DE2459953A1 - Electrically driven actuator - has spring loaded ram to control torque requirement during lifting and lowering - Google Patents

Abstract

Electrically driven actuators demand high motor torque when lifting a load. During lowering, the load's potential energy is released and the motor is duly assisted. Torque varies widely. Torque range is reduced by a spring (7) which stores the energy of the load when lowering, and assists the motor when lifting. The spring force and the load equilibrate at mid-stroke of the ram and motor input is minimized. A spring (7) works between end (8) of the ram (1) and end (9) of screw (6). The axially fixed screw (6) is turned by motor (4) and operating ram nut (5). The arrangement can be modified whereby the nut is fixed and the screw moves axially.

Description

Industrie-Roboter mit elektrisch angetriebener Hubeinheit Die Erfindung bezieht sich auf einen Industrie-Roboter mit durch einen Elektromotor angetriebener Hubeinheit. Beim Hochfahren der Hubeinheit erfordern die zu bewegenden Massen das volle Antriebsmoment des Motors, während bei der Abwärtsbewegung die gespeicherte, potentielle Energie der bewegten Massen frei wird und den Motor generatorisch antreibt, so daß dieser Energie in das Netz zurückliefert. Das Hubmoment eines Arbeitszykluses schwankt demzufolge etwa zwischen +100 , so daß das System einen hohen Ungleichförmigkeitsgrad aufweist.Industrial robot with electrically driven lifting unit The invention refers to an industrial robot powered by an electric motor Lifting unit. When the lifting unit is raised, the masses to be moved require this full drive torque of the motor, while the stored, potential energy of the moving masses is released and drives the motor as a generator, so that this supplies energy back into the network. The lifting moment of a work cycle accordingly fluctuates approximately between +100, so that the system has a high degree of non-uniformity having.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen, d.h. die benötigte Antriebsleistung des Elektromotors zu reduzieren. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Hubeinheit mit einem Energiespeicher in Form einer Schraubenfeder versehen ist, die die beim Absinken der hochgefahrenen Hubeinheit freiwerdende. potentielle Energie speichert. Beim wieder Hochfahren der Hubeinheit unterstützt die in der Feder gespeicherte Energie den Antriebsmotor, so daß dieser eine geringere Antriebsenergie benötigt und dementsprechend schwächer ausgelegt werden kann.The invention has the task of eliminating this disadvantage, i.e. to reduce the required drive power of the electric motor. This task is achieved in that the lifting unit with an energy store in the form of a Helical spring is provided, which when the raised lifting unit drops becoming available. stores potential energy. When the lifting unit starts up again supports the energy stored in the spring the drive motor, so that this requires less drive energy and is accordingly designed to be weaker can be.

Besonders zweckmäßig ist es, die Feder so auszulegen, daß zwischen Federkraft in halber Hubhöhe und der zu bewegenden Masse Gleichgewicht herrscht. Auf diese Weise benötigt der Motor ein Minimum an Leistung. Dies geht aus dem Vergleich zweier Federkennlinien gemäß den Fig. 1 und 2 der Zeichnung hervor. Dabei bedeuten: £ m = Gewicht der zu bewegenden Massen h = Hubhöhe c = Federkonstante EF = Federenergie E . = vom Motor aufzubringende Hubenergie.It is particularly useful to interpret the spring so that between Spring force at half the lifting height and the mass to be moved is in equilibrium. In this way the engine needs a minimum of power. This comes from the comparison two spring characteristics according to FIGS. 1 and 2 of the drawing. Mean: £ m = weight of the masses to be moved h = lifting height c = spring constant EF = spring energy E. = lifting energy to be generated by the motor.

In Fig.gUist die Feder so ausgelegt, daß ihre Kraft im unteren Totpunkt h2 dem Gewicht der zu bewegenden Massen entspricht, zwischen beiden also Gleichgewicht herrscht. Beim Hochfahren der Hubeinheit geschieht dies im unteren Totpunkt h2 zunächst allein durch die Federkraft, die jedoch bis zum oberen Totpunkt h1 stetig abnimmt, so daß die restliche benötigte Energie Eh vom Motor aufzubringen ist.In Fig.gUist the spring is designed so that its force in the bottom dead center h2 corresponds to the weight of the masses to be moved, i.e. equilibrium between the two prevails. When the lifting unit is raised, this initially happens at bottom dead center h2 solely through the spring force, which, however, steadily decreases up to top dead center h1, so that the remaining energy required Eh is to be provided by the motor.

In Fig. 2 hingegen ist die Feder stärker ausgelegt derart, daß ihre Kraft in halber Hubhöhe h dem Gewicht der zu bewegenden Massen entspricht. Demzufolge hebt beim Hochfahren die Feder die Hubeinheit allein bis auf die halbe Hubhöhe und von hier ab hat der Motor die fehlende restliche Hubenergie Eh aufzubringen. Es ist aus den Darstellungen eindeutig ersichtlich, daß die somit vom Motor aufzubringende Leistungbei einer Federauslegung nach Fig. 2 das Minimum darstellt. Beim Absenken der Hubeinheit wird zwar unterhalb der halben Hubhöhe ebenfalls Energie vom Motor benötigt, doch ist dies für die Auslegung des Motors ohne Bedeutung. In Fig. 2, however, the spring is designed stronger so that their Force at half the lifting height h corresponds to the weight of the masses to be moved. As a result When it is raised, the spring lifts the lifting unit up to half the lifting height and from here on, the motor has to provide the remaining lifting energy Eh. It it can be clearly seen from the illustrations that the amount to be applied by the engine Performance with a spring design according to Fig. 2 represents the minimum. When lowering The lifting unit also receives energy from the motor below half the lifting height required, but this is irrelevant for the design of the engine.

Die Erfindung ist anhand der(Figuren 3 und 4 in zwei Ausführungsbeispielen erläutert. In Fig. 3 ist mit 1 der Hubzylinder eines Industrie-Roboters bezeichnet, der z.B. über Kugelbuchsen 2 in einem Gehäuse 3 gleitbar geführt ist. Der Zylinder wird von einem Elektromotor 4 über eine Spindelmutter 5 und eine Gewindespindel 6 bewegt.The invention is based on (Figures 3 and 4 in two embodiments explained. In Fig. 3, 1 denotes the lifting cylinder of an industrial robot, which is slidably guided in a housing 3 via ball bushings 2, for example. The cylinder is driven by an electric motor 4 via a spindle nut 5 and a threaded spindle 6 moves.

Gemäß der Erfindung ist im Inneren des Hubzylinders 1 als Energiespeicher eine Schraubenfeder 7 vorgesehen, die sich einerseits gegen die obere Zylinderabdeckung 8 und andererseits gegen ein Drucklager 9 abstützt, welches auf dem oberen Ende der Gewindespindel 6 angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, wird die Feder 7 beim Abwärts fahren des Zylinders 1 gespannt und gibt beim Hochfahren ihre Energie zur Entlastung des Antriebsmotors 4 wieder frei.According to the invention, the interior of the lifting cylinder 1 is used as an energy store a coil spring 7 is provided, which is on the one hand against the upper cylinder cover 8 and on the other hand against a thrust bearing 9 supported on the upper end the threaded spindle 6 is arranged. As already mentioned, the spring 7 at Downward travel of the cylinder 1 is tensioned and gives its energy when it is raised Relief of the drive motor 4 free again.

Fig. 4 zeigt im Prinzip die gleiche Einheit wie Fig. 3, jedoch mit senkrecht nach unten ausfahrbarem Hubzylinder 1. Innerhalb dieses Zylinders ist wiederum eine Speicherfeder 9 vorgesehen, deren eines Ende sich gegen die Spindelmutter 5 und deren anderes Ende sich gegen ein Drucklager 10 abstützt, welches axial feststehend an einer Verlängerung 11 der Gewindespindel 6 befestigt ist. Hier wird die Speicherfeder 9 beim Ausfahren der Hubeinheit gespannt und gibt beim Einfahren derselben ihre Energie ab, um den Motor zu entlasten. Fig. 4 shows in principle the same unit as Fig. 3, but with Lifting cylinder that can be extended vertically downwards 1. Inside this Cylinder is in turn provided a storage spring 9, one end of which is against the spindle nut 5 and its other end are supported against a thrust bearing 10, which is axially fixed to an extension 11 of the threaded spindle 6 is. Here, the accumulator spring 9 is tensioned and releases when the lifting unit is extended when retracting the same from their energy to relieve the engine.

4 Figuren 5 Ansprüche4 figures 5 claims

Claims (5)

Patentansprüche 0 Industrie-Roboter mit elektrisch angetriebener Hubeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinheit (1) mit einem Energiespeicher in Form einer Schraubenfeder (7, 9) versehen ist, die die beim Absenken der hochgefahrenen Hubeinheit frei werdende potentielle Energie speichert. Claims 0 industrial robots with electrically driven Lifting unit, characterized in that the lifting unit (1) has an energy store is provided in the form of a helical spring (7, 9), which when lowering the raised Lifting unit stores potential energy that is released. 2. Industrie-Roboter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Auslegung der Feder, daß zwischen deren Federkraft in halber Höhe und der zu bewegenden Masse Gleichgewicht herrscht. 2. Industrial robot according to claim 1, characterized by such Design of the spring that between its spring force at half the height and the one to be moved Mass equilibrium prevails. 3. Industrie-Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder auf Druck beansprucht ist. 3. Industrial robot according to claim 1 or 2, characterized in that that the spring is under pressure. 4. Industrie-Roboter nach Anspruch 3 mit einem durch eine vom Motor angetriebene Gewinde spindel heb- und senkbaren Hubzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (7) innerhalb des Hubzylinders (1) angeordnet ist und ihr eines Ende sich gegen die obere Zylinderabdeckung (8) und das andere Ende sich gegen ein auf der Spindel angeordnetes, axial feststehendes Drucklager (9) abstützt. 4. Industrial robot according to claim 3 with one through one from the motor driven threaded spindle liftable and lowerable lifting cylinder, characterized that the helical spring (7) is arranged within the lifting cylinder (1) and you one end against the top cylinder cover (8) and the other end against an axially fixed thrust bearing (9) arranged on the spindle is supported. 5. Industrie-Roboter nach Anspruch 3 mit einem durch eine vom Motor angetriebene Gewinde spindel heb- und senkbaren Hubzylinder, der nach unten ausfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (9) innerhalb des Hubzylinders (1) angeordnet ist und ihr eines Ende sich gegen die am bzw. im Zylinder angeordnete Spindelmutter (5) abstützt, während ihr anderes Ende gegen ein an der Spindel (6) angeordnetes, axial feststehendes Drucklager (10) anliegt. 5. Industrial robot according to claim 3 with one through one from the motor Driven threaded spindle liftable and lowerable lifting cylinder, which can be extended downwards is, characterized in that the helical spring (9) within the lifting cylinder (1) is arranged and its one end is against the arranged on or in the cylinder Spindle nut (5) is supported, while its other end against a on the spindle (6) arranged, axially fixed thrust bearing (10) is applied.