DE4121047A1

DE4121047A1 - Swing arm drive for robot - has both rope falls connected to same end of single accumulator spring

Info

Publication number: DE4121047A1
Application number: DE19914121047
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Dr Przyklenk; Juergen Hopp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-07

Abstract

The drive is for a swing arm in an industrial robot having a spring accumulator coupling to the arm via a rope reeved round a cylindrical surface on the arm so that it cannot slip. The accumulator aids driving torque at the beginning of the arm movement, and forms a brake near the end. The accumulator (16) contains a single spring (18), and both falls (32, 40) of the rope (20) are coupled to the same end of the spring. The rope is so dimensioned that the spring assumes a position giving minimum pre-loading when the arm is halfway through its movement. There can be a tension roller (46, 48) for each rope fall, holding the rope tight against the cylindrical surface (30). ADVANTAGE - Simplicity and compact construction.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Antrieb für Schwenkarme nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Antriebe sind besonders vor teilhaft, wenn die Schwenkachse waagerecht angeordnet ist und die vom Schwenkarm geförderte Last aufgrund ihrer Schwerkraft ein Last moment auf den Antrieb ausübt. Die Vorteile derartige Antriebe kom men jedoch unabhangig von der Lage der Schwenkachse zur Geltung, wenn der Schwenkarm und die Last eine größere Masse haben und die Masseträgheitskräfte am Beginn und gegen Ende einer Schwenkbewegung nicht mehr vernachlässigbar sind. Bei bekannten Antrieben der gat tungsmäßigen Art, ist der Federspeicher mit zwei getrennt voneinan der angeordneten Speicherfedern versehen, die je mit einem Ende des als Zugseil oder Zugband ausgebildeten Zugmittels verbunden sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in den Schwenkbereich-End stellungen des Schwenkarms jeweils die eine Speicherfeder auf den vorbestimmten Maximalwert gespannt und die andere Speicherfeder um eine vom Schwenkwinkel abhängige Weglänge auf den vorbestimmten Minimalwert entspannt ist. Diese Ausführung beansprucht wegen der beiden Speicherfedern verhältnismäßig viel Platz.The invention relates to a drive for swivel arms according to the Genus of the main claim. Such drives are particularly before partial if the pivot axis is arranged horizontally and the load conveyed by the swivel arm is a load due to its gravity moment on the drive. The advantages of such drives com however, regardless of the position of the swivel axis, if the swivel arm and the load have a larger mass and the Inertial forces at the beginning and towards the end of a swivel movement are no longer negligible. In known drives the gat according to the type, the spring mechanism is separated from each other with two of the arranged storage springs, each with one end of the Traction means designed as a traction rope or traction band are connected. The arrangement is such that in the swivel range end positions of the swivel arm each a spring on the predetermined maximum value tensioned and the other storage spring around a path length dependent on the swivel angle to the predetermined one Minimum value is relaxed. This version claims because of both storage springs a relatively large amount of space.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine Speicherfeder entfällt und der Federspeicher daher weniger Platz beansprucht als die bekannte Ausführung mit zwei Speicherfedern.The arrangement according to the invention with the characterizing features of The main claim has the advantage that there is no storage spring and the spring accumulator therefore takes up less space than the known one Version with two springs.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptpatent möglich.The measures specified in the subclaims are advantageous adhesive refinements and developments of the arrangement according to Main patent possible.

Die Hublänge eines vorzugsweise als Zugseil oder Zugband ausgebil deten Zugmittels kann im Interesse erhöhter Betriebssicherheit be sonders groß bemessen werden, wenn beiden Strängen des Zugmittels je mindestens eine Spannrolle oder dgl. zur Straffung und rutschfesten Anlage an der Auflagefläche des Schwenkarms bzw. eines mit schwen kenden Teils zugeordnet ist.The stroke length of one preferably configured as a pulling rope or pulling strap detention means can be in the interest of increased operational safety be dimensioned particularly large if both strands of the traction device each at least one tension roller or the like for tightening and non-slip System on the contact surface of the swivel arm or one with swing kenden part is assigned.

Eine platzsparende Ausführung ergibt sich, wenn die beiden Stränge des Zugmittels über Umlenkrollen geführt sind, die vor einer Stirn seite einer die Speicherfeder aufnehmenden Zylinderkammer angeordnet sind.A space-saving design results if the two strands of the traction device are guided over pulleys, which are in front of a forehead arranged side of a cylinder chamber receiving the spring are.

Die Bauhöhe einer den Federspeicher, das Zugmittel und die Umlenk rollen umfassenden Unterbaugruppe des Schwenkantriebs kann besonders gering gehalten werden, wenn die beiden Stränge des Zugmittels über paarweise nebeneinanderliegenden Umlenkrollen geführt sind, die Spannrollen zwischen den beiden Umlenkrollen eines Umlenkrollenpaa res am Zugmittel angreifen und die Spannrollen ferner durch Zugfe dern am Zugmittel angelegt sind, die sich vorzugsweise parallel zur Zylinderkammer der Speicherfeder erstrecken. Bei dieser Anordnung wird die Überlänge des jeweils ungespannten Stranges des Zugmittels neben der Zylinderkammer der Speicherfeder gewissermaßen aufgeräumt, so daß zusätzlicher Einbauraum hierfür nicht benötigt wird.The overall height of the spring accumulator, the traction mechanism and the deflection roll swivel actuator subassembly can be special be kept low when the two strands of the traction device over are guided in pairs next to each other deflecting rollers Tensioning pulleys between the two pulleys of a pair of pulleys Res attack the traction device and the tensioning rollers also by Zugfe who are created on the traction means, which are preferably parallel to Extend the cylinder chamber of the storage spring. With this arrangement the excess length of the untensioned strand of the Traction means to a certain extent next to the cylinder chamber of the storage spring tidied up so that additional installation space is not required for this becomes.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description. It shows

Fig. 1 schematisch den Antrieb eines Schwenkmoduls für ein Handhabungsgerät in einer ersten Endstellung, Fig. 1 shows schematically the drive of a rotary module for a handling device in a first end position,

Fig. 2 den Antrieb nach Fig. 1 in der anderen Endstellung und Fig. 2 shows the drive of FIG. 1 in the other end position and

Fig. 3 ein Schaubild der am Schwenkmodul nach den Fig. 1 und 2 auftretenden Last- und Federkraftmomente. Fig. 3 is a graph of the load and spring force moments occurring on the swivel module according to FIGS. 1 and 2.

Description of the embodiment

Der Schwenkmodul hat eine Schwenkachse 10, auf der ein Schwenkarm 12 befestigt ist. Dieser ist an seinem nicht mehr dargestellten freien Ende mit Mitteln zum Greifen einer Last versehen und kann von einem Motor 14 über die Schwenkachse 10 um 180° zwischen einer ersten End stellung (Fig. 1) und einer zweiten Endstellung (Fig. 2) hin und her bewegt werden. Beim Herausschwenken aus der ersten Endstellung übt die Last auf die Schwenkachse 10 ein Lastmoment M_L aus, das dem Antriebsmoment M_M des Motors 14 entgegenwirkt. Im Verlauf der Schwenkbewegung kehrt das Lastmoment M_L seine Wirkrichtung um, bis es bei Erreichen der zweiten Endstellung seinen entgegengesetzten Maximalwert erreicht.The swivel module has a swivel axis 10 on which a swivel arm 12 is attached. This is provided at its free end no longer shown with means for gripping a load and can from a motor 14 over the pivot axis 10 by 180 ° between a first end position ( Fig. 1) and a second end position ( Fig. 2) back and forth be moved here. When pivoting out of the first end position, the load exerts a load torque M _L on the pivot axis 10 , which counteracts the drive torque M _{M of} the motor 14 . In the course of the pivoting movement, the load torque M _L reverses its direction of action until it reaches its opposite maximum value when the second end position is reached.

Um die Antriebsleistung zu verringern und außerdem den an der Last und am Schwenkraum 12 bei Beschleunigen und Verzögern der Schwenk bewegung auftretenden Massenkräften Rechnung zu tragen, ist der Antrieb mit einem als Ganzes mit der Bezugszahl 16 versehenen Federkraftspeicher versehen, dessen einzige Speicherfeder 18 über ein als Zugband oder dgl. ausgebildetes Zugmittel 20 in der nach stehend näher beschriebenen Art und Weise so mit dem Schwenkarm 12 gekoppelten ist, daß am Beginn eines Schwenkhubes das Antriebsmoment M_M unterstützt und gegen Ende eines Schwenkhubes ein Bremsmoment auf dem Schwenkarm 12 ausgeübt wird.In order to reduce the drive power and also to take into account the inertial forces occurring on the load and on the swivel space 12 when accelerating and decelerating the swivel movement, the drive is provided with a spring force accumulator provided as a whole with the reference number 16 , the only spring 18 of which has an as Drawstring or the like. Traction means 20 is coupled to the swivel arm 12 in the manner described in more detail below that the drive torque M _{M is} supported at the start of a swivel stroke and a braking torque is exerted on the swivel arm 12 towards the end of a swivel stroke.

Die einzige Speicherfeder 18 ist als Druckfeder ausgebildet und in einer Zylinderkammer 22 angeordnet, die über ein Speichergestell 24 an einem Schwenklager 26 befestigt ist. Mit der Schwenkachse 10 ist ein Zylinderkörper 28 drehfest verbunden, dessen Mantelfläche 30 von dem Zugmittel 20 etwa um 180° rutschfest umgriffen ist. Der in Fig. 1 linke Strang 32 des Zugmittels 20 ist über zwei am Speichergestell 24 drehbar gelagerte Umlenkrollen 34, 36 von unten her in die Zylin derkammer 22 hineingeführt und an einem Federteller 38 befestigt, der oben auf der Speicherfeder 18 aufliegt. Mit dem Federteller 38 ist auch der andere Strang 40 des Zugmittels verbunden, der über Um lenkrollen 42, 44 geführt ist.The single storage spring 18 is designed as a compression spring and is arranged in a cylinder chamber 22 which is fastened to a pivot bearing 26 via a storage frame 24 . A cylinder body 28 is connected in a rotationally fixed manner to the pivot axis 10 , the outer surface 30 of which is trapped by the traction means 20 in a non-slip manner by approximately 180 °. The left in Fig. 1 strand 32 of the traction device 20, 36 which rests on two rotatably supported on the storage rack 24 deflection rollers 34 of her ushered down into the Zylin the chamber 22 and attached to a spring plate 38 on top of the storage spring 18. With the spring plate 38 , the other strand 40 of the traction means is connected, which is guided over order rollers 42 , 44 .

In den kurzen Bereichen zwischen den Umlenkrollen 34, 36 bzw. 42, 44 greifen Spannrollen 46, 48 am Zugmittel 20 an, die über im Vergleich zur Speicherfeder 18 schwache Zugfedern 50, 52 gegen das Zugmittel 20 gedrückt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß in der End stellung nach Fig. 1 die maximale Kraft F der in dieser Stellung auf ihre kürzeste Länge zusammengedrückten Speicherfeder 18 über den rechten Strang 40 des Zugmittels 20 auf den Zylinderkörper 28 über tragen wird. Der linke Strang 32 des Zugmittels 20 dagegen hat eine durch die vorhergehende Drehung des Zylinderkörpers 28 nach dieser Richtung hin bedingte Überlänge, die durch die Spannrolle 46 in den neben der Zylinderkammer 22 sich erstreckenden Raum im Speicherge stell 24 platzsparend hineingezogen ist. Dadurch ist gleichzeitig auch erreicht, daß das Zugmittel 20 rutschfest an dem Zylinderkörper 28 angelegt bleibt. In the short areas between the deflection rollers 34 , 36 and 42 , 44 , tensioning rollers 46 , 48 act on the traction means 20 , which are pressed against the traction means 20 by means of tension springs 50 , 52 which are weak in comparison to the storage spring 18 . The arrangement is such that in the end position of FIG. 1, the maximum force F of the compressed in this position to its shortest length storage spring 18 on the right strand 40 of the traction device 20 on the cylinder body 28 will carry over. The left strand 32 of the traction means 20, on the other hand, has an excess length due to the previous rotation of the cylinder body 28 in this direction, which is drawn in by the tensioning roller 46 into the space extending in addition to the cylinder chamber 22 in the storage space 24 to save space. This also ensures that the traction means 20 remains non-slip on the cylinder body 28 .

Beim Herausbewegen des Schwenkarms 12 aus der Endstellung nach Fig. 1 ruft die Zugkraft F des Zugmittels 20 ein Drehmoment M_F hervor, das dem Lastmoment M_L entgegenwirkt und somit das Antriebsmoment M_M des Motors 14 im gewünschten Sinne unterstützt. Im weiteren Verlauf der Bewegung in die Endstellung nach Fig. 2 tritt zunächst in der Mittelstellung ein Längenausgleich der beiden Stränge 32, 40 des Zugmittels 20 ein, wobei sich die Speicherfeder 18 auf ihre maximal vorgegebene Länge entspannt hat und danach über beide Strän ge 32, 40 gleiche, sich gegenseitig aufhebende Zugkräfte auf den Zylinderkörper 28 ausübt. In dieser Stellung haben auch die Spann rollen 46, 48 gleiche Überlängen an den Strängen 32, 40 aufgenommen.When the swivel arm 12 is moved out of the end position according to FIG. 1, the tensile force F of the traction means 20 produces a torque M _F which counteracts the load torque M _L and thus supports the drive torque M _{M of} the motor 14 in the desired sense. In the further course of the movement into the end position according to FIG. 2, initially in the center position of a length compensation of the two strands 32, 40 of the traction device 20 occurs, with the loaded spring 18 has expanded to its maximum predetermined length, and thereafter both roads ge 32, Exerts 40 equal, mutually canceling tensile forces on the cylinder body 28 . In this position, the tensioning rollers 46 , 48 have the same excess lengths on the strands 32 , 40 .

Beim Weiterschwenken in die Endstellung nach Fig. 2 verlagert sich die Zugkraft F der sich wieder stärker spannenden Speicherfeder 18 auf den Strang 32 des Zugmittels 20, wobei nun dessen anderer Strang 40 Überlänge erhält und zunehmend durch die Spannrolle 48 nach oben eingezogen wird. Die Zugkraft F übt dabei ein Bremsmoment auf die Schwenkachse 10 aus, das ein exaktes Anhalten des Schwenkarms 12 in dieser Stellung unterstützt.When pivoting further into the end position according to FIG. 2, the tensile force F of the again more tensioning storage spring 18 shifts to the strand 32 of the traction means 20 , the other strand 40 of which now becomes excess length and is increasingly drawn upward by the tensioning roller 48 . The tensile force F exerts a braking torque on the swivel axis 10 , which supports an exact stopping of the swivel arm 12 in this position.

Im Schaubild nach Fig. 3 ist auf der Abszisse der Schwenkbereich a des Schwenkarms 12 aufgetragen, der sich von der Endstellung 0° (Stellung nach Fig. 1) bis zur Endstellung 180° (Stellung nach Fig. 2) erstreckt. In Ordinatenrichtung ist der Verlauf des Last momentes M_L (strichpunktierte Linie), des vom Federkraftspeicher 16 erzeugten Gegenmomentes M_F (gestrichelte Linie) und des aus beiden Momenten M_L und M_F resultierenden Momentes M_R (vollaus gezogene Linie) aufgetragen, das vom Motor 14 zu überwinden ist. Bei dieser Betrachtung sind der Einfachheit halber die Trägheitskräfte außer acht gelassen, die beim Beschleunigen und Verzögern der Schwenkbewegung an der Last und dem Schwenkarm 12 auftreten. Aus Fig. 3 geht anschaulich die den Antrieb des Schwenkmoduls entla stende Wirkung des Federkraftspeichers 16 hervor.In the graph of FIG. 3, the swivel range of the swivel arm is a 12 plotted on the abscissa, which extends from the end position of 0 ° (position of FIG. 1) to the end position 180 ° (position of FIG. 2). In the ordinate direction, the profile of the load moment M _L (dash-dotted line), the counter moment M _F (dashed line) generated by the spring force accumulator 16 and the moment M _R (fully drawn line) resulting from both moments M _L and M _F are plotted, which is from the Motor 14 is to be overcome. In this consideration, for the sake of simplicity, the inertial forces which occur when accelerating and decelerating the pivoting movement on the load and the pivot arm 12 are disregarded. From Fig. 3 clearly shows the drive of the swivel module releasing effect of the spring force accumulator 16 .

Claims

1.Drive for swivel arms, in particular in industrial production equipment, with a spring force accumulator which is connected to the swivel arm by means of a flexible traction means which slips firmly over a preferably cylindrical contact surface on the swivel arm or on a swiveling part and its two strands are hinged to the spring force accumulator in such a way that the resulting spring force at the beginning of a swivel stroke supports the drive torque and exerts a braking torque on the swivel arm towards the end of a swivel stroke, characterized in that the spring force memory ( 16 ) has a single storage spring ( 18 ) that both strands (32, 40) of the traction means (20) with one and the same end of the only peo gen storage spring (18) are connected and that the traction means (20) being dimensioned and arranged such that the memory spring (18) corresponding to their the lowest bias Length takes up when the swivel arm ( 12 ) is approximately in the middle of his Sch pivoting area.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the two strands ( 32 , 40 ) of the traction means preferably formed as a traction rope or traction band ( 20 ) each have at least one tensioning roller ( 46 or 48 ) or the like for tightening and non-slip system the support surface ( 30 ) of the swivel arm ( 12 ) or a pivoting part ( 28 ) is arranged.

3. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the two strands ( 32 , 40 ) of the traction means ( 20 ) via deflection rollers ( 34 , 36 or 42 , 44 ) are guided, the front of one of the storage spring ( 18th ) receiving cylinder chamber ( 22 ) are arranged.

4. Drive according to claims 2 and 3, characterized in that the two strands ( 32 , 40 ) of the traction means ( 20 ) via pairs ne adjacent deflecting rollers ( 34 , 36 and 42 , 44 ) are guided in that the tensioning rollers ( 46 , 48 ) between the two deflection rollers ( 34 , 36 and 42 , 44 ) of a pair of deflection rollers engage on the traction means ( 20 ) and that the tensioning rollers ( 46 , 48 ) are also attached to the traction means ( 20 ) by tension springs ( 50 and 52 ) which preferably extend parallel to the cylinder chamber ( 22 ) of the storage spring ( 18 ).