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Die Erfindung bezieht sich auf Roboter, beispielsweise gelenkige
Manipulatoren, und spezieller auf einen einen Arm aufweisenden Roboter, bei dem
ein Parallelgestänge benutzt wird.
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Roboter, wie Manipulatoren, die ein Vier-Lenker-Gestänge (beispielsweise
ein Parallelgestänge) als Gelenkmechanismus benutzen, sind bekannt. Fig.
1 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau eines bekannten Roboters dieser
Art zeigt. Der in Fig. 1 gezeigte Roboter weist in der Hauptsache einen
stangenähnlichen Arm A, einen ersten Lenker 1, einen zweiten Lenker 2,
einen dritten Lenker 3 und eine Basis 6 auf.
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Am distalen Ende des Armes A ist ein Endorgan (nicht gezeigt) angebracht,
beispielsweise eine Hand zum Greifen eines Werkstückes oder ein
Schweißgerät, um Schweißarbeiten an einem Werkstück auszuführen. Der
am distalen Ende des Armes A befindliche Teil kann um die Zentralachse
des Armes A schwenken und sich relativ zur Längsrichtung des Armes A
abbiegen.
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An einem zwischenliegenden Abschnitt des Armes A, seinem proximalen
Ende etwas näher liegend, gesehen in der Längsrichtung des Armes A, ist
ein erstes Ende des ersten Lenkers 1 schwenkbar mittels einer
Schwenkwelle angeschlossen, die sich in einer zur Längsrichtung des Armes A
senkrechten Richtung erstreckt. Das zweite Ende des ersten Lenkers 1 ist an einer
Schwenkbasis 61 schwenkbar mittels einer Schwenkwelle gelagert, die sich
im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die oben genannte
Schwenkwelle erstreckt.
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Die Basis 6 besteht aus der Schwenkbasis 61 und einem Grundträger 62.
Der Grundträger enthält einen Motor, Untersetzungsgetriebe und Weiteres
(nicht gezeigt), die bewirken, dass sich die Schwenkbasis 61 in einer
horizontalen Richtung dreht.
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Ein erstes Ende des zweiten Lenkers 2 ist schwenkbar mit dem proximalen
Ende des Armes A mittels einer Schwenkwelle verbunden, die sich im
wesentlichen in gleicher Richtung wie die obigen Schwenkwellen erstreckt.
Die Verbindungslänge (d. h. der Abstand zwischen den zwei
Schwenkwellen) des zweiten Lenkers 2 ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige
des ersten Lenkers 1, und das zweite Ende des zweiten Lenkers 2 ist
schwenkbar mit einem ersten Ende des dritten Lenkers 3 mittels einer
Schwenkwelle verbunden, die sich im wesentlichen in der gleichen
Richtung erstreckt wie die obigen Schwenkwellen.
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Das zweite Ende des dritten Lenkers 3 ist schwenkbar an der Schwenkbasis
61 gelagert und koaxial zu dem zweiten Ende des ersten Lenkers 1. Die
Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 ist im wesentlichen die gleiche wie
der Abstand zwischen der Welle, an der der erste Lenker 1 schwenkbar mit
dem Arm A verbunden ist, und der Stelle, an der der zweite Lenker 2
schwenkbar mit dem Arm A verbunden ist. Somit bilden der Arm A, der
erste Lenker 1, der zweite Lenker 2 und der dritte Lenker 3 ein
Parallelgestänge.
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In der Schwenkbasis 61 sind ein Motor zum Bewirken eines Schwenkens
des ersten Lenkers 1 und ein Motor zum Bewirken des Schwenkens des
dritten Lenkers 3 einander gegenüberliegend (nicht gezeigt). Die Drehwelle
eines der Motoren ist mit der Schwenkwelle des ersten Lenkers 1 so
gekuppelt, dass die Drehung des Motors auf den ersten Lenker 1 übertragen wird,
während die Drehwelle des anderen Motors mit der Schwenkwelle des
dritten Lenkers 3 gekuppelt ist, so dass die Drehung des Motors auf den dritten
Lenker 3 übertragen wird.
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Der untere Teil des zweiten Lenkers 2 erstreckt sich in einer Richtung, die
vom ersten Lenker 1 abgekehrt ist, und das distale Ende dieses unteren
Teiles ist mit einem Ausgleichsgewicht W versehen. Das Ausgleichsgewicht W
ist vorgesehen, um die Masse des Armes A, des Endorganes, eines zu
transportierenden Werkstückes usw. in dem Bereich, der die Schwenkwelle zur
Lagerung des dritten Lenkers 3 an der Schwenkbasis 61 umgibt,
auszugleichen, so dass die Belastung, der der Motor ausgesetzt ist, um das
Schwenken des dritten Lenkers 3 zu bewirken, verringert werden kann.
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Eine Federanordnung 7, die eine Feder enthält, ist zum ersten Lenker 1
parallel angeordnet. Ein Ende der Federanordnung 7 ist schwenkbar mit der
Schwenkwelle verbunden, die den Arm A und den ersten Lenker 1
verbindet, während das zweite Ende der Feder schwenkbar mit dem oberen
Endteil der Schwenkbasis 61 verbunden ist. Bei dieser Anordnung beaufschlagt
die Federanordnung 7, wenn sich der erste Lenker 1 mit dem sich
bewegenden Arm A neigt, den Arm A in einer Richtung, die der
Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist, um dadurch die Belastung zu verringern, der der
Motor für das Bewirken des Schwenkens des ersten Lenkers 1 ausgesetzt ist.
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Der oben beschriebene übliche Roboter leidet jedoch unter dem Problem,
dass ein großes Lastdrehmoment auf den Motor zum Bewirken des
Schwenkens des dritten Lenkers 3 aus folgendem Grunde einwirkt,
insbesondere wenn die Massenbelastung 100 kg oder mehr beträgt.
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Fig. 2 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die einen dynamisch
ausgeglichenen Zustand eines üblichen Roboters darstellt. Wie in Fig. 2 gezeigt,
wird, wenn eine Kraft F am distalen Ende des Armes A nach unten ausgeübt
wird und der dritte Lenker 3 aus einer horizontalen Stellung entgegen dem
Uhrzeigersinn (in der Zeichnung) um einen Winkel θ geneigt wird, der Arm
A ebenfalls aus einer horizontalen Stellung in der gleichen Richtung über
den Winkel θ geschwenkt, so dass die Größe der Komponente der Kraft F
die in einer zum Arm A senkrechten Richtung wirkt, Fcosθ ist. Daher wird
die durch die Formel (1) ausgedrückte Kraft F1 auf das proximale Ende des
Armes A ausgeübt.
F 1 = (L/L3) Fcosθ (1)
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In dieser Gleichung bezeichnet L die Länge zwischen der Stelle, wo der
Arm A schwenkbar mit dem ersten Lenker 1 verbunden ist, und dem
distalen Ende des Armes A; und L3 bezeichnet die Länge zwischen der Stelle,
wo der Arm A schwenkbar mit dem ersten Lenker 1 verbunden ist und der
Stelle, wo der Arm A schwenkbar mit dem zweiten Lenker 2 verbunden ist.
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Da die Kraft F1 über den zweiten Lenker 2 auf die Stelle einwirkt, wo der
dritte Lenker 3 schwenkbar mit dem zweiten Lenker 2 verbunden ist und
die Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 gleich L3 ist, wird ein
Lastdrehmoment t, welches eine Größe besitzt, die durch
F1 . L3 ( = L.Fcosθ) dargestellt ist, dem Motor M für das Bewirken des
Schwenkens des dritten Lenkers 3 auferlegt.
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Wenn daher der Roboter ein massiges Werkstück trägt, d. h. wenn der
Roboter eine Massenbelastung von 100 kg oder mehr besitzt, wird die
Belastung am Motor M extrem hoch, was einen groß dimensionierten Motor
erforderlich macht.
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Außerdem werden, da im obigen Falle ein hohes Drehmoment auf die
Schwenkachse ausgeübt wird, die den dritten Lenker 3 an der Basis 6
schwenkbar lagert, hohe Beanspruchungen in dem dritten Lenker 3, seiner
Schwenkwelle und den Peripherieteilen erzeugt. Um ausreichend hohe
Steifigkeit, die den Beanspruchungen standhält, sicherzustellen, werden die
Abmessungen dieser Bauteile unvermeidbar vergrößert.
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Bei dem üblichen Roboter muß nicht nur die Leistungsfähigkeit des Motors
M erhöht werden, sondern die mit der Drehwelle des Motors M
gekuppelten Untersetzungsgetriebe müssen auch ein hohes Untersetzungsverhältnis
aufweisen. Im Ergebnis kann der übliche Roboter ein Werkstück nicht mit
hoher Geschwindigkeit transportieren.
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Ein weiteres Problem des üblichen Roboters besteht darin, dass, während
zwar die Belastung am Motor M verringert werden kann, indem ein
Ausgleichsgewicht W vorgesehen ist, welches gegen die Masse des Armes A,
des Endorganes, des zu transportierenden Werkstückes und weiteres
ausgeglichen werden kann, das Ausgleichsgewicht W groß dimensioniert sein
muß, wenn die Massenbelastung 100 kg oder mehr beträgt, so dass die
Masse des Roboters 1 selbst zunimmt, was einen groß dimensionierten
Motor erforderlich macht, um das Schwenken der Schwenkbasis 61 in
Horizontalrichtung zu bewirken.
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Ein Roboter, der ein sogenanntes Hybridgestänge benutzt, leidet unter
folgenden Problemen.
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Fig. 3 stellt schematisch, in diagrammartiger Darstellung eine Seitenansicht
eines Roboters dar, der das sogenannte Hybridgestänge verwendet. Der das
Hybridgestänge benutzende Roboter weist ein Parallelgestänge auf, das aus
vier Lenkern L11 bis L14 aufgebaut ist. Von diesen Lenkern L11 bis L14 ist
der sich seitwärts erstreckende obere Lenker L11 mit einem Fortsatzteil
versehen, der sich vom Mittelabschnitt des Lenkers L11, gesehen in
Längsrichtung, nach oben erstreckt. Der Fortsatzteil ist in der Mitte im wesentlichen
rechtwinklig abgebogen, und ein Motor und Untersetzungsgetriebe (nicht
gezeigt) sind am distalen Ende des Fortsatzteiles angebracht. Die Drehwelle
des Motors ist mit dem Zwischenabschnitt des Armes A über das
Utersetzungsgetriebe gekuppelt. Somit ist das Hybridgestänge durch die Lenker
L11 bis L14 und den Arm A gebildet.
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Der sich vertikal erstreckende Lenker L12, der auf der Seite des distalen
Endes des Armes A angeordnet ist, sowie der sich seitwärts erstreckende
untere Lenker L14 sind koaxial schwenkbar an der Basis 6 gelagert, und der
Lenker L12 wird mittels eines Motors und Untersetzungsgetriebes (nicht
gezeigt), die in der Basis 6 untergebracht sind, zum Schwenken veranlaßt.
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Wenn mit dem oben beschriebenen Roboter, der das Hybridgestänge
benutzt, ein massiges Werkstück transportiert wird (beispielsweise wenn die
Massenbelastung 100 kg oder mehr beträgt), wird dem das Schwenken des
Armes A bewirkenden Motor eine extrem hohe Belastung auferlegt. Um die
Belastung des Motors für den Arm A zu verringern, muß das proximale
Ende des Armes A für das Anbringen eines Ausgleichsgewichtes W, wie es in
Fig. 3 gezeigt ist, verlängert werden, was wiederum zu einer Erhöhung der
Belastung für den Motor führt, der das Schwenken des Lenkers L12
veranlaßt. In dem Falle des Roboters, der das Hybridgestänge benutzt, nehmen
daher die Belastungen für die Motoren extrem zu, beispielsweise wenn die
Massenbelastung 100 kg oder mehr beträgt, so dass groß dimensionierte
Motoren erforderlich sind.
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Die Probleme, die bei einem Roboter auftreten, der ein so genanntes
Reihengestänge benutzt, werden unten besprochen.
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Fig. 4 zeigt diagrammartig eine Seitenansicht eines Roboters, der das
Reihengestänge benutzt. Der das Reihengestänge benutzende Roboter ist so
ausgelegt, dass ein Ende eines Lenkers L21 schwenkbar mit dem
Zwischenabschnitt eines Armes A verbunden ist, während das zweite Ende des
Lenkers L21 schwenkbar an einer Basis 6 gelagert ist. Der Arm A und der
Lenker L21 bilden somit das Reihengestänge. Am distalen Ende des Lenkers
L21 befinden sich ein Motor und ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt),
die das Schwenken des Armes A bewirken. Die Basis beherbergt auch einen
Motor und ein Untersetzungsgetriebe (nicht gezeigt), die das Schwenken
des Lenkers L21 bewirken. Bei dem Roboter der ein solches
Reihengestänge verwendet, ergibt sich für den Motor, der das Schwenken des Armes A
bewirkt, eine äußerst hohe Belastung, und es wird erforderlich, das
proximale Ende des Armes A für die Anbringung eines Ausgleichgewichtes W zu
verlängern, ähnlich wie im Falle des Roboters mit Hybridgestänge, um die
Belastung des Motors für den Arm A zu verringern. In diesem Falle werden
nicht nur das Gewicht des zu transportierenden Werkstückes, sondern auch
das Gewicht des Ausgleichsgewichtes W als Belastung dem Motor für das
Bewirken des Schwenkens des Lenkers L21 auferlegt. Wenn daher die
Massenbelastung 100 kg oder mehr im Falle des Roboters mit Reihengestänge
beträgt, werden die Belastungen der Motoren extrem erhöht, was zur
Forderung der Verwendung groß dimensionierter Motoren führt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben erwähnten
Unzulänglichkeiten zu überwinden, und ein Ziel der Erfindung besteht daher darin,
einen Roboter zur Verfügung zu stellen, bei dem die Belastungen der
Motoren verringert werden können, ohne ein groß dimensioniertes
Ausgleichsgewicht zu verwenden, bei dem Motoren und verschiedene Teile kleiner
dimensioniert sein können, als dies bei üblichen Robotern der Fall ist, und
bei dem ein Transport von Werkstücken mit hoher Geschwindigkeit
ermöglicht ist.
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Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe ein Roboter, der die Merkmale des
Anspruches 1 aufweist.
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Das Lastdrehmoment, das auf die Schwenkwelle für den erfindungsgemäß
vorgesehenen fünften Lenker ausgeübt wird, kann in beträchtlichem
Ausmaß verringert werden, verglichen mit dem Lastdrehmoment, das auf die
Schwenkwelle für den dritten Lenker des üblichen Roboters einwirkt. Daher
können Betätiger und verschiedene Bauteile kleinere Dimensionen besitzen
als sie beim Stand der Technik anwendbar sind, und ein Transport von
Werkstücken mit hoher Geschwindigkeit wird möglich gemacht.
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Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, das zweite Ende des fünften Lenkers
an der Basis an einer Stelle zu lagern, die sich in einem Abstand von der
Stelle befindet, wo der erste Lenker und der dritte Lenker schwenkbar an
der Basis gelagert sind, wobei der Abstand kürzer ist als die
Verbindungslänge des dritten Lenkers. Dies stellt einen ausreichenden
Bewegungsbereich für den Roboter sicher.
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Bei der Erfindung beträgt die Verbindungslänge des fünften Lenkers
vorzugsweise das 0,3 bis 0,8-fache der Verbindungslänge des dritten Lenkers.
Bei dieser Anordnung kann verhindert werden, dass das auf den Betätiger
ausgeübte Belastungsdrehmoment übermäßig ansteigt, und es kann
verhindert werden, dass der Bewegungsbereich für den Arm sehr klein wird.
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Bei der Erfindung beträgt die Verbindungslänge des vierten Lenkers
vorzugsweise das 0,9 bis 1,1-fache der Verbindungslänge des fünften Lenkers.
Bei dieser Anordnung läßt sich vermeiden, dass der Bewegungsbereich für
den Arm zu klein wird, es kann verhindert werden, dass die Größe des
Roboters selbst zunimmt, und eine in der Praxis ausreichende Steifigkeit kann
für den Bereich sichergestellt werden, wo der vierte Lenker und der fünfte
Lenker miteinander gekuppelt sind.
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Bei der Erfindung wird die Massenbelastung des Roboters vorzugsweise auf
100 kg oder mehr festgesetzt. Als Folge hiervon ist eine Verringerung der
Herstellungskosten für einen Roboter mit einer Massenbelastung von 100 kg
oder mehr zu erwarten. Darüber hinaus kann das Ausgleichsgewicht
kleiner ausgelegt werden, und eine Zunahme der Größe des Roboters läßt
sich begrenzen.
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Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich
deutlicher aus der nachstehenden, ins einzelne gehenden Beschreibung
und den begleitenden Zeichnungen.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die einen Aufbau eines üblichen Roboters
zeigt;
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Fig. 2 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die einen dynamisch
ausgeglichenen Zustand des üblichen Roboters darstellt;
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Fig. 3 ist eine diagrammartige, schematische Seitenansicht eines
üblichen Roboters, der ein Hybridgestänge benutzt;
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Fig. 4 ist eine diagrammartige, schematische Seitenansicht eines
Roboters, der ein Reihengestänge benutzt;
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Fig. 5 ist eine allgemeine perspektivische Ansicht eines Roboters gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 6 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die ein Beispiel des
Aufbaues des erfindungsgemäßen Roboters zeigt;
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Fig. 7 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die einen dynamisch
ausgeglichenen Zustand des erfindungsgemäßen Roboters zeigt;
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Fig. 8A ist eine diagrammartige Darstellung, die ein konkretes Beispiel
des Aufbaues des Roboters gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 8B ist eine diagrammartige Darstellung, die ein konkretes Beispiel
des Aufbaues des üblichen Roboters zeigt;
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Fig. 9A ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen
dem Schwenkwinkel eines dritten Lenkers und dem Lastdrehmoment an
einem Motor bei dem Roboter zeigt, der den Aufbau von Fig. 8A besitzt;
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Fig. 9B ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem
Schwenkwinkel eines dritten Lenkers und einem Lastdrehmoment an
einem Motor bei dem Roboter zeigt, der den Aufbau von Fig. 8B besitzt,
und
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Fig. 10 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die einen
Bewegungsbereich des Roboters gemäß der Erfindung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden
Ausführungsbeispiele eines gemäß der Erfindung aufgebauten Roboters
nachstehend konkret beschrieben.
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Fig. 5 ist eine generelle perspektivische Ansicht eines Roboters gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist der
Roboter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Arm A, einen
ersten Lenker 1, einen zweiten Lenker 2, einen dritten Lenker 3, einen
vierten Lenker 4, einen fünften Lenker 5 und eine Basis 6 auf. Der Arm A weist
einen im wesentlichen sattelförmigen, proximalen Endabschnitt A2 und
einen Armkörper A1 von runder Stangenform auf, der sich von einer
Endfläche des proximalen Endabschnitts A2 erstreckt. Das distale Ende des
Armkörpers A1 ist mit einem Drehgelenk A3 versehen, so dass es um eine
Zentralachse des Armkörpers A1 schwenken und sich relativ zur
Längsrichtung des Armkörpers A1 abbiegen kann. Am distalen Ende des
Drehgelenkes A3 ist ein Anschlußteil A4 vorgesehen, an dem ein Endorgan (nicht
gezeigt), beispielsweise eine Hand zum Greifen eines Werkstückes oder ein
Schweißgerät, um Schweißarbeiten an einem Werkstück auszuführen,
angebracht werden kann. Der Anschlußteil A4 kann auch um seine
Zentralachse schwenken. Der Armkörper A1, das Drehgelenk A3 und der
Anschlußteil A4 schwenken jeweils so, dass eine Aktion, entsprechend der
Tätigkeit eines Handgelenkes, erreicht werden kann.
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Der Zwischenabschnitt des Armes A, d. h. das distale Ende des proximalen
Endabschnittes A2, ist in halbkreisartiger Form an seiner Unterseite
verlängert. Im Zentrum des halbkreisförmigen Abschnittes verläuft ein
Durchgangsloch in einer Richtung, die im wesentlichen zur Längsrichtung des
Armkörpers A1 senkrecht ist. Der erste Lenker 1 in Form einer rechteckigen
Stange gabelt sich am einen Ende und bildet Schenkel, die jeder Löcher
aufweisen, die so definiert sind, dass sie einander gegenüberstehen. Der
halbkreisförmige Abschnitt des proximalen Endabschnittes A2 wird
zwischen den Schenkeln gehalten, und eine Schwenkwelle durchgreift die
Löcher in dem proximalen Endabschnitt A2 und dem ersten Lenker 1, so dass
der Arm A schwenkbar mit dem ersten Lenker 1 verbunden ist. Der Arm A
und der erste Lenker 1 durchlaufen eine Relativbewegung, so dass eine
Wirkung entsprechend der Aktion eines Knies ermöglicht wird.
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Am zweiten Ende des ersten Lenkers 1 ist eine Schwenkwelle befestigt, die
sich zur Längsrichtung des ersten Lenkers 1 senkrecht erstreckt und
schwenkbar mittels eines Lagers (nicht gezeigt) an einer Schwenkbasis 61
gelagert ist. Die Schwenkbasis 61 ist so ausgebildet, dass zwei
vorspringende Abschnitte 61b, 61c in einer zueinander entgegengesetzten
Lagebeziehung an der Oberseite einer Scheibe 61a angeordnet sind. Die
vorspringenden Abschnitte 61b, 61c sind jeder so geformt, dass, in Seitenansicht,
sich ein rechtwinkliger Parallelflachteil mit einem halbkreisförmigen
Oberteil, gegen das distale Ende des Armes A hin neigt. Von diesen
vorspringenden Abschnitten ist der vorspringende Abschnitt 61c mit dem vorgenannten
Lager versehen, welches das zweite Ende des ersten Lenkers schwenkbar
lagert. Der erste Lenker 1 schwenkt um die Schwenkbasis 61, so dass die
Aktion, entsprechend der Tätigkeit einer Schulter, ermöglicht wird.
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Mit den oberen Enden der zwei vorspringenden Abschnitte 61b, 61c an der
Schwenkbasis 61 sind Haken in Eingriff, die an den jeweiligen Unterseiten
von Federanordnungen 7 angebracht sind, Jede der Federanordnungen 7
weist zwei Haken auf, die jeweils an ihrem oberen und unterem Ende
vorgesehen sind, und beherbergt eine Feder, deren beide Enden mit den
jeweiligen Haken gekuppelt sind. Beide Enden der Schwenkwelle, die den Arm
A mit dem ersten Lenker verbindet, erstrecken sich von dem ersten Lenker
1 nach außen weg, und die oberen Haken der Federanordnungen 7 sind
mit der Schwenkwelle in Eingriff. Bei dieser Anordnung wird, wenn sich der
erste Lenker 1 neigt, um eine Bewegung des Armes A zu verursachen, der
Arm A durch die Federanordnungen in einer Richtung mit Kraft
beaufschlagt, die der Bewegungsrichtung entgegengesetzt ist.
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Das proximale Ende des Armes A, d. h. die proximale Endseite des
proximalen Endabschnittes A2, gabelt sich, und bildet Schenkel. Beide Schenkel
sind mit Durchgangslöchern versehen, die sich durch ihren zugehörigen
Schenkel in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zur
Längsrichtung des Armkörpers A1 ist, und sind einander zugekehrt. Der
zweite Lenker 2, der im wesentlichen die gleiche Verbindungslänge besitzt
wie der erste Lenker 1, beinhaltet ein Loch an seinem einen Ende. Dieses
Ende des zweiten Lenkers 2 ist zwischen den Schenkeln gehalten, die sich
vom proximalen Endabschnitt A2 erstrecken. Eine Schwenkwelle
durchzieht diese Löcher, so dass der Arm A schwenkbar mit dem zweiten Lenker
2 verbunden ist.
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Ein Ausgleichsgewicht W, das die Form eines rechtwinkligen
Parallelflachblockes besitzt, ist an der Seitenfläche des zweiten Endes des zweiten
Lenkers 2 fest angebracht, wobei die Seitenfläche zu der dem ersten Lenker 1
gegenüberliegenden Seitenfläche entgegengesetzt ist. Das zweite Ende des
zweiten Lenkers 2 ist in zwei Schenkel aufgeteilt, die jeder mit einem Loch
versehen sind. Diese Löcher sind einander zugekehrt und durchziehen die
Schenkel in einer Richtung, die zu der Längsrichtung des zweiten Lenkers
im wesentlichen senkrecht ist. Ein Ende des dritten Lenkers 3 ist ebenfalls
mit einem Loch versehen und zwischen den am zweiten Ende des zweiten
Lenkers 2 gebildeten Schenkeln gehalten. Eine Schwenkwelle ist
vorgesehen, die durch diese Löcher hindurch verläuft, um dadurch den zweiten
Lenker 2 und den dritten Lenker 3 schwenkbar zu verbinden.
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Das zweite Ende des dritten Lenkers 3 ist ebenfalls mit einem Loch
versehen, das im wesentlichen parallel zu dem Loch in dem ersten Ende ist.
Dieses Loch ist, mit Spiel, von der vorerwähnten Schwenkwelle durchgriffen,
die durch das zweite Ende des ersten Lenkers 1 hindurch verläuft, wodurch
das zweite Ende des dritten Lenkers 3 schwenkbar an der Schwenkbasis 61
gelagert ist. Die Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 ist im wesentlichen
gleich dem Abstand zwischen dem Loch des proximalen Endabschnittes
A2, das für die schwenkbare Verbindung des ersten Lenkers 1 benutzt wird,
und dem Loch des proximalen Endabschnittes A2, das für die schwenkbare
Verbindung des zweiten Lenkers 2 benutzt wird, so dass der Arm A, der
erste Lenker 1, der zweite Lenker 2 und der dritte Lenker 3 ein
Parallelgestänge bilden.
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Der vierte Lenker 4 weist eine Verbindungslänge auf, die ungefähr die
Hälfte der Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 beträgt, und ist an beiden
Enden mit Löchern versehen, die im wesentlichen parallel zueinander sind.
Die Schwenkwelle für die schwenkbare Verbindung des zweiten Lenkers 2
und des dritten Lenkers 3 steht vom zweiten Lenker 2 nach außen vor, und
ein Loch, das im einen Ende des vierten Lenkers 4 definiert ist, ist mit Spiel
von dieser Schwenkwelle durchgriffen. Bei dieser Anordnung schwenkt der
vierte Lenker 4 relativ zum zweiten Lenker 2 und zum dritten Lenker 3.
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Die Verbindungslänge des fünften Lenkers 5 ist im wesentlichen gleich der
Verbindungslänge des vierten Lenkers 4. Eine Schwenkwelle steht von einer
Seitenfläche des einen Endes des fünften Lenkers 5 vor. Diese
Schwenkwelle verläuft durch das im zweiten Ende des vierten Lenkers 4 definierte Loch,
so dass der vierte Lenker 4 und der fünfte Lenker 5 sich relativ zueinander
bewegen (drehen) können. Auch erstreckt sich eine Schwenkwelle von der
anderen Seitenfläche des zweiten Endes des fünften Lenkers 5 weg, die
mittels eines Lagers (nicht gezeigt) schwenkbar gelagert ist, welches an der
Schwenkbasis 61 vorgesehen ist. Generell erstreckt sich ein gebogener
Abschnitt 61d vom Mittelteil einer oberen geneigten Fläche des
vorspringenden Abschnittes 61c der Schwenkbasis 61 weg. Das vorerwähnte Lager ist
innerhalb des bogenförmigen Abschnittes 6d gelegen, um den fünften
Lenker 5 schwenkbar zu lagern. Die Schwenklagerstelle für den fünften Lenker
5 ist seitlich der Schwenklagerstelle gelegen, wo die Schwenkbasis 61 den
ersten Lenker 1 schwenkbar lagert. Diese Lagerstellen besitzen im
wesentlichen die gleiche Höhe.
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Der vierte Lenker 4 und der fünfte Lenker 5 sind miteinander außerhalb
eines Viereckes verbunden, das durch das Parallelgestänge gebildet ist.
Obgleich der vierte Lenker 4 und der fünfte Lenker 5 miteinander innerhalb
des Viereckes verbunden sein können, ist es im Hinblick auf die
Begrenzung des Bewegungsbereiches des Roboters, der durch die Interferenz der
Lenker bestimmt ist, vorzuziehen, sie an einer Stelle außerhalb des
Viereckes zu verbinden wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die
Schwenkbasis 61 enthält auch einen Motor, um das Schwenken des ersten
Lenkers 1 zu bewirken. Die Drehwelle dieses Motors ist über ein
Untersetzungsgetriebe mit der Schwenkwelle (nicht gezeigt) gekuppelt, die am
zweiten Ende des ersten Lenkers 1 befestigt ist, so dass die Drehkraft des
Motors auf den ersten. Lenker übertragen werden kann.
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Die Schwenkbasis 61 enthält einen Motor M, um das Schwenken des
fünften Lenkers 5 zu bewirken. Der Motor M ist innerhalb des gebogenen
Abschnitts 61d gelegen, wobei seine Drehwelle über ein
Untersetzungsgetriebe mit der Schwenkwelle verbunden ist, die vom zweiten Ende des fünften
Lenkers 5 vorsteht. Dies ermöglicht die Übertragung der Drehkraft vom
Motor M auf den fünften Lenker 5.
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Die Schwenkbasis 61 ist an der Oberseite eines im wesentlichen
zylindrischen, kurzen Grundträgers 62 angeordnet. Der Grundträger 62 hat im
wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Scheibe 61a der
Schwenkbasis 61 und enthält einen Motor und ein Untersetzungsgetriebe (nicht
gezeigt). Die Drehkraft dieses Motors wird auf die Schwenkbasis 61
übertragen, um die Schwenkbasis 61 in horizontaler Richtung zu drehen.
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Aufgrund des oben beschriebenen Aufbaues schwenkt der erste Lenker 1,
wenn der Motor, der das Schwenken des ersten Lenkers 1 veranlaßt,
betätigt wird, zum distalen Ende oder proximalen Ende des Armes A hin. Wenn
sich der erste Lenker 1 zum distalen Ende des Armes A hin dreht, schwenkt
der zweite Lenker 2 an der Schwenkstelle, an der er schwenkbar mit dem
dritten Lenker 3 verbunden ist, um im wesentlichen den gleichen
Schwenkwinkel in im wesentlichen der gleichen Richtung wie der erste
Lenker 1. Infolgedessen bewegt sich der Arm A mit seinem distalen Ende
nach oben, während er einen gewissen Winkel zur Horizontalebene
beibehält. Gleichzeitig bewegen sich weder der dritte Lenker 3, noch der vierte
Lenker 4 und der fünfte Lenker 5.
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In ähnlicher Weise, wenn sich der erste Lenker 1 zum proximalen Ende des
Armes A hin dreht, schwenkt der zweite Lenker 2 an der
Schwenkverbindungsstelle, an der der Schwenkarm mit dem dritten Lenker 3 verbunden
ist, über im wesentlichen den gleichen Winkel wie der Schwenkwinkel des
ersten Lenkers 1 in im wesentlichen der gleichen Richtung wie die
Drehrichtung des ersten Lenkers 1. Die Schwenkdrehung des zweiten Lenkers 2wird durch die Bewegung des Armes A begleitet. Genau bewegt sich der
Arm A mit seinem proximalen Ende nach oben, während er einen gewissen
Winkel relativ zu einer Horizontalebene beibehält. Gleichzeitig bewegen
sich weder der dritte Lenker 3, der vierte Lenker 4 noch der fünfte Lenker 5.
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Wenn andererseits der Motor M betätigt wird, dreht sich der fünfte Lenker 5
in einer solchen Richtung, dass er dem dritten Lenker 3 sich annähert
(nachstehend als "positive Richtung" bezeichnet), oder in einer solchen
Richtung, dass er sich vom dritten Lenker 3 entfernt (nachstehend als
"negative Richtung" bezeichnet). Wenn sich der fünfte Lenker 5 in der positiven
Richtung dreht, bewegt sich der vierte Lenker 4 nach oben, um dadurch
den dritten Lenker 3 so zu drücken, dass er an seiner Schwenklagerstelle
relativ zu der Schwenkbasis 61 in der positiven Richtung schwenkt. Infolge
dieser Bewegung bewegt sich der zweite Lenker 2 nach oben, während er
einen gewissen Winkel relativ zu einer Horizontalebene beibehält, so dass
sich das proximale Ende des Armes A anhebt. Der Arm A schwenkt an
seiner Schwenkverbindungsstelle relativ zum ersten Lenker 1, wobei sein
distales Ende sich nach unten bewegt. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der
erste Lenker 1 nicht.
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Wenn sich der fünfte Lenker 5 in der negativen Richtung dreht, bewegt sich
der vierte Lenker 4 nach unten, wobei er bewirkt, dass der dritte Lenker 3
an seiner Schwenkverbindungsstelle relativ zu der Schwenkbasis 61 in der
negativen Richtung schwenkt. Dann bewegt sich der zweite Lenker 2 nach
unten, während er einen gewissen Winkel relativ zur Horizontalebene
beibehält, so dass das proximale Ende des Armes A nach unten gezogen wird.
Der Arm A schwenkt an der Schwenkverbindungsstelle relativ zum ersten
Lenker 1, wobei sich sein distales Ende nach oben bewegt. Zu diesem
Zeitpunkt bewegt sich der erste Lenker 1 nicht.
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Anschließend an diese Tätigkeiten dreht sich die Schwenkbasis 61, und die
beweglichen Teile am distalen Ende des Armes A werden betätigt, so dass
das Endorgan in eine spezifizierte Position bewegt werden kann.
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Bei dem Roboter des oben beschriebenen Aufbaus kann die Belastung, der
der Motor M für das Bewirken des Schwenkens des fünften Lenkers 5
ausgesetzt ist, wesentlich im Vergleich zum Stand der Technik aus folgenden
Gründen verringert werden.
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Fig. 6 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die ein Beispiel des Aufbaus
des Roboters gemäß der Erfindung zeigt. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist ein Ende
des vierten Lenkers 4 schwenkbar mit dem zweiten Lenker 2 und dem
dritten Lenker 3 mittels der Schwenkwelle verbunden, um den zweiten Lenker
2 und den dritten Lenker 3 miteinander schwenkbar zu verbinden, während
der fünfte Lenker 5 schwenkbar mit dem zweiten Ende des vierten Lenkers
4 mittels der Schwenkwelle verbunden ist, die sich seitwärts erstreckt. Fig. 6
zeigt einen Fall, wo der Motor M als Betätiger benutzt wird, um das
Schwenken des fünften Lenkers 5 zu bewirken.
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Wenn bei dem in Fig. 6 gezeigten Roboter sich der erste Lenker 1 durch die
Betätigung eines Motors M1 dreht, bewegt sich der Arm A in derjenigen
Richtung, dass sich der erste Lenker 1 neigt, und wenn sich der fünfte
Lenker 5 durch Betätigung des Motors M dreht, dann schwenkt der Arm A an
seiner Schwenkverbindungsstelle relativ zum ersten Lenker 1.
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Fig. 7 ist eine diagrammartige Seitenansicht; die einen dynamisch
ausgeglichenen Zustand des erfindungsgemäßen Roboters darstellt. Wie in Fig. 7
gezeigt, wirkt, wenn eine Kraft F am distalen Ende des Armes A aufgebracht
wird und der fünfte Lenker 5 um einen Winkel θ in Uhrzeigerrichtung (in
der Zeichnungsebene) aus einem Zustand heraus geneigt wird, bei dem der
fünfte Lenker 5 horizontal gelegen ist, wobei sein Verbindungsende mit
dem vierten Lenker 4 dem distalen Ende des Armes A zugewandt ist (nach
vorn), ein Lastdrehmoment T an der Schwenkwelle für die schwenkbare
Lagerung des fünften Lenkers 5. Ein Näherungswert des Lastdrehmoments T
wird durch die Formel (2) ausgedrückt, wenn der Winkel θ die Bedingung
0° < θ ≤ 180° befriedigt, durch die Formel (3) ausgedrückt, wenn der
Winkel θ die Bedingung 180° < θ 240° befriedigt, und durch die Formel (4)
wenn der Winkel θ die Bedingung 240° < θ ≤ 360° befriedigt. Es sei
bemerkt, dass die Formeln (2) bis (4) jeweils einen Näherungswert des
Lastdrehmomentes T angeben, in Fällen, wo der vierte Lenker 4 und der
fünfte Lenker 5 die gleiche Verbindungslänge besitzen und der
Schwenklagerpunkt, wo der erste Lenker 1 und der dritte Lenker 3 an der Basis
gelagert sind, und die Schwenklagerstelle, wo der fünfte Lenker 5 an der Basis 6
gelagert ist, in der gleichen Horizontalebene gelegen sind.
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In den Formeln (2) bis (4) bezeichnet L die Länge zwischen der
Schwenkverbindungsstelle, wo der Arm A schwenkbar mit dem ersten Lenker 1 und
dem distalen Ende des Armes A verbunden ist. L3 bezeichnet die
Verbindungslänge des dritten Lenkers 3. L5 bezeichnet die Verbindungslänge des
fünften Lenkers 5 und f (θ), g (θ), h (θ), k (θ), m (θ), n (θ) und p (θ) sind
Funktionen, die aus den Formeln (5) bis (11) erhalten sind.
n(θ) = (- L33 + 0.4L32 cosθ)sinθ (10)
p(θ) = (L33 - 0.4L32 cosθ)sinθ (11)
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Das so erhaltene Lastdrehmoment T ist sehr klein, verglichen mit dem
Lastdrehmoment das an dem Motor für das Bewirken des Schwenkens des
dritten Lenkers 3 bei dem üblichen, in Fig. 1 gezeigten Roboter wirksam ist.
Dies erklärt sich durch Vergleich der Ergebnisse der Berechnungen des
Drehmomentes, die bei einem Baubeispiel des erfindungsgemäßen
Roboters (siehe Fig. 8A) und bei einem Baubeispiel des üblichen Roboters (siehe
Fig. 8B) ausgeführt sind. Bei dem Baubeispiel des erfindungsgemäßen
Roboters, das in Fig. 8A gezeigt ist, beträgt die Länge zwischen der
Schwenkverbindungsstelle, wo der Arm A mit dem ersten Lenker 1 verbunden ist,
und dem distalen Ende des Armes A 1900 mm; die Verbindungslänge des
ersten Lenkers 1 und des zweiten Lenkers 2 beträgt 1100 mm; die
Verbindungslänge des Armes A und des dritten Lenkers 3 beträgt 800 mm; die
Verbindungslänge L des vierten Lenkers 4 und des fünften Lenkers 5 beträgt
400 mm; der Winkel zwischen dem dritten Lenker 3 und dem vierten
Lenker 4, wenn der Arm A horizontal ist (nachstehend als "Referenzlage"
bezeichnet) beträgt 60°, und der Winkel zwischen dem vierten Lenker 4 und
dem fünften Lenker 5, wenn der Arm A die Referenzlage einnimmt, beträgt
60°. Bei dem Baubeispiel des üblichen Roboters, das in Fig. 8B gezeigt ist,
sind die Größen des Armes A und des ersten bis dritten Lenkers 1-3 die
gleichen wie bei dem Baubeispiel des erfindungsgemäßen Roboters. Fig. 9A
bzw. 9B zeigen die Ergebnisse der Berechnung des Lastdrehmomentes T
bzw. t bei dem erfindungsgemäßen Roboter und dem üblichen Roboter mit
den obigen Bauweisen. Bei dieser Berechnung werden die oben
beschriebenen Formeln benutzt. Speziell ist das Berechnungsergebnis, das in Fig.
9A gezeigt ist, der Anteil des Lastdrehmomentes T, das an einer
Schwenkwelle JT5 für den fünften Lenker 5 in einem Falle wirksam ist, wo der
erfindungsgemäße Roboter seine Stellung beibehält, wenn sich der Roboter aus
seiner Referenziage heraus bewegt, wobei der dritte Lenker 3 über 0° bis
30° in der Richtung des in der Zeichnung gezeigten Pfeiles schwenkt, unter
der Bedingung, dass ein Gegenstand mit einer Masse von 500 kg am
distalen Ende des Armes A angebracht ist. Das Rechenergebnis, das in Fig. 9B
gezeigt ist, ist der Anteil des Lastdrehmomentes t, das an einer
Schwenkwelle JT3 für den dritten Lenker 3 wirkt, wenn der übliche Roboter seine
Stellung in der gleichen Situation wie der erfindungsgemäße Roboter beibehält.
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Wie aus Fig. 9B zu ersehen, beträgt das Lastdrehmoment t des üblichen
Roboters 8000 bis 9500 Nm, während das Lastdrehmoment T des
erfindungsgemäßen Roboters 4000 bis 4300 Nm beträgt, wie aus Fig. 9A zu
ersehen ist. Demgemäß kann das der Schwenkwelle JT5 für den fünften
Lenker 5 des erfindungsgemäßen Roboters auferlegte Lastdrehmoment T in
einem beträchtlichen Ausmaß verringert werden, verglichen mit dem
Lastdrehmoment t, das an der Schwenkwelle JT3 für den Lenker 3 des
üblichen Roboters wirkt. Dank dieses Umstandes kann ein kleinerer Betätiger
bei der Erfindung benutzt werden als dies beim Stand der Technik möglich
ist.
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Ferner, da das an der Schwenkwelle JT5 für den fünften Lenker 5 des
erfindungsgemäßen Roboters wirksame Lastdrehmoment T wesentlich verringert
werden kann, verglichen mit dem Lastdrehmoment t, das an der
Schwenkwelle JT3 für den dritten Lenker 3 des üblichen Roboters wirksam ist,
werden Beanspruchungen, die im fünften Lenker 5, seiner Schwenkwelle JT5
und den peripheren Gliedern erzeugt werden, verringert, so dass Steifigkeit
usw., die für diese Bauteile erforderlich ist, leichter gewährleistet werden
kann und sie kompakter ausgebildet werden können.
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Außerdem kann, wenn man den fünften Lenker 5 mittels des Motors
schwenken läßt, das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes für
die Übertragung der Drehkraft des Motors auf den fünften Lenker 5 kleiner
ausgelegt werden als das Untersetzungsverhältnis des
Untersetzungsgetriebes, das bei dem üblichen Roboter mit dem dritten Lenker 3 gekuppelt ist,
so dass der erfindungsgemäßen Roboter ein Werkstück mit höherer
Geschwindigkeit transportieren kann.
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Der Betätiger braucht nicht immer ein Motor zu sein. Ein alternatives
Beispiel des Betätigers ist beispielsweise ein hydraulischer oder pneumatischer
Zylinder, der in Verbindung mit einem Kurbelmechanismus oder Gestänge
benutzt wird und die Linearbewegung des Zylinders in eine Drehbewegung
mittels des Kurbelmechanismus oder Gestänges umsetzt, um dadurch den
fünften Lenker 5 zu schwenken. Jedoch ist die Benutzung eines Motors im
Hinblick auf eine einfache Konfiguration und Verringerung der
Herstellungskosten wünschenswerter. Ein Ende des vierten Lenkers 4 ist nicht
notwendigerweise mit dem zweiten Lenker 2 und dem dritten Lenker 3
schwenkbar so verbunden, dass es mit der Schwenkverbindung zwischen
dem zweiten Lenker 2 und dem dritten Lenker 3 koaxial ist, wie es oben
beschrieben ist. Alternativ kann der vierte Lenker 4 mit dem zweiten Lenker
2 schwenkbar verbunden sein, indem eine weitere Schwenkwelle für die
Schwenkverbindung zwischen zweitem Lenker 2 und viertem Lenker 4
benutzt wird, getrennt von der Schwenkwelle für die Schwenkverbindung
zwischen zweitem Lenker 2 und drittem Lenker 3. Eine weitere Alternative
besteht darin, dass der vierte Lenker 4 schwenkbar mit dem dritten Lenker 3mit einer Schwenkwelle verbunden ist, die ausschließlich für die
Schwenkverbindung zwischen dem dritten Lenker 3 und dem vierten Lenker 4
verwendet wird und zu der Schwenkwelle unterschiedlich ist, die für die
Schwenkverbindung zwischen zweitem Lenker 2 und drittem Lenker 3
vorgesehen ist. Im Hinblick auf die Verringerung der Anzahl der Einzelteile
und der Verringerung der Herstellungskosten ist es wünschenswert, eine
Konstruktion zu wählen, bei der der vierte Lenker 4 schwenkbar mit dem
zweiten Lenker 2 verbunden ist und der dritte Lenker 3 die Schwenkwelle
ausnutzt, die für die Schwenkverbindung zwischen dem zweiten Lenker 2
und dem dritten Lenker 3 verwendet wird.
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Je größer der Abstand zwischen der Stellung, wo das zweite Ende des
fünften Lenkers 5 schwenkbar an der Basis 6 gelagert ist, und der Stelle ist, wo
der erste Lenker 1 und der dritte Lenker 3 schwenkbar an der Basis 6
gelagert sind, desto größer wird die Baugröße der Basis. Dies führt zu einer
Zunahme der Größe des Roboters selbst. Wenn das zweite Ende des fünften
Lenkers 5 an der Basis 6 an einer Stelle schwenkbar gelagert ist, die sich in
einem Abstand von der Stelle befindet, wo der erste Lenker 1 und der dritte
Lenker 3 schwenkbar an der Basis 6 gelagert sind, wobei der Abstand
größer ist als die Verbindungslänge des dritten Lenkers 3, dann ist der
Bewegungsbereich des Roboters aus folgendem Grund klein.
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Fig. 10 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die einen Bewegungsbereich
für den erfindungsgemäßen Roboter darstellt. Wenn das zweite Ende des
fünften Lenkers 5 schwenkbar an der Basis 6 mittels einer Schwenkwelle
O1 gelagert ist, wie es in Fig. 10 mit ausgezogenen Linien angegeben ist,
wobei die Schwenkwelle O1 an einer Stelle gelegen ist, die sich in einem
Abstand von der Stelle befindet, wo der erste Lenker 1 und der dritte Lenker
3 schwenkbar an der Basis 6 gelagert sind, wobei der Abstand kürzer ist als
die Verbindungslänge des dritten Lenkers 3, ist die Längsrichtung des Armes
A im wesentlichen vertikal, wenn vierter Lenker 4 und fünfter Lenker 5
miteinander fluchten (d. h. wenn der Roboter die Grenze seines
Bewegungsbereiches erreicht).
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Wenn andererseits das zweite Ende des fünften Lenkers 5 an der Basis 6
schwenkbar mittels einer Schwenkwelle O2 gelagert ist, wie es in Fig. 10
durch strichpunktierte Linien angegeben ist, wobei die Schwenkwelle O2
an einer Stelle gelegen ist, die sich in einem Abstand von der Stelle
befindet, wo erster Lenker 1 und dritter Lenker 3 schwenkbar an der Basis 6
gelagert sind, wobei der Abstand größer ist als die Verbindungslänge des
dritten Lenkers 3, dann wird der Neigungswinkel des Armes A kleiner als der
Neigungswinkel des Armes A, wie er mit ausgezogener Linie angegeben ist,
wenn vierter Lenker 4 und fünfter Lenker 5 fluchten.
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Demgemäß läßt sich ein ausreichender Bewegungsbereich für den Roboter
sicherstellen, indem das zweite Ende des fünften Lenkers 5 an der Basis 6
an einer Stelle schwenkbar gelagert wird, die sich in einem Abstand von der
Stelle befindet, wo erster Lenker 1 und dritter Lenker 3 an der Basis 6
schwenkbar gelagert sind, wobei der Abstand kürzer ist als die
Verbindungslänge des dritten Lenkers 3.
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Vorzugsweise befindet sich die Stelle, an der das zweite Ende des fünften
Lenkers 5 schwenkbar an der Basis 6 gelagert ist, in einem Abstand von der
Stelle, wo erster Lenker 1 und dritter Lenker 3 schwenkbar an der Basis 6
gelagert sind, wobei der Abstand kürzer ist, als diejenige Länge, die das 0,8-
fache der Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 beträgt. Dies ermöglicht
es, einen besseren Bewegungsbereich für den Roboter sicher zu stellen.
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Je länger die Verbindungslänge des fünften Lenkers 5 ist, desto stärker
nimmt das Belastungsdrehmoment zu, das an dem Betätiger (Motor M) zum
Bewirken des Schwenkens des fünften Lenkers 5 wirksam ist. Je kürzer die
Verbindungslänge des fünften Lenkers 5, desto kleiner ist der
Bewegungsbereich des Armes A. Aus diesem Grunde sollte die Verbindungslänge des
fünften Lenkers 5 unter Berücksichtigung der Ausgangsleistung des Motors
M und des Bewegungsbereiches des Armes A festgesetzt werden. Daher
kann, indem die Verbindungslänge des fünften Lenkers 5 so gewählt wird,
dass sie das 0,3 bis 0,8-fache der Verbindungslänge des dritten Lenkers 3
beträgt, verhindert werden, dass das am Motor M wirkende
Lastdrehmoment übermäßig ansteigt, und es kann verhindert werden, dass der
Bewegungsbereich des Armes A zu klein wird.
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Je kürzer die Verbindungslänge des vierten Lenkers 4, desto kleiner ist der
Bewegungsbereich des Armes A. Je größer die Verbindungslänge des
vierten Lenkers 4, desto größer ist der Bewegungsbereich des Armes A, jedoch
auch die Baugröße des Roboters selbst. Ferner, je größer die
Verbindungslänge des vierten Lenkers 4 relativ zur Verbindungslänge des fünften
Lenkers 5 wird, desto kleiner wird der Winkel, welcher durch den vierten
Lenker 4 und den fünften Lenker 5 gebildet wird. Allgemein ist es
unerwünscht, dass ein Gestänge einen übermäßig spitzen Winkel zwischen
zwei Lenkern im Hinblick auf die Steifigkeit des Gestänges aufweist. Aus
diesem Grund sollte die Verbindungslänge des vierten Lenkers 4 unter
Berücksichtigung des Bewegungsbereiches des Armes A, der Größe des
Roboters, der Steifigkeit des Gestänges und weiterer Faktoren gewählt werden.
Durch Festsetzen der Verbindungslänge des vierten Lenkers 4 auf das 0,9
bis 1,1-fache der Verbindungslänge des fünften Lenkers 5 kann verhindert
werden, dass der Bewegungsbereich des Armes A übermäßig klein wird,
kann verhindert werden dass die Baugröße des Roboters selbst zunimmt,
und es kann praktisch ausreichende Steifigkeit für die Stelle sichergestellt
werden, an der der vierte Lenker 4 und der fünfte Lenker 5 miteinander
gekuppelt sind.
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In Fällen, wo der dritte Lenker 3 so ausgelegt ist, dass er unmittelbar durch
einen Betätiger gedreht wird, wie es in Fig. 1 bei einem verhältnismäßig
groß dimensionierten Roboter gezeigt ist, der eine Massenbelastung von
100 kg oder mehr besitzt, ist das dem Betätiger auferlegte Lastdrehmoment
zu hoch, um durch die Ausgangsleistung eines üblicherweise benutzten
Betätigers bewältigt zu werden. Durch Anwendung einer solchen
Anordnung, bei der der fünfte Lenker 5 durch einen Betätiger gedreht und der
dritte Lenker 3 durch den vierten Lenker 4 und den fünften Lenker 5
gedreht werden, wird es möglich, einen kleiner dimensionierten Betätiger
vorzusehen und eine Verringerung der Herstellungskosten zu erwarten.
Zusätzlich kann das Ausgleichsgewicht kleiner ausgebildet werden, so dass
zu erwarten ist, dass keine Vergrößerung der Baugröße des Roboters
erforderlich ist.
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Bei den meisten Robotern mit einer Massenbelastung von 100 kg oder mehr
liegt die Verbindungslänge des dritten Lenkers 3 im Bereich 300 bis 1000 mm.
In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Verbindungslängen von
viertem Lenker 4 und fünftem Lenker 5 150 bis 750 mm betragen und dass
der durch den dritten Lenker 3 und den vierten Lenker 4 gebildete Winkel
und der Winkel, der durch den vierten Lenker 4 und den fünften Lenker 5
gebildet wird, wenn der Roboter die Referenzstellung einnimmt, 30° bis
70° beträgt. Die Größe des Roboters selbst und der Bewegungsbereich des
Roboters lassen sich in geeigneter Weise festlegen, indem die obigen
Verbindungslängen und Winke) innerhalb der vorgenannten Bereiche
entsprechend den Abmessungen und Spezifikationen usw. der Teile festgesetzt
werden, die den Roboter bilden.
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Es versteht sich, dass die Erfindung in vielerlei abgewandelten Formen von
Ausführungsbeispielen verwirklicht werden kann, ohne der Bereich der
Erfindung zu verlassen, wie sie durch die Ansprüche definiert ist.