DE69128970T2

DE69128970T2 - Bewegungsmechanismus mit vorbestimmter bahn, unter anderem ellipsförmig

Info

Publication number: DE69128970T2
Application number: DE69128970T
Authority: DE
Inventors: Ugo Crippa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: US5534761A; ES2114556T3; EP0586377A1; ITMI911392A0; ITMI911392A1; IT1251017B; EP0586377B1; DE69128970D1; WO1992020495A1; CA2102498A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Bewegen von Artikeln entlang vorgegebener Bahnen.
In vielen industriellen Systemen und Anlagen ist es erforderlich, daß einige Artikel entlang einer vorgegebenen Bahn bewegt werden, insbesondere wenn Produkte zusammengebaut oder bearbeitet werden, um beispielsweise Komponententeile, Elemente und Artikel im allgemeinen zwischen zwei vorbestimmten Positionen des Systems zu übergeben. Zum Beispiel müssen die zusammengebauten oder fertiggestellten Produkte von einem Fertigungsband von der letzten Station zu einer Transporteinrichtung bewegt werden, welche sie zur Qualitätskontrolle, in das Lager oder zur Versandabteilung befördert.
Zum Zwecke der Vereinfachung wird nachstehend ausdrücklich Bezug auf die Übergabe eines fertiggestellten Artikels von dem Fertigungsband (oder der Insel) zu dem Fördersystem genommen, welches die (im allgemeinen von verschiedenen Bändern oder Inseln) gefertigten Artikel sammelt und dieselben zu nachgeordneten Fertigungsschritten führt, obwohl eine derartige Anwendung nur ein veranschaulichendes Beispiel ist, welches in keiner Weise die erfindungsgemäßen Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung einschränkt.
Für diesen Zweck werden gemäß einer bekannten Lösung spezielle Übergabevorrichtungen mit einer Zwischenstation und mit einem Förderwagen oder dergleichen verwendet, der mit einer Greifeinrichtung ausgestattet und geeignet ist, sich entlang einer im allgemeinen quer in Bezug auf die Speiserichtung des Fertigungsbandes und/oder des Abtransportförderbandes verlaufenden Schiene oder Führung zu bewegen.
Eine derartige Übergabeeinrichtung hat sich aus verschiedenen Gründen als nicht zufriedenstellend erwiesen. Zuallererst stellt die Vorrichtung ein beträchtliches und permanentes Hindernis aufgrund des Vorhandenseins einer Führungseinrichtung dar, und erfordert im allgemeinen eine spezielle Konstruktion als Folge der Merkmale des Systems, wie z.B. dem Abstand zwischen dem Fertigungsband und der Übergabevorrichtung.
Zweitens sind die Leistungen der Vorrichtung ziemlich schlecht. Beispielsweise werden im allgemeinen zwei auf einem Stützelement eingespannte Greifeinrichtungen (Zangen oder dergleichen) benötigt, um die Übergabebewegung zu erzielen, und den Artikel auf den Förderwagen abzulegen oder ihn davon aufzunehmen, die Übergabegeschwindigkeit ist niedrig (etwa 1 Meter/Sekunde) und die Ablauffolge der Schritte verlängert die Gesamtübergabezeit noch mehr. Zusätzlich ist in der Praxis, obwohl die verfolgte Bahn (Bewegungsgesetz) theoretisch programmiert werden kann, diese üblicherweise nicht ökonomisch und die Vorrichtung kann folglich lärmend sein.
Die Verwendung eines echten Roboters mit einem Arm mit vier Freiheitsgraden und einer Greifeinrichtung an dessen Ende wurde ebenfalls bereits vorgeschlagen. Jedoch erfordert eine derartige Lösung, obwohl sie ein reduziertes Umfeld und eine gute Flexibilität sowohl für die Anwendbarkeit als auch Möglichkeiten unterschiedlicher Bahnen zuläßt, den Einsatz einer Vorrichtung, welche unzweifelhaft in Bezug auf die durchzuführende Aufgabe überqualifiziert ist, und demzufolge deren unzureichende Ausnutzung mit sich bringt, nämlich hohe Kosten, da getrennte Motoreinrichtungen für jede Bewegung erforderlich sind und jeder Arm seinen eigenen Antriebsmotor aufweist.
Aus der DE-A-2802738 ist ein Übergabemechanismus mit zwei Armen bekannt, wovon ein abhängiger Arm drehbar auf dem äußeren Ende eines Hauptarms montiert ist, der sich ebenfalls um sein gegenüberliegendes Ende dreht, wobei der abhängige Arm kürzer als der Hauptarm ist. Die von dem äußerten Ende des zweiten Arms beschriebene Bahn weist eine Form auf, die so festgelegt ist, daß sie abhängig von den Übersetzungsverhältnissen und den Armlängen variiert, aber bevorzugt gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen auf eine Hin- und Herbewegung entlang eines vorgegebenen Winkels oder einer Länge einer alternativen geradlinigen, nichtharmonischen Bewegung beschränkt ist. Eine kontinuierliche Rotation des Arms über 360º, welche im Prinzip realisiert werden könnte, würde ebenfalls laut Offenbarung zu einer polygonalen Bahn mit abgerundeten Ecken führen.
Ferner erfolgt die alternative lineare Bewegung in einem gewissen Abstand von dem Stützgestell, welches somit eine von einer zentralen Stelle in Bezug auf die sich ergebende Bahn abweichende Lage einnimmt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Überwindung der vorstehend veranschaulichten Unzulänglichkeiten und Einschränkungen der bekannten Vorrichtungen, und insbesondere in der Bereitstellung eines selbsttragenden Mechanismus einfacher Konstruktion und demzufolge niedriger Kosten, welcher gleichzeitig flexibel einsetzbar ist, an unterschiedliche Situationen mit begrenztem Umfeld anpaßbar ist und keine festen Einbauten für seinen Betrieb benötigt. Es hat sich herausgestellt, daß die in den praktischen Fällen gemäß vorstehender Beispiele verwendeten verschiedenen Bahnen vorteilhaft so gestaltet werden können, daß sie sich in den meisten Fällen von einer elliptischen Bahn ableiten lassen, welche bevorzugt in jedem Falle durch das äußere Ende des zweiten Arms beschrieben werden sollte, wodurch Artikel von einem Punkt zu einem anderen eines festen vorgegebenen Rasters mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeitsveränderung von einem Minimalwert am Anfang und am Ende der Versetzung bis zu einem Maximalwert in einer Mittelposition versetzt werden können.
Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus bereitzustellen, welcher, nur durch eine einzige Antriebseinrichtung angetrieben, in der Lage ist, zumindest mit dem äußeren Ende des zweiten Arms einer kontinuierlichen Bahn gemäß der allgemeinen Gleichung einer Ellipse zu folgen, deren Mittelpunkt dem Stützgestell entspricht, genauer gesagt der Gelenkachse des ersten Armes auf dem Stützgestell.
Diese Aufgaben werden mit dem Mechanismus gemäß Definition in Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch eine kontinuierliche gleichmäßige Rotation der drei Arme eine harmonische geradlinige Bewegung an dem äußeren Ende des dritten, ganz außen befindlichen Armes erzielt werden kann.
Die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erleichtert deren Einsatz auf verschiedenen Gebieten, welche den schnellen Transport von Artikeln entlang einer vorgegebenen Bahn, sogar mit der Möglichkeit einer Rotation des Artikels um einen vorgegebenen Winkel, so wie den Eintritt in enge Räume ermöglicht, die kaum mit herkömmlichen Vorrichtungen erreichbar sind.
Der erfindungsgemäße Mechanismus erlaubt es, eine große Vielfalt von Bahnen zu erzielen. Ferner verwendet die Fördervorrichtung nur einen Antrieb, mittels welchem eine Reihe von Bewegungen erzielt werden können und der, wenn der Mechanismus auf die halbe Auslenkung zurückgezogen ist, einen sehr reduzierten belegten Raum nur in dem Bereich des Stützgestells aufweist, dessen zentrale Position den gesamten Auslegerarm zwischen den Außenpunkten des auszuführenden Bahn um die Hälfte reduziert.
Diese und zusätzliche Merkmale werden zusammen mit den entsprechenden Vorteilen aus der nachstehenden Beschreibung einiger bevorzugter, nicht einschränkender Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mechanismus in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. In diesen stellen dar:
Fig. 1 in schematisierter Perspektive die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Mechanismus mit drei Armen als eine Fördervorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht, welche die Betriebsweise des Mechanismus von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine Möglichkeit der Verwendung des erfindungsgemäßen Mechanismus als eine Fördervorrichtung in einem Montagesystem;
Fig. 4 in schematisierter Draufsicht, eine spezifische Ausführungsform der Antriebsvorrichtung mittels eines Zylinderpaares mit unter Druck stehendem Fluid;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mechanismus;
Fig. 5a in einem größerem Maßstab das mit X und einer punktierten Linie eingekreiste Detail von Fig. 5;
Fig. 6 bis 9 verschiedene mögliche Bahnen, die von dem erfindungsgemäßen Mechanismus ausgeführt werden;
Fig. 10 in geometrischer Darstellung, wie eine elliptische Bahn mit einem erfindungsgemäßen Mechanismus erzielt werden kann; und
Fig. 11 eine Ausführungsform eines Mechanismus mit zwei Armen, der für das Abfahren einer elliptischen Bahn in einer vertikalen Ebene geeignet ist.
Gemäß Fig. 1 weist der erfindungsgemäße Mechanismus ein Stützgestell 1, ausgestattet mit einer beliebigen, nicht dargestellten Antriebseinrichtung, wie z.B. mit einem hydraulischen Zylinder oder einem Elektromotor, und drei jeweils an den Enden miteinander verbundene Arme 3, 4 und 5 auf. Die Querabmessung oder Dicke der drei Arme nimmt aus statischen Gründen nach außen hin ab, und die zwei Enden jedes Arms sind auch zwecks Identifikation als inneres bzw. äußeres Ende definiert, wobei mit dem inneren Ende das näher an der Achse a des Stützgestells 1 liegende gemeint ist.
Das freie Ende des Arms 5 trägt eine Greifeinrichtung, wie z.B. ein einfaches Halteprofil oder eine Klammer 30, und das innere Ende von Arm 3 ist mit dem Gestell 1 verbunden. Die Arme 3, 4 und 5 werden bevorzugt um wechselseitig parallele Achsen (a, b, c, im Beispiel von Fig. 1 vertikale) gedreht. Diese Rotationsbewegungen werden alle zusammen mit der sich ergebenden Translation und möglichen Rotation der Klammer 30 durch den einzigen Motor in dem Gestell über später noch zu beschreibende Getriebemittel gesteuert.
Nun wird Bezug auf Fig. 2 genommen, welche in schematischer Form einen Längsschnitt einer Ausführungsform, wiederum mit drei Armen, des Mechanismus darstellt, und wobei dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für dieselben oder im wesentlichen äquivalenten Teile verwendet wurden.
An dem Stützgestell 1 ist an einer äußeren Position eine Antriebseinrichtung montiert, welche aus einem elektrischen Motor 2 besteht, dessen Welle ein Zahnrad 10 antreibt, das mit einem Getrieberad 11 in Eingriff steht, welches eine Einheit mit dem ersten Arm 3 bildet, der mit einem Ende drehbar mit dem Stützgestell verbunden ist. Daher kann sich der Arm 3 bei Betätigung der Motoreinrichtung 2 um die Achse a drehen.
In der Beschreibung wird noch Bezug auf Getriebemittel genommen, die auf Zahnrädern und Ketten oder auf Riemen und Zahnriemenscheiben, die ebenfalls gezahnt sind, basieren, wobei aber deutlich ist, daß auch andere äquivalente Getriebemittel verwendet werden können, ohne deshalb den Schutzumfang der Erfindung zu überschreiten.
Der zweite Arm 4 ist mit seinem inneren Ende drehbar mit dem anderen (äußeren) Ende des ersten Arms 3 verbunden. Der zweite Arm 4 wird von einem ersten Getriebemittel 13 zu einer Rotation, bezogen auf den ersten Arm 3, veranlaßt, welches beispielsweise aus einem Zahnriemen besteht, der um Zahnräder 12 und 14 herum gelegt ist, die an den zwei Enden, nämlich dem inneren und äußeren, des ersten Arms 3 angeordnet sind.
Das Zahnrad 12 mit der Achse a ist auf einer kurzen vertikalen Welle 21 montiert, die fest an ihren unteren Abschnitt an dem Gestell 1 montiert ist, und ist über den Riemen 13 mit einen zweiten Zahnrad mit einem zweiten Zahnrad 14 verbunden. Dieses letztere, mit der Achse b, ist auf dem Ende einer kurzen vertikalen Welle 22 montiert, deren anderes Ende eine Einheit mit dem Körper des zweiten Arms 4 bildet. Die Wellen 21, 22 fallen mit den Rotationsachsen a, b des ersten bzw. zweiten Armes zusammen. Die erste dieser Achsen ist feststehend, während sich die zweite zusammen mit dem äußeren Ende des Armes 3 bewegt und somit einer kreisförmigen Bahn folgt. Wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, können diese Achsen durch an den Armenden ausgebildeten Buchsen hindurchtreten, oder die Konstruktion kann anders sein, so wie sie in Fig. 5 und 5a dargestellt ist
Für das erste Getriebemittel ist ein Übersetzungsverhältnis τ1 definiert, wobei τ1 das Verhältnis der Zähneanzahl der zwei Zahnräder ist. Es ist klar, daß bei Verwendung verschiedener Getriebemittel, wie nachstehend geschildert, das Verhältnis τ1 allgemeiner als das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten, wie z.B. des ersten Zahnrades 11 (und demzufolge des ersten Arms 3) und des zweiten Arms 4 bezogen auf den ersten definiert wird.
Der dritte Arm 5 ist mit seinem inneren Ende drehbar mit dem anderen (äußeren) Ende des zweiten Armes 4 verbunden und das äußere Ende des Arms 5 ist mit einer Klammer 30 oder einer beliebigen die Greifeinrichtung bereitstellenden Haltevorrichtung versehen.
Der dritte Arm 5 wird zu einer Rotation bezogen auf den zweiten Arm 4 durch ein zweites Getriebemittel 16 veranlaßt, das von einem Riemen gebildet wird, der um zwei Zahnräder 15, 17 herumgelegt ist, die an beiden Enden des zweiten Arms vorgesehen sind. Das Zahnrad 15 ist axial durchbohrt, um den Durchtritt eine kurzen Welle oder Nabe 22 zu ermöglichen, und bildet eine Einheit mit dem äußeren Ende des Arms 3. Das Zahnrad 17 ist an dem Ende einer kurzen (mit der Achse c zusammenfallenden) Welle oder Nabe 23 montiert, deren anderes Ende mit dem inneren Ende des dritten Armes 5 eine Einheit bildet. Die Übertragungsrate dieser zweiten Einrichtung ist mit τ2 bezeichnet, welche die Winkelgeschwindigkeit des dritten Arms 5 bezogen auf den zweiten Arm bestimmt.
Schließlich ist ein drittes Getriebemittel 19, ausgebildet als ein Riemen und zwei Zahnräder 18, 20, vom Aufbau her ähnlich dem zweiten Getriebemittel, mit einem Übersetzungsverhältnis τ3 vorgesehen. Das Zahnrad 20 ist an dem Ende einer kurzen Welle oder Nabe 24 montiert, deren Rotation bezogen auf die Achse c die Bewegung der Klammer 30 bestimmt, die sich im Raum ergibt und, falls erforderlich und/oder vorgesehen, entsprechend dem Wert von τ3 auch deren mögliche Rotation.
Durch den Betrieb der Antriebseinrichtung 2 wird der Arm 3 zu einer Rotation (um die Achse a) veranlaßt und demzufolge das Zahnrad 14 zu einer Rotation veranlaßt, da es mit dem zweiten Arm 4 verbunden ist. Ferner bewirkt die Rotation des Zahnrades 14 um seine eigene Achse, entsprechend τ1 von dem Riemen 13 und dem Zahnrad 12 angetrieben, die Rotation des zweiten Arms um die Achse b zusätzlich zu einer Umdrehungsbewegung um die Achse a. Gleichzeitig bestimmt die Rotation des zweiten Arms 4 die Rotation des Zahnrades 17 um dessen eigene Achse, und dieses bewirkt, ähnlich dem, was bereits beschrieben wurde, die Rotation des drittes Armes 5 (um die Achse c) sowie die sich daraus ergebende Bahn von dessen freien Ende, wie bereits erläutert, nur mit einer transiatorischen Bewegung der Klammer oder auch mit einer möglichen Rotation um deren Achse gemäß τ3.
Fig. 3 veranschaulicht wie die Fördervorrichtung verwendet wird, um einen Artikel 40 von einem Fertigungsband 41, bei dem der Artikel von einer Klammer 42 gehalten wird, an ein Förderband 43 zu übergeben, bei dem der Artikel von einer Klammer 44 aufgenommen und transportiert wird. Mit durchgezogenen Linien ist die Fördervorrichtung mit auf das Band 41 zu ausgefahrenen Armen 3, 4 und 5 (nicht notwendigerweise bei maximaler Auslenkung) dargestellt, während durch gestrichelte Linien die Fördervorrichtung mit auf das Band 43 zu ausgefahrenen Armen 3, 4 und 5 dargestellt ist. Obwohl es zu bevorzugen ist, muß die Auslenkung nicht notwendigerweise in beiden Fällen symmetrisch sein. Ein von einem unter Druck stehendem Fluid betätigter Zylinder ist hier als Antriebseinrichtung 2 dargestellt.
Ferner sollte klar erkennbar sein, daß, falls es erforderlich ist, der Artikel 40 während der Übergabe eine Rotation erfahren kann, wodurch er ein Förderband 43 um n Grad bezogen auf die Lage verdreht erreichen kann, mit welcher er von dem Band 41 aufgenommen wurde.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 bis 3 sind die Arme 3, 4, 5 bevorzugt als langgestreckte geschlossene Körper ausgebildet, in deren Inneren die entsprechenden Getriebemittel angeordnet sind. Diese Lösung wird aus verschiedenen Gründen bevorzugt, insbesondere zum Schutz der Getriebemittel gegen Staub, Feuchtigkeit und andere schädigende Substanzen sowie auch um deren Platzbedarf zu reduzieren als auch aus Sicherheitsgründen zugunsten des Personals, wobei jedoch auch andere Lösungen angewendet werden könnten, welche ein Fachmann auf diesem Gebiet leicht und jederzeit für spezielle Fälle finden kann.
Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform der Fördervorrichtung dar, in welcher die Antriebseinrichtung von einem Paar (hydraulischer oder pneumatischer) Zylinder 2A, 2B, beide mit Kolben 32A, 32B ausgestattet, gebildet wird, die bei 33A bis 33D an Hebeln 34, 35 angelenkt sind, und somit einer Motorwelle 31 die notwendige bidirektionale Rotation verleihen. Bei Verwendung von doppelt wirkenden Zylindern kann man eine Bewegung mit nur einem einzigen Zylinder und einer geeigneten Antriebseinrichtung erzielen.
Fig. 5 und 5a stellen deutlich eine bevorzugte Ausführungsform der Verbindungen zwischen den Armen dar.
In Fig. 5 und 5a tragen entsprechende oder ähnliche Teile zu solchen bereits beschriebener Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen. Die Antriebseinrichtung 2 ist in diesem Falle ein hydraulischer Motor in koaxialer Anordnung mit einem Planetengetriebe zur Drehzahlreduzierung, an dessen Abtrieb als Einheit damit ausgeführt ein Ritzel 10 für einen Eingriff mit einem Zahnrad 11 mit Innenverzahnung montiert ist, das mit dem ersten Arm 3 eine Einheit bildet und koaxial zu dessen Rotationsachse a angeordnet ist. Ebenso ist auch das Zahnrad 12 koaxial zu der Achse a und auf dem Gestell 1 mittels der Struktur 21 befestigt. Das zweite Zahnrad 14 ist an dem inneren Ende von Arm 3 um die Rotationsachse b des zweiten Arms 4, eine Einheit mit dem Arm 4 selbst bildend, wie in der Ausführungsform von Fig. 2 montiert. Das erste Getriebemittel 13 zwischen den zwei Rädern 12, 14 wird in diesem Falle von einem Zwischenzahnrad bereitgestellt, das sich um eine Achse 13a drehen kann, welche in einer Einheit mit dem ersten Arm 3 ausgebildet ist.
Wiederum koaxial zu der Achse b und als Einheit mit dem ersten Arm 3 ausgeführt ist ein erstes Kegelrad 15a in Eingriff mit einem zweiten Kegelrad 15b vorgesehen, welches starr über eine Welle 16 entlang des zweiten Arms 4 mit einem weiteren Kegelrad 17a in der Nähe des äußeren Endes des zweiten Arms 4 verbunden ist. Ein weiteres Kegelrad 17b steht in Eingriff mit dem Kegelrad 17a und ist als Einheit mit dem dritten Arm 5 ausgebildet für eine Rotation um die Rotationsachse c des letzteren an dessen inneren Ende montiert. Ferner ist koaxial zu der Achse c, als Einheit mit dem zweiten Arm 4 ausgebildet, das andere Zahnrad 18 montiert, welches in diesem Falle mit dem äußerten Zahnrad 20, an dem Ende des dritten Arms 5, über ein Getriebemittel 19 verbunden ist, welches als Drehzahlreduzierungsgetriebe vorgesehen ist. Der Antrieb zwischen dem Reduzierungszahnrädern 19 und den Zahnrädern 18 und 20 wird beispielsweise mittels Zahnriemen 19a bzw. 19b bereitgestellt. Durch Verwendung des Reduzierungsgetriebes 19 ist es möglich, das Übersetzungsverhältnis τ3 zu reduzieren, und demzufolge Rotationsveränderungen in die Achse des Zahnrades 20, d.h., in das sogenannte "Handgelenk" des Mechanismus einzubringen, auf welchem die Greifeinrichtung 30 montiert ist.
Ausgehend von dem Vorstehenden sind die konstruktiven Varianten im Hinblick auf die unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Ausführungsform augenscheinlich, aber es wird klar erkennbar sein, daß diese Ausführungsformen vollständig äquivalent sind, wobei die Übersetzungsverhältnisse τ1, τ2 und τ3 in jedem Falle von dem Verhältnis der Durchmesser oder der Zähneanzahl abhängig sind, das die Getrieberäder, Zahnräder, Kegelradpaare oder dergl. aufweisen, die an den inneren und äußeren Enden jedes Arms vorhanden sind, wobei Veränderung von τ3 aufgrund des Vorhandenseins des Drehzahlreduzierungsgetriebes 19 möglich sind.
Zusätzlich sei angemerkt, daß der Betrieb mittels eines Hydraulikmotors, wie er hier angenommen wird, es dem Mechanismus ermöglicht, auf relativ einfache Weise kontinuierliche Rotationsbewegungen oder alternierende Bewegungen auszuführen. Ferner ist an einem Kegelrad jedes Paares und zwar an dem Kegelrad 15b und 17a, eine auch als "Adapter" 25, 27 bezeichnete Reibschlußeinheit angebracht, um die Arme hauptsächlich für die Einstellung der reziproken Positionen für die Veränderung der Exzentrizität der sich ergebenden elliptischen Bewegungen (siehe nachstehende Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 10) aufeinander abzustimmen.
Die Folge daraus ist, daß die Bewegung der Arme durch feste Getriebemittel vorgegeben ist, während das "Handgelenk" oder die Achse der Greifeinrichtung 30, zusammenfallend mit dem Zahnrad 20, von Zahnriemen angetrieben wird. Die Größe dieses äußeren Zahnrades 20 oder "Handgelenks" wird auch vorteilhaft durch die Anwendung des Drehzahlreduzierungsgetriebes 19 reduziert, da das geeignetste Übersetzungsverhältnis τ3 durch einen Eingriff an den Reduzierungsgetriebe 19 selbst, statt an dem relativen Größenverhältnis zwischen den Zahnrädern 18, 20 erzielt werden kann. Anhand von Fig. 5, 5a ist ebenfalls deutlich, daß die Armverbindungen wechselseitig über vorbelastete Stufengehäuse mit Radial-, Axial- und Anti-Kipp- Funktionen verbunden sind (siehe vergrößertes Detail 28).
In der Ausführungsform von Fig. 5 und 5a sind zusätzlich einige vorteilhafte Möglichkeiten vorgesehen, wie z.B. die der Zulassung des Durchtrittes von Rotationsverbindern durch die Armverbindungen hindurch, um zu dem "Handgelenk" d.h. zu der Einrichtung 30, elektrische, hydraulische und pneumatische Speiseleitungen auch bei kontinuierlicher Rotation der Arme zuzuführen. Durch das Stützgestell 1 kann man auch eine als Führung für den gesamten Mechanismus geeignete Säule im Hinblick auf eine mögliche vertikale Bewegung hindurchtreten lassen, die bevorzugt von einem hydraulischen Zylinder ausgeführt wird, und wenn dieses der Fall ist, kann als Ersatz des Stützgestells selbst ein Differentialgetriebe angewendet werden, das von einem zweiten Motor zusätzlich zu der Antriebseinrichtung 2 angetrieben wird, wodurch zwei angetriebene Achsen miß einer Lösung erzielt werden, welche insbesondere im Falle einer merklichen Auslenkung der Arme über einen breiten Arbeitsbereich vorteilhaft sein kann.
Schließlich wird klar zu erkennen sein, daß in Fig. 5 die Länge des zweiten Arms in doppelter Länge des ersten und dritten Armes ausgeführt ist, welche gleich sind. Mit diesen Größenverhältnissen erfolgt die Rotation des Arms 4 immer um dessen Mittelpunkt mit einem daraus folgenden reduzierten Trägheitsmoment.
Die Bahn, entlang der sich die Greifeinrichtung bewegt, kann verschiedenartig sein und ist durch die Wahl der Übersetzungsverhältnisse τ1 und τ2 neben der relativen Länge der Arme definiert.
Im allgemeinen werden gekrümmte Bahnen erzielt, welche abhängig von der Anzahl der Arme des Mechanismus sehr stark voneinander abweichen können. Während die Achse a immer einem Kreisumfang folgt, beschreibt die Achse b an dem Ende des zweiten Armes in nahezu allen Fällen eine Ellipse, wie es aus den unterbrochenen Linien der Fig. 6 bis 9 ersichtlich ist. In den Ausführungsformen mit drei Armen, bei denen an dem freien Ende des dritten Arms ("Handgelenk") eine Greifeinrichtung montiert ist, können die am häufigsten variierten Bahnen von der geradlinigen von Fig. 6, die eine lineare harmonische Bewegung ausführt, zu der elliptischen mit angewinkelten Achsen, bezogen auf die von dem zweiten Armende beschriebene Ellipse (siehe Fig. 7), bis zu dem mit doppelter Eiform mit zentralem Knoten, die als gekreuzte Ellipse bezeichnet werden kann (Fig. 8), welche auch zu Bahnen mit mehreren Kreuzungspunkten, und somit zu Ausbildung dreiblättrigen Kurven oder zyklischen Bahnen wie in Fig. 9 führen kann, erhalten werden. Die Parameter für die Erzielung all dieser Bahnarten (wobei sogar noch komplexere mit einer größeren Zahl von Armen erzielt werden könnten) sind immer noch das Verhältnis zwischen den Längen der verschiedenen Arme, das zugeordnete Übersetzungsverhältnis und die wechselseitige räumliche Beziehung zwischen den Armen selbst.
Besonders wichtig ist die geradlinige harmonische Bewegungsbahn von Fig. 6, mit welcher der Mechanismus auf dem Gebiet langer Auslegerbeschickungsvorrichtungen mit reduzierter Fehleranzahl bei Wiederholungen eingesetzt werden kann, da er beispielsweise als ein Mechanismus für die reziproke Bewegung des Sattelschlitten einer Hobelmaschine oder eines andere Maschinenwerkzeugs eingefügt werden kann.
Andererseits kann bei gekrümmten Bahnen der transportierte Körper entlang gekrümmter Kurvenbahnen mit beträchtlichen Frequenzen und unter Ausnutzung der Möglichkeit Hindernisse oder dergleichen zu meiden, so geführt werden, daß er exakt an einem vorgegebenen Punkt an dem Ende der Auslenkung und in der gewünschten Ausrichtung eingeführt wird.
In Fig. 10 kann man sehen, wie eine elliptische Bahn erzielt werden kann und daraus durch eine geeignete Variation von Parametern entweder eine kreisförmige oder eine harmonische geradlinige Bewegung, welche als Sonderfälle einer Ellipse betrachtet werden können. Wenn zwei kartesische Achsen X und Y mit dem Ursprung 0 im Ellipsenzentrum angenommen werden, das der Achse a des ersten Armes gemäß vorhergehender Betrachtung entspricht, hat man, wenn d die Länge des ersten Armes, 2d die des zweiten Armes und v dem dritten Arm zugeordnet ist, als Konsequenz, daß die längere Achse der Ellipse 3d+v=4d+(v-d) entspricht, wobei (v-d) gleich der kürzeren Achse b ist und in jedem Moment die Abszisse xP eines Punktes P auf der Bahn, der der Position des transportierten Artikels zugeordnet ist, gleich xP=[4d+ (v-d)]sinβ ist, wobei β der zwischen den Armen eingeschlossene Halbwinkel ist, wenn angenommen wird, daß die idealerweise von den Armen mit der Achse X erzeugten Dreiecke alle gleichschenklige Dreiecke sind. Die andere Konsequenz ist die, daß die Ordinate yP des Punktes P gleich yP=(v-d)cosβ ist.
Die allgemeine Gleichung einer Ellipse ist bekanntermaßen gegeben durch:
und, wenn die vorstehend angegebenen Werte für die Koordinaten des Punktes P eingesetzt werden, wird:
erhalten, was ein in der Geometrie allgemein bekanntes Ergebnis ist. Daher ist die Ellipsengleichung erfüllt und dieses ist eine Bestätigung, daß der Punkt tatsächlich eine elliptische Bahn beschreibt, bei welchem die Exzentrizität e=c/a< 1 ist, wobei c = (a² - b²) ist. Daraus ergibt sich, daß für v-d=0, d.h., wenn der dritte Arm die gleiche Länge wie der erste Arm, gleich der Hälfte der zweiten Armlänge aufweist, man e=1 erhält und sich die Ellipse so abflacht, daß man eine mit der Achse X zusammenfallende gerade Linie erhält. Die sich ergebende Bewegung ist dadurch eine harmonische geradlinige Bewegung. Wenn a=b ist, ist die Konsequenz e=0 und eine kreisförmige Bahn.
In Fig. 11 ist ein erfindungsgemäßer Mechanismus dargestellt, welcher nur zwei Arme aufweist, deren elliptische Bahn in einer im wesentlichen vertikalen Ebene verläuft. Sachlich sind in diesem Falle im Gegensatz zu allen zuvor dargestellten Ausführungsformen die Armachsen horizontal. Dieses System erfordert einen Belastungsausgleich und ermöglicht die Übergabe eines Artikels 51, der in der Zeichnung pilzförmig dargestellt ist, der insbesondere auf einem Halteprofil 50 aufliegt, das sich unter Beibehaltung einer konstanten horizontalen Ausrichtung ohne jede Beeinträchtigung an Aufnahme- und Abgabestationen 52 und 53 bewegt, wenn die Rotation in der durch einen Pfeil F dargestellten Richtung erfolgt. Es sollte ferner klar erkennbar sein, daß dank eines allgemein bekannten physikalischen Gesetzes die Momentangeschwindigkeit entlang der durch eine gleichförmige kreisförmige Bewegung erzeugten elliptischen Bahn einer kontinuierlichen Veränderung unterworfen ist. Eine derartige Geschwindigkeit weist ihren niedrigsten Wert an dem Punkt auf, an dem der Artikel aufgenommen bzw. abgegeben wird (mit anderen Worten: sie ist invers proportional zum Abstand vom Ellipsenmittelpunkt).
Wie vorstehend bereits erwähnt, kann jedes Getriebemittel durch eine andere Vorrichtung im Hinblick auf die dargestellten, wie z.B. durch flache Riemen, Ketten, Zahnräder, Zahnstangen, Stahlbänder, metallische und nichtmetallische Seile, Hebel oder auch durch Kombinationen dieser Elemente untereinander bereitgestellt werden.
Was die Antriebseinrichtung betrifft, kann diese eine Elektromotor, vom Gleichstrom- oder Wechselstromtyp, oder ein hydraulischer Motor (Fig. 5) oder eine beliebigen andere Vorrichtung wie z.B. ein in Fig. 3 und 4 dargestellter Zylinder sein.
Es zeigt sich klar der erzielte erfindungsgemäße Vorteil hinsichtlich der Möglichkeit der Reduzierung der gesamten Auslegerlänge, da sich das Stützgestell in der Mitte der auszuführenden Auslenkung befindet; ein noch mehr zu würdigender Vorteil im Falle der Förderung schwerer Artikel.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische und bevorzugte Ausführungsformen, und insbesondere auf eine Fördervorrichtung beschrieben wurde, sollte sie nicht auf eine solche Beschreibung eingeschränkt betrachtet werden, sondern sollte sich so weit erstrecken, daß sie zusätzliche Varianten und Modifikationen einschließt, welche sich innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gemäß Definition durch die Ansprüche befinden, von denen nur einige vorstehend im Rahmen eines Beispiels gezeigt wurden, ohne alle Möglichkeiten der Erfindung durchzuspielen. Insbesondere können dann, wenn bestimmte, im Fachgebiet bekannte spezielle Motoreinrichtungen verwendet werden, Zwischenstoppunkte an vorgegebenen Stationen entlang der Bahn bestimmt werden, welche jederzeit nach Bedarf gewählt werden.

Claims

1. Mechanismus zum Bewegen von Artikeln entlang vorgegebener Bahnen, aufweisend ein mit einer Motoreinrichtung (2) versehenes Stützgestell (1) und mindestens zwei Arme (3, 4; 5) mit jeweiligen Rotationsachsen (a, b; c), wobei jeder Arm ein zu dem Stützgestell (1) hin gelegenes inneres Ende und ein davon entfernt gelegenes äußeres Ende aufweist, wobei das innere Ende jedes Arms drehbar mit dem äußeren Ende des näher an dem Stützgestell befindlichen angrenzenden Armes verbunden ist, wobei das innere Ende des ersten, nächstgelegenen Armes (3) drehbar mit dem Stützgestell (1) für eine Rotation durch die Motoreinrichtung (2) angebracht ist, und der letzte, äußerste Arm (4; 5) an seinem freiem Ende mit einer Greifeinrichtung (30) versehen ist; Getriebemittel (13, 16; 19), die jeweils im Inneren jedes Arms (3, 4; 5) mit entsprechenden Übersetzungsverhältnissen (τ1, τ2; τ3) vorgesehen sind und die eine relative Rotation zwischen diesem Arm und dem angrenzenden äußeren Arm und zwischen dem äußersten Arm (4; 5) und der Greifeinrichtung (30) bewirken, wobei die sich ergebende Bewegung der Greifeinrichtung (30) entlang einer gekrümmten oder geraden Bahn von den Übersetzungsverhältnissen (τ1, τ2; τ3) sowie auch von den Längen und der Anzahl dieser Arme (3, 4; 5) bestimmt wird, wobei die Länge des zweiten Arms (4) größer als die des ersten Armes (3) ist, und wobei die Übersetzungsverhältnisse und die Anordnung der Arme und der Greifeinrichtung so sind, daß sie eine kontinuierliche Armrotation erlauben, und so, daß das äußere Ende des zweiten Arms (4) eine nicht-lineare elliptische Bahn beschreibt, deren Mittelpunkt mit der Rotationsachse (a) zwischen dem ersten Arm (3) und dem Stützgestell (1) zusammenfällt.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, aufweisend drei Arme (3, 4, 5), wobei die Länge des zweiten Arms (4) das doppelte der Länge des ersten Armes (3) oder des dritten Armes (5) ist, der erste und dritte Arm dieselbe Länge aufweisen, und die Bahn der Greifeinrichtung (30) an dem äußeren Ende des dritten Armes (5) über eine harmonische geradlinige Bewegung erzielt wird, wenn die Arme (3, 4, 5) einer gleichmäßigen kreisförmigen Bewegung unterworfen werden.

3. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei: das erste Getriebemittel (13) ein erstes Zahnrad oder eine Zahnriemenscheibe (12) aufweist, die als Einheit über eine kurze vertikale Welle (21) an dem Stützgestell (1) und koaxial zu der Rotationsachse (a) des ersten Arms (3) montiert ist, wobei ein Zahnriemen oder eine Kettenantriebseinrichtung das erste Zahnrad oder die Zahnriemenscheibe (12) mit einem zweiten Zahnrad oder einer Zahnriemenscheibe (14) verbindet, welche koaxial zu der Rotationsachse (b) des zweiten Arms (4) angeordnet und fest auf einem Ende einer zweiten vertikalen Welle (22) montiert ist; das zweite Getriebemittel (16) ein drittes Zahnrad oder eine Zahnriemenscheibe (15) aufweist, die fest an einem anderen Ende der zweiten Welle (22) koaxial zu der Achse (b) und mit dem zweiten Arm (4) ein Einheit bildend montiert ist, wobei ein zweiter Zahnriemen oder eine Kettenantriebseinrichtung das dritte Zahnrad oder die Zahnriemenscheibe (15) mit einem vierten Zahnrad oder einer Zahnriemenscheibe (17) verbindet, welche koaxial zu der Rotationsachse (c) des dritten Arms (5) angeordnet und fest auf einem Ende einer dritten vertikalen Welle (23) montiert ist; wobei das dritte Getriebemittel (19) ein fünftes Zahnrad oder eine Zahnriemenscheibe (18) aufweist, die fest an einem anderen Ende der dritten Welle (23) koaxial zu der Achse (c) und mit dem dritten Arm (5) eine Einheit bildend montiert ist, wobei ein dritter Zahnriemen oder eine Kettenantriebseinrichtung das fünfte Zahnrad oder die Zahnriemenscheibe (18) mit einem sechsten Zahnrad oder einer Zahnriemenscheibe (20) verbindet, welche fest auf einem Ende einer vierten vertikalen Welle (24) montiert ist, an deren anderem Ende die Greifeinrichtung (30) koaxial montiert ist.

4. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei: das erste Getriebemittel (13) eine erste Zahnriemenscheibe (12) aufweist, die mit dem Stützgestell (1) eine Einheit bildend und koaxial zu der Rotationsachse (a) des ersten Arms (3) montiert ist, ein zweites Zahnrad (14), welches koaxial zu der Rotationsachse (b) des zweiten Arms (4) angeordnet ist und damit eine Einheit bildet, und ein Zwischenzahnrad zwischen den Zahnrädern (12, 14) und im Eingriff mit diesen; das zweite Getriebemittel (16) ein erstes Kegelradpaar (15) und ein zweites Kegelradpaar (17) aufweist, wobei das erste Kegelradpaar (15) ein erstes Kegelrad (isa), welches koaxial zu der Achse (b) angeordnet und fest auf dem äußeren Ende des ersten Arms (3) montiert ist, und ein zweites Kegelrad (15b) in Eingriff mit dem ersten und verbunden ohne jede Relativbewegungen mittels Reibschlußeinheiten oder Adapter (25) mit einem langgestreckten rohrförmigen Element (16) aufweist, welches koaxial zu dem zweiten Arm (4) angeordnet ist, an dessen äußeren Ende damit eine Einheit bildend mittels eines zweiten Adapters (27) ein erstes Kegelrad (17a) des zweiten Paars für die Rotation eines zweiten Kegelrades (17b) montiert ist.

5. Mechanismus nach Anspruch 4, wobei: die Anzahl der Arme (3, 4, 5) gleich drei ist, wobei an der Innenseite des dritten Armes (5) ein drittes Getriebemittel (19) vorgesehen ist, das als ein Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe (19) ausgebildet ist, um mit einem variablen Übersetzungsverhältnis ein Zahnrad (18) an dem inneren Ende des dritten Arms (5), das koaxial zu der Rotationsachse (c) und eine Einheit mit dem äußeren Ende des zweiten Arms (4) bildend angeordnet ist, mit einem Zahnrad (20) an dem äußeren Ende des dritten Arms (5) zu verbinden, das koaxial zu der Achse einer möglichen Rotation der Greifeinrichtung (30) angeordnet ist, wobei das Reduktionsgetriebe mit den Zahnrädern (18, 20) mittels Zahnriemen (19a, 19b) verbunden ist; das zweite Kegelrad (17b) des zweiten Kegelradpaares (17) fest an dem äußeren Ende des zweiten Armes (4) koaxial zu der Rotationsachse (c) des dritten Arms (5) befestigt ist.

6. Mechanismus nach Anspruch 4, wobei die Anzahl der Arme (3, 4, 5) gleich drei ist, und das dritte Getriebemittel (19) in dem dritten Arm (5) eine feste Verbindung ähnlich dem zweiten Getriebemittel (16) in dem zweiten Arm (4) ist.

7. Mechanismus nach Anspruch 4, wobei die Anzahl der Arme (3, 4) gleich zwei ist, die Greifeinrichtung (30) an dem äußeren Ende des zweiten Arms (4) befestigt und mit dem zweiten Kegelrad (17b) des zweiten Kegelradpaares (17) verbunden ist.

8. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die Rotationsachsen (a, b; c) vertikal sind.

9. Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die Rotationsachsen (a, b; c) horizontal sind und die Arme für eine Bewegung in einer vertikalen Ebene ausbalanciert sind.

10. Mechanismus nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Greifeinrichtung (30) als ein Übergabehalteprofil (50) mit einer konstanten horizontalen Ausrichtung für den Transport von Artikeln ausgelegt ist, welche lediglich aufgrund der Schwerkraft darauf ruhen.

11. Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Achsen (a, b; c) zueinander parallel ohne Überschneidung mit dem Stützgestell (1) sind, und das Übersetzungsverhältnis (τ1) so ist, daß eine Rotation β des ersten Arms (3) einer Rotation von 2β des zweiten Arms (4) in der entgegengesetzten Richtung entspricht.

12. Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Greifeinrichtung (30) von einer unabhängigen Betätigungseinrichtung betrieben wird, welche über Verbindungselemente gespeist wird, die durch die Arme (3, 4; 5) hindurchtreten.

13. Mechanismus nach Anspruch 4, wobei Anti-Kipp-Rotationseinrichtungen (28) in der Form vorgespannter Stufengehäuse-Drucklager, die auch radiale und axiale Anti-Kipp-Funktionen aufweisen, an den Verbindungen von jeweils zwei angrenzenden Armen vorgesehen sind.