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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die die Führung
eines Werkzeuges oder dergleichen in verschiedene
Positionen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
ermöglicht.
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Es ist klar, daß das erfindungsgemäße Prinzip auch bei
»horizontalen« Schwenkachsen angewendet werden kann,
die von einer horizontalen Linie abweichen.
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Es ist deshalb für die Zwecke der praktischen Anwendung
der Erfindung und die Interpretation der Ansprüche von
Bedeutung, daß die Begriffe »horizontal« und
»vertikal« nur als Bezugsgrößen zu verstehen sind, und
daß diese Begriffe auch andere Ausrichtungen definieren
können, ohne daß dadurch vom Kern der Erfindung
abgewichen wird. Eine Anordnung der oben beschriebenen
Art ist in der US-A-4,299,533 gezeigt und beschrieben,
wobei ein Manipulator vorgesehen ist, der zur Bewegung
von Material zu einer von mehreren verschiedenen
Stellen entlang einer Linie vorgesehen ist, die sich
von den Armen auf eine erste Ebene erstreckt. In diesem
Fall wird eine Bewegung auf einer geraden Linie entlang
einer Ebene zu einer von mehreren möglichen Positionen
auf der Linie bewirkt. In der EP-A-0 076 947 wird eine
sogenannte Robotereinrichtung beschrieben, die zur
Bewegung eines Objektes dient und bei der der Weg der
Bewegung und die Position innerhalb einer Halbkugel
beliebig ausgewählt werden kann, welche von der Länge
eines Armes bestimmt wird. Dies wird dadurch erreicht,
daß ein einzelner Roboterarm oder zwei miteinander
verbundene Arme schwenkbar mit einer Stütze verbunden
werden. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der
US-A-4,398,863 bekannt, die ebenfalls die Möglichkeit
beschreibt, einen entsprechenden Arm an einer Stütze zu
schwenken. Schließlich wird in der DE-A1-3 308 474 der
nächstliegende Stand der Technik beschrieben, gemäß dem
ein Robotersystem eine Anordnung aufweist, die um eine
erste vertikale Achse schwenkbar ist.
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Die vorliegende Erfindung kann als Weiterentwicklung
des wesentlichen Kerns der zuletzt genannten
Druckschrift angesehen werden. Bei Berücksichtigung des
gegenwärtigen, oben beschriebenen Standes der Technik
ergibt sich, daß ein besonderes technisches Problem
insbesondere hinsichtlich der in der Einleitung
erwähnten Anmeldung darin besteht, mit Hilfe einfacher
Einrichtungen solche Bedingungen zu schaffen, daß die
Werkzeugbefestigung und das Werkzeug unabhängig von der
Art, in der ein Ende des ersten Arms in Bezug auf eine
Basisplatte rotiert wird, ein und diesselbe Ausrichtung
erhalten. Es ergibt sich ferner, daß ein technisches
Problem darin besteht, mit Hilfe einfacher
Einrichtungen solche Wirkungen zu schaffen, daß bei drehbarer
Anordnung des Arms relativ zu einer Basisplatte in
einer ersten Richtung die Werkzeugbefestigung sich in
einem entsprechenden Ausmaß in einer entgegengesetzten
Richtung dreht. Ein weiteres technisches Problem
besteht darin, solche Umstände zu schaffen, bei denen ein
Werkzeug, welches fest in der Werkzeugbefestigung
montiert ist und relativ dazu schräg liegt, seine
schräge Einstellung unabhängig von der Posititon der
Werkzeugbefestigung beibehält. Ein weiteres technisches
Problem besteht in Verbindung mit einer vertikalen
Schwenkachse in der Schaffung einer getrennten
Zahnradanordnung mit drei aufeinander einwirkenden Zahnrädern,
die vorbestimmte Beziehungen zwischen den
Schwenkrichtungen aufweisen, so daß dadurch Möglichkeiten zur
Aktivierung der Werkzeugbefestigung in der oben
genannten Weise auch in einer horizontalen Ebene in
Folge einer Bewegung des Arms in der horizontalen
Ebene geschaffen werden. Ein weiteres technisches
Problem besteht darin, einfache Einrichtungen zum
Rotieren der Werkzeugbefestigung in der oben
beschriebenen Weise mit Hilfe von Führungsrollen und
Endlosriemen zu schaffen, mit denen Bewegungen, die von
einem zweiten und einem dritten Zahnrad erzeugt werden,
zu einer in der Nähe der Werkzeugbefestigung liegenden
Ausgangsachse übertragen werden können.
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Ein technisches Problem besteht schließlich auch in der
Realisierung der Möglichkeit, die Richtung einer
vertikalen Schwenkachse für ein sechstes Zahnrad
parallel mit einer vertikalen Schwenkachse eines ersten
Zahnrades zu positionieren.
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Bei der paarweisen Verwendung von parallelen
Endlosriemen hat sich als technisches Problem erwiesen, die
Führungsrollenpaare so freizugeben, daß sie in der
Weise miteinander zusammenwirken, daß zwei Paare von
Endlosriemen in zueinander entgegengesetzten Richtungen
angetrieben und dadurch die Wirkung von lateralen
Kräften während des Betriebes verringert werden.
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Erfindungsgemäß sollen eine erste, eine zweite und eine
dritte Schwenkachse horizontal und eine vierte und
fünfte Schwenkachse vertikal ausgerichtet sein, um eine
einfache Funktion dieser Anordnung zu ermöglichen.
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Schließlich ergibt sich als technisches Problem auch
die Tatsache, daß eine Anordnung, mit der eines oder
mehrere der oben genannten Probleme gelöst werden und
welche eine alternative Einsatzmöglichkeit bietet,
darin besteht, daß ein erstes Zahnrad von einem Motor
angetrieben wird und der Antrieb des Endlosriemens als
Rotationsbewegung zu einem sechsten Zahnrad und seiner
Achse übertragen wird und ein Schneid- oder
Schleifwerkzeug direkt an dem sechsten Zahnrad und seiner
Achse befestigt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung bietet eine Lösung für eines
oder mehrere der oben genannten technischen Probleme
und basiert auf einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß werden dazu die im Anspruch 1 genannten
Merkmale vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen der
Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Vorteile, die sich primär durch die
erfindungsgemäße Anordnung ergeben, bestehen in der Möglichkeit der
selektiven Bewegung einer an ein Werkzeug angepaßten
Werzeugbefestigung entlang einer Ebene, während eine
vorbestimmte Ausrichtung der Werkzeugbefestigung
beibehalten wird, sowie innerhalb eines Radius, der
durch die Gesamtlänge der zwei Arme bestimmt wird. Da
die Werkzeugbefestigung in der beschriebenen Weise
gesichert ist, nimmt ein in die Befestigung eingesetztes
Werkzeug immer eine Position und Ausrichtung in
Abhängigkeit von der Befestigung ein.
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Gleichzeitig hat es sich als möglich herausgestellt,
mit Hilfe eines Motors an einem Ende eines ersten
Armes, einem mit der Werzeugbefestigung
zusammenwirkenden Stift eine entsprechende Rotationsgeschwindigkeit
zu verleihen und dadurch zu ermöglichen, ein
Schleifoder Schneidwerkzeug direkt auf der Achse zu montieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform, die die
wesentlichen Merkmale der Erfindung aufweist, soll nun
im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben
werden. Es zeigt:
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Figur 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung
einer Anordnung mit einer Werkzeugbefestigung
in einer ersten Position, wobei auch die
Ausrichtung der Werkzeugbefestigung gezeigt ist,
wenn die Befestigung durch die Arme zu einer
gezeigten Position bewegt wird, die an einer
Seite einer von den Armen auf die Ebene
projekierten Linie liegt;
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Figur 2 eine Seitenansicht, die die Arbeitsweise der
Anordnung in einer erheblich vereinfachten
Weise zeigt; und
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Figur 3 die Anordnung gemäß Figur 2 in einer
horizontalen Projektion.
Beschreibung von gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen:
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Figur 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer
Anordnung, mit der ein Werkzeug oder ähnliches zu
verschiedenen Positionen einer ersten Ebene »A«, die durch
»x«- und »z«-Koordinaten definiert ist, geführt werden
kann. Diese Anordnung 1 umfaßt eine Stütze 2, einen
ersten Arm 3, einen zweiten Arm 4 und eine an ein
betreffendes Werkzeug angepaßte Werkzeugbefestigung 5.
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Ein Ende 3a des ersten Arms 3 ist über eine erste
horizontale Schwenkachse 6 schwenkbar mit der Stütze 2
verbunden. Ein Ende 4a des zweiten Arms 4 ist über eine
zweite horizontale Schwenkachse 7 schwenkbar mit dem
anderen Ende 3b des ersten Arms verbunden, während das
andere Ende 4b des zweiten Arms 4 über eine dritte
horizontale Schwenkachse 8 schwenkbar mit der
Werkzeugbefestigung 5 verbunden ist und Endlosriemen oder
Ähnliches so angeordnet sind, daß sie über
Führungsrollen laufen, die mit den entsprechenden Schwenkachsen
in der Weise zusammenwirken, daß bei einer Bewegung der
Werkzeugbefestigung 5 entlang einer von den Armen 3, 4
auf die Ebene »A« projektierten Linie »x« die
Werkzeugbefestigung 5 ein und dieselbe Ausrichtung einnimmt.
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In Figur 1 ist die »Kompaßrichtung« für die
Werkzeugbefestigung 5 mit dem Bezugszeichen «xka gekennzeichnet.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Werzeugbeo
festigung 5 mit einer vertikalen Achse 10 zusammenwirkt
und daß ein Ende 3a des Arms 3 mit der Stütze 2 über
eine vertikale Achse 11 zusammenwirkt.
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Die Werkzeugbefestigung 5 ist mit einer symbolischen
Aussparung 12 versehen, die die Funktion einer
Halterung für ein Werkzeug, z.B. eine Bohrmaschine
haben soll, wobei in diesem Fall die
Werkzeugbefestigung eine Position über der Ebene »A« einnehmen
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Die Werkzeugbefestigung 5 und ihre Öffnung 12 können
auch als Markierungseinrichtung zur Markierung
vorbestimmter Positionen in der Ebene »A« (x-z-Ebene) oder
jeder anderen Ebene angesehen werden.
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Es soll betont werden, daß ein an der Befestigung 5
gesichertes Werkzeug jeder gewünschten Richtung »D«
zugewiesen werden kann. Diese Richtung bleibt
unabhängig von der Position der Befestigung 5 entlang der
Ebene »A« die gleiche.
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Wie in den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, ist der Arm
3 relativ zu einer Basisplatte 12 um eine vierte
vertikale Schwenkachse 13 schwenkbar montiert, welche
einen rechten Winkel mit der ersten Schwenkachse 6
einschließt.
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Die Werkzeugbefestigung 5 ist so angeordnet, daß sie
relativ zu einer fünften vertikalen Schwenkachse 14
rotieren kann, die einen rechten Winkel mit der dritten
Schwenkachse 8 einschließt, und zwar in einem
entsprechenden Umfang und in einer entgegengesetzten
Richtung.
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Es wird vorausgesetzt, daß die Werkzeugbefestigung 5
mit der Achse 10 verbunden ist und daß die
Werkzeugbefestigung in eine in Figur 1 gezeigte Position 5' mit
Hilfe der Arme 3, 4 bewegt wird, wobei die Schwenkachse
6 durch die Arme 3, 4 relativ zu der Schwenkachse 13 in
der durch den Pfeil »P1« gezeigten Weise rotiert wird.
Dies bedeutet, daß sich die entsprechenden Endlosriemen
20, 21, 22, 23 in Richtung der Pfeile bewegen, was
wiederum zur Folge hat, daß die Werkzeugbefestigung 5
gemäß Figur 1 nach rechts zu der Position 5' mit
nachfolgender Rotation in Richtung des Pfeiles »P2« geführt
wird und dadurch die Ausrichtung der
Werkzeugbefestigung während der gesamten Bewegung von der Position »B«
zu der Position »C« in Figur 1 ein und dieselbe (X')
ist.
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Die vierte Schwenkachse 13 erstreckt sich vertikal und
trägt ein erstes Zahnrad 30, welches bei einer
Verschiebung und Rotation der Werkzeugbefestigung 5 in
einer ersten Richtung, d.h. von der Position »B« zu der
Position »C« gemäß Figur 1 ein zweites Zahnrad 31 in
einer Richtung und ein drittes Zahnrad 32 in einer
entgegengesetzten Richtung antreibt.
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Das zweite und dritte Zahnrad 31, 32 wirkt jeweils mit
einer entsprechenden Führungsrolle zusammen, und zwar
einer ersten Führungsrolle 33 und einer zweiten
Führungsrolle 34, die wiederum über einen
entsprechenden Endlosriemen 20, 21 mit dritten und vierten
Führungsrollen 35, 36 zusammenwirken, die der zweiten
Schwenkachse 7 zugeordnet sind, welche mit fünften und
sechsten Führungsrollen 37, 38 verbunden ist und
ebenfalls der zweiten Schwenkachse 7 zugeordnet sind, wobei
die fünften und sechsten Führungsrollen über einen
entsprechenden Endlosriemen 22, 23 mit siebten und
achten Führungsrollen 39, 40 zusammenwirken, die
wiederum mit vierten und fünften Getrieberädern 31',
32' zusammenwirken, welche in Eingriff mit einem
sechsten Getrieberad 30' stehen.
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Es ist klar, daß die Zahnradanordnung bei gleichem
Durchmesser und gleicher Zahnteilung prinzipiell die
gleiche ist.
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Die Schwenkachse des ersten Zahnrades 30 erstreckt sich
parallel zu der Schwenkachse des sechsten Zahnrades
30'.
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Die vierten und fünften Führungsrollen 36, 37 sind
benachbart zueinander angeordnet und miteinander
verbunden, so daß sie rotationsfest sind.
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Jeder Endlosriemen der dargestellten Ausführungsform
ermöglicht verzögerungs freie Bewegungsübertragungen wie
bei einem Zahnriemen, wobei jede Führungsrolle eine
periphere Oberfläche aufweist, in der Ausnehmungen
entsprechend den Vorsprüngen des Zahnriemens vorgesehen
sind. Aus Vereinfachungsgründen ist dieses Merkmal
nicht dargestellt. Es ist jedoch klar, daß auch andere
Riemenkonfigurationen verwendet werden könne.
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Es ist auch möglich, daß die erste, zweite und dritte
Schwenkachse 6, 7, 8 horizontal positioniert ist,
während die vierte und fünfte Schwenkachse 13, 14
vertikal liegen.
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Es liegt ferner im Schutzbereich der Erfindung, das
erste Zahnrad 30 und die Achse 11 mit einem Motor, auf
den in Figur 2 nur mit der Bezugsziffer 45 hingewiesen
wird, in bekannter Weise anzutreiben, und zwar über
Endlosriemen 20, 21, 22, 23 zur Übertragung einer
Rotationsbewegung auf das sechste Getrieberad 30' und seine
Achse 10.
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Die Anordnung der paarweisen Endlosriemen 20, 21 und
22, 23 hat zur Folge, daß die Kräfte in
entgegengesetzten Richtungen wirken und nicht die gegenseitigen
Positionen der Arme 3, 4 beeinflussen.
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In solchen Fällen wird vorgeschlagen, daß ein
Schneidoder Schleifwerkzeug an der Achse 10 und dem sechsten
Getrieberad 30' befestigt ist, wobei die
Werkzeugbefestigung 5 weggelassen wird.
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Es ist auch zu beachten, daß die Führungsrollen einen
vorbestimmten Abstand voneinander einnehmen, und zwar
gegenüber den Stützarmen (in den Figuren nicht
gezeigt), oder mit Hilfe des äußeren Gehäuses gemäß Figur
1 für den ersten Arm 3 und den zweiten Arm 4.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung kann die
Werkzeugbefestigung auch in Form einer Kugelbefestigung
ausgebildet sein, die das Werkzeug dann in einer gewünschten
geraden oder schrägen Position ausrichten und das
Werkzeug in dieser Position verriegeln kann.
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Es ist auch möglich, das Eigengewicht der Arme mit
Hilfe von Federn zu kompensieren. Weiterhin können
Vorkehrungen getroffen werden, mit denen einer lateralen
Bewegung der gleiche Wiederstand entgegengesetzt wird,
wie einer den Arm beugenden Bewegung.
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Darüberhinaus ist die Erfindung nicht auf die oben
beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt. Es sind vielmehr weitere Modifikationen
möglich, die innerhalb des durch die folgenden Ansprüche
abgegrenzten, erfindungsgemäßen Konzeptes liegen.