FI124632B - Robottikourajärjestely - Google Patents

Description

ROBOTTIKOURAJÄRJESTELY

TEKNIIKAN ALA

Keksintö koskee robottikourajärjestelyä käytettäväksi esimerkiksi puhdastiloissa.

5

KEKSINNÖN TAUSTAA

Robottikourat ja vastaavat robottiautomaatioratkaisut ovat laajalti käytettyjä teollisuudessa tarkkuutta ja nopeutta vaativissa sekä toistuvissa töissä, joissa robotti-kouran liikkeet voidaan automatisoida tai halutaan suorittaa etäältä. Monesti tällai-10 siä automaatiota hyödyntäviä tehtäviä suoritetaan esimerkiksi puhdastiloissa, joihin koottavat järjestelyt pyritään saamaan mahdollisimman vähän tilaa vieviksi ja joiden komponentit pyritään suojaamaan mahdollisimman tehokkaasti epäpuhtauksien karsimiseksi. Puhdastiloissa suoritettavat huoltotoimet ovat aina hankalia, sillä puhdastiloissa asiointia pyritään rajoittamaan ja puhdastiloihin tuotavat työkalut ja 15 muut komponentit tulee käsitellä puhdastilaan kulkeutuvien epäpuhtauksien minimoimiseksi.

Tekniikan tasosta tunnetaan ratkaisuja robottikourien järjestämiseksi. Valitettavasti nämä ratkaisut kärsivät kuitenkin useista epäkohdista. Eräissä tunnetuissa robotti-kouraratkaisuissa on esimerkiksi useita liikkuvia moottoreita, mikä voi lisätä järjes-20 telyn vaatimaa tilantarvetta ja vaikeuttaa esimerkiksi suojauksien asettamista moottorin mukana liikkuvien kaapeleiden ympärille. Liikkuvat moottorit ja muut robotti-^ kouran mahdolliset liikkuvat osat, kuten esimerkiksi kaapelit, kuularuuvit, sensorit, o venttiilit, kaapelikourut joitain esimerkkejä mainitakseni voivat yhdessä muodostaa oö painoltaan merkittävän liikuteltavan massan, joka voi vähentää robottikouran ikää ^ 25 tai ainakin lisätä huoltotarvetta. Lisäksi liikkuvien osien aiheuttama paino voi vai- kuttaa robottikourien toimintanopeuteen, koska suuremmilla nopeuksilla osien paloi no voi aiheuttaa laitteistossa tärinää, mikä voi haitata robottikouran tarkkuutta tai aikaansaada osien kulumista tai jopa rikkoutumista lisäten myös mahdollista huolto-lo tarvetta. Liikuteltavien osien painosta ja osien mahdollisista keskinäisistä liitoksista o 30 johtuva tärinä voi myös vähentää robottikouran toimintatarkkuutta, mikä voi hei kentää robottikouran tuottamaa laatua.

2

Joiden robottikourien toiminta-alue voi olla rajattu esimerkiksi järjestelyn käsittä-mien moottorien yms. sijoittelun takia, mikä vaikeuttaa laitteiston soveltamista eri käyttötarkoituksiin. Moottorien sijoitteluja liikkuvat osat, esimerkiksi kaapelit, voivat haitata myös esimerkiksi konenäköä, jota usein liitetään automaatioratkaisuihin 5 esimerkiksi robottikourien ohjaamiseksi. Tämä osaltaan voi vaikutta robottikouran toimintasädettä pienentävästi.

Raskasta mekaniikka ja kuularuuvein liikuteltavat robottikourat ovat usein myös hitaita, mikä jo itsessään lisää kustannuksia tuotannon hitaudesta johtuen.

Julkaisussa US4712971 A on tuotu esiin robottikourajärjestely, joka käsittää neljä 10 käsivartta liitettynä toisiinsa siten, että käsivarret muodostavat suunnikkaan. Ohjaukseen tarkoitetut moottorit on sijoitettu yhteen suunnikkaan kulmista, jonka vastapäiseen kulmaan on sijoitettu liitäntämahdollisuus mahdolliselle työkalulle. Työkalulle voidaan välittää työkalun liikkeisiin vaadittava voima käsivarsien kautta kulkevan hammashihnan sekä käsivarsien moottoreiden ja työkalun yhteyteen liitetty-15 jen hammaspyörien avulla. Moottorit voidaan sijoittaa samalle akselille.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada ratkaisu, jossa edellä mainitut epäkohdat on eliminoitu tai niitä on lievitetty. Erityisesti keksintö pyrkii ratkaise-20 maan sen, kuinka robottikoura saadaan vakaaksi, nopeaksi ja toimintavarmaksi.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 määrittelemillä piirteillä. Keksinnön mukaiselle robottikourajärjestelylle on tunnusomaista se, mitä ^ on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

δ

CvJ

ob Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukainen robot- o ^ 25 tikourajärjestely siirrettävän tarttujan liikuttamiseksi automatisoidusti käsittää neljä ° käsivartta, jotka käsivarret on liikuteltavasti liitetty toisiinsa siten, että käsivarret £ muodostavat suunnikkaan, ohjausvälineet järjestettyinä suunnikaan ensimmäiseen £j kulmaan ja tarttujan liitettynä suunnikkaan toiseen kulmaan, joka toinen kulma on [o vastapäätä ohjausvälineisiin liitettyä ensimmäistä kulmaa, missä tarttuja on järjestet- o 30 ty liikuteltavaksi akselinsa ympäri käsivarsien kautta järjestetyllä hihnalla, johon hihnan pintaan on järjestetty virtajohdin, jonka avulla tarttujan tarvitsema energia siirretään tarttujalle.

3

Eräässä toisessa suoritusmuodossa tarttujaan on järjestetty laahaava sähköliitin virran siirtämiseksi tarttujalle hihnan pintaan järjestetystä virtajohtimesta.

Vielä erään suoritusmuodon mukaan hihna tarttujan liikuttamiseksi on järjestetty hammastetuksi ja tarttujaan sekä hihnaa liikuttaviin ohjausvälineisiin on järjestetty 5 vastaavat hammaspyörät.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ohjausvälineet käsivarsien ja tarttujan ohjaamiseksi on järjestetty samalle akselille ja toisessa suoritusmuodossa ohjausvälineet käsittävät kaksi moottoria liikuttamaan käsivarsia xy-tasossa sekä yhden moottorin liikuttamaan tarttujaa hihnan avulla. Näillä piirteillä saadaan esillä olevan keksin-10 nön mukaisesta robottikourasta vakaa ja voidaan vähentää liikkuvien osien määrää sekä niiden yhteismassaa.

Keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa käsivarret ovat keskenään ristiinkyt-kettyjä, mikä voi aikaansaada käsivarsista jäykkiä ja tukevia parantaen siten robotti-kouran tarkkuutta ja toimintavarmuutta. Keksinnön erään toisen suoritusmuodon 15 mukaan käsivarret on valmistettu hiilikuidusta, millä voidaan vähentää käsivarsien painoa.

Esillä olevan keksinnön mukaisen robottikourajärjestelyn hyödyllisyys perustuu lukuisiin asioihin. Yhteenliitetyillä neljällä käsivarrella voidaan aikaansaada suuri toiminta-alue, esimerkiksi lähes 360 astetta. Käsivarsien pituutta säätämällä voidaan 20 säätää robottikouran ulottuvuutta. Samalle akselille sijoitettujen moottoreiden avulla voidaan esillä olevasta järjestelystä tehdä vakaa ja tilaa säästävä. Lisäksi hihnave-dolla järjestetty tarttujan liike mahdollistaa moottorin sijoittamisen samalle akselille käsivarsia ohjaavien moottoreiden kanssa, mikä myös osaltaan vähentää liikkuvien ^ osien määrää, keventää järjestelyä ja mahdollistaa liikkuvien kaapeleiden poisjätön, o 25 mikä voi parantaa esillä olevan keksinnön mukaisen järjestelyn käyttöä esimerkiksi oo puhdastiloissa.

O

o Identtisten käsivarsien muodostaman suunnikkaan ja kouran ollessa ainoita liikku- | via osia esillä olevassa keksinnössä on mahdollista päästä tehokkaammin hyödyn- ^ tämään esimerkiksi konenäköä ja muita erillisiä komponentteja, mikä voi edelleen ^ 30 parantaa esillä olevan keksinnön toiminta-aluetta muihin tunnettuihin ratkaisuihin ^ verrattuna sekä tehostaa tuotantoa esillä olevan keksinnön mukaista robottikouraa o ^ käyttämällä.

Käytettäessä ristiinkytkettyjä käsivarsia, jotka on valmistettu esimerkiksi hiili-kuidusta, voidaan robottikourasta tehdä jäykkä, tukeva sekä kevyt, mikä parantaa 4 tarttujan tarkkuutta ja toimintavarmuutta. Esillä olevan keksinnön mukainen robot-tikoura voi myös olla kestävämpi, halvempi ja helpompi valmistaa ja vaatia vähemmän huoltoa kuin muut tunnetut ratkaisut.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa robottikourassa on lisäksi mahdollista aikaan-5 saada käsivarsien liikkeet pienillä pyörähdyskulmilla, mikä voi merkittävästi nopeuttaa järjestelyn aikaansaamaa kouran liikettä.

Tässä hakemuksessa käsitteellä "robottikoura" tarkoitetaan automatisoitavaa tai etäältä käytettävää järjestelyä, joka käsittää toimenpiteeseen, kuten tartuntaan, kykenevän instrumentin ja välineet instrumentin ohjaamiseksi ja toimenpiteen suoritit) tamiseksi.

KUVIOIDEN LYHYT KUVAUS

Seuraavassa selostetaan tarkemmin keksinnön edullisia suoritusmuotoja viitaten oheisiin kuvioihin, joissa 15 kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaista robotti-kourajärjestelyä, kuvio 2a esittää perspektiivikuvaa esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisista käsivarsista ja samalle akselille järjestetyistä moottoreista, kuvio 2b esittää perspektiivikuvaa esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon 20 mukaisesta käsivarresta, ^ kuvio 2c esittää päältä tarkasteltuna kuvion 2a mukaisia käsivarsia ja samalle ak- ° selille j ärj estettyj ä moottoreita, i

CO

o ^ kuvio 3a esittää esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaista tarttujaa ° liitettynä käsivarsiin, ja

CC

CL

^ 25 kuvio 3b esittää kuvion 3a tarttujan hihnaan järjestettyä virtajohdinta ja tarttujaan järjestettyä sähköliitintä.

CVJ

δ

CVJ

SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

5

Kuvio 1 esittää esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaista robotti-kourajärjestelyä 100, missä robottikourajärjestely 100 siirrettävän tarttujan 102 liikuttamiseksi automatisoidusti tai kauko-ohjatusti käsittää neljä käsivartta 104, jotka käsivarret 104 on liikuteltavasti liitetty toisiinsa siten, että käsivarret 104 muodosta-5 vat suunnikkaan, ohjausvälineet 108 järjestettyinä suunnikaan ensimmäiseen kulmaan, ja tarttujan 102 liitettynä suunnikkaan toiseen kulmaan, joka toinen kulma on vastapäätä ohjausvälineisiin 108 liitettyä ensimmäistä kulmaa, missä tarttuja 102 on järjestetty liikuteltavaksi akselinsa ympäri käsivarsien 104 kautta järjestetyllä hihnalla 106, jonka hihnan 106 pintaan on järjestetty virtajohdin 120 energian siirtämi-10 seksi tarttujalle.

Kuviot 2a ja 2c esittävät perspektiivikuvana ja päältä tarkasteltuna esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisia käsivarsia ja ohjausvälineitä. Esillä olevan keksinnön mukainen robottikourajärjestely käsittää edullisesti neljä käsivartta 104, jotka on ristikytkennöillä liitetty toisiinsa siten, että käsivarsien muodostamas-15 ta suorakulmiosta tulee tukeva ja jäykkä.

Kuviossa 2b on esitetty erään suoritusmuodon mukainen käsivarsi 104 yksityiskohtaisemmin. Esillä olevan keksinnön mukainen robottikoura käsittää neljä identtistä käsivartta, joiden käsivarsien väliset kytkennät on suoritettu nivelletysti siten, että käsivarret pääsevät liikkumaan toistensa suhteen. Käsivarret on kytketty toisiinsa 20 suljetulla ristiinkytkennällä, eli toisesta päästä käsivarsi on liitetty yläosaan järjestetystä liitoskappaleesta 112 ja toisesta päästään alaosaan järjestetystä liitoskappalees-ta 114. Jokainen neljästä käsivarresta on liitetty toisiinsa tai ohjausvälineisiin / tart-tuj aan tällä tavalla, mistä seurauksena suljettu ristiinkytkentä. Tällä tavalla saadaan käsivarsien muodostamasta suunnikkaasta jäykkä. Käsivarret saadaan välyksettö-25 miksi toistensa suhteen oikealla laakeroinnilla, mikä on selvää alan ammattilaiselle.

° Käsivarret on edullisesti valmistettu kestävästä ja kevyestä tarkoitukseen sopivasta o materiaalista, kuten hiilikuidusta, jonka ansiosta käsivarsien muodostamasta suun- g nikkaasta tulee jäykkä ja kevyt. Käsivarret on edullisesti järjestetty yhtä pitkiksi, x mutta ne voivat olla keskenään myös eripituisia. Käsivarsien pituutta säätämällä 30 voidaan säätää esillä olevan robottikouran tarttujan ulottuvuutta. Ulottuvuus voi olla c\j esimerkiksi 50 mm - 255 mm robottikouran rungosta käsin, mutta alan ammattilai- cu nen ymmärtää, että käsivarsien pituutta muuttamalla voidaan aikaansaada myös toi- ^ senlainen ulottuvuus. Esillä olevan keksinnön mukaisella robottikouralla on myös mahdollista saada lähes 360 asteen työalue tarttujalle, sillä käsivarsien liikkuvuus 35 toistensa suhteen mahdollistaa kyseisen työalueen.

6

Tarttujan liikettä ohjataan käsivarsiin järjestetyn hihnan 106 avulla, jonka hihnan pituus on aina vakio tarttujan paikasta riippumatta käsivarsien muuttumattoman yhteispituuden ansiosta. Kuten kuviosta 2b voidaan havaita, käsivarsien keskelle voidaan edullisesti järjestää ura hihnaa varten. Käsivarsien muodostamaan suunnikkaa-5 seen on myös erään suoritusmuodon mukaan järjestetty välineet 118 hihnan kiristämiseksi, mikä voi olla tarpeellista, jos hihnan lämpötilanvaihtelun ja/tai käytön seurauksena löystyy. Hihan on erään suoritusmuodon mukaan hammashihna ja hihnaa pyörittäviin ohjausvälineisiin 108, kuten myös tarttujaan on edullisesti järjestetty vastaavat hammaspyörät.

10 Kuten kuvioista 2a ja 2c tulee ilmi, esillä olevan keksinnön mukaiset ohjausvälineet 108 ovat edullisesti moottoreita, jotka on järjestetty samalle akselille. Käsivarsien muodostama suorakulmio on liitetty moottoreihin suorakulmion yhdestä kulmasta ja tarttuja on järjestetty suorakulmion vastakkaiseen kulmaan 110. Erään suoritusmuodon mukaan robottikourajärjestely käsittää yhden moottorin kumpaakin ohja-15 usvälineisiin 108 liitettyä käsivartta kohden ja yhden moottorin ohjaamaan käsivarsiin järjestetyn hihnan avulla tarttujaa liikkeessä oman akselinsa ympäri. Moottoreiden keskinäisellä pyörityssuhteella saadaan käsivarsien muodostama nivelmeka-nismi liikkumaan tarkasti xy-tasossa. Koska moottorit on järjestetty samalle akselille ja nivelmekanismin liike xy-tasossa tapahtuu moottoreihin liitettyjä käsivarsia 20 liikuttamalla, saadaan xy-tasossa tapahtuva liike aikaiseksi moottoreiden pienillä pyörähdyskulmilla. Moottorit voidaan järjestää samalle akselille monella tavalla, mutta erään suoritusmuodon mukaan käsivarren alaosan liitoskappaleesta 112 moottoriin liitettyä käsivartta ohjataan käsivarren alapuolelle sijoitetulla moottorilla ja käsivarren yläosan liitoskappaleesta 114 moottoriin liitettyä käsivartta ohjataan kä-25 sivarren yläpuolelle sijoitetulla moottorilla. Tarttujaa ohjaava moottori voidaan si-^ joittaa esimerkiksi näiden päälle tai alle tilasta ja suoritusmuodosta riippuen, δ ^ Erään suoritusmuodon mukaan ohjausvälineet käsittävät servomoottoreita. Kyseis- 9 ten servomoottoreiden tarkkuus voi vaihdella valmistajasta riippuen, mutta servo- o moottoreilla voi olla mahdollista saavuttaa esimerkiksi noin 0,01 mm tarkkuus. Li- | 30 säksi erään suoritusmuodon mukaan ohjausvälineet käsittävät välineet tarttujan lii- ^ kuttamiseksi vertikaalisuunnassa. Edullisesti kyseiset välineet käsittävät moottorin, esimerkiksi servomoottorin, joka on järjestetty eräässä suoritusmuodossa nostamaan ^ ja laskemaan käsivarsien muodostamaa suunnikasta ja eräässä toisessa suoristus- 00 muodossa koko järjestelyä tarttujan nostamiseksi ja laskemiseksi vertikaalisuunnas- 35 sa.

7

Kuvio 3a esittää esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaista tarttujaa liitettynä käsivarsiin, ja kuvio 3b kuvion 3a tarttujan hihnaan järjestettyä virtajoh-dinta 120 sekä tarttujaan järjestettyä sähköliitintä 122. Kuten yllä todettiin, hihna 106 tarttujan 102 liikuttamiseksi tarttujan akselin ympäri on edullisesti hammashih-5 na ja tarttujaan 102 on järjestetty hammashihnaa vastaava hammaspyörä. Hihnaan on lisäksi järjestetty virtajohdin 120 tarttujan 102 tarvitseman virran johtamiseksi tarttujalle 102. Johdin on edullisesti monikanavainen, esimerkiksi 2-4 -kanavainen hihnan pintaan järjestetty päällystämätöntä johdinmateriaalia, kuten kuparia. Erään suoritusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukaiseen robottikourajärjestelyn 10 tarttujaan on järjestetty laahaava sähköliitin virran siirtämiseksi tarttujalle hihnan pintaan järjestetystä virtajohtimesta.

Erään suoritusmuodon mukaan tarttuja on liitetty käsivarsine muodostamaan suunnikkaaseen esimerkiksi pikaliittimellä, mikä mahdollistaa tarttujan nopean vaihdon johonkin toiseen instrumenttiin. Tarttujan sijasta esillä olevan keksinnön mukaiseen 15 järjestelyyn on mahdollista liittää myös muita instrumentteja, kuten esimerkiksi muttei rajoittuen, pipettijärjestelyn, pinsettijärjestely ja ruuvimeisselin muutamia esimerkkejä mainitakseni. Alan ammattilaiselle on selvää, että myös muita instrumentteja on mahdollista liittää esillä olevan keksinnön mukaiseen robottikourajär-jestelyyn.

20 Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön mukaisen ratkaisun suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella patenttivaatimusten määrittelemän suoja-alueen puitteissa esim. toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttötapojen osalta.

δ

CvJ

CO

cp co o

X

X

Q.

1^

CvJ

LO

CVJ

δ

CVJ

Claims (10)

1. Robottikourajärjestely (100) siirrettävän tarttujan (102) liikuttamiseksi auto-matisoidusti tai kauko-ohjatusti käsittäen - neljä käsivartta (104), jotka käsivarret (104) on liikuteltavasti liitetty toisiinsa si-5 ten, että käsivarret (104) muodostavat suunnikkaan, - ohjausvälineet (108) järjestettyinä suunnikkaan ensimmäiseen kulmaan, ja - tarttujan (102) liitettynä suunnikkaan toiseen kulmaan (110), joka toinen kulma (110) on vastapäätä ohjausvälineisiin (108) liitettyä ensimmäistä kulmaa, missä tarttuja (102) on järjestetty liikuteltavaksi akselinsa ympäri käsivarsien (104) 10 kautta järjestetyllä hihnalla (106), tunnettu siitä, että hihnan (106) pintaan on järjestetty virtajohdin (120) energian siirtämiseksi tarttujalle (102).

2. Vaatimuksen 1 mukainen robottikourajärjestely (100), tunnettu siitä, että tarttujaan (102) on järjestetty laahaava sähköliitin (122) virran siirtämiseksi tarttu- 15 jalle hihnan (106) pintaan järjestetystä virtajohtimesta (120).

3. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tunnettu siitä, että hihna (106) on hammashihna ja hihnan liikuttaviin ohjausvälineisiin (108) sekä tarttujaan (102) on järjestetty hammashihnaa vastaavat hammaspyörät.

4. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tun-20 nettu siitä, että ohjausvälineet (108) käsivarsien (104) ja tarttujan (102) ohjaami- ^ seksi on järjestetty samalle akselille. δ c\j co

5. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tun- o ^ nettu siitä, että ohjausvälineet (108) käsittävät kaksi moottoria liikuttamaan käsi- ° varsia xy-tasossa sekä yhden moottorin liikuttamaan tarttujaa (102) hihnan (106) £ 25 avulla. h-

6. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tun- ^ nettu siitä, että ohjausvälineet (108) käsittävät servomoottoreita. O C\J

7. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tunnettu siitä, että käsivarret (104) ovat keskenään mekaanisesti ristiinkytkettyjä, eli yhdestä päästä käsivarsi (104) on liitetty yläosaan järjestetystä liitoskappaleesta (112) ja toisesta päästään alaosaan järjestetystä liitoskappaleesta (114).

8. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tunnettu siitä, että käsivarret (104) on valmistettu hiilikuidusta.

9. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tun nettu siitä, että käsivarret (104) ovat keskenään yhtä pitkiä.

10. Jonkin edeltävän vaatimuksen mukainen robottikourajärjestely (100), tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi välineet tarttujan (102) liikuttamiseksi vertikaali-suunnassa. 10 •ί· δ c\j CO o CO o X IX CL N- <M l·'- LO (M O (M