NO852896L - Pneumatisk robot-haandledd. - Google Patents

Description

Manipulatoranordninger, ofte betegnet som del av robot-systemer, har funnet utstrakt anerkjennelse i tallrike sammenstillingsanvendelser. Nøyaktigheten og pål iteligheten av slike anvendelser avhenger i en betydelig grad av nøyaktigheten og gjentagbarheten hos håndleddet som styrer posisjoneringen av slutt-utøveren, dvs. griperen.

Oppfinnelsen tilveiebringer en forbedret robot-håndleddenhet som gir ønskelige egenskaper og overvinner ulemper ved tidligere kjente løsninger.

I sitt videste henseende omfatter oppfinnelsen en pneumatisk håndleddanordning for en robotkonstruksjon, omfattende en første tubulære enhet som har en tubulær innvendig lineær lagerhylse, en andre tubulær enhet omfattende en stasjonær stang og stempelkombinasjon og et tubulært hulakselelement med en lukket ende anbragt på aksialt om nevnte stang og stempelkombinasj on for vertikal bevegelse om nevnte stang og stempel og innenfor nevnte lineære lagerhylse hos nevnte første tubulære enhet, middel koplet til nevnte første tubulære enhet for å påføre rotasjonsbevegelse på kombinasjonen av nevnte første tubulære enhet og nevnte tubulære hulakselelement om nevnte stang og stempel, i det nevnte stasjonære stang og stempelkombinasjon definerer første og andre isolerte pneumatiske kammere innenfor nevnte tubulære hulakselelement, middel for å variere det pneumatiske trykket innenfor nevnte første kammer f or å utføre vertikal bevegelse av nevnte tubulære hulakselelement i en retning og for å variere det pneumatiske trykket i nevnte andre kammer til å utføre vertikal bevegelse av nevnte tubulær hulakselelement i den motsatte retningen, og en slutt-utøvers støttemiddel koplet til en ende av nevnte tubulære hulakselelement.

I en foretrukket utførelsesf orm som er beskrevet her , er der tilveiebragt en forenklet pneumatisk robot-håndleddenhet hvor en tubulær håndleddsenhet som omfatter et tubulært hulakselelement er glidbart plassert relativt en stasjonær tubulær stang og stempelanordning til å utføre vertikal bevegelse av en robotslutt-utøver som reaksjon på variasjoner i pneumatisk trykk som utvikles innenfor det tubulære elementet. Luft som innføres via den stasjonære tubulære stang og stempelet og/eller en enhetsadapter etablerer den vertikale posisjonen av slutt-utøveren hos den tubulære håndleddsenheten. Vedvarende rotasjon av den tubulære håndleddsenheten realiseres ved hjelp av et kjeglehjulsett som er koplet til en likestrømsservomotor ved hjelp aven dreiemomentrørenhet.

Oppfinnelsen vil lettere fremgå av den etterfølgende eksempelvise forklaring som skal leses i forbindelse med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er en bildemessig fremstilling av en manipulatoranordning som har en pneumatisk håndleddenhet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er en illustrasjon i snitt av den pneumatiske håndleddsenheten i fig. 1 og robotarmen som understøtter håndleddsenheten. Fig. 3 er en illustrasjon i snitt langs linjen III-III

i fig. 2.

I fig. 1 er vist en konvensjonell manipulatoranordning 1 0 omfattende en basisenhet B med drivmotorer M og en vertikal søyle C som understøtter en primær armenhet P fra hvilken forløper en andre armenhet S. Et modulhåndleddW i kombina-sjon med en slutt-utøver E er festet til den sekundære armenheten S. Operasjonen av manipulatoranordningen 1 0 styres fra styrekonsollen CC. Rotasjonsbevegelsen av primærarmenheten P og sekundærarmenheten S styres av drivmotorene M og en drivanordning som kopler drivmotorene M gj ennom basisenheten B og søylen C. En manipulatoranordning av denne type er vist og beskrevet i detalj i US-patent 4.392.776 med tittel "Robotic Manipulator Structure" som er overdratt til Westinghouse Electric Corporation og som innbefattes her ved henvisning.

Selv om der er tallrike teknikker for å realisere operasjonen av håndleddsenheten W til å utføre bevegelse og operasjon av slutt-utøveren E, viser den pneumatiske håndleddsenheten som fremgår detaljert av fig. 2 og 3, en relativ enkel, virkningsfull og pålitelig håndleddsenhet-utformning.

Den pneumatisk aktiverte håndleddsenheten 20 i fig. 2 har en tubulær enhet 21 med en hulaksel 22 plassert for vertikal bevegelse innenfor en tubulær lineær lagerenhet 24 som reaksjon på trykkendringer i kammerene A og B definert av den stasjonære kombinasjonen av den tubulære stangen 26 og stempelet 28. Slutt-utøverens monteringsplate 30 er festet til den bevegelige hulakselen 22 og understøtter slutt-utøveren E, dvs. griperen etc. Rotasjonsbevegelsen av hulakselen 22 om den tubulære stangen 26 skj er med hj elp av kjeglehjulsettet 32 som består av et ringtannhjul 34 festet til den tubulære lagerenheten 24 og etpinionhjul 36 som er operativt koplet til en likestrømsservomotor 38 ved hjelp av drivakselen eller dreiemomentrøret 40. Pinionhjulet 36 reagerer overfor likestrømsservomotoren 38 ved å gi rotasjon til enheten 21 via ringtannhjulet 34. Dobbeltlageret 42 understøtter drivakselen 40 og virker til aksielt å fast-holde kjegletannhjulssettet 32. Dette tillater justering hva angår bevegelsesklaringen i tannhjulssettet 32 for derved både å redusere tilbakeslag i håndleddsaksens drivsett og å kompensere for slitasje i utvekslingen.

En fireveissolenoidventil 44 som er festet i robotens 1 0 sekundærarm S styrer det pneumatiske trykket i kammerene A og B i enheten 21 ved å styre en luftstrøm gj ennom rørene 46 og 48. Luftrøret 46 er forbundet gj ennom kopl inger 50 til den tubulære stangen 26 for å innføre lufttrykk i kammeret A for derved å øke kammerets volum og bevege enheten 21 og dens tilhørende slutt-utøvers støtteplate 30 nedad mot en sammenstillingsarbeidsstasj on WS . Luft som tilføres gj ennom røret 48, som er koplet via koplingen 52, innfører lufttrykk i kammeret B via en passasje 69 med den resulterende økning av volumet i kammeret B som bevirker enheten 21 til å bevege seg oppad, eller bort f ra sammenstillingsarbeidsstasjonen WS. En andre fireveissolenoidventi1 45, plassert iden sekundære armen S i fig. 2, tilveiebringer pneumatisk styring til slutt-utøveren E.

Enheten 21 understøttes i huset H hos håndleddsenheten W ved hjelp av en monteringsbrakett 54 og en sammenkopling 50 . En skulder 56 på enden av stangen 26 som forløpe gjennom åpningen 58 i monteringsplaten 54, tillater at den tubulære stangen 26 er selvinnrettende og flyter på tetningene i enhetsadapteren 60 for enheten 21 . Dette trekk reduserer friksj onsvirkningene, eliminerer sidebelastning og muliggj ør j evn drift.

Enhetsadapteren 60 omfatter en dreibar hylse eller tetnings-anordning 62 til hvilken enheten 21 er festet. Hylsen 62 er festet for rotasjon med et ikke roterbart huselement 64 ved hjelp av tetningene 66. Luft innføres i kammeret B via passasjen 69 mellom den tubulære stangen 26 og hylsen 62 hindres ved å gå ut av enheten 60 ved hjelp av tetningene 70 og 71 . Bevegelsesslutten for enhetens 21 vertikale bevegelse overvåkes av en bevegelsesslutt nærhetsbryter 72 som avføler skulderforlengelsen 74 av huset 64.

De vinkelmessige kontakt, justerbare forbelastningslagre 41 og 43 understøtter rotasjon av enheten 21 og den lineære lagerenheten 24 i det tubulære huset 29 som reaksjon på likestrømsservomotoren 38. Den vesentlige vertikale avstand mellom lagerene 41 og 43 reduserer horisontale bøyninger av rørenheten 21 ved å øke dens stivhet og tilveiebringe motstand overfor sidebelastninger som møtes under store akslereasjons/retardasjonshastigheter og innføringsopera-sjoner for enheten. Dette øker påliteligheten, nøyaktig-heten og stabiliteten for slutt-utøveren E.

I fig. 3 er vist et snittriss av hulakselen 22 som er glidbart plassert i den tubulære lineære lagerenheten 24 . Den tubulære hulakselen 22 og den tubulærelineærelager-enheten 24 er koaksialt anbragt om den tubulære stangen 26. Hulakselen som kan være konstruert av stål, er vist med en sirkulær innvendig omkrets og med en sekskantet utvendig omkrets. Den lineære lagerenheten 24 er vist bestående av et tubulært lineært lager 25 som er sammensatt av en teflon impregnert nylonhylsesammensetning som er innpakket med glassfiberfilament, kommersielt tilgjengelig under handels-navnet "Duralon" f ra Rexnord Bearing Company. Den lineære lagersammensetning tillater vertikal bevegelse av hulakselen 22 under lav friksjon, samtidig som det gis vertikal stabilitet til hulakselenheten 21 som reagerer på vertikal pneumatisk posisjonering fra fireveissolenoidventilen 44 . Den sekskantede utformning tilveiebringer rotasjonsmessig stabilitet og tjener hovedsaklig som en drivkile mellom hulakselen 22 og det lineære lageret 25. Det er innlysende at en lignende kilingsfunksjon ville kunne realiseres ved utformninger som er andre enn den illustrerte sekskantede utformning.

Det tubulære lineære lageret 25 er festet mot den innvendige skulderen 29 av det tubulære stålelementet 27, som vist i fig. 2, ved hjelp av holderingen 31 som er festet til det tubulære elementet 27 ved hjelp av monteringsskruer 33 • Elastomerringer 35 og 37 plassert ved hver ende av det tubulære huselementet 27 gir mekanisk stopporganer eller puter for bevegelsesslutt, for den vertikale bevegelsen av enheten 21 .

Claims (9)

1 . Pneumatisk håndleddanordning for en robotkonstruksjon, karakterisert ved en første tubulær enhet som har en tubulær innvendig lineær lagerhylse, en andre tubulær enhet som har en stasjonær stang og stempelkombinasjon og et tubulært hulakselelement med lukket ende anbragt koaksialt om nevnte stang og stempelkombinasjon for vertikal bevegelse om nevnte stang og stempel og innenfor nevnte lineære lagerhylse av nevnte første tubulære enhet, middel koplet til nevnte første tubulære enhet for å påføre rotasjonsbevegelse på kombinasjonen av nevnte første tubulære enhet og nevnte tubulære hulakselelement om nevnte stang og stempel,

1 det nevnte stas j onære stang og stempelkombinas j on definerer første og andre isolerte pneumatiske kammere innenfor nevnte tubulære hulakselelement, middel for å variere det pneumatiske trykket innenfor nevnte første kammer til å utføre vertikal bevegelse av nevnte tubulære hulakselelement i en retning og for å variere det pneumatiske trykket i nevnte andre kammer for å utføre vertikal bevegelse av nevnte tubulære hulakselelement i den motsatte retning, og et slutt-utøverstøttemiddel koplet til en ende av nevnte tubulære hulakselelement.

2 . Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel for å påføre rotasjonsbevegelse på kombinasjonen av nevnte første tubulære enhet og nevnte tubulære hulakselelement omfatter et kj egletannhj ulssett som har et ringtannhjul festet til nevnte første tubulære enhet og et piniontannhjul som danner inngrep, og et drivmiddel koplet til nevnte piniontannhjul for styring av rotasjonen av nevnte kombinasj on om nevnte stang og stempel.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte drivmiddel omfatter en likestrømsservo-motor, en drivaksel som forbinder likestrømsservomotoren med nevnte piniontannhjul, og et dobbelt lager for å understøtte nevnte drivaksel.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte innvendige lineære lagerhylse er sammensatt av en teflonimpregnert nylonhylsesammensetning innpakket med glassfiberfilament.

5. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innvendige overflaten av nevnte lineære lagerhylse er sekskantet og den utvendige overflaten av nevnte tilpassede tubulære hulakselelement er sekskantet.

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innvendige overflaten av nevnte lineære lagerhylse og den dertil passende utvendige overflaten av nevnte tubulære hulakselelement har en geometri som hindrer rotasjonsbevegelse av den lineære lagerhylsen relativt nevnte tubulære hulakselelement.

7. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved dessuten å omfatte et adaptermiddel som har et tubulært stasjonært adapterhus og en innvendig tetnings-anordning som forløper innenfor og er festet til nevnte første tubulære enhet ved en ende motsatt nevnte støtte- middel for slutt-utøveren, idet nevnte tetningsanordningsmiddel har en åpning gjennom seg, hvor nevnte stasjonære stang forløper gjennom nevnte åpning og hvor nevnte stang er et tubulær element, i det nevnte middel for å variere det pneumatiske trykket omfatter middel for å innføre fluidumsstrøm i nevnte første kammer gjennom nevnte tubulære stang, og middel for å innføre pneumatisk f luidumsstrøm inn i nevnte andre kammer gjennom en passasje i kombinasjonen av nevnte adapterhus og nevnte innvendige tetningsanordningsmiddel og en passasje definert av åpningsrom mellom nevnte stang og nevnte innvendige tetningsorganmiddel.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte middel for å variere det pneumatiske trykket består av et fireveissolenoidventilmiddel for styring av tilførselen av luft gjennom en første luftledning koplet til nevnte stang og en andre luftledning koplet til nevnte adapterhus.

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved ytterligere å innbefatte et håndleddsenhethus og en monteringsbrakett som har en åpning i denne festet i nevnte hus for understøttelse av kombinas j onen av nevnte første og andre tubulære enheter, i det nevnte stang som kommer ut fra nevnte tetningsanordningsmiddel strekker seg gjennom nevnte åpning i et løst pasningsforhold for å tillate selvinnret-ning av håndleddsenheten for derved å redusere sidebelast-ningsvirkninger og gi en j evn drift.