WO2000066331A1

WO2000066331A1 - Industrieroboter

Info

Publication number: WO2000066331A1
Application number: PCT/EP2000/002520
Authority: WO
Inventors: Thomas Dehn; Werner Ulrich
Original assignee: Volkswagen Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2000-11-09
Also published as: DE50010114D1; EP1178874A1; EP1178874B1; DE19919662A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter, der mit sechs Achsen ausgestattet ist. Dieser weist einen Drehturm (2) sowie einen Handachsenantrieb (4) auf. Der Handachsenantrieb (4) ist mittels eines Halses (5) mit einem Handachsenkopf (6) verbunden. Der Drehturm (2) weist einen Ausleger (22) auf, an dessen freien Ende das Gelenk der Achse (A2) vorgesehen ist.

Description

Industrieroboter

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter, der mit sechs Achsen ausgestattet ist und einen Drehturm sowie einen Handachsenantrieb aufweist, wobei der Handachsenantrieb mittels eines Halses mit einem Handachsenkopf verbunden ist.

Als Industrieroboter werden automatische Handhabungseinrichtungen bezeichnet, die für den industriellen Einsatz konzipiert sind und in mindestens drei Freiheitsgraden frei programmierbar sind. Sie sind entweder mit Greifern oder Werkzeugen ausgerüstet. Die Verwendung von Industrierobotern trägt zur Reduzierung von körperlichen und Umgebungsbelastungen bei. Sie sind sehr flexibel und ermöglichen folglich bei Veränderungen der betrieblichen Produktionsabläufe schnelle und kostengünstige Umstellungen. Wichtige Teilsysteme eines Industrieroboters sind die Kinematik, das Steuerungssystem, das Antriebssystem, das Wegmeßsystem und das Sensorsystem. Bei der Kinematik unterscheidet man rotartorische und translatorische Elemente.

Bekannte sechsachsige Industrieroboter - Industrieroboter mit sechs Freiheitsgraden - weisen einen Gelenkarm auf. Bei diesen sogenannten Gelenkarmrobotern stellt die Achse, um die der Roboter auf dem Drehturm drehen kann, eine „Achse 1" dar. An dem Drehturm ist der Gelenkarm in unmittelbarer Nähe zu einem Unterbau des Roboters schwenkbar angeordnet. Die Achse, um die diese Schwenkung erfolgt, ist als „Achse 2" bezeichnet. An dem dem Drehturm abgewandten Ende des Gelenkarms ist ein Handachsenantrieb ebenfalls schwenkbar angeordnet. Die Achse, um die der Handachsenantrieb schwenkt, ist als „Achse 3" benannt. Am freien Ende des Handachsenantriebs schließt sich ein Halsstück an, an dem ein Handachsenkopf vorgesehen ist. Hals und Handachsenkopf ermöglichen die Schwenkbarkeit des Roboters um die Achsen 4, 5 und 6.

Für den Fall, daß die bekannten Gelenkarmroboter eine Arbeitsposition einnehmen, bei der Gelenkarm und Hals koaxial zueinander positioniert sind - Gelenkarm und Handachsenantrieb weisen in eine Richtung -, in der also der Roboter seine maximale Auslegerlänge erreicht, treten in der Lagerung der Schwenkachse 2 erhebliche Momente auf. Insbesondere bei großen Traglasten reicht in diesen Fällen der Antrieb des Roboters zur Schwenkung um die Achse 2 nicht aus. Die verwendeten untersetzten Getriebe nehmen dadurch häufig Schaden.

Zur Beseitigung dieses Problems finden üblicherweise Drehmomentunterstützungen Anwendung. Dies bringt jedoch häufig den Nachteil mit sich, daß dadurch der Aktionsbereich des Roboters eingeschränkt wird. Als Drehmomentunterstützung finden beispielsweise Luftzylinder oder mechanische Federn Anwendung, die sich beim Schwenken in den ungünstigen Bereich spannen können und dadurch eine Rückkehr in einen günstigeren Arbeitsbereich unterstützen. Dadurch ist jedoch der konstruktive Aufwand der Industrieroboter erhöht. Weiterhin bedürfen die zusätzlichen Federn ebenfalls der Wartung, was den Wartungsaufwand insgesamt erhöht.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter mit sechs Achsen zu schaffen, bei dem die Belastungen auf die Schwenkachse 2 reduziert sind, so daß keine mechanischen, pneumatischen, hydraulischen oder sonstige konstruktive Maßnahmen zur Abstützung der einwirkenden Momente vorgesehen sein müssen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drehturm einen Ausleger aufweist, an dessen freien Ende das Gelenk der Achse A2 vorgesehen ist.

Mit der Erfindung ist ein mindestens vierachsiger, insbesondere sechsachsiger Industrieroboter geschaffen, bei dem keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen zur Abstützung der Drehmomente erforderlich sind. Infolgedessen ist der konstruktive Aufwand sowie der Aufwand für die Wartung des Industrieroboters insgesamt reduziert. Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Roboter die Achse 2 gegenüber herkömmlichen Robotern höher angeordnet. Es ergibt sich daraus ein kinematisch größerer Arbeitsbereich.

Roboter sind grundsätzlich in allen Achsen frei programmierbar. Vorzugsweise hat der Roboter drei Positionierachsen (A1 - A3) und drei Orientierachsen (A4 - A6). Vorteilhaft erlaubt die erfindungsgemäße Variante eine Traglast in allen Positionen von > 25 kg, vorzugsweise > 40 kg und insbesondere > 80 kg. Der Arbeitsbereich beträgt hier (A1 bis Flanschhandachsenkopf) > 1 m, vorzugsweise > 1 ,50 m und insbesondere > 2,0 m. Das typische Gewicht beträgt ca. 200 kg - 31.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Handachsenantrieb und dem Ausleger ein Kurbelarm angeordnet. Durch den Kurbelarm ist eine erhöhte Gelenkigkeit des Industrieroboters erreicht. Da der Arbeitsraum vor und hinter dem Roboter nahezu gleich groß ist, ist die Raumausnutzung durch den Roboter verbessert. Mit Hilfe des Kurbelarms kann der Drehwinkel der Achse 2 je nach Ausführung kinematisch größer als 360° sein, insbesondere kann der Kurbelarm durchtauchen (bei angewinkeltem Handachsenhals). Vorteilhaft beträgt der Aktionsradius des Kurbelarmes mindestens 250°, vorzugsweise > 300° und insbesondere > 340°.

Bevorzugt ist auf der dem Handachsenantrieb abgewandten Seite des Kurbelarms ein Motor vorgesehen. Mit dieser Anordnung, bei der der Antrieb der Achse 3 hinter der Drehachse 2 liegt, ist es möglich, den Kurbelarm annähernd statisch auszuwuchten, so daß der Arbeitsbereich nicht eingeschränkt ist, sondern sogar größer sein kann als bei einem Gelenkarmroboter.

Wichtiges Einsatzgebiet von Industrierobotern ist der Einsatz als Schweißroboter. Hierzu können die Roboter einen Schweißtranformator aufnehmen, der die für ein Schweißgerät erforderliche Energieversorgung sicherstellt. Der Schweißtransformator ist bei bekannten Schweißrobotern auf dem Handachsenantrieb montiert. Dies hat eine hohe Getriebebelastung zur Folge, weshalb üblicherweise an dem Handachsenantrieb Gegengewichte angebracht werden. Dies führt jedoch einerseits zu erhöhten Kosten und andererseits in der Regel zu einer Reduzierung des Aktionsradius/des Arbeitsbereichs des Roboters. Deshalb ist in anderer Weiterbildung der Erfindung auf den Drehturm ein Schweißtransformator angeordnet. Auch ist es in Ausgestaltung der Erfindung möglich, den Schweißtransformator auf der dem Hals abgewandten Seite des Drehgelenks um die Achse A3 anzuordnen. Dadurch kann auf das Anbringen von Gegengewichten am Handachsenantrieb verzichtet werden. Auch wird der Arbeitsbereich nicht verkleinert.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:

- Verzicht auf Momentenunterstützung (Feder, Gegengewicht) möglich,

- Durchtauchen des Kurbelarms (A2) möglich,

- statisches Auswuchten des Kurbelarms möglich ohne Einschränkung des hohen Aktionsradius (z. B. mit Motor A3), - etwa kugelförmiger Arbeitsbereich (ohne A1),

- Schweißtrafo auf dem Drehturm möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 : die Seitenansicht eines Industrieroboters mit sechs Achsen;

Figur 2: die Ansicht des in Figur 1 dargestellten Industrieroboters von vorne und

Figur 3: den Industrierobotor nach den Figuren 1 und 2 in verschiedenen Arbeitspositionen mit der Darstellung des möglichen Arbeitsbereichs.

Der als Ausführungsbeispiel gewählte Industrieroboter weist sechs Freiheitsgrade auf. Er ist folglich um sechs Achsen schwenkbar. Die Achsen sind in der Zeichnung mit den Bezeichnungen A1 bis A6 versehen.

Der Industrieroboter weist einen Unterbau 1 auf, auf dem ein Drehturm 2 angeordnet ist. Der Drehturm 2 ist um die Achse A1 mit Hilfe eines Motors MA1 drehbar. Er weist eine Basis 21 und einen Ausleger 22 auf. Die Basis 21 stellt dabei eine Anordnung zur Verfügung, die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkarmrobotern im wesentlichen den gesamten Drehturm ausmacht. Auf der Basis 21 ist der Motor MA1 angeordnet. Der Ausleger 22 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel in der Ansicht von vorne - Figur 2 - parallel zur Achse A1 senkrecht in die dem Unterbau 1 abgewandte Richtung

- nach oben -. An seinem freien Ende ist der Drehpunkt der Achse A2 angeordnet. Mit Hilfe des Auslegers 22 ist die Achse A2 vom Unterbau 1 des Roboters nach oben hin versetzt.

An dem dem Unterbau 1 abgewandten Ende des Auslegers 22 ist ein Kurbelarm 3 angeordnet. Der Kurbelarm 3 ist um die Achse A2 schwenkbar. Der Antrieb erfolgt mit Hilfe eines Motors MA2, der an dem Ausleger 22 angeordnet ist.

Der Kurbelarm 3 weist an seinem dem Drehturm 2 abgewandten Ende einen Handachsenantrieb 4 auf, dessen Längsmittellinie das sogenannte „Halsstück" mit einem Hals 5 darstellt. Der Hals 5 ist um eine Achse A4 drehbar am Handachsenantrieb 4 angeordnet. Der Antrieb um die Achse A3 erfolgt mit Hilfe eines Motors MA3, der an dem dem Handachsenantrieb 4 abgewandten Ende des Kurbelarms 3 vorgesehen ist. Der Motor MA3 ist vom Handachsenantrieb 4 aus gesehen hinter dem Gelenk der Schwenkachse A2 angeordnet. Die Anordnung des Motors MA3 an dieser Stelle führt zu einer besseren Auswuchtung. Zusätzlich können auf der dem Motor MA3 zugewandten Seite des Kurbelarms 3 Gewichte angebracht sein, die eine drehmoment-unterstützende Wirkung auf die Achse A2 haben. Im optimalen Fall hat die Anordnung des Motors MA3 hinter der Schwenkachse A3 - möglicherweise unter Anbringung von Gegengewichten - eine Auswuchtung des Kurbelarms 3 in bezug auf die am abgewandten Ende angeordneten Bauteile zur Folge. Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb um die Schwenkachse A3 mit Hilfe eines Riementriebs.

Der Hals 5 weist an seinem freien Ende einen Handachsenkopf 6 auf. Der Handachsenkopf 6 ist um eine Achse A5 drehbar. An dem dem Hals 5 abgewandten Ende des Handachsenkopfes 6 ist ein Flansch 7 vorgesehen, der zur Aufnahme von Werkzeugen oder ähnlichem dient. Er ist um die Achse A6 drehbar. Der Antrieb für die Achsen A4, A5 und A6 erfolgt mit Hilfe von Motoren MA4, MA5 und MA6, die im Ausführungsbeispiel alle auf der dem Hals 5 abgewandten Seite des Drehgelenks um die Achse A3 angeordnet sind.

Auf dem Drehturm 2 ist auf seinem dem Unterbau 1 abgewandten Ende ein Schweißtransformator 8 angeordnet. Der Schweißtransformator 8 ist für den Fall erforderlich, in dem der Industrieroboter als Schweißroboter eingesetzt ist. Hierzu stellt er die nötige Energieversorgung des für diesen Anwendungsfall am Flansch 7 vorgesehenen Schweißgeräts sicher.

Figur 3 ist zu entnehmen, in welchem Bereich der erfindungsgemäße Industrieroboter arbeitsfähig ist. Er hat im Ausführungsbeispiel eine maximale Reichweite von ca. 2.550 mm. Dabei ist er in der Lage, eine Traglast von ca. 140 kg bei maximaler Auslegerlänge zu heben. Aufgrund der Geometrie des er indungsgemäßen Industrieroboters ergibt sich bei feststehender Achse A1 ein annähernd kugelförmiger Arbeitsraum. Das bedeutet, daß der Arbeitsbereich auf der rückwärtigen Seite des Roboters ähnlich groß ist, wie auf der vorderen Seite. Darüber hinaus sind infolge der kompakten Bauweise und der dichter an den Drehturm 2 herangelegten Massen höhere Achsgeschwindigkeiten als bei bekannten 6-achsigen Industrierobotern erreichbar. Dies liegt daran, daß der Kurbelarm 3 kürzer ausgeführt ist als bei Gelenkarmrobotern der Gelenkarm. Die Folge ist eine höhere Gelenkigkeit und eine bessere Momentenverteilung um die Drehachsen. Um eine größere Reichweite zu erzielen ist das Halsstück länger ausgeführt als bei vielen Gelenkarmrobotern.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Unterbau

Drehturm

Kurbelarm

Handachsenantrieb

5 Hals

6 Handachsenkopf

7 Flansch

8 Schweißtransformator

21 Basis

22 Ausleger

A1 Achse 1 A2 Achse 2 A3 Achse 3 A4 Achse 4 A5 Achse 5 A6 Achse 6

MA1 Motor-Achse 1

MA2 Motor-Achse 2

MA3 Motor-Achse 3

MA4 Motor-Achse 4

MA5 Motor-Achse 5

MA6 Motor-Achse 6

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Industrieroboter, der mit mindestens vier Achsen ausgestattet ist und einen Drehturm sowie einen Handachsenantrieb aufweist, wobei der Handachsenantrieb mittels eines Halses mit einem Handachsenkopf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehturm (2) einen Ausleger (22) aufweist, an dessen freien Ende das Gelenk der Achse A2 vorgesehen ist.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Handachsenantrieb (4) und dem Ausleger (22) ein Kurbelarm (3) angeordnet ist.

3. Industrieroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Handachsenantrieb (4) abgewandten Seite des Kurbelarms (3) ein Motor (MA3) vorgesehen ist.

4. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Handachsenantrieb (4) abgewandten Seite des Kurbelarms (3) Gewichte angebracht sind.

5. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehturm (2) ein Schweißtransformator (8) angeordnet ist.

6. Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Hals (5) abgewandten Seite des Drehgelenks um die Achse A3 ein Schweißtransformator (8) angeordnet ist.