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Dokumentenidentifikation DE3786514T2 17.02.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0264031
Titel Kreisförmiges Interpolationsgerät.
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder Kimura, Kaoru, Kitakyushu-Shi Fukuoka-Ken, JP;
Nishi, Masanori, Kitakyushu-Shi Fukuoka-Ken, JP;
Minami, Yoshikatsu, Nakama-Shi Fukuoka-Ken, JP
Vertreter Boehmert, A., Dipl.-Ing.; Hoormann, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., 28209 Bremen; Goddar, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Liesegang, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., 80801 München; Winkler, A., Dr.rer.nat., 28209 Bremen; Tönhardt, M., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 40593 Düsseldorf; Stahlberg, W.; Kuntze, W.; Kouker, L., Dr., 28209 Bremen; Huth, M., 6228 Eltville; Ebert-Weidenfeller, A., Dr. jur, 28209 Bremen; Nordemann, W., Prof. Dr.; Vinck, K., Dr.; Hertin, P., Prof. Dr.; vom Brocke, K.; Omsels, H.; Hummel, H., 10719 Berlin; Titz, G., Rechtsanwälte, 04103 Leipzig
DE-Aktenzeichen 3786514
Vertragsstaaten DE, GB, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 01.10.1987
EP-Aktenzeichen 871143483
EP-Offenlegungsdatum 20.04.1988
EP date of grant 14.07.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.1994
IPC-Hauptklasse G05B 19/415
IPC-Nebenklasse G05B 19/41   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein Werkzeugträger- und -steuerungs- System, welches dafür eingerichtet ist, an einer beweglichen Vorrichtung wie dem Handgelenk eines Roboters befestigt zu werden und ein Werkzeug, welches durch die Vorrichtung getragen wird, so zu steuern, daß eine Kurve mit einer kreisförmigen oder nichtkreisförmigen Form interpoliert wird.

Beim Herstellen eines Körperteils eines Automobils oder von Teilen, die daran angebracht werden sollen, ist es nötig, eine Vielzahl von Löchern mit kreisförmiger, ovaler, rechteckiger und anderer Form zu bilden, um Maschinenschrauben, Bolzen und andere Instrumente durch diese Löcher einzuführen. Obwohl es eine gängige Praxis ist, diese Löcher mit Hilfe einer Lochstanze und dergleichen zu bilden, ist im Fall von dreidimensionalen Produkten wie einem Körperteil des Automobils das Setzen der Lochstanze nicht einfach und die Form und die Größe der Produkte sind weiterhin aufgrund von Modelländerungen und verschiedenen Arten von Motorfahrzeugen verschieden. Aus diesem Grund ist die Anwendung einer Lochstanze nicht einfach und daher ist die Verwendung eines Roboters zum Bilden dieser Löcher jetzt vorherrschend. Fig. 18 zeigt einen Roboter, welcher dafür eingerichtet ist, diese Löcher zu bilden. Dieser Roboter besitzt eine Reihe von Armen, wie die mit 1a und 1b bezeichneten, welche eine dementsprechende Anzahl von Freiheitsgraden besitzen. Ein Werkzeug 2 wird durch ein Handgelenk des Roboters getragen, welches an den letzten Arm anschließend vorgesehen ist. Das Werkzeug 2 kann eine Laserkanone, eine Plasmakanone, eine Wasserstrahlkanone und dergleichen sein und ein kleines Loch 4 wird dadurch durch ein Werkstück 3 mit einer dreidimensionalen Konfiguration entsprechend einem Bogeninterpolationsvorgang unter der Kontrolle eines Robotersteuerers gebildet, welcher mit einer hohen Geschwindigkeit arbeitet. Löcher mit einer Polygonform oder einer länglichen Kreisform und rechteckiger Form können ebenfalls erzeugt werden, indem lineare Interpolation, zirkulare Interpolation und dergleichen kombiniert werden.

Die Kurveninterpolation, welche durch den Roboter gesteuert wird, weist jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer geringen Arbeitsgeschwindigkeit und einer Zeitverzögerung auf, welche durch die folgende Gründe hervorgerufen werden.

(1) Die Umfangsgeschwindigkeit, welche für das Bilden dieser Löcher nötig ist und durch die Betriebseigenschaften des Werkzeugs bestimmt wird, ist wesentlich größer als die Steuergeschwindigkeit des Roboters.

(2) Der Durchmesser des zu bildenden Loches ist in einem Bereich von 4-20 mm und eine Bogeninterpolation ist daher äußerst schwierig.

(3) Im Fall einer Konstruktion, bei welcher das Werkzeug mit einer nicht zirkularen Kurveninterpolation bezüglich von zwei senkrecht zueinander stehenden Koordinatenachsen (wie X-Y-Tabellen) gesteuert wird, wird die Größe der Einheit groß, die Produktionskosten werden hoch und das Installieren von Kabeln, welche das Werkzeug und die Motoren betreiben, wird schwierig.

FR-A-2514912 offenbart einen computergestützten numerischen Steuerprozeß (CNC) zum Versetzen eines beweglichen Teils, welches ein Werkzeug oder ein Werkstück in einer Fräsmaschine, einer Drehbank und so weiter sein kann und auch irgendein bewegliches Teil in anderen Maschinen wie eine Roboterhand sein kann. Der Prozeß umfaßt das Aufstellen einer allgemeinen Gleichung für jede dieser Kategorien und das Speichern der aufgestellten allgemeinen Gleichungen in einer Speichereinheit für einen Computer, und Daten, welche notwendig sind, um jede der gespeicherten allgemeinen Gleichungen an einen entsprechenden charakteristischen Bereich in dem dreidimensionalen Koordinatensystem anzupassen, werden in den Computer eingegeben, um die allgemeinen Gleichungen auf ihre entsprechenden spezifischen Gleichungen zu reduzieren, in welchen nicht mehr als drei Koordinaten variabel sind. Daher betrifft FR-A-2514912 einen Prozeß zum Versetzen des beweglichen Teils entlang eines Wegs auf einer komplizierten Oberfläche in dem dreidimensionalen Koordinatensystem statt ein Verfahren zum Tragen und Steuern eines Werkzeugssystems.

Es ist die Ausgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeugträger- und -steuerungssystem zu schaffen, welches die oben beschriebenen Schwierigkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen beseitigen kann, und eine Kurveninterpolationssteuerung einer kreisförmigen oder nicht kreisförmigen Konfiguration kann unabhängig von einem beweglichen Gerät wie einem Roboter ausgeführt werden. Die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung kann durch das Werkzeugträger- und -steuerungssystem wie in Anspruch 1 beansprucht gelöst werden.

In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine Seitenansicht, welche eine grundsätzliche Konstruktion der Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Kurve zum Bestimmen von kreisförmigen Bewegungen der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 eine charakteristische Kurve, welche eine Beziehung zwischen dem Drehwinkel und dem Radius einer kreisförmigen Bewegung zeigt,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel des Steuerns der kreisförmigen Bewegung zeigt,

Fig. 5a und 5b Diagramme zum Erklären der Daten, die nötig sind, um eine Kurve im Fall des Bildens eines rechteckigen Lochs und eines länglichen Lochs (nichtkreisförmige Löcher) zu bilden,

Fig. 6 ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen den Rotationszentren einer Welle T&sub1; und einer Welle T&sub2; zum Zeitpunkt des Beginns eines Vorgangs zum Bilden eines nichtkreisförmigen Loches zeigt,

Fig. 7 und 8 Diagramme, welche dafür vorgesehen sind, die Koordinatenwerte und die Drehwinkel der Welle T&sub1; und der Welle T&sub2; zu erläutern, welche an einem beliebigen Punkt auf der längeren Seite des nichtkreisförmigen Wegs gezeigt ist,

Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel der Steuerung des Vorgangs des Bildens eines nichtkreisförmigen Lochs zeigt,

Fig. 10, 11 und 12 eine Schnittansicht, eine Vorderansicht und eine Rückansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche ein Beispiel einer Oldhamkupplung zeigt,

Fig. 14 und 15 eine Schnittansicht und eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 16 eine Vorderansicht, welche eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 17 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 18 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Bilden eines kleinen Lochs.

Bevor die Beschreibung der Ausführungsformen begonnen wird, wird eine allgemeine Anordnung und das Prinzip der Erfindung beschrieben. Das Werkzeugträger- und -steuersystem dieser Erfindung ist an einem Ende eines Handgelenks eines Roboters 6 befestigt, welcher eine Anzahl von Armen 7a und 7b und dementsprechend eine Anzahl von Freiheitsgraden wie in Fig. 1 gezeigt besitzt. Die Vorrichtung ergreift ein Werkzeug 8 und betreibt dasselbe unabhängig von dem Roboter 6. Das Werkzeug 8 ist von einer Art, welche keinen Kontakt mit einem Werkstück 9 besitzt, durch welches ein kleines Loch 10 mit einem vorbestimmten Durchmesser an einer vorbestimmten Stelle gebildet werden soll. Wenn das Werkstück 9 eine dreidimensionale Konfiguration hat, sind fünf Freiheitsgrade für den Roboter 6 nötig und weiterhin sind zwei Freiheitsgrade für die Kurveninterpolationsvorrichtung 5 notwendig, um eine kreisförmige Bewegung und einen Radiuseinstellvorgang zu bewirken.

In einem Fall, in dem das Werkstück 9 eine planare Anordnung besitzt, reicht ein mit drei Freiheitsgraden betreibbarer Roboter 6 aus und das gesamte System erfordert daher fünf Freiheitsgrade. Das Werkzeug, welches durch die Kurveninterpolationsvorrichtung getragen wird, kann eine YAG-Laserkanone, eine CO&sub2;-Gas-Laserkanone, eine Plasmakanone, eine Wasserstrahlkanone und dergleichen sein. Die Kurveninterpolationsvorrichtung 5 ist im wesentlichen von einer Art, in welcher Daten, welche sich auf die Werkzeugversetzungsgeschwindigkeit und einen Radius der kreisförmigen Bewegung oder eine Messung der längeren Seite einer nichtkreisförmigen Lochanordnung beziehen, numerisch gegeben werden und diese automatisch verändert werden können. Die Funktion des Bestimmens der Verschiebungsgeschwindigkeit und der Verschiebungskurve ist unabhängig von der Grundoperation des Roboters 6 gemacht und der Betrieb der Vorrichtung wird durch einen Steuerabschnitt (nicht gezeigte der Vorrichtung 5 gesteuert.

Das Prinzip des Interpolierens einer kreisförmigen Bahn wird nun mit Bezug auf die Fig. 2, 3 und 4 erläutert. Fig. 2 stellt eine Operationskurve im Fall des Bildens eines kreisförmigen Lochs daß und Fig. 3 stellt eine charakteristische Kurve dar, welche eine Beziehung zwischen dem Rotationswinkel und dem Radius einer zirkularen Bewegung zeigt, welche für das Bilden eines kreisförmigen Lochs nötig sind.

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 11 eine Welle T&sub2;, welche eine Operationswelle darstellt, welche das Werkzeug 8 hält und um einen Punkt 14 gedreht wird. Die Ziffer 12 bezeichnet eine Rotationskurve einer Welle T&sub1;, welche eine Drehwelle darstellt, die die Welle T&sub2; 11 um ihr Rotationszentrum dreht. Der Abstand zwischen dem Rotationszentrum 13 der Welle T&sub1; und dem Rotationszentrum 14 der Welle T&sub2; ist so gewählt, daß er gleich einem Maximalwert des Radius y ist, welcher durch die Daten der Vorrichtung bestimmt ist, und die Welle T&sub2; 11, welche das Werkzeug hält, ist von ihrem Rotationszentrum 14 um den Radius y entfernt. Man beachte, daß dann&sub1; wenn die Welle T&sub2; 11 um den Punkt 13 gedreht wird, das Zentrum 14 ebenfalls um den Punkt 13 gedreht wird. Dementsprechend stellt der Abstand R(O) zwischen der Welle T&sub2; 11 und dem Rotationszentrum 13 der Welle T&sub1; eine Information dar, welche sich auf den Radius der kreisförmigen Bewegung des Werkzeuges (welcher dem Radius des zu bildenden kleinen Loches entspricht) bezieht und zu einem Kontrollabschnitt (nicht gezeigt) der Kurveninterpolationsvorrichtung gegeben wird. Der Wert von R(O) kann aus dem Drehwinkel e der Welle T&sub2; 11 gemäß der folgenden Gleichung (1) bestimmt werden.

Dementsprechend kann der Drehwinkel 6 der Welle T&sub2; umgekehrt aus der folgenden Gleichung (2) bestimmt werden.

Andererseits wird eine weitere Information, welche an die Interpolationsvorrichtung 5 gegeben werden muß, nämlich eine Umfangsgeschwindigkeit v (mm/s) des Werkzeugs, durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) in eine Drehgeschwindigkeit ω&sub1; eines Motors, welcher die Welle T&sub1; (über ein Zahnrad mit einer Zahnzahl i&sub1;) antreibt, und eine Drehgeschwindigkeit ω&sub2; eines Motors, welcher die Welle T&sub2; (über ein Zahnrad mit einer Zahnzahl i&sub2;) antreibt, umgewandelt.

ω&sub1; = v/2n·R(R) xi&sub1; . . . (3)

ω&sub2; = ω&sub1; i&sub2;/i&sub1; . . . (4)

Aus der oben beschriebenen Beziehung kann die kreisförmige Bewegung des Werkzeugs gemäß einem Flußdiagramm, das in Fig. 4 gezeigt ist, gesteuert werden. Bei der Steuerung werden Daten, welche sich auf den Radius R(R) der kreisförmigen Bewegung und die Umfangsgeschwindigkeit v derselben Bewegung beziehen, durch die Schritte 20 und 21 eingegeben. Die Daten, welche sich auf den Radius R(R) beziehen, werden mit Hilfe von Gleichung (2) in einen Drehwinkel R der Welle T&sub2; umgewandelt, welche das Werkzeug trägt, und die Welle T&sub2; wird auf die Winkelposition in dem Schritt 22 gesetzt. Andererseits werden die Daten, welche sich auf die Umfangsgeschwindigkeit der Werkzeugbewegung beziehen, im Schritt 23 in die Rotationsgeschwindigkeit ω&sub1; des die Welle T&sub1; antreibenden Motors auf der Grundlage von Gleichung (3) umgewandelt und in dem Schritt 24 wird die Drehgeschwindigkeit ω&sub1; in die Drehgeschwindigkeit ω&sub2; des die Welle T&sub2; antreibenden Motors auf der Grundlage von Gleichung (4) umgewandelt. Als Folge davon werden diese Motoren gleichzeitig mit Rotationsgeschwindigkeiten ω&sub1; und ω&sub2; betrieben und das Werkzeug wird dadurch um 360º oder mehr derart gedreht, daß ein kleines Loch durch das Werkstück (in Schritt 25) gebildet wird. Nach dem Bilden des kleinen Lochs versetzt der Roboter das Werkzeug in Schritt 26 zu einer vorbestimmten Stelle, wo gewünscht wird, daß ein weiteres kleines Loch gebildet wird. Die Daten, welche sich auf das weitere kleine Loch beziehen, werden dem Steuerabschnitt der Interpolationsvorrichtung eingegeben und die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt, um das nachfolgende kleine Loch zu bilden. Infolgedessen kann die kreisförmige Bewegung des Werkzeugs glatt mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt werden und daher kann ein kleines Loch mit verschiedenen Durchmessern genau und unabhängig von der Art des Werkzeugs gebohrt werden.

Ein weiterer Fall des Bohrens eines kleinen Lochs mit einer nichtkreisförmigen Konfigurationen, wie einer rechteckigen oder länglichen Form, wird nun beschrieben. Da die Größe des kleinen Lochs sich mit der Richtung ändert, wird nicht nur das Rotationszentrum der Welle T&sub1; in den Ursprung des Koordinatensystems wie im Fall eines kreisförmigen Lochs gebracht, sondern es muß auch ein Startpunkt S der Kurvenbewegung wie in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt durch Betätigen der Wellen T&sub1; und T&sub2; gelehrt und gelernt werden. Das heißt, daß das Rotationszentrum der Welle T&sub1; in Übereinstimmung mit dem Zentrum der nichtkreisförmigen Kurvenbewegung gebracht wird und numerische Daten, welche sich auf eine längere Seite A (mm) und eine Umfangsgeschwindigkeit v (mm/s) beziehen, werden eingegeben.

Die Kurvenbildungssteuerung wird nun genauer beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt wird das Rotationszentrum der Welle T&sub1; als Ursprung C gewählt und eine Linie, welchen den Ursprung C und den Startpunkt S verbindet, wird als die Y-Achse definiert und eine Linie, welche durch den Ursprung C läuft und sich orthogonal zu der Y-Achse erstreckt, wird als die X-Achse definiert. Es wird angenommen, daß die Kurve, welche bei dem Punkt S beginnt, parallel zu der X-Achse gerichtet ist und die Drehwinkel der Welle T&sub1; und der Welle T&sub2; durch R&sub1; bzw. R&sub2; bezeichnet werden. Dann werden die Koordinatenwerte X und Y der Spitze des Werkzeugs 8 wie folgt ausgedrückt:

X = γcosR&sub1; + γcosR&sub2; . . . (5)

Y = γsinR&sub1; + γsinR&sub2; . . . (6)

Anderseits wurde der Startpunkt S gelehrt und daher kann eine Seite B der Kurve wie folgt auf der Grundlage des Drehwinkels R&sub0;&sub2; der Welle T&sub2; zu dem Zeitpunkt berechnet werden, zu dem die Spitze an dem Startpunkt S gehalten wird.

Durch die Verwendung der Länge der Seiten A und B kann eine rechteckige oder längliche Konfiguration der Kurve bestimmt werden.

Hier wird, weil eine Koordinatenberechnung der Spitzenposition während jedes Zeitintervalls (s) der Steueruhr unter Verwendung der Anfangsgeschwindigkeit v (mm/s) weit bekannt war, eine solche Berechnung- weggelassen und nur die sich ergebenden Koordinatenwerte X&sub1; und Y&sub1; werden wie folgt angegeben.

X&sub1; = γcosR&sub1; + γcosR&sub2; . . . (8)

Y&sub1; = γsinR&sub1; + γsinR&sub2; . . . (9)

Aus den Gleichungen (8) und (9),

X&sub1;-γcosR&sub1; = γcosR&sub2; . . . (10)

YWgsinV = gsinV . . . (11)

X&sub1;cosR&sub1; + Y&sub1;sinR&sub1; = (X&sub1;² + Y&sub1;²)/2γ . . . (12)

Mit der Annahme, daß

J = (X&sub1;² + Y&sub1;²)/2γ

X&sub1; = McosR&sub0;

Y&sub1; = MsinR&sub0;

und durch Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (12) erhält man

Mcos (R&sub0;-R&sub1;) = J

cos(R&sub0;-R&sub1;) = J/M . . . (13)

Wenn ω wie in Fig. 7 gezeigt definiert ist, cos(ω) = J/M und sin(ω) = N/M, und

ω =R&sub0;-R&sub1;

und daher sind tan(ω) = N/J und tan (R&sup0;) = Y&sub1;/X&sub1;. Dementsprechend ist

TanR&sub1; =tan(R&sub0;-ω)

= tanVWtanw/1+tanVtanwa

ϒ&sub1; -Ξ&sub1;N/Ξ&sub1; + ϒ&sub1;N

uνδ

R&sub1; = tan&supmin;¹ Y&sub1;J-X&sub1;N/X&sub1;J + Y&sub1;N . . . (14)

Durch Einsetzen von (14) in die Gleichungen (10) und (11) ist

cosR&sub2; = (X&sub1;-γcosR&sub1;)/γ

AsinV = (YWgsinV)/g

daher ist

tanRT2 = Y&sub1;-γsinR&sub1;/X&sub1;-γcosR&sub1;

R&sub2; = tan&supmin;¹ Y&sub1;-γsinR&sub1;/X&sub1;-γcosR&sub1; . . . (15)

Mit der Annahme, daß die Drehwinkel der Wellen T&sub1; und T&sub2;, welche notwendig sind, um das Werkzeug von der Startposition S zu einer Position X&sub1; und Y&sub1; zu verschieben, mit R&sub1;&sub1; und R&sub2;&sub2; bezeichnet sind, können diese Werte wie folgt ausgedrückt werden.

R&sub1;&sub1; = R&sub1;-R&sub0;&sub1; . . . (16)

R&sub2;&sub2; = R&sub2; + 180º-R&sub1; . . . (17)

wobei R&sub0;&sub1; = 180º-1/2 R&sub0;&sub2;.

Der Kurvenbildungsvorgang für ein rechteckiges oder länglies Loch wird gemäß dem Flußdiagram, das in Fig. 9 gezeigt ist, ausgeführt.

In einem Schritt 91 werden Daten, welche sich auf die Seite A (mm) und die Umfangsgeschwindigkeit v (mm/s) des Werkzeugs 8 beziehen, eingegeben, während in dem Schritt 92 die Größe der Seite B (mm) durch Gleichung (7) berechnet wird. In Schritt 93 werden die Koordinatenwerte, welche das rechteckige oder längliche Loch definieren, gemäß den Gleichungen (8) und (9) berechnet und in dem Schritt 94 werden die Drehwinkel R&sub1;&sub1; und R&sub2;&sub2; der Welle T&sub1; und der Welle T&sub2; entsprechend den Gleichungen (14) und (15) berechnet. Der vorangehend beschriebene Vorgang des Berechnens von Koordinatenwerten und der Vorgang des Berechnens von Drehwinkeln in den Schritten 93 und 94 werden wiederholt, bis eine Vervollständigung einer Kurve mit einer gewünschten nichtkreisförmigen Konfiguration in Schritt 95 entschieden wird, und es wird nach dem Vollenden des Kurvenbildungsvorgangs der Roboter zu einer anderen Position verschoben, um für einen nachfolgenden Lochbildungsvorgang vorbereitet zu werden.

Daher ist offensichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn die Daten, wie die Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs und der Radius oder die Länge einer längeren Seite der Bahn, zusammen mit dem Startpunkt eingegeben werden, das Werkzeug unabhängig von der Bewegung des Roboters so gesteuert werden kann, daß ein Loch mit einer kreisförmigen oder nichtkreisförmigen Konfiguration durch ein Werkstück gebildet werden kann.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 10 bis 17 beschrieben.

In einer ersten Ausführungsform, welche in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigt ist, sind Motoren 31 und 32 zum Drehen der Welle T&sub1; und der Welle T&sub2; parallel zueinander auf einem rückwärtigen Teil eines Gehäuses 30 vorgesehen. Der Motor 31 dreht eine Welle T&sub1; 36 mit einer hohlen Konstruktion über ein Zahnrad 35, während der Motor 32 eine hohle Welle 34, welche als ein Teil eines Antriebssystems für die Welle T&sub2; wirkt, über ein Zahnrad 33 antreibt. Die Hohlwellen 34 und 36 werden drehbar durch eine Vielzahl von Lagern 37 so gestützt, daß sich die Welle 34 durch die Hohlwelle T&sub1; 36 in koaxialer Weise erstreckt. Eine exzentrische Kupplung 39 ist in dem Antriebssystem für die Welle T&sub2; vorgesehen, so daß die Kupplung 39 ein vorderes Wellenteil drehbar unterstützt, welches exzentrisch als die Welle T&sub2; betrieben werden kann. Ein Werkzeug, z. B. eine Laserkanone, wird durch das Wellenteil mit ebenfalls hohler Konstruktion getragen und Kabel 38, wie optische Fasern, welche Energie zu dem Werkzeug 8 übertragen, sind durch das Wellenteil und die Hohlwelle 34 geführt, um mit einer Energiequelle verbunden zu werden. Die exzentrische Kupplung 39 kann eine Oldham-Kupplung mit einem durchgängigen Loch 40 in der Mitte sein. Die vorangehend genannten Kabel erstrecken sich durch das zentrale Loch 40 in die hohle Welle 34. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet einen Flansch, welcher die Kurveninterpolationsvorrichtung an dem Handgelenk des Roboters, der in Fig. 1 gezeigt ist, sichert. Die Kurveninterpolationsvorrichtung mit der oben beschriebenen Konstruktion steuert das Werkzeug 8 gemäß dem Prinzip&sub1; das in den Fig. 2 und 6 gezeigt ist.

Die Fig. 14 und 15 sind eine Schnittansicht und eine Vorderansicht, welche eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In diesen Zeichnungen sind Teile, ,welche ähnlich den in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigten sind, mit ähnlichen Bezugziffern bezeichnet.

Ein die Welle T&sub1; antreibender Motor 31 und ein die Welle T&sub2; antreibender Motor 32 sind an einem rückwärtigen Endabschnitt eines Kastens 30 befestigt. Eine hohle Welle 34, welche mit dem Motor 32, der die Welle T&sub2; antreibt, gekoppelt ist, erstreckt sich durch eine hohle Welle 36, welche mit dem die Welle T&sub1; antreibenden Motor 31 gekoppelt ist. Ein Zahnrad 42 ist mit dem vorderen Ende der Welle 34 in Eingriff gebracht und ein Arm 43 ist durch Bolzen an dem Zahnrad 42 gesichert. An einem Ende des Arms 43 wird ein Werkzeug 8 über ein Lager 44 getragen. Dementsprechend rotiert dann, wenn der die Welle T&sub2; antreibende Motor 33 angeregt wird, die Welle 34 den Arm 43 über das Zahnrad 42 und daher wird das Werkzeug 8 um einen Winkel 6 um das Rotationszentrum 14 der Welle T&sub2; (in diesem Fall die Zentrallinie des Zahnrads 42) gedreht. Durch diese Rotation wird das Werkzeug 8 an einer Stelle gehalten, welche von dem Rotationszentrum 13 der Welle T&sub1; um einen Abstand R(R) entfernt ist, welcher dem Radius eines kleinen Lochs, das gebohrt werden soll, entspricht. Daher dreht dann, wenn der die Welle T&sub1; antreibende Motor 31 arbeitet, die dadurch angetriebene Welle 36 die Zentrallinie des Zahnrads 42 um die Zentrallinie der hohlen Welle 36 und das kleine Loch wird durch ein Werkstück (nicht gezeigt) gebohrt. Ein kleines Loch mit einer rechteckigen oder ovalen Form kann in ähnlicher Weise wie oben beschrieben gebildet werden.

Fig. 16 stellt eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung dar. In diesem Fall ist ein exzentrischer Nocken 45 an einem Ende der Welle befestigt, welche mit dem Motor gekoppelt ist, der die Welle T&sub2; antreibt. Die Funktion des Nockens 45 entspricht der des Zahnrads 42 in der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 15 gezeigt ist. Wenn der die Welle T&sub2; antreibende Motor betrieben wird, wird der Nocken 45 um das Rotationszentrum 13 der Welle T&sub1; rotiert. Ein Hebel 47, der um ein Scharnier 49 schwingen kann, wird durch eine Zugfeder 46 auf die äußere Oberfläche des exzentrischen Nockens 45 herabgedrückt. Ein Bauteil 48, welches das Werkzeug 8 hält, ist an dem Hebel 47 befestigt. Im Betrieb wird das Bauteil 48 um den Punkt 49 entsprechend dem Drehwinkel das exzentrischen Nockens 45 geschwungen, so daß der Rotationsradius des Werkzeugs 8 gleich dem Radius eines kleinen Lochs, das gebohrt werden soll, gemacht wird und ein kreisförmiges Loch durch das Werkstück (nicht gezeigt) wird dadurch gebildet. Es ist offensichtlich, daß ein kleines Loch mit einer rechteckigen oder ovalen Form ebenfalls in einer ähnlichen Weise gebildet werden kann.

Fig. 17 stellt eine vierte Ausführungsform der Erfindung dar, deren Konstruktion wesentlich einfacher als die der anderen Ausführungsformen ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine Klammer 50 an dem Handgelenk des Roboters befestigt und ein das Werkzeug drehender Motor 51 ist an der Klammer 50 befestigt. Ein sich seitlich erstreckendes Gehäuse 52 wird durch die sich drehende Welle des das Werkzeug drehenden Motors 51 getragen. Innerhalb des Gehäuses 52 ist eine Vorschubspindel 53 vorgesehen, welche durch einen Radiuseinstellmotor 55 gedreht wird. Ein Werkzeughalteteil 54, welches ein Werkzeug 8 hält- steht in einer Schraubverbindung mit der Vorschubspindel 53 und beim Drehen des Radiuseinstellmotors 55 wird der Radius der Werkzeugrotation eingestellt. Dementsprechend kann dann, wenn der das Werkzeug drehende Motor 51 dann betrieben wird, ein kleines Loch mit einem solchermaßen eingestellten Radius durch das nicht dargestellte Werkstück gebohrt werden. Es ist offensichtlich, daß ein Loch mit einer rechteckigen oder ovalen Form ebenfalls durch die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform gebohrt werden kann. Bei dieser Ausführungsform behindern jedoch die Leitungen 38 zum Zuführen von Energie zu dem Werkzeug 8 den Arm 7b des Roboters oder die Klammer 50 und daher kann eine Rotation des Werkzeugs 8 von mehr als 360º kaum erreicht werden, ungeachtet des vorteilhaften Merkmals, daß der Radius des Lochs durch eine einfache Mechanik wie oben beschrieben eingestellt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, weil das Betätigen des Werkzeugs zum Bilden eines kleinen Lochs durch verschiedene Formen wie Kreis, Rechteck oder Oval gesteuert werden kann, indem einfach die Daten, die sich auf die Umfangsgeschwindigkeit der Werkzeugversetzung und den Radius und die längere Seite-der zu folgenden Kurve beziehen, aufgegeben werden, ein kleines Loch mit einer kreisförmigen, rechteckigen oder ovalen Form genau an einer genauen Position unabhängig von der Größe und der Form des kleinen Lochs und der Art des Werkzeugs gebohrt werden, welches für das Bohren des Lochs verwendet wird.


Anspruch[de]

1. Werkzeugträger- und -steuerungssystem, welches eine bewegliche Anordnung mit einem Handgelenk, deren Bewegung so steuerbar ist, daß das Handgelenk an einem gewünschten Ort positioniert wird, und eine Kurveninterpolationsvorrichtung (5) umfaßt, die das Werkzeug (8) trägt, wobei die Kurveninterpolationsvorrichtung (5) mit einem Ende des Handgelenks verbunden ist und eine Steuereinheit zum Steuern des Werkzeugs (8) derart enthält, daß es sich entlang eines Weges bewegt, der von der Kurveninterpolationsvorrichtung (5) unter Verwendung von zirkularer oder nicht zirkularer Interpolation auf der Basis von zugeführten Positionsdaten eines oder mehrerer Punkte auf dem gewünschten Werkzeugweg berechnet wird, wobei die Kurvenberechnung und die Steuerung der Bewegung des Werkzeugs (8) unabhängig von der Steuerung der Position des Handgelenks durch die bewegliche Anordnung sind.

2. Werkzeugträger- und -steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Kurveninterpolationsvorrichtung (5) einen Operationsschaft (11) zum Tragen des Werkzeugs (8) und einen rotierenden Schaft (12) zum Rotieren des Operationsschafts (11) umfaßt, wobei das Rotationszentrum (14) des Operationsschafts (11) an einer Stelle vorgesehen ist, die von dem Rotationszentrum (13) des rotierenden Schafts (12) um einen vorbestimmten Abstand versetzt ist und der Operationsschaft (11) so rotiert wird, daß der Abstand zwischen dem Werkzeug (8) und dem Rotationszentrum (13) des rotierenden Schafts (12) gleich dem Radius der zirkularen Bewegung des Werkzeugs (8) gemacht wird.

3. Werkzeugträger- und -steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Operationsschaft (11) und der rotierende Schaft (12) durch numerische Daten, die sich auf den Radius eines Kreises oder eine längere oder eine kürzere Seite einer nichtzirkularen Konfigurationen bezüglich eines Ursprungs eines Koordinatensystems an dem Zentrum (13) des rotierenden Schafts (12) beziehen, derart gesteuert werden, daß die Spitze des Werkzeugs (8) einer gewünschten Kurve folgt.

4. Werkzeugträger- und -steuerungssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ein Antriebssystem (34) für den Operationsschaft (11) und ein Antriebssystem (36) für den rotierenden Schaft (12) konzentrisch vorgesehen sind, eine exzentrische Kupplung (39) bei dem Antriebssystem für den Operationsschaft (11) vorgesehen ist und Kabel (38) zum Zuführen von Energie zu dem Werkzeug (8) durch die exzentrische Kupplung (39) laufen.







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