DD208580A1

DD208580A1 - Massenausgleich an den armen von manipulatoren, insbesondere gelenkrobotern

Info

Publication number: DD208580A1
Application number: DD24088282A
Authority: DD
Inventors: Reinhold Kaeding; Karl Herold; Marianne Kaeding
Original assignee: Reinhold Kaeding; Karl Herold; Marianne Kaeding
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1984-04-04

Abstract

Die Erfindung, ein pneumatischer Massenausgleich, zum Ausgleich der Konstruktions- und Nutzmasse an Manipulatoren insbesondere Gelenkrobotern, kann verwendet werden, um die erforderlichen Antriebsleistungen, die Beanspruchung der Uebertragungselemente zu verringern und um das Beschleunigungsvermoegen zu verbessern. Ziel der Erfindung ist es, durch Gewichtsausgleich die Konstruktionsmasse der Arme eines Manipulators, insbesondere eines Gelenkroboters, die Werkstueckmasse und eventuelle erforderliche Zusatzmassen in jedem Arbeitspunkt exakt auszugleichen. Der genaue Massenausgleich muss auch dann moeglich sein, wenn sich die Nutzmasse oder Zusatzmasse waehrend des Arbeitsvorganges aendert, zum Beispiel durch den Gebrauch des Schweissdrahtes auf einer mitgefuehrten Vorratsrolle. Der Hauptanspruch lautet: Massenausgleich an den Armen von Manipulatoren, insbesondere Gelenkroboter dadurch gekennzeichnet, dass er pneumatisch erfolgt und aus der Druckluftzufuhr (10), Druckregeleinrichtung (8), elektromotorischer Stelleinheit (9), Druckaufnehmer (7), pneumatischer Arbeitszylinder (6), Steuerung (11), Rechner (12) und Belastungsaufnehmer (13) besteht. In der Erfindungsbeschreibung sind sieben Unteransprueche aufgefuehrt. Der Patentbeschreibung liegt eine bildliche Darstellung zugrunde.

Description

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Herold, Karl

Käding, Reinhold

Käding, Marianne 15. .6· 1982

Titel der Erfindung

Massenausgleich an den Armen von Manipulatoren, insbesondere Gelenkrobotern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung, ein pneumatischer Masseausgleich, zum Ausgleich der Konstruktions- und Nutzmasse an Manipulatoren, insbesondere Gelenkrobotern, kann verwendet werden, um die erforderlichen Antriebsleistungen, die Beanspruchung der Übertragungselemente zu verringern und um das Beschleunigungsvermögen zu verbessern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

An bekannten Ausführungen an Manipulatoren und Gelenkrobotern werden die Konstruktionsmassen der Arme bzw. der Ausleger durch Gegengewichte oder durch Federn ausgeglichen. Auf Grund der sehr unterschiedlichen Veränderungen der Schwerpunktabstände während der Bewegung kann der Ausgleich der Konstruktionsmasse durch Gegengewichte oft nur für eine vorgegebene Lage exakt, oder für einige Lagen als Mittelwert ausgeführt werden. Nachteilig ist ebenfalls, daß die angebrachten

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Ausgleichsmassen das Beschleunigungsverhalten des Antriebes negativ beeinflussen.

Bei der Anwendung von Federn kann die Kennlinie so festgelegt werden,-daß für mehrere definierte Lagen ein Massenausgleich erreicht wird. Bekannt ist auch eine Ausführung, bei der die Federelemente über eine fest mit dem Bauteil vorhandene Kurvenscheibe betätigt werden (s. DD, PS 154 282). Entsprechend der Ausbildung der Kurvenscheibe kann der exakte Massenausgleich der Konstruktionsteile in vielen definierten Lagen erfolgen.

Ein Ausgleich der bei jedem Arbeitsprogramm sich ändernden Werkstückmasse oder der eventuell notwendigen Zusatzmassen ist bei den bekannten Ausführungen für einen Gewichtsausgleich auf einfache Weise nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch Gewichtsausgleich die: Konstruktionsmasse der Arme eines Manipulators, insbesondere eines Gelenkroboters, die Werkstückmasse und eventuell erforderliche Zusatzmassen in jedem Arbeitspunkt exakt auszugleichen. Der genaue Massenausgleich muß auch dann möglich sein, wenn sich die Nutzmasse während des Arbeitsvorganges "ändert, z.B. durch den Verbrauch des Schweißdrahtes auf einer mitgeführten Vorratsrolle.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Masseausgleich an Manipulatoren zu finden, welcher die Antriebsleistungen, die Beanspruchung der Übertragungselemente verringert und das Beschleunigungsvermögen der Manipulatoren verbessert. An das Konstruktionsteil, z.B. Oberarm, Unterarm oder Ausleger, dessen Masse ausgeglichen werden soll, und dem Teil

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in dem dieses Konstruktionsteil gelagert ist, wird ein bekannter pneumatischer Arbeitszylinder so befestigt, daß die Bewegungsfreiheit des Gelenkes nicht eingeschränkt wird und der Arbeitszylinder in der Lage ist die auftretenden Kräfte aufzunehmen. Der Druck in den Arbeitsräumen des pneumatischen Arbeitszylinders wird so gesteuert, daß das Konstruktionsteil einschließlich der Werkstückmasse und Zusatz-^ masse sich in jeder Bewegungsphase im Gleichgewicht befindet.

Die Steuerung der entsprechenden Druckregeleinrichtung erfolgt über eine elektromechajaische Stelleinheit von der Steuerung bzw. dem Rechner des Manipulators, insbesondere des Roboters so, daß der erforderliche Druck, unabhängig von der Bewegung, eingehalten wird.

Sollten nur die Konstruktionsmassen ausgeglichen werden, genügt es die erforderlichen Drücke, entsprechend den geometrischen Abmessungen exakt zu erfassen und fest in das Programm einzugeben« .: ;:.

Pur den Ausgleich der Werkstückmassen oder veränderlichen Massen wird die Belastung in dem entsprechenden Bauteil ständig gemessen, z.B. durch Messung der Leistungsaufnahme oder der Verformungen, die Meßergebnisse dem Rechner zur Berechnung des erforderlichen Druckes im Arbeitszylinder zugeführt, Entprechend der äußeren Belastung, der geometrischen Abmessungen und der Stellung des Bauteiles ermittelt der Rechner ständig, oder in Intervallen, den entsprechenden Arbeitsdruck im Arbeitszylinder und steuert die entprechende Druckregeleinrichtung.

Ausführungsbeispiel

Die zeichnerische Darstellung unterstützt das nachstehende Beispiel und zeigt die Prinzipskizze z.B. eines Gelenkroboters in der Seitenansicht mit Gewichtsausgleich.

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Auf dem Grundkörper 14 des Gelenkroboters ist der Unterarm 2 und an diesem der Oberarm 1 gelenkig gelagert. Am Oberarm 1 befindet sich das Werkstück 5 bzw. Werkzeug oder Schweißgerät und die veränderliche Zusatzmasse 4 z*B. Schweißdraht. Zwischen dem Grundkörper 14 und dem Unterarm 2 und zwischen dem Unterarm 2 und dem Oberarm 1 ist jeweils ein pneumati~ scher Arbeitszylinder 6 a und/oder 6 b angeordnet, daß die Funktion der Gelenke 3 nicht beeinträchtigt wird. Die Druckregeleinrichtung 8 wird von der elektromotorischen Stelleinheit 9 betätigt und diese von der Steuerung 11 bzw. dem Rechner 12.

Die Druckluft für den pneumatischen Arbeitszylinder 6 a und/ oder 6 b gelangt somit von der Druckluftzufuhr 10 über die Druckregeleinrichtung 8 dem Druckaufnehmer 7 zum pneumatischen Arbeitszylinder 6 a und/oder 6 b.

In der folgenden Beschreibung wird das Wirkprinzip des Masseausgleiches am Beispiel des Oberarmes 1 erläutert. Soll nur die Konstruktionsmasse des Oberarmes 1 ausgeglichen werden, so hängt der in jeder Stellung des Oberarmes 1 im Arbeitszylinder 6 a erforderliche Druck nur von der Lage des Oberarmes 1 ab. Der erforderliche Druck wird nach den geometrischen Verhältnissen bestimmt, im Rechner 12 für jeden Bewegungsablauf gespeichert und bei jeder Bewegung des Oberarmes 1 über die Steuerung 11, elektromotorische Stelleinheit 9» Druckregeleinrichtung 8, am Arbeitszylinder 6 a eingestellt, Im Druckaufnehmer 7 wird der realisierte Druck gemessen und im Rechner 12 mit dem Soll-Wert verglichen und wenn notwendig korrigiert«

Soll neben der Konstruktionsmaase des Oberarmes 1 auch die Masse des Werkstückes 5 ausgeglichen werden, so wird aus den geometrischen Verhältnissen der erforderliche Druck im Arbeitszylinder 6 a zum Ausgleich der Masse des Werkstückes 5 mit dem speziellen Arbeitsprogramm für dieses Werkstück vom Rechner 12 ermittelt und dem Druck zum Ausgleich der Konstruktionsmasse überlagert.

Soll neben der Konstruktionsmasse des Oberarmes 1 auch die Masse des Werkstückes 5 und die veränderliche Zusatzmasse 4

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ausgeglichen werden, wird durch den Belastungsaufnehmer 13 die anstehende Belastung ermittelt, z.B. durch Messung der Antriebsleistung oder der Verformungen an ausgewählten Bauteilen, und au3 dem Ergebnis der Messungen vom Rechner 12 der erforderliche Druck im Arbeitszylinder 6 a ermittelt und in der bereits beschriebenen Weise am Arbeitszylinder 6 a eingestellt und kontrolliert»

Claims

1. Massenausgleich an den Armen von Manipulatoren, insbesondere von Gelenkrobotern dadurch gekennzeichnet, daß er pneumatisch erfolgt und aus der Druckluftzufuhr (10), Druckregeleinrichtung (8), elektromotorischer Stelleinheit (9), Druckaufnehmer (7), pneumatischer Arbeitszylinder (6), Steuerung (11), Rechner (12) und Belastungsaufnehmer (13) besteht.

2. Gewichtsausgleich nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung des Massenausgleiches an Konstruktionsteilen, z.B. Oberarm (1) oder Unterarm (2), der entsprechende pneumo.tiHc.he ArbeitszylInder (6a und/odar f>b) mittels einer vom Rechner (12) gesteuerten Druckregeleinrichtung (8) mit dem erforderlichen Druck beaufschlagt wird.

3. Gewichtsausgleich nach Punkt 1 und Punkt 2 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erforderliche Druck im pneumatischen Arbeitszylinder (6a und/oder 6b) zum Ausgleich der Konstruktionsmassen,; der nur von den kinematischen Verhältnissen bestimmt wird, für jeden Bewegungsablauf fest in den Rechner (12) als Programm eingegeben wird.

4. Gewichtsausgleich nach Punkt 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erforderliche Druck im pneumatischen Arbeitszylinder (6a und/oder 6b) zum Ausgleich der Werkstückmasse (5) vom Rechner (T2) entsprechend dem Arbeitsprogramm für dieses 7/erkstück (5) ermittelt wird und dem Druck zum Ausgleich zur Konetruktionsmasse überlagert und über die Druckregeleinrichtung (8) am pneumatischen Arbeitszylinder (6a und/oder 6b) eingestellt wird.

5. Gewichtsausgleich nach Punkt 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erforderliche Druck im pneumatischen Arbeitszylinder (6a und/oder 6b) zum Ausgleich der

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Werkzeupmasse (5) und der zeitlich veränderlichen Zusntzinnsr-e (4) durch die Aupvvert unr der Belaßt un/r.B-πιβρευηκ vom Rechner (12) errrittelt, dem Druck 7.um Ausgleich .der KoiirtruktionenRppe überlnpert und über die Bruckrepeleinrichtung (R) einpeetellt v/ird.

^. Gewichtsausgleich nach ^unkt 1, 2 und 5 dadurch pekennzeichnet, daß die Erfassung der Belr.stunp; durch die McBsunp der Leistunp-naufnähme dep entpprechenden Antriebes (15) erfolgt. .

7. Gerichtsausfleich rxßch Punkt 1, 2 und ? dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Belastung durch die IvVssunp von Verfomun.cen en; entsprechenden Brjteil z,3. (1 und/oder 2) erfolpt»

Gev/ichtsRUPgleich nach -unkt 1 Mp f> rip durch -· ekenn7,eichnet, fiR3 der am pneuir.r:t.is?eher. Arbeitszylinder (Sr. urid/gäer 6b) ori?tehende Druck ;:r-nesf?er., von Rechner (1?) jmili ^ideni erforderlichen Druck ^r^lichen und f e/rebenenfnl Is ^i;ber die Steuerung (11), eioktromo-:,orischer Stelleinheit (9) und der Druckrc^eleinricht unf (R) korrigiert, · . ird.

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