NO159253B - Flerleddet robot. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en industrirobot, særlig en flerleddet robot for å tilveiebringe et antall leddforbindelser, omfattende et antall leddenheter som hver omfatter en drivinnretning og en koplingsdel som er dreibart anordnet i det minste ved en ende av leddenheten for tilkopling til en koplingsdel på en annen leddenhet, idet hver koplingsdel har en koplingsflate der de respektive leddenheter er sammenkoplet, samt organer for sammenkopling av leddenhetene. Med uttrykket "koplingsflate" menes her en plan flate på koplingselementet anordnet ved hver lengdeende av leddenheten. Nabo-leddenheter sammenkoples og, samvirker via koplingsflaten.

Idag benytter man en industrirobot for automatisk produksjon og for å eliminere arbeidskraft på forskjellige fremstillings-områder. En slik robot omfatter en flerleddet arm eller hånd som kan utføre en komplisert produksjonsbevegelse. Hvert ledd i armen eller hånden svinger, dreier, ekspanderer, og trekker seg sammen, hvorved roboten kan utføre en ønsket operasjon.

Den konvensjonelle industrirobot er vanligvis konstruert

og sammensatt som en enhetlig del og drivkraften overføres ved hjelp av overføringsorganer til enhetens endeparti som derfor må være lett av vekt. Armens eller håndens bevegelse styres av drivinnretningen i samsvar med en operasjon roboten skal utføre. Dersom det er ønskelig å forandre robotens operasjon,

må hele armen eller hånden, innbefattende dens drivinnretning, utskiftes. Det er også nødvendig å endre form, størrelse og funksjon for hvert ledd, drivinnretningen og antall ledd. Det er følgelig ikke enkelt å forandre robotens operasjon.

Foreliggende oppfinnelse eliminerer ovennevnte ulemper ved teknikkens stand. Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en flerleddet robot som enkelt kan monteres og i hvilken antallet ledd eller operasjoner lett kan endres.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en flerleddet robot som innledningsvis angitt, karakterisert ved at organene for sammenkopling av leddenhetene er skruer som er innført i en retning stort sett parallell med leddenhetenes koplingsflater. Ifølge en fordelaktig utføringsform av oppfinnelsen er koplingsdelene innrettet for sammenkopling av to leddenheter stort sett vinkelrett på lengderetningen til leddenhetene i utstrukket tilstand.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under

henvisning til tegningen.

Figur 1 er et riss av en demontert leddenhet ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 er et riss av en annen demontert leddenhet ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Figur 3 er et riss av ytterligere en annen demontert

leddenhet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 er et sideriss av enda en annen leddenhet ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Figur 5 viser et snitt av leddenheten ifølge figur 4 langs

linjen V-V på figur 4.

Figur 6 er et perspektivriss av en robot omfattende et

antall leddenheter som hver er av den i figur 4 viste type.

Figur 7 er et perspektivriss av en annen leddenhet ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Figur 8 er et perspektivriss av enda en annen leddenhet

ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 9 er et riss av leddenheten ifølge figur 8 i

demontert tilstand.

Figur 10 er et perspektivriss av en annen leddenhet ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Figur 11 er et riss av leddenheten ifølge figur 10 i

demontert tilstand.

Figur 12 er et perspektivriss av en robotarm i henhold til

foreliggende oppfinnelse.

Figur 13 er et perspektivriss av en annen robotarm i

henhold til foreliggende oppfinnelse.

Figur 14 er et skjematisk riss av hånden til roboten ifølge figur 13, vist med hånden lukket. Figur 15 er et skjematisk riss av hånden ifølge figur 14,

vist med hånden åpen.

Figur 16 er et perspektivriss av enda en annen robotarm i

henhold til foreliggende oppfinnelse.

Figur 17 er et perspektivriss av ytterligere en annen robotarm i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 18 er et perspektivriss av enda en annen robotarm i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Et eksempel på leddenheten i henhold til foreliggende oppfinnelse er vist i figur 1. Leddenheten 1 omfatter en hoveddel 2 og en koplingsdel 3 som er dreibar om en akse 4 beliggende ved øvre ende av hoveddelen 2. Koplingsdelen 3 omfatter utspring 6 på begge sider og en bøyd flens 8 ved bakre ende. Skruehull 7 er utformet i den bøyde flens 8. En stikkontakt 9 for elektrisk sammenkopling av leddenheter er festet til den øvre koplingsflate 5 på koplingsdelen 3. Et styrespor 10 som er innrettet til å oppta utspringet 6 på koplingsdelen 3 er utformet ved nedre ende av hver side av hoveddelen 2. Videre er en stikkontakt 11 som skal forbindes med stikkontakten 9 anordnet ved nedre ende av hoveddelen 2. Stikkontaktene 9 og 11 sammenkoples ved hjelp av en kort plugg 12. Pluggen 12 innstikkes i retning parallelt med koplingsflaten 5, som vist ved pilen C. Koplingsdelen 3 er forbundet med en motor 15 via et forbindelsesstykke 13 og en skruestang 14 som er innskrudd i forbindelsesstykket 13. Skruestangen 14 dreier rundt når motoren 15 er i drift, hvorved forbindelsesstykket 13 beveger seg langs skruestangen 14 og koplingsdelen 3 følgelig dreier om aksen 4, som antydet ved pilene A, slik at de sammenkoplete leddenheter artikulerer, det vil si dreier i forhold til hverandre. Utspringet 6 på koplingsdelen 3 innskyves i styresporet 10 mot fjærvirkning fra et styreparti 10a som avgrenser nedre del av styresporet 10. Utspringet 6 fastholdes følgelig i Styresporet 10 når det er innført i dette. De to leddenheter blir så fast sammenkoplet med skruer 16. Skruene 16 innskrues i retning parallelt med koplingsflaten 5, som vist ved pilen B. Kabler 17, som er forbundet med stikkontaktene 9 og 11, samt motoren 15 er anordnet i hoveddelen

Et annet eksempel på leddenheten 1 i henhold til foreliggende oppfinnelse er vist i figur 2. Denne leddenhet 1

omfatter en magnet 18 ved sin øvre ende og et ferromagnetisk materiale 19, såsom jern, ved sin nedre ende. Leddenhetene 1 blir først forbundet ved magnetkraften fra magneten 18.

Deretter blir leddenhetene 1 fast sammenkoplet med skruer 16.

Henvisningstallet 2 0 betegner en plugg for aktivisering av en spole (ikke vist) som svekker kraften fra magneten 18 når leddenhetene 1 demonteres. Andre konstruksjoner og funksjoner ved leddenhetene er stort sett de samme som i eksemplet på figur 1.

Figur 3 viser et demontert riss av en annen leddenhet i henhold til foreliggende oppfinnelse. En motor 102 er montert i en hoveddel 101, og en skruestang 103 er forbundet med motorens 102 utgang. Et mutterelement 104 er påskrudd skruestangen 103 slik at mutterelementet 104 beveges langs skruestangen 103 i samsvar med skruestangens 103 omdreining. To endeløse remmer 107 som hver står i inngrep med remskiver 105 og 106, er festet til mutterelementet 104. Skiven 105 er forbundet med en

koplingsdel 109 via koniske tannhjul 108. Kabler 120 omfattende strøm- og signal-ledninger er anordnet i hoveddelen 101. Kablene 120 er tilstrekkelig lange til å tillate uhindret bevegelse av koplingsdelen 109. En stikkontakt 113 som kablene 12 0 er forbundet med, er festet til koplingsdelens 109 toppflate.

Stikkontakten 113 er via en kortplugg 114 forbundet med en stikkontakt 112 som er anordnet ved nedre ende av en annen leddenhet som skal sammenkoples med en første (ovennevnte) leddenhet. Leddenhetene sammenkoples på en slik måte at et festestykke 110 som er utformet ved nedre ende av hoveddelen 101 ved hjelp av skruer 111 kan festes til koplingsdelen 109 som er utformet ved øvre ende av den første leddenhet som skal sammenkoples med den andre leddenhet. Hoveddelen 101 er dekket av et deksel 115. Når motoren 102 igangsettes dreier skivene 105 og 106 via mutterelementet 104 og de endeløse remmer 107. Koplingsdelen 109 vil derved artikulere via tannhjulene 108.

Omdreiningen av remskivene 105 og 106 kan overføres

direkte til koplingsdelen 109 slik at kopingsdelen 109 svinger, som vist ved pilene A, hvorved tannhjulene 108 kan utelates.

Et annet eksempel på leddenheten i henhold til foreliggende oppfinnelse er vist i figur 4 og 5. En motor 102 er montert i en hoveddel 101 og en skruestang 103 er forbundet med motorens 102 utgang. Et mutterelement 104 er påskrudd skruestangen 103, og en rem 107 er festet til mutterelementet 104. Remmen 107 står i inngrep med et sektorelement 116 som kan dreie om en aksel 118. I likhet med eksemplet på figur 3 aktiviserer motoren 102 sektorelementet 116 via skruestangen 103, mutterelementet 104, og remmen 107, slik at en koplingsdel 117 som er festet til sektorelementet 116 artikulerer som vist ved pilene B. En fjær 119 er anordnet i hoveddelen 101 for å bringe sektorelementet 116 tilbake til dets utgangsstilling. Dødgangen i skruestangen 103 og sektorelementet 116 opptas i fjæren 119. Fjæren 119 er dekket av en hylse 121 som hindrer at kablene 120 kommer i konflikt med fjæren 119. Hylsen 121 virker også som styring for kutterelementet 104 og hindrer at dette dreier rundt.

Et antall av de ovennevnte leddenheter er sammenkoplet for å danne en flerleddet robotarm med en hånd 122 ved sin ende, som vist i figur 6. En strekklapp 12 4 (figur 4) kan være festet til remmen 107 for å detektere den kraft som virker på leddet. Et magnetbånd 123 (figur 4) kan også være festet til remmen 107 for å utgjøre en posisjonsdetekteringsinnretning i samvirke med en magnetisk føler 125 (figur 4) som er festet til hoveddelen 101.

Et annet eksempel på leddenheten ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 7. Denne leddenhet omfatter en tannhjulsoverføring omfattende koniske tannhjul 201 og 202 og et konisk tannhjul 203 som tannhjulene 201 og 202 står i inngrep med. En koplingsdel som tannhjulet 203 er forbundet med, kan dreie om aksen til de koniske tannhjul 201 og 202 som vist ved pilen D, og om aksen til tannhjulet 203, som vist ved pilen E, i forhold til leddenhetens hoveddel 205. De koniske tannhjul 201 og 202 drives uavhengig av motorer henholdsvis 206 og 207. En skruestang 208 er forbundet med motoren 206. Et mutterelement 209 er skrudd på skruestangen 208 slik at mutterelementet 2 09 beveges langs skruestangen 208 i samsvar med skruestangens 2 08 omdreining. Den ene ende av en rem 210 er festet til mutterelementet 209 og den andre ende er forbundet med en fjær 211 som er festet til hoveddelen 205. Det koniske tannhjul 201 dreier via beltet 210, som følge av mutterlementets 209 bevegelse. Tannhjulet 202 dreies rundt av motoren 207 på samme måte som omdreiningen av det koniske tannhjul 201.

En forlengbar leddenhet er vist i figur 8 og 9. Leddenheten omfatter en hoveddel 212, en motor 213 som er montert i hoveddelen 212, en skruestang 214 som er forbundet med motoren 213, og et mutterelement 215 som er påskrudd skruestangen 214 for å beveges langs skruestangen 214 i samsvar med skruestanagens 214 omdreining. Leddenheten utskyves og innskyves i samsvar med bevegelsen til koplingsdelen 216 som er festet til mutterelementet 215, langs hoveddelens 212 lengdeakse, idet koplingsdelens 216 bevegelse skyldes motorens 213 rotasjon.

En dreibar leddenhet er vist i figur 10 og 11. Leddenheten omfatter en hoveddel 217, en motor 218 som er montert i hoveddelen 217, en skruestang 219 som er forbundet med motoren 218, og et mutterelement 220 som er bevegelig langs skruestangen 219 i samsvar med skruestangens 219 dreiebevegelse. Skruegjenger 221 med stor stigning er utformet på mutterelementet 220. En sylinder 223 omfattende innvendige gjenger 222 som står i inngrep med de utvendige gjenger 221 på mutterelementet 22 0 er montert på mutterelementet 220. Når motoren 218 roterer vil mutterelementet 220 bevege seg langs skruestangen 219 slik at sylinderen 223 dreier om dens lengdeakse sammen med den tilfestete koplingsdel 224. Et stort dreiemoment kan oppnås ved overføring av dreiemomentet fra motoren til sylinderen via mutterelementet istedenfor direkte overføring av dreiemomentet fra motoren til sylinderen.

En robotarm for utførelse av en ønsket bevegelse kan konstrueres ved passende sammensetning av forskjellige typer av ovennevnte leddenheter.

Et eksempel på ledd-robotarmen ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 12. Robotarmen på figur 12 omfatter leddenheter 22 6 og 227 og har til oppgave å trekke opp

gress 225. Den dreibare og foldbare leddenhet på figur 7 eller dreieleddenheten på figur 11 kan benyttes som leddenheten 227

på denne robot. Den foldbare leddenhet på figur 1, 2 eller 3 kan anvendes som leddenheten 226.

Et annet eksempel på robot-leddarmen ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 13. Robotarmen på figur 13 har til oppgave å manipulere på en injektor 228. Injektoren 228 holdes av en hånd 229. Et eksempel på konstruksjonen av en slik hånd 7

229 er vist i figur 14 og 15. En skruestang 231 er forbundet med utgangen fra en motor 230, og et mutterelement 232 er anordnet på skruestangen 231 slik at det beveges langs skruestangen 231 når skruestangen 231 roterer. Den ene ende av hver av to på hverandre beliggende rammer 233 er festet til mutterelementet 232 og den andre ende er festet til ruller 234 og 235. Fingre 236 og 237 er festet til ruller henholdsvis 234 og 235. Fjærer 238 og 239 står i inngrep med rullene henholdsvis 234 og 235, slik at de virker til å åpne fingrene henholdsvis

236 og 237. Når motoren 230 er i drift slik at mutterelementet 232 beveges fremover (til høyre), åpnes fingrene 236 og 237 som følge av kraften fra fjærene henholdsvis 238 og 239, som vist i figur 15. Når motoren 230 roteres i motsatt retning slik at mutterelementet 232 beveges bakover (mot venstre), lukker fingrene 236 og 237, som vist i figur 14.

Et annet eksempel på robot-leddarmen ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 16. Robotarmen på figur 16 har til oppgave å stikke et stykke papir inn i en konvolutt. En konvolutt 240 er plassert på et underlag 242, og et båndstykke 243 på roboten skyver ned fliken på konvolutten og åpner konvolutten. Deretter innstikkes et papirstykke 241 i konvolutten ved hjelp av de utskyvbare leddenheter 244 og 245.

Et annet eksempel på en robot-leddarm ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 17. Robotarmen på figur 17 har til oppgave å plukke frukt. Et stykke frukt 253 detekteres av en detektor 246, bladene 254 tvinges oppad av håndstykkene 247, og stilken kuttes med saks 248.

Et annet eksempel på robot-leddarmen ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figur 18. Robotarmen på figur 18 har til oppgave å vende sidene i en bok. Kilen 250 innføres i en bok 249. Den øverste siden skilles fra de andre sidene ved hjelp av en gummirull 251. Deretter innføres et håndstykke 252 i spalten under den øverste siden og vender den øverste siden.

Som ovenfor nevnt omfatter flerledd-roboten ifølge foreliggende oppfinnelse et antall leddenheter, som hver omfatter en uavhengig drivinnretning og utfører en ønsket bevegelse. Ved hensiktsmessig utvelgelse og montering av leddenhetene kan man følgelig lett oppnå en robot som kan utføre en ønsket operasjon. Også antallet ledd kan enkelt økes eller minskes, og robotens operasjon kan lett endres.

Som tidligere nevnt i forbindelse med figur 1 og 2, er innføringsretningen for skruene som forbinder leddenehetene parallell med koplingsflaten mellom leddenhetene, det vil si stort sett vinkelrett på hver leddenhets lengdeakse, og forlengelsen av innføringsretningen for koplingsdelen i styresporet er også parallell med koplingsflaten. Videre er innføringsretningen for den korte plugg som elektrisk forbinder leddenhetene også parallell med koplingsflaten mellom leddenhetene. Derfor er der ingen kraftkomponent i lengderetningen av hver leddenhet, slik at det blir mulig å unngå skade på den innvendige konstruksjon i leddenheten som følge av kraften som anvendes for å kombinere leddenhetene.

Som tidligere nevnt i forbindelse med figur 3, 4 og 5 blir skruebevegelsen i forbindelse med motoren omdannet til en leddbevegelse via remmen og det dreibare element som står i inngrep med remmen. Motorens dreievinkel svarer nøyaktig til leddenhetens dreievinkel. Derfor kan nøyaktig kontroll av leddbevegelsen lett oppnås. Videre kan detektorer for detekte-ring av kraften som virker på leddenheten og leddenhetens vinkelstilling lett festes til leddenheten slik at kraften, stillingen, og akselerasjonen for leddenheten lett kan detekteres, for oppnåelse av nøyaktig styring av robotarmen.

Claims (2)

1. Flerleddet robot for å tilveiebringe et antall leddforbindelser, omfattende et antall leddenheter (1) som hver omfatter en drivinnretning (13 - 15; 102 - 107; 206 - 210; 213 - 215;

218 - 221; 230 - 232) og en koplingsdel (3; 109; 117; 204; 216;

224) som er dreibart anordnet i det minste ved en ende av leddenheten for tilkopling til en koplingsdel på en annen leddenhet, idet hver koplingsdel har en koplingsflate (5) der de respektive leddenheter er sammenkoplet, samt organer for sammenkopling av leddenhetene, karakterisert ved at organene for sammenkopling av leddenhetene er skruer (16, 111) som er innført i en retning stort sett parallell med leddenhetenes koplingsflater.

2. Flerleddet robot ifølge krav 1, karakterisert ved at koplingsdelene er innrettet for sammenkopling av to leddenheter stort sett vinkelrett på lengderetningen til leddenhetene i utstrukket tilstand.