DE19847855A1

DE19847855A1 - Federeinrichtung zum Ausgleich der senkrechten Bewegung eines Trägeraufbaus eines Mehrgelenkroboters

Info

Publication number: DE19847855A1
Application number: DE19847855A
Authority: DE
Inventors: Masanori Matsubara; Kiyoshi Wakaizumi
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: TW391914B; US5982127A; KR100343316B1; KR19990037136A; DE19847855C2; JP3754540B2; JPH11114871A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND DIESBEZÜGLICHE DARSTELLUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Federeinrichtung zum Ausgleich von senkrechten Bewegungen eines Trägeraufbaus eines Mehrgelenkroboters, und insbesondere auf ei ne Federeinrichtung, die eine oder eine Vielzahl von Spannfedern zum Ausgleich der senkrechten Bewegungen eines Trägeraufbaus eines Mehrgelenkroboters aufweist, wobei der Trägeraufbau ein vorbestimmtes Gewicht und eine Vielzahl von daran befe stigten, durch Gelenke verbundene Betätigungsteile aufweist.

Ein herkömmlicher industrieller Mehrgelenkroboter ist in der japanischen Gebrauchs musteranmeldung desselben Anmelders, die unter der Nr. 6-74237 und dem Titel "Vorschubeinrichtung für einen Roboter" veröffentlicht wurde, offenbart. Darin werden Spannfedern zum Ausgleich der senkrechten Auf- und Abbewegungen eines Träge raufbaus des Mehrgelenkroboters von vorbestimmtem Gewicht verwendet, so daß der Trägeraufbau mit einer geringen Leistung angetrieben werden kann. Im übrigen ist es im allgemeinen bekannt, ein Gewicht zum Ausgleich des Gewichts des Trägeraufbaus des Mehrgelenkroboters zu verwenden. In diesem Fall stellt die träge Masse jedoch ein un erwünschtes Element dar, und außerdem wird die Einrichtung sperrig.

Um die Auf- und Abbewegungen des Trägeraufbaus des Mehrgelenkroboters wirksam auszugleichen, ist es notwendig, die Spannfedern mit den vorgeschriebenen Eigen schaften wirksam zu verwenden. Die Zuglast der Spannfedern entspricht ungefähr dem Gewicht des Trägeraufbaus. Des weiteren ist die Zuglast im gesamten Bereich in dem der Trägeraufbau nach oben und unten bewegt wird, konstant. Um eine derartige Anfor derung zu erfüllen, werden die Spannfedern oft verlängert, obwohl die Federn in einem Mittenabschnitt oder an Teilen davon gebogen sind. Als Ergebnis wird die Einrichtung entsprechend sperrig. Es wurde gewünscht, den Roboter mechanisch kompakt und kleiner zu gestalten, während die erwähnte Anforderung erfüllt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht vor, die Nachteile und Unzulänglichkeiten im Stand der Technik zu vermeiden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Mehrgelenk roboter mit einer senkrechten Gewindewelle, mit einem mit der Gewindewelle im Betrieb verbundenen Trägeraufbau mit einem Träger, mit einem Schrittmotor zum Drehantrieb der Gewindewelle, um den Trägeraufbau entlang der Gewindewelle zwischen einer obersten Stellung und einer untersten Stellung zu bewegen, mit Ausgleichsmitteln mit zumindest einer oder mehreren Spannfedern und einer Rolleneinrichtung, wobei die Zugsprungfeder ein am Boden des Roboters verankertes Ende aufweist sowie ein ent gegengesetztes, mit dem Träger des Trägeraufbaus verbundenes Ende, wobei sich der Mittenabschnitt in Gleiteingriff mit der Rolleneinrichtung befindet, die in einem oberen Teil des Roboters über dem Träger des Trägeraufbaus angeordnet ist, so daß die Reihe von Spannfedern ausgezogen werden kann, wenn sich der Trägeraufbau in einer Stel lung unter der obersten Stellung befindet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels eines Mehrgelenkrobo ters gemäß der Erfindung in teilweiser Schnittansicht, um innenliegende Teile zu zeigen;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Roboters in teilweiser Schnittansicht, um die in nenliegenden Teile zu zeigen;

Fig. 3(A) zeigt eine Seitenansicht des Roboters, wobei ein Trägeraufbau des Roboters von einer oberen Stellung herabbewegt ist;

Fig. 3(B) zeigt eine Seitenansicht des Roboters, wobei ein Trägeraufbau des Roboters von einer unteren Stellung heraufbewegt ist;

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mehrge lenkroboters gemäß der Erfindung in teilweiser Schnittansicht, um die innen liegenden Teile zu zeigen; und

Fig. 5 zeigt eine Schrägansicht des Roboters, in der die durch Gelenke verbunde nen Betätigungsteile bewegbar dargestellt sind.

GENAUE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungs beispiele, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben. Ein Robo ter 1 von der aufrecht stehenden Bauart weist einen Trägeraufbau 2 auf, der in senk rechter Richtung nach oben und unten bewegt wird. Der Roboter 1 weist eine senkrech te Gewindewelle 3 auf, die drehbar in ihm angeordnet ist. Ein Ende einer Verbindungs einrichtung 4 ist am Trägeraufbau 2 befestigt, und das entgegengesetzte Ende ist mit der Gewindewelle 3 durch Gewindeeingriff mit dieser verbunden. Im Roboter 1 ist ein Schrittmotor 5 vorgesehen und mit der Gewindewelle 3 über ein Riemengetriebe ver bunden, so daß die Drehung des Schrittmotors 5 an die Gewindewelle 3 übertragen und durch die Drehung der Gewindewelle 3 der Trägeraufbau 2 über die Verbindungseinrich tung 4 entlang von ihr senkrecht nach oben und unten bewegen kann.

Eine Vielzahl von Spannfedern, genauer gesagt zumindest zwei Spannfedern 6, sind im Roboter 1 vorgesehen. Die Federn 6 sind in Reihe mit einem Draht 7 verbunden, so daß sie als eine Ausgleichseinrichtung A zum Ausgleich des Gewichts des Trägerauf baus 2 während dessen senkrechten Bewegungen dienen. Ein Ende der Federaus gleichseinrichtung A ist mit einem Boden des Roboters 1 verankert und das entgegen gesetzte Ende ist mit einem freien Ende eines Trägers 9 verbunden. Der zwischenlie gende Verbindungsdraht 7 der Federausgleichseinrichtung A, welcher eine vorbestimm te Länge aufweist, befindet sich im Eingriff mit einer Rolle 8, die an einer oberen Position im Roboter 1 angeordnet ist, so daß sich die Spannfedern 6 in einem ausgezogenen Zustand befinden können, wenn der Trägeraufbau 2 in einer unteren Stellung bleibt.

Was die Federausgleichseinrichtung A betrifft, so repräsentiert die Federkonstante der Spannfedern 6 eine Zuglast der Federn 6, die jeweils, wie gerade notwendig, in Abhän gigkeit von der darauf wirkenden Last verformt werden können. Es wird daher bevor zugt, die Federkonstante zu verringern, um die Zuglast der Federn zu verringern. In die sem Fall kann der Durchmesser des Drahtes, der die Spannfedern bildet, verkleinert oder der Durchmesser der Federn vergrößert oder die Länge der jeweiligen Spannfe dern größer gemacht werden. Um das Gewicht des Trägeraufbaus 2 korrekt auszuglei chen, ist es notwendig, den Trägeraufbau von oben nach unten und von unten nach oben mit in etwa derselben Leistung des Schrittmotors 5 zu verfahren. In anderen Wor ten ist es bevorzugt, die Zuglast der Spannfedern 6 so einzustellen, daß die auf den Schriftmotor 5 wirkende Last in etwa konstant bleiben kann, wenn der Schrittmotor 5 an getrieben wird, um den Trägeraufbau 2 von oben nach unten und von unten nach oben zu verfahren.

In den Fig. 1 bis 3, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, weist die Ausgleichseinrichtung A zwei Spannfedern 6 auf, die in Reihe mit dem zwi schenliegenden Draht 7 von vorbestimmter Länge verbunden sind, welcher sich im Gleiteingriff mit der Rolle 8 befindet, die an einer oberen Position im Roboter 1 angeord net ist, während ein Ende der Reihe von Spannfedern 6 mit dem Boden des Roboters 1 verankert und das gegenüberliegende Ende mit einem freien Ende des Trägers 9 ver bunden ist, welcher am Trägeraufbau 2 befestigt ist, wobei das freie Ende des Trägers 9 sich an einer Position unterhalb der Rolle 8 befindet, während sich der Trägeraufbau 2 an der obersten oder an der untersten Position befindet. Die zwei Zugdrähte 6 sind aus einem Draht mit vorgegebenem Durchmesser, aus Wicklungen mit gleichem Durchmes ser und mit einer gleichen einheitlichen Länge gefertigt.

In Fig. 4, in der ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, weist die Ausgleichseinrichtung A drei Spannfedern 6 auf, die in Reihe mit ersten und zweiten zwischenliegenden Drähten 7 von vorbestimmter Länge verbunden sind. Wie gezeigt, befindet sich der erste zwischenliegende Draht 7 im Gleiteingriff mit einer ersten Rolle 8, die an einer oberen Position im Roboter 1 angeordnet ist. Der zweite zwischenliegende Draht 7 befindet sich im Gleiteingriff mit einer zweiten Rolle 8, die an einer unteren Posi tion im Roboter 1 angeordnet ist, während ein Ende der Reihe von Spannfedern 6 am oberen Teil des Roboters 1 verankert und das gegenüberliegende Ende mit dem freien Ende des Trägers 9, welcher am Trägeraufbau 2 befestigt ist, verbunden ist. Das freie Ende des Träges 9 befindet sich an einer Position unterhalb der ersten Rolle 8, die an der oberen Position angeordnet ist, während sich der Trägeraufbau 2 an der obersten Position oder an der untersten Position befindet. Die drei Zugdrähte 6 sind aus einem Draht mit vorbestimmtem Durchmesser gefertigt; die Wicklungen weisen den gleichen Durchmesser und die gleiche einheitliche Länge auf.

In den Fig. 1 und 5 ist gezeigt, daß der Trägeraufbau 2 einen ersten Arbeitsarm 10, einen Schrittmotor 11 zum Drehantrieb des ersten Armes 10 und ein im Betrieb mit dem Schrittmotor 11 verbundenes Untersetzungsgetriebe 12 aufweist. Der erste Arbeitsarm 10 weist ein Paar von beabstandeten Rollen 13 auf, die miteinander über ein Riemenge triebe verbunden sind. Ein zweiter Arbeitsarm 14 ist drehbar am freien Ende des ersten Arbeitsarms 10 gelagert und drehbar durch einen Schrittmotor 15 angetrieben. Eine Drehwelle 16 ist am freien Ende des zweiten Arbeitsarms 14 angebracht und im Betrieb mit einem Schrittmotor 17 verbunden, so daß sie dadurch gedreht werden kann. Der Roboter 1 weist des weiteren ein flexibles Gehäuse 18 zur Aufnahme von elektrischen Drähten darin auf, die die Vielzahl von Schrittmotoren mit einer Energieversorgung ver binden. Des weiteren weist der Roboter 1 eine Konsole 19 zur Lagestabilisierung des Roboters 1 auf. Der Roboter 1 wird über einen Steuerabschnitt (nicht gezeigt) betrieben, der getrennt vorgesehen ist.

Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die zuvor erwähnte Reihe von Spannfedern durch eine einzige Zugsprungfeder zum Ausgleich des Gewichts des Trägeraufbaus 2 ersetzt werden. In diesem Fall ist ein Ende der einzigen Zugsprungfeder am Boden des Robo ters 1 verankert, und das gegenüberliegende Ende der Feder ist mit dem Träger 9 in derselben Art und Weise, wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, verbun den, während der zwischenliegende Abschnitt der einzigen Sprungfeder sich im Gleiteingriff mit einer Rolle mit einer Eingriffsnut befinden kann, die groß genug zur Auf nahme des entsprechenden Durchmessers der Wicklungen der Zugsprungfeder ist. Die Rolle ist in einer oberen Position im Roboter 1, genau wie in der Fig. 1 gezeigt ist, ange ordnet.

Die Funktionsweise ist wie folgt:
Wenn der Schrittmotor 5 angetrieben wird, dreht sich die Gewindewelle 3. Dann wird der Trägeraufbau 2 entlang der Gewindewelle 3 senkrecht verfahren. Die Reihe von Spannfedern ist derart ausgelegt, daß sie eine relativ kleine Zuglast unter Berücksichti gung der Bewegung des Trägeraufbaus 2 von oben nach unten aufweist. Genauer ge sagt beträgt die Länge der jeweiligen Spannfedern 6 wie gezeigt H, wenn sich der Trä geraufbau 2 an der obersten Position befindet, wie dies in der Fig. 3(A) gezeigt ist. In diesem Fall ist das Gewicht W des Trägeraufbaus 2, das nach unten gerichtet ist, etwas größer als die Zugspannung der Spannfedern 6. Daher wird der Schrittmotor 5 trotz der Spannung der Spannfedern 6 keine große Last darauf aufwenden, wenn der Schrittmo tor 5 zum Verfahren des Trägeraufbaus 2 von oben nach unten angetrieben wird. Wenn sich im Gegensatz dazu der Trägeraufbau 2 an der untersten Position, wie in der Fig. 3(B) gezeigt, befindet, dann sind die Spannfedern 6 gelängt und weisen eine Länge H + h auf, die die Spannung der Spannfedern 6 repräsentiert und das Gewicht W des Trä geraufbaus 2 etwas überschreitet. Daher wird der Schrittmotor 5 trotz des Gewichtes W des Trägeraufbaus 2 keine große Last darauf wirken lassen, wenn der Schrittmotor 5 zum Verfahren des Trägeraufbaus von unten nach oben angetrieben wird. Daher ist die Federausgleichseinrichtung A bezüglich des Gewichts W des Trägeraufbaus 2 so aus gelegt, daß sie eine im wesentlichen unveränderliche Last für den Schrittmotor 5 dar stellt, wenn der Schrittmotor 5 zum Verfahren des Trägeraufbaus 2 von oben nach un ten und von unten nach oben in senkrechter Richtung angetrieben wird.

Claims

1. Mehrgelenkroboter mit einer senkrechten Gewindehülle, mit einem im Betrieb mit der Gewindewelle verbundenen Trägeraufbau mit einem Träger, mit einem Schrittmotor zum Drehantrieb der Gewindewelle, um den Trägeraufbau entlang der Gewindewelle zwischen einer obersten Position und einer untersten Position senkrecht zu verfahren, mit einer Ausgleichseinrichtung mit zumindest einer Zugs prungfeder und einer Rolle, wobei ein Ende der Zugsprungfeder am Boden des Roboters verankert, das gegenüberliegende Ende mit dem Träger des Trägerauf baus verbunden und ein Mittenabschnitt in Gleiteingriff mit der Rolle gebracht ist, die an einem oberen Abschnitt des Roboters über dem Träger des Trägeraufbaus angeordnet ist, so daß die Spannfeder gelängt werden kann, wenn sich der Trage raufbau in einer Stellung unter der obersten Position befindet.

2. Mehrgelenkroboter nach Anspruch 1, wobei die Zugsprungfeder derart ausgestal tet ist, daß sie eine relativ kleine Federkonstante besitzt, welche eine relativ kleine Zuglast repräsentiert, so daß auf den Schrittmotor eine konstante Last wirken kann, wenn der Schrittmotor zum senkrechten Verfahren des Trägeraufbaus zwi schen der obersten Stellung und der untersten Stellung angetrieben wird.

3. Mehrgelenkroboter mit einer senkrechten Gewindewelle, einem im Betrieb mit der Gewindewelle verbundenen Trägeraufbau mit einem Träger, mit einem Schrittmo tor zum Drehantrieb der Gewindewelle, um den Trägeraufbau entlang der Gewin dewelle zwischen einer obersten Stellung und einer untersten Stellung zu verfah ren, und mit einer Ausgleichseinrichtung mit zumindest zwei Spannfedern, die in Reihe mittels eines zwischenliegenden Drahtes und einer Rolle verbunden sind,. wobei ein Ende der Spannfedern an einem Boden des Roboters verankert, das gegenüberliegende Ende mit dem Träger des Trägeraufbaus und der zwischenlie gende Draht in Gleiteingriff mit der Rolle gebracht ist, die an einem oberen Teil des Roboters über dem Träger des Trägeraufbaus angeordnet ist, so daß die Reihe von Spannfedern gelängt werden kann, wenn sich der Trägeraufbau sich in einer Position unterhalb der obersten Position befindet.

4. Mehrgelenkroboter mit einer senkrechten Gewindewelle, einem im Betrieb mit der Gewindewelle verbundenen Trägeraufbau mit einem Träger, mit einem Schrittmo tor zum Drehantrieb der Gewindewelle, um den Trägeraufbau senkrecht entlang der Gewindewelle zwischen einer obersten Position und einer untersten Position zu verfahren, und mit einer Ausgleichseinrichtung mit zumindest drei Spannfedern, die in Reihe mittels ersten und zweiten zwischenliegenden Drähten und ersten und zweiten Rollen verbunden sind, wobei ferner ein Ende der Reihe von Spannfedern an einem oberen Teil des Roboters verankert und das gegenüberliegende Ende mit dem Träger des Trägeraufbaus verbunden ist, der erste zwischenliegende Draht in Gleiteingriff mit der ersten Rolle, die an einem oberen Abschnitt des Robo ters über dem Träger des Trägeraufbaus und nahe dessen oberen Teil angeord net ist, und der zweite zwischen liegende Draht in Gleiteingriff mit der zweiten Rolle gebracht ist, die an einem unteren Abschnitt des Roboters nahe an dessen Boden angeordnet ist, so daß die Reihe von Spannfedern sich längen kann, wenn sich der Trägeraufbau in einer Position unterhalb der obersten Position befindet.

5. Mehrgelenkroboter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Reihe von Spannfedern aus einem Draht mit einem vorgegebenen Durchmesser, Wicklun gen desselben Durchmessers und einer selben einheitlichen Länge gefertigt und derart ausgestaltet sind, daß sie eine relativ kleine Federkonstante aufweisen, die eine relativ kleine Zuglast darstellt, so daß auf den Schrittmotor eine konstante Last wirkt, wenn der Schrittmotor zum senkrechten Verfahren des Trägeraufbaus zwischen der obersten Position und der untersten Position angetrieben wird.