DE102016202164B4

DE102016202164B4 - Ausgleichsgestängemechanismus

Info

Publication number: DE102016202164B4
Application number: DE102016202164.8A
Authority: DE
Inventors: Jae Bok Song; Hyun Soo Lee; Hwi Su Kim; Seung Woo Song
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Korea University Research and Business Foundation
Current assignee: Hyundai Motor Co; Korea University Research and Business Foundation; Kia Corp
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2036-02-13
Also published as: KR20160099301A; KR101683526B1; US10421198B2; DE102016202164A1; CN105881585A; CN105881585B; US20160236359A1

Abstract

Ausgleichsgestängemechanismus, der aufweist:eine Basisverbindung (100) als eine erste Verbindung, die ein erstes Gelenk (J1) aufweist;eine zweite Verbindung (300), die ein zweites Gelenk (J2) ausbildet, das mit der Basisverbindung (100) drehbar verbunden ist, so dass ein Schwerpunkt der zweiten Verbindung (300) vom zweiten Gelenk (J2) beabstandet ist;einen Gegenstabilisator (10), der einen Abschnitt, der an dem zweiten Gelenk (J2) angeordnet ist, und einen weiteren Abschnitt aufweist, der an der Basisverbindung (100) beweglich in einer Längsrichtung der zweiten Verbindung (300) angeordnet ist, wobei der Gegenstabilisator (10) ein Schwerkraftmoment ausgleicht, das durch ein Gewicht der zweiten Verbindung (300) erzeugt wird, wenn die zweite Verbindung sich um das zweite Gelenk (J2) dreht; undeine dritte Verbindung (400), die mit der zweiten Verbindung (300) verbunden ist, wobeider Gegenstabilisator (10) aufweist: einen Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12), der mit der zweiten Verbindung (300) verbunden ist und sich durch Drehung der zweiten Verbindung (300) dreht; einen Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200), der mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) in Kontakt steht, sich durch Drehung des Gegenstabilisator-Geberabschnitts linear bewegt und das Schwerkraftmoment, das durch das Gewicht der zweiten Verbindung (300) und eine Lastkapazität erzeugt wird, durch ein Zusammenwirken mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) ausgleicht, wobeider Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) aufweist:einen Geberritzelabschnitt (120), der sich zusammen mit der zweiten Verbindung (300) bewegt; und einen Geberkurbelwellenabschnitt (130), der mit dem Geberritzelabschnitt (120) verbunden ist, und wobeider Geberkurbelwellenabschnitt (130) aufweist: eine Geberkurbelwelle (131), die mit dem Geberritzelabschnitt (120) koaxial verbunden ist; und eine Geberrolle (132), die mit dem Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200) drehbar verbunden ist und mit diesem in Kontakt steht.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Ausgleichsgestängemechanismus, der mit einem Mensch zusammenarbeiten kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen Ausgleichsgestängemechanismus, der ein erforderliches Moment zum Betätigen des Ausgleichsgestängemechanismus minimiert und ein zusätzliches Ausgleichsmoment erzeugt, indem eine mechanische Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleichen eines Schwerkraftmoments angebracht ist.
Verschiedene Roboter wurden zur Verbesserung insbesondere der Herstellungseffizienz genutzt. Somit ist zwischen einem Arbeiter und einem Roboter eine Zusammenarbeit erforderlich. Da allerdings verschiedene Probleme, wie beispielsweise eine Kollision zwischen dem Arbeiter und dem Roboter auftreten können, wird der Roboter im Allgemeinen in einem vom Arbeiter abgeschotteten Bereich betrieben.
Um eine Kollision zwischen dem Arbeiter und dem Roboter während der Zusammenarbeit zu vermeiden, sollte ein Antriebsmoment eines Antriebsmotors für den Roboter minimiert werden.
Es wurde eine Schwerkraftausgleichsvorrichtung zur Minimierung des Antriebsmoments verwendet, welche das Schwerkraftmoment, das aufgrund des Gewichts des Roboters bewirkt wird, mechanisch ausgleicht und das erforderliche Antriebsmoment minimiert.
Die Schwerkraftausgleichsvorrichtung kann ein Massependel, das an einer Seite entgegengesetzt zu der, an der eine Kraft wirkt, angebracht ist, oder einen Draht zum Bewegen des Gestängemechanismus des Roboters aufweisen.
Allerdings kann der Draht sich verformen oder brechen, wenn der Arbeiter mit dem Roboter kollidiert. Folglich besteht die Notwendigkeit für eine verbesserte Schwerkraftausgleichsvorrichtung, die eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und den Einfluss des Gewichts des Roboters minimiert.
Wenn ferner Bestandteile des Roboters ersetzt oder befestigt werden müssen, muss der Roboter demontiert werden, auf eine unkomfortable Weise.
Folglich besteht die Notwendigkeit für eine neue Schwerkraftausgleichsvorrichtung, die eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aufweist.
Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt zum Hintergrund offenbart sind, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung, und dieser kann somit Informationen enthalten, die nicht Teil des Stands der Technik sind, der dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
Die DE 10 2009 043 405 B3 offenbart einen Industrieroboter mit einem für große Traglast ausgelegten Roboterarm mit mehreren Achsen und einem auf Gas basierenden Gewichtsausgleichssystems für wenigstens eine der Achsen. Die EP 1 974 873 B1 offenbart einen Verbindungsmechanismus. Die US 2015/0040712 A1 offenbart einen Schwerkraftausgleichsmechanismus für einen Industrieroboter. Die US 2014/0202276 A1 offenbart einen drehmomentfreien Roboterarm. Die US 2013/0061707 A1 offenbart einen Ausgleichsmechanismus für einen Roboter für Schwerlasten. Die KR 10 2014 106 899 A offenbart einen Schwerkraftausgleichsmechanismus vom Zahnradtyp.
Die vorliegende Offenbarung wurde in dem Bestreben getätigt, einen Ausgleichsgestängemechanismus bereitzustellen, der über einen Gegenstabilisator mit einem Menschen zusammenarbeiten kann.
Ein Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Basisverbindung als eine erste Verbindung, die ein erstes Gelenk aufweist; eine zweite Verbindung, die ein zweites Gelenk ausbildet, um mit der Basisverbindung drehbar verbunden zu sein, wobei ein Schwerpunkt der zweiten Verbindung von dem zweiten Gelenk beabstandet ist; einen Gegenstabilisator, der einen Abschnitt, der an dem zweiten Gelenk angeordnet ist, und einen weiteren Abschnitt aufweist, der an der Basisverbindung beweglich entlang einer Längsrichtung der zweiten Verbindung angeordnet ist, und wobei dieser ein Schwerkraftmoment, das aufgrund eines Gewichts der zweiten Verbindung erzeugt wird, wenn die zweite Verbindung sich an dem zweiten Gelenk dreht, kompensiert bzw. ausgleicht; und eine dritte Verbindung, die mit der zweiten Verbindung verbunden ist. Der Gegenstabilisator weist auf: einen Gegenstabilisator-Geberabschnitt, der mit der zweiten Verbindung verbunden ist und sich durch Drehung der zweiten Verbindung dreht; einen Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt, der mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt in Kontakt steht, sich durch Drehung des Gegenstabilisator-Geberabschnitts linear bewegt und ein Schwerkraftmoment und eine Lastkapazität bzw. Last durch eine Zusammenwirkung mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt ausgleicht.
Der Gegenstabilisator-Geberabschnitt weist dabei auf: einen Geberritzelabschnitt, der sich zusammen mit der zweiten Verbindung bewegt; und einen Geberkurbelwellenabschnitt, der mit dem Geberritzelabschnitt verbunden ist. Der Geberkurbelwellenabschnitt weist eine Geberkurbelwelle, die mit dem Geberritzelabschnitt koaxial verbunden ist, und eine Geberrolle auf, die mit dem Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt drehbar verbunden ist und mit diesem in Kontakt steht.
Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt kann aufweisen: einen Bewegungsbasisrahmen, der fest an der Basisverbindung angebracht ist; einen Bewegungsblock, der sich an dem Bewegungsbasisrahmen linear bewegt und mit der Geberrolle in Kontakt steht; und einen elastischen Bewegungsabschnitt, der den Bewegungsblock zum Geberkurbelwellenabschnitt elastisch unterstützt.
Der elastische Bewegungsabschnitt kann aufweisen: einen Bewegungsschaft, die fest an dem Bewegungsblock angebracht ist und sich entlang einer Bewegungsrichtung des Bewegungsblocks erstreckt; und ein elastisches Bewegungselement, das einen Außenumfang des Bewegungsschafts umgibt und zwischen dem Bewegungsbasisrahmen und dem Bewegungsblock angeordnet ist.
Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt kann einen Bewegungsgangblock, der an dem Bewegungsblock angeordnet ist, und eine Bewegungsgangschiene aufweisen, die mit dem Bewegungsgangblock verbunden ist, so dass diese relativ zueinander bewegbar sind, und an dem Bewegungsbasisrahmen angeordnet ist, um parallel zum Bewegungsschaft vorgesehen zu sein.
Der Bewegungsblock kann aufweisen: einen Bewegungsblockkörper, der an dem Bewegungsgangblock angebracht ist; und eine Bewegungsblockplatte, die an dem Bewegungsblockkörper angeordnet ist und mit der Geberrolle in Kontakt steht.
Die zweite Verbindung kann aufweisen: eine zweite obere Verbindung, die ein Ende aufweist, das drehbar mit der Basisverbindung verbunden ist, und wobei das entgegengesetzte Ende drehbar mit der dritten Verbindung verbunden ist; und eine zweite untere Verbindung, die ein Ende aufweist, das drehbar mit der Basisverbindung verbunden ist, und wobei das entgegengesetzte Ende drehbar mit der dritten Verbindung verbunden ist. Die zweite untere Verbindung kann von der zweiten oberen Verbindung beabstandet sein.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ferner eine zweite Antriebseinheit aufweisen, die der zweiten oberen Verbindung ein Antriebsmoment zuführt.
Die zweite untere Verbindung kann mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt verbunden sein.
Der Gegenstabilisator-Geberabschnitt kann aufweisen: einen Geberritzelabschnitt, der sich zusammen mit der Drehbewegung der zweiten Verbindung dreht; und einen Geberkurbelwellenabschnitt, der mit dem Geberritzelabschnitt verbunden ist. Der Geberritzelabschnitt kann aufweisen: ein unteres Geberritzel, das mit der zweiten unteren Verbindung koaxial verbunden ist; und ein oberes Geberritzel, das mit dem unteren Geberritzel im Eingriff steht und mit dem Geberkurbelwellenabschnitt koaxial verbunden ist.
Ein zweiter oberer Gelenkabschnitt ist an einem Ende der zweiten oberen Verbindung ausgebildet und ist mit der Basisverbindung drehbar verbunden. Ein zweiter unterer Gelenkabschnitt ist an einem Ende der zweiten unteren Verbindung ausgebildet und ist mit der Basisverbindung drehbar verbunden. Ein dritter oberer Gelenkabschnitt ist an dem entgegengesetzten Ende der zweiten oberen Verbindung ausgebildet und ist mit der dritten Verbindung drehbar verbunden. Ein dritter unterer Gelenkabschnitt ist an dem entgegengesetzten Ende der zweiten unteren Verbindung ausgebildet und ist mit der dritten Verbindung drehbar verbunden.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ferner eine vierte Verbindung aufweisen, die mit einem Endabschnitt der dritten Verbindung verbunden ist und auf einer Ebene, die senkrecht auf einer Längsrichtung der dritten Verbindung steht, bewegbar ist.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ferner eine fünfte Verbindung aufweisen, die an einem Endabschnitt der vierten Verbindung angeordnet ist. Die fünfte Verbindung ist auf einer Ebene parallel zu einer Längsrichtung der vierten Verbindung bewegbar.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ferner eine sechste Verbindung aufweisen, die an einem Endabschnitt der fünften Verbindung angeordnet ist. Die sechste Verbindung ist basierend auf einer Drehachse einer Längsrichtung der fünften Verbindung drehbar.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ferner eine Basisantriebseinheit aufweisen, die dem ersten Gelenk ein Antriebsmoment zuführt.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Ausgleichsgestängemechanismus folgende Wirkungen auf.
Da erstens das Schwerkraftmoment durch den mechanischen Gegenstabilisator, der Ritzel/Kurbelwelle/Rolle aufweist, kompensiert wird, ist es möglich, die Kapazität der Motoren zu verringern.
Da es zweitens einfach ist, das Schwerkraftmoment durch das Gewicht der Verbindungen und das Gewicht der Elemente, die mit den Verbindungen verbunden sind, auszugleichen bzw. zu kompensieren, wird die Lastkapazität des Roboters maximiert.
Da drittens der Gegenstabilisator, der das Schwerkraftmoment ausgleicht, aus einer Ritzel-Kurbelwelle-Rolle-Struktur gefertigt ist, werden die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit verbessert.
Da viertens die Kapazität von Motoren und Reduktionsmitteln verringert werden kann, können die Kosten reduziert und die Sicherheit bezüglich einer Kollision verbessert werden.
Der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Schwerkraftmoment, das durch die Position und Lage des Ausgleichsgestängemechanismus geändert wird, vollständig ausgleichen. Das heißt, der Ausgleichsgestängemechanismus kann das Schwerkraftmoment, das durch das Gewicht der Verbindungen erzeugt wird, auf null bringen, wenn die Lage des Ausgleichsgestängemechanismus beibehalten wird. Ferner weist der Gegenstabilisator Ritzel und eine Rolle auf, die eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, so dass es möglich ist, eine hohe Leistungsfähigkeit auch bei einer langen Benutzung des Ausgleichsgestängemechanismus aufrechtzuerhalten.
Die Kapazität eines Motors und eines Reduktionsmittels, die an Gelenken vorgesehen sind, und die Herstellungskosten können minimiert werden, indem der Gegenstabilisator angewendet wird. Ferner ist es möglich, die Betriebskosten unter Verwendung eines Motors mit geringer Kapazität zu verringern.
Ferner kann der Gegenstabilisator das erforderliche Moment zum Betrieb der Verbindungen und ein zusätzliches Moment erzeugen, und somit werden die Lastkapazität maximiert und die Arbeitsleistung in einem realen Arbeitsumfeld erhöht. Ferner liegt der Gegenstabilisator in einer Modulform vor, und somit ist dieser einfach zu warten.
Da das Schwerkraftmoment, das von dem Gewicht der Verbindungen erzeugt wird, ausgeglichen wird, ist es möglich, die Position und Lage des Ausgleichsgestängemechanismus beizubehalten.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 bis 5B sind auseinandergezogene perspektivische Teilansichten, die einen Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.
6 bis 7B zeigen Arbeitsabläufe einer Basisverbindung, einer zweiten Verbindung und einer dritten Verbindung.
8 und 9 sind auseinandergezogene perspektivische Teilansichten, die einen Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.
10 bis 11B zeigen Arbeitsabläufe eines Gegenstabilisators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12A und 12B sind Zeichnungen zur Erläuterung eines Schwerkraftmoments, das auf eine zweite Verbindung wirkt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
13 und 14A sind schematische Ansichten zur Erläuterung eines Arbeitsablaufs eines Gegenstabilisators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
14B ist ein Graph zur Erläuterung der Leistung eines Gegenstabilisators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
15A und 15B sind perspektivische Montageteilansichten einer Basisverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
16A und 16B sind perspektivische Montageteilansichten einer zweiten Verbindung und einer dritten Verbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
17A und 17B sind perspektivische Montageteilansichten einer vierten Verbindung und einer fünften Verbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird ein Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Ein Ausgleichsgestängemechanismus der vorliegenden Offenbarung kann als Roboterarm realisiert werden. Allerdings ist der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung darauf nicht beschränkt, und dieser kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung wird als ein Roboterarm beschrieben, der mehrere Verbindungen aufweist, die auf eine kontinuierliche Weise verbunden sind.
Die Ausgleichsgestängeeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Struktur auf, bei der mehrere Verbindungen und Gelenke auf eine kontinuierliche Weise verbunden sind. Wenn der Ausgleichsgestängemechanismus eine bestimmte Position im Raum beibehält, muss ein erforderliches Schwerkraftmoment von einem Motor und einem Reduktionsmittel, die an jedem Gelenk angebracht sind, erzeugt werden. Wenn die Position des Ausgleichsgestängemechanismus sich ändert, ändert sich das Schwerkraftmoment durch dessen eigenes Gewicht. Folglich ändert sich auch das erforderliche Moment, das von dem Motor und dem Reduktionsmittel erzeugt wird, zum Ausgleich des Schwerkraftmoments.
Herkömmlich misst ein Drehgeber, der an jedem Gelenk angebracht ist, einen Drehwinkel jeder Verbindung. Es wird ein Schwerkraftmoment aus dem gemessenen Drehwinkel berechnet, und es wird ein Schwerkraftmoment, das einem erforderlichen Moment entspricht, von einem Motor erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Ausgleichsgestängemechanismus ein Schwerkraftmoment automatisch ausgleichen, unter Verwendung einer Schwerkraftausgleichsvorrichtung (beispielsweise eines Gegenstabilisators), bezüglich jeder Position des Ausgleichsgestängemechanismus, ohne irgendeinen zusätzlichen Sensor, irgendeine zusätzliche Steuereinheit oder irgendeines zusätzlichen Motors. Folglich wird das erforderliche Moment, das von dem Motor und dem Reduktionsmittel während des Betriebs des Roboters erzeugt wird, auf null gebracht.
Da ferner die Schwerkraftausgleichsvorrichtung in einer Modulform vorliegen kann, ist diese auf einfache Weise zu warten.
Mit Bezug auf 1 weist ein Ausgleichsgestängemechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Basisverbindung 100 als eine erste Verbindung, die ein erstes Gelenk J1 aufweist, einen Gegenstabilisator 10, eine zweite Verbindung 300 und eine dritte Verbindung 400 auf.
Die Basisverbindung 100 als die erste Verbindung ist mit der zweiten Verbindung 300 verbunden und kann sich basierend auf dem ersten Gelenk J1 drehen. Die Position der Basisverbindung 100 kann fest bzw. fixiert sein.
Ein Endwirkglied (nicht gezeigt), wie etwa ein Rollenmotor oder ein Greifer, kann an einem Endabschnitt der dritten Verbindung 400 angeordnet sein. Eine vierte Verbindung 500 und eine fünfte Verbindung 600 können an einem Endabschnitt der dritten Verbindung 400 angeordnet sein.
Im Folgenden wird der Ausgleichsgestängemechanismus, der die vierte und fünfte Verbindung 500, 600 aufweist, im Detail beschrieben.
Mit Bezug auf die 1 und 2 kann der Ausgleichsgestängemechanismus fünf Freiheitsgrade (DOF) aufweisen, aber der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann der Ausgleichsgestängemechanismus fünf Gelenke aufweisen, die eine Gierbewegung (aktives Gelenk) - Neigungsbewegung (aktives Gelenk) - Neigungsbewegung (passives Gelenk) - Gierbewegung (aktives Gelenk) - Gierbewegung (aktives Gelenk) - Rollbewegung (aktives Gelenk) ausführen. Das heißt, der Ausgleichsgestängemechanismus kann fünf aktive Gelenke und ein passives Gelenk aufweisen.
Der Ausgleichsgestängemechanismus kann ein Vierstabgestänge aufweisen, das aufweist: die zweite Verbindung 300, die dritte Verbindung 400, die Basisverbindung 100, worin dritte Gelenke J3u und J3d als passive Gelenke ausgebildet sind, in Verbindung mit zweiten Gelenken J2u, J2d, wie etwa die vierte Verbindung 500, und die fünfte Verbindung 600, die stets parallel zum Boden ausgerichtet ist. Folglich wird der Betrieb des Roboters in einem realen Arbeitsumfeld vereinfacht.
Ferner kann der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Last durch den Gegenstabilisator 10 unterstützen, bei dem ein Kreuzrollenlager in das erste Gelenk J1 und ein viertes Gelenk J4 eingebracht ist, um ein Moment zu unterstützen, das auf das erste Gelenk J1 und das vierte Gelenk J4 wirkt.
Die Position der Basisverbindung 100 kann fest oder bewegbar sein. In der vorliegenden Offenbarung wird beispielhaft eine Basisverbindung 100 beschrieben, die imstande ist, sich an dem ersten Gelenk J1 zu drehen.
Ein Ende der zweiten Verbindung 300 ist mit der Basisverbindung 100 drehbar verbunden, so dass die zweiten Gelenke J2u, J2d ausgebildet sind, und ein Schwerpunkt der zweiten Verbindung 300 ist um einen bestimmten Abstand von den zweiten Gelenken J2u, J2d beabstandet. Die dritte Verbindung 400 ist mit dem anderen Ende der zweiten Verbindung 300 verbunden.
Mit Bezug auf die 3 kann die Basisverbindung 100 eine Rahmenstruktur ausbilden. Die Basisverbindung 100 weist einen linken Basisrahmen 110, einen rechten Basisrahmen 140, einen oberen Basisrahmen 150 und einen unteren Basisrahmen 160 auf. Der Gegenstabilisator 10 ist an dem linken Basisrahmen 110 angeordnet.
Der rechte Basisrahmen 140 und der linke Basisrahmen 110 sind voneinander beabstandet, während sie einander zugewandt sind.
Eine obere Basis 154 des oberen Basisrahmens 150 ist an einem oberen Abschnitt des linken Basisrahmens 110 angeordnet, und eine untere Basis 161 des unteren Basisrahmens 160 ist an einem unteren Abschnitt des linken Basisrahmens 110 angeordnet. Weitere Bestandteile (beispielsweise der Gegenstabilisator) sind in einem Innenraum angeordnet, der von dem linken Basisrahmen 110, der oberen Basis 154, der unteren Basis 161 und einer rechten Basis 141 ausgebildet ist.
Im Detail weist der rechte Basisrahmen 140 eine rechte Basis 141, einen erste Basisverbinder 143 und einen zweiten Basisverbinder 142 auf.
Der erste Basisverbinder 143 ist mit einem Geberritzelabschnitt bzw. Gebergetriebeabschnitt 120 eines Gegenstabilisators verbunden, das heißt der erste Basisverbinder 143 ist mit einem oberen Geberkugellager 126 und einem oberen Geberritzel 122 verbunden.
Der zweite Basisverbinder 142 ist mit einem unteren Geberkugellager 124 und einem unteren Geberritzel 121 des Geberritzelabschnitts 120 über einen zweiten unteren Gelenkabschnitt 360 der zweiten Verbindung 300 verbunden (vgl. 5A).
Ein Basisantrieb als ein erster Antrieb ist an der rechten Basis 141 angeordnet, und der Basisantrieb erzeugt ein Antriebsmoment zur Drehung der Basisverbindung 100 relativ zum ersten Gelenk J1. Der Basisantrieb weist einen ersten Antriebsrahmen 144 und einen ersten Antriebsmotor 145 auf, der an dem ersten Antriebsrahmen 144 angeordnet ist. Der Basisantrieb kann fest an der rechten Basis 141 des rechten Basisrahmens 140 angebracht sein. Der erste Antriebsmotor 145 kann mit einer oberen Basisrolle 156 des oberen Basisrahmens 150 über ein Verbindungsmittel (beispielsweise einen Riemen) verbunden sein.
Mit Bezug auf 5A sind ein zweiter oberer Gelenkabschnitt 340 und ein zweiter unterer Gelenkabschnitt 360 mit der rechten Basis 141 verbunden, so dass sich eine zweite obere Verbindung 310 und eine zweite untere Verbindung 320 drehen können. Ein zweiter Antrieb 346 ist an der rechten Basis 141 angebracht und erzeugt ein Antriebsmoment. Die zweite obere Verbindung 310 und die zweite untere Verbindung 320 werden durch das Antriebsmoment gedreht.
Der zweite Antrieb 346 weist ein zweites Reduziermittel 342, einen zweiten Antriebsmotor 343, eine zweite Antriebsrolle 344 und eine zweite Geberrolle 345 auf. Der zweite Antriebsmotor 343 ist an der rechten Basis 141 fest angebracht, und die zweite Antriebsrolle 344 ist mit einer Welle des zweiten Antriebsmotors 343 verbunden. Die zweite Antriebsrolle 344 ist mit der zweiten Geberrolle 345 über einen Riemen (nicht gezeigt) drehbar verbunden. Die zweite Geberrolle 345 überträgt das Antriebsmoment zum zweiten oberen Gelenkabschnitt 340 der zweiten Verbindung 300 über das zweite Reduziermittel 342, das in der rechten Basis 141 angeordnet ist. Die zweite Antriebsrolle 344 und die zweite Geberrolle 345 werden von einer zweiten Antriebsabdeckung 347, die an einer Außenseite der rechten Basis 141 angebracht ist, vor Fremdkörpern geschützt.
Die obere Basisrolle 156 kann mit einer zusätzlichen Struktur (nicht gezeigt) verbunden sein, die mit einem oberen Basisverbinder 153 über ein oberes Basisreduziermittel 155 verbunden ist. Der obere Basisverbinder 153 ist an der oberen Basis 154 über ein oberes Kreuzrollenlager 152 angebracht. Ein Endabschnitt des oberen Basisverbinders 153 minimiert den Einfluss einer Momentlast durch das Gewicht von Verbindungen über eine obere mechanische Sperre 151.
Der untere Basisrahmen 160 weist eine untere Basis 161 auf, welche den linken Basisrahmen 110 und den rechten Basisrahmen 140 verbindet. Eine Leistungszufuhreinheit 162 ist an einer Seite der unteren Basis 161 angeordnet und ist mit einer äußeren elektrischen Vorrichtung (nicht gezeigt) über einen Kabelverbinder 163 verbunden. Die Leistungszufuhreinheit 132 kann ein Steuersignal über den Kabelverbinder 163 empfangen.
Der Gegenstabilisator 10 zum Ausgleich des Schwerkraftmoments ist an dem linken Basisrahmen 110 angeordnet. Ein Ende des Gegenstabilisators 10 ist mit den zweiten Gelenken J2u, J2d verbunden, und ein weiteres Ende des Gegenstabilisators 10 ist fest an der Basisverbindung 100 angebracht, so dass der Gegenstabilisator 10 die Last von der Schwerkraft bzw. vom Gewicht der zweiten Verbindung 300 ausgleicht, wenn sich die zweite Verbindung 300 an den zweiten Gelenken J2u, J2d dreht.
Der Gegenstabilisator 10 weist einen Gegenstabilisator-Geberabschnitt 12 und einen Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 auf. Der Gegenstabilisator-Geberabschnitt 12 weist einen Geberritzelabschnitt bzw. Gebergetriebeabschnitt 120 und einen Geberkurbelwellenabschnitt 130 auf.
Der Geberritzelabschnitt 120 und der Geberkurbelwellenabschnitt 130 sind mit der zweiten Verbindung 300 verbunden und drehen sich zusammen mit der zweiten Verbindung 300, wenn sich die zweite Verbindung 300 dreht.
Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 bewegt sich linear, indem dieser mit dem Geberkurbelwellenabschnitt 130 in Kontakt steht. Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 gleicht ein Moment aus, das durch das Gewicht der zweiten Verbindung 300 und eine Lastkapazität bzw. Last erzeugt wird, aufgrund einer Wechselwirkung bzw. Interaktion mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt 12.
Das heißt, der Geberritzelabschnitt 120 ist mit dem zweiten unteren Gelenkabschnitt 360 verbunden und bewegt sich zusammen mit der zweiten unteren Verbindung 320. Der Geberritzelabschnitt 120 ist mit dem Geberkurbelwellenabschnitt 130 verbunden.
Ein Ende des Gegenstabilisator-Geberabschnitts 12 ist mit der zweiten unteren Verbindung 320 und dem zweiten unteren Gelenkabschnitt 360 verbunden, und ein weiteres Ende des Gegenstabilisator-Geberabschnitts 12 ist mit dem Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 verbunden. Der Gegenstabilisator-Geberabschnitt 12 weist einen Geberritzelabschnitt 120 und einen Geberkurbelwellenabschnitt 130 auf. Ein Ende des Geberritzelabschnitts 120 bewegt sich zusammen mit der zweiten Verbindung 300, und ein weiteres Ende des Geberritzelabschnitts 120 ist mit dem Geberkurbelwellenabschnitt 130 verbunden.
Der Geberritzelabschnitt 120 weist ein oberes Geberritzel 122 und ein unteres Geberritzel 121 auf. Das obere Geberritzel 122 und das untere Geberritzel 121 stehen miteinander im Eingriff. Das untere Geberritzel 121 ist mit der zweiten unteren Verbindung 320 verbunden. Im Detail ist das untere Geberritzel 121 koaxial drehbar verbunden mit dem zweiten unteren Gelenkabschnitt 360, über das untere Geberkugellager 124, zwischen dem linken Basisrahmen 110 und der zweiten unteren Verbindung 320.
Das obere Geberritzel 122 ist mit dem Geberkurbelwellenabschnitt 130 koaxial verbunden. Im Detail ist das obere Geberritzel 122 zwischen dem linken Basisrahmen 110 und der zweiten oberen Verbindung 310 über das obere Geberkugellager 126 angeordnet. Das obere Geberritzel 122 und das untere Geberritzel 121 stehen im Zahneingriff. Das obere Geberritzel 122 und das untere Geberritzel 121 sind an dem linken Basisrahmen 110 angeordnet, so dass keine Komponenten das obere Geberritzel 122 und das untere Geberritzel 121 stören, durch eine Geberritzelabschnittsabdeckung 123. Eine Abdeckdichtung 129 der Abdeckung ist zwischen der Geberritzelabschnittsabdeckung 123 und dem linken Basisrahmen 110 angeordnet, so dass verhindert werden kann, dass Fremdkörper hineingeraten.
Das obere Geberritzel 122, das mit dem unteren Geberritzel 121 im Eingriff steht, ist mit dem Geberkurbelwellenabschnitt 130 verbunden, der außerhalb bezüglich des linken Basisrahmens 110 angeordnet ist.
Der Geberkurbelwellenabschnitt 130 weist eine Geberkurbelwelle 131 und eine Geberrolle 132 auf.
Ein Ende der Geberkurbelwelle 131 ist mit dem oberen Geberritzel 122 des Geberritzelabschnitts 120 verbunden und dreht sich damit gemeinsam. Die Geberrolle 132 ist mit einem weiteren Ende der Geberkurbelwelle 131 freidrehbar verbunden. Die Geberrolle 132 steht mit dem Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 in Kontakt.
Die Geberrolle 132 ist um einen bestimmten Abstand von einem Zentrum der Geberkurbelwelle 131 beabstandet. Ein Lagerdeckel 133 kann an der Geberrolle 132 für eine gleichmäßige bzw. sanfte Drehung angeordnet sein.
Mit Bezug auf 4 weist der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 einen Bewegungsbasisrahmen 210, einen Bewegungsblock 220 und einen elastischen Bewegungsabschnitt 230 auf.
Der Bewegungsbasisrahmen 210 ist fest an der Basisverbindung 100 angebracht. Der Bewegungsblock 220 ist an dem Bewegungsbasisrahmen 210 angeordnet und kann sich linear hin und her bewegen. Der elastische Bewegungsabschnitt 230 unterstützt elastisch den Bewegungsblock 220 zum Geberkurbelwellenabschnitt 130.
Der Bewegungsbasisrahmen 210 weist einen Antriebsbasisabschnitt 211 parallel zum linken Basisrahmen 110, einen vertikalen Antriebsabschnitt 213 vertikal zum Antriebsabschnitt 211 und einen Antriebsrippenabschnitt 215 auf, der zwischen dem Antriebsbasisabschnitt 211 und dem vertikalen Antriebsabschnitt 213 angeordnet ist.
Der Bewegungsblock 220 ist relativ zum Bewegungsbasisrahmen 210 bewegbar. Der Bewegungsblock 220 wird von dem elastischen Bewegungsabschnitt 230 zum Geberkurbelwellenabschnitt 130 elastisch unterstützt. Eine Bewegungsgangstruktur 231 ist in dem Bewegungsblock 220 für einen gleichmäßigen Gang bzw. eine gleichmäßige Bewegung des Bewegungsblocks 220 vorgesehen. Eine detaillierte Beschreibung der Bewegungsgangstruktur 231 wird weiter unten gegeben.
Der elastische Bewegungsabschnitt 230 weist einen Bewegungsschaft 232 und ein elastisches Bewegungselement 233 auf.
Ein Ende des Bewegungsschafts 232 tritt durch den Bewegungsbasisrahmen 210, und das andere Ende des Bewegungsschafts 232 ist fest an dem Bewegungsblock 220 angebracht, so dass sich der Bewegungsschaft 232 bewegt, wenn sich der Bewegungsblock 220 bewegt. Das elastische Bewegungselement 233 umgibt (convers) einen Außenumfang des Bewegungsschafts 232 und ist zwischen dem Bewegungsbasisrahmen 210 und dem Bewegungsblock 220 angeordnet. Das elastische Bewegungselement 232 kann komprimiert werden, wenn sich der Bewegungsblock 220 zum Bewegungsbasisrahmen 210 bewegt.
Der Bewegungsblock 220 weist einen Bewegungsblockkörper 221 und eine Bewegungsblockplatte 222 auf. Der Bewegungsblockkörper 221 ist mit dem Bewegungsschaft 232 verbunden, und die Bewegungsblockplatte 220 ist an dem Bewegungsblockkörper 221 angeordnet. Die Bewegungsblockplatte 222 und die Geberrolle 232 stehen miteinander in Kontakt. Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 ist vom linken Basisrahmen 110 trennbar, so dass die Wartung einfach ist.
Der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200 weist ferner die Bewegungsgangstruktur 231 auf, und die Bewegungsgangstruktur 231 weist einen Bewegungsgangblock 231a und eine Bewegungsgangschiene 231b auf.
Der Bewegungsgangblock 231a ist an dem Bewegungsblock 220 angeordnet und bewegt sich zusammen mit dem Bewegungsblock 220.
Die Bewegungsgangschiene 231b ist an einer Position angeordnet, die dem Bewegungsgangblock 231a des Bewegungsblockkörpers 221 entspricht, und dieser steht mit der Bewegungsgangschiene 231b im Eingriff, so dass der Bewegungsblockkörper 221 relativ zur Bewegungsgangschiene 231b bewegbar ist.
Wenn sich folglich die Position der zweiten Verbindung 300 ändert, wird eine Leistung oder ein Moment von der Geberkurbelwelle 131 und der Geberrolle 132 über den Bewegungsblock 220 zur Bewegungsgangstruktur 231 übertragen. Die Leistung oder das Moment, die bzw. das zur Bewegungsgangstruktur 231 übertragen wird, komprimiert den elastischen Bewegungsabschnitt 230, und die elastische Rückstellkraft, die von dem elastischen Bewegungsabschnitt 230 erzeugt wird, wird zur zweiten Verbindung 300 übertragen und dient als Kompensationsmoment bzw. Ausgleichsmoment. Da das Ausgleichsmoment ein Moment durch eine Gewichtsänderung der zweiten Verbindung 300 ausgleicht, kann die Position der zweiten Verbindung 300 exakt beibehalten werden, ohne zusätzliches Antriebsmoment.
Die zweite Verbindung 300, die als einfaches Gestänge realisiert werden kann, weist die zweite obere Verbindung 310 und die zweite unter Verbindung 320 auf. Die zweite obere Verbindung 310 und die zweite untere Verbindung 320 sind entsprechend mit der Basisverbindung 100 und der dritten Verbindung 400 verbunden, so dass ein Vierstabgestänge ausgebildet wird.
Das heißt, die zweite Verbindung 300 weist die zweite obere Verbindung 310 und die zweite untere Verbindung 320 auf. Die zweite obere Verbindung 310 und die zweite untere Verbindung 320 sind voneinander beabstandet. Ein Ende sowohl der zweiten oberen Verbindung 310 als auch der zweiten unteren Verbindung 320 ist mit der Basisverbindung 100 verbunden, und das andere Ende sowohl der zweiten oberen Verbindung 310 als auch der zweiten unteren Verbindung 320 ist entsprechend mit der dritten Verbindung 400 verbunden. Ein zweiter oberer Gelenkabschnitt 340, ein dritter oberer Gelenkabschnitt 350, ein zweiter unterer Gelenkabschnitt 360 und ein dritter unterer Gelenkabschnitt 370 sind entsprechend an jedem Verbindungsabschnitt angeordnet.
Die Gelenke 340, 350, 360 und 370 bilden zweite Gelenkt J2u und J2d und dritte Gelenke J3u und J3d zusammen mit benachbarten Verbindungen aus.
Das heißt, die zweite obere Verbindung 310 ist über den zweiten oberen Gelenkabschnitt 340 mit der Basisverbindung 100 drehbar verbunden.
Das zweite Reduziermittel 342 des zweiten Antriebs 346 ist mit dem zweiten oberen Gelenkabschnitt 340 verbunden. Das zweite obere Gelenk J2u ist so ausgebildet, dass die zweite obere Verbindung 310 durch den zweiten oberen Gelenkabschnitt 340 relativ zur Basisverbindung 100 drehbar ist.
Der zweite untere Gelenkabschnitt 360 ist an einem Endabschnitt der zweiten unteren Verbindung 320 angeordnet, und die zweite untere Verbindung 320 ist drehbar mit der Basisverbindung 100 verbunden, über den zweiten unteren Gelenkabschnitt 360. Der zweite untere Gelenkabschnitt 360 weist ein zweites unteres rechtes Gelenk 361 und ein zweites unteres linkes Gelenk 362 auf, wie etwa ein Lager, das mit dem zweiten Basisverbinder 142 verbunden ist, so dass ein zweites unteres Gelenk J2d ausgebildet wird, gemäß dem die zweite untere Verbindung 320 relativ zur Basisverbindung 100 drehbar ist.
Die zweite obere Verbindung 310 ist über den dritten oberen Gelenkabschnitt 350 drehbar mit der dritten Verbindung 400 verbunden.
Der dritte obere Gelenkabschnitt 350 weist ein drittes oberes rechtes Gelenk 351 und ein drittes oberes linkes Gelenk 352 auf, die an der dritten Verbindung 400 angeordnet sind. Die zweite obere Verbindung 310 weist einen zweiten oberen Verbindungskörper 311 und eine zweite obere linke Geberverbindung 312 auf, die an einem Endabschnitt der dritten Verbindung 400 angeordnet ist. Das dritte obere rechte Gelenk 351 und das dritte obere linke Gelenk 352 sind an einem Endabschnitt der zweiten oberen Verbindung 310 angeordnet.
Kontaktlager (angular contact bearings) 335 und 336 für eine gleichmäßige bzw. sanfte Drehung sind jeweils zwischen der zweiten oberen linken Geberverbindung 312 und dem dritten oberen rechten Gelenk 351 und zwischen der zweiten oberen linken Geberverbindung 312 und dem dritten oberen linken Gelenk 352 angeordnet.
Zweite obere innere Gelenkkappen 315 und 316 und zweite obere äußere Gelenkkappen 313 und 314, zur Vermeidung, dass sich die Kontaktlager 335 und 336 trennen, können an Außenseiten bezüglich der Kontaktlager 335 und 336 angeordnet sein.
Die zweite untere Verbindung 320 ist mit der dritten Verbindung 400 über den dritten unteren Gelenkabschnitt 370 drehbar verbunden.
Der dritte untere Gelenkabschnitt 370 weist ein drittes unteres rechtes Gelenk 371 und ein drittes unteres linkes Gelenk 372 auf, die an der dritten Verbindung 400 angeordnet sind. Die zweite untere Verbindung 320 weist einen zweiten unteren Verbindungskörper 321 und einen zweiten unteren Geberkörper 329 auf, die als ein Verbinder an dem Endabschnitt der dritten Verbindung 400 angeordnet sind (vgl. 5B).
Das dritte untere rechte Gelenk 371 und das dritte untere linke Gelenk 372 sind an dem Endabschnitt der zweiten unteren Verbindung 320 ausgebildet. Eine zweite untere Verbindungswelle 326 durchdringt das dritte untere rechte Gelenk 371 und das dritte untere linke Gelenk 372. Lagerabstandshalter 327 und 328 sind an einer Außenseite der zweiten unteren Verbindungswelle 326 angeordnet. Kugellager mit tiefer Nut 337 und 338 für eine gleichmäßige Drehung der zweiten Verbindung 300 sind an beiden Seiten der zweiten unteren Verbindungswelle 326 angeordnet. Zweite untere innere Lagerkappen 324 und 325 und zweite untere äußere Lagerkappen 322 und 323 sind an beiden Seiten der Kugellager mit tiefer Nut 337 und 338 angeordnet. Die gleiche Struktur der zweiten unteren Verbindungswelle 326 kann für den dritten oberen Gelenkabschnittabschnitt 360 angewendet werden.
Die zweite Verbindung kann gekrümmt oder gebogen sein, um einen größeren Arbeitsradius zu erzielen.
6A zeigt, dass die zweite Verbindung eine einfache gerade Verbindung sein kann, und 6B zeigt, dass die zweite Verbindung gekrümmt oder gebogen sein kann. Mit Bezug auf 6B ist der zweite untere Verbindungskörper 321 gebogen und ist eine zweite obere Nut 319 an dem zweiten oberen Verbindungskörper 311 ausgebildet. Somit stören sich der zweite untere Verbindungskörper 321 und der zweiten obere Verbindungskörper 311 nicht, wenn sich der zweite untere Verbindungskörper 321 und der zweite obere Verbindungskörper 311 drehen. Folglich weist die Struktur der 6B einen weiten Drehwinkel auf, im Vergleich zur Struktur der 6A.
Wie es oben beschrieben ist, ist der Ausgleichsgestängemechanismus mittels eines Vierstabgestänges ausgebildet, das die Basisverbindung, die dritte Verbindung und die zweite Verbindung aufweist, wobei die dritten Gelenke passive Gelenke sind, die sich zusammen mit den zweiten Gelenken drehen, und wobei die vierte Verbindung und die fünfte Verbindung parallel zum Boden arbeiten. Somit ist der Roboter auf einfache Weise in einem realen Arbeitsumfeld betreibbar.
Mit Bezug auf 8 kann die vierte Verbindung 500 an einem Endabschnitt der dritten Verbindung 400 angeordnet sein. Die dritten Gelenke J3u, J3d sind durch Verbinden der dritten Verbindung 400 und der vierten Verbindung 500 ausgebildet, und die vierte Verbindung 500 bewegt sich auf einer Ebene vertikal zu einer Längsrichtung der dritten Verbindung 400.
Mit Bezug auf 9 kann die fünfte Verbindung 600 an einem Endabschnitt der vierten Verbindung 500 angeordnet sein, wobei das vierte Gelenk J4 durch Verbinden der vierten Verbindung 500 und der fünften Verbindung 600 ausgebildet ist und sich die fünfte Verbindung 600 auf einer Ebene parallel zur Längsrichtung der vierten Verbindung 500 bewegt. Eine sechste Verbindung (nicht gezeigt) kann an einem Endabschnitt der fünften Verbindung 600 angeordnet sein.
Mit Bezug auf 8 weist die vierte Verbindung 500 das vierte Gelenk J4 auf.
Ein dritter Antrieb 531, ein dritter Antriebsrahmen 532, der den dritten Antrieb 531 an der dritten Verbindung 400 und/oder der vierten Verbindung 500 befestigt, ein drittes Reduziermittel 533, das mit dem dritten Antrieb 531 verbunden ist, und ein viertes Verbindungskreuzrollenlager 534 stehen in einem vierten Verbindungslagergehäuse 520 im Eingriff, das mit der dritten Verbindung 400 verbunden ist.
Ein erster Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 537 ist fest mit dem dritten Reduziermittel 533 verbunden, und ein zweiter Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 535 ist fest mit dem vierten Verbindungskörper 510 verbunden.
Der erste Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 537 und der zweite Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 535 sind über eine mechanische Sperre 536 miteinander verbunden, die den ersten Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 537 und den zweiten Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 535 mittels eines Flächendrucks verbindet. Das Antriebsmoment, das an dem dritten Antrieb 531 erzeugt wird, wird an den vierten Verbindungskörper 510 übertragen, über das dritte Reduziermittel 533, den ersten Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 537, die mechanische Sperre 536 und den zweiten Verbinder des vierten Verbindungsgelenks 535. Folglich ist der Ausgleichsgestängemechanismus robust gegenüber einer Momentlast von der fünften Verbindung und der Lastkapazität.
Ferner ist ein Innenraum in dem vierten Verbindungskörper 510 ausgebildet, ungeachtet der Festigkeit bzw. Steifheit des vierten Verbindungskörpers 510, und es sind Kabel des Motors und ein Ultraschallsensor in dem Innenraum installiert.
Wie es in 9 gezeigt ist, weist die fünfte Verbindung 600 ein fünftes Gelenk J5 und ein sechstes Gelenk J6 auf. Ein Motor und ein Reduziermittel sind bezüglich des fünften Gelenks J5 und des sechsten Gelenks J6 in Reihe verbunden.
Ein Verbinderfixiermittel des fünften Verbindungskabels 612 zum Installieren eines Kabels eines vierten Antriebs 622 und eines fünften Antriebs 631 ist an einem fünften Verbindungskörper 611 angebracht. Ein Raum zur Installation von Kabeln eines Ultraschallsensors und eines Kabels des vierten Antriebs 622 und des fünften Antriebs 631 können in einem fünften Verbindungskörper 611 ausgebildet sein.
Da die vierte Verbindung 500 und die fünfte Verbindung 600 parallel zum Boden liegen, ist es möglich, einen Arbeitsbereich von 360 Grad zu realisieren.
Eine sechste Verbindung (nicht gezeigt) kann an einem Endabschnitt des fünften Verbindungskörpers 611 angeordnet sein und kann um eine Drehachse einer Längsrichtung der fünften Verbindung 600 drehbar sein. Die sechste Verbindung kann ein Endwirkglied sein.
Der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Vierstabgestänge und ein horizontales Mehrfachgelenk auf, durch zwei Neigungsgelenke und drei Giergelenke, mit Ausnahme des sechsten Gelenks J6 als ein Rollgelenk.
Insbesondere ist die zweite Verbindung mittels eines Vierstabgestänges gestaltet, so dass die zweiten Gelenke durch ein Antriebsmoment des Antriebs als aktives Gelenk fungieren und die dritten Gelenke als passive Gelenke fungieren, die sich zusammen mit den zweiten Gelenken drehen.
Da sich die dritte Verbindung bis fünfte Verbindung parallel zum Boden befinden, durch das Vierstabgestänge, ändert sich das Schwerkraftmoment durch die zweiten Gelenke, wenn sich die zweiten Gelenke drehen. Das heißt, es ist möglich, den Ausgleichsgestängemechanismus unter Verwendung lediglich eines aktiven Gelenks zu betreiben, in einem Zustand, in dem eine Richtung und eine Position eines Endabschnitts des Ausgleichsgestängemechanismus bezüglich des Bodens konstant beibehalten werden.
Wenn ferner die Struktur des Vierstabgestänges geändert wird, wie es in 6B gezeigt ist, ist es möglich, einen größeren Arbeitsbereich zu realisieren, im Vergleich zu der Struktur des Vierstabgestänges gemäß der 6A.
Wie es in den 6A bis 7B gezeigt ist, ist die zweite obere Nut 319 in einem unteren Abschnitt der zweiten oberen Verbindung 310 ausgebildet, so dass sich die zweite obere Verbindung 310 und die zweite untere Verbindung 320 gegenseitig nicht stören und ein Drehradius des Radius der zweiten Verbindung zunimmt.
Da ferner der zweite untere Verbindungskörper 321 gebogen ist, stören sich die zweite Verbindung 300 und die dritte Verbindung 400 gegenseitig nicht, wenn die zweite Verbindung 320 eine maximale Höhe erreicht, und ein Arbeitsbereich des Ausgleichsgestängemechanismus vergrößert sich.
Im Folgenden wird der Betrieb des Ausgleichsgestängemechanismus im Detail beschrieben.
Wie es oben beschrieben ist, weist der Gegenstabilisator den Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt 200, den Geberritzelabschnitt 120 und den Geberkurbelwellenabschnitt 130 auf.
Ein Schwerkraftmoment wird an den zweiten Gelenken gemäß einer Position der dritten Gelenke J3u und J3d erzeugt, als ein passives Gelenk, das sich zusammen mit den zweiten Gelenken J2u und J2d dreht, und der Gegenstabilisator 10 erzeugt ein Ausgleichsmoment in der zum Schwerkraftmoment entgegengesetzten Richtung, das an den zweiten Gelenken über die Geberkurbelwelle 131 des Geberkurbelwellenabschnitts 130 erzeugt wird.
Im Detail ist die Position der dritten Verbindung 400 durch die Drehung der zweiten Verbindung 300 bestimmt, und das obere Geberritzel 122 dreht sich entgegengesetzt zur Drehrichtung der zweiten Verbindung 300, wenn sich die zweite Verbindung 300 dreht, indem sich das untere Geberritzel 121 dreht.
Gleichzeitig drehen sich die Geberkurbelwelle 131 und die Geberrolle 132, die mit dem oberen Geberritzel 122 verbunden ist, und das elastische Bewegungselement 233 wird von dem Bewegungsblock 220, der sich mit der Geberrolle 132 in Kontakt befindet, zusammengedrückt, so dass das Ausgleichsmoment zum Ausgleich des Schwerkraftmoments gemäß der Drehung der zweiten Verbindung erzeugt wird.
Mit Bezug auf 11A ist das Schwerkraftmoment null, wenn der Drehwinkel der zweiten Verbindung 300 null ist. Da das elastische Bewegungselement 233 nicht zusammengedrückt ist, wird das Abgabemoment null.
In 11B wird das Schwerkraftmoment erzeugt, wenn sich die zweite Verbindung 300 dreht. Folglich wird das elastische Bewegungselement 233 durch die Drehung der Geberkurbelwelle 131 und der Geberrolle 132, die mit dem oberen Geberritzel 122 verbunden ist, zusammengedrückt. Das Ausgleichsmoment wird entsprechend dem Schwerkraftmoment erzeugt durch Multiplizieren der Rückstellkraft des elastischen Bewegungselements 233 mit einem Momentarm. Der Momentarm ist eine virtuelle Länge, und der Momentarm kann durch die Struktur des Ausgleichsgestängemechanismus modelliert werden.
Da die Position der Geberrolle 132, eine Länge der Geberkurbelwelle 131, ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem oberen Geberritzel 122 und dem unteren Geberritzel 121 und die Steifheit und der Federkoeffizient des elastischen Bewegungselements 233 berechnet werden, wenn der Ausgleichsgestängemechanismus konzipiert wird, ist es möglich, das Schwerkraftmoment zu verringern.
Mit Bezug auf 10 wird beim Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung das elastische Bewegungselement 233 durch eine Druckfeder realisiert.
Wie es in 12A gezeigt ist, wirkt das Schwerkraftmoment auf die zweiten Lager, und das Schwerkraftmoment wird durch das Gewicht der Verbindungen (zweite Verbindung, dritte Verbindung, vierte Verbindung und fünfte Verbindung) und die Lastkapazität des Ausgleichsgestängemechanismus erzeugt.
Das Gewicht der dritten Verbindung, der vierten Verbindung, der fünften Verbindung und die Lastkapazität wirken als eine konzentrierte Last auf die dritten Gelenke. Mit Bezug auf die 13 und 14A ist es möglich, den Ausgleichsgestängemechanismus als eine DOF-Verbindung anzunehmen, die eine Masse m und eine Länge L hat. Hier bezeichnet m eine Masse des Ausgleichsgestängemechanismus und L bezeichnet eine Länge vom Schwerpunkt des Ausgleichsgestängemechanismus zu den zweiten Gelenken. Mit Bezug auf die 12A bis 13 kann das Schwerkraftmoment τ_g durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. $τ_{g} = m g L s i n θ_{1}$
Um das Schwerkraftmoment, das vom Gewicht der Verbindungen und der Lastkapazität erzeugt wird, auszugleichen, sollte das Ausgleichsmoment τ₁ gleich dem Schwerkraftmoment τ_g sein. Unter der Annahme, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen dem oberen Geberrad 122 und dem unteren Geberrad 121 1:2 beträgt, kann das Moment, das vom elastischen Bewegungselement 233 auf das untere Geberritzel 121 wirkt, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. $τ_{2} = 2 τ_{1}$
Ferner komprimiert die Geberrolle 132, die mit dem oberen Geberritzel 122 verbunden ist, das elastische Bewegungselement 233 durch den Bewegungsblock 220, wenn sich das obere Geberritzel 122 dreht. Hier wird die Länge vom Mittelpunkt des oberen Geberritzels 122 zum Mittelpunkt der Geberrolle 132 als R bezeichnet.
Das Ausgleichsmoment τ₂ kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Hier bezeichnet s die komprimierte Länge des elastischen Bewegungselements 233, 1 bezeichnet die Länge des Momentarms und Fs bezeichnet die Rückstellkraft der Feder. $τ_{2} = F s l = F s R c o s θ_{2} = k R^{2} sin θ_{2} cos θ_{2} = \frac{k R^{2}}{2} sin 2 θ_{2}$
Wie es oben beschrieben ist, sollte zum vollständigen Ausgleich des Schwerkraftmoments τ_g gleich τ₁ sein, und die Beziehung θ₂=2θ₁ ist gemäß dem Übersetzungsverhältnis gebildet.
Wenn folglich k und R als Designvariablen gemäß der obigen Beziehung bestimmt werden, ist es möglich, das Schwerkraftmoment, das auf die zweiten Gelenke wirkt, vollständig auszugleichen.
Ein überausgleichendes Verfahren, welches das Gewicht der Verbindungen und zusätzliche Last berücksichtigt, wird angewendet, wenn die Designvariable so bestimmt wird, dass diese die Lastkapazität des Ausgleichsgestängemechanismus maximiert. Unter Verwendung des obigen Verfahrens kann der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung das Schwerkraftmoment, das von dem Gewicht der Verbindungen erzeugt wird, und das Schwerkraftmoment, das von der Lastkapazität erzeugt wird, ausgleichen.
Im Detail wird die Designvariable (k und R) des Ausgleichsmoments (τ₂) so festgelegt, dass diese größer als die Designvariable (k und R) des Schwerkraftmoments (τ_g) ist. Wenn im Drehmomentbereich des Motors zwischen τ₂ und τ_g eine Momentdifferenz besteht, wird die Funktion des Ausgleichsgestängemechanismus von der Funktion des Gegenstabilisators nicht beeinflusst.
Wie es in 12A bis 14A gezeigt ist, wenn die Masse m 10 kg beträgt, die Länge L 350 mm beträgt, die konzentrierte Last des Endes der Verbindung 38 kg beträgt, der Federkoeffizient 125.600 N/m beträgt, der Abstand R zwischen der Mitte des oberen Geberritzels 122 und dem Mittelpunkt der Geberrolle 132 110 mm beträgt, können die Simulationsresultate, wie in 14B gezeigt, erhalten werden.
In 14B bezeichnet die Punkt-Strich-Linie das Antriebsmoment des Ausgleichsgestängemechanismus, bezeichnet die gepunktete Linie das Ausgleichsmoment und bezeichnet die durchgezogene Linie das Überausgleichsmoment (overbalance torque). Wenn die Lastkapazität 25 kg beträgt, beträgt das maximal erforderliche Moment zum Antreiben des Ausgleichsgestängemechanismus 86 Nm. Das maximal erforderliche Moment beträgt 466 Nm, wenn kein Gegenstabilisator angebracht ist. Das heißt, das maximal erforderliche Moment wird erheblich verringert.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Gegenstabilisator in einer Modulform vorgesehen, so dass dieser einfach zu warten ist.
Mit Bezug auf die 11A und 11B ist die Montage und Demontage es Gegenstabilisator-Antriebsabschnitts einfach durchführbar, indem Schrauben des Basisrahmens festgezogen oder gelöst werden.
Der Ausgleichsgestängemechanismus gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf verschiedene Weise geändert werden, wie beispielsweise bezüglich eines Roboterarms, einer Übergabevorrichtung zum Gepäcktransport, einer Vorrichtung zum Unterstützen eines Monitors und so weiter.

Claims

Ausgleichsgestängemechanismus, der aufweist: eine Basisverbindung (100) als eine erste Verbindung, die ein erstes Gelenk (J1) aufweist; eine zweite Verbindung (300), die ein zweites Gelenk (J2) ausbildet, das mit der Basisverbindung (100) drehbar verbunden ist, so dass ein Schwerpunkt der zweiten Verbindung (300) vom zweiten Gelenk (J2) beabstandet ist; einen Gegenstabilisator (10), der einen Abschnitt, der an dem zweiten Gelenk (J2) angeordnet ist, und einen weiteren Abschnitt aufweist, der an der Basisverbindung (100) beweglich in einer Längsrichtung der zweiten Verbindung (300) angeordnet ist, wobei der Gegenstabilisator (10) ein Schwerkraftmoment ausgleicht, das durch ein Gewicht der zweiten Verbindung (300) erzeugt wird, wenn die zweite Verbindung sich um das zweite Gelenk (J2) dreht; und eine dritte Verbindung (400), die mit der zweiten Verbindung (300) verbunden ist, wobei der Gegenstabilisator (10) aufweist: einen Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12), der mit der zweiten Verbindung (300) verbunden ist und sich durch Drehung der zweiten Verbindung (300) dreht; einen Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200), der mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) in Kontakt steht, sich durch Drehung des Gegenstabilisator-Geberabschnitts linear bewegt und das Schwerkraftmoment, das durch das Gewicht der zweiten Verbindung (300) und eine Lastkapazität erzeugt wird, durch ein Zusammenwirken mit dem Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) ausgleicht, wobei der Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) aufweist: einen Geberritzelabschnitt (120), der sich zusammen mit der zweiten Verbindung (300) bewegt; und einen Geberkurbelwellenabschnitt (130), der mit dem Geberritzelabschnitt (120) verbunden ist, und wobei der Geberkurbelwellenabschnitt (130) aufweist: eine Geberkurbelwelle (131), die mit dem Geberritzelabschnitt (120) koaxial verbunden ist; und eine Geberrolle (132), die mit dem Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200) drehbar verbunden ist und mit diesem in Kontakt steht.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 1, bei dem der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200) aufweist: einen Bewegungsbasisrahmen (210), der an der Basisverbindung (100) fest angebracht ist; einen Bewegungsblock (220), der an dem Bewegungsbasisrahmen (210) linear bewegbar ist und mit der Geberrolle (132) in Kontakt steht; und einen elastischen Bewegungsabschnitt (230), der den Bewegungsblock (220) zum Geberkurbelwellenabschnitt (130) elastisch unterstützt.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 2, bei dem der elastische Bewegungsabschnitt (230) aufweist: einen Bewegungsschaft (232), der an dem Bewegungsblock (220) fest angebracht ist und sich entlang einer Bewegungsrichtung des Bewegungsblocks erstreckt; und ein elastisches Bewegungselement, das einen Außenumfang des Bewegungsschafts (232) abdeckt und zwischen dem Bewegungsbasisrahmen (210) und dem Bewegungsblock (220) angeordnet ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gegenstabilisator-Antriebsabschnitt (200) ferner aufweist: einen Bewegungsgangblock (231a), der an dem Bewegungsblock angebracht ist; und eine Bewegungsgangschiene (231b), die mit dem Bewegungsgangblock verbunden ist und wobei diese relativ zueinander bewegbar sind, wobei die Bewegungsgangschiene parallel zum Bewegungsschaft vorgesehen ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 3, bei dem der Bewegungsblock (220) aufweist: einen Bewegungsblockkörper (221), der an dem Bewegungsgangblock (231a) angebracht ist; und eine Bewegungsblockplatte (222), die an dem Bewegungsblockkörper (221) angebracht ist und mit der Geberrolle in Kontakt steht.
Ausgleichsgestängemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Verbindung (300) aufweist: eine zweite obere Verbindung (310), die ein Ende aufweist, das mit der Basisverbindung (100) drehbar verbunden ist, und wobei das entgegengesetzte Ende mit der dritten Verbindung (400) drehbar verbunden ist; und eine zweite untere Verbindung (320), die ein Ende aufweist, das mit der Basisverbindung (100) drehbar verbunden ist, und wobei das entgegengesetzte Ende mit der dritten Verbindung (400) drehbar verbunden ist, wobei die zweite untere Verbindung von der zweiten oberen Verbindung beabstandet ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 6, der ferner aufweist: einen zweiten Antrieb (346), welcher der zweiten oberen Verbindung (310) ein Antriebsmoment zuführt.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 7, bei dem die zweite untere Verbindung (320) mit dem Gegenstabilisator- Geberabschnitt (12) verbunden ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gegenstabilisator-Geberabschnitt (12) aufweist: einen Geberritzelabschnitt (120), der sich zusammen mit der zweiten Verbindung dreht; und einen Geberkurbelwellenabschnitt (130), der mit dem Geberritzelabschnitt verbunden ist, und wobei der Geberritzelabschnitt aufweist: ein unteres Geberritzel (121), das mit der zweiten unteren Verbindung koaxial verbunden ist; und ein oberes Geberritzel (122), das mit dem unteren Geberritzel im Eingriff steht und mit dem Geberkurbelwellenabschnitt koaxial verbunden ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem ein zweiter oberer Gelenkabschnitt (340) an einem Ende der zweiten oberen Verbindung ausgebildet ist und mit der Basisverbindung (100) drehbar verbunden ist, ein zweiter unterer Gelenkabschnitt (360) an einem Ende der zweiten unteren Verbindung ausgebildet ist und mit der Basisverbindung drehbar verbunden ist, ein dritter oberer Gelenkabschnitt (350) an dem entgegengesetzten Ende der zweiten oberen Verbindung ausgebildet ist und mit der dritten Verbindung drehbar verbunden ist, und ein dritter unterer Gelenkabschnitt (370) an dem entgegengesetzten Ende der zweiten unteren Verbindung ausgebildet ist und mit der dritten Verbindung drehbar verbunden ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 10, der ferner aufweist: eine vierte Verbindung (500), die mit einem Endabschnitt der dritten Verbindung (400) verbunden ist und auf einer Ebene bewegbar ist, die senkrecht auf einer Längsrichtung der dritten Verbindung steht.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 11, der ferner aufweist: eine fünfte Verbindung (600), die an einem Endabschnitt der vierten Verbindung (500) angeordnet ist, wobei die fünfte Verbindung auf einer Ebene parallel zu einer Längsrichtung der vierten Verbindung bewegbar ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach Anspruch 12, der ferner aufweist: eine sechste Verbindung (700), die mit einem Endabschnitt der fünften Verbindung (600) verbunden ist, wobei die sechste Verbindung (700) basierend auf einer Drehachse der Längsrichtung der fünften Verbindung (600) drehbar ist.
Ausgleichsgestängemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner aufweist: einen Basisantrieb, welcher dem ersten Gelenk ein Antriebsmoment zuführt.