NO834600L - Robotarm - Google Patents

Description

Dagens marked for roboter tilfredsstilles av et betydelig antall produsenter som tilbyr maskiner innen et stort områ-de. Utformningen av maskinene avspeiler behovene for kraft, presisjon, hurtighet og pris. Maskinene har flere felles trekk, og utfører de valgte oppgaver med sveising, maling, griping, anbringelse og andre bevegelsesoppgaver på en god måte. Mange robotarmer arbeider radialt om et sentrum. De kan dekke forskjellige vinkler innen det rom de kan beveges i, men de har vanligvis mindre fleksibilitet med hensyn til bevegelser enn f.eks. en menneskearm. Den naturlige markeds-utvikling for roboter synes nå å være i området for utfør-else av hurtige, innøvde bevegelser med liten belastning og moderat nøyaktighet, samt betydelig variasjon i vinkelbeveg-elser innen bevegelsesrommet. Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en robotarm som tilfredsstil-ler dette behov.

En robotarm i henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter flere festeplater med innbyrdes avstand, idet naboplater er sammenkoblet ved hjelp av en gruppe staver, omfat-tende en stav med fast lengde og et par staver som kan juste-res i lengde, samt styreanordninger for uavhengig variasjon av lengden til paret av staver, for å bevirke kontrollert innbyrdes vinkelinnstilling av naboplater og manøvrering av robotarmen.

Fortrinnsvis er en ende av staven som har fast lengde fast forbundet med en festeplate, og den annen ende av hver stav som har fast lengde er festet til en naboplate ved hjelp av en forbindelse som utgjør et universalledd, slik som en kule i en hylse. Hver ende av hver stav som har justerbar lengde kan være festet til festeplatene ved hjelp av universalledd eller andre ledd for vinkelvariasjon, for å kunne innta forskjellige stillinger mellom naboplatene.

Hver stav med justerbar lengde kan være justerbar ved hjelp av hvilke som helst passende midler, slik som en teleskop-skjøt eller et ekspanderbart parti, men en foretrukket løs-ning er at disse staver er dannet av to seksjoner som er sammenskrudd, idet styreanordningen bevirker innbyrdes rotasjon av de to seksjoner av staven for å bevirke variasjon av lengden. Styreanordningen kan omfatte en elektrisk motor, fortrinnsvis en motor for hver stav som har variabel

lengde. De elektriske motorer kan være trinnmotorer eller likestrøms servomotorer, og kan være montert på festeplatene, på stavene med fast lengde eller (mindre hensiktsmes-sig) på stavene med variabel lengde. De elektriske motorer kan drive stavene med ledd ved hjelp av tannremmer og rem-skiver, kjeder og tannhjul eller andre passende midler.

Ved at flere festeplater og grupper av staver er sammenføyd etter hverandre i lengden av robotarmen er det mulig å danne en robotarm som meget nær simulerer formen og bevegelsen til en menneskearm, og robotarmen kan variere i stør-relse alt etter omstendighetene. Robotarmen kan dessuten simulere formen og bevegelsen til et menneskeben, dvs. at den kan benyttes som et kunstig ben.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser i perspektiv to festeplater og en tilhørende gruppe på tre staver i en robotarm i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk og todimensjonalt mulige bevegelser til en robotarm i henhold til oppfinnelsen, idet det vil forstås at armen kan utføre tredimensjonale bevegelser. Fig. 1 viser en undre festeplate A, til hvilken, i området

D, er festet en ende av en stav C med fast lengde. I den annen ende er staven C forbundet med en annen festeplate E ved hjelp av en kule B i en hylse, hvilke muliggjør universal svingebevegelse av staven C i forhold til platen E. Platene A og E er også sammenføyd ved hjelp av to staver G med variabel lengde, hvilke er like, og bare en av disse skal beskrives.

En nedre seksjon J av staven G har utvendige gjenger i den øvre ende I og har på sin nedre ende et universalledd K

som er montert i et lager og kan rotere fritt. En øvre seksjon av staven G har på sin nedre ende H tilsvarende innven-dige gjenger, som er skrudd sammen med de utvendige gjenger I. En øvre ende av den øvre seksjon av staven G har et universalledd F som er festet til den øvre festeplaten E, slik at staven G kan endre vinkel men ikke rotere. Staven C danner understøttelse for en drivmotor L som gir kraft til den nedre ende av staven G via et reduksjonsgir M. Re-duksjonsgiret M kan erstattes av en tannrem og en remskive, eller av et kjede og et tannhjul. Når motoren drives, vil de utvendige gjenger I skrues inn i eller ut av de innven-dige gjenger H, slik at den effektive lengde til staven G endres og bevirker at den øvre festeplaten E forandrer sin vinkelstilling i forhold til den nedre festeplaten A.

Drivmotoren L kan være en trinnmotor, og det kan oppnås numerisk styring ved hjelp av pulstelling. Alternativt kan motoren L være en likestrøms servomotor med optisk overvåkingsskive for å registrere bevegelser. Områdene N indikerer de nedre festepunkter for den neste stavgruppe som fortsetter langs armen, og som selv har en annen festeplate på sin annen ende, osv.

Fig. 2 viser skjematisk en robotarm i forskjellige stiling-er. Den komplette arm kan være dannet av en rekke enheter (slik som vist i fig.l) anordnet etter hverandre, slik at festeplatene ligger mot hverandre i overgangen mellom enhet-ene, men det er mere økonomisk med en enkelt festeplate mellom gruppene 2, 4, 6 av staver. I alle tilfeller kan stavene med fast lengde i nabogrupper være i hvilken som helst innbyrdes stilling, dvs. på linje med hverandre eller med vinkelforskjeller.

Fig. viser festeplatene 1,3, 5 osv., samt gruppene 2, 4, 6 osv. med staver, idet hele armen ender i en gripeanordning eller manipulator av hvilken som helst form. Armen kan beveges i tre dimensjoner ved hjelp av styrt aktivering av motorene.

Andre midler for å variere lengden til stavene kan benyttes, f.eks. en fluidmotor og en stillingstransduktor.

Hele armenheten kan styres fra en manuelt betjent kontroll-boks i en instruksjonsfase. Instruksjonene som gies manuelt kan registreres i en computer eller et annet passende lager, og når de føres tilbake til armen vil denne gjenta vedkom-mende manøver.

Alternativt kan benyttes en ikke-beregnende computerstyring, når et passende computerprogram utarbeides matematisk.

Den beskrevne robotarm har stor manøvrerbarhet og nøyaktig-het. Avhengig av de valgte dimensjonene og tilgjengelighet-en til energikilder kan den ha omtrent samme yteevne som en menneskearm. Den grunnleggende enkelhet gjør at den kan pro-duseres med forholdsvis lave omkostninger, slik at den kan fylle en ny del av markedet. Armen er således programstyrt, og trenger ingen detektorer for å avføle de fysiske stillinger til delene.

Ved passende valg av gjengenes stigning betyr friksjonsegen-skapene til det siste drivelement at enheten ikke kan drives i revers på grunn av ytre belastninger. Dette gjør den ide-ell til bruk sammen med verktøy som skal utøve krefter osv.,

fordi den kan motstå vridningspåkjenninger.

For anvendelser der det kreves kjemisk beskyttelse av kon-struksjonen og komponentene er det mulig å anbringe en bøye-lig belg over hele enheten.

Istedet for kulen B og den tilhørende hylse kan det benyttes et universalledd, slik som leddet F, for å koble enden av staven C til platen E.

Claims (9)

1. Robotarm, karakterisert ved at den omfatter flere festeplater med innbyrdes avstand, idet naboplater er sammenkoblet av en gruppe staver, som omfatter en stav med fast lengde og et par staver med variabel lengde, samt sty-reanordniger for uavhengig å variere lengdene av paret av staver, for å bevirke kontrollert vinkelforandring av festeplatene og manøvrering av armen.

2. Robotarm som angitt i krav 1, karakterisert ved at en ende av hver stav med fast lengde er fast forbundet med den tilhørende festeplate, og at den annen ende av hver stav med fast lengde er festet til en nabo-festeplate ved hjelp av en forbindelse som muliggjør universal svingebevegelse.

3. Robotarm som angitt i krav 2, karakterisert ved at forbindelsen som mu-liggjør universal svingebevegelse omfatter en kule og en hylse.

4. Robotarm som angitt i krav 1 til 3, karakterisert ved at hver av stavene med variabel lengde er tilkoblet de tilhørende festeplater ved hjelp av universalledd eller andre ledd som muliggjør vinkelforandring, for å kunne tilpasses innbyrdes svingning mellom nabo-festeplater.

5. Robotarm som angitt i krav 1 til 4, karakterisert ved at hver arm med variabel lengde omfatter to seksjoner som er sammenskrudd med gjenger, og at styreanordningen er innrettet til å bevirke innbyrdes rotasjon mellom de to seksjoner av hver stav, for å variere dens effektive lengde.

6. Robotarm som angitt i krav 1 til 5, karakterisert ved at styreanordningene omfatter en elektrisk motor for hver stav med variabel lengde.

7. Robotarm som angitt i krav 6, karakterisert ved at de elektriske motorer er trinnmotorer eller likestrøms servomotorer, og er montert på festeplatene.

8. Robotarm som angitt i krav 7, karakterisert ved at de elektriske motorer driver stavene med variabel lengde ved hjelp av tannremmer.

9. Robotarm som angitt i krav 1 til 8, karakterisert ved at styreanordningene styres av et computer-program.