DE2654517B2 - Manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen und durch die DE-OS 23 55 971 bekannten Art.

Bei dem bekannten Manipulator ist eine aus zwei Säulenhälften bestehende Hubsäule auf einem Untergestell drehbar angeordnet. Als Drehantrieb ist ein erster Elektromotor an dem Untergestell befestigt; für den Hubantrieb ist ein zweiter Elektromotor an einem, auch die obere Halterung der Hubsäule übernehmenden Obergestell vorgesehen, derart, daß bei jeder Drehbewegung der gesamte Hubantrieb einschließlich des zweiten Elektromotors mitbewegt werden muß.

Bei einem ähnlichen, aus der DE-OS 23 41532 bekannten Manipulator arbeitet der bei einer Drehbewegung der Hubsäule mitzuoewegende Antriebsmotor für den Hubantrieb nicht über einen Spindeltrieb, sondern über ein auf der Motorwelle befestigtes Ritzel ggf. über ein Zwischengetriebe unmittelbar bzw. mittelbar auf eine parallel zur Hubsäule angeordnete und mit dieser vertikal verschiebliche Zahnstange.

Zwar ist durch die DE-OS 23 41 133 bereits ein Manipulator bekannt, bei dem bei einer Drehbewegung nicht auch die träge Masse eines Elektromotors für den Hubantrieb mitbeschleunigt bzw. abgebremst werden muß, da die Läuferwelie eines einzigen Elektromotors nach einer mechanischen Umschaltung wahlweise sowohl für den Dreh- als auch den Hubantrieb vorgesehen ist, jedoch erlaubt eine derartige Konstruk-' tion keine gleichzeitige Hub- und Drehbewegung und erfordert außerdem einen hohen mechanischen und dabei auch die träge Masse des drehbaren Manipulatorteils vergrößernden Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen i⁽¹ kompakten Manipulator mit möglichst geringem Trägheitsmoment zu schaffen, der gleichzeitig sowohl eine Dreh- als auch eine Hubbewegung erlaubt

Die Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Manipulator der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen ^r> des Hauptanspruchs gegebene Lehre möglich; obwohl damit durch die beiden unabhängigen Antriebe ein gleichzeitiger Drehbetrieb und Hubbetrieb möglich wird, sind trotzdem in kompakter und auf konstruktiv einfache Waise beide Elektromotoren ortsfest lagerbar, i» so daß die trägen Massen der zu bewegenden Teile gering bleiben und sich hohe Beschleunigungen und Verzögerungen in beiden Antriebsrichtungen erreichen lassen.

In konstruktiv vorteilhafter Weise ist nach einer -'"' Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der für den Hubantrieb vorgesehene zweite Elektromotor über einen Zahnriemenantrieb oder über ein Getriebe am unteren Ende der Hubsäule mit der Spindel des Spindeltriebs gekuppelt ist und die Mutter des '■<> Spindeltriebes die Hubsäule trägt und daß ferner die Hubsäule in einem den Zahnkranz tragenden Schwenkkörper geführt ist, der sich über einen Kugeldrehverbinder auf das Manipulatorgehäuse abstützt.

Als dynamisch hochwertiger elektromotorischer '· · Antrieb mit geringem Gewicht werden ferner vorteilhafterweise für den ersten und zweiten Elektromotor Scheibenläufermotoren verwendet. Damit es bei den aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion mit relativ großer Schnelligkeit ausführbaren Bewegungen "' bei Spannungsausfall nicht zu Schäden kommt, ist ferner vorteilhafterweise jedem Elektromotor eine Federdruckbremse zugeordnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausfüiirungsbeispiels in der '■ Zeichnung näher erläutert; darin zeigt

F i g. I das Schema des Manipulators,

F i g. 2 den Hubantrieb im einzelnen,

F i g. 3 den Drehantrieb,

F i g. 4 die Transferführung für den Transferarm und
■" F i g. 5 den Transferantrieb zur Bewegung des Transferarmes.

Der in Fig. 1 gezeigte Manipulator ist in Art eines Baukastensystems aus verschiedenen Einheiten zusammengesetzt.

" Der Hubantrieb zur Bewegung des Manipulators in Z-Richtung besieht im wesentlichen aus einem vertikal angeordneten Elektromotor 11, der über einen Zahnriemenantrieb 12 mit einem Spindeltrieb 13 in Wirkverbindung steht, auf dessen Spindelmutler 132 sich eine ^;'" vertikale Hubsäule 14 abstützt.

Der Drehantrieb des Manipulators für seine Schwenkung um die C-Achse besteht im wesentlichen aus dem vertikal angeordneten Elektromotor 21, dessen Drehbewegung über ein Getriebe 24 und einen Zahnkranz 22 ■ auf einen Schwenkkörper 23 übertragen wird, in dem die Hubsäule 14 längsverschieblich geführt ist.

Hub- und Schwenkantrieb sind dabei von einem Gehäuse 5 umgeben. Auf dem oberen Ende der

Hubsäule 14 ist in einer Transferführung 32 ein Transferarm 3 angeordnet, der durch einen Transferantrieb 31 in X-Richtung verschiebbar ist. Der Transferarm 3 trägt an einem Ende einen Greifer 4, dessen Drehbewegung in Λ-Richtung durch einen Rotationsantrieb 41 und dessen Schließbewegung durch einen Greifantrieb 42 erreichbar ist In vorteilhafter Weise sind die Antriebe 41,42 für die Dreh- und Schließbewegungen des Greifers am dem Greifer abgewandt<;n Ende des Transferarmes vorgesehen. Durch diese vorstehend geschilderte Anordnung ist ein sehr stabiler und kompakter sowie gleichzeitig trägheitsarmer Aufbau des Manipulators möglich.

Der in Fig.2 gezeigte Hubantrieb dient zur Bewegung in der Z-Richtung. Der Antrieb dieser Baueinheit erfolgt durch einen Scheibenläufermotor 111. Die hier gewählte Ausführung des Scheibenläufers weist zwei herausragende Wellenenden auf. Das eine Wellenende wird zum Antrieb einer Tachnmetermaschine 112 und eines inkrementellen Weggebers 113 benutzt. Der Tachogenerator 112 hat eine Hohlwelle und wird durch einen Klemmring kraftschlüssig mit der Motorwelle verbunden. Der Weggeber 113 ist auf dem Tachogenerator 112 aufgeflanscht und über eine torsionssteife Balgkupplung ebenfalls mit der Motorwelle gekuppelt. Durch diese Anordnung wird eine günstige Verbindung der drei Regelgrößen des Regelantriebs geschaffen.

Der Scheibenläufermotor 111 ist über den Zwischenflansch 114 mit dem Antriebsständer 115 verschraubt. Durch Weglassen des Zwischenflansches 114 besteht die Möglichkeit, ohne weiteren Aufwand auch größere Antriebe anbringen zu können. Das andere Wellenende des Scheibenläufermotors 111 stellt die eigentliche Abtriebsseite dar und wird durch die formschlüssige Klauenkupplung 116 mit der Getriebewelle 117 verbunden. Beide Hälften der Klauenkupplung 116 sind durch Druckhülsen auf den Wellen kraftschlüssig gehalten, wodurch eine spielfreie winkeigenaue Übertragung der Drehbewegung auch im Reversierbetrieb möglich ist. Die Getriebewelle 117 ist in zwei Schulterlagern 118 gelagert und über eine Stellmutter spielfrei einstellbar. Eine derartige Lagerung ist vorteilhaft, weil alternativ zum Zahnriemenantrieb 12 auch eventuell schräg verzahnte Zahnräder verwendet werden können. Die Getriebewelle 117 führt durch die Federdruckbremse 119, die an einen Zwischenboden des Antriebsständers 115 geschraubt ist. Über eine Keilverbindung ist ihre Bremsscheibe mit der Getriebewelle 117 verbunden. Die Federdruckbremse 119 ist ausschließlich ein Sicherheitsinstrument. Im spannungsführenden Zustand ist sie gelüftet und wird bei Betätigung des Notausschalters oder im Falle einer Kollision einer der vier Achsen spannungslos, wodurch es drnn zur schnellen Abbremsung des Antriebes kommt.

Der Zahnriementrieb 12 mit den Riemenscheiben 120 ist mittels Druckhülsen kraftschlüssig auf der Getriebewelle 117 bzw. Rollenspindel 131 befestigt. Die Rollenspindel 131 ist in den Kegelrollenlagern 133 gelagert und wird über eine Stellmutter spielfrei eingestellt. Die Kegelrollenlager 133 werden ihrerseits wieder von dem Lagerbock 134 aufgenommen, der mit dem Gehäuse 5 des Roboters verschraubt ist.

Die rotatorische Bewegung der Rollenspindel 131 wird in der Spindelmutter 132 in eine lineare Bewegung in Form der Hubbewegung umgesetzt. Die Mutter 132 der Rollenspindel 131 ist durch eine Keilverbindung mit der Hubsäule 14 verbunden, die wiederum zwei um 180° versetzte Prismenleisten 141 aufnimmt. Auf jeder Prismenfläche der Prismenleisten 141 wälzen zwei Paar Kugelschuhe (Fig.3), die mit dem Schwenkkörper 23 der Schwenkeinheit verschraubt sind. Die Abschlußplatte 142 nimmt über zwei Fixierstifte und vier Schrauben die Baugruppe Transfer auf; gleichzeitig bildet sie den Abschluß der Hubsäule 14.

Der in Fig.3 gezeigte Schwenkantrieb dient zur Bewegung in der C-Achse. Als Antrieb dient ein Scheibenläufermotor 211 mit zwei Wellenenden. An dem einen Wellenende sind Tachogenerator 212 und Weggeber 213 angeordnet

Der Scheibenläufermotor 211 selbst ist über den Zwischenflansch 214 mit dem Gehäuse 219 verbunden. Das Gehäuse 219 ist durch einen Haltering 215 mit dem Manipulatorgehäuse 5 verschraubt.

Das andere Wellenende des Scheibenläufermotors 211 stellt die eigentliche Abtriebsseite dar und wird durch formschlüssige Klauenkupplung 216 mit der Getriebewelle 217 verbunden. Beide Hälften der Klauenkupplung 216 sind durch Druckhülsen auf der Welle kraftschlüssig gehalten. Die Gelriebewelle 217 ist in zwei Rillen und einem Nadellager gelagert und führt durch die Federdruckbremse 218. Diese Federdruckbremse 218 stellt ebenfalls ausschließlich ein Sicherheitsinstrument dar.

Die Getriebewelle 217 treibt über die Keilverbindung 243 das spielfreie Getriebe 24 an. Der Abtrieb des Getriebes 24 erfolgt über die Welle 241 auf das schrägverzahnte Präzisionszahnrad 242. Eine gute Lagefixierung ist hierbei durch zwei Schulterlager gesichert. Mit dem Zahnrad 242 wird der Zahnkranz 22 am Schwenkkörper 23 angetrieben. Eine Rotationsbewegung des Schwenkköprers 23 wird dabei durch den Kugeldrehverbinder 232 ermöglicht. Der Kugeldrehverbinder 232 ist ebenfalls mit dem Robotergehäuse 5 verschraubt. Der Schwenkkörper 23 nimmt die acht Kugelumlaufschuhe 231 zur Lagerung und Drehung der Hubsäule 14 in der Hubeinheit auf.

Die in F i g. 4 gezeigte Transferführung dient zur Transferbewegung Xdes Transferarmes 3. Der gezeigte Transferarm 3 besteht aus Vierkant-Hohlprofil 33, das durch Klebung mit einem Aluminiumzwischenstück 34 verbunden ist. Dies dient seinerseits als Träger für die Führungsleisten 35 in der Art einer Schwalbenschwanzführung und der Zahnstange 36 zur Übertragung der Bewegung durch ein Transfergetriebe auf den Transferarm. Die Transferführung 32 trägt ihrerseits zweimal vier Rollenschuh-Führungselemente mit umlaufenden Nadelrollen, die den Führungsleisten 35 des Transferarmes zugeordnet sind.

In Fig. 5 ist der Transferbetrieb dargestellt. Der Transferantrieb 31 besteht aus einem Scheibenläufermotor 315, der an dem einen Ende mit einer Tachometermaschine 316 und einem Drehgeber 317 versehen ist. Der Scheibenläufermotor 315 ist auf der einen Seite des Transferarmes 3 angeordnet und mit einer durch den Arm hindurchgehenden Getriebeausgleichswelle 318 gekuppelt. Auf der anderen Seite ist die Getriebeantriebswelle mit einer Federdruckbremse 314 versehen. Ein Stirnradgetriebe 312 mit Spielausgleich durch eine Exzenterlagerhülse 313 dient dann zum Antrieb der Welle, auf der das Ritzel 311 sitzt, das dann mit der Zahnstange 36 in Eingriff kommt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Manipulator mit einem von einer drehbaren Hubsäule getragenen Transferarm, deren Drehantrieb von einem neben der Hubsäuie ortsfest angeordneten ersten Elektromotor und deren Hubantrieb über einen Spindeltrieb von einem zweiten Elektromotor erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, für den Hubantrieb vorgesehene Elektromotor (11) ebenfalls ortsfest neben der Hubsäule (14) angeordnet und der erste Elektromotor (21) mit der Hubsäule (14) über ein Getriebe (24) und einen Zahnkranz (22) in Drehantriebsverbindung gestellt ist, der die Hubsäule (14) konzentrisch umgibt und zu dem die Hubsäule (14) vertikal verschiebbar ist.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Hubantrieb vorgesehene zweite Elektromotor (11) über einen Zahnriemenantrieb (12) oder ein Getriebe am unteren Ende der Hubsäule (14) mit der Spindel (131) des Spindeltriebes (13) gekuppelt ist und die Mutter (132) des Spindelt, iebes die Hubsäule (14) trägt.

3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubsäule (14) in einem den Zahnkranz (22) tragenden Schwenkkörper (23) geführt ist, der sich über einen Kugeldrehverbinder auf das Manipulatorgehäuse (5) abstützt.

4. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten und zweiten Elektromotor (21 bzw. 11) Scheibenläufermotoren vorgesehen sind.

5. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Elektromotor (21 bzw. 11) in etwa parallel zur Hubsäule (14) in deren unmittelbarer Nähe angeordnet sind.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem zweiten Elektromotor (21, 11) eine Federdruckbremse zugeordnet ist.