DD200370B1 - Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren für den Gewichtsausgleich - Google Patents

Description

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird 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. Am ortsfesten Drehgestell eines Roboters 1 befindet 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 6 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 F1 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 Null abnimmt. Das so entstehende Drehmoment 16

M₁ = F₁ · r, · sin et, wirkt entgegen dem Drehmoment 15, das durch die Schwerkraft G mit dem Hebelarm I entsteht als

M, = G · I · sin α

In der senkrechten Lage des Armes bewirkt die Federkraft F₂ ein rechtsdrehendes Drehmoment, das im Winkelbereich

0° < α < 90° durch

M₂ = F₂ · r₂ · cos α

beschrieben wird

Im Winkelbereich

90°<a<180°

wirkt der verlängerte Hebelarm r₃ mit der Federkraft F₂ und es entsteht ebenfalls ein rechtsdrehendes Moment 17 M₂= F₂- T₃COs (α- 180°).

In Fig. 2 sind die Drehmomentenverläufe qualitativ dargestellt. Bei den Betrachtungen werden die Kraftanstiege durch die Dehnung der Federn vernachlässigt. 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 weiteren Gelenke und realisiert die Einflankenanlage nach dem gleichen Prinzip.

In Betracht gezogene Druckschriften: EP 024 433-(B 25 J, 17/00)

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren für den Gewichtsausgleich mittels Federn, indem über Doppeltreibscheiben bzw. paarweise arretierten Seilen, Spannbändern und dgl. auf Rollen oder über davon abgewandelte Parallelogramme eine ortsfeste Grundstellung auf ein nachfolgendes Gelenk übertragen wird, gekennzeichnet dadurch, daß Federbefestigungen einerseits am beweglichen Arm und andererseits über bis zu drei je um 90° versetzte Justiereinrichtungen (11,12,13) vorgesehen sind, sowohl an einer ersten ortsfesten Rolle (3), die nicht drehbar am Gestell (1) im ersten Gelenk (2) des Armes befestigt ist, als auch an den nachfolgenden Rollen (9) in den Gelenken (7,17) von Unterarm und Hand, so daß die Federn (5, 6) direkt oder über Rollen bzw. Hebelarme verschieden spannbar sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der als Stift (11) ausgebildete Angriffspunkt einer Justiereinrichtung (11) für die Befestigung einer Feder (5) über der Drehachse liegt, während eine zweite Feder (6) um 90° versetzt ein bis zwei Angriffspunkte (12/13) als Justiereinrichtungen besitzt.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   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

   Für den Ausgleich der Gewichte von Manipulatorarmen und die Beseitigung oder 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 als 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 B 25 J / 225 289 vorgeschlagen, mit Spannbändern über Scheiben an den Gelenken den schwereren Antriebsteil auf die stabileren unteren Armteile 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 B 25 J /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 Verschleißerscheinungen 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, 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 Federn 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 Anordnungen 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 wirkt, indem die Beibehaltung z. B. einseitige Flankenanlage im Zahnradgelenkgetriebe von der Summe der Kräfte garantiert ist. Dabei wird insbesondere mit der feststehenden Rolle z. B. am Drehgestell eines Roboters erreicht, daß die Federangriffspunkte auf den Rollen unabhängig von den Armstellungen aller Knickarme immer die gleichen absoluten Winkellagen zur Richtung der Schwerkraft einnehmen. Die Angriffspunkte der Federn an den Rollen müssen zum Zwecke der Arretierung verstellbar sein und beide Angriffspunkte 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.