DE8220191U1 - Antriebsaggregat fuer eine handhabungsvorrichtung - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Neuerung befaßt sich mit einem Antriebsaggregat für eine Handhabungsvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Drehbewegungen, Schwenkbewegungen und translatorische Bewegungen der einzelnen Glieder von Handhabungsvorrichtungen wie Manipulatoren oder Robotern werden zumeist durch hydraulische oder pneumatische Antriebe erzeugt, seltener durch Elektromotoren, weil diese ein relativ großes Leistungsgewicht besitzen und gekühlt werden müssen. Elektrische Antriebe haben allerdings gegenüber hydraulischen und pneumatischen Antrieben den Vorteil, sehr genau steuerbar und stillsetzbar zu sein. Insbesondere pneumatische Antriebe sind wegen der Kompressibilität der Luft sehr schwer steuerbar und positionierbar, weshalb sie nur an durch Anschläge gebildeten Endpunkten stillgesetzt werden. Die dabei auftretenden Schläge können sowohl an der Handhabungsvorrichtung als auch an dem durch sie bewegten Gegenstand Schaden hervorrufen. Es ist deshalb üblich, die pneumatischen Antriebe vor Erreichen ihrer Endlagen zu dämpfen. Als Dämpfungseinrichtungen sind vor allem Dämpfungszylinder, welche in ähnlicher Bauweise als

Schwingungsdämpfer im Automobilbau Verwendung finden, aber auch Elektromagnetbremsen oder Kombinationen von beiden bekannt. Solche Dämpfungseinrichtungen haben den Nachteil, daß sie aufwendig sind, daß sie schlecht steuerbar sind und deshalb ein Anschlagen nicht unter allen Umständen verhindern können, daß sie Verlustwärme erzeugen, die abgeführt werden muß, und daß sie die Handhabungseinrichtung relativ langsam machen, weil die antreibendem Kolben-Zylindereinheiten künstlich gedämpft werden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für hydraulische und insbesondere für pneumatische Betätigung geeignetes Antriebsaggregat für Handhabungseinriehtungen zu schaffen, welches ohne großen Aufwand und ohne besondere Dämpfungseinrichtungen verwirklicht werden kann und hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebsaggregat mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das mechanische Zwischengetriebe bewirkt, daß das angetriebene Glied der Handhabungsvorrichtung sich in seinen beiden Endlagen, welche den beiden Endlagen des Drehflügels entsprechen, jeweils in einer Totpunktlage befindet, welcher es sich aufgrund der Ubertragungskennlinie des Getriebes

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γ, mit abnehmender^ gegen Null tendierender Ge-

: schwindigkeit annähert. Die Totpunktlagen wer-

' den auch bei voller Ausnutzung der Leistung des

;' Drehflügelzylinders ohne jegliche Dämpfungs-

'\ 5' maßnahmen mit gegen Null tendierender Geschwindig

keit erreicht und bei der Bewegung von der einen

.■; in die andere Endlage durchläuft das ange-

·'.: triebene Glied ein Maximum der Geschwindigkeit,

■:' welche danach bis zum Erreichen der anderen

Endlage stetig wieder bis auf Null abfällt.

Der Bewegungsablauf des angetriebenen Gliedes ist f.

bei hoher und ungedämpfter Arbeitsgeschwindigkeit

r des Drehflügelzylinders weich und rasch. Das An

schlagen des Drehflügels selbst an die beiden ihm zugeordneten Endanschläge kann ohne Schaden

hingenommen bzw. ohne nennenswerten Aufwand beherrscht werden.

Vorteilhaft bei der Neuerung ist ferner die Möglichkeit einer sehr kompakten Bauweise der

Handhabungsvorrichtung, welche sich dadurch eigibt. daß man auch die translatorischen Ekwegungen von Gliedern der Handhabungsvorrichtung von Drehflügelzylindern anstatt von linearen Kolben-Zylinder-Einheiten ableitet. Mehrere solcher Drehflügelzylinder können zur Bildung einer Handhabungsvorrichtung mit mehreren Freiheitsgraden der Bewegung zu einer kompakten Einheit

zusammengebaut werden, indem man z.B. die Drehflügelzylinder mit einem außen kubischen Gehäuse versieht und mehrere solche Gehäuse unmittelbar oder gegeneinander versetzt oder unter Zwischenfügung von Verbindungsteilen miteinander verbindet.

Besonders geeignet ist die Neuerung für pneumatisch betätigte Drehflügelzylinder.

Als Getriebeformen eignen sich besonders die Kurbelschwinge (Gelenkviereck), deren Totpunktlagen die Strecklage und die Decklage entsprechen, ferner die Schubkurbel, die Kreuzschleife und die Kurbelschleife, bei denen zwischen den Totpunktlagen (Umkehrlagen) i80°-Drehungen der Kurbel liegen_f die Anschläge im Drehflügelzylinder, dessen Drehflügel fest mit der Kurbel verbunden ist, also um einen Drehwinkel von 18O° auseinanderliegen müssen. Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen dieser Kurbelgetriebe, welche bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Kurbel bzw.des Drehflügels dem getriebenen Glied eine zwischen den Totpunktlagen sinusförmig oder sinusähnlich sich ändernde Geschwindigkeit vermitteln. Bei der Kreuzschleife ist der Geschwirdigkeitsverlauf stets sinusförmig.

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Unter den Kurbelschwingen werden jene bevorzugt, deren Streck- und Decklage durch einen Kurbelwinkel von 18O° voneinander getrennt sind.

Ferner eignen sich für Zwecke der Erfindung Kurvengetriebe, insbesondere Hubschwingen, deren Kurvenscheibe oder Kurvenrolle direkt vom Drehflügelzylinder angetrieben wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 zeigt die Seitenansicht eines Manipulators, und
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Figur 2 zeigt einen geöffneten Drehflügelzylinder in Schrägansicht.

Der Manipulator in Fig. 1 besitzt auf einer Montageplatte 1 einen Sockel 2 mit einem Bett 3, auf welchem in Richtung des Pfeils 4 waagerecht hin und her verschieblich ein Schlitten 5 gelagert ist. Die Hin- und Herbewegung des Schlittens 5 wird durch einen Schubkurbelantrieb gebildet. Dieser umfaßt einen in einem kubischen Zylinderblock 6 angeordneten pneumatischen Drehflügelzylinder, dessen Drehflügel auf einer waagerechten, aus dem Zylinderblock 6 herausgeführten Welle 7

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befestigt ist, ferner eine außerhalb des Zylinderbloeks 6 drehfest auf der Welle 7 befestigte kreisrunde Scheibe 8 mit mehreren Bohrungen 9 in unterschiedlichen Abständen von der Achse der Welle 7. Die Scheibe 8 dient als Kurbel und ist mittels einer Koppelstange 10 gelenkig mit einer am Sockel 2 fest angebrachten Flanschplatte 11 verbunden. Durch Verdrehen der Scheibe 8 zwischen zwei in 18O°- Lage angeordneten Umkehrlagen (Totpunktlagen) wird der Schlitten 5 horizontal zwischen zwei Umkehrlagen verschoben. Der maximale Verschiebeweg (der Hub des Schubkurbelgetriebes) kann dadurch verändert werden, daß man das eine Ende der Koppelstange 10 in unterschiedlichem Abstand von der Welle 7 an der Scheibe 8 mit einem Gelenkbolzen an einer der Eohrungen 9 gelenkig anbringt.

Ein Manipulatorarm 12 ist um eine waagerechte, an einem Aufbau 13 des Schlittens 5 gelagerte Achse 14 verschwenkbar und in einem Spannblock 15 befestigt, welcher ebenfalls um die Achse 14 verschwenkbar ist. Die Verschwenkung des Manipulatorarms 12, welcher mit einem Greifer 16 ausgerüstet ist, erfolgt durch einen weiteren pneumatischen Drehflügelzylinder, welcher in einem zweiten kubischen Zylinderblock 17 untergebracht ist, welcher auf dem Schlitten 5 befestigt und mit dem Zylinderblock 6 verbunden ist.

Der Drehflügel des zweiten Drehflügelzylinders ist drehfest auf einer waagerechten Welle 18 gelagert, welche aus dem Zylinderblock 17 herausgeführt ist und dort eine kreisrunde Scheibe 19 trägt, welche wie die Scheibe S in unterschiedlichen Abständen von der Welle 18 Bohrungen 20 zum Anlenken eines Koppelgliedes 21 besitzt. Das Koppelglied 21 besteht aus einem schwenkbaren,an der Scheibe 19 befestigten Hebel 22, welcher zwei um waagerechte, zueinander und zur Welle 18 parallele Achsen 23 und £4 drehbare Rollen 25 und 26 trägt, zwischen denen der Manipulatorarm 12 geführt ist. Die eine der Achsen 23 stimmt mit der Schwenkachse des Hebels 22 überein.

Die Zeichung zeigt den Manipulatorarm 12 in seiner oberen Umkehrlage (obere Totpunktlage). Durch Verdrehen der Scheibe 19 um 18O° gelangt der Manipulatorarn! 12 in seine untere Umkehrlage (untere Totpunktlage). Der Drehbereich der Scheibe 19 ist durch den Pfeil 27 angedeutet. Der maximale Schwenkwinkel des Manipulatorarms 12 kann durch Umstecken des Gelenkzapfens des Hebels 22 in eine andere der Bohrungen 20 in der Scheibe 19 verändert warden.

Durch Ersatz der kreisrunden Scheibe 19 durch eine Kurvenscheibe ui._^J Ersatz des Koppelgliedes 21 durch ein modifiziertes Koppelglied zwischen Kurven-

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scheibe und Manipulatorarm 12 könnte die schwingende Kurbelschleife in ein Kurvengetriebe mit Hubschwinge umgewandelt werden.

Durch Anordnung eines weiteren Kurbelantriebs, ⁿ

jedoch mit vertikaler Kurbelachse, kann man |

den Manipulator in einer waagerechten Ebene I

schwenkbar ausbilden. ;

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung den Aufbau eines |

für den Manipulator in Fig. 1 geeigneten |

pneumatischen Drehflügelzylindeis, der in einem |

i.w. zylindrischen Gehäuse 30 einen Drehflügel f

31 besitzt, welcher zwischen zwei Anschlägen |

32 und 33, welche jeweils mit einer Dichtung 3^ ί

hinterlegt sind, um 18O° hin und her bewegbar |

ist. Die Druckluft wird über zwei Bohrungen 35 |

und ^6 in einem Gehäuseflansch 37 zugeführt. Der I

Drehflügel 31 besteht i.w. aus zwei parallelen, \

auf einer Welle 38 befestigten Platten 39, zwi- i-

schen denen eine radial und achsial wirksame r

Dichtung 40 eingespannt ist. f

Claims (8)

DR. RUDOLF BAUE.ft ■•••DlP^.-INdv KE1LMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTLICHE 29 - 31 (AM LEO^OLDPLATZ) D-7S30 PFORZHEIM (west-Germany) S (0 72 311 1022 80/70 TELEGRAMME PATMARK 21. Juni 1982 III/Be Werner Koch, 7536 Ispringen Antriebsaggregat für eine Handhabungsvorrichtung . Ansprüche:

1. Antriebsaggregat für ein Glied einer

Handhabungsvorrichtung wie Manipulator oder Roboter unter Verwendung eines druckmittelbetätigten Drehflügelzylinders als Kraftquelle,

dessen Kolben ein drehfest auf einer drehbar im

Zylindergehäuse gelagerten Welle befestigter, ! zwischen zwei innenliegenden Anschlägen hin- und

hergehender Drehflügel ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umsetzung der Drehbewegung der Welle (7, 18,38) in eine translatorische Bewegung oder in eine Schwenkbewegung des anzutreibenden Gliedes (5,12) der Handhabungsvorrichtung ein mechanisches Kurvengetriebe oder Kurbelgetriebe

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mit zwei Totpunktlagen vorgesehen ist, welche in den beiden Endlagen des Drehflügels (31 ) eingenommen werden.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß als Kurbelgetriebe eine Kurbelschwinge dient, derenKurbel direkt vom Drehflügelsylinder angetrieben wird.

3. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Totpunktlagen der Kurbelschwinge, nämlich der Deck- und Strecklage, ein Kurbelwinkel von 18O° liegt.

4. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurbelgetriebe

ein Schubkurbelgetriebe (7 bis 11) dient, dessen Kurbel (8) direkt vom Drehflügelzylinder (Fig. 2) angetrieben wird.

5. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurbelgetriebe

eine Kurbelschleife (12 bis 15, 18-26) vorgesehen ist, deren Kurbel (19) direkt vom Drehflügelzylinder (.Fig. 2) angetrieben wird.

6. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurbelgetriebe eine Kreuzschleifenkurbel vorgesehen ist, deren Kurbel direkt vom Drehflügelzylinder angetrieben wird,

7. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurvengetriebe

eine Hubschwinge vorgesehen ist.

8. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kurvengetriebe

ein Schubkurvengetriebe vorgesehen ist.