DE19847855C2

DE19847855C2 - Mehrgelenkroboter

Info

Publication number: DE19847855C2
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: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: TW391914B; JP3754540B2; US5982127A; JPH11114871A; DE19847855A1; KR100343316B1; KR19990037136A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrgelenkroboter mit den Merkmalen der Ober begriffe der Patentansprüche 1 oder 2.

Ein Mehrgelenkroboter nach Stand der Technik ist in der japanischen Gebrauchsmus teranmeldung desselben Anmelders, die unter der Nr. 6-74237 und dem Titel "Vor schubeinrichtung für einen Roboter" veröffentlicht wurde, offenbart. Darin werden Spannfedern zum Gewichtsausgleich eines Trägeraufbaus des Mehrgelenkroboters von vorbestimmtem Gewicht verwendet, so daß der Trägeraufbau mit einer geringen Leis tung angetrieben werden kann.

Um die Auf- und Abbewegungen des Trägeraufbaus des Mehrgelenkroboters auszuglei chen, ist es notwendig, Spannfedern mit bestimmten Eigenschaften zu verwenden. Die Zuglast der Spannfedern soll dabei ungefähr dem Gewicht des Trägeraufbaus entspre chen. Des weiteren ist die Zuglast im gesamten Bereich, in dem der Trägeraufbau nach oben und unten bewegt wird, konstant. Um eine derartige Anforderung zu erfüllen, wer den die Spannfedern oft verlängert, wodurch die Federn in einem Mittenabschnitt oder an Teilen gebogen werden müssen. Als Ergebnis wird die Einrichtung entsprechend sperrig.

DE 36 17 741 A1 offenbart eine Handhabungsvorrichtung, bei der ein Gewichtsaus gleich für Testköpfe, die durch die Handhabungsvorrichtung ergriffen und platziert wer den, durch eine Flaschenzuganordnung gebildet wird.

US 4 527 941 A betrifft einen Handhabungsautomaten für elektronische Teile mit Ge wichtsausgleichsanordnung. Diese ist aus einer Anzahl von Stäben, Kabeln und Schei ben gebildet, wobei die Kabel über die Scheiben umgelenkt werden und die Stäbe zur Halterung einer entsprechenden Anzahl von Gewichten dienen. Die Kabel sind an ihrem den Gewichten gegenüberliegenden Ende mit einer Handhabungseinrichtung des Automaten verbunden, um an dieser Stelle einen gewissen Gewichtsausgleich zu ermögli chen.

US 4 883 249 A zeigt eine Gewichtsausgleichseinrichtung mit parallelen Federn, die an ihren unteren Enden an einer Halterung befestigt sind. Über eine schwimmende Verbin dung sind die Federn mit Scheiben verbunden, um die ein Draht gelegt ist. Die Scheiben sind von einer weiteren Halterung getragen. Über die Scheiben ist der Draht mit einer Hebelanordnung verbunden, wobei an einem Ende der Hebelanordnung ein entspre chendes Gewicht auf- und abbewegt werden kann.

Ausgehend von der JP 6-74237 U liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrgelenkroboter mit Gewichtsausgleichseinrichtung mechanisch kompakt und kleiner zu gestalten, wobei gleichzeitig alle Anforderungen an einen Gewichtsausgleich erfüllt werden.

Dieses Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figu ren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Ausführungsbeispiels eines Mehrgelenkroboters gemäß der Erfindung in teilweiser Schnittansicht;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Roboters nach Fig. 1 in teilweiser Schnittansicht;

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

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

Fig. 4 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Mehrgelenkro boters gemäß der Erfindung in teilweiser Schnittansicht; und

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

Ein aufrecht stehender Roboter 1 nach Fig. 1 weist einen Trägeraufbau 2 auf, der in vertikaler Richtung nach oben und unten bewegt wird. Der Roboter 1 weist eine vertikale Gewindewelle 3 auf, die drehbar in ihm gelagert ist. Ein Ende einer Verbindungsein richtung 4 ist am Trägeraufbau 2 befestigt und das entgegengesetzte Ende ist mit der Gewindewelle 3 durch Gewindeeingriff verbunden. Im Roboter 1 ist ein Schrittmotor 5 vorgesehen und mit der Gewindewelle 3 über ein Riemengetriebe verbunden, so daß die Drehung des Schrittmotors 5 auf die Gewindewelle 3 übertragen und durch die Dre hung der Gewindewelle 3 der Trägeraufbau 2 sich über die Verbindungseinrichtung 4 entlang der Gewindewelle vertikal nach oben und unten bewegen kann.

Eine Mehrzahl von Spannfedern, genauer gesagt zumindest zwei Spannfedern 6, sind im Roboter 1 vorgesehen. Die Federn 6 sind in Reihe mit einem Verbindungsdraht 7 verbunden, so daß sie als eine Gewichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8 zum Ausgleich des Gewichts des Trägeraufbaus 2 während dessen vertikaler Bewegung dienen. Ein Ende der Gewichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8 ist an einem Boden des Roboters 1 befestigt und das entgegengesetzte Ende ist mit einem freien Ende eines Trägers 9 ver bunden. Der Verbindungsdraht 7 der Gewichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8, welcher eine vorbestimmte Länge aufweist, befindet sich in 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, wenn der Trägeraufbau 2 in einer unteren Stellung ist.

Was die Gewichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8 betrifft, so lässt sich je nach Federkon stante der Spannfedern 6 eine bestimmte Zuglast der Spannfedern (6) realisieren, wobei diese in Abhängigkeit von der auf sie wirkenden Last verformt werden. Bevorzugt sind geringe Federkonstanten, um die Zuglast der Federn zu verringern. So kann der Durchmesser des Drahtes, der die Spannfedern bildet, verkleinert oder der Durchmes ser der Federn vergrößert oder die Länge der jeweiligen Spannfedern größer gemacht werden. Bevorzugterweise wird die Zuglast der Spannfedern 6 so eingestellt, daß die auf den Schrittmotor 5 wirkende Last in etwa konstant bleibt, wenn der Schrittmotor 5 angetrieben wird, um den Trägeraufbau 2 von oben nach unten und von unten nach oben zu verfahren, wodurch auch die Leistung des Schrittmotors (5) in etwa gleich bleibt.

In den Fig. 1 bis 3, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, weist die Gewichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8 zwei Spannfedern 6 auf, die in Reihe mit dem zwischenliegenden Draht 7 von vorbestimmter Länge verbunden sind, welcher sich im Gleiteingriff mit der Rolle 8 befindet, die an einer oberen Position im Roboter 1 angeordnet ist. Ein Ende der Reihe von Spannfedern 6 ist am Boden des Roboters 1 verankert und das gegenüberliegende Ende ist mit einem freien Ende des Trägers 9 verbunden, welcher am Trägeraufbau 2 befestigt ist, wobei das freie Ende des Trägers 9 sich immer in einer Position unterhalb der Rolle 8 befindet, während sich der Trägerauf bau 2 in seiner obersten oder untersten Position befindet. Die zwei Spannfedern 6 sind aus einem Draht mit vorgegebenen Durchmesser, aus Wicklungen mit gleichem Durch messer und mit einer gleichen einheitlichen Länge gefertigt.

In Fig. 4, in der ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, weist die Ge wichtsausgleichseinrichtung 6, 7, 8 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 zwischen liegende Draht 7 befindet sich im Gleiteingriff mit einer zweiten Rolle 8, die an einer un teren Position im Roboter 1 angeordnet ist, während ein Ende der Reihe von Spannfe dern 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 immer in einer Position unterhalb der ersten Rolle 8, die in der oberen Position angeordnet ist. Die drei Spannfedern 6 sind aus ei nem Draht mit vorbestimmtem Durchmesser gefertigt, die Wicklungen weisen den glei chen 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 antriebsmäßig mit dem Schrittmotor 11 verbundenes Untersetzungsgetriebe 12 aufweist. Der erste Ar beitsarm 10 weist ein Paar von beabstandeten Rollen 13 auf, die miteinander über ein Riemengetriebe verbunden sind. Ein zweiter Arbeitsarm 14 ist drehbar am freien Ende des ersten Arbeitsarms 10 gelagert und drehbar durch einen Schrittmotor 15 angetrie ben. Eine Drehwelle 16 ist am freien Ende des zweiten Arbeitsarms 14 angebracht und antriebsmäßig mit einem Schrittmotor 17 verbunden, so daß sie dadurch gedreht wer den kann. Der Roboter 1 weist ein flexibles Gehäuse 18 zur Aufnahme von elektrischen Leitungen auf, die die Vielzahl von Schrittmotoren mit einer Energieversorgung verbin den. Des weiteren weist der Roboter 1 eine Konsole 19 zur Lagestabilisierung des Ro boters 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 Spannfeder zum Ausgleich des Gewichts des Trägeraufbaus 2 ersetzt wer den. In diesem Fall ist ein Ende der einzigen Spannfeder am Boden des Roboters 1 verankert und das gegenüberliegende Ende der Feder ist mit dem Träger 9 in derselben Art und Weise, wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, verbunden, während der zwischenliegende Abschnitt der einzigen Spannfeder sich im Gleiteingriff mit der Rolle mit einer Eingriffsnut befinden kann, die groß genug zur Aufnahme des entspre chenden Durchmessers der Wicklungen der Spannfeder ist. Die Rolle ist in einer oberen Position im Roboter 1, genau wie in der Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet.

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 vertikal verfahren. Die Reihe von Spannfe dern 6 ist derart ausgelegt, daß sie eine relativ kleine Zuglast unter Berücksichtigung der Bewegung des Trägeraufbaus 2 von oben nach unten aufweist. Genauer gesagt ist die Länge der jeweiligen Spannfedern 6 (nach Fig. 3(A)) gleich H, wenn sich der Trä geraufbau 2 an der obersten Position befindet. In diesem Fall ist das Gewicht W des Trägeraufbaus 2, das nach unten gerichtet ist, etwas größer als die Zugspannung der Spannfedern 6. So muss der Schrittmotor 5 durch die Spannung der Spannfedern 6 kei ne große Leistung aufbringen. Wenn sich im Gegensatz dazu der Trägeraufbau 2 in der untersten Position, wie in der Fig. 3(B) gezeigt, befindet, dann sind die Spannfedern 6 gelängt und weisen eine Länge H + h auf, wobei die Spannung der Spannfedern 6 das Gewicht W des Trägeraufbaus 2 etwas überschreitet. Hierdurch muss der Schrittmotor 5 trotz des Gewichtes W des Trägeraufbaus 2 keine große Leistung aufbringen, um den Trägeraufbau von unten nach oben zu verfahren. Daher ist die Gewichtsausgleichsein richtung 6, 7, 8 bezüglich des Gewichts W des Trägeraufbaus 2 so ausgelegt, daß sie eine im wesentlichen unveränderliche Last für den Schrittmotor 5 bildet.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Roboter

2

Trägeraufbau

3

Gewindewelle

4

Verbindungsabschnitt

5

Schrittmotor

6

Spannfeder

7

Draht

8

Rolle

9

Träger

10

Arm

11

Schrittmotor

12

Untersetzungsgetriebe

13

Rollen

14

Arbeitsarm

15

Schrittmotor

16

Drehwelle

17

Schrittmotor

18

Gehäuse

19

Konsole

Claims

1. Mehrgelenkroboter mit einem Roboterkörper, welcher drehbar eine sich vertikal erstre ckende Gewindewelle (3) lagert und mit einer sich vertikal erstreckenden Führung aus gebildet ist, mit einem Trägeraufbau (2), welcher in Eingriff mit der Gewindewelle (3) und in Gleiteingriff mit der sich vertikal erstreckenden Führung ist, und mit einem Schrittmotor (5), der an dem Roboterkörper angeordnet und antriebsmäßig mit der Ge windewelle (3) zu deren Drehung verbunden ist, wobei durch Drehung der Gewinde welle der Trägeraufbau (2) relativ zum Roboterkörper entlang der sich vertikal erstre ckenden Führung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) Spannfedern (6) aufweist, die an ge genüberliegenden Endbereichen der Gewichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) vorgese hen sind, mit einem Verbindungsabschnitt (7) zwischen den Spannfedern (6), wobei ein Ende der Gewichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) mit dem Trägeraufbau (2) verbunden ist, der Verbindungsabschnitt (7) um eine Rolle (8) gelegt ist, die drehbar am Roboter körper angeordnet ist, und das gegenüberliegende Ende der Gewichtsausgleichsein richtung (6, 7, 8) mit einem Teil des Roboterkörpers unterhalb der Rolle (8) verbunden ist.

2. Mehrgelenkroboter mit einem Roboterkörper, welcher drehbar eine sich vertikal erstre ckende Gewindewelle (3) lagert und mit einer sich vertikal erstreckenden Führung aus gebildet ist, mit einem Trägeraufbau (2), welcher in Eingriff mit der Gewindewelle (3) und in Gleiteingriff mit der sich vertikal erstreckenden Führung ist, und mit einem Schrittmotor (5), der an dem Roboterkörper angeordnet ist und antriebsmäßig mit der Gewindewelle zu deren Drehung verbunden ist, wobei durch Drehung der Gewindewelle der Trägeraufbau (2) relativ zum Roboterkörper entlang der sich vertikal erstreckenden Führung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) eine Mehrzahl von Spannfedern (6) aufweist, die an gegenüberliegenden Endbereichen der Gewichtsausgleichsvorrichtung (6, 7, 8) und zwischen diesen vorgesehen sind mit Verbindungsabschnitten (7) zwi schen den Spannfedern (6), wobei ein Ende der Gewichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) mit dem Trägeraufbau (2) verbunden ist, die Verbindungsabschnitte (7) um entspre chende Rollen (8, 13) gelegt sind, welche drehbar am Roboterkörper in unterschiedli chen vertikalen Positionen angeordnet sind, und das gegenüberliegende Ende der Ge wichtsausgleichseinrichtung (6, 7, 8) an einem Teil des Roboterkörpers befestigt ist.

3. Mehrgelenkroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfedern (6) mit demselben Durchmesser ausgebildet und aus einem Draht mit vorbestimmter Dicke und mit gleicher Federkonstante ausgebildet sind.