DD200370A1

DD200370A1 - Vorrichtung an gelenkverbindungen von manipulatoren fuerden gewichtsausgleich

Info

Publication number: DD200370A1
Application number: DD23330281A
Authority: DD
Inventors: Peter Otto
Original assignee: Peter Otto
Priority date: 1981-09-15
Filing date: 1981-09-15
Publication date: 1983-04-20
Also published as: DD200370B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren, in den der Gewichtsausgleich durch gewichtsarme Federelemente über umgelenkte Kräfte derart erfolgt, dass die Beseitigung oder Minderung sich einstellenden oder konstruktionsbedingten Spiels der Gelenke und insbesondere der Zahnradgetriebe erreicht wird. Forderungen einer optimalen Ausnutzung der Antriebskraft und minimaler Abmessungen bei geringer Drehmasse werden erfüllt. Am drehbaren Grundgestell von Knickarmrobotern werden von einer festen Seilrolle ausgehend an dem Knickgelenk drehbare lose Rollen mit Seilen und mindestens je zwei Federn angebracht. Durch die Art der Befestigung der Federn und Justage ist die Summe der Kräfte zusätzlich zum Gewichtsausgleich auf einseitige Flankenanlage der Zahnradgetriebe ausgelegt. Fig. 1

Description

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Titel der Erfindung

Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren für den Gewichtsausgleich

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren, in denen der Gewichtsausgleich durch gewichtsarme Elemente über umgelenkte Kräfte erfolgt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Pur den Ausgleich der Gewichte von Manipulatorarmen und die Beseitigung odor Minderung sich einstellenden oder konstruktionsbedingten Spiels der Gelenke und insbesondere Zahnradgetriebe, sind viele Lösungen bekannt. Ebenso wird für die Minderung toter Massen die entsprechende Anordnung vorgenommen z. B« des Antriebsteils, wie Motor und Getriebeteile ala Gegengewicht des Armes, mit dem Gelenk dazwischen. Ein Nachteil ist gelegentlich zusätzlicher Raumbedarf beim Manipulieren und fast doppelte Drehmasse. Es wurde bereits in der Anmeldung WP. B25J 225 289 vorgeschlagen, mit Spannbändern 'über· Scheiben" an den-Gelenken den··.·-· schwereren Antriebsteil auf die stabileren unteren Arm- teile zu verlagern. Nachteile sind ein höherer konstruktiver Aufwand mit ebensolcher Montage und, daß eine Beseitigung des Spiels, insbesondere in einfachen Getrieben, nicht automatisch erreicht ist.

Durch die fortwährend wirkende Spannkraft ist ein höherer Verschleiß der Lagergelenke zu erwarten oder eine stabilere, also schwerere Konstruktion erforderlich» Es wurde auch in der'Anmeldung WP B25J 225 156 vorgeschlagen,'im wesentlichen nur für das Erstgelenk eine Kurvenscheibe mit Bolzen unter Federdruck anzuwenden. Zusätzliche Nachteile sind die oben genannten und .das mögliche Erreichen der Selbsthemmung dieser Kräfteübertragung.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, insbesondere wirtschaftlich und einfach herzustellende mechanische Elemente in den Gelenken von Robotern für feinmechanische Fertigungsbelange zu verwenden und deren zwangsläufig sich schneller einstellenden Yerschleißerscheinungen zu begegnen. Es sollen keine zusätzlichen Totmassen zur Tarierung der einzelnen Arme des Roboters benötigt werden, die die Drehmomente der Motoren nicht voll für die Beschleunigungen nutzen lassen»

Darlegung des Wesens der Erfindung

-Die technische Aufgabe_s die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung.liegt die Aufgabe zugrunde, die technischen Mittel mit ihren vorteilhaften Eigenschaften, wie z„ B. einfache Schneckenradgetriebe mit Schrittschaltmotoren als Antrieb an Gelenken von Knickarmrobotern und die kraftschlüssige und massearme Kraftwirkung von Pedern unter Ausschaltung nachteiliger Wirkungen für ein im .Endeffekt schnelleres genaueres und.verschleißärmeres' Betreiben derselben nutzbar zu· machen„ ' \.. ·; .. '.-.'. . . : .· ·.-.·..·.··.".". ·' - - .· :.·

~ Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Anord- nungen und Dimensionierungen von an und für sich.bekannten. Elementen zu.einem kombinierten System an den Gelenken von Manipulatoren, zusammengefaßt sind. So werden eine feste

Rolle und für jedes Knickgelenk lose Rollen und auf diesen paarweise arretierte Seile mit Federn bestimmter Kennlinien für die Kompensation der jeweiligen Armmassen durch Justiereinrichtungen verschieden spannbar verbunden* Ein Merkmal der Erfindung ist die Übertragung der absoluten Winkellage von einem Gelenk zum anderen, erreicht durch paarweise gleichgroße Rollen. Die Abwälzdurchmesser zweier durch ein gemeinsames Seil verbundener Rollen sind somit gleichgroß. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist durch federn bestimmter Kennlinien erreicht, die mittels der Justiereinrichtung so eingestellt sind, daß das Lastmoment des Gelenkgetriebes unabhängig von der Schwerkraft v/irkt, indem die Beibehaltung S₀ B, einseitige Plankenanlage im Zahnradgelenkgetriebe von der Summe der Kräfte garantiert ist. Dabei wird insbesondere mit der feststehenden Rolle z_e B. am Drehgestell eines. Roboters erreicht, daß die Pederangriffspunkte auf den Rollen unabhängig von den Armstellungen aller Knickarme immer die gleichen absoluten Winkellagen zur Richtung der Schwerkraft einnehmeno Die Angriffspunkte der Federn an den Rollen müssen zum Zwecke der Arretierung verstellbar sein und beide Angriff spunkte des Federsystems an der Rolle bezogen auf ihre Drehachse um 90° versetzt angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, wenn der Ansatz der Federkraft am wirksamen Hebelarm, durch dessen Verstellung bei verschiedenen Stellungen der Knickarme als Kompensationsdrehmoment wirksam wird.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausfuhrungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt undwird im folgenden Text näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Anordnung der'Elemente zum Gewichtsausgleich, ^; Fig. 2 die Drehmomentenverläufe.

Die in diesen Figuren dargestellte Vorrichtung mit dem Gewichtsausgleich durch Federn, Rollen und Seile und das dazugehörige Drehmomentenschaubild wird beschrieben. Der statische Zustand ist gekennzeichnet durch die erfindungsgemäße Anordnung. Ära ortsfesten Drehgestell eines Roboters 1 be-

findet sich die ortsfeste Rolle 3 im Bereich des ersten Gelenkes 2. Diese ist mit dem Seil 4 mit der gleichgroßen drehbaren Rolle 9 am zweiten Gelenk 7» gegebenenfalls mit doppelter Umschlingung und den Seilarretierungen 8 und 10 befestigt. Diese lose drehbare Rolle 9 des' zweiten Gelenkes ist mit derselben des dritten Gelenkes ebenso verbunden usw. Die Feder für den Gewichtsausgleich 5 ist mit einem Ende am Arm und mit dem anderen Ende am ersten Stift 11 der Justiereinrichtung befestigt. Die Feder für die Einflankenanlage ist am zweiten Stift der Justiereinrichtung 12 angebracht und je nach Stellung des Armes liegt sie am dritten Stift der Justiereinrichtung 13 an oder nicht* Die Funktion der Vorrichtung ergibt sich wie folgt« Eine .Federkraft Fi erzeugt mit dem Hebelarm r1 ein linksdrehendes Drehmoment, das in horizontaler Lage des Armes am größten ist und bis .zur oberen und unteren senkrechten Lage bis auf lull abnimmt* Das so entstehende Drehmoment 16

wirkt entgegen dem Drehmoment 15_S das durch die Schwerkraft G mit dem Hebelarm 1 enteteht als M„ s G · 1 . sin

In der senkrechten Lage des Armes bewirkt die Federkraft F₂ ein rechtsdrehendes Drehmoment, das im Winkelbereich 0° <. <X, < 90°

M₂ = F₂ «· r₂ « cos °C .

beschrieben wird, .

JQn Winkelbereich

'90⁰^^-OC ^ 180° . ·. . .

.' .wirkt' der- verlängerte. Hebelarm· i-y mit der Federkraft' F₂;' · und es entsteht ebenfalls ein rechtsdrehendes Moment 17 M₂ = F₂ . r^ . cos ( evr - 180°).

In Fig.. 2 sind die Drehmomentenverläufe qualitativ dargestellt« Bei den Betrachtungen werden die Kraftanstiege durch die Dehnung der Federn vernachlässigte Die Reaktionsdrehmomente, die an der losen Rolle auftreten, werden über

die Seile auf die feste Rolle übertragen und bewirken eine zusätzliche Tarierung des ersten Gelenkes, wenn nur die nachfolgenden Arme geschwenkt werden* Die Angriffspunkte der Federn sind an den Rollen in radialer Richtung verstellbar, um die Einflankenanlage der Zahnpaarungen in den Getrieben mit unterschiedlichen Kräften bzw. Drehmomenten zu realisieren. Das Verhalten transformiert sich auf die v/eiteren Gelenke und realisiert die Einflankenanlage nach dem gleichen Prinzip.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren für den Gewichtsausgleich, gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere über eine ortsfeste Rolle (3) vorzugsweise im ersten Gelenk (2) und/oder über lose drehbare Rollen (9) insbesondere in den übrigen Gelenken (7, 14) mehrere Seile (4), die auf den losen Rollen (9) vorzugsweise paarweise arretiert sind und/oder an davon abgewandelten Parallelogrammen vorzugsweise Schraubenfedern (5, 6) durch Justiereinrichtungen (11, 12, 13) und/oder weitere Rollen bzw ο Hebelarme verschieden spannbar verbunden sinde

2_O Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die absolute Winkellage von einem Gelenk zum anderen durch Paare gleichgroßer Rollen übertragen wird«

3* Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch^ daß Federn bestimmter Kennlinien mittels der Justiereinrichtung (11g 12, 13) so eingestellt sind, daß das Lastmoment des Gelenkgetriebes unabhängig von der Schwerkraft die Beibehaltung z₀ B₀ einseitiger Plankenanlage im Zahnradgelenkgetriebe von der Summe der Kräfte garantierte

4o Vorrichtung nach Punkt 1 und 2₉ gekennzeichnet dadurch,, daß die Federangriffspunkte auf den Rollen unabhängig von den Armstellungen aller Knickarme immer die gleichen absoluten Winkellagen zur Richtung der Schwerkraft einnehmen_β

5o Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die;Angriffspunkte der Federn an den Rollen zum Zwecke der Austarierung verstellbar' sind und beide. Angriffspuhkte des Federsystems an der RoIIe₅.bezogen auf ihre Drehachse, um 90° versetzt angeordnet sind«

6₆ Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ansatz der Federkraft am wirksamen, gegebenenfalls sich ändernden Hebelarm bei verschiedener Lage der Knickarme als Kompensationsdrehmonient wirksam wird.