DD200370B1 - Device on joints of manipulators for weight balance - Google Patents

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DD200370B1
DD200370B1 DD23330281A DD23330281A DD200370B1 DD 200370 B1 DD200370 B1 DD 200370B1 DD 23330281 A DD23330281 A DD 23330281A DD 23330281 A DD23330281 A DD 23330281A DD 200370 B1 DD200370 B1 DD 200370B1
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Peter Otto
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Robotron Rationalisierung
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Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden Text näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:An embodiment is shown in the drawing and will be described in more detail in the following text. In the accompanying drawings show:

Fig. 1 die Anordnung der Elemente zum Gewichtsausgleich, Fig. 2 die Drehmomentenverläufe.Fig. 1 shows the arrangement of the elements for weight balance, Fig. 2, the torque curves.

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 16The device shown in these figures with the weight compensation by springs, rollers and ropes and the associated torque diagram will be described. The static state is characterized by the arrangement according to the invention. On fixed bogie of a robot 1 is the stationary roller 3 in the region of the first joint 2. This is attached to the cable 4 with the same size rotatable roller 9 on the second joint 7, optionally with double wrap and the Seilarretierungen 8 and 10. This loosely rotatable roller 9 of the second articulation is also connected to the same one of the third articulation, and so forth. The counterbalance spring 5 is fixed at one end to the arm and at the other end to the first pin 11 of the adjusting device. The spring for the flanking device 6 is attached to the second pin of the adjusting device 12 and depending on the position of the arm, it is on the third pin of the adjusting device 13 or not. The function of the device is as follows. A spring force F1 generated with the lever arm r1 a left-handed torque, which is greatest in the horizontal position of the arm and decreases to the upper and lower vertical position to zero. The resulting torque 16

M1 = F1 · r, · sin et, wirkt entgegen dem Drehmoment 15, das durch die Schwerkraft G mit dem Hebelarm I entsteht alsM 1 = F 1 · r, · sin et, counteracts the torque 15, which is caused by the gravitational force G with the lever arm I as

M, = G · I · sin αM, = G · I · sin α

In der senkrechten Lage des Armes bewirkt die Federkraft F2 ein rechtsdrehendes Drehmoment, das im WinkelbereichIn the vertical position of the arm, the spring force F 2 causes a right-handed torque in the angular range

0° < α < 90° durch0 ° <α <90 °

M2 = F2 · r2 · cos αM 2 = F 2 .r 2 .cos α

beschrieben wirdis described

Im Winkelbereich In the angle range

90°<a<180°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°).acts the extended lever arm r 3 with the spring force F 2 and there is also a right-handed torque 17 M 2 = F 2 - T 3 COs (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 Fig. 2, the torque characteristics are shown qualitatively. In the considerations, the force increases are neglected by the elongation of the springs. The reaction torques that occur on the loose roll are transferred via the ropes to the fixed roll and cause additional buoyancy of the first joint when only the following arms are pivoted. The points of attack of the springs are adjustable on the rollers in the radial direction in order to realize the flanking of the tooth pairings in the gears with different forces or torques. The behavior transforms to the other joints and realizes the flank system according to the same principle.

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

Claims (2)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 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.1. Device to joints of manipulators for balancing the weight by means of springs on double friction disks or pairs locked ropes, straps and the like. On castors or modified from parallelograms a stationary basic position is transmitted to a subsequent joint, characterized in that spring fasteners on the one hand movable arm and on the other hand over up to three offset by 90 ° adjusting means (11,12,13) are provided, both on a first stationary roller (3), the non-rotatable on the frame (1) in the first joint (2) of the arm is attached, as well as to the subsequent rollers (9) in the joints (7,17) of the forearm and hand, so that the springs (5, 6) are tensioned directly or via rollers or lever arms. 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.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pin (11) formed point of an adjusting device (11) for fixing a spring (5) over the axis of rotation, while a second spring (6) offset by 90 ° to has two attack points (12/13) as adjusting devices. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Gelenkverbindungen von Manipulatoren, in denen der Gewichtsausgleich durch gewichtsarme Elemente über umgelenkte Kräfte erfolgt.The invention relates to a device on articulated joints of manipulators, in which the weight is balanced by low-weight elements via deflected forces. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions 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.Many solutions are known for balancing the weights of manipulator arms and eliminating or alleviating self-adjusting or constructional clearance of the joints, and particularly gear transmissions. Likewise, the corresponding arrangement is made for the reduction of dead masses z. As the drive part, such as engine and transmission parts as a counterweight of the arm, with the joint in between. A disadvantage is occasionally additional space when manipulating and almost double rotating mass. It has already been proposed in the application WP B 25 J / 225 289, with clamping bands on discs on the joints to move the heavier drive part to the more stable lower arm parts. Disadvantages are a higher design effort with just such assembly and that a removal of the game, especially in simple gearboxes, is not reached automatically. 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.Due to the continuously acting clamping force, a higher wear of the bearing joints is to be expected or a more stable, ie heavier construction is required. It was also proposed in the application WP B 25 J / 225 156 to apply substantially only for the first joint a cam with bolts under spring pressure. Additional disadvantages are the above-mentioned and the possible achievement of the self-locking of this transmission of forces. Ziel der ErfindungObject of the invention 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.It is the object of the invention, in particular, to use economical and easy-to-manufacture mechanical elements in the joints of robots for fine-mechanical manufacturing requirements and to counteract their inevitably faster-adjusting wear phenomena. No additional dead masses are required for taring the individual arms of the robot, which do not fully utilize the torques of the motors for the accelerations. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention - Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird- The technical problem which is solved by the invention 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.The invention is based on the object, the technical means with their advantageous properties, such. B. simple worm gear with stepper motors as drive to joints of articulated robots and the non-positive and low-mass force of springs under elimination of adverse effects for a faster in the end more accurate and low-wear operation of the same use. Merkmale der ErfindungFeatures of the invention 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.According to the invention the object is achieved in that arrangements and dimensions of known per se elements are combined to form a combined system at the joints of manipulators. Thus, a fixed role and for each articulated loose rollers and connected to these pairs locked ropes with springs of certain characteristics for the compensation of the respective arm masses by adjusting different tension. A feature of the invention is the transmission of the absolute angular position from one joint to the other, achieved by pairs of equal-sized rollers. The rolling diameter of two connected by a common rope roles are thus the same size. Another feature of the invention is achieved by springs of certain characteristics, which are adjusted by means of the adjusting device so that the load torque of the joint gear acts independently of gravity by the retention z. B. unilateral flank system is guaranteed in the gear joint gear of the sum of the forces. It is in particular with the fixed role z. B. achieved on the bogie of a robot, that the spring attack points on the rollers regardless of the arm positions of all articulated arms always take the same absolute angular positions to the direction of gravity. The points of attack of the springs on the rollers must be adjustable for the purpose of locking and both attack points of the spring system relative to the roller relative to its axis of rotation to be arranged offset by 90 °. It is advantageous if the approach of the spring force on the effective lever arm by its adjustment at different positions of the articulated arms is effective as a compensation torque.
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