SE466244B - Balanseringssystem foer robot - Google Patents

Description

466 244 I fig 1 betecknar 1 den i det i figuren ej visade stativet lagrade första axeln. På denna första axel är en primärarm 2 svängbart lagrad. I primär- armens andra ände är anordnad en andra axel 3. En sekundärarm 4 har en första lagringspunkt 5 och är i denna punkt svängbart lagrad på den andra axeln 3. Ett stag 6 har anordnats parallellt med primärarmen 2 och är i ena änden svängbart förbundet med sekundärarmens 4 från första lagringspunkten 5 utskjutande bakre del 7 i en punkt 8. En med sekundärarmens 4 bakre del 7 i huvudsak parallell vevarm 9 är i ena änden svängbart lagrad på första axeln 1 och i andra medelst en tredje axel 10 svängbart förbunden med nämnda stags 6 andra ände. En andra lagringspunkt 11 har anordnats stelt förbunden med primärarmen 2 och på motsatt sida om nämnda första axel 1 i förhållande till primärarmens 2 huvudsakliga utsträckning. Denna andra lagringspunkt 11 är medelst en hävarm 12 svängbart förbunden med en motvikt 13 i en tredje lagringspunkt 14. Nämnda motvikt 13 eller en med motvikten 13 stelt förbunden stång 15 är i en fjärde lagringspunkt 16 svängbart anordnad på nämnda tredje axel 10.

Av fig 1 framgår att primärarmen 2, sekundärarmens 4 bakre del 7, staget 6 och vevarmen 9 bildar ett parallellsystem. Vidare bildar första axeln 1, andra och tredje lagringspunkterna 11, 14 och tredje axeln 10 en fyrhörning vars sidor lämpligen utformas så att ett andra parallellsystem bildas. Det nya enligt uppfinningen är att motvikten 13 är svängbart upphängd på den tredje axeln 10, likaledes svängbart förbunden med primärarmens 2 förläng- ning i andra lagringspunkten 11 medelst en extra hävarm 12.

I det följande undersökes nu motviktens balanseringsförmåga och hur upp- hängningen bör ske för att bäst utbalansering skall erhållas. I fig 2 och 3 har definitionerna för utförda beräkningar införts.

I fig 2 betecknar motviktens massa i motviktens tyngdpunkt primärarmens massa i primärarmens tyngdpunkt sekundärarmens massa i sekundärarmens tyngdpunkt primärarmens 2 totala längd stagets 6 längd vevarmens 9 längd NI-*l-'UJNI-J llll längden av sekundärarmens 4 bakre del hävarmens 12 längd FEBB NFNPFE* ll 'x 466244 L3 = avstånd mellan tredje 14 och fjärde 16 lagringspunkt L3 = avstånd mellan första axel 1 och andra lagringspunkt 11 La = kortaste avståndet mellan ml och fjärde lagringspunkt 16 L5 = avståndet mellan m3 och första lagringspunkt 5 61 = vinkeln mellan Llzs förlängning och L3 62 = vinkeln mellan L3 och La 92 = den vinkel primärarmen 2 rört sig vid en manövrering till det läge som visas i fig 3 Q3 = den vinkel sekundärarmen 4 rört sig i fig 3 I fig 4 och 5 har införts de krafter som balanseringsvikten orsakar i länk- armarna när dessa befinner sig i läget enligt fig 3. Därvid betecknar Fl = kraften i hävarmen 12 FZ = kraften i vevarmen 9 F3 = kraften i staget 6 I fig 5 har även längden av olika hävarmar beräknats för dessa krafter. Med ledning av ovanstående definitioner och beräkningar erhålles nu följande villkor för jämvikt. l F1sinç3 + F2sinQ3 - F3cosp2 = - mlg C) q Flcospg +_F2cosQ3 + F3sinç2 = O GD f* F1cosQ3L3cos(61+q12) + F1sinq>3L3sin(61+q:2 = = 'm1gL4Si“(e1'92*92) e) ®-> Fl = -mlgL4sin(91-62+q>2)/L3(cosq>3cos(61+q>2) + + sin2)) @ (D-» F3 = (F1sinç3+F2sinç3+m1g)/cosçz C) 466 244 G§í.C)-» F1cosp3 + F2cosç3 + F1sin93sin92/cosçz + + F2sinç3sinç2/cosçz +m1gsinç2/cosçz = 0 _) . .

SIHQ SIHQZ 2 = [-F1(cosç3+sinp3E3š$g) - m1gc0sQ2]/ sin 02 / (cosç3 + sinç3E3š¶-) = mïgsinqz 1 _ cosçz(cosç3+sinç3sinQ2/cosçz = m1gL4sin(61-62+v2) L3(cosp3cos(61+ç2) + sinç3sin(61+Q2)) _ m1gsinç2 cosç2cosç3 + sinp2sinç3 F3 = (Flsinpa + F2sinç3 + mlg)/ccspz = -m1gLusin(61-62+m2)sinm3 L3(cosç3cos(61+ç2) + sinç3sin(e1+ç2))cosç2 + -m1gsinç2sínm3 + (cosç2cosp3 + sinç3sinç2)cosç2 + mig/COSQZ = _ m1g _ sinç2sinq3 ) _ cosçz cosp2cosç3 + sin92sinç3 m1gCOSQ3 _ cosç2cos93 + sin çzsinça @ Fig 6 visar de krafter sekundärarmen Ä utsätts för. Därvid antages att momentet beräknas kring sekundärarmens 4 upphängningspunkt i andra axeln 3.

Statiskt moment MS = m3gL5cosp3 g\ .m Balanseringsmoment MB = -F3cosm2L2cosç3 - F3sinç2L2sinp3 = -F3L2(cosm2cøsç3 + sinp2sinp3) F3 insättes -m1gL2 cosç2cosm3+sinm2sinq3-sinç2sinm3 X MB3 = cosçz cosç2cosç3 + sinç2sinç3 x (cosçzcosçâ + sin Q2sinç3) = -m1gL2cosç3 Önskemål MS3 + MB3 = 0 m3gL5cosm3 = m1gL2cosç3 ml = m3L5/L2 466 244 Fig 7 visar de krafter primärarmen 2 utsätts för. Därvid antages att momentet beräknas kring axeln 1.

Statiskt moment MS = (x m2 + m3)gL1sinp2 Balanseringsmoment MB = F1cosp3L3cos(el+p2) + F1sinç3L3sin(61+92) = = F1L3(cos93cos(e1+92) + sinç3sin(e1+ç2)) Fl insättes -m1gL4sin(91-62+92)L3 MB2 = L3(cosç2cos(61+92) + sin(Q3Sin(61+92)) X x (cøsp3cos(el+ç2) + sinp3sin(e1+ç2)) = -m1gLusin(61-62+92) 466 244 Önskemål MB2=oaàq>2=o } _ MB2=maxdåp2=9o “e1'e2 Ms2*Mß2=° (x m2 + m3)gL1sinm2 = m1gL4sinm2 Lu = L1(x m2 + m3)/ml Q) Med ledning av ovanstående beräkningar står det klart att om motviktens massa väljs enligt ml = m3 - L5/L2 <3 så blir sekundärarmen 4 helt utbalanserad i hela arbetsområdet.

Om vidare avståndet Lu mellan motviktens 4 tyngdpunkt och fjärde lagringspunkten 16 väljs enligt Lu = L1(x m2 + m3)/m1 där x L1 = avståndet mellan primärarmens 2_tyngdpunktsläge och första axeln 1 och om förhållandet mellan vinklarna 61 och 62 väljs så att 62 = 61, dvs motviktens tyngdpunkt hänger rakt ned då primärarmen 2 står rakt upp (eller ned), så blir nedre armen helt utbalanserad i hela arbetsområdet.

Vinkeln el och längden L3 påverkar ej balanseringsförmågan.

Av tidigare ekvation 6 framgår att F3 går mot oändligheten då cosç2cosç3 + sinç2sinp3 går mot noll. cos çzcosps + sinç2sinç3 = 0 sinçzsinçs = -cosçzcosça tançz = -cotça pï. 466 3244 tanpz = -tan(9O-93) = tan(ç3-90) Vinkeln 93 - 92 i fig 8 får alltså ej närma sig 900, vilket den heller inte gör på robotar med parallellarmssystem.

Kraften F1 går mot oändligheten då cosp3cos(e1+p2) + sinp3sin(e1+ç2) går mot noll coso3cos(61+92) + sinp3sin(e1+ç2) = 0 ?3 ' 92 ' 61 = 90 För att få samma begränsning av vinkeln mellan övre och nedre armen på grund av det traditionella parallellarmssystemet och på grund av kraften F3 så bör vinkeln 61 väljas till 61 = 0.

Kraften Fl är omvänt proportionell mot längden L3. Genom att öka L3 så minskar Fl.

Sammanfattningsvis kan man alltså hos en parallellarmsrobot balansera ut både primärarm 2 och sekundärarm 4 inom armarnas hela arbetsområde med en och samma motvikt 13. Detta uppnås med en konstruktion enligt fig 9 om ml = m 3 ' Ls/Lz / ' Lu L1(x m2 + m3)m1 Därvid skall länkarmssystemet med motvikten 13 vara ett parallellarmssystem med räta vinklar i utgångsläget. I annat fall begränsas det arbetsområde inom vilket fullständig utbalansering sker.

Hela beräkningen har nu utförts för en stående robot men den gäller även för en hängande robot.

En utföringsform av en robot enligt uppfinningen visas som nämnts i fig 10-13. 466 244 I fig 10 användes samma beteckningar som tidigare i fig 1 med några till- lägg. I figuren vilar första axeln 1 på två parallella pelare 18 (den ena skymd) tillhörande stativet 17. På axeln 1 är primärarmen 2 lagrad och i övre änden försedd med en andra axel 3, på vilken sekundärarmen 4 är lagrad i en första lagringspunkt 5. Sekundärarmens 4 bakre del 7 är i en punkt 8 svängbart förbunden med ett med primärarmen 2 parallellt stag 6. Detta är nedtill över en tredje axel 10 medelst en vevarm 9 svängbart förbundet med första axeln 1. En andra lagringspunkt 11 har anordnats stelt förbunden med primärarmen 2 och på motsatt sida om första axeln 1 i förhållande till primärarmens 2 huvudsakliga utsträckning. Denna andra lagringspunkt 11 är medelst en hävarm 12 svängbart förbunden med en motvikt 13 i en tredje lagringspunkt 14. Nämnda motvikt 13 är även i en fjärde lagringspunkt 16 svängbart anordnad på den tredje axeln 10. Förbindelsen mellan motvikten 13 och tredje axeln 10 kan naturligtvis även utgöras av en med motvikten 13 stelt förbunden stång. En sådan visas schematiskt i fig 1 där stången betecknats med 15.

I fig 10 visas även en hängande motor 19 med en växellåda 21 för drivning av robotens armsystem. Motorn 20 tillhör stativet 17 och är avsedd för robotarmens och pelarens 18 rotation kring en vertikal axel.

Fig 11 visar roboten i fig 10 sedd bakifrån, dvs från vänster. Samma beteckningar som i fig 10 har använts. Av fig 11 framgår att pelarna 18 har mellan sig ett mellanrum 22 genom vilket motvikten 13 kan svänga. Motvikten 13 är delbar och sammanhålles av en skena 23. Den hänger i öronen ZÄ, som bildar fjärde lagringspunkten 16, på tredje axeln 10. 25 betecknar den gaffelformade änden på vevarmen 9.

Fig 12 visar roboten från sidan, varvid i nedre delen ett snitt gjorts längs symmetriaxeln i fig 13 så att den delbara motviktens 13 upphängning klart framgår. Fig 13 visar till sist den delbara motvikten 13.

Om nu endast primärarmen 2 manövreras och vinkeln mellan denna och sekun- därarmen 4 ej ändras förblir parallellsystemen helt stela och motvikten 13 följer med primärarmen 2 i rotationen kring första axeln 1 som om motvikten 13 varit stelt förenad med primärarmen 2. Är däremot primärarmen 2 helt stilla i sitt upprättstående läge och endast sekundärarmen 4 manövreras rör sig motvikten 13 i huvudsak rakt upp eller ned i och med att parallell- systemen antar romboidisk form. Vid en samtidig manövrering av nämnda

Claims (6)

466 (244 robotarmar erhålles följaktligen för motvikten 13 ett rörelsemönster som är en kombination av de bägge beskrivna rörelsemönstren. Genom att motvikten 13 vidare kan pendla in mellan stativets pelare 18 begränsas ej robotarmens rörelseområde av motvikten 13, något som är mycket betydelsefullt. Även primärarmen 2 har försetts med en viss längsgående fördjupning 26 för att staget 6 ej på ett tidigt stadium skall slå emot primärarmen 2 och därige- nom begränsa möjligheten att sträcka ut robotarmen 2, 4. PATENTKRAV

1. Robot omfattande ett stativ (17) med en första axel (1), en på denna axel (1) i ena änden svängbart lagrad primärarm (2), en i andra änden av primärarmen (2) anordnad andra axel (3), en på nämnda andra axel (3) i en första lagringspunkt (5) svängbart anordnad sekundärarm (4), ett med primärarmen (2) parallellt anordnat stag (6), vilket i ena änden är sväng- bart förbundet med sekundärarmens (4) från första lagringspunkten (5) ut- skjutande bakre del (7), en med sekundärarmens (4) bakre del (7) i huvudsak parallell vevarm (9) som i ena änden är svängbart lagrad på första axeln (1) och i andra änden medelst en tredje axel (10) svängbart förbunden med nämnda stags (6) andra ände, k ä n n e t e c k n a d av att en andra lagringspunkt (11) anordnats stelt förbunden med primärarmen (2) och på motsatt sida om nämnda första axel (1) i förhållande till primärarmens (2) huvudsakliga utsträckning, att en hävarm (12) med sin ena ände är lagrad i denna andra lagringspunkt (11) och med sin andra ände svängbart förbunden med en motvikt (13) i en tredje lagringspunkt (14), att nämnda motvikt (13) eller en med denna stelt förbunden stång (15) är svängbart anordnad på nämnda tredje axel (10) i en fjärde lagringspunkt (16), samt att nämnda första axel (1), andra (11) och tredje (14) lagringspunkt och tredje axel (10) bildar en fyrhörning.

2. Robot enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att motvik- tens (13) tyngdpunkt i ett plan huvudsakligen genom fyrhörningen och tyngd- punkten (13) förlagts utanför fyrhörningen.

3. Robot enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att hävarmen (12) anordnats parallellt med vevarmen (9). 10 466 244

4. Robot enligt patentkrav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att andra axeln (3), första axeln (1) och andra lagringspunkten (11) anordnats i linje.

5. Robot enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att tredje lagringspunkten (14) ligger i linje med staget (6).

6. Robot enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att stativet (17) innefattar två med mellanrum (22) anordnade pelare (18) i vilka nämnda första axel (1) lagrats, nämnda mellanrum (22) medgivande motviktens (13) passerande mellan pelarna (18).