DK164397B - Ledkonstruktion mellem isaer en industriel robotarms leddele - Google Patents

Description

i

DK 164397 B

Den foreliggende opfindelse angår en ledkonstruktion mellem leddele primært til en robotarm, hvor en første af leddelene er forbundet til en anden via en forbindende rammekonstruktion, og som tillader to frihedsgrader for bevægelsen mellem 5 leddelene, hvor leddelenes relative bevægelse drives af individuelle drivorganer eller motorer.

Når to nabostillede leddele forbindes ved hjælp af en ledkonstruktion med en forudbestemt omdrejningsakse, således at de 10 to leddele kun kan bøjes omkring den fælles akse i et forudbestemt plan, anses denne ledkonstruktion kun at have en frihedsgrad med hensyn til bevægelse. For eksempel tillader menneskets albue en bøjning på 90° i ét plan, medens menneskets håndled tillader at bøje (artikulere) hånden mere frit, dvs. i 15 ledbevægelser med komponenter i to på hinanden vinkelret stående planer. Albuen kan således anses for at være et led med en frihedsgrad og håndleddet som et led med to frihedsgrader.

I sidstnævnte tilfælde tillader denne type af ledforbindelse at de forbundne leddele, det vil i dette eksempel sige under-20 armen og hånden, kan bevæge sig frit og uafhængigt omkring et sådant led, der som beskrevet har to frihedsgrader.

Denne virkning kan også opnås ved at arrangere et antal af mindst to ledkonstruktioner med kun en frihedsgrad i serie.

25

Fra EP-A1-0.048.905 kendes en ledkonstruktion med to frihedsgrader og af den indledningsvis nævnte art, og hvor den ene frihedsgrad omfatter en rotationsbevægelse, hvor drivorganerne med parallelt løbende aksler er placeret proksimalt i forhold 30 til en ledkonstruktion.

Der er imidlertid også et behov for manipuleringsindretninger eller tilsvarende med håndledslignende konstruktioner med to frihedsgrader for at gøre det muligt at reducere antallet af 35 ledkonstruktioner til et minimum, for at muliggøre arbejde inden for et begrænset rum, og også for at forøge arbejdsnøjag-tigheden og ydeevnen. Når der er behov for bevægelser med to 2

DK 164397 B

frihedsgrader kan en drivmotor installeres på hvert af de nabostillede leddele, som vist i tidsskriftet "Nikkel Mechanical", side 57/58, 20. december 1982. Som vist der, er drivorganer, holdeorganer og sluttelig hastighedsreguleringsorganer 5 anbragt på ledkonstruktionens distale side, idet de der har behov for rum og har en vægt der. Dette fører uundgåeligt til en forøgelse i armlængden og manipuleringsindretningens vægt ved et sted nabostillet til dens distale ende. Lange og tunge manipuleringsarme har imidlertid klart en nedsættende virkning 10 på den opnåede arbejdsnøjagtighed og -akkuratesse, og er ikke egnet til at arbejde under begrænsede rumforhold.

Det er derfor den foreliggende opfindelses formål at anvise en ledkonstruktion af den art, der er angivet i krav l’s indled-15 ning og som muliggør operation med to frihedsgrader i en leddelt bevægelse samtidig med, at man undgår forøget armlængde og vægtakkumulering tæt ved armens eller en tilsvarende konstruktions distale ende.

20 Dette formål tilgodeses ved, at den indledningsvis omtalte ledkonstruktion er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Med dette arrangement kan drivorganerne eller -drivmotorerne 25 være koncentreret på en side af ledkonstruktionen, hvor en sådan vægt har den mindst ødelæggende virkning. I tilfælde af en robotarm kan denne vægtkonstruktion være tilvejebragt på ledkonstruktionens proksimale side for at reducere bøjningsspændinger i ledkonstruktionen og i alle armdele til et minimum.

30 Den leddel, der ikke er udstyret med et sådant drivorgan, kan endvidere benyttes i sin fulde længde for operation og tillader således operation eller arbejde i begrænsede rum. Som helhed har man opnået en forøgelse i nøjagtighed og alsidighed for betjening.

Underkravene indeholder yderligere forbedringer af det ved krav 1 anviste.

35 3

DK 164397 B

Yderligere enkeltheder og fordele og karakteristika for opfindelsen vil fremgå af den efterfølgende beskrivelse af en fore-trukken udførelsesform på grundlag af tegingen, hvori 5 fig. 1 viser ledkonstruktionen ifølge opfindelsen set fra siden , fig. 2 viser ledkonstruktionen set fra siden i retning af pilen A i fig. 1, 10 fig. 3 viser samme set fra enden i retning af pilen B i fig.

1, fig. 4 svarer til fig. 2, men med visse dele fjernet for at 15 vise ledkonstruktionens indre opbygning, og fig. 5 viser det samme som fig. 3, men med visse dele fjernet for at vise ledkonstruktionens indre opbygning.

20 På den af overskuelighedsgrunde skematisk forenklede tegning ses en første leddel 1, der er forbundet til en anden leddel 2 via en forbindende rammekonstruktion 3. I den eksempelvis viste udførelsesform kan leddelen 1 anses for at være en del af en arm, såsom en underarm, medens forbindelsesrammekon-25 struktionen 3 skal fungere som håndled, og leddelen 2, der danner ledkonstruktionens distale ende, kan anses som en menneskehånds håndrodspart.

Et egnet håndterings- eller betjeningsapparat kan fikseres på 30 leddelen 2, f.eks. til at gribe genstande og holde apparater såsom sprøjtepistoler eller lignende.

Den første leddel er forbundet til den forbindende rammekonstruktion 3 via en aksel 6, der er drejeligt monteret i for-35 bindelsesrammekonstruktionen 3 og i drivforbindelse med den forbindende rammekonstruktion 3 via en decelerator eller nedgearingsindretning 4, jvf. nedenfor. Hvis den forbundne ram- 4

DK 164397 B

mekonstruktion betragtes som stationær, kan leddelen 1 bøjes · (artikulers) omkring akselen 6’s midterlinie, således at der er én frihedsgrad mellem leddelen 1 og den forbindende rammekonstruktion 3.

5

Som vist i større enkelthed i fig. 5, er leddelen 2 drejeligt forbundet til forbindelsesrammekonstruktionen 3 via en aksel 7 til den ene side af akselen 6 og en aksel 8 på den anden side af akselen 6, idet akselen 7 og akselen 8 har en fælles mid-10 terlinie. Medens akselen 8 sørger for tomgangsrotation, er akselen 7 koblet til leddelen 2 via en nedgearingsindretning 5, jvf. nedenfor. Akselen 6's midterlinie på den ene side og akselen 7 og akselen 8's på den anden side står i det viste eksempel vinkelret på hinanden og krydser eller møder hinanden i 15 et fælles punkt. Medens akselen 6 er en i ét formet del, der som vist i fig. 5 er lejret i modstående sidevægge af den forbindende rammekonstruktion 3, forløber akselen 7 kun fra sin monteringsvæg på den forbindende rammekonstruktion 3 til et sted tæt ved akselen 6, medens akselen 8 er anbragt i den for-20 bindende rammekonstruktion 3's væg modstående til den væg, hvori akselen 7 er monteret. Dette arrangement tillader, at midter1 i nierne som beskrevet kan krydses eller mødes fuldstændigt uden, at der sker en fysisk interferens mellem akselen 6 og akslerne 7 eller 8.

25

Akselen 7 og akselen 8, der har en fælles midterlinie, sørger for en ledbevægelse for leddelen 2 i forhold til den forbindende rammekonstruktion 3 med én frihedsgrad om en akse, der er forskellig fra, i den viste udførelsesform står vinkelret 30 på, aksen af akselen 6, dvs. aksen for ledbevægelsen mellem den forbindende rammekonstruktion 3 og leddelen 1. Dette muliggør to frihedsgrader, dvs. fri og uafhængig ledbevægelse i alle retninger mellem leddelene 1 og 2, som reaktion på ethvert passende drev af akslerne 6 og 7. Med akslerne 6 og 7 i 35 tomgang kan enhver ønsket ledbevægelse mellem leddelene 1 og 2 også om ønsket indstilles ved hjælp af ydre kræfter.

5

DK 164397 B

Til positivt at drive akslerne 6 og 7 for at muliggøre anvendelse af ledkonstruktionen, f.eks. til en robotarm, er der tilvejebragt drivorganer eller drivmotorer 16 og 17 på kun en side af den forbindende rammekonstruktion 3, i det viste ek-5 sempel i leddelen 1, der betragtes som den proksimale side af en robotarms ledkonstruktion.

Drivmotoren 17 driver via drivakselen 19 et konisk tandhjul 12, der er i indgreb med et konisk tandhjul 11 fastgjort på 10 akselen 6. Følgelig driver drivmotoren 17 akselen 6, der indvendigt via en decelerator eller en nedgearingsindretning 4 driver den forbindende rammekonstruktion 3 i en ledbevsgelse i forhold til leddelen 1 om akselen 6's midterlinie.

15 Drivmotoren 16 driver via drivakselen 18 et konisk tandhjul 14, der er i indgreb med et konisk tandhjul 13, der går i tomgang på akselen 6. Tandhjulet 13 har yderligere koniske tandhjulstænder, der også er i indgreb med det koniske tandhjul 15 fastgjort på akselen 7. Drivmotoren 16 driver derfor uafhæn-20 gigt af enhver omdrejningsbevægelse af akselen 6 akselen 7, der igen via en decelerator eller nedgearingsindretning 5 driver leddelen 2 i en ledbevægelse i forhold til den forbindende rammekonstruktion 3 om akselen 7's og akselen 8's centerlinie. Når leddelen 1 betragtes som stationær, vil drevet 17 25 derfor, som set i fig. 2, tilvejebringe en op- og nedadgående vippebevægelse af forbindelsesrammekonstruktionen 3, medens motoren 16 sørger for en vandret ledbevægelse af leddelen 2 i enhver vippet stilling for forbindelsesrammekonstruktionen 3 og således tillader leddelen 2 at antage enhver ønsket hæng-30 seis- eller skrå stilling i forhold til leddelen 1.

Da en sådan bevægelse af den forbindende rammekonstruktion 3 i forhold til leddelen 1 og leddelen 2 i forhold til den forbindende rammekonstruktion 3 almindeligvis er nødvendig ved en 35 temmelig lav hastighed, men med et stort drejningsmoment benyttes nedgearingsindretningerne 4 og 5 til at omdanne akslerne 6's og 7's store omdrejningshastighed med lille drejnings- 6

DK 164397 B

moment til ledbevægelser med stort drejningsmoment og lille hastighed for den forbindende rammekonstruktion 3 henholdsvis leddelen 2, idet leddelen 1 i dette eksempel betragtes som stationær. Lille drejningsmoment ved akslerne 6 og 7 reducerer 5 den nødvendige ydelse og sliddet på de i indgreb værende tandhjul og tillader brugen af standard letvægts-drivmotorer 16 og 17, f.eks. i form af elektriske motorer.

Som ovenstående beskrivelse viser, giver ledkonstruktionen 10 ifølge opfindelsen primart følgende afgørende fordele: A. Konstruktionen af en letvægts-leddel 2 benyttet til manipulering uden en drivmotor bliver mulig, da den nabostillede leddel 1, der betragtes som ledkonstruktionens proksimale 15 side, kan optage og bære aller drivorganer eller drivmotorer 16 og 17 indbefattende drivmotoren 16 til manipulering af leddelen 2.

B. Man opnår en konstruktion for en kompakt hånd-albueopbyg-20 ning ved at gøre manipulationsleddelen 2 lille og ved at reducere afstanden mellem de til hånd og albue svarende armparter.

C. Leddelene 1 og 2's hastighedsbevægelse om ledkonstruktionen (idet man nu betragter rammekonstruktionen 3 som stationær) 25 kan reguleres eller indstilles nøjagtigt ved at benytte nedgearingsorganerne 4 og 5, der fortrinsvis foreligger i form af harmonisk drevne deceleratorer med en stor reduktionsforholdsgrad mellem indgangshastighed og udgangshastighed, og positiv kobling af drivakselen 6 henholdsvis drivakselen 7 med den 30 forbindende rammekonstruktion 3 eller henholdsvis leddelen 2.

35

Claims (5)

1. Ledkonstruktion mellem leddele (1, 2) primært til en robot-5 arm, hvor en første (1) af leddelene (1, 2) er forbundet til en anden (2) via en forbindende rammekonstruktion (3), og som tillader to frihedsgrader for bevægelsen mellem leddelene (1, 2), hvor leddelenes (1, 2) relative bevægelse drives af individuelle drivorganer eller motorer (16, 17), kendeteg-10 net ved, at der i den forbindende rammekonstruktion (3) er tilvejebragt to aksler (6, 7), hvis centerlinier krydser eller møder hinanden i et fælles punkt, der danner centret for ledbevægelsen med to frihedsgrader mellem leddelene (1, 2), * 15 at en første (6) af akslerne (6, 7) bærer to tandhjul (11, 13), hvoraf det ene er fastgjort eller kilet til den første aksel (6) for drejning af den første aksel (6), når den drives af den dertil tilknyttede (17) af drivorganerne eller motorerne (16, 17), og hvor det andet (13) løber i tomgang på den 20 første aksel (6) og er i indgreb med et tandhjul (15) fastgjort eller kilet på en anden af akslerne (7) for derved at rotere den anden aksel (7), når den drives af den dertil knyttede (16) af drivorganerne eller motorerne (16, 17) via det nævnte andet tandhjul (13), og 25 at drivorganerne eller -motorerne (16, 17) er anbragt på den samme side af den første aksel (6) - enten på den første leddels (1) eller på den anden leddels (2) side.

2. Ledkonstruktion ifølge krav 1, kendetegnet ved, 30 at drivorganerne eller -motorerne (16, 17) i tilfælde af en robotarm eller en manipuleringsindretning er anbragt på den første aksels (6) proksimale side.

3. Ledkonstruktion ifølge krav 1 eller 2, kendeteg-35 net ved, at drivorganerne eller -motorerne (16, 17) er anbragt parallelt med centerlinierne for deres udgangsaksler (18, 19), der krydser eller møder den første aksels (6) een- DK 164397 B 8 terlinie, idet tandhjulene (11, 13) på den første aksel (6) og drivtandhjulene (12, 14) fastgjort på eller kilet på udgangsakslerne (18, 19), fortrinsvis er koniske tandhjul.

4. Ledkonstruktion ifølge et eller flere af kravene 1-3, kendetegnet ved, at deceleratorerne eller nedgearingsindretningerne (4, 5) er tilvejebragt mellem akslerne (6, 7. og de af akslerne (6, 7) drevne dele, dvs. den forbindende rammekonstruktion (3) henholdsvis den anden leddel (2). 10

5. Ledkonstruktion ifølge krav 4, kendetegnet ved, at nedgearingsindretningerne (4, 5) tillader positivt drev mellem drivorganerne eller -motorerne (16, 17) og de nævnte drevne elementer. 15 20 25 1 35