DE3317261A1

DE3317261A1 - Robotmanipulator

Info

Publication number: DE3317261A1
Application number: DE19833317261
Authority: DE
Inventors: Walter Herbert van 48072 Berkley Mich. Deberg
Original assignee: DEBERG WALTER H
Current assignee: DEBERG WALTER H
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1983-12-01
Also published as: CA1208255A; IT1205585B; GB8312427D0; IT8348229A0; US4435116A; JPS58211878A; SE8302954D0; SE451967B; SE8302954L; FR2527498B1; JPS6213149B2; DE3317261C2; GB2120635A; GB2120635B; AU546190B2; AU1389483A; FR2527498A1

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft einen Robotmanipulator.

Robotmanipulatoren weisen meist einen Gelenkarm auf, der sich im Räume auf einer programmierten Bahn bewegt, um Werkstücke zwischen einer Werkstückfördermaschine und einer Fertigungs- oder Montagemaschine zu transportieren oder Werkzeuge zu handhaben, um Fertigungsvorgänge wie Bohren, Schweißen, Farbenaufsprühen und dergleichen durchzuführen. Ein Arbeitselement wie ein Greifer oder ein am fernen oder äußeren Ende des Armes montiertes Werkzeug ist häufig so ausgelegt, daß es sich um die Quer-, Längsund Hochachse drehen kann. Diese Robotmanipulatoren werden meist durch einen digitalen Rechner oder einen Mikroprozessor gesteuert, der Signale zur Steuerung der Versetzung oder Verschiebung des Werkzeugs oder des Werkstückgreifers am Ende des Manipulatorarms in einer vorgegebenen Bahn mit einer gesteuerten Geschwindigkeit erzeugt.

Der Arm eines herkömmlichne Manipulators ist meist freitragend und weist mehrere miteinander verbundene Abschnitte auf, die einzeln so betrieben werden, daß sie die normalen Wege eines menschlichen Armes und einer Hand nachahmen. Wenn das Stellglied für einen Armabschnitt oder das Werkzeug an der Gelenkverbindung des zu betätigenden Bauelements angeordnet ist, dann wird der Arm insgesamt schwer und sperrig. Damit wird häufig die gewünschte oder Sollbetätigungsgeschwindigkeit nicht erreicht, die weitgehend eine Funktion der Trägheit des gesamten Armes oder des Armes als Einheit ist.

Zu den wünschenswerten Zielen der meisten Robotmanipulatoren gehört die Versetzung oder Verschiebung eines Werk-

Stücks oder eines Werkzeugs von einer Lage im Raum zu einer anderen mit einem hohen Grad von Positionsgenauigkeit und mit maximaler Geschwindigkeit.Diese Aufgabe kann nur erfüllt werden, wenn der gesamte Aufbau des Manipulators steif, jedoch leichtgewichtig ist und, wenn die Vorrichtungen zum Verschwenken oder Versetzen der Armabschnitte mit großer Genauigkeit gesteuert werden können. Die Masse und Steifigkeit der Armstruktur sind von äußerster Wichtigkeit wegen der erzeugten Dreh^unc^ Linear- bzw. ubergangsbewegung und der daraus entstehenden Schwingungen und Durchbiegungen. Die Positionsgenauigkeit hängt ebenfalls von der Steifigkeit ab und zu einem sehr hohen Grade von der Bauart des Vorgeleges, das zur Erzeugung der gewünschten Versetzungen und Ver-Schiebungen verwendet wird. Beispielsweise sind hydraulische Antriebe einschließlich von Ventilen meist kompliziert, lassen Steifigkeit und glatten Betriebsablauf vermissen und verhalten sich unberechenbar unregelmäßig mit abrupten Laständerungen wenn z.B. ein Werkstück abgelegt und freigegeben wird.

Die meisten Vollrobotmanipulatoren, die gegenwärtig am Markt angeboten werden, weisen alle Merkmale und Vorrichtungen auf, die erforderlich sind jede komplizierte Aufgabe zu erfüllen. Viele Aufgaben sind jedoch relativ einfach und brauchen nur wenige der Merkmale und Vorrichtung en, die der Manipulator aufweist, welchen der Käufer erwerben muß. Daher sind die meisten Robotmanipulatoren verhältnismäßig teuer. Dies ergibt eine übermäßige Kapital anlage, besonders wenn viele Manipulatoren erforderlich sind.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Robot manipulator zu schaffen, dessen Gelenkarm eine verhältnismäßig geringe Masse und verhältnismäßig hohe Steifig-

keit gegenüber einer Lastförderkapazität aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Antrieb zum Versetzen oder Verstellen mit einem hohen Genauigkeitsgrad des Gliederarms zwischen vorgegebenen Stellungen im Raum vorgesehen. Sodann sollen elektrisch betätigte Leitspindeln eingesetzt werden, um dem Robotarm die erforderliche Bewegung zu erteilen. Erfindungsgemäß ist auch ein Robotmanipulator vorgesehen, dessen Antriebsmotoren für die Gliederarmabschnitte auf dem Hauptrahmen der Maschine und nicht am Gliederarm montiert sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll ein Robotmanipulator geschaffen werden, der einen verhält nismäßig geringen Platz gegenüber dem Werkstückumfang ein nimmt, der durch die Vorrichtung bedient wird, deren Einzelbauteile nicht mit dem Werkstücksumfang oder der Umfangskontur in Konflikt kommen. Ferner sollen die Kosten eines Robotmanipulators durch Bausatzteile verringert werden, die einzeln angetrieben werden und so miteinander in Beziehung stehen, daß die Vorrichtung nur mit solchen Bauteilen montiert werden kann, die erforderlich sind, die gewünschten Handhabungsaufgaben zu erfüllen. Somit weist der Manipulator für einfache Aufgaben nur wenige Grundbauteile auf und für kompliziertere werden weitere Bauteile zum Grundgerät hinzugefügt.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen dreieckigen Träger, der in einer senkrechten Ebene angeordnet ist und einen Schenkel oder eine Seite mit feststehender Abmessung und die anderen beiden Schenkel von veränderliche Länge aufweist. Der Schenkel mit der feststehenden Abmessung umfaßt einen aufrecht stehenden Stützrahmen. Einer der veränderlichen Schenkel weist zwei im seitlichen Abstand voneinander angeordnete Leitspindeln auf, die an ihren vorderen und hinteren Enden starr miteinander verbunden sind. Zwei elektrisch angetriebene Muttern am Stützrahmen sind so angeordnet, daß sie die miteinander verbundenen

Schrauben aus- und einfahren. Der dritte Schenkel oder die dritte Seite des Trägers weist ein weiteres ausfahrbares Element wie eine weitere Leitspindel oder eine Kette oder ein Kabel auf, die mit den vorderen Enden der beiden Leitspindeln verbunden sind/ die ebenfalls durch ein motorbetriebenes Stellglied am Stützrahmen ausgefahren und zurückgefahren werden können. Das mit dem Werkzeug oder Werkstück in Eingriff kommende Bauteil ist beweglich an den vorderen Enden der ausfahrbaren Elemente angeordnet und steht mit einem oder mehreren Stellmotoren in Verbindung, die ebenfalls am Hauptstützrahmen angeordnet sind. Da alle Antriebsmotoren des Manipulators am Stützrahmen montiert sind, wird die Masse der ausfahrbaren Elemente auf den minimalen körperlichen Aufbau verringert, der zum Tragen der Last erforderlich ist. Die sich daraus ergebende geringe Trägheit gestattet maximale Geschwindigkeiten bei einer großen Ladekapazität für schwere Werkstücke. Die Motoren zum Ausfahren und zum Zurückfahren der ausfahrbaren Elemente und zum Betätigen des mit dem Werkzeug oder dem Werkstück in Eingriff stehenden Teils stehen mit einem Rechner oder Mikroprozessor über Kodierer und Tachometer in Verbindung, um genau den Umfang und die Geschwindigkeit der Bewegung der einzelnen Bauteile des Manipulators zu steuern.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Robotmanipulators;

Fig. 2 einen Aufriß, teilweise im Schnitt, des Manipulators der Fig. 1;

Fig. 3 einen Aufriß der Rückseite des Manipulators; Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 2; Fig. 6 einen Grundriß der Einrichtung zum Steuern der Nickbewegung des Werkzeugs am Ende des

Manipulatorarms;

Fig. 7 einen Seitenriß mit Darstellung der Arbeitsweise der ausfahrbaren Elemente und der Vorrichtung zum Steuern des Werkzeugs oder Werk-Stückgreifers;

Fig. 8 eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, eines

Werkstückgreifers, der am Ende des ausfahrbaren Elements gehalten wird;
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Fig. 9 eine abgeänderte Ausführungsform des Werkstückgreifers;

Fig. 10 einen Seitenriß einer abgeänderten Form des erfindungsgemäßen Manipulators;

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig.10;

Fig. 12 einen Teilseitenriß eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Robotmanipula

tors ;

Fig. 13 einen Stirnseitenaufriß der Anordnung der Fig.12.

In den Fign. 1-4 weist der Manipulator 10 im allgemeinen einen feststehenden Sockel auf, der einen sich um eine senkrechte Achse drehenden Hauptrahmen 14 trägt. Der Rahmen 14 besitzt eine Grundplatte 16 auf dem zwei im seitlichen Abstand voneinander aufrechte Seitenrahmen starr befestigt sind. Der Stützrahmen 14 ist am Sockel

.tt-

über eine rohrförmige Welle 20 montiert, die in einem oberen und unteren Lager 22 auf der Grundplatte drehbar gelagert ist. Ein an der Unterseite der Grundplatte 16 montierter Motor 24 weist einen Treibriemen 2 6 mit einer Anjtriebswelle 28 eines Untersetzungsgetriebes 30 auf. Der Montageflansch 32 des Untersetzungsgetriebes 30 ist am Punkt 34 an der rohrförmigen Welle 20 verankert, und die Abtriebswelle 36 des Untersetzungsgetriebes 30 an der Grundplatte 38 des Sockels 12. Da die Abtriebswelle 36 ,Q am Sockel 12 befestigt ist und sich nicht drehen kann, wird das vom Motor 24 erzeugte Reaktionsdrehmoment auf die rohrförmige Welle 20 übertragen, die dadurch zusammen mit den von ihr getragenen Hauptrahmen 14 gedreht wird.

JL5 Zwischen den beiden Seitenrahmen 18 ist ein Joch 40 drehbar gelagert, welches um eine waagerechte Achse A₁ schwingt. Das Joch weist eine Haltevorrichtung 42 auf, auf der zwei seitlich voneiander im Abstand angeordnete Drehspindel 44 drehbar gelagert sind. Jede Spindel 44 weist eine Mutter 46 auf, die vorzugsweise als Kugelumlaufmutter ausgeführt ist. Die beiden Muttern werden gleichzeitig mit einem Riemen- oder Kettentrieb 48 mit einem Motor 50 gedreht, der von der Haltevorrichtung 42 getragen wird. Eine Leitspindel 42 ist jeweils durch eine Mutter 46 geführt. Die Leitspindeln besitzen die gleiche Länge und sind an ihren Hinterenden durch eine Spreizstange 54 starr miteinander verbunden. Die vorderen Enden der beiden Leitspindeln 52 sind ebenso durch einen U-förmigen Spindelstock 56 starr miteinander verbunden.

Zwischen den oberen Enden der Seitenplatten 18 ist ein zweites Joch 58 um eine waagerechte Achse A- drehbar gelagert. Das obere Joch 58 weist eine Halterung 60 auf einer Welle 62 auf, die an beiden Enden in den Seitenplatten 18 drehbar gelagert ist. Die Halterung 60 trägt

eine Spindel 64, welche einen mit einer Leitspindel 68 im Eingriff stehende Mutter 66 aufweist, die vorzugsweise als Kugelumlaufmutter ausgelegt ist. Die Mutter 66 weist einen Riemenantrieb 70 mit einem Motor 72 auf, der von der Halterung 60 getragen wird. Die Leitspindel 68 ist in einer senkrechten Ebene mittig zwischen den Leitspindeln 52 angeordnet, wobei ihr vorderes Ende drehbar am Punkt 74 durch einen Gabelkopf 76 mit dem Spindelbock 56 verbunden ist. Nach Fig. 5 sind ein Kodierer 78 und IQ ein Tachometer 80 direkt mit jedem Motor 50 und 72 verbunden und stehen mit einem Rechner, Mikroprozessor oder einer anderen geeigneten Steuerung in Verbindung, welche die Drehzahl und den Drehwinkelder Abtriebswelle der einzelnen Motoren genau überwacht.

Bei dem in den Fign.1 - 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Werkzeugspanngehäuse 82 drehbar zwischen den Gabeln 84 des Spindelstocks 56 gelagert. Ein entsprechendes Werkzeug 86 ist drehbar an der Front des Gehäuse 82 eingespannt. Die Einrichtung zur Ausrichtung oder Betätigung des Werkzeugs 86 weist zwei Parallelogrammgelenke 88 auf. Jedes Gelenk besitzt ein erstes Gelenkstück 90, das schwenkbar an einem Ende auf einer Nabe eines Kettenrades 92 angebracht ist. Jedes Kettenrad 92 ist drehbar in einer Halterung 94 gelagert, die an den beiden Seitenplatten 18 befestigt ist. Die Drehachse ist mit A., bezeichnet. Die beiden Halterungen 94 sind aus Gründen der Steifigkeit durch eine Überbrückungsplatte 96 miteinander verbunden. Die einzelnen Kettenräder werden unabhängig von je einem Motor 98 angetrieben. Wie im Falle der vorstehend beschriebenen Motoren weist jeder Motor 98 einen Kodierer 100 und ein Tachometer 102 auf, die mit dem Rechner oder einer anderen Steuerung in Verbindung stehen. Das gegenüberliegende Ende der cinzelen Gele.nkstücke 90 trägt drehbar ein zweites Kettenrad 104. Endlose Ketten 106

sind um die einzelnen Gruppen von Kettenrädern 92, 104 geführt. Ein zweites Gelenkpaar 108 trägt Kettenräder 110 auf einer und Kettenräder 112 auf der gegenüberliegenden Seite. Die Kettenräder 112 sind in Gabeln 84 des Spindelstocks 56 drehbar um die waagerechte Achse A gelagert. Die Kettenräder 110 und 104 drehen sich koaxial um die Achse Α.. Bei der in den Fign. 1-6 gezeigten Anordnung dreht sich das vordere Kettenrad 112a mit dem Gehäuse 82 und das Kettenrad 112b ist an einer Welle 114 befestigt, die an der Achse A. im Gehäuse 82 drehbar gelagert ist. Die Welle 114 ist mit dem Werkzeug 86 durch das Pegelritzel 116 verbunden. Die endlosen Ketten 117 sind um die Kettenräder 110, 112 geführt.

Wenn der Motor 50 bei der vorstehend beschriebenen Anordnung betätigt wird und die Leitspindeln 52 ausfährt, dann schwingen die vorderen Enden der Leitspindeln 52, 68 in die Achse A₂ nach oben und, wenn der Motor die Leitspindeln 52 zurückfährt, dann schwingen die vorderen Enden dieser Leitspindeln um die Achse A„ nach unten. In der gleichen Weise läßt die Betätigung des Motors 72 in entgegengesetzte Richtungen die vorderen Enden der Leitspindel um die Achse A₁ aufwärts und abwärts schwingen. Wenn beide Motoren 50, 72 gleichzeitig laufen, können die vorderen verbundenen Enden der beiden Leitspindeln jede vorgegebene Bahn innerhalb der Hüllkurve vollziehen, die durch die Länge der Leitspindeln begrenzt ist. Es sei jedoch bemerkt, daß die Drehbewegung der Leitspindeln 52, 68, die durch ihr Ausfahren und Zurückfahren bewirkt wird, die Parallelogrammgelenke 88 beeinflußt. Wenn beispielsweise die vorderen verbundenen Enden der Leitspindeln in irgendeiner Weise verfahren werden, dann schwingen die beiden Gelenkstücke 90, 108 relativ zueinander um die Achse A₁-. Erfolgt diese Drehbewegung, wenn keiner der Motoren 98 läuft, dann wickeln sich die Ketten 106 um verschiedene Bogensegmente der Kettenräder 92 und ergeben dann eine Drehung der Kettenräder 104, 110 und 112. Dadurch wird

offensichtlich das Werkzeug 86 anders ausgerichtet oder positioniert. Das Parallelogrammgelenk ist so ausgelegt, daß das Gehäuse 82 eine feste Nickorientierung gegenüber dem Rahmen 14 beibehält, wenn die verbundenen vorderen Enden der beiden Leitspindeln verfahren werden, wenn das motorsteuernde Kettenrad 112 nicht arbeitet. Tritt dies jedoch auf, und das motorsteuernde Kettenrad 112b läuft nicht, dann dreht sich die Welle 114 und verändert die Rollachse des Werkzeugs 86. Damit kann durch entsprechende

•j^q Steuerung der beiden Motoren 98 jede gewünschte Nick- und Rollaehse des Werkzeugs 86 erreicht werden, wenn die Leitspindeln 52, 68 ausgefahren und zurückgefahren werden, um die Stellung ihrer Vorderenden zu verschieben. Wenn außerdem die Nickachse des Gehäuses 82 durch den entsprechenden

■^5 Motor 98 so gesteuert wird, daß sie senkrecht bleibt (und nicht waagerecht wie in Fig. 1 gezeigt), dann bestimmt die gleichzeitige Betätigung des motorsteuernden Kettenrades 112b die Gier- oder Scherachse des Werkzeugs 86.

Ein erfindungswesentliches Merkmal beruht auf der relativen Länge der beiden Gelenkstücke 90, 108. Das Gelenkstück 90 ist kürzer als das Gelenkstück 108, und seine Drehachse A^ liegt senkrecht zwischen den Achsen A. und A„, so daß der Abstand zwischen der Achse A₃ und A₅ kleiner ist als der Abstand zwischen den Achsen A„ und A^. Bei dieser Längenproportion der Gelenkstücke und dieser Anordnung der Achse A_ kann die Drehachse A₁. durch die Seitenplatten 18 in der in Fig. 7 dargestellten Weise schwingen, wenn die Leitspindeln 52, 68 verhältnismäßig weit zurückgefahren werden. Damit wird die maximale Größe des Werkstückumfangs hauptsächlich durch die Länge der Leitspindeln 52, 68 gesteuert, wobei das Parallelogrammgelenk diesen Werkstückumfang oder die Werkstückumhüllende nicht stört.

Es sei bemerkt, daß der vorstehend erläuterte Einsatz der Leitspindeln zu einem starren Aufbau in Leichtbauweise führt, welche die Werkzeuge mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit und einem hohen Grad von Genauigkeit versetzen kann. Die mit Leitspindeln erreichbare Positionniergenauigkeit übertrifft die mit Hydraulikzylindern erreichbare bei weitem. Die Steifigkeit der Einrichtung ergibt sich nicht nur aus der Trägerkonstruktion, sondern auch aus der Anordnung der beiden Leitspindeln 52. Durch !Ο die starre Verbindung der Leitspindeln an ihren gegenüberliegenden Enden wird eine maximale Festigkeit gegenüber Torsionsbelastungen erreicht, und Durchbiegungen bzw. Auslenkungen werden auf einem Minimum gehalten.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der ein einziges Parallelogrammgelenk 88 verwendet wird. Dieses Parallelogrammgelenk ist im wesentlichen das gleiche wie das der Fign. 1-3 und wird dort eingesetzt, wo nur die Nickachse des Werkzeuges zu steuern ist. So ist das Werkzeug oder der Werkstückgreifer 118 direkt am Gehäuse 82 montiert, der seinerseits an einer Welle 120 angebracht ist, an der auch das Kettenrad 112a montiert ist. Die Welle 120 ist drehbar im Spindelstock 56 an der Achse A. gelagert. In anderer Hinsicht ist die Eingelenkanordnung der Fig. 6 gleich der der in den Fign. 1-3 gezeigten Anordnung. Es sei bemerkt, daß keine Notwendigkeit zur Achsenausrichtung eines Werkstückgreifers wie eines am Spindelstock 56 drehbar aufgehängten Hakens erforderlich ist, wenn der Robotmanipulator lediglich dazu dient, ein Werkstück anzuheben und es von einem Ort zu einem anderen zu befördern. Somit steht bei dieser einfachen Aufgabe absolut keine Notwendigkeit, den Manipulator mit einer der Parallelogrammgelenke zu versehen.

In Fig. 8 ist eine abgeänderte Form des Greifers dargestellt, der zwei Klauen oder Klemmbacken 122 aufweist, die drehbar am Punkt 124 einer Halterung 126 montiert sind, die an der Welle angebracht ist, welche das Kegelritzel 116 trägt.

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Die Klauen können durch entsprechende Einrichtungen wie einen kleinen Hydraulikzylinder 128 geöffnet und geschlossen werden. Die Achsausrichtung der Klauen 122 wird durch die in den Fign. 1-3 dargestellten Parallelograramgelenke gesteuert.

Eine weitere Abänderung des Werkstückgreifers ist in Fig.9 gezeigt. Bei dieser Anordnung betätigt das Kegelritzel eine Schraube 130 die ihrerseits über eine Mutter 132 eine Kipphebelklaue 134 betätigt. Die achsgenaue Ausrichtung des Gehäuses 136/ auf dem die Klaue 134 montiert ist, wird in der gleichen Weise wie das vorstehend beschriebene Gehäuse 82 gesteuert.

Wenn die Einrichtung, mit welcher der Manipulator benutzt wird, nur eine begrenzte lichte Oberweite aufweist, welche das Rückfahren der Spindel 68 in geneigter Stellung stören würde, dann kann der Manipulator der in den Fign. 10 und 11 dargestellten Weise abgeändert werden. Die An-Ordnung der Fign. 10 und 11 ist im wesentlichen gleich der oben beschriebenen, mit Ausnahme, daß die obere Leitspindel 68 durch eine Kette 138 ersetzt ist, die am Punkt 140 mit dem Spindelstock 56 verbunden ist. Zwischen den oberen Endabschnitten der Seitenrahmen 18 erstreckt sich eine Halterung 142, die an diesen noch befestigt ist. Die Kette 138 ist um ein Kettenrad 144 geführt, das durch einen an der Halterung 143 montierten Motor 146 angetrieben wird. Die Kette ist auch um ein Leerlaufkettenrad 148 gelegt, um einen genügenden Umgriff der Kette 138 um das Kettenrad 144 sicherzustellen. Die Halterung 142 trägt auch eine sich senkrecht erstreckende Führung 150 welche eine Laufbahn für ein Gegengewicht 152 am freien Ende der Kette 138 bildet. Das Gegengewicht 152 ist so bemessen,daß es das Werkzeug am vorderen Ende der Leitspindeln 52 ausgleicht. Damit wird die erforder-

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liehe Kraft weitgehend herabgesetzt.Das Parallelogrammgelenk 88 zur Achsausrichtung des Werkzeugs in der Anordnung der Fign. 10 und 11 ist gleich der der Fign. 1 bis 3.

Die Anordnung in den Fign. 12 und 13 des Robotmanipulators ist im allgemeinen wie die der Fign. 1-3 konstruiert und arbeitet in der gleichen Weise mit der Ausnahme, daß der Hauptrahmen nicht um eine senkrechte Achse drehbar, sondern in einer waagerechten Ebene wie auf einer Plattform auf dem Sockel verschiebbar montiert ist. Die Anordnung weist einen Hauptrahmen 154 mit zwei senkrecht angeordneten Seitenrahmen 156 auf, zwischen denen die Leitspindeln 52, 68 genauso wie die Seitenrahmen 18 in den Fign.

1-3 montiert sind. Die Einrichtung weist auch zwei Gruppen von Parallelogrammgelenken 88 auf, welche die Achsausrichtung des Gehäuses 82 und des von diesem getragenen Werkzeugs steuern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Werkzeug 158 eine Schweißelektrode, deren Spitze im allgemeinen an der Rollachse des Werkzeugs endet. An ihren sich gegenüberliegenden Enden sind die beiden Rahmen 156 starr durch Halterungen 160, 162 in einem Abstand miteinander verbunden. Der Stützrahmen für den Manipulator weist einen Rahmen 164 mit zwei aufrecht stehenden Schenkeln 166 an jedem Ende auf. Die Schenkel zu jeder Seite des Rahmens sind durch Längsträger 168, 170 und an jedem Ende durch Querstücke 172 miteinander verbunden. Eine sich längs erstreckende Führungsschiene 174 ist am Längsträger 168 und eine gleiche Führungsschiene 176 am Längsträger 170 montiert. An einem Ende des Rahmens 154 weist jede Seitenplatte 156 eine Halterung 178 auf, auf der drei dreiseitig ausgerichtete Rollen drehbar gelagert sind, die mit der Führungsschiene 174 in rollender Reibung stehen. Am entgegengesetzten Ende des Rahmens weist die Halterung 162 drei Rollen 182 auf, die in einer

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senkrechten Ebene liegen und mit der oberen und unteren Fläche der Führungsschiene 176 in Eingriff stehen. Eine waagerechte Leitspindel 184 erstreckt sich über die Länge des Rahmens 164 und ist an ihren sich gegenüberliegenden Enden am Rahmen befestigt. Eine Mutter 186 ist auf einer der Platten 156 drehbar gelagert. Die Mutter 186 wird durch einen Riementrieb 188 von einem Motor 190 aus in Gegenrichtung angetrieben, der am Manipulatorrahmen 154 befestigt ist. Bei eingeschränktem Bodenraum für die Anlage ist es offensichtlich, daß die Führungsschienen 174, 176 vom Dach- oder einer Deckenkonstruktion des Gebäudes aus getragen werden können anstatt an den oberen Enden der Schenkel 166. Dieser Manipulator arbeitet in der

die
gleichen Weise wie/vorstehend beschriebenen, mit Ausnähme, daß die Grenzen der Werkstückkontur kubisch und nicht zylinderförmig sind. Natürlich kann der Manipulator auch längs seines Stützrahmens 164 durch Drehung der Mutter 186 angeordnet werden.

Lee

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

^JRobotmanipulator, gekennzeichnet durch einen Stützrahmen (14), zwei seitlich im Abstand zueinander parallel angeordnete Leitspindeln (52,52), die an ihren Vorderenden starr miteinander verbunden sind, eine starre Haltevorrichtung (42), die am Rahmen (14) um eine im allgemeinen waagrechte erste Achse (A₁) drehbar gelagert sind, durch zwei im seitlichen Abstand voneinander angeordnete Muttern (46), die drehbar auf der Haltevorrichtung (42) gelagert sind und mit den Leitspindeln (52) verschraubt sind, durch einen an der Haltevorrichtung (42) angeordneten Antrieb (48, 50), um die Muttern (46) gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit und in beiden Richtungen zu drehen, um dadurch die miteinander verbundenen Leitspindeln (52) als eine Einheit auszufahren und wieder zurückzufahren, durch eine zweite am Rahmen (14) montierte Haltevorrichtung (60), die von der ersten Achse (A..) in einem Abstand angeordnet ist, durch ein mit einer dritten Haltevorrichtung (94) verbundenes ausfahrbares Element (88) das mit den Enden der Leitspindeln (52) verbunden ist, durch einen Antrieb (98) für die dritte Haltevorrichtung (94), um das ausfahrbare EIement (88) auszufahren und zurückzufahren, wobei die beiden Antriebe (50,98) relativ zueinander betrieben werden, um die verbundenen Enden der drei Leitspindeln "(52,52,68) längs einer programmierten Bahn in einer senkrechten Ebene zu verfahren, sowie durch ein an den verbundenen (56) vorderen Enden der Leitspindeln (52,52) befestigtes Werkstück (86), wobei der Rahmen (14) und die Leitspindeln (52,68) einen senkrecht angeordneten dreieckigen Träger (Fig. 2) bilden, dessen eine Seite von feststehender Länge (A -A) dem Abstand am Rahmen (14) zwischen den beiden Achsen (A--A₂) und

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den beiden übrigen Seiten (A₁-A-, A₃-A₄) von veränderlicher Länge entspricht, die neben dem Werkstück (86) miteinander verbunden sind.
2. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Leitspindeln (52) durch eine Vorrichtung (56) starr miteinander verbunden sind, die sich quer zwischen ihnen erstreckt, so daß sie im wesentlichen über ihre gesamte Länge durch die Muttern IQ (46) ausgefahren und zurückgefahren werden können.
3. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Haltevorrichtung (60) am Rahmen

(14) drehbar um die zweite Achse (A₃) parallel zur ersten Achse (A₁) gelagert ist, daß das ausfahrbare Element (88,106) eine dritte Leitspindel (68) und eine Mutter (66) aufweist, die in der zweiten Haltevorrichtung (60) drehbar gelagert ist und mit der dritten Leitspindel (68) verschraubt ist, wobei der zweite Antrieb (72) die Mutter (66) in Drehung versetzt.
4. Robotmanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrahmen (14) zwei starr miteinander verbundene Seitenrahmen (18) aufweist, die waagerecht im Abstand voneinander angeordnet sind und, daß die Haltevorrichtungen (42) Joche (40) aufweisen, die sich zwischen den Seitenrahmen (18), in denen sie drehbar gelagert sind, erstrecken.
5. Robotmanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitspindeln (52) zwischen den Seitenrahmen (18) angeordnet sind.

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6.. Robotmanipulatpr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (A₁-A₃) senkrecht an den Seitenrahmen (18) im Abstand voneinander angeordnet sind.
7. Robotmanipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die erste Achse
Achse (A₀) angeordnet ist.

net, daß die erste Achse (A₁) unterhalb der zweiten
8. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrahmen (14) auf dem Sockel (12)

drehbar um die senkrechte Achse angeordnet ist.
9. Robotmanipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromechanische Vorrichtung (28) den Stützrahmen (14) auf dem Sockel (12) dreht.
10. Robotmanipulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Vorrichtung einen Elektromotor (28) aifweist, der am Stützrahmen (14) montiert ist, um sich mit diesem zu drehen.
11. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Muttern (46,66) eine
elektromechanische Antriebsvorrichtung (50,72) auf-

weist.
12.Robotmanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Achsen (A₁-A.) waagerecht im Abstand voneinander angeordnet sind und über den miteinander verbundenen Enden (56) der drei Leitspindeln (52, 68) liegen.
13. Robotmanipulator nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Sockel (12) mit zwei sich waagerecht erstreckenden seitlich im Abstand voneinander angeordneten Trägerschienen (174)176), auf welchen die sich seitlich

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gegenüberliegenden Abschnitte des,Stützrahmens (164) montiert sind und, durch Vorrichtungen (180,182,190), weiche den Stützrahmen (164) längs der Schienen (174, 176) waagerecht verfahren.
14. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ausfahrbare Element (88) ein biegsames Spannteil (106) aufweist, das an einem Ende an den miteinander verbundenen vorderen Enden (56).der Leit-

-,Q spindeln (52,68) verankert ist und sich von dort aus nach hinten und oben erstreckt, daß ein kreisförmiges Bauteil (92) auf der zweiten Haltevorrichtung (60) in einer zweiten Achse (A₉) oberhalb und parallel zur ersten Achse (A-]) drehbar gelagert ist, daß ein biegsa-

"L5 mes Element (106) um das kreisförmige Bauteil (92) geführt ist sowie dadurch, daß der zweite Antrieb einen Motor (98) am Rahmen (14) aufweist, der mit dem biegsamen Element (106) verbunden ist, um einen Abschnitt dieses Elements zu verlängern oder zu verkürzen, der sich zwischen dem kreisförmigen Bauteil (92) und dem verankerten Ende (A₅) erstreckt.
15. Robotmanipulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame Element (106) eine Kette (138) aufweist und, daß das kreisförmige Bauteil (92) ein Kettenrad (144) aufweist, wobei der Motor (98) einen das Kettenrad (44) antreibenden Motor (146) aufweist.
16. Robotmanipulator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette (138) ein freies, vom Kettenrad (144) nach unten ragendes Ende sowie ein Gegengewicht (152) aufweist, das am freien Ende der Kette (138) befestigt ist.

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17. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Enden der Leitspindeln (52,68) durch einen Spindelstock (56) miteinander verbunden sind, daß das Werkstück oder Werkzeug (86) am Spindelstock (56) drehbar um eine feste Achse montiert ist und ein Parallelogrammgelenk (88) das Werkstück bzw. das Werkzeug (86) mit dem Rahmen (14) verbindet, wobei das Parallelogrammgelenk ein erstes am Rahmen (14) befestigtes Gelenk (90) aufweist, das sich um eine dritte zur ersten und zweiten (A₁-A-) parallelen Achse (A-J dreht, daß ein Ende des zweiten Gelenks (108) mit dem Spindelstock (5.6) an einer vierten (A.) zur dritten Achse (A₃) parallelen Achse drehbar verbunden ist und, daß die anderen Enden der beiden Gelenke (90,108) zwecks relativer Drehbewegung um eine erste (A-) zur vierten Achse (A,) parallelen Achse miteinander verbunden sind und eine Vorrichtung (18) den Rahmen (14), die Gelenke (90,108) und das Werkstück bzw. Werkzeug (86) miteinander verbindet, um das Werkstück bzw. Werkzeug (86) axial auszurichten, wenn die Leitspindeln (52,68) aus- und eingefahren werden.
18. Robotmanipulator nach Anspruch 17, gekennzeichnet duroh einen Motor (98) am Rahmen (14) zur Betätigung der axialen Ausrichtvorrichtungen (104,106,112a,b).
19. Robotmanipulator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelogrammgelenk (88) kreisförmige Bauteile (92,112,104) aufweist, die an jeder dritten, vierten und fünften Achse (A₃,A ,A ) drehbar gelagert sind und, daß ein endloser Riemen (106,117) um die kreisförmigen Bauteile (92,112,104) herumgeführt ist und mit diesen in antreibender kraftschlüssiger Verbindung steht.
20. Robotmanipulator nach Anspruch. 19,· dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Bauteile (92,112,104) Kettenräder sind und daß der endlose Riemenantrieb Ketten (106, 117) aufweist, welche mit den Kettenrädern (92,112,104) in Eingriff stehen.
21. Robotmanipulator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück- bzw. Werkzeugteil (82,86) ein Gehäuse (82) aufweist, das am Spindelstock (56) an

^O der vierten Achse (A.) drehbar gelagert ist und auch ein Werkzeug (86), das am Gehäuse (82) drehbar um eine zur vierten Achse (A^) senkrechten Achse gelagert ist und, daß das Parallelogrammgelenk (88,90,108) zwei Gelenkgruppen (90,108) und zwei Gruppen von Ketten (106,

117) und Kettenräder (112a,112b) aufweist, von denen eines (112a) mit dem Gehäuse (82) und das andere (112b) mit dem Werkzeug (86) verbunden ist.
22. Robotmanipulator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinrichtung (98) zwei Motoren (98) am Rahmen (14) aufweist, von denen jeder mit je einem Kettenrad (92) an der dritten Achse (A-,) verbunden ist.
23. Robotmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich im Abstand zueinander angeordneten Leitspindeln (52) auch an ihren hinteren Enden (54) starr miteinander verbunden sind.