SE515372C2 - Industrirobot med en balanseringsanordning i form av en bladfjäder jämte förfarande vid framställning och förfarande för balansering av en industrirobot - Google Patents

Description

25 30 . . . . , , . . . , t v 515 3.72 H .w- 2 utböjning av bladfiädern, vilken i sin ena ände är fast anordnad i stativet och i sin andra ände är fritt förskjutbar mellan två styrpinnar anordnade på armen. Vridningen medför att fjäderlängden mellan förankringspunkten och styrpinnama förkortas. Det anges i dokumentet att bladfiädern kan vara skiktad. Syfiet med anordningen är att åstadkomma en balanseringsanordning, som återvänder till utgångsläget när vridmomentet upphör. Fördelar som anges är att det inte behövs någon expanderande och sammandragande anordning, som riskerar att klämma och skada kablar och dylikt. lndustrirobotar är vanligen anordnade med en första arm, vilken är vridbart förbunden med robotens stativ i en led. Almen är i sitt utgångsläge / viloläge vertikalt orienterad. När roboten rör sig vrids första armen i ett vertikalplan kring ledens rotationsaxel. Berörd motor måste klara både att vrida robotarmen och att böja ut bladtjädem. Genom utböjningen av bladtjädem alstras ett böjmoment hos bladfiädern, vilket vill räta upp bladfiädem och därmed underlätta för motom att vrida armen tillbaka till utgångsläget.

Berörd vridmotor ska därmed, vid vridning av armen, klara av ett resterande vridmoment M, som utgörs av skillnaden mellan robotens totala belastningsmoment och bladfiädems böjmoment. Momentet M är litet vid liten och vid stor vridning ( närmare 90 grader).

Däremellan passerar momentet M ett maxvärde vid cirka 45 graders vridning. I praktiken har det visat sig att det är i vridningsintervallet 25-50 grader, som vridmotorn behöver störst avlastning. I det här vridningsintervallet bör den balanserande bladtjädem uppvisa maximalt böjmoment.

Bladtjäderns böjmotstånd och berörd vridmotors styrka är därmed i beroendeförhållande.

Genom att industrirobotar är anordnade med balanseringanordningar, som hjälper och avlastar drivmotorema, tvingas inte robottillverkaren att installera onödigt stora och kraftfulla motorer i roboten.

Vid utveckling av industrirobotar finns behov av bl a snabba och kompakta robotar med låg vikt. Robotens arrndelar kan utformas i material med låg densitet. Däremot kan inte robotens drivmotorer minskas i vikt lika lätt. En utvecklingsväg är därför att minska behovet av stora och kraftfirlla drivmotorer. Härvid har robotar utrustats med balanseringsanordningar, vilka hjälper och avlastar drivmotorerna-För att ytterligare sänka robotens vikt och omfång har bladfiädrar anordnats som balanseringsanordningar. Nästa steg i utvecklingen, mot snabba 10 15 20 25 30 « . . . . . » . | « i f 515 57.2 n ..- 3 och kompakta robotar med låg vikt, är därmed att anordna bladtj ädrarna så att bladíj ädrarna i sig möjliggör en minskning av drivmotoremas storlek och styrka.

Utvecklingen av industrirobotar enligt ovan, med balanseringsanordningar i form av bladfjädrar, strävar efter att begränsa robotarmens vridningsvinklar till närmare 90 grader. Det har visat sig att en robots mest frekventa arbetsområde motsvarar en vridning av 25-50 grader.

Härur uppstår behovet av att i en robot enligt ovan anordna en bladfjäder, som balanseringsanordning, vilken i varje vridningsläge uppvisar maximalt möjligt böjmoment.

Vid en liten vridning av armen från viloläget bör därför bladfjädern ha ett relativt lågt böjmotstånd. Vid en vridning av armen i intervallet 25-50 grader bör bladtjädern ha ett större böjmotstånd, för att sedan få ett ännu större böjmotstånd när armen närmar sig horisontellt.

Bladtjädem enligt det japanska dokumentet är i sin ena ände fast förankrad i stativet. Detta medför att en del av bladtjädem närmast förankringspunkten förblir stel och overksarn under balanseringsförfarandet. I den andra änden är bladíjädem instyrd mellan två styrpinnar. Detta möjliggör en axiell förskjutning av bladfjädem utan att ge någon nämnvärd böjning av tjädem förrän vid mycket stor belastning. En liten vridning av armen från viloläge ger en utböjning av bladtjädern, som verkar endast i en kortare del av bladfjädern mellan och på avstånd från bladtjädems fästpunkter. Bladíjädern uppvisar för stor styvhet och vridningen sker med för stor radie / för liten acceptabel utböjning, vilket för roboten innebär att den önskade vridningsvinkeln inte uppnås och att arbetsområdet inte uppfylls.

Vid en vridning av armen i den japanska roboten i intervallet 25-50 grader sker utböjningen enbart i ett begränsat parti av bladtjädem mellan och på avstånd från dess fastpurmter.

Bladfjäderns ändpartier vid respektive fástpurikter är således fortfarande overksamma vid utböjningen. Bladtjädem har en stor böjstyvhet. Det är först när armen vrids förhållandevis mycket, som bladfjädern erhåller en jämförelsevis ordentlig utböjning och därmed ger ett för roboten nödvändigt vridande moment. Vid vridning av den japanska roboten från vertikalläge krävs det att berörd motor klarar att böja ut bladtjädern, balansera ut dels pålagd hanteringsvikt och dels robotens aktuella egenvikt. Det ställs därmed stora krav på berörd vridmotors storlek och styrka. 10 15 20 25 30 . . - . . . » - . . .- 515 572 .a n» 4 Infastningen av en bladfjäder är därmed en faktor som högst väsentligt påverkar bladfjäderns utböjning vid belastning. När roboten enligt det japanska patentet arbetar blir utböjningen av bladfjädern jämförelsevis liten och därmed är bladfjädern inte en optimal balanseringsanordning. Bladfjädern i det japanska patentet kan därmed inte uppfylla behovet av att kunna minska berörda vridmotorers storlek och styrka .

Att bladfjädem i det japanska patentet är instyrd mellan två styrpinnar men i övrigt fri i sin ände medför risk för fasthakning i andra detaljer vid roboten. Dessutom finns. risk för fastklämning mellan styrpinnama så att den axiella förskjutningen och därmed förkortning / förlängning av bladfjädern störs. Detta leder till en mindre drifissäker balanseringsanordning för roboten.

Bladfjädern, som visas i det japanska patentet, är fast inspänd i sin ena ände. Det medför att slitage på bladfjädern uppstår och ökar lokalt på ett avsnitt av bladfjädem. Detta förkortar bladfjädems livslängd högst väsentligt, speciellt vid skiktade eller flerbladiga bladfjädrar.

Vid tillverkning av industrirobotar av ovan angivet slag uppkommer därmed behov av en balanseringsanordning i form av en bladfj äder, vilken är anordnad så att den vid böjning kan utnyttja sitt maximala böjmoment. Dessutom bör bladfjädem uppvisa ett varierande böjmotstånd, ett jämförelse lågt böjmotstånd vid liten vridning från utgångsläget / viloläget vilket successivt ökar med vridningen. Med oförändrade villkor i övrigt kan berörd vridmotor väljas jämförelsevis mindre till både storlek och styrka. Bladfjädem ska även vara lätt att montera/ byta ut. Vidare bör bladfjädern inte uppvisa någon fritt rörlig ände. Bladfjädem bör vara anordnad så att slitaget fördelas över en jämförelsevis längre del av bladfjädern.

Bladfjäderns infästningspunkter ska ge en säker och skonsam styrning av bladfjäderris båda ändpartier.

Dessa behov kan inte balanseringsanordningen enligt det ovannämnda japanska patentet uppfylla.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNTNGEN En industrirobot, innefattande en manipulator med styrsystem, uppvisar en första och en andra armdel, vilka är vridbart anordnade i förhållande till varandra. En balanseringsanordning i form av en bladfjäder är anordnad vid armdelama för att balansera armdelarnas inbördes 10 15 20 25 30 - . - . » | - ~ - » 1 ~ 515 372. 5 lägesförhållande vid vridning. Bladtjädems ena ände är anordnad på den första armdelen i en första infästning och bladtjäderns andra ände är anordnad på andra armdelen i en andra infästning.

Syftet med uppfinningen är att anordna en bladfj äder, som balanseringsanordning på en robot enligt ovan och att bladíjädem böjs ut längs hela sin verksamma längd vid vridning av robotens första och andra arindel i förhållande till varandra. Bladfjäderns verksamma längd avser här bladtjädems hela längd mellan ovannämnda infastningspunkter och den verksamma längden varierar med robotens vridning. Böjning av bladtjädem avser här böjning i bladfjäderns plan. Syftet med uppfinningen är även att vid en viss vridning öka bladtjäderns relativa utböjning, så att bladtjädern får ett jämförelsevis större böjmoment.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att utforma själva bladtjädern så att bladfiädems böjmotstånd varierar med robotens vridning. Därigenom kan berörda vridmotorer avlastas ytterligare. Med en bladfjäder med varierande böjmotstånd kan berörda vridmotorer väljas mindre och svagare. Det ingår i uppfinningstariken att berörd vridmotor och bladijäder ska klara balansering av en robots rörelser även när roboten körs tom dvs utan pålagd hanteringsvikt.

Lösningen enligt uppfinningen kännetecknas av den i patentkrav l angivna industriroboten med en bladtjäder, vilken är anordnad så att den uppvisar ett successivt ökande/minskande böjmotstånd. Bladtjädem är i sin första ände medelst en första infastning i form av en led anordnad vridbart ledad på första armdelen. Bladijädem är, i sin andra ände anordnad i en andra infastning, axiellt förskjutbar i en långsträckt infästningsanordning anordnad på den andra armdelen. Den andra infastningen utgörs av själva mynningen på infästningsanordningen. I infastningsanordningen är bladíjädern törskjutbart styrd och lagrad med sina lângsidor med bredden (b) mellan två mötstående rullbanor.

Vid framställning av industriroboten enligt uppfinningen anbringas balanseringanordingen i enlighet med det självständiga förfarandekravet.

Vid vridning av roboten vrids armdelama i förhållande till varandra och bladtjädems verksamma tjäderlängd utgörs av hela längden av fjädem mellan infästningaina i enlighet med det självständiga förfarandekravet. Lagringen medger en rullning så att fjädems böjmotstånd ökar och dess verksamma längd minskar vid vridning av armen från vertikalläge i enlighet med de underordnade kraven. 10 15 20 25 30 1 . - . , - . ~ . . .- 515 372 Uppfinningen bygger således på att bladtj ädern förskjuts i en infästningsanordning och att den därmed tar hänsyn till den förkortning / förlängning av den verksamma fiäderlängden, som är nödvändig för att balansera vridningen mellan armdelama. Den verksamma íjäderlängden är därmed en avgörande variabel i balanseringsförfarandet. I och med att bladíjäderns första ände kan vrida sig kontinuerligt i leden anpassar den sin orientering till belastningen och bladtjädems andra ände. Den verksamma íjäderlängden utgörs här av hela bladíjäderns längd mellan infästningariia. Vid vridning ger uppfinningen en längre verksam fiäderlängd vilket ger en jämförelsevis större utböjning. Uppfinningen ger därmed en maximal, möjlig utböjning vid en given belastning: Den ger även en effektivare balansering och därmed kan berörd drivmotor välj as mindre och mera energisnål.

Bladtjädern enligt uppfinningen är utformad så att den ger ett relativt lågt böjmotstånd när arrndelarna befinner sig i utgångsläget / viloläget. Böjmotståndet ökar då vridningen mellan armdelama ökar. Det ökande böjmotståndet erhålls genom att utforma bladtjädern med ett längdavsnitt a med successivt ökande/ minskande bredd b (fig 2).

Fj äderkraften kan förenklat uttryckas enligt: F=3EIö/(L3), därI=bh3/12 E = elasticitetsmodulen, l = böjtröghetsmomentet, ö = nedböjningen av bladtj ädem, L = verksamma tjäderlängden, b = bladfjäderns bredd, h = bladtj ädems tjocklek.

Detta innebär att: För tjäderlängden L1< LO fås en ökande tjäderkrafi F med bibehållna värden i övrigt ( fig 2 ).

För bladfiädems bredd bl> b0 fås en ökande fiäderkrafi F med bibehållna värden i övrigt. En viss bredd hos bladíjädern ger ett visst böjmoment vid en viss böjning av fjädern. En 10 15 20 25 30 - . X @ » ~ | . . f i v 51-5 372 H E.. 7 minskning av bredden hos bladfjädern ger ett mindre böjmoment vid samma böjning av fjädem eftersom en mindre bredd ger mindre böj styvhet.

Genom att utforma bladfjädern enligt uppfinningen i sin ena ände med ett längdavsnitt a med från änden sett successivt ökande bredd b kan böjmotståndet förändras/ styras och bladfj ädem lämnar sitt linjära beteende. När robotarrnen befinner sig i vertikalläge / utgångsläge är bladfjädem enligt uppfinningen inskjuten i en infastningsanordning, fjäderns verksamma längd är L0 och dess bredd är B0 (fig 2). Vid vridning av armen från vertikalläge, läge 0, till läge l förskjuts bladfjädern in i infastningsanordningen varvid den verksamma fjäderlängden minskar till Ll och fjäderbredden ökar till Bl. Därmed uppvisar bladfjädern ett relativt lågt böjmotstånd vid en liten vridning från vertikalläge vilket underlättar för berörd vridmotor.

Därefter ökar böjmotståndet vid fortsatt vridning eftersom bladfjädems bredd i den ovan angivna andra infästningen, mynningen på infästningsanordningen, ökar. Vid vridning tillbaka till utgångsläget har bladfjädem ett jämförelsevis större vridande moment, som motverkar gravitationskrafterna och avlastar berörd drivmotor. Uppfinningen möjliggör därigenom att berörd drivmotor kan vara mindre och energisnålare.

Genom att utforma och infasta bladfjädem enligt uppfinningen utnyttjas hela bladfjädern mellan infastningspunkterna. Bladfjädem får en jämnare fördelad utböjning längs hel verksamma längden. Dessutom får bladfjädern, vid jämförelse med bladfjädem i det japanska patentet, en jämnare böjpåkärining längs fjädern vilket ger en jämnare utböjning. Detta medför minskat slitage på bladfjädem.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen är bladfjädern utfonnad med en bredd som successivt varierar/ ökar längs hela dess längd.

Enligt andra fördelaktiga utföringsforrner av anordningen enligt uppfinningen är bladfjädern utformad med flera skikt, vilka är lika långa, olika långa eller av olika tjocklek. Bladfjädem kan vara anordnad i en riktning som avviker från den vertikala. I uppfinningstanken ingår även utföringsformen där bladfj ädems infastningar växlat plats.

I uppfinningstariken ingår förutom att utforma bladfjädem med avsnitt med ökande / minskande bredd även att påverka böjmotståndet genom materialval. Bladfjädem tillverkas av kompositmaterial aktivt valda för att påverka/ styra böjmotståndet hos bladfj ädern. 10 15 20 25 30 - . ; . . . . . , . - n 515 372 Denna beskrivning ska inte ses som en begränsning av uppfinningen utan endast som en vägledning till full förståelse av uppfinningen. Anpassningar till robotar med andra ingående verksamma delar och ersättning av delar och detaljer som är självklara för en fackman på området kan naturligtvis göras inom uppfinningstanken.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, där Fig. 1 visar en industrirobot med en balanseringsanordning i form av en bladtjäder anordnad enligt föreliggande uppfinning och där bladfjädem ses från sin kortsida.

Fig. 2 visar bladtjäderns utformning vid det avsmalnande längdavsnittet.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXEMPEL En industrirobot 1 ( fig 1 ) innefattar ett stativ 2, en på stativet 2 i en led 3 förbunden underarm 4 och en på underarmen 4 i en led 5 förbunden överarm 6. Vridningsaxlarna 3a och Sa i de två ledema är horisontellt orienterade. En balanseringsanordning 7 i form av en bladfjäder 8 är anordnad vid roboten. Bladij ädem 8 är i sin första ände 9 medelst en ledtapp 10 anordnad vridbart ledad på underarmen 4. Bladfjädem 8 är i sin andra ände 11 anordnad axiellt förskjutbar i en långsträckt infästningsanordníng 12, vilken är fast anordnad på stativet 2. Ledtappen 10 och infästningsanordningen 12 är fast anordnade vertikalt förskjutna i motsatta riktningar från underarrnens 4 vridningsaxel 3a i leden 3 och utgör bladfjädems två infástningspunkter 13 och 14. När roboten 1 befinner sig i viloläge/läge O. intar både underarmen 4 och den obelastade bladfj ädem 8 vertikalläge.

Bladfjädern är utformad med långsidor 15 med bredden b och kortsidor 16 med tjockleken c (fig 2). I infástningsanordningen 12 är bladfjädern 8 med sin andra ände 11 förskjutbart styrd.

När bladfjädem förskjuts rör sig /styrs och stöds långsidorna 15 mellan två motstående vertikalt orienterade rullbanor 17 och 18, vilka är fast anordnade på stativet 2. Samtidigt innefattar stöd kortsidoma 16. infastningsanordningen 12 /styrning för Infästningsanordningens 12 mot leden 3 vända mynning 19 utgör bladfjädems infästning 14.

Vid vridning av underarmen 4 i förhållande till stativet 2 belastas bladfj ädern 8 så att den böjs ut i sitt eget plan. Härvid vrids bladfjäderns första ände 9 kring ledtappen 10 på underarmen 4 där ledtappen 10 utgör bladfjäderns infästning 13. Bladfjädems andra ände 11 förskjuts axiellt 10 15 20 25 30 - . ~ . s. 515 -372 9 mellan rullbanoma 16, 17 vid vridningen (se riktningspil i fig 1). Efiersom bladtjädern 8 och infástningama 13 och 14 hela tiden ( utom i viloläge ) befinner sig på avstånd från och på samma sida om underarmens rotationsaxel 3a kommer bladfjäderns 8 verksamma fjäderlängd L att förkortas vid vridning i riktning bort från viloläget, läge 0 i fig 1.

Bladtj äderns 8 verksamma tjäderlängd L avser den del av bladfi ädem, som låter sig böjas vid belastning. Bladijädem enligt uppfinningen har därmed en verksam längd L, som utgörs av bladíj ädems hela längd mellan infästningspunkterna 13 och 14.

Bladíjädern 8 har från sin andra ände 11 sett ett längdavsnitt a med kontinuerligt ökande bredd b (fig 2). I viloläge ( läge 0 i fig 1 ) är bladtjädern 8 obelastad och anordnad med sin andra ände 11 samt endast en del av närrmda längdavsnitt a inskjutet mellan infästningsanordningens 12 rullbanor 17 och 18. Läge 0 motsvaras av en verksam fiäderlängd L0 och en fjäderbredd bO ( figur 2 är inte skalenligt ritad ). Vid vridning av underarmen 4 från viloläge/läge O till ett godtyckligt läge ( läge 1 i fig 1 ) har den verksamma ijäderlängden LO minskat till L1 samtidigt som ijäderbredden b0 har ökat till bl.

Vridning av underarmen 4 från viloläge medför således att bladtjäderns andra ände 11 samt längdavsnittet a successivt förskjuts axiellt in i infástningsanordningen 12 genom mynningen 19, varigenom bladtjäderns bredd i mynningen 19 ökar kontinuerligt upp till full bredd. Detta innebär att bladijädems 8 verksamma längd minskar samtidigt som en önskad ökning av böjmotståndet erhålles. Bladijädems utformning medför således att böjmotståndet styrs att variera med balanseringen.

Vid en vridning av underarmen 4 tillbaka mot utgångsläget LO motverkar bladtjädems vridande moment gravitationskrafterna, utböjningen av bladijädern 8 minskar, bladfiädern 8 förskjuts axiellt upp ur infästningsanordningens 12 mynning 19. Härvid förskjuts bladtjädem 8 så att bladets bredd b vid infästningen 14 / myrmingen 19 minskar samtidigt som bladíjädems verksamma längd L ökar. Bladtjädems andra ände 11 förblir inskjuten i infästningsanordningen 12 i samtliga arbetslägen för roboten.

Claims (1)

10 15 20 25 30 . Industrirobot enligt något av patentkraven 1-2 . Industrirobot enligt något av patentkraven 1-3 a., .,. . f u .. :u ,.-; | . . . .- i vi aa nu o. u a n - - » o. u» ve u; a u n x e «~ f ' u» in v vu n» nu» s x v» f f . . . .u n -u n n n r v »g v . 1 n . .. n f. 1 -= «-= 10 PATENTKRAV

1. lndustrirobot (l), inkluderande en manipulator och ett styrsystem, vilken manipulator innefattar en första armdel (4) och en andra armdel (2), vilka är anordnade vridbara i förhållande till varandra, där första (4) och andra (2) armdelamas inbördes lägesfcirhållande vid vridning balanseras av en balanseringsanordning (7), vilken innefattar en bladfjäder (8), k ä n n e t e c k n a d a v att bladfjäderns (8) första ände (9) är vridbart anordnad i en första infastning (13) på den forsta armdelen (4) och att bladtjäderns andra ände (11) är anordnad utformad med ett längdavsnitt (a) med mot den andra änden (11) minskande bredd (b) , vilken andra ände (11) är förskjutbart anordnad i en andra infástriing (14) på den andra armdelen (2). . lndustrirobot enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att bladfiädem är anordnad med en verksam längd (L), vilken utgörs av bladfjäderns (8) hela längd mellan infästningama (13) och (14). kännetecknad av att första infastningen (13) innefattar en ledtapp (10). kännetecknad av att andra infistningen (14) utgörs av en mynning (18) på en långsträckt infástningsanordning (12). . Industrirobot enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d a v att infastningsanordriingen (12) innefattar två motstående rullbanor (16) och (17). . Förfarande vid framställning av en industrirobot, (1) inkluderande en manipulator och ett styrsystem, vilken manipulator innefattar en första armdel (4) och en andra arrndel (2) vilka är anordnade vridbara i förhållande till varandra, där första (4) och andra (2) armdelamas inbördes lägesförhållande vid vridning balanseras av en balanseringsanordning (7), vilken innefattar en bladfiäder (8), k ä n n e t e c k n at a v att bladfjäderns (8) första ände (9) anbringas vridbar i en första infastning (13) på den första armdelen (4) och att bladfiäderns andra ände (11) bringas attiinnefatta ett längdavsnitt (a) med mot den andra änden (l 1) 10 15 n. m. n . .- av « . « . - n ~ ~ ~ - -I g a, nu f» n; u . 1 n - f. u a» v: :u s. c n u a x s »f u, n. , n. u. »en ~ 1 u» r I r - . q v o a» n o - o - v v . n I 1 w v. v. . i -=- minskande bredd (b), vilken andra ände (ll) anbringas fiårskjutbar i en andra infástning (14) på den andra armdelen (2). . Förfarande vid en industrirobot, (l) inkluderande en manipulator och ett styrsystem, vilken manipulator innefattar en första armdel (4) och en andra armdel (2) vilka är anordnade vridbara i förhållande till varandra, där första (4) och andra (2) armdelarnas inbördes lägesförhållande vid vridning balanseras av en balanseringsanordning (7), vilken innefattar en bladtjäder (8), k ä n n e t e c k n at a v att vid vridning bladíjäderns (8) första ände (9) vrids i en första infastning (13) på den första armdelen (4) och att bladtj äderns andra ände (11) är anordnad utformad med ett längdavsnitt (a) med mot den andra änden (ll) minskande bredd (b), vilken andra ände (ll) förskjuts i en andra infastning (14) på den andra armdelen (2). . Förfarande enligt krav 7 k ä n n e t e c k n at a v att bladíjädem (8) bringas att balansera armdelarna vid vridning genom att böjas ut längs hela sin längd mellan infástningarna (13) och (14).