DE2841183C2 - Handhabungsgerät mit einem Auslegerarm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Handhabungsgerät mit einem Auslegerarm, der an einem Viergelenk-Hebelsystem angeordnet und an einem schwenkbarer· Gewichtsausgleichsystem abgestützt ist wobei der an seinem freien Ende mit einem Greifer oder dgl. versehene Auslegerarm an zwei Lenkerhebeln gelagert ist, von denen ein Lenkerhebel an einem gestellfesten Lager des Geräts schwenkbar ist und der andere Lenkerhebel an einem um das gestellfeste Lager schwenkbaren Steg angelenkt ist der mit dem Gewichtsausgleichsystem in Wirk-Verbindung steht

Ein Handhabungsgerät mit diesen Merkmalen ist durch die FR-PS 23 48 020 bekannt und durch die DE-OS 27 01 151 vorgeschlagen worden. Derartige Geräte lassen sich beispielsweise für Zwecke der Montage, für Schweiß-, Bohr-, Be- und Entlade-, Transport-, Emaillier- und Lackierarbeiten usw. einsetzen.

Beim Gegenstand der FR-PS 23 48 020 ist der Auslegerarm an einem Parallelogrammgestänge als Koppel gelenkig angeordnet Die aus dem Eigengewicht des Auslegers und der Last resultierende Kraft wird von einem Hubzylinder oder einem Gegengewicht in erzwungenermaßen vertikaler Richtung zur Bildung eines Gewichtsausgleiches aufgefangen. Damit die Schwenkbewegung desjenigen Teiles, an dem die Gegenkraft ansetzt, deren vertikale Richtung nicht verändern kann, ist der Hubzylinder in einer an diesem Teil horizontal beweglich geführten Laufkatze angeordnet

Beim Gegenstand der DE-OS 27 01 151 ist der ä Auslegerarm als Koppel an einem parallelogrammähnlichen Viergelenk-Gestänge angelenkt das ungleich lange Lenkerhebel zum Zwecke der Erzielung geradliniger Kurvenscharen aufweist Der schwenkbare Steg dieses Gestänges ist über das gestellfeste Schwenklager ίο hinaus verlängert und trägt ein Gegengewicht zur Erzielung des Gewichisausgleiches, das aucn durch einen druckmittelbeaufschlagten Kolben ersetzt werden kann.

In beiden bekannten bzw. vorgeschlagenen Anordnungen ist das Gewichtsausgleichsystem nicht in der Lage, die bei Bewegung des Auslegerarmes in den verschiedenen Ebenen sich ändernde, aus Eigengewicht und Last bestehende Kraft entsprechend der Ortsveränderung auszugleichen. Man müßte vielmehr diese Kraftänderung durch eine proportional zum Ortswechsel des Auslegers sich anpassende Gegenkraft kompensieren, was bei Gegengewichten zwar durch Verschieben der Gewichte und bei Hubmotoren durch Erhöhen oder Senken des Druckes theoretisch möglich wäre, aber eine viel zu aufwendige Steuerung erfordern würde.

Dabei muß bedacht sein, daß der Auslegerarm nicht nur Hubbewegungen entlang seiner Längsachse, sondern auch quer hiev zu ausführen muß. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gewichtsausgleichsystem für ein Handhabungsgerät zu entwickeln, das bei ungefähr gleich groß bleibender Stützkraft eine Kompensation der durch Orstveränderung des Auslegerarmes entstehenden unterschiedlichen Lastkräfte ohne Steueraufwand ermöglicht

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe

besteht darin, daß das Gewichtsausgleichsystem einen schwenkbar gelagerten Stützhebel aufweist an dem in einem gemeinsamen Gelenk zwei Verbindungrhebel gelagert sind, von denen der eine Verbindungshebel den am Steg angelenkten Lenkerhebe' abstützt und der andere Verbindungshebel mit einem am anderen Lenkerhebel befindlichen Gelenk in Verbindung steht, das im Abstand vom gestellfesten Lager in Richtung zum anderen Gelenk des Steges angeordnet ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gewichtsausgleichsystems besteht darin, daß unabhängig von der geometrischen Stellung des Auslegerarmes und somit unabhängig von der Lastwirkungsrichtung mit einer ungefähr konstant bleibenden Stützkraft die wechselnden Lastmomente durch gleich große Stützmomente kompensiert werden. Diese Wirkung wird mit einer geometrischen Lösung erzielt, welche komplizierte Ausgleichssteuerungen entbehrlich macht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch und beispielsweise dargestellt Es zeigt

Fi g. 1 eine Seitenansicht des Handhabungsgerätes in ausgefahrener Stellung,

Fig.2 eine Seitenansicht des Gerätes gemäß Fig. 1 in eingefahrener Stellung,

Fig.3 eine Darstellung der Abstützkräfte bei ausgefahrener Stellung gemäß F i g. 1 und
Fig.4 eine Darstellung der Abstützkräfte bei eingefahrener Stellung gemäß F i g. 2.

Das in F i g. 1 dargestellte, nach Art eines Viergelenks ausgebildete Handhabungsgerät besteht aus) einem

Auslegerarm 1, an welchem ein in verschiedenen Richtungen (Handachsen) bewegbarer Greifer 2 befestigt ist. Das Viergelenk selbst besteht aus zwei ungleich langen Lenkerhebeln 3 und 4, der Koppel 5 und dem sogenannten Steg 6. Die Koppel 5 ist Bestandteil des Auslegerarmes 1, Der Steg 6 und der eine Lenker 3 sind an einem gestellfesten Lager c mit einer Konsole 7 verbunden. Das andere Gelenk d des Steges 6 ist in üblicher Weise höhenverstellbar mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden. Die vier Gelenkpunk- ι ο te des Viergelenksystems sind mit den Buchstaben a, b, c, d gekennzeichnet Die Konsole 7 ist mit einem sich auf Rollen oder dgl. drehenden Teller 8 fest verbunden, welcher wiederum auf einem ortsfesten Teller aufliegt und eine horizontale Drehbewegung von 360° erlaubt In F i g. 1 ist der Steg 6 nicht voll ausgezeichnet, um den später beschriebenen Ansatz 12 klarer darstellen zu können.

Der Gewichtsausgleich erfolgt mittels eines Druckluftzylinders 9, der an der Konsole 7 in einem Drehpunkt 10 schwenkbar angelenkt ist Der Kolben 17 (Stützhebel) des Druckluftzylinders 9 stützt das unregelmäßige Viergeienk s, b, c, d ab. Beim Ein- und Ausfahren des Auslegerarmes 1 bleiben die Drehpunkt»·- c und d räumlich fest

Der Kolben 17 des Druckzylinders 9 ist mit dem Viergelenk a, b,c, i/über zwei Verbindungshebel 13,15, die von einem gemeinsamen Gelenk 14 ausgehen, verbunden. Die Stützkraft des Druckzylinders 9 wird folglich im Gelenk 14 verzweigt jo

Der Verbindungshebel 13 ist mit einem Gelenk c'des Lenkerhebels 3 verbunden, das starrer Bestandteil des Lenkerhebels 3 ist und sich in Distanz zur Achse des gestellfesten Lagers c in Richtung zum Gelenk d befindet Das Gelenk c' ist an einem kurzschenkeligen js Ansatz 12 des Lenkerhebels 3 angeordnet

Das gemeinsame Gelenk 14 ist aus Gründen zusätzlicher Stützung über einen zweiten Verbindungshebel 15 mit dem Drehpunkt d des Vierglenksystems verbunden. Wird nun das Gelenksystem von der in Fig.2 dargestellten eingefahrenen Arbeitsstellung in Richtung i^er ausgefahrenen Arbeitsstellung gemäß F i g. 1 bewegt, so wird aufgrund der starren Kopplung zwischen dem Lenkerhebel 3 und dem kurzschenkeligen Ansatz 12 der Druckluftzylinder 9 nach unten geschwenkt, wodurch eine Anpassung des Stützmomentes auf das sich ändernde Lastmoment stattfindet. Die entsprechenden, am Gelenk 14 des Druckluftzylinders 9 wirksamen Kräfte sind in den Fig.3 und 4 detailliert dargestellt Wie man daraus erkennt, ist im eingefahrenen Zustand (Fig.4) die Zylinderkraft F5 als Resultierende der vom zweiten Verbindungshebel 15 und vom Verbindungshebel 13 ausgehenden Kräfte F15 bzw. F13 genau so groß wie im ausgefahrenen Zustand (F ig. 3).

Die Kräfteverhältnisse werden wir folgt erläutert:

Beim Ein- und Ausfahren (Schwenken) des Gelenksystems mit der vom Greifer gehaltenen Last ergibt sich im eingefahrenen Zustand (Fig.2) durch Schwenken des Druckluftzylinders 9 bzw. der Zylinderachse um den Drehpunkt 10 ein geringeres Moment der am zweiten Verbindungshebel 15 wirksamen Kraft bezüglich des mit der Konsole gestellfesten Lagers <·, als es im ausgefahrenen Zustand_(Fig. 1) ansteht. Die beiden Kraftkomponenten F15 im ein- bzw. ausgefahrenen Zustand (hierbei bedeuten 15a = ausgefahrener Zustand und 15e = eingefahrener Zustand) erzeugen demzufolge ungleich große Linksdrehmomente am Steg 6, und zwar bezogen auf den_ Drehpunkt c an der Konsole 7. Die Stützkräfte F4 im bezüglich beider Gelenkpunkte freien längeren Lenkerhebel 4 erzeugen, bezogen auf den Drehpunkt c, ungleich große Rechtsdrehmomente. Die Anordnung und Dimensionierung der Verbindungshebel 13 und 15 sowie des Anlenkpunktes des kurzschenkeligen Ansatzes 12 im Verhältnis zum Lenkerhebel 3 sind so zu wählen, daß sich die erwähnten Links- und Rechtsdrehmomente nach Möglichkeit aufheben, um die vom Greifer gehaltene Last in labilem Zustand zu halten. Dies bedeutet wiederum, daß die vom Druckluftzylinder 9 aufzubringende Kraft F9 konstant ist

Allgemein ergibt sich unter Verwendung derjn F i g. 1 und 2 detailliert herausgezeichneten Kräfte F4 auf den frei schwenkbaren längeren Lenkcrhebel 4 für die auf den zweiten Verbindungshebel 15 wirkenden Kräfte folgende Kräftebedingung:

eingefahrener Zustand
F15_e · h = F4_C ■ f

ausgefahrener Zustand
F\5_a- g= FA₁- e

Die auf den Lenkerhebel 4 wirkenden Kräfte F4 sind durch Konstruktion der Kräfteparallelogramme aus den aus Fig. 1 und 2 zu_ ersehenden richtungsmäßig festliegenden Kräften Fs (Kraft aus Eigengewicht und Last) und Tb (Kraft auf den Drehpunkt b des Gelenkvierecks) zu ermitteln, wobei Angriffspunkt der Kräfte der im Auslegerarm 1 liegende Schwerpunkt 16 des Gesamtsystems ist. Mit diesen am zweiten Verbindungshebel 15 anliegenden, nach den obigen Formeln errechneten Kräften F15 lassen sich durch Kräftezerlegung, wie in F i g. 3 und 4 dargestellt, die Kräfte F^und F13ermitteln.

Die im Vorstehenden beschriebene Erfindung ist prinzipiell nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt Die Erfindung ist Linier dann anwendbar, wenn an den Schwerpunkten von Gelenksystemen aufgrund unterschiedlicher Arbeitsstellungen unterschiedliche Kräfte wirken. Mit der erfindungsgemäßen Hebelmimik zwischen dem Gelenksystem an sich und dem Gewichtsausgleichsystem läßt sich, wie bereits eingangs erwähnt, insbesondere die Antriebsleistung für das Verschwenken des Gelenksystems verringern.

Zu erwähnen bleibt noch, daß das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gewichtsausgleichsystem am Handhabungsgerät auch beispielsweise doppelt, und zwar symmetrisch zur Mittelebene, angeordnet sein kann, um eine symmetrische Kraftwirkung auf das gesamte Gelenksystem zu erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Handhabungsgerät mit einem Auslegerarm, der an einem Viergelenk-Hebelsystem angeordnet und an einem schwenkbaren Gewichtsausgleichsystem abgestützt ist, wobei der an seinem freien Ende mit einem Greifer oder dgl. versehene Auslegerarm an zwei Lenkerhebeln gelagert ist, von denen ein Lenkerhebel an einem gestellfesten Lager des Geräts schwenkbar ist und der andere Lenkerhebel an einem um das gestellfeste Lager schwenkbaren Steg angelenkt ist der mit dem Gewichtsausgleichsystem in Wirk-Verbindung steht dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsausgleichsystem einen schwenkbar gelagerten Stützhebel (17) aufweist an dem in einem gemeinsamen Gelenk (14) zwei Verbindungshebel (13, 15) gelagert sind, von denen der eine Verbindungshebel (15) den am Steg (6) angelenkten Lenkerhebel (4) abstützt und der andere Verbindungshebel (13) mit einem am anderen Lenkerhebel (3) befindlichen Gelenk (c') in Verbindung steht, cus im Abstand vom gestellfesten Lager (cj in Richtung zum anderen Gelenk (d) des Steges (6) angeordnet ist

2. Handhabungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Gelenk (c^r) an einem kurzschenkeligen Ansatz (12) des im gestellfesten Lager (c) schwenkbaren Lenkerhebels (3) angeordnet ist.

3. Handhabungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Verbindungshebel (15) abgestützte Lenkerhebel (4) dem Greifer (2) zugekehrt ~t

4. Handhabungsgerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützhebel (17) in einem schwenkbar gelagerten Druckluftzylinder (9) abgestützt ist