DE4014003C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0008—Balancing devices
- B25J19/002—Balancing devices using counterweights
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Robotergelenkarm für
Master-Slave-Roboter.
Zur kontrollierten Bewegung des Werkzeugarmes eines
Roboters und zur vorbestimmbaren Kraftübertragung ist
das Gewicht des Arbeitsarmes zu kompensieren. Dieser
Arbeitsarm kann aus ein oder mehreren Gliedern
bestehen.
DE 20 48 563 beschreibt einen Teleoperator mit einem
Steuerarm, bei dem das Gewicht des Teilarmes mit einem
Parallelogramm in zwei Achsen kompensiert werden kann.
Durch das Anflanschen des Parallelogrammes an ein Rad
oder dessen Drehachse gelingt jedoch eine lageneutrale
Kompensation der Armgewichte oder eine stetige
Kompensation in jeder Dreh- und Schwenklage des
Masterarmes nicht.
US 40 78 670 schlägt zur Kompensation des Gewichtes eines Armes ein Parallelogramm, bestehend aus Längsgliedern und den dazugehörenden kurzen Gliedern, die um verschiedene Drehpunkte beweglich sind, vor. Die beidseitig angeordneten Gegengewichte können bei dieser Vorrichtung nur die Anteile gewichtsmäßig kompensieren, die in Richtung auf die Werkzeughand vor ihnen angeordnet sind. Eine Kompensation der hinter dem Gewichtsdrehpunkt liegenden Teile kann wegen der Unsymmetrie nicht lageneutral kompensiert werden.
US 40 78 670 schlägt zur Kompensation des Gewichtes eines Armes ein Parallelogramm, bestehend aus Längsgliedern und den dazugehörenden kurzen Gliedern, die um verschiedene Drehpunkte beweglich sind, vor. Die beidseitig angeordneten Gegengewichte können bei dieser Vorrichtung nur die Anteile gewichtsmäßig kompensieren, die in Richtung auf die Werkzeughand vor ihnen angeordnet sind. Eine Kompensation der hinter dem Gewichtsdrehpunkt liegenden Teile kann wegen der Unsymmetrie nicht lageneutral kompensiert werden.
Bei den vorgeschlagenen Systemen in "Industrial
Robots", EPO Applied Technology Series Vol. 2, Pergamon
Press 1984, Seite 101-103, sind dazu unterschiedliche
Vorschläge aus der Patentliteratur erfaßt.
Ein mechanisches System mit Seilzügen und Federn
(WO 89/1774) kompensiert die Schwerkraft des Armes
derart, daß der Arbeitspunkt des Robotarmes in jedem
Ort seiner Bewegungslinie gewichtsentlastet ist. Dazu
wird ein Seil durch den Schwerpunkt des Armes geführt.
Bei einem als Parallelogramm ausgebildeten Arm eines
Roboters (JP 52.79 468) wird dessen Schwergewicht durch
an sich bekannte, gegen Speicherdruck arbeitende,
Fluidzylinder kompensiert.
Beide Systeme können keinen Gewichtsausgleich bei
Armbewegungen um eine horizontale Achse bieten.
Außerdem ist der Gewichtsausgleich nicht stets
konstant, da die Federn und das gegen Speicherdruck
arbeitende System keine konstanten Kraftverhältnisse
haben.
Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen
konstanten Ausgleich für alle Eigengewichtsmomente
eines Robotarmes für Master-Slave-Roboter in allen
Arbeitslagen vorzugeben und dabei die Nachteile der
bekannten Systeme zu vermeiden.
Als Lösung wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum
mechanischen Ausgleich der Eigengewichtsmomente eines
Robotarmes für Master-Slave-Roboter, die Mittel zur
lageneutralen stetigen Kompensation aufweist,
vorgeschlagen.
Die Erfindung geht von zweierlei bekannten Techniken
aus. Die Erkenntnis, daß Fluidsysteme auf Dauer leck
werden können und Seil-Feder-Systeme ermüden bzw.
materialbedingt zur Längung neigen, führten zur
Konstruktion eines Gegengewichtsausgleiches.
Eine exakte Kompensation kann jedoch nur erreicht
werden, wenn das Gegengewicht stets auf der Schwerachse
des zu kompensierenden Systems liegt. Dies ist beim
Stand der Technik nur möglich, wenn eines der
Kompensationsglieder durch den Schwerpunkt des
Robotarmes bzw. des Robotkörpers geführt wird. Diese
Forderung wirkt einer konzentrierten Bauform eines
Roboters entgegen.
Daher wurden Mittel vorgesehen, die durch ein
parallelogrammartiges Getriebe und ein Gegengewicht,
die außerhalb des Schwerpunktes liegen, aber ein von
der Lage des Armes oder Robotkörpers unabhängiges
stetiges Ausgleichen des Eigengewichtsmomentes
bewirken. Dabei ist es gleichgültig, ob der Arm dreht,
vor- oder zurückgezogen wird oder ob der gesamte
Robotkörper in Normal- oder Über-Kopf-Lage arbeitet.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Achse des
Gegengewichtes in jeder Lage des Robotarmes stets die
Schwerachse des Roboters schneidet. Damit kann der Arm
gewichtsneutral in einer indifferenten Lage gehalten
werden, ohne daß Kräfte zur Eigengewichtskompensation
aufgebracht werden müssen.
Das Gewicht kann dabei fliegend gelagert werden. Es
braucht nicht im Robotkörper untergebracht zu werden
und spart somit Platz. Eine verschiebbare Anordnung des
Gegengewichtes ermöglicht ein genaues Austarieren und
die Verwendung unterschiedlich schwerer Materialien für
das Gegengewicht.
Zum genauen Einstellen des Parallelogramms bzw. des
Ausgleichens von Fertigungstoleranzen dient auch eine
Verstellung eines Toleranzgliedes vorzugsweise zwischen
einem zu bewegenden Robotarm und einem weiteren
Drehpunkt im Robotkörper.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
das Parallelogramm einmal oder mehrfach doppeltwirkend
ausgelegt. Diese Auslegung dient mehreren Zwecken.
Damit wird eine enge Parallelogrammführung innerhalb
der Robotarme ermöglicht; ein Glied liegt z. B. fest
und direkt in einer Schwerachse des Roboters. Ein
parallelgeführtes Glied eines ersten wirkenden
Parallelogrammes kann ein weiteres Glied mit
verlängerter Hebelübersetzung eines zweiten
Parallelogrammes nach Art eines Scherenparallelogrammes
bewegen. Damit sind trotz kleiner Hübe des ersten
getriebenen Gliedes größere Stellbewegungen am
Scherenhebelende möglich.
Die zweite Doppelwirkung ergibt sich aus parallel
angeordneten Gliedern einer Parallelogrammseite. Damit
wird eine exakte seitliche Führung eines zwischen
diesen Gliedern angeordneten Gegengewichtes erreicht
und die Einzelkräfte in den Gliedern halbieren sich, so
daß eine weitere Miniaturisierung des Roboters möglich
ist. Schließlich kann durch über die Drehpunkte hinaus
verlängerte Glieder eines Parallelogrammes der Hebelweg
des Gegengewichtes beispielsweise verdoppelt werden.
Vorteilhafterweise kann eine derartige Vorrichtung in
ein Master-Slave-Gerät integriert werden. Durch
entsprechende Anordnung je einer Vorrichtung der
genannten Art im Master- und im Slave-Gerät läßt sich
eine von Eigengewichtsmomenten des Robotarmes
wirkungsfreie Rückführung zum Mastergerät erreichen, in
dem durch entsprechende Gegengewichts-Tarierung die
Reibungskräfte im Robotsystem zusätzlich zu den
Eigengewichten kompensiert werden. Dadurch ist eine
Übertragung der Effektivkräfte vom Mastergerät zum
Slavegerät und umgekehrt möglich, ohne störende
Überlagerung von Dissipationskräften.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Robotgerät,
Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1 durch das
Robotgerät.
Vor den Körper 17 eines Roboters ist ein Oberarm 3
angeflanscht, der in Drehachse 1 mit einem Unterarm 18
verbunden ist. Im Schwerpunkt S des mit angewinkeltem
Unterarm 18 dargestellten Roboters schneiden sich die
beiden Schwerachsen S1 und S2. Der Antrieb des
Armgliedes 18 ist nicht dargestellt, um eine bessere
Übersicht über das System bieten zu können. Der Oberarm
3 ist an seinem Gehäuse 2 durch Stift 5 mit einem
Halter 31 im Inneren des Robotkörpers fest verbunden.
In dem Gehäuse 2 ist in Lager 26 eine Hülse 27 starr
mit dem Robotkörper verbunden. Über ein Getriebe 37
kann das Gehäuse 2 um die Achse S1 des Oberarmes 3
gedreht werden. Im Oberarm 3 liegen auf der Schwerachse
S1 drei Drehachsen 1, 25, 32, die als Anlenkpunkte für
zwei Parallelogramme dienen. Das erste Parallelogramm
wird aus den Gliedern S1 (bestehend aus den Teilen 2
und 31) und 23 mit den Drehachsen 1, 19, 28, 25
gebildet. Bei der dargestellten Anwinkelung des Armes
18 bewegt das Glied 23 in Drehpunkt 28 ein Glied 24
eines weiteren Parallelogrammsystems. Dessen Drehachsen
25 und 32 liegen in Schwerachse auf einem Halter 31,
von denen die Glieder 24 und 30 ausgehen und in den
Drehachsen 6 und 8 durch einen Hebel 14 verbunden sind.
Achsparallelversetzt zu dem Hebel 14 sind zwei weitere
Hebel 13 angeordnet, die auf den Gliedern 24 bzw. 30 je
eigene Drehachsen 7 bzw. 29 haben. In der Zeichnung ist
nur ein Hebel 13 zu sehen; jedoch zeigt die Darstellung
in Fig. 2, daß dies zwei zum Hebel 14 parallelliegende
Hebel 13 sind. Die die Drehachse 8 bzw. 29
übertragenden Enden der Hebel 13 und 14 sind in den
Drehpunkten 15 und 16 mit einem weiteren Hebel 12
verbunden. Dieser Hebel 12 weist eine Längsnut 11 aus,
in dem mit Schraube 10 ein Gegengewicht 9 fixiert
werden kann.
In Fig. 2 ist etwa entlang der Schnittlinie II-II
(Fig. 1) ein Schnitt durch das Gehäuse 2 und das Glied
24 des Parallelogrammes dargestellt. Jedoch ist in
Fig. 2 nicht die verschwenkte Situation des
Gegengewichtes 9 und des Unterarmes 18 und damit
zwangsläufig des Parallelogrammes gezeigt, sondern ein
Robot in Grundstellung, d. h. mit senkrecht nach unten
ragendem Unterarm 18, senkrecht stehendem Gegengewicht
9 und Gliedern 13 bzw. 14 des Parallelogrammes in der
obersten Position. In dem aus Gehäuse 2 und
innenliegender Hülse 27 bestehenden Oberarm 3 liegt ein
Parallelogramm-Hebelsystem. Die Schwerachse S1,
dargestellt durch die sich kreuzenden
Durchmesserpfeile, liegt in Armmitte. Der Halter 31
trägt Lager 34, in dem mit Glied 24 verbundene
Drehachsen 25 gelagert sind. Am unteren Ende des
Gliedes 24 ist eine weitere Drehachse 28 angeordnet, auf
dem über Lager 35 das Glied 23 drehbeweglich und in
nicht dargestellter Weise mit dem Unterarm 18 verbunden
ist. Das obere Ende des Gliedes 24 ist mit drei
Einschnitten versehen, in denen die Hebel 13 und 14
angeordnet sind. Diese sind über Drehachsen 6 bzw. 7
und Nadellager 33 drehbeweglich gegenüber dem Glied 24.
Auf dem Gehäuse 2 ist ein Dämpfungskissen 36
angeordnet, damit das Gegengewicht 9 (Fig. 1)
gegebenenfalls nicht auf das Gehäuse 2 schlagen kann.
Zur Verdeutlichung ist eine Schnittlinie I-I angegeben,
die die Situation in Fig. 1 andeutet. Wenn der Unterarm
18 durch das nicht dargestellte Getriebe bewegt wird,
wird diese Schwenkbewegung über die Glieder 23 und 24
auf das parallele Hebelsystem 13, 14 und von dort auf
den Hebel 12 weitergeleitet, so daß das Gegengewicht 9
stets mit seiner Achslage S2 den Schwerpunkt S des
Roboters schneidet. Dabei ist es gleichgültig, ob der
Unterarm 18 vorwärts oder rückwärts bewegt wird, stets
verbleibt das Gegengewicht auf der den Schwerpunkt S
schneidenden Schwerachse 2. Dies geschieht genauso,
wenn wie zuvor beschrieben, das Gehäuse 2 rotatorisch
bewegt wird.
Damit ist sichergestellt, daß bei jeder
Bewegungsfunktion des Roboters das Gegengewicht in
einer Lage liegt, die es ermöglicht, das Eigengewicht
des Unterarmes 18 zu kompensieren.
Zur Einstellung des Parallelogrammes kann Glied 23 mit
einer spielausgleichenden Längsverstellung ausgerüstet
sein. Dazu trägt Kupplung 20 ein Lager 21 in dem
drehbeweglich eine Verschraubung 22 angeordnet ist.
Claims (5)
1. Robotergelenkarm für Master-Slave-Roboter mit
- - einem, um den Schwerpunkt S des Gesamtsystems gewichtsausgeglichenem Oberarm (3),
- - einem daran dreh- und schwenkbar angelenkten Unterarm (18),
- - einem Gewichtsausgleichsystem für den Unterarm (18)
mit einem, um den Schwerpunkt S des Gesamtsystems
kugelsegmentartig bewegbaren Ausgleichgewicht (9),
das über ein aus mehreren außerhalb des
Schwerpunktes S liegenden Parallelogrammen
gebildetes Getriebe mit dem Unterarm (18)
gekoppelt ist.
2. Robotergelenkarm nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch die Verstellbarkeit des Ausgleichgewichtes
(9) am Gestänge (12).
3. Robotergelenkarm nach Anspruch 1 und 2,
gekennzeichnet dadurch, daß das
Parallelogrammgetriebe innerhalb des Gehäuses (2) des Oberarms
(3) geführt wird.
4. Robotergelenkarm nach Anspruch 1, 2 und 3,
gekennzeichnet durch ein Dämpfungskissen (36)
auf dem Gehäuse (2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904014003 DE4014003A1 (de) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Mechanischer momentenausgleich |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904014003 DE4014003A1 (de) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Mechanischer momentenausgleich |
Publications (2)
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---|---|
DE4014003A1 DE4014003A1 (de) | 1991-10-31 |
DE4014003C2 true DE4014003C2 (de) | 1993-06-09 |
Family
ID=6405526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904014003 Granted DE4014003A1 (de) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Mechanischer momentenausgleich |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4014003A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10348724A1 (de) * | 2003-10-16 | 2005-05-19 | Stefan Buntrock | Handgeführter Manipulator |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
CN107351120B (zh) * | 2016-05-10 | 2023-11-10 | 尚可 | 重力负载平衡臂及机械臂 |
CN106737841A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-05-31 | 南京工程学院 | 一种力矩自平衡的多连杆配重机构及其平衡算法 |
JP7184693B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2022-12-06 | ファナック株式会社 | ロボット用バランサおよびロボット |
Family Cites Families (2)
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BE756593A (fr) * | 1969-10-03 | 1971-03-01 | Commissariat Energie Atomique | Telemanipulateur maitre-esclave articule |
FR2278457A1 (fr) * | 1974-07-18 | 1976-02-13 | Commissariat Energie Atomique | Manipulateur motorise a cables |
-
1990
- 1990-04-27 DE DE19904014003 patent/DE4014003A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10348724A1 (de) * | 2003-10-16 | 2005-05-19 | Stefan Buntrock | Handgeführter Manipulator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4014003A1 (de) | 1991-10-31 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: NOELL STAHL- UND MASCHINENBAU GMBH, 97080 WUERZBUR |
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