CZ9901273A3 - Device having several arms and intended for machining, measuring and handling - Google Patents

Abstract

Zařízení sestává z platformy (13) nesoucí obráběcí nástroj nebo měřicí sondu nebo manipulační chapadlo, kteráje upevněna vzhledem k rámu (14) pomocí sedmi až dvanácti nebo více než dvanácti nosných ramen (1 až 12) s pohony. Nosná ramena (1 až 12) jsou na rám (14) upevněna pomocí výsuvných nosných ramen (15) s výsuvnými pohony nebo nosných ramen (16) s posuvnou patou s posuvnými pohony nebo nosných ramen (17) s rotačním kloubem s rotačními pohony. Nosná ramena (1 až 12) jsou na rám (14) upevněna v bodech neležících v jedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží v jedné rovině. Nosná ramena (1 až 12) jsou k platformě (13) upevněna v bodech neležících v jedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží v jedné rovině.The device consists of a platform (13) carrying a cutting tool or a measuring probe or a gripper that is fastened with respect to the frame (14) by means of seven to twelve or more than twelve support arms (1 to 12) with drives. The support arms (1 to 12) are fastened to the frame (14) with telescopic support arms (15) with telescopic drives or support arms (16) with sliding foot with sliding drives or support arms (17) with a rotary joint with rotary joints drives. The support arms (1 to 12) are fastened to the frame (14) in points not in the same plane or at points from which: no four points lie in one plane. Support arms (1 to 12) are fixed to the platform (13) at points not lying in the one plane or at points where no four points lie at one plane.

Description

Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaciMulti-arm equipment for machining, measuring and handling

Oblast techniky xyícerafínenné^ j-Vynález se týkPzařízení pwmanipulacij obrábění _z měření , cuFIELD xyícerafínenné ^ j-týkPzařízení invention pwmanipulacij _machining measurements, Cu

Známý stav technikyThe prior art

Dnešní průmyslové roboty jsou přes neustálý vývoj drahé (dražší než cena lidské práce) a pomalé (často pomalejší než vycvičená lidská práce) [1]. Pro radikální změnu tohoto stavu a skutečně masové nasazení robotů v nejrůznějších průmyslových odvětvích by bylo třeba vyvinout roboty, které by byly 10 krát rychlejší a 5 krát levnější [1], Tak radikální změnu užitných vlastností robotů by bylo skutečně možné dosáhnout důslednou aplikací dvou hlavních principů [2-3] • použití redundantních a paralelních struktur robotů;Today's industrial robots are expensive (more expensive than the cost of human labor) and slow (often slower than trained human labor) despite continuous development [1]. For a radical change in this state and a truly massive deployment of robots in a wide variety of industries, it would be necessary to develop robots that were 10 times faster and 5 times cheaper [1]. [2-3] • use of redundant and parallel robot structures;

• modulární konstrukce robotů.• Modular design of robots.

Pro zvýšení rychlosti musí být roboty lehčí a tužší. Obojí přináší použití paralelních struktur. Paralelní konstrukce robotů (zjednodušeně si je lze představit jako pohyblivé příhradové konstrukce nebo jako platforma podepřená více nosníky) přinášejí řadu výhod • Kinematika paralelních robotů umožňuje umístit téměř všechny pohonné jednotky přímo na rám, aniž by bylo nutné jimi zatěžovat pohyblivé části robota, jak je běžné u klasických sériových robotů. Paralelní roboty jsou používány v podobě Stewartovy platformy [4] pro trenažéry a nedávné početné aplikace jsou pro obráběcí centra [5].Robots must be lighter and stiffer to increase speed. Both bring about the use of parallel structures. Parallel robot designs (simply imagined as movable lattice structures or multi-beam platforms) offer a number of benefits for classic serial robots. Parallel robots are used in the form of a Stewart platform [4] for trainers and recent numerous applications are for machining centers [5].

• Příhradová konstrukce robotů vede ke zvýšení tuhosti paralelních robotů oproti klasickým sériovým.• The lattice construction of the robots increases the stiffness of parallel robots compared to conventional series robots.

Na druhé straně přinášejí paralelní konstrukce robotů také řadu nevýhod • Pracovní prostor paralelního robota je obecně menší než u klasického sériového robota.On the other hand, the parallel design of the robots also presents a number of disadvantages • The working space of the parallel robot is generally smaller than that of a conventional series robot.

• Uvnitř pracovního prostoru paralelního robota se obecně objevují nežádoucí singulární polohy se změněnou pohyblivostí nebo změněným přenosem sil.• Undesirable singular positions with altered mobility or altered power transmission generally occur within the parallel robot workspace.

• Kolize ramen paralelního robota jsou častější než u klasického sériového a omezují dále jeho pracovní prostor.• Parallel robot arm collisions are more common than the standard series and further reduce its working space.

Velikost pracovního prostoru paralelního robota lze zvětšit vhodnou volbou rozměrových parametrů robota, avšak vzroste výskyt singulárních poloh v pracovním prostoru robota.The size of the parallel robot workspace can be increased by appropriately selecting the robot's dimensional parameters, but the occurrence of singular positions in the robot workspace will increase.

Následně je uveden přehled výše uvedených odkazů.The following is an overview of the above links.

[1] Tesař, D.; Tutoriál on Modular Architecture for Robot Structures, 1991 IEEE Conf. on Robotics [2] Tesař, D. and Cleary, K.: Decision Making Criteria for Redundant Manipulators, NATO Advanced Research Workshop, Sálo, Italy 1988 [3] Khatib, O., Roth, B. and Waldron, K.J.: The Design of a High-Performance ForceControlled Manipulátor, Proceedings of 8th World IFToMM Congress on Theory of Machines and Mechanisms, Praha 1991, pp. 475-478[1] Tesar, D .; Modular Architecture Tutorial for Robot Structures, 1991 IEEE Conf. on Robotics [2] Tesar, D. and Cleary, K .: Decision Making Criteria for Redundant Manipulators, NATO Advanced Research Workshop, Salo, Italy 1988 [3] Khatib, O., Roth, B., and Waldron, KJ: The Design of High-Performance ForceControlled Manipulator, Proceedings of 8th World IFToMM Congress on Theory of Machines and Mechanisms, Prague 1991, pp. 475-478

• · · · · ···· · ··· ··· • · · · · · · ······· · · · · · ·· [4] Stewart, D.: A Platform with Six Degrees of Freedom, Proč. of the Institution of Mechanical Engineers, 180(1965), 5, pp. 371-378 [5] Hexapod, US patent 947819, 1993[4] Stewart, D .: A Platform with Six Degrees [4] of Freedom, Why. of the Institution of Mechanical Engineers, 180 (1965), p. 371-378 [5] Hexapod, US Patent 947819, 1993

Cílem vynálezu je zařízení pro manipulaci, obrábění a měření na bázi paralelních robotů, které sníží výskyt singulárních poloh v pracovním prostoru a zlepší tuhostní a dynamické vlastnosti zařízení.The object of the invention is a parallel robotic manipulation, machining and measurement device which reduces the occurrence of singular positions in the working space and improves the rigidity and dynamic properties of the device.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci, sestávajícího z platformy nesoucí obráběcí nástroj nebo měřicí sondu nebo manipulační chapadlo, která je upevněna vzhledem k rámu pomocí nosných ramen s pohony, spočívá v tom, že mezi platformou a rámem je uspořádáno sedm nebo osm nebo devět nebo deset nebo jedenáct nebo dvanáct nebo více než dvanáct nosných ramen s pohony, která upevňují platformu k rámu. Platforma může být upevněna vzhledem k rámu pomocí výsuvných nosných ramen s výsuvnými pohony nebo nosných ramen s posuvnou patou s posuvnými pohony nebo nosných ramen s rotačním kloubem s rotačními pohony.A multi-arm machining, measuring and handling device consisting of a platform carrying a cutting tool or a measuring probe or a gripper that is fixed relative to the frame by means of support arms with drives, consists of providing seven or eight or nine between the platform and the frame. or ten or eleven or twelve or more than twelve support arms with drives that secure the platform to the frame. The platform may be fixed with respect to the frame by sliding support arms with sliding drives or sliding-foot supporting arms with sliding drives or rotary joint support arms with rotary drives.

Nosná ramena mohou být k rámu upevněna v bodech neležících vjedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží vjedné rovině. Nosná ramena mohou být k platformě upevněna v bodech neležících v jedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží v jedné rovině.The support arms may be fixed to the frame at points not in one plane or at points where no four points are in one plane. The support arms may be fixed to the platform at points not in one plane or at points where no four points are in one plane.

Výhodou vynálezu je, že použitím nadbytečných ramen s pohony lze snížit výskyt singulárních poloh. Jestliže v nějaké poloze nastává pro původní ramena singulární poloha, použijeme pro robota jiná ramena z jejich celkového nadbytečného počtu Více ramen, která v dané poloze nevedou k singularitě. Přepínáme tak mezi vhodnými kombinacemi ramen z jejich nadbytečného počtu více ramen. Použití nadbytečných ramen s pohony přináší i další výhody v podobě zvýšené tuhosti a zlepšené dynamiky zařízení dle vynálezu.An advantage of the invention is that the use of surplus arms with drives can reduce the occurrence of singular positions. If a singular position occurs for the original arms in some position, we will use other arms out of their total number of multiple arms that do not lead to singularity in that position. Thus, we switch between the appropriate boom combinations from their excess number of multiple booms. The use of redundant actuator arms also brings additional advantages in terms of increased rigidity and improved dynamics of the device according to the invention.

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Na přiloženém obrázku 1 je schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu, na přiloženém obrázku 2 je schematicky znázorněno výsuvné nosné rameno s výsuvným pohonem, na přiloženém obrázku 3 je schematicky znázorněno nosné rameno s posuvnou patou s posuvným pohonem a na přiloženém obrázku 4 je schematicky znázorněno nosné rameno s rotačním kloubem s rotačním pohonem.Figure 1 schematically illustrates a device according to the invention, Figure 2 schematically shows a telescopic support arm with a pull-out drive, Figure 3 schematically illustrates a sliding-arm bearing with a sliding drive, and Figure 4 schematically illustrates a support arm with rotary joint with rotary drive.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Platforma 13 se šesti stupni volnosti je upevněna k rámu 14 prostřednictvím 8 nosných ramen 1 až 8, která jsou výsuvná a opatřena výsuvnými pohony 18. Nosná ramena 1 až 8 jsou na rám upevněna ve vrcholech kvádru se čtvercovou podstavou a na platformu jsou upevněna ve vrcholech dvou obdélníků v navzájem rovnoběžných rovinách, které jsou vůči sobě pootočeny o 90 stupňů.The platform 13 with six degrees of freedom is fixed to the frame 14 by means of 8 support arms 1 to 8, which are extendable and provided with retractable drives 18. The support arms 1 to 8 are fixed to the frame at the tops of a square block with a square base and two rectangles in parallel planes that are rotated 90 degrees to each other.

Claims (6)

1. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci, sestávajícího z platformy (13) nesoucí obráběcí nástroj nebo měřicí sondu nebo manipulační chapadlo, která je upevněna vzhledem k rámu (14) pomocí nosných ramen s pohony, vyznačené tím, že mezi platformou (13) a rámem (14) je uspořádáno sedm nosných ramen (1 až 7) s pohony nebo osm nosných ramen (1 až 8) s pohony, která upevňují platformu (13) k rámu (14).A multi-arm machining, measuring and handling device consisting of a platform (13) carrying a cutting tool or a measuring probe or a gripper which is fixed relative to the frame (14) by means of support arms with drives, characterized in that between the platform (13) ) and seven supporting arms (1 to 7) with drives or eight supporting arms (1 to 8) with drives that secure the platform (13) to the frame (14) are provided with the frame (14). 2. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci, sestávajícího z platformy (13) nesoucí obráběcí nástroj nebo měřicí sondu nebo manipulační chapadlo, která je upevněna vzhledem k rámu (14) pomocí nosných ramen s pohony, vyznačené tím, že mezi platformou (13) a rámem (14) je uspořádáno devět nosných ramen (1 až 9) s pohony nebo deset nosných ramen (1 až 10) s pohony nebo jedenáct nosných ramen (1 až 11) s pohony nebo dvanáct nosných ramen (1 až 12) s pohony, která upevňují platformu (13) k rámu (14).A multi-arm machining, measuring and handling device consisting of a platform (13) carrying a cutting tool or a measuring probe or a gripper which is fixed relative to the frame (14) by means of support arms with drives, characterized in that between the platform (13) ) and a frame (14) is provided with nine drive arms (1 to 9) with drives or ten bearing arms (1 to 10) with drives or eleven bearing arms (1 to 11) with drives or twelve bearing arms (1 to 12) with drives drives that secure the platform (13) to the frame (14). 3. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci, sestávajícího z platformy (13) nesoucí obráběcí nástroj nebo měřicí sondu nebo manipulační chapadlo, která je upevněna vzhledem k rámu (14) pomocí nosných ramen s pohony, vyznačené tím, že mezi platformou (13) a rámem (14) je uspořádáno právě více než dvanáct nosných ramen (1 až 12) s pohony, která upevňují platformu (13) krámu (14). , p nctrĎRuA multi-arm machining, measuring and handling device consisting of a platform (13) carrying a cutting tool or a measuring probe or a gripper which is fixed relative to the frame (14) by means of support arms with drives, characterized in that between the platform (13) ) and more than twelve support arms (1 to 12) with drives that secure the platform (13) of the shop (14) are provided by the frame (14). , p nctrDRu 4. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci podle 1 nebo 2 nebo 3, kde platforma (13) je upevněna vzhledem k rámu (14) pomocí nosných ramen (1 až 12) s pohony vyznačené tím, že nosná ramena (1 až 12) s pohony jsou výsuvná nosná ramena (15) s výsuvným pohonem (18) nebo nosná ramena (16) s posuvnou patou s posuvným pohonem (19) nebo nosná ramena (17) s rotačním kloubem s rotačním pohonem (20).A multi-arm machining, measurement and handling device according to 1 or 2 or 3, wherein the platform (13) is fixed relative to the frame (14) by means of support arms (1 to 12) with drives characterized in that the support arms (1 to 12). ) with drives are extendable support arms (15) with extendable drive (18) or support arms (16) with sliding foot with sliding drive (19) or support arms (17) with rotary joint with rotary drive (20). nátt> fennátt> fen 5. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci podle 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačené tím, že nosná ramena (1 až 12) jsou k rámu (14) upevněna v bodech neležících v jedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží v jedné rovině.Multi-arm machining, measuring and handling device according to 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that the support arms (1 to 12) are fixed to the frame (14) at non-plane or non-plane points four points do not lie in one plane. 6. Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci podle 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačené tím, že nosná ramena (1 až 12) jsou k platformě (13) upevněna v bodech neležících v jedné rovině nebo v bodech, z nichž žádné čtyři body neleží v jedné rovině.Multi-arm machining, measuring and handling device according to 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that the support arms (1 to 12) are fixed to the platform (13) at non-plane or non-plane points four points do not lie in one plane.