DD229953A1

DD229953A1 - Vorrichtung zum schwerkraftausgleich geradlinig bewegter baugruppen von robotern

Info

Publication number: DD229953A1
Application number: DD27123784A
Authority: DD
Inventors: Juergen Pagel
Original assignee: Inst F Technologie Und Mechani
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1985-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Schwerkraft fuer eine Translationseinheit, die mit einer Schwenkeinheit von Robotern oder Manipulatoren verbunden ist. Die Erfindung bezweckt, den Schwerkraftausgleich mit geringem technischen Aufwand bei kleinen Antriebskraeften und hoher dynamischer Beweglichkeit der Translationseinheit zu ermoeglichen. Aufgabe ist es, das Schwerkraftmoment der Translationseinheit einer kombinierten Schwenk- und Translationseinheit so auszugleichen, dass sich das insgesamt zu erzeugende Ausgleichsmoment nicht vergroessert. Erfindungsgemaess ist am festen Teil der Schwenkeinheit ein waagerecht verschiebbarer Schlitten angeordnet, in dem ein Winkelhebel schwenkbeweglich gelagert ist. Ein Arm des Winkelhebels ist im Schwerpunkt der Translationseinheit angelenkt, der andere Arm ist z. B. mit einem im Schlitten gelagerten einfachwirkenden Arbeitszylinder verbunden, der mit einem unter einem bestimmten Druck stehenden Druckspeicher in Verbindung steht. Durch eine vertikale Komponente der Translationsbewegung verdreht sich der Winkelhebel und das Druckmedium wird in den Druckspeicher gefoerdert. Durch den sich im Arbeitszylinder einstellenden Druck wird ueber den Winkelhebel eine Vertikalkraft als Ausgleichskraft erzeugt. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Schwerkraft für Baugruppen von Robotern oder Manipulatoren, die geradlinig bewegbar und mit einer Schwenkeinheit verbunden sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der Praxis ist bekannt, an einer geradlinig bewegten Roboterbaugruppe, die schwenkbar gelagert ist, durch ein gegenläufig bewegtes Gegenwicht dieselbe auszugleichen. Dazu wird die Roboterbaugruppe über Zahnstange — Ritzel — Zahnstange mit dem Gegengewicht verbunden, so daß der gemeinsame Schwerpunkt von Gegengewicht und auszugleichender Roboterbaugruppe beim Verschieben konstant bleibt.

Die beim Schwenken der Roboterbaugruppe entstehenden Schwerkraftmomente können z.B. durch Gegengewichte {DE — OS 2249849) bzw. Federn (DD — PS 200370) ausgeglichen werden.

Nachteilig ist, daß die zu beschleunigenden oder zu bremsenden Massen der Roboterbaugruppe durch Gegengewichte verdoppelt werden.

Um eine hohe dynamische Beweglichkeit der Roboterbaugruppe zu sichern, werden damit größere Antriebskräfte erforderlich.

Momentenausgleichsvorrichtungen mit Federn würden bei großen Schwerkraftmomenten und großen Schwenkwinkeln zu unbrauchbar großen Federn führen. In der DD — PS 208580 wird eine Vorrichtung zum Ausgleich der Schwerkraftwirkung des Armes eines Gelenkroboters mit einer veränderten Zusatzmasse beschrieben.

Ein pneumatischer Arbeitszylinder ist so am Drehgelenk des Armes befestigt, daß seine Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt wird. Der Druck in den Arbeitsräumen des Zylinders wird über Verformungsmessung, Rechnerauswertung und Druckregeleinrichtung ständig so geregelt, daß ein Schwerkraftmomentenausgleich beim Schwenken und sich ändernder Zusatzmasse stattfindet. Nachteilig sind die hohen Aufwendungen für Verformungsmessung, Rechnerauswertung und Druckregeleinrichtung sowie der aktive Charakter des Schwerkraftmomentenausgleichs, da diesem System mechanische Energie zugeführt werden muß. Damit stellt die Ausgleichsvorrichtung einen zweiten komplizierten'Antrieb neben dem vorhandenen Antrieb dar.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt eine Vorrichtung zum Schwerkraftausgleich einer mit einer Schwenkeinheit verbundenen Translationseinheit zu schaffen, die bei geringem technischen Aufwand und kleinen Antriebskräften eine hohe dynamische Beweglichkeit aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, das Schwerkraftmoment der Translationseinheit einer kombinierten Schwenk- und Translationseinheit so auszugleichen, daß sich das insgesamt zu erzeugende Ausgleichsmoment nicht vergrößert.

In dem als fest geltenden Konstruktionsteil der Schwenkeinheit ist ein waagerecht verschiebbarer Schlitten angeordnet. Im Schlitten ist ein Winkelhebel schwenkbeweglich gelagert, dessen anderer Hebelarm im Schwerpunkt der auszugleichenden Translationseinheit schwenkbeweglich angelenkt ist und dessen anderer Hebelarm mit einem in einem Schlitten gelagerten mit einem Druckspeicher verbundenen einfachwirkenden Arbeitszylinder in Verbindung steht.

Die Kraft des Arbeitszylinders entspricht bei Auslenkung des Winkelhebels durch eine vertikale Verschiebungskomponente der Translationseinheit in Abhängigkeit von den geometrischen Verhältnissen des Winkelhebels und der Anlenkung des Arbeitszylinders am Schlitten einschließlich der wirksamen Kolbenfläche sowie vom Volumen und Ladedruck der Druckspeicher exakt oder nahezu exakt der auf die Translationseinheit wirkenden Schwerkraft. Die Mittelpunkte des Anlenkpunktes des Winkelhebels am Schlitten, die Anlenkpunkte des Arbeitszylinders im Schlitten und am Winkelhebel bilden eine Gerade, wenn sich der an der Translationseinheit angelenkte Hebelarm des Winkelhebels in der oberen Totpunktlage befindet. Der Ladedruck des Druckspeichers wird so eingestellt, daß in zwei ausgewählten Stellungen innerhalb des Arbeitsbereiches ein exakter Schwerkraftausgleich stattfindet.

Der notwendige Ladedruck des Druckspeichers ergibt sich (dargestellt isothermisch ablaufende Speichervorgänge) zu:

= \j(e sin φ ) + (a - e cos

+ (a e cos y )

ke sin vp ) + (a - e cos y

e . a

. e . a

ν (

G — auszugleichendes Translationsgewicht

M_m — Maximalmomentdurch Translationseinheit

e — Winkelhebelexzentrizität der Translationseinheit

a — Lagerabstand derTranslationseinheit

Po — Zylinderdruck bei Auslenkung φ₀

P₁ — Zylinderdruck bei Auslenkung Cp₁

Lo — Koppellänge bei Auslenkung cp₀

L₁ — Koppellänge bei Auslenkung φ-,

Pl — Ladedruck des Druckspeichers Translationseinheit

V — Ladevolumen des Druckspeichers Translationseinheit

F₁- — KolbenflächeTranslationseinheit

An Stelle des Arbeitszylinders mit Druckspeicher kann am Schlitten im Abstand

vom Drehgelenk des Winkelhebels auch eine Feder mit der Federvorspannung F = c (a - e) angeordnet sein. Mit c wird die Federsteife bezeichnet. Die Verwendung einer vorgenannten Feder ermöglicht in allen Stellungen des Arbeitsbereiches einen exakten Schwerkraftausgleich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt: Die zugehörige Zeichnung zeigt:

die Anordnung der Elemente zum Schwerkraft- und Schwerkraftmomentenausgleich der kombinierten Translations- und Schwenkeinheit.

Im als winkelfest geltenden Konstruktionsteil 1 der Schwenkeinheit ist horizontal verschieblich ein Schlitten 2 angeordnet in dem ein Winkelhebel 3 schwenkbeweglich im Lager 9 gelagert ist, an dessen einem Hebel am Exzenter 4 mit dem Abstand e_T ein Arbeitszylinder 5 angelenkt ist, der im Schlitten 2 im Abstand a_T im Lager 6 gelagert ist. Im Abstand R_x ist der andere Hebel des Winkelhebels 3 im Schwerpunkt 5 der Transiationseinheit 8 mit dem Gewicht G_T mit dieser schwenkbeweglich verbunden Lager 9, Exzenter 4 und Zylinderlager 6 bilden eine Gerade, wenn der Hebel senkrecht über dem Lager 9 steht. Durch eine vertikale Komponente einer Translationsbewegung verdreht sich der Winkelhebel 3 um den Drehwinkel φ Dadurch wird aus dem Arbeitsraum 11 des Arbeitszylinders 5 das darin befindliche Medium in den Druckspeicher 7 gefördert Der sich einstellende Zylinderdruck erzeugt über die wirksame Kolbenfläche 12 des Arbeitszylinders, über die Hebelarme h, und h₂ an der Translationseinheit 8 eine Vertikalkraft als Ausgleichskraft.

In dem winkelfesten Gestell 1 des Manipulators ist das schwenkbare Konstruktionsteil 13 mit dem Gewicht G_s und dem Abstand R₃ des Schwerpunktes vom Drehpunkt 17 schwenkbar gelagert. Im Abstand e_s ist im schwenkbaren, auszugleichenden Konstruktionsteil 13 am Exzenter 14 ein Arbeitszylinder 15 angelenkt, der im Gestell 1 im Abstand a_s im Lager 16 gelagert ist so daß Drehpunkt 17, Exzenter 14 und Lager 16 in der oberen Totpunktlage des schwenkbaren Konstruktionsteils 13 eine ' Gerade bilden. Der vordere Arbeitsraum des Arbeitszylinders 15 ist mit einem Druckspeicher 10 verbunden der mit dem Ladedruck p_La geladen ist. Durch Verdrehung des auszugleichenden Konstruktionsteils 13 um den Drehwinkel <p_s wird aus dem Arbeitsraum des Arbeitszylinders das darin enthaltene Medium in den Druckspeicher 10 gefördert Der sich einstellende Zylinderdruck erzeugt über die wirksame Kolbenfläche 18 des Arbeitszylinders eine Kraft die am schwenkbaren Konstruktionsteil 13 über den Hebelarm h_s das Ausgleichsmoment in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ _s erzeugt.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Vorrichtung zum Schwerkraftausgleich für Baugruppen von Manipulatoren oder Robotern, die geradlinig bewegbar und mit einer Schwenkeinheit verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß in dem ais fest geltenden Konstruktionsteil (1) der Schwenkeinheit ein waagerecht verschieblicher Schlitten (2) angeordnet ist, in dem ein Winkelhebel (3) schwenkbeweglich gelagert ist, dessen einer Hebelarm im Schwerpunkt der auszugleichenden Translationseinheit (8) schwenkbeweglich angelenkt ist und dessen anderer Hebelarm mit einer im Schlitten gelagerten Feder oder einem mit einem Druckspeicher (7) verbunden einfachwirkenden Arbeitszylinder (5) in Verbindung steht, wobei in Abhängigkeit von den geometrischen Verhältnissen des Winkelhebels (3) und der Auslenkung der Feder oder des Arbeitszylinders (5) am Schlitten sowie der Federsteife und Federvorspannung oder dem Ladedruck und Volumen des Druckspeichers (7) und dem Zylinderdruck sowie der wirksamen Kolbenfläche des Arbeitszylinders (5) die Kraft der Feder oder des Arbeitszylinders (5) bei Auslenkung des Winkelhebels durch eine vertikale Verschiebungskomponente der Translationseinheit exakt oder nahezu exakt der auf die Translationseinheit wirkenden Schwerkraft entspricht.

2. Vorrichtung zum Schwerkraftmomenten- und Schwerkraftausgleich nach Punkt, gekennzeichnet dadurch, daß die Mittelpunkt des Drehgelenkes, des Winkelhebels (3) und der Anlenkpunkt der Feder oder des Arbeitszylinders (5) am Schlitten (2) und am Winkelhebel (3) eine Gerade bilden, wenn sich der Anlenkpunkt des Winkelhebels (3) an der Translationseinheit (8) senkrecht über der Lagerstelle des Winkelhebels (3) befindet.

Hierzu 1 Seite Zeichnung