DE4333207C3

DE4333207C3 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE4333207C3
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: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: DE4333207A1; DE4333207C2; JP2698028B2; US5402690A; JPH06170780A

Description

Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fig. 19 zeigt den Aufbau und den Betrieb eines her kömmlichen Industrieroboters, der beispielsweise in der JP-PS SHO 63-36914 gezeigt ist. Dabei bezeichnet 1 ein ortsfestes Verbindungsglied 2 ein drehbares Verbin dungsglied, 3 ein Drehgelenk, 4 eine Schraubenzugfe der, 5 ein bewegliches Abstützende, 6 ein ortsfestes Ab stützende, 7a und 7b sind Richtungen (g) der Schwere beschleunigung, und 8 ist eine Montagebasis (ein Fuß boden oder eine Decke).

Bei dieser Konstruktion des herkömmlichen Robo ters ist die Strecke L zwischen dem beweglichen und dem ortsfesten Abstützende 5 und 6 in Abhängigkeit von der Stellung des Drehgelenks 3 veränderlich. Daher wird das Gravitationsdrehmoment, das auf einen Aktua tor (nicht gezeigt) zum Antreiben des Drehgelenks 3 wirkt, mit der Rückstellkraft der Schraubenzugfeder 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 Gravitationsausgleicher kann somit zum Zweck der Verkleinerung der äußeren Gestalt sowie der Ver ringerung 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 Schrau benzugfeder 4 mit LN, ihre Federkonstante mit k und die Anfangsspannung mit F bezeichnet, kann das durch die Feder 4 erreichte Ausgleichsdrehmoment Tc unter Anwendung der folgenden Gleichungen 1 erhalten wer den.

Tc = {k(L - L_N) + F} . l . rsinθ/L, und

L² = l² + r² - 2 . l . rcosθ (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 Schwe rebeschleunigung in einer Richtung 7a (in Fig. 19 ge zeigt). Im Fall der Installation auf einem Fußboden wird das Gravitationsdrehmoment bzw. die Schwerkraft durch das von der Feder 4 gelieferte Ausgleichsdrehmo ment erheblich herabgesetzt, und die Summe des Gravi tationsdrehmoments, das auf den Aktuator zum Antrieb des Drehgelenks 3 aufgebracht wird, und des von der Feder 4 gelieferten Ausgleichsdrehmoments Tc ist hin reichend geringer als das Gravitationsdrehmoment in einem Fall, in dem die Feder 4 nicht vorgesehen ist. Daher ermöglicht der Gravitationsausgleicher 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 dreh bare Basis, die auf der ortsfesten Basis 10 drehbar abge stützt 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 be wegliches 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 Rotationsmittelpunkts des ersten Arms 30 an der drehbaren Basis 20 gebildet ist, 44 ist eine Feder, deren eines Ende an dem bewegli chen Abstützende 33 und deren anderes Ende an dem ortsfesten Abstützende 42 drehbar gehaltert ist, und 31 ist ein zweiter Umdrehungsantriebsmotor, um den er sten Arm 30 zu Umdrehungen anzutreiben.

Nachstehend wird der Betrieb beschrieben. Wenn sich der erste Arm 30 in einer geneigten Stellung gegen die Vertikalrichtung befindet, muß der zweite Umdre hungsantriebsmotor 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 Zug kraft 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" ge mäß der JP-OS SHO 55-35735, "Spring Assembly for Balancing" gemäß der JP-OS SHO 63-221992 und "Gra vitational 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 Einbaupositionen (wenn er beispielsweise an einer Decke aufgehängt ist).

Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 erläutert. Wenn der Roboter an einer Decke hängend installiert ist, wobei dann die Schwere beschleunigung (g) in einer Richtung 7b gemäß Fig. 19 wirkt, ändert sich das Vorzeichen des Gravitationsdreh moments gegenüber dem Fall der Installation auf einem Fußboden, wie Fig. 20 zeigt. In diesem Fall ist der Abso lutwert 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 Gravitationsausgleicher in diesem Fall offensichtlich nicht die gewünschte Funktion.

Bei der vorstehenden Konstruktion des herkömmli chen Industrieroboters erhält man zwar den Effekt ei ner 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 An bringposition 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 Erschei nungsbild. Schließlich wird die Zuverlässigkeit verrin gert, wenn beispielsweise Teile einer gebrochenen Fe der verstreut werden oder in Fremdmaterialien eindrin gen.

Aus der DD-PS 228 484 A1 ist eine Vorrichtung zum Massenausgleich bei Schwenkarmen an Gelenken bzw. Industrierobotern bekannt. Die dort gezeigte Vorrich tung dient dem Ziel, die Geometrie der Zugfedern am Schwenkarm auf einfache Weise zu ändern, um unter schiedliche 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, per Lagerpunkt der Zugfeder am Schwenkarm selbst bleibt unverändert. Die Proble matik der Einwirkung der Gravitationskraft ist nicht angesprochen. Die Verstellbarkeit des Lagerpunktes am Grundgestell erfolgt bei der Lösung gemäß DD- PS 228 484 A1 derart, daß ein Exzenterbolzen so an einem Anlenkhebel zur Aufnahme der Feder über einen weiteren Bolzen zusammenwirkt, daß ein Hin- und Her schwenken des Anlenkhebels und damit des im Auge befindlichen Lagerpunktes der schraubenförmigen Fe der um die Lagerachse des Schwenkarms möglich wird.

Bei dem Industrieroboter mit Gravitationskraftaus gleich gemäß EP 0 189 483 B1 ist ein aufwendiger Ge stängeaufbau mit Langlöchern und gleitenden Eingriff zapfen notwendig, wobei der Gestängeaufbau an einem gemeinsamen Drehgelenk mit einer Zugfeder zum Ge wichtsausgleich eines beweglichen Armes zusammen wirkt. Mittels der dort gezeigten konstruktiven Ausfüh rung des Armgewichtsausgleichs sollen Bewegungen des Armes in unterschiedliche Richtungen, d. h. unter schiedliche Drehmomente M1 und M2, ausgehend von einer vertikalen Armstellung, in gleichem Maße hin sichtlich des Gewichtsausgleichs von einer einzigen Fe der 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 Industrie roboter anzugeben, welcher in verschiedenen Einbau positionen und unterschiedlicher Einwirkungsrichtung der Gravitationskraft effektiv und einfach betrieben und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patent anspruchs 1.

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

Der Roboter gemäß der Erfindung ist weiterhin so ausgebildet, daß eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Anbringlänge der Feder, die zwischen dem ortsfe sten und dem drehbaren Verbindungsglied angeordnet ist, vorgesehen ist.

Es wird also von einem Industrieroboter ausgegan gen, der eine auf einem Boden befestigte ortsfeste Basis, eine auf der ortsfesten Basis drehbar abgestützte dreh bare Basis, einen ersten Arm, der an der drehbaren Basis drehbar abgestützt 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 drehbaren Basis vorgesehen, ein bewegliches Abstützende ist in der Nachbarschaft des Rotationsmittelpunkts des ersten Arms an dem ersten Arm vorgesehen, und eine drehbar gelagerte Feder ist an dem ortsfesten Abstützende sowie an dem bewegli chen Abstützende angeordnet.

Bei einer Ausführungsform ist der Roboter so ange ordnet, daß die drehbare Basis U-förmig ist, wobei in dem U-Raum eine erste Umdrehungsantriebseinrich tung für die drehbare Basis angeordnet und ein Ende der Feder an dem Öffnungsabschnitt des U-Raums drehbar abgestützt ist.

Es können erfindungsgemäß entweder eine oder bei de 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 Cha rakteristiken des Schwerkraftausgleichers gegenüber einer Position des drehbaren Verbindungsglieds in Ab hängigkeit 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 Ausgleichsdreh moments frei geändert werden durch Verstellen einer Federanbringposition in dem drehbaren oder in dem ortsfesten Verbindungsglied, und eine Verstellung des Ausgleichsdrehmoments kann außerdem frei durchge führt werden durch Vorsehen einer Vielzahl von Feder einstellpositionen 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 zwi schen dem ortsfesten und dem drehbaren Verbindungs glied angebracht ist, verstellt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Be schreibung von Ausführungsbeispielen und unter Be zugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher er läutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 Aufbau und Betrieb eines Roboters bei Installa tion auf einem Fußboden;

Fig. 2 ein Diagramm von Gravitationsdrehmoment und Ausgleichsdrehmoment, das von einer Feder gelie fert wird, die in dem auf einem Fußboden installierten Roboter von Fig. 1 vorgesehen ist;

Fig. 3 Aufbau und Betrieb eines Roboters der an ei ner Decke aufgehängt ist;

Fig. 4 ein Diagramm von Gravitationsdrehmoment und Ausgleichsdrehmoment, das von einer Feder in dem an der Decke aufgehängten Roboter von Fig. 3 geliefert 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 Robo ters, wobei die Schraubenfeder, das bewegliche und das ortsfeste Abstützende von einer Abdeckung für den Ba sisabschnitt geschützt sind;

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Robo ters, wobei eine Schraubendruckfeder auf einem Fußbo den installiert ist;

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

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

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

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

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, wo bei eine Position eines ortsfesten Abstützendes einer Blattfeder durch Änderung der Position von einer der Einstellpositionen, die an dem ortsfesten Abschnitt vor gesehen sind, in eine andere Einstellposition verstellbar ist;

Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters, wo bei die Federkennlinien verstellt werden durch Ändern der Art der Abstützung eines ortsfesten Abstützendes einer Blattfeder;

Fig. 16 einen Querschnitt der eine Konstruktion ei nes Roboters zeigt;

Fig. 17 einen Querschnitt, der eine weitere Konstruk tion eines Roboters zeigt;

Fig. 18 einen Querschnitt des Roboters von Fig. 16 entlang der Linie 99-99;

Fig. 19 Konstruktion und Betrieb eines herkömmli chen Roboters;

Fig. 20 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Gravitationsdrehmoment und einem Ausgleichs drehmoment 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 herkömmli chen Roboters.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine erste Ausführungsform des Roboters erläutert. Fig. 1 zeigt die Konstruktion und den Betrieb des Roboters. Dabei kann das bewegliche 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 Abstützende 6 ist an der Basis 14 angeordnet.

Nachstehend wird der Betrieb erläutert. Durch Vor geben von a, b, r und θ' wie in Fig. 1 gezeigt wird das durch die Feder 4 erzielte Ausgleichsdrehmoment Tc unter Anwendung der folgenden Gleichungen 2 erhal ten.

Tc = {k(L - L_N) + F} . h,

h = cosγ . (a . tanγ - b),

tanγ = (b - r . cosθ')/(a - r . sinθ'), und

L² = (a - r . sinθ')² + (b - r . cosθ')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 Bei spiel des Ausgleichsdrehmoments Tc, das durch die Fe der 4 erhalten wird, und des Gravitationsdrehmoments. Es ist ersichtlich, daß das Gravitationsdrehmoment durch das von der Feder 4 gelieferte Ausgleichsdrehmo ment stark herabgesetzt werden kann. Somit wird die Summe des Gravitationsdrehmoments, das auf den Ak tuator zum Treiben des Drehgelenks 3 aufgebracht wird, und des Ausgleichsdrehmoments Tc, das von der Feder 4 geliefert wird, ausreichend geringer als das Gra vitationsdrehmoment in einem Fall gemacht, in dem die Feder 4 nicht vorgesehen ist. Somit ist der Gravitations ausgleicher wirksam.

Nachstehend wird der Fall beschrieben, daß der Ro boter von einer Decke herabhängt. In diesem Fall wird die Schwerebeschleunigung (g) in einer Richtung 7b von Fig. 3 wirksam. In dieser Einbaulage kann das bewegli che Abstützende in der Position 5b eingestellt sein. Fig. 4 zeigt ein Beispiel des in diesem Fall von der Feder 4 gelieferten Ausgleichsdrehmoments Tc und des Gravi tationsdrehmoments. Es ist ersichtlich, daß das Gravita tionsdrehmoment 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 Ausgleichs drehmoments Tc wird hinreichend kleiner als der Abso lutwert des Gravitationsdrehmoments in einem Fall ge macht, in dem die Feder 4 nicht vorhanden ist, was zeigt, daß der Schwerkraftausgleicher wirkungsvoll arbeitet.

Fig. 5 zeigt eine Konstruktion, die eine Änderung der Position des beweglichen Abstützendes 5 wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel erlaubt. In diesem Fall hat ein Bereich zum Anbringen des beweglichen Ab stützendes 5 darin Öffnungen 16a und 16b. Die Kon struktion erlaubt somit eine einfache Änderung der Po sition des beweglichen Abstützendes 5 in Abhängigkeit von der Einbaulage.

Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform be schrieben. 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 voneinander verschieden sind, angebracht werden. Es ist auch möglich, ein An bringen 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 Änderung der Position des ortsfesten Abstützendes 6 zum Einstellen der Charakteristik des Schwerkraftaus gleichers zu ermöglichen. Für die Konstruktion zum Än dern der Position des ortsfesten Abstützendes 6 kann die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform ge zeigte Methode angewandt werden, wobei der Stift in eine Öffnung eingesetzt ist.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform be schrieben. Bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird eine Konstruktion verwendet, die die Änderung der Anbringposition des beweglichen oder des ortsfe sten Abstützendes 5 oder 6 zuläßt, um die Charakteri stik des Ausgleichsdrehmoments Tc, das durch die Fe der 4 erhalten wird, mit der Lage des drehbaren Verbin dungsarms 2 zu ändern, was diverse Einbaulagen zur Wirkung bringt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie Fig. 7 zeigt, die Anbringlänge der Feder 4 verän derlich gemacht, um die Größe der Rückstellkraft der Feder 4 zu ändern. Somit kann die Größe des Aus gleichsdrehmoments 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 Befestigungsabschnitt 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 Schwerkraftausgleichers verwenden zwar die Schrau benzugfeder 4, mit einem Schwerkraftausgleicher mit einer Schraubendruckfeder anstelle der Schraubenzug feder 4 können jedoch die gleichen Auswirkungen er zielt werden, indem die Konstruktion zum Ändern der Positionen des beweglichen und des ortsfesten Abstüt zendes und der Mechanismus zum Einstellen der An bringlänge der Schraubenfeder 4 wie bei den vorheri gen Ausführungsformen verwendet werden.

Wenn das ortsfeste Abstützende 6 an der Basis 14 und das bewegliche Abstützende 5 in der Nachbarschaft des Drehgelenks 3 angeordnet sind, kann eine Abdeckung 31 der Basis 14 die Schraubenfeder 4 sowie das bewegli che und das ortsfeste Abstützende 5 und 6 verdecken. So ist eine verdeckte Konstruktion des Schwerkraftaus gleichers ohne weiteres zu realisieren.

Die vorhergehenden Ausführungsformen des Schwerkraftausgleichers verwenden zwar die Schrau benzugfeder 4, mit einem Schwerkraftausgleicher mit einer Schraubendruckfeder anstelle der Schraubenzug feder 4 können jedoch die gleichen Auswirkungen er zielt werden, indem die Konstruktion zum Ändern der Positionen des beweglichen und des ortsfesten Abstüt zendes und der Mechanismus zum Einstellen der An bringlänge der Schraubenfeder 4 wie bei den vorheri gen Ausführungsformen verwendet werden. Fig. 9 ist eine Darstellung entsprechend Fig. 1 und zeigt den Fall, daß eine Schraubendruckfeder 4a an einem Fußboden installiert ist, während Fig. 10 eine der Fig. 3 entspre chende Darstellung ist und den Fall zeigt, daß die Schraubendruckfeder 4a von einer Decke herabhängt.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Blatt feder verwendet werden. Fig. 11 ist eine der Fig. 1 ent sprechende 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 entspricht 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 Ab stützendes der Blattfeder 4b von einer der Einstellposi tionen, die an den ortsfesten Abschnitten 4c vorgesehen sind, zu einer anderen Einstellposition geändert wird, und Fig. 15 zeigt den Fall, daß die Federcharakteristiken verändert werden, indem die Art und Weise der Abstüt zung des ortsfesten Abstützendes der Blattfeder 4b ge ändert wird.

Fig. 16 ist ein Querschnitt, der die Konstruktion des Roboters 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 ortsfesten Basis 90 drehbar abgestützt ist, 21 ist ein er ster Umdrehungsantriebsmotor, der in die drehbare Ba sis 20 fest eingebaut ist und eine Relativdrehung der drehbaren Basis 20 gegenüber der ortsfesten Basis 90 über ein Untersetzungsgetriebe 24 bewirkt, 30 ist ein erster Arm, der von einem Lager 28 an der drehbaren Basis 20 drehbar abgestützt ist, 31 ist ein zweiter Um drehungsantriebsmotor, der an einem ersten Arm mon tiert ist und eine Relativdrehung des ersten Arms ge genüber der drehbaren Basis 20 über ein Unterset zungsgetriebe 34 bewirkt, 33 ist ein bewegliches Abstüt zende, 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 festgelegt ist, und 44 ist eine Feder, deren eines Ende drehbar an dem beweglichen Abstüt zende 33 und deren anderes Ende drehbar an dem orts festen Abstützende 42 abgestützt ist.

Nachstehend wird der Betrieb beschrieben unter der Annahme, daß ein Gegenuhrzeiger- bzw. Linksdrehmo ment um einen Rotationsmittelpunkt des ersten Arms 30 ein positives Drehmoment 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 bezeichnet, kann das von der Feder gelieferte Ausgleichsdrehmoment Tc un ter Anwendung der Gleichungen 2 erhalten werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines von einer Feder gelie ferten Ausgleichsdrehmoments Tc und eines Gravita tionsdrehmoments. In diesem Fall wird ein Gravita tionsdrehmoment durch ein von der Feder geliefertes Ausgleichsdrehmoment erheblich herabgesetzt, und die Summe des Gravitationsdrehmoments und des von der Feder 44 gelieferten Ausgleichsdrehmoments Tc, die je weils auf den zweiten Umdrehungsantriebsmotor 31 wirken, ist kleiner im Vergleich mit dem Gravitations drehmoment wenn die Feder 44 nicht verwendet wird und der erste Arm 30 gegenüber der Vertikalrichtung in einer Schräglage gehalten wird. Somit wird die Bela stung des ersten Umdrehungsantriebsmotors 21 herab gesetzt.

Fig. 18 ist ein Querschnitt entlang der Linie 99-99 von Fig. 16. Dabei bezeichnet 20a einen U-förmigen Öff nungsteil der drehbaren Basis 20, während 70 ein Kabel bezeichnet das entlang dem Bogenabschnitt der dreh baren Basis 20 beweglich eingebaut ist. Wegen dieser U-Form der drehbaren Basis 20 ist das ortsfeste Abstüt zende 42 in dem Öffnungsabschnitt 20a des U-förmigen Abschnitts befestigt, und das Kabel 70 ist entlang dem Bogenabschnitt installiert, so daß eine kompakte Kon struktion realisierbar ist.

In Fig. 17 bezeichnet 20b einen Anbringabschnitt für das ortsfeste Abstützende in einem U-förmigen Öff nungsabschnitt der drehbaren Basis 20, während 31b einen Anbringabschnitt für das bewegliche Abstützende an einem Ende des zweiten Umdrehungsantriebsmotors 31 bezeichnet. Die Federkennlinien können durch Ver stellen der Anbringabschnitte für das bewegliche Ab stützende 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 Zylin derform hat und ihre Bodenfläche in Viereckform aus geschnitten 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 Industrieroboter gemäß der Erfindung verschiedene Arten von Einbaulagen einschließlich der Installation auf einem Fußboden oder an einer Decke hängend ohne weiteres realisiert werden. Dabei können die Charakte ristiken des Schwerkraftausgleichers 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 Ausgleichsdrehmo ments frei geändert werden durch Einstellen einer Fe deranbringposition in dem drehbaren oder in dem orts festen Verbindungsglied, und eine Verstellung des Aus gleichsdrehmoments kann ebenfalls frei durchgeführt werden, indem eine Vielzahl von Federeinstellpositio nen in dem ortsfesten sowie in dem drehbaren Verbin dungsglied vorgesehen sind. Ferner kann die Verstel lung des Ausgleichsdrehmoments auch frei durchge führt 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 ein fache Verstellung einer Abstützende-Anbringposition erlaubt können außerdem die optimalen Federcharak teristiken erhalten werden, die die betrieblichen Anfor derungen hinsichtlich einer Last oder einer Einbaulage erfüllen.

Ferner kann die Feder von einer Abdeckung ge schützt 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 ei ner Feder (4; 4a; 4b), die zwischen dem ortsfesten und dem drehbeweglichen Arm (1; 2) eine Kraft ausübt, um ei nem 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 entsprechend der Einbaulage des Industrieroboters und der resultierenden Richtung der Einwirkung der Gravitationskraft (7a, 7b) ein von der Feder (4; 4a; 4b) erzeugtes Ausgleichsmoment jeweils der Gravitationskraft entgegengerichtet ist,
- wobei die Einrichtung zum Ändern des Befestigungspunktes der Feder (4; 4a; 4b) am drehbe weglichen Arm (2) eine Vielzahl von im gleichen und/oder unterschiedlichen Abstand zum Drehgelenk (3) befindliche Bohrungen (16a, 16b) zur Aufnahme eines Abstützstiftes (9) aufweist und
- wobei der jeweilige Befestigungspunkt durch Auswahl einer geeigneten Bohrung für den Abstützstift (9) festgelegt ist.

2. Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein in seiner Länge veränderbares Verstellelement (10) vorgesehen ist, um die Größe der Rückstellkraft der Feder (4) zu variieren.