SE521539C2 - Manipulator och förfarande involverande manipulator för förflyttning av ett objekt,innefattande minst två drivande parallellkinematiska förbindningskedjor - Google Patents

Description

.25 30 och med tillräckligt hög precision. I dylika fall anordnas mätproben på en på roboten monterad handled och orienteringen av mätproben sker med hjälp av handleden. Samma krav på snabbhet måste ställas både på handleden och på industriroboten. Denna utveckhngsväg anses intressant och därmed finns behov att kunna utrusta en snabbare industrirobot med en snabbare handled.

Industriell mätning kräver att utrustningens räckvidd omfattar alla önskade mätpunkter och även klarar att nå in i trånga utrymmen. Detta ställer stora krav på konstruktionen av en handled.

Behovet av snabbhet vid exempelvis högprecisionsmätning grundas på det generella behovet av att sänka produktionskostnadema. Av ekonomiska skäl finns därför behov av en mätutrustning, som snabbt förflyttar en mätprob mellan mätpunkter och dessutom snabbt orienterar mätproben till önskat mätläge. Exempel på tillämpningar av snabb precisionsmätning är mätning av dimensioner hos karosseridetaljer och komponenter i motorer och växellådor inom bilindustrin.

Ovanstående visar att det finns behov av en industrirobot, vilken upprätthåller hög precision och som är snabbare vid förflyttning och orientering av ett objekt. Objektet är exempelvis en mätprob eller en laserpistol. I behovet ingår att objektet ska kunna nå till alla önskade mätpunkter, även inne i trånga utrymmen.

Applikationer med kända CMM-system uppfyller inte dessa behov.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att anordna en PKM, definierad enligt ovan, vilken underlättar arbetet vid industriella tillämpningar som kräver hög precision och hög produktionstakt. Ett andra syfte med uppfinningen är att anordna en PKM, vilken är billigare att tillverka och enklare att installera för högprecisionstillämpningari en industrirobotapplikation, exempelvis mätning eller laserskärning. Ett tredje syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en PKM, vilken har en mindre och smalare fysisk utbredning och samtidigt uppvisar en större arbetsvolym.

Enligt en första aspekt löser uppfinningen denna uppgift genom att anordna en manipulator med särdrag i enlighet med det oberoende anordningskravet 1, enligt en andra aspekt genom ett 10 15 20 pfi 521 539 förfarande utfört i enlighet med det oberoende patentkravet 18, enligt en tredje respektive fjärde aspekt genom användning i enlighet med det självständiga patentkravet 22 respektive 23 samt enligt en femte aspekt genom en industrirobot i enlighet med det självständiga patentkravet 24.

Fördelakti ga utföringsformer anges i de beroende patentkraven.

I enlighet med uppfinningen är en industrirobot innefattande en manipulator anordnad för förflyttning av ett objekt i rymden. Manipulatorn innehåller en stationär plattform och en rörlig plattform och objektet är anordnat på den senare. Vidare är åtminstone två drivande kinematiska förbindningskedjor parallellt anordnade mellan plattformama. En i den första parallellkinematiska förbindningskedjan ingående första enaxlig led med en första rotationsaxel är anordnad på den stationära plattformen. Vidare är en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan ingående andra enaxlig led med en andra rotationsaxel anordnad på den stationära plattformen. Uppfinningen karakteriseras av en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan ingående tredje enaxli g led med en tredje rotationsaxel, vilken är anordnad att korsa (definierat enligt nedan) den andra rotationsaxeln. Den tredje rotationsaxeln utgör därmed den rörliga plattfonnens rotationsaxel. Objektet är anordnat att rotera kring den tredje rotationsaxeln när den första parallellkinematiska förbindningkedjan är drivande och objektet är anordnat att samtidigt rotera kring den andra och den tredje rotationsaxeln när den andra parallellkinematiska förbindningskedjan är drivande.

I uppfinningstanken ingår att första och andra leden är anordnade på den stationära plattformen så att första och andra rotationsaxlama korsar varandra. Bestämningen att ”rotationsaxlarna korsar varandra" avser att axlarna bildar vinkel med varandra och att axlarna ligger i olika plan.

Bestämningen att ”rotationsaxlarna skär varandra” avser att de bildar vinkel med varandra och att de liggeri samma plan.

Vid samtidig drivning av den första och den andra kinematiska förbindningskedjan medger den uppfinningsenliga manipulatorn således samtidig rotation och svängning av ett objekt. 10 15 20 j25 30 LT! t\J _. à O? (_14 \D Med bestämningen kinematisk förbindningskedja avses här en kedja av sammankopplade leder och länkar. Med bestämningen drivande kinematisk förbindningskedja avses här en kinematisk förbindningskedja samverkande och aktuerad av minst en drivanordning. Det ingåri uppfinningstanken att drivanordningen för en parallellkinematisk förbindningskedja är anordnad på den stationära plattformen eller som extem kraftkälla. Det ingår även i föreliggande uppfinning att drivanordningen är inbyggd i den parallellkinematiska förbindningskedjan exempelvis i en enaxlig led.

Med bestämningen ”enaxlig led, med en rotationsaxel, anordnad på en plattform” avses en enaxli g led med en rotationsaxel. Vidare avses med nämnda bestämning att leden består av två delar, varav den ena delen är fast anordnad på plattformen och den andra delen är rörlig och roterar kring rotationsaxeln. I föreliggande uppfinning ingår minst en enaxlig led, anordnad på den stationära plattformen enligt ovan, i respektive parallellkinematisk förbindningskedja.

I föreliggande uppfinningsenli ga PKM ingår även drivande motorer, inklusive växellådor och vinkel givare, vilka är anordnade på den stationära plattformen. Genom att anordna de drivande motorerna med sina växellådor och vinkel givare på den stationära plattformen och dessutom utforma de parallellkinematiska förbindningskedjoma enbart av leder och länkar minskar den rörliga massan högst väsentligt. Mindre rörlig massa ger i första hand fördelen av en ökad acceleration och därmed en snabbare robot. När en uppfinningsenlig PKM är monterad på en robot medför mindre rörlig massa minskade stormoment från i roboten ingående robotaxlar, vilket i sin tur medför en snabbare och dynamiskt noggrannare robot. I en uppfinningsenlig manipulator, med parallellkinernatiska förbindningskedjor bestående av leder och länkar, är antalet ingående krafttransmissioner lägre. Eftersom alla krafttransmissioner har inbyggda glapp, vilka påverkar noggrannheten negativt, ger en minskning av antalet inbyggda krafttransmissioner jämfört med känd teknik färre glapp. Färre glapp medför i sin tur ökad noggrannhet.

Det ingår även i uppfinningstanken att första och andra rotationsaxlarna är anordnade att sammanfalla dvs första och andra rotationsaxlama utgörs av en gemensam fjärde gemensam rotationsaxel. En PKM enligt uppfinningen anordnad med en gemensam fjärde rotationsaxel ger en PKM med större orienteringsförrnåga och därmed ökad arbetsvolym. I en fördelaktig l0 15 20 25 30 utföringsform av uppfinningen är den tredje rotationsaxeln anordnad vinkelrät mot den fjärde rotationsaxeln. I ytterligare en fördelaktig utföringsform av uppfinningen skär den tredje rotationsaxeln den fjärde rotationsaxeln.

Det ingår vidare i uppfinningstanken att den första respektive den andra ledens rörliga del benämns en första respektive en andra aktuator. Oavsett om drivanordningen är integrerad i leden eller är anordnad på den stationära plattformen på avstånd från leden sker drivningen på respektive leds rörliga del dvs aktuator i det följande. Enligt en fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen är första respektive andra aktuatom koaxiellt anordnad med och har en utbredning längs den gemensamma fjärde rotationsaxeln.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen bygger på att av två i manipulatom ingående aktuatorer är åtminstone den ena aktuatorem utformad som ett rör, vilket är koncentriskt och roterbart anordnat för rotation kring den återstående roterande aktuatom. Manipulatom enligt uppfinningen uppvisar därmed två aktuatorer, koaxiellt anordnade med en gemensam rotationsaxel. De båda aktuatorema är anordnade på den stationära plattformen och har olika utbredning längs den gemensamma rotationsaxeln, dvs de har olika längd.

Det ingår även i uppfinningstanken att aktuatorema är anordnade på avstånd från varandra med parallella rotationsaxelar.

I en fördelaktig utföringsforrn av uppfinningen innehåller den första parallellkinematiska förbindningskedjan en första aktuatorann med en första längdaxel. Den första aktuatorannen är anordnad på den första ledens rörliga del och bildar vinkel med första, andra och tredje rotationsaxeln. Det in går i uppfinningstanken att den första aktuatorarmen är fast anordnad i den första ledens rörliga del. Det ingår även i uppfinningstanken att den första aktuatorarmen är ledat förbunden med den första ledens rörlí ga del i en fjärde enaxli g led med en femte rotationsaxel.

Det ingår i uppfinningstanken att den första parallellkinematiska förbindningskedjan innefattar en roterande första aktuator anordnad med en första aktuatorarrn sammankopplad med ett första länksystem. I en fördelaktig utföringsforrn är den första aktuatorarrnen fast anordnad på den 10 15 20 25 30 i. ...-| 521 559 första aktuatom. Den första aktuatorarmen är anordnad att i sin längdriktning bilda vinkel med de ingående första, andra tredje och fjärde rotationsaxlama. I en annan fördelaktig utföringsforrn är den första aktuatorarmen ledat förbunden med den första aktuatom i en fjärde enaxlig led för rotation kring en femte rotationsaxel, vilken skär den fjärde rotationaxeln under rät vinkel. Denna fördelaktiga utföringsform ökar manipulatoms arbetsvolym.

Det ingår i uppfinningstanken att manipulatom enligt uppfinningen utgörs av en handled i en industrirobot. Enligt en föredragen utföringsform är industriroboten avsedd för industriella högprecisionstillämpningar. Den rörliga plattformen utgörs av exempelvis en mätprobhållare och objektet, som manipuleras utgörs av en mätprob för CMM-mätning. Vid en annan tillämpning utgör manipulatom ett ”servo positioning head” för laserbearbetning.

Det ingår vidare i uppfmningstanken att i en uppfinningsenli g PKM, innefattande en gemensam rotationsaxel för de båda aktuatorerna, anordna en andra aktuatorarm på den andra enaxliga ledens rörliga del dvs den andra aktuatom. Manipulatom innefattar därmed en första och en andra parallellkinematisk förbindningskedja, var och en innefattande en aktuator försedd med en aktuatorarm. De båda aktuatorarmarna är anordnade att bilda vinkel dels inbördes och dels med övriga ingående ovan nämnda symmetriaxlar. Den andra förbindningskedjan innefattar två enaxli ga leder anordnade i vinkel. Den andra förbindningskedjan kompletteras i en fördelakti g utföringsform med ett passivt armelement, vilket har en passiv funktion att hålla upp den rörliga plattformen varvid manipulatom fungerari enlighet med uppfinningen. En fördelaktig utföringsform av uppfinningen fungerar enligt följ ande. Ett objekt brin gas att rotera kring en gemensam fjärde rotationsaxel genom att rotera de båda aktuatorema synkront. Objektet bringas att svänga kring en tredje rotationsaxel, dvs den rörliga plattforrnens rotationsaxel, genom att rotera de båda aktuatoraxlama asynkront.

Vidare ingår i uppfinningstanken ett förfarande involverande en manipulator anordnad för förflyttning av ett objekt i rymden. Manipulatorn innefattar en stationär plattform, en rörlig plattform på vilken objektet är anordnat och minst två drivande parallellkinematiska förbindningskedjor anordnade mellan plattformarna, varvid en i den första parallellkinematiska förbindningskedjan ingående första enaxli g led med en första rotationsaxel är anordnad på den 10 15 20 25 30 521 539 stationära plattformen och en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan ingående andra enaxlig led med en andra rotationsaxel är anordnad på den stationära plattformen. Förfarandet kännetecknas av att objektet bringas att rotera kring en i andra förbindningskedjan och i vinkel med andra rotationsaxeln anordnad tredje rotationsaxel vid vridning i den första leden och att objektet bringas att samtidigt rotera kring den andra och den tredje rotationsaxeln vid vridning i den andra leden. Därmed drivs en uppfinningsenlig PKM att svänga och rotera objektet kring två vinklade axlar samtidigt. I en fördelaktig utformning av uppfinningen är manipulatom anordnad att manipulera objektet under ändlös rotation kring en för förbindningskedjoma fjärde gemensam rotationsaxel.

Det ingår i uppfinningstanken att objektet bringas att svänga i ett normalplan till den fjärde rotationsaxeln vid synkron svängning av första och andra aktuatorema. Vidare ingår det i uppfinningstanken att objektet bringas att svänga i ett normalplan till den tredje rotationsaxeln vid asynkron svängning mellan första och andra aktuatom.

I uppfinningstanken ingår möjligheten att ändra längden på en eller båda aktuatorerna.

Den uppfinningsenli ga manipulatom möjliggör att en mätprob kan inta alla de positioner och orienteringar, som krävs i mätsammanhang. Genom att den rörliga handleden görs mycket lätt och genom att driv och mätsystem inte ingår i den rörliga massan uppnås höga accelerationsnivåer. Den stationära plattformen enligt uppfinningen utgör en integrerad del i en valfri robot. Uppfinningstanken möjliggör därmed att utforma drivningen av en handled med motorer, som har mindre vikt. Detta medför att den rörliga massan hos främre delen av robotaimen minskar. Därmed kan robotens motorer göras lättare och resultatet blir en snabbare robot lämpad för högprecisionstillämpningar.

Andra möjliga tillämpningar för den uppfinningsenliga manipulatorn är lasersvetsning, laserskärning, sprutmålning, limning, plasmaskärning och vattenskärning.

FIGURBESKRIVNING 10 15 20 1,25 30 Uppfinningen skall förklaras närmare av utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritning, där Figur l är en generell parallellkinematisk manipulator, PKM, enligt föreliggande uppfinning, Figur 2 är en kinematisk modell av manipulatorn i figur 1, Figur 3 är en fördelakti g utföringsform av en uppfinningsenlig PKM, Figur 4 är en fördelakti g utföringsform av en uppfinningsenlig PKM visad i två lägen, Figur 5 är en fördelaktig utföringsform av en uppfinningsenlig PKM illustrerad med dess arbetsområde, Figur 6 är en modell för arbetsområdet enligt figur 4, Figur 7 är en PKM enligt figur 5 illustrerad med två ingående leders rörelsemönster, Figur 8 är en modifierad PKM enligt figur 7 med en större arbetsvolym, Figur 9 är en PKM avsedd för en laserskärrringsapplikation, Figur 10 är en PKM innefattande en aktuatorarm på varje aktuatoraxel, Figur 11 är en lättviktsled för manipulatorn i figur 10, Figur 12 är en uppfinningsenlig PKM med en mätprob anordnad i ett första läge, Figur 13 är en PKM enligt figur 12 med mätproben vriden 90°, Figur 14 är en PKM enligt figur 10 med två aktuatorarmar kopplade till en rörlig plattform i en gemensam led.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 är en generell utformning av industriroboten enligt föreliggande uppfinning.

Industriroboten 1 innefattar en parallellkinematisk manipulator 2 anordnad för förflyttning av ett objekt 3 i rymden. Manipulatom innehåller en stationär plattform 4, en rörlig plattforrn 5 och två parallellkineinatiska förbindningskedjor i form av armar 6, 7, vilka sammanbinder plattfonnarna.

Den första armen 6 är förbunden med den stationära plattformen 4 i en första enaxlig led 8 med rotationsaxel A. Den första leden 8 innefattar en första roterbar aktuator 8a och en på plattformen 4 fast anordnad del 8b. Den första aktuatorn 8a är försedd med en fast anordnad första aktuatorarin 6a med längdaxeln D. Aktuatorarmen 6a är ledat förbunden med den rörliga plattformen 5 via ett länksystem 11. 10 15 20 25 30 521 55 Den andra armen 7 är förbunden med den stationära plattformen 4 i en andra enaxlig led 10 med rotationsaxel B. Den andra leden 10 innefattar en andra roterbar aktuator 10a och en på plattformen 4 fast anordnad del l0b. Den andra aktuatorn 10a är försedd med en fast anordnad andra aktuatorarm 7a, vilken är ledat förbunden med den rörliga plattformen 5 via en tredje enaxlig led 12 med en tredje rotationsaxel C.

Första och andra aktuatorema 8a respektive 10a är anordnade med förskjutning (eng. offset) och bildar vinkel mellan sina respektive rotationsaxlar A och B. Ledens 12 rotationsaxel C är anordnad med offset och vinkel relativt rotationsaxel B. Vid rotation av den första aktuatom 8a vrids den rörliga plattformen 5 kring den tredje rotationsaxeln C. Vid rotation av den andra aktuatom 10a vrids den rörliga plattformen 5 samtidigt kring den andra B och den tredje rotationsaxeln C.

Figur 2 är en kinematisk modell av manipulatom i figur 1. Manipulatoms kinematik åskådliggörs genom de i ordning markerade variablerna Ll-LIO samt vinklarna v56 och v49. En fördelaktig utföringsfonn enligt uppfinningen är att ansätta vinkeln v56=0 grader, axeloffseten L5=O, vinkeln v49=90 grader och axeloffseten L7=0. Därmed erhålles en PKM, vilken uppvisar ett symmetriskt och därmed optimalt arbetsområde. Genom att dessutom sätta L9=0 kommer den masströghet som objektet ger upphov till att vara minimal eftersom objektet då har ett minimalt medelavstånd till aktuatorernas vridningsaxlar. Då detta första parameterval gjorts återstår att välja parametrarna Ll, L2, L3, (L4+L6), L8 och L10. Kvoten mellan LlO och L2 bör minimeras för att minimera inverkan av geometriska fel hos leden mellan L2 och L3 på objektspetsens 3a position.

Ett lämpligt värde vid tillämpningen mätning är L10/L2=2 för att ett mätobjekt inte ska komma för nära länken L3. Även kvoten mellan L2 och Ll bör minimeras för att hålla fortplantnin gen av fel vid så låg nivå som möjligt. Här får en avvägning göras mellan arbetsområde och noggrannhet och ett lämpligt värde är L2/L1=1, 3. L8 väljs något kortare än L1 för att länken L3 ska få en optimal medellutnin g relativt det cirkelplan som rotationen av L2 genererar. Slutligen bör kvoten mellan L3 och (L4+L6) väljas så att ett stort arbetsområde som möjligt erhålles. Ett riktvärde är L3/(L4+L6)=2. 10 15 2G V:25 30 Figur 3 visar en PKM enligt uppfinningen med parametrarna vinkeln v56=0 grader, axeloffseten L5=O och axeloffseten L7 :#0 i den kinematiska modellen. Denna utföringsfonn har inbyggd påkänning på en del 10b av aktuatom 10a, leden 12 och delen 5b av den rörliga plattformen.

Genom att vinkla leden 12 minskas denna påkänning. En vinkling av leden 12 bör åtföljas av en motriktad vinkling av proben 3 relativt delen Sa av mätprobhållaren. En första aktuator 8a är utformad som ett rör och roterbart anordnad på den stationära plattformen 4. En första motor 9 är anordnad att rotera aktuatom 8a via en kuggtransmission 16. En andra aktuator 10a är roterbart anordnad på den stationära plattformen 4. Första Sa och andra aktuatom 10a är koaxiellt anordnade för rotation runt en gemensam fjärde rotationsaxel E. Den andra aktuatorn 10a är ledat förbunden med den rörliga plattformen 5 via en enaxli g led 12 med en tredje rotationsaxel C. En andra motor 17 samt växel 18 är anordnade på den stationära plattformen 4 för rotation av aktuatom 10a. Den första aktuatom Sa har en utsträckning i längdled a, som understiger den andra aktuatoms 10a längdutbredning b. Leden 12 är anordnad med rotationsaxeln C vinkelrät mot och skärande den gemensamma rotationsaxeln E. En första 19 och en andra vinkel givare innefattande kodare 20 är anordnade på respektive aktuatorer 8a och 10a för vinkelavkänning av respektive aktuators vinkel/vridning.

Figur 4 visar ytterligare en fördelaktig utföringsform av en uppfinningsenli g PKM, 2, vilken är avsedd för tillämpningen mätning och är anordnad i enlighet med ovan valda fördelaktiga parametrar. I figur 4 har manipulatom för tydlighets skull försetts med hänvisningsbeteckningar motsvarande den generella manipulatom i figur 1 samt manipulatom i figur 3. Således är manipulatorn anordnad för förflyttning av en mätprobe 3 i rymden. Manipulatom innehåller en stationär plattform 4 och en rörlig plattform 5, vilken utgörs av en probehållare 5 på vilken mätproben 3 med mätprobspetsen 3a är anordnad. Vidare innefattar manipulatom två parallellkinematiska förbindningskedjor 6,7 vilka var och en sammanbinder de båda plattformarna 4, 5. Den första parallellkinematiska förbindningskedjan 6 innefattar en första led 8 anordnad med en roterbar del, aktuator, 8a. Aktuatom 8a är försedd med en fast anordnad första aktuatorarrn 6a. Den första parallellkinematiska förbindningskedjan 6 innefattar ett länksystem 11, vilket förbinder aktuatorarmen 6a med den rörliga plattformen 5. Länksystemet 11 innefattar en första länk 13 anordnad med en treaxlig led 14, 15 i var ände. En första motor 9 är anordnad att rotera aktuatom 8a via en kuggtransmission 16. Den andra parallellkinematiska 10 15 20 1,25 130 - ; , , ,, 521 559 ll förbindningskedjan 7 innefattar en andra aktuator l0a vilken är ledat förbunden med den rörliga plattformen 5 via en tredje enaxli g led 12 med en rotationsaxel C. Den första 8a och den andra aktuatom l0a är roterbart anordnade på den stationära plattformen 4 för rotation kring en gemensam fjärde rotationsaxel E. En andra motor 17 med växel 18 är anordnad på den stationära plattformen 4 för rotation av aktuatom l0a. Första 8a och andra aktuatom l0a är koaxiellt anordnade där den första aktuatom 8a är utformad som ett rör anordnat koaxiellt omskrivande den andra aktuatom l0a. Den första aktuatom Sa har en utsträckning i längdled a, som understiger den andra aktuatoms l0a längdutbredning b längs rotationsaxeln E. Leden 12 är anordnad med rotationsaxeln C vinkelrät mot och skärande de båda aktuatoremas gemensamma rotationsaxel E. Vid rotation av den första aktuatorn 8a kring rotationsaxel E vrids den rörliga plattformen 5 runt rotationsaxel C. Vid rotation av den andra aktuatom l0a kring rotationsaxel E erhålles en rotation av plattformen 5 kring både rotationsaxel C och E. Drivanordningama 9 och 17 förutsätts innehålla växellådor för erhållande av optimal utväxling mellan en ingående motors rotor och aktuatorerna 8a och l0a. Vinkel givare i form av kodare 19, 20 är anordnade att mäta axelvinklarna hos aktuatorema 8a och l0a. Respektive vinkelgivares stationära del är monterade på en balk 21.

Figuren 4 visar två extremlägen för den uppfinningsenliga manipulatom, dels läge I med en mätprob 3 i ett övre läge och dels läge ll med proben 3 pekande neråti bilden och mot betraktaren utgående från papperets plan.

Figur 5 visar en uppfinningsenli g PKM med en probe 3 anordnad mitt i anordningens centrum i en punkt där rotationsaxlama C och E skär varandra. Genom att rotera första 8a och andra aktuatom l0a synkront erhålles cirklar för probespetsen 3:1 på den nivå som ges av den relativa vridningsvinkeln mellan aktuatorema 8a och l0a. I figur 6 åskådliggörs ett arbetsområde, vilket motsvarar alla riktningar med ett probe centrum på den sfäriska kalotten.

Arbetsområdet uttrycks i sfäriska koordinater enligt följande när radien r hålls konstant: -nx2xPi O<= V2<3xPil4 10 15 20 ~25 '30 12 När manipulatom enligt figur 5 aktiveras, genom relativrörelse mellan de båda aktuatorema 8a och 10a, beskriver ledema 14 och 15 varsin cirkel vilket visas i figur 7. Dei figuren införda pilarna visar den mellan ledema 14 och 15 monterade länkens 13 läge 13a vid olika relativa aktuatorvinklar.

Figur 8 visar en modifierad form av manipulatom i figur 7. Aktuatorarmen 6a är här ledat förbunden med aktuatom 8a i en fjärde enaxli g led 22 med en rotationsaxel F, vilken skär rotationsaxeln E under rät vinkel. Aktuatorarmen 6a kan därmed vinklas uppåt och nedåt varvid ett större arbetsområde erhålles. Upp/nedrörelsen ges av en extra länk 23. Den tjockare linjen i figur 8 visar hur leden 14 på aktuatorarrnen 6a rör sig och pilen P visar att arbetsområdet nu är större relativt figur 7. Denna modifierade form är anordnad med till varje aktuator hörande motor, växel och kodare i enlighet med ovanstående.

Figur 9 är en uppfinningsenlig PKM avsedd för exempelvis laserapplikationer. Förenklat kan utformningen beskrivas som en PKM där första och andra aktuatorema 8a och l0a enligt figurema 1-8 har bytt plats. Figuren 9 visar ett exempel med en laserpistol till vilken processmedium enkelt förs genom första aktuatorns 8a centrum 26. Två speglar 24, 25 används för avböjning av laserljuset. Ena spegeln 24 är fast förbunden med pistolen och den andra spegeln 25 är fast förbunden med den andra aktuatorn l0a. Spegeln 24 är centrerad till pistolaxeln G och plattformens rotationsaxel C och bildar 45° vinkel relativt dessa axlar. Den andra spegeln 20 är förutom centrerad till axeln C även centrerad till aktuatoremas gemensamma rotationsaxel E och bildar 45° vinkel relativt båda dessa axlar.

Figur 10 är en parallellkinematisk manipulator 2 i enlighet med föreliggande uppfinning innefattande två parallellkinematiska förbindningskedjor 6 och 7. Manipulatom innefattar en första aktuator 8a, vilken drivs att rotera av en första motor 9 via en bandtransmission 27.

Aktuatom 8a är utformad som ett rör koaxiellt anordnat och roterbart lagrat för rotation kring en andra aktuator l0a. Den andra aktuatom l0a drivs att rotera av en andra motor 11. De båda motorema 9 och 11 är fast anordnade på en stationär plattform 4. En första aktuatorarm 6a är fast monterad på den första aktuatoraxeln 8 och därmed styr motor 9 svängningen av den parallellkinematiska förbindningskedjan 6. En andra aktuatorarm 7a är fast monterad på den 10 15 20 'i;25 230 521 559 13 andra aktuatom 10a och dänned styr den andra motorn 11 svängningen av den andra parallellkinematiska förbindningskedjan 7. De båda aktuatoraxlarna Sa och 10a är anordnade att rotera kring en gemensam axel E. På den andra aktuatoraxeln 10a är en tredje ann 28 anordnad via en enaxli g led 12, vars rotationsaxel är anordnad att sammanfalla med rotationsaxel E. Armen 28 innefattar stagen 28a, 28b, 28c och 28d. Den tredje armen 28 uppbär en enaxlig led 12 med vridningsaxeln C, på vilket en rörlig probehållare 25 är monterad. Mätprobhållaren 29 innefattar stagen 29a, 29b, 29e, 29d och 29e. Staget 29a uppbär mätproben 3. Stagen 29a, 29b och 29d är i sina respektive ena ändar anordnade på ena delen l2a av den tredje leden 12. Staget 29e är i sin ena ände förbundet med aktuatorarmen 6a via en led 30, en länk 31 och en led 32. Staget 29e är i sin andra ände förbundet med aktuatorarmen 7a via en led 33, en länk 34 och en led 35. Staget 29e är anordnat mellan ledema 30 och 33 och parallellt med rotationsaxel C. Manipulatoms symmetri anges i figur 10 utgående från det inlagda koordinatsystemet.

Aktuatorarmen 6a utbreder sig i en riktning vinkelrätt mot aktuatorn 8a och aktuatorarmen 7a utbreder sig i en riktning vinkelrätt mot aktuatom 10a. Rotationsaxel C bildar en vinkel relativt rotationsaxel E. Symmetrin medför att proben svänger i ett vertikalplan när de båda armarna 6a och 7a svängs relativt varandra. Vidare medför symmetrin att proben svänger i ett horisontalplan när de båda armarna 6a och 7a svängs synkront. Därmed är det möjligt att manipulera (pl obegränsat och (px/ (p, cirka 70°. Detta innebär en möjlighet att ge en mätprobe alla de orienteringar som krävs i mätsammanhang. Genom att tillverka det rörliga armsystemet av kolfibermaterialoch genom att driv- och mätsystem inte ingår i den rörliga massan så uppnås höga accelerationsnivåer med mycket lätta motorer och växellådor.

Figur 11 är en lättviktsutformning av ledema 30, 32, 33 och 35, varav endast det ena paret visas i figuren. Länken 31 är uppdelad i två länkar 31a och 31b, vilka hålls samman av fjäderelement 36 och 37. Själva lederna 30 och 32 består av kullcder med par av ledskålar 30a och 32a respektive ledkulor 30b och 32b. För att möjliggöra orienteringsändring av probehållaren 29 har ett lager 38 införts.

Figur 12 är en manipulator enligt figur 10 med mätproben 3anordnad i en första riktning. Figur 13 visar motsvarande manipulator i ett andra läge, ca 90 grader relativt riktningen i figur 12.

Dessutom visar figurema möjligheten att på ett enkelt sätt förlänga aktuatorerna 8a och 10a. 521 559 14 Figur 14 visar manipulatorn i figurerna 12-13 modifierad genom att anordna båda aktuatorarmarna 6a och 7a kopplade till den rörliga plattformen 5 i en gemensam led 39.

Generellt för alla visade utföringsfonner av den uppflnningsenliga industriroboten med den parallellkinematiska manipulatom är att respektive aktuator drivs med varsin motor anordnad i den kinetiska förbindningskedjan eller altemativt av en extem kraftkälla anordnad på eller utanför den stationära plattformen.

Claims (24)

10 15 20 _15 L". PJ _; CT! CN \Q 15 PATENTKRAV

1. Manipulator (2) anordnad för förflyttning av ett objekt (3) i rymden, innefattande en stationär plattform (4), en rörlig plattform (5) på vilken objektet (3) är anordnat och minst två drivande parallellkinematiska förbindningskedjor (6, 7) anordnade mellan plattformarna (4, 5), varvid en i den första parallellkinematiska förbindningskedj an (6) ingående första enaxlig led (8) med en första rotationsaxel (A) är anordnad på den stationära plattformen (4) och en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan (7) ingående andra enaxlig led (10) med en andra rotationsaxel (B) är anordnad på den stationära plattformen (4), kännetecknad av att en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan (7) ingående tredje enaxlig led (12) med en tredje rotationsaxel (C) är anordnad att korsa den andra rotationsaxeln (B), att objektet (3) är anordnat att rotera kring den tredje rotationsaxeln (C) när den första parallellkinematiska förbindningkedjan (6) är drivande, att objektet (3) är anordnat att samtidigt rotera kring den andra (B) och den tredje rotationsaxeln (C) när den andra parallellkinematiska förbindningskedjan (7) är drivande.

2. En anordning enligt patentkrav 1, varvid första och andra rotationsaxlama (A, B) är anordnade att skära varandra.

3. En anordning enligt patentkrav 1, varvid första och andra rotationsaxlarna (A, B) är anordnade parallella.

4. En anordning enligt patentkrav 3, varvid första och andra rotationsaxel (A, B) är anordnade att sammanfallai en gemensam fjärde rotationsaxel (E).

5. En anordning enligt något av patentkraven 1-4, varvid en i den första parallellkinematiska förbindningskedjan (6) ingående första aktuatorarm (6a) med en första längdaxel (D) är anordnad på den första ledens (8) rörliga del/aktuator (Sa). 10 15 20 :25 PO __\ (27 CN' \C 16

6. En anordning enligt patentkrav 5, varvid ett i den första parallellkinematiska förbindningskedjan ingående första länksystem (11) är anordnat att sammanbinda den första aktuatorarmen (6a) med den rörliga plattformen (5).

7. En anordning enligt patentkrav 5 eller 6, varvid den första aktuatorarmen (6a) är fast anordnad på den första aktuatom (8a).

8. En anordning enligt patentkrav 5 eller 6, varvid den första aktuatorarmen (6a) är ledat förbunden med den första aktuatom (8a) i en fjärde enaxlig led (22) med en femte rotationsaxel (F)-

9. En anordning enligt patentkrav 5, varvid den första längdaxeln (D) är anordnad att korsa första, andra respektive tredje rotationsaxeln (A, B resp. C).

10. En anordning enligt patentkrav 6, varvid länksystemet (11) innefattar en första länk (13) och tvâ treaxli ga leder (14,15) anordnade sammankopplade.

11. 1 1. En anordning enligt patentkrav 4, varvid den tredje rotationsaxeln (C) är anordnad vinkelrät mot den fjärde rotationsaxeln (E).

12. En anordning enligt patentkrav 11, varvid den tredje rotationsaxeln (C) skär den fjärde rotationsaxeln (E).

13. En anordning enligt patentkrav 8, varvid den femte rotationsaxeln (F) skär den fjärde rotationsaxeln (E) under rät vinkel.

14. En anordning enligt patentkrav 8, varvid länksystemet innefattar en andra länk (23) parallellkinematiskt anordnad i förhållande till den första länken (13). 10 15 20 _fi 30 521 539 17

15. En anordning enligt patentkrav 4, varvid en i den andra parallellkinematiska förbindningskedjan (7) ingående andra aktuatorarm (7a) är anordnad på den andra ledens (7) rörliga del/aktuator (10a).

16. En anordning enligt patentkrav 4, varvid en andra aktuatorarm (IOa) är anordnad på den andra aktuatom (10).

17. En anordning enligt något av föregående patentkrav1-14, varvid manipulatorn (2) utgör en handled i en industrirobot.

18. Förfarande involverande en manipulator (2) anordnad för förflyttning av ett objekt (3) i rymden, innefattande en stationär plattform (4), en rörlig plattform (5) på vilken objektet (3) är anordnat och minst två drivande parallellkinematiska förbindningskedjor (6, 7) anordnade mellan plattfonnarna (4, 5), varvid en i den första parallellkinematiska förbindningskedjan (6) ingående första enaxli g led (8) med en första rotationsaxel (A) är anordnad på den stationära plattformen (4) och en i den andra parallellkinematiska förbindningskedj an (7) ingående andra enaxlig led (10) med en andra rotationsaxel (B) är anordnad på den stationära plattformen (4), kännetecknat av att objektet (3) bringas att rotera kring en i andra förbindningskedjan (7) och i vinkel med andra rotationsaxeln (B) anordnad tredje rotationsaxel (C) genom vridning i den första leden (8) och att objektet (3) brin gas att samtidigt rotera kring den andra (B) och den tredje rotationsaxeln (C) genom vridning i den andra leden 10.

19. Förfarande enligt krav 18, varvid objektet brin gas att manipuleras under ändlös rotation kring en gemensam rotationsaxel (E).

20. Förfarande enligt krav 19, varvid objektet (3) bringas svänga i ett normalplan till rotationsaxeln (E) vid synkron svängning av första (8) och andra leden (10).

21. Förfarande enligt krav 19, varvid objektet (3) bringas att svänga i ett normalplan till rotationsaxel (C) vid asynkron svängning mellan första (8) och andra (10) leden. 10 LT! i” 3 ...x "i (N \O 18

22. Användning av en manipulator enligt patentkraven 1-17 och ett förfarande enligt patentkraven 19-22 för CMM-mätning.

23. Användning av en manipulator enligt patentkraven 1-17 och ett förfarande enligt patentkraven 19-22 i en ”servo positioning head” för laserbearbetning.

24. Industrirobot innehållande en manipulator enligt något av patentkraven 1-17 anordnad för industriella högprecisionstillämpningar.