DE2841183A1

DE2841183A1 - Gewichtsausgleichsystem fuer ein handhabungsgeraet

Info

Publication number: DE2841183A1
Application number: DE19782841183
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing Grad Zimmer
Original assignee: Industrie Werke Karlsruhe Ausburg AG
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1980-04-03
Also published as: ES8100946A1; SE7907819L; GB2033336B; FR2436656B1; JPS5932279B2; ES484346A0; SE445097B; US4297908A; DE2841183C2; IT1123241B; JPS5544497A; IT7925862A0; FR2436656A1; GB2033336A

Description

Karlsruhe, 16.08,1978 ZJP/Z/fe - EM 185 -

Λ.

INDUSTRIE-WERKE KARLSRUHE AUGSBURG Aktiengesellschaft Gartenstraße 71

7500 Karlsruhe 1

Gewichtsausgleichsystem für ein Handhabungsgerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Handhabungsgerät mit einem über ein Gelenksystem bewegten, mit einem Greiferglied verbundenen Auslegerarm, dessen Gewicht und Last beim Verschwenken mittels eines Gewichtsausgleichsystems kompensiert werden.

Derartige Geräte sind bekannt und lassen sich beispielsweise für Zwecke der Montage, für Schweiß-, Bohr-, Be- und Entlade-, Transport-, Emaillier- und Lackierarbeiten usw. einsetzen.

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Die allgemeine Arbeitsweise eines Handhabungsgeräts einschließlich Greiferglied beruht darauf, daß einerseits das Gelenksystem eine Bewegung des Greifergliedes als Ganzem entsprechend den drei Raumachsen ermöglicht und das Greiferglied seinerseits ebenfalls diesen Raumachsen gemäße Bewegungen ausführt. Die vom Gelenksystem befahrenen Raumachsen werden dabei als Grund-, die des Greifergliedes als Handachsen bezeichnet. Mit diesen Bewegungen ist es nun möglich, ein Werkstück oder Werkzeug von einem bestimmten Punkt aus an einen beliebigen Platz und dort in eine beliebige Lage zu bringen.

Bei den bekannten Handhabungsgeräten werden die Handachsen über teilweise große Kraftübertragungswege bewegt. Auf Grund dieser großen Kraftübertragungswege sind auch, wie ohne weiteres ersichtlich, entsprechend große Leistungen zum Bewegen der Handachsen erforderlich, wobei je nach Schwenkbereich der Raumachsen, also je nach Ausladung des Auslegerarms, unterschiedliche, von Eigengewicht und Last herrührende Kräfte auftreten. Bei den bekannten Handhabungsgeräten (siehe z.B. DE-OS 27 01 151) ist zum Ausgleich der Kräfte ein einerseits mit der das Gelenksystem als Ganzes drehenden Konsole und andererseits mit dem ortsfesten Gelenkpunkt des Gelenksystems an dieser Konsole verbundenes Gewichtsausgleichsystem vorgesehen. Dieses Gewichtsausgleich-

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system besteht beispielsweise aus einem druckmittelbeaufschlagten Kolben, der je nach Aus- oder Einschwenkbereich des Gelenksystems ein größeres oder geringeres Gegengewicht darstellt. Bei dem bekannten Gewichtsausgleichsystem ist die Verbindung zwischen dem sogenannten Horizontallenker des Gelenksystems und dem Kolben fest, so daß beim Ein- und Ausfahren des Greifergliedes in horizontaler Richtung keine Beeinflussung der Kräfte möglich ist in dem Sinne, daß die spezifische Nennbelastung lastabhängig konstant bleibt. Bei dem bekannten Gewichtsausgleichsystem ändern sich die vom Kolben aufzubringenden Kräfte nur beim Auf- und Abfahren des Greifergliedes, und zwar durch Kompression bzw. Expansion des den Kolben belastenden Druckmittels.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Handhabungsgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem das Gewichtsausgleichsystem die aus Eigengewicht und Last resultierenden, je nach Arbeitsbereich des Greifergliedes unterschiedlichen Kräfte besser kompensiert. Damit lassen sich insbesondere auch die für die Bewegung des Gelenksystems erforderlichen Antriebsleistungen minimisieren.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gewichtsausgleichsystem derart mit dem Gelenk-

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- fr-

system verbunden ist, daß die sich beim Verschwenken ändernden Kräfte durch vom Gewichtsausgleichsystem aufzubringende konstante Gegenkräfte kompensiert werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei insbesondere auf den Fall, daß das Gelenksystem durch ein Viergelenksystem realisiert ist,' Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Handhabungsgerätes in Viergelenkbauweise mit dem bekannten Gewichtsausgleichsystem.

Fig. 2 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Gewichtsausgleichsystem ausgestattetes Handhabungsgerät in zwei Arbeitsstellungen.

Fig. 3 zeigt einen die Hebelverhältnisse demonstrierenden Ausschnitt des in Fig. 2 dargestellten Handhabungsgerätes mit einem erfindungsgemäß konzipierten Gewichtsausgleichsystem.

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Das in Fig. 1 dargestellte, nach Art eines Viergelenks ausgebildete Handhabungsgerät besteht aus einem Auslegerarm 1, an welchem ein in verschiedenen Richtungen (Handachsen) bewegbares Greiferglied 2 befestigt ist. Das Viergelenk selbst besteht aus zwei längeren Lenkern und 4 und zwei kürzeren Lenkern 5 und 6. Deren einer (5) ist starr mit dem Auslegerarm 1 verbunden und liegt in dessen Richtung. Der zweite der kürzeren Lenker 6 ist an einer Konsole 7 gemeinsam mit dem einen längeren Lenkerarm 3 schwenkbar angelenkt. Die vier Gelenkpunkte des Viergelenksystems sind mit den Buchstaben a, b, c, d gekennzeichnet. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, daß die Konsole 7 mit einem sich auf Rollen od. dgl. drehenden Teller 8 fest verbunden ist, welcher wiederum auf einem ortsfesten Teller aufliegt und eine horizontale Drehbewegung von 360 erlaubt.

Der Gewichtsausgleich bei dem in Fig. 1 dargestellten, bekannten Handhabungsgerät erfolgt mittels eines Druckruf tzylinders 9 j der in einem gegenüber der Konsole 7 festliegenden Drehpunkt 10 schwenkbar angelenkt ist. Der Zylinderkolben des Druckluftzylinders ist über einen Hebel 11 starr mit dem an der Konsole 7 schwenkbar gelagerten kürzeren Lenker 6 verbunden. Beim Ein- und Ausfahren des Auslegerarms 1 bleiben auf Grund der Lenkergeometrie die Drehpunkte c und d räumlich fest,

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• 9.

so daß trotz sich, ändernder Auslegung (Verschwenkung) infolge der starren Kopplung zwischen dem Zylinderkolben und dem unteren kurzen Lenker 6 vom Druckluftzylinder stets eine lastunabhängige gleichbleibende Kraft aufgebracht wird. Somit sind auch die Antriebsleistungen für ein Verschwenken des Gelenksystems je nach Auslegung unterschiedlich.

In Fig. 2 ist ein Handhabungsgerät gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar in zwei Arbeitsstellungen - einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen. Die essentiellen Elemente Auslegerarm 1, Greiferglied 2, Lenker 3, 4, 5, 6, Konsole 7, Teller 8 und Druckluftzylinder 9, sind analog zur Darstellung von Fig. 1 numeriert und ohne weiteres als prinzipiell gleichwirkend wie in Fig. 1 zu erkennen.

Erfindungsgemäß ist jedoch der Kolben des Druckzylinders 9 nicht mehr starr mit dem an der Konsole 7 angelenkten kürzeren Lenker 6 verbunden, sondern über eine Hebelmimik.

Diese Hebelmimik besteht in erster Linie aus einem Gelenkhebel 13, der einerseits mit dem Zylinderkolben und andererseits über ein schwenkbar am festen Drehpunkt c des Gelenksystems angelenktes, starr mit dem

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in diesem Drehpunkt abgestützten längeren Lenker 3 verbundenes Hebelelement 12 mit diesem Drehpunkt c verbunden ist. Der Anlenkpunkt des Gelenkhebels 13 am Zylinderkolben ist mit 14 gekennzeichnet. Der genannte Anlenkpunkt 14 ist aus Gründen zusätzlicher Stützung über einen zweiten Gelenkhebel 15 mit dem Drehpunkt d des Viergelenksystems verbunden. Wird nun das Gelenksystem von der auf der rechten Seite der Fig. 2 dargestellten eingefahrenen Arbeitsstellung in Richtung der ausgefahrenen Arbeitsstellung bewegt, so wird auf Grund der starren Kopplung zwischen dem Lenker 3 und dem Hebelelement 12 der Druckluftzylinder 9 nach unten geschwenkt, wodurch die auf den Zylinderkolben einwirkenden Kräfte angenähert konstant bleiben.

Die entsprechenden, am Anlenkpunkt des Druckluftzylinders wirksamen Kräfte sind in Fig. 3 detailliert dargestellt. Wie man daraus erkennt, ist im. eingefahrenen Zustand (rechts) die Zylinderkraft F9 als Resultiere nie der vom zweiten Gelenkhebel 15 und vom Gelenkhebel 13 ausgehenden Kräfte F15 bzw. F13 genau so groß, wie im ausgefahrenen Zustand.

Bezugnehmend auf Fig. 2 und Fig . 3 sollen im Folgenden nochmals die Kräfteverhältnisse erläutert werden.

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Beim Ein- und Ausfahren (Schwenken) des Gelenksystems mit der vom Greiferglied gehaltenen Last ergibt sich im eingefahrenen Zustand durch Schwenken des Druckluftzylinders 9 bzw. der Zylinderachse um den Drehpunkt 10 ein geringeres Moment der am zweiten Gelenkhebel 15 wirksamen Kraft bezüglich des mit der Konsole verbundenen Drehpunktes c, als es im ausgefahrenen Zustand ansteht. Die beiden Kraftkomponenten F15 im ein- bzw. ausgefahrenen Zustand erzeugen demzufolge ungleich große Linksdrehmomente am unteren kurzen Lenker 6, und zwar bezogen auf den Drehpunkt c an der Konsole 7· Die Stützkräfte F4 im bezüglich beider Gelenkpunkte freien längeren Lenker 4 erzeugen, bezogen auf den Drehpunkt c, ungleich große Re chtsdrehmomente. Die Anordnung und Dimensionierung der Gelenkhebel 13 und 15, sowie des Anlenkpunktes des Hebelelementes 12 im Verhältnis zum Lenker 3 sind so zu wählen, daß sich die erwähnten Links- und Rechtsdrehmomente . nach Möglichkeit aufheben, um die vom Greiferglied gehaltene Last im labilem Zustand zu halten. Dies bedeutet wiederum, daß die vom Druckluftzylinder aufzubringende Kraft F9 konstant ist.

Allgemein ergibt sich unter Verwendung der in Fig. 2 detailliert herausgezeichneten Kräfte F4 auf den frei schwenkbaren längeren Lenker 4 für die auf den zweiten

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Gelenkhebel 15 wirkenden Kräfte folgender Kräftevergleich:

eingefahrener Zustand

F15 = F4 .
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ausgefahrener Zustand

Die auf den Lenker 4 wirkenden Kräfte F4 sind durch Konstruktion der Kräfteparallelogramme aus den - aus Fig. 2 zu ersehenden - richtungsmäßig festliegenden Kräften Fs (Kraft aus Eigengewicht und Last) und Fb (Kraft auf den Drehpunkt b des Gelenkvierecks) zu ermitteln, wobei Angriffspunkt der Kräfte der im Auslegerarm 1 liegende Schwerpunkt 16 des Gesamtsystems ist. Mit diesen am zweiten Gelenkhebel 15 anliegenden, nach den obigen Formeln errechneten Kräften F15 lassen sich durch Kräftezerlegung, wie in Fig. 3 dargestellt, die Kräfte F9 und F13 ermitteln.

Die'im Vorstehenden beschriebene Erfindung ist prinzipiell nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Die Erfindung ist immer dann anwendbar, wenn an den Schwerpunkten von Gelenksystemen auf Grund unterschiedlicher ArbeitsStellungen unterschiedliche Kräfte wirken. Mit der erfindungsgemäßen Hebelmimik zwischen dem Gelenk system an sich und dem Gewichtsausgleichsystem läßt sich wie bereits eingangs erwähnt insbesondere die Antriebsleistung für das Verschwenken des Gelenksystems verringern.

Zu erwähnen bleibt noch, daß das in der Fig. 2 dargestellte Gewichtsausgleichsystem am Handhabungsgerät auch beispielsweise doppelt, und zwar symmetrisch zur Mittelebene angeordnet sein kann, um eine symmetrische Kraftwirkung auf das gesamte Gelenksystem zu erhalten.

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Leerseite

Claims

Karlsruhe, 16.08.1978 ZJP/Z/fe - EM 185 - Patentansprüche

1.) Handhabungsgerät mit einem über ein Gelenksystem bewegten, mit einem Greiferglied verbundenen Auslegerarm, dessen Gewicht und Last beim Verschwenken mittels eines Gewichtsausgleichsystems kompensiert werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gewichtsausgleichsystem derart mit dem Gelenksystem verbunden ist, daß die sich beim Verschwenken ändernden Kräfte durch vom Gewichtsausgleichsystem aufzubringende konstante Gegenkräfte kompensiert werden. -

2. Handhabungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gewichtsausgleichsystem durch einen druckmittelbeaufschlagten Kolben (9) realisiert ist, der derart schwenkbar am Gelenksystem angelenkt ist, daß die vom Kolben aufzubringenden Kräfte trotz der von der Schwenkbewegung abhängigen Veränderungen der diese Kräfte bestimmenden Hebelverhältnisse konstant sind.

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•a.

3. Handhabungsgerät nach Anspruch 1 oder 2,

bei dem das Gelenksystem ein Viergelenksystem ist, dessen einer Gelenkpunkt mit einer Konsole ortsfest verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gewichtsausgleichsystem um einen bezüglich der Konsole (7) festen Drehpunkt (10) schwenkbar angelenkt ist, und daß der ortsfeste Gelenkpunkt (c) des Viergelenksystems über einen Gelenkhebel (13) mit einem Anlenkpunkt (14) des Gewichtsausgleichsystems derart verbunden ist, daß mit einer Schwenkbewegung des Viergelenksystems der im Hinblick auf die aufzubringende Kraft wirksame Hebelarm verändert wird.

4. Handhabungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Gelenkhebel (13) exzentrisch zum Gelenkpunkt (c) des Viergelenksystems schwenkbar ist.

5. Handhabungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Anlenkpunkt (14) des Gewichtsausgleichsystems am Gelenkhebel (13) über einen zweiten Gelenkhebel (15)

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mit dem beim Ein- und Ausfahren des Auslegerarms (1) zweiten, ortsfest bleibenden Gelenkpunkt (d) verbunden ist.

6. Handhabungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gewichtsausgleichsystem durch einen Druckluftzylinder realisiert ist.

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