DE4411158C2

DE4411158C2 - Dämpfungseinheit

Info

Publication number: DE4411158C2
Application number: DE4411158A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Sato
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: US5445247A; JPH06280935A; DE4411158A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungseinheit und insbesondere auf einen Schwingungstilger, um Schwingungen am freien Ende eines freitragenden, rotierenden, hohlen Arbeitsschafts zu unterdrücken, der zum Positionieren zum Beispiel von einer am freien Ende angebrachten Roboterhand verwendet wird.

Eine aus der JP-1-138636 U bekannte Dämpfungseinheit ist in Fig. 15 gezeigt, die hier bei einem Entgrater benutzt wird, der am freien Ende eines Roboterarms befestigt ist. Ein erster Flansch 4 ist an einem Basiselement 3 montiert, das drehbar ein den Entgrater bildendes Werkzeug 2 trägt, wobei der erste Flansch 4 aus einem Schwingungen absorbierenden Element, wie etwa Urethangummi, besteht. Ein zweiter Flansch 7 ist mittels Zwischenbolzen 5 auf dem ersten Flansch 4 montiert, um in der axialen Richtung einen Abstand herzustellen. Eine Ausnehmung 8 ist im zentralen Bereich des zweiten Flanschs 7 vorgesehen, so daß das Basiselement 3 sich bewegen kann, wenn der erste Flansch 4 bewegt wird. Der Entgratungsvorgang wird mit dem Werkzeug 2 durchgeführt, indem zunächst die Dämpfungseinheit 1 an dem zweiten Flansch 7 befestigt wird, der an dem freien Ende des Antriebsschaftes 9 befestigt ist, der rotiert. Da die Schwingungen des Werkzeugs 2 von dem Gummimaterial des ersten Flansches 4 absorbiert werden, können die auf den Antriebsschaft übertragenen Schwingungen reduziert werden. Weiterhin schlägt die JP 2-279293 A vor, eine Dämpfungseinheit auf einem Übersetzungs-Reduktionsmechanismus für einen Roboter zu montieren. Fig. 16 zeigt ein Gelenk des Roboters, bei dem der Übersetzungs-Reduktionsmechanismus verwendet wird. Ein rotierendes Maschinenteil 12 ist an einem Gelenkträgerbereich 11 befestigt, und ein Ende des Roboterarms 16 ist drehbar über Übersetzungs-Reduzierstücke 13, 14 und einen Dämpfer auf einem rotierenden Schaft 12a des rotierenden Maschinenelements 12 montiert. Die Übersetzungs-Reduktionsverhältnisse der ersten und zweiten Übersetzungs-Reduzierstücke sind gleich. Die Scheiben auf der festen Seite der beiden Übersetzungs-Reduzierstücke sind an dem Gelenkträgerbereich 11 befestigt, und die Eingangsschafte derselben sind mit dem rotierenden Schaft 12a verbunden. Der Ausgangsschaft des ersten Übersetzungs-Reduktionsstücks 13 ist mit einer drehbar gelagerten Dämpfungslast 17 verbunden; der Ausgangsschaft des zweiten Übersetzungs-Reduzierstücks 14 ist mit dem Roboterarm 16 verbunden; und der Roboterarm 16 und die Dämpfungslast 17 sind miteinander über den scheibenförmigen Dämpfer 15 verbunden. Die von dem ersten Übersetzungs-Reduzierstück 13 und der Dämpfungslast 17 erzeugte Resonanzfrequenz ist auf eine höhere Frequenz eingestellt, als die von dem zweiten Übersetzungs-Reduzierstück 14 und dem Roboterarm 16 erzeugte. Der rotierende Dämpfer 15 besitzt einen solchen Aufbau, daß Scheiben mit Vorsprüngen und Scheiben mit Ausnehmungen einander abwechseln, und eine viskose Flüssigkeit, wie etwa Maschinenöl, in seinem Inneren eingeschlossen ist. Wenn die Scheiben sich relativ zueinander drehen, nimmt der viskose Widerstand zu, wenn die viskose Flüssigkeit entlang der Ausnehmungen fließt, wodurch sie als rotierender Dämpfer wirken. Durch Verbinden der Dämpfungslast 17 und des Roboterarms 16 mit diesem rotierenden Dämpfer 15 wirken Dämpfungseffekte auf die Relativbewegung von Dämpfungslast 17 und Roboterarm, die in der Nähe der Resonanzfrequenz des Roboterarms 16 auftritt, wodurch die Schwingungen des Roboterarms 16 kontrolliert werden.

Jedoch hat dieser herkömmliche, schwingungskontrollierende Dämpfer den Nachteil, daß niederfrequente Schwingungen nicht ausreichend unterdrückt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Dämpfungseinheit zu schaffen, die niederfrequente Restschwingungen wirksam unterdrücken kann, um eine ausreichende Dämpfung zu erreichen, ohne das Gewicht der Gesamteinheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Massenkörper und die den Massenkörper drehbar tragenden elastischen Elemente, die die dynamische Dämpfungseinheit bilden, können um den rotierenden Arbeitsschaft, wie etwa eine Roboterhand, angeordnet werden. Weiterhin kann durch Einstellen des Gewichtsverhältnisses zwischen dem Massenkörper und dem Arbeitskopf und der Federkonstanten der elastischen Elemente nicht nur die natürliche Schwingung der dynamischen Dämpfungseinheit auf einen optimalen Wert (Optimale Synchronisation) eingestellt werden, sondern es kann auch der Dämpfungskoeffizient leicht auf einen optimalen Wert (optimale Dämpfung) eingestellt werden. Somit wird eine ausreichende Dämpfungsleistung für niederfrequente Restschwingungen sichergestellt. Zusätzlich erlaubt der viskose Widerstand der Flüssigkeit um die elastischen Elemente herum der dynamischen Dämpfungseinheit, daß sie wirkungsvoll Schwingungen absorbiert.

Der einfache Aufbau der Dämpfungseinheit erlaubt, daß die Dämpfungsfunktion in ausreichendem Maße durchgeführt wird, so daß die statische Steifigkeit des freitragenden Arbeitskopfes, wie etwa einer Roboterhand, erhöht wird, wodurch die Dämpfungseinheit leicht gebaut werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Roboters, in dem eine Dämpfungseinheit nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine Ansicht der Dämpfungseinheit,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Dämpfungseinheit,

Fig. 5 eine Draufsicht der Darstellung in Fig. 4,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine Darstellung, die die Richtung zeigt, in der eine Schwingung durch eine beispielhafte Impulsreaktion einer Roboterhand der Fig. 1 angelegt wird,

Fig. 8 eine Aufzeichnung der Schwingungen in dem Fall, bei dem in Fig. 7 die Dämpfungseinheit nicht verwendet wird,

Fig. 9 eine Aufzeichnung der Schwingungen in dem Fall, bei dem in Fig. 7 die Dämpfungseinheit verwendet wird,

Fig. 10 eine Darstellung, die die Richtung zeigt, in der eine Schwingung durch eine beispielhafte Impulsreaktion angelegt wird, wenn die Schwingungsrichtung im Vergleich zu der der Fig. 7 verschoben ist,

Fig. 11 eine Aufzeichnung der Schwingungen in dem Fall, bei dem in Fig. 10 die Dämpfungseinheit nicht verwendet wird,

Fig. 12 eine Aufzeichnung der Schwingungen in dem Fall, bei dem in Fig. 10 die Dämpfungseinheit verwendet wird,

Fig. 13 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht, einer Dämpfungseinheit eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 14 einen teilweise vergrößerten Querschnitt der Darstellung in Fig. 13,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Dämpfungseinheit und

Fig. 16 einen Querschnitt einer Gelenkstruktur eines Roboters, bei der eine weitere herkömmliche Dämpfungseinheit verwendet wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind ein direkter Motorantrieb 22 und zwei Gleichstrommotoren 23, 24 am Basisbereich 21 des Arbeitsroboters angeordnet. Ein erster Arm 25 ist auf einem Ausgangsschaft des direkten Antriebsmotors 22 montiert, so daß er horizontal drehbar ist. Ein zweiter Arm 26, der einen Arbeitsschaft 261 aufweist, ist auf einem freien Ende des ersten Arms 25 befestigt, so daß er dazu vertikal ausgerichtet ist. Eine Hand bzw. ein Arbeitskopf 27 ist an einem freien Ende des zweiten Arms 26 angeordnet. Eine Dämpfungseinheit 30 ist an der Hand 27 angeordnet.

Der direkte Antriebsmotor 22 umfaßt innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 221 zwei konzentrisch angeordnete innere und äußere, zylindrische Statoren 222, einen Rotor 223, der konzentrisch zwischen den beiden Statoren angeordnet ist, und einen Hohlraum H in einem zentralen Bereich. Der äußere Stator 222A und der innere Stator 222B besitzen rechenförmige Magnetpole.

Ein Rotationsausgangsschaft 224 ist integral über einen Bolzen 225 mit dem Rotor gekoppelt und wird drehbar von einem Kreuzkugellager 226 gelagert. Eine Teilertafel 227 ist am oberen Ende des Ausgangsschafts 224 des Rotors 223 angeordnet.

Ein eingebauter Auflöser 228 ist in einer leeren Kammer über den äußeren Stator 222A angeordnet. Der Auflöser 228 ist ein hochauflösender Rotationsdetektor zum Einstellen der Drehung des Rotors 223 mit hoher Genauigkeit und ist von dem äußeren Stator 222A durch eine magnetische Abschirmplatte S getrennt.

Ein Auflöserstator 228S mit einer Auflöserspule 228C ist auf dem Gehäuse befestigt. Ein Auflöserrotor 228R ist auf dem Ausgangsschaft 224 so montiert, daß er dem Auflöserstator 228S gegenüberliegt. Ähnlich dem Stator 222 des Motors besitzt der Auflöserstator 228S eine Mehrzahl von magnetischen Polen, die jeweils eine Anordnung von Zähnen umfassen. Die Auflöserspule C ist um jeden magnetischen Pol angeordnet. Ähnlich dem Rotor 223 des Motors besitzt der Auflöserrotor 228R vorstehende Zähne mit einem vorgegebenen Abstand, so daß sie der Anordnung von Zähnen des Auflöserstators 228S gegenüberstehen. Wenn der Auflöserrotor 228R integral durch eine Drehung des Rotors 223 des Motors gedreht wird, ändert sich die Reluktanz zwischen den Zähnen des Auflöserstators 228S. Durch Digitalisierung dieser Veränderung durch einen Auflöser-Steuerungsschaltkreis einer nicht gezeigten Treibereinheit und durch Verwendung des digitalisierten Signals als Positionssignal, wird der Drehwinkel des Rotors 223, also die Drehposition des Rotors, mit hoher Genauigkeit festgestellt. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 229A und 229B elektrische Verdrahtungen des Motors beziehungsweise des Auflösers.

Der erste Arm 25 ist auf der Teilertafel 227 des direkten Antriebsmotors 22 so montiert, daß er einstückig drehbar ist.

Ein Drehschaft 28, der aus einer doppelten Schaftstruktur besteht, ist vertikal in dem Hohlraum H im zentralen Bereich des direkten Antriebsmotors 22 angeordnet. Der Drehschaft 28 wird von dem Motorgehäuse 221 über ein Lager gehalten und erstreckt sich zu dem ersten Arm 25, wobei er durch einen zentralen Bereich der Teilertafel 227 geht. Steuerscheiben 282, 283 sind sowohl an den oberen und unteren Endflächen eines äußeren, zylindrischen, hohlen Schafts 281 des rotierenden Schafts 28 montiert. Die Steuerscheibe 283 des unteren Endes ist mit einer Steuerscheibe 241 und einem Steuerriemen 242 an einem Ausgangsschaft 24a des Gleichstrommotors 24 befestigt, um eine Kugellagerkeilmutter anzutreiben, die später beschrieben wird. Ein innerer Schaft 285, der durch den inneren Bereich des äußeren, zylindrischen, hohlen Schafts 281 geht, wird von einem Lager derart gehalten, daß er unabhängig von dem äußeren, zylindrischen, hohlen Schaft 281 drehbar ist, und besitzt Steuerscheiben 286, 287, die sowohl an sein oberes als auch an sein unteres Ende gekoppelt sind. Die Steuerscheibe 287 des unteren Endes ist über eine Steuerscheibe 231 und einen Steuerriemen 232 mit dem Ausgangsschaft 23a des Gleichstrommotors 23 zum Antreiben einer Kugellager- Verstellschrauben-Spindelmutter, die später beschrieben wird, verbunden.

Im Folgenden wird der Aufbau des zweiten Arms 26 beschrieben.

Der Arbeitsschaft 26 des zweiten Arms 26 erstreckt sich vertikal durch den sich horizontal erstreckenden, ersten Arm 25. Nicht nur eine Spiralkegel-Umlaufspindelvertiefung 262, die eine Spitzbogenvertiefung ist, sondern auch drei sich axial erstreckende, lineare Kugellager-Keilvertiefungen 263, die auf dem Arbeitsschaft 261 geformt sind, und eine Kugellager-Verstellschrauben- Spindelmutter 264 und eine Kugellager-Keilmutter 265 sind jeweils an dem Arbeitsschaft 261 befestigt.

Die Spindelmutter 264 besitzt eine Spitzbogen-Kegelumlaufspindelvertiefung, die der Kegelumlaufspindelvertiefung 262 über einer nicht gezeigten, inneren Umfangsoberfläche davon entspricht. Eine große Anzahl von Kugeln ist zwischen der Kegelumlaufspindelvertiefung der Mutter und der Kegelumlaufspindelvertiefung 262 des Arbeitsschafts 261 angeordnet, so daß sie drehbar sind. Wenn auch nicht gezeigt, sind Kugelumlaufwege innerhalb der Spindelmutter 264 geformt, so daß sich die Kugeln spiralförmig bewegen, wenn sie in Verbindung mit der Relativbewegung des Arbeitsschafts 261 und der Spindelmutter 264 zueinander innerhalb der Schraubenvertiefung rollen, über einen in der Mutter angeordneten Rückkehrdurchlaß nach eineinhalb oder dreieinhalb Drehungen um die Schraubenvertiefung in die ursprüngliche Position zurückkehren, und den Umlauf wieder beginnen.

Auf der anderen Seite besitzt die Keilmutter 265 eine Kugelkeilvertiefung, die den Kugelkeilvertiefungen 263 entspricht, die sich linear entlang des Arbeitsschafts 261 über eine nicht gezeigte innere Umfangsfläche erstrecken. Eine große Anzahl von nicht gezeigten Kugeln ist zwischen der Kugellagervertiefung der Mutter und der Kugellagervertiefung 262 des Arbeitsschafts 261 angeordnet, so daß sie drehbar sind. Wenn auch nicht gezeigt, sind Kugelumlaufwege innerhalb der Keilmutter 265 geformt, so daß sich die Kugeln linear bewegen, während sie in der Schraubenvertiefung in Verbindung mit der linearen Relativbewegung des Arbeitsschafts 261 und der Keilmutter 265 zueinander rollen.

Die Spindelmutter 264 wird drehbar über ein Kugellager 266 von einem Gehäuse 251 des ersten Arms 25 gehalten und besitzt eine Steuerscheibe 267, die auf einem Ende desselben befestigt ist. Auf der anderen Seite wird die Keilmutter 265 drehbar über ein Kreuzkugellager 268 von dem Gehäuse 251 des ersten Arms 25 gehalten und besitzt eine Steuerscheibe 269, die auf einem Ende desselben befestigt ist.

Die an der Spindelmutter 264 befestigte Steuerscheibe 267 ist über einen Steuerriemen 267A mit der Steuerscheibe 286 verbunden, wobei die Steuerscheibe 286 auf dem oberen Ende des inneren Schafts 285 angeordnet ist, der vom Gleichstrommotor 23 angetrieben wird.

Auf der anderen Seite ist die an der Keilmutter 265 befestigte Steuerscheibe 269 über einen Steuerriemen 269A mit der Steuerscheibe 282 verbunden, wobei die Steuerscheibe 282 auf dem oberen Ende des äußeren, zylindrischen, hohlen Schafts 281 befestigt ist, der dem Gleichstrommotor 24 angetrieben wird.

Die Roboterhand 27 ist über ein Gehäuse 271 auf dem unteren Ende des Arbeitsschafts 261 montiert. Die Dämpfungseinheit 30 ist auf der Roboterhand 27 montiert.

Diese Handmontagestruktur wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Das Gehäuse 271 besitzt einen Flansch 272 und einen zylindrischen Walzenbereich 273. Das Gehäuse 271 ist nichtdrehbar auf dem Arbeitsschaft 261 montiert, indem eine Schaftbefestigungsplatte 275 in eine Kerbe 274 eingesetzt wird, die Schaftbefestigungsplatte im voraus mit einer Kerbvertiefung 261a auf einer seitlichen Oberfläche des Arbeitsschafts 261 verbunden wird, und die Schrauben 276 angezogen werden. Die Hand 27 wird durch einen Bolzen 277 befestigt, so daß sie die untere Oberfläche des Flanschs 272 des Gehäuses 271 berührt.

Die Dämpfungseinheit 30 ist an der Hand 27 bzw. dem Arbeitskopf befestigt, der über das Gehäuse 271 an dem freien Ende des Arbeitsschafts 261 wie oben beschrieben befestigt ist.

Das bedeutet, daß die Dämpfungseinheit 30 ein Gehäuseeinsetzloch in einem mittleren Bereich umfaßt und in den Arbeitsschaft 261 eingesetzt wird, bevor die Hand 27 an dem Arbeitsschaft 261 wie oben beschrieben befestigt wird. Nach dem Befestigen des Gehäuses 271 mit der darauf montierten Hand 27 an dem Arbeitsschaft 261 über die Schaftbefestigungsplatte 275, wird der Walzenbereich 273 des Gehäuses 271 in das Gehäuseeinsetzloch eingesetzt. Dann stößt nicht nur die untere Oberfläche der Dämpfungseinheit 30 gegen die obere Oberfläche des Flansches 272 des Gehäuses 271, sondern es erstrecken sich auch die rechtwinkligen Dämpferbefestigungsplatten 302 über die seitliche Oberfläche des Flansches 272 des Gehäuses und die seitliche Oberfläche der Dämpfungseinheit 30 und sind mit Schrauben 303 angezogen. Die Dämpferbefestigungsplatten 302 sind in vier Positionen äquidistant über den Umfang angeordnet und stellen die Kopplung zwischen dem Gehäuse 271 und der Dämpfungseinheit 30 sicher.

Ein Detail der Dämpfungseinheit 30 ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt.

Die Dämpfungseinheit 30 nach diesem Ausführungsbeispiel umfaßt: einen ringförmigen Massenkörper 31; drahtförmige, elastische Elemente 32; ein Element 34 mit Flüssigkeitskammern 33, wobei jede Flüssigkeitskammer jedes elastische Element 32 umschließt; und eine Flüssigkeit 35 mit einer hohen Viskosität, die in die Flüssigkeitskammern 33 gefüllt ist.

Der Massenkörper 31 ist ein Metallring, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Walzenbereichs 273 des Gehäuses 271 und ist montiert, indem eine Lücke 311 bezüglich des Gehäuses 271 gebildet wird. Folglich befindet sich der Schwerpunkt des Massenkörpers 31 in der Mitte des Arbeitsschafts mit der Hand, bzw. dem Arbeitskopf, also in der Mitte des Arbeitsschafts 261. Der Massenkörper 31 ist außerdem in einer Richtung senkrecht zur Achse des Arbeitsschafts beweglich. Dünne Durchgangslöcher 312, die axial durch den dicken Bereich gehen, befinden sich in dreifach geteilten Positionen auf dem Umfang. Schraublöcher, die die Durchgangslöcher 312 von der äußeren Umfangsoberfläche her erreichen, sind in zwei Stufen, einer oberen und einer unteren geformt, an denen Maschinenschrauben 313 befestigt sind.

Eine Mehrzahl von elastischen Elementen 32 (drei elastische Elemente) ist angeordnet, wobei jedes Element aus einem Metalldraht, wie etwa Klavierdraht, besteht. Die oberen Endseiten davon sind in die drei Durchgangslöcher 312 des Massenkörpers 31 eingesetzt, wobei sie mit den Maschinenschrauben 313 befestigt sind. Jedes elastische Element erstreckt sich nach unten parallel mit der Achse des Arbeitsschafts 261.

Das Element 34 ist zum Beispiel ein Metallring, runder ringförmiger Form und ist lose in den Walzenbereich 273 des Gehäuses 271 eingepaßt. Das Element 34 besitzt Durchgangslöcher in dreifachen Positionen auf dem Umfang des dicken Bereichs desselben. Jedes Durchgangsloch bildet eine Flüssigkeitskammer 33. Das elastische Element 32 geht durch die Mitte jeder Flüssigkeitskammer 33. Daher ist jede Flüssigkeitskammer 33 so angeordnet, daß sie das elastische Element 32 umschließt. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Dämpferbasisring 341 an der unteren Oberfläche des Elements 34 mit einem Bolzen 342 befestigt, um die unteren Enden der Flüssigkeitskammern 33 zu schließen. Axial sich erstreckende, dünne Durchgangslöcher 342 sind in dreifachen Positionen auf dem Umfang vorgesehen. Schraubenlöcher, die die Durchgangslöcher 342 von der äußeren Umfangsoberfläche erreichen, sind geformt, und Maschinenschrauben 343 sind daran befestigt. Die unteren Enden der elastischen Elemente 32 sind jeweils in die Durchgangslöcher 342 eingesetzt und werden mit den Maschinenschrauben 343 festgehalten und an dem Dämpferbasisring 341 befestigt.

Wenn die Maschinenschrauben 313 gelöst werden, wird die Befestigung der elastischen Elemente 32 an dem Massenkörper 31 gelöst, wodurch eine Einstellung der Montageposition des Massenkörpers 31 durch vertikales Gleiten des Massenkörpers 31 ermöglicht wird. Somit dienen die Maschinenschrauben 313 zusammen mit den elastischen Elementen 32 als Vorrichtungen zum Einstellen der Montageposition des Massenkörpers.

Zum Beispiel ist Silikonfett 35 als hochviskose Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammern 33 des Elements 34 eingefüllt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise beschrieben.

Wenn die Spulen des Stators 222 des direkten Antriebsmotors 22 durch die nicht gezeigte Treibervorrichtung angetrieben werden, wobei der nicht gezeigte Klemmechanismus gelöst ist, werden die jeweiligen Zähne des Stators 222 in einer bestimmten Reihenfolge zum Rotieren um den Rotor 223 angeregt. Der Drehwinkel des Rotors 223 wird von dem Auflöser 228 festgestellt, und das detektierte Signal wird zurück in die nicht gezeigte Treibereinheit geführt, so daß der Drehwinkel des Rotors 223 so reguliert wird, daß die korrekte Teilung auf der Teilertafel 227 erhalten wird.

Bei Beendigung des Teilungsvorgangs wird die Teilertafel 227 von dem Klemmechanismus festgeklemmt. Der erste Arm 25 des Roboters wird zusammen mit der Teilertafel 227 gedreht und wird von der Klemme der Teilertafel 227 in einer vorgegebenen Position fixiert. Folglich wird die Hand 27 des Roboters horizontal geschwenkt und positioniert. Da der Motor in diesem Ausführungsbeispiel ein solch hohes Drehmoment hat, daß der Motorrotor 223 sowohl mit inneren und äußeren Statoren 222A, 222B versehen ist, kann der Motor eine hohe Last übertragen.

Die vertikale Bewegung der Roboterhand 27 und die Drehbewegung derselben um den Arbeitsschaft 261 werden durch Antreiben der Kugellagerspindelvorrichtung, die den zweiten Arm 26 bildet, durchgeführt. Das bedeutet, daß durch Antreiben der Spindelmutter 264 und der Kugellagerkeilmutter 265 durch die Steuerriemen 267A, 269A mit den Gleichstrommotoren 23, 24, der Arbeitsschaft 261 angetrieben wird, der die Hand 27 betätigt.

Wenn der Gleichstrommotor 23 gestartet wird, wird die Rotation des Ausgangsschafts 23a desselben auf die Steuerscheibe 231, den Steuerriemen 232, die Steuerscheibe 287, den inneren Schaft 285, die Steuerscheibe 287, den Steuerriemen 267A und die Steuerscheibe 267 übertragen, um die Spindelmutter 264 zu drehen. Durch alleiniges Drehen der Spindelmutter 264 auf diese Weise, macht der Arbeitsschaft 261 entsprechend der Drehrichtung eine vertikale Bewegung in die axiale Richtung.

Wenn der Gleichstrommotor 24 gestartet wird, wird die Rotation des Ausgangsschafts 24a desselben auf die Steuerscheibe 241, den Steuerriemen 242, die Steuerscheibe 283, den äußeren, zylindrischen, hohlen Schaft 281, die Steuerscheibe 282, den Steuerriemen 269A und die Steuerscheibe 269 übertragen, um die Keilmutter 265 zu drehen. Durch alleiniges Drehen der Keilmutter 265 auf diese Weise, macht der Arbeitsschaft 261 zusammen mit einer Rotationsbewegung eine Bewegung in die axiale Richtung.

Wenn die Spindelmutter 264 und die Keilmutter 265 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit in dieselbe Richtung gedreht werden, dreht sich der Arbeitsschaft 261 lediglich ohne Bewegung in die axiale Richtung. Wenn die Spindelmutter 264 und die Keilmutter 265 mit verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten angetrieben werden, macht der Arbeitsschaft 261 eine Bewegung, die eine Rotations- und eine axiale Bewegung verbindet. Wenn die Rotationsrichtung umgekehrt wird, werden die Richtungen der jeweiligen Bewegungen ebenfalls umgekehrt.

Beim Einstellen der Hand 27 durch Bewegen der Hand 27 auf eine vorgegebene Position wird die Dämpfungseinheit 30 verwendet, um wirkungsvoll Restschwingungen zum Zeitpunkt des Anhaltens der Hand 27 zu verhindern.

Da die Dämpfungseinheit 30 so ausgeführt ist, daß der ringförmige Massenkörper 31 von dem Dämpferbasisring 241 durch drahtförmige, elastische Elemente 32 gehalten wird und eine Lücke 311 zwischen dem Massenkörper 31 und dem Gehäuse 271 geformt wird, ist die Dämpfungseinheit 30 in der radialen Richtung beweglich, wodurch die Schwingungen wirkungsvoll absorbiert werden. Zusätzlich können die Schwingungen jedes elastischen Elementes 32, das gleitet, während es den Massenkörper 31 hält, wirkungsvoll durch den viskosen Widerstand des hochviskosen Fetts 35, das jedes elastische Element umschließt, gedämpft werden.

In einer dynamischen Dämpfungseinheit mit dem Massenkörper 31, den elastischen Elementen 32 und den Flüssigkeitskammern 33, in die eine viskose Flüssigkeit 35, die als Dämpfer wirkt, gefüllt ist, wird angenommen, daß die Masse des Massenkörpers 31 m ist; die Masse der Hand 27, die der zu dämpfende Gegenstand ist, soll M sein; und das Verhältnis zwischen beiden Massen ist µ = m/M. Entsprechend dem optimalen Abstimmungsverfahren für den dynamischen Dämpfer kann die optimale Synchronisation des dynamischen Dämpfers zum wirkungsvollen Unterdrücken von Resonanzen durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:

ω_n/Ω_n = 1/(1+µ) (1)

wobei ω_n = (k/m)^1/2 die Eigenfrequenz des dynamischen Dämpfers und Ω_n = (K/M)^1/2 die Eigenfrequenz des zu dämpfenden Gegenstands ist (k und K sind die jeweiligen Federkonstanten).

Die optimale Dämpfung kann durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden:

ζ = [3µ/8 (1+µ)]^1/2, (2)

wobei ζ = c/2 (mk)^1/2 der Dämpfungsfaktor des dynamischen Dämpfers ist (c ist der Dämpfungskoeffizient des dynamischen Dämpfers). Die Höhe der Resonanzspitze in diesem Moment kann wie durch Gleichung (3) angegeben unterdrückt werden:

(X₁/X_st)_max = (1 + 2/µ)^1/2, (3)

wobei X₁/X_st der Multiplikationsfaktor der Amplitude des zu dämpfenden Gegenstands ist. Der Wert µ der Gleichung (3) wird durch Angabe des gewünschten Betrags, mit der der Gegenstand zu dämpfen ist, bestimmt. Wenn die Eigenfrequenz Ω_n und die Masse M des zu dämpfenden Gegenstands bekannt sind, wird zunächst die Masse m des dynamischen Dämpfers bestimmt, und dann werden die Federkonstante k und der Dämpfungskoeffizient c aus Gleichung (1) beziehungsweise aus Gleichung (2) bestimmt.

Beispiele von Impulsreaktionen der Hand 27, auf die die Dämpfungseinheit 30, deren Faktoren auf solche Weise bestimmt wurden, wirkt, sind in den Fig. 7 bis 12 gezeigt.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die eine Position der Hand 27, auf die eine Schwingungsanregung wirkt, und eine Position der Hand 27, von der eine Reaktion ausgeht, zeigt; Fig. 8 zeigt den Schwingungsverlauf, wenn die Dämpfungseinheit 30 nicht verwendet wird; und Fig. 9 zeigt dasselbe, wenn die Dämpfungseinheit 30 verwendet wird. Die Fig. 10 bis 12 zeigen Beispiele von Impulsreaktionen, bei denen die Richtung, in der die Schwingung auf die Hand 27 wirkt, um 90° in der Richtung verschoben ist. Fig. 10 ist eine schematische Darstellung, die eine Position der Hand 27, auf die eine Schwingungsanregung wirkt, und eine Position der Hand 27, von der eine Reaktion ausgeht, zeigt; Fig. 11 zeigt den Schwingungsverlauf, wenn die Dämpfungseinheit 30 nicht verwendet wird; und Fig. 12 zeigt dasselbe, wenn die Dämpfungseinheit 30 verwendet wird. Alle Kurven zeigen deutlich, daß die Schwingungs-Dämpfungscharakteristik von der Verwendung der Dämpfungseinheit 30 abhängt. Die Abszisse der Kurven gibt die Zeit an, und die Ordinate die Schwingungsauslenkung und die Kraft, mit der die Schwingung wirkt.

Wenn zum Beispiel die Hand 27, die der zu dämpfende Gegenstand ist, ersetzt wird, ändert sich die Eigenfrequenz, was folglich die optimale Synchronisation und die optimale Dämpfung ändert, was bewirkt, daß der Dämpfungseffekt abgeschwächt wird, wenn keine Maßnahmen ergriffen werden. In einem solchen Fall kann jedoch das Ausführungsbeispiel die optimale Synchronisation für alle Zeiten durch Einstellen der Länge der elastischen Elemente 32 durch Lösen der Maschinenschrauben 313, die die Einstellvorrichtungen für die Position des Massenkörpers 31 sind, beibehalten, da eine solche Einstellung die Federkonstante k ändern kann, die die Eigenfrequenz der Dämpfungseinheit 30 leicht ändern kann.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Dämpfungseinheit 30 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Flüssigkeitskammern 33A der Dämpfungseinheit 30 von denen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels verschieden. Hier ist jede Flüssigkeitskammer 33A aus einem zylindrischen Behälter 331 geformt, und das elastische Element 32 geht durch einen zentralen Bereich desselben. Ein Kragen 332 und eine Schraube 333 sind auf einem unteren Endbereich jedes elastischen Elements vorgesehen. Das elastische Element 32 ist durch Anspannen der Schraube durch die Mutter an dem Dämpfungsbasisring 341 befestigt. Die viskose Flüssigkeit 35 wird in den Behälter 331 gefüllt, der mit Bälgen bedeckt ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insofern vorteilhaft, als das zylindrische Element 34 nicht benötigt wird und ein Austausch der viskosen Flüssigkeit 35 durch Ersetzen des Behälters 331 insgesamt durchgeführt werden kann. Die Dämpfungsfunktion und die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels sind ähnlich denen des obigen Ausführungsbeispiels.

Claims

1. Dämpfungseinheit (30), die umfaßt:
ein Basiselement (341), das relativ zu einem Arbeitskopf (27), der auf einem Ende eines Arbeitsschafts (261) montiert ist, befestigt ist;
einen Massenkörper (31), der in einer Position nahe zu einem Schaftende des Arbeitsschafts (261) derart gehalten ist, daß er in einer Richtung senkrecht zu einer Achse des Arbeitsschaftes beweglich ist;
drahtförmige, elastische Elemente (32), wobei ein Ende jedes elastischen Elements den Massenkörper (31) hält und das andere Ende derselben derart am Basiselement (341) befestigt ist, daß diese parallel zu der Achse des Arbeitsschafts (261) ausgerichtet sind, und
ein mit Flüssigkeit gefülltes Element (34, 331), das mindestens eine Flüssigkeitskammer (33, 33A) umfaßt, in die eine hochviskose Flüssigkeit (35) gefüllt ist und durch welche die drahtförmigen, elastischen Elemente (32) hindurchgehen.

2. Dämpfungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß der Massenkörper einen Metallring (31) umfaßt.

3. Dämpfungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenzeichnet, daß drei elastische Elemente (32) vorgesehen sind, die jeweils aus einem metallischen Draht bestehen.

4. Dämpfungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Flüssigkeit gefüllte Element (34; 331) einen Metallring umfaßt, der an drei Positionen seines Umfangs Durchgangslöcher (312) aufweist, die jeweils die Flüssigkeitskammern (33) bilden.

5. Dämpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Flüssigkeit gefüllte Element (34; 331) einen zylindrischen Behälter (331) umfaßt.