SE516878C2 - Industrirobot med en skruvfjäderuppbyggd balanseringsanordning med en teleskopisk enhet, samt förfarande för och användning av roboten - Google Patents

Description

25 30 516 87.8 ':=.I= 2 roboten. Balanseringsanordningar utgörs generellt av vikter, gashydrauliska anordningar eller fjäderanordningar i form -av skruvfjäden, torsionsfjäder- och / eller gas-uppbyggda balanseringscylindrar. Frånsett motviktema är de ovan nämnda anordningarna dyra, tunga och känsliga konstruktioner. Gashydrauliska anordningar är utryrnmeskrävande och dessutom behäñade med täthetsproblem.

Vid skruvf] äderuppbyggda balanseringscylindrar finns alltid risk för snedställning av kolvstången i förhållande till cylindern sk byrålådseffekt, vilken när den uppstår medför att cylinderanordningen slits och dess livslängd förkortas drastiskt. Även alternativet motvikter för nackdelar med sig, eftersom en robot med motvikt inte kan utformas lika kompakt och utryrnmessnål. Motvikten hindrar dessutom robotens rörelsemöjlighet.

När roboten gör alltför begränsade rörelsecykler, dvs roboten rör sig för lite, uppstår problem med dålig Smörjning i de ingående lagren.

Det japanska patentet JP 10015874 visar en robot anordnad med en gravitations- kompenserande fjäderanordning. Anordningen innefattar ett fiäderhus, vilket innehåller en skruvfiåder, ett fjädersäte och en dragstång kopplad till fjädersätet. Tre styrpinnar är anordnade genom varsitt hål i fjädersätet, vilket glider längs styrpinnarna när dragstången dras ut och skruvfjädern därmed trycks ihop. Syftet är att förhindra skador på dragstången.

Industrirobotar består vanligen av en robotfot, stativ och robotarm. Stativet är roterbart anordnat på robotfoten. Robotarmen är vridbart anordnad i en led på stativet. Robotarmen består av armdelar vridbart anordnade i förhållande till varandra. Robotens arm innefattar exempelvis en första och en andra armdel samt en handled anordnad med ett verktygsfäste.

Armen är i sitt utgångsläge / viloläge orienterad med den första armdelen i det närmaste vertikal. När roboten rör sig / arbetar vrids armen i förhållande till stativet samtidigt som armdelama vrids i förhållande till varandra. Den totala belastningen på roboten utgörs av dels pålagd hanteringsvikt i handleden och dels robotens aktuella egenvikt. Vid vridning vrider berörd motor robotarmen varvid den på armen verkande gravitationskrafien belastar / påverkar balanseringsanordningen varvid balanseringsanordningen alstrar ett vridmoment.

Balanseringsanordningen underlättar sedan för motom att vrida armen tillbaka till utgångsläge / viloläge. Berörd vridmotor ska sålunda, vid vridning av roboten tillbaka, klara av att hantera ett resterande vridmoment, vilket utgör summan av dels momentet från robotens totala belastning och dels det i balanseringsanordningens alstrade motriktade vridmoment.

O :\CF\Dok\Word-dok\Patent\l l0008500\l lO()08500.doc 10 15 20 25 30 516 .878 - » | u . o' 3 Balanseringsanordningens alstrade vridmoment och berörd vridmotors styrka är därmed i beroendeförhållande.

Utvecklingen av industrirobotar går mot större och större robotar. För cirka 10 år sedan klarade stora robotar att lyfta upp till 100 kg i handleden. Den vidare utvecklingen har möjliggjort lyfi på 200 kg och nu finns behovet av att öka lyfikapaciteten i handleden till extremt höga belastningar på omkring 250 kg. Vid så stora belastningar i handleden är det oerhört viktigt att en balanseringsanordning arbetar på rätt sätt.

Vid balanseringsanordningar innefattande skruvfjädrar blir skruvfiädem hoptryckt respektive utdragen. Vid en hoptryckt skruvíj äder finns alltid risken att den böjs ut åt sidan dvs viker sig / knäcks. Därmed finns behovet att förhindra att skruvtjädem viker sig.

Vid belastningar av roboten på upp mot 250 kg i handleden tvingas r en balanseringsanordning att arbeta med mycket stora momentkrafier och tar lätt skada.

Skadorna uppstår vanligen genom att balanseringsanordningen snedbelastas. l fallet med en skruvtjäder, tjäderhus, tjädersäte och en dragstång leder ensnedbelastning av dragstången, sk byrålådseffekt, till en snedställning av dragstången i tjäderhuset, slitage uppstår och balanseringsanordningens livslängd reduceras till en oacceptabelt låg nivå. Detta medför oönskade och fördyrande driñsstopp vid produktion. Dessutom tillkommer oönskade extra kostnader för reservdelar.

I anordningen enligt det ovannämnda japanska patentet kan tjädersätet inte vrida sig axiellt i íjäderhuset. Vid belastning uppstår stora böjmoment i dragstångsdelen i tjäderhuset, vilket medför mycket stora påkänningar i konstruktionen, höga yttryck alstras och detta sammantaget resulterar i att dragstången böjer ut.

Vid tillverkning av industrirobotar av ovan angivet slag uppkommer därmed behov av en balanseringsanordning, vilken klarar extremt höga belastningar på upp till 250 kg och samtidigt har lika lång livslängd som industriroboten. Därmed elimineras oönskade driltsstopp och behov av reservdelar.

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

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN O :\CF\Dok\Word-dok\Patent\1 lO()08S00\l l0008500.doc 10 15 20 25 30 s 1 s. eva ;::= - « - u ~ -ø 4 En industrirobot, innefattande en manipulator med styrsystem, uppvisar robotfot, stativ och robotarm med handled och verktyg. Stativet är roterbart anordnat på robotfoten. Robotarmen_ är vridbart anordnad på stativet i en led. Robotarmen består av åtminstone en första och en andra armdel samt handleden, vilka är vridbart anordnade i förhållande till varandra. En balanseringsanordning är anordnad för att vid vridning av roboten utöva en dragkrafi mellan en första och en andra robotdel och därmed motverka / balansera gravitationskrafien när robotdelamas inbördes lägesforhållande förändras. Balanseringsanordningen är fäst på resp robotdel med infästningsorgan.

Syftet med uppfinningen är att på en robot enligt ovan anordna en skruvfiäderuppbyggd balanseringsanordning, där roboten klarar att lyfia 250 kg i handleden utan att balanseringsanordningen tar skada. Vidare är syftet med uppfinningen att förse roboten med en balanseringsanordning, vilken har lika lång livslängd som roboten. Uppgiften för uppfinningen är således att i en balanseringsanordning enligt ovan förbättra styrningen av en dragstång i ett fjäderhus och därmed eliminera risken för snedställning av en dragstången sk byrålådseffekt. _ Lösningen enligt uppfinningen kännetecknas av den i patentkrav 1 angivna anordningen med en balanseringsanordning i form av en skruvfjäderuppbyggd teleskopisk enhet. En dragstâng bildar tillsammans med ett styrrör en teleskopisk enhet, vilken är anordnad mellan robotdelarna och utgör ett stöd och en styrning för skruvfjädem. Vid vridning av roboten förlängs altemativt förkortas den teleskopiska enheten samtidigt som styrningen av dragstången förbättras i enlighet med det självständiga förfarandekravet. Vidare förhindrar uppfinningen att vridkrañer från skruvfjädem l-fjädrarna fortplantas till den teleskopiska enheten, genom att dragstången kan vrida sig fritt kring sin längdaxel, i enlighet med de underordnade kraven. En robot enligt uppfinningen kan utrustas med en eller flera balanseringanordningar och vara anordnad med företrädesvis en vertikalt ledad robotarm i enlighet med det självständiga användningskravet.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, där Fig l visar en balanseringsanordning enligt föreliggande uppfinning med dragstången indragen.

O:\CF\Dok\Word-dok\Patent\l l0O08500\l 1000850040: 10 15 20 25 30 51.6 3.73 5 Fig 2 visar en balanseringsanordning enligt fig 1 med utdragen dragstång.

Fig 3 visar en balanseringsanordning enligt fig 1 utan skruvfj äder och dragstång.

Fig 4 visar en styrring anordnad i en fjäderhusöppning.

Fig 5 visar en alternativ utformning av uppfinningen.

Fig 6 visar en industrirobot försedd med en balanseringsanordning enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL En industrirobot 1 (ñg 6) innefattar en robotfot 2, ett på robotfoten 2 roterbart anordnat stativ 3 och en i en led 4 på stativet 3 förbunden robotarm 5, vilken innefattar en första och en andra armdel 6 resp. 7. Robotarmen 5 vrids kring en horisontell vridningsaxel 4a i leden 4. En balanseringsanordning 8, innefattande en teleskopisk enhet 9 och en skruvfiäderenhet 10, är monterad på roboten 1 (ñg 1). Skruvfj äderenheten 10 är koaxiellt anordnad på den teleskopiska enheten 9. Balanseringsanordningen 8 innefattar i sin första ände ll ett första fäste 12 för ledad infästning till stativet 3 och i sin andra ände 13 ett andra fäste 14 för ledad infästning till första armdelen 6.

Den teleskopiska enheten 9 innefattar ett första fjädersäte 15 och ett andra fjädersäte 16 mellan vilka skruvf] äderenheten 10 är anordnad (fig 2). Det första fjädersätet 15 innefattar ett fjäderhus 15a, vilket är anordnat med en första gavel 17, en cylindrisk mantelyta 18 samt en andra gavel 19, försedd med en öppning 20. Ett fäste 12 i form av ett första fästöra 21 är anordnat på utsidan av den forsta gaveln 17. Det andra fjädersätet 16 innefattar en kolv 22, vilken är fast anordnad vid första änden 23a av en dragstång 23. Dragstången 23 tillsammans med kolven 22 är i längdled fórskjutbart anordnade inuti fjäderhuset 15a. Den rörformade dragstången 23 sträcker sig från kolven 22, genom en del av fjäderhuset 15a och ut genom öppningen 20 i fjäderhusets andra gavel 19. Dragstången 23 är i sin andra ände 23b försedd med ett fäste 14 i forrn av ett andra fästöra 24. Skruvfjäderenheten 10 innefattar en fjädersats 25 i form av två skruvfjädrar 25a och 25b år anordnade inuti fjäderhuset 15a mellan kolven 22 och fjäderhusets 15a andra gavel 19.

När dragstången dras ut ur fjäderhuset 15a trycks fjädersatsen 25 ihop och alstrar därmed en fjäderkrafi, som vill dra ut skruvfj ädem och därmed dra dragstången 23 tillbaka in i fjäderhuset 15a. Den alstrade fjäderkraften utnyttjas för balanseringen.

Koaxiellt inuti fjäderhuset 15a är ett styrrör 26 fast anordnat på första gavelns 17 insida.

Styrröret 26 sträcker sig inuti fjäderhuset 15a från första gaveln 17 och nästan fram till den O :\CF\D0k\Word-d0k\Patent\l l0008500\l 10008500 .doc 10 15 20 25 30 516. 878 6 andra gaveln 19. Styrröret 26 har således en längd, som understiger fjäderhusets 15a längd.

Styrröret 26 har en ytterdiarneter, som något understiger den rörformade dragstångens 23_ innerdiarneter.

När dragstången 23 förskjuts i längs styrröret 26 ska dragstången 23 glida med mycket god styrning och minimal friktion längs Styrröret 26. Detta åstadkoms genom en första och en andra bussning 27 resp. 28. Den första bussningen 27 är fast anordnad koaxiellt med och på insidan av dels dragstången 23 och dels en öppning 29 hos fjädersätet 22 för att bilda en i längsled utsträckt sammanhängande första styryta 30 (fig 1). Den andra bussningen 28 är fast anordnad på utsidan av styrrörets 26 fria ände 31, för att hos styrröret 26 bilda en i längsled utsträckt andra styryta 32 (fig 3).

Vid förskjutning av dragstången 23, genom öppningen 20 i gaveln 19, glider dragstången 23 teleskopiskt utanpå styrröret 26, vilka därmed tillsamrnans utgör en teleskopisk enhet 9.

Rörelsen stabiliseras genom att dragstången 23 får stöd av första 30 och andra 32 styrytoma, vilka är anordnade på avstånd från varandra i längdled. Första 30 och andra 32 styrytoma styr med glidpassning dragstången 23, som tillsammans med styrröret 26 bildar en böjstyv enhet 33 mellan första 21 och andra fästörat 24 (fig 2).

I fjäderhusets 15a andra gavel 19 är en styrring 34 fast anordnad i öppningen 20. Styrringen 34 är utformad med en i fjäderhusets 15a i längdled utsträckt tredje styryta 35. Den tredje styrytan 35 styr och glidlagrar dragstången 23 vid dess rörelse ut ur och in i fjäderhuset 15a genom öppningen 20 (fig 2).

De mellan kolven 22 och fjäderhusets andra gavel 19 befintliga skruvfj ädrarnas 25a och 25b möjlighet att tryckas ihop avgör, hur långt dragstången 23 kan dras ut ur fjäderhuset 15a. Av figur 2 framgår att Styrröret 26 och dragstången 23 är teleskopiskt upptagna i varandra i tillräcklig grad för att ge en exakt styrning och god stadga när dragstången 23 dras ut maximalt. För att säkra att dragstången 23 kan vrida sig fritt i fiäderhuset 15a är det andra fastörat 24 roterbart anordnat i dragstångens andra ände 23b via ett vinkelkullager 36.

Styrringen 34 är lösbart anordnad koaxiellt i gavelns 19 öppning 20 (fig 4). Styrringens 34 uppgift är primärt att via tredje styrytan 35 styra dragstången 23 samt sekundärt att täta eller avgränsa fjäderhuset 15a. Styrringen 34 är anordnad lätt utbytbar. Styrringen 34 har en O:\CF\Dok\Word-d0k\Patent\1 10008500\1lO008500.doc 10 15 20 25 516 878 7 öppning 37, vilken är uppslitsad utan materialförlust. Den kan således lätt träs på dragstången 23 och föras axiellt till avsedd plats i öppningen 20. En lâsring 38 låser styrringen 34 mot axiell förskjutning i öppningen 20.

ALTERNATIVA UTFORMNINGAR Balanseringsanordningen enligt uppfinningen kan vara anordnad mellan armdelar hos roboten, vilka ej är direkt anslutna till varandra.

Roboten är takmonterad eller vinklat monterad.

Roboten kan anordnas så att balanseringsanordningen är utfonnad med íjädersätena 15 och 16 fast anordnade vid respektive fästen 12 och 14 (se fig 5) och att den teleskopiska enheten 9 sträcker sig koaxiellt genom fjädersatsen 25. Vid vridning av roboten dras både den teleskopiska enheten och sknivfj äderenheten ut i längdled.

Roboten kan vara utrustad med en eller flera balanseringsanprdningar.

Fjäderhuset kan förses med lufthål för att eliminera pumpning vid kolvens rörelse fram och tillbaka.

Fästörat 13 kan anordnas roterbart via ett rullningslager.

Den beskrivna kolven kan ersättas med någon annan form av fjädersäte.

Dragstången kan vara en kolvstång.

O:\CF\Dok\Word-dok\Palent\110()O8500\ll0O08500.doc

Claims (1)

1. ~- 5-16 878 ø v u n u Q u n n . » | u ø « . o» PATENTKRAV 1. lndustrirobot (1) innefattande en första robotdel (3) och en andra robotdel (5) anordnade 10 15 2G 25 30 rörliga i förhållande till varandra och en dem emellan verkande balanseringsanordning (8), varvid balanseringsanordningen (8) innefattar ett första fäste (12) och ett andra fäste (14) för ledad infastning till respektive robotdel (3), (5) och varvid balanseringsanordningen (8) är anordnad att motverka gravitationskraften vid vridning av robotdelama (3), (5) k ä n n e t e c k n a d a v att balanseringsanordningen (8) innefattar en teleskopisk enhet (9) anslutande till respektive fäste (12), (14) och en skruvfjäderenhet (10) anordnad mellan ett på den teleskopiska enheten (9) fixerade första íjädersäte (15) respektive andra fiädersäte (16). . lndustrirobot enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den teleskopiska enheten (9) är anordnad koaxiell med skruvfi äderenheten (10). . lndustrirobot enligt krav 1-2, k ä n n e t e c k n a d a v att den teleskopiska enheten (9) innefattar en dragstång (23) och ett styrrör (26). . lndustrirobot enligt krav 3, k ä n n e te c k n a d a v att styrröret (26) innefattar det första fiädersätet (15). . lndustrirobot enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att dragstången (23) innefattar det andra íjädersätet (16). . lndustrirobot enligt krav 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att det första fiädersätet (15) innefattar ett fiäderhus (1 Sa). . lndustrirobot enligt krav 6, k ä n n e te c k n a d a v att styrröret (26) är fast koaxiellt i det skruvfiäderenheten (10) omslutande fiäderhuset (l5a). . lndustrirobot enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att dragstången (23) är fiárskjutbart anordnad utanpå styrröret (26) och sträcker sig med en första ände (23b) ut genom en öppning (20) i fiäderhuset (1 Sa). l0 15 20 25 30 516 '878 n n I n o o u Q ø o u Q a n v ø oo 9 9. Industrirobot enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att dragstången (23) är utformad med ett fritt roterbart fäste (14) i sin första ände (23b). 10. Industrirobot enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att en utbytbar styrring (34) är fixerat anordnad i fiäderhusets (l5a) öppning (20). ll. Förfarande vid balansering av en industrirobot (l) innefattande en första robotdel (3) och en andra robotdel (5) anordnade rörliga i förhållande till varandra och en dem emellan verkande balanseringsanordning (8), varvid balanseringsanordningen (8) innefattar ett första fäste (12) och ett andra fäste (14) för ledad infástning till respektive robotdel (3), (5) och varvid balanseringsanordningen (8) är anordnad att motverka gravitationskraften vid vridning av robotdelarna (3), (5) k ä n n e t e c k n at a v att balanseringsanordningen (8) bringas att innefatta en teleskopisk enhet (9) anslutande till respektive fäste (12), (14) och att en skruvfjäderenhet (10) anordnas mellan ett på den teleskopiska enheten (9) fixerade första fjädersäte (15) respektive andra fjädersäte (16). 12. Förfarande vid en industrirobot enligt krav 11 k ä n n e t e c k n at a v att den teleskopiska enheten (9) styr skruvfjäderenheten (10). ll-l2 kännetecknat avatt 13. Förfarande vid en industrirobot enligt krav skruvfiäderenheten (10) anordnas koaxiellt på den teleskopiska enheten. l4. Förfarande i enlighet med krav ll k ä n n e t e c k n at a v att det andra fästet (14) anbringas i form av ett fritt roterbart fástöra (24). 15. Användning av en robot enligt krav 1 och ett förfarande enligt krav ll anordnad med en vertikalt ledad robotarm.