NO751952L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer en anordning for banestyring av redskap, f.eks. et sveiseverktoy, innbefattende to eller flere innbyrdes dreibare armer.

I det etterfolgende er den nevnte anordning omtalt som "manipulator".

Oppfinnelsen finner spesiell anvendelse ved en fortrinnsvis numerisk styrt manipulator hvor et sveiseverktoy styres automatisk langs en bestemt bane i plan som er fastlagt relativt til manipulatoren.

De vanligst forekommende automatiske manipulatorer er utfort med translatorisk bevegbare ledd såsom teleskopisk anordnede armer som aktiviseres ved hjelp av et passende drivsystem. US-patent 3 543 947 gir et typisk eksempel på denne teknikk.

Ved teleskopkoblinger utgjor grunnlengden,eller lengden av

opplagringselementene, som også vanligvis er teleskopforskyv-" bare armer, minst 6/5 av den tilhorende arms rekkevidde.

Slike manipulatorer vil derfor være meget plasskrevende i forhold til sin aksjonsradius, og vil bare kunne få en begrenset anvendelse på arbeidssteder med trange plassforhold. Videre vil teleskopkoblinger omfattende en flerhet av forskyvbare armer ved maksimal utstrekning eller aksjonsradius være forholdsvis elastiske og lett kunne nedboyes med den folge at et verktoy anordnet på enden av den ytterste arm i koblingen, ville bli betydelig unoyaktig posisjonert.

Det er videre kjent numerisk styrte, vanligvis hydraulisk opererte manipulatorer hvor armene er anordnet leddforbundet.

I J

På grunn av hydraulikksystemenes forholdsvis store og tunge komponenter som er plasskrevende og ofte medforer ugunstig vektokning på enkelte deler av manipulatoren/hvis bærende elementer folgelig må dimensjoneres tilsvarende kraftigere,

vil denne manipulatortype værekarakterisert vedhoy total-vekt og grov dimensjonering. Den vil således være lite mobil og

fleksibel, men hovedsakelig være egnet for en fast plassering

i forhold til et fast eller bevegelig arbeidsstykke, og den

vil folgelig bare kunne få en begrenset anvendelse som styringsorgan for et sveiseverktoy.

En videre ulempe ved de kjente manipulatorer av denne type

som styringsorgan for et sveiseverktoy utgjor plasseringen av drivsystemet med sine hydraulikkror osv., hvilket kompliserer

oppbygningen og sammenkoblingen av manipulatorarmene, og folgelig kan være begrensende for bevegelsesmulighetene.

Et ytterligere problem når en hydraulisk operert manipulator skal anvendes for styring av et sveiseverktoy, er at manipulatorarmene vil utgjore et elastisk system hvori det vil opptre u-bnskede slippbevegelser, f.eks. når det kommer luft i hydraulikk-væsken, med påfolgende svikt i den til enhver tid forutbestemte posisjonering av sveiseverktdyet. En slik svikt kan inntreffe sporadisk og med tiltagende hyppighet etter hvert som servosystemets bevegelseselementer blir slitt. Dette problem gjelder særlig de forste ledd av manipulatorens armer, som er sterkest påkjent/ og hvor en slippbevegelse gir storst utslag i sveiseverktoyets posisjonering, og problemet kan bare sokes unngått ved omfattende forebyggende vedlikehold deri inkludert kostnads-krevende utluftninger av hydraulikksystemene.

Til slutt kan nevnes at ved hydraulisk opererte manipulatorer, vil man alltid ha lekkasje og tetningsproblemer samt at det likeledes alltid vil foreligge en viss fare for eksplosjoner.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er derfor å fremskaffe en anordning av den innledningsvis nevnte art ved hvilken de ovennevnte ulemper og mangler er fjernet og som dessuten gir en rekke andre fordeler. Dette oppnås ved anordningen ifolge oppfinnelsen, hvis kjennetegnende trekk fremgår av de etterfolgende

I. J

patentkrav, samt av nedenstående beskrivelse av en foretrukket, men for oppfinnelsen ikke begrensende utforelsesform, under henrvisning til tegningene, hvor fig. 1 viser manipulatoren sett forfra fig. 2 viser manipulatoren sett fra siden,

fig. 3 viser i snitt manipulatorens sentrale dreiemekanisme,

fig.4viser i snitt manipulatorens skulderledd,

fig. 5 viser i snitt manipulatorens forste håndledd samt detaljer ved det andre håndledd,

fig. 6 viser i snitt manipulatorens andre håndledd,

fig. 7 viser skjematisk et blokkdiagram av en styringsenhet for dreieleddenes drivanordninger,

fig. 8 viser i snitt en anordning for aksial forskyvning av manipulatorens sénterstamme, og

fig. 9 viser i snitt en anordning av et ytterligere dreieledd.

Av fig. 1 og 2 fremgår at manipulatoren er bygget opp på en sentral basisdel 1. Basisdelen 1, som fortrinnsvis er utformet sirkulær, omfatter en bunnplate 2 og festemidler 3. Festemidlene 3 kan fortrinnsvis være holdemagneter,f.eks. permanentmagneter som kan kobles av og på,' eller elektromagneter, og/eller en kombinasjon av nevnte typer, foruten sugekopper eller liknende anordninger. På bunnplatens 2 ovre flate er på hensiktsmessig måte, f.eks. ved hjelp av skruer, en oppadragende, fortrinnsvis sylinderformet sénterstamme 4 fast anordnet, fig. 3. Senterstammen 4 er i sin sentrale del utformet med et hulrom 85 som rommer en dreiemekanisme 9 for sentral dreiebevegel.se av manipulatoren.

Nevnte mekanisme 9 omfatter en elektrisk drevet, fortrinnsvis likestroms, motor 5 på hvilken det er anordnet et takometer 6. Motorens 5 drivaksel 33 er forbundet med en veksel 35 av den

j

type som har stor utveksling, ubetydelig dodgang og hoy virkningsgrad. Vekselen 35 er forbundet med en friksjonskobling 36 omfattende klemplater 38, friksjonsskiver 39, en tallerkenfjær 40, en klemskive 41 og en strammeskrue 42. Friksjonskoblingen 36, som er regulerbar ved dreining av skruen 42,

er innstilt på å slure når motoren 5 er i ferd med å bli overbelastet, idet f.eks. deler av manipulatoren kommer i bero-jring med faste fremmedlegemer. På senterstammens 4 oppadragende, frie ende er det på hensiktsmessig måte, f.eks. ved hjelp av skruer, anordnet en fortrinnsvis sirkulær, losbar flens 83 som ved sin indre periferi omfatter en tannkrans 44 som via tannhjul 37 er forbundet med en vinkelgiver 34 anordnet under et beskyttel-sesdeksel 49. Den ovre del av senterstammen 4 danner sammen ~- med flensene 83 et lagerhus for et kulelager 43. En fortrinnsvis sylindrisk overdel 8 er med sitt nedre endeparti fort inn i senterstammen 4 og ved hjelp av kulelageret 43 dreibart 360° lagret til denne. I sin nedre sentrale del er overdelen 8 utformet med en innad rettet, sirkulær flens 84 som samvirker med friksjonskoblingen 36 for overforing av dreiemoment fra vekselen 35. Ved aktivisering av motoren 5 vil drivakselen 33 dreies, hvilken dreiebevegelse via vekselen 35 og friksjonskoblingen 36 overfores til overdelen 8, som vil dreies om sin vertikale akse. En oppnår således en sentral dreiebevegelse av manipulatoren om den vertikale akse.

Den sylindriske overdel 8 som i sitt ovre parti 88 er gaffelfor-met, bærer det neste dreieledd, et såkalt skulderledd 28 med horisontal dreieakse, fig. 4. Skulderleddet 28 omfatter et hus 45 som er åpent i begge ender og fortrinnsvis tildannet av to sammensatte kapslingsdeler 89 og 90, hvilket hus 45

på hensiktsmessig måte, f.eks. ved hjelp av bolteskruer 91,

er festet til overdelens 8 gaffelformede parti 88. Leddets 28 drivsystem er anordnet i husets 45 indre og utgjores av

en elektrisk motor 46 med takometer 11 og en veksel 48, alle • komponentene fortrinnsvis av samme type som for den sentrale dreiemekanisme 9. Ved husets 45 åpne ender er det rundt kapslingens 89 og 90 ytre, sirkulære overflate anordnet et kulelager 59 for dreibar opplagring av manipulatorens overarm 12, som består av to parallelle, fortrinnsvis av U-formede plateprofiler utformede, delarmer 12a og 12b.

L I

Overforingen av motorens 46 dreiemoment til dreiemoment for overarmens 12 dreiebevegelse skjer via en drivaksel 47, vekselen 48 og en regulerbar friksjonskobling 50.

Koblingen 50 omfatter en strammeskrue 51, et holdestykke 52, en tallerkenfjær 53, en klemplate 54 og to friksjonsskiver 55, som ligger an mot delarmens 12a profilplate 86.

Friksjonskoblingen 50 reguleres ved dreining av skruen 51 og er innstilt for sluring ved en eventuell overbelastning av motoren 46, idet deler av manipulatoren kommer i beroring med faste

fremmedlegemer. Under en beskyttelseskapsling 58 er anordnet en vinkelgiver 10 fast forbundet med armen 12b.

Vinkelgiverens 10 akseltapp 56 er dreiefast innfort i en kob-lingsdel 57 som er anordnet på enden av kapslingshalvdelen 89, som bærer armen 12b. Ved dreiebevegelse av armen 12 om skulderleddet 28 registreres vinkeldreiningen direkte av giveren 10. På overarmens 12 ovre, frie ende er anordnet et såkalt

albuledd 27, som hovedsakelig samsvarer med skulderleddet 28 når det gjelder oppbygning og drift, og dette ledd 27 er derfor ikke vist i detalj. Albuleddet 27 bærer dreibart opplagret om sin horisontale dreieakse 14 manipulatorens underarm 15, som liksom overarmen 12 består av to parallelle delarmer 15a og 15b, fortrinnsvis tildannet av U-formede plateprofiler. På de ovre,frie ender av armene 15a og 15b er det på hensiktsmessig måte fast anordnet to lagerhus 87 og 68, fig. 5, som bærer et forste eller indre håndledd 19 med sin dreieakse parallelt med albuleddets 27 dreieakse 14.

Håndleddets 19 dreiemekanisme omfatter en elektrisk motor 17 med takometer 16, et planetgear 18 og et vinkeldrev 66. Motoren 17, takometeret 16 og gearet 18 er sammenbygget på en hensiktsmessig måte og anordnet innkapslet i armen 15b. Drevet 66, som er i inngrep med et vinkeldrev 67, som igjen ved hjelp av en regulerbar friksjonskobling omfattende friksjonsskiver 72, en tallerkenfjær 65 og en feste/strammemutter 92 er forbundet med en akseltapp 60, er anordnet i husets 68 indre hulrom 69, hvilket hulrom 69 kan være fylt med fortrinnsvis fett eller olje.

I

For dreibar opplagring av akseltappen 60 bærer "huset 68 ett eller flere kulelagere 63. I lagerhuset 87 på armen 15a er det tilsvarende anordnet ett eller flere kulelagre 64 for drei-|bar opplagring av en akseltapp 61. Lagerhuset 87 omfatter j videre i sitt indre et på akseltappen 61 anordnet vinkeldrev 70 i inngrep med et vinkeldrev 71, som igjen er dreiefast forbundet med en vinkelgiver 23, og kan liksom huset 68 være fylt, fortrinnsvis med fett eller olje. Mellom akseltappene 60 og 61 og de respektive lagerhus 68 og 87 er anordnet nodvendig tetning. -Mellom armene 15a og 15b er det fast til akseltappene 60 og 61 anordnet et boss 62 som bærer et andre eller ytre, dreibart håndledd 20 hvis dreieakse danner en vinkel på 90° med det indre håndledds 19 dreieaksler 60 - 61. Håndleddets 20 drivmekanisme, som er hensiktsmessig sammenbygget og omsluttet av bosset 62 og en kapsling 76 fast anordnet på den ene ende av nevnte boss 62, fig. 5 og 6, består av et planetgear 24,

en motor 25 med et takometer 26, hvilke komponenter fortrinnsvis samsvarer med de tilsvarende komponenter for det indre håndledd 19. På bossets 62 andre ende er det anordnet et lagerhus 78

som i sitt indre 79 omfatter et vinkeldrev 74 i inngrep med et vinkeldrev 75. Drevet 75 er, ved hjelp av en regulerbar friksjonskobling omfattende friksjonsskiver 73, en fjærskive 93 og en feste/strammemutter 94,forbundet med en aksel 77

som i sin ene ende er dreibart opplagret i huset 78 ved hjelp av ett eller flere kulelagre 80, og i sin andre ende på hensiktsmessig måte fast forbundet med en bærearm 21. Huset 78, som i sitt indre 79 kan være fylt med fortrinnsvis fett eller olje, bærer på sin side motsatt av armen 21 en kapsling 81 som omslutter en vinkelgiver 82 som er fast forbundet med

huset 78 og dreiefast forbundet med akselen 77 for direkte registrering av leddets 20 dreievinkel. Mellom lagerhuset 78 og akselen 77 er det på hensiktsmessig måte anordnet nodvendig tetning.

Håndleddene 19 og 20 bidrar sammen til å holde et sveiseverktoy 22, som på hensiktsmessig måte er festet til bærearmen 21, i foronsket orientering og posisjon.

! L i

For å oke det område av manipulatorens rekkevidde ved hvil-iket sveiseverktoyets posisjon og spesielt vinkel i forhold i til sveisefugen kan innstilles til den optimale, kan manipulatoren utfores med et ytterligere dreieledd, et såkalt ovre sentrallédd 300, fortrinnsvis anordnet etter det forste håndledd 19. Fig. 9 viser detaljer ved en foretrukket, men ikke

begrensende utforelse av manipulatoren modifisert i samsvar med ovenstående.

Leddet 19 bærer på samme måte som for leddet 20, se fig. 5, det ovre sentrallédd 300, som har en sentral aksial dreiebevegelse og styres av den felles styringsenhet for samtlige dreieledd. Leddets 300 drivanordning 301, omfattende en elektrisk motor med takometer samt en veksel, alle komponenter

fortrinnsvis av samme type som for håndleddene 19 og 20, er anordnet delvis inne i et boss 311 og delvis omsluttet av en kapsling 312, idet bosset 311 med akslingen og kapslingen 312 er anordnet mellom armene 15a og 15b.

En aksel ut fra nevnte veksel er fast forbundet med en drivaksel 309 som er opplagret ved hjelp av kulelagre 302 i bosset 311, Akselen 309 er fort gjennom et krysshus 304, som kan være hult eller massivt og utstyrt med de nodvendige bo-ringer, og forbundet med dette f.eks. ved hjelp av en mutter 305. Overforingen av dreiemoment fra akselen 309 til krysshuset 304 skjer ved en regulerbar friksjonskobling omfattende en friksjonsskive 303 anordnet mellom en krave 310 på akselen 309 og krysshuset 304, samt fortrinnsvis en tallerkenfjær 306 anordnet mellom krysshuset 304 og mutteren 305, og reguleringen av koblingen skjer ved dreining av mutteren 305.

For registrering av leddets 300 dreiebevegelser er det under en kapsling 308 anordnet en vinkelgiver 307 som på hensiktsmessig måte er festet til bosset 311 og med sin drivaksel er forbundet til krysshuset 304 ved hjelp av en boyle 324. Huset 304 inngår videre som en del av et kryssledd 313 som

i realiteten tilsvarer det ytre håndledd 20. Leddets 313 drivanordning 314, som fortrinnsvis er lik drivanordningen 301, er anordnet under en kapsling 315 fast til huset 304.

L J

jDrivanordningen 314 er forbundet med en drivaksel 316 som 'er fort gjennom huset 3o4 idet den krysser akselen 309 i et plan forskutt i forhold til dennes plan, og er videre opplagret i huset 304 ved hjelp av kulelagre 320. I sin utad-ragende ende er akselen 316 utformet for opptakelse av en

mutter 319 for feste av bærearmen 21, idet nevnte mutter 319 inngår i en regulerbar friksjonskobling for overforing av dreiemoment til bærearmen 21. Friksjonskoblingen omfatter videre en friksjonsskive 317 anordnet mellom en på akselen 316 anordnet, demonterbar flens 323 og bærearmen 21, samt fortrinnsvis en tallerkenfjær 318 anordnet mellom mutteren 319 og bærearmen 21, og reguleringen av koblingen skjer ved dreining av mutteren 319. For registrering av leddets 313 dreiebevegelser er det.under en kapsling 322 anordnet en vinkelgiver 321, som er fast forbundet med huset 304 og

med sin drivaksel på hensiktsmessig måte er forbundet til bærearmen 21.

Ved tilveiebringelse av et ytterligere dreieledd, f.eks.

som ovenfor beskrevet, oppnås på en enkel måte muligheter for innenfor stort sett hele manipulatorens aksjonsområde automatisk å kunne innstille sveiseverktoyets optimale vinkel i forhold til en sveisefuge.

For ytterligere å oke posisjoneringsmulighetene for sveiseverktoyet 22, hvilket spesielt kan være onskelig dersom det

er anordnet fugefolgeranordninger (ikke vist) på eller i tilknytning til dette, kan videre verktoyet 22 eller bærearmen 21 være anordnet 360° dreibart om sin lengdeakse. Dreiebevegelsene styres fortrinnsvis automatisk analogt styringen for de ovringe ledd.

På den ene siden av den dreibare overdel 8 kan et elektrode-reservoar 30 bestående av en snelle med elektrodetråd være anordnet, f.eks. som vist ved hjelp av en brakett 29.

Videre kan det på en av overarmene 12 i nærheten av skulderleddet 23 være anordnet en elektrodemateinnretning 7 som vil tjene til utbalansering for vekten av manipulatorarmene og

I I

således redusere påkjenningen i leddet 28.

Plasseringen av elektrodemateinnretningen 7 og elektrode-reservoaret 30 som beskrevet og antydet på tegningsfigurene

1 og 2, gir problemfri fremforing av elektrodetråden til sveiseverktoyet og er således meget fordelaktig, men det må

være klart at en annen plassering kan velges dersom det skulle vise seg mer hensiktsmessig, f.eks. kan anordningen plasseres på et hensiktsmessig sted atskilt fra manipulatoren.

Som beskrevet ovenfor er det anordnet regulerbare friksjons-koblinger i alle ledds overforinger, bl.a. for å beskytte de respektive drivanordninger mot overbelastning. I tillegg,

som en ytterligere sikkerhetsforanstaltning,kan det på hensiktsmessige steder være anordnet mikrobrytere 13 som alternativt kan fungere som en nodstoppsanordning som bryter strommen til alle drivmotorene når en av manipulatorarmene har nådd sitt storste utsving og motorens pådrag feilaktig opprettholdes, eller de kan fungere som endestoppbrytere, idet bare motoren som styrer nevnte arm, stoppes, hvoretter nevnte motor på styringskommando kan reverseres og armen beveges tilbake. Anordningen av drivmotorenes kraftkabler og de registrerende komponenters signalkabler er for oversiktens skyld ikke vist detaljert i figurene. Frem til manipulatoren blir imidlertid kablene fortrinnsvis fort samlet som en kabelbunt 32 og fort inn i en koblingsboks 31 anordnet til manipulatorens dreibare overdel 8. Den videre fordeling ut til de respektive komponenter skjer på hensiktsmessig måte under hensyntagen til manipulator-leddenes bevegelsesmuligheter.

For å oke manipulatorens forflyttbarhet er konstruksjons-jelementene såsom bunnplaten 2, senterstammen og samtlige armer og kapslinger av vektbesparende hensyn utfort i aluminium. Den relativt lave vekt som dermed oppnås, vil videre forårsake redusert påkjenning på dreieleddene/hvis opplagringer og drivanordninger folgelig kan dimensjoneres for en forholdsvis lav belastning, hvilket igjen vil medfore en ytterii-

gere vektbesparelse. Ved å utfore armene og leddene

med de tilhorende drivanordninger og kapslinger med så lav vekt som mulig, reduseres massen som skal aksele-

I

reres, og dermed oppnås full hastighet på kort tid. Nevnte lave vekt vil således ha gunstig innvirkning på servoenes egenskaper når det gjelder raskhet og noyaktighet. Videre vil manipulatoren få hoyere egenresonansfrekvens,og den vil likeledes bli relativt vippestabil.

Selv om det ovenfor er angitt aluminium som konstruksjonsmateriale, må det være klart at dette materialvalg ikke på noen måte er begrensende for oppfinnelsen, da ethvert hensiktsmessig konstruksjonsmateriale kan benyttes.

Som nevnt innledningsvis, er manipulatoren beregnet for styring av et verktoy, i det viste eksempel et sveiseverktoy, langs en forutbestemt bane beskrevet i et datamaskinprogram. Fremgangsmåten for styringen kan f.eks. være som angitt i norsk patentsoknad nr. , og vil ikke bli forklart i detaljer. Grovt skissert skjer imidlertid styringen ved hjelp av en datamaskin som på bakgrunn av mottatte stillingssignaler fra dreieleddene samordner driften av nevnte ledds drivanordninger for derved å oppnå en posisjonering og orientering av sveiseverktdyet som er i overensstemmelse med de innprogrammerte data.

For å få til en slik styring er samtlige dreieledd funksjons-messig likt utfort som posisjonstilbakekoblede servosloyfer, som vist skjematisk på fig. 7. I henhold til nevnte figur er det anordnet en datamaskin 100 som med en utgang er koblet til inngangen av en digital/analog omformer 101 hvis inngang er koblet til inngangen av en forsterker 102. Ut-Igangen fra forsterkeren 102 er koblet til en inngangsklemme 110 på en utgangsforsterker 103, som kan omfatte strombe-jgrensningsanordninger for ytterligere sikring av leddets drivmotor mot overbelastning. Til en annen inngangsklemme 111 på forsterkeren 103 er det koblet en signalleder fra et takometer 106. Videre er utgangen fra en kraftforsynings-enhet 104 koblet til forsterkeren 103, og utgangen fra forsterkeren 103 er igjen koblet til en motor 105. Takometeret -106 samt en veksel eller et gear 107 og en vinkelgiver 108 er mekanisk forbundet med motoren 105. Vinkelgiveren 108 er via en omformer 109 koblet inn på datamaskinen 100.

Signalet fra vinkelgiveren 108 varierer med dreiningen av leddet og gir således et mål for leddets vinkeldreining i forhold til den forutgående arm. Dette posisjonssignal som

fortrinnsvis er en vekselspenning fra en resolver eller synkro, omformes i omformeren 109 til et digitalt signal

som mates inn på datamaskinen 100.

Alternativt til resolveren kan det som vinkelgiver anvendes andre passende innretninger, f.eks. en digital koder. Ved den sistnevnte innretning, som gir ut et digitalt spenningssignal som varierer med vinkeldreiningen, er omformeren 109 overflodig.

I datamaskinen 100 blir de innmatede posisjonssignaler et passende antall ganger pr. sekund, f.eks. 30, sammenliknet med de tilsvarende posisjoneringssignaler, idet det ved avvik

mellom de nevnte signaler genereres et digitalt korreksjons-signal som mates inn på omformeren 101 hvor det omformes til en analog spenning. Dette spenningssignal forsterkes i forsterkeren 102 og mates inn på utgangsforsterkeren 103 via klemmen 110. Takometeret 106 gir ut et spenningssignal som angir motorens

105 rotasjonshastighet og dreieretning. Dette signal mates via klemmen 111 inn på forsterkeren 103, hvorpå signalet sammenliknes med det via klemmen 110 innmatede signal, idet det ved avvik mellom de to signalers polaritet og/eller stor-relse genereres et signal som styrer pådraget til motoren 105 fra kraftforsyningen 104 slik at onsket dreieretning oppnås og rotasjonshastigheten innreguleres jevnt og kontinuerlig for dermed å styre den tilhorende manipulatorarm i j en bane som samsvarer med den i datamaskinprogrammet angitte.

Ved at alle manipulatorens dreieledd styres som ovenfor beskrevet og dreiebevegelsene koordineres på hensiktsmessig måte i datamaskinen, oppnås en automatisk styring av sveiseverktoyet 22 langs en forutbestemt innprogrammert bane. Selv

om det ovenfor hele tiden refereres til automatisk styring~av manipulatoren, må det være klart at det selvsagt kan

være tilveiebragt anordninger for manuell styring, f.eks.

fra et fortrinnsvis portabelt,håndbetjent kontrollpanel.

!

Når manipulatoren er anbragt på et arbeidssted, må den,for sveisingen kan påbegynnes, kjenne sin plassering og/eller orientering i forhold til arbeidsstykket, slik at den innprogrammerte sveiseoppgave blir utfort i samsvar med den planlagte, faktiske sveisefuge. Orienteringen kan styres automatisk, f.eks. som beskrevet i norsk patentsoknad nr. eller den kan skje som angitt i norsk patentsoknad nr.

For den forstnevnte orienteringsfremgangsmåte kan f.eks. sveiseelektrodens spiss eller sveisemunnstykket tjene som foler, eller det kan være anordnet ikke viste folere på sveiseverktdyet 22 eller bærearmen 21.

Ifolge den sistnevnte fremgangsmåte plasseres en orienteringskloss på et hensiktsmessig valgt sted i forhold til arbeidsstykket, hvoretter det utarbeides et datamaskinprogram for sveisebanen som refererer seg til nevnte valgte sted, slik

at manipulatoren må anbringes i en bestemt posisjon i forhold "til orienteringsklossen for at sveiseoppgaven skal kunne utfores korrekt. For å sikre en sådan plassering av manipulatoren kan den i sin basisdel 1, fortrinnsvis med senter i den vertikale dreieakse, være utformet med en ikke vist utsparing 95, som passer sammen med nevnte kloss i et orienterende han - hun-inngrep. I stedet for en utsparing 95 kan selvsagt basisdelen 1 være utstyrt med en hensiktsmessig utformet tapp eller liknende, som ved plassering av manipulatoren på orienteringsklossen bringes i orienterende inngrep med en dertil egnet utsparing i denne.

iEn ytterligere orienteringsanordning i form av fortrinnsvis

automatisk styrte, elektrisk drevne, ikke viste, teleskopfor-iskyvbare armer, kan være anordnet i tilknytning til basisdelen eller dennes bunnplate. Når manipulatoren er anbragt på et sveisested, skjer orienteringen ved at nevnte armer utskyves til de stoter mot kjente faste anordninger, f.eks. vegger eller skott, hvorpå manipulatoren under fortsatt på-virkning av armenes drivanordninger forskyves til den onskede

-posisjon i forhold til arbeidsstykket.

Bunnplatens 2 festemidler 3 er dimensjonert for sikkert å kunne fastholde manipulatoren til et underlag som kan være orientert i ethvert plan. Således kan, for enhver aktuell sveiseoppgave, manipulatoren alltid anordnes på det mest hensiktsmessige sted, f.eks. et gulv, en vegg, et tak eller

på forskjellige skråplan, og den er derfor meget fleksibel ~'"i sine anvendelsesmuligheter. For ytterligere å utvide manipulatorens anvendelsesmuligheter, kan dens rekkevidde langs den vertikale akse okes ved at senterstammen 4 er utfort som en fortrinnsvis elektrisk drevet teleskop-forlengbar enhet. Innstillingen av stammens 4 lengde kan fortrinnsvis styres automatisk fra datamaskinen, men kan også foretas manuelt.

Fig. 8 viser en foretrukket, men ikke begrensende, utformning av en anordning for aksial forskyvning av senterstammen 4

i den hensikt å oke manipulatorens rekkevidde. I henhold • til figuren er basisdelen 1 erstattet med en fundamentdel 201, fortrinnsvis utformet med en utsparing 205 for et orienterende inngrep med en dertil egnet orienteringskloss og omfattende en bunnplate 202 med festemidler 203, samt en vertikalt forlopende styrestamme 204 hvori er anordnet et hull 215 for gjennomforing av en låsepinne 209, og videre utformet med en spalte 216 for styrende opptakelse av en tannstang 206 fast anordnet på senterstammen 4, idet denne er fort inn i styrestammen 204.

I senterstammen 4 er det videre anordnet et passende antall fortrinnsvis koniske låsehull 214 for samvirke med låsepinnen 209. Låsepinnen 209 er utformet med en krave 210 og bæres av en klave 208 anordnet på styrestammen 204. En fjær 211

er anordnet rundt pinnen 209 mellom klaven 208 og kraven 210 for å bringe låsepinnen 209 til inngrep med et valgt låsehull 214.

På klaven 208 er det videre anordnet en magnetholder 212

som bærer en elektromagnet 213.

Et drev 207 som står i inngrep med tannstangen 206, er anordnet på drivakselen til en ikke vist, elektrisk drivanordning. Når en aksial forskyvning av senterstammen 4 er innprogrammert, skjer dette automatisk ved at elektromagneten 213 energiseres og trekker låsepinnen 209 ut av inngrepet med jlåsehullet 214.

Drivanordningen for drevet 207 energiseres, og ved samvirke mellom tannstangen 206 og drevet 207 forskyves stammen 4

til den onskede posisjon. Når nevnte posisjon nås, de-energiseres drivanordningen, videre de-energiseres elektromagneten 213, og låsepinnen 209 bringes ved hjelp av fjæren 211 til inngrep med det tilordnede låsehull 214.

Når det gjelder metoden som benyttes, ved sveisingen, er denne som sådan stort sett av underordnet betydning for utformingen av manipulatoren, og vil ikke ble detaljert beskrevet. Det må imidlertid være klart at sveiseverktoy, trådmatningsut-styr og tilforselsslanger må velges så hensiktsmessig som. mulig med tanke på optimal utnyttelse av manipulatoren.

Det kan videre nevnes at manipulatoren kan være utstyrt

for pendling av sveisehodet, f.eks. ved at en lokal kam-skivestyrt bevegelsesinnretning er anordnet på bærearmen 21 for samvirke med sveiseverktdyet 22, eller pendlingen kan fortrinnsvis være sentralt styrt fra datamaskinen og utfores ved hensiktsmessige dreiebevegelser i leddene avhengig av pendlingsmonste ret.

Dersom det for enkelte sveiseoppgaver skulle vise seg onskelig å kunne foreta automatiske banekorrigeringer under sveisefor-|lopet, kan svei seve rktoyet 22 eller bærearmen 21 for dette formål utstyres med en hensiktsmessig fugefolgeranordning som ved avvik mellom den innprogrammerte sveisebane og den faktiske sveisefuge utsender korreksjonssignaler til datamaskinen, hvorpå denne styrer dreieleddenes drivanordninger slik at sveiseverktoyet bringes i den korrekte posisjon.

Ved forskjellige sveisetyper og forlop kan det være aktuelt å anvende forskjellig sveisetråd, eksempelvis en trådtype for under-opp-sveis og en for horisontal og vertikal sveis. For slike tilfeller kan det være formålstjenlig med automatisk skifte av tråd. Dette kan oppnås f.eks. ved at to eller flere sveisepistoler er anordnet fortrinnsvis forskyvbare i lengde-retningen og utstyrt med separate trådmateinnretninger, idet

L

den aktuelle sveisepistol bringes til arbeidsstilling på jstyringskommando innlagt i datamaskinprogrammet.

For å sikre seg mot strømgjennomgang i manipulatorens dreieledd ved utilsiktede kortslutninger, kan samtlige ledd og/ eller armer være elektrisk forbundet, f.eks. ved hjelp av en hensiktsmessig anordnet jordleder.

Manipulatoren i henhold til oppfinnelsen kan inngå i et system av manipulatorer, ikke vist, som fortrinnsvis styres automatisk fra en sentralt anordnet datamaskin, idet et datamaskinprogram likeledes kan styre et tilbringer/forflytningssystem for automatiske anbringelser av den enkelte manipulator på de forskjellige arbeidssteder.

Sammenfatningsvis kan nevnes at spesielt fordelaktige trekk ved anordningen eller manipulatoren ifolge oppfinnelsen bl.a. er

at den er bygget opp på en sentral basisdel og omfatter fortrinnsvis seks dreibare ledd samt armer og/eller partier av ulik lengde som forbinder de enkelte ledd,

at den på grunnlag av et datamaskinprogram er i stand til fortrinnsvis automatisk å styre et sveiseverktoy med nodvendig og tilstrekkelig presisjon og orientering langs en hvilken som helst forutbestemt, kontinuerlig eller intermitterende sveisebane innenfor et aksjonsområde som stort sett bare er begrenset av armenes maksimale utstrekning,

at den er utfort med forholdsvis lav vekt,

at den videre er utformet og utstyrt for enkelt å kunne orien-tere seg i forhold til arbeidsstykket slik at den derved vil være særdeles forflyttbar og fleksibel i sin anvendelse,

at basisdelen omfatter en bunnplate på hvilken det er anordnet festemidler som er i stand til sikkert å fastholde manipulatoren til en grunnflate hvis orientering kan være i et hvilket som helst plan slik at den derved alltid kan plasseres på det mest hensiktsmessige sted for utforelse av en bestemt sveiseoppgave,

at ett av dreieleddene er anordnet i en sentral dreiemekanisme som sorger for at manipulatoren i prinsippet er ubegrenset dreibar om den vertikale akse sentralt til basisdelen,

at manipulatorarmene er utformet som dobbeltarmer og med kompakt

kapslinger,

I at den konstruktive samordning av nevnte deler tillater drei- j ninger på mer enn 200° i leddene idet utsatte komponenter dreies mellom nevnte dobbeltarmer,

og at de nevnte driftskomponenter er tilstrekkelig beskyttet mot ytre påvirkninger fra f.eks. smuss, stov, væske og sveise-sprut e.l., og samtidig, spesielt for håndleddene, er lette å"komme til for utførelse av nødvendige vedlikeholdsarbeider.

En tilfredsstillende operasjon av manipulatoren oppnås ved hensiktsmessig valg av komponenter til leddenes drivanordninger med tilhorende overføringer. Således er drivanordningene for alle leddene elektriske likestromsmotorer som er enkle å re-gulere, gir et tilstrekkelig dreiemoment, er driftsikre og

krever minimalt vedlikehold, er kompakte i sin oppbygning og krever således liten plass, samt er forholdsvis lette i vekt.

Motorenes dreiemoment overfores til dreining av leddene ved hjelp av en veksel eller et gear og en regulerbar friksjonskobling. For manipulatorens forste tre ledd regnet fra basisdelen er det som gear anvendt en veksel av f.eks. typen"Harmonic Drive", med stor utveksling,ubetydelig dødgang og hoy virkningsgrad, idet denne vil gi en jevn og presis overforing, hvilket vil ha vesentlig betydning for servosystemets egenskaper med hensyn til nøyaktigheten i styringen av sveiseverktdyet.

Nevnte veksel er videre særdeles kompakt i sin oppbygning,

lett i vekt og lite plasskrevende.

For de to ev. tre siste dreieledd hvor presisjonskravet til overforingen ikke er så kritisk som for de ovrige tre ledd, er det i stedet for en veksel av foran nevnte type, anvendt planetgear som i disse ledd kan dimensjoneres for små ytelser og folgelig kan velges med små dimensjoner, idet denne geartype tillater et relativt stort moment på sin utgangsaksel i forhold til sin vekt og sitt volum.

De ovenfor angitte eksempler på valg av geartyper for de respektive dreieledd er selvsagt ikke begrensende for oppfinnelsen, da også andre hensiktsmessige typer kan komme til anvendelse. Som nevnt, er det i alle leddene anvendt en regulerbar friksjonskobling. Datte er en meget fordelaktig sikkerhetsforanstaltning, som sorger for at motorene ikke blir overbelastet dersom manipulatorarmene utilsiktet skulle stote mot en hindring, og som likeledes beskytter servosystemenes ovrige drivkomponenter samt sikrer armene mot boyepåkjenninger dersom manipulatoren skulle bli utsatt for utilsiktet stot, f.eks. som folge av påkjorsel eller av gjenstander som faller ned på den. I og med sikringen av armene mot uventede boyepåkjenninger, kan disse dimensjoneres optimalt med hensyn på sin normale ar-beidsbelastning.

I tillegg til den ovennevnte sikringsfunksjon kan friksjons-koblingene tjene et ytterligere formål når manipulatoren benyttes til programmering etter den såkalte "læremetode", ved hvilken manipulatorarmene beveges manuelt i overensstemmelse med det onskede bevegelsesforiop for en etterfolgende, automatisk utfort sveiseoperasjon, idet det under nevnte bevegelse fortlopende genereres signaler i leddenes vinkelgivere, hvilke signaler lagres som programmeringssignaler på en papirtape e. l. Metoden krever at manipulatorens dreieledd kan beveges noenlunde lettlopende under programmeringen, og ved friksjons-eller slurekoblingene i henhold til oppfinnelsen er det på enkel måte foranstaltet "frikoblinger" i de respektive ledd, idet leddene fortrinnsvis ved hjelp av en momentnokkel kan innstilles til sluring med en optimal dreiefriksjon under den manuelle foring av manipulatorarmene. Programmeringen foregår således fortrinnsvis med leddenes drivanordninger i fastlåst stilling, og alle dreininger skjer ved kontrollert sluring i leddene.

For å oppnå optimale foringsegenskaper for armene kan det videre være formålstjenlig å utbalansere disse. Dette kan gjb-res f.eks. ved hensiktsmessig anordning av nodvendige mot-vekter og/eller fjærer e.l.

I stedet for å anvende nevnte slurekoblinger ved "læreprogram-meringen" kan det være foranstaltet egnede clutch-koblinger, f. eks. av en type som er elektrisk opererbar, til frikobling av dreieleddene.

Ifolge oppfinnelsen er alle ledd forsynt med vinkelgivere som registrerer manipulatorens posisjonering selv om friksjons-koblingene har vært i funksjon som folge av en overbelastning i ett eller flere av leddene, og dermed har brakt disse i en annen posisjon enn den som skulle tilsvare motorenes og gea-renes drift utfort etter ordre fra den bakenforliggende styringsenhet.

Til slutt kan nevnes at selv om manipulatoren primært er tenkt anvendt for utforelse av en sveiseoppgave, vil det være klart at den selvsagt også hensiktsmessig kan benyttes for andre ar-beidsoperasjoner som involverer styring av andre redskaper.

Claims (27)

1.A nordning for banestyring av redskap, f.eks. et sveiseverktoy, innbefattende to eller flere innbyrdes dreibare armer, karakterisert ved at den innbyrdes dreiebevegelse mellom to naboarmer skjer ved hjelp av elektro-mekanisk virkende midler anordnet i eller ved leddforbindel-sen mellom nevnte armer.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i nevnte midler inngår en friksjonskobling.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i nevnte midler inngår en elektrisk likestroms-motor.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i nevnte midler inngår en mekanisk utveksling.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte utveksling er et planetgear.

6. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det til nevnte leddforbindelse er anordnet en vinkelgiver.

7.A nordning som angitt i krav 6, karakterisert , ved at vinkelgiveren er en såkalt "resolver".

8. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at en av nevnte armer er dreibart forbundet med en basisdel (1) for anordningen.

9. Anordning som angitt i krav 1 og 8, karakterisert ved at basisdelen er forsynt med magnetiske festemidler (3) for forankring til en understøttelse for basisdelen.

10. Anordning som angitt i krav 1, 8 og 9, karakterisert ved at basisdelen er forsynt med én eller flere på undersiden anbrakte utsparinger (95), hvilke utsparinger kan samvirke med på nevnte understøttelse anbrakte ribber, knas-ter e.l. for orientering av basisdelen relativt til understøt-telsen.

11. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at basisdelen er forsynt med en forlengbar sénterstamme (4).

12. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at basisdelen er forsynt med en dreiemekanisme sentralt anordnet på denne og dreibar om en på denne vertikal akse.

13. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at de nevnte armer består av to parallelt forløpende elementer.

14. Anordning som angitt i krav 1 og 13, karakterisert ved at den arm (22) til hvilken redskapet er koblet, er forsynt med en vinkelrett på armens lengdeakse dreibar mekanisme (20).

15. Anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1 og 13, karakterisert ved at den ytre del av armen til hvilken redskapet er koblet, er forsynt med en pendlingsinnret-ning for pendelbevegelse av nevnte redskap.

16. Anordning som angitt i krav 1 og 8', karakterisert ved at det til den ene ende av nevnte arm er anordnet en med armen og relativt nevnte basisdel svingbar be-holder, f.eks. til oppbevaring av sveisetråd.

17. Anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at anordningens be-vegelige deler er innkapslet.

18. Anordning som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at armenes innbyrdes vinkelbevegelse begren-ses av elektrisk virkende stoppemekanismer.

19. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at f riks jonskobl ingen kan anvendes som frikobling..

20. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at senterstammen (4) er anordnet med mekanisk forskyv-ningsmekanisme.

21. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at forskyvningsmekanismen fortrinnsvis har elektrisk drift.

22. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved en fortrinnsvis elektromagnetisk påvirkbar låsebolt (209) som tjener til fastlåsing av senterstammen ved forutbestemte nivåer.

23. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved et ytre ledd (300) som er 360° dreibart anordnet om sin sentralakse.

24. Anordning som angitt i krav 1 og 23, karakterisert ved et kryssledd (313) som er anordnet i vinkel med det ytre ledd (300) og fortrinnsvis sidestillet til dette ledds aksel (309) og dreibart anordnet om sin sentralakse.

25. Anordning som angitt i krav 24, karakterisert ved at en bærearm (21) er dreibart festet til kryssleddets (313) aksel (316), til hvilken bærearm det er anordnet fortrinnsvis et sveiseverktoy (14).

26.A nordning som angitt i krav 8-12, karakterisert ved at basisdelen er utstyrt med radielt forskyvbare armer for sideveis forflytning av basisdelen.

27. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte utveksling er av typen Harmonic Drive.