CZ33606U1 - Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem - Google Patents

Description

Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro manipulaci těžkým břemenem silou menší, než je tíha břemene pro přesun břemene do požadované polohy při výrobních nebo montážních operacích.

Dosavadní stav techniky

Pro manipulaci s těžkými břemeny, např. na výrobních nebo montážních linkách je člověk nebo manipulátor, či roboty pro spolupráci s lidmi, které lidi neohrožují a nemohou jim svojí malou silou způsobit zranění, dále označované jako MRK kooperující roboty (Mensch-RoboterKooperation), a vyvozující pouze takovou malou sílu v jejich pracovním prostoru, která neohrozí bezpečný pohyb lidí v tomto prostoru. MRK kooperující roboty však mají malou únosnost a nedokáží manipulovat s těžkými břemeny.

Člověk nebo tyto MRK kooperující roboty jsou proto nahrazovány průmyslovými roboty s dostatečnou silou pro manipulaci s těžkými břemeny. Značnou nevýhodou použití těchto průmyslových robotů je však poměrně velké nebezpečí při jejich poruše pro lidi pohybující se v jejich manipulačním prostoru, kdy dochází k jejich vážným lidským úrazům.

Cílem tohoto technického řešení zařízení pro manipulaci těžkými předměty člověkem nebo MRK kooperující robotem, jejichž ovládací síla sama o sobě není dostatečná pro manipulaci s těžkým břemenem, přičemž touto manipulací se sníží riziko ohrožení člověka v pracovním prostoru.

Podstata technického řešení

Podstata zařízení pro manipulaci těžkým břemenem silou menší, než je tíha břemene pro přesun břemene do požadované polohy při výrobních nebo montážních operacích, spočívá v tom, že obsahuje nosný přípravek spojený pohyblivě s rámem, přičemž nosný přípravek je spojen s břemenem a opatřen úchyty pro uchopení člověkem nebo stacionárním kooperujícím robotem nebo mobilním kooperujícím robotem. Nosný přípravek je zavěšen lanem na závěsu jeřábové dráhy nebo je opatřen pojezdem, který je ve styku s rámem prostřednictvím koleček nebo je opatřen pasivním manipulátorem dosedajícím na rám nebo zavěšeným na rámu.

Závěs jeřábové dráhy je součástí jeřábové kočky pohybující se prostřednictvím jeřábových koleček po jeřábové dráze nebo součástí podvěsu zavěšeného na jeřábových kolečkách pohybujících se po jeřábové dráze nebo součástí pojezdu závěsného vedení pojíždějícího přímo po rámu.

Pasivní manipulátor se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou sestává z ramen a rotačních kloubů nebo posuvných vedení, přičemž ramena jsou připojena upevněními na rám, ke stacionárnímu nebo mobilnímu kooperujícímu robotu a k těžkému břemeni.

Pasivní sériový manipulátor se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou je tvořen rameny opatřenými rotačními klouby nebo posuvnými vedeními a připojenými upevněními na rám, ke stacionárnímu nebo mobilnímu kooperujícímu robotu a k břemeni, přičemž v rotačních kloubech nebo posuvných vedeních jsou uspořádány pohony nebo mezi ramenem a upevněním na rámu nebo mezi oběma rameny nebo mezi upevněními na rámu a stacionárním nebo mobilním kooperujícím robotem je uspořádána alespoň jedna pružina nebo alespoň jedno z ramen je spojeno lanem, vedeným přes kladku uspořádanou na rámu, s protizávažím nebo alespoň jedno z ramen je spojeno lanem, vedeným přes kladku uspořádanou na rámu, s pružinou uchycenou

- 1 CZ 33606 U1 krámu. Rotační klouby nebo posuvná vedení pasivního manipulátoru se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou jsou opatřena pružinami.

Objasnění výkresů

Na přiložených obrázcích jsou schematicky znázorněny možnosti manipulace s těžkým břemenem podle technického řešení prostřednictvím vloženého přípravku, kde obr. 1 až obr. 17 znázorňují jednotlivá alternativní provedení zařízení pro manipulaci těžkým břemenem, popsaná v popisu příkladů provedení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obrázku 1 je znázorněno řešení manipulace těžkými břemeny lidmi. Člověk 20 stojící na rámu 10 manipuluje těžkým břemenem j. tak, že užije nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace těžkým břemenem j_. Nosný přípravek 2 slouží pro jeho uchycení na jedné straně člověkem a na druhé straně pro jeho uchycení k těžkému břemeni i a k jeho spojení s rámem 10 pro docílení přenesení části tíhy břemene 1 do rámu 10. Sníží se tím značně potřebné aktivní síly potřebné pro manipulaci s těžkým břemenem j_, a tak je umožněna manipulace břemene 1 člověkem.

Spojení nosného přípravku 2 s rámem 10 pro docílení přenesení části tíhy břemene 1 do rámu 10 je znázorněno na některých dalších obrázcích.

Na obrázku 2 je znázorněn způsob manipulace stacionárním MRK kooperujícím robotem 3 upevněnými na rámu 10. a spojeným s nosným přípravkem 2, ke kterému je uchyceno břemeno

1. Nejdříve je těžké břemeno 1 připevněno na nosný přípravek 2, např. prostřednictvím průmyslového robota mimo manipulační prostor. Pak se stacionární MRK kooperující robot 3 spojí s nosným přípravkem 2 a svými silami a/nebo signály ovládá pohyb nosného přípravku 2 s těžkým břemenem 1 do cílové polohy, případně do potřebné montážní polohy nebo jiné polohy v rámci výrobní operace. Protože nosný přípravek 2 snižuje aktivní síly potřebné pro manipulaci s těžkým břemenem tak stacionární MRK kooperující robot 3 je schopen vyvinout a provést požadovanou manipulaci s těžkým břemenem j_. Díky tomu, že stacionární MRK kooperující robot je schopen vyvinout jen malou sílu, a tedy nehrozí zranění lidí v jeho pracovním prostoru, mohou v jeho pracovním prostoru pracovat lidé bez nebezpečí zranění MRK kooperujícím robotem 3.

Na obrázku 3 je znázorněn obdobný způsob manipulace s těžkým břemenem, ale místo stacionárního MRK kooperujícího robotu 3 je užit mobilní MRK kooperující robot 4, pohyblivý po rámu 10.

Na obrázku 4, vycházejícího z obr. 2, je znázorněn příklad realizace způsobu manipulace stacionárním MRK kooperujícím robotem 3 upevněným na rámu 10. Těžké břemeno 1 je nejdříve mimo pracovní prostor stacionárního MRK kooperujícího robota 3 připevněno na nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny. V daném případě je nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny připevněn lanem 8 k závěsu 9, například jeřábové dráze. Následně je nosný přípravek 2 spolu s těžkým břemenem j. přemístěn na okraj pracovního prostoru stacionárního MRK kooperujícího robota 3. Stacionární MRK kooperující robot 3 uchopí svým ramenem nosný přípravek 2 a malou silou je schopen přemísťovat těžké břemeno 1 ve svém pracovním prostoru do žádané polohy. To je možné díky tomu, že tíha těžkého břemena 1 je nesena zavěšením nosného přípravku 2 přes lano 8 na závěsu 9 jeřábové dráhy. Stacionární MRK kooperující robot také může dálkově ovládat sílu působící na lano 8 nebo na závěs 9 jeřábové dráhy. Po přemístění těžkého břemene 1 do žádané polohy provede stacionární MRK

-2CZ 33606 U1 kooperující robot 3 s těžkým břemenem j. stále pomocí nosného přípravku 2 potřebnou manipulaci, například propojení nebo připevnění dvou částí při montáži.

Na obrázku 5 je znázorněn jiný příklad realizace způsobu manipulace s těžkým břemenem, v tomto případě mobilním MRK kooperujícím robotem 4 upevněným pohyblivě na rámu 10. Těžké břemeno 1 je nejdříve mimo pracovní prostor mobilního MRK kooperujícího robota 4 připevněno na nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny. V daném případě je nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny pohyblivě uložen na rámu 10 prostřednictvím pojezdu 6 na kolečkách 16. Následně je nosný přípravek 2 spolu s těžkým břemenem ]_ přemístěn na okraj pracovního prostoru mobilního MRK kooperujícího robota 4. Mobilní MRK kooperující robot 4 uchopí svým ramenem nosný přípravek 2 a malou silou je schopen přemísťovat těžké břemeno 1 ve svém pracovním prostoru do žádané polohy. To je možné díky tomu, že tíha těžkého břemena 1 je nesena pojezdem 6 nosného přípravku 2. Mobilní MRK kooperující robot 4 také může dálkově ovládat sílu působí v pojezdu 6. Po přemístění těžkého břemene 1 do žádané polohy provede mobilní MRK kooperující robot 4 s těžkým břemenem stále pomocí nosného přípravku 2 potřebnou manipulaci, například propojení nebo připevnění dvou částí při montáži.

Na obrázku 6 je znázorněn jiný příklad realizace způsobu manipulace mobilním MRK kooperujícím robotem 4 upevněným pohyblivě na rámu 10. Těžké břemeno 1 je nejdříve mimo pracovní prostor mobilního MRK kooperujícího robota 4 připevněno na nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny. V daném případě je nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny opatřen pasivním manipulátorem 7 dosedajícím na rám 10. Pasivní manipulátor znamená, že v jeho kloubech nepůsobí žádné pohony a obvykle je vybaven mechanismy pro vyvážení tíhy neseného břemene a vlastní tíhy. Následně je nosný přípravek 2 spolu s těžkým břemenem j_ přemístěn na okraj pracovního prostoru mobilního MRK kooperujícího robota 4. Mobilní MRK kooperující robot 4 uchopí svým ramenem nosný přípravek 2 a malou silou je schopen přemísťovat těžké břemeno 1 ve svém pracovním prostoru do žádané polohy. To je možné díky tomu, že tíha těžkého břemena 1 je nesena pasivním manipulátorem 7 nosného přípravku 2. Mobilní MRK kooperující robot 4 také může dálkově ovládat malé síly působící v kloubech pasivního manipulátoru 7. Po přemístění těžkého břemene 1 do žádané polohy provede mobilní MRK kooperující robot 4 s těžkým břemenem stále pomocí nosného přípravku 2 potřebnou manipulaci, například propojení nebo připevnění dvou při montáži.

Na obrázku 7 je znázorněn obdobný příklad realizace způsobu manipulace mobilním MRK kooperujícím robotem 4 upevněným pohyblivě na rámu 10 jako na obrázku 6. V daném případě je nosný přípravek 2 pro usnadnění manipulace s těžkými břemeny opatřen pasivním manipulátorem 7 zavěšeným na rámu 10.

Na obrázku 8 je znázorněn příklad zavěšení nosného přípravku 2 z obr. 4 formou závěsu 9 spojeného s lanem 8, které je spojeno s nosným přípravkem 2. Závěs 9 je součástí jeřábové kočky 12 pohybující se prostřednictvím jeřábových koleček 13 po jeřábové dráze 11. Pojezd jeřábové kočky 12 může být pasivní nebo posílen pohonem, který je slabý a jištěný, aby neohrozil lidi v pracovním prostoru stacionárního MRK kooperujícího robotu 3. Pohon může být v jeřábových kolečkách 13 nebo působit přímo na jeřábovou kočku 12. Jeřábová dráha 11 může být i větvená, aby se závěs 9 mohl v pracovním prostoru pohybovat po různých drahách.

Na obrázku 9 je znázorněn další příklad zavěšení nosného přípravku 2 z obr. 4 formou závěsu 9 spojeného s lanem 8, které je spojeno s nosným přípravkem 2. Závěs 9 je součástí podvěsu 14 zavěšeného na jeřábových kolečkách 13 pohybujících se po jeřábové dráze 11. Pojezd podvěsu 14 může být pasivní nebo posílen pohonem, který je slabý a jištěný, aby neohrozil lidi v pracovním prostoru stacionárního MRK kooperujícího robotu 3. Pohon může být v jeřábových kolečkách 13 nebo působit přímo na podvěs 14. Jeřábová dráha 11 může být i větvená, aby závěs 9 se v pracovním prostoru mohl pohybovat po různých drahách.

-3 CZ 33606 U1

Na obrázku 10 je znázorněn další příklad zavěšení nosného přípravku 2 z obr. 4 formou závěsu 9 spojeného s lanem 8, které je spojeno s nosným přípravkem 2. Závěs 9 je součástí pojezdu závěsného vedení 15 pojíždějícího přímo po rámu 10. Závěsné vedení 15 je krámu připevněno buď lineárním vedením válečkovým, kuličkovým, kluzným nebo podtlakem nebo magnetickou silou. Závěsné vedení 15 může být pasivní nebo posíleno pohonem, který je slabý a jištěný, aby neohrozil lidi v pracovním prostoru stacionárního MRK kooperujícího robotu 3. Pohon může být v závěsném vedení 15. Opět lineární vedení může být i větvené, aby závěs 9 se v pracovním prostoru mohl pohybovat po různých drahách.

Na obrázku lije znázorněn příklad pohybu nosného přípravku 2 z obr. 5 formou prostřednictvím pojezdu 6 na kolečkách 16. Je zde znázorněno několik variant řešení podvozků pojezdu 6. Podvozek může být opatřen jedním, dvěma, třemi, čtyřmi, šesti nebo více kolečky 16. Kolečka 16 mohou být pevná, natáčivá samostatně, natáčivá souběžně s Ackermannovým úhlem pasivně nebo řízené. Kolečka 16 mohou být více směrná kolečka pohyblivá ve více směrech. Kolečka 16 mohou být pasivní nebo posílena pohonem, který je slabý a jištěný, aby neohrozil lidi v pracovním prostoru mobilního MRK kooperujícího robota 3.

Na obrázku 12 je znázorněn příklad konkrétního řešení nosného přípravku 2 z obr. 7 formou pasivního manipulátoru 7 zavěšeného na rámu 10. Jedná se o pasivní sériový manipulátor 7 skládajícího se z ramen 17 a rotačních kloubů 18 (mohou jimi být i posuvná vedení 5 na obr. 17), a připojený upevněními 19 na rám 10, k MRK kooperujícímu robotu 3 nebo 4 a k těžkému břemeni 1. V rotačních kloubech 18 jsou zkrutné (torzní) pružiny (nebo v posuvných vedeních 5 na obr. 17 pružiny mezi posouvajícími se rameny) jako mechanismy pro vyvážení tíhy neseného břemene 1 a vlastní tíhy. V rotačních kloubech 18 (nebo posuvných vedeních 5) mohou také působit pohony, které jsou slabé a jištěné, aby neohrozily lidi v pracovním prostoru MRK kooperujícího robotu 3 nebo 4. Sériový manipulátor 7 se také nazývá manipulátor se sériovou kinematickou strukturou.

Na obrázku 13 je znázorněn příklad konkrétního řešení nosného přípravku 2 z obr. 6 formou pasivního manipulátoru 7 dosedajícího na rám 10. Jedná se o pasivní manipulátor 7 s paralelní kinematickou strukturou skládajícího se z ramen 17 a rotačních kloubů 18 (mohou jimi být i posuvná vedení 5), a připojený upevněními 19 na rám 10, k MRK kooperujícímu robotu 3 nebo 4 a k těžkému břemeni J_. Paralelní kinematická struktura znamená, že jedna část pasivního manipulátoru 7, nazývaná platforma a zde tvořená ramenem 17 je nesena dvěma paralelními řetězci skládajícími se z ramen 17 spojených rotačními klouby 18 od upevnění 19 na rámu 10 a od upevnění 19 na MRK kooperujícím robotu 3 nebo 4. V rotačních kloubech 18 jsou zkrutné pružiny (nebo v posuvných vedeních 5 na obr. 17 pružiny mezi posouvajícími se rameny) jako mechanismy pro vyvážení tíhy neseného břemene a vlastní tíhy. V rotačních kloubech 18 (nebo posuvných vedeních 5) mohou také působit pohony, které jsou slabé a jištěné, aby neohrozily lidi v pracovním prostoru MRK kooperujícího robotu 3 nebo 4.

Na obrázku 14 je alternativní řešení k provedení na obr. 12, kdy místo pružin v kloubech je užito pružiny 20 působící vyvážení tíhy neseného břemene 1 a vlastní tíhy mezi ramenem 17 a upevněním 19 na rámu 10. Pružina 20 může také působit mezi oběma rameny 17 nebo mezi upevněními 19 na rámu 10 a MRK kooperujícím robotu 3 nebo 4.

Na obrázku 15 je další alternativní řešení k provedení na obr. 12, kdy místo pružin v kloubech je užito vyvažovacího mechanismu pomocí lana 8 vedené přes kladku 21 k protizávaží 22, jehož tíha vyvažuje přes kladku 21 tíhu neseného břemene 1 a vlastní tíhu manipulátoru.

Na obrázku 16 je alternativní řešení k provedení na obr. 15, kdy místo protizávaží 22 je užito vodorovné pružiny 20. Vedle pružiny 20 lze užít i celého mechanismu zajišťujícímu konstantní kompenzační sílu shodně, jako ji zajišťuje tíha protizávaží 22.

-4CZ 33606 U1

Na obrázku 17 je znázorněno, že pasivní manipulátor 7 může obsahovat (ve všech popisovaných řešeních) vedle rotačních kloubů 18 také posuvná vedení 5, v tomto případě mezi dvěma rameny 17.

Výhodou popisovaného technického řešení je možnost, že MRK kooperující robot 3 nebo 4 manipuluje těžkým břemenem ]_ malou silou, atak umožňuje přítomnost lidí v jeho pracovním prostoru bez jejich ohrožení, neboť tíhu těžkého břemene nebo i další síly nese přípravek 2.

Všechny popsané varianty se mohou vzájemně kombinovat. MRK kooperující robot 3 nebo 4 nebo další části související s manipulací břemene jsou řízeny počítačem.

Všechny obrázky jsou schematické v průmětu do roviny, zařízení jsou prostorová.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (15)

1. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem silou menší, než je tíha břemene pro přesun břemene do požadované polohy při výrobních nebo montážních operacích, vyznačené tím, že obsahuje nosný přípravek (2) spojený pohyblivě s rámem (10), přičemž nosný přípravek (2) je spojen s břemenem (1) a opatřen úchyty pro uchopení člověkem nebo stacionárním kooperujícím robotem (3) nebo mobilním kooperujícím robotem (4).

2. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 1, vyznačené tím, že nosný přípravek (2) je zavěšen lanem (8) na závěsu (9) jeřábové dráhy.

3. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 1, vyznačené tím, že nosný přípravek (2) je opatřen pojezdem (6), který je ve styku s rámem (10) prostřednictvím koleček (16) .

4. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 1, vyznačené tím, že nosný přípravek (2) je opatřen pasivním manipulátorem (7) dosedajícím na rám (10).

5. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 1, vyznačené tím, že nosný přípravek (2) je opatřen pasivním manipulátorem (7) zavěšeným na rámu (10).

6. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 2, vyznačené tím, že závěs (9) je součástí jeřábové kočky (12) pohybující se prostřednictvím jeřábových koleček (13) po jeřábové dráze (11).

7. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 2, vyznačené tím, že závěs (9) je součástí podvěsu (14) zavěšeného na jeřábových kolečkách (13) pohybujících se po jeřábové dráze (11).

8. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 2, vyznačené tím, že závěs (9) je součástí pojezdu závěsného vedení (15) pojíždějícího přímo po rámu (10).

9. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 3, vyznačené tím, že kolečka (16) mohou být pevná nebo natáčivá nebo pohyblivá v jednom nebo více směrech.

10. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že pasivní manipulátor (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou sestává z ramen (17) a rotačních kloubů (18) nebo posuvných vedení (5), přičemž ramena (17) jsou připojena upevnění (19) na rám (10), ke kooperujícímu robotu (3) nebo (4) a k těžkému břemeni (1).

-5 CZ 33606 U1

11. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že pasivní manipulátor (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou je tvořen rameny (17) opatřenými rotačními klouby (18) nebo posuvnými vedeními (5) a připojenými upevněními (19) na rám (10), ke kooperujícímu robotu (3) nebo (4) a k břemeni (1), přičemž v rotačních kloubech (18) nebo posuvných vedeních (5) jsou uspořádány pohony.

12. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že pasivní manipulátor (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou je tvořen rameny (17) opatřenými rotačními klouby (18) nebo posuvnými vedeními (5) a připojenými upevněními (19) na rám (10), ke kooperujícímu robotu (3) nebo (4) a k břemeni (1), přičemž mezi ramenem (17) a upevněním (19) na rámu (10) nebo mezi oběma rameny (17^Λ nebo mezi upevněními (19) na rámu (10) a kooperujícím robotu (3) nebo (4) je uspořádána alespoň jedna pružina (20).

13. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že pasivní manipulátor (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou je tvořen rameny (17) opatřenými rotačními klouby (18) nebo posuvnými vedeními (5) a připojenými upevněními (19) na rám (10), ke kooperujícímu robotu (3) nebo (4) a k břemeni (1), přičemž alespoň jedno z ramen (17) je spojeno lanem (8), vedeným přes kladku (21) uspořádanou na rámu (10), s protizávažím (22).

14. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároku 4 nebo 5, vyznačené tím, že pasivní manipulátor (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou je tvořen rameny (17) opatřenými rotačními klouby (18) nebo posuvnými vedeními (5) a připojenými upevněními (19) na rám (10), ke kooperujícímu robotu (3) nebo (4) a k břemeni (1), přičemž alespoň jedno z ramen (17) je spojeno lanem (8), vedeným přes kladku (21) uspořádanou na rámu (10), s pružinou (20) uchycenou k rámu (10).

15. Zařízení pro manipulaci těžkým břemenem podle nároků 10 až 14, vyznačené tím, že rotační klouby (18) nebo posuvná vedení (5) pasivního manipulátoru (7) se sériovou nebo s paralelní kinematickou strukturou jsou opatřena pružinami.