DE102012212342B4 - Manipulator or the like - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung wie Kran, Lasthebevorrichtung, Manipulator, Arbeitsplattform, Roboter, Bagger od. dgl., ausgenommen zur Verwendung in der metallurgischen Industrie beim Freiformschmieden, beim Gesenkschmieden, in Ringwalzanlagen, in Wärmebehandlungsanlagen, bei Abschlackungsvorgängen in Stahlwerken und bei Reduktionsöfen, mit einer, gegebenenfalls verfahrbaren und/oder um eine Hochachse drehbaren, Basis (2) und mit zumindest zwei Armen, wobei der erste Arm (4) um eine horizontale Basisachse (3) der Basis (2) verschwenkbar gelagert ist und der zweite Arm (6) um eine am freien Ende des ersten Arms (4) parallel zur Basisachse (3) verlaufende Armachse (5) verschwenkbar gelagert ist, wobei die Winkellage zwischen den Armen (4, 6) durch ein Getriebe mit der Winkellage des ersten Arms (4) bezüglich der Basis (2) gekoppelt ist, wodurch die Bewegung des freien Endes des zweiten Arms (6) im Wesentlichen horizontal erfolgt, wobei die beiden Arme (4, 6) eine Durchschwenkkinematik bilden, bei der bei fluchtenden Armen das freie Ende des zweiten Arms (6) der Basis (2) näher liegt als das freie Ende des ersten Arms (4), und wobei, fest oder beweglich, ein weiterer Arm, oder eine Hand, oder eine Lasthebevorrichtung, oder ein Werkzeugträger, oder ein Tool Center Point, od. dgl. am freien Ende des zweiten Arms (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Winkellagen der Arme (4, 6) untereinander durch einen an der Basis (2) um eine Achse (3') gelenkig gelagerten ersten Steuerstab (14) erfolgt, der auf das Getriebe wirkt.Device such as crane, load lifting device, manipulator, working platform, robot, excavator od. Like., Except for use in the metallurgical industry in open-die forging, drop forging, in ring rolling, in heat treatment plants, in slagging processes in steel mills and reduction furnaces, with one, if necessary movable and / or about a vertical axis rotatable, base (2) and having at least two arms, wherein the first arm (4) about a horizontal base axis (3) of the base (2) is pivotally mounted and the second arm (6) about an am free end of the first arm (4) parallel to the base axis (3) extending arm axis (5) is pivotally mounted, wherein the angular position between the arms (4, 6) by a transmission with the angular position of the first arm (4) relative to the base ( 2), whereby the movement of the free end of the second arm (6) is substantially horizontal, wherein the two arms (4, 6) form a swing-through kinematics, wherein the b ei aligned arms, the free end of the second arm (6) of the base (2) is closer than the free end of the first arm (4), and wherein, fixed or movable, another arm, or a hand, or a lifting device, or a tool carrier, or a tool center point, or the. Like. At the free end of the second arm (6) is provided, characterized in that the coupling of the angular positions of the arms (4, 6) with each other by one at the base (2) to an axis (3 ') hingedly mounted first control rod (14), which acts on the transmission.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Es gibt zahlreiche vorbekannte Vorrichtungen für den einen oder anderen Zweck, zumeist unter Verwendung von Gelenkvierecken, es soll für einen Überblick nur auf die folgenden verwiesen werden:
Die
The
Die
Die
Die
Aus der
Eine Vorrichtung aus dem Stand der Technik, die das Ziel hat, die Kräfte über die verschiedenen Stellungen der Vorrichtung möglichst konstant zu halten, ist aus der
Die obere Koppel des Gelenksparallelogramms, somit das obere Ende des ersten Arms trägt den zweiten Arm gelenkig mit der Koppelplatte, die zufolge ihrer Lage im Gelenkviereck kaum eine Drehung vollführt, verbunden und sieht einen Aktuator vor, der von der Koppelplatte auf einen Punkt etwa nach einem Viertel der Länge des zweiten Arms angreift, wodurch auch dieser entsprechend auf Biegung beansprucht wird. Im Betrieb sind die beiden Arme unabhängig voneinander um ihren jeweiligen Basispunkt zu verschwenken, d. h. dass beim Verschwenken des ersten Arms der zweite Arm seine Winkellage gegenüber der Basis, dem Inertialsystem beibehält, somit getrennt gesteuert werden kann. Zufolge der reinen Schwenkbewebung des ersten Arms erfolgt aber keine Verschiebung der am Ende des zweiten Arms angelenkten Last entlang einer zumindest im Wesentlichen gerade verlaufenden Bahn, solange nicht sehr enge Grenzen in den Längenverhältnissen allgemein und in der Winkellage des zweiten Arms speziell eingehalten werden.The upper coupling of Gelenkgleichallelogramms, thus the upper end of the first arm carries the second arm articulated with the coupling plate, which performs little rotation due to their location in the four-bar linkage, and provides an actuator, which from the coupling plate to a point approximately after a Quarter of the length of the second arm attacks, whereby this is claimed according to bending. In operation, the two arms are independently pivotable about their respective base point, d. H. that when pivoting the first arm of the second arm maintains its angular position relative to the base, the inertial system, thus can be controlled separately. As a result of the pure pivoting movement of the first arm, however, no displacement of the load articulated at the end of the second arm takes place along an at least substantially straight path, unless very narrow limits in the length ratios in general and in the angular position of the second arm are specifically observed.
Mit dieser Vorrichtung gelingt es tatsächlich, wenn auch mit den genannten Nachteilen und nur in einer Winkellage (sonst aber nicht) zwischen den beiden Armen eine sehr gleichmäßige Belastung und Kraftanwendung über den von der Last bestreichbaren Bereich zu erreichen, was für einen Kran ausreichend ist, die anderen, eingangs genannten Forderungen sind mit dieser Vorrichtung nicht erfüllbar.With this device, it is indeed possible, albeit with the said disadvantages and only in an angular position (but not otherwise) between the two arms to achieve a very uniform load and force application over the swept by the load area, which is sufficient for a crane, the other, aforementioned claims are not met with this device.
Aus der
Es gibt auf dem Gebiete der Technik eine große Zahl von Anwendungen für das Bewegen von Lasten aller Art, worunter auch Personen, Werkzeuge und ähnliches verstanden werden, bei der es darauf ankommt, mittels einer möglichst massearmen Vorrichtung die Last über möglichst große Strecken zu bewegen und dabei über die gesamte Bewegungslänge eine möglichst gleichmäßige Kraft zu benötigen, bzw. die einzelnen Bauteile der Vorrichtung möglichst gleichmäßig zu belasten, bzw. eine vertikale Bewegungskomponente möglichst zu vermeiden. Eine zusätzliche Forderung ist es, die (ebene) Bewegung der Last entlang zweier zueinander orthogonaler Achsen zuzulassen und dabei Vorkehrungen zu treffen, die es auf einfache Weise ermöglichen, eine Bewegung in der einen Richtung unabhängig von der Bewegung in der anderen Richtung durchführen zu können, ohne dabei umfangreiche und komplexe Steuerungen mit den dabei notwendigen Sensoren etc. zu benötigen. There are in the field of technology, a large number of applications for moving loads of all kinds, including people, tools and the like to be understood, in which it is important to move by means of a low-mass device, the load over the longest possible distances and To require as even force as possible over the entire movement length, or to load the individual components of the device as evenly as possible, or to avoid a vertical component of movement as possible. An additional requirement is to permit the (level) movement of the load along two orthogonal axes and to take precautions which make it possible in a simple manner to perform a movement in one direction independently of the movement in the other direction. without requiring extensive and complex controls with the necessary sensors etc.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine definierte horizontale Bewegung des freien Endes des zweiten Arms sicherstellt.The present invention has for its object to provide a device that ensures a defined horizontal movement of the free end of the second arm.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is solved by the features specified in claim 1.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Es wird eine sogenannte Durchschwenkkinematik mit zumindest zwei Armen verwendet, wobei der erste Arm, der Basisarm an der Basis um eine Basisachse drehbar gelagert ist und an seinem freien Ende den zweiten Arm um eine zur Basisachse parallele Achse drehbar gelagert ist. Unter Durchschwenkkinematik versteht man, dass am freien Ende des ersten Arms der zweite Arm drehbar angelenkt ist, dies allerdings in einer Ebene, die es ihm ermöglicht eine Lage fluchtend (in Seitenansicht) mit dem ersten Arm einzunehmen, wobei das freie Ende des zweiten Arms der Basis des ersten Arms näher liegt als das freie Ende des ersten Arms, der Winkel zwischen den Armen beträgt 180°. Um Biegespannungen zu vermeiden ist dabei der erste Arm im Bereich seines freien Endes zumeist gegabelt ausgeführt. Die Winkellagen sind untereinander zwangsgesteuert, bevorzugt durch Gestänge oder Zahnradsegmente.It is a so-called swing-through kinematics used with at least two arms, wherein the first arm, the base arm is rotatably mounted on the base about a base axis and is rotatably mounted at its free end the second arm about an axis parallel to the base axis. By swing-through kinematics is meant that at the free end of the first arm, the second arm is pivotally articulated, but in a plane that allows him to take a position aligned (in side view) with the first arm, the free end of the second arm of Base of the first arm is closer than the free end of the first arm, the angle between the arms is 180 °. In order to avoid bending stresses, the first arm is mostly forked in the region of its free end. The angular positions are positively controlled among each other, preferably by linkage or gear segments.
Am freien Ende des – zumeist ebenfalls gegabelten – zweiten Arms ist ein Werkzeug-träger, ein dritter Arm oder dergleichen gelenkig angelenkt, die Winkellage des dritten Arms gegenüber dem Inertialsystem (Basis) bzw. gegenüber dem zweiten Arm wird auf eine weiter unten beschriebene Weise bewirkt.At the free end of the - usually also bifurcated - second arm a tool carrier, a third arm or the like hinged articulated, the angular position of the third arm relative to the inertial (base) and against the second arm is effected in a manner described below ,
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Eine erfindungsgemäße Grundkinematik ist in
Am freien Ende des ersten Arms
Am freien Ende des zweiten Arms
Durch Kopplung der Schwenkwinkel des ersten Arms
Die Kopplung der beiden Schwenkwinkel: α, den Schwenkwinkel des ersten Armes
- X
Abstand zwischen Basisachse 3 und Armachse5 - Y
Abstand zwischen Armachse 5 und Handachse7
- X
- Distance between
base axis 3 andarm axis 5 - Y
- Distance between
arm axis 5 andhand axis 7
Als Wert für β erhält man unter diesen Umständen:
Die
Die Funktionsweise dieses Lenkgestänges ist nun Folgende: Der untere Teil des ersten Arms
Diese im Wesentlichen horizontale Bewegung ist aus
Unabhängig davon, ob nun die Kopplung der Verschwenkung der beiden Handachsen
Eine solche Vorrichtung ist aus der
Der erste Arm
Um nun die Hand
Die
Durch die Konstruktion ist es nun möglich, die in
Ebenso zeigt die
Dies ist insbesondere für die Praxis wichtig, da es bei einer Vielzahl von Anwendungen sehr wesentlich ist, diese beiden orthogonalisierten Achsen möglichst unabhängig voneinander beherrschen zu können, ohne aufwendige Bahnberechnungen und Übertragungen von Steuerbefehlen an unterschiedliche Antriebe übermitteln zu müssen.This is particularly important in practice, since it is very essential in a large number of applications to be able to control these two orthogonalized axes as independently as possible, without having to transmit complex path calculations and transmissions of control commands to different drives.
Es wurde bisher die Erfindung mit dem eingangs ausführlich erläuterten Lenkgestänge
Die Situation bei Verwendung von Zahnrädern bzw. Zahnsegmenten zeigen die
Die bisher gezeigten Ausführungsbeispiel stellen im Großen und Ganzen einen Werkzeugträger oder Manipulator dar, der Fachmann kann die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete mit dieser Kinematik nutzbringend erschließen, nur um zu zeigen welch unterschiedliche Möglichkeiten und auch Größenordnungen hier möglich sind, zeigen die
Die
Die
Als Resümee kann man ziehen, dass es durch die erfindungsgemäße ebene Kinematik, alle genannten Achsen sind parallel zueinander, nicht nur möglich wird, die angestrebte gleichmäßige Belastung und Antriebskraft ohne merkliche Spitzen zu erzielen, sondern dass es darüber hinaus möglich ist durch Betätigen nur eines der Antriebe eine linearisierte Bewegung des Lastträgers zu erreichen und durch Betätigung eines anderen Antriebs unabhängig davon eine dazu orthogonale Bewegung, was das Steuern und Benutzen der Vorrichtung in all den Fällen, in denen dies nicht wie bei einem Roboter durch mathematische Bahnsteuerung über eine entsprechende Elektronik erfolgt, sondern von einer Bedienungsperson wesentlich vereinfacht und somit nicht nur den Komfort sondern auch die Sicherheit erhöht.In summary, one can conclude that it is not only possible by the plane kinematics according to the invention, all the axes are parallel to each other, to achieve the desired uniform load and driving force without noticeable peaks, but that it is possible by operating only one of Drives to achieve a linearized movement of the load carrier and by operating another drive regardless of an orthogonal movement, which controlling and using the device in all cases where this is not done as in a robot by mathematical path control via a corresponding electronics, but greatly simplified by an operator and thus not only increases comfort but also safety.
Es betrifft somit die Erfindung in ihrem Kern eine ebene Kinematik, die insbesondere zur Verwendung mit Kränen, Lasthebevorrichtungen, Manipulatoren, Arbeitsplattformen, Robotern, und dergleichen geeignet ist, mit einer, gegebenenfalls verfahrbaren und/oder um eine Hochachse drehbaren, Basis
Unter „freiem Ende” wird hier, und entsprechend dem technischen Sprachgebrauch, einfach ein Bereich des Endes des jeweils betrachteten Armes verstanden, das in der kinematischen Kette weiter von der Basis entfernt ist als das andere Ende; ein „Ende” im mathematischen Sinn ist es selbstverständlich nicht.By "free end" is meant here, and in accordance with technical usage, simply a region of the end of the respectively considered arm, which is farther from the base in the kinematic chain than the other end; Of course, it is not an "end" in the mathematical sense.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: VON BUELOW & TAMADA PATENTANWALTSGESELLSCHAFT, DE |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |