DE3887378T2

DE3887378T2 - Ausrückvorrichtung für einen Handhabungsautomaten.

Info

Publication number: DE3887378T2
Application number: DE3887378T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi C O Ise Fact Nagashima; Sadao C O Ise Factor Nakanishi; Kazuhiro C O Ise Fact Tomiyasu
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-05-12
Also published as: EP0291292A2; JPS63278674A; JPH0413062B2; EP0291292B1; EP0291292A3; US4891492A; DE3887378D1

Description

Ausgleichsmechanismus für einen Handhabungsautomaten

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausgleichsmechanismus, der rechtwinklige Koordinaten benutzt und zum Schweißen oder Beschichten oder für andere Arbeit geeignet ist.

Stand der Technik

Solche Handhabungsautomaten (Roboter) haben Probleme bei der Bewegung eines Werkzeugs von dem in Gebrauch befindlichen Rotationszentrum. Dies wird im einzelnen unten nach der besten Art und Weise der Durchführung der Erfindung erklärt.
Ein verwandtes Problem wird in der veröffentlichten Patentanmeldung DE-A-2 802 738 angesprochen. Diese Veröffentlichung offenbart eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Orientierung eines Werkstücks, während dieses längs einer linearen Bahn bewegt wird. Das Werkstück ist an dem Ende eines Auslegerarms drehbar abgestützt, der selbst am Ende eines Hauptarms drehbar abgestützt ist. Es ist ein Getriebe vorgesehen, um die relativen Winkelbeziehungen des Hauptarms, des Auslegerarms und des Werkstücks so zu bestimmen, daß die Bewegungsbahn des Werkstücks linear ist und seine Orientierung konstant aufrechterhalten wird.

Die Erfindung

Die Erfindung schafft einen Ausgleichsmechanismus für ein Drehzentrum eines Handhabungsautomaten (Roboters) mit
- einem Rahmen,
- einer drehbaren Antriebswelle an dem Rahmen,
- einem ersten Arm, der nicht drehbar an der drehbaren Antriebswelle befestigt ist,
- einer ersten Stützwelle, die drehbar an dem ersten Arm so befestigt ist, daß sie parallel zu der drehbaren Antriebswelle und von dieser durch einen Abstand entfernt ist,
- einem zweiten Arm, der nicht drehbar an der ersten Stützwelle befestigt ist,
- einer zweiten Stützwelle, die drehbar an dem zweiten Arm so befestigt ist, daß sie parallel zu der ersten Stützwelle ist, und
- einem Werkzeughalter, der nicht drehbar an der zweiten Stützwelle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, - daß die zweite Stützwelle von der ersten Stützwelle um einen Abstand entfernt ist, der gleich dem Abstand zwischen der ersten Stützwelle und der drehbaren Antriebswelle ist,
- daß erste Steuermittel sich zwischen einer ersten Welle, die nicht drehbar an dem Rahmen befestigt ist, und der ersten Stützwelle erstrecken, um dazwischen eine konstante Winkelbeziehung aufrechtzuerhalten, und
- daß zweite Steuermittel sich zwischen einer zweiten Welle, die nicht drehbar an dem ersten Arm befestigt ist, und der zweiten Stützwelle erstrecken, um dazwischen eine konstante Winkelbeziehung aufrechtzuerhalten,
- so daß ein nicht drehbar an dem Werkzeughalter befestigtes Werkzeug parallel zu dem ersten Arm gehalten ist.
Vorzugsweise weisen die Steuermittel Riemen auf, die sich zwischen Riemenscheiben erstrecken, die an den zugehörigen Wellen befestigt sind.

Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Betriebsweise in dem obigen Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
Fig. 3 und 4 sind Seitenansichten, die einen herkömmlichen Schweißroboter veranschaulichen;
Fig. 5 ist eine Draufsicht entsprechend Fig. 4;
Fig. 6 ist eine Draufsicht, die die Probleme mit dem obigen herkömmlichen Schweißroboter veranschaulicht; und
Fig. 7 (a) und (b) sind perspektivische Ansichten, die andere Probleme bei dem obigen herkömmlichen Schweißroboter veranschaulichen.

Beste Ausführungsform

In Fig. 1 ist ein aus Rohr mit quadratischem Querschnitt gebildeter Rahmen 10 (beispielsweise ein Y-Achsen-Rahmen in einem Schweißroboter) mit einem ersten Arm 11 verbunden, und dieser Arm ist seinerseits mit einem zweiten Arm 12 verbunden. Der Rahmen 10 und die Arme 11 und 12 sind parallel und die Kanten der Rohre liegen übereinander. Ein R-Achsen-Antriebsmotor 13 ist an der Oberseite des Rahmens 10 befestigt mit etwas Abstand gegenüber einem geschlossenen Ende 10A, wobei eine Riemenscheibe 14 an dem unteren Ende einer drehbaren Welle 13A angebracht ist.
Eine abgestufte drehbare Antriebswelle 16 benachbart dem geschlossenen Ende 10A des Rahmens 10 ist mit der drehbaren Welle 13A durch einen Riemen 15 verbunden. Die Welle 16 ist drehbar durch Lager 17 in einer oberen 10U und einer unteren Platte 10D in dem Rahmen 10 gelagert. Eine Riemenscheibe 18 ist an der Welle 16 befestigt, und ein Riemen 15 verläuft über die Riemenscheiben 18 und 14. Die Welle 16 hat eine schlanke Verlängerung 16A, die von der unteren Platte 10D vorragt und sich zu einer unteren Platte 11D des Arms 11 erstreckt, um nicht drehbar damit verbunden zu werden. Die Verlängerung 16A durchdringt mit einem Freiraum eine erste stationäre Welle 19, die mit einem Freiraum durch ein Loch 11u in der Nachbarschaft eines geschlossenen Endes 11A einer oberen Platte 11U des Arms 11 hindurchgeht. Die Welle 19 ist hohl und hat einen Montageflansch 19A, der gegen die untere Platte 10D gedrückt und mit dieser verschraubt ist (nicht gezeigt), und erstreckt sich in den Arm 11 und endet in diesem, wobei eine Riemenscheibe 20 an dem unteren Ende befestigt ist.
Benachbart einem entgegengesetzten geschlossenen Ende 11B des Arms 11 ist eine erste Stützwelle 21 drehbar durch Lager 22 in der oberen 11U und der unteren Platte 11D des Arms 11 gelagert. Eine Riemenscheibe 23 ist an der Welle 21 befestigt, und ein Riemen 24 verläuft über die Riemenscheiben 23 und 20. Die erste Stützwelle 21 hat wie die drehbare Antriebswelle 16 eine schlanke Verlängerung 21A, die von der unteren Platte 11D vorragt und nicht drehbar mit einer unteren Platte 12D verbunden ist. Die Verlängerung 21A erstreckt sich mit Freiraum durch eine zweite stationäre Welle 25, die mit Freiraum durch ein Loch 12u in der Nachbarschaft eines geschlossenen Endes 12B einer oberen Platte 12U in dem Arm 12 hindurchgeht. Die Welle 25 ist hohl und hat einen Montageflansch 25A, der gegen die untere Platte 11D gedrückt und mit dieser verschraubt ist (nicht gezeigt), erstreckt sich in den Arm 12 und endet in diesem, wobei eine Riemenscheibe 26 an dem unteren Ende befestigt ist.
Benachbart dem anderen geschlossenen Ende 12A des Arms 12 ist eine zweite Stützwelle 27 drehbar durch Lager 28 in der oberen 12U und der unteren Platte 12D in dem Rahmen 12 gelagert. Eine Riemenscheibe 29 ist an der Welle 27 befestigt. Ein Riemen 30 verläuft über die Riemenscheibe 29 und eine Riemenscheibe 26 an der Welle 25. Die Welle 27 hat eine Verlängerung 27A, an der ein Halter 31 befestigt ist, der einen Schweißbrenner 8 eines Mehrspindel-Schweißroboters trägt.
Der Abstand zwischen einer Rotationsmittellinie O der Welle 16 und der Mittellinie der ersten Stützwelle 21 ist gleich dem Abstand 1 zwischen einer Achse O der zweiten Stützwelle 27 und der Achse der ersten Stützwelle 21 und gleich dem Abstand horizontal zwischen der Achse O der zweiten Stützwelle 27 und dem vorderen Ende 8A des Schweißbrenners 8.
Wie Fig. 2 zeigt, wenn der Rahmen 10 und die Arme 11, 12 sich in der durch volle Linien gezeigten Stellung befinden, wenn der Motor 13 angetrieben wird, um seine drehbare Welle 13A um einen Winkel α in der Richtung des Pfeiles zu drehen, wird die Drehung über die Riemenscheibe 14, den Riemen 15 und die Riemenscheibe 18 auf die drehbare Antriebswelle 16 übertragen, um die Welle 16 zu drehen. Wenn die Welle 16 gedreht wird, dreht sich der erste Arm 11, der am Ende der Welle 16 abgestützt ist, um einen Winkel α um die Achse O der Welle 16.
Der Schweißbrenner 8 wird zu allen Zeiten in einer Stellung parallel zu dem Arm 11 gehalten, weil der Brenner an dem Arm 11 über einen Steuermechanismus für die Drehung der Stützwelle verbunden ist, der aus dem Brennerhalter 31, der zweiten Stützwelle 27, der Riemenscheibe 29, dem Riemen 30, der Riemenscheibe 26 und der zweiten stationären Welle 25 besteht, die fest an dem Arm 11 abgestützt ist. Der Arm 12 ist mit dem Rahmen 10 durch einen Steuermechanismus für die Drehung der Stützwelle 21 verbunden, der aus der Riemenscheibe 23, dem Riemen 24, der Riemenscheibe 20 und der ersten stationären Welle 19 besteht, die an dem Rahmen 10 befestigt ist, so daß der Arm 11 zu allen Zeiten in einer Position parallel zu dem Rahmen 10 gehalten wird, selbst wenn sich der Arm 11 dreht. Wenn die drehbare Antriebswelle 16 sich dreht, wird somit der Arm 11 veranlaßt, sich um die Achse O der Welle 16 zu verdrehen, die zweite Stützwelle 27 dreht sich um eine Stellung P in einer Entfernung 1 von der Achse O des Rahmens 10, und der Schweißbrenner 8 dreht sich um einen Winkel, der gleich dem Drehwinkel α des Arms 11 ist und hält eine Position parallel zu dem Arm 11 ein, so daß der Schweißbrenner 8 sich um das vordere Ende 8A des Brenners dreht. Obwohl das vordere Ende 8A des Brenners 8 und die Drehmittellinie O der Welle 16 nicht zusammenfallen, dreht sich der Schweißbrenner um das vordere Ende 8A des Brenners statt um die Drehachse O der Welle 16, so daß die drehbare Welle 16 die R-Achse des automatischen Schweißroboters ist.
1. Es besteht keine Notwendigkeit, einen Ausgleich der Koordinaten der X-Achse und der Y-Achse vorzunehmen.
2. Die Möglichkeit von Kollisionen mit dem Werkstück oder der auf das Werkstück bezogenen Vorrichtung kann vermindert werden, ohne die Hübe anderer Achsen, wie der X-Achse oder der Y-Achse, zu opfern.

Stand der Technik

In Fig. 3 und Fig. 4 hat ein Grundgestell 1 eine Führung in der Richtung einer X-Achse, einen Rahmen 2 auf einer Z-Achse auf dem Grundgestell 1, geführt durch die X-Achsen-Führung und mit einer Z-Achsen-Führung. Ein Y-Achsen-Rahmen 3 ist durch ein Glied 4 abgestützt und in der Richtung der Y-Achse beweglich, geführt durch die Z-Achsen-Führung. Ein Motor 5 für den R-Achsen-Antrieb ist an dem Y-Achsen-Rahmen 3 mit einer drehbaren Welle 6 (R-Achse) in der Richtung der Z-Achse angeordnet. Die Welle 6 ragt von der Unterseite des Y-Achsen-Rahmens 3 nach unten vor und stützt fest einen Brennerhalter 7 ab. Ein Schweißbrenner 8 ist horizontal durch den Brennerhalter 7 getragen.
Fig. 3 zeigt, wie die Stellung eines vorderen Endes 8A des Brenners (Schweißpunkt) um eine horizontale Entfernung 1 von einer Mittellinie (R-Achse) O der Drehung der drehbaren Welle verlagert ist. Fig. 4 zeigt, wie der Brenner 8 so durch den Brennerhalter 7 abgestützt ist, daß die Stellung (Schweißpunkt) des vorderen Endes 8A des Brenners mit der Drehmittellinie (R-Achse) O der drehbaren Welle 6 zusammenfällt.
Die Antriebsmechanismen für die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse und ihre Steuerungen sind nicht gezeigt.
In Fig. 4 ist das vordere Ende 8A des Brenners 8 auf der Drehmittellinie O gehalten, ohne Änderung in dem Brennerwinkel (der Winkel zwischen der Brennerspitze und der Schweißbrennervorrichtung). In Fig. 3 ist das vordere Ende 8A des Brenners in dem Abstand 1 von der Drehmittellinie O, so daß das vordere Ende 8A des Brenners eine kreisförmige Bewegung um die Drehmittellinie O herum macht, wenn die Welle 6 verdreht wird.
Zum Verhindern einer Verlagerung des vorderen Endes 8A des Brenners beinhaltet das herkömmliche Verfahren die Kompensation der Koordinaten sowohl der X-Achse als auch der Y-Achse in einer Richtung zum Ausgleichen der Verlagerung, wenn die Welle 6 verdreht wird. Solche Kompensationen machen die Steuerung des Antriebs und seiner Bewegungen komplex: Die zentrale Steuereinheit (CPU) führt arithmetische Operationen aus, jedesmal wenn eine Kompensation durchzuführen ist, um die Antriebe der X-Achse und der Y-Achse zu betätigen. Dies erhöht die Möglichkeit der Kollision der Einheit mit dem Arbeitswerkzeug und beschränkt den Bewegungsraum, innerhalb welchem der Schweißbrenner 8 bewegt wird. Somit wird zusätzlich bis zu 2 l für den Hub der X-Achse und der Y-Achse benötigt. In Fig. 4, wenn eine solche Arbeit W (Breite x, Tiefe y), wie in Fig. 6 gezeigt, in Betracht kommt, kollidieren das Werkstück W und die Vorrichtung T miteinander, wenn der Achsenantrieb oberhalb des Schweißpunkts angeordnet ist. In Fig. 7 (a) und (b) kollidieren die Achsen und die Antriebe miteinander.

Claims

1. Ausgleichsmechanismus für ein Drehzentrum eines Roboters, mit

- einem Rahmen (10),

- einer drehbaren Antriebswelle (16) an dem Rahmen (10),

- einem ersten Arm (11), der nicht drehbar an der drehbaren Antriebswelle (16) befestigt ist,

- einer ersten Stützwelle (21), die drehbar an dem ersten Arm (10) so befestigt ist, daß sie parallel zu der drehbaren Antriebswelle (16) und von dieser durch einen Abstand (1) entfernt ist,

- einem zweiten Arm (12), der nicht drehbar an der ersten Stützwelle (21) befestigt ist,

- einer zweiten Stützwelle (27), die drehbar an dem zweiten Arm (12) so befestigt ist, daß sie parallel zu der ersten Stützwelle (21) ist, und

- einem Werkzeughalter (31), der nicht drehbar an der zweiten Stützwelle befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, - daß die zweite Stützwelle (27) von der ersten Stützwelle (21) um einen Abstand (1) entfernt ist, der gleich dem Abstand (1) zwischen der ersten Stützwelle (21) und der drehbaren Antriebswelle (16) ist,

- daß erste Steuermittel (24) sich zwischen einer ersten Welle (19), die nicht drehbar an dem Rahmen (10) befestigt ist, und der ersten Stützwelle (21) erstrecken, um dazwischen eine konstante Winkelbeziehung aufrechtzuerhalten, und

- daß zweite Steuermittel (30) sich zwischen einer zweiten Welle (25), die nicht drehbar an dem ersten Arm (11) befestigt ist, und der zweiten Stützwelle (27) erstrecken, um dazwischen eine konstante Winkelbeziehung aufrechtzuerhalten,

- so daß ein nicht drehbar an dem Werkzeughalter (31) befestigtes Werkzeug (8) parallel zu dem ersten Arm (11) gehalten ist.

2. Ausgleichsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem die ersten und zweiten Steuermittel (24, 30) Riemen aufweisen, die sich zwischen Riemenscheiben (20, 23; 26, 29) erstrecken, die nicht drehbar an den zugehörigen Wellen befestigt sind.