SE514705C2 - Industrirobot enligt deltakonceptet, förfarande samt användning av dylik robot - Google Patents

Description

25 30 5:14 705 2 tjäna som diivaxel från en motor i basdelen till ett verktyg anordnat till den rörliga plattan.

Rotationen ska ha ett minimalt glapp och kunna utföras i rymden, d.v.s. avståndet från den rörliga plattan till robotens bas, basdelen, är föränderlig. Den linjära rörelsen kan ha en hastighet upp till 10 m/s. Antalet upploclcningar av objekt kan vara 120 stycken per minut, vilket motsvarar två objekt per sekund. Dessutom är denna deltarobot vanligen utrustad med ett system som visuellt identifierar objekten och endast välj er ut de som är perfekta.

Ett problem med denna robot är att vid rotationsrörelse med armsystemet uppstår friktion och glapp mellan ingående delar. Samtidigt som teleskopaxeln ska minska resp. öka i längd, ska den också kunna överföra relativt stora moment, under stor precision, hög hastighet/acceleration, oavsett om objekt som ska plockas är placerade på ett löpande band, slumpvis eller styrt placerat. Vid kända teleskopaxlar för industrirobotar enligt deltakonceptet är en inre axel lagrad i ett yttre rör med ett ordinärt glidlager, Lex. i form av ”splines” eller liknade organ, vilket ger ett glapp i momentöverföringen och vilket inte klarar högre moment än ca 0,5 Nm vid måttliga hastigheter. lndustrirobotar enligt deltakonceptet används bl.a. i livsmedelsindustrin, medicinvetenskapen, eller inom andra områden där miljö- och hälsokontrollen är mycket sträng. Renlighetskraven på all processutrustning i dessa känsliga miljöer är höga. Ett problem vid användning av en ordinär teleskopaxel, d.v.s. av den generella typen där en inre axel är lagrad i ett yttre rör som är íörskjutbar i längdsled i det yttre röret, är att det finns utryrnmen som är svåra att rengöra där smuts och bakterier lätt kan ansarnlas. En ordinär teleskopaxel, innefattande bl.a. lager och bussningar, är även känslig för rengöring såsom spolning med vatten.

Genom US-A-4,976,582 är en industrirobot enligt deltakonceptet med ett armsystem förut känd, vilket innefattar en teleskopaxel. Denna patentskrift beskriver generellt en s.k. deltarobot, vilken har ett armsystem och ett därtill anslutet verktyg som är avsett för rotation i rymden, d.v.s. en rotation med tre frihetsgrader i x-, y- och z-led. Armsystemet innefattar en basdel, en rörlig platta och däremellan ett flertal ledade stag.

\\FSERVER\USERS\JG\Word-d0k\P-akter\ l 10014900 . pritexLdoc 10 15 20 25 30 514 705 3 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en anordning vid en industrirobot vilken anordning medger rengöring med vatten, är enklare att rengöra än konventionella konstruktioner, har minimalt med utrymmen där smuts och bakterier kan ansarnlas. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att hos en teleskoparm till en sådan robot medge en glappfri förskjutbar momentöverförande rörelse med låg fiiktion. Ett mål med föreliggande uppfinning är således att med ett armsystem för en industrirobot glappfiitt kunna utföra en rotationsrörelse i rymden, med minimal friktion, och med maximal styvhet. Rotationsrörelsen ska kunna utföras med höga hastigheter och accelerationer, med relativt stora moment.

Lösningen åstadkoms med en industrirobot med de i patentkrav 1 angivna särdragen. Närmare bestämt avser föreliggande uppfinning enligt patentkrav l en industrirobot enligt deltakonceptet med ett armsystem avsett för rotation i rymden, vilket innefattar en basdel, en rörlig platta, ett flertal ledade stag och en teleskopaxel anordnad mellan basdelen och den rörliga plattan. Motsatta ändar av stagen och teleskopaxeln är i förbindelse med basdelen respektive med den rörliga plattan. Teleskopaxeln innefattar en första teleskoparm och en andra teleskoparm vilka är i längdrikttiingen förskjutbart anordnade i förhållande till varandra.

Den första teleskoparmen innefattar åtminstone två stänger, en inre hållare, vid vilken stängemas inre ändar är fast anordnade, och en yttre hållare vid vilken stängemas yttre ändar är fast anordnade. Den andra teleskoparmen innefattar åtminstone två stänger, en inre hållare, vid vilken stängemas inre ändar är fast anordnade, och en yttre hållare, vid vilken stängemas yttre ändar är fast anordnade. Den första teleskoparmens inre hållare innefattar urtag, i vilka den andra teleskoparmens stänger löper. Den andra teleskoparmens inre hållare innefattar urtag, i vilka den första teleskoparmens stänger löper.

En fördel med föreliggande uppfinning är att den enkelt och snabbt kan rengöras oberoende av läge (spolas av med vatten), då teleskopaxeln innefattar lättåtkomliga utrymmen och för rengöring tåliga komponenter. Samtidigt åstadkoms en mycket vridstyv konstruktion, där en teleskopaxel med glappfii parallell momentöverfórande rörelse med låg friktion erhålles.

Konstruktionen klarar höga moment, över 1 Nm, och linjära hastigheter upp till l0 m/s. En ytterligare fördel är att fiiktion och glapp minimeras, varvid en roboten kan utför rotationsrörelse under hög hastighet med stor precision.

\\FSERVER\USERSUG\Word-dok\P-akter\l l00l4900.pritext.doc 10 15 20 25 30 514 705 4 Teleskopaxeln är anordnad att utföra en rotationsrörelse. Stängerna är excentriskt anordnade och parallellt förskjutna vid teleskoparmarna i förhållande till teleskopaxelns vridningsaxel, vilket gör att belastningen blir mindre på lagringar i jämförelse med en ordinär teleskopaxel (där ett yttre rör lagrat till en inre axel som är förskjutbar i längdsled i det yttre röret). Den minskade belastningen enligt föreliggande uppfinning beror på att kraftema flyttas ut till de excentriskt anordnade stängema, i jämförelse med en ordinär teleskopaxel där krafterna verkar centralt kring vridningsaxeln.

Vardera teleskoparm innefattar åtminstone två parallella stänger. Respektive stång är vid sina ändpartier fast anordnade till hållare. Hållarna, vilka även kan benämnas plattor eller liknade, är lämpligen skivforrnade. Hållarna kan därvidlag exempelvis ha en cirkulär, eliptisk, kvadratisk, eller en oregelbunden form. Hållarnas tjocklek i axiell riktning, d.v.s. parallellt med teleskopaxelns längclutsträckning, kan vara väsentligen mindre än hållarens genomsnittliga diameter (radiell riktning). Hållarna måste dock ha en tillräcklig tjocklek och styvhet för att stängema skall vara böjstyvt anordnade vid hållarna. Enligt en utföringsform kan emellertid i synnerhet de inre hållarna ha en betydande längdutsträckning, varvid de bildar en hylsforrnig kropp. De på respektive teleskoparm yttre hållarna utgör teleskopaxelns respektive ändar som är fast anordnade till basdelen respektive till den rörliga plattan hos roboten. Den första teleskoparmens inre hållare och den andra teleskoparmens inre hållare innefattar genomgående urtag, kan även benämnas hål, genomföringar eller liknande, som är anordnade huvudsakligen parallellt med teleskopaxelns längdutsträckning. På respektive skivformig yta av hållama mynnar urtagen i en öppning. I urtag på den inre hållaren, tillhörande en teleskoparm, är en stång från den andra teleskoparmen genomgående förskjutbart anordnad och vise versa. Således är i dessa inre hållares urtag den första teleskoparmens stänger i förhållande till den andra teleskoparmens stänger förskjutbart anordnade. På så sätt kommer vid ihopskjutning eller utdragning av teleskopaxeln, den inre hållaren för en av teleskoparmama att glida längs den andra teleskoparmens stänger och vise VCISa.

Enligt en föredragen utföringsforrn enligt föreliggande uppfinning är i respektive urtag i den första teleskoparmens hållare anordnat åtminstone en bussning, vilken även kan benämnas såsom en linjär glidlager-bussning eller endast lagring, i vilka respektive urtag den andra teleskoparmens stänger är förskjutbart lagrade. På motsvarande sätt är i respektive urtag i den andra teleskoparmens hållare anordnat en bussning, i vilka respektive urtag den första O:\JG\Word-dok\P-akter\l l0014900.pritext.doc 10 15 20 25 30 5141705 5 teleskoparmens stänger är törskjutbart lagrade. Bussningen kan vara utformad i godtyckligt material men är lämpligen av ett plastmaterial, vilket ger en minimal friktion. Bussningen är lämpligen utformad såsom en hylsa eller liknande, och anligger mot urtagets väggytor. En bussning kan vara fast eller rörligt anordnad i urtagen. Om bussningen är rörligt anordnad i urtaget innebär det att den tillåts att vrida sig radiellt i ett urtag. Bussningens längdutsträclcning kan lämpligen huvudsakligen överensstämma med urtagets längdutsträckriing genom hållaren. Emellertid kan flera bussningar anordnas i ett urtag, exempelvis kan en bussning anordnas från var sida av ett urtag i hållaren.

Urtagen inkluderande den anordnade bussningen, har endast obetydligt större diameter än den stång som föres genom urtaget, så att minimal friktion och glapp uppstår då stången skjuts fiam och åter i uttaget. Då hållarna har en relativt liten tjocklek, är sträckan för urtagens genomföring genom de inre hållama kort. Detta innebär att det blir små anliggningsytor mellan stängema och urtagen, speciellt i förhållande till urtagens kanter. I det fall de inre hållarna är hylsformiga och har en väsentligen längre längdutsträckning blir sträckan för urtagens genomför-ing genom de inre hållarna längre. Därvidlag blir även sträckan där bussningama verkar längre.

Genom föreliggande uppfinning kan teleskopaxelns delar, den första teleskoparmen och den andra teleskoparmen samt deras innefattande stänger, röra sig huvudsakligen parallellt i förhållande till varandra. Teleskoparmama förhindras att vicka och utöva en knäckkraft på bussningen.

Antalet stänger per teleskoparm kan variera, men måste vara åtminstone två för att ge tillräcklig vridstyvhet och symmetri. Enligt en föredragen utföringsform innefattar respektive teleskoparm tre stänger, vilket ger en mycket god vridstyvhet. Teleskoparmama kan även innefatta fler än tre stänger. De häri angivna stängerna för teleskoparmama kan även benämnas såsom stag, rör, eller liknande. Vardera stång kan ha varierande tvärsnitt, såsom exempelvis kvadratiskt, eliptiskt eller cirkulärt. Stängema kan vara rörformiga och därmed innefatta en central ihålighet. Föreuädesvis är stångens tvärsnitt cirkulärt, vilket minimerar risken för ”byrålådseffekten”, d.v.s. att stängema vid snedställriing vid genomföringen i urtagen i hållarna kläms fast eller kärvar. Respektive stång har en diameter som väsentligen understiger teleskopaxels diameter.

\\FSERVER\USERSUG\W0rd-dok\P-aktcr\l 10014900 .pritexLdoc 10 15 20 25 30 514 705 6_ Föreliggande uppfinning innefattar även ett förfarande för en industrirobot enligt deltakonceptet med ett armsystem avsett för rotation i rymden, varvid i armsystemet är anordnat en basdel och en rörlig platta. Ett flertal ledade stag och en teleskopaxel är anordnade mellan basdelen och den rörliga plattan. Motsatta ändar av stagen och teleskopaxeln är i förbindelse med basdelen respektive med den rörliga plattan. Teleskopaxeln irmefattar en första teleskoparm och en andra teleskoparm som är anordnade att förskjutas i längdriktningen i förhållande till varandra. Den första teleskoparmen anordnas att innefatta åtminstone två stänger, en inre hållare, vid vilken stängemas inre ändar fast anordnas, och en yttre hållare vid vilken stängemas yttre ändar fast anordnas. Den andra teleskoparmen anordnas att innefatta åtminstone två stänger, en inre hållare, vid vilken stängemas inre ändar fast anordnas, och en yttre hållare, vid vilken stängemas yttre ändar fast anordnas. Den första teleskoparmens inre hållare anordnas att innefatta urtag, i vilka den andra teleskoparmens stänger anordnas att löpa. Den andra teleskoparmens inre hållare anordnas att innefatta urtag, i vilka den första teleskoparmens stänger anordnas att löpa.

Föreliggande uppfinning innefattar även en användning av nämnda teleskopaxel, enligt ovannämnda anordning eller förfarande, inom livsmedelsindustrien eller inom medicinvetenskapen.

Den beskrivna industriroboten, vilken även kan benämnas manipulator med styr-inrättning, enligt föreliggande uppfinning är av ett slag avsedd att klara att uppbära laster upp till åtminstone 1 kg.

För en generell beskrivning av ett armsystem för en industrirobot enligt deltakonceptet hänvisas till US-A-4,976,582 (se speciellt kol. 2, rad 15-31; ko1.3, rad 27 - kol. 4, rad 7).

FIGURBESKRIVNTNG Uppfinníngen beskrives nu närmare i form av ett icke begränsande utföringsexempel enligt föreliggande uppfinning, åskådliggjort med hjälp av de bifogade ritningsñgurerna, där fig. 1 visar i en perspektiv vy en industrirobot enligt deltakonceptet.

\\FSERVER\USERSUG\Word-dok\P-akter\1 l00l4900.pritext. doc 10 15 20 25 30 514 705 7 fig. 2 visar en teleskopaxel för en industrirobot. fig. 3A illustrerar i en delvis sektionerad perspektiv vy en altemativ utfóringsforrn av en teleskopaxel. fig. 3B illustrerar i en vy rakt från sidan teleskopaxeln i fig. 3A. fig. 3C visar ett tvärsnitt av teleskopaxeln i fig. 3B vid A-A.

Fig. 3D illustrerar i en perspektivvy den i fig. 3A och 3C visade bussningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Såsom framgår av fig. 1, visas en industrirobot enligt deltakonceptet. lndustriroboten är utformad med ett armsystem 2 avsett för rotation i rymden. Ett flertal ledade stag 8 är med vardera ändpartier anordnade till en rörlig platta 6. De ledade stagen är med motsatta ändpartier anordnade till en allmänt betecknad basdel 4 på roboten. Ett verktyg är avsett att anordnas på den rörliga plattan 6. Den rörliga plattan medges en rörelse i rymden med konstant orientering och konstant lutning. En fjärde axel, i form av en teleskopaxel 10 är anordnad mellan basdelen och den rörliga plattan, där motsatta ändar av teleskopaxeln 12, 14 (se fig. 2) respektive stagen 8 är i förbindelse med basdelen respektive med den rörliga plattan. Teleskopaxeln har till uppgift att tjäna som drivaxel från en motor i robotstrukturen till ett verktyg anordnat till den rörliga plattan. Teleskopaxeln är stationärt anordnad i en ände till basdelen 4 och fritt rörlig i den andra änden då den är anordnad till den rörliga plattan 6. .

Hela teleskopaxeln kan pendla fram och tillbaka med mycket hög hastighet. Rotationen utförs i rymden, d.v.s. avståndet från den rörliga plattan 6 till robotens bas, basdelen 4, är föränderligt.

I fig. 2 visas i en vy en teleskopaxel 10 som innefattar en första teleskoparm 16 och en andra teleskoparm 18 vilka är i längdriktningen förskjutbart anordnade i förhållande till varandra.

Teleskoparmarna l6, 18 innefattar vardera tre stänger 20, 22 som vid respektive ändpartier är fixerade till hållare 24, 25, 26, 27. Den första teleskoparmen 16 innefattar en inre hållare 24 och en yttre hållare 25 i vilka respektive hållare 24, 25 stängema 20 är fixerade 21. Den andra O:\JG\W0rd-dok\P-akter\l IOOMQGLpIiæXLdOC 10 15 20 25 30 514 703 8 teleskoparmen 18 innefattar en inre hållare 26 och en yttre hållare 27 i vilka respektive hållare 26, 27 stängerna 22 är fixerade 23. Den första teleskoparmens 16 inre hållare 24 och den andra teleskoparmens 18 inre hållare 26 irmefattar urtag 30, vari den första teleskoparmens 16 stänger 20 och den andra teleskoparrnens 18 stänger 22 är förskjutbart anordnade. I respektive urtag 30 i teleskoparmarnas inre hållare 24, 26 är anordnat en bussning. Ju mer teleskopaxeln 10 är ihopskjuten, d.v.s ju större avståndet är mellan de inre hållarna 24, 26, destostörre styvhet erhålles för teleskopaxeln 10. Ett ökat avstånd mellan de inre hållama 24, 26 innebär även att avståndet ökar mellan bussningama på den ena inre hållaren 24 i förhållande till bussningama på den andra inre hållaren 26. En vridrörelse på exemelvis den första teleskoparmen 16, överförs till den andra teleskopaxeln 18. Respektive teleskoparms stänger 20, 22 överför under vridning ett hålkanttryck i respektive hållares 24, 26 urtag 30.

Fig. 3A-3C illustrerar i en alternativ uttöringsfonn en teleskopaxel 40 (huvudsakligen överensstämmande med den i fig.l och 2 visade teleskopaxeln). Teleskopaxeln 40 innefattar en första teleskoparm 46 och en andra teleskoparm 48 vilka är i långdriktningen förskjutbart anordnade i förhållande till varandra. Teleskoparmama 46, 48 innefattar vardera tre stänger 50, 52 som vid respektive ändpartier är anordnade till hållare 54, 55, 56, 57. Den första teleskoparmen 46 innefattar en inre hållare 54 och en yttre hållare 55 i vilka respektive hållare 54, 55 stängerna 50 är fast anordnade 51. Den andra teleskoparmen 48 innefattar en inre hållare 56 och en yttre hållare 57 i vilka respektive hållare 56, 57 stängerna 52 är fast anordnade 53. Den första teleskoparmens 46 inre hållare 54 och den andra teleskoparmens 48 inre hållare 56 innefattar urtag 60. I respektive urtag 60 i teleskoparrnanias inre hållare 54, 56 är anordnat en bussning 58, vilken fungerar som en linjär glidlager-bussning, i vilka urtag 60 respektive teleskoparms 46, 48 stänger 50, 52 är förskjutbart lagrade.

Fig. 3D visar bussningen 58 enligt fig. 3A och 3C. Bussningen 58 innefattar axiellt utsträckta ribbor 62, vilka har en central upphöjning 64, klack, ås eller liknande, radiellt anordnad och belägen på bussningens utsida. Denna upphöjning 64 är avsedd att anordnas i ett spår, uttaget i innerväggama av urtagen 60 i hållama 54, 56, varvid bussningen förblir kvar i uttagen, rörligt eller fast anordnade, trots belastning och friktion från de genomlöpande stängema 50, 52. Mellan två parallella ribbor 62 är anordnat en mellanvägg 66 som håller ihop ribboma till en hylsa eller liknande. Bussningen saknar lämpligen en mellanvägg vid ett parti runt dess omkrets varvid två av ribboma ej är sarnrnanbundna och därmed öppningsbar. Således har \\FSERVER\USERSUG\Word-dok\P-akter\ l l00l4900.pritext.d0<: 514 705 9 hylsan ett öppet parti 68, så att den enkelt kan klämmas ihop något och föras ut fiån ett uttag, utan någon omfattande isärtagrling av hållaren eller teleskoparmen.

\\FSERVER\USERS\JG\W0rd-dok\P-ahcr\1 l00l4900.priæxt.doc

Claims (10)

10 15 20 25 30 /O PATENTKRAV

1. Industrirobot enligt deltakonceptet med ett arrnsystem (2) avsett för rotation i rymden, vilket innefattar en basdel (4), en rörlig platta (6), ett flertal ledade stag (8) och en teleskopaxel ( 10, 40) anordnad mellan basdelen och den rörliga plattan, där motsatta ändar (12, 14) av stagen och teleskopaxeln är i förbindelse med basdelen respektive med den rörliga plattan, där teleskopaxeln (10, 40) irmefattar en forsta teleskoparm (16, 46) och en andra teleskoparm (18, 48) vilka är i längdriktrningen förskjutbart anordnade i förhållande till varandra, k ä n n e t e c k n a d av att den första teleskoparmen (16, 46) innefattar åtminstone två stänger (20, 50), en inre hållare (24, 54), vid vilken stängernas inre ändar är fast anordnade, och en yttre hållare (25, 55) vid vilken stängernas yttre ändar är fast anordnade, att den andra teleskoparmen (18, 48) innefattar åtminstone två stänger (22, 52), en inre hållare (26, 56), vid vilken stängernas inre ändar är fast anordnade, och en yttre hållare (27, 57), vid vilken stängernas yttre ändar är fast anordnade, att den första teleskoparmens (16, 46) inre hållare (24, 54) innefattar urtag (30,60), i vilka den andra teleskoparmens (18, 48) stänger löper, och och den andra teleskoparmens (18, 48) inre hållare (26, 56) innefattar urtag (30,60), i vilka den första teleskoparmens (16, 46) stänger (20, 50) löper.

2. Industrirobot enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att respektive teleskoparrn (16, 18; 46, 48) innefattar tre stänger (20, 22; 50, 52).

3. Industrirobot enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att i respektive urtag (30, 60) i teleskoparmarnas hållare (24-27; 54-57) är anordnat en bussning (58) i vilka respektive urtag (30, 60) teleskoparmarnas stänger (20, 22; 50, 52) är förskjutbart lagrade.

4. Industrirobot enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att bussningen (58) innefattar parallella ribbor (62) som bildar en hylsa.

5. Industrirobot enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d av att bussningen (58) är rörligt anordnad i ett urtag (30, 60).

6. Industrirobot enligt något av patentkraven 3-5, k ä n n e t e c k n a d av att bussningen (58) har ett öppet parti (68). \\FSERVER\USERSUG\Word-d0k\P-aktcr\1 l00l4900.pritext.d0c 10 15 20 25 30 514 705 ll

7. Industrirobot enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a då av att stängerna (20, 22; 50, 52) har ett cirkulärt tvärsnitt.

8. Industrirobot enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att stängema är anordnade att förskjutas i huvudsakligen parallellt i förhållande till varandra.

9. Förfarande för en industrirobot enligt deltakonceptet med ett armsystem (2) avsett för rotation i rymden, varvid i armsystemet är anordnat en basdel (4) och en rörlig platta (6), där ett flertal ledade stag (8) och en teleskopaxel (10, 40) anordnad mellan basdelen och den rörliga plattan, där motsatta ändar av stagen (8) och teleskopaxeln (10, 40) är i förbindelse med basdelen respektive med den rörliga plattan, där teleskopaxeln (10, 40) innefattar en första teleskoparm (16, 46) och en andra teleskoparm (18, 48) som är anordnade att förskjutas i längdriktningen i förhållande till varandra, k ä n n e t e c k n a d av att den första teleskoparmen (16, 46) anordnas att innefatta åtminstone två stänger (20, 50), en inre hållare (24, 54), vid vilken stängemas inre ändar fast anordnas, och en yttre hållare (25, 55) vid vilken stängemas yttre ändar fast anordnas, att den andra teleskoparmen (18, 48) anordnas att innefatta åtminstone två stänger (22, 52), en inre hållare (26, 56), vid vilken stängemas inre ändar fast anordnas, och en yttre hållare (27, 57), vid vilken stängemas ytte ändar fast anordnas, att den första teleskoparmens (16, 46) inre hållare (24, S4) anordnas att innefatta urtag (30,60), i vilka den andra teleskoparmens (18, 48) stänger anordnas att löpa, och och den andra teleskoparmens (18, 48) inre hållare (26, 56) anordnas att innefatta urtag (30,60), i vilka den första teleskoparmens (16, 46) stänger (20, 50) anordnas att löpa.

10. Användning av en teleskopaxel (10, 40), enligt anordningen i patentkraven 1-8 eller förfarandet enligt patentkrav 9, inom livsmedelsindustrien eller inom medicinvetenskapen. \\FSERVER\USERS\JG\Word-dok\P-akter\l 100l4900.pritext.doc