DE2225476C3 - Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung it einer ersten Halterung, in der eine gesteuert aneibbare erste Welle drehbar gelagert ist, mit einem τι eine im Winkel zu der Drehachse der ersten Welle erlaufende Schwenkachse gegebenenfalls einer zweiin Welle verschwenkbaren Arm, an dem mit diesem srschwenkbar eine dritte, im Winkel zu der Schwenk- :hse verlaufende Welle zur Betätigung eines Kopfes rehbar gelagert ist, sowie mit einem die erste Welle lit der dritten Welle verbindenden Getriebe.

Es sind bereits sogenannte Industrieroboter bekannt,

die besonders konstruiert wurden, um bestimmte Arbeitsvorgänge automatisch durchzuführen. So wurden z. B. Schweißroboter entwickelt, die bei der Kraftfahrzeugherstellung einen oder mehrere Schweißvorgänge an den Kraftfahrzeugchassis ausführen. Da diese bekannten industrieroboter jedoch meistens lediglich für bestimmte Arbeitsvorgänge entwickelt worden sind und lediglich diese Arbeitsvorgänge ausführen können, lohnt sich der für derartige Roboter erforderliche Ko stenaufwand nur für solche Industriezweige, in denen große Stückzahlen von gleichbleibenden Fertigungsprodukten hergestellt werden.

Es ist auch bereits industrieroboter bekanntgeworden, bei denen eine Umprogrammierung der jeweils

is ausführbaren Arbeitsvorgänge bei ein und demselben Roboter möglich ist Derartige Universalroboter weisen jedoch den Nachteji auf, daß sie einen verhältnismäßig komplizierter, voluminösen Aufbau und eine entsprechend komplizierte Steuerung aufweisen. Diese

ao Universairoboter besitzen zumeist ein erhebliches Gewicht, so daß sie im wesentlichen ortsfest installiert werden. Auf Grund ihres Gewichtes und ihrer räumlichen Abmessungen ist es deshalb zumeist nicht möglich, einen solchen Universalroboter an einer beliebigen

as Stelle eines Arbeitsablaufs einzusetzen. Darüber hinaus ist es unwirtschaftlich, einen solchen Universairoboter auch an solchen Stellen des Arbeitsablaufs einzusetzen, an dem lediglich ein oder wenige Arbeitsvorgänge von dem Roboter ausgeführt werden müssen, da in diesem

Fall die Arbeitskapazität des Universalroboters nicht ausgenutzt wird und der Roboter deshalb überdimensioniert ist

Durch die US-PS 3 600967 ist auch bereits eine Betätigungsvorrichtung zur Ausrichtung einer Probe in

einem Strahl bekanntgeworden, bei der eine erste gesteuert antreibbare Welle in einer Halterung drehbar gelagert ist An der ersten Welle ist ein im Winkel zu der Drehachse zu der ersten Welle verschwenkbar an dieser ersten Welle gehaltenes Joch vorgesehen, an

dem um eine im Winkel zu der Schwenkachse des Joches verlaufende Drehachse drehbare Welle drehbar gelagert ist, die einen Kopf zur Halterung einer Probe trägt Zur Verschwenkung des Joches um seine Schwenkachse und zur Verdrehung der in dem Joch

♦5 gelagerten, die Probe tragenden Welle sind jeweils zwei getrennte Getriebe vorgesehen, die an der ersten Welle gehaltert und mit dieser verdrehbar sind. Diese getrennten Getriebe sind jeweils durch verdrehbar auf der ersten Welle gelagerte Zahnräder steuerbar an treibbar. Eine derartige Anc-dnung weist jedoch einen verhältnismäßig komplizierten Getriebeaufbau auf. Für jede der verschiedenen Bewegungen des Kopfes ist ein eigener Antrieb mit eigenem Getriebe notwendig. Ferner sind die einzelnen möglichen Bewegungen der von dem Kopf gehaltenen Probe nicht unabhängig voneinander, da etwa bei einer Drehung der ersten Welle auch die Antriebe für eine Verschwenkung des Joches und eine Verdrehung der die Probe haltenden Welle infolge der Drehung der ersten Welle betätigt werden, wenn die Zahnräder zum eigentlichen Antrieb dieser Getriebe feststehend gehalten werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Betätigungsvorrichtung für einen Arbeitskopf anzugeben, bei der der Ar- beitskopf mit Hilfe eines Antriebs mehrere voneinander unabhängige Bewegungen ausführen kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Betätigungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß da-

durch gelöst, daß der Arm verschwenkbar an der ersten Halterung gelagert ist, daß die erste WeUe mit der dritten Welle durch das Getriebe direkt verbunden wird, und daß eine erste, die erste Halterung in bezug auf den Arm sowie eine zweite, den Arm in bezug auf die dritte Welle steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sind

Bei dieser Anordnung ist der Arm verschwenkbar an der ersten Halterung, und nicht wie bei der vorbekannten Betätigungsvorrichtung, an der ersten Welle verschwenkbar gelagert Weiterhin wird für die verschiedenen, voneinander unabhängigen Bewegungen des Kopfes nur ein einziges Getriebe benötigt, das direkt zwischen der ersten Welle und der dritten Welle wirksam ist Eine derartige Betätigungsvorrichtung weist den Vorteil auf, daß sie einen einfachen mechanischen Aufbau besitzt, und daß sie mit nur einem Drehantrieb zwei voneinander unabhängige Bewegungen ausführen kana Weiterhin ermöglichen die Verriegelungsvorrichtung auch eine äußerst genaue Positionierung des Arbeitskopfes, so daß der Arbeitskopf ganz exakte Arbeiten ausführen kann. Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, eine derartige Betätigungsvorrichtung baukastenförmig zu erweitern, indem mehrere derartige Betätigungsvorrichtungen etwa hintereinander geschaltet werden. Die erste Halterung kann selbst drehbar gelagert und gleichzeitig unabhängig antreibbar sein.

Vorzugsweise erfolgt die Ausbildung der Betätigungsvorrichtung derart, daß eine zweite Halterung vorgesehen wird, in der die erste Halterung drehbar gelagert ist, und daß eine dritte, die erste Halterung in bezug auf die zweite Halterung steuerbar lösbar festle gende Verriegelungsvorrichtung vorgesehen wird. Dies ermöglicht die Ausführung von drei verschiedenen, voneinander unabhängigen Bewegungen mit Hilfe eines einzigen Antriebes, mit dem etwa die erste Welle angetrieben wird. Im Gegensatz dazu können solche drei Bewegungen bei der oben beschriebenen vorbekannten Betätigungsvorrichtung nur mit Hilfe von drei Drehantrieben ausgeführt werden. Diese vorzugsweise Ausführungsform zeigt, daß die Betätigungsvorrichtung auf einfache Weise in ihren Arbeitsmöglichkeiten derart erweitert werden kann, daß mit Hilfe eines einzigen Antriebs drei verschiedene, voneinander unabhängige Bewegungen des Arbeitskopfes möglich sind. Dies bringt neben einer Erhöhung der Freiheitsgrade des Arbeitskopfes auch den Vorteil mit sich, daß die Betätigungsvorrichtung in einfacher Weise an die gestellten Aufgaben anpaßbar ist, so daß unnötige Überdimensionierungen der Betätigungsvorrichtung bei vielseitigem Einsatz vermieden werden können.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung aus einer an dem einen Teil der miteinander zu verriegelnden Teile verschiebbar oder verschwenkbar angeordneten Rastnase und aus hiermit zusammenwirkenden, an dem anderen Teil vorgesehenen Rastungen besteht, deren Lage und Zahl entsprechend einer vorbestimmten Programmierung gewählt sein können. Hierdurch erhält man die Möglichkeit, zum einen den Arbeitskopf in eine vorbestimmte und genau festgelegte Stellung zu bringen und zum anderen, die Betätigungsvorrichtung schnell entsprechend anderen Aufgaben umzurüsten, indem man zweckmäßigerweise die Rastungen an einem auswechselbaren Justierring ausbildet, der an einem der Teile befestigt ist, die gegeneinander durch die jeweilige Verriegelungsvorrichtung festgelegt werden sollen. Durqh die Verwendung von Rastnasen und Rastungen kann gleichzeitig die Geschwindigkeit erhöht werden, mit der eine genaue Stellung des Arbeitskopfes eingestellt werden kann. Die Verriegelungsvorrichtungen können vorteilhafterweise aus Reibungskupplungen bestehen.

Eine in dieser Weise ausgebildete Betätigungsvorrichtung weist den Vorteil auf, daß mit lediglich einem Antrieb drei verschiedene, voneinander unabhängige Bewegungen der Betätigungsvorrichtung ausgeführt ίο werden können, und daß gleichzeitig durch die exakte EinrastL-ng der verschiedenen Verriegelungsvorrichtungen in der Verriegelungsstellung eine äußerst genaue Steuerung der Stellung des Arbeitskopfes möglich ist

x5 Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand von in der Zeichnung dargstellten Ausführungsformen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Vorderansicht eines Industrieroboters, bei dem eine Ausführungsform einer geao maß der Erfindung ausgebildeten Betätigungsvorrichtung verwandt ist wobei die einzelnen Bewegungsmöglichkeiten des Industrieroboters angedeutet sind,

F i g. 2 schematisch eine Seitenansicht des in F i g. 1 gezeigten Industrieroboters, gesehen von rechts in der »5 F i g. 1, mit zusätzlich verdrehtem Arbeitskopf,

F i g. 3 schematisch eine Draufsicht auf den in F i g. 1 gezeigten Industrieroboter, mit um 90° verschwenktem Arbeitskopf, wobei schematisch einige Bewegungsmöglichkeiten des Industrieroboters angedeutet sind, F i g. 4 eine Seitenansicht des in F i g. 2 gezeigten Industrieroboters mit senkrecht gestelltem Arbeitskopf, wobei ein Teil des Roboters im Schnitt dargestellt ist

F i g. 5 eine Teilansicht des in F i g. 4 gezeigten Industrieroboters, gesehen aus der Sicht der Linie V-V in Fig.4, in der eine Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Betätigungsvorrichtung gezeigt ist,

F i g. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

F i g. 7 eine Draufsicht auf die in F i g. 5 gezeigte Anordnung, gesehen aus der Sicht der Linie VII-VII,

F i g. 8 bis 10 verschiedene Ausführungsformen von Justierringen, und

F i g. 11 eine Längsschnittansicht eines auswechseibaren Armteils mit Arbeitskopf.

In den F i g. 1 bis 4 ist schematisch ein Industrieroboter dargestellt, der eine Betätigungsvorrichtung umfaßt und allgemein mit 1 bezeichnet ist Der Roboter 1 weist einen allgemein mit 2 bezeichneten Arbeitskopf auf, der im vorliegenden Fall als Greifkopf ausgebildet ist Der Arbeitskopf ist an einem Arm 3 gehaltert und gegen diesen Arm in Längsrichtung des Armes zwischen den Stellungen A-A' verschiebbar, was durch den entsprechenden Doppelpfeil ausgedrückt ist Der Arbeitskopf 2 ist weiterhin um die Längsachse des Armes 3 um 360° drehbar, was durch den Pfeil H zum Ausdruck kommt Der Arm 3 mit dem daran gehalterten Arbeitskopf 2 ist gegen eine zweite Halterung 4, die bei dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel in Form eines Rohres dargestellt ist, verschwenkbar. Diese um eine Achse F ausgeführte Schwenkbewegung kann maximal zwischen den Stellungen F' und F" ausgeführt werden, was durch den Doppelpfeil F'-F" dargestellt ist Diese Verschwenkung des Armes 3 bedeutet eine Knickbewegung des Arbeitskopfes 2. Diese Knickbewegung kann etwa über einen Winkel bis zu 270° ausgeführt werden. Der Arm 3 und der daran gehalterte Arbeitskopf 2 können gleichzeitig in jeder beliebigen Knick-

stellung gegenüber der zweiten Halterung 4 eine Drehung um 360^p um die Achse C-C gegenüber der zweiten Halterung 4 ausführen, was durch den Pfeil G angedeutet ist Hierbei wird die Schwenkachse des Armes 2 gegenüber der zweiten Halterung 4 mitgedreht ι

Die zweite Halterung 4 ist gegenüber einer dritten Halterung 5 in Richtung der Achse C-C d. h. also in Längsrichtung der zweiten Halterung 4, verschiebbar. (Natürlich kann die zweite Halterung 4 auch in anderer Weise in der dritten Halterung 5 gehaltert sein, so daß sie eine andere Bewegung ausführen kann.) Auf diese Weise ist die Achse Fdes Armes 2 zwischen den maximalen Stellungen Bund B verschiebbar. Die dritte Halterung 5 ist selbst um eine horizontale Achse E ver- E in senkrechter Richtung auf- oder abbewegt, und bei einer Betätigung des Motors 22 kann die dritte Halterung S mit den von ihr gehaltenen Teilen um die Achse Ein einer senkrechten Ebene zwischen den maximalen Endstellungen E'-E" (s. Fig. 1) verschwenkt werden. Jede gewünschte Bewegungsstellung kann durch entsprechende Arretierung des jeweiligen Motors und gegebenenfalls durch entsprechend vorgesehene Verriegelungsvorrichtungenbeibehalten werden.

Bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Roboter ist die zweite Halterung 4 zusammen mit der dritten Halterung 5 in Form einer doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Einheit aufgebaut, indem die dritte Halterung 5 als Zylinder ausgebildet ist, in dem die zweite Halte

schwenkbar an einem allgemein mit 6 bezeichneten Po- »5 rung 4, die im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist

dest gehaltert Die dritte Halterung 5 und die darin ge- verschiebbar gelagert ist Auf dem äußeren Umfang

führte zweite Halterung 4 samt dem Arm 3 und dem der rohrförmig ausgebildeten zweiten Halterung 4 ist

Arbeitskopf 2 sind um die Achse E zwischen den End- ein Bund 23 ausgebildet, der in F i g. 5 strichliniert dar-

stellungen E' und E' in einer senkrechten Ebene ver- gestellt ist Dieser Bund 23 liegt in dem Zylinder der

schwenkbar. Weiterhin ist die dritte Halterung 5 so in ao dritten Halterung 5 und dient als Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit was im einzelnen nicht näher darge-

dem Podest 6 gehalten, daß sie in jeder beliebigen Schwenkstellung um die Achse E senkrecht auf und ab bewegt werden kann, so daß die Achse £ zwischen den beiden Linien C-C und C-C verschiebbar ist Diese senkrechte Verschiebung der zweiten Halterung 5 ist durch den Doppelpfeil C-C dargestellt

Schließlich ist das gesamte Podest 6 um eine senkrechte Achse D auf einem allgemein mit 7 bezeichneten Fundament um 360° verdrehbar.

Der Roboter 1 kann somit insgesamt acht voneinander unabhängige Bewegungen ausführen, wodurch er äußerst vielseitig verwendbar ist

In F i g. 4 ist schematisch der Antrieb für das Podest 6 und die Höhenverstellbarkeit bzw. Verschwenkbarkeit der dritten Halterung 5 näher dargestellt In dem Fundament 7 ist ein schematisch dargestellter Mojor 8 angeordnet der über ein Zahnrad 9 ein zweites hiermit kämmendes Zahnrad 10 antreibt das an einer drehbar in dem Fundament 7 gelagerten Stummelwelle 11 befe stellt ist Ebenfalls nicht näher dargestellt sind die beiden Zuleitungen für etwa die Druckluft oder das Hydraulikmedium zur Betätigung der Kolben-Zylinder-

»5 Einheit Selbstverständlich könnte auch an Stelle dieser Kolben-Zylinder-Einheit ein weiterer an der dritten Halterung 5 angebrachter Elektromotor vorgesehen sein, der etwa über eine Spindel die Verstellung der zweiten Halterung 4 gegenüber der dritten Halterung 5

3» steuert

In F i g. 1 ist angedeutet daß die Schwenkachse F des Armes 3 zwischen den Endstellungen B und B bei einer Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 4, 5 verschiebbar ist Betrachtet man gleichzeitig die mögliche Drehung des Podestes 6 gegenüber dem Fundament 7 um die Drehachse D, so kann, wie es aus F i g. 3 ersichtlich ist die Achse F innerhalb eines Kreisringes verstellt werden, der zwischen den Kreisen B und B liegt Berücksichtigt man weiterhin die mögliche Verschwen-

stigt ist deren Drehachse senkrecht ausgerichtet ist An 4o kung der dritten Halterung 5 um die Achse E zwischen

dieser Stummelwelle 11 ist das Podest 6 befestigt Das Podest 6 weist einen unteren Kastenteil 12 auf, an dem senkrecht im Abstand und parallel zueinander verlaufende Ständer 13 befestigt sind. In den Ständern ist jeweils ein senkrecht verlaufender Schlitz 14 ausgebildet wobei die beiden Schlitze miteinander ausgerichtet sind In der Achse der Schlitze 14 ist jeweils eine senkrecht verlaufende, drehbar in den Ständern gelagerte Spindel 15 angeordnet Im Eingriff mit den Spindeln den Endstellungen E' und £", so ergibt sich, daß die Achse F innerhalb einer schalenförmigen Kugelkalotte liegen kann, die in senkrechter Richtung noch wesentlich dadurch erweitert wird, wenn man darüber hinaus noch die senkrechte Verstellbarkeit der Achse E entlang der Achse D mit Hilfe des Motors 17 berücksichtigt

Wie aus den F i g. 3 und 4 zu ersehen ist steht das Rohrstück der zweiten Halterung 4 noch über das dem

steht jeweils ein Block 16, der Jeweüs in dem Schlitz 14 50 Arbeitskopf 2 abgewandte Ende der dritten Halterung geführt ist und bei einer Drehung der entsprechenden 5 hinaus vor, und an diesem Ende der zweiten Halte-Spmdel senkrecht in diesem Schlitz verschiebbar ist rung 4 sind vorzugsweise die Antriebseinrichtung oder Die Spindeln 15 sind synchron von einem an dem Ka- die Antriebseinrichtungen sowie gegebenenfalls die stentei] 12 befestigten Motor 17 über eine Antriebswel- Steuerungen, die in F i g. 3 schematisch dargestellt und Ie 18 und miteinander kämmende Kegelzahnräder 19 55 allgemein mit 24 bezeichnet sind, für die eigentliche

Verstellung und Betätigung des Arbeitskopfes angeordnet

In den F i g. 5 bis 7 ist eine Ausführungsform der in wesentlichen aus Antrieb 24, zweite Halterung 4, Arm: *° und Arbeitskopf 2 bestehenden Betätigungsvorrichtung als Teil des in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Roboters dar gestellt Eine solche Betätigungsvorrichtung bildet abe in sich bereits einen eigenen, für einfachere Aufgäbet geeigneten Roboter. Wie aus Fig.5 zu entnehmen ist wird die zweit

an dieser Antriebswelle bzw. Kegelzahnräder 20 an den Spindeln, antreibbar.

Mit der dritten Halterung 5 des Roboters sind fest auf einer gemeinsamen Achse liegende Wellenstummel 21 verbunden, die mit ihren freien Enden jeweils drehbar in einem Block t6 gelagert sind Zwischen einem der Weflenstummel 21 und einem der Blöcke 16 wirkt ein weiterer Motor 22, der bei einer Betätigung die dritte Halterung 5 um die Achse E der Welle 21 verschwenkt

Somit kämt bei einer Betätigung des Motors 8 das Podest 6 am die senkrechte Achse D verschwenkt werden. Bei einer Betätigung des Motors 17 wird die Achse

Halterung 4 aus einem Rohr 30 gebildet, das, wenn es i Verbindung mit den in den Fig.! bis 4 gezeigten Ar Ordnungen verwandt wird, auf seinem äußeren Umfan

den bereits oben erwähnten Bund 23 aufweisen kann, der in Verbindung mit der dritten Halterung 5 eine Kolben-Zylinder-Einheit bilden kann. Wird dagegen die in F i g. 5 gezeigte Einheit als eigene Einheit verwandt, bei der die zweite Halterung 4 etwa feststehend an- S geordnet wird, so kann der Bund 23 gleichzeitig zur Befestigung dienen.

In dem Rohr 30 ist koaxial mit Hilfe von Wälzlagern 31, von denen lediglich eines dargestellt ist, eine erste Halterung, die im vorliegenden Fall in Form einer Hohlwelle 32 ausgebildet ist, drehbar gelagert. In der Hohlwelle 312 ist hinwiederum eine erste Welle 40 mit Hilfe zweier Wälzlager 41 drehbar gegenüber der Hohlwelle 32 gelagert, wobei lediglich ein Wälzlager 41 gezeigt ist An dem über die Hohlwelle 32 hinaus vorstehenden Ende der ersten Welle 40 ist ein Kegelzahnrad 42 aufgekeilt

Die Hohlwelle 32 weist an dem dem Kegelrad 42 zugewandten Ende einen Flansch 33 auf, an dem ein Ring 34 mit größerem Durchmesser befestigt ist. An ao dem Ring 34 sind zwei parallel zu der Achse der ersten Hohlwelle 32 und parallel zueinander verlaufende Ansätze 35 ausgebildet In den Ansätzen 35 ist jeweils eine öffnung 36 vorgesehen, in der jeweils ein abgesetzter Hohlachsstumpf 37 befestigt iüt Die beiden Hohlachs- »5 stumpfe 37 sind mit ihren Achsen zueinander ausgerichtet Im Inneren der Hohlachsstümpfe 37 ist koaxial über jeweils ein Wälzlager 38 eine zweite Welle 39 drehbar gelagert Die Achse der zweiten Welle 39 verläuft senkrecht zu der Achse: der ersten Welle 40. Auf der zweiten Welle 39 ist ein zweites Kegelzahnrad 43 aufgekeilt, das mit dem erstem Kegelzahnrad 42 kämmt Auf dem äußeren Umfang des von den Ansätzen 35 wegweisenden, abgesetzten Endes jedes Hohlachsstumpfes ist jeweils ein weiteres Wälzlager 44 aufgezo- gen, durch die an diesen Hohlachsstümpfen 37 der allgemein mat 3 bezeichnete Aim verschwenkbar gelagert ist

Der Arm 3 wird im wesentlichen durch ein Rohr 45 gebildet das an seinem der zweiten Welle 39 zügewandten Ende einen Ringflansch 46 aufweist An dem Ringflansch 46 ist lösbar ein Fling 47 befestigt der auch aus einem Stück mit dem Ririgflansch ausgebildet sein kann und der an zwei diametral einander gegenüberliegenden und außenliegenden Punkten Ohren 48 auf- «5 weist die parallel zueinander ausgerichtet sind und im rechten Winkel zu der Ebene aes Ringes 47 verUiufen. In den Ohren 48 ist jeweils eine öffnung 50 ausgebildet durch die die abgesetzten Enden der Hohlachsstümpfe 37 frei nach außen vorstehen. An den Ohren 48 ist je- 5<» weils ein Oberwurfring 51 befestigt, zwischen dem und dem jeweils zugeordneten Ohr jeweils der toßere Laufring des entsprechenden Wälzlagers 44 eingeklemmt ist Der Ring 47 bildet somit in Verbindung mit den Ohren 48 und den Oberwurfringen 51 einen gabelartigen oder bügelförmigen Ansatz des Armes X mit dessen Hilfe der Arm 3 verschwenkbar an den Hohlachsstümpfen 37 gelagert ist Die Lagerung erfolgt dabei so, daß die Schwenkachse des Armes 3 mit der Drehachse Mder zweiten Welle 39 zusammenfällt. Die ^e» Drehachse M entspricht bei dem in F i g. 1 dargestellten System der Achse F. Zur genauen Justierung des Arms 3 gegenüber der Achne der Welle 40 kann die Welle 39 auch als Distanzhalteteil ausgebildet sein.

Im Inneren des Rohree 4$ ist koaxial hiermil über «5 zwei weitere Walzlager 3.1 von denen lediglich eine» dargestellt ist eine dritte Weile 53 drehbar gelagert. In dem voi liegenden Fall i»t die dritte Welle M ah Hohl welle ausgebildet An dem der zweiten Welle 39 zugewandten Ende dieser dritten Welle 53 ist ein weiteres Kegelzahnrad 54 fest mit der dritten Welle verbunden. Die Drehachse N dieser dritten Welle 53 verläuft senkrecht zu der Drehachse M der zweiten Welle 39, und das Kegelzahnrad 54 kämmt mit dem Kegelzahnrad 43.

Der Arbeitskopf 2, der in Form eines Greilikopfes oder einer Schweißelektrode oder in Form von Saugnäpfen oder in Form eines Rohres oder eines sonstigen Hantierungs- oder Arbeitswerkzeuges ausgebildet sein kann, kann direkt an dem Rohr 45 oder mit der dritten Welle 53 verbunden sein. Eine besondere Ausführungsform des Armes 3 mit einem entsprechenden Arbeitskopf 2 soll noch weiter unten beschrieben werden.

Auf dem äußeren Umfang des Rohres 30 ist eine dritte, allgemein mit 55 bezeichnete Verriegelungseinrichtung befestigt. Diese Verriegelungseinrichtung weist eine Rastnase 56 auf, die parallel zu der Drehachse K der ersten Welle 40 verschiebbar ist Diese Rastnase 56 kann hierbei aus dem Ende einer Kolbenstange bestehen, wenn die Verriegelungseinrichtung 55 durch eine pneumatische oder hydraulisch betätigbare doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird. Die Rastnase 56 kann jedoch auch etwa durch den Ansatz eines federnd gegen seine Ruhelage hin vorgespannten Magnetkerns gebildet werden, wenn die Verriegelungseinrichtung 55 etwa aus einer Magnetspule besteht Die Rastnase wirkt mit einem Justierring 57 zusammen, der auswechselbar an dem Ring 34 auf der der dritten Verriegelungseinrichtung 55 gegenüberliegenden Seite angebracht ist Der Justierring 57 ist zentrisch in bezug auf die Drehachse K an dem Ring 34 befestigt. In dem Justierring 57 sind Rastkerben 58 ausgebildet von denen je nach dem gewählten Programm ein oder mehrere Rastkerben vorgesehen werden können, was weiter unten näher an Hand der F i g. 10 bis 12 erläutert werden soll. Die Rastkerben 58 liegen jeweils auf einem solchen Kreis, daß die Rastnase 56 jeweils in eine Rastkerbe eingreifen kann, wenn die Rastnase 56 gegen den Justierring 57 hin ausgefahren wird. Greift die Rastnase 56 in eine Rastkerbe 58 ein, so wird hierdurch die Hohlwelle 32 in ihrer Drehstellung in bezug auf das Rohr 30 festgelegt Die Verriegelungseinrichtung kann natürlich auch aus kombinierten oder getrennten Führungs- und Vorschubsystemen oder auch aus hydraulisch oder elektrisch betätigten Hebelmechanismen bestehen.

Eine der dritten Verriegelungseinrichtung 55 entsprechende erste, allgemein mit 60 bezeichnete Verriegelungseinrichtung, ist auf dem äußeren Umfang des Ringes 34 an diesem befestigt und die Rastnase 61 dieser ersten Verriegelungseinrichtung wirkt mit nicht näher dargestellten Rastkerben in einem zweiten Justierring 62 zusammen. Dieser zweite Justierring ist auf dem äußeren Umfang einer der beiden Oberwurfringe 51 befestigt und sein äußerer Umfang ist konzentrisch zu der Drehachse Af der zweiten Welle 39 angeordnet Greift die Rastnase 61 der zweiten Verriegelungsvorrichtung 60 in eine Rastnase des zweiten Justierringes

62 ein. so wird hierdurch die Verschwenkstellung des Armes 3 um die Drehachse M oder die sogenannte Knickung des Arms 3 in bezug auf die Hohlwelle 32 festgelegt

Weiterhin ist eine ebenfalls entsprechend der dritten Verriegelungseinrichtung 55 ausgebildet zweite Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die im allgemeinen mit

63 bezeichnet ist Diese zweite Verriegelungsvorrichtung 63 ist so an dem anderen Oberwurfring 51 befestigt daß ihre Rastnase 64 gegen den äußeren Umfang

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des Ringes 65 hin verschiebbar ist, der eine Nabe 66 besitzt, mit dessen Hilfe er lösbar auf ein Ende der zweiten Welle 39 aufsetzbar und befestigbar ist. Der Ring 65 weist auf seinem äußeren Umfang entsprechend einer gewünschten Programmierung eine oder mehrere Rastkerben auf, in die die Rastnase 64 eingreifen kann, wenn diese gegen den Ring 65 ausgefahren wird. Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt, so wird hierdurch die zweite Welle 39 mit dem Arm 3 verbunden, so daß beide gemeinsam um die Drehachse M verschwenkbar sind.

Die Justierringe 57,62 und 65 sind jeweils leicht auswechselbar, und zu ihrer genauen Justierung in ihren vorgesehenen Stellungen in bezug auf die Hohlwelle 32 bzw. den Arm 3 bzw. die zweite Welle 39 werden an ihnen Raststifte vorgesehen. Aus Montagegründen können die Justierringe gegebenenfaüs auch in Form von Teilringen ausgebildet sein.

Die Funktionsweise der in den F i g. 5 bis 7 dargestellten Betätigungsvorrichtung ist wie folgt:

Die Betätigungsvorrichtung kann hintereinander drei voneinander unabhängige Bewegungen ausführen, wobei die Reihenfolge, in der diese Bewegungen ausgeführt werden, willkürlich wählbar ist Zunächst seien aMe drei Verriegelungsvorrichtungen 55,60 und 63 verriegelt, was einer festen Arbeitsstellung des Arbeitskopfes 2 entspricht Wird nunmehr zunächst die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 entriegelt und die Welle 40 über die Antriebsvorrichtung 24 gedreht, so kann sich das Kegelzahnrad 43 nicht um die zweite Welle 39 drehen, wodurch hinwiederum eine Drehung der dritten Welle 53 verhindert wird, da die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt ist Andererseits kann auch der Arm 3 nicht um die Drehachse M verschwenkt werden, da auch die erste Verriegelungsvorrichtung 60 geschlossen ist Folglich wird die Hohlwelle 32 um die Achse K verdreht Ist die gewünschte Drehung annähernd ausgeführt, so wird die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 wieder betätigt, so daß die Rastnase 56 in eine entsprechende Rastkerbe 58 einrastet wenn die gewünschte Drehstellung erreicht ist.

Wird nunmehr die erste Verriegelungsvorrichtung 60 entriegelt und die Welle 40 abermals durch die Antriebsvorrichtung 24 gedreht, so wird, da die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 verriegelt ist, die zweite Welle 39 gemeinsam mit dem Arm 3 um die Drehachse M /erschwenkt was einem Abknicken des Arbeitskopfes 2 in einer durch die Drehachse K und senkrecht zu der Drehachse M verlaufenden Ebene entspricht Eine abermalige Verdrehung der Hohlwelle 32 wird hierbei ausgeschlossen, da die dritte Verriegelungsvorrichtung 55 verriegelt ist Bei einer Betätigung der ersten Verriegelungsvorrichtung 60 findet sodann wieder eine Verriegelung des Armes 3 in der gewünschten Knickstellung statt

Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 gelöst und die WeDe 40 abermals durch die Antriebsvorrichtung 24 verdreht, so kann sich die zweite Welle 39 frei gegenüber dem Arm 3 verdrehen, während dieser durch die erste gesperrte Verriegelungsvorrichtung 60 in seiner Knickstellung gehalten wird. Somit wird die Drehung des Kegelzahnrades 42 fiber das Kegelzahnrad 43 auf das Kegelzahnrad 54 fibertragen, wodurch die dritte Welle 53 in bezug auf den Arm 3 um die Drehachse N gedreht wird. Hierdurch kann, sofern der Arbeitskopf 2 direkt mit dieser dritten Weile 53 verbunden ist, dieser Arbeitskopf 2 gedreht werden, oder es kann etwa ein Greifkopf gespannt oder gegebenenfalls lediglich ein Bohrer in Drehung versetzt werden Eine Drehung der Hohlwelle 32 wird durch die ge schlossene Verriegelungsvorrichtung 55 verhindert.

Wird die zweite Verriegelungsvorrichtung 63 wiedei verriegelt, so wird damit die Drehstellung der dritter Welle 53 in bezug auf das Rohr 45 wieder festgelegt

Soll die Betätigungsvorrichtung automatisch entspre chend sich wiederholenden Arbeitsbewegungen ge steuert werden, so werden die Antriebsvorrichtung 24

ίο wie auch die erste, zweite und dritte Verriegelungsvor richtung 55, 60 sowie 63 durch eine Programm- odei Folgesteuerung gesteuert. Bei sich ständig ändernder Arbeitsbewegungen kann eine vorprogrammiert« numerische Steuerung verwandt werden. Die Einrastung der Verriegelungseinrichtungen kann dabei gege benenfalls jeweils durch Schließen von Kontakten an· gezeigt werden.

In den F i g. 8 bis 10 sind nochmals Justierringe dar gestellt, die etwa gegen den in F i g. 5 dargestellten Ju stierring 62 ausgetauscht werden können. In F i g. 8 is ein Ring dargestellt, der drei Rastkerben 88 aufweist deren Lage bereits entsprechend den gewünschter Knickstellungen des Armes 3 vorprogrammiert seir kann. Durch Einrasten der Rastnase 61 in diese Rastkerben 88 wird sodann erreicht, daß die vorbestimmte Knickstellung des Armes genau eingenommen und auch eingehalten wird. In diesem Fall erfolgt über die jeweiligen Antriebsvorrichtungen eine Grob-Drehein-Stellung und über die Verriegelungsvorrichtungen eine Fein-Einstellung.

F i g. 9 zeigt einen Justierring, der über seinen Umfang mit im gleichmäßigen Abstand voneinander an geordneten Rastkerben 90 versehen ist Bei einem sol chen universell verwendbaren Justierring könnten die Rastkerben etwa von Grad zu Grad vorgesehen sein.

F i g. 10 zeigt einen Justierring, der eine durchgehende glatte äußere Umfangsfläche 92 aufweist. Ein derartiger Justierring eignet sich für eine kontinuierliche Ein Stellung, indem er in Verbindung mit einer Verriege lungsvorrichtung verwandt wird, deren Rastnase ledig lieh aus etwa einem Stift besteht der in der gewünschten Verriegelungsstellung reibend gegen den äußerer Umfang 92 des Justierringes 91 drückt.
Führt der Manipulator bei seinem Betrieb lediglich jeweils eine hin- und hergehende Bewegung zwischer zwei festen Stellungen aus, so können an den Justierringen 57, 62 und 65 jeweils neben den Rastkerben, vor denen dann jeweils höchstens zwei vorgesehen sind Anschlagsschultern für die jeweilige Rastnase vorgese hen sein, wodurch die jeweilige weitere Drehung urr die entsprechende Drehachse zunächst automatisch an gehalten wird, bevor die Rastnase sodann in die ent sprechende Kerbe einrastet Auf diese Weise kann di< Steuerung für die einzelnen Bewegungen erheblich ver

ss einfacht werden.

In F i g. 11 ist ein vorzugsweises Ausführungsbeispie für die Ausgestaltung des Armes 3 dargestellt der au! einfache Weise leicht auswechselbar ist Die den ir F i g. 5 entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugs

zeichen, jedoch mit zwei zusätzlichen Strichen bezeich net

In F i g. 11 ist in dem Rohr 45" fiber die beiden Wälz lager 52" die dritte Welle 53" um die Drehachse Λ drehbar gelagert An der dritten Welle 53" ist an einen· Ende das Kegelzahnrad 54" befestigt An dem dem Ke gelzahnrad 54" abgewandten Ende des Rohres 45" isi fiber eine Ringhaltenmg 93 ein Greifkopf 94 befestigt in dem in bekannter Weise Nuten 95 ausgebildet sind

in denen Spannbacken 96 verschiebbar angeordnet sind. Mit der dritten Welle 53" ist eine senkrecht zu der Achse dieser Welle verlaufende Scheibe 97 verbunden, in der eine spiralenförmig verlaufende Nut 98 ausgebildet ist, in die entsprechende Rippen 100 der Spannbakken 96 eingreifen.

Die Anordnung arbeitet so, daß bei einer Drehung der dritten Welle 53" um die Drehachse N die Scheibe 97 und damit die Spiralnut 98 um die Drehachse N gedreht werden, so daß die Spannbacken 96 in den Nuten 95 radial verschoben werden. Um ein weiches Ergreifen von Gegenständen durch die Spannbacken % zu ermöglichen, und um eine elastische Klemmkraft auf

die gehaltenen Gegenstände auszuüben, wird zwischen dem Kegelzahnrad 54" und dem Greifkopf 94 eine flexible Kupplung 101 vorgesehen, die schematisch in gestrichelten Linien dargestellt ist.

Zwischen dem eigentlichen Antrieb und der erster Welle 40 der Betätigungsvorrichtung kann, falls sich dies auf Grund der verwandten Steuerung für notwendig erweisen sollte, eine flexible Kupplung eingeschaltet werden. Derartige flexible Kupplungen können beispielsweise aus Reibkupplungen oder elastischer Kupplungen oder aus Kombinationen hiervon bestehen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Betätigungsvorrichtung mit einer ersten Halterung, in der eine gesteuert antreibbare erste Welle drehbar gelagert ist, mit einem um eine inn Winkel zu der Drehachse der ersten Welle verlaufende Schwenkachse gegebenenfalls einer zweiten Welle verschwenkbaren Arm, an dem mit diesem verschwenkbar eine dritte, im Winkel zu der Schwenkachse verlaufende Welle zur Betätigung eines Kopfes drehbar gelagert ist, sowie mit einem die erste Welle mit der dritten Welle verbindenden Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (3) verschwenkbar an der ersten Halterung (32) gelagert ist, daß die erste Welle (40) mit der dritten Welle (53) durch das Getriebe (42,43,54) direkt verbunden wird, und daß eine erste (60), die erste Halterung in bezug auf den Arm sowie eine zweite (63), den Arm in bezug auf die dritte Welle steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Halterung (4), in der die erste Halterung (32) drehbar gelagert ist, und durch eine dritte, die erste Halterung in bezug auf die zweite Halterung steuerbar lösbar festlegende Verriegelungsvorrichtung (55).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung (55, 60, 63) aus einer an dem einen Teil der miteinander zu verriegelnden Teile verschiebbar oder ver-Echwenkbar angeordneten Rastnase (56,61,64) und aus hiermit zusammenwirkenden, an dem anderen Teil vorgesehenen Rastungen (58, 88, 90) besteht, deren Lage und Zahl entsprechend einer vorgegebenen Programmierung gewählt sein können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastnasen (64) wenigstens an ihrem vorderen Ende keilförmig ausgebildet sind und daß die Rastungen (58, 88, 90) aus entsprechenden keilförmigen Rastkerben bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastungen (58, 88,90) an einem an dem anderen Teil befestigbaren, insbesondere auswechselbaren Justierring (57, 62, 65) ausgebildet sind, der aus Ringteilen bestehen kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite und/oder dritte Verriegelungsvorrichtung (55,60,63) aus einer Reibungskupplung bestehen.