DE3730584A1 - Ruesselartige gelenkeinheit, vorzugsweise fuer industrieroboter - Google Patents
Ruesselartige gelenkeinheit, vorzugsweise fuer industrieroboterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gelenkeinheit für Roboter, die
durch eine elefantenrüsselähnliche Funktion die Beweglich
keit und den Arbeitsraum des Roboters entscheidend ver
größert und der Realisierung von schnell zu durchfahrenden,
komplizierten Bahnkurven für das Arbeitsorgan dienlich ist.
Es sind Lösungen für rüsselähnliche Einrichtungen für
Industrieroboter bekannt. Eine relativ einfache Anordnung ist
in der DE-OS 32 09 270 beschrieben. Das Handgelenk ist hierbei
nur in einer Ebene beweglich, die Manövrierbarkeit des
Arbeitsorganes entsprechend gering. Sehr ähnlich wird die
Aufgabe in der DE-OS 31 35 088 gelöst. Als Glieder zur
Bewegungsübertragung werden Hebel, Seile und Räder, auch
unkreisförmige, vorgeschlagen. Bekannt sind auch um zwei
Achsen bewegliche Einrichtungen; sie sind in der Lage, das
Arbeitsorgan auf einer für derartige Konstruktionen
typischen, schirmartigen Fläche zu bewegen (Volmer,
Industrieroboter-Entwicklung, VEB Verlag Technik Berlin 1983
S. 97). Die eingesetzten räumlichen Verzahnungen sind sehr
fertigungsaufwendig, verschleiß- und störanfällig. In der
DE-OS 33 34 104 wurden diese durch Kugel-Rohrgelenke ersetzt.
Eine anthropomorphe Konstruktion, ähnlich einer Wirbelsäule,
wird im EP 00 17 016 beschrieben. Bikonvexe Scheiben größerer
Anzahl werden mittels vorgespannter Drahtseile zusammenge
halten. Durch entsprechende Verstellung der Seilzüge wälzen
die konvexen Oberflächen aufeinander ab und bewirken eine
Beugung. Ein Nachteil dieser Lösung ist der große
steuerungstechnische Aufwand zur Kompensation der bei der
Bewegung veränderlichen Länge des Polygonzuges, den die
Seilzüge bilden (Metalloberfläche München 37 (1983) 8 S. 327).
Ebenfalls mit Seilzügen erfolgt der Antrieb einer Gelenk
einheit im französischen Patent 23 78 612.
Im EP 00 09 447 wird ein Gelenk für Manipulatorarme
beschrieben. Dieses besteht aus drei Hebeln, die zwei Kränze
miteinander verbinden. Die Verbindung der Kränze und Hebel
geschieht bei zwei Hebeln durch je ein Kardan- und ein Kugel
gelenk, bei einem Hebel mit zwei Kardangelenken. Es entsteht
ein fünfgliedriges räumliches Getriebe, dessen kinematische
Kette und auch Struktur sind seit langem bekannt. Sie ergeben
sich durch Glieder- und Gelenkerweiterung eines räumlichen
Viergelenkgetriebes, z. B. des Benett-Getriebes (Altmann,
Räumliche fünfgliedrige Koppelgetriebe, Konstruktion 6 (1954)
S. 254-259). Durch die ausschließliche Verwendung von Drehge
lenken ist eine relativ spielarme Konstruktion möglich. Bei
entsprechender Wahl der kinematischen Abmessungen entsteht ein
symmetrischer Arbeitsraum, der allerdings mit sehr un
günstigen Übertragungswinkeln erkauft wird. Durch den An
trieb von zwei der drei Hebel über sogenannte gekröpfte
Ansatzstücke ergeben sich ungünstige Übersetzungsver
hältnisse und damit ungünstig große Kräfte. Die beiden
Hebel werden auf Biegung beansprucht und sind deshalb ent
sprechend steif auszulegen. Es ist keine Möglichkeit vorge
sehen, mehrere Gelenke zwangsläufig hintereinander anzuordnen,
um damit die Beweglichkeit weiter zu erhöhen.
Ziel der Erfindung ist es, eine einfache, nur aus Drehgelenken
aufgebaute räumliche Gelenkeinheit, die zur Erhöhung der
Beweglichkeit mehrfach zwangsläufig hintereinanderschaltbar
ist, zu schaffen, die als Ergänzungseinheit für Industriero
boter dessen Einsatzmöglichkeiten erweitert und die Wirt
schaftlichkeit des Industrierobotereinsatzes erhöht bzw.
einen Robotereinsatz erst möglich macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkeinheit mit rüssel
ähnlicher Funktion zu schaffen, die den komplizierten Aufbau
vieler bisher bekannter Lösungen vermeidet und beliebig oft
zwangsläufig hintereinanderschaltbar ist. Im Vergleich zu
bisher bekannten Lösungen soll die Anzahl des Gesamtgelenk
freiheitsgrades verringert werden, was sich positiv auf Ver
schleiß- und Spieleinflüße auswirken wird. Gleichzeitig
soll ein möglichst gut die Symmetrie annähernder Arbeitsraum
entstehen, unter der Prämisse, daß die Übertragungswinkel
und damit die Gelenkkräfte günstig sind.
Erfindungsgemäß ist die Gelenkeinheit als sechsgliedriges
räumliches Koppelgetriebe ausgeführt. Eine Antriebsstange ist
mit einem Kardangelenk an einem Gestell befestigt und kann mit
zwei Linearantrieben in zwei Ebenen bewegt werden. Mit einer
ebenfalls mit einem Kardangelenk im Gestell gelagerten ersten
Stange und einer Koppel bildet diese ein ebenes viergliedriges
Koppelgetriebe, welches in einer zweiten Ebene um das Gestell
geschwenkt werden kann. Dazu müssen die senkrechten Dreh
achsen der Kardangelenke gestellfest angeordnet werden. Für
die Verbindungen zwischen der Koppel und der ersten Stange und
der Koppel und der Antriebsstange werden ebene Drehgelenke
eingesetzt. Die Antriebsstange und die erste Stange sind ge
kreuzt angeordnet und die kinematischen Abmessungen so fest
gelegt, daß in der Ausgangsstellung der Gelenkeinheit sich
ein optimaler Übertragungswinkel von 90 Grad zwischen der
ersten Stange und der Koppel ergibt. Eine zweite Stange ist in
einer um 90 Grad verdrehten Ebene zu diesem Viergelenkgetriebe
mit einem Kardangelenk am Gestell befestigt und bildet mit
diesem und einem Abtriebsglied ein räumliches sechsgliedriges
Getriebe. Zwischen der Koppel und dem Abtriebsglied ist ein
ebenes Drehgelenk derart angeordnet, daß dessen Achse in
einer waagerechten Ausgangsstellung des Getriebes senkrecht im
Raum steht. Zwischen der zweiten Stange, die aus Gründen der
kollisionsfreien Beweglichkeit rahmenartig gestaltet ist, und
dem Abtriebsglied ist ein Drehgelenk mit dem Freiheitsgrad
3, z. B. ein Kugelgelenk oder ein um seine Längsachse beweg
liches Kardangelenk, angeordnet. Um mehrere Gelenkeinheiten
dieser Art zwangsläufig hintereinanderzuschalten, wird die
Antriebsstange der ersten Gelenkeinheit als Gestell für die
zweite Gelenkeinheit verwendet, das heißt, die erste und die
zweite Stange der zweiten Gelenkeinheit werden mit Kardange
lenken an der Antriebsstange der ersten Gelenkeinheit, die
dafür besonders gestaltet ist, befestigt. Die Antriebsstange
der zweiten Gelenkeinheit wird fest mit dem Abtriebsglied der
ersten Gelenkeinheit verbunden. In der zweiten Gelenkeinheit
ist das ebene Drehgelenk zwischen der ersten Stange und der
Koppel durch ein Mehrfachdrehgelenk mit drei Freiheiten er
setzt.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher er
läutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 - das kinematische Schema zweier hintereinanderge
schalteter Gelenkeinheiten in einer ausgelenkten
Stellung,
Fig. 2 - eine Skizze zur Bewegungssimulation der wich
tigsten Getriebeglieder der Gelenkeinheiten,
Fig. 3 - eine konstruktiv gestaltete Variante zweier hin
tereinandergeschalteter Gelenkeinheiten und
Fig. 4 - eine räumliche Darstellung des Arbeitsraumes.
Die Antriebsstange 2 ist mit dem Kardangelenk I am Gestell 1
befestigt. Mit Hilfe der Linearantriebe 11 und 12, vorteilhaft
Hydraulikzylinder, die mit der Antriebsstange 2 über die
Gelenke XV und XVII und dem Gestell über die Gelenke XIV und
XVI verbunden sind, kann die Antriebsstange 2 in zwei Ebenen
im Raum bewegt werden. Mit ebenen Drehgelenken IV und V sind
die Antriebsstange 2 und die erste Koppel 5 und die erste
Zugstange 3 und die erste Koppel 5 verbunden, die erste Zug
stange 3 ist mit dem Kardangelenk III im Gestell gelagert. Die
senkrechten Drehachsen der Gelenke I und III müssen identisch
sein. Das wird dadurch gelöst, daß die Kardangelenke so
eingebaut werden, daß deren eine Drehachse senkrecht und
gestellfest angeordnet wird. Demzufolge kann sich die erste
Koppel 5 nur in einer Ebene bewegen, die durch die Antriebs
stange 2 und eine Senkrechte aufgespannt wird. Die kine
matischen Abmessungen sind vorteilhaft so gewählt, daß der
Winkel zwischen den Getriebegliedern 3 und 5 in der Ausgangs
lage 90 Grad beträgt. Der Winkel zwischen der Verbindungs
geraden der Gelenke IV und V und der Gelenkachse des Gelenkes
VI wird vorteilhaft so gewählt, daß in der Ausgangsstellung
des Getriebes die Gelenkachse des Gelenkes VI eine Senkrechte
ist. Um diese Achse ist das erste Abtriebsglied 6 um die erste
Koppel 5 drehbar und mit einem Drehgelenk VII vom Freiheits
grad 3 mit dem ersten Rahmenteil 4 verbunden. Das erste
Rahmenteil 4 ist über das Kardangelenk II mit dem Gestell 1
verbunden. Dabei ist es günstig, wenn die Kardangelenke I,
II, III einen Winkel von 90 Grad aufspannen. Bei einer Be
wegung des Antriebselementes 11 wird sich das Abtriebsglied 6
in der XY-Ebene, bei Bewegung des Antriebselementes 12 in
der XZ-Ebene bewegen. Durch Überlagerung der beiden An
triebskoordinanten v und w ergibt sich der in Fig. 4 gezeigte
Arbeitsraum.
Zur Erhöhung der Beweglichkeit ist es möglich, eine Anzahl
der eben beschriebenen Gelenkeinheit zwangsläufig hinter
einanderzuschalten. Dabei ersetzt die Antriebsstange 2 für
die folgende Gelenkeinheit das Gestell 1, d. h., die zweite
Zugstange 7 und das zweite Rahmenteil 8 sind durch die Gelenke
VIII und IX mit der Antriebsstange 2 verbunden. Das erste
Abtriebsglied 6 ist mit der zweiten Antriebsstange identisch.
Da die Gelenkachsen der Gelenke VI und IX nicht identisch
sind, ist für das Gelenk XI zwischen der zweiten Zugstange 7
und der zweiten Koppel 9 ein Drehgelenk mit dem Freiheitsgrad
3 einzusetzen. Die Verbindung zwischen dem ersten Abtriebs
glied 6 und der zweiten Koppel 9 und dem zweiten Abtriebsglied
10 und dem zweiten Rahmenteil 8 mit den Gelenken X, XII und
XIII geschieht in oben beschriebener Weise.
- Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 - Gestell
2 - Antriebsstange
3 - erste Zugstange
4 - erstes Rahmenteil
5 - erste Koppel
6 - erstes Abtriebsglied
7 - zweite Zugstange
8 - zweites Rahmenteil
9 - zweite Koppel
10 - zweites Abtriebsglied
11, 12 - Antriebselemente
I-XVII - Gelenke
Claims (2)
1. Rüsselartige Gelenkeinheit, vorzugsweise für Industriero
boter, gekennzeichnet dadurch, daß eine Antriebsstange (2) mit
einem Kardangelenk (I) an einem Gestell (1) befestigt ist und
von den Antriebselementen (11), (12) in zwei Ebenen im Raum
bewegt werden kann; die Antriebsstange (2) mit einem ebenen
Drehgelenk (IV) mit der ersten Koppel (5) verbunden ist,
welche wiederum mit einem ebenen Drehgelenk mit der ersten
Zugstange (3) verbunden ist und diese mit einem Kardangelenk
(III) im Gestell (1) gelagert ist; die Gelenkachsen der ebenen
Drehgelenke (IV), (V) und je eine Gelenkachse der Kardange
lenke (I), (III) parallel sind; an der ersten Koppel (5) ein
ebenes Drehgelenk (VI) derart angeordnet ist, daß dessen
Achse nicht mit einer Geraden durch die Gelenkmittelpunkte der
Gelenke (IV) und (V) zusammenfällt und in einer Ausgangslage
senkrecht ist; mit dem Gelenk (VI) an der ersten Koppel (5)
das erste Abtriebsglied (6) gelagert ist und dieses mit einem
Drehgelenk (VII) vom Freiheitsgrad 3 mit dem ersten Rahmenteil
(4) verbunden ist und das erste Rahmenteil (4) mit einem
Kardangelenk (II) im Gestell (I) befestigt ist, wobei die
Gelenke (II), (I), (III) vorteilhaft einen Winkel von 90 Grad
aufspannen.
2. Rüsselartige Gelenkeinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet
dadurch, daß die Antriebsstange (2) als Gestell für die
nächste Gelenkeinheit dient und an ihr mit den Kardangelenken
(VIII), (IX) das zweite Rahmenteil (8) und die zweite Zug
stange (7) befestigt sind; das erste Abtriebsglied (6) und die
zweite Antriebsstange identisch sind; die Verbindung zwischen
der zweiten Koppel (9 ) und der zweiten Zugstange (7) durch ein
Drehgelenk mit dem Freiheitsgrad F = 3 (XI) hergestellt wird und
die Gelenke (X), (XII) und (XIII) in gleicher Weise wie die
Gelenke (IV), (VI), (VII) das erste Abtriebsglied (6) mit der
zweiten Koppel (9) und das zweite Abtriebsglied (10) mit dem
zweiten Rahmenteil (8) verbinden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD29460886A DD272002A3 (de) | 1986-09-23 | 1986-09-23 | Ruesselartige gelenkeinheit, vorzugsweise fuer industrieroboter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3730584A1 true DE3730584A1 (de) | 1988-03-31 |
Family
ID=5582583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873730584 Withdrawn DE3730584A1 (de) | 1986-09-23 | 1987-09-11 | Ruesselartige gelenkeinheit, vorzugsweise fuer industrieroboter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD272002A3 (de) |
DE (1) | DE3730584A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19638765A1 (de) * | 1996-09-21 | 1998-03-26 | Schoenherr Juergen Prof Dr Ing | Räumliche Bewegungseinheit, insbesondere für Industrieroboter |
EP2676776A1 (de) * | 2012-06-20 | 2013-12-25 | Institut Jozef Stefan | Humanoider Oberkörpermechanismus |
CN104477270A (zh) * | 2014-08-08 | 2015-04-01 | 北京交通大学 | 一种单动力移动六杆机器人 |
-
1986
- 1986-09-23 DD DD29460886A patent/DD272002A3/de not_active IP Right Cessation
-
1987
- 1987-09-11 DE DE19873730584 patent/DE3730584A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19638765A1 (de) * | 1996-09-21 | 1998-03-26 | Schoenherr Juergen Prof Dr Ing | Räumliche Bewegungseinheit, insbesondere für Industrieroboter |
EP2676776A1 (de) * | 2012-06-20 | 2013-12-25 | Institut Jozef Stefan | Humanoider Oberkörpermechanismus |
CN104477270A (zh) * | 2014-08-08 | 2015-04-01 | 北京交通大学 | 一种单动力移动六杆机器人 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DD272002A3 (de) | 1989-09-27 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |