DE9310533U1 - Handling device - Google Patents
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Description
Anmelderin: 13. Juli 1993 Applicant: 13 July 1993
Felsomat GmbH & Co. KG 2002G100 SG/LöFelsomat GmbH & Co. KG 2002G100 SG/Lö
Gutenbergstraße 4
75203 Königsbach-SteinGutenbergstrasse 4
75203 Königsbach-Stein
Vertreter:Representative:
Witte, Weller, Gahlert & Otten
Patentanwälte
Augustenstraße 14
70178 StuttgartWitte, Weller, Gahlert & Otten
Patent attorneys
Augustenstrasse 14
70178 Stuttgart
Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen Palettenumsetzer, mit einem Maschinengestell und mit einem in Vertikalrichtung bewegbaren Ausleger, an dem ein Koppelelement zur Aufnahme einer Greifeinrichtung vorgesehen ist.The invention relates to a handling device, in particular a pallet transfer device, with a machine frame and with a boom that can be moved in the vertical direction and on which a coupling element is provided for receiving a gripping device.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-A-4 3 62 454 bekannt.Such a device is known from US-A-4 362 454.
Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Portal vorgesehen, auf dem in Horizontalrichtung ein Schlitten gesteuert verfahrbar ist. An dem Schlitten sind in Vertikalrichtung verfahrbare Greifelemente vorgesehen, mittels derer einzelne Paletten aufgenommen, in Vertikalrichtung verfahren, mittels Verfahren des Schlittens entlang des Portals in Horizontalrichtung verfahren und schließlich wieder in Vertikalrichtung abgesetzt werden können.In the known device, a portal is provided on which a carriage can be moved in a controlled horizontal direction. Gripping elements that can be moved in the vertical direction are provided on the carriage, by means of which individual pallets can be picked up, moved in the vertical direction, moved in the horizontal direction by moving the carriage along the portal and finally set down again in the vertical direction.
Eine Vorrichtung ähnlicher Art ist aus der DE-C-3 151 316 bekannt.A device of a similar type is known from DE-C-3 151 316.
Bei den bekannten Vorrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, daß zum Aufnehmen von Paletten, Verfahren in Horizontalrichtung und zum anschließenden Wiederabsetzen jeweils zwei gesteuerte Achsen (NC-Achsen) erforderlich sind, was relativ aufwendig und teuer ist. Soll dagegen der Transport nur mittels einer NC-Achse erfolgen, so müssen entsprechende Zusatzeinrichtungen vorgesehen sein, um die Paletten mit der geforderten Genauigkeit absetzen zu können, wozu beispielsweise Klinkeneinrichtungen vorgesehen sein können. Jedoch sind auch derartige Zusatzeinrichtungen relativ aufwendig und teuer.The known devices have the disadvantage that two controlled axes (NC axes) are required to pick up pallets, move them horizontally and then set them down again, which is relatively complex and expensive. If, on the other hand, the transport is to be carried out using only one NC axis, appropriate additional devices must be provided in order to be able to set down the pallets with the required accuracy, for which purpose latching devices can be provided, for example. However, such additional devices are also relatively complex and expensive.
Desweiteren nehmen die bekannten Handhabungsvorrichtungen, welche als Palettenumsetzvorrichtungen geeignet sind, einen erheblichen Platzbedarf ein, da hierzu jeweils ein Portal erforderlich ist, innerhalb dessen sich der erreichbare Arbeitsraum befindet.Furthermore, the known handling devices, which are suitable as pallet transfer devices, take up a considerable amount of space, since they require a portal within which the accessible working space is located.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung zu schaffen, welche insbesondere als Palettenumsetzvorrichtung geeignet ist, bei welcher eine einzige NC-Achse ausreicht, um Werkstücke, insbesondere Paletten sowohl in Horizontalrichtung als auch in Vertikalrichtung verfahren zu können. Ferner soll die Vorrichtung möglichst einfach und platzsparend aufgebaut sein.The invention is therefore based on the object of creating a handling device which is particularly suitable as a pallet transfer device, in which a single NC axis is sufficient to be able to move workpieces, in particular pallets, both horizontally and vertically. Furthermore, the device should be constructed as simply and space-saving as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Handhabungsvorrichtung der eingangs genannten Art der Ausleger eine erste Schwinge aufweist, die am Maschinengestell gelagert und um eine horizontale Drehachse drehbar angetrieben ist, daß an der ersten Schwinge eine zweite Schwinge drehbar angeordnet und mit der ersten Schwinge über ein erstes Getriebe derart zwangsgekoppelt ist, daß das Koppelelement bei Drehung der ersten Schwinge eine Ortskurve mit weitgehend linearen horizontalen und vertikalen Abschnitten beschreibt.This object is achieved according to the invention in that, in a handling device of the type mentioned at the beginning, the boom has a first swing arm which is mounted on the machine frame and is driven to rotate about a horizontal axis of rotation, that a second swing arm is rotatably arranged on the first swing arm and is positively coupled to the first swing arm via a first gear in such a way that the coupling element describes a locus with largely linear horizontal and vertical sections when the first swing arm rotates.
Erfindungsgemäß wird also die Überlagerung zweier Drehbewegungen ausgenutzt, um eine Linearbewegung in horizontaler und in vertikaler Richtung zu erzeugen.According to the invention, the superposition of two rotary movements is used to generate a linear movement in the horizontal and vertical directions.
Dieses Prinzip ist zwar grundsätzlich in der Robotik bekannt, wobei jedoch immer mindestens zwei NC-Achsen vorgesehen sind, die beide gesteuert werden, um so die gewünschte geradlinige Bewegung zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird dagegen die gewünschte Linearbewegung aus zwei Drehbewegungen abgeleitet, indem die beiden Schwingen über ein Getriebe in geeigneter Weise zwangsgekoppelt werden.This principle is known in robotics, but at least two NC axes are always provided, both of which are controlled in order to generate the desired linear movement. According to the invention, however, the desired linear movement is derived from two rotary movements by forcibly coupling the two rockers in a suitable manner via a gear.
Auf diese Weise wird es erfindungsgemäß ermöglicht, beliebige Punkte einer vorgegebenen Bahnkurve mittels nur einer NC-Achse gesteuert anzufahren.In this way, the invention makes it possible to approach any point of a given trajectory using only one NC axis.
In der Robotik ist es ferner bekannt, Drehachsen grundsätzlich derart anzuordnen, daß Drehbewegungen nur in der Horizontalrichtung erfolgen, da so zusätzliche Belastungen der Gelenke infolge des Gewichtes der schwenkbaren Elemente und der Trägheit beim Anfahren und Bremsen vermieden werden.In robotics, it is also known to arrange rotary axes in such a way that rotary movements only occur in the horizontal direction, as this avoids additional loads on the joints due to the weight of the pivoting elements and the inertia when starting and braking.
Erfindungsgemäß wird jedoch von diesem Prinzip abgewichen und eine Bewegung der beiden Schwingen in Vertikalrichtung vorgesehen, um mittels nur einer gesteuerten NC-Achse eine Bewegung entlang einer Bahnkurve zu ermöglichen, welche sowohl horizontale Abschnitte als auch vertikale Abschnitte aufweist.According to the invention, however, this principle is deviated from and a movement of the two rockers in the vertical direction is provided in order to enable a movement along a trajectory, which has both horizontal sections and vertical sections, by means of only one controlled NC axis.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß gemäß der Erfindung ein Portal vollständig entfallen kann und ein einziger Ausleger mit zwei Schwingen ausreicht, um die notwendigen Bewegungen auszuführen. Dadurch wird die Baugröße und das Gewicht der erfindungsgemaßen Vorrichtung erheblich reduziert. Der Arbeitsraum der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung handhabbaren Werkstücke oder Paletten wird nicht wie bei herkömmlichen Handhabungsvorrichtungen durch Teile der Vorrichtungen selbst überragt. Dadurch wird auch ein Einsatz unter räumlich eng begrenzten Bedingungen ermöglicht.Further advantages result from the fact that, according to the invention, a portal can be completely dispensed with and a single boom with two swing arms is sufficient to carry out the necessary movements. This significantly reduces the size and weight of the device according to the invention. The working space of the workpieces or pallets that can be handled with the device according to the invention is not exceeded by parts of the device itself, as is the case with conventional handling devices. This also enables use under spatially restricted conditions.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Schwingen derart zwangsgekoppelt, daß das Koppelelement bei Drehung der ersten Schwinge eine im wesentlichen U-förmige oder L-förmige Ortskurve in einer vertikalen Ebene beschreibt.In an advantageous development of the invention, the two rockers are forcibly coupled in such a way that the coupling element describes a substantially U-shaped or L-shaped locus in a vertical plane when the first rocker rotates.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die im wesentlichen U-förmige Bewegungsbahn des Koppelelementes bzw. der daran vorgesehenen Greifeinrichtung besonders zum Umsetzen von Paletten geeignet ist, da hierbei Paletten aufgenommen und in Vertikalrichtung nach oben bewegt werden müssen, anschließend um einen vorge-This measure has the advantage that the essentially U-shaped movement path of the coupling element or the gripping device provided on it is particularly suitable for moving pallets, since pallets must be picked up and moved vertically upwards, then moved around a predetermined
gebenen Betrag in Horizontalrichtung bewegt werden müssen und schließlich wieder mit hoher Präzision in Vertikalrichtung linear nach unten bewegt und wieder abgesetzt werden müssen. Bei einer gedachten vollständigen Umdrehung der ersten Schwinge um 3 60° ist die Ortskurve an ein Quadrat angenähert. Beträgt die Drehung der ersten Schwinge jedoch weniger als 3 60° und wird danach wieder zurückgetaktet, so ergibt sich eine im wesentlichen U-förmige Ortskurve, wobei die beiden Schenkel der U-Form nach unten gerichtet sind.must be moved horizontally by a given amount and then moved linearly downwards in the vertical direction with high precision and then set down again. If the first swing arm makes an imaginary complete rotation of 3 60°, the locus curve is approximate to a square. However, if the rotation of the first swing arm is less than 3 60° and is then cycled back again, the result is an essentially U-shaped locus curve, with the two legs of the U-shape pointing downwards.
Dagegen kann für einzelne Anwendungsfälle, wie etwa bei Paketieranlagen für Klein-Verpackungsmaschinen, auch ein anderer Ausschnitt aus der quadratischen Bahnkurve, etwa ein L-förmige Bahnkurve verwendet werden.However, for individual applications, such as in packaging systems for small packaging machines, another section of the square trajectory, such as an L-shaped trajectory, can be used.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Übersetzungsverhältnis des ersten Getriebes 1:4.In a further preferred embodiment of the invention, the gear ratio of the first transmission is 1:4.
Bei einer Drehung der ersten Schwinge mit der Winkelgeschwindigkeit &ohgr; bewegt sich demnach also die zweite Schwinge mit einer Winkelgeschwindigkeit von 4 &ohgr;. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Annäherung der Bewegungsbahn des Koppelelementes an eine angestrebte quadratische Ortskurve, sofern die erste Schwinge um 360° gedreht wird.When the first swing arm rotates with the angular velocity ω, the second swing arm therefore moves with an angular velocity of 4 ω. This results in an advantageous approximation of the movement path of the coupling element to a desired quadratic locus, provided that the first swing arm is rotated by 360°.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelelement an der zweiten Schwinge drehbar gelagert, wobei seine Mittelachse parallel zur Drehachse der ersten Schwinge angeordnet ist, und das Koppelelement ist über ein zweites Getriebe derart mit der ersten Schwinge zwangsgekoppelt, so daß bei einer Drehung der ersten Schwinge seine Winkellage in Bezug auf das Maschinengestell unverändert bleibt.In a further preferred embodiment of the invention, the coupling element is rotatably mounted on the second rocker, with its central axis being arranged parallel to the axis of rotation of the first rocker, and the coupling element is positively coupled to the first rocker via a second gear in such a way that when the first rocker rotates, its angular position in relation to the machine frame remains unchanged.
Auf diese Weise wird erreicht, daß das Koppelelement bei seiner Bewegung entlang der Ortskurve eine unveränderte Winkellage beibehält, so daß eine daran vorgesehene Greifeinrichtung beispielsweise horizontal ausgerichtet bleibt, insbesondere wenn Paletten umgesetzt werden sollen.In this way, it is ensured that the coupling element maintains an unchanged angular position during its movement along the locus curve, so that a gripping device provided on it remains horizontally aligned, for example, especially when pallets are to be moved.
Dies läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß das Übersetzungsverhältnis des zweiten Getriebes 4: 3 beträgt.This can be advantageously achieved by having a gear ratio of the second gearbox of 4:3.
Dadurch wird die bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:4 des ersten Getriebes erzeugte Drehung des Koppelelementes über das zweite Getriebe ausgeglichen.As a result, the rotation of the coupling element generated by a gear ratio of 1:4 in the first gear is compensated for by the second gear.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt das Armlängenverhältnis, welches durch den Quotienten aus der Armlänge der zweiten Schwinge, welche durch den Achsabstand zwischen der Drehachse der zweiten Schwinge und der Mittelachse der Koppeleinrichtung gegeben ist, und aus der Armlänge der ersten Schwinge, welche durch den Achsabstand zwischen den Drehachsen der ersten und der zweiten Schwinge gegeben ist, im Bereich zwischen etwa 0,09 und 0,25.In a further preferred embodiment of the invention, the arm length ratio, which is determined by the quotient of the arm length of the second swing arm, which is given by the axial distance between the axis of rotation of the second swing arm and the central axis of the coupling device, and the arm length of the first swing arm, which is given by the axial distance between the axes of rotation of the first and second swing arms, is in the range between approximately 0.09 and 0.25.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Linearität der Bahnkurve durch das Armlängenverhältnis wesentlich beeinflußt wird. Während bei sehr niedrigen Armlängenverhältnissen eine Linearität nur auf relativ kurzen Abschnitten der Bahnkurve erzielt werden kann, ergeben sich bei größeren Armlängenverhältnissen über den gesamten Weg starke Abweichungen vom Linearverlauf. According to the invention, it was found that the linearity of the trajectory is significantly influenced by the arm length ratio. While with very low arm length ratios, linearity can only be achieved on relatively short sections of the trajectory, with larger arm length ratios, there are strong deviations from the linear course over the entire path.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird das Armlängenverhältnis zwischen etwa 0,11 und 0,16 gewählt.In a further preferred embodiment of the invention, the arm length ratio is selected between approximately 0.11 and 0.16.
In diesem Bereich ergibt sich ein guter Kompromiß zwischen der Länge der linearen Abschnitte einerseits und der maximalen Abweichung vom linearen Bahnverlauf andererseits.In this area, a good compromise is found between the length of the linear sections on the one hand and the maximum deviation from the linear path on the other.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn das Armlängenverhältnis im Bereich zwischen etwa 0,12 und 0,15 liegt.It is particularly preferred if the arm length ratio is in the range between about 0.12 and 0.15.
Optimale Ergebnisse ergeben sich, wenn das Armlängenverhältnis zwischen 0,125 und 0,13 5 liegt.Optimum results are achieved when the arm length ratio is between 0.125 and 0.13 5.
Bei einer derartigen Parameterwahl beträgt bei einer Stapelhöhe von etwa 1,2 m, d.h. bei einer nutzbaren Länge der Bahnkurve in Vertikalrichtung von 1,2 m, die maximale Abweichung von der Linearität über die gesamte Bahnkurve maximal ± 3 mm. Innerhalb dieser Toleranz wird die Linearität über die gesamte Bahnkurve beibehalten, wobei sich lediglich in den Eckbereichen der quadratischen Bahnkurve leichte Rundungen ergeben.With such a choice of parameters, with a stack height of about 1.2 m, i.e. with a usable length of the trajectory in the vertical direction of 1.2 m, the maximum deviation from linearity over the entire trajectory is ± 3 mm. Within this tolerance, linearity is maintained over the entire trajectory, with slight rounding only occurring in the corner areas of the square trajectory.
Bei einer Stapelhöhe von etwa 1,2 m ist es vorteilhaft, den Achsabstand für die erste Schwinge im Bereich von 930 - 1000 mm, vorzugsweise mit etwa 962 mm zu wählen, während der Achsabstand für die zweite Schwinge im Bereich zwischen etwa 122 und 132 mm, vorzugsweise mit etwa 127 mm gewählt wird.With a stack height of about 1.2 m, it is advantageous to select the center distance for the first swing arm in the range of 930 - 1000 mm, preferably about 962 mm, while the center distance for the second swing arm is selected in the range between about 122 and 132 mm, preferably about 127 mm.
Bei einer Stapelhöhe von maximal etwa 870 mm ist es vorteilhaft, den Achsabstand für die erste Schwinge zwischen etwa 660 und 720 mm, vorzugsweise mit etwa 692 mm zu wählen, während der Achsabstand für die zweite Schwinge im Bereich zwischen etwa 88 und 96 mm, vorzugsweise mit etwa 92 mm gewählt wird.With a maximum stack height of approximately 870 mm, it is advantageous to select the center distance for the first swing arm between approximately 660 and 720 mm, preferably approximately 692 mm, while the center distance for the second swing arm is selected in the range between approximately 88 and 96 mm, preferably approximately 92 mm.
Ist eine größere Stapelhöhe erwünscht, so können die Achsabstände entsprechend vergrößert werden, wobei das Armlängenverhältnis etwa beibehalten wird.If a larger stack height is desired, the axle distances can be increased accordingly, while the arm length ratio is roughly maintained.
Damit ergeben sich allerdings entsprechend vergrößerte Abweichungen von der Linearität der Bahnkurve. Wählt man dagegen das Armlängenverhältnis etwas niedriger, nämlich etwa im Bereich zwischen 0,11 und 0,12, so ergibt sich zwar bei 0,111 theoretisch ein optimaler Wert, für den sich eine optimale Linearität der Bahnkurve ergibt, jedoch wird diese nur über einen relativ kurzen Abschnitt der Bahnkurve beibehalten, während bei Verlassen dieses Abschnittes stärkere Abweichungen von der Linearität auftreten. Bei kleinerer Stapelhöhe kann das Armlangenverhaltnis etwas kleiner, also näher am optimalen Wert von 0,111 gewählt werden.However, this results in correspondingly greater deviations from the linearity of the trajectory. If, on the other hand, the arm length ratio is chosen to be somewhat lower, namely in the range between 0.11 and 0.12, then 0.111 is theoretically the optimal value, which results in optimal linearity of the trajectory, but this is only maintained over a relatively short section of the trajectory, while greater deviations from linearity occur when this section is left. With a smaller stack height, the arm length ratio can be chosen to be somewhat smaller, i.e. closer to the optimal value of 0.111.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Getriebe ein am Maschinengestell festgelegtes erstes Zahnrad und einen am freien Ende der ersten Schwinge drehbar gelagertes zweites Zahnrad auf, die durch einen Zahnriemen oder weitere Zahnräder gekoppelt sind.In a preferred embodiment of the invention, the first gear has a first gear fixed to the machine frame and a second gear rotatably mounted on the free end of the first rocker, which are coupled by a toothed belt or further gears.
Auf diese Weise kann die getriebliche Zwangskopplung zwischen der ersten Schwinge und der zweiten Schwinge auf besonders einfache Weise erreicht werden.In this way, the forced gear coupling between the first swing arm and the second swing arm can be achieved in a particularly simple manner.
Sofern zusätzlich durch die Drehbewegung der ersten Schwinge verursachte Änderung der Winkellage des Koppelelementes ausgeglichen werden soll, um die Winkellage des Koppelelementes in Bezug auf das Maschinengestell während der Bewegung der Schwingen beizubehalten, so ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein zweites Getriebe vorgesehen, das ein mit der ersten Schwinge starr verbundenes drittes Zahnrad aufweist, das mit einem vierten, mit dem Koppelelement starr verbundenen Zahnrad über einen Zahnriemen, ein fünftes Zahnrad oder weitere Zahnräder gekoppeIt ist.If, in addition, the change in the angular position of the coupling element caused by the rotary movement of the first rocker arm is to be compensated for in order to maintain the angular position of the coupling element in relation to the machine frame during the movement of the rockers, then in an advantageous development of the invention a second gear is provided which has a third gear rigidly connected to the first rocker arm, which is coupled to a fourth gear rigidly connected to the coupling element via a toothed belt, a fifth gear or further gears.
Auf diese Weise wird die notwendige Ausgleichsbewegung zur Beibehaltung der Winkellage des Koppelelementes mit besonders einfachen Mitteln erreicht.In this way, the necessary compensating movement to maintain the angular position of the coupling element is achieved using particularly simple means.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Handhabungsvorrichtung als Palettiervorrichtung genutzt werden und benötigt dann lediglich eine NC-Achse, welche die Drehachse der ersten Schwinge ist.In a further preferred embodiment of the invention, the handling device can be used as a palletizing device and then only requires one NC axis, which is the axis of rotation of the first swing arm.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufes;Fig. 1 is a schematic diagram of a device according to the invention to illustrate the movement sequence;
Fig. 2 eine vereinfachte schematische Aufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach Drehung des Auslegers in die entgegengesetzte Endstellung;Fig. 2 is a simplified schematic plan view of the device according to Fig. 1 after rotation of the boom into the opposite end position;
Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung; Fig. 3 is a simplified side view of the device according to the invention, enlarged compared to Fig. 1;
Fig. 4 eine vereinfachte Vorderansicht des Auslegers mit den zwei Schwingen der Vorrichtung gemäß Fig. 3, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die Darstellung der übrigen Elemente der Vorrichtung verzichtet wurde;Fig. 4 is a simplified front view of the boom with the two rockers of the device according to Fig. 3, whereby for the sake of clarity the other elements of the device have been omitted;
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt durch das freie Ende der ersten Schwinge gemäß den Fig. 3 und 4 mit der daran vorgesehenen zweiten Schwinge undFig. 5 is an enlarged section through the free end of the first rocker according to Figs. 3 and 4 with the second rocker provided thereon and
Fig. 6 ein kinematisches Ersatzsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung der Kinematik.Fig. 6 shows a kinematic replacement system of the device according to the invention for explaining the kinematics.
In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung am Beispiel einer Palettenumsetzvorrichtung schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.In Figs. 1 and 2, a handling device according to the invention is shown schematically using the example of a pallet transfer device and is designated overall by the number 10.
Die Vorrichtung 10 steht auf einem Fundament 2 3 und dient zum Umsetzen von Paletten, welche schematisch durch die Ziff. 21 angedeutet sind und zwischen zwei benachbarten Stapeln 25 bzw. 27 umgesetzt werden. So kann beispielsweise der Stapel 25 einen Vorrat an unbearbeiteten Werkstücken enthalten, wovon jeweils eine Palette auf den Stapel 27 aufgesetzt werden soll, von dem aus ein Ladeportal die Beschickung einer Werkzeugmaschine übernimmt. Die Handhabungsvorrichtung 10 weist einen ersten Ausleger S1 auf, an dessen freiem Ende ein zweiter Ausleger S2 drehbar angeordnet ist. Die Ausleger S1, S2 sind derart über ein Getriebe in noch nachfolgend dargestellter Weise zwangsgekoppelt, daß eine Greifeinrichtung, welche am Ende der zweiten Schwinge S2 vorgesehen ist, bei einer gedachten Drehung der ersten Schwinge S1 um 360° eine im wesentlichen quadratische Bahnkurve durchläuft, welche schematisch durch eine strichpunktierte Linie 11 angedeutet ist.The device 10 stands on a foundation 2 3 and is used to move pallets, which are schematically indicated by the number 21 and are moved between two adjacent stacks 25 and 27. For example, the stack 25 can contain a supply of unprocessed workpieces, one pallet of which is to be placed on the stack 27, from which a loading portal takes over the feeding of a machine tool. The handling device 10 has a first boom S 1 , at the free end of which a second boom S 2 is rotatably arranged. The booms S 1 , S 2 are forcibly coupled via a gear in the manner shown below such that a gripping device, which is provided at the end of the second rocker S 2 , runs through an essentially square trajectory when the first rocker S 1 is imaginarily rotated by 360°, which trajectory is schematically indicated by a dash-dotted line 11.
Gemäß Fig. 3 weist die Handhabungs vorr ichtung 10 ein Maschinengestell 12 auf, an dem die erste Schwinge S1 um eine horizontale Drehachse 15 drehbar gelagert ist. Zum Antrieb dient eine Antriebseinheit 14, deren Abtriebswelle mit der ersten SchwingeAccording to Fig. 3, the handling device 10 has a machine frame 12 on which the first rocker S 1 is mounted so as to be rotatable about a horizontal axis of rotation 15. A drive unit 14 is used for the drive, the output shaft of which is connected to the first rocker
51 verbunden ist, so daß diese durch den Drehantrieb 14 um die Drehachse 15 gesteuert drehbar ist.5 1 so that it can be rotated about the rotation axis 15 under the control of the rotary drive 14.
Am freien Ende der ersten Schwinge S1 ist die zweite SchwingeAt the free end of the first swing arm S 1 is the second swing arm
52 auf einer zweiten Drehachse 17 drehbar gelagert, welche parallel zur ersten Drehachse 15 ist. Am freien Ende der zweiten Schwinge S2 ist ein Koppelelement 18, welches als aus der zweiten Schwinge S2 hervorstehender Wellenstumpf ausgebildet ist, gleichfalls drehbar gelagert. Das Koppelelement 18 trägt eine Greifeinrichtung, welche in Fig. 3 nur schematisch angedeutet und insgesamt mit der Ziff. 13 bezeichnet ist.5 2 is rotatably mounted on a second axis of rotation 17 which is parallel to the first axis of rotation 15. At the free end of the second rocker S 2 , a coupling element 18, which is designed as a shaft stub protruding from the second rocker S 2 , is also rotatably mounted. The coupling element 18 carries a gripping device which is only schematically indicated in Fig. 3 and is designated overall by the number 13.
Die erste Schwinge S1 ist mit der zweiten Schwinge S2 über ein Zahnriemengetriebe zwangsgekoppelt, wovon in Fig. 3 lediglich der Zahnriemen dargestellt ist. Über ein zweites Getriebe, welches in Fig. 3 gleichfalls nicht ersichtlich ist, ist das Koppelelement 18 mit der ersten Schwinge S1 zwangsgekoppelt.The first swing arm S 1 is forcibly coupled to the second swing arm S 2 via a toothed belt transmission, of which only the toothed belt is shown in Fig. 3. The coupling element 18 is forcibly coupled to the first swing arm S 1 via a second transmission, which is also not visible in Fig. 3.
Das erste Getriebe weist ein erstes Zahnrad Z1 auf, das am Maschinengestell 12 ortsfest festgelegt ist (vgl. Fig. 4) . Dagegen ist das zweite Zahnrad Z2 des ersten Getriebes im freien Ende der ersten Schwinge S1 drehbar gelagert (Fig. 5) . Ein Zahnriemen 16 ist über die beiden Zahnräder Z1, Z2 geführt und mittels zweier seitlicher Umlenkrollen 42 gehalten.The first gear has a first gear Z 1 which is fixed in place on the machine frame 12 (see Fig. 4). In contrast, the second gear Z 2 of the first gear is rotatably mounted in the free end of the first rocker S 1 (Fig. 5). A toothed belt 16 is guided over the two gears Z 1 , Z 2 and held by means of two lateral deflection rollers 42.
Wird demnach die erste Schwinge S1 mittels des Drehantriebes 14 gedreht, so wälzt sich der Zahnriemen 16 auf dem feststehenden Zahnrad Z1 ab und versetzt das zweite Zahnrad Z2 in Drehung.If the first rocker S 1 is rotated by means of the rotary drive 14, the toothed belt 16 rolls on the fixed gear Z 1 and causes the second gear Z 2 to rotate.
Um die Anordnung der Schwinge S1, S2 mit den zugehörigen Getrieben bezüglich der Drehachse 15 gewichtsmäßig auszutarieren, ist an dem dem zweiten Zahnrad Z2 gegenüberliegenden Ende der ersten Schwinge ein Ausgleichsgewicht 4 0 vorgesehen.In order to balance the arrangement of the rocker S 1 , S 2 with the associated gears with respect to the axis of rotation 15, a balancing weight 4 0 is provided at the end of the first rocker opposite the second gear Z 2 .
Die erste Schwinge S1 und die zweite Schwinge S2 sind durch eine Welle 28 verbunden, die in der zweiten Schwinge S2 mittels eines Lagers 20 drehbar gehalten ist und die mit ihrem anderen Ende in der ersten Schwinge S1 mittels eines Flansches 3 2 und Verschraubungen 34 drehfest festgelegt ist.The first swing arm S 1 and the second swing arm S 2 are connected by a shaft 28 which is rotatably held in the second swing arm S 2 by means of a bearing 20 and which is fixed in a rotationally fixed manner at its other end in the first swing arm S 1 by means of a flange 3 2 and screw connections 34.
Das zweite Zahnrad Z2 ist mittels eines Flansches 30, der von der Welle 28 durchsetzt ist, und mittels eines Lagers 24 drehbar in der ersten Schwinge S1 gelagert. Das zweite Zahnrad Z2 ist über den Flansch 30 mittels Verschraubungen 3 6 starr mit der zweiten Schwinge S2 verbunden.The second gear Z 2 is rotatably mounted in the first rocker S 1 by means of a flange 30 through which the shaft 28 passes and by means of a bearing 24. The second gear Z 2 is rigidly connected to the second rocker S 2 via the flange 30 by means of screw connections 3 6.
Dreht sich somit infolge einer Drehung der ersten Schwinge S1 das zweite Zahnrad Z2, so wird damit gleichzeitig die zweite Schwinge S2 gegenüber der ersten Schwinge S1 verdreht.If the second gear Z 2 rotates as a result of a rotation of the first swing arm S 1 , the second swing arm S 2 is simultaneously rotated relative to the first swing arm S 1 .
In der zweiten Schwinge S2 ist ferner das Koppelelement 18, welches als Wellenstumpf ausgebildet ist, parallel zur Welle 28 angeordnet und mittels zweier Lager 22, 26 drehbar gelagert. Auf der Welle 28 ist ein drittes Zahnrad Z3 drehfest festgelegt. Gleichfalls ist auf dem Koppelelement 18 ein viertes Zahnrad Z4 drehfest gehalten. Das dritte Zahnrad Z3 und das vierte Zahnrad Z4 sind über ein dazwischen angeordnetes fünftes Zahnrad Z5 miteinander gekoppelt, welches mit beiden Zahnrädern Z3, Z4 kämmt.In the second rocker S 2 , the coupling element 18, which is designed as a shaft stub, is arranged parallel to the shaft 28 and is rotatably mounted by means of two bearings 22, 26. A third gear Z 3 is fixed in a rotationally fixed manner on the shaft 28. A fourth gear Z 4 is also held in a rotationally fixed manner on the coupling element 18. The third gear Z 3 and the fourth gear Z 4 are coupled to one another via a fifth gear Z 5 arranged between them, which meshes with both gears Z 3 , Z 4 .
Es versteht sich, daß die Zahnräder Z3, Z4 statt durch ein weiteres Zahnrad auch wie beim ersten Getriebe durch einen Zahnriemen gekoppelt sein könnten.It is understood that the gears Z 3 , Z 4 could also be coupled by a toothed belt instead of by another gear, as in the first transmission.
Das Übersetzungsverhältnis i, des ersten Getriebes ist durch das Verhältnis der Zähnezahlen des ersten Zahnrades Z1 und des zweiten Zahnrades Z2 gegeben:The gear ratio i of the first gear is given by the ratio of the number of teeth of the first gear Z 1 and the second gear Z 2 :
i, = Z2 : z, = 1:4.i, = Z 2 : z, = 1:4.
Das Übersetzungsverhältnis i2 des zweiten Getriebes ist durch das Verhältnis der Zähnezahlen des vierten Zahnrades und des dritten Zahnrades gegeben:The gear ratio i 2 of the second gear is given by the ratio of the number of teeth of the fourth gear and the third gear:
i2 = Z4 : Z3 = 4:3.i 2 = Z 4 : Z 3 = 4:3.
Im dargestellten Beispiel trägt die Armlänge ai der ersten Schwinge S1, welche durch den Abstand der Drehachsen 15, 17 festgelegt ist, etwa 692 mm. Die Armlänge a2 der zweiten Schwinge S2, die durch den Abstand der Achsen 17, 19 gegeben ist, beträgt etwa 92 mm. Eine derartige Dimensionierung ist optimal für eine Stapelhöhe von etwa 870 mm.In the example shown, the arm length ai of the first rocker S 1 , which is determined by the distance between the rotation axes 15, 17, is approximately 692 mm. The arm length a 2 of the second rocker S 2 , which is determined by the distance between the axes 17, 19, is approximately 92 mm. Such dimensions are optimal for a stack height of approximately 870 mm.
Somit ergibt sich ein Armlängenverhältnis k, welches durch den Quotienten aus a2 und at gegeben ist, von:This results in an arm length ratio k, which is given by the quotient of a 2 and a t , of:
k = a2 : Si1 = 91 : 691 = 0,132.k = a 2 : Si 1 = 91 : 691 = 0.132.
Die Bedeutung dieser Auslegungsparameter für die Bewegungskinematik der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 10 wird nachfolgend anhand des kinematischen Ersatzsystems gemäß Fig. 6 erläutert.The significance of these design parameters for the movement kinematics of the handling device 10 according to the invention is explained below using the kinematic replacement system according to Fig. 6.
Das Maschinengestell 12 ist auf dem Fundament 23 ortsfest festgelegt. Auf dem Maschinengestell 12 ist die erste Schwinge S1 drehbar gelagert, welche vom Abtriebsflansch des Drehantriebes 14 angetrieben ist. Die zweite Schwinge S2 ist auf dem freien Ende der ersten Schwinge S1 drehbar gelagert. Das erste ZahnradThe machine frame 12 is fixed in place on the foundation 23. The first rocker S 1 is rotatably mounted on the machine frame 12 and is driven by the output flange of the rotary drive 14. The second rocker S 2 is rotatably mounted on the free end of the first rocker S 1. The first gear
Z1 ist ortsfest auf dem Maschinengestell 12 festgelegt und mit dem zweiten Zahnrad Z2, das auf der ersten Schwinge drehbar gelagert ist, über den Zahnriemen 16 verbunden.Z 1 is fixed in place on the machine frame 12 and is connected to the second gear Z 2 , which is rotatably mounted on the first rocker, via the toothed belt 16.
Das zweite Zahnrad Z2 steht in direkter Verbindung mit der zweiten Schwinge S2 und treibt so die Schwinge S2 an, wenn die erste Schwinge S, gedreht wird.The second gear Z 2 is in direct connection with the second swing arm S 2 and thus drives the swing arm S 2 when the first swing arm S is rotated.
Auf der ersten Schwinge S1 ist die Welle 2 8 starr festgelegt, welche mit dem Zahnrad Z3 drehfest verbunden ist. Das Zahnrad Z3 ist mit dem vierten Zahnrad Z4, welches auf dem als drehbaren Wellenstumpf ausgebildeten Koppelelement 18 drehfest festgelegt ist, über das fünfte Zahnrad Z5 gekoppelt.The shaft 2 8 is rigidly fixed to the first rocker S 1 and is connected in a rotationally fixed manner to the gear Z 3. The gear Z 3 is coupled to the fourth gear Z 4 , which is rotationally fixed to the coupling element 18 designed as a rotatable shaft stub, via the fifth gear Z 5 .
Wird die erste Schwinge S1 mit der Winkelgeschwindigkeit Co1 gedreht, bewegt sich die Mittelachse 19 des Koppelelementes 18 mit der Winkelgeschwindigkeit &ohgr;2, welche durch das Übersetzungsverhältnis I1 gegeben ist, also &ohgr;2 = 4 &ohgr;, in die entgegengesetzte Richtung.If the first rocker S 1 is rotated with the angular velocity Co 1 , the central axis 19 of the coupling element 18 moves in the opposite direction with the angular velocity ω 2 , which is given by the transmission ratio I 1 , i.e. ω 2 = 4 ω.
Um die Winkellage des Koppelelementes 18 in Bezug auf das Fundament 23 bzw. das Maschinengestell 12 konstant zu halten, muß die durch die beiden überlagerten Drehbewegungen verursachte Drehung des Koppelelementes 18 ausgeglichen werden, wozu das Übersetzungsverhältnis i2 mit 4:3 gewählt wird.In order to keep the angular position of the coupling element 18 constant in relation to the foundation 23 or the machine frame 12, the rotation of the coupling element 18 caused by the two superimposed rotational movements must be compensated, for which purpose the transmission ratio i 2 is selected to be 4:3.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 bis 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ist als Palettenumsetzvorrichtung ausgeführt, welche bis zu einer Stapelhöhe von etwa 0,87 m eingesetzt werden kann.The embodiment shown in Figs. 3 to 5 is designed as a pallet transfer device which can be used up to a stack height of approximately 0.87 m.
Das Armlängenverhältnis k wurde mit k = 0,132 festgelegt, da sich hierbei einerseits eine gute Linearität der Bahnkurve des Koppelelementes ergibt und andererseits im wesentlichen nur in den äußersten Eckbereichen eine Abrundung der Bahnkurve auftritt, wie dies in Fig. 1 mit der strichpunktierten Linie 11 angedeutet ist.The arm length ratio k was set at k = 0.132, since on the one hand this results in a good linearity of the trajectory of the coupling element and on the other hand a rounding of the trajectory occurs essentially only in the outermost corner areas, as indicated in Fig. 1 with the dash-dotted line 11.
Bei der gewählten Auslegung bleibt die Linearität über einen Bereich von etwa 0,75 m mit hoher Genauigkeit erhalten. Erst in den Eckbereichen, d.h. beim Übergang der Bahnkurve von der horizontalen Verfahrweise in die vertikale Verfahrweise und umgekehrt wird auf den letzten 5 cm vor dem Übergang eine größere Toleranz erreicht, da die Bahnkurve in diesem Bereich einen nach innen abgerundeten Verlauf nimmt. Da die Schwinge S1 nicht vollständig um 3 60° verschwenkt wird, sondern lediglich abwechselnd zwischen den beiden Stapeln 25, 27 hin- und hertaktet, beträgt der Ver schwenkwinke 1 nur etwa 270° und die von dem Koppelelement 18 durchlaufende Bahnkurve hat keinen annähernd quadratischen Verlauf, sondern entspricht einem U, dessen beide Schenkel nach unten weisen.With the selected design, linearity is maintained with high accuracy over a range of approximately 0.75 m. Only in the corner areas, i.e. when the trajectory transitions from horizontal to vertical travel and vice versa, is a greater tolerance achieved in the last 5 cm before the transition, since the trajectory in this area takes a rounded course towards the inside. Since the rocker S 1 is not pivoted completely through 3 60°, but only alternately cycles back and forth between the two stacks 25, 27, the pivot angle 1 is only approximately 270° and the trajectory traversed by the coupling element 18 does not have an approximately square course, but corresponds to a U with both legs pointing downwards.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß das Armlängenverhältnis vorzugsweise im Bereich zwischen 0,09 und 0,2 variiert werden kann, wobei sich jedoch ein besserer Kompromiß zwischen Linearität der Bahnkurve und Beibehaltung der Linearität auch in den Eckbereichen jedoch im Bereich zwischen 0,11 und 0,16 ergibt.According to the invention, it was recognized that the arm length ratio can preferably be varied in the range between 0.09 and 0.2, whereby a better compromise between linearity of the trajectory and maintaining linearity in the corner areas also results in the range between 0.11 and 0.16.
Noch weiter bevorzugt ist der Bereich zwischen 0,12 und 0,15, während sich für die meisten Anwendungsfälle insbesondere im Bereich zwischen 0,125 und 0,135 optimale Ergebnisse zeigen.The range between 0.12 and 0.15 is even more preferred, while for most applications optimal results are achieved in the range between 0.125 and 0.135.
Im gewählten Beispiel wurde ein Armlängenverhältnis von etwa 0,132 gewählt, wobei Armlängen von 692 mm und 92 mm verwendet wurden, um eine Stapelhöhe von etwa 0,87 m zu ermöglichen.In the example chosen, an arm length ratio of approximately 0.132 was chosen, using arm lengths of 692 mm and 92 mm to allow a stack height of approximately 0.87 m.
Soll eine größere Stapelhöhe, beispielsweise etwa 1,50 m erreicht werden, so kann das Armlängenverhältnis beibehalten werden, lediglich die Armlängen sind entsprechend zu vergrößern. Dabei steigen natürlich auch in entsprechender Weise die Abweichungen von der Linearität der Bahnkurve. Wird lediglich eine kleinere Stapelhöhe benötigt, beispielsweise von nur 60 cm, falls die erfindungsgemäße Vorrichtung für andere Aufgaben wie etwa für Paketieranlagen von Klein-Verpackungsmaschinen eingesetzt werden soll, so kann das Armlängenverhältnis etwas kleiner gewählt werden, etwa im Bereich zwischen 0,12 und 0,13, da sich so eine noch bessere Linearität und nur geringe Abweichungen in den Eckbereichen der Bahnkurve ergeben.If a larger stack height is to be achieved, for example around 1.50 m, the arm length ratio can be retained, only the arm lengths need to be increased accordingly. Of course, the deviations from the linearity of the trajectory also increase accordingly. If only a smaller stack height is required, for example of only 60 cm, if the device according to the invention is to be used for other tasks such as for packaging systems of small packaging machines, the arm length ratio can be selected to be somewhat smaller, for example in the range between 0.12 and 0.13, as this results in even better linearity and only slight deviations in the corner areas of the trajectory.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich besonders vorteilhaft nicht nur als Palettenumsetzer zur Beschickung von Werkzeugmaschinen verwenden. Gleichermaßen vorteilhaft läßt sich eine solche Vorrichtung auch bei Kleinanlagen verwenden, etwa bei kompakten Paketieranlagen für Klein-Verpackungsmaschinen. Als Bahnkurven können hierbei beliebige Ausschnitte aus der quadratischen Form gewählt werden, so daß sich neben U-förmigen Bahnkurven auch z. B. L-förmige Bahnkurven verwirklichen lassen.The device according to the invention can be used particularly advantageously not only as a pallet transfer device for feeding machine tools. Such a device can also be used equally advantageously in small systems, for example in compact packaging systems for small packaging machines. Any sections of the square shape can be selected as the path curves, so that in addition to U-shaped path curves, L-shaped path curves can also be realized.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9310533U DE9310533U1 (en) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Handling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9310533U DE9310533U1 (en) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Handling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9310533U1 true DE9310533U1 (en) | 1993-09-02 |
Family
ID=6895596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9310533U Expired - Lifetime DE9310533U1 (en) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Handling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9310533U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409532A1 (en) * | 1994-03-21 | 1995-09-28 | Felsomat Gmbh & Co Kg | Handling system |
| EP0920952A2 (en) | 1997-12-04 | 1999-06-09 | LIEBHERR-VERZAHNTECHNIK GmbH | Pallet transfer apparatus |
-
1993
- 1993-07-15 DE DE9310533U patent/DE9310533U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4409532A1 (en) * | 1994-03-21 | 1995-09-28 | Felsomat Gmbh & Co Kg | Handling system |
| EP0920952A2 (en) | 1997-12-04 | 1999-06-09 | LIEBHERR-VERZAHNTECHNIK GmbH | Pallet transfer apparatus |
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