DE69930009T2

DE69930009T2 - Robotervorrichtung

Info

Publication number: DE69930009T2
Application number: DE69930009T
Authority: DE
Inventors: Fredrik Persson; Pierre Mikaelsson; H Kan Hvittfeldt; Jan Larsson
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: JP2002531778A; ES2259243T3; SE9804215L; DE69930009D1; SE515340C2; SE9804215D0; EP1146998B1; EP1146998A1; AU2016400A; WO2000032363A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Nutzung und ein Verfahren, um das Risiko von Spiel in einem dreiachsigen Gelenk in einem Roboter zu beseitigen.
Stand der Technik
In einem Deltaroboter findet ein Positionieren eines beweglichen Elements in Bezug auf ein feststehendes Element statt (5). Drei Antriebsmittel treiben jeweils ihre eigene Verbindungsvorrichtung an, die zwischen den festen und den beweglichen Elementen angeordnet ist. Die Verbindungsvorrichtungen können Stangen beinhalten, die in Mehrfachgelenksystemen angeordnet sind, wobei die Gelenke Kugelgelenke umfassen können.
Die amerikanische Druckschrift US A 4 976 582 zeigt, neben anderen Dingen, einen Deltaroboter mit zwei parallelen Verbindungen 5a und 5b, die schwenkbar mit Kugelgelenken 26a, 26b, 27a und 27b verbunden sind (5). Die Gelenkpfannen sind an den Enden der Verbindungen angebracht.
Die amerikanische Druckschrift US A 4 203 683 zeigt Lagerungsmittel, die mit einer ringförmigen Aussparung in einer Bohrung ausgestaltet sind, und in der ringförmigen Aussparung befindet sich ein Lagerungsring, um eine Berührung der Kugel mit dem Metallgehäuse zu verhindern. Eine Abdeckung verhindert übermäßige Durchdringung der Kugel in die Bohrung.
Die amerikanische Druckschrift US A 3 967 907 zeigt eine äußere Abdeckungsanordnung, die auf einen Gelenkpfannenteil eines Gelenks eingepasst wird, wobei die Abdeckung Erhöhungen aufweist. Diese Erhöhungen sind da, um die Möglichkeit zu verbessern, Schmiermittel in das Gelenk einzubringen.
Die Kugelgelenke gemäß der Erfindung sind mit austauschbaren Lagerungsmitteln ausgestaltet, die Reibung in den Gelenken minimieren. Das Lagerungsmittel hat eine Gelenkpfannen-förmige innere Oberfläche und ist aus selbstschmierendem Polymer-Material gefertigt. Das Lagerungsmittel ist in einer Aufnahme in der Gelenkpfanne angeordnet. Während des Betriebs des Roboters finden Drehbewegungen in den Kugelgelenken statt, und auch gerichtete Bewegungen treten auf.
Probleme kommen auf, wenn das Lagerungsmittel der Drehbewegung folgt, d.h. der Drehbewegung des Kugel des Gelenks folgt. In diesem Fall finden Gelenkbewegungen im gleichen Radius an der Gelenkpfanne bei jedem Takt bzw. Hub der Verbindungsvorrichtung statt, wodurch Abnutzung wiederholt an der gleichen Stelle auftritt. Es tritt eine ungleichmäßige Abnutzung in dem Gelenk auf, was Spiel in dem Gelenk verursacht und damit erhöhte Reibung in dem Gelenk. Der Grund dafür, dass das Lagerungsmittel sich mit der Gelenkkugel dreht ist, dass das Material der Lagerungsmittel zu weich ist, um eine gute festsitzende Passung in der Aufnahme sicherzustellen.
Ein Roboter einschließlich eines Gelenks/Gelenken mit Spiel arbeitet nicht mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit, sondern wird in seiner Bewegung gestört, wenn die Gelenke einfassen, und die Bewegungen werden ungenau. Das Momentengleichgewicht in der Konstruktion wird gestört, was die Lebensdauer des Roboters drastisch verringert. Die Taktdauer wird größer, und der Roboter kann seine Leistungsanforderungen nicht erfüllen.
Beim Betrieb von Robotern ergibt sich daher das Bedürfnis, ein Lagerungsmittel fest in einer Aufnahme in einer Gelenkpfanne zu fixieren. Dieses Bedürfnis kann nicht durch den Delta-Roboter in dem amerikanischen Dokument erfüllt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Beim Entwerfen von Deltarobotern ist das Ziel gemäß der Erfindung, eine Ausführung mit niedrigem Gewicht zu erhalten, die eine Taktzeit von 0,5 Sekunden bewältigen kann. Um Roboter zu erhalten, die so schnell sind, muss das Gelenk so gestaltet werden, dass Reibung minimiert wird.
Eine gewisse Abnutzung an dem Lagerungsmittel in einem Gelenk ist unvermeidlich. Eine gleichmäßige Abnutzung eines selbstschmierenden Lagerungsmittels ergibt eine gleichmäßige Schmierung des Gelenks und eine gleichmäßige Bewegung im Gelenk. Wenn die Abnutzung gleichmäßig ist, tritt kein ungewolltes Spiel auf und der Roboter weist eine gleichmäßige, rasche Betriebsweise auf.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Roboter zu erhalten, der ein Mittel einschließt, mit dem man die Reibung zwischen Lagerungsmittel und Gelenkpfanne in einem Kugelgelenk erhöht. Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, die Vorrichtung so zu entwerfen, dass sie ein einfaches Austauschen des Lagerungsmittels je nach Bedarf gestattet.
Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird durch Beschreibung eines Beispiels einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genauer erläutert, wobei:
1 eine Pfanne eines Gelenks gemäß der Erfindung zeigt,
2 eine Gelenkpfanne gemäß der Erfindung zeigt,
3 eine Gelenkpfanne gemäß der Erfindung zeigt, die mit Rillen ausgestattet ist,
Fig. eine alternative Gestaltung mit einer Gelenkpfannen-förmigen Aufnahme und Lagerungsmitteln zeigt,
5 einen Delta-Roboter zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein dreiachsiges Kugelgelenk in einem Roboter (5) umfasst eine Gelenkpfanne und eine Gelenkkugel. Die Gelenkpfanne 1 umschließt die Kugel des Gelenks (nicht gezeigt) mit einem Raum, der etwa eine Hälfte einer Kugel oder weniger umfasst (1). Ein Gehäuse 2, welches geformt ist, um ein Lagerungsmittel 3 aufzunehmen, befindet sich innerhalb der Gelenkpfanne 1.
Das Wort Lager hier bezieht sich entweder auf ein ringförmiges Lager, mehrere ringförmige Lager oder das Lager, welches auf eine für den Zweck geeignete Weise in Abschnitte eingeteilt ist. In der nachstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst das Lagerungsmittel ein ringförmiges Lagerungsmittel.
Das Gehäuse 2 schließt eine Oberfläche 4 ein, gegen die das ringförmige Lagerungsmittel 3 gedrückt wird, um dicht zu passen (2). Das ringförmige Lagerungsmittel 3 wird aus einem Polymermaterial gefertigt und wird mit Hilfe eines Werkzeugs auf herkömmliche Weise eingepresst, um dicht an seinem Platz zu passen. Um die Reibung zwischen der Oberfläche 4 der Gelenkpfanne und dem ringförmigen Lagerungsmittel 3 zu erhöhen, werden reibungserhöhende Mittel 5 auf der Oberfläche 4 angeordnet. Die reibungserhöhenden Mittel können zum Beispiel als eine Wellenstruktur in der Form von Rillen 5' ausgestaltet sein (3). Die Ausrichtung der Rillen 5' in einer Längsrichtung bildet den Winkel (α) mit der Mittelachse (A) des ringförmigen Lagerungsmittels. Rillen 5' sind vorzugsweise parallel zur Mittelachse (A). Zusätzlich sollten die Rillen scharf zulaufende Spitzen aufweisen, um die Reibung sicherzustellen. Wenn das ringförmige Lagerungsmittel 3 in dem Gehäuse 2 angeordnet wird, erreichen die reibungserhöhenden Mittel 5 eine dauerhafte Verformung des ringförmigen Lagerungsmittels durch Durchdringen seines Materials.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist es, die umhüllende Oberfläche des Lagerungsmittels passend zu den reibungserhöhenden Mitteln 5 zu fertigen, die auf der Oberfläche der Gelenkpfanne 4 angeordnet sind. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit den reibungserhöhenden Mitteln 5 in der Form von Rillen 5' kann das Lagerungsmittel 3 damit wahlweise mit Rillen ausgestaltet sein, die zu der Oberfläche des Gehäuses passen.
Eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung ist es, das Gehäuse der Gelenkpfanne gelenkpfannenförmig und mit Rillen versehen zu gestalten. Dann wird das Lagerungsmittel mit einer gelenkpfannenförmigen äußeren Oberfläche gestaltet und wird ohne Drücken in dem Gehäuse der Gelenkpfanne platziert, um dicht zu passen. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es die Federkraft, die das Kugelgelenk zusammenhält, die auch das Lagerungsmittel fest an seinem Platz hält.

Claims

Robotervorrichtung, die mindestens eine Verbindungsvorrichtung beinhaltet, in der Zugstangen in einem Mehrfachgelenksystem angeordnet sind, wobei die Gelenke dreiachsige Kugelgelenke enthalten, die eine Gelenkpfanne umfassen, die eine Kugel mit einem Raum umschließt, der die Hälfte einer Kugel oder weniger umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerungsmittel (3) so befestigt ist, dass es in einem Gehäuse (2) in der Gelenkpfanne eines Gelenks (1) nicht rotiert, wobei das Gehäuse (2) eine Oberfläche (4) beinhaltet, gegen welche das Lagerungsmittel (3) anliegt, und dass die Oberfläche (4) mit reibungserhöhenden Mitteln (5) versehen ist.
Robotervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel (3) ein ringförmiges Lagerungsmittel (3') umfasst.
Robotervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungserhöhenden Mittel (5) in das Material des Lagerungsmittel durch eine dauerhafte Verformung des Lagerungsmittels (3) eindringen.
Robotervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungserhöhenden Mittel (5) in der Form von Rillen (5') ausgelegt sind.
Robotervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel (3) an der Oberfläche (4) anliegt und angepresst wird, um dicht zu passen.
Robotervorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (5') hauptsächlich parallel zur Mittelachse (A) des Lagerungsmittels ausgerichtet sind.
Robotervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel aus einem Polymermaterial hergestellt ist.
Robotervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein Deltaroboter ist.
Verfahren für eine Robotervorrichtung, welche mindestens eine Verbindungsvorrichtung beinhaltet, in der Zugstangen in einem Mehrfachgelenksystem angeordnet sind, wobei die Gelenke dreiachsige Kugelgelenke enthalten, die eine Gelenkpfanne umfassen, die eine Kugel mit einem Raum umschließt, der die Hälfte einer Kugel oder weniger umfasst, und wobei eine Gelenkpfanne (1) eines Gelenks mit einem Gehäuse (2) ausgestattet ist, um ein Lagerungsmittel (3) aufzunehmen, wobei das Gehäuse (2) mit einer Oberfläche (4) ausgestattet ist, gegen welche das Lagerungsmittel anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel (3) so befestigt ist, dass es im Gehäuse (2) nicht rotiert, indem die Oberfläche (4) mit reibungserhöhenden Mitteln (5) versehen wird, die dazu gebracht werden, mit dem Lagerungsmittel (3) in Eingriff zu stehen, wenn das Lagerungsmittel (3) in Position gebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel (3) angepresst wird, um im Gehäuse (2) der Gelenkpfanne (1) dicht zu passen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass reibungserhöhende Mittel (5) das Material des Lagerungsmittel durch dauerhafte Verformung verformen, wenn das Lagerungsmittel (3) in Position gebracht wird.