NL2022794B1 - Positioneer-inrichting - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een positioneer-inrichting, omvattende een te positioneren platform, drie ophangpunten, drie afstandhouders, elk met een eerste uiteinde verbonden aan het platform en elk met een tweede, van het eerste uiteinde afgekeerde zijde verbonden met een verschillend ophangpunt; waarbij elk van de afstandhouders deel uit maakt van een parallellogram waarvan de zijden roteerbaar om hun oekpunten met elkaar verbonden zijn, en waarbij elk van de ophangpunten onafhankelijk langs één van drie onderling parallelle banen transleerbaar is waarbij de drie banen onderling slechts paarsgewijs in één vlak liggen.

Description

Positioneer-inrichting De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een positioneer-inrichting, in het bijzonder op een positioneer-robot. Dergelijke inrichtingen zijn alom bekend en worden voor vele toepassingen gebruikt, met name in de logistiek en tijdens fabricageprocessen, bijvoorbeeld die in de automobielindustrie. Een doel bij het gebruik van dergelijke positioneer-inrichtingen is doorgaans het bewegen van een werktuig, zoals een grijper of een laskop, naar een aan te grijpen ofte bewerken object. Een zo hoog mogelijke snelheid en nauwkeurigheid zijn daarbij in het algemeen gewenste eigenschappen.

Een voorbeeld van een veel toegepaste positioneerinrichting staat bekend onder de naam delta-robot. Dergelijke delta-robots vormen een positioneer-inrichting, omvattende een te positioneren platform, dat in de regel een basis vormt om een werktuig zoals een grijper of een laskop te dragen, drie ophangpunten en drie afstandhouders, elk met een eerste, zich aan een onderzijde bevindend, uiteinde verbonden aan het platform en elk met een tweede, zich aan een bovenzijde bevindend, van het eerste uiteinde afgekeerde zijde verbonden met een verschillend ophangpunt. Elk van de afstandhouders maakt daarbij deel uit van een parallellogram waarvan de zijden roteerbaar om hun hoekpunten met elkaar verbonden zijn en waarbij de ophangpunten in een driehoek-opstelling staan. Daaraan ontleent de robot zijn naam delta. De ophangpunten zijn daarbij elk verbonden met een roteerbare arm, waarbij de armen zich in de regel vanaf een centraal middelpunt elk in een verschillende richting uitstrekken, aldus in een drie- benige ster-orientatie liggend. Door de armen elk afzonderlijk om een horizontale te roteren kan het platform bewogen worden in een drie-dimensionale ruimte, met een in hoofdzaak kegelvormige begrenzing. Daarvan bevindt de punt zich aan de onderzijde en de basis zich aan de bovenzijde. Binnen een bepaald interval in de hoogterichting heeft een dergelijke robot een cirkelvormig positioneergebied. Delta-robots voldoen in een grote behoefte en zijn goed toepasbaar in omgevingen waar ruimte, met name in de verticale richting onbeperkt is. Waar dat niet zo is zijn zij door hun ten opzichte van het positioneergebied dat zij kunnen bestrijken relatief grote vereiste hoogte minder geschikt gebleken. Andere positioneerinrichtingen zijn voor dergelijke situaties weliswaar bekend, maar leggen het qua snelheid en nauwkeurigheid af tegen de delta-robot.

Het is daarom een doel van de onderhavige uitvinding om een positioneer- inrichting te verschaffen die relatief positioneergebied heeft, terwijl een beperkte ruimte in de richting dwars op dat vlak vereist is.

De uitvinding stelt daartoe een positioneer-inrichting voor, omvattende een te positioneren platform, drie ophangpunten, drie afstandhouders, elk met een eerste uiteinde verbonden aan het platform en elk met een tweede, van het eerste uiteinde afgekeerde zijde verbonden met een verschillend ophangpunt; waarbij elk van de afstandhouders deel uit maakt van een parallellogram waarvan de zijden roteerbaar om hun hoekpunten met elkaar verbonden zijn, waarbij elk van de ophangpunten onafhankelijk langs één van drie onderling parallelle banen transleerbaar is en waarbij de drie banen onderling slechts paarsgewijs in één vlak liggen.

Een dergelijke positioneer-inrichting biedt een groot positioneergebied, terwijl hij in de richting loodrecht daarop weinig ruimte vereist.

Door de ophangpunten gelijk te bewegen langs hun parallelle banen kan een eerste richting van het positioneergebied bestreken worden.

Door een eerste en een tweede van de drie ophangpunten onderling te bewegen kan een tweede richting met een component loodrecht op de eerste richting bestreken worden en door het derde ophangpunt te bewegen kan een derde richting met een component loodrecht op de eerste en de tweede richting bestreken worden.

Bij voorkeur strekken de afstandhouders zich uit in een richting met een grootste richtingscomponent in de richting parallel aan de onderling parallelle banen.

Met andere woorden zijn de afstandhouders dus door middel van het verplaatsen van hun ophangpunten verplaatsbaar in een richting waarin ze zich in hoofdzaak uitstrekken.

Op deze manier wordt een bijzonder groot en in hoofdzaak rechthoekig positioneergebied verkregen, hetgeen vaak wenselijk is in toepassingen waarin een robot een werktuig verplaatst dat handelingen dient te verrichten ten opzichte van of met ten opzichte van de positie van de robot bewegende objecten, in het bijzonder objecten die met behulp van een lopende band verplaatst worden.

De positioneer-inrichting volgens de onderhavige uitvinding is in het bijzonder voordelig wanneer de parallelle banen alle horizontaal of in hoofdzaak horizontaal lopen. Op deze manier wordt een inrichting verkregen die een groot horizontaal vlak als positioneergebied heeft, terwijl er een lage hoogte vereist is. Een dergelijke configuratie wijkt van de traditionele delta-robots niet alleen af in het feit dat de ophangpunten langs parallelle banen transleerbaar zijn, maar ook in het feit dat de robot ten opzichte van de traditionele configuratie 90 graden gekanteld is, en zich in hoofdzaak horizontaal in plaats van verticaal uitstrekt. Het positioneergebied strekt zich ook in deze configuratie echter hoofdzakelijk horizontaal uit. De positioneer-inrichting volgens deze uitvoeringsvorm leent zich in het bijzonder zeer voor het uitvoeren van bewerkingen op producten die over een (horizontale) lopende band verplaatst worden.

In weer een volgende uitvoeringsvorm omvatten de afstandhouders elk twee parallelle benen die tezamen met het ophangpunt waarmee ze verbonden zijn en met het platform het parallellogram vormen waar de afstandhouders deel van uitmaken. Zowel de ophangpunten als het platform vormen derhalve een been van het parallellogram, waarbij het platform een been van elk parallellogram vormt en dus van drie parallellogrammen deel uitmaakt. Op deze manier wordt een compacte en efficiënte constructie verkregen.

De lengte van een been, gezien van rotatiepunt tot rotatiepunt aan de zijde van de ophangpunten is gelijk aan de afstand van de corresponderend rotatiepunt tot corresponderend rotatiepunt aan de zijde van het platform.

De rotatiepunten worden in een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding gevormd door balgewrichten. Balgewrichten bieden het voordeel een compacte en onderhoudsarme koppeling te vormen die daarnaast doordat hij meerdere vrijneidsgraden heeft een soepel functioneren van de positioneer- inrichting toestaan, doordat torderen van het paralellogram wordt toegelaten. Eenvoudige montage, demontage en onderhoud worden mogelijk gemaakt wanneer de balgewrichten een losneembare bal en corresponderende kom omvatten. De parallellogrammen kunnen daarmee eenvoudig uiteengenomen worden. De niet door de ophangpunten en het platform gevonden benen van de parallellogrammen van de afstandhouders kunnen daarbij bijvoorbeeld door veren bijeen gehouden worden en op die manier eenvoudig paarsgewijs gemonteerd en gedemonteerd worden.

In weer een volgende voorkeursuitvoeringsvorm hebben ten minste twee afstandhouders een gelijke lengte. Gekozen kan worden om bijvoorbeeld een parallelle baan links boven een lopende band te plaatsen en een afstandhouder rechts boven een lopende band, welke afstandhouders een gelijke lengte hebben. Een derde parallelle baan kan gezien vanaf de lopende band centraal boven de andere twee parallelle banen geplaatst zijn. In weer een verdere uitvoeringsvorm zijn de ophangpunten door middel van een servomotor met een lineaire overbrenging bedienbaar transleerbaar langs hun parallelle baan. Deze overbrenging kan bijvoorbeeld een eindloze riem, in het bijzonder een tandriem omvatten. Met dit type overbrenging is het mogelijk grote snelheden en versnellingen te combineren met een hoge nauwkeurigheid. In weer een verdere voorkeursuitvoeringsvorm loopt een verbindingslijn tussen twee rotatiepunten aan het eerste ophangpunt van het eerste parallelogram parallel of valt deze samen met de kortste verbindingslijn tussen de banen waarlangs de ophangpunten van het tweede en derde parallellogram zich bevinden. Met andere woorden strekt één zijde van het eerste parallellogram zich uit in de richting loodrecht op de parallelle banen waarlangs de ophangpunten van het tweede en derde paralellogram zich bevinden. In de praktijk is dit veelal een bovenste ophangpunt. De verbindingslijnen tussen twee rotatiepunten op het ophangpunt van de tweede en derde parallellogrammen kruisen elkaar bij voorkeur aan de van de parallelle baan van het eerste ophangpunt afgekeerde zijde van het platform. Door de rotatiepunten zodanig op te stellen dat hun verbindingslijnen elkaar niet kruisen wordt bereikt dat eventuele speling op één van de rotatiepunten niet wordt versterkt of zelfs wordt opgeheven door een of meerdere van de andere rotatiepunten. Voor het besturen van de positioneer-inrichting volgens de onderhavige uitvinding wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een inverse kinematics model. Daarbij omvat een besturingssysteem een omrekentabel of functie voor het berekenen van een positie van het platform in een (x, y, z)-coördinatenstelsel tot bijbehorende posities van het eerste, tweede en derde ophangpunt. Het gebruik van een dergelijk invers-kinematics model maakt aansturing en communicatie met andere 5 systemen eenvoudiger. Daarnaast kan er gebruik gemaakt worden van forward kinematics om een systeem volgens de onderhavige uitvinding te ijken naar een reset, waarbij op basis van een vastgestelde positie van het platform in een (x, y, z)-coördinatenstelsel de bijbehorende posities van het eerste, tweede en derde ophangpunt bepaald worden. Die kunnen immers niet zondermeer afgeleid worden uit de posities van servomotoren die de verplaatsing van de ophangpunten bewerkstelligen. In een praktische uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is het platform voorzien van een grijper, houder, of ander interface voor interactie met een object.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren. Hierin tonen: - Figuren 1a en 1b twee aanzichten van een positioneer-inrichting volgens de onderhavige uitvinding; - Figuren 2a en 2b twee aanzichten van een eerste ophangpunt uit de positioneer-inrichting uit figuren 1a en 1b; - Figuren 3a en 3b twee aanzichten van een tweede ophangpunt uit de positioneer-inrichting uit figuren 1a en 1b; en - Figuren 4a en 4b twee aanzichten van een platform uit de positioneer- inrichting uit figuren 1a en 1b. Figuren 1a en 1b toen twee aanzichten van een positioneer-inrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding. De inrichting omvat een te positioneren platform 2, drie ophangpunten 3, 4, 5 en drie afstandhouders 6, 7, 8, elk met een eerste uiteinde verbonden aan het platform 2 en elk met een tweede, van het eerste uiteinde afgekeerde zijde verbonden met een verschillend ophangpunt 3, 4, 5, waarbij elk van de afstandhouders deel uit maakt van een parallellogram waarvan de zijden roteerbaar om hun hoekpunten 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 met elkaar verbonden zijn. Elk van de ophangpunten 3, 4, 5 is onafhankelijk langs één van de parallelle banen 21, 22, 23 transleerbaar. De banen 21, 23, 24 liggen onderling slechts paarsgewijs in één vlak. In de getoonde uitvoeringsvorm ligt baan 23 boven een vlak waarin baan 21 en 22 liggen. De ophangpunten 3, 4, 5 zijn door middel van respectievelijke servomotor en 25, 27, 29 met een lineaire overbrenging gevormd door een eindioze riem 24, 26, 28 transleerbaar langs hun respectievelijke baan 21, 22, 23. De afstandhouders 8, 7, 8 strekken zich uit in een richting met een grootste richtingscomponent A in de richting parallel aan de onderling parallelle banen 21, 22, 23, die in het getoonde voorbeeld alle horizontaal lopen.

De afstandhouders 6, 7, 8 omvatten elk twee parallelle benen die tezamen met het opvangpunt 3, 4, 5 waarmee ze verbonden zijn en met het platform 2 het parallellogram vormen waar de afstandhouders 6, 7, 8 deel van uitmaken.

De rotatiepunten op hoekpunten 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 omvatten balgewrichten, waardoor ze vrijelijk verdraaibaar zijn. Een verbindingslijn B tussen twee rotatiepunten 17, 18 aan het ophangpunt 5 loopt parallel aan de kortste verbindingslijn tussen de banen 21 en 22 waarlangs ophangpunten 3 en 4 transleerbaar zijn.

De benen van de respectievelijke afstandhouders 6, 7, 8 zijn in het getoonde voorbeeld voorzien van een schematisch weergegeven veerconstructie 30, 31, 32, die de benen paarsgewijs naar elkaar toe beweegt. Een eenvoudige montage, demontage en onderhoud worden hierdoor mogelijk gemaakt omdat de balgewrichten een losneembare bal en corresponderende kom omvatten, waarbij in dit geval de benen van de respectievelijke afstandhouders 6, 7, 8 elk van een kom voorzien zijn. In het getoonde voorbeeld is het platform voorzien van een grijper die bestaat uit haken 33 en 35 waarmee een object 35 vastgeklemd kan worden.

Figuren 2a en 2b tonen twee aanzichten van een ophangpunt 3 uit de positioneer- inrichting uit figuren 1a en 1b. Te zien is dat een verbindingslijn door de beide rotatiepunten 9 en 10 onder een niet-rechte hoek C staat met de richtingen A en B zoals weergegeven in figuren 1a en 1b. De verbindingslijnen tussen twee rotatiepunten van de ophangpunten 3 en 4 kruisen elkaar daardoor aan de van de parallelle baan van ophangpunt 5 afgekeerde zijde van het platform 2. Figuren 3a en 3b tonen twee aanzichten van ophangpunt 5 uit de positioneer- inrichting uit figuren 1a en 1b. Dit ophangpunt 5 bevindt zich boven ophangpunten 3en4 en is anders gevormd dan de twee andere opgangpunten 3 en 4. Een lijn door de rotatiepunten 17 en 18 bevindt zich haaks op de bewegingsrichting langs de baan 23.

Figuren 4a en 4b tonen twee aanzichten van een platform uit de positioneer- inrichting uit figuren 1a en 1b. Het platform is ingericht voor het dragen van een werktuig, en in het getoonde geval voorzien van een grijper met bekdelen 33 en 34. Het platform kan over een groot gebied in de richting van het vlak A, B geplaatst worden, en in de richting D dwars op dat vlak.

De getoonde uitvoeringsvormen dienen slechts ter illustratie en geenszins als beperking van de beschermingsomvang zoals gedefinieerd in de navolgende conclusies.

Claims (15)

Conclusies

1. Positioneer-inrichting, omvattende: - een te positioneren platform; - ten minste drie ophangpunten; - ten minste drie afstandhouders, elk met een eerste uiteinde verbonden aan het platform en elk met een tweede, van het eerste uiteinde afgekeerde zijde verbonden met een verschillend ophangpunt; waarbij - elk van de afstandhouders deel uit maakt van een parallellogram waarvan de zijden roteerbaar om hun hoekpunten met elkaar verbonden zijn; met het kenmerk: - dat elk van de ophangpunten onafhankelijk langs één van drie onderling parallelle banen transleerbaar is; waarbij: - de drie banen onderling slechts paarsgewijs in één vlak liggen.

2. Positioneer-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de afstandhouders zich uitstrekken in een richting met een grootste richtingscomponent in de richting parallel aan de onderling parallelle banen.

3. Positioneer-inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de parallelie banen alle horizontaal lopen.

4. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de afstandhouders elk twee parallelle benen omvatten die tezamen met het opvangpunt waarmee ze verbonden zijn en met het platform het parallellogram vormen waar de afstandhouders deel van uitmaken.

5. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de rotatiepunten balgewrichten omvatten.

6. Positioneer-inrichting volgens conclusie 5, waarbij de balgewrichten uiteen te nemen zijn in een bal-deel en een kom-deel.

7. Positioneer-inrichting volgens conclusie 4, waarbij de beide parallelle benen voorzien zijn van een klem- of veerinrichting die ze naar elkaar toe beweegt.

8. Positioneer-inrichting volgens conclusie 4 of 7, waarbij ten minste twee afstandhouders een gelijke lengte hebben.

9. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de ophangpunten door middel van een servomotor met een lineaire overbrenging bedienbaar transleerbaar zijn langs hun parallelle baan.

10. Positioneer-inrichting volgens conclusie 7, waarbij de overbrenging een eindloze riem, in het bijzonder een tandriem omvat.

11. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij een verbindingslijn tussen twee rotatiepunten aan het eerste ophangpunt van het eerste parallellogram parallel loopt of samenvalt met de kortste verbindingslijn tussen de banen waarlangs ophangpunten van het tweede en derde parallellogram zich bevinden.

12. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de verbindingslijnen tussen twee rotatiepunten op het ophangpunt van de tweede en derde parallellogrammen elkaar aan de van de parallelle baan van het eerste ophangpunt afgekeerde zijde van het platform kruisen.

13. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de positie van de ophangpunten bestuurbaar is op basis van een inverse kinematics model.

14. Positioneer-inrichting volgens conclusie 13, waarbij de inrichting na een reset door middel van forward kinematics ijkbaar is.

15. Positioneer-inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het platform voorzien is van een grijper, houder, of ander interface voor interactie met een object.