebildet werden, der in diesem Fall im Zwischenkörper verschiebbar gelagert ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Zugmittel, beispielsweise ein Zahnriemen, mit einem Ende an einem Ende der zweiten Positionierungsachse, beispielsweise am Positionierungskörper, befestigt, zum Zwischenkörper geführt, dort in Richtung der ersten Positionierungsachse umgelenkt, mit dem ersten Antrieb gekoppelt und zum Ende der ersten Positionierungsachse geführt. Dort wird das Zugmittel wieder umgelenkt, mit einem zweiten Antrieb gekoppelt und zum Zwischenkörper zurückgeführt, wo es erneut umgelenkt und am anderen Ende der zweiten Positionierungsachse befestigt ist.

Zum Umlenken des Zugmittels werden vorteilhafterweise Umlenkrollen verwendet.

Durch eine derartige Zugführung läßt sich die Positioniereinheit durch die verschiedenen Kombinationen der Zugrichtungen durch die zwei Antriebe in beiden Achsrichtungen betätigen. Die Funktionsweise dieser Betätigung wird weiter unten anhand des Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Für die üblichen Montageeinsätze ist es empfehlenswert, die beiden Positionierungsachsen wie üblich rechtwinklig zueinander anzuordnen.

Des weiteren ist es von Vorteil, daß jeder Antrieb mit einem Schrittmotor versehen ist, um eine exakte Positionierung in jeder Richtung zu gewährleisten. Um die einmal eingenommene Position auch in stromlosem Zustand zu fixieren, ist es vorteilhaft, wenn die Schrittmotoren mit einer Bremse ausgestattet sind.

Insbesondere bei einer einstückigen Ausführung des Zugmittels ist es von großem Vorteil, eine Umlenkrolle oder -walze an dem dem Zwischenkörper gegenüberliegenden Ende der ersten Positionierungsachse längs zu dieser Achse verstellbar anzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich eine leicht zugängliche und höchst effektive Spannvorrichtung für das Zugmittel.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positioniereinheit in der Seitenansicht.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Positioniereinheit 1 weist einen fest mit dem Boden 2 verbundenen Basiskörper 3 auf. Durch den Basiskörper 3 sind eine oder zwei Führungsstangen 4, 5 geführt, die als erste Positionierungsachse (Pfeil 27) fungieren. Die Lagerung der Führungsstangen 4, 5 ist nicht näher dargestellt und in herkömmlicher Weise ausgeführt.

In der Zeichnung links befindet sich ein Spannkörper 6, an dem eine schematisch dargestellte Umlenkrolle 7 drehbar und in Längsrichtung der Führungsstangen 4, 5 verschiebbar (Pfeil 29) gelagert ist.

Im Basiskörper 3 sind zwei Antriebseinheiten 8, 9 montiert. In der Zeichnung sind hierfür schematisch jeweils zwei Umlenkrollen 10 bis 13 sowie zwei Antriebsachsen 14, 15 für nicht näher dargestellte Schrittmotoren eingezeichnet. Ein Zwischenkörper 16 ist am anderen Ende der Führungsstangen 4, 5 montiert. Die Führungsstangen 4, 5 sowie der Spannkörper 6 bilden den von dem Zwischenkörper 16 ausgehenden ersten Ausleger.

Der Zwischenkörper 16 umfaßt zwei Umlenkrollen 17, 18 und wird von einer Vertikalachse 19 durchsetzt. Diese Achse ist wiederum im Zwischenkörper 16 verschiebbar gelagert und geführt, wobei die Vertikalachse 19 die zweite Positionierungsachse 28 bildet. Zwei Anbauplatten 20, 21 sind an jedem Ende der Vertikalachse 19 fixiert. Jede dieser Anbauplatten 20, 21 kann als Positionierungskörper zur Befestigung beispielsweise eines Aufnahmewerkzeugs dienen.

Die Vertikalachse 19 dient in Verbindung mit einer Anbauplatte 20 bzw. 21 als zweiter Ausleger für die jeweils gegenüberliegende, als Positionierungskörper fungierende Anbauplatte 21 bzw. 20.

Ein Zahnriemen 22 ist mit einem Ende an der Anbauplatte 20 befestigt, nach unten zur Umlenkrolle 17 geführt und wird dort in Richtung zur Antriebseinheit 9 umgelenkt. Über die Umlenkrollen 12, 13 kann der Zahnriemen 22 in ein nicht dargestelltes Zahnrad auf der Antriebswelle 15 eingreifen. Er wird weitergeführt bis zur Umlenkrolle 7 am Spannkörper 6, um diese herumgeführt und auf die Antriebswelle 14 der Antriebseinheit 8 aufgelegt. In der Folge wird er wiederum am Zwischenkörper 16 über die Umlenkrolle 18 zur Anbauplatte 21 geführt und dort befestigt.

Der Zahnriemen 22 wird durch Verschieben der Umlenkrolle 7 am Spannkörper 6 in Längsrichtung der Führungsstangen 4, 5 gespannt. Anschließend kann die Positioniereinheit 1 in der folgenden Weise betätigt werden.

Durch Antreiben der Antriebswelle 15 im Uhrzeigersinn und der Antriebswelle 14 gegen den Uhrzeigersinn wird der Zwischenkörper 16 durch den gleichmäßigen Zug auf der zum Zwischenkörper 16 hinweisenden Seite des Basiskörpers 3 des oberen Teils 23 und des unteren Teils 24 des Zahnriemens 22 nach links gezogen.

Durch Umkehrung der Antriebe, d. h. durch eine Drehung der Antriebswelle 15 gegen den Uhrzeigersinn, und eine Drehung der Antriebswelle 14 mit dem Uhrzeigersinn, wird der Zwischenkörper 16 durch den gleichmäßigen Zug des oberen Teils 25 und des unteren Teils 26 des Zahnriemens 22 auf der zum Spannkörper hinweisenden Seite des Basiskörpers 3 über die Umlenkrolle 7, den Spannkörper 6 und die beiden Führungsstangen 5, 4 nach rechts gedrückt.

Durch Antreiben beider Antriebswellen 14, 15 im Uhrzeigersinn wird die Vertikalachse 19 bei ruhendem Zwischenkörper 16 abgesenkt. Der Zwischenkörper 16 wird hierbei dadurch in Ruhe gehalten, daß der Zug auf dem oberen Teil 23 des Zahnriemens durch den Gegenzug auf dem unteren Teil 26 des Zahnriemens und die starre Verbindung des Spannkörpers mit dem Zwischenkörper 16 über die Führungsstangen 4, 5 kompensiert wird.

Durch Drehen der Antriebswelle 14, 15 gegen den Uhrzeigersinn wird in analoger Weise die Vertikalachse 19 angehoben.

Durch eine Überlagerung der beschriebenen Antriebsmöglichkeiten und der entsprechenden Steuerung der beiden Antriebssysteme 8, 9 ist natürlich auch ein simultanes Positionieren in beiden Positionierungsrichtungen möglich.

Selbstverständlich kann eine derartige Positioniereinheit 1 in allen möglichen Einbaulagen verwendet werden. Die hier vertikal verlaufende Vertikalachse 19 ist natürlich auch in waagrechter Einbaulage zu betreiben. Durch die stationäre Befestigung der nicht dargestellten Schrittmotoren über die Antriebswellen 14, 15 ist ein äußerst massearmer Positionierer geschaffen. Abgesehen von den Führungsstangen 4, 5 und der Vertikalachse 19, die bei einer Positioniereinheit in Auslegerbauweise in irgendeiner Ausführungsform immer vorhanden sind, werden im wesentlichen nur die Massen des Spannkörpers 6, des Zwischenkörpers 16 sowie der Anbauplatten 20, 21 beim Betrieb der Positioniereinheit 1 bewegt. Durch die Verringerung dieser bewegten Massen ist eine kompakte Einheit realisierbar.

Die stationären Antriebseinheiten 8, 9 mit dem preiswerten Zahnriemen 22 stellen eine kostengünstige Antriebslösung mit einem übersichtlichen, klar strukturierten Grundaufbau dar.

Eine Hubverlängerung in jede Positionierungsrichtung ist leicht und kostengünstig möglich, da nur die Führungsrohre und der Zahnriemen in der Länge zu verändern sind. Durch den Einsatz preiswerterer Schrittmotoren sind auch einfachere Steuerungen verwendbar.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Abwandlungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt.

Bezugszeichenliste

1 Positioniereinheit
2 Boden
3 Basiskörper
4 Führungsstange
5 Führungsstange
6 Spannkörper
7 Umlenkrolle
8 Antriebseinheit
9 Antriebseinheit
10 Umlenkrolle
11 Umlenkrolle
12 Umlenkrolle
13 Umlenkrolle
14 Antriebswelle
15 Antriebswelle
16 Zwischenkörper
17 Umlenkrolle
18 Umlenkrolle
19 Vertikalachse
20 Anbauplatte
21 Anbauplatte
22 Zahnriemen
23 oberer Teil
24 unterer Teil
25 oberer Teil
26 oberer Teil
27 erste Positionierungseinrichtung
28 zweite Positionierungseinrichtung
29 Pfeil

Claims

1. Antriebsvorrichtung für eine Positioniereinheit, insbesondere für Montageautomaten oder Industrieroboter, zur Positionierung eines Gegenstandes entlang zweier Positionierungsrichtungen (27, 28) mit einem feststehenden Basiskörper (3), einem in der ersten Positionierungsrichtung (27) verschiebbaren Zwischenkörper (16), einem mit dem Zwischenkörper (16) in der zweiten Positionierungsrichtung (28) verschiebbar verbundenen Positionierungskörper (20 bzw. 21) und mit zwei mit dem Basiskörper (3) verbundenen Antriebseinheiten (8, 9), dadurch gekennzeichnet, daß flexible, mit den beiden Antriebseinheiten (8, 9) verbundene Zugmittel (22) zur Übertragung der Antriebskräfte vorhanden sind und die Zugmittel (22) so mit den beiden Antriebseinheiten (8, 9) gekoppelt sind, daß die Positioniereinheit (1) zur Positionierung des Positionierungskörpers (20 bzw. 21) zumindest in der ersten Positionierungsrichtung durch eine simultane Bewegung beider Antriebseinheiten (8, 9) betätigbar ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkörper (16) starr mit einem von ihm ausgehenden, entlang der ersten Positionierungsrichtung (27) ausgerichteten und an den beiden Antriebseinheiten (8, 9) vorbeiführenden ersten Ausleger (4, 5, 6) verbunden ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierungskörper (20 bzw. 21) starr mit einem von ihm ausgehenden, entlang der zweiten Positionierungsrichtung (28) ausgerichteten, über den Zwischenkörper (16) hinausragenden zweiten Ausleger (19, 21 bzw. 20) verbunden ist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel (22) an beiden Seiten der Antriebssysteme (8, 9) mit dem Zwischenkörper (16) bzw. dem daran angebrachten ersten Ausleger (4, 5, 6) und an beiden Seiten des Zwischenkörpers (16) mit dem Positionierungskörper (21 bzw. 20) bzw. dem daran angebrachten zweiten Ausleger (19, 21 bzw. 20) verbunden sind.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel (22) als Zahnriemen, Keilriemen, Kette oder Seilzug ausgebildet sind.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugmittel (22) aus einem Stück ausgeführt sind.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausleger (4, 5, 6) zugleich als erste Positionierungsachse (27) ausgebildet und im Basiskörper (3) verschiebbar gelagert und geführt ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausleger (19, 21) zugleich als zweite Positionierungsachse (28) ausgebildet und im Zwischenkörper (16) verschiebbar gelagert und geführt ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittel (22) an einem Ende (20) der zweiten Positionierungsachse (19) befestigt, zum Zwischenkörper (16) geführt, dort in Richtung der ersten Positionierungsachse (4, 5) umgelenkt, mit einer Antriebseinheit (8) gekoppelt und zum Ende (6) der ersten Positionierungsachse (4, 5) geführt, wieder umgelenkt, mit der anderen Antriebseinheit gekoppelt und zum Zwischenkörper (16) zurückgeführt ist, wo es erneut umgelenkt und am anderen Ende (21) der zweiten Positionierungsachse (19) befestigt ist.

10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Positionierungsachsen (4, 5, 19) rechtwinklig zueinander stehen.

11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebseinheit (8, 9) mit einem Schrittmotor versehen ist.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittmotoren mit einer Bremse ausgestattet sind.

13. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkrolle oder -walze (7) an dem dem Zwischenkörper (16) gegenüberliegenden Ende (6) der ersten Positionierungsachse (4, 5) zum Verspannen der Zugmittel (22) in Längsrichtung zur Positionierungsachse (4, 5) verstellbar angebracht ist.