DE4333207A1 - Industrieroboter - Google Patents
IndustrieroboterInfo
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- B25J19/0016—Balancing devices using springs
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Description
Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter zum Ausgleich
von Gravitationsdrehmomenten.
Fig. 19 zeigt den Aufbau und den Betrieb eines herkömmlichen
Industrieroboters, der beispielsweise in der JP-PS SHO
63-36 914 gezeigt ist. Dabei bezeichnet 1 ein ortsfestes Ver
bindungsglied, 2 ein drehbares Verbindungsglied, 3 ein Dreh
gelenk, 4 eine Schraubenzugfeder, 5 ein bewegliches Ab
stützende, 6 ein ortsfestes Abstützende, 7a und 7b sind
Richtungen (g) der Schwerebeschleunigung, und 8 ist eine
Montagebasis (ein Fußboden oder eine Decke).
Bei dieser Konstruktion des herkömmlichen Roboters ist die
Strecke L zwischen dem beweglichen und dem ortsfesten Ab
stützende 5 und 6 in Abhängigkeit von der Stellung des Dreh
gelenks 3 veränderlich. Daher wird das Gravitationsdreh
moment, das auf einen Aktuator (nicht gezeigt) zum Antreiben
des Drehgelenks 3 wirkt, mit der Rückstellkraft der Schrau
benzugfeder 4 kompensiert, die zwischen dem beweglichen und
dem ortsfesten Abstützende 5 und 6 angebracht ist.
Bei diesem Gravitationsdrehmoment-Ausgleich ist es möglich,
die Kapazität des Aktuators herabzusetzen, und der Gravita
tionsausgleicher kann somit zum Zweck der Verkleinerung der
äußeren Gestalt sowie der Verringerung von Gewicht und
Kosten genutzt werden.
Der Betrieb wird nachstehend beschrieben, und zwar unter der
Annahme, daß ein Gegenuhrzeiger- bzw. Linksdrehmoment um das
Drehgelenk 3 ein positives Drehmoment ist. Wenn man die
freie Länge der Schraubenzugfeder 4 mit LN, ihre Federkon
stante mit k und die Anfangsspannung mit F bezeichnet, kann
das durch die Feder 4 erreichte Ausgleichsdrehmoment Tc
unter Anwendung der folgenden Gleichungen 1 erhalten werden.
Tc = k(L - LN) + F·1·r·sin R/L, und
L2 - 12 + r2 - 2·1·r·cos R
L2 - 12 + r2 - 2·1·r·cos R
Fig. 20 zeigt Beispiele des Ausgleichsdrehmoments Tc, das
von der Feder 4 geliefert wird. Die Figur zeigt außerdem
Beispiele des Gravitationsdrehmoments für den Fall, daß der
Gravitationsausgleicher auf einem Fußboden installiert ist;
in diesem Fall wirkt die Schwerebeschleunigung in einer
Richtung 7a (in Fig. 19 gezeigt). Im Fall der Installation
auf einem Fußboden wird das Gravitationsdrehmoment bzw. die
Schwerkraft durch das von der Feder 4 gelieferte Ausgleichs
drehmoment erheblich herabgesetzt, und die Summe des Gra
vitationsdrehmoments, das auf den Aktuator zum Antrieb des
Drehgelenks 3 aufgebracht wird, und des von der Feder 4 ge
lieferten Ausgleichsdrehmoments Tc ist hinreichend geringer
als das Gravitationsdrehmoment in einem Fall, in dem die
Feder 4 nicht vorgesehen ist. Daher ermöglicht der Gravita
tionsausgleicher einen wirkungsvollen Betrieb.
Fig. 21 zeigt einen herkömmlichen Industrieroboter gemäß der
oben beschriebenen JP-PS SHO 63-36914; dabei bezeichnet 10
eine ortsfeste Basis, 20a eine drehbare Basis, die auf der
ortsfesten Basis 10 drehbar abgestützt ist, 30 ist ein
erster Arm, der an der drehbaren Basis 20 drehbar gelagert
ist, 35 ist ein zweiter Arm, der an dem ersten Arm drehbar
gelagert ist, 33 ist ein bewegliches Abstützende, das in der
Nachbarschaft eines Rotationsmittelpunkts des zweiten Arms
an dem ersten Arm 30 gebildet ist, 42 ist ein ortsfestes
Abstützende, das in der Nachbarschaft eines Rotationsmittel
punkts des ersten Arms 30 an der drehbaren Basis 20 gebildet
ist, 44 ist eine Feder, deren eines Ende an dem beweglichen
Abstützende 33 und deren anderes Ende an dem ortsfesten Ab
stützende 42 drehbar gehaltert ist, und 31 ist ein zweiter
Umdrehungsantriebsmotor, um den ersten Arm 30 zu Umdrehungen
anzutreiben.
Nachstehend wird der Betrieb beschrieben. Wenn sich der
erste Arm 30 in einer geneigten Stellung gegen die Vertikal
richtung befindet, muß der zweite Umdrehungsantriebsmotor
ein Drehmoment für den ersten Arm 30 und den zweiten Arm 35
erzeugen, um ihre Lage gegen ein Gravitationsdrehmoment zu
halten, das die Arme von selber herabfallen lassen würde.
Wenn daher der erste Arm schräggestellt ist, ist auch das
bewegliche Abstützende 33 geneigt, und die Feder 44 dehnt
sich im Vergleich mit ihrer vertikalen Position, um eine
Zugkraft zu erzeugen. Die Zugkraft wirkt in einer Richtung,
die das Gravitationsdrehmoment ausgleicht, wodurch die Last
auf den zweiten Umdrehungsantriebsmotor verringert wird.
Technische Literatur, die sich auf das hier behandelte
Gebiet bezieht, sind u. a. "Gravitational Balancer" gemäß
der JP-OS SHO 55-35735, "Spring Assembly for Balancing"
gemäß der JP-OS SHO 63-221992 und "Gravitational Balancer"
gemäß der JP-OS HEI 4-19092.
Der obige herkömmliche Industrieroboter ist jedoch mit einem
Problem behaftet. Er ist zwar funktionsfähig, wenn er auf
einem Fußboden installiert ist, nicht jedoch in anderen Ein
baupositionen (wenn er beispielsweise an einer Decke aufge
hängt ist).
Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und
20 erläutert. Wenn der Roboter an einer Decke hängend instal
liert ist, wobei dann die Schwerebeschleunigung (g) in einer
Richtung 7b gemäß Fig. 19 wirkt, ändert sich das Vorzeichen
des Gravitationsdrehmoments gegenüber dem Fall der Installa
tion auf einem Fußboden, wie Fig. 20 zeigt. In diesem Fall
ist der Absolutwert der Summe des Gravitationsdrehmoments,
das auf den Aktuator zum Treiben des Drehgelenks 3 aufge
bracht wird, und des Ausgleichsdrehmoments Tc, das von der
Feder 4 geliefert wird, erheblich größer als der Absolutwert
des Gravitationsdrehmoments in dem Fall, in dem die Feder 4
nicht vorgesehen ist. Somit ergibt der Gravitationsaus
gleicher in diesem Fall offensichtlich nicht die gewünschte
Funktion.
Bei der vorstehenden Konstruktion des herkömmlichen Indu
strieroboters erhält man zwar den Effekt einer Herabsetzung
der Belastung eines Antriebsmotors, wenn sich der Arm in
einer Schräglage befindet, aber es muß eine Feder in der in
bezug auf den ersten Arm äußeren Seite angeordnet sein, so
daß die Position zur Halterung der Feder begrenzt ist und
eine Optimierung der Federcharakteristiken durch Einstellen
ihrer Anbringposition nicht erreicht werden kann. Da ferner
seit einigen Jahren von Industrierobotern verlangt wird, daß
sie ein sehr gutes äußeres Erscheinungsbild bieten, ver
schlechtern Probleme wie die Anbringung einer Feder an der
Außenseite eines Industrieroboters das Erscheinungsbild.
Schließlich wird die Zuverlässigkeit verringert, wenn bei
spielsweise Teile einer gebrochenen Feder verstreut werden
oder in Fremdmaterialien eindringen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Lösung der vorgenannten
Probleme unter Bereitstellung eines Industrieroboters, der
in verschiedenen Einbaupositionen effektiv und einfach be
trieben werden kann, keine besondere Abdeckung benötigt, Si
cherheit gewährleistet und kostengünstig gebaut werden kann.
Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Bereitstellung eines
Industrieroboters mit ansprechendem Design und hochzuverläs
siger Gelenkkonstruktion, wobei ein Schwerkraftausgleich er
reicht wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Industrieroboter angegeben mit
einem Aktuator zum Antreiben eines Drehgelenks, das ein
ortsfestes Verbindungsglied und ein drehbares Verbindungs
glied miteinander verbindet, um eine Drehung des drehbaren
Verbindungsglieds zu bewirken, und mit einer Federeinrich
tung, die zwischen dem ortsfesten und dem drehbaren Verbin
dungsglied eine Kraft aufbringt, um ein Gravitationsdreh
moment des drehbaren Verbindungsglieds auszugleichen. Der
Roboter weist eine Anbringposition-Einstelleinrichtung auf,
um eine Anbringposition der Feder einzustellen, um die Rich
tung des von der Feder gelieferten Ausgleichsdrehmoments zu
ändern, so daß die Summe des Gravitationsdrehmoments und des
Ausgleichsdrehmoments kleiner als der Maximalwert des Gravi
tationsdrehmoments ist, wenn das Gravitationsdrehmoment des
drehbaren Verbindungsglieds in Abhängigkeit von der Einbau
lage des Roboters nicht kleiner als ein bestimmter Wert
wird.
Der Roboter gemäß der Erfindung ist so angeordnet, daß eine
Richtungsänderung des Ausgleichsdrehmoments durch die An
bringposition-Einstelleinrichtung erfolgt, indem die An
bringposition der Federeinrichtung in dem drehbaren Verbin
dungsglied und/oder ihre Anbringposition in dem ortsfesten
Verbindungsglied verstellt wird.
Der Roboter gemäß der Erfindung ist so angeordnet, daß in
dem ortsfesten Verbindungsglied ebenso wie in dem drehbaren
Verbindungsglied eine Vielzahl von Federeinstellpositionen
vorgesehen ist.
Der Roboter gemäß der Erfindung ist so angeordnet, daß eine
Einstelleinrichtung zum Einstellen der Anbringlänge der Fe
der, die zwischen dem ortsfesten und dem drehbaren Verbin
dungsglied angeordnet ist, vorgesehen ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Industrieroboter angegeben, der
eine auf einem Boden befestigte ortsfeste Basis, eine auf
der ortsfesten Basis drehbar abgestützte drehbare Basis,
einen ersten Arm, der an der drehbaren Basis drehbar abge
stützt ist, und einen zweiten Arm, der an dem ersten Arm
drehbar abgestützt ist, aufweist. Ein ortsfestes Abstützende
ist in der Nachbarschaft der ortsfesten Basis an der dreh
baren Basis vorgesehen, ein bewegliches Abstützende ist in
der Nachbarschaft des Rotationsmittelpunkts des ersten Arms
an dem ersten Arm vorgesehen, und eine drehbar gelagerte Fe
der ist an dem ortsfesten Abstützende sowie an dem bewegli
chen Abstützende angeordnet.
Der Roboter nach der Erfindung ist so angeordnet, daß die
drehbare Basis U-förmig ist, wobei in dem U-Raum eine erste
Umdrehungsantriebseinrichtung für die drehbare Basis ange
ordnet und ein Ende der Feder an dem Öffnungsabschnitt des
U-Raums drehbar abgestützt ist.
Der Roboter nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß entwe
der eine oder beide Federeinstellpositionen verstellt werden
können.
Der Roboter nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß die
Feder mit einer zylindrischen Abdeckung abgedeckt ist.
Wie vorstehend beschrieben, können mit dem Roboter gemäß der
Erfindung verschiedene Arten von Einbaulagen einschließlich
der Installation auf einem Boden und des Aufhängens an einer
Decke ohne weiteres realisiert werden. Dabei können die
Charakteristiken des Schwerkraftausgleichers gegenüber einer
Position des drehbaren Verbindungsglieds in Abhängigkeit von
einer Stellung des Roboters wie etwa bei Installation auf
einem Fußboden oder Aufhängung an einer Decke frei verstellt
werden.
Außerdem kann eine Richtung des Ausgleichsdrehmoments frei
geändert werden durch Verstellen einer Federanbringposition
in dem drehbaren oder in dem ortsfesten Verbindungsglied,
und eine Verstellung des Ausgleichsdrehmoments kann außerdem
frei durchgeführt werden durch Vorsehen einer Vielzahl von
Federeinstellpositionen sowohl in dem ortsfesten als auch in
dem drehbaren Verbindungsglied. Ferner kann eine Verstellung
des Ausgleichsdrehmoments auch dadurch frei erfolgen, daß
die Anbringlänge einer Feder, die zwischen dem ortsfesten
und dem drehbaren Verbindungsglied angebracht ist, verstellt
wird.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 Aufbau und Betrieb eines Roboters nach der
Erfindung bei Installation auf einem Fußboden;
Fig. 2 ein Diagramm von Gravitationsdrehmoment und Aus
gleichsdrehmoment, das von einer Feder geliefert
wird, die in dem auf einem Fußboden installierten
Roboter von Fig. 1 vorgesehen ist;
Fig. 3 Aufbau und Betrieb eines Roboters nach der Erfin
dung, der an einer Decke aufgehängt ist;
Fig. 4 ein Diagramm von Gravitationsdrehmoment und Aus
gleichsdrehmoment, das von einer Feder in dem an
der Decke aufgehängten Roboter von Fig. 3 gelie
fert wird;
Fig. 5 eine Konstruktion zum Ändern der Position eines
beweglichen Abstützendes bei dem Roboter nach der
Erfindung;
Fig. 6 eine andere Konstruktion des Roboters nach der
Erfindung;
Fig. 7 einen Federanbringlänge-Einstellmechanismus in dem
Schwerkraftausgleicher gemäß der Erfindung;
Fig. 8 eine andere Konstruktion eines Roboters nach der
Erfindung (wobei die Schraubenfeder, das beweg
liche und das ortsfeste Abstützende von einer
Abdeckung für den Basisabschnitt geschützt sind);
Fig. 9 eine weitere verschiedene Konstruktion eines Robo
ters nach der Erfindung (wobei eine Schrauben
druckfeder auf einem Fußboden installiert ist);
Fig. 10 noch eine andere Konstruktion eines Roboters nach
der Erfindung (wobei eine Schraubendruckfeder von
einer Decke hängt);
Fig. 11 eine weitere Konstruktion eines Roboters gemäß der
Erfindung (wobei eine Blattfeder an einem Fußboden
installiert ist);
Fig. 12 eine andere Konstruktion eines Roboters gemäß der
Erfindung (wobei eine Blattfeder an einer Decke
aufgehängt ist);
Fig. 13 eine weitere verschiedene Konstruktion eines
Roboters gemäß der Erfindung (wobei eine Position
eines beweglichen Abstützendes einer Blattfeder
verstellt ist);
Fig. 14 eine andere Konstruktion eines Roboters nach der
Erfindung (wobei eine Position eines ortsfesten
Abstützendes einer Blattfeder durch Änderung der
Position von einer der Einstellpositionen, die an
dem ortsfesten Abschnitt vorgesehen sind, in eine
andere Einstellposition verstellt ist);
Fig. 15 noch eine andere Konstruktion eines Roboters nach
der Erfindung (wobei die Federkennlinien verstellt
werden durch Ändern der Art der Abstützung eines
ortsfesten Abstützendes einer Blattfeder);
Fig. 16 einen Querschnitt, der eine Konstruktion eines
Roboters nach der Erfindung zeigt;
Fig. 17 einen Querschnitt, der eine Konstruktion eines
weiteren Roboters nach der Erfindung zeigt;
Fig. 18 einen Querschnitt des Roboters von Fig. 16 entlang
der Linie 99-99;
Fig. 19 Konstruktion und Betrieb eines herkömmlichen
Roboters;
Fig. 20 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem
Gravitationsdrehmoment und einem Ausgleichsdreh
moment einer Feder in dem Roboter von Fig. 19
zeigt, wenn dieser auf einem Fußboden installiert
bzw. an einer Decke aufgehängt ist; und
Fig. 21 die Konstruktion eines weiteren herkömmlichen
Roboters.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine erste Aus
führungsform des Roboters erläutert. Fig. 1 zeigt die Kon
struktion und den Betrieb des Roboters. Dabei kann das be
wegliche Abstützende 5 an einer von zwei Positionen 5a und
5b angeordnet sein, die jeweils um eine Strecke r von der
Mitte des Drehgelenks 3 beabstandet sind. Das ortsfeste Ab
stützende 6 ist an der Basis 14 angeordnet.
Nachstehend wird der Betrieb erläutert. Durch Vorgeben von
a, b, r und R′ wie in Fig. 1 gezeigt wird das durch die Fe
der 4 erzielte Ausgleichsdrehmoment Tc unter Anwendung der
folgenden Gleichungen 2 erhalten.
Tc = {k(L - LN) + F}·h,
h = cos γ·(a·tan γ - b),
Tan γ = (b - r·cos R′)/(a - r·sin R′), und
L2 = (a - r·sin R′)2 + (b - r·cos R′)2
h = cos γ·(a·tan γ - b),
Tan γ = (b - r·cos R′)/(a - r·sin R′), und
L2 = (a - r·sin R′)2 + (b - r·cos R′)2
Im Fall der Installation auf einem Fußboden, wobei die
Schwerebeschleunigung (g) in Richtung 7a in Fig. 1 wirkt,
kann das bewegliche Abstützende in die Position 5a gemäß
Fig. 1 eingestellt werden. Fig. 2 zeigt ein Beispiel des
Ausgleichsdrehmoments Tc, das durch die Feder 4 erhalten
wird, und des Gravitationsdrehmoments. Es ist ersichtlich,
daß das Gravitationsdrehmoment durch das von der Feder 4
gelieferte Ausgleichsdrehmoment stark herabgesetzt werden
kann. Somit wird die Summe des Gravitationsdrehmoments, das
auf den Aktuator zum Treiben des Drehgelenks 3 aufgebracht
wird, und des Ausgleichsdrehmoments Tc, das von der Feder 4
geliefert wird, ausreichend geringer als das Gravitations
drehmoment in einem Fall gemacht, in dem die Feder 4 nicht
vorgesehen ist. Somit ist der Gravitationsausgleicher
wirksam.
Nachstehend wird der Fall beschrieben, daß der Roboter von
einer Decke herabhängt. In diesem Fall wird die Schwere
beschleunigung (g) in einer Richtung 7b von Fig. 3 wirksam.
In dieser Einbaulage kann das bewegliche Abstützende in der
Position 5b eingestellt sein. Fig. 4 zeigt ein Beispiel des
in diesem Fall von der Feder 4 gelieferten Ausgleichsdreh
moments Tc und des Gravitationsdrehmoments. Es ist er
sichtlich, daß das Gravitationsdrehmoment durch das von der
Feder 4 gelieferte Ausgleichsdrehmoment stark herabgesetzt
wird. Der Absolutwert der Summe des Gravitationsdrehmoments,
das auf den Aktuator zum Treiben des Drehgelenks 3 wirkt,
und des von der Feder 4 gelieferten Ausgleichsdrehmoments Tc
wird hinreichend kleiner als der Absolutwert des Gravita
tionsdrehmoments in einem Fall gemacht, in dem die Feder 4
nicht vorhanden ist, was zeigt, daß der Schwerkraftaus
gleicher wirkungsvoll arbeitet.
Fig. 5 zeigt eine Konstruktion, die eine Änderung der Posi
tion des beweglichen Abstützendes 5 wie bei dem vorherigen
Ausführungsbeispiel erlaubt. In diesem Fall hat ein Bereich
zum Anbringen des beweglichen Abstützendes 5 darin Öffnungen
16a und 16b. Die Konstruktion erlaubt somit eine einfache
Änderung der Position des beweglichen Abstützendes 5 in
Abhängigkeit von der Einbaulage.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform ist zwischen dem beweglichen
Abstützende 5 und dem Mittelpunkt des Drehgelenks 3 ein
fester Abstand r vorgegeben, und das bewegliche Abstützende
5 kann in einer von zwei Positionen, die phasenmäßig von
einander verschieden sind, angebracht werden. Es ist auch
möglich, ein Anbringen des beweglichen Abstützendes in einer
von drei oder mehr verschiedenen Positionen zuzulassen, wie
Fig. 6 zeigt. Es ist ferner möglich, eine Änderung der
Strecke r zwischen dem beweglichen Abstützende 5 und dem
Drehgelenk 3 zuzulassen. Außerdem ist es möglich, eine Än
derung der Position des ortsfesten Abstützendes 6 zum Ein
stellen der Charakteristik des Schwerkraftausgleichers zu
ermöglichen. Für die Konstruktion zum Ändern der Position
des ortsfesten Abstützendes 6 kann die in Verbindung mit der
ersten Ausführungsform gezeigte Methode angewandt werden,
wobei der Stift in eine Öffnung eingesetzt ist.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird eine Konstruk
tion verwendet, die die Änderung der Anbringposition des be
weglichen oder des ortsfesten Abstützendes 5 oder 6 zuläßt,
um die Charakteristik des Ausgleichsdrehmoments Tc, das
durch die Feder 4 erhalten wird, mit der Lage des drehbaren
Verbindungsarms 2 zu ändern, was diverse Einbaulagen zur
Wirkung bringt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist,
wie Fig. 7 zeigt, die Anbringlänge der Feder 4 veränderlich
gemacht, um die Größe der Rückstellkraft der Feder 4 zu
ändern. Somit kann die Größe des Ausgleichsdrehmoments Tc,
das von der Feder 4 geliefert wird, entsprechend der Größe
der Belastung eingestellt werden. In Fig. 7 ist 10 ein
Mechanismus zum Einstellen der Anbringlänge der Feder 4, 11
ist eine Schraube, 12 ist eine Mutter, und 13 ist ein Befe
stigungsabschnitt zum Anbringen eines Hakens der Feder 4.
Die Anbringlänge der Feder 4 kann durch Drehen der Mutter 12
relativ zu der Schraube 11 verstellt werden.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele des Schwerkraftaus
gleichers verwenden zwar die Schraubenzugfeder 4, mit einem
Schwerkraftausgleicher mit einer Schraubendruckfeder an
stelle der Schraubenzugfeder 4 können jedoch die gleichen
Auswirkungen erzielt werden, indem die Konstruktion zum
Ändern der Positionen des beweglichen und des ortsfesten
Abstützendes und der Mechanismus zum Einstellen der Anbring
länge der Schraubenfeder 4 wie bei den vorherigen Ausfüh
rungsformen verwendet werden.
Wenn das ortsfeste Abstützende 6 an der Basis 14 und das
bewegliche Abstützende 5 in der Nachbarschaft des Drehge
lenks 3 angeordnet sind, kann eine Abdeckung 31 der Basis 14
die Schraubenfeder 4 sowie das bewegliche und das ortsfeste
Abstützende 5 und 6 verdecken. So ist eine verdeckte Kon
struktion des Schwerkraftausgleichers ohne weiteres zu
realisieren.
Die vorhergehenden Ausführungsformen des Schwerkraftausglei
chers verwenden zwar die Schraubenzugfeder 4, mit einem
Schwerkraftausgleicher mit einer Schraubendruckfeder an
stelle der Schraubenzugfeder 4 können jedoch die gleichen
Auswirkungen erzielt werden, indem die Konstruktion zum
Ändern der Positionen des beweglichen und des ortsfesten
Abstützendes und der Mechanismus zum Einstellen der Anbring
länge der Schraubenfeder 4 wie bei den vorherigen Ausfüh
rungsformen verwendet werden. Fig. 9 ist eine Darstellung
entsprechend Fig. 1 und zeigt den Fall, daß eine Schrauben
druckfeder 4a an einem Fußboden installiert ist, während
Fig. 10 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung ist und
den Fall zeigt, daß die Schraubendruckfeder 4a von einer
Decke herabhängt.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Blattfeder
verwendet werden. Fig. 11 ist eine der Fig. 1 entsprechende
Darstellung und zeigt den Fall, daß eine Blattfeder 4b an
einem Boden installiert ist, während Fig. 12 eine der Fig. 3
entsprechende Darstellung ist und den Fall zeigt, daß die
Blattfeder 4b an einer Decke aufgehängt ist; Fig. 13 ent
spricht Fig. 6 und zeigt den Fall, daß eine Position des
beweglichen Abstützendes der Blattfeder 4b justiert wird.
Fig. 14 entspricht Fig. 6 und zeigt den Fall, daß eine
Position des ortsfesten Abstützendes der Blattfeder 4b von
einer der Einstellpositionen, die an den ortsfesten Ab
schnitten 4c vorgesehen sind, zu einer anderen Einstellposi
tion geändert wird, und Fig. 15 zeigt den Fall, daß die
Federcharakteristiken verändert werden, indem die Art und
Weise der Abstützung des ortsfesten Abstützendes der Blatt
feder 4b geändert wird.
Fig. 16 ist ein Querschnitt, der die Konstruktion des Ro
boters zeigt, und Fig. 17 ist eine Seitenansicht von Fig.
16. In Fig. 16 bezeichnet 90 eine ortsfeste Basis, 20 ist
eine drehbare Basis, die von einem Lager 18 auf der orts
festen Basis 90 drehbar abgestützt ist, 21 ist ein erster
Umdrehungsantriebsmotor, der in die drehbare Basis 20 fest
eingebaut ist und eine Relativdrehung der drehbaren Basis 20
gegenüber der ortsfesten Basis 90 über ein Untersetzungsge
triebe 24 bewirkt, 30 ist ein erster Arm, der von einem
Lager 28 an der drehbaren Basis 20 drehbar abgestützt ist,
31 ist ein zweiter Umdrehungsantriebsmotor, der an einem
ersten Arm montiert ist und eine Relativdrehung des ersten
Arms gegenüber der drehbaren Basis 20 über ein Unterset
zungsgetriebe 34 bewirkt, 33 ist ein bewegliches Abstütz
ende, das über den zweiten Umdrehungsantriebsmotor 31 nahe
einem Rotationsmittelpunkt für den ersten Arm an dem ersten
Arm festgelegt ist, 42 ist ein ortsfestes Abstützende, das
nahe der ortsfesten Basis 90 an der drehbaren Basis 20 fest
gelegt ist, und 44 ist eine Feder, deren eines Ende drehbar
an dem beweglichen Abstützende 33 und deren anderes Ende
drehbar an dem ortsfesten Abstützende 42 abgestützt ist.
Nachstehend wird der Betrieb beschrieben unter der Annahme,
daß ein Gegenuhrzeiger- bzw. Linksdrehmoment um einen Ro
tationsmittelpunkt des ersten Arms 30 ein positives Dreh
moment ist. Wenn man a, b, r und R′ wie in Fig. 17 gezeigt
annimmt und die freie Länge der Schraubenzugfeder 4 mit LN,
ihre Federkonstante mit K und die Anfangsspannung mit F be
zeichnet, kann das von der Feder gelieferte Ausgleichsdreh
moment Tc unter Anwendung der Gleichungen 2 erhalten werden.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines von einer Feder gelieferten
Ausgleichsdrehmoments Tc und eines Gravitationsdrehmoments.
In diesem Fall wird ein Gravitationsdrehmoment durch ein von
der Feder geliefertes Ausgleichsdrehmoment erheblich herab
gesetzt, und die Summe des Gravitationsdrehmoments und des
von der Feder 44 gelieferten Ausgleichsdrehmoments Tc, die
jeweils auf den zweiten Umdrehungsantriebsmotor 31 wirken,
ist kleiner im Vergleich mit dem Gravitationsdrehmoment,
wenn die Feder 44 nicht verwendet wird und der erste Arm 30
gegenüber der Vertikalrichtung in einer Schräglage gehalten
wird. Somit wird die Belastung des ersten Umdrehungsan
triebsmotors 21 herabgesetzt.
Fig. 18 ist ein Querschnitt entlang der Linie 99-99 von Fig.
16. Dabei bezeichnet 20a einen U-förmigen Öffnungsteil der
drehbaren Basis 20, während 70 ein Kabel bezeichnet, das
entlang dem Bogenabschnitt der drehbaren Basis 20 beweglich
eingebaut ist. Wegen dieser U-Form der drehbaren Basis 20 ist
das ortsfeste Abstützende 42 in dem Öffnungsabschnitt 20a
des U-förmigen Abschnitts befestigt, und das Kabel 70 ist
entlang dem Bogenabschnitt installiert, so daß eine kompakte
Konstruktion realisierbar ist.
In Fig. 17 bezeichnet 20b einen Anbringabschnitt für das
ortsfeste Abstützende in einem U-förmigen Öffnungsabschnitt
der drehbaren Basis 20, während 31b einen Anbringabschnitt
für das bewegliche Abstützende an einem Ende des zweiten
Umdrehungsantriebsmotors 31 bezeichnet. Die Federkennlinien
können durch Verstellen der Anbringabschnitte für das beweg
liche Abstützende 33 und das ortsfeste Abstützende 42 in ge
wünschter Weise geändert werden.
In Fig. 16 bezeichnet 46 eine Federabdeckung, um die Feder
44 zu schützen, wobei die Federabdeckung Zylinderform hat
und ihre Bodenfläche in Viereckform ausgeschnitten ist, so
daß ein Haken daraus hervorsteht, und die andere Endfläche
offen ist. Die Abdeckung 46 kann verhindern, daß ein Kabel
70 durchtrennt wird, und zwar auch dann, wenn sich das Kabel
70 auf solche Weise bewegt, daß Kabel und Feder 44 sich
gegenseitig stören. Wenn sich die Feder 44 zusammenzieht
oder ausdehnt, kann sich die Federabdeckung 46 ungehindert
entsprechend der Kontraktion oder Ausdehnung der Feder 44
bewegen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können mit dem Industrie
roboter gemäß der Erfindung verschiedene Arten von Einbau
lagen einschließlich der Installation auf einem Fußboden
oder an einer Decke hängend ohne weiteres realisiert werden.
Dabei können die Charakteristiken des Schwerkraftausglei
chers in bezug auf eine Lage des drehbaren Verbindungsglieds
in Abhängigkeit von einer Haltung des Roboters, etwa bei
Installation auf einem Fußboden oder an einer Decke hängend,
frei verstellt werden.
Außerdem kann die Richtung des Ausgleichsdrehmoments frei
geändert werden durch Einstellen einer Federanbringposition
in dem drehbaren oder in dem ortsfesten Verbindungsglied,
und eine Verstellung des Ausgleichsdrehmoments kann eben
falls frei durchgeführt werden, indem eine Vielzahl von
Federeinstellpositionen in dem ortsfesten sowie in dem
drehbaren Verbindungsglied vorgesehen sind. Ferner kann die
Verstellung des Ausgleichsdrehmoments auch frei durchgeführt
werden durch Einstellen der Anbringlänge einer Feder, die
zwischen dem ortsfesten und dem drehbaren Verbindungsglied
angeordnet ist.
Die Größe eines Roboters kann außerdem stärker minimiert
werden, indem die drehbare Basis U-förmig ausgebildet wird.
Durch Verwendung einer Konstruktion, die eine einfache Ver
stellung einer Abstützende-Anbringposition erlaubt, können
außerdem die optimalen Federcharakteristiken erhalten wer
den, die die betrieblichen Anforderungen hinsichtlich einer
Last oder einer Einbaulage erfüllen.
Ferner kann die Feder von einer Abdeckung geschützt sein, so
daß verhindert wird, daß ein Kabel durchtrennt wird, und
Sicherheit sowie Zuverlässigkeit können verbessert werden.
Claims (9)
1. Industrieroboter mit einem Aktuator zum Antreiben eines
Drehgelenks (3), das ein ortsfestes Verbindungsglied (1) und
ein drehbares Verbindungsglied (2) miteinander verbindet, um
ein Drehen des drehbaren Verbindungsglieds (2) zu bewirken,
und mit einer Federeinrichtung (4; 4a; 4b), die zwischen dem
ortsfesten und dem drehbaren Verbindungsglied eine Kraft
ausübt, um ein Gravitationsdrehmoment des drehbaren Verbin
dungsglieds auszugleichen,
gekennzeichnet durch
eine Anbringposition-Verstelleinrichtung zum Verstellen
einer Anbringposition der Federeinrichtung (4), um die Rich
tung des von der Federeinrichtung gelieferten Ausgleichs
drehmoments (Tc) zu ändern, so daß die Summe des Gravita
tionsdrehmoments und des Ausgleichsdrehmoments kleiner als
der Maximalwert des Gravitationsdrehmoments ist, wenn das
Gravitationsdrehmoment des drehbaren Verbindungsglieds (2)
in Abhängigkeit von der Einbaulage des Roboters nicht klei
ner als ein vorbestimmter Wert wird.
2. Industrieroboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Richtungsänderung des Ausgleichsdrehmoments durch
die Anbringposition-Verstelleinrichtung erfolgt, indem min
destens entweder die Anbringposition (5) der Federeinrich
tung (4) in dem drehbaren Verbindungsglied (2) oder ihre
Anbringposition (6) in dem ortsfesten Verbindungsglied (1)
verstellt wird.
3. Industrieroboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl von Federeinstellpositionen sowohl in dem
ortsfesten Verbindungsglied (1) als auch in dem drehbaren
Verbindungsglied (2) vorgesehen ist.
4. Industrieroboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verstelleinrichtung (10) zum Einstellen der An
bringlänge der Federeinrichtung (4), die zwischen dem orts
festen und dem drehbaren Verbindungsglied angeordnet ist,
vorgesehen ist.
5. Industrieroboter mit einer ortsfesten Basis (90), die auf
einem Boden befestigt ist, mit einer drehbaren Basis (20),
die auf der ortsfesten Basis (90) drehbar abgestützt ist,
mit einem ersten Arm (30), der an der drehbaren Basis (20)
drehbar abgestützt ist, und mit einem zweiten Arm, der an
dem ersten Arm drehbar abgestützt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein ortsfestes Abstützende (42) in der Nähe der orts festen Basis (90) an der drehbaren Basis (20) vorgesehen ist,
daß ein bewegliches Abstützende (33) in der Nähe des Rota tionsmittelpunkts des ersten Arms (30) an dem ersten Arm vorgesehen ist, und
daß eine drehbar gehalterte Federeinrichtung (44) sowohl an dem ortsfesten Abstützende (42) als auch an dem beweglichen Abstützende (33) angeordnet ist.
daß ein ortsfestes Abstützende (42) in der Nähe der orts festen Basis (90) an der drehbaren Basis (20) vorgesehen ist,
daß ein bewegliches Abstützende (33) in der Nähe des Rota tionsmittelpunkts des ersten Arms (30) an dem ersten Arm vorgesehen ist, und
daß eine drehbar gehalterte Federeinrichtung (44) sowohl an dem ortsfesten Abstützende (42) als auch an dem beweglichen Abstützende (33) angeordnet ist.
6. Industrieroboter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die drehbare Basis (20) U-förmig ist, wobei in den U-
Raum eine erste Umdrehungsantriebseinrichtung (21) für die
drehbare Basis (20) eingebaut ist und ein Ende der Federein
richtung (44) an dem Öffnungsabschnitt (20a) des U-Raums
drehbar abgestützt ist.
7. Industrieroboter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Federeinstellpositionen verstellbar
ist.
8. Industrieroboter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federeinrichtung (44) mit einer zylindrischen
Abdeckung (46) abgedeckt ist.
9. Industrieroboter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federeinrichtung mindestens eine Schraubendruckfeder
oder eine Blattfeder oder eine Schraubenzugfeder (4 oder 4a
oder 4b oder 44) aufweist.
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