25 30 35 516 448 2 industrirobot, där gascylinderenheten är ledbart infäst vid sin ena ände i en basdel och med sin ände i armen på ett ställe på denna, som i ett utskjutet tillstånd hos kolv- stången ligger på motsatt sida om armens svängningscentrum relativt infästningspunkten på basdelen, varvid gascylinder- enheten är laddad med ett gastryck, som med huvudsakligen konstant kraft strävar att lyfta armen till ett huvudsakligen uppåtriktat neutralläge, i vilket en cylinderenhetens infäst- ningspunkter förbindande linje sträcker sig genom armens svängningsaxel.
5 30 35 516 448 2 industrial robot, where the gas cylinder unit is articulated at its one end in a base part and with its end in the arm at a place thereon, which in an extended condition of the piston rod lies on the opposite side of the center of pivot of the arm relative to the point of attachment on the base part, the gas cylinder unit being charged with a gas pressure which, with substantially constant force, tends to lift the arm to a substantially upwardly neutral position, in which a line connecting the attachment points of the cylinder unit extends through the pivot axis of the arm.
Uppfinningen avser också en användning av en dylik gasfjäder- anordning för utbalansering av en arm hos en upphängd indu- strirobot, där gascylinderenheten är ledbart infäst vid sin ena ände i en gasdel och med sin andra ände i armen på ett ställe på denna, som i ett inskjutet tillstånd hos kolv- stången ligger på samma sida om armens svängningscentrum relativt infästningspunkten på basdelen, varvid gascylinder- enheten är laddad med ett gastryck, som med huvudsakligen konstant kraft strävar att lyfta armen från ett huvudsakligen nedàtriktat neutralläge, i vilket en förlängning av en cylin- derenhetens infästningspunkter förbindande linje sträcker sig genom armens svängningsaxel.The invention also relates to a use of such a gas spring device for balancing an arm of a suspended industrial robot, wherein the gas cylinder unit is articulated at its one end in a gas part and with its other end in the arm at a place thereon, which in a recessed condition of the piston rod lies on the same side of the center of pivot of the arm relative to the point of attachment of the base part, the gas cylinder unit being charged with a gas pressure which with substantially constant force strives to lift the arm from a substantially downward neutral position. the line connecting the cylinder unit attachment points extends through the pivot axis of the arm.
Vid både golvstående och hängande typ av industrirobot strä- var sålunda gascylinderenheten att lyfta eller resa armen mot verkan av därpå utövade tyngdkraftsmoment för att utbalansera dessa.In the case of both floor-standing and hanging types of industrial robots, the gas cylinder unit thus strives to lift or raise the arm against the action of gravity moments exerted thereon in order to balance these.
Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken: fig. 1 är en delvis sektionerad sidovy av en gasfjäder enligt uppfinningen; fig. 2 visar en gasfjäder enligt fig. 1 monterad för utbalan- sering av en arm hos en golvstående industrirobot; och 10 15 20 25 30 35 516 448 3 fig. 3 visar en gasfjäder enligt fig. 1 monterad för utbalan- sering av en arm hos en hängande industrirobot.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which: Fig. 1 is a partially sectioned side view of a gas spring according to the invention; Fig. 2 shows a gas spring according to Fig. 1 mounted for balancing an arm of a floor-standing industrial robot; and Fig. 3 shows a gas spring according to Fig. 1 mounted for balancing an arm of a hanging industrial robot.
Med hänvisning till ritningen och särskilt fig. 1 visas en gasfjäderanordning 10 enligt uppfinningen, avsedd för statisk utbalansering av en arm hos en industrirobot. Gasfjäderanord- ningen 10 innefattar ett cylinderhus 12, i vilket är för- skjutbart lagrad en kolv 14 med en samhörande kolvstàng 16, som sträcker sig ut ur ena änden av cylinderhuset 12. Den motsatta änden av cylinderhuset 12 har ett fästöra 18 för ledbar fixering av cylinderhuset 12 pà en första fast eller rörlig konstruktionsdel. Den fria änden av kolvstàngen 16 uppvisar likaså ett fästöra 20 för ledbar förbindning av kolvstàngen 16 med en andra konstruktionsdel, som är rörlig relativt den första konstruktionsdelen. I cylinderhuset 12 är vidare fast monterad en styrning 22 för kolvstàngen 16, var- vid i den bakre delen av styrningen 22 är inlagd tätnings- ringar 24 och 26 för att förhindra tryckgas på höger sida om kolven 14 i cylinderhuset 12 att strömma ut mellan styrningen 22 och kolvstàngen 16. En avstrykare 28 är placerad vid den högra änden av styrningen 22 och anligger mot utsidan av kolvstàngen 16. En O-ring 30 tätar utsidan av styrningen 22 mot insidan av cylinderhuset 12. Kolven 14 uppbär på sin periferiyta en styrring 32 för att underlätta kolvens slag- rörelse inuti cylinderhuset 12 och som tillåter tryckmediet, d.v.s. gasen, inuti cylinderhuset 12 att vid kolvens 14 för- skjutningsrörelse överströmma kolven från den ena sidan av denna till den andra. I den bakre gaveländen 34 av cylinder- huset är inbyggd en backventil 36, genom vilken cylinderhuset kan fyllas med lämpligt gasmedium, företrädesvis kvävgas, till önskat laddningstryck. En plugg 38 tillsluter öppningen till ventilen 36.With reference to the drawing and in particular Fig. 1, a gas spring device 10 according to the invention is shown, intended for static balancing of an arm of an industrial robot. The gas spring device 10 comprises a cylinder housing 12, in which a piston 14 is slidably mounted with an associated piston rod 16, which extends out of one end of the cylinder housing 12. The opposite end of the cylinder housing 12 has a mounting lug 18 for hinged fixation of the cylinder housing 12 on a first fixed or movable structural member. The free end of the piston rod 16 also has a mounting ear 20 for articulated connection of the piston rod 16 to a second structural part, which is movable relative to the first structural part. A guide 22 for the piston rod 16 is further fixedly mounted in the cylinder housing 12, sealing rings 24 and 26 being inserted in the rear part of the guide 22 to prevent pressure gas on the right side of the piston 14 in the cylinder housing 12 from flowing out between the guide 22 and the piston rod 16. A wiper 28 is located at the right end of the guide 22 and abuts against the outside of the piston rod 16. An O-ring 30 seals the outside of the guide 22 against the inside of the cylinder housing 12. The piston 14 carries on its peripheral surface a guide ring 32 to facilitate the stroke of the piston inside the cylinder housing 12 and which allows the pressure medium, ie the gas, inside the cylinder housing 12, to overflow the piston from one side of it to the other during the displacement movement of the piston 14. A non-return valve 36 is built into the rear end end 34 of the cylinder housing, through which the cylinder housing can be filled with a suitable gas medium, preferably nitrogen gas, to the desired charge pressure. A plug 38 closes the opening to the valve 36.
Enligt ett föredraget utförande av gasfjäderanordningen enligt uppfinningen är på den gasinloppsventilen 36 motsatta gaveländen av cylinderhuset 12 monterat ett skyddsrör 40 för- 10 15 20 25 30 35 516 448 4 den ut ur huset utskjutande kolvstàngen 16, varvid skydds- röret 40 vid sin yttre ände uppbär en mot kolvstàngen anlig- gande avstrykare 42 av elastiskt material. Skyddsröret 40 med avstrykaren 42 har till uppgift att skydda kolvstàngen 16 mot slag och àverkan samt förhindra, särskilt i smutsiga arbets- miljöer, såsom vid användning av gasfjädrar på en industri- robot i ett gjuteri eller liknande, att smuts och partiklar tränger in och skadar tätningsringarna 24, 26. I enlighet med uppfinningen befinner sig härvid avstrykaren 42 på ett av- stånd från dessa tätningsringar 24, 26, som är större än den aktuella slaglängden hos kolvstàngen 16, vilket medför att eventuella repor, som kan bildas på kolvstàngen 16 vid av- strykaren 42 utav därvid uppfångade smutspartiklar, ej kan nå ända in till tätningsringarna 24, 26 och där möjliggöra läckage av tryckgasen förbi tätningarna. Detta medför att livslängden hos tätningsringarna 24, 26 kan väsentligt för- längas.According to a preferred embodiment of the gas spring device according to the invention, a protective tube 40 is mounted on the gas inlet valve 36 opposite the end of the cylinder housing 12 in front of the piston rod 16 projecting out of the housing, the protective tube 40 at its outer end carries a scraper 42 of elastic material abutting the piston rod. The purpose of the protective tube 40 with the wiper 42 is to protect the piston rod 16 from impact and impact and to prevent, especially in dirty working environments, such as when using gas springs on an industrial robot in a foundry or the like, that dirt and particles penetrate and damage the sealing rings 24, 26. In accordance with the invention, the scraper 42 is located at a distance from these sealing rings 24, 26 which is greater than the actual stroke of the piston rod 16, which means that any scratches which may form on the piston rod 16 at the wiper 42 of dirt particles thereby captured cannot reach all the way to the sealing rings 24, 26 and there enable leakage of the compressed gas past the seals. This means that the service life of the sealing rings 24, 26 can be significantly extended.
I fig. 2 visas en föredragen tillämpning av en gastryckfjäder enligt uppfinningen för statisk utbalansering av en underarm hos en golvstàende industrirobot. Cylinderdelen 12 av gasfjä- deranordningen 10 är vertikalt ledbart förbunden med en kring en icke visad vertikal axel roterbart lagrad basdel 44 över en genom örat 18 insatt ledtapp 46. Basdelen 44 uppbär en kring en horisontell axel 48 vertikalt svängbar underarm 50, vilken skall statiskt utbalanseras medelst gasfjäderanord- ningen 10 enligt uppfinningen. Örat 20 pà den yttre änden av kolvstàngen 16 är medelst en ledtapp 52 ledbart infäst i armen 50 vid ett ställe på denna, som ligger pà den ledtappen 46 motsatta sidan av armens 50 svängningsaxel 48. I det i fig. 2 visade läget befinner sig gasfjäderanordningen 10 i ett maximalt utskjutet tillstånd, i vilket armen 50 befinner sig i ett uppàtriktat neutralläge, varvid en linje, som för- binder ledcentrumen för ledtapparna 46, 52, sträcker sig genom armens 50 ledaxel 48 så att gasfjädern 10 ej utövar något svängningsmoment på robotarmen 50. Sá snart armen 50 10 15 20 25 30 35 516 448 5 svänges åt endera hållet från sitt neutralläge inskjutes kolvstången 16 i cylinderhuset 12, varvid den undanträngda tryckgasen i utrymmet till vänster om kolven 14 strömmar över till den högra sidan under en viss kompression av gasen till följd av den volym som själva kolvstången 16 undantränger vid inskjutningen i cylindern 12. Genom att kolvarean på höger sida om kolven 14 är mindre än kolvarean på den vänstra sidan verkar ständigt en huvudsakligen konstant tryckkraft pá kol- ven 14 i en riktning som strävar att skjuta ut kolvstången 16 ur cylindern 12 för att utöva ett balanseringsmoment på armen 50 som vill svänga denna till det i fig. 2 visade, uppátrik- tade neutralläget.Fig. 2 shows a preferred application of a gas pressure spring according to the invention for static balancing of a forearm of a floor-standing industrial robot. The cylinder part 12 of the gas spring device 10 is vertically articulatedly connected to a base part 44 rotatably mounted about a vertical axis (not shown) over a guide pin 46 inserted through the ear 18. by means of the gas spring device 10 according to the invention. The ear 20 on the outer end of the piston rod 16 is pivotally attached to the arm 50 by means of a pivot pin 52 at a location thereon which lies on the pivot shaft 46 opposite the pivot shaft 48. In the position shown in Fig. 2 the gas spring device is 10 in a maximally extended condition, in which the arm 50 is in an upright neutral position, a line connecting the pivot centers of the pivot pins 46, 52 extending through the pivot shaft 48 of the arm 50 so that the gas spring 10 does not exert any moment of oscillation on the robot arm 50. As soon as the arm 50 10 15 20 25 30 35 516 448 5 is pivoted in either direction from its neutral position, the piston rod 16 is pushed into the cylinder housing 12, the displaced pressure gas in the space to the left of the piston 14 flowing over to the right-hand side under a certain compression of the gas due to the volume that the piston rod 16 itself displaces during insertion into the cylinder 12. Because the piston area on the right side of the piston 14 is smaller than the piston area on the left side on the left side, a substantially constant compressive force constantly acts on the piston 14 in a direction which tends to push the piston rod 16 out of the cylinder 12 to exert a balancing moment on the arm 50 which wants to pivot it to the aligned neutral position shown in Fig. 2. .
I fig. 3 visas en alternativ placering av gastryckfjädern enligt uppfinningen för statisk utbalansering av en överarm 50' hos en takhängd industrirobot, d.v.s. där basdelen 44' är monterad på undersidan av en överliggande bärdel 54 med armen 50' riktad nedåt. Vid ett sådant arrangemang är gascylinder- enheten 10' monterad på sådant sätt, att båda dess infäst- ningsställen 46', 52' ligger på samma sida om armens 50' svängningscentrum 48' i ett inskjutet tillstànd hos kolv- stången l6'. I ett väsentligen nedåtriktat neutralläge hos armen 50' ligger då infästningspunkterna 46', 52' i linje med svängningscentrumet 48'. Även vid detta alternativa arrange- mang av gascylinderenheten 10' strävar densamma att vilja lyfta eller resa upp armen 50' mot verkan av därpå utövade tyngdkraftsmoment.Fig. 3 shows an alternative placement of the gas pressure spring according to the invention for static balancing of an upper arm 50 'of a roof-mounted industrial robot, i.e. where the base portion 44 'is mounted on the underside of an overlying support portion 54 with the arm 50' directed downward. In such an arrangement, the gas cylinder unit 10 'is mounted in such a way that both of its attachment points 46', 52 'lie on the same side of the pivot center 48' of the arm 50 'in a retracted condition of the piston rod 16'. In a substantially downwardly neutral position of the arm 50 ', the attachment points 46', 52 'are then in line with the center of pivot 48'. Even in this alternative arrangement of the gas cylinder unit 10 ', the same strives to want to lift or raise the arm 50' against the action of gravity moments exerted thereon.
Tack vare gasfjädern enligt uppfinningen erfordras mindre krafter för att accelerera och bromsa upp svängningsrörelsen av armen under robotens arbete. Kolvstångsskyddet 40, 42 tillförsäkrar härvid en mångfaldigt längre livslängd än tidigare kända gasfjäderkonstruktioner, vilket möjliggör användning av dylika enkla, slutna gasfjädrar pà industri- robotar i smutsiga arbetsmiljöer utan risk för läckage över tätningsringarna 24, 26 på grund av repor på kolvstången 16.Thanks to the gas spring according to the invention, less forces are required to accelerate and decelerate the oscillating movement of the arm during the work of the robot. The piston rod guard 40, 42 thereby ensures a much longer service life than previously known gas spring constructions, which enables the use of such simple, closed gas springs on industrial robots in dirty working environments without risk of leakage over the sealing rings 24, 26 due to scratches on the piston rod 16.