DE3400362A1 - Hydrogelenkarm - Google Patents

Description

• H y d r o - G e l e n k a r m
• Diese Erfindung beschaftigt sich mit einem hydraulischen (ggf. auch pneumatischen) System, das in der Lage ist, besonders variabel Bewegungen durchzuführen. Anwendungsgebiete sind Industrieroboter, also Arbeits-, ManipulieroGer Zureichautomaten mit hoher Flexibilität.
• Bekannte Automaten verrügen zumeist über große, schwere, gegeneinander bewegliche Glieder, die große Massekrafte inne haben und viel freien Bewegungsraum beanspruchen.
• das hiermit vorgeschlagene Gerät vermeidet diese Nachteile insofern, als der hT-m über eine Vielzahl (baugleicher) Gelenke verfügt.
• Der Gelenkarm besteht aus einer Vielzahl von Hydrozylindern in mindestens einer Dreieranordnung, die sich unter Verzicht eines starren Achsenskeletts gegenseitig versteifen.
• Dabei erhalten die GelenKe eine große Beweglichkeit im Raum.
• Beugebewegungen werden durch unterschiedliche Betätigung der Zylinder eines oder mehrerer Elemente erreicht, Langenanderung durch gleichmaßige Betätigung der Zylinder.
• Eig. 3 gibt einen Eindruck wieder eines solchen Hydrogelenkarmes als Manipulator. Auf einem höhenverstellbaren Grundkörper befinuet sich der schwenkbare Hydrogelenkarm.
• Der eigentliche Hydrogelenkarm ist von vermikulärer Beweglichkeit und im Beispiel der bie. 3 mit sich nach distal dreilach gestuft verjüngenden Einheiten versehen Das distale Ende verfügt über eine beliebig geformte Werkzeug- bzw.
• Werkstückaufnahme.
• Da dieser Hydrogelenkarm mit seiner vermikulären Bewegungscharakteristik engen Radien beliebiger Richtung zu folgen vermag, Kann er entsprechend Fig. 4 in verwinkelte Werkstücklucken eindringen.
• Wegen der Eigenart, im Arbeitszustand beträchtliche Verlängerung zu erhalten, ist er für seine Arbeitsumgebung bei weitem ungefährlicher als bekannte Geräte mit starren hrmen.
• Die Kollislonsgefahr mit zusammenwirkenden Armen ist gemincert, es können sehr verwickelte Bewegungsabläufe bei der Arbeit verwirklicht werden und der Aufstellplatz ist besonaers klein.
• Fig. und Fig. 6 vermitteln einen grobschematischen uer-bzw. Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Hydrogelenkarm.
• In big. 1 bzw. lig. 2 ist ein Ausschnitt aus Fig. 6 uargestellt.
• Die Hydrozylinuer 2 sinc als ein Tripel angeordnet und betätigen die Kolbenstange 12, wobei sich alle gleichartigen Elemente der Lange nach beliebig oft wiederholen. Die Hydrozylinder sind mit der Grundplatte 1 starr verbunden.
• Sollen die Grundplatten zweier Elemente zueinander parallel verschoben werden, å.h. der Hydrogelenkarm wird länger oder kürzer, so werden aie Kolbenstangen aus aen entsprechenden Zylihdern eines Elementes gleichmäßig mehr oder weniger ausgefahren.
• Sollen die Grundplatten zweier Elemente zueinander den Winkel ändern, so wird ausschiießlich ein oder es werden zwei Zylinder betätigt. Hierbei führt der Hydrogelenkarm eine Beugebewegung durch.
• Der Aufhängepunkt der Kolbenstange 12, die eine Beugebewegung zur Grundplatte mitmacht, muß bei starrer Befestigung des zugehörigen Zylinders auf der gegenüberliegenden Grundplatte beim Schwenken eine Bewegung entsprechend der Tangensfunktion nach außen zur geschwenkten Grundplatte durchführen.
• Zu diesem Zweck erhält das Zylindertripel unter anderem einen zusätzlichen Zentralzylinder 3, dessen Kolbenstange 13 im Kugelgelenk 14 endet unu das Gelenk 10 trägt, aas beim Schwenken eine Zahnstange 11 betätigt. Diese Zahnstange dreht sodann ein Zahnrad 5, das im Pkt. 8 fest mit der Grundplatte 1 drehbar gelagert ist. Die Drehbewegung übertragt mittels aes kurbelzapfens 6 als Kulissenstein in der Kulisse 7 eines Schubbewegung auf das Schwenk-Schublagergehäuse 4. Die Zahnstangenführung ist starr in diesem Gehause ausführbar gemäß Fig.1 und benötigt dann ein Zwischengelenk 9 oder die Zahnstangenführung ist um den Drehpunkt 8 des Zahnrades mitschwenkbar gemäß Fig. 2, wodurch dieses Zwischengelenk entfallen kann.
• Die Schiebebewegung des Schwen-Schublagergehäuses 4 auf der Grundplatte 1 sei Schubweg h genannt, die Beugebewegung erfolgt um die Achse im Gelenk 14 über den Radius r nach Gelenk 17 um den Winkel O( , aann gilt etwa für für einen kleinen Winkel α mag-- die in Fig 1 und Fig. 2 Geradlinige Kulissenführung in hnnährung gelten, bei größeren Beugewinkeln ist eine Kurvenführung zur Realisation obiger Beziehung nötig.
• Durch diese Kinimatik ist dem Hydrozylinderarm eine unerwünschte Torsion oder Parallelogrammbewegung verwehrt.
• Da bei einer Vielzahl von derartigen Elementen mit den dazugehörigen Lagerstellen unu der sich summierenden Lagerluft mit zu groben Toleranzen zu rechnen wäre, erzeugt der Zentralzylinder eine Vorspannung, um diese Lagerluft auszugleichen.
• Diese Konstruktion erlaubt es, daß die Kraftarme bei der beugebewegung ihre optimale Länger erhalten, bezogen auf die gewählte Baugröße. Die Gesamtmasse dieses Hydrogelenkarmes iet durch das Fehlen eines Achsenskeletts in Bezug auf die erzielbare Leistung besonders gering durch die geringe Totmasse.
• Durch Superpositionierung der Einzelbewegungen beim Arbeiten ist das Produkt aus Masse mal Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Geräten sehr klein, da aie mit großer Geschwindigkeit distal sich bewegenden Armteile nur noch eine geringe Masse besitzen und die proximalen Anteile von großer Masse relativ kleine Geschwindigkeiten erhalten.
• Die Baugleichheit aer Einzelelemente ermöglicht die hohe Variabilität bei uer Gestaltung von Baureihen und eine kostengünstige Produktion. Ggf. lassen ich Baugruppen beliebig zusammenfügen, um im Einsatzfall sich dem jeweiligen Fertigungslos anzupassen, hieraurch ist eine konkurrenslose Flexibilität möglich.
• Ein solcher Hydrogelenkarm ließe sich gut für Manipulatoren verwenden, die einen feinsteuerbaren Bewegungsablauf benötigen.
• Die Grobbewegungen erfordern relativ große Massebeschleuneigungen, die Feinbewegungen jedoch erfindungsgemäß sehr geringe. Bei diesem Gerät kann ein fließender Übergang dieser Bewegungen erreicht werden, was ein erheblich schnelleres Arbeiten ermöglicht.
• Die Steuerung des Hydrozylinnerarmes ist mit Prozessrechnern leicht zu bewaltigen, Die Betätigung für den Zentral zylinder erfolgt passiv durch die Auswertung der Daten eines Zug-bzw. Druckaufnehmers in der Kolbenstange 13.
• Durch geeignete Wahl von Zug- bzw. Druckkraft in der Zentralzylindereinheit-Kolbenstange ist eine gute Kompensation aes Eigengewichts ouer anderer Totkrafte möglich, wodurch aie Leistungsfähigkeit nicht unerheblich gesteigert wird.
• Eine - möglichst dezentrale - den Einzelgliedern zugeordnete Steuerlogik, die Information aus Druck, Durchfluß, Lage und Lagesnuerungen verarbeitet, sollte die Ventile steuern, wobei ein hirarchisch übergeordnetes Rechnersystem die Sollwerte vorgeben kann.
• Die entscheidenden Vorteile dieser Konstruktion liegen in einem Höchstmaß von Variabilität, vielen gleichartigen Bauelementen und in einem günstigen Beweunsablauf.
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Claims (5)

1. Ansprüche 1. Hydrogelenkarm, dadurch gekennzeichnet, daß eine anordnung aus mindestens drei periphären Zylindern 2 unc einem Zentralzylinder 3 ein Element bilden, das mit gleichartigen kombinierbar ist, wobei sowohl eine Langenanderung als auch eine Beugung möglich ist. Diese Zylinder befinden sich starr auf einer Grundplatte 1. Die peripharen Zylinder 2 betätigen die Kolbenstangen 12, die mit ihren Endgelenken im Schwenk-Schublagerhäuse 4 verbünden sind. Bei der Beugung zweier Grundplatten zueinander findet eine Schiebebewegung in radaler Richtung, bezogen auf die Zentralzylinderachse 3, statt. Diese Verschiebung wird durch eine Kulisse oder Kurvenscheibe erieicht, dit z.B. belegt ist durch den exzentrischen Zapfen (Kulissenstein) eines Zahnrades, das durch eine Zahnstange bewegt wird, die mit einer Vorrichtung an die Kolbenstange des Zentralzylinders greift (Parallelogrammführung), wodurch geometrisch richtig bei der Beugung der Kolbenstangenangriffspunkt zwangsweise geführt wird, der Kraftarm seine günstige Länge erhält und eine Torsions-oder Knickbewegung unmöglich ist.

   Der Zentralzylinder ist so geschaltet, daß er die Lenkung der Zahnstangen 11 bewirkt, die Lagerluft und das Eigengewicht Kompensiert und zur Hauptlastrichtung eine Vorspannung liefert.
2. 2. Hydrogelenkarm nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralzylinder durch eine ggf. mit einer Feder vorgespannten Teleskopstange ersetzt wird.
3. 3. Hycirogelenkarm nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Beugebewegung im Gelenk der Kolbenstange 12 selbst über eine Kurbel und Kurvenscheibe das Schwenk-Schublagergehäuse 4 antreibt.
4. 4. Hydrogelenkarm nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel aus hydraulischen Einrichtungen besteht.
5. 5. Hydrogelenkarm nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß statt der Bewegung im Haum eine in der Fläche möglich ist, wobei mindestens zwei periphäre Zylinder 2 sich in einem Element befinden.