DE2703793A1

DE2703793A1 - Biegsamer roboterarm

Info

Publication number: DE2703793A1
Application number: DE19772703793
Authority: DE
Inventors: Ole Molaug
Original assignee: TRALLFA NILS UNDERHAUG AS
Current assignee: TRALLFA NILS UNDERHAUG AS
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-29
Publication date: 1977-08-04
Also published as: SE421501B; JPS52111158A; NO760304L; FR2339470A1; NO137351C; FR2339470B1; NO137351B; US4107948A; DE2703793C2; JPS5816998B2; GB1548336A; IT1077546B; SE7700714L

Description

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
TRALLFA Nils Underhaug A/S
P. 0. Box 115

Bryne, Norwegen

Biegsamer Roboterarm.

Bei Industrierobotern oder ferngesteuerten Manipulatoren ist es insbesondere bei derartigen programmierbaren Robotern oder Manipulatoren, mit denen menschliche Bewegungen kopiert werden sollen, beispielsweise bei Farbspritzanlagen, Schweißmaschinen oder dgl., bekannt, die gewünschten Werkzeugbewegungen mit Hilfe starrer Roboterarme auszuführen, welche derart ausgebildet sein können, daß sie Dreh- und Schwenkbewegungen in jeder Richtung ausführen können und eventuell auch translatorisehe Bewegungen.

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Andreiewsld, Honke, Gesthuysen A Mosch, Patentanwalt· in Essen

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Dabei können derartige Roboterarme auch mit verdrehbaren oder verschwenkbaren Werkzeughaltern ausgerüstet sein.

Derartige Roboterarme oder Manipulatoren können für viele praktische Anwendungen eine durchaus ausreichende Bewegungsfreiheit erreichen, jedoch besteht in bestimmten Fällen das starke Bedürfnis, einen derartigen Arm biegsam auszubilden, sodaß er mehr oder weniger stark gekrümmt werden kann, beispielsweise zu einem Kreisbogen, und zwar vorzugsweise in allen Ebenen durch die Achse des Arnes, wobei nach Möglichkeit diese Krümmung des Armes mit einer Drehbewegung um diese Armachse kombiniert werden sollte.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen biegsamen Roboterarm zu schaffen, welcher aus einer Anzahl derart miteinander verbundener, starrer Glieder besteht, daß durch Antriebseinrichtungen gesteuerte Biegebewegungen erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß aufeinanderfolgende Glieder als Kettenglieder verbunden sind und derart zwischen miteinander verbundenen Gliederenden gelagert sind, daß jeweils zwei mit dem gleichen Zwischenglied verbundene Glieder an ihren aneinander anstoßenden äußersten Enden gelenkig aneinandergefügt sind, daß ferner eines der Endglieder des Armes gelenkig mit der Antriebseinrichtung derart verbunden ist, daß es durch die Antriebseinrichtung um die Gelenkverbindung gesteuert im Winkel verschwenkbar ist, und daß das mit diesem Endglied verbundene, anschließende Glied mit seinem äußersten Ende derart in einem Angelpunkt gelenkig an die Antriebseinrichtung angesetzt ist, daß die Antriebskraft zur Verschwenkung der nachfolgenden Armglieder um entsprechende Winkel an diese übertragbar ist.

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Wenn daher das Endglied durch die Antriebseinrichtung um einen gegebenen Winkel verschwenkt wird, ergibt sich für Jedes der anschließenden Armglieder eine Verschwenkung um einen entsprechenden Winkel, sodaß der Roboterarm die Form eines Bogens einnehmen kann, der, wenn alle Armglieder identisch sind, ein Kreisbogen ist.

Vorzugsweise sind die aneinander anschließenden Glieder des Armes untereinander sowie das Endglied mit der Antriebseinrichtung durch Kreuzgelenke verbunden.

Die Gelenkverbindung des an das Endglied anschließenden Gliedes mit dem Angelpunkt an der Antriebseinrichtung sowie die Gelenkverbindungen zwischen den äußersten Enden der mit dem gleichen Zwischenglied verbundenen Armglieder sind vorzugsweise durch aneinander anliegende gekrümmte Flächen gebildet. Vorzugsweise sind diese gekrümmten Flächen als Kugelflächen ausgebildet und weisen Rippen auf, um zu verhindern, daß diese Kugelflächen außer Eingriff geraten.

Um sicherzustellen, daß unabhängig von der Biegebewegung des Armes eine Drehbewegung erzielbar ist, kann das mit der Antriebseinrichtung verbundene Endglied an einer von der Antriebseinrichtung verdrehbaren Welle angelenkt sein. Um die Antriebskraft der Antriebseinrichtung an das anschließende Endglied des Armes unabhängig von der Drehung dieser Welle zu übertragen, ist außerdem um die Drehverbindung zwischen dem Endglied und der Antriebseinrichtung ein Antriebsring verschiebbar angeordnet, welcher seinerseits vorzugsweise mit wenigstens einem hydraulischen oder pneumatischen Antriebszylinder verbunden ist.

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Gewöhnlich werden zwei Antriebszylinder verwendet, um voneinander unabhängige Biegebewegungen oder Krümmungen des Armes in individuell einander zugeordneten, vorzugsweise orthogonal zueinander verlaufenden Ebenen zu erreichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung im einzelnen erläutert, welche ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung zeigt.

Der dargestellte Roboterarm besitzt vier Armglieder 1, 2, 3 und 4, welche als Kettenglieder ausgebildet und miteinander verbunden sind. Außerdem ist das Armglied 1 mit dem Glied 2 durch ein Kreuzgelenk H verbunden und ebenso das Glied 2 mit dem Glied > durch ein Kreuzgelenk L, während das Glied JJ mit dem Glied 4 durch ein gleichartiges Kreuzgelenk verbunden ist. Ein weiteres Kreuzgelenk C 1st als Gelenkverbindung des Gliedes 1 mit der Welle B der Antriebseinrichtung vorgesehen, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gehäuse A für die Wellenlagerung dargestellt ist.

Wie die Zeichnung außerdem zeigt, stößt das äußerste Ende des Gliedes 2 verschwenkbar im Angelpunkt J an das Ende der Welle B, während die aneinander anstoßenden Enden der Glieder 1 und 3 einander in einem entsprechenden Angelpunkt B berühren. Ein gleicher Berührungs- und Angelpunkt für eine verschwenkbare Verbindung zwischen den Gliedern 2 und 4 ist ebenfalls in der Figur dargestellt.

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Das Glied 1 kann in beliebiger Richtung gegenüber dem Drehpunkt D unter Betätigung von zwei Linearantriebszylindern verschwenkt werden, deren jeder an einem zugeordneten Betätigungszapfen eines Antriebsringes G angreift, welcher um das Kreuzgelenk C und das Glied 1 herum verschiebbar angeordnet ist, um an dieses Glied unabhängig von einer möglichen Verdrehung der Welle B eine geeignete Kraft zu übertragen.

Die Verschwenkung des Gliedes 1 ruft eine Winkelverschiebung seiner Kreuzgelenkverbindung mit dem anschließenden Glied hervor, sodaß auch dieses Glied 2 verschwenkt oder abgewinkelt wird. Das rückwärtige Ende des Gliedes 2 schwenkt infolgedessen um das Ende der Welle B, d.h. den Angelpunkt J, wodurch dieses Glied 2 gegenüber dem Glied 1 verschwenkt oder abgewinkelt wird. Diese Winkelverschiebung des Gliedes 2 wird anschließend über das Kreuzgelenk L an das Glied j5 übertragen, sodaß auch dieses Glied 3 gegenüber dem Glied 2 um den Anschlußpunkt M verschwenkt oder abgewinkelt wird. Auf diese Weise wird jedes Armglied in der gleichen Richtung gegenüber dem vorhergehenden Glied abgewinkelt und der Arm im Ganzen zu einem Bogen gekrümmt.

Wenn die einzelnen Armglieder und ihre gegenseitigen Verbindungen identisch sind, wird der Arm zu einem Kreisbogen gekrümmt* Die für einen Arm erzielbare größtmögliche Biegung oder Krümmung hängt von der Anzahl der Armglieder und der Ausbildung der Verbindungen zwischen denselben ab. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel kann das erste Glied 1 gegenüber der Welle B um 11 abgewinkelt werden, während jedes der nachfolgenden Glieder gegenüber seinem vorhergehenden Armglied um 34° abwinkelbar ist.

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Um daher eine Winkelverschiebung von insgesamt l8o° für einen Roboterarm der dargestellten Ausbildung zu erreichen, muß dieser Arm fünf Glieder zusätzlich zu dem mit der Welle verbundenen Glied aufweisen (5 χ jK° = 170° + 11° w l8o°). Das äußerste Ende des Armes kann dann in Richtung der Antriebseinrichtung des Roboterarmes nach hinten weisen.

Bei einer Verdrehung des ersten Armgelenkes mittels der Welle B wird die Drehbewegung von Glied zu Glied durch die dazwischen liegenden Kreuzgelenke übertragen, und zwar unabhängig von der gegenseitigen Winkelverschiebung der Armglieder.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Angelpunkte J und M aus aneinander anstoßenden Kugelflächen. Diese Kugelflächen sind mit Rippen bestückt, um zu verhindern, daß sie auseinandergleiten können oder voneinander abrutschen. Andererseits sind naturgemäß auch andere Ausführungen dieser Angelpunkte, wie beispielsweise in Form von Kugelzapfen und Kugelpfanne oder dgl., möglich.

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Claims

Andrejewski, Honk·, Gesthuysen & Masch, Patentanwalt· in Esten Patentansprüche:

1. Biegsamer Roboterarra, bestehend aus einer Anzahl derart miteinander verbundener, starrer Glieder, daß durch Antriebseinrichtungen gesteuerte Biegebewegungen erzielbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Glieder (1; 2; 3» ^) als Kettenglieder verbunden sind und derart zwischen miteinander verbundenen Gliederenden gelagert sind, daß jeweils zwei mit dem gleichen Zwischenglied (2 bezw. 3) verbundene Glieder (1, 3; 2, 4) an ihren aneinander anstoßenden äußersten Enden gelenkig aneinandergefügt sind, daß ferner eines (1) der Endglieder des Armes gelenkig mit der Antriebseinrichtung (E; F) derart verbunden ist, daß es durch die Antriebseinrichtung um die Gelenkverbindung (C) gesteuert im Winkel verschwenkbar ist, und daß das mit diesem Endglied verbundene, anschließende Glied (2) mit seinem äußersten Ende derart in einem Angelpunkt (J) gelenkig an die Antriebseinrichtung angesetzt ist, daß die Antriebskraft zur Verschwenkung der nachfolgenden Armglieder (3; 4) um entsprechende Winkel an diese übertragbar ist.

2. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Glieder (1; 2; 3; 4) durch Kreuzgelenke (H; L) miteinander verbunden sind.

3. Roboterarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endglied (1) des Armes mit der Antriebseinrichtung (A, B) durch ein Kreuzgelenk (C) verbunden ist.

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Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

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4. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzelehnet, daß das Endglied (1) des Armes derart verschwenkbar mit einer Welle (B) verbunden ist, daß der Arm unabhängig von seiner Krümmung durch die Antriebseinrichtung verdrehbar ist.

5· Roboterarm nach Anspruch j5 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzgelenk (C) einen um es herum verschiebbaren Antriebsring (G) trägt und durch diesen die Antriebskraft unabhängig von der Drehung der Welle (B) an das Endglied (1) des Armes von der Antriebseinrichtung (E; P) übertragbar ist.

6. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung des an das Endglied (1) anschließenden Armgliedes (2) mit dem Angelpunkt )J) an der Antriebseinrichtung (B) ebenso wie die Gelenkverbindungen (M) zwischen den äußersten Enden mit dem gleichen Zwischenglied verbundener Armglieder aus aneinander anstoßenden gekrümmten Flächen besteht.

7. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen Rippen aufweisen und dadurch ein Auseinandergleiten verhinderbar ist.

8. Roboterarm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen als Kugelflächen ausgebildet sind.

9. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung wenigstens einen hydraulischen oder pneumatischen Antriebszylinder zwecks Krümmung des Armes aufweist.

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10. Roboterarm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zwei Äntriebszylinder aufweist, durch welche voneinander unabhängige Krümmungen des Armes in individuell zugeordneten, vorzugsweise orthogonalen Ebenen erzielbar sind.

11. Roboterarm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen der einzelnen Armglieder (1; 2; 3# ¹O untereinander derart ausgebildet sind, daß bei einer Verdrehung des Endgliedes (1) durch die Welle (B) diese Drehbewegung an alle übrigen Armglieder übertragbar ist.

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