DE3540001C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- und Abwärtsbewegen eines Roboterarmes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DD-PS 2 08 580 ist eine Vorrichtung zum Auf- und Abbewegen eines Roboterarms bekannt, der an einen Zwischenrahmen angelenkt ist, welcher seinerseits mit einem Trägerrahmen verschwenkbar verbunden ist. Zwischen dem Roboterarm und dem Zwischenrahmen sowie zwischen dem Trägerrahmen und dem Zwischenrahmen ist jeweils eine Stellvorrichtung angeordnet, die einen pneumatischen Hubzylinder umfaßt.

Die pneumatischen Hubzylinder bilden sowohl die Stellvorrichtung für die Auf- und Abbewegung als auch - in entsprechender Ansteuerung - einen pneumatischen Gewichtsausgleich. Dieser wird dadurch bewirkt, daß die Druckluftzufuhr für einen pneumatischen Hubzylinder von einer rechnergesteuerten Druckluftzufuhr geregelt ist. Der erforderliche Druck im Hubzylinder wird nach den geometrischen Verhältnissen bestimmt, im Rechner für jeden Bewegungsablauf gespeichert und bei jeder Bewegung des Oberarms über die Steuerung am Arbeitszylinder eingestellt.

Zum Ausgleich der gegriffenen Werkstückmasse wird aus den geometrischen Verhältnissen der erforderliche Druck im Hubzylinder mit einem speziellen Arbeitsprogramm für dieses Werkstück vom Rechner ermittelt und dem eingestellten Druck überlagert. Dazu muß die anstehende Belastung ermittelt, im Rechner ausgewertet und entsprechend steuernd in den pneumatischen Kreis eingegriffen werden.

Für den bekannten pneumatischen Gewichtsausgleich ist daher ein erheblicher meßtechnischer, rechnungstechnischer und steuerungstechnischer Aufwand notwendig. Um einen Gewichtsausgleich des Roboterarms mit gegriffenem Werkstück überhaupt zu ermöglichen, muß das zu greifende Werkstück bekannt sein und der Rechner entsprechend programmiert werden. Wird ein anderes Werkstück gegriffen, ist der Gewichtsausgleich nicht ausgewogen; durch einen falschen steuerungstechnischen Eingriff des Rechners könnte sogar ein erforderlicher Gewichtsausgleich ausgeschaltet und dem System erheblicher Schaden zugefügt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß ohne rechnergesteuerte Regelung der Druckluftzufuhr mit einfachen Mitteln ein weitgehender Gewichtsausgleich am Roboterarm erzielt ist.

Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Stellvorrichtung ist aus einem Antriebsmotor mit mechanischen Antriebsverbindungen für die Auf- und Abwärtsbewegung des Roboterarms gebildet. Zum pneumatischen Gewichtsausgleich ist jeder Hubzylinder mit einem Druckspeicher verbunden, durch den die Kolbenstange des jeweiligen pneumatischen Hubzylinders nur in Aufwärtsrichtung druckluftbeaufschlagt ist. Dabei ist das Volumen des Druckspeichers größer als das des pneumatischen Hubzylinders und der Druck in dem Druckspeicher weitgehend konstant gehalten, wobei aufgrund des pneumatischen Aufbaus ein hervorragender pneumatischer Gewichtsausgleich erzielt ist.

Durch das Druckminderungsventil ohne Entlüftung wird erreicht, daß die Luft in einem geschlossenen Kreislauf bewegt wird, so daß praktisch keine Druckluft nachgefüllt werden muß.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorderansicht der Vorrichtung zum Auf- und Abwärtsbewegen eines Roboterarmes zum Greifen von Spritzgußteilen,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 mit abgesenktem Greifwerkzeug,

Fig. 3 eine Vorderansicht nach Fig. 1 mit schematischer Darstellung der pneumatischen Beschaltung der Zylinder,

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine Vorderansicht nach Fig. 1 eines anderen Ausführungsbeispiels.

Das in Fig. 1 dargestellte Greifwerkzeug 3 zum Greifen eines Werkstückes ist von einem Rahmen 1 getragen, der in einer Vorrichtung zum Auf- und Abwärtsbewegen eines Roboterarmes 10 angebracht ist und mittels einer Antriebseinrichtung 2 auf- und abwärts bewegbar ist. Im Trägerrahmen 1 ist eine Spindelmutter 4 befestigt, in der eine erste Gewindespindel 5 drehbar geführt und axial bewegbar gehalten ist. Die erste Gewindespindel 5 wird von einem Motor 6 angetrieben. Das Gehäuse des Motors 6 ist mittels in den Zeichnungen nicht dargestellter Befestigungen so angebracht, daß es zwar drehfest aber zusammen mit der ersten Gewindespindel 5 axial bewegbar ist.

Die erste Gewindespindel 5 ist in einem Lager eines Zwischenrahmens 7 drehbar gelagert und in bezug auf diesen Zwischenrahmen 7 axial fest gehalten.

Eine Spindelmutter 8 ist drehbar aber axial fest im Zwischenrahmen 7 gelagert. In der Spindelmutter 8 ist eine zweite Gewindespindel 9 geführt, die in bezug auf die Spindelmutter 8 axial bewegbar ist. Ein Ende der zweiten Gewindespindel 9 ist an dem Roboterarm 10 befestigt, der das Greifwerkzeug 3 trägt. Das Greifwerkzeug 3 hat nicht dargestellte Spannfinger zum Einspannen des Werkstückes. Bei rotierendem Antrieb der ersten Gewindespindel 5 durch den Antriebs­ motor 6 wird diese in bezug auf den Trägerrahmen 1 wie in Fig. 2 dargestellt, nach unten oder nach oben bewegt. Da der Zwischenrahmen 7 mit der ersten Gewindespindel 5 verbunden ist, wird dieser zusammen mit der Gewindespindel 5 nach unten bzw. nach oben bewegt.

Auf der ersten Gewindespindel 5 sitzt ein erstes Zahnrad 11; ein zweites Zahnrad 12 ist auf der Spindelmutter 8 befestigt. Die Zahnräder 11 und 12 sind über einen Zahnriemen 13 antriebsverbunden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 11 und 12 beträgt 1 : 1. Bei gleicher Gewindesteigerung der ersten Gewindespindel 5 und der zweiten Gewindespindel 9 ist die Längsbewegung des Greifwerkzeugs 3 etwa doppelt so groß wie die der ersten Gewindespindel 5. Die Spindelmutter 8 wird synchron mit Drehung der ersten Gewindespindel 5 angetrieben; die zweite Gewindespindel 9 ist axial fest mit dem Roboterarm 10 verbunden, so daß die zweite Gewindespindel 9 zusammen mit dem Roboterarm 10 entsprechend der Drehung der Spindelmutter 8 auf- und abwärts bewegt wird. Zur Längsbewegung der zweiten Gewindespindel 9 addiert sich die Längsbewegung der ersten Gewindespindel 5, so daß die Längsbewegung des Greifwerkzeugs 3 der doppelten Längsbewegung der ersten Gewindespindel 5 entspricht. Das Verhältnis der Längsbewegung des Greifwerkzeugs 3 zur Längsbewegung der ersten Gewindespindel 5 ist zwei; es können jedoch auch andere Werte gewählt werden.

Die Antriebseinrichtung 2 besteht aus dem Antriebsmotor 6, der ersten Gewindespindel 5, dem Zwischenrahmen 7, der Spindelmutter 4, der Spindelmutter 8 und der zweiten Gewindespindel 9.

An dem Trägerrahmen 1 ist ein Gehäuse 15 eines ersten pneumatischen Hubzylinders 14 befestigt, dessen Kolbenstange 16 mit dem Zwischenrahmen 7 verbunden ist.

Am Zwischenrahmen 7 ist ein Gehäuse 18 eines zweiten pneumatischen Hubzylinders 17 befestigt, dessen Kolbenstange 19 mit dem Roboterarm 10 verbunden ist.

Wie Fig. 3 zeigt, ist das kolbenseitige Ende des ersten Hubzylinders 14 über eine Leitung 20 mit einem ersten Druckspeicher 21 verbunden. Der erste Druckspeicher 21 ist über eine Regeleinrichtung in Form eines Druckminderungsventils 22 ohne Entlüftung mit einer Druckluftversorgung 23 verbunden, um den Luftdruck im Hubzylinder etwa konstant zu halten.

Ein zweiter Druckspeicher 25 ist über eine Leitung 24 mit dem kolbenseitigen Ende des zweiten pneumatischen Hubzylinders 17 verbunden, dessen Gehäuse 18 am Zwischenrahmen 7 festliegt. Der zweite Druckspeicher 25 ist über eine Regeleinrichtung in Form eines Druckminderungsventils 26 ohne Entlüftung mit einer Druckluftversorgung 27 verbunden, um den Luftdruck im Hubzylinder etwa konstant zu halten.

Der erste Druckspeicher 21 hat ein größeres Aufnahmevolumen als der erste pneumatische Hubzylinder 14; der zweite Druckspeicher 25 hat ein größeres Aufnahmevolumen als der zweite pneumatische Hubzylinder 17. So kann der erste pneumatische Hubzylinder 14 ein Volumen vn 2,2 l und der erste Druckspeicher 21 ein Volumen von 22 l haben. Das Volumen des ersten Druckspeichers 21 ist also zehnmal so groß wie das des ersten pneumatischen Hubzylinders 14. Ist das Volumen des zweiten pneumatischen Hubzylinders 17 1,4 l, so wird der zweite Druckspeicher 25 mit einem Volumen von 14 l gewählt, um das gleiche Volumenverhältnis, nämlich das Zehnfache, wie zwischen dem ersten Druckspeicher 21 und dem ersten pneumatischen Hubzylinder 14 zu erhalten.

Die Kolbenstange 16 des ersten pneumatischen Hubzylinders 14 wird durch das Gewicht all der Teile belastet, die vom Zwischenrahmen 7 getragen und zusammen mit diesem auf- und abwärts bewegt werden. Die der Schwerkraft der genannten Teile entsprechende Kraft wird über das Ende der Kolbenstange 16 auf den Kolben des ersten pneumatischen Hubzylinders 14 übertragen. Die auf den Kolben wirkende Schwerkraft der Teile und die nach oben auf den Kolben wirkende Kraft der Druckluft sind ausgeglichen. Zur Einstellung dieses Ausgleichsluftdrucks wird das Druckminderungsventil 22 in der Leitung ₂3 zum Druckspeicher 21 gesteuert. Auf gleiche Weise steuert das Druckminderungsventil 26 den Luftdruck im Druckspeicher 25.

Die pneumatischen Hubzylinder 14 und 17 werden so mit Druckluft beaufschlagt, daß ihre Kraft nach oben wirkt. Da die nach oben wirkende und die nach unten wirkende Kraft sich ausgleichen, wird die Antriebseinrichtung 2 nicht durch die Schwerkraft der bewegten Teile beansprucht, so daß ein Antriebsmotor 6 kleiner Leistung eingesetzt werden kann.

Wenn der Zwischenrahmen 7 mit dem Roboterarm 10 nach oben oder unten bewegt werden, ändert sich das Luftvolumen in den pneumatischen Hubzylindern 14 und 17, wobei Luft entsprechend der Bewegung des Kolbens verdrängt wird. Ausgehend von der oberen Stellung, als Normalstellung des Kolbens, wird die Luft in dem Hubzylinder 14, 17 durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens komprimiert. In der unteren Stellung des Kolbens ist die Luft entsprechend des Zylindervolumens komprimiert und wird durch den Druckspeicher 21 aufgenommen. Die Luftdruckänderung im Druckspeicher beträgt bei dem gewählten Volumenverhältnis ein Zehntel oder 10% des ursprünglichen Druckes. Bei Verwendung eines noch größeren Druckspeichervolumens ist die auftretende Druckänderung noch geringer, wodurch die auf den Motor wirkende ungleichmäßige Belastung minimiert werden kann. Die beim Anhalten der Vorrichtung auftretenden Erschütterungen werden so auf einfache Weise kompensiert.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Antriebsmotor 6 am Trägerrahmen 1 befestigt. Auf der Antriebswelle des Motors 6 sitzt ein Zahnrad 36, welches über einen Zahnriemen 32 mit einem Zahnrad 31 antriebsverbunden, das drehbar am Trägerrahmen 1 gelagert ist. Das Zahnrad 31 ist von einer Keilwelle 33 durchsetzt, die relativ zum Zahnrad 31 axial beweglich aber drehfest mit dem Zahnrad 31 verbunden ist. Die Keilwelle 33 ist drehbar in Lagern am Zwischenrahmen 7 gehalten.

Die Spindelmutter 4, die erste Gewindespindel 5, die Spindelmutter 8 und die zweite Gewindespindel 9 sind so ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt. Wie Fig. 4 zeigt, sitzt auf der Keilwelle 33 ein weiteres Zahnrad 34, welches über einen Zahnriemen 35 mit einem Zahnrad 11 der ersten Gewindespindel 5 und einem Zahnrad 12 der zweiten Gewindespindel 9 antriebsverbunden ist. Die erste Gewindespindel 5, die zweite Gewindespindel 9 und die Keilwelle 33 werden so synchron angetrieben.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Auf- und Abwärtsbewegen eines Roboterarmes, insbesondere zum Bewegen von Spritz- und Druckgußteilen, mit einem den Roboterarm (10) tragenden Trägerrahmen (1) und einer Stellvorrichtung (4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 13) zwischen Roboterarm (10) und Rahmen (1), die einen ersten pneumatischen Hubzylinder (14) mit einem pneumatischen Gewichtsausgleich umfaßt, mit einem Zwischenrahmen (7), der vom Trägerrahmen (1) gehalten ist und über die Stellvorrichtung gegenüber dem Trägerrahmen (1) auf- und abbewegbar ist und einen zweiten pneumatischen Hubzylinder (17) mit einem pneumatischen Gewichtsausgleich umfaßt, und mit einem Greifwerkzeug (3) am Ende des Roboterarmes (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung aus einem Antriebsmotor (6) und mechanischen Antriebsverbindungen (4, 5, 8, 9, 11, 12, 13) für die Auf- und Abwärtsbewegung besteht und jeder Hubzylinder (14, 17) mit je einem Druckspeicher (21, 25) verbunden ist, durch welche die Kolbenstangen (16, 19) der pneumatischen Hubzylinder (14, 17) nur in Aufwärtsrichtung druckluftbeaufschlagt sind und das Volumen der Druckspeicher (21, 25) jeweils größer ist als das des zugehörigen pneumatischen Hubzylinders (14, 17), wobei jeder Druckspeicher (21, 25) über ein Druckminderungsventil (22, 26) ohne Entlüftung mit einer Druckluftversorgung (23, 27) verbunden und der Druck in jedem Druckspeicher (21, 25) konstant haltbar ist (Fig. 3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis zwischen Hubzylinder (14, 17) und zugehörigem Druckspeicher (21, 25) bei beiden pneumatischen Hubzylindern (14, 17) etwa gleich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) am Zwischenrahmen (7) befestigt ist und eine erste Gewindespindel (5) antreibt, deren eines Ende mit der Ausgangswelle des Motors (6) verbunden ist und deren anderes Ende drehbar im Zwischenrahmen (7) liegt, wobei auf der ersten Gewindespindel (5) eine im Trägerrahmen (1) drehfest und axial fest gehaltene Spindelmutter (4) geführt ist, und mit einer zweiten Gewindespindel (9), die in einer im Zwischenrahmen (7) axial fest gehaltenen, aber drehbaren Spindelmutter (8) geführt ist und deren eines Ende den Roboterarm (10) trägt, wobei die erste Gewindespindel (5) und die Spindelmutter (8) der zweiten Gewindespindel (9) synchron antriebsverbunden sind (Fig. 1, 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) am Trägerrahmen (1) befestigt ist, mit einer Gewindespindel (5), die in einer im Trägerrahmen (1) drehfest und axial fest gehaltenen Spindelmutter (4) axial verschieblich geführt ist sowie mit einer parallel zur ersten Gewindespindel (5) angeordneten Keilwelle (33) mit einem am Trägerrahmen (1) gelagerten, vom Motor (6) angetriebenen Antriebsrad (31), gegenüber dem die Keilwelle (33) axial verschieblich ist, wobei die erste Gewindespindel (5) und die Keilwelle (33) im Zwischenrahmen (7) axial unverschieblich gelagert sind, und mit einer zweiten Gewindespindel (9), die in einer im Zwischenrahmen (7) drehbar gelagerten, aber axial fest gehaltenen Spindelmutter (8) axial verschieblich geführt ist, wobei die erste Gewindespindel (9) am Roboterarm (10) axial unverschieblich gehalten ist, und wobei die Keilwelle (33) mit der ersten Gewindespindel (5) und der Spindelmutter (8) der zweiten Gewindespindel (9) synchron antriebsverbunden sind (Fig. 4).