DE2848385A1 - Industrieroboter mit einem steuersystem - Google Patents

Industrieroboter mit einem steuersystem

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DE2848385A1
DE2848385A1 DE19782848385 DE2848385A DE2848385A1 DE 2848385 A1 DE2848385 A1 DE 2848385A1 DE 19782848385 DE19782848385 DE 19782848385 DE 2848385 A DE2848385 A DE 2848385A DE 2848385 A1 DE2848385 A1 DE 2848385A1
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DE
Germany
Prior art keywords
crane boom
swivel arm
industrial robot
control system
arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19782848385
Other languages
English (en)
Inventor
Jens Torwald Stolpe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Copco AB
Original Assignee
Hiab Foco AB
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Filing date
Publication date
Application filed by Hiab Foco AB filed Critical Hiab Foco AB
Publication of DE2848385A1 publication Critical patent/DE2848385A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008Balancing devices
    • B25J19/0016Balancing devices using springs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/046Revolute coordinate type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

  • IndustriEroboter mit einem Steuersystem
  • Durch das schwedische Patent 379 665 ist ein Industrieroboter oder ein sogenannter Manipulator vorbekannt, der dazu vorgesehen ist, mit Hilfe eines Steuerprogrammes automatisch ein Beuiegungsmuster zu wiederholen, das der Roboter in manueller Betätigung einmal durchgeführt hat.
  • Er ist in erster Linie für Oberflächenbeschichtung vorgesehen, kann jedoch ebenso für andere Zwecke verwendet werden, wie z.B. Polieren, Schleifen od. dgl., sowie bei allen Vorgängen, wo ein Bewegungsmuster in identischer Weise und mehrmals wiederholt werden soll.
  • Das "Einlernen" des Bewegungsablaufes wird dadurch bewirkt, dass die Werkzeugaufnahme des Roboters und damit alle beweglichen Teile des Roboters manuell über das Bewegungsmuster geführt werden.
  • Die Werkzeugaufnahme, die mit einer sogenannten Hand bewehrt ist, vermag drei Bewegungen auszuführen (Schwenken in zwei unterschiedlichen, rechtwinklig zueinander stehenden Ebenen sowie eine Drehbewegung, die die Bewegungsmöglichkeiten der menschlichen Hand nachahmen). Das Werkzeug, z.B. eine Spritzpistole, ist an der Werkzeugaufnahme befestigt. Die genaue Bauart der wHand" ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird folglich hier nicht näher beschrieben.
  • Wenn der Roboter programmiert werden soll, z.B. zum Spritzlackieren, bewegt der Spritzlackieren die Pistole während des Lackierens des Gegenstandes in dem gewünschten Bewegungsmuster, während welchen Vorgangs die Bewegung der "Hand" und des Hebelsystemes in einem Speicher des Steuersystemes festgehalten werden. Danach ist es möglich, gleichartige Artikel mit Hilfe des auf diese Weise programmierten Steuersystems automatisch zu lackieren.
  • Um zu verhindern, dass die Arbeit der Bedienungsperson während des Programmiervorganges durch das hohe Gewicht, das bewegt werden muss und durch den Bewegungswiderstand in dem Hebelsystem selbst unnötig gestört und behindert wird, muss das Gewicht desselben ausgeglichen und der Bewegungswiderstand in den Verbindungs- und Antriebsmitteln klein gehalten werden. Die Ausbalanzierung des Hebelsystems wird im vorliegenden Fall durch Federn bewirkt.
  • Wenn das so ausbalanzierte Hebelsystem von der Bedienungsperson über das Bewegungsmuster geführt wird, nehmen auch die Hydraulikzylinder, die das Hebelsystem während des automatischen AblauFes antreiben, während des Programmiervorganges an der Bewegung teil.
  • Die Verdrängung des Oels in den Zylindern führt einen Reibungswiderstand mitsich, der dadurch verringert wird, dass die Hydraulikzylinder mit je einem sogenannten By-pass-Ventil versehen werden, die die hydraulischen Verbindungen zu den verschiedenen Zylindern während des Programmiervorganges kurzschliessen. Nach dem oben genannten Patent wurde der Reibungswiderstand ausserdem dadurch verringert, dass die beiden Kolbenzylinder, die dazu vorgesehen sind, eine Drehbewegung des Kranauslegers gegenüber der Tragkonsole und die Schwenkbewegung des Schwenkarmes gegenüber dem Kranausleger zu bewirken, mittels eines Gelenkstücks verbunden sind, das so angeordnet ist, dass es vom Kranausleger getrennt werden kann, wenn das Steuersystem programmiert werden soll, und das mit dem Kranausleger wieder verbunden werden kann, wenn der Roboter in Uebereinstimmung mit dem vorgesehenen Programm seine Arbeit ausführt. Wegen der Möglichkeit der Trennung des Gelenkteiles von dem Kranausleger wird es möglich, letzteren abwärts zu bewegen, ohne die Kolben in den zugehörigen Zylindern zu bewegen. Der Kranausleger und die beiden Kolbenzylinder, die in deren Verlängerung angeordnet sind, wirken nach dieser Trennung als zwei parallele Seiten in einem Bewegungsparallalogramm. Diese Lösung bedeutet jedoch insofern einen Nachteil, da der Auskupplungsmechanismus dazu beitragen kann, ein gewisses Spiel in seiner Befestigung hervorzurufen, wenn der Mechanismus nicht ausreichend sorgfältig eingerastet und verschlossen werden sollte. Ausserdem wird mit dieser Lösung die Herstellung des Roboters erschwert. Hinzu kommt auch, dass zum Ausbalanzieren des ziemlich schweren Schwenkarmes mit seiner Werkzeugaufnahme zwei lange, starke Schraubenzugfedern benötigt werden, die sich in der Längsrichtung des Schwenkarmes erstrecken und dadurch diesen beträchtlich erschweren. Es wurde daher eine Lösung nachgestrebt, die einen ebenso kleinen Programmieruriderstand hat, in der jedoch die mechanische Auskupplung nicht erforderlich ist.
  • Ausserdem sollen kleinere Massen angewendet und folglich die Momentbelastungen verringert werden, um hierdurch die Stabilität und die Reaktionsgeschwindigkeit des Servosystemes zu verbessern. Für diesen Zweck wurde unter anderem der Kranausleger wesentlich leichter ausgeformt. Dieses wurde teils dadurch erreicht, dass der Kranausleger aus Leichtmetall hergestellt wurde und teils dadurch, dass nach der vorliegenden Erfindung die ziemlich schweren, zum Ausbalanzieren des Kranauslegers vorgesehenen Federn vom Schwenkarm zur drehbaren Tragkonsole des Roboters verlegt wurden. Die früheren Zugfedern im Schwenkarm wurden durch zwei Spiralfedern ersetzt, die über zwei Zugstangen die notwendige Balanzierkraft zum Schwenkarm überführen.
  • Mit dieser Vorrichtung werden die gesammten Massen des Schwenkarmes und die Momentbelastungen wesentlich verringert. Dieses ist von grösster Bedeutung, da der Schwenkarm schnelle und grosse Bewegungsänderungen (Beschleunigung, Verzögerung) ausführt, Dank dem Anordnen der Spiralfedern nahe am Kranfuss, können die Zug federn oben im Schwenkarm in Fortfall kommen, wodurch die Masse desselben wesentlich verringert wird. Wenn der Schwenkarm für ein besonderes Arbeitsbereich etwas verkürzt werden muss, ist diese Abänderung leicht durchführbar, welches jedoch früher aufgrund der im Schwenkarm angeordneten, längs der gesamten Länge des Armes sich erstreckenden Zug federn sehr aufwendig war Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor, von denen Fig. 1 eine teilweise gebrochene Seitenansicht eines Roboters in Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit dem Kranausleger in senkrecht stehender Lage ist, Fig. 2 und 3 zeigen Seitenansichten, ähnlich wie in Fig. 1 mit dem Kranausleger in einer nach vorne gekippten Lage, bzw. mit dem Schwenkarm, in nach oben gerichteter Lage, Fig. 4 ist eine Rückansicht des Roboters und Fig. 5 zeigt in grösserem Masstab einen senkrechten Schnitt durch eine Spiralfeder mit ihr zugeordneten Einzelteilen.
  • Der Roboter besteht aus einer drehbaren Tragkonsole 2, die eine Drehbewegung gegenüber einer Führung ausführen kann, die ein Abstützlager 1 sein kann, wobei diese Tragkonsole eine horizontale Achswelle 3 aufweist, um die das untere Ende des Kranauslagers 4 des Roboters drehbar gelagert ist. Um die am oberen Ende des Kranauslegers 4 gelegene Achswelle 5 ist der Schwenkarm 6 drehbar gelagert, wobei dieser an seinem äusseren Ende eine Werkzeugaufnahme 7 trägt (in Fig. 1 lediglich schematiscn in strichpunktierten Linien angedeutet).
  • Eine horizontale Achswelle 8 erstreckt sich zwischen den unteren Ankerplatten 9, 10, wobei das untere Ende eines Hydraulikzylinders 12 drehbar an dieser Achswelle befestigt ist; die Kolbenstange 11 dieses Zylinders ist mit ihrem äusseren (oberen) Ende 13 mit einer horizontalen Achswelle 14 gelenkig verbunden. Das untere Ende des Hydraulikzylinders 15 ist an der gleichen Achswelle 14 befestigt, während die Kolbenstange 16 dieses Zylinders mit ihrem freien (oberen) Ende am hinteren Endbereich 17 des Schwenkarmes 6 gelenkig verbunden ist.
  • Die Hydraulik zylinder 12 und 15 sind über Rohrleitungen mit einem hydraulischen Antrieb verbunden. Zwischen den Verbindungspunkten zu den Zylindern 12 und 15 sind sogenannte By-pass-Ventile 18 bzw. 19 eingesetzt.
  • Zwischen Befestigungen 20, 21 am oberen Ende des Kran sau slegers 4 und den Befestigungen 22 bzw. 23 an den Ankerplatten 9 bzw. 10 sind Zug federn 24 bzw. 25 angeordnet, die den Kranausleger 4 ausbalanzieren.
  • Für die Ausbalanzierung des Schwenkarmes 6 sind dagegen unten an der drehbaren Tragkonsole 2 zwei Spiralfedern 26, 27 angeordnet (Fig. 4). Jede der genannten Spiralfedern 26 ,27 ist mit ihrem äusseren Ende 28 an einem nach aussen gerichteten Zapfen 29 an jeder Ankerplatte 9, 10 befestigt und mit ihrem inneren Ende 30 (Fig. 5) an einer an einem Endzapfen 31 auf der Achswelle 3 drehbar gelagerten Nabe 32 an einer jede Feder umschliessende Haube 33, 34 befestigt. Diese Haube weist an ihrer Aussenseite eine Cabelbefestigung 35 auf, die mit einem Befestigungsbolzen 36 verseheh ist, der sich gelenkig durch das untere Ende der Zugstangen 37, 38 erstreckt. An dem oberen Ende sind die Zugstangen 37, 38 mit je einem Endzapfen 39, 40 an der Achswelle 5 gelenkig verbunden.
  • Zum Programmieren des Roboters, beispielsweise wenn dieser manuell über das Bewegungsmuster, nach welchem später die Arbeit ausgeführt werden soll, bewegt wird, ist es, wie oben angedeutet, vorteilhaft, den Bewegungswiderstand und die Masse der verschiedenen Einzelteilen des Roboters so weit wie möglich herabzusetzen. Dank der Spiralfedern 26, 27 und der Zugstangen 37, 38 wird der Schwenkarme 6 derart gut ausbalanziert, dass der Roboter sehr leicht manuell in verschiedene Stellungen bewegt werden kann. Die Ausbalanzierung wird auch dadurch erleichtert, dass die für das Hydrauliksystem erforderlichen Servoventile 41, 42, 43 am hinteren Endabschnitt 17 des Schwenkarmes 6 angebracht worden sind.
  • Wenn der Schwenkarm 6 nach vorne gekippt wird, werden die Spiralfdern 26, 27 gespannt, um später den Schwenkarm 6 leicht in seine Ausgangsstellung (Fig. 1) zurückführen zu können. Wenn der Schwenkarm 6 schräg nach oben geführt wird (Fig. 3), werden die Spiralfedern 26, 27 entlastet. Der Schwenkarm 6 kann danach durch sein eigenes Gewicht leicht in seine Ausgangsstellung zurückkehren. Wenn der Kran ausleger 4 nach vorne verschwenkt wird (Fig. 1), werden die Zugfedern 24, 25 gespannt. Die Federn führen danach den Kranausleger 4 leicht in seine Ausgangsstellung (Fig. 1) zurück.
  • Die verschiedenen Teile des Roboters können baulich in vielfältiger Weise im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche abgeändert werden. Somit können gemäss einer anderen Ausführungsform, die Spiralfedern 26, 27 mit ihren äusseren Enden an der Peripherie der Hauben 33 und mit ihren inneren Enden an den Zapfen 29 befestigt sein, welche Zapfen dann selbstverständlich in unmittelbarer Nähe der Endzapfen 31 gelegen sein müssen. Die Hydraulikzylinder 16, 15 können auch zwischen der drehbaren Tragkonsole 2 und dem Schwenkarm 6 angeordnet sein.

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.)Mit einem Steuersystem versehener Industrieroboter, bestehend aus einer gegenüber einer Abstützung drehbar angeordneten Tragkonsole, einem mit seinem unteren Ende um eine horizontale Achse schwenkbar gelagerten Kran ausleger und einem mit seinem einen Ende um eine horizontale Achse am oberen Ende des Kranauslegers schwenkbar gelagerten Schwenkarm, der eine Werkzeugaufnahme trägt, einen zwischen der Tragkonsole und dem Kran ausleger angebrachten Hydraulikzylinder zum Schwenken des Kranauslegers in einer vertikalen Ebene, einen Hydraulikzylinder zum Schwenken des Schwenkarms in derselben vertikalen Ebene und eine, federnde Organe umfassende Einrichtung zum Ausbalanzieren des Kranauslegers und des Schwenkarmes, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass von- diesen federnden Organen, wenigstens ein federndes Organ aus einer Spiralfeder (26, 27) besteht, die mit ihrem einen Ende (28) mit der Tragkonsole (2) und mit ihrem entgegengesetzten Ende (30) mit dem unteren Ende einer Zugstange (37, 38) verbunden ist, deren oberes Ende mit einem, der Werkzeugaufnahme (7) entgegengesetzt gelegenen Ende (17) des Schwenkarmes (6) gelenkig verbunden ist.
  2. 2. Industrieroboter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das untere Ende der Zugstange (37, 38) mit einer, um eine Führungsachse (3) für das untere Ende des Kranauslegers (4) drehbar gelagerten Haube (33) für die Spiralfeder (26, 27) gelenkig verbunden ist und dass das eine Ende (30) der Spiralfeder (26, 27) mit der Haube (33) verbunden ist.
DE19782848385 1977-12-01 1978-11-08 Industrieroboter mit einem steuersystem Withdrawn DE2848385A1 (de)

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