SE517356C2 - Manipulator innefattande minst tre armar för förflyttning av en kropp i rymden - Google Patents

Description

25 30 517 356 2 Seriekoppling av en så kallad SCARA-robots armar gör, liksom hos alla andra robotar med seriekopplade kinematiska länkar, att roboten får stor rörlig massa. Dessutom medför seriekopplingen att robotstrukturen blir vekare. Även noggrannheten påverkas till det sämre och stora motormoment krävs för att göra snabba förflyttningar.

Dokument WO 9958301 visar en manipulator för relativ förflyttning av ett första och ett andra element. Manipulatom innefattar tre länkinrättningar A, B och C, vilka är kopplade mellan de två elementen. Länkinrättningarna A, B och C drivs av tre kraftapplicerande inrättningar 3, 4 och 5. Länkinrätmingarna innefattar Underarmskomponenterna är medelst ledinrättningar anslutna till överarmskomponerrtema 6, 7 och 8 respektive till det andra elementet. Ledinrättningarnas vridningsaxlar skär eller sammanfaller med en symmetríaxel (44) hos det andra elementet. Denna armstruktur har överarrns- och underannskomponenter. möjliggiorts genom att den manipulerade plattformen utformats som ett ramverk i tre dimensioner och att samtliga tre armars komponenter närmast den rörliga plattformen utgörs av två länkar för att överföra tryck- och dragspänningar från den naanipulerade plattformen.

Dokument WO 9733726 visar en industrirobot definierad enligt ovan där den seriella kinematiska strukturen i manipulatorn är ersatt av en parallell kinematisk struktur. Tre drivdon är monterade med sammanfallande rotationscentra och varje drivdon är förbundet med det rörliga elementet i form av en tvådiniensionell plattform via armar med fem frihetsgrader.

Arrnarnas komponenter närmast den rörliga plattformen består av tre, två respektive en länk och dessa länkar behöver endast överföra tryck- och dragspärmingar, vilket gör att de blir mycket styva, även om de konstrueras med små dimensioner och av lätt material. Dessutom utsätts ledema endast för en normalkrafi från länkarna och lager kan därför göras lätta, styva och noggranna. Samtliga drivdon är monterade på det fasta elementet och genom att 2 eller 3 av drivdonen har ett gemensamt axelcentrum, så kan hela robotstrukturen svängas nmt på samma sätt som hos en SCARA-robot.

Dokumentet US 4 976 582 visar en manipulator, för relativ förflyttning av ett första fast och ett andra manipulerat element där det andra elementet behåller sin orientering i rummet under förflyttningen.. Manipulatom innefattar tre armar, där var och en av armarna är ledat förbunden med båda elementen. Var och en av armarna är ledat förbunden i det första elementet i enaxliga leder. Var och en av armarna är vidare ledat förbundna med det andra 10 15 20 25 30 51 7 3 5 6 3 elementet via länksystem innefattande två parallella länkar förbundna med elementet i leder med minst tre frihetsgrader. Därmed är sammanlagt sex länkar ledat förbundna med det andra elementet. Syftet är att inrätta en robot där armarna är anordnade så att det andra elementet alltid behåller sin orientering i rummet och där länkarna klarar att överföra vridmoment.

När en robot enligt ovan används i vissa tillämpningar, som kräver hög precision t ex mätning eller materialbearbetning, måste plattformen tillverkas med hög noggrannhet. Dessutom måste lederna monteras, på plattformen, med hög precision samtidigt som ledemas utslagsvinklar måste göras stora.

Både manipulatom med en tvådiniensionell och manipulatorn med en tredirnensionellt manipulerad plattform medför behov av att plattformen är tillverkad med hög precision eftersom sex leder med 2 eller 3 fiihetsgrader var skall monteras på den manipulerade plattformen.

Då det gäller materialbearbetning och andra tillämpningar där stora krafter verkar på plattformen måste dessutom denna göras styv och lederna måste ges styva infästningar i den manipulerade plattformen utan att äventyra noggrannheten. Vid stora yttre vridmoment på plattformen måste dessutom denna göras så stor att resulterande ledkrafier ej ger upphov till skador på ledytor eller kullager. Därmed finns behov av en robot som eliminerar vridningar och vibrationer i konstruktionen. Dessutom bör roboten ha liten rörlig massa för att klara önskade cykeltider.

Detta sammantaget fiamkallar behov av en manipulator, som vid drifi klarar hög noggrannhet, har stor styvhet och som samtidigt är billiga och enkla att tillverka.

Vid fiarnställning och användning av industrirobotar av ovan angivet slag uppkommer därmed behov av plattformar, vilka har jämförelsevis liten utbredning i rummet, har liten rörlig massa och ändå innehar tillräcklig styvhet och uppvisar hög noggrannhet. De bör ha en minimal konstruktion, enkel och billig av ledema och ändå uppfylla kraven på styvhet.

Dessa behov kan inte de manipulerade plattforrnarna i de ovan angivna dokumenten uppfylla. 10 15 20 25 30 517 356 4 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Industriroboten i föreliggande uppfinning innefattar en manipulator med stynrtrustning.

Manipulatom är inrättad som en parallellrobot med ett flertal annar, var och en ledat förbunden med ett första och ett andra element. I föreliggande parallellrobot är det första elementet fast i rummet och det andra elementet utgörs av en manipulerad plattform. Armarna är anordnade mellan elementen så att det andra elementet vid fórflyttriing behåller sin orientering / lutning i rummet. Arrnarna består av länksystem inneàttande åtminstone en länk och leder, i vilka lcrafiöverföringen sker genom rena tryck- och dragkrafier. Armarna är uppbyggda av en första och en andra armdel ledat förbundna, vilka innefattar enkel-länkar, två eller flera parallella länkarrnar eller icke parallella flerlänksystem. Dessa möjliggör rörelser mellan en aktuatorarm och en manipulerad plattform. Bestämningen länk inbegriper ledförbindelser i länkens respektive ände.

Syftet med föreliggande uppfinning är att i en manipulator definierad enligt ovan anordna en rnarriptrleracl plattform, vilken är utformad med en minimal konstruktion hos den manipulerade plattformen och med enkel av lederna på plattformen. Ett annat syfie är att ange en robot vilken med stor kraft och snabbhet klarar att arbeta med hög precision i ett stort antal tillämpningsområden. Ett annat syñe med uppfinningen är att utforma en relativt billig manipulator, vilken ger en billig och lätt robot.

Lösningen enligt uppfinningen kmetecknas av den i patentkrav 1 angivna rnanipulatom för relativ förflyttning av en kropp i rymden. Manipulatom innefattar ett element, minst tre armar anordnade att tillsammans ßrflytta elementet med bibehållen lutning / orientering i rymden.

Vidare innefattar manipulatorn en första arm, vilken innefattar två parallella länkar, som är fästade till elementet med ledarrangemang medgivande tre fiihetsgrader. Vidare innefattar manipulatorn en andra arm, vilken innefattar två parallella länkar, som är fästade till elementet med ledarrangemang medgivande tre fiihetsgrader. Ledarrangemangen är anordnade på en gemensam symmetrilinje hos elementet.

Manipulatom med de ingående och ledarrangemangen enligt uppfinningen är anordnade i enlighet med de underordnade kraven. Arrnarna är anordnade så att samtliga frihetsgrader hos det manipulerade elementet, utom vridningen kring symmetriaxel låses.

Bestâmningen ”låsa en fiíhetsgra ” definieras enligt följande. En kropp har sex firihetsgrader, 10 15 20 25 30 517 356 5 tre för rotation och tre för translation och om en frihetsgrad låses så kan kroppen inte röra sig i den frihetsgraden. Manipulatorn enligt uppfirmingen innefattar armar i form en första och en andra arrndel bestående av länkinrättningar. Bestärrmingen ”länkinrättning” definieras som en struktur bestående av sarnmarikopplade länkar där länkarna år hopkopplade med leder.

Sarnrnankopplingen av länkarna kan vara både seriell och parallell.

I lösningen enligt uppfirmingen ingår även att manipulatorn framställs i enlighet med det första självständiga föfarandekravet. I lösningen enligt uppfinningen ingår även att driva manipulatorn och låsa frihetsgrader i enlighet med det andra självständiga förfarandekravet samt att använda manipulatorn vid högprecisionstillämpningar i enlighet med det självständiga användningskravet.

Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen har de ingående ledema tre fi-ihetsgrader var och endast fem länkar är förbundna med det andra elementet i leder vilka är anordnade på det andra elementet så att varje vridningsaxel sammanfaller med eller skär den gemensamma symmetrilirxjen. Därmed är alla fiihetsgrader utom vridningen kring den axel som utgörs av symmetrilinjen låsta. Detta medför att ett verktyg som t.ex. en mätprobe alltid erhåller en fördefinierad position med konstant lutning medan dess vridning kring symmetrilinjen blir obestämd.

I uppfinningstanken ingår att ett verktyg är monterat symmetriskt kring syinmetrilirrien och därmed utför det alltid sin uppgift med sarmna noggrannhet. I uppfinningstanken ingår även att verktygets vridning kring symmetrilirxjen låses genom att en led ges endast två frihetsgrader.

Det ingår i uppfinningstanken att de enskilda ledema utgörs av kardanleder, homokinetiska kopplingar eller kulleder. I det senare fallet tillkommer en frihetsgrad i forrn av vridbarhet hos den enskilda länken kring dess längdaxel. Vid parallellt anordnade länkar innebär denna ytterligare firihetsgrad inte någon ytterligare rörelsefrihet hos det manipulerade elementet i förhållande till det fasta elementet när roboten är i sitt sammansatta tillstånd.

I en fördelaktig utförirrgsforrn av uppfinningen är de ingående ledarrangemangen utformade så att de i robotens sammansatta tillstånd tillåter relativ rörelse med minst två fiihetsgrader.

Rörelsen sker mellan den första armdelen och det manipulerade elementet. Frihetsgraderna ges 10 15 20 25 30 517 356 6 av svängbarhet i alla riktningar av en andra armdel kring två vinkelställda, reella eller imaginära axlar, både relativt motsvarande första armdel och det manipulerade elementet. De enskilda lederna utgörs av kardanleder, homokinetiska kopplingar eller kulleder. I det senare fallet tillkommer en fiíhetsgrad i form av vridbarhet hos den andra armdelen kring dess längdaxel, vilket som tidigare nämnts ger en ytterligare frihetsgrad hos det manipulerade elementet i förhållande till det fasta elementet då roboten är i sitt sarnmansatta tillstånd.

Det ingår i uppfinningstanken att de i de andra armdelarna ingående länkparens länkar är lika långa och är parallella. Detta medför att lutningen / orienteringen hos det manipulerade elementet inte beror av dess position.

Det ingår i uppfinningstanken att det andra elementet innefattar en gängförsedd stång, på vilken ledkulor, försedda med genomgående hål, och distanselement i fonn av rör träs på och fixeras. Noggrannheten i monteringen av kuloma bestäms av rördelama och inte i passningen av stången i kulhålen. Detta ger en hög noggrannhet eflersom passningen endast beror av kulornas noggrannhet och distansrörens noggrarmhet. Båda kan tillverkas med hög precision till låg kostnad, t.ex. genom att använda kullagerkulor och distansrör med planslipade åndytor.

I en fördelaktig utföringsforrn av uppfinningen är armen C med sin andra armdel anordnad så att en i armdelen ingående länk är svängbar med stor amplitud i alla riktningar. Ledfunktionens vridningsaxlar skär eller sammanfaller med symmetriaxeln hos det manipulerade elementet. En ingående kulleds centrum ligger på symmetriaxeln hos det manipulerade elementet. För att erhålla rätt arbetsområde för den till leden hörande länken är inlästningen av ledkulan anordnad i XY-planet i riktning mot robotens fasta element. Därigenom blir ledens båda vridningsaxlar vinkelräta mot syrnmetriaxeln Härigenom erhålls ett stort arbetsområde hos roboten eftersom ledfunktionen får stort utrymme för svängning laing I uppfinningstanken ingår även att de båda ovannämnda vridningsaxlarna skär symmetriaxeln.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinníngen innefattar ett ledarrangemang fjäderförspända kulleder, där dragfiädrar användes för att hålla ihop ledskålar med ledkulor, Det manipulerade elementet är utformat för att göra det möjligt att koppla in två länkstångspar med parvisa motstående ledskålar. Motsvarande ledkulor är anordnade på det manipulerade elementet via stänger på ledkulornas under- respektive översida så att ledskålarna fritt kan omsluta 10 15 20 25 30 517 356 7 ledkuloma från ovan- respektive undersidan. Ledskâlarna trycks sedan mot respektive ledkula med dragfiädem.

Det ingår i uppfirmingstanken att ändra ordningsföljden mellan de på det manipulerade elementet anordnade lederna. En utföringsform med en viss ordningsföljd mellan lederna resulterar i att kraftema utmed det manipulerade element blir mer jämnt fördelade och ger därmed ett mindre styvt och således lättare manipulerat element jämfört med en annan utföringsform med en alternativ ordning mellan lederna.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen har armen C en andra armdel, vilken är ledat anordnad med en kardankoppling i var ände. Ett drivdon med nödvändig transmission är anordnat för att vrida kardankopplingen på andra armdelen. Genom vridningen av kardankopplingen styrs det manipulerade elementets vridning och ett verktygs rotationsvinkel manipuleras. I enlighet med tidigare beskrivna utföringsformer sammanfaller vridningsaxlarna hos samtliga leder på det manipulerade elementet med eller skär dess symmetriaxeln.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen innefattar lederna tre enaxliga lager, som är hopkopplade för att bygga upp en En sådan led har ett enaxligt lager anordnat med vridningsaxel i Z-led. Ytterligare två enaxliga lager är anordnade, på varsin sida om det ñrsta lagret, med gemensam vridningsaxel vinkelrätt mot vridningsaxeln för det första lagret. I en utföringsform av uppfinningen är leder med tre enaxliga lager anordnade och för att erhålla en symmetrisk belastning av lagren har länkpar införts.

Enligt en amlan fördelaktig utföringsforrn av uppfinningen är roboten anordnad med en fjärde arm D, innefattande en första armdel och en andra armdel bestående av länkinrättningar och ett fjärde drivdon, för att styra rotationsvinkeln hos det manipulerade elementet kring dess syrnmetriaxel.

Det ingår i uppfinningstanken att armarna innefattar translatoriskt fungerande armdelar.

I de ovan beskrivna utföringsformerna har det manipulerade elementet manipulerats relativt det fasta elementet med 3 eller 4 fi-ilietsgrader. Det ingår även i uppfinningstanken att använda de beskrivna ledarrangemangen på det manipulerade elementet för att manipulera detta relativt det 10 15 20 25 30 517 356 8 fasta elementet med endast två fiihetsgrader. I en fördelaktig utföringsform har roboten är armen C ihopkopplad med endera armen A eller B i armarna ”AC” alternativt ”BC”, vilka låser den fiihetsgrad hos det rnanipulerade elementet som i ovan beskrivna utföringsformer manipulerades via länkinrättningen C.

Det ingår i uppfinningstanken att själva drivningen av de rörliga partierna relativt de stationära partierna hos drivdonen görs via transmissioner, som växellådor och röraxlar inbyggda i det fista elementet. Det ingår även i uppfinningstanken att, genom olika transmissionsarrangemang mellan motorer och vriddonen, andra kopplingar erhålls mellan vriddonen.

Det ingår i uppfinnnigstanken att två av drivdonen endera har eller inte har sammanfallande Att två drivdon har sammanfallande vridningsaxlar är att föredra efiersom kinematiken förenklas för av roboten Det ingår även i uppfimririgstanken att verktyget roteras via en extern krafikälla med medbringare.

Det ingår i uppfinningstanken att armarna inte sitter på ett stativ utan sitter på varsin fast punkt i rurnmet på avstånd fiån varandra. Det ingår även i uppfinningstarrken att armarna har olika lutning på vridningsaxlarna men har en gemensam vridningskomposant.

Denna beskrivning ska inte ses som en begränsning av uppfinningen utan endast som en vägledning till full förståelse av uppfinningen. Därmed måsta beaktas att manipulatorn kan användas monterad på golv, vägg eller tak. Begreppen horisontalplan, över och under osv avser olika lägen beroende på hur manipulatorn är monterad och därmed kan över bli under osv. Anpassningar till manipulatorer med andra ingående verksamma delar och ersättning av delar och detaljer som är självklara för en fackman på området kan naturligtvis göras inom uppfinningstanken.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförirxgsexcnrpel under hänvisning till hänvisning till bifogade ritning, där 10 20 25 30 517 1356 9 fig 1 visar en manipulator innefattande tre parallella armar förbundna med ett första och ett andra element i enlighet med uppfinningen, fig 2a visar en första alternativ utföringsforrn av den manipulerade plattformen enligt uppfinflinsßn, fig 2b visar en kulled enligt figur 2a, fig 3 visar en andra alternativ utföringsform av den manipulerade plattformen och tillhörande ledarrangemang enligt uppfinningen, fig 4 visar en tredje alternativ utförirxgsform av den manipulerade plattformen och tillhörande ledarrangernang enligt uppfinningen, fig Sa visar en fjärde alternativ utföringsform av den manipulerade plattformen och tillhörande ledarrangemang enligt uppfinningen. fig 5b visar en kulled enligt fig Sa, fig 6 visar en alternativ utföringsform av leder som ingår i den manipulerade plattformen enligt flppfinninsen, fig 7 visar en första alternativ utförirrgsforrn av manipulatorn enligt uppfinningen anordnad med ledarrangemang enligt figur 6, fig 8 visar en andra alternativ utföringsform av manipulatorn enligt uppfinningen, fig 9 visar en utföringsfonn där två av armarna enligt figur 1 är ihopkopplade, fig 10 visar en andra alternativ utföringsform med två armar enligt figur 1 ihopkopplade.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXENIPEL I en industrirobot ingår en manipulator (fig. 1) för relativ förflyttriing av ett första element 1 och ett andra manipulerat element 2. Manipulatom innefattar tre armar A, B och C, vilka var och är parallellt anordnade och sammanbinder det första 1 och andra 2 elementet. Det första elementet 1 är i den här utföringsforrnen fast monterat på ett stativ. Det andra element 2 kan betraktas som en plattform 2, vilken i utföringsexemplet utgörs av ett stångliknande element.

Var och en av armarna A, B resp. C innefattar dels en första armdel 6a, 7a resp. 8a och dels en andra armdel 6b, 7b resp. 8b. Den andra armdelen 6b utgörs av två parallella länkar 14 och 15, den andra armdelen 7b utgörs av två parallella länkar 16 och 17 och den andra armdelen 8b utgörs av en länk 18. 10 15 20 25 30 517 356 10 De parallella länkarna 14 och 15 resp. 16 och 17 är lika långa samt parallella för att lutningen hos det andra elementet 2 inte skall bero av dess position.

De i armen A ingående länkarna 14 resp. 15 är ledat förbundna med den första armdelen 6a i leden 20 resp. 21 och med plattformen 2 i lederna 22 resp.23.

De i armen B ingående är länkarna 16 resp.17 är ledat förbundna med den första armdelen 7a i leden 24 resp. 25 och med plattfonnen 2 i leden 26 resp.27.

I armen C är länken 18 ledat förbunden med den första arrndelen 8a i leden 28 och med plattformen 2 i leden 30.

Den manipulerade plattformen 2 utgörs här av ett stånglílcrnande element 2, vilket har en symmetrilirrje 44. Ledema 22, 23, 26, 27 och 30 är anordnade på det stånglílcnande elementet.

Ledema 22, 23, 26, 27 och 30, vilka har tre fríhetsgrader är anordnade med varje vridningsaxel sammanfallande med eller skärande den gemensamma symmetrilinien (44).

Detta medför att ett verktyg som t.ex. en mätprobe 36 alltid erhåller en fördefinierad position med konstant lutning medan dess vridning kring symmetrilinjen 44 blir obestämd. Mätproben 36 är monterad syrnrnetriskt kring symmetrilirrjen 44. I fig 3 visas att även verktygets 36 vridning kring symmetrilinjen 44 kan låsas om leden 30 endast ges 2 frihetsgrader.

Drivdon 3, 4 och 5 är anordnade att bringa respektive arm A, B och C :i rörelse för att därigenom åstadkomma relativ förflyttning av plattformen 2 i x-, y- och z-led i förhållande till det första elementet 1.

Drivdonen 3, 4 resp. 5 är anordnat med ett stationärt parti 3a, 4a resp. Sa samt ett i förhållande därtill rörligt parti 3b, 4b resp. 5b. Drivdonen är utformade som vriddon d.v.s. deras rörliga partier 3b, 4b resp. 5b är vrid- eller roterbara. Drivdonen 3 och 4 har sina stationära partier 3a resp.4b fast förbundna med det första elementet 1. I figur l är det fasta partiet 5a hos drivdon 5 fast förbundet med det vridbara partiet 4b hos drivdon 4.Därmed är det möjligt att vrida hela robotstrukturen nmt en pelarformad del la hos det fasta elementet 1.

Manipulatoms sammansatta tillstånd tillåter relativ rörelse med högst två fiihetsgrader mellan den första armdelen 6a, 7b resp. 8a och det andra elementet 2. För arm A fås frihetsgraderria 10 15 20 25 30 *S17 356 11 av svängbarhet i alla riktningar av länkarna 14 och 15 kring två vinkelställda, reella eller imaginära axlar, både relativt den första armdelen 6a och det andra elementet 2. Lederna 20, 21 22 och 23 utgörs av kulleder vilka ger en frihetsgrad i form av vridbarhet hos den enskilda länken 14 och 15 kring dess längdaxel. En konsekvens av de parallellt anordnade länkarna 14, 15 är att denna ytterligare frihetsgrad inte ger någon ytterligare rörelsefrihet hos det andra elementet 2 i förhållande till det första elementet 1 då roboten är i sitt sammansatta tillstånd.

Samma förhållande med avseende på kulleder gäller för armen B. Två fiihetsgrader för arm B ges av svängbarhet i alla riktningar av länkarna 16 och 17 kring två vinkelställda, reella eller imaginära axlar, både relativt den första armdelen 7a och det andra elementet 2. Lederna 24, 25 26 och 27 utgörs av kulleder vilket ger en frihetsgrad i form av vridbarhet hos den enskilda länken 16 och 17 kring dess längdaxel. En konsekvens av de parallellt anordnade länkarna 16, 17 är att denna ytterligare fiihetsgrad inte ger någon ytterligare rörelsefitihet hos det andra elementet 2 i förhållande till elementet 1 då roboten är i sitt sammansatta tillstånd.

För arm C ger kullederna 28 och/eller 30 ytterligare en frihetsgrad att hos det andra elementet 2 relativt den första armdelen 8a, nämligen vridbarhet kring plattfomens 2 symmetrilinie (44).

För arm C gäller att länken 18 är medelst kulleden 28 förbunden med den första armdelen 8a och med hjälp av kulleden 30 förbunden med det andra elementet 2. Dessa ledarrangemang är så utfonnade att de i robotens sammansatta tillstånd tillåter relativ rörelse med tre fríhetsgrader mellan den första armdelen 8a och det andra elementet 2. Dessa fiihetsgrader ges av svängbarhet i alla riktningar av länken 18 kring två vinkelställda, reella eller imaginära axlar, både relativt den första armdelen 8a och det andra elementet 2 samt en fiilietsgrad i form av vridbarhet hos länken 18 kring dess långdaxel Drivdonet 4 har sitt rörliga parti 4b förbundet med den första armdelen 7a hos armen B så att drivdonet 4 förmår bíbringa den första armdelen 7a en svängrörelse i XY-planet. På motsvarande sätt har drivdonet 3 sitt rörliga parti 3b förbundet med den första armdelen 6a hos armen A så att drivdonet 3 förmår bíbringa den första armdelen 6a en svängrörelse i XY- planet. De båda drivdonen 3 och 4 har sammanfallande vridningsaxlar såsom visas i figur 1.

Drivdonet 5 har till huvuduppgift att ge det andra elementet 2 en upp- och nedgående rörelse och därför är vridningsaxeln för drivdon 5 vinkelrätt mot vridningsaxlarna för drivdonen 3 och 10 15 20 25 30 517 356 12 4. För att roboten ska kunna svänga runt det första elementet 1 monteras iden fasta delen Sa hos drivdonet 5 på ett sådant sätt att vridningsaxeln hos drivdonet 5 följer med vridningen av någon av de forsta armdelarna 6a eller 7a. eller via en transmission kopplas till båda första armdelarna 6a och 7a så att den första armdelen 8a alltid befirmer sig mitt emellan de första armdelarna 6a och 7a. I figur 1 är den fasta delen Sa hos drivdon 5 fast anordnad på den rörliga delen 4b hos drivdon 4.

Det kritiska i konstruktionen av roboten enligt figur l är att erhålla ett ledarrangemang för lederna 22, 23, 26, 27 och 30 så att samtliga frihetsgrader hos det andra elementet 2 utom vridningen kring symmetriaxeln 44 låses av länkarna 14, 15, 16, 17 och 18. I figuren är lederna anordnade i ordningen uppifrån och nedåt 30, 22, 26, 23 och 27.

I fig 2a visas en utföririgsform där lederna i manipulatom enligt figur 1 är anordnade enligt en alternativ ordning på det andra elementet 2, nämligen 30, 26, 22, 23 och 27. Samtliga leder utgörs av kulleder, där respektive ledkulor 30a, 26a, 22a, 23a och 27a har monterats genom att en gängad stång 2g med muttern 2f drar samman ledkulorna och mellanliggande distansrör 2a, 2b, 2c, 2d och 2e. Stången 2g är i sin ena ände fastsatt i ledkulan 30a och passerar fi'itt genom hål 44a som är gjorda i de övriga ledkulorna. I den nedre änden av stången 2g är verktyget 36 fastmonterat på en extra plattform, som även uppbär en extem drivkälla för att rotera verktyget.

Ledftmktionen kan erhållas på olika sätt och i figur 2b visas ett exempel med en ledskål 55 och ett mothåll 56. I fig. 2b är ledkulan 26a sedd uppifrån och mitt i ledkulan finns i detta perspektiv hålet 44a för stången 2g.. Ledfimktionen erhålles genom att en ledskål 55, som anligger i minst tre punkter min mot kulan 26a trycks fast mot kulan med ett mothåll 56, vilket anligger i minst en punkt mot kulan Ledskål och mothåll är monterade på länken 16 med hjälp av hållaren 57, som är fjädrande för att erhålla en fördefinierad krafi mellan mothåll och ledskål. Leden enligt figur 2b används även för lederna 22a, 23a och 27a.

Länken 16 kan svängas med stor arnplitud i alla riktningar och detta möjliggörs genom att ledfurilctionen i fig 2b får stort utrymme för svängning kring vridningsaxlarna 58 och 2g. För att erhålla rätt arbetsområde för länken 18 är infästningen av ledkulan 30a anordnad i XY- planet i riktning mot robotens fasta element 1, varigenom ledens båda vridningsaxlar blir 10 15 20 25 30 517 356 13 vinkelräta mot symmetriaxeln 44. För bästa fimktion hos roboten skär båda dessa vridningsaxlar symmetriaxeln.

I figur 3 visas ett ledarrangemang med fjäderförspända kulleder, där dragfiädrar 40, 41 användes för att hålla ihop ledskålar med ledkulor, konstruerat för kopplingen mellan armarna A resp. B och elementet 2. Det andra elementet 2 är utformat för att möjliggöra inkoppling av länkstångsparen 14, 15 resp. 16, 17 med parvisa motstående ledskålar 22b, 23b respektive 26b, 27b. Ledkulorna 22a och 23a anordnade mot det andra elementet 2 via stänger på ledkulornas under- respektive översida så att ledskålarna 22b respektive 23b fritt kan omsluta ledkulorna 22a och 23a från ovan- respektive undersidan. Ledskålama trycks sedan mot respektive ledkula med dragfjädem 41. Motsvarande arrangemang är gjort för länkstängema 16 och 17, där ledskålarna 26b och 27b trycks mot ledkulorria 26a respektive 27a med hjälp av fjädern 40.

För att det komplext utformade andra elementet 2 skall få en väldefinierad orientering kring sin symmetri- / rotationsaxel 44 är kulleden 30 i fig la ersatt av en kardankoppling 42, som inte tillåter att elementet 2 roterar. Kardankopplingen 42 består av korset 42e, som förbinder lagerparet 42a, 42b med det mot detta lagerpar vinkelrätt monterade lagerparet 42e, 42d.

Länken 18 är via en övre bygel kopplad till lagerparet 42c, 42d och andra elementet 2 är via en nedre bygel kopplad till lagerparet 42a, 42b.

I figur 4 visas ett alternativt ledarrangernang. Enda skillnaden mot arrangemanget i fig 3 är att lederna till länkparen 14, 15 och 16, 17 har en amian ordningsföljd längs elementets 2 rotationsaxel 44, nämligen den ordningsföljd som använts i fig la. Således kommer här lederna i ordningen 22, 26, 23 och 27 iriktningen mot verktyget.

I figur Sa visas ett alternativt ledarrangemang där flera länkstänger delar på samma ledkula.

Ledema 22, 26 och 30 i fig 1 delar i fig Sa på en första gemensam relativt större ledkula 45 och lederna 23 och 27 delar på en andra gemensam relativt större ledkula 46. Det medför att ledaxlarna för länkarna 14, 16 och 18 skär varandra i en gemensam punkt, som ligger på symmetrilinjen 44 hos det andra elementet 2. På motsvarande sätt medför det att ledaxlarna för länkarna 15 och 17 skär varandra i en gemensam punkt, som också ligger på symmetrilinjen 44. Ledkulorna 45, 46 och verktyget 36 är anordnade genom användning av distanshylsor 2 a och 2 b och en gängad stång på samma sätt som tidigare visats i fig 2 a. 10 15 20 25 30 517 356 14 Ledfunktion enligt ledema 45 resp.46 visas i fig 5 b. En magnet 35 håller fast länkens 16 ändyta mot ledkulan 45.På samma sätt är länkarna 14 och 18 anordnade på ledkulan 45 och länkarna 15 och 17 anordnade på ledkulan 46.

I figur 6 visas hur enaxliga lager kan kopplas ihop för att bygga upp den andra armdelen 7b.

Ledarrangemangen 24 och 25, som ansluter den första armdelen 7a till länkarna 16 och 17, består av 3 enaxliga lager 24a, 24b, 24c respektive 25a, 25b, 25c. Lagren 24c och 25c har en vridningsaxel i Z-led och är monterade på den i Z-led sig sträckande delen av den första armdelen 7a På var sin sida om lagren 24c och 25c är lagren 24d, 24e, 25d, 25e anordnade med parvis gemensam vridningsaxel vinkelrätt mot vridningsaxeln för lagren 24c respektive 25c. Samma lagerkonfiguration användes för att med lederna 26 och 27 ansluta länkarna 16 och 17 till det andra elementet 2. För att erhålla en symmetrisk belastning av lagren har länkpar l6a, 16b och l7a, l7b införts. På samma sätt som i figur 3 och 4 användes en kardankoppling för anslutning av länken 18 till elementet 2.

Med det lagerarrangemang som visas i fig 6 för den andra armdelen kan en robot byggas upp enligt fig 7. Figuren visar hur de båda andra armdelarna 8a resp.6a har anordnats med ledarrangemang enligt figur 6.

För att styra rotationsvinkeln hos det andra element 2 kring dess symmetriaxel 44 anordnas ytterligare en arm D ledat förbunden med det första elementet i en enaxlig led i form av ett drivdon 46. Armen D innefattar en första armdel 47, den parallella länken 49 samt armen 51.

Länken 49 är ledat förbunden med den första armdelen 47 via leden 48 och med armen 51 via leden 50. Ledema 48 och 50 är utformade så att länken 49 är svängbar i alla riktningar relativt armen 47 och likaså svängbar i alla riktningar relativt armen 51, vilket innebär att ledema 48 och 50 har minst 2 fiihetsgrader. I figur 7 är samma typ av ledarrangemang använda för lederna 48 och 50 som för lederna 24, 25, 26, 27, 20, 21, 22 och 23 i figur 6. Denna typ av ledarrangemang fungerar för aren D så länge armarna 47 och 51 svänger i samma plan.

Ledema 28 respektive 30 förbinder länken 18 med den första armdelen 8a respektive en del 52 hos det andra element 2 och är utförda som kardankopplingar. För att armen D skall ha möjlighet att vrida det andra element 2 kring symmetriaxeln 44 är åtminstone en av 10 15 20 517 356 15 kardarilederria kompletterad med ett lager 53, som gör att det andra element 2 kan vridas relativt den första armdelen 8a.

I figurema 1 - 7 manipuleras det andra elementet 2 relativt det första elementet 1 med 3 eller 4 frihetsgrader.

Emellertid är det också möjligt att utföra denna manipulering 2 relativt det första elementet 1 med endast två fiihetsgrader, vilket visas i figur 8. Här har arm C byggts ihop med arm B.

Armen A är oförändrad. Armen B har kompletterats med länken 18 från armen C, vilken är anordnad i den andra armens länksystem. Länken 18 från armen C är anordnad i den andra armdelens 7b länksystem mellan de parallella länkarna 16 och 17. Länken 18 är via lederna 28 och 30 anordnad djagonalt mellan den första armdelen 7a och det andra element 2 för att låsa den fiíhetsgrad hos det andra elementet 2 som i fig 1 manipulerades via arrnen C. Längden på länken 18 mellan ledema 28 och 30 regleras med en inbyggd justeranordning 28a. Därigenom kan lutningen på det andra elementet 2 styras separat från armarna A och B.

I figur 9 har vriddonet 5 och därmed fästet för armen C flyttats och kopplats ihop med den första armdelen 7a. Den andra armdelen 8b består av en enkellänk 18 ledat förbunden med det andra elementet 2 iden treaxliga leden 30.

Figur 10 visar en manipulator enligt figur 9 där enkellänken 18 ersatts av de parallella länkarna l8c och 18d. Manipulatorerria enligt figurerna 9 och 10 ger en manipulering av det andra elementet i endast tre fiihetsgrader.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 .B17 356 16 PATENTKRAV . Manipulator, för att förflytta en kropp i rymden, innefattande ett element (2), minst tre armar anordnade att tillsammans förflytta elementet (2) med bibehållen lutning/orientering i rymden varvid en första arm (A) innefattar två parallella länkar (14, 15), som är tästade till elementet (2) med ledarrangemang (22, 23) medgivande tre frihetsgrader och varvid en andra arm (B) innefattar två parallella länkar (16, 17), som är fiistade till elementet (2) med ledarrangemang (26, 27) medgivande tre frihetsgrader k ä n n e t e c k n a d a v att ledarrangemangen (22, 23, 26, 27) är anordnade på en gemensam symmetrilinje (44) hos elementet (2). . Manipulator enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att en tredje arm (C) innefiattar en länk (18), vilken är iästad vid elementet (2) med ledarrangemang (30, 45) medgivande tre iiihetsgrader. . Manipiilator enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d a v att en tredje arm (C) innefattar en länk (18), vilken är íästad vid elementet (2) med ledarrangemang (42) medgivande två frihetsgrader. . Manipulator enligt patentkrav 1 k ä n n e t e e k n a d a v att en tredje arm (C) innefattar två parallella länkar (18a, 18b), vilka är fästade vid elementet (2) med» ledarrangemang (30a, 30b) medgivande tre frilietsgrader. . Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att armarna (A, B, C) innefattar varsin armdel (6a, 7a, 8a), vilka är fästade till ett fast element (1) med ledarrangemang (5, 6, 7) medgivande en frihetsgrad. . Manipulator enligt patentkrav 5 k ä n n e t e c k n a d a v att det fasta elementet (1) innefattar ett stativliknande element (la). . Manipulator enligt patentkrav 5 eller 6 k ä n n e t e c k n a d a v att den tredje armen (C) innefattar en armdel (8a), som är fästad till den första armen (A) med ledarrangemanget (5) medgivande en frihetsgrad. 10 15 20 25 30 8. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 517356 17 Manipulator enligt patentkrav 5 eller 6 k ä n n e t e c k n a d a v att den tredje armen (C) innefattar en armdel (8a), som är fästad till den andra armen (B) med ledarrangemanget (5) medgivande en frihetsgrad. Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att var och en av ledarrangemangen (22, 23, 26, 27) har vridningsaxlar, vilka sammanfaller med eller skär symmetriaxeln (44). Manipulator enligt patentkrav 2 eller 3 k ä n n e t e c k n a d a v att ledarrangemanget (30, 30a, 42) är anordnat på symmetrilinjen (44). Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att ett treaxligt ledarrangemang (22, 23, 26, 27, 30) innefattar tre enaxliga lager. Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att en fjärde arm (D) innefattar två parallella länkar (49a, 49b), vilka är fästade till elementet (2) med ledarrangemang (50). Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att elementet (2) innefattar ett stångliknande element. Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d a v att de treaxliga ledarrangemangen (22, 23, 26, 27) är fjäderförspända. Manipulator enligt något av föregående patentkrav k ä n n et e c k n a d a v att minst en armarna (A, B, C,) innefattar en translatorisk enhet. Förfarande för framställning av en manipulator, innefattande ett element (2), minst tre armar anordnade att tillsammans förflytta elementet (2) med bibehållen lutning/orientering i rymden varvid en första arm (A) innefattar två parallella länkar (14, 15), vilka är fästade till elementet (2) med ledarrangemang (22, 23) medgivande tre frihetsgrader och varvid en andra arm (B) innefattar två parallella länkar (16, 17), vilka är fästade till elementet (2) med ledarrangeniang (26, 27) medgivande tre 'frihetsgrader k ä n n e t e c k n at a v att 10 15 20 25 30 517 356 18 ledarrangemangen (22, 23, 26, 27) bringas att anordnas på en gemensam syrnmetrilirrje (44) hos det andra elementet (2). 17. Förfarande enligt patentkrav 16 k ä n n e t e c k n a t a v att en tredje arm (C) bringas att innefatta en länk (18), vilken fästs vid elementet (2) med ledarrangemang (30, 45, 42). 18. Förfarande enligt patentkrav 16 kännete c k nat avatt armarna (A, B, C) bringas att innefatta varsin armdel (6a, 7a, 8a), vilka fästs med ledarrangemang (5, 6, 7) medgivande en fiihetsgrad till ett fast element (1). 19. Förfarande enligt patentkrav 16 k ä n n e t e c k nat a v att två av armarna (A, B,) bringas att innefatta varsin armdel (6a, 7a), vilka fästs med ledarrangemang (5, 6) medgivande en frihetsgrad till ett fast element (1). 20. Förfarande enligt patentkrav 19 k ä n n e t e c k n at a v att armen (C) bringas att innefatta en armdel (8a), vilken fästs med ledarrangemang (7) medgivande en fiíhetsgrad till armen (A). 21. Förfarande enligt patentkrav 19 k ä nn e t e c k n a t av att armen (C) bringas att innefatta en armdel (8a), vilken fästs med ledarrangemang (7) medgivande en fiihetsgrad till armen (B). I 22. Förfarande enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n at a v att vridning av elementet (2) kring den axel som utgörs av symmetrilirrjen (44) bringas att utföras med en extern krafikälla. 23. Förfarande i en manipulator, för att förflytta en kropp i rymden, innefattande: ett element (2), rninst tre armar anordnade att tillsammans förflytta elementet (2) med bibehållen lutning/orientering i rymden varvid en första arm (A) innefattar två parallella länkar (14, 15), som är fästade till elementet (2) med ledarrangemang (22, 23) medgivande tre fi-ihetsgrader och varvid en andra arm (B) innefattar två parallella länkar (16, 17), som är fästade till elementet (2) med ledarrarigemang (26, 27) medgivande tre fiihetsgrader 5 10 517 356 19 k ä n n e t e c k n at a v att vid vridning av manipulatorn ledarrangemangen (22, 23, 26, 27) tillsammans låser fem frihetsgrader hos den axel, som utgör en symmetrilinje (44). 24. Förfarande enligt krav 23 k ä n n e t e c kn a t a v att en tredje arm (C) innefattar en länk (18) íästad till elementet (2) med ledarrangemang (42) medgivande två frihetsgrader låser en sjätte frihetsgrad hos den axel, som utgör symrnetrilinjen (44). 25. Användning av en manipulator enligt krav 1-15, ett förfarande enligt krav 16-22 eller ett förfarande enligt krav 23-24 vid högprecisionstillärnprlingar. i