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Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, welche eine Basis
aufweist, ein auf der Basis schwenkbar angebrachtes erstes Element zur
schwenkbaren Positionierung in bezug auf die Basis um eine erste
Schwenkachse, ein schwenkbar auf dem ersten Element angebrachtes zweites Element
zur schwenkbaren Positionierung in bezug zum ersten Element um eine zweite
Schwenkachse, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Schwenkachse
verläuft, sowie eine erste und eine zweite, axial verlängerbare Einrichtung,
die auf der Basis und den Elementen angebracht sind. Eine derartige
Vorrichtung ist aus der GB-A-2 115 775 bekannt. Sie ist für Vorgänge gedacht,
bei welchen ein hohes Ausmaß an Exaktheit gefordert ist, selbst wenn
verhältnismäßig schwere Lasten behandelt werden. Die bekannte Vorrichtung
weist in der Hinsicht einen Nachteil auf, daß in dieser Beziehung ihre
Geometrie nicht optimal ist. Die Betätigungsglieder, die mit dem zweiten
Element verbunden sind, stehen nur in einem kleinen Winkel zueinander, was
beträchtliche innere Belastungen hervorruft. Diese ungünstigen Lasten sind
bezüglich der Exaktheit nachteilig, und erfordern es, daß das Element sehr
starr und daher sehr schwer ausgebildet werden muß. Ein weiterer Nachteil
besteht in der Tatsache, daß die verlängerbaren Elemente, die als Spindeln
ausgeführt sind, in Reihe arbeiten: Dies bedeutet, daß Ungenauigkeiten in
den Spindel-Mutter-Systemen dem sich bewegenden Element, welches
positioniert werden soll, hinzuaddiert werden.
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Das Ziel der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer
Positioniervorrichtung, welche diese Nachteile nicht aufweist. Dies wird
dadurch erreicht, daß das zweite Element auch in bezug auf das erste Element
um eine dritte Schwenkachse verschwenkbar ist, die in einem Winkel zur
zweiten Schwenkachse angeordnet ist, und die erste, axial verlängerbare
Einrichtung in einem Winkel zu einer ersten Ebene angeordnet ist, die sich
durch das erste Element und durch die erste Schwenkachse erstreckt, die
erste axial verlängerbare Einrichtung entweder am ersten Element oder dem
zweiten Element angebracht ist, um wahlweise das zweite Element um die
erste Schwenkachse herum zu positionieren, und die zweite axial
verlängerbare Einrichtung schwenkbar auf der Basis und dem zweiten Element in einer
Entfernung von dessen Schwenkverbindung mit dem ersten Element angebracht
ist, um wahlweise das zweite Element in bezug auf die Schwenkachse zu
positionieren, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Schwenkachse
verläuft, wobei die zweite axial verlängerbare Einrichtung zwei axial
verlängerbare Elemente aufweist, die in einer Ebene im wesentlichen
parallel zur ersten Ebene angeordnet sind und Verlängerungsachsen aufweisen, die
in bezug aufeinander in einem Winkel stehen und zueinander von der Basis zu
dem zweiten Element zusammenlaufen. Gemäß der Erfindung kann die erste
axial verlängerbare Einrichtung in einem beträchtlichen Winkel zum ersten
Element angeordnet werden, um dessen exakte Bewegung mit niedrigen Kräften
zu ermöglichen. In der durchschnittlichen auf rechten Position des ersten
Elements, mit der zweiten axial verlängerbaren Einrichtung in einer im
wesentlichen vertikalen Ebene hierzu parallel, ist die erste axial
verlängerbare Einrichtung kaum belastet.
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Infolge der Tatsache, daß die zweite axial verlängerbare Einrichtung
mit der Basis in einer Entfernung von der ersten Schwenkachse verbunden
ist, wird eine optimale Kraftverteilung sichergestellt, wenn das zweite
Element sowohl nach oben und unten als auch seitlich gehandhabt wird.
Dieser Effekt ist besonders vorteilhaft in bezug auf die Belastungen, die
von einer Roboterhand und einem Werkzeug, Werkstück oder dergleichen
erzeugt werden, die sich am Ende des zweiten Elements befinden.
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Weiterhin ist die Bereitstellung zweier axial verlängerbarer Elemente
in der Hinsicht vorteilhaft, um Schwenkbewegungen des zweiten Elements in
einer Horizontalebene auszuführen. Diese Bewegungen können einfach dadurch
erhalten werden, daß die Länge dieser Elemente auf geeignete Weise geändert
wird, ohne einen Drehtisch drehen zu müssen, wie dies beim voranstehend
erwähnten Stand der Technik beschrieben ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird besser aus der nachstehenden, ins
Einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren deutlich,
wobei:
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Fig. 1A, 1B und 1C eine Ansicht, Seitenansicht bzw. Endansicht eines
Roboters sind, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;
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Fig. 2A, 2B, 2C und 2D Seitenansichten des Roboters der Fig. 1A bis 1C
in vier alternativen Betriebsorientierungen sind; und
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Fig. 3A und 3B Endansichten des Roboters der Fig. 1A bis 1C in zwei
alternativen Betriebsorientierungen sind.
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Es wird nunmehr auf die Fig. 1A bis 1C Bezug genommen, welche eine
dreidimensionale Positioniervorrichtung darstellen, die gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, und eine
Basis 180 und ein erstes Element 182 aufweist, typischerweise in Form eines
Sägebockbügels, schwenkbar in bezug auf die Basis 180 an dieser angebracht,
für eine Schwenkpositionierung in bezug auf die Basis um eine erste
Schwenkachse 184, die typischerweise parallel zur Ebene der Basis 180
angeordnet ist.
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Ein zweites Element 186, typischerweise in Form eines Trägers, ist
schwenkbar in bezug auf das erste Element 188 angebracht, vorzugsweise über
ein Universalgelenk 187, welches eine Drehung des zweiten Elements 186 um
die erste Schwenkachse und ebenfalls in bezug auf eine zweite Schwenkachse
senkrecht zur ersten Schwenkachse gestattet.
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Eine erste axial verlängerbare Einrichtung 188, typischerweise in Form
eines elektrisch betätigbaren Zylinders, alternativ hierzu jedoch jede
geeignete verlängerbare Einrichtung, ist auf der Basis 180 und dem ersten
Element 182 angebracht, für eine wahlweise Positionierung des ersten
Elements um die erste Schwenkachse herum.
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Zweite axial verlängerbare Einrichtungen, typischerweise in Form eines
Paars elektrisch betätigbarer Zylinder 190 und 192, sind auf der Basis 180
und auf dem zweiten Element 186 angebracht, für eine wahlweise
Positionierung des zweiten Elements in bezug auf sowohl die erste als auch die zweite
Schwenkachse. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zylinder 190 und 192
phasengleich oder mit unterschiedlicher Phase arbeiten können, wodurch ein
zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung gestellt wird. Daher kann
hierdurch sowohl eine Bewegung nach oben und unten als auch eine Bewegung nach
rechts und links zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der
Zylinder 188 direkt an das Element 186 angekuppelt sein, statt an das Element
182 angekuppelt zu sein. Bei einer derartigen alternativen Ausführungsform
können die drei Zylinder 188, 190 und 192 sämtlich mit dem Element 186 an
demselben allgemeinen Ort verbunden sein.
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Die Fig. 1A bis 1C stellen die Positioniervorrichtung in einer
nominellen Position dar, wobei sich sämtliche Kolben in Zwischenpositionen
befinden. Fig. 2A stellt die Positioniervorrichtung in einer angehobenen
Position dar, in welcher die Kolben 194 und 196 der jeweiligen Zylinder 190
und 192 vollständig ausgefahren sind. Fig. 2B stellt die
Positioniervorrichtung in einer abgesenkten Position dar, in welcher die Kolben 194 und
196 der jeweiligen Zylinder 190 und 192 vollständig eingezogen sind.
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Fig. 2C stellt die Positioniervorrichtung in einer rückwärtigen
Position dar, in welcher der Kolben 198 des Zylinders 188 vollständig
herausgefahren ist, und Fig. 2D stellt die Positioniervorrichtung in einer vorderen
Position dar, in welcher der Kolben 198 des Zylinders 188 vollständig
eingezogen ist.
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Fig. 3A stellt die Positioniervorrichtung in einer linksseitigen
Orientierung dar, in welcher der Kolben 196 weiter herausgefahren ist als der
Kolben 194, wogegen Fig. 3B die Positioniervorrichtung in einer
rechtsseitigen Orientierung darstellt, in welcher der Kolben 194 weiter
herausgefahren ist als der Kolben 196.
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Der Tisch 110 und der Träger 186 können für jeden geeigneten Zweck bei
der Positionierung von Teilen verwendet werden, die beispielsweise
bearbeitet werden sollen, oder zur Positionierung von Werkzeugen oder Meß- und
Fühleinrichtungen, wie im Stand der Technik bekannt, beispielsweise bei
Robotern für die Handhabung und Bearbeitung. Das freie Ende des Trägers 186,
welches wie beschrieben exakt im Raum positioniert werden soll, kann eine
Greifeinrichtung tragen, die nicht gezeigt und als solche bekannt ist, um
Gegenstände, die behandelt, bearbeitet oder auf irgendeine andere Weise
handgehabt werden sollen, zu ergreifen, um derartige Gegenstände in eine
Behandlungszone zu bewegen, sie während der Behandlung zu halten, wie es
gewünscht ist, und sie zurück zu dem Punkt zu bewegen, an welchem sie auf
diese Weise ergriffen wurden, oder um nur Gegenstände von einem Punkt zu
einem anderen zu befördern, usw. Der Zweck kann in der Einsparung von
Handarbeit bestehen, oder darin, eine Bewegung schwerer Lasten durch
Personal zu vermeiden, Behandlungsvorgänge zu beschleunigen, eine exaktere
Positionierung von Gegenständen zu erreichen, diese exakt an einem Ort
während längerer Zeitintervalle zu halten, und/oder irgendeinen derartiger
Vorgänge in einer Umgebung auszuführen, die für Menschen gefährlich ist
oder für Personal nicht einfach zugänglich, usw . .
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Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß die voranstehend
genannten Beispiele nur zur Erläuterung des Aufbaus und Betriebs der
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dienen. Die vorliegende Erfindung ist
durch die voranstehende Beschreibung nicht definiert, sondern der Umfang
der Erfindung ist nur durch die nachstehenden Patentansprüche begrenzt.