FI73902C

FI73902C - AUTOMATISK HANTERINGSANORDNING.

Info

Publication number: FI73902C
Application number: FI830095A
Authority: FI
Inventors: Jury Borisovich Derevyanko; Vladimir Sergeevich Korshunov; Pavel Pavlovich Lebedev; Vladimir Ilich Shub
Original assignee: V Pk I T Elekt
Priority date: 1982-05-07
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1987-12-10
Also published as: FI73902B; FI830095A0; CS990182A1; FI830095L

Description

1 739021 73902

Automaattinen käsittelylaiteAutomatic processing device

Nyt esiteltävä keksintö koskee valmistus- ja käsittelyprosessien automatisointilaitetta ja nimenomaan 5 automaattisia käsittelylaitteita tai robottikäsittely-laitteita.The present invention relates to an apparatus for automating manufacturing and processing processes, and more particularly to automatic processing devices or robotic processing devices.

Keksintöä voidaan soveltaa automatisoitaessa kuorimien käsittelyä ja sähköhitsaustöitä sekä erilaisten tuotteiden mekaanisesti tapahtuvaa valmistusta au-10 tomatisoitaessa.The invention can be applied to automate the handling of peelers and electric welding work, as well as the mechanical manufacture of various products during automation.

Jo ennestään tunnetaan sellaisia automattisia tai robottikäsittelylaitteita, joissa on pyörivän pylvään käsittävä alusta ja ylä- ja alavarsi, jotka on sijoitettu pylvääseen ja kääntyvät siinä pystytasossa. Kummassakin 15 varressa on erillinen käyttölaite, joka on asennettu pyl-: vääseen ja kääntyy varren kääntymistasossa. Kummankin var- ·_- ' ren käyttölaite käsittää pallotyyppisen kinemaattisen ruu- viparin, joka saa aikaan käyttöliitännän käyttölaitteen sähkömoottorin ja varren välillä. Ylävarressa on oman käyt-20 tölaitteen käsittävä käsittelylaitteen käsi.Automatic or robotic handling devices are already known which have a base comprising a rotating column and an upper and lower arm which are arranged on the column and pivot in it vertically. Each arm 15 has a separate drive device which is mounted on a column and pivots in the pivot plane of the arm. The actuator of each arm comprises a pair of ball-type kinematic screws which provide a drive interface between the electric motor of the actuator and the arm. The upper arm has a hand of the handling device with its own drive device.

Kummankin varren kääntökäyttölaite käsittää sähkö-moottorin, jonka akseli on yhdistetty hidastusvaihteel-la pallotyyppisen ruuviparin johtoruuviin. Itse moottori on siirretty johtoruuviin nähden kohtisuoraan käyttö-25 laitteen vaappuakseliin nähden, kun taas sähkömoottorin : ·· akselin akseliviiva liittyy käyttölaitteen vaapputasoon.The reversing drive of each arm comprises an electric motor, the shaft of which is connected by a deceleration gear to the lead screw of a pair of ball-type screws. The motor itself is moved perpendicular to the guide screw relative to the wobble axis of the drive-25, while the axis line of the electric motor: ·· axis is related to the wobble plane of the drive.

Koska varsien käyttölaitteiden sähkömoottorit on . .·. järjestetty em. tavalla, ts. ne on siirretty käyttölait- teiden vaappuakseleihin nähden, saadaan aikaan jatkuvas-30 ti toimivat momentit, jotka syntyvät kummankin käyttö-·.:.· laitteen painosta vaappuakseliin nähden. Käyttölaittei- siin liittyvät ruuviparien pallot ottavat vastaan nämä momentit ja kohdistavat näin ollen tietyn lisäkuormituksen ruuviparien johtoruuveihin, jolloin nämä taipuvat, 35 mikä nopeuttaa pallotyyppisten ruuviparien kulumista.Because the electric motors of the arm drives are. . ·. arranged in the above-mentioned manner, i.e. they are displaced with respect to the wobble shafts of the drive devices, continuous operating moments are produced, which arise from the weight of both drive devices with respect to the wobble axis. The balls of the screw pairs associated with the actuators receive these moments and thus apply a certain additional load to the lead screws of the screw pairs, causing them to bend, which accelerates the wear of the ball-type screw pairs.

Lisäksi tunnetaan toinen automaattinen käsittelylaite 1. robottikäsittelylaite, jossa on samoin pyöri- 2 73902 vän pylvään käsittävä alusta. Alustaan on kiinnitetty alavarsi ja ylävarsi, jotka kääntyvät pystytasossa. Varsien käyttölaitteet ja erillisellä käyttölaitteella varustettu käsi on asennettu ylävarteen. Kummankin varren 5 käyttölaitteena on sähkömoottori, joka on sijoitettu koteloon. Moottorin tehonottoakseli on yhdistetty pallo-tyyppisen kinemaattisen ruuviparin johtoruuviin, niin että moottorin tehonottoakseli on samassa linjassa joh-toruuvin akselin kanssa. Kummankin varren käyttölait-10 teen vaappuakseli on kohtisuorassa johtoruuvin akseliin nähden. Pallotyyppisten ruuviparien mutterit on kiinnitetty vastaavasti ylä- ja alavarteen.In addition, a second automatic processing device 1 is known. A robotic processing device which likewise has a base comprising a rotating column. Attached to the base is a lower arm and an upper arm that pivot vertically. Arm actuators and a hand with a separate actuator are mounted on the upper arm. The drive of each arm 5 is an electric motor housed in a housing. The power take-off shaft of the motor is connected to the lead screw of a pair of ball-type kinematic screws so that the power take-off shaft of the motor is in line with the axis of the lead screw. The wobble axis of the actuators of each arm 10 is perpendicular to the axis of the lead screw. The nuts of the ball-type screw pairs are attached to the upper and lower arms, respectively.

Tällaisessa käsittelylaitteessa, jossa käyttölaitteiden johtoruuvit ovat pystyasennossa, ei tosin esiin-15 ny niitä momentteja, jotka syntyvät käyttölaitteen pai-: : nosta sen vaappuakseliin nähden. Kuitenkin, jos jompi kumpi johtoruuvi ja vastaavasti jompikumpi varsi siir-• tyy pois pystyasennostaan kääntymisliikkeensä aikana, käyttölaitteen painovoimakeskus siirtyy pois paikaltaan 20 siinä vaapputasossa, joka sillä on vaappuakseliin nähden. Tällöin muodostuu käyttölaitteen painon synnyttämä momentti, joka vaikuttaa käyttölaitteen ruuviparin palloihin sekä saa aikaan tietyn lisäkuormituksen, joka suuntautuu johtoruuveihin ja kuluttaa näin ollen ruuvi-25 pareja.Admittedly, in such a processing device, in which the guide screws of the actuators are in a vertical position, the moments generated by the weight of the actuator relative to its wobble axis are not exposed. However, if one of the guide screws and one of the arms, respectively, move • out of their vertical position during their pivoting movement, the center of gravity of the actuator moves out of position 20 in the swing plane it has with respect to the swing axis. In this case, a torque is generated by the weight of the actuator, which acts on the balls of the actuator screw pair and creates a certain additional load which is directed to the lead screws and thus consumes the screw-25 pairs.

Tämänkertaisen keksinnön päätavoitteena on kehittää sellainen automaattinen käsittelylaite 1. robot-tikäsittelylaite, jossa pallotyyppisten ruuviparien johtoruuveihin kohdistuneet kuormitukset voidaan elimi-30 noida, niin että ruuvien käyttöikä pitenee.The main object of the present invention is to develop an automatic processing device 1. a robot processing device in which the loads applied to the lead screws of ball-type pairs of screws can be eliminated, so that the service life of the screws is extended.

Tämä on mahdollista sellaisessa automaattisessa : käsittelylaitteessa, joka käsittää alustan, alustaan kiin nitetyn pyörivän pylvään, alavarren ja ylävarren, jotka on nivelletty pyörivään pylvääseen ja joilla on erilliset 35 käyttölaitteet ja jotka kääntyvät pylvääseen nähden käyttölaitteen kanssa, käyttölaitteen käsittäessä sähkömoot- li 3 73902 torin ja siihen liittyvän pallotyyppisen kinemaattisen ruuviparin. Keksinnön mukaisessa käsittelylaitteessa moottorin tehonottoakselin geometrinen keskiviiva on tasossa, jossa on pallotyyppisen ruuviparin johtoruuvin 5 akseli ja käyttölaitteen vaappuakseli, kummankin käyttölaitteen painopistekeskuksen ollessa pääasiassa sen vaappuakselilla.This is possible in an automatic: handling device comprising a base, a rotating column attached to the base, a lower arm and an upper arm articulated to the rotating column and having separate actuators 35 which pivot relative to the column with the actuator, the actuator comprising an electric motor 3 73902 and a pair of associated ball-type kinematic screws. In the processing device according to the invention, the geometric center line of the power take-off axis of the motor is in a plane with the axis of the ball screw of the ball-type pair of screws and the wobble axis of the drive, the center of gravity of each drive being mainly on its wobble axis.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin erään siihen kuuluvan rakenteen avulla viittaamalla tällöin oheisiin 10 piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviona keksinnön mukaista automaattista käsittelylaitetta, kuvio 2 esittää samaa käsittelylaitetta kuvan 1 nuolen A suunnassa, ja 15 kuviossa 3 nähdään edelleen sama käsittelylaite kuvan 1 nuolen B suunnassa.The invention will now be described in detail a structure associated with reference to the accompanying 10 drawings, in which Figure 1 shows schematically an automated processing apparatus according to the invention, Figure 2 shows the same reading direction of the arrow A in Figure 1 and depth, and 15 in Figure 3 further shows the same processing device of the arrow B of Figure 1 in the direction.

Automaattinen käsittelylaite käsittää hitsatun ;·; alustan 1 (kuvio 1) , joka on nelikulmainen laatta. Sii- -·' hen on kiinnitetty pystysuora akseli (ei esitetty ku- 20 viossa) , joka tukee pyörivää pylvästä 2. Pylvään 2 käyt-tölaite 3 on myös kiinnitetty alustaan 1. Pylvään 2 yläpäähän on kiinnitetty alavarsi 5, joka tekee vaappulii-kettä pystytasossa vaakasuorassa vaappuakselissa 4. Ala-varren 5 yläosaan on järjestetty ylävarsi 7, joka tekee 25 vaappuiiikettä samoin pystytasossa vaakasuorassa vaappu- akselissa 6. Ylävarren 7 toisessa päässä on laite 8, joka on tarkoitettu tartuinosille, ja varren 7 toisessa päässä on em. laitteen 8 käyttölaite 9.The automatic processing device comprises a welded; base 1 (Fig. 1), which is a rectangular plate. Attached to it is a vertical shaft (not shown in the figure) which supports the rotating column 2. The drive 3 of the column 2 is also fixed to the base 1. A lower arm 5 is fixed to the upper end of the column 2, which makes a wobble movement. in the vertical horizontal swing shaft 4. An upper arm 7 is arranged in the upper part of the lower arm 5, which makes 25 wobble movements likewise in the vertical horizontal swing shaft 6. At one end of the upper arm 7 there is a device 8 for gripping parts and at the other end 7 drive 9.

Pylvään 2 etuosassa 10 (kuvio 2) on alavarren 5 . 30 käyttölaite 11, jossa on sähkömoottorin 13 ja alennus- - - vaihteen 14 käsittävä kotelo 12. Alennusvaihteen 14 te- honottoakseli 15 on kiinnitetty pallotyyppisen ruuvi-parin johtoruuviin 16 mutterin 17 ollessa taas nivelletty alavarressa 5 kääntyväksi. Käyttölaite 11 kääntyy 35 siis yhdessä varren 5 kanssa vaaka-akseliin 18 nähden varsien 5 ja 7 vaapputasossa.The front part 10 of the column 2 (Fig. 2) has a lower arm 5. 30 a drive device 11 having a housing 12 comprising an electric motor 13 and a reduction gear 14. The power take-off shaft 15 of the reduction gear 14 is fixed to the guide screw 16 of a pair of ball-type screws, the nut 17 again being articulated in the lower arm 5 for pivoting. The drive device 11 thus pivots 35 together with the arm 5 relative to the horizontal axis 18 in the wobble plane of the arms 5 and 7.

4 739024 73902

Kuvioista voidaan todeta, että sähkömoottori 13 on siirretty johtoruuviin 16 nähden käyttölaitteen 11 akselin 18 suuntaan sähkömoottorin 13 tehonottoakselin geometrisen keskiviivan 19 ollessa taas tasossa, joka 5 käsittää johtoruuvin 16 akselin ja käyttölaitteen 11 vaappuakselin 18. Sähkömoottori 13 on sijoitettu käyttölaitteen 11 koteloon 12, niin että käyttölaitteen 11 painopiste on lähinnä sen vaappuakselilla 18.It can be seen from the figures that the electric motor 13 is displaced relative to the lead screw 16 in the direction of the drive shaft 11 with the geometric center line 19 of the drive motor 11 again in a plane comprising the lead screw shaft 16 and the drive shaft 11 of the drive 11. the center of gravity of the drive 11 is mainly on its swing axis 18.

Pyörivän pylvään 2, joka kääntyy akseliin 21 10 nähden, takaosaan 20 (kuvio 3) on asennettu ylävarren 7 käyttölaite 22, joka vastaa alavarren 5 käyttölaitetta 11 (kuvio 2) ja käsittää kotelon 23 (kuvio 3), jossa on sähkömoottori 24 ja alennusvaihde 25. Alennusvaih-teen 25 tehonottoakseli 26 on kiinnitetty käyttölaitteen 15 22 pallotyyppisen ruuviparin johtoruuviin 27. Ruuvipa- ; ; rin mutteri 28 on kiinnitetty kääntyvänä rakenteena vä- livarteen 29, joka on puolestaan nivelletty pylvään 2 akseliin 4 ja yhdistetty tangolla 30 ylävarteen 7. Var-*‘: si 29 tekee mahdolliseksi käyttölaitteiden 11 ja 22 20 (kuviot 1-3) standardisoimisen ja yksinkertaistaa näin koko käsittelylaitteen rakenteen.Mounted on the rear part 20 (Fig. 3) of the rotating column 2, which pivots relative to the shaft 21 10, is mounted on the upper arm 7 drive 22 corresponding to the lower arm 5 drive 11 (Fig. 2) and comprising a housing 23 (Fig. 3) with electric motor 24 and reduction gear 25 The power take-off shaft 26 of the reduction gear 25 is attached to the lead screw 27 of a pair of ball-type screws of the drive 15. ; The nut 28 is pivotally attached to the intermediate arm 29, which in turn is articulated to the shaft 4 of the column 2 and connected to the upper arm 7 by a rod 30. The arm 29 allows standardization and simplification of the actuators 11 and 22 20 (Figures 1-3). thus the whole structure of the processing device.

Käyttölaite 22 ja sen sähkömoottori 24 on järjestetty samalla tavalla kuin käyttölaitteen 11 sähkö-moottori 13 (kuvio 2). Sähkömoottorin 24 tehonottoakse-25 Iin geometrinen keskiviiva 31 on tasossa, jossa on johtoruuvin 27 akseli ja käyttölaitteen 22 vaappuakseli r.: 21, kun sen sijaan käyttölaitteen 22 painopistekeskus on pääasiassa em. akselilla 21.The drive 22 and its electric motor 24 are arranged in the same manner as the electric motor 13 of the drive 11 (Fig. 2). The geometric center line 31 of the power take-off shaft 25 of the electric motor 24 is in a plane with the axis of the lead screw 27 and the wobble axis r of the drive 22: 21, while instead the center of gravity of the drive 22 is mainly on the said shaft 21.

Automaattinen käsittelylaite toimii seuraavasti: 30 Ohjausyksiköstä (ei esitetty kuvioissa) tulevat käskyt, jotka määrittävät tietyn toimintajakson "herättävät" käyttölaitteet 3, 9, 11 ja 22 joko peräkkäin tai samanaikaisesti, jolloin käsittelylaite suorittaa seu-raavat liikkeet: Pyörivä pylväs 2 kääntyy pystyakselis-35 sa. Sähkömoottorin 13 tehonottoakselin pyörimisliike siirtyy alennusvaihteen 14 välityksellä johtoruuviin 16, 11 5 73902 jolloin ruuviin 16 liittyvä mutteri 17 liikkuu siinä ja laskee alavarren 5 sekä sen käyttölaitteen 11 alas, niin että käyttölaite 11 kääntyy pystytasossa akselissa 18. Käyttölaitteen 11 paino- sekä staattisessa tilas-5 sa että vaappuiiikkeen aikana - siirtyy pyörivään pylvääseen 2 kannattimen 10 välityksellä eikä siis kohdistu ruuviparin pyörintäkosketuspalloihin, kuten tähän mennessä tunnetuissa käsittelylaitteissa.The automatic processing device operates as follows: 30 Commands from the control unit (not shown in the figures) defining the actuators 3, 9, 11 and 22 "waking up" for a certain operating cycle, either sequentially or simultaneously, the processing device performing the following movements: Rotating column 2 rotates vertically you. The rotational movement of the power take-off shaft of the electric motor 13 is transmitted to the guide screw 16, 11 5 73902 by means of a reduction gear 14, the nut 17 associated with the screw 16 sa that during the swinging movement - passes to the rotating column 2 via the support 10 and thus does not apply to the rotating contact balls of the screw pair, as in hitherto known handling devices.

Ylävarren 7 liike tapahtuu samalla tavalla. Säh-10 kömoottorin 24 tehonottoakselin pyörimisliike siirtyy alennusvaihteen 25 välityksellä johtoruuviin 27, niin että mutteri 28 liikkuu ruuvissa 27 ja laskee alas vä-livarren 29, joka käyttää ylävartta tangon 30 avulla.The movement of the upper arm 7 takes place in the same way. The rotational movement of the power take-off shaft of the electric motor 24 is transmitted via the reduction gear 25 to the guide screw 27, so that the nut 28 moves in the screw 27 and lowers the intermediate arm 29 which drives the upper arm by means of the rod 30.

Varren 7 käyttölaite 22 laskee samaan tasoon kuin 15 varsi 7 vaappuakselissa 21 tapahtuvana kääntöliikkeenä.The drive 22 of the arm 7 lowers to the same level as the arm 7 as a pivoting movement in the swing shaft 21.

·'· '· Kuten edellä on alavarteen 5 liittyen selostettu, .· : pyörivä pylväs 2 ottaa kannattimen 20 välityksellä vas taan käyttölaitteen 22 painon sekä staattisessa tilassa että kääntymisliikkeen aikana.As described above in connection with the lower arm 5, the rotating column 2 receives the weight of the drive 22 via the support 20 both in the static state and during the pivoting movement.

- : 20 Käyttölaite 9 käynnistää laitteen 8 (joko pyö- rimis- tai vaappuliike) jollain jo sinänsä tunnetulla sopivalla tavalla.-: 20 The actuator 9 actuates the actuator 8 (either a rotational or a swinging motion) in a suitable manner already known per se.

Edellä kuvatusta rakenteesta johtuen varret 5 ja 7 vastaaviin käyttölaitteisiin 11 yhdistävien kine-25 maattisten ruuviparien käyttöikä on noussut keskimäärin 30 %, koska on pystytty eliminoimaan käyttölaitteiden painon (kohdistuu pallotyypisiin ruuvipareihin) syn-nyttämät momentit. Tämän vuoksi käyttölaitteiden sähkö-moottorit voivat olla pienempiä ja johtoruuvi ohuempi, 30 mikä vähentää puolestaan käsittelylaitteen liikkuvien osien painoa ja säästää virtaa.Due to the structure described above, the service life of the Kine-25 matt screw pairs connecting the arms 5 and 7 to the respective actuators 11 has increased by an average of 30% due to the elimination of the torques generated by the weight of the actuators (applied to ball-type pairs). As a result, the electric motors of the actuators may be smaller and the lead screw thinner, which in turn reduces the weight of the moving parts of the handling device and saves power.

Claims

An automatic handling device comprising a base (1), a rotating column (2) attached to the base (1), 5 lower arms (5) and an upper arm (7) articulated to the rotating column (2) and having separate actuators (11). , 22) and which pivot relative to the rotating column (2) with a drive device (11 or 22), the drive devices then comprising an electric motor (13,24) 10 and an associated spherical kinematic screw, characterized in that the power take-off shaft of the motor (13,24) the geometric center line (19,31) is in a plane having the axis of the spherical screw pair lead screw (16,27) and the wobble axis 15 (18,21) of the drive (11,22), the center of gravity I of each drive (11,21) being mainly its on the swing axis (18, 2D. Il