DE3308474A1 - Arbeitsgeraet zum bewegen von gegenstaenden unter beibehaltung einer bestimmten ausrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt/Main Staufenstraße

Anm. 5

Norbert Schlimm
Angerburger Allee 4c

1000 BERLIN 19

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Titel: ARBEITSGERÄT ZUM BEWEGEN VON GEGENSTÄNDEN UNTER BEIBEHALTUNG EINER BESTIMMTEN AUSRICHTUNG

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ARBEITSGERÄT ZUM BEWEGEN VON GEGENSTÄNDEN UNTER BEIBEHALTUNG EINER BESTIMMTEN AUSRICHTUNG

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät zum Bewegen von Gegenständen, z.B. Werkstücken oder Arbeitswerkzeugen, unter Beibehaltung einer bestimmten Ausrichtung, insbesondere zum Be- und Entladen von in Reihen auf Paletten gestapelten Gegenständen, bestehend aus einem Grundrahmen, einem daran um eine erste Grundachse drehbar gelagerten ersten Armteil, einem daran um eine rechtwinklig zur ersten angeordnete zweite Grundachse drehbar gelagerten zweiten Armteil, einem daran um eine zur zweiten parallele dritte Grundachse drehbar gelagerten dritten Armteil, einem daran um eine zur zweiten und dritten Grundachse parallele erste Handachse drehbar gelagerten ersten Handteil und einem daran um eine zur ersten Grundachse parallele zweite Handachse drehbar gelagerten zweiten Handteil, welches mit einer Halterung für die zu bewegenden Gegenstände verbunden ist.

Derartige Arbeitsgeräte können z.B. Werkzeuge tragende Arbeitsmaschinen se'in deren Werkzeuge, beispielsweise Schneid-, Form- oder Schweißwerkzeuge, auf bestimmten parallelen Bahnen zu führen und relativ zu diesen anzuheben und abzusenken sind, oder Handhabungsgeräte sein, mit deren Hilfe z.B. Werkstücke oder Fertigprodukte in parallelen Reihen geordnet aufgenommen und/oder abgesetzt werden sollen.

Es bietet sich in solch einem Fall an, Arbeitsgeräte einzusetzen, deren Teile längs Führungsbahnen verschieblich sind, die nach cartesischen Raumkoordinaten angeordnet sind. Dann lassen sich die Führungsbahnen auf die reihenförmige Anordnung der Gegenstände oder die parallelen Bewegungsbahnen ausrichten und man braucht nur drei steuerbare Antriebe für Bewegungen in Richtung der drei Koordinatenachsen. Als Beispiel für derartige Arbeitsgeräte sind Portalkräne zu nennen. Sie haben ja doch grundsätzlich den Nachteil, daß ihre Führunasbahnen viel Raum beanspruchen und schwerer zu bewegende Tragteile voraus-

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setzen, so daß die zu erzielenden Beschleunigungen und Arbeitsgeschwindigkeiten entsprechend gering und das Verhältnis von Eigengewicht zu Traglast ungünstig ist.

Arbeitsgeräte der eingangs bezeichneten Art mit einem im Kreis beweglichen Gelenkarm (vgl. z.B. das vom VEB-Verlag Technik Berlin 1981 herausgegebene Buch "Industrieroboter", Seite 92) benötigen demgegenüber weniger Aufstandsfläche, setzen aber außer dem ortsfesten Rahmen wenigstens fünf relativ zueinander drehbare Teile voraus. Bei bekannten Arbeitsgeräten ergab sich daraus die Notwendigkeit von fünf steuerbaren Antrieben mit den weiteren nachteiligen Folgen, daß die große Zahl der steuerbaren Motoren und die zugehörigen Getriebe und Drehmoment übertragenden Organe die zu bewegenden Massen vergrößerten und zusammen mit der notwendigen 5-Achsen-Steuerung zu verhältnismäßig hohen Kosten führten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches konstruktiv und im Gebrauch einfacher, leichter und schneller ist als die bisher bekannten derartigen Geräte.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Handteil durch eine erste Transmission mit dem ersten Armteil verbunden und mit Bezug auf die erste Handachse drehfest gehalten ist, und daß das zweite Handteil durch eine zweite Transmission mit dem ortsfesten Rahmen verbunden und mit Bezug auf die zweite Handachse drehfest gehalten ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß für die beiden Handachsen keine steuerbaren Antriebsmotoren gebraucht werden, die sonst wesentlich zum steuertechnischen Aufwand des Arbeitsgeräts beitragen und infolge ihrer Masse und ungünstigen Lage am äußersten Ende des Gelenkarms die Tragkraft und Arbeitsgeschwindigkeit mindern. Die ersatzweise vorgeschlagenen Transmissionen sind demgegenüber einfacher, billiger, zuverlässiger und vereinfachen auch die Bedienung während der Programmierung mittels des"Teach-In"-Verfahrens.

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Die genannten Transmissionen, durch welche an den Handachsen den Armbewegungen entgegengesteuert wird, damit die vorbestimmte Ausrichtung des Greifers oder einer sonstigen Halterung für die zu bewegenden Gegenstände konstant beibehalten wird, sind vorzugsweise Ketten- oder Riementriebe. Gegebenenfalls können aber auch andere Transmissionen, wie z.B. durch Kurbeln bewegte Stangen oder durch Zahnradgetriebe verbundene Transmissionswellen in Frage kommen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung, z.T. im Schnitt, eines Arbeitsgeräts gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ebenfalls in perspektivischer Darstellung das Gerät nach Fig. 1, von der anderen Seite aus gesehen.

Das gezeigte Arbeitsgerät hat einen Grundrahmen 10, der fest am Boden verankert werden kann. Auf dem Grundrahmen ist ein erstes Armteil 12 um eine mittlere senkrechte Achse des Grundrahmens drehbar gelagert. Für diese Drehbewegung ist ein erster Antriebsmotor 14 am Grundrahmen 10 montiert, der über ein sogenanntes Cyclogetriebe und ein Ritzel 16 ein drehfest mit dem Armteil 12 verbundenes Zahnrad 18 antreibt.

Am ersten Armteil 12 ist auf einer Achse 20 ein zweites Armteil 22 gelagert. Mit diesem ist ein koaxial angeordnetes Rad 24 drehfest verbinden. Außerdem sind auf der Achse zwei weitere Räder 26 und 28 frei drehbar gelagert. Um den größten Teil des Umfangs des Rads 24 kann sich eine Kette 30 legen, die mit ihrem äußeren Ende am Umfang des Rads 24 befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende der Kette ist über/ein Drehgelenk 32 mit einer Zahnstange 34 verbunden, in die das Abtriebsritzel 36 eines zweiten Antriebsmotors 38 mit angebautem Cyclogetriebe eingreift. Mittels der Motor-Getriebeeinheit 38 wird die Zahnstange 34 auf- und abbewegt.

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Sie nimmt über das Drehgelenk 32 die Kette 30 mit, und da deren äußeres Ende teilweise um den Umfang des Rads 24 gelegt und dort auch befestigt ist, wird die gradlinige Bewegung der Zahnstange 34 in eine Drehbewegung des .Rads 24 und des mit diesem verbundenen zweiten Armteils 22 umgewandelt.

Das äußere Ende des zweiten Armteils 22 trägt eine Achse 40, auf welcher ein drittes Armteil 41, welches fest mit Rädern 42, 44 verbunden ist, gelagert ist. Ketten 46 und 48, z.B. sogenannte Flyerketten, wie sie bei Gabelstaplern Verwendung finden, sind mit ihren äußeren Enden am Umfang der Räder 42 bzw. 44 festgelegt, über einen Teil des Umfar.gs dieser Räder geführt, über die frei drehbar auf der Achse 20 sitzenden Räder 26 bzw. 28 gelegt und unmittelbar neben der senkrechten Drehachse des ersten Armteils 12 von oben in den Grundrahmen 10 hineingeführt, wo sie über ein Drehgelenk 50 mit einer oder zwei Zahnstangen 52 in Längsrichtung fest verbunden sind, in die ein Abtriebsritzel 54 eines ebenfalls mit einem Cyclogetriebe verbundenen dritten Antriebsmotors 56 eingreift. Mittels dieses Motors und der durch die Zahnstangen 52 und Ketten 46, 48 gebildeten Transmission kann das dritte Armteil 41 um die Achse 40 verschwenkt werden.

Es ist ersichtlich, daß sämtliche Antriebsmotoren 14, 38 und 56 für die Bewegungen der drei Armteile 12, 22 und 41 stationär gelagert sind und daher weder den Arm belasten noch die Beschleunigungswerte der Armbewegungen negativ beeinflussen.

Am freien Ende des dritten Armteils 41 befindet sich eine erste Handachse 58, die parallel zu den beiden Achsen 20 und 40, also im Beispielsfall horizontal angeordnet ist. Ein erstes Handteil 60 ist relativ zum Armteil 41 drehbar auf der Achse 58 gelagert. Ein zweites Handteil 62 ist am ersten Handteil 60 relativ zu diesem um eine angedeutete senkrechte Achse

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63 drehbar gelagert. Mit dem zweiten Handteil 62 kann z.B. ein nicht gezeigter Greifer für Werkstücke verbunden sein.

Wenn mit dem gezeigten Arbeitsgerät Gegenstände in Reihen geordnet abgesetzt oder derart ausgerichtete Gegenstände aufgenommen werden sollen, müssen die Antriebe für das erste und zweite Handteil 60, 62 Bewegungen der Armteile kompensieren, um Drehbewegungen der Handteile um die Handachsen 58 und 62 relativ zum ersten Armteil 12 bzw. dem Grundrahmen 10 zu vermeiden. Anstelle entsprechend gesteuerter Antriebe, die normalerweise am äußeren Ende des Gelenkarms zu montieren wären, hat das gezeigte Arbeitsgerät leichte Transmissionen, welche denselben Zweck mit einfacheren Mitteln erreichen.

Die Führung des ersten Handteils 60 ist aus Fig. 1 ersichtlich. Wie dort gezeigt, sitzt auf der mit 20 bezeichneten zweiten Grundachse ein Ra-ä- 64, welches relativ zum ersten Armteil 12 undrehbar gehalten ist. Auf der dritten Grundachse

40 sind zwei Räder 66 gelagert, die fest miteinander verbunden sind. Zwischen dem Rad ' 64 und einem der beiden Räder 66 erstreckt sicft/%ine in sich geschlossene Kette 68. Ein weiteres Rad 70 sitzt auf der ersten Handachse 58 und ist undrehbar mit dem ersten Handteil 60 verbunden. Über das andere der beiden Räder 66 und das Rad 70 läuft eine weitere in sich geschlossene Kette 72. Die Übersetzung des Kettentriebs 64-72 ist insgesamt 1:1, so daß unabhängig von Schwenkbewegungen des zweiten Armteils 22 um die zweite Grundachse 20 und des dritten Armteils 41 um die dritte Grundachse 40 das erste Handteil 60 mit Bezug auf die Achse 58 undrehbar gehalten wird. Im Beispielsfall behält das erste Handteil 60 in allen Stellungen des Schwenkarms 12, 22,

41 diejenige Stellung bei, in welcher die zweite Handachse parallel zur ersten Grundachse, d.h. zur Drehachse des ersten Armteils 12, senkrecht steht.

Um Drehbewegungen des ersten Armteils 12 um die bei 11 angedeutete erste Grundachse am zweiten Handteil 62 zu kompensieren,

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• S-ist gemäß Fig. 2 zwischen dem letzteren und dem Grundrahmen 10 eine weitere Transmission angeordnet. Diese besteht aus einem drehfest am Grundrahmen 10 festgelegten Zahnrad 74, einem Zahnriemen oder einer Kette 76, welche das Zahnrad 74 mit einem am ersten Armteil 12 um eine zur Grundachse 11 parallele Achse drehbar gelagerten Zahnrad 78 verbindet, einer drehfest mit letzterem verbundenen Schnecke 80, die mit einem entsprechenden Schneckenrad 82 in Eingriff steht, welches drehbar auf der zweiten Grundachse 20 gelagert und drehfest mit einem P-ad 84 verbunden ist, das seinerseits über einen Riemen oder eine Kette 86 mit einem von zwei nebeneinander auf der dritten Grundachse 40 gelagerten, drehfest miteinander verbundenen Rädern 88 verbunden ist. Das andere der beiden Räder 88 steht über einen Riemen oder eine Kette mit einem auf der ersten Handachse 58 gelagerten Rad 92 in Verbindung, dessen Drehbewegung über ein Kegelradpaar 94 auf das zweite Handteil 62 übertragen wird. Wenn die Übersetzung der vorstehend genannten Transmission zwischen dem Zahnrad 74 und dem zweiten Handteil 62 insgesamt 1:1 beträgt, hält das ortsfest verankerte Zahnrad 74 auch das zweite Handteil 62 relativ zur zweiten Handachse 63 undrehbar fest, so daß ein mit dem zweiten Handteil 62 verbundener Greifer oder eine sonstige Halterung in allen Stellungen des Gelenkarms 12, 22, 41 seine Ausrichtung mit Bezug auf den Grundrahmen 10 beibehält und mit Bezug auf diesen nur eine Parallelverschiebung erfährt.

Die oben beschriebenen Transmissionen für die Antriebe des zweiten und dritten Armteils sowie der Handteile können Zahnriemen- oder Kettentriebe sein, wobei in sich geschlossene, endlose Zahnriemen bzw. Ketten über Zahnriemenscheiben bzw. Zahnräder geführt sind und mittels der Zähne formschlüssig mit diesen in Eingriff sind. Alternativ können zahnlose Riemenoder Kettentriebe Verwendung finden, bei denen endliche Riemen-oder Kettenstränge mit ihren Enden z.B. mittels Schrauben oder Nieten, auf dem Umfang des treibenden und des angetriebenen Rades festgelegt sind. Diese Möglichkeit besteht deshalb, weil in den meisten Fällen nur Drehwinkel von weniger als 36o° aebraucht werden, unter den im gezeichneten Ausführungsbeispiel

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- Jdr-

gegebenen Voraussetzungen braucht nur das Rad 78 eine normale Zahnriemenscheibe bzw. ein Zahnrad zu sein, an welchem der Zahnriemen 76 bzw. eine Kette nicht festgelegt sein darf, weil sich nur dieses Rad 78 um mehr als 36o drehen muß.

Um bei der genannten Transmissionsart mit an den Enden auf dem Umfang von Rädern festgelegten Riemen- oder Kettensträngen in beiden Drehrichtungen Drehmomente zu übertragen, werden jeweils zwei Riemen- oder Kettenstränge nebeneinander angeordnet, deren Enden in entgegengesetzter Richtung um ein doppelt breites Rad oder zwei drehfest verbundene Räder geschlungen sind. Damit lassen sich je nach Umschlingungswinkel in beiden Drehrichtungen Drehwinkel bis fast 3 6o erreichen. Meistens genügen jedoch etwa 27o . Bei Drehwinkeln bis zu etwa 18o könnten auch in sich geschlossene, endlose Riemen oder Ketten verwendet werden, die jeweils an einer Stelle am Umfang einerseits des treibenden und andererseits des angetriebenen Rades festgelegt sind.

. JA-

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Arbeitsgerät zum Bewegen von Gegenständen, z.B. Werkstücken oder Arbeitswerkzeugen, unter Beibehaltung einer bestimmten Ausrichtung, insbesondere zum Be- und Entladen von in Reihen auf Paletten gestapelten Gegenständen, bestehend aus einem Grundrahmen, einem daran um eine erste Grundachse drehbar gelagerten ersten Armteil, einem daran um eine rechtwinklig zur ersten angeordnete zweite Grundachse drehbar gelagerten zweiten Armteil, einem daran um eine zur zweiten parallele dritte Grundachse drehbar gelagerten dritten Armteil, einem daran um eine zur zweiten und dritten Grundachse paralelle erste Handachse drehbar gelagerten ersten Handteil und einem daran um eine zur ersten Grundachse parallele zweite Handachse drehbar gelagerten zweiten Handteil, welches mit einer Halterung für die zu bewegenden Gegenstände verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Handteil (60) durch eine erste Transmission (64-72) mit dem ersten Armteil (12) verbunden und mit Bezug auf die erste Handachse (58) drehfest gehalten ist, und daß das zweite Handteil (62) durch eine zweite Transmission (74-94) mit dem Grundrahmen (10) verbunden und mit Bezug auf die zweite Handachse (63) drehfest gehalten ist.

   Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transmission (64-72) aus einem drehfest mit dem ersten Armteil (12) verbundenen, auf der zweiten Grundachse (20) angeordneten ersten Rad (64), einem drehfest mit dem ersten Handteil (60) verbundenen, auf der ersten Handachse (58) angeordneten zweiten Rad (70) und einem über Zwischenräder (66) auf der dritten Grundachse (40) geführten Ketten- oder Riementrieb (68, 72) mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen dem ersten und dem zweiten Rad (64, 70) besteht.

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   Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Transmission (74-94) aus einem drehfest mit dem Grundrahmen (10) verbundenen, auf der ersten Grundachse (11) angeordneten dritten Rad (74), einem drehfest mit dem zweiten Handteil (62) verbundenen, auf der zweiten Handachse (63) angeordneten vierten Rad (94) und einem über Winkeltriebe (80, 82; 94) und Zwischenräder (88) auf der zweiten und dritten Grundachse (20, 40) geführten Kettenoder Riementrieb (76, 86, 90) mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen dem dritten und dem vierten Rad (74, 94) besteht.

   SL 9253 HG / 21.2.1983