DE3211688C2

DE3211688C2 - Industrie-Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke

Info

Publication number: DE3211688C2
Application number: DE3211688A
Authority: DE
Inventors: Karl-Franz Dipl.-Ing. FH 8077 Reichertshofen Binder; Ladislaus Dipl.Ing. 8077 Reichertshofen Czermak; Paul Dipl.-Ing. FH 7922 Herbrechtingen Steinhart; Winfried Dipl.Ing.(FH) 8901 Haberskirch Steinhart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1986-10-09
Also published as: GB2117732B; US4543033A; IT8321115V0; IT1194162B; IT8320078A1; DE3211688A1; IT8320078A0; GB2117732A; CH644546A5; BE896287A; FR2524363B1; FR2524363A1; AT379771B; GB8306768D0; ATA50383A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Roboter für Fertigungs- und/oder Montagezwecke, dessen den jeweiligen Halter für Werkzeuge, Arbeitsgeräte od.dgl. tragender Arm infolge entsprechender Führungen dreidimensional bewegbar ist, wobei der Halter mehrere Freiheitsgrade aufweisen kann. Bei einem solchen Roboter soll die einmal eingegebene räumliche Position des Halters bzw. eines Werkzeuges oder eines Arbeitsgerätes auch dann nicht verloren gehen, wenn der Halter gedreht oder geneigt wird. Außerdem soll es möglich sein, nach dem "off-line"-Verfahren zu programmieren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Halter (11) über eine zu einer Einheit zusammengefaßten Doppel-Parallelogrammführung (10) mittel- oder unmittelbar an seinen Tragarm (8) angeschlossen ist, wobei die Parallelogrammlenkerpaare (vgl. 18, 19, 20, 22, 23, 27) quer zueinander verlaufen und dieser Parallelogramm-Führung (10) ein Schwenkwinkel-Verstellmechanismus (30-35) zugeordnet ist.

Description

gegangen ist Bisher mußte dazu ein Teil des Program-

55 mes geändert werden, was hier nicht erforderlich ist und

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Die Erfindun bezieht sich auf einen Industrie-Roboter dadurch neben dem »teach-in«-Verfahren auch mit dem für Fertigungs- und/oder Montagezwecke, dessen den »off-line«-Verfahren gearbeitet werden, d. h., der Projeweiligen Halter für Werkzeuge, Arbeitsgeräte od. dgl. grammierer kann an einem separaten Programmiertragender Arm infolge entsprechender Führungen drei- 60 platz sein Programm erstellen und nach Fertigstellung dimensional bewegbar und der Arm um seine Längsach- an den Rechner übergeben. Von großem Vorteil ist es se drehbar ist, wobei der Halter selbst einen weiteren ferner, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen nur ei-Freiheitsgrad aufweist, nämlich eine Winkelverstellbar- nen geringen wirtschaftlichen Aufwand erfordern, der keit, und alle für die jeweiligen Arbeitsvorgänge erfor- verschwindend klein gegenüber einem Aufwand erderiichen Bewegungen des Halters programmierbar 65 scheint, der anfallen würde, wenn man derartige Problcsind. me durch elektronische Steuerung beseitigen wollte.

Ein wesentlicher Nachteil bei den eingangs erwähn- Trotz des geringen Bauaufwandes ist eine hohe Stabili-

ten bekannten Bauarten an Industrie-Robotern besteht tat des Gelenkmechanismuses und damit eine ebenso

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hohe Positioniergenauigkeit beim Arbeiten des erfin- sieht deutlich, daß der Arm 8 mit seiner Achse 13 auf dungsgemäßen Industrie-Roboters gegeben, was beson- einem Lagerstutzen 14 drehbar gelagert und mit einem dere Beachtung verdient Bedeutsam und von besonde- Motor 15 angetrieben ist Der Schwenkbereich beträgt rem Vorteil ist es ferner, daß das für den Werkzeugmit- 360°. Auf der Tragarmachse 13 befinden sich zwei Getelpunkt (TCP) eingegebene Bewegungsprogramm 5 lenkpunkte 16, 17, an denen Lenker 18, 19 angreifen, durch Werkzeugneuorientierung unbeeinflußbar ist- Es Der Lenker 18 weist eine obere und untere Verlängeversteht sich, daß diese Vorteile nicht nur für Montage- rung 20, 21 auf. Zu den Lenkern 18, 19 querliegende roboter sonder für alle erfindungsgemäßen Ausführun- Lenker 22,23 sind bei 24,25,26 mit den Lenkern 18,19 gen gelten, also z. B. auch für solche Industrie-Roboter, gelenkig verbunden und das Parallelogramm wird durch die für Schweißavbeiten eingesetzt werden. io einen kurzen Lenker 27 mit Gelenkpunkten 28, 29 ge-

Eine günstige Bauart nach der Erfindung ist darin zu schlossen. Der Lenker 27 setzt sich in den Halter 11 fort sehen bzw. erscheint es im Hinblick auf eine erweiterte Der Schwenkbereich der ganzen Anordnung beträgt. Arbeitsmöglichkeit zweckmäßig, daß der Zchwenkwin- wie der gekrümmte Doppelpfeil andeutet, 90°. kelbereich des am freien Ende der vom "i rage^-n weg- Die nach unten gerichtete Verlängerung 21 des Len-

strebenden Parallelogrammführung vorgesehen . "IaI- 15 kers 18 trägt am freien Ende eine schwenkbare angeters mindestens 90° beträgt lenkte Mutter 30, die auf eine Verstellspindel 31 aufge-

Um die Belastbarkeit am Halter «lögHc' · ^roß zu schraubt ist Diese Verstellspindel 31 ist in einem Gehalten und um die Stabilität des Geip-f^icchanismuses häuse 32 gelagert, an das ein Antriebsmotor 33 angertoch weiter z>s steigern, wird nach d- Erfindung ferner flanscht ist Zur schenkbaren Lagerung des Gehäuses 32 vorgeschlagen, daß der tragar n^he Lenker der dem 20 in der Ebene der Tragarmachse 13 wird das Gehäuse 32 Tragarm benachbarten Paraüelofe. ammführung in bei- von einer Gabei 34 übergriffen, so daß das Genaue 32 den Richtungen über die Gelenkpunkte b?naus verläp- um die Achse 35 geschwenkt werden k'<· in, wenn dies gert ist und mit dem einer, überstehenden Ende an eine durch die Stellung der Mutter 30 erforderlich wird. Die Verstellspindel angeschlossen ist, während das andere Gabel 34 ist bei 36 mit der Tragarmachse 13 fest verbun-Ende einen Lenker der tragarmfernen Parallelogramm- 25 den.
führung bildet Die Dcppel-Parallelogrammführung 10 arbeitet wie

Für eine einfache Verbindung der Verstellspindel mit folgt: Es sei s-.ngenommen, daß für einen Arbeitsvorgang dem entsprechenden verlängerten Ende eines Lenkers die räumliche Position 37 programmiert war. Aus belieder einen Parallelogrammfühning erscheint es nach der bigem Grund wird es beim Ablauf des Bearbeitungsvor-Erfindung zweckmäßig, daß die Verstellspindel mit ei- 30 ganges erforderlich, die Richtung des Halters 11 bzw. ner Mutter ausgestattet ist die gelenkig an dem einen des Werkzeuges 12 zu ändern. Dazu erhält der Motor 33 überstehenden Ende des jeweiligen Lenkers angreift Impuls und die Spinde! 31 zieht die Doppel-Parallelo-

Um für die Verstellspindel eine abgeschlossene und grammführung 10 in die mit dünnen Linien 38 (vgl, geschützte Einheit zu schaffen, die sich selbsttätig auf F i g. 3) angedeutete Stellung. Man sieht deutlich, daß die sich ändernden Winkelverhältnisse einstellt, wird 35 dabei die räumliche Position 37 nicht verloren geht.

nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die zum Ver-

Stellmechanismus gehörige Verstellspindel in einem Ge- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

häuse mit angeflanschtem Antriebsmotor gelagert ist

und das Gehäuse sich gelenkig an der Tragarmachse
abstützt. 40

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

F i g. 1 einen Industrie-Roboter mit dem erfindungsgemäß geführten Halter in der einen Endstellung des
Schwenkwinkels und in Seitenansicht: 45

F i g. 2 den gleichen Industrie-Roboter, bei dem jedoch der Halte'· sich in der anderen Erdstellung des
Schwenkwinkels befindet und

F i g. 3 eine vereinfacht dargestellte Einzelheit des Armes nach den F i g. 1 und 2, gegenüber diesen vergrö- 50
ßert

Nach den Fig. 1 und 2 weist ein Industrie-Roboter 1
für beliebige Zvecke einen Basissockel 2 auf, auf dem
ein Schlitten 3 geführt ist Dieser Schlitten 3 trägt einen
Querschlitten 4, so daß von einem Kreuzschlitten 3,4 zu 55
*ⁿr?ch?n ist. Beide Schütten ? 4 ^Q*pd "lit Antri#»hpn 5 fi
ausgestattet. Der Schlitten 4 trägt eine Art Säulenführung 7, die einem Tragarm 8 als Widerlager dient Mit
diesem Aufbau ist der Tragarm 8 dreidimensional (vgl. x, y, z) bewegbar. 60

Der auf der Führung 7 höhenversteilbare Tragarm 8
läßt sich drehen, was sich mit einem teilweise verdeckten Antrieb 9 vollziehen läßt. An den Arm 8 ist ein
Doppel-Parallelogrammführung 10 angeschlossen, die
am freien Ende einen Halter 11 für ein Werkzeug 12 65
trägt.

In F i g. 3 sind die Einzelheiten der DoppeS-Paralleiogrammführung 10 besonders gut zu erkennen. Man

Claims

32 1ί 688 1 2 darin, daß die Änderungen der Anstellung des Werk-Patentansprüche: zeuges zum Werkstück durch Verschwenken des Werkzeughalters die räumliche Position des programmierten

1. Industrie-Roboter für Fertigungs- und/oder Werkzeugmittelpunkts (TCP = tool center point) ver-Montagezwecke, dessen den jeweiligen Halter für 5 ändern, die wieder hergestellt werden muß, d. h, es hat Werkzeuge, Arbeitsgeräte od. dgl. tragender Arm eine Programmkorrektur zu erfolgen, die zeitaufwendig infolge entsprechender Führungen dreidimensional ist Dies gilt z. B. für den durch die DE-OS 26 24 378 bewegbar und der Arm um seine Längsachse dreh- bekannt gewordenen Industrie-Roboter, der — wie bar ist, wobei der Halter selbst einen weiteren Frei- auch im Oberbegriff erwähnt — mehr als drei Freiheitsheitsgrad aufweist, nämlich eine Winkelverstellbar- io grade besitzt, jedoch kann trotzdem nur der optin ale keit und alle für die jeweiligen Arbeitsvorgänge er- Winkel eines Schweißwerkzeuges gegenüber einer forderlichen Bewegungen des Halters programmier- Schweißfuge selbsttätig eingestellt werden, während bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der der zuvor erwähnte wesentliche Nachteil nicht beseitigt Halter (11) über eine zu einer Einheit zusammenge- werden konnte. Vor allen, ist es bei der vorbeikannten faßten Doppel-Parallelogrammführung (10) schar- is Bauart nicht gelungen, die jeweils eingegebene räumlinierartigundschwenkwinkelverstellbar(vgL30—35) ehe Position des TCP über ein ganzes Programm hinan seinen Tragarm (8) angelenkt ist, wobei die Paral- weg einzuhalten. Ähnliches ist auch zu der Ausführung lelogrammlenkerpaare (vgl. 18, 19, 20, 22, ■>% 27) gemäß der DE-OS 30 02 012 zu sagen, die ebenfalls quer zueinander verlaufen und kinematisch so mit- mehr ais drei Freiheitsgrade aufweist, da weder bei der einander verbunden sind, daß die durch die beiden 20 einen noch bei der anderen Vorveröffentlichung etwas Anlenkpunkte ('.% 17) verlaufenden Schwenkachsen darüber ausgesagt ist, wie ein weiteres Drehgelenk am der dem Tragarm (8) benachbarten Parallelogramm- Tragarm so angeordnet ist, daß dessen Schwenkachse führung (18, 19) die Tragarmachse (13) achsgleich im TCP liegt.

kreuzen und die Spitze (vgl. 37) des jeweiligen Werk- Demgegenüber bezweckt die Erfindung einen Indu-

zeuges (12) in einer gedachten Verlängerung der 25 strie-Roboter, der von den aufgezeigten Mängeln be-

Tragarme (13) liegt freit ist und bei dem die einmal eingegebene räumlich

2. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, dadurch Position des TCP auch dann nicht verlorengeht, wenn gekennzeichnet daß der Schwenkwinkelbereich des der Halter gedreht oder geneigt wird.

am freien Ende der vom Tragarm (8) wegstrebenden Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht,

Parallelogrammführung (22, 23) vorgesehenen Hai- 30 daß der Halter über eine zu einer Einheit zusammenge-

ters (11) mindestens 90° beträgt faßten Doppel-Parallelogrammführung scharnierartig

3. Industrie-Roboter nach den Ansprüchen 1 und und schwenkwinkelverstellbar an seinen Tragarm ange-2, dadurch gekennzeichnet daß der tragarmnahe lenkt ist, wobei die Parallelogrammlenkerpaare quer zuLenker (18) der dem Tragarm (8) benachbarten Par- einander verlaufen und kinematisch so miteinander verallelogrammführung (18, 19) in Leiden Richtungen 35 bunden sind, daß die durch die beiden Anlenkpunkte über die Gelenkpunkte (16,25) hinaus verlängert ist verlaufenden Schwenkachsen der dem Tragarm be- und mit dem einen überstehenden Ende (21) an eine nachbarten Parallelogrammmführung die Tragarmach-Verstellspindel (31) angeschlossen ist, während das se achsgleich kreuzen und die Spitze des jeweiligen andere Ende (20) einen Lenker der tragarmfernen Werkzeuges in einer gedachten Verlängerung der Trag-Parallelogrammmführung (22,23) bildet. 40 armachse liegt Der durch die Anordnung einer Doppel-

4. Industrie-Roboter nach Anspruch 3, dadurch Parallelogrammführung erzielte Vorteil soll, ohne die gekennzeichnet daß die Verstellspindel (31) mit ei- Erfindung auf eine bestimmte Art von Industrie-Roboner Mutter (30) ausgestattet ist die gelenkig an dem tern zu beschränken, an einem Montageroboter erläueinen überstehenden Ende (21) des jeweiligen Len- tert werden. Es sei angenommen, daß in den Haller ein kers(18) angreift. 45 steckschlüsseiartiges Werkzeug eingesetzt ist mit dem

5. Industrie-Roboter nach den Ansprüchen 1 bis 4, eine Schraube in miteinander zu verbindende Teile eindadurch gekennzeichnet, daß die zum Verstellme- gebracht werden soll.

chanismus (30—35) gehörige Verstellspindel (31) in Nachdem dieser Arbeitsvorgang vorprogrammiert einem Gehäuse (32) mit angeflanschtem Antriebs- ist bereitet es für gewöhnlich keine Schwierigkeiten, die motor (33) gelagert ist und das Gehäuse (32) sich 50 Schraube einzubringen. Falls aus irgendwelchen Grüngelenkig (vgl. 35) an der Tragarmachse (13) abstützt den eine Achskorrektur am Werkzeughalter erforder-(vgl. 36). Hch ist kann diese ohne weiteres vollzogen werden, da

die räumliche Position des Werkzeuges nicht verloren