DE3686329T2

DE3686329T2 - Achsenstuetzeinrichtung fuer industrieroboter.

Info

Publication number: DE3686329T2
Application number: DE8686905414T
Authority: DE
Inventors: Ryo Nihei; Nobutoshi Torii
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2006-09-11
Also published as: EP0237576A4; EP0237576B1; US4782713A; JPS6263087A; KR870700474A; JPH0373434B2; EP0237576A1; DE3686329D1; WO1987001327A1; KR920006518B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Schaftstützvorrichtung für Industrieroboter, die dazu dient, im Inneren eines Ständers einen frei ausfahrbaren Tragschaft zu stützen, der einen Arm trägt.
In letzter Zeit sind verschiedenartige Industrieroboter in vielen Bereichen zum Einsatz gelangt. Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für einen Horizontal-Gelenkindustrieroboter, der am Boden installiert ist und einen schwenkbaren Ständer aufweist.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 den Ständer, der auf einem Sockel 2 ruht und sich innerhalb eines vorgegebenen Drehbereichs (θ) schwenken läßt. Innerhalb des Sockels 2 befindet sich ein Schwenkmechanismus 21 zum Schwenken des Ständers 1. Die Bezugszahl 3 bezeichnet einen ersten Arm (den Arbeitsarm), der am oberen Abschnitt des Ständers 1 auf einem Tragschaft 4 ruht. Ein zweiter Arm 5, der sich in horizontaler Richtung schwenken läßt, ist am äußeren Ende des ersten Arms 3 angebracht, und am äußeren Ende des zweiten Arms 5 befindet sich ein Handgelenk 51.
In dem Ständer 1 befindet sich ein Antriebsmechanismus 11 zum Auf- und Abwärtsbewegen des Tragschafts 4 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (Z), so daß sich die Höhe des ersten Arms 3 regulieren läßt. Nicht im einzelnen abgebildet ist, daß ein Antriebsmechanismus 11 zum Beispiel mittels eines Zahnstangentriebs oder eines Spindeltriebs den Tragschaft 4 auf- und abwärts fährt und damit die Höhe des ersten Arms (des Arbeitearms) reguliert. Zwischen dem Tragschaft 4 und der inneren Wand des Ständers 1 befindet sich eine Führung zum linearen Stützen, so daß sich der Tragschaft 4 zu dem Ständer 1 linear bewegt, wenn er von dem Antriebsmechanismus 11 auf- und abwärtsgefahren wird.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von Fig. 3, die ein Beispiel für den Antriebsmechanismus 11 veranschaulichen soll. Der Tragschaft 4, der von dem Antriebsmechanismus 11 angetrieben wird, der sich aus einer Schraubenspindel 6 und einer Mutter 41 zusammensetzt, weist einen Gleitkontaktabschnitt 42 auf, mit dem der Tragschaft auf den Seitenflächen einer sich auf einer Stützplatte 13 befindenden linearen Stützführung 14 gleitet, so daß damit ein Führungsmechanismus gebildet ist. Bei dieser Anordnung bewegt sich der Tragschaft 4 in vertikaler Richtung.
Bei dem oben beschriebenen Stützmechanismus für den Tragschaft 4 bewegt sich der Schaft linear, wobei dessen Gleitkontaktabschnitt 42 mit drei Seitenflächen der linearen Stützführung 14 in Kontakt ist, und die Auf- und Abwärtsbewegung der Arbeitsebene des Arms parallel zur Längsrichtung des Ständers 1 erfolgt.
Die Führung 14 und der Gleitkontaktabschnitt 42 neigen jedoch aufgrund einer Kraft, die in Richtung des in Fig. 4 gezeigten Pfeils wirkt, dazu, sich voneinander zu trennen. Wenn zum Beispiel die Kraft, die sich aus einer Belastung des zweiten Arms 5 ergibt, in Richtung des Pfeils wirkt, dann wird der Tragschaft 4 nicht mehr zuverlässig gestützt.
Die vorliegende Erfindung entstand in Anbetracht der obengenannten Probleme beim Stand der Technik und hat die Aufgabe, eine Schaftstützvorrichtung für Industrieroboter zu schaffen, die geeignet ist, den Schaft eines Arbeitsarms zu stützen und unter Aufrechterhaltung eines stabilen Gleichgewichts den Schaft linear in vertikaler Richtung zu bewegen.
EP-A-0122146 beschreibt einige Aspekte einer bekannten Schaftstützvorrichtung für Industrieroboter, die eine vertikale Bewegung bewirkt, während JP-U-60-17977 eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des untenstehenden Anspruchs 1 beschreibt.
Erfindungsgemäß wird ein Industrieroboter geschaffen mit einem vertikal bewegbaren Tragelement im Inneren eines hohlen Ständers zum Auf- und Abwärtsbewegen eines lasttragenden Elementes, einem Antriebsmechanismus zum Auf- und Abwärtsfahren des Tragelements sowie Führungsmitteln zur Führung des Tragelements bei seiner Auf- und Abwärtsbewegung innerhalb des hohlen Ständers, die mehrere am bewegbaren Tragelement angebrachte Führungslager und eine ortsfeste, mit diesen Führungslagern in Eingriff stehende lineare Stützvorrichtung umfassen, wobei dieses lasttragende Element ein Arm ist, der seitlich von diesem Tragelement wegragt, und das bewegbare Tragelement ein Schaft ist, der oben aus dem hohlen Ständer herausragt, und an dessen oberem Ende der Arm dergestalt angeordnet ist, daß er von dem bewegbaren Tragelement nach oben bewegt werden kann, so daß die Arbeitsebene des Arms variabel eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß diese Führungslager symmetrisch zu diesem Antriebsmechanismus angeordnet sind und diese ortsfeste Stützvorrichtung mehrere lineare Stützführungen umfaßt, die sicher in Öffnungen dieser Führungslager eingreifen, selbst wenn eine seitliche Kraft auf das Tragelement einwirkt, wobei die linearen Stützführungen an einander zugewandten inneren Wandabschnitten des hohlen Ständers angebracht sind, um dessen Steifigkeit zu erhöhen, und der hohle Ständer in Längsrichtung in zwei Teile trennbar ist, an deren einem die linearen Stützführungen angebracht sind.
Erfindungsgemäß wird eine Schaftstützvorrichtung für Industrieroboter geschaffen, die mehrer lineare Stützführungsmechanismen aufweist, die einander gegenüberliegen, und zwischen denen sich mittig der Antriebsmechanismus befindet. Folglich wird der Tragschaft stabil und gleichmäßig in vertikaler Richtung gehalten, selbst wenn eine Kraft, die den Tragschaft eigentlich schräg stellen würde, während der Auf- und Abwärtsbewegung des Tragschafts oder eines Arbeitsgangs des Arbeitsarms von außen einwirkt. Darüberhinaus haben die linearen Stützführungen die Funktion, den Ständer an dessen innerem Wandabschnitt zu versteifen.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt, der eine Ausführung einer Schaftstützvorrichtung für Industrieroboter gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B' in Fig.1;
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht, die ein Beispiel für einen herkömmlichen Horizontal-Gelenkindustrieroboter veranschaulicht; und
Fig.4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A' von Fig. 3, der ein Beispiel für die konventionelle Schaftstützvorrichtung veranschaulicht.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In Fig. 1 und Fig. 2 werden Abschnitte, die ähnlich sind wie die in Fig. 3 und Fig. 4, die nicht beschrieben werden, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit der Bezugszahl 7 wird ein Antriebsmotor bezeichnet, der eine Antriebskraft liefert, die mittels des Antriebsmechanismus, der sich aus der Schraubenspindel 6 und der Mutter 41 zusammensetzt, den Tragschaft 4 auf- und abwärtsfährt. Auf einer Welle 71 des Antriebsmotors 7, die mit einem Lager 73 in einer Trennwand 15 des Ständers 1 gelagert ist, ist eine Motorriemenscheibe 72 aufgepaßt.
Die Schraubenspindel 6 ist mit einem Lager 61 in der Trennwand 15 gelagert und ist frei drehbar, so daß sie sich dreht, wenn ein Riemen 74, der sich zwischen einer auf der Schraubenspindel 6 angebrachten Antriebscheibe 62 und der Motorriemenscheibe 72 erstreckt, angetrieben wird. Am unteren Endabschnitt der Schraubenspindel 6 ist ein Bremsmechanismus 63 angebracht, der durch elektromagnetische Einwirkung betätigt wird, um die Drehung der Schraubenspindel 6 zu stoppen.
Die Mutter 41, die mit der Schraubenspindel 6 in Gewindeeingriff ist, ist an einem an dem Tragschaft 4 angebrachten Mutternhalter 43 befestigt, wie in Fig. 2 gezeigt. An den beiden Seitenflächen des Mutternhalters 43 ist jeweils ein Führungslager 44 angebracht. Die Führungslager 44, von denen jedes eine Öffnung 44a und eine Rückseite 44b aufweist, sind dergestalt an dem Mutternhalter 43 angebracht, daß ihre Öffnungen 44a nach außen weisen und ihre Rückseiten 44b einander zugewandt sind, wobei sich die Schraubenspindel 6 in der Mitte zwischen ihnen befindet.
Führungsschienen 16, die als lineare Stützführungen dienen, weisen jeweils an zwei ihrer gegenüberliegenden Seitenflächen eine Nut auf, weshalb jede Führungsschiene einen Querschnitt aufweist, der dem einer Eisenbahnschiene ähnlich ist. Die Anordnung ist so beschaffen, daß die Öffnungen 44a der Führungslager 44 jeweils mit den Nuten der zugehörigen Führungsschienen 16 in Eingriff sind, so daß sich das Führungslager entlang der Führungsschiene 16 linear bewegen läßt. Jedes der Führungslager 44 ist mit der zugehörigen Führungsschiene 16 in Eingriff und gleitet leichtgängig auf der Seitenfläche der Führungsschiene 16. Die Führungsschienen 16 sind einander zugewandt an der Innenwand des hohlen, zylindrisch geformten Ständers 1 angebracht, und der Tragschaft 4 mit dem Mutternhalter 43, an dessen beiden Seiten sich die in die Führungsschienen 16 eingreifenden Führungslager 44 befinden, ist im Inneren des Ständers 1 angeordnet.
Demgemäß bewegt sich der Tragschaft 4, geführt von den Führungslagern 44, deren Öffnungen 44a jeweils mit den zugehörigen Führungsschienen 16 in Eingriff sind, an diesen Führungsschienen entlang linear auf und ab, die einander zugewandt an der Innenwand des Ständers 1 dergestalt angebracht sind, daß die Steifigkeit des Ständers 1 erhöht wird. Bei dieser Ausführung läßt sich der Ständer 1 durch Entfernung von Halteschrauben 17 in zwei Hälften trennen, was es ermöglicht, Bauteile im Inneren des Ständers anzubringen und einzustellen.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise dieser Ausführung beschrieben, die wie oben dargelegt aufgebaut ist. Wenn durch den Antriebsmotor 7 Strom geschickt wird, damit dieser sich dreht, dreht sich die Motorriemenscheibe 72 mit und dreht somit über den Riemen 74 die Antriebscheibe 62 und damit die Schraubenspindel 6.
Infolge der Drehung der Schraubenspindel 6 wirkt auf den Tragschaft 4, an dem sich die mit der Schraubenspindel in Gewindeeingriff stehende Mutter 41 befindet, eine Kraft ein, die den Tragschaft auf- und abwärts bewegt, und die Führungslager 44 bewegen sich, geführt von den Führungsschienen 16, linear in der Längsrichtung des Ständers 1. Da die Führungslager 44 und Führungsschienen 16 beiderseits der Schraubenspindel 6 symmetrisch zu dem Mutternhalter 43 angebracht sind, bewegt sich der Tragschaft 4 gleichmäßig und stabil auf- und abwärts.
Da die Führungsschienen 16 einander zugewandt an der Innenwand des Ständers 1 angebracht sind, der bei dieser Ausführung einen hohlen, zylindrischen Aufbau aufweist, erhält der Ständer eine höhere Steifigkeit.
Bei der oben detailliert beschriebenen Schaftstützvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind mehrere Sätze linearer Stützführungsschienen und Führungslager einander zugewandt um einen die Auf- und Abwärtsbewegung bewirkenden Antriebsmechanismus herum angebracht, die als Vorrichtung zum Stützen eines Schafts dienen, der den Arbeitsarm eines Industrieroboters vertikal auf- und abwärts bewegt. Folglich wird erreicht, daß der Tragschaft stabil und äußerst gleichmäßig vertikal gestützt wird, selbst wenn eine Kraft, die den Tragschaft eigentlich schräg stellen würde, während der Auf- und Abwärtsbewegung des Tragschafts oder eines Arbeitsgangs des Arbeitsarms von außen einwirkt.
Weiterhin weist die Führungsvorrichtung eine Links/Rechts-Symmetrie in Bezug auf die dem Antrieb dienende Schraubenspindel auf. Dies hat den Vorteil, daß die Anordnung im Inneren des Ständers vereinfacht wird. Zusätzlich erhöht die Anbringung der Führungsschienen an der Innenwand des Ständers die Steifigkeit des Ständers und ermöglicht außerdem eine kompaktere Anordnung.
Die vorliegende Erfindung ist zwar anhand einer erfindungsgemäßen Ausführung beschrieben worden, kann aber auf verschiedene Art und Weise Modifikationen erfahren, ohne daß der Rahmen der Ansprüche verlassen wird.
Durch Anwendung der Erfindung auf einen Industrieroboter, bei welchem ein Arm von einem frei ausfahrbaren Tragschaft im Inneren eines hohlen Ständers getragen wird und die Arbeitsebene variabel eingestellt wird, läßt sich erreichen, daß der Tragschaft stabil und äußerst gleichmäßig vertikal gestützt wird, selbst wenn eine Kraft, die den Tragschaft eigentlich schräg stellen würde, während der Auf- und Abwärtsbewegung des Tragschafts oder eines Arbeitsgangs des Arbeitsarms von außen einwirkt.

Claims

1. Ein Industrieroboter mit einem vertikal bewegbaren Tragelement (4) im Inneren eines hohlen Ständers (1) zum Auf- und Abwärtsbewegen eines lasttragenden Elementes (3), einem Antriebsmechanismus (6, 41) zum Auf- und Abwärtsfahren des Tragelementes (4) und Führungsmitteln (16, 44) zur Führung des Tragelementes (4) bei seiner Auf- und Abwärtsbewegung innerhalb des hohlen Ständers (1), welche Führungsmittel (16, 44) mehrere am bewegbaren Tragelement (4) angebrachte Führungslager (44) und eine ortsfeste, mit den Führungslagern (44) im Eingriff stehende lineare Stutzeinrichtung (16) umfassen, wobei das lasttragende Element (3) ein Arm ist, der sich seitlich vom Tragelement (4) weg erstreckt, und das bewegbare Tragelement (4) ein Schaft ist, der sich mit an seinem oberen Ende angeordnetem Arm (3) vom hohlen Ständer (1) nach oben erstreckt, so daß der Arm (3) so angeordnet ist, daß er vom bewegbaren Tragelement (4) nach oben gedrückt werden kann, damit die Arbeitsebene des Arms (3) variabel eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungslager (44) symmetrisch zum Antriebsmechanismus (6, 41) angeordnet sind und die ortsfeste lineare Stützeinrichtung mehrere lineare Stützführungen (16) umfaßt, die gesichert in Öffnungen (44a) der Führungslager (44) eingreifen, selbst wenn eine seitliche Kraft auf das Tragelement (4) aufgebracht wird, wobei die linearen Stützführungen (16) an einander zugewandten inneren Wandabschnitten des hohlen Ständers (1) zur Erhöhung der Steifigkeit desselben angebracht sind, und der hohle Ständer (1) in Längsrichtung in zwei Teile trennbar ist, an deren einem die linearen Stützführungen (16) angebracht sind.

2. Ein Industrieroboter nach Anspruch 1, in welchem die linearen Stützführungen (16) Schienen sind, die in ihren einander zugewandten Seitenflächen Nuten aufweisen, in die Vorsprünge an den Führungslagern (44) eingreifen.

3. Ein Industrieroboter nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, in welchem der Antriebsmechanismus (6, 41) und die Führungsmittel (16, 44) gemeinsam auf einer Seite des bewegbaren Tragschaftes (4) angeordnet sind.

4. Ein Industrieroboter nach Anspruch 3, in welchem der Arm (3) sich seitlich vom Tragschaft (4) an dessen gleicher Seite, an der der Antriebsmechanismus (6, 41) und die Führungsmittel (16, 44) angeordnet sind, weg erstreckt.