DD296442A5 - Vorrichtung zum ausgleich statischer momente - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich statischer Momente an Gelenkgetrieben, beispielsweise des Schwerkraftanteils von Belastungsmomenten, wie sie z. B. bei Einrichtungen zur Lageveraenderung von Personen und Gegenstaenden, insbesondere an Industrierobotern auftreten. Der Momentenausgleich erfolgt durch die Energie einer Feder, die beim Schwenken der das auszugleichende Moment erzeugenden Masse mittels einer aus einem zylindrischen Kurvenkoerper und auf dessen Stirnflaeche abrollenden Waelzkoerpern bestehenden Paarung gespannt bzw. entspannt wird. Zur Verringerung des Herstellungsaufwandes der Vorrichtung ist der Kurvenkoerper zu vereinfachen. Erfindungsgemaesz ist der Kurvenkoerper (5) ein Vollzylinder, dessen Stirnflaeche, auf der die Waelzkoerper abrollen, aus zwei symmetrisch zueinander liegenden und einen Winkel g zur Laengsachse des Zylinders einschlieszenden Ebenen gebildet wird. Die Gerade, in der sich die Ebenen durchdringen, verlaeuft rechtwinklig durch die Symmetrieachse des Zylinders. Die Waelzkoerper bestehen aus sphaerischen Rollen * Der Kurvenkoerper (5) besitzt eine sehr einfach herstellbare geometrische Form. Figur{Gelenkgetriebe; Industrieroboter; Moment, statisch; Belastungsmoment; Schwerkraftanteil; Kurvenkoerper, zylindrisch; Feder; Waelzkoerper}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich statischer Momente an Gelenkgetrieben, beispielsweise des Schwerkraftanteils von Belastungsmomenten, wie sie z.B. bei Einrichtungen zur Lageveränderung von Personen und Gegenständen, insbesondere an Industrierobotern auftreten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die auf Gelenkgetriebe wirkenden Belastungsmomente werden unter Erdbedingungen wesentlich durch den Schwerkraftanteil der zu bewegenden Massen bestimmt. Das trifft gleichermaßen auf Drehgelenke von Industrierobotern wie auch andere Einrichtungen zur Lageveränderung von Personen und Geponständen wie Krankenbetten u. ä. zu. Zum Ausgleich dieser statischen Momente sind mechanische Ausgleichsmechanismen bekannt, bei denen Federn direkt oder indirekt auf einen Kurvenkörper wirken. Durch eine speziell gestaltete Geometrie des Kurvenkörpers wird ein Moment erzeugt, das dem durch die exzentrische Lage des Schwerpunktes der auf das Drehgelenk wirkenden Masse entstehenden Moment entgegengerichtet ist. So wird in der DD-PS 252148 ein mechanischer Ausgleichsmechanismus für Gelenkgetriebe, insbesondere Industrieroboter beschrieben, bei dem der Kurvenkörper ein Hohlzylinder ist, dessen sich gegen Wälzkörper abstützende Stirnfläche aus zwei zueinander versetzt in die Wandung des Hohlzylinders eingearbeiteten Formflanken besteht, deren Abwicklung durch die Beziehung

S<«f> - - - / I- - - si η-3-

K r \l</ Z 360

bestimmt ist, wobei

S (φ) - Koordinate des Kurvenkörpers in axialer Richtung,

h - Größe des Hubes der Kurve,

K - Koeffizient, der das Verhältnis der zurückgelegten Federweges zu dem maximalen Federweg berücksichtigt, G - Gewicht des auszugleichenden Getriebegliedes,

I - Abstand des Gelenkpunktes vom Schwerpunkt der auszugleichenden Getriebeglieder,

Z - Federsteifigkeitund

φι - absoluter Winkel der Auslenkung des Getriebegliedes

bedeuten.

Die gemäß der angegebenen Gleichung ausgebildete kurvenförmige Stirnfläche des Kurvenkörpers stützt sich dabei auf Rollen ab. Seine gegenüberliegende Stirnfläche drückt gegen eine Druckfeder. Beim Drehen der Gelenkwelle dreht sich der Kurvenkörper in gleicher Weise mit, wobei er sich gleichzeitig entlang seiner Achse verschiebt und somit die Feder zusammendrückt bzw. bei Drehung in entgegengesetzter Richtung entspannt. Die freigesetzte Energie kompensiert das Belastungsmoment. Die gewählte Kurvenform gewährleistet, daß das Gewicht der bewegten Teile unabhängig von ihrem jeweiligen Drehwinkel vollständig ausgeglichen wird.

Dor Nachteil dieses Ausglolchsmechanlsmue bosteht darin, daß die Fertigung des Kurvonkörpors sehr aufwondig ist. Die komplizierte Form solnor Stirnfläche Ist nur auf numorisch gesteuerten Werkzeugmaschinen horstellbar. Nach dem Härten müssen die Kurvenbahnen geschliffen worden, wozu wiedor programmierbare Schleifmaschinen erforderlich sind. Aufgrund der erfordorlichon verhältnismäßig geringen Stückzahl derartiger Kurvonkörpor ist solno Herstellung unökonomisch.

Ziel der Erfindung *

Ziel der Erfindung Ist es, eine Vorrichtung zum Ausgleich statlschor Momente zu schaffen, die einen geringeren Horstellungsaufwand orfordert.

Darlegung dos Wosons der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten aus einer Paarung eines Kurvenkörpers mit auf dessen Stirnfläche abrollenden Wälzkörpern und als Energiespeicher wirkender Feder bestehenden Ausgleichsmechanismen derart zu verändern, daß dor Kurvenkörper eine einfachere Form besitzen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dor Kurvonkörper ein Vollzylinder ist, dessen Stirnfläche, auf der die Wälzkörper abrollen, aus zwei symmetrisch zueinander liegenden und einen Winkel γ zur Längsachse des Zylinders einschließenden Ebenen gebildet wird. Die Gerade, in der sich die Ebenen durchdringen, verläuft rechtwinklig durch die Symmetrieachse des Zylinders. Die Wälzkörper bestehen aus sphärischen Rollen.

Zur Einstellung einor Vorspannung der Feder sind die Wälzkörper ι »dial gegeneinander verschiebbar, jedoch in jeder Stellung arrotierbar angeordnet.

Um statische Momente auch bei einem Drehwinkel des Drehgelenkes größer 180 Grad ausgleichen zu können, ist der drehbar gelagerte Teil der Paarung Zylinder-Wälzkörper über einen Drehzahlwandler mit der Welle des Drehgelenkes verbunden.

Das aus der Geometrie des Kurvenkörpers sich ergebende Rückstellmoment M₀ ergibt sich zu

M₀ = — j— sin2<p,,

8 x tan'y

c - Federsteifigkeit,

R - Abstand der sphärischen Rollen,

γ - halber Schnittwinkel der Ebenen und

ψι - Drehwinkel des Kurvenkörpers

bedeuten.

Bei einem Übersetzungsverhältnis des eingebputen Drehzahlwandlers von i = 2 ergibt sich der Drehwinkel der Kurvenscheibe aus

2<p, = <p und das Rückstellmoment M₀ zu

.. cxR² .

M₀ = — 5— sin φ.

8 x tan²Y

Diese Sinusfunktion gewährleistet einen vollen Ausgleich des Lastmomentes M_L für Drehbewegungen, das sich nach der Funktion

Mi. = mxgxix sintp mit

m - auszugleichende Masse,

g - Erdbeschleunigung

I - Abstand des Schwerpunktes der auszugleichenden Masse von der

Drehachse φ - Drehwinkel bestimmt.

Der Vorteil der Erfindung besteht in der geometrisch wesentlich einfacheren Form des Kurvenkörpers. Die Bahnen, auf denen die Wälzkörper abrollen, sind geneigte ebene Flächen. Dadurch reduziert sich der Herstellungsaufwand erheblich. Ein durch thermische Behandlung auftretender Verzug der Stirnflächen ist durch überschleifen auf einer Flächenschleifmaschine zu beseitigen.

Nachfolgend soll dlo Erfindung an einem Beispiel näher erläutert worden. Die zugehörige Zeichnung zoigt den Schnitt einer Variante des Ausgleichsmechanismus für einen Industrieroboter.

Der Ausgleichsmechanismus ist In olnem Grundkörpor untergebracht, der aus einem Gehäuseteil 1, einem Zylinder 2 und einem Deckel 3 zusammengesetzt ist, An dor dem Deckel 3 yegenUborliogonden Stirnseite des Grunclkörpors ist ein Lagor vorgesehen, das eine Welle 4 aufnimmt. Über diese Welle 4 wird das auszugleichende Moment auf einen zv'lndt Ischen Kurvenkörper 5 übertragen. Seine der Welle 4 gegenüberliegende freie Stirnfläche wird von zwei symmetrisch zur Achse liegenden und einon Winkel von 2 γ einschließenden Ebenen gebildet, deren Schnittgeraden die Achse des Kurvenkörpers 5 orthogonal schneiden. Dur Kurvenkörper 6 nimmt außermittig eine Achse 6 auf, die Pianotonräder 7 eines als Drehzahlwandler wirkonden Umlaufrädergetriebes trägt. Die Verzahnung der Pianotenräder 7 greift In das Sonnenrad 8, das mit der Welle I fest verbunden ist, sowie in das innerverzahnte Mittelrad 9 des Umlaufrädergetriebes ein. Im Innern des Zylinders 2 Ist ein Druckstück 10 über Rollen 11, die in einer an sich bekannton Geradführung 12 der Zylinderwandung geführt sind, axialbeweglich gelagert. Das Druckstück 10 wird mittels einer Feder 13-, die sich am Deckel 3 des Grundkörpers abstützt, über sphärische Rollen 14 gegen die schrägen Ebenen des Kurvenkörpers 5 gedrückt. Die Vorspannung der FeHor 13 ist über den Abstand der sphärischen Rollen 14 zueinander einstellbar, Dazu sind die sphärischen Rollen 14 auf einem Gleitstück 15 gelagert, das in dem Druckstück 10 horizontal geführt ist. Die Gleitstücke 15 besitzen Gewindebohrungen, in die Gewindebolzen 16 eingeschraubt sind. Durch Drehung dieser Gewindebolzen werden die Führungen 15 und damit die sphärischen Rollen 14 radial verschobon, wodurch gleichzeitig eine axiale Verschiebung des Druckstüc!<os 10 erfolgt. Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt: Im vorliegenden Beispiel trägt die Welle 4 eine Kupplungshälfte, über die der Ausgleichsmechanismus mit der Industrieroboterachse verbunden wird. Dazu wird das Gehäuseteil 1 mittels eines Flansches an dem Ständer des Industrieroboters befestigt. Bei der Schwenkbewegung des auszugleichenden Gliedes dreht sich die Welle 4 des Ausgleichsmechanismus, Durch die kinematische Verbindung der Welle 4 über das Sonnenrad 8, die Planetenräder 7, das innenverzahnte Mittelrad 9 und die Achse 6 mit dem Kurvenkörper 5 wird dieser ebenfalls gedreht.

Infolge dieser Drehbewegung werden die sphärischen Rollen 14 und mit ihnen das Druckstück 10 axial vorschoben, was eine Deformation der Feder 13 und damit eine Änderung ihrer potentiellen Energie bewirkt, die entsprechend dem bekannten Wirkmechanismus ein Rückstellmoment erzeugt, das den statischen Anteil des Momentes der jeweiligen Industrieroboterachse ausgleicht.

Zur Regulierung des Ausgleichsmomentes wird der radiale Abstand der sphärischen Rollen 14 zueinander verändert, was wie bereits beschrieben, eine Änderung der Vorspannung der Feder 13 zur Folge hat. Ein zusätzlicher Vorteil der im vorliegenden Beispiel gezeigten Ausführung des Ausgleichsmechanismus ist durch das zwischen die Welle 4 und den Kurvenkörper 5 geschaltete Umlaufrädergetriebe gegeben. Dieses ermöglicht eine Schwenkbewegung des anzugleichenden Gliedes am Industrieroboter um mehr als 180 Grad.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Ausgleich statischer Momente an Gelenkgetrieben durch die Energie einer Feder, die beim Schwenken der das auszugleichende Moment erzeugenden Masse mittels einer aus einem zylindrischen Kurvenkörper und auf dessen Stirnfläche abrollenden Wälzkörpern bestehenden Paarung gespannt bzw. entspannt wird, wobei der mit der Feder in Wirkverbindung stehende Teil der Paarung axial verschiebbar angeordnet ist und der andere Teil der Paarung drehbar gelagert und direkt oder indirekt mit der das auszugleichende Moment übertragenden Welle des Gelenkgetriebes gekoppelt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Stirnfläche des zylindrischen Kuivenkörpers (5), auf der die Wälzkörper abrollen, aus zwei symmetrisch zueinander liegenden und einen Winkel γ zur Längsachse des Kurvenkörpers (5) einschließenden Ebenen gebildet wird ι in i die Wälzkörper aus sphärischen Rollen (14) bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die sphärischen Rollen (14) radial gegeneinander verschiebbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der drehbar gelagerte Teil der Paarung über einen Drohzahlwandler mit der das auszugleichende Moment übertragenden Welle in Wirkverbindung steht.