EP0000877B1 - Manipulator zum Positionieren von Werkstücken oder anderen Lasten - Google Patents

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EP0000877B1
EP0000877B1 EP78100560A EP78100560A EP0000877B1 EP 0000877 B1 EP0000877 B1 EP 0000877B1 EP 78100560 A EP78100560 A EP 78100560A EP 78100560 A EP78100560 A EP 78100560A EP 0000877 B1 EP0000877 B1 EP 0000877B1
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EP
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manipulator
ball
lifting device
telescopic component
jib
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EP78100560A
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Hans-Th. Grisebach
Rudolf Betzing
Volker Betzing
Klaus Betzing
Ulrich Betzing
Original Assignee
Grisebach Hans-Theodor
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Publication date
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Priority claimed from DE19772745404 external-priority patent/DE2745404A1/de
Priority claimed from DE19782814228 external-priority patent/DE2814228A1/de
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    • F16H2025/2087—Arrangements for driving the actuator using planetary gears

Definitions

  • the invention relates to a manipulator for positioning workpieces or other loads with the aid of a pivotable cantilever arm.
  • a lifting device is angularly rigid on the cantilever arm and load-holding members are arranged on it.
  • Manipulators of this type are intended to capture workpieces and move them to a predetermined location, e.g. B. from one machine tool to another or from a stack of stock in a processing machine or back.
  • Manipulators should perform such tasks in the broadest possible industrial area.
  • Est is a manipulator according to the preamble of claim 1 known (DE-A-14 56 421), which has a pivotable cantilever arm for positioning workpieces in the foundry operation, on which a lifting device is arranged at an angular stiffness and on this load holding members, as well as means for controllable change in distance the load holding members are provided by the pivot axis of the cantilever arm.
  • the cantilever arm is suspended on a pull linkage which can be pivoted in the vertical plane, the point of application of this pull linkage being displaceable on the cantilever arm and the cantilever arm itself being extendable via a thrust gear.
  • the load-holding members which can be raised and lowered via a rack and pinion gear at the end of the cantilever arm, have setting means for changing the angles and / or spacing positions from the rack, which can be raised and lowered.
  • the cantilever arm and its outer sub-arm pivot relative to it about horizontal axes within a vertical plane.
  • Devices of this type can only be used within a narrow area of application.
  • a manipulator with a cantilever arm extending from a column US-A-4 042 122
  • the cantilever arm can be extended by longitudinal displacement and at the end of which there is an angularly rigid, preferably vertically extending, non-extendable member which is pivotally arranged a load holding member.
  • Telescopic boom arms also have disadvantages with regard to the sensitivity to vibration and the bending stress with larger loads.
  • a so-called carriage manipulator is known from (US-A-3 665 148), in which the cantilever arm is also angularly rigid with respect to the lifting column but can be raised and lowered relative to the latter and carries a welding machine at its end with angular rigidity.
  • This device also lacks universal usability.
  • Load-holding members are known (US Pat. No. 3,247,978) which use a spindle drive to open and close the collets.
  • the combination of two collets on a load holding member is known (US-A-4 015 721).
  • a shaft is rotated via the motor and transmission, on which a carrier of the load-holding members is arranged in the manner of a T-bar, these consisting of two rectified collets arranged at the ends of the carrier.
  • the invention seeks an optimal solution for a manipulator which, within a space as large as possible, for example a hollow cylinder, of the greatest possible vertical height without being disturbed by obstacles located in this space, loads from one point to one others moved and precisely positioned.
  • the pivot axis of the cantilever arm is arranged substantially vertically and this is assigned a joint with controllable brake
  • the lifting device consists of an outer telescopic part that can be slid in relation to the cantilever arm in the direction of the longitudinal axis of the lifting device and at least one axially opposite the outer one Telescopic part displaceable by a ball screw mechanism inner telescopic part there is that at the free end of the lifting device a connection block is rotatably arranged about the longitudinal axis of the lifting device, which has connection surfaces between which and the load-holding members at least one spacer element is arranged, on which the load-holding members are rotatably and / or pivotably arranged and in the spacer element Drive means for these movements are provided.
  • a cantilever arm which can be pivoted about a joint with a vertical axis enables an almost vibration-free and largely bend-free construction.
  • the space captured by the angularly rigid lifting device attached to the end of the cantilever arm is displaceable in height.
  • the load is eccentrically detected and held at a distance from this lifting device so that it can also be moved over obstacles, lowered to them and possibly brought behind or below these obstacles to the positioning location. This will u. a.
  • the adaptation to different load ranges without major design changes with the same simple structure is ensured.
  • the dead weights to be borne by the end of the cantilever arm are low because the drive power for ball screw devices can be made smaller and lighter due to their high efficiency.
  • the design of the lifting device enables a very light construction and this in turn makes it possible to increase the range of the device by extending the extension arm.
  • the load-holding members move relative to a fixed point that can be fixed in space and that is formed by the free end of the lifting device. And all functions can be eil :) '°; sch operate and control.
  • the snap-lock elements which can be designed as collets, are actuated via ball screw gears, whereby a special design of these ball screw gears ensures the possibility of sensitively adjusting the contact pressure of the clamping jaws against the load within a large range.
  • the manipulator 1 according to the invention according to FIG. 1 has a cantilever arm 3 which is pivotably suspended in the joint 7 in the horizontal plane via a vertical pivot axis 6, a controllable brake 8 and a pivot mechanism 32 being associated with this joint.
  • An inner sub-arm 28 is connected to the outer sub-arm 29 via an intermediate joint 26, a swivel mechanism 32 and a controllable brake 8 and the vertical axis 27 also being associated with the intermediate joint.
  • a swivel joint 121 is provided, so that this end, together with the lifting device 4, can pivot propeller-like around the cantilever arm 3.
  • the associated propeller swivel mechanism 35 is embedded in the hollow support of the outer partial arm 29 in order to create free space.
  • the free end 34 of the cantilever arm 3 encloses the lifting device 4, the height of which can be adjusted vertically via an adjusting device 86 (toothing 87, gear 88).
  • the lifting device 4 designed as a ball screw jack carries a drive 89 for rotating a ball screw, via the nut of which the inner telescopic part 11 is relatively displaceable relative to the outer telescopic part 9.
  • connection block 13 is rotatably arranged, to the connection surfaces 14, spacing means 15 are connected, in which the load-holding members 5 are rotatably and / or pivotably mounted and in which drive means 16 are provided for the rotary and / or pivoting movements are.
  • the load holding members 5 can be collets 17 or the like.
  • Figure 2 shows the height displacement of the lifting device 4 by the Ver displacement of the outer telescopic part 9 relative to the cantilever arm 3 or the outer partial arm 29 with the aid of a further ball screw lifting device 25 with drive 89. With the aid of such an additional ball screw lifting device, the lifting speed and the lifting height can be increased considerably.
  • FIG. 3 shows a collet 17 in a simplified representation.
  • the drive motor 74 moves a screw gear 18, which consists of a ball screw 19 and a ball nut 20.
  • the ball screw 19 is rotatably supported within the ball nut 20.
  • the ball nut 20 is connected to the plunger 21 and carries a sliding block 38 which is guided in a non-rotatable manner within the non-circular outer tube 37 and additionally serves as an attenuator for rotational forces.
  • the plunger 21 interchangeably carries, via thread 90, an insert 91 in which plate spring assemblies 23, 24 are arranged such that a plate spring assembly 23 acting in the opening sense counteracts a plate spring assembly 24 acting in the closing sense.
  • the connecting part 83 is clamped between the plate spring assemblies 23, 24 via a flange 92.
  • the connecting part 83 includes, with a fork 93, the ends 81 of the legs 79, which form the collet arms 22 with the free legs 78. These are mounted on the carrier 80 at the intersection points 77.
  • a bearing pin 94 extends through the elongated holes 82.
  • the clamping jaws 84 can be pivoted from an inward position to an outward position by approximately 180 ° and rotatable about ball bearings 85.
  • the clamping path is determined by the torque applied by the ball screw 19 or its drive motor 74. This torque can be finely adjusted electronically.
  • a quiescent current brake 45 acts on the spindle or on the rotor of the electric drive motor 74, and is applied automatically in the event of a power failure.
  • the ball nut 20 holds the plunger 21 when the ball spindle 19 is stationary, so that the bracing of the plate spring assemblies 23, 24 is retained and thus the load is not released in the event of a power failure.
  • Known collets often have the disadvantage that the collets 22 are moved when the workpiece or the load is deformed, and the contact pressure is thereby reduced.
  • a time slider is switched on in the electronic control of the collets 17, with which it is achieved that the motor only switches off when the closed-circuit brake 45 has already been applied, so that it certainly stops when the torque of the motor decreases .
  • the clamping force of the clamping jaws 84 can be adjusted by means of a measuring or adjusting device which is based on the clamping path of the plate spring assemblies.
  • clamping plane 95 adjustable in the area of the clamping opening 76, as shown in FIG. 4, in which the collet arms 22 are fastened to a carrier 80, which in turn is rotatably supported with respect to the non-circular outer tube 37 of the associated screw gear 18 is.
  • the collets 17 can be combined to form a collet unit 75, for example the non-circular outer tubes 37 with which they are connected to a carrier body 96 can overlap.
  • a collet unit 75 for example the non-circular outer tubes 37 with which they are connected to a carrier body 96 can overlap.
  • Such an embodiment is particularly suitable for the rational handling of workpieces in processing machines in order to pick up the finished part and to be able to use the raw part again immediately thereafter.
  • FIG. 6 shows a collet 17 which, as shown for example in FIG. 1, can be arranged in a detailed representation.
  • the clamping plane 95 of the clamping jaws 22 can be rotated about an imaginary longitudinal axis via the handwheel 97 and can be fixed via the disc brake 101.
  • Associated drive means can cause rotation (see arrow) around another axis.
  • the clamping drive for the collet 17 consists of the control panel 98, the line duct 99, the drive motor 74, the gear 100, the power distributor 36 and the bearing 102.
  • FIG. 7 shows an arrangement according to FIG. 5, but with collets as shown in FIG.
  • a cable chain 103 with cable harness 104 bridges the variable distance between the drive means 16 and the outer telescopic part 9.
  • the collet unit 75 is coupled to the axis 114 of the power distributor 36.
  • a drive pinion 110 is seated on the axis 114 and can be pivoted in the vertical plane in the case shown by a tooth rhyme or a chain 115 via the pinion 105 with the aid of further drive means.
  • FIG. 8 supplements the explanations for FIGS. 5 and 6.
  • the current distributor 36 is shown in section.
  • FIG. 9 shows a lifting device 4, as already shown in FIG. 1, in a preferred embodiment.
  • the rotor shaft 49 of an electric motor 46 is connected via a rotor shaft connector 53 to the sun gear of a planetary gear 47, while the planet carrier 106 of the transmission is connected via an intermediate shaft connector 54 to one in the bearing body 55. and pressure-proof intermediate shaft 56 is coupled.
  • This intermediate shaft connector 54 is formed by a plug pin 57 which engages in the intermediate shaft 56 which is mounted on both sides of the shoulder 61.
  • the inner rings 59 of the roller bearing 60 clamp the shoulder 61.
  • the ball screw 48 of the ball screw transmission 10 is inserted into the threaded bushing 58 of the intermediate shaft 56 and is thus mounted in the ball bearings 60 via the latter.
  • the ball screw 48 sits the ball nut 39, which is fixedly connected to a sliding element carrier 69 on which a sliding element 33 made of damping-elastic material is fastened and guided in a form-fitting manner within the outer telescopic part 9.
  • the sliding element carrier 69 is screwed to the internal thread 70 of the inner end 40 of the inner telescopic part 11 and to the ball nut 39.
  • the slide element 33 which is slipped onto the slide element carrier 69 is braced against a disk 71 which is arranged between the slide element carrier 69 and the inner end 40 of the inner telescopic part 11.
  • a circular tube 42 is connected to the connecting thread 41 as an inner telescopic part 11.
  • the ball nut 39 of the lifting device 4 is controlled via the limit switch 52 so that it cannot strike at the ends of its path. However, it is necessary to design end stops as damping pads 66 at both ends of the path.
  • the outer telescopic part 9 is fastened with its foot 64 and screws 65 within a recess 62 within the end face of the bearing body 55 in such a way that the plate 63 is firmly clamped against the bearing body 55.
  • a rubber part 68 which forms a damping cushion 66, is vulcanized onto the plate 63, namely between this and a stop plate 67.
  • a damping cushion 66 is connected to the sliding bushing 107 at the other end of the path of the ball nut 39.
  • This damping cushion 66 also carries a stop plate 67.
  • the free end of the ball screw 48 carries a sliding head 108 with which it is guided within the circular tube 42. This carries at its outer end 43 an internal connection thread 44 with which it can be screwed to connecting parts.
  • the rotor shaft 49 of the electric motor 46 passes through a closed-circuit brake 45 and carries a pinion 109 which drives the limit switch 52 via the drive belt 50, drive wheel 116, the spindle 51.
  • the limit switch is shown rotated by 90 ° in order to explain its function.
  • a slide 111 runs on the spindle 51, which abuts the limit switch contacts 112 in order to switch off the electric motor 46.
  • the position of the limit switch contacts 112 can be adjusted by means of the adjusting screws 113 on which the limit switch contacts 112 are guided.
  • FIG. 10 shows a manipulator 1 which, in contrast to FIG. 1, is not suspended on a wall but on a column 118.
  • the workpiece 2 is clamped in the collet 17 and is moved by the operator into the furnace in the direction of the arrow and placed in it.
  • FIG. 11 differs from the embodiment according to FIG. 1, for example, in that the outer partial arm 29 is mounted overhung below the inner partial arm 28 in order to achieve the largest possible swivel angle and to keep the space below the cantilever arm 3 free.
  • the joints 7 and 26 (floating bearing 31) have associated drives as swivel mechanisms 32.
  • the joint 7 is connected to a lifting mechanism 30 in the column 118, which is designed as a lifting column 120, and can be moved vertically relative to the latter. In some special cases, it may be necessary to provide a swivel mechanism 32 for a slewing ring 119 in order to rotate the lifting column 120 with respect to the foundation.
  • Figure 12 is a supplement to Figure 10, in a view from above.
  • FIG. 13 shows, analogously to the lifting mechanism 30 in FIG. 11, a lifting mechanism 30 between the inner partial arm 28 and the outer partial arm 29, the free end 34 of which in turn has a swivel joint 121 and a propeller swivel mechanism 35.
  • the lifting device 4 is fastened longitudinally displaceably with respect to the free end 34, so that the working level can be adjusted.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator zum Positionieren von Werkstücken oder anderen Lasten mit Hilfe eines Schwenkbaren Auslegerarmes. An dem Auslegerarm ist winkelsteif ein Hubgerät und an diesem sind Lasthalteorgane angeordnet.
  • Manipulatoren dieser Art sollen Werkstücke erfassen und an einen vorbestimmten Ort bewegen, z. B. von einer Werkzeugmaschine zu einer anderen oder aber von einem Vorratsstapel in eine Bearbeitungsmaschine oder zurück.
  • Viele Arbetisvorgänge können aus Rationalisierungsgründen nicht mehr vom Menschen ausgeführt werden und viele können aufgrund des Gewichtes oder anderer Umstände nur mit Hilfe maschineller Mittel positioniert werden.
  • Manipulatoren sollen in einem möglichst weiten industriellen Bereich derartige Aufgaben übernehmen.
  • Est ist ein Manipulator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt (DE-A-14 56 421), der zum Positionieren von Werkstücken im Gießereibetrieb einen schwenkbaren Auslegerarm aufweist, an dem winkelsteif ein Hubgerät angeordnet ist und an diesem Lasthalteorgane, sowie Mittel zur steuerbaren Abatandsveränderung der Lasthalteorgane von der Schwenkachse des Auslegerarmes vorgesehen sind.
  • Bei diesem Manipulator ist der Auslegerarm an einem in vertikaler Ebene schwenkbaren Zuggestänge aufgehängt, wobei der Angriffspunkt dieses Zuggestänges an dem Auslegerarm verschiebbar und der Auslegerarm selbst über ein Schubgetriebe verlängerbar ist. Die am Ende des Auslegerarmes über ein Zahnstangengetriebe heb- und senkbaren Lasthalteorgane weisen Einstellmittel zur Veränderung der Winkel und/oder Abstandpositionen von der heb- und senkbaren Zahnstange auf. Ein derartiges für ganz bestimmte Zwecke innerhalb eines Gießereibetriebes konzipiertes Gerät, hat nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten, läßt nur manuelle Betätigung zu und führt zu einem recht komplizierten konstrucktiven Aufbau.
  • Es ist auch ein ortsfest angeschlagener Auslegerarm, in der Länge über ein Gelenk unterteilt, bekannt (DE-A-24 20 240).
  • Hier schwenkt der Auslegerarm und dessen äßerer Teilarm gegenüber diesem um horizontale Achsen innerhalb einer vertikalen Ebene.
  • Geräte dieser Art lassen sich nur innerhalb eines engen Anwendungsbereiches einsetzen.
  • Auch ist ein Manipulator mit einem winkelsteif von einer Säule ausgehenden Auslegerarm bekannt (US-A-4 042 122), bei dem der Auslegerarm durch Längsverschiebung verlängerbar ist und an dessen Ende sich ein winkelsteif, vorzugsweise,- vertikal erstreckendes nicht verlängerbares Organ befindet, an dem schwenkbar ein Lasthalteorgan angeordnet ist.
  • Geräte dieser Art haben ebenfalls nur begrenzte Anwendungsmöglichkeiten und erfordern einen erheblichen zusätzlichen technischen Aufwand, wenn sie für Aufgaben eingesetzt werden sollen, für die sie ursprünglich nicht vorgesehen sind. Teleskopierbare Auslegerarme haben im übrigen Nachteile in bezug auf die Schwingungsempfindlichkeit und die Biegebeanspruchung bei größeren Lasten. Ein sogenannter Schlittenmanipulator ist aus (US-A-3 665 148) bekannt, bei dem der Auslegerarm ebenfalls winkelsteif zur Hubsäule jedoch gegenüber dieser heb- und senkbar angeordnet ist und an seinem Ende winkelsteif ein Schweißgerät trägt.
  • Auch dieses Gerät entbehrt der universellen Einsatzfähigkeit.
  • Die Relativbewegung bei Manipulatoren eines inneren und eines äußeren Teleskopteils durch Kugelschraubengetriebe zu bewirken, ist auch bekannt (DE-A-2 519 782).
  • Es sind lasthalteorgane bekannt (US-A-3 247 978), die mit einem Spindeltrieb das Öffnen und Schließen der Spannzangen bewirken.
  • Der konstruktive Aufbau dieser Spannzangen und die gewählte Kinematik lassen jedoch eine feinfühlige Steuerung der Spannzangenkräfte nicht zu.
  • Die Zusammenfassung von zwei Spannzangen an einem Lasthalteorgan ist bekannt (US-A-4 015 721). Über Motor und Getriebe wird eine Welle gedreht an der T-balkenartig ein Träger der Lasthalteorgane angeordnet ist, wobei diese aus zwei an den Enden des Trägers angeordneten gleichgerichteten Spannzangen bestehen.
  • Eine solche Lösung ist vorteilhaft, muß jedoch anders gestaltet sein, um die vielfältigen Aufgabenstellungen eines Manipulators optimal zu lösen.
  • Unter Ausnutzung einiger im vorbeschriebenen Stand der Technik erwähnten Gedanken sucht die Erfindung eine optimale Lösung, für einen Manipulator der innerhalb eines möglichst großvolumigen Raumes beispielsweise eines Hohlzylinders möglichst großer vertikaler Höhe ohne von in diesem Raum befindlichen Hindernissen gestört zu werden, Lasten von einem Punkt zu einem anderen bewegt und präzise positioniert.
  • Dies löst die Erfindung dadurch, daß die Schwenkachse des Auslegerarmes im wesentlichen vertikal angeordnet ist und dieser ein Gelenk mit steuerbaren Bremse zugeordnet ist, daß das Hubgerät aus einem gegenüber dem Auslegerarm in Richtung der Längsachse des Hubgerätes verscheibbaren äußeren Teleskopteil und mindestens einem axial gegenüber dem äußeren Teleskopteil durch eine Kugelschruabengetriebe verschiebbaren inneren Teleskopteil besteht, daß an dem freien Ende des Hubgerätes ein Anschlußblock um die Längsachse des Hubgerätes drehbar angeordnet ist, welcher Anschlußflächen aufweist, zwischen denen und den Lasthalteorganen mindestens ein Abstandelement angeordnet ist, an dem die Lasthalteorgane dreh- und/oder schwenkbar angeordnet sind und im Abstandselement Antriebsmittel für diese Bewegungen vorgesehen sind.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein winkelsteif um ein Gelenk mit vertikaler Achse schwenkbarer Auslegerarm eine annähernd schwingungsfreie und weitgehend biegungsfreie Konstruktion ermöglicht. Der von dem winkelsteif am Ende des Auslegerarmes befestigten Hubgerät erfaßte Raum ist in der Höhe verschiebbar. Dar Last wird exzentrisch gegenüber diesem Hubgerät im Abstand erfaßt und gehalten, um so auch über Hindernisse bewegt, zu diesen abgesenkt und ggfs. hinter oder unter diese Hindernisse fassend an den Positionierort gebracht werden zu können. Dadurch wird u. a. auch die Anpaßung an verschiedene Lastbereiche ohne wesentliche Konstruktions-änderungen bei gleichbleibenden einfachem Aufbau sichergestellt.
  • Die vom Ende des Auslegerarmes zu tragenden Totgewichte sind niedrig, weil die Antriebsleistung für Kugelspindelgeräte aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades kleiner dimensioniert und leichter gebaut werden können. Die Ausführung des Hubgerätes ermöglicht eine sehr leichte Bauweise und diese wiederum ermöglicht es, die Reichweite des Gerätes durch Verlängerung des Auslegerarmes zu erhöhen. Die Lasthalteorgane bewegen sich relativ zu einem beliebig in Raum fixierbaren FestDunkt, der vom freien Ende des Hubgerätes geeildet wird. Und alle Funktionen lassen sich eil:)' ° ;sch betätigen und steuern. Auch die Lasenalte- organe die als Spannzangen ausgebildet sein können, werden über Kugelschraubengetriebe betätigt, wobei eine besondere Ausbildung dieser Kugelschraubengetriebe für die Möglichkeit sorgt, den Anpreßdruck der Spannbacken an die Last feinfühlig innerhalb eines großen Bereiches einzustellen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von zeichnungen, die jeweils verschiedene Elemente und Kombinationen darstellen, näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen Manipulator nach der Erfindung, dessen Auslegerarm an einer Wand gelenkig angeschlagen ist.
    • Figur 2 die Verscheibbarkeit des Hubgerätes gegenüber dem Auslegerarm des Kugelspindelgetriebes.
    • Figur 3 die Ansicht mit Teilschnitt einer Spannzange.
    • Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Spannzange mit drehbar Spannebene.
    • Figur 5 in perspektivischer Darstellung den Anschlußblock, die Abstandsmittel und die Lasthalteorgane.
    • Figur 6 die Einstellbarkeit der Schließebenen der Spannzangenbacken und die Anordnung der Spannzangenantriebe am Ende des Hubgerätes.
    • Figur 7 die Anordnung einer schwenkbaren Doppelzange mit Stromverteiler.
    • Figur 8 die Ausbildung eines Stromverteilers.
    • Figur 9 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Hubgerät mit Endschalter.
    • Figur 10 eine perspektivische Darstellung eines Manipulators mit an einer Hubsäule angeschlagenem Auslegerarm bei der Positionierung eines Werkstückes in einen Ofen hinein.
    • Figur 11 zeigt die Möglichkeit den Auslegerarm gegenüber einer stationären Säule heb-und senkbar auszubilden, sowie die Lagerung des äußeren Auslegerteilarmes unterhalb des inneren, um einen größeren Schwenkbereich und einen größeren Freiraum zu erzielen.
    • Figur 12 zeigt eine Draufsicht zu Figur 10.
    • Figur 13 zeigt die Seitenansicht eines Manipulators, bei dem die Teilarme getrennt mit Hubgeräten versehen, jeweils relativ zueinander und zum Aufhängungspunkt vertikal verschiebbar sind.
  • Der erfindungsgemäße Manipulator 1 nach Figur 1 weist einen Auslegerarm 3 auf, der über eine vertikale Schwenkachse 6 im Gelenk 7 in horizontaler Ebene schwenkbar aufgehängt ist, wobei diesem Gelenk eine steuerbare Bremse 8 und ein Schwenkwerk 32 zugeordnet ist. Ein innerer Teilarm 28 ist über ein Zwischengelenk 26 mit dem äußeren Teilarm 29 verbunden, wobei dem Zwischengelenk ebenfalls ein Schwenkwerk 32 und eine steuerbare Bremse 8 sowie die vertikale Achse 27 zugeordnet sind. Am freien Ende 34 des Auslegerarmes 3 ist ein Schwenkgelenk 121 vorgesehen, so daß dieses Ende gemeinsam mit dem Hubgerät 4 propellerartig um den Auslegerarm 3 schwenken kann. Das zugehörige Propellerschwenkwerk 35 ist in den hohlen Träger des äußeren Teilarmes 29 eingelassen, um Freiraum zu schaffen. Das freie Ende 34 des Auslegerarmes 3 umschließt das Hubgerät 4, das über eine Stellvorrichtung 86 (Verzahnung 87, Zahnrad 88) vertikal in der Höhe einstellbar ist. Das als Kugelspindelhubgerät ausgebildete Hubgerät 4 trägt einen Antrieb 89 zur Drehung einer Kugelspindel, über deren Mutter das innere Teleskopteil 11 gegenüber dem äußeren Teleskopteil 9 relativ verschieblich ist. Am freien Ende 12 des Hubgerätes 4 ist drehbar ein Anschlußblock 13 angeordnet, an dessen Anschlußflächen 14, Abstandsmittel 15 angeschlossen sind, in denen die Lasthalteorgane 5 dreh- und/oder schwenkbar gelagert und in denen für die Dreh-und/oder Schwenkbewegungen Antriebsmittel 16 vorgesehen sind. Die Lasthalteorgane 5 können Spannzangen 17 oder dgl. sein. Ergänzend hierzu zeigt die Figur 2 die Höhenverschieblichkeit des Hubqerätes 4 durch die Verschiebung des äußeren Teleskopteiles 9 gegenüber dem Auslegerarm 3, bzw. dem äußeren Teilarm 29 mit Hilfe eines weiteren Kugelspindelhubgerätes 25 mit Antrieb 89. Mit Hilfe eines derartigen zusätzlichen Kugelspindelhubgerätes können die Hubgeschwindigkeit und die Hubhöhe erheblich vergrößert werden.
  • Figur 3 zeigt eine Spannzange 17 in vereinfachter Darstellung. Der Antriebsmotor 74 bewegt ein Schraubengetriebe 18, das aus einer Kugelspindel 19 und einer Kugelumlaufmutter 20 besteht. Die Kugelspindel 19 ist drehbar innerhalb der Kugelumlaufmutter 20 gelagert. Die Kugelumlaufmutter 20 ist mit dem Stößel 21 verbunden und trägt einen Gleitstein 38, der innerhalb des unrunden Außenrohres 37 drehsicher geführt ist und zusätzlich als Dämpfungsglied für rotatorische Kräfte dient. Der Stößel 21 trägt auswechselbar, über Gewinde 90 einen Einsatz 91 in dem Tellerfederpakete 23, 24 so angeordnet sind, daß ein im öffnenden Sinne wirkendes Tellerfederpaket 23 einem im Schließenden Sinne wirkenden Tellerfederpaket 24 entgegenwirkt. Zwischen den Tellerfederpaketen 23, 24 ist das Anschlußteil 83 über einen Flansch 92 eingespannt. Das Anschlußteil 83 umfaßt mit einer Gabel 93 die Enden 81 der Schenkel 79, die mit den freien Schenkeln 78 die Spannzangenarme 22 bilden. Diese sind in den Schnittpunkten 77 an dem Träger 80 gelagert. Ein Lagerbolzen 94 durchgreift die Langlöcher 82.
  • An den Schenkeln 78 sind die Spannbacken 84 von einer nach innen gerichteten Stellung in eine nach außen gerichtete Stellung um etwa 180° schwenkbar und um Kugellager 85 drehbar.
  • Durch die Verspannung der Tellerfederpakete 23, 24 ist es möglich, die Anpreßspannung der Spannbacken 84 an das Werkstück 2 einzustellen. Der Spannweg wird durch das von der Kugelspindel 19 bzw. deren Antriebsmotor 74 aufgebrachten Drehmoment bestimmt. Dieses Drehmoment ist auf elektrischem Wege feinfühlig einstellbar. Auf die Spindel bzw. auf den Rotor des elektrischen Antriebsmotors 74 wirkt eine Ruhestrombremse 45, die automatisch bei Stromausfall einfällt. Die Kugelumlaufmutter 20 hält bei stehender Kugelspindel 19 den Stößel 21 fest, so daß die Verspannung der Tellerfederpakete 23, 24 erhalten bleibt und somit die Last bei Stromausfall nicht losgelassen wird. Bei bekannten Spannzangen tritt häufig der Nachteil ein, daß bei Deformationen des Werkstückes bzw. der Last die Spannzangen 22 bewegt werden und sich dadurch die Andruckkraft verringert. Dies führt zum Herunterfallen der Last und zu Unfällen. Als besonders vorteilhafte Sicherheitsmaßnahme ist in die elektronische Steuerung der Spannzangen 17 ein Zeitgleid eingeschaltet, mit dem erreicht wird, daß der Motor erst dann abschaltet, wenn die Ruhestrombremse 45 bereits eingefallen ist, so daß diese mit Sicherheit bereits hält, wenn das Drehmoment des Motors nachläßt. Eine Einstellung der Spannkraft der Spannbacken 84 kann über eine Meß- oder Stellvorrichtung erfolgen, die sich an dem Spannweg der Tellerfederpakete orientiert.
  • Es kann gelegentlich von Vorteil sein, die Spannebene 95 im Bereich der Spannöffnung 76 einstellbar zu machen, wie dies Figur 4 zeigt, bei der die Spannzangenarme 22 an einem Träger 80 befestigt sind, der seinerseits gegenüber dem unrunden Außenrohr 37 des zugehörigen Schraubengetriebes 18 drehbar gelagert ist.
  • Wie in Figur 5 gezeigt, können die Spannzangen 17 zu einer Spannzangeneinheit 75 zusammengefaßt sein, wobei sich beispielsweise die unrunden Außenrohre 37 überlappen können, mit denen sie an einem Trägerkörper 96 angeschlossen sind. Eine derartige Ausführung eignet sich insbesondere zur rationellen Handhabung von Werkstücken in Bearbeitungsmaschinen, um das Fertigteil aufzunehmen und gleich darauf das Rohteil wieder einsetzen zu können.
  • Die Figur 6 zeigt eine Spannzange 17, die wie beispielsweise in Figur 1 gezeigt, angeordnet sein kann in einer detaillierten Darstellung. Die Spannebene 95 der Spannbacken 22 ist über das Handrad 97 um eine gedachte Längsachse verdrehbar und kann über die Scheibenbremse 101 fixiert werden. Zugeordnete Antriebsmittel können eine Verdrehung (siehe Pfeil) um eine weitere Achse bewirken. Der Spannantrieb für die Spannzange 17 besteht aus dem Steuerpult 98, dem Leitungskanal 99, dem Antriebsmotor 74, dem Getriebe 100, dem Stromverteiler 36 sowie der Lagerung 102.
  • Die Figur 7 zeigt eine Anordnung nach Figur 5, jedoch mit Spannzangen gemäß Figur 6. Am inneren Teleskopteil 11 ist der gestrichelt angedeutete Anschlußblock 13 über Antriebsmittel des Schwenkantriebes 72 drehbar angeschlossen. Eine Kabelkette 103 mit Kabelstrang 104 überbrückt den veränderlichen Abstand zwischen den Antriebsmitteln 16 und dem äußeren Teleskopteil 9. Die Spannzangeneinheit 75 ist mit der Achse 114 des Stromvertellers 36 gekuppelt. Auf der Achse 114 sitzt ein Antriebsritzel 110, das von einem Zahnreimen oder einer Kette 115 über das Zahnritzel 105 mit Hilfe weiterer Antriebsmittel im gezeigten Falle in vertikaler Ebene schwenkbar ist.
  • Die Figur 8 ergänzt die Erläuterungen zu den Figuren 5 und 6. Der Stromverteiler 36 ist im Schnitt dargestellt.
  • Die Figur 9 zeigt ein Hubgerät 4, wie es bereits in Figur 1 dargestellt ist, in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Die Läuferwelle 49 eines Elektromotors 46 ist über eine Läferwellensteckverbindung 53 mit dem Sonnenrad eines Planetengetriebes 47 verbunden, während der Planetenträger 106 des Getriebes über eine Zwischenwellensteckverbindung 54 mit einer im Lagerkörper 55 zug-und druckfest gelagerten Zwischenwelle 56 gekoppelt ist. Diese Zwischenwellensteckverbindung 54 wird von einem Steckzapfeh 57 gebildet, der in die Zwischenwelle 56 greift, die zu beiden Seiten des Ansatzes 61 gelagert ist. Die Innenringe 59 des Wäzlagers 60 spannen den Ansatz 61 ein. Die Kugelspindel 48 des Kugelschraubengetriebes 10 ist in die Gewindebuchse 58 der Zwischenwelle 56 eingesetzt und somit über diese in den Kugellagern 60 gelagert. Auf de Kugelspindel 48 sitzt die Kugelmutter 39, die fest mit einem Gleitelementträger 69 verbunden ist auf dem ein Gleitelement 33 aus dämpfungselastischem Material befestigt und formschlüssig innerhalb des äußeren Teleskopteiles 9 gleitend geführt ist. Der Gleitelementträger 69 ist mit dem Innengewinde 70 des inneren Endes 40 des inneren Teleskopteiles 11 und mit der Kugelmutter 39 verschraubt. Das auf dem Gleitelementträger 69 aufgesteckte Gleitelement 33 ist gegen eine Scheibe 71 verspannt, die zwischen dem Gleitelementträger 69 und dem inneren Ende 40 des inneren Teleskopteiles 11 angeordnet ist.
  • Auf dem Gleitelementträger 69 bzw. auf dessen Außengewinde 117 ist mit dem Anschlußgewinde 41 ein kreisrundes Rohr 42 als inneres Teleskopteil 11 verbunden.
  • Die Kugelmutter 39 des Hubgerätes 4 ist über den Endschalter 52 so gesteuert, daß sie nicht an den Enden ihres Weges anschlagen kann. Es ist jedoch notwendig an beiden Enden des Weges Endanschläge als Dämpfungspolster 66 auszubilden.
  • Das aüßere Teleskopteil 9 ist mit seinem Fuß 64 und Schrauben 65 innerhalb einer Ausnehmung 62 innerhalb der Stirnseite des Lagerkörpers 55 befestigt, derart, daß die Platte 63 fest gegen den Lagerkörper 55 gespannt wird. Auf der Platte 63 und zwar zwischen dieser und einer Anschlagplatte 67 ist ein Gummiteil 68 einvulkanisiert, das ein Dämpfungspolster 66 bildet.
  • Analog hierzu ist am anderen Ende des Weges der Kugelmutter 39 ein Dämpfungspolster 66 mit der Gleitbuchse 107 verbunden. Auch dieses Dämpfungspolster 66 trägt eine Anschlagplatte 67. Das freie Ende der Kugelspindel 48 trägt einen Gleitkopf 108, mit dem sie innerhalb des kreisrunden Rohres 42 geführt ist. Dieses trägt an seinem äußeren Ende 43 ein Anschlußinnengewinde 44 mit dem es mit Anschlußteilen verschraubt werden kann.
  • Die Läuferwelle 49 des Elektromotors 46 durchfaßt eine Ruhestrombremse 45 und trägt ein Ritzel 109, das über den Treibriemen 50, Antriebsrad 116, die Spindel 51, den Endschalter 52 antreibt. Der Endschalter ist um 90° gedreht dargestellt, um seine Funktion erläutern zu können. Auf der Spindel 51 läuft ein Reiter 111, der gegen die Endschalterkontakte 112 stößt, um den Elektromotor 46 abzuschalten. Die Position der Endschalterkontakte 112 kann durch die Eistellschrauben 113, auf denen die Endschalterkontakte 112 geführte sind, eingestellt werden.
  • Die Funktion der Ruhestrombremse 45 bedarf keiner Erläuterung.
  • Alle stromführenden Teile, die sich in Reichweite des Bedienungspersonals befinden, sollten auf 40-60 Volt ausgelegt sein. Dies bedingt die Verwendung von Sondermotoren bei Schwenk- und Spannzangenantrieben.
  • Die Zeichnung nach Figur 10 zeigt einen Manipulator 1, der im Gegensatz zu Figur 1 nicht an einer Wand sondern an einer Säule 118 aufgehängt ist.
  • Es handelt sich um ein handgeführtes Gerät, das beispielsweise in Ankerwickeleien- oder Elektromotorenfabriken eingesetzt werden kann. Das Werkstück 2 ist in der Spannzange 17 eingespannt und wird von dem Bedienungsmann in den Ofen in Pfeilrichtung bewegt und in diesen abgelegt.
  • Die Figur 11 unterscheidet sich gegenüber der Ausführungsform nach Figur 1 zum Beispiel dadurch, daß der äußere Teilarm 29 unterhalb des inneren Teilarmes 28 fliegend gelagert ist, um einen möglichst großen Schwenkwinkel zu erzielen und den Raum unterhalb des Auslegerarmes 3 freizuhalten. Die Gelenke 7 und 26 (fliegende Lagerung 31) weisen zugeordnete Antriebe als Schwenkwerke 32 auf. Das Gelenk 7 ist mit einem Hubwerk 30 in der Säule 118, die als Hubsäule 120 ausgebildet ist, verbunden und kann gegenüber dieser vertikal bewegt werden. In einigen Sonderfällen kann es erforderlich sein, ein Schwenkwerk 32 auch für einen Drehkranz 119 vorzusehen, um die Hubsäule 120 gegenüber dem Fundament zu drehen.
  • Die Figur 12 ist eine Ergänzung zu Figur 10, in einer Ansicht von oben.
  • Die Figur 13 zeigt analog zu dem Hubwerk 30 in Figur 11, ein Hubwerk 30 zwischen dem inneren Teilarm 28 und dem äußeren Teilarm 29, dessen freies Ende 34 wiederum ein Schwenkgelenk 121 und ein Propellerschwenkwerk 35 aufweist. Das Hubgerät 4 ist gegenüber dem freien Ende 34 längsverschiebbar befestigt, damit das Arbeitsniveau eingestellt werden kann.

Claims (19)

1. Manipulator (1) zum Positionieren von Werkstücken (2) oder anderen Lasten mit Hilfe eines schwenkbaren Auslegerarmes (3), an dem winkelsteif ein Hubgerät (4) angeordnet ist, und an diesem Lasthalteorgane (5), sowie Mittel zur steuerbaren Abstandsveränderung der Lasthalteorgane (5) von der Schwenkachse (6) des Auslegerarmes (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (6) des Auslegerarmes (3) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und dieser ein Gelenk (7) mit steuerbarer Bremse (8) zugeordnet ist, daß das Hubgerät (4) aus einem gegenüber dem Auslegerarm (3) in Richtung der Längsachse des Hubgerätes (4) verschiebbaren äußeren Teleskopteil (9) und mindestens einem axial gegenüber dem äußeren Teleskopteil (9) durch ein Kugelschraubengetriebe (10) verschiebbaren inneren Teleskopteil (11) besteht, daß an dem freien Ende (12) des Hubgerätes (4) ein Anschlußblock (13) um die Längsachse des Hubgerätes (4) drehbar angeordnet ist, welcher Anschlußflächen (14) aufweist, zwischen denen und den Lasthalteorganen (5) mindestens ein Abstandelement (15) angeordnet ist, an dem die Lasthalteorgane (5) dreh- und/oder schwenkbar angeordnet sind und im Abstandselement (15) Antriebsmittel (16) für diese Bewegung vorgesehen sind.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasthalteorgane (5) als Spannzangen (17) ausgebildet sind, für deren Antrieb ein Schraubengetriebe (18) mit angetriebener Kugelspindel (19) und Kugelumlaufmutter (20) vorgesehen ist, und zwischen dem Stößel (21) des Schraubengetriebes (18) und den Spannzangenarmen (22) ein im Öffnenden (23), sowie ein anderes im schließenden Sinne (24) auf die Spannzangenarme (22) wirkendes vorgespanntes Tellerfederpaket vorgesehen ist.
3. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebbarkeit des äußeren Teleskopteiles (9) des Hubgerätes (4) gegenüber dem Auslegerarm (3) über ein weiteres Kugelspindelhubgerät- (25) erfolgt.
4. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (3) über ein Zwischengelenk (26) mit vertikaler Achse (27) in einen inneren (28) und einen äußeren (29) Teilarm unterteilt ist.
5. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (3) und/oder dessen Teilarme (28, 29) über Hubwerke (30) höhenverstellbar sind.
6. Manipulator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teilarm (29) des Auslegerarmes (3) unterhalb des inneren Teilarmes (28) über ein Zwischengelenk (26) gelagert ist, das eine fleigende Lagerung (31) bildet, der ein Schwenkwerk (32) mit Steuerbarer Bremse (8) zugeordnet ist.
7. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem an freien Ende (34) des Auslegerarmes (3) angeordneten Hubgerät (4) und dem Auslegerarm (3) ein Propellerschwenkwerk (35) eingeschaltet ist.
8. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den drehbaren oder schwenkbaren Lasthalteorganen (5) und einem Abstandselement (15) ein Stromverteiler (36) zur Übertragung des Stromes zu den Lasthalteorganen (5) und/oder anderen Stromverbrauchern angeordnet ist.
9. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Teleskopteil (9) des Hubgerätes (4) ein unrundes Außenrohr, vorzugsweise ein Vierkantrohr ist, und daß das an den Innenflächen dieses Rohres ein Gleitelement (33) aus dämpfungselastischem Material geführt ist, das seinerseits axial unverschieblich mit einer Kugelmutter (39) und dem inneren Ende (40) des inneren Teleskopteiles (11) mittels Anschlußwinde (41) verbunden ist, daß das innere Teleskopteil (11) ein kreisrundes Rohr (42) ist, an dessen äußerem Ende (43) ein Anschlußinnengewinde (44) angeordnet ist.
10. Manipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebbarkeit des inneren Teleskopteiles (11) gegenüber dem äußeren Teleskopteil (9) ein mit einer Ruhestrombremse (45) versehener Elektromotor (46) vorgesehen ist, der über ein Planetengetriebe (47) mit der Kugelspindel (48) des Kugelschraubengetriebes (10) in Drehverbindung steht und dessen Läuferwelle (49) über einen Treibriemen (50) die Spindel (51) eines Endschalters (52) antreibt.
11. Manipulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle (49) des Elektromotors (46) über eine Läuferwellensteckverbindung (53) mit dem Planetengetriebe (47) in Verbindung steht und das Planetengetriebe (47) über eine Zwischenwellensteckverbindung (54) mit einer in einem Lagerkörper (55) zug- und druckfest gelagerten zwischen Planetengetriebe (47) und Kugelspindel (48) angeordnete Zwischenwelle (56) gegekuppelt ist, die auf ihrer Getriebeseite als Steckzapfen (57), und auf der Gegenseite als Gewindebuchse (58) ausgebildet ist sowie einen zwischen den Innenringen (59) von in dem Lagerkörper (55) angeordneten Wälzlagern (60), eingespannten Ansatz (61) aufweist.
12. Manipulator nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spindelseite des Lagerkörpers (55) eine Ausnehmung (62) eine Platte (63) und den Fuß (64) des äußeren Teleskopteiles (9) aufnimmt, der mit dem Lagerkörper (55) verschraubt ist (Schrauben 65) und daß die Platte (63) Träger eines als Anschlag für die Kugelumlaufmutter (39) dienenden Dämpfungspolsters (66) ist, welches aus einem zwischen zwei Platten (Platte 63, Anschlagplatte 67) einvulkanisierten Gummiteil (68) besteht.
13. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleitelementträger (69) einerseits mit dem Innengewinde (70) des inneren Endes des inneren Teleskopteiles (11) und andererseits mit der Kugelmutter (39) verschraubt ist und daß das auf dem Gleitelementträger (69) aufgesteckte Gleitelement (33) gegen eine Scheibe (71) gespannt ist, die zwischen dem Gleitelementträger (69) und dem inneren Ende des inneren Teleskopteils (11) angeordnet ist.
14. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schraubengetriebe (18) des Lasthalteorgans (5) eine auf dessen Kugelspindet (19) wirkende Ruhestrombremse (45) zugeordnet ist, wobei diese Bremse so geschaltet ist, daß die Spindel (19) bereits gebremst ist, bevor der elektrische Antriebsmotor (74) des Schraubengetriebes (18) abgeschaltet ist, derart, daß die im schließenden Sinne auf die' Spannzangenarme (22) wirkende Vorspannung der Tellerfederpakete bei abgeschaltetem elektrischen Antriebsmotor (74) beibehalten bleibt.
15. Manipulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestrombremse (45) eine Ruhestrommagnetbremse ist, die mit Hilfe einer vom Spannweg- und/oder der Spannkraft der Tellerfederpakete (23, 24) abhängigen Schaltung bzw. Steuerung vor Abschalten des Motors stromlos wird und damit einfällt, wobei diese Schaltung bzw. Steuerung ein zeitabhängiges Glied, enthält, derart, daß der Motor erst nach Einfall der Ruhestrombremse abschaltet.
16. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lasthalteorgane (5) bzw. Spannzangen (17) zu einer Spannzangeneinheit (75) so miteinander verbunden sind, daß ihre Spannöffnungen (76) in verschiedene Richtungen zeigen, wobei die ihnen zugeordneten Schraubengetriebe (18) sich in ihrer Länge überlappen.
17. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Spannzangen (17) zur Einstellung ihrer Schließebenen um ihre Längsachse verdrehbar ist.
18. Manipulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannzange (17) zwei als Winkelhebel ausgebildete Spannzangenarme (22) aufweist, die jeweils im Schnittpunkt (77) ihrer freien Schenkel (78) mit den Schenkeln (79) auf einem am Schraubengetriebe (18) befestigten Träger (80) so gelagert sind, daß ihre einander zugewandten Schenkel (79) in etwa fluchten und mit in ihren Enden (81) vorgesehenen Langlöchern (82) mit dem Anschlußteil (83 des Schraubengetriebes (18) in Verbindung stehen.
19. Manipulator nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß die freien Schenkel (78) der Spannzangenarme (22) Spannbacken (84) tragen, die auf Kugellagern (85) drehbar gelagert und die gegenüber ihren Spannbackenarmen (22) um 180° schwenkbar und/oder umsteckbar sind.
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