DD219719A1

DD219719A1 - Einrichtung fuer den gewichtsausgleich bei industrierobotern

Info

Publication number: DD219719A1
Application number: DD25611483A
Authority: DD
Inventors: Roland Baudisch; Hans Klauser
Original assignee: Robotron Bueromasch
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1985-03-13
Also published as: DD219719B1

Abstract

Die Erfindung findet Anwendung fuer den Gewichtsausgleich von Bewegungselementen bei Industrierobotern unter Verwendung von Federelementen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erzeugung eines Ausgleichmomentes zur Masse des Greiferarmes in Abhaengigkeit der Winkelstellung des Bewegungselementes ohne das Massentraegheitsmoment der Bewegungselemente wesentlich zu erhoehen. Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass an den Bewegungselementen eine speziell geformte Kurvenscheibe angeordnet ist, auf deren Kurvenbahn ein durch eine Feder gespanntes Zugmittel auf- bzw. abgewickelt wird. Durch die Aenderung des Kurvenradiuses in Abhaengigkeit vom Drehwinkel f der Kurvenscheibe und gleichzeitiger Aenderung der Federkraft wird die geforderte Momenten-Kennlinie realisiert. Fig. 1

Description

BAZ 642

Titel der Erfindung Einrichtung für den Gewichtsausgleich bei Industrierobotern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Gewichtsausgleich von Bewegungselementen bei Industrierobotern unter Verwendung von Federelementen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits technische Lösungen bekannt geworden, die die von Industrierobotern zu bewegenden Massen zumindest teil-,,weise ausgleichen. Dabei gelangen folgende Prinzipien zur Anwendung:

1. der Masse der Greiferarroe werden Gegenlassen zugeordnet; (z. B.: PHM 4, IR 10, IR 60)

2. die Massen der Greiferarme werden durch gegenwirkende Zugoder Druckfedern kompensiert;

(z. B.: IR PHM 4 und PHM 40)

3. Verwendung sogenannter Herzkurven in den Drehpunkten von Greiferarmen, gegen die mit Federn belastete Andruckrollen wirken; (z. B.: DD-PS 0 154 282)

Bei der Anordnung von Gegenmassen wird zunächst ein vollständiger Ausgleich des Eigengewichtes z. B. eines Roboterarmes erzielt. Dieses Prinzip ist technisch dann sinnvoll, wenn es sich bei der Gegenmasse um notwendige Funktionselemente., ' 7. B. Elektromotor«*, handelt. Kommen als Gegenmassen jedoch lediglich "tote" Massen in Betracht, so.besteht der Nachteil, daß sich die zu bewegende Gesamtmasse erhöht und mit der Erhöhung des Massenträgheitsmoments sich die dynamischen Eigenschaften des Systems verschlechtern.

Bei den Anordnungen mit gegenwirkenden Zug·» oder Druckfedern werden die dynamischen Nachteile vermieden» Allerdings haben diese Federanordnungen den Nachteil, daß sie eine feste Kennlinie aufweisen und bei Bewegung ira Falle von Gelenkrobotern vom Gewichtsausgleich erheblich abweichen.

Bei der Anordnung unter Verwendung von Herzkurven werden die erforderlichen Gegenmomente über die Steigung der Herzkurve erreicht. Dadurch lassen sich über den mathematisch ermittelten Steigungsverlauf die erforderlichen Kennlinien exakt abbilden. Bei der konstruktiven und praktischen Realisierung solcher Einrichtungen ergeben sich jedoch erhebliche Bemessungsprobleme. In den meisten Fällen sind konstruktiv bedingte Steigungswinkel mit weniger als 45° erforderlich, wodurch die von der Andruckrolle aufzubringende Andruckkraft ein vielfaches der zu erzeugenden Rückstellkraft beträgt. Nachteilig sind die sich daraus ergebenden hohen Flächenbelastungen an der Kurvenscheibe.'

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden»

' » ·. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Gewichtsausgleich bei Industrierobotern zu schaffen, die unter Verwendung von Federn eine Ausgleichskenrslinie über einen breiten Bewegungebereich realisiert und dabei auf Kurvenscheiben wirkende Flächenkräfte vermeidet.

Erfindungsgeniäß werden Ausgleichsmomente über einen breiten Bewegungsbereich dadurch erzeugt, daß eine speziell geform- \ te Kurve bzw. Kurvenscheibe bei Verdrehung ein durch eine Feder gespanntes Zugmi ttel auf *· bzw. abwickelt. Durch die Änderung des Kurvenradiuses in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheibe und gleichzeitiger Änderung der Federkraft wird die geforderte Momenten-Kennlinie realisiert. Durch die Wahl der Kurvenform lassen sich so gewünschte Kennlinien realisieren.

Mit dieser Lösung wird ein Masseausgleich geschaffen, der hohe Flächenkräfte auf die verwendeten Kurvenscheiben verraeidet. . '; i. · -:. ..

Der erfindungsgemäße Gewichtsausgleich kann in jedem Gelenk eines Industrieroboters untergebracht werden, ohne die Gesamtmasse wesentlich zu erhöhen. .

Ausführungsbeispiel:

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführ.ungsbei-

i ' ,.. · ·. . . .· · ^:· spiels näher erläutert.

Es zei gen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung der erfiirdungsgemäßen Einrichtung in Verbindung mit eines« Hubgetriebe unter Verwendung von Zahnstange und Ritzel;

Fig. 2: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Masseausgleichseinrichtung für Hubbewegungen in Verbindung mit einem Zugmittel;

Fig» 3: eine Prinzipdarstellung der Masseausgleichseiri-

richtung für ein Drehgelenk; Fig. 4: Endlagen der Wickelkuryen nach Fig. 1 und Fig. 3; a; b) Endlagen über einen Drehwinkels nach Fig. 1; c; d) Endlagen über einen Dr eh winkel y nach Fig. 3.

In Figur 1 wird die Erzeugung eines konstanten AusgleichstnosBentes für eine Hubeinheit wiedergegeben. Die Säule 1, geführt von Führungsrollen 2 trägt eine Zahnstange 4 und steht suit einem Zahnrad 3 in Eingriff. Axial am Zahnrad 3 ist eine Kurvenscheibe 5 befestigt. Die Kurvenscheibe 5 mit Kurvenbahn 6 ist mit einem Zugmittel 10 verbunden und des Zugmittel 10 ist mittels vorgespannter Zugfeder 7 am Gestell 9 befestigt. In Figur 2 sind die Zahnstange und das Zahnrad ersetzt durch ein Zugseil 13 und eine Umlenkrolle 8. Bei Bewegung der Säule 1 wird das Zugseil 13 auf der Kurvenbahn 6 der.Kurvenscheibe 5 gewickelt, wobei gleichzeitig das mit Zugfeder 7 vorgespannte Zugmittel 10 auf die Umlenkrolle 8 auf- bzw. abgewickelt wird. Das Zugmittel 10 kann dabei ein Stahlband, Stahlseil und Rollenkette u* ä. sein.

Die Kurven form |V(y)J ist so zu wählen, daß ausgehend von einem Gleichgewicht der Einrichtung durch die Vorspannkraft F₀ der Zugfeder 7 unter Berücksichtigung der Federkennlinie in jeder beliebigen Stellung der Einrichtung Gleichgewicht hergestellt wird und bleibt. Dabei gilt die Grundbeziehung, daß das erzeugende Moment der aufgewickelten Zugmittellänge (Federdehnung) und dem wirksamen Kurvenradius r proportional ist. Ausgehend von der bei ausreichend langem Zugmittel 10 und relativ langer Zugfeder .7 annähernd geltenden'Grundgleichung:

M (V) - r (y) VF_{0 +} r (f) ' C_f ' J'-j/r Xf) * + (^)⁸ .' dys mit M (y) s an der Kurve erzeugtes Moment /

F₀ a Vorspannkraft der Zugfeder

r (y) = Radius in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheibe

Cp = Federkonstante

kann man unter bestimmten Bedingungen die erforderliche Kurvenform schrittweise errechnen.

Analog läßt sich eine Ausgleichseinrichtung nach Fig. 2 für ein Drehgelenk realisieren (ohne Übersetzung for y> ^180°), wobei die Kurvenforiri z. B. über Iterationsverfahren bestimmt werden kann. Bei der Diraensionierung dieses Ausgleiches ist darauf zu achten, daß konkave Kurvenstücke vermieden werden, da dann des Zugmittel 10 nicht mehr vollständig an der Kurvenbahn 6 der Kurvenscheibe 5 anliegt. :

Claims

Erfindungsanspruch

.1-.-Einrichtung für den Gewichtsausgleich der Beweguagselenente bei Industrierobotern unter Verwendung von Feder el einen ten, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bewegende Element nit einer Kurvenscheibe (5) in Verbindung steht, auf deren Kurvenbahn (6) ein unter der Federkraft einer Zugfeder (7) stehendes Zugmittel (10) anliegt und das Zugmittel (10) mit der Kurvenscheibe (5) fest verbunden ist»
2. Einrichtung für den Gewichtsausgleich nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kurvenscheibe (5), insbesondere der wirksame Kurvenradius r ty), sowie 'die-Abmessungen der Zugfeder (7) bestimmend für die M'onentenkenn'iinie für den Masseausgleich sind.
3. Einrichtung für den Gewichtsausgleich nach-Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung einer Längs- bzw. Hubbewegung in eine Drehbewegung eine Zahnstange (4) mit einem Zahnrad (3) im Eingriff steht und die Kurvenscheibe (5) fest mit dem Zahnrad (3) verbunden ist, auf dessen Kurvenbahn (6) das Zugmittel (10) tangential anliegt.
4. Einrichtung für den Gewichtsausgleich nach Punkt 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet/ daß die Kurvenscheibe (5) in Drehgelenk (12) eines Roboterarmes (11) angeordnet ist. ^
5» Einrichtung für den Gewichtsausgleich nach Punkt 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (5) Bestandteil des Roboter armes ist und die kürvertbahn (6) am Hebelarm (11) ausgebildet ist.
6. Einrichtung für den Gewichtsausgleich nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (5) bei Gelenkrobotern gegenüber dem Gestell (9) feststeht, das Zugmittel (10) mit der Zugfeder (7) am Hebel arm (11) des Roboters befestigt ist und so das Zugmittel (10) bei Änderung der Lage des Hebel armes (11) 'auf der Kurvenbahn (6) der Kurvenscheibe (5) gewickelt wird«,