DE3202460A1 - Anschlusssystem fuer fluiden antrieb fuer einen manipulator - Google Patents

Anschlusssystem fuer fluiden antrieb fuer einen manipulator

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Description

Case 8107F
20. Januar 1982
Re/hö
Anmelderin: Cincinnati Milacron Inc., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45209, USA
Anschlußsystem für fluiden Antrieb für einen Manipulator
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft insbesondere roboterartige Manipulatoren, die typischerweise mindestens einen Armteil und einen endsei^ tigen Effektor umfassen, der relativ zum Arm bewegbar ist, wobei der endseitige Effektor ein Werkzeug trägt, beispielsweise einen Teilegreifer. Meistens ist es notwendig, dem Werkzeug Antriebskraft von einem Unterteil der Maschine zuzuführen, wobei es sich bei der Antriebskraft häufig um ein unter Druck stehendes Fluid handelt. In einer typischen Anordnung nach dem Stand der Technik wird das Fluid von dem Basisglied zu dem Werkzeug am endseitigen Effektor über fluidführende Schläuche geleitet, die entlang der Einrichtung geführt sind und mit einem Durchhang versehen sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Werkzeug und der Basis zu erlauben. Bei Manipulatoren jedoch mit vielen individuellen oder zusammengesetzten Bewegungen von einander zugeordneten Teilen ist es möglich, daß die Schläuche die Bewegung des Werkzeugs behindern und auch die Schläuche selbst können durch Abflachung oder Reibung an Maschinenteilen beschädigt werden, wenn der Arm betätigt wird.
Durch die Anmeldung werden viele der in Schlauchanordnungen gemäß dem Stand der Technik innewohnenden Schwierigkeiten durch Schaffung einer Anordnung, die die Verwendung von externen Schläuchen an einem Manipulatorarm auf ein Minimum reduziert, vermieden.
Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einem roboterartigen Manipulator gezeigt, der einen endseitigen Effektor aufweist, der relativ zu einer Bezugsbasis wie beispielsweise einem Gelenkausleger oder einem Ladebaum bewegbar ist. Ein Mehrachsengelenksystem verbindet die Basis mit dem endseitigen Effektor und der Gelenkantrieb ist innerhalb eines Gehäuses untergebracht. Ein verbesserter Apparat zum Weiterleiten von fluider Antriebskraft von der Basis zum endseitigen Effektor umfaßt eine Vielzahl von seriellen Fluidleitungen von der Basis zum endseitigen Effektor einschließlich einer innerhalb des Gelenkgehäuses ausgebildeten Kammer. Das Gelenkgehäuse sorgt für eine Fluidverbindung zwischen den Antriebskomponenten, wenn der Roboterarm betätigt wird. Es sind an den Antriebskomponenten und dem Gelenkgehäuse Dichtmittel vorgesehen, um innerhalb des Systems den variablen Betätigungsdruck aufrechterhalten zu können.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Eine Seitenansicht eines gelenkig drehbaren Manipulators und
Fig. 2 einen Schnitt durch das rechte Ende des Manipulators gemäß Fig. 1.
Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigt Fig. 1 einen gelenkig drehbaren Manipulator 10, wie er im US-Patent 4 068 536 beschrieben ist, mit der Möglichkeit von Drehbewegungen in Pfeilrichtung von drei individuellen Elementen: Äußeres Gelenkrohr 11, Gehäuse 12 und endseitiger Effektor 13. Das äußere Gelenkrohr umfaßt eine
Referenzbasis für den relativ hierzu beweglichen endseitigen Effektor 13. Der Manipulator 10 ist mit einem Werkzeug ausgerüstet, beispielsweise mit einer am endseitigen Effektor 13 angeordneten Greifeinrichtung 14, um ein (nicht dargestelltes) Werkstück zu greifen, jedoch kann das Werkzeug von jeder beliebigen bekannten Art sein, wie sie in Manipulator-Vorrichtungen Verwendung finden. Innerhalb des Basisteils 15 des Manipulatorarms 16 sind eine Vielzahl von koaxialen Antriebswellen vorgesehen, bezüglich Details der koaxialen Antriebsvorrichtung wird auf das obengenannte Patent verwiesen. Die zentrale Antriebswelle 17, welche dem vorgenannten Patent ebenfalls entnommen werden kann, ist mit einer koaxialen Leitung oder Bohrung 18 versehen, und eine konventionelle Drehverbindung 19 ist gewindemäßig im linken Ende des Arms 16 aufgenommen. Der mit einem Gewinde versehene zentrale Abschnitt 19a der Drehverbindung 19 ist so ausgebildet, daß er relativ zum äußeren Gehäuse 19b drehbar ist, wobei das äußere Gehäuse 19b durch einen Schlauch 20 über ein Steuerventil 21 mit einer Fluid-Quelle verbunden ist» Solche Drehverbindungen zum Obermitteln von fluidem Antriebsmedium zu einer rotierenden Welle sind als solche bekannt und aus vielen Quellen kommerziell erhältlich, so daß Einzelheiten der Drehverbindung in dieser Beschreibung nicht dargelegt werden.
Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt zeigt das rechte Ende der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei der relat-iv drehbare endseitige Effektor 13 am Gehäuse 22 der Greifeinrichtung 14 durch Schrauben 23 befestigt ist und eine Fluid-Dichtung 24 zwischen dem Effektor 13 und dem Gehäuse 22 vorgesehen ist. Die Greifeinrichtung 14 weist einen zentralen Kolben 25 auf, welcher durch das fluide Medium nach rechts getrieben wird und durch eine Vorspannfeder 26 in die entgegengesetzte Richtung getrieben wird, um die Greiferfinger 27 über einen Gelenkmechanismus zu schließen, welcher an sich bekannt ist und beispielsweise im US-Patent 4 185 866 näher beschrieben ist. Durch die Zylinderabschlußkappe 29 ist eine Bohrung vorgesehen, so daß ein fluides Medium den linken Zylinderabschnitt 30 des Greifergehäuses 22 betreten und ver-
lassen kann. Die Welle 31 des endseitigen Effektors ist im Gelenkgehäuse 12 drehbar angeordnet, und das Gehäuse ist durch geteilte, relativ zueinander drehbare Abschnitte 11a, 12a gebildet, um die drehbare Anlenkung der Vorrichtung zu bewerkstelligen. Im Falle der gezeigten Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 11a integral mit dem äußeren Gelenkrohr 11 ausgebildet. Die zentrale Antriebswelle 17 erstreckt sich in den inneren Kammerabschnitt, d.h. in die Kammer 32, die durch die zusammengefügten Gehäuseabschnitte 11a, 12a gebildet wird. Die Kegelgetriebeanordnung, die in ausgezogenen und gestrichelten Linien dargestellt ist, bewerkstelligt die Drehbewegungen gemäß Fig. 1, entweder aufeinanderfolgend oder gleichzeitig. Die durch die zentrale Antriebswelle 17 führende zentrale Leitung 33 erstreckt sich durch das Ende 34 der Antriebswelle 17 und steht in fluider Verbindung mit der innerhalb des Gehäuses 12 gebildeten Kammer 32. Eine zweite Leitung 35 ist durch die Antriebswelle 34 des endseitigen Effektors hindurch ausgebildet und steht ebenfalls in fluider Verbindung mit der Kammer 32. Um die koaxialen Antriebswellen 11, 17 und 39 des Manipulators 10 und um den endseitigen Effektor 13 herum sind Dichtungen 36, 37 und 38 vorgesehen, so daß die ersteren gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sind. Die Gehäuseabschnitte 11a, 12a sind ebenfalls mit einer Dichtung 40 versehen, um den Fluiddruck innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten, wenn die Gehäuseabschnitte 11a, 12a gegeneinander bewegt werden. Wie hieraus deutlich wird, kann daher ein unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise Luft, durch die zentrale Antriebswelle 17, die Kammer 32 und den endseitigen Effektor 13 hindurchgebracht werden, um eine üffnungsbewegung der Greiferfinger 27 der Greifereinrichtung 14 zur gewünschten Zeit zu bewirken. Indem es dem fluidem Medium ermöglicht wird, durch das Steuerventil 21, bei welchem es sich um ein Solenoidbetriebenes Luftventil handelt, abzuströmen, treibt die Vorspannfeder 26 den Kolben 25 nach links, wodurch ein Nachlassen des Luftdruckes bewirkt wird und sich folglich die Greiferfinger 27 festklammern.
Während für den Fall, daß das äußere Gelenkrohr 11 kontinuierlich drehbar ist, das fluide Medium in die Kammer 32 durch die zentrale Antriebswelle 17 geführt werden kann, kann für den Fall, daß die Bewegung des äußeren Gelenkrohres mehr begrenzt ist, das fluide Medium wahlweise in die Gehäusekammer unter Verwendung einer externen Schlauchanordnung 41 geführt werden und hierbei auf die zentrale Leitung 33 und die Drehverbindung 19 verzichtet werden. Ähnlich kann für den Fall, daß die Bewegung des endseitigen Effektors begrenzt ist, das fluide Medium von der Gehäusekammer zum Werkzeug unter Verwendung einer externen Schlaucheinrichtung 42 geführt werden.
Es sollte in diesem Zusammenhang festgestellt werden, daß die an dem endseitigen Effektor verwendeten Werkzeuge nicht auf Greifer und auch nicht auf Kolben-angetriebene Geräte beschränkt sind. Beispielsweise kann ein Membran-Betätigungsorgan eines Druckschalters mit Fluiddruck getriggert werden; ein direkter Strahl von unter Druck stehendem fluidem Medium von der Vorrichtung kann bei einer Arbeitsstation Verwendung finden.
Während im Zusammenhang mit der Vorrichtung ausgeführt wurde, daß üblicherweise zum Betätigen des Kolbens ein positiver Druck Verwendung findet, ist es darüberhinaus auch möglich, daß negative Drücke, d.h. ein Vakuum, verwendet werden, um ein kolbenartiges Element oder ein Diaphragma in eine gewünschte Richtung zu ziehen. Eine Kombination von positivem und negativem Druck kann Verwendung finden, um die gewünschte Bewegung zu bewerkstelligen. So würde im Falle des hier gezeigten Ausführungsbei-Spieles ein am linken Ende des Kolbens angreifender negativer Druck als Hilfe für den Federdruck, der auf die Finger im Betriebszustand des Festkrallens einwirkt, wirken.
Während der beschriebene gelenkige Manipulator aus einem komplexen Mechanismus besteht, der es ermöglicht, die unterschied-
lichen Komponenten mit vielfachen Rollbewegungen zu versehen, können auch einfachere Mechanismen Verwendung finden, die anstelle der in Fig. 1 dargestellten drei Drehachsen nur zwei Drehachsen aufweisen, und es können andere Arten von gelenkigen Systemen Verwendung finden, die keine schrägliegenden Antriebswellen aufweisen, wie beispielsweise der Manipulator gemäß US-Patent 4 068 536, sondern die vielmehr innerhalb des Gelenkgehäuses rechtwinkelig angeordnete Antriebswellen aufweisen. Jedes ähnliche Gehäuse,welches die Gelenkelemente eines Manipulators enthält, kann ersichtlich dazu geeignet sein, im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgestaltet zu werden.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit einem speziellen Ausführungsbeispiel dargestellt wurde, soll hierdurch die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt werden. Die Erfindung umfaßt vielmehr auch all diejenigen Ausführungsformen und Abänderungen, die sich aus dem Inhalt der Patentansprüche ergeben.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Leerseite

Claims (5)

  1. B4TENMNMÄE ^BROSEDKa BROSE
    D-8023 MOnchen-Pullach, Wiener Sir.-2; ToI. (089} 7 Θ3 30 71; Tele» 521<!1474>ros d; Cables: «Patentlbus» München
    Diplom Ingenieure
    Anmelderin: Cincinnati Milacron Inc., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45209,.USA
    20. Januar 1982
    Ihr Zeichen:- ο* me ' g: Rp/hn
    Yourref: CaSe 8107F Date: Ke/ΠΟ
    PATENTANSPRÜCHE
    Iy Manipulator mit einer Bezugsbäsis, einem endseitigen Effektor mit einem werkzeugbestückten Ende, welches relativ zur Bezugsbasis bewegbar ist, mit einem mehrachsigen Gelenksystem, welches die Basis mit dem endseitigen Effektor über ein Gelenkgehäuse verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Obertragen von Bewegungskraft in Form eines fluiden Mediums zu dem endseitigen Effektor vorgesehen ist, welche folgendes umfaßt:
    a) Eine Kammer innerhalb des Gelenkgehäuses,
    b) Mittel zum Führen eines fluiden Mediums aus einer Fluidquelle in die Kammer und
    c) Mittel zum Führen des fluiden Mediums aus der Kammer in das werkzeugbestückte Ende des endseitigen Effektors.
  2. 2. Manipulator mit einer Bezugsbasis, einem endseitigen Effektor mit einem werkzeugbestückten Ende, welches relativ zur Bezugsbasis bewegbar ist, einem mehrachsigen Gelenksystem, welches die Basis mit dem endseitigen Effektor über ein Gelenkgehäuse verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum übertragen von Bewegungskraft in Form eines fluiden Mediums von der Basis zu dem endseitigen Effektor folgendes umfaßt:
    a) Eine Kammer innerhalb des Gelenkgehäuses,
    b) Mittel zum Führen von fluidem Medium aus einer Fluidquelle in die Kammer,
    c) einen Kraftübertragungsteil für den endseitigen Effektor, welcher mit dem Gehäuse verbunden ist und sich in die Kammer erstreckt,
    d) eine Flui.dleitung innerhalb des Kraftübertragungsteils, welche in fluider Verbindung mit der ,Kammer und dem werkzeugbestückten Ende des endseitigen Effektors steht, und
    e) Mittel zum Abdichten des Kraftübertragungsteils gegenüber dem Gehäuse.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkgehäuse in eine Mehrzahl von relativ zueinander bewegbaren Gehäuseteilen aufgeteilt ist, wobei die Einrichtung zum Leiten des fluiden Mediums mit einem der mehreren Gehäuseteile verbunden ist, und wobei der Kraftübertragungsteil mit einem anderen der mehreren Gehäuseteile verbunden ist und wobei weiterhin Mittel zum Abdichten der Gehäuseteile untereinander vorgesehen sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel zum Bilden eines Fluiddruckes innerhalb der Kammer von mehreren unterschiedlichen Druckniveaus vorgesehen sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel zum Bilden mindestens eines positiven Meßdruckes und mindestens eines negativen Meßdruckes innerhalb der Kammer vorgesehen sind.
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