DE4333207C2

DE4333207C2 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE4333207C2
Application number: DE4333207A
Authority: DE
Inventors: Hisayoshi Sekiguchi; Takaaki Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2698028B2; US5402690A; DE4333207A1; DE4333207C3; JPH06170780A

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fig. 19 zeigt den Aufbau und den Betrieb eines herkömmlichen Industrieroboters, der beispielsweise in der JP-PS SHO 63-36914 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 - L_N) + F} · l · r sin θ/L, und
L² = l² + r² - 2 · l · r cos θ (1).

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.

Aus der DD-PS 2 28 484 A1 ist eine Vorrichtung zum Massenaus gleich bei Schwenkarmen an Gelenken bzw. Industrierobotern bekannt. Die dort gezeigte Vorrichtung dient dem Ziel, die Geometrie der Zugfedern am Schwenkarm auf einfache Weise zu ändern, um unterschiedliche Handhabemassen auszugleichen. Hierfür wird der Lagerpunkt der Zugfedern am Grundgestell variiert, um ohne Austausch der Feder oder anderer Bauelemente die erwähnte Geometriebeeinflussung vornehmen zu können. Der Lagerpunkt der Zugfeder am Schwenkarm selbst bleibt unverän dert. Die Problematik der Einwirkung der Gravitationskraft ist nicht angesprochen. Die Verstellbarkeit des Lagerpunktes am Grundgestell erfolgt bei der Lösung gemäß DD-PS 2 28 484 A1 derart, daß ein Exzenterbolzen so an einem Anlenkhebel zur Aufnahme der Feder über einen weiteren Bolzen zusammenwirkt, daß ein Hin- und Herschwenken des Anlenkhebels und damit des im Auge befindlichen Lagerpunktes der schraubenförmigen Feder um die Lagerachse des Schwenkarms möglich wird.

Bei dem Industrieroboter mit Gravitationskraftausgleich gemäß EP 0 189 483 B1 ist ein aufwendiger Gestängeaufbau mit Lang löchern und gleitenden Eingriffzapfen notwendig, wobei der Gestängeaufbau an einem gemeinsamen Drehgelenk mit einer Zug feder zum Gewichtsausgleich eines beweglichen Armes zusammen wirkt. Mittels der dort gezeigten konstruktiven Ausführung des Armgewichtsausgleichs sollen Bewegungen des Armes in unter schiedliche Richtungen, d. h. unterschiedliche Drehmomente M1 und M2, ausgehend von einer vertikalen Armstellung, in gleichem Maße hinsichtlich des Gewichtsausgleichs von einer einzigen Feder beeinflußbar sein. Inwieweit bei der dort gezeigten Anordnung Vorteile bei unterschiedlichen Einbaulagen des Industrieroboters gegeben sind, bleibt offen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Industrieroboter anzugeben, welcher in verschiedenen Einbaupositionen und unterschiedlicher Einwirkungsrichtung der Gravitationskraft effektiv und einfach betrieben und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Einrichtung zum Ändern des Befestigungspunktes einer verwendeten Feder zum Schwerkraftausgleich am drehbe weglichen Arm derart vorzusehen, daß entsprechend der jewei ligen Einbaulage des Industrieroboters und der resultierenden Richtung der Einwirkung der Gravitationskraft ein von der Feder erzeugtes Ausgleichsmoment jeweils der Gravitationskraft entgegengerichtet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Richtungsänderung des Ausgleichsdrehmomentes dadurch erfolgt, indem die Anbringposition einer Federeinrichtung im drehbaren Verbindungsglied und/oder ihre Anbringposition in dem ortsfesten Verbindungsglied verstellbar ist bzw. verstellt wird.

Der Roboter gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß in dem ortsfesten Verbindungsglied ebenso wie in dem drehbaren Verbindungsglied eine Vielzahl von Federeinstellpositionen vorgesehen ist.

Der Roboter gemäß der Erfindung ist weiterhin so ausgebildet, daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Anbringlänge der Fe der, die zwischen dem ortsfesten und dem drehbaren Verbin dungsglied angeordnet ist, vorgesehen ist.

Es wird also von einem Industrieroboter ausgegangen, 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.

Bei einer Ausführungsform ist der Roboter 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.

Es können erfindungsgemäß entwe der eine oder beide Federeinstellpositionen verstellt werden.

Die Feder kann mit einer zylindrischen Abdeckung abgedeckt sein, 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 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 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 der an einer Decke aufgehängt ist;

Fig. 4 ein Diagramm von Cravitationsdrehmoment 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;

Fig. 6 eine Konstruktion des Roboters nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 einen Federanbringlänge-Einstellmechanismus in dem Schwerkraftausgleicher;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Roboters, wobei die Schraubenfeder, das beweg liche und das ortsfeste Abstützende von einer Abdeckung für den Basisabschnitt geschützt sind;

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Robo ters, wobei eine Schrauben druckfeder auf einem Fußboden installiert ist;

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Roboters, wobei eine Schraubendruckfeder von einer Decke hängt;

Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, wobei eine Blattfeder an einem Fußboden installiert ist;

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, wobei eine Blattfeder an einer Decke aufgehängt ist;

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, wobei eine Position eines beweglichen Abstützendes einer Blattfeder verstellt ist;

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, 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 verstellbar ist;

Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, 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 zeigt;

Fig. 17 einen Querschnitt, der eine weitere Konstruktion eines Roboters 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 θ′ 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 - L_N) + F} · h,
h = cos γ · (a · tan γ - b),
tan γ = (b - r · cos θ′)/(a - r · sin θ′), und
L² = (a - r · sin θ′)² + (b - r · cos θ′)² (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 θ′ 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 darauf 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

1. Industrieroboter mit einem ortsfesten (1) sowie einem drehbeweglichen Arm (2), einem Aktuator zum Antreiben des drehbeweglichen Armes (2) über ein Drehgelenk (3), das die Arme (1; 2) miteinander verbindet, sowie mit einer Feder (4; 4a; 4b), die zwischen dem ortsfesten und dem drehbeweglichen Arm (1; 2) eine Kraft ausübt, um einem Gravitationsdrehmoment des drehbeweglichen Armes (2) entgegenzuwirken, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ändern des Befestigungspunktes der Feder (4; 4a; 4b) am drehbeweglichen Arm (2) derart, daß entspre chend der Einbaulage des Industrieroboters und der resul tierenden Richtung der Einwirkung der Gravitationskraft (7a, 7b) ein von-er Feder (4; 4a; 4b) erzeugtes Ausgleichsmoment jeweils der Gravitationskraft entgegengerichtet ist.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern des Befestigungspunktes der Feder (4; 4a; 4b) am drehbeweglichen Arm (2) eine Vielzahl von im gleichen und/oder unterschiedlichen Abstand zum Dreh gelenk (3) befindliche Bohrungen (16a, 16b) zur Aufnahme eines Abstützstiftes (9) aufweist, wobei der jeweilige Befestigungspunkt durch Auswahl einer geeigneten Bohrung für den Abstützstift (9) festgelegt ist.

3. Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein in seiner Länge veränderbares Verstell element (10) vorgesehen ist, um die Größe der Rückstellkraft der Feder (4) zu variieren.