SE520248C2 - Kablagehållare - Google Patents

Description

20 25 30 35 520 248 extrema handrörelser utsätts därför kablaget för stora drag- påkänningar och utsättes också för slitage mot robotarmen.

Genom EP O 144 602 är en industrirobot tidigare känd vid vilken försörjningsledningarna till verktyget är dragna från en fast ex- tern punkt i en frihängande slinga till manipulatorns stativ. Från stativet löper genom hållare fästade vid manipulatorns armar ett ledningsknippe till verktyget. Ledningsknippet anordnas att mel- lan hållarna löpa i slingor varvid slingorna ser till att led- ningsknippet kan följa manipulatorns alla rörelser. Ledningsknip- pet utsätts därvid för ett stort antal böjningar i olika riktningar och med olika böjningsradier. Med tiden leder dessa ogynn- samma böjningar till utmattningsbrott, varvid ledningarna till sist gar av.

Ytterligare en industrirobot är tidigare känd genom EP 0 144 602 i vilken en fjädrande arm innefattar en skruvfjäder som med sin ena ände sitter stumt fästad vid manipulatorn. Ett fäste i armens andra ände håller kabelknippet ut från roboten. Genom att själva armen är utförd som en spiralfjäder tillåter denna en utböjningw vid uppstråckning av kablaget. En nackdel är härvid att då armen böjer ut vrids fästet i en för kablaget ogynnsam riktning så att knäckskador kan inträffa.

Yt-terligare en manipulator är tidigare känd genom patentskriften WO98/19090 i vilken kablaget löper i ett rör. l detta rör är anordnad en fjäder som utövar en återförande dragningskraft på kablaget så att dess slack hálles på ena sidan av röret och som vanligtvis riktas bakåt fràn robotens hand. På detta sätt tillåts kablaget löpa fram och åter i röret under det att fjädern utövar en kraft som hela tiden vill hälla kablaget sträckt från röret och fram till handen.

Ett speciellt problem föreligger då ledningarna, som vanligen är sammanbundna till ett knippe eller omslutna av en skyddsslang, skall bringas att följsamt löpa utmed en långsträckt kring sin egen längdaxel vridbar robotarm. Det är vanligt i sådana 10 15 20 25 30 35 520 248 3 sammanhang att armen från ett utgångsläge kan vrida sig mer än ett halvt varv åt båda hållen. Ledningsknippet mäste därvid löpa utmed mantelytan hos robotarmen. Då armen är i sitt neutralläge är den behövliga längden lika med armens längd. Vid vridning ett halvt varv ökar emellertid den behövliga längden. Ökningen motsvaras av att ledningsknippet vid vridning mäste läggas ett halvt varv runt robotarmens mantelyta. Denna sträcka utgör halva omkretsen av en cirkel med en radie definierad av avståndet mellan vridningsaxeln till centrum av ledningsknippet. En- beräkning med hjälp av Pythagoras sats ger vid handen att den behövliga längden hos ledningsknippet därvid blir mellan 20 - 50 % längre än själva armen. Vid vridning av robotarmen utsätts också ledningsknippet för en vridning kring sin egen axel.

REDoGöRELsE FÖR UPPHNNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för att hålla och sträcka ett ledningsknippe av det slag som ovan angivits så att slingor undvikes och så att skador på grund av utmattning motverkas. Ett ytterligare ändamål med upp- finningen år att sträcka upp kablaget så att detta inte kommer l konflikt med föremål inom robotens arbetsområde och onödigt inkräktar på detta. Anordningen skall vara enkel och kostnadseffektiv samt medge att kablaget med ett minimum av platsbehov kan föras från en infästning vid den övre armen fram till verktyget vid handen på manipulatorn.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen av en manipulator enligt de i det oberoende kravets 1 kännetecknande del angivna särdragen samt med ett förfarande enligt de i det oberoende förfarandekravets 6 kännetecknande del angivna särdragen.

Fördelaktiga utföringsformer anges i de kännetecknande delarna av de beroende kraven.

Enligt uppfinningen anbringas med hjälp av en arm en sidofö- rande kraft som håller kablaget spänt i en båge mellan två infäst- 10 15 20 25 30 CK) UI 520 248 .m- ningspunkter. Den ena av dessa infästningspunkter är exempel- vis placerad pà överarmens bakre del och den andra på det handhållna verktyget. Genom att den sidoförande kraften anbringas på kablaget I en riktning som i huvudsak följer ett normaiplan till en tänkt linje mellan infästningarna hålls kablaget spänt i en båge mellan dessa. Denna båge anordnas lämpligen åt en riktning som inkräktar minimalt på robotens arbetsområde. I en fördelaktig utföringsform ligger denna båge över den övre armen.

Hållaren innefattar en bärarm som monteras på överarmshuset och sträcker sig framåt utmed och ovanför överarmen. I bärarmens främre ände sitter ett fäste genom vilket kablagepaketet löper. I en första föredragen utföringsform är kablaget fixerat I fästet så att det inte kan röra sig longitudinellt. I en andra föredragen utföringsform år kablaget fixerat I en bakre punkt vid roboten varvid fästet tillåter en Iongitudinell rörelse hos kablaget. Denna rörelse kan åstadkommas genom att kablaget bringas att löpa genom fästet eller att fästet bringas att röra sig i förhållande till bärarmen. Armens bakre ände är anordnat på en vridenhet som ger bärarmen en rörelsemöjlighet I två frihetsgrader. En av rörelserna är med fördel anordnad I ett vertikalplan medan den andra rörelsen är anordnad I ett plan normalt med den första rörelsen. Armen är fjäderbelastad I båda riktningarna, den första I riktning uppåt och den andra I en riktning som centrerar armen utmed robotarmen. I obelastat läge befinner sig således armen I ett utgångsläge som Innebär att fästet är lokaliserat högt upp och mitt över den övre armen. När robotens handled vrids på ett sådant sätt att det uppstår en dragkraft I kablaget böjer sig armen under en mothållande fjäderkraft nedåt åt ena eller andra sidan.

Strax framför armens infästning är på dess undersida anordnat ett styrorgan som tillser att armen och dess fäste inte kommer I kontakt med robotarmen. I en föredragen utformning är styrorganet utformat som en rulle som roterar kring en axel vars projektion hamnar I Infästningspunkten för armen. Då armen av 10 15 20 25 30 35 520 248 krafter i kablaget böjer sig nedåt kommer den i kontakt med rullen. Beroende på om kablaget har lindats upp med- eller moturs på robotarmen har dragkraften i kablaget också en liten tvärkomposant i den upplindade riktningen. När således armen böjs nedåt och träffar rullen kommer den vid fortsatt nedåtgående rörelse att tryckas åt sidan av rullen åt ena eller andra hållet. Under fortsatt nedåtgående rörelse hos armen kommer således fästet att röra sig nedåt vid sidan av robotarmen. Rörelsen hos hållararmens främre ände, dvs fästet, beskriver på så sätt ett upp och nedvänt U.

Vid en normalt fjäderbelastad arm ökar den återförande kraften med armens utböjning. Vid den aktuella lösningen är det i stället det motsatta förhållandet som eftersträvas. Ju mer armen böjs desto mindre återförande kraft eftersträvas. Enligt uppfinningen löses denna uppgift genom att en fjäder med en gynnsamt placerad infästning bringas att samverka med bärarmen så att den resulterande kraftkomposanten minskar med utböjningen.

Fjäderfästet är härvid anordnat i ett normalplan till bärarmens utsträckning i sitt översta läge genom en punkt avståndet mellan fästet och en tänkt linje som utgör bärarmens förlängning bakåt minskar med utböjningen hos bärarmen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar där: visar en tredimensionell Figl skiss av en hållare enligt uppfinningen, Fig2 visar den uppfinningsenliga hållaren monterad på en överarm tiii en i övrigt icke visad manipuiator, och bakom i infästningen i vridenheten. Fjäderfästet år också så placerat att' 10 15 20 25 30 OC) UI 520 248 6 Fig 3 visar schematiskt en hållare med sin bärarm i ett övre ' läge och en kraftpolygon som visar den resulterande kraften hos hållaren, och Fig 4 visar schematiskt hållaren med sin bärarm i ett nedre läge och en kraftpolygon som visar den resulterande kraften hos hällaren.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Med hänvisning till fig 1 och 2 visas en hållare enligt uppfin- ningen. Hållaren består av ett manipulatorfäste 1, varmed hållaren är anordnad att fästas vid ett lagringshus 16 till en övre arm 10 hos en industrirobot (fig 2). Manipulatorfästet innehåller en basplatta 2 och uppbär ett stativ 3. Stativet är roterbart lagrat i basplattan och vridbart kring en i figuren visad vertikal första axel A. Två fjåderfästen 4 i form av två konsoler är fästade vid stativet. Fjäderfästena sträcker sig från stativet uppåt och åt vänster i figuren. Stativet uppbär en bärarm 5 som med sin ena ände är lagrad i stativet och vridbar kring en i figuren visad andra axel B. Bärarmen sträcker sig uppåt och åt höger i figuren och uppbär i sin andra ände ett kablagefåste 6 för ett icke visat kablage till ett verktyg tillhörande industriroboten. Kablagefästet är anordnat att omsluta ett kablage eller ett kablaget omslutande hölje så att Iongitudinella rörelser förhindras.

Bärarmen 5 och fjäderfästena 4 är riktade snett uppåt i figuren och från varandra bildande formen av ett V. l vardera bärarmen och fjäderfästena är anordnat fästorgan 7 i form av små tappar.

Två fjädrar 8 sammanbinder bärarmen med fjäderfästena så att bärarmen under fjäderkraft kan böja sig nedåt åt höger i figuren.

För att inte bärarmen skall kollidera med robotarmen den är fäst vid är på basplattan anordnat ett styrorgan 9. Styrorganet innehåller en ruiie med en lämplig diameter som är roterbart lagrad kring en axel i huvudsak parallell med bärarmen. Då bärarmen böjs nedåt träffar den rullen som styr armen utåt eller 10 15 20 25 30 35 520 248 inåt i figuren, så att en fortsatt nedböjning av bärarmen sker vid sidan om robotarmen. Denna rörelse sker genom en samtidig vridning kring den första axeln A och den andra axeln B.

Figur 2 visar en hållare enligt uppfinningen fästad vid en överarm till en icke visad robot. Hållaren sitter med sina fästen fixerade vid ett lagerhus 16 hos robotöverarmen. Den vridbara delen av överarmen 10 slutar i sin ände med en gaffel 12 vilken häller handen 13 som innehåller en vridskiva 14. Vid bakre änden av överarmen är anordnad en drivenhet 15 som innehåller driv- motorer för alla tre rörelser hos överarmen. En streckad linje 11 visar hur ett kablage kan sträcka sig genom hållare och runt den vridbara delen av armen 10 och kommer upp på andra sidan och ansluter till ett icke visat verktyg som sitter anslutet vid vridskivan 14. Då kablaget sträckes på grund av armens, handens, vridskivans eller verktygets rörelser böjer sig bärarmen 5 nedåt i bilden under utövning av fjäderkraften. Styrorganet tillser att bärarmen också vrider sig en aning utåt från bilden mot läsaren kring axeln A så att den kommer att inta ett läge där fästet 6 kommer att ligga nära eller vid sidan om armen 10.

Bärarmen 5, fjäderfästet 4 och fjädern 8 bildar tillsammans en kraftpolygon. Det första benet i kraftpolygonen utgöres av fjäderfästet mellan den andra axeln B och fästorganet 7. Det andra benet utgöres av bärarmen mellan den andra axeln B och fästorganet 7. Det tredje benet slutligen utgöres av fjädern 8.

I fig 3 och 4 visas schematiskt kraftpolygonen vi två olika utböjningar hos bärarmen. Kraftpolygonen är bildad av fjäderkraften, FS, den mothållande bärarmskraften, FA som alltid är riktad utmed armen och den resulterande kraften FR som i figuren är visad vertikal. l fig 3 är bäramen visad i ett upprest läge. Den resulterande kraften som lyfter upp kablaget är då stor. l fig 4 är bärarmen visad i ett nedböjt läge. Den resulterande kraften är här mindre. Genom rätt utformning av de tre benen i kraftpolygonen och med ett lämpligt val av fjäderkonstant kan den resulterande kraften dimensioneras att vara i stort sett 10 15 20 25 30 520 248 konstant över hela bärarmens arbetsområde. Konstruktionen förutsätter att fjäderfästet är riktat snett bakåt från bärarmen samt på ett sådant sätt att fjäderkonstanten och kraftpolygonen samverkar. l utföringsexemplet tänkes kablaget vara omgärdat av en styv slang som oftast är formad av en plastslang med rillor för att kunna vara böjligt. Det ligger naturligtvis innanför uppfinningen att hållaren kan uppbära vilket slag av kablage eller slangar som helst. Det inses också att hållaren eller bärarmen kan ha andra utföringsformer.

Huvudtanken bakom uppfinningen är att föra och hålla kablaget sträckt i sidled, så att det hålls sträckt i en båge mellan två fästpunkter. Den kraft som för kablaget i sidled och håller det sträckt år riktad huvudsakligen utmed ett normalplan till en tänkt linje mellan de två fästpunkterna.

De vinklar och riktningar som angivits i exemplet är på inget sätt begränsande. Sålunda kan de i exemplet angivna axlarna A och B ha godtycklig riktning. Det inses också av fackmannen inom området, eftersom hållaren är anordnad att fästas vid en arm till en robot, att angivna riktningar och förhållanden förändras med robotens rörelser.

Det inses av en fackman att det visade styrorganet som tillser att bärarmen inte kolliderar med robotarmen kan anordnas på mångahanda sätt. Exempelvis kan bärarmen bringas att följa en kam eller en bygel med lämplig profil.

Det inses också av en fackman att för att hålla och styra ett slack hos ett kablage mellan ett flertal rörliga delar hållaren godtyckligt kan vara fästad till en av delarna.

Claims (6)

520 248 Patentkrav

1. Manipulator innefattande ett flertal inbördes rörliga armar (10, 12, 13, 14, 16), ett kablage (11) som löper utmed de inbördes rörliga armarna och en hållare som uppbär en mellan två av de inbördes rörliga armarna löpande del av kablaget, vilken hållare innefattar en bärarm (5) och ett i bärarmens ena ände anordnat fäste (6) som omsluter kablaget, kä n n etecknad av, att hållaren påverkar kablaget med en fjäderkraft (FR) vars riktning i huvudsak är anordnad i ett normalplan till kablaget genom fästet, varvid hållaren håller kablaget sträckt i en båge mellan de båda inbördes rörliga armarna.

2. Manipulator enligt patentkrav 1, kännetecknad av, att bärarmen (5) i sin andra ände är ledbart fixerad vid en av de inbördes rörliga armarna (16) och att hållaren innefattar en fjäder (8) som påverkar bärarmen (5).

3. Manipulator enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av, att den kablaget påverkande fjäderkraften (FR) minskar med höjden hos den båge till vilken kablaget är sträckt.

4. '.~ Manipulatonenligt något av tidigare patentkrav, känne- tecknad av, att bärarmens (5) utsträckning i huvudsak sammanfaller med kablagets utsträckning och att fästet (6) förhindrar en longitudinell rörelse hos kablaget.

5. Manipulator enligt något av tidigare patentkrav, känne- tecknad av, att hållaren innefattar ett styrorgan (8) som förhindrar bärarmen (5) att kollidera med manipulatorn.

6. Förfarande vid en manipulator innefattande ett flertal inbördes rörliga armar (10, 12, 13, 14, 16), ett kablage (11) som löper utmed de inbördes rörliga armarna samt en hållare, vilken innefattar en bärarm (5) och ett fäste (6) som omsluter kablaget, för att hålla och sträcka kablaget (11) så att slack undvikes, varvid hållaren anordnas att uppbära en mellan två 520 248 10 av de inbördes rörliga armarna löpande del av kablaget, kän netecknat av, att kablaget (11) av hàllaren påverkas av en fjäderkraft, vars riktning i huvudsak anordnas i ett normalplan till kablagets utsträckning varvid kablaget hálles sträckt i en båge mellan de båda inbördes rörliga armarna. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av, att bärarmen (5) anordnas ledbart fixerad vid en av de rörliga delarna (16) så att rotation i två frihetsgrader tillåtes och att hållaren anordnas att innefatta en fjäder (8) som påverkar bärarmen (5). Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, kä n netec kn at av, att den kablaget påverkande fjäderkraften anordnas att minska med höjden hos den båge till vilken kablaget sträckes. Användning av en manipulator enligt något av kraven 1 - 5 eller ett förfarande enligt kraven 6 - 8 vid svetsning.