SE462469B - Manipulatoranordning - Google Patents

Description

462 469 2 närvarande tillgängliga hanteringsanordningar. Vidare är dessa anordningar vanligen utförda för speciella delar och med speciell maskinvara. Därför kan de icke lätt växla verktyg, när ändringar i delens form och dimension sker.

Andra nackdelar med denna utrustning är att det är svårt att noggrant och upprepade gånger lägesfixera invecklade delar och delarna är behäftade med avsevärd tröghet när de förflyttas. På grund av delens geometri kan även hinder uppstå som bryter en klar "siktlinje" mellan stralkällan och den bearbetade ytan på arbetsstycket.

Maskiner som är utförda att producera en speciell produkt är ekonomiskt acceptabla endast om ett stort antal delar skall produceras.

Ekonomiska skäl förbjuder ofta produktion i mindre kvantiteter. Därför finnes ett behov av ett mycket flexibelt system med optik för alstring en laserstråle, vilket system kan behandla arbetsstycken som har komplicerade former och storlekar i sma kvantiteter med minimalt behov av verktygsväx- ling, när arbetsstyckets form växlar.

Föreliggande uppfinning möjliggör att industriell robotteknik kan användas för laserstråletillämpningar. Användningen enligt uppfinningen av ett antal ledade speglar möjliggör att laserstralen kan synkront följa rörelser- na hos robotens manipulator. Manipulatorn kan därför avge en fokuserad strale till vilken som helst punkt inom robotens geometriska räckvidd och förflytta strålen längs en given bana med en kontrollerad hastighet.

Nyare utveckling inom robottekniken utnyttjande laser innefattar en ledad laserstrålen riktande arm med speglar anordnade vid dess leder för att reflektera ljusstralen längs armens segment. Ett exempel pa nyare ledad strålriktande optik beskrives i " At Coherent: advanced lasers and new ideas in robotics" av Gary S. Vasilash, Manufacturing Engineering, Mars 1981, sidorna 84-85, vari beskrives och visas en optisk ledad arm.

Denna arm åstadkommer en ljusstråle från en stationär laser till ett påverkningsorgan, som innehåller strålfokuserande optik. Påverkningsor- ganet är fästad vid en robotarm, som kan manövreras automatiskt. Den ljusriktande armen och robotarmen är sammankopplade endast vid påverk- ningsorganet, och den ljusriktande armens leder är fria att röra sig för att möjliggöra för armen att överbrygga avståndet mellan lasern och den punkt i rummet, vid vilken robotarmen har placerat påverkningsorganet. En sådan anordning är analog med mekanismen för att uppbära en tandläkarborr med avseende på principen för dess drift. Borrspetsen är jämförbar med laser- systemets påverkningsorgan, och tandläkarens arm är analog med robotar- 462 469 3 men. Mekanismen för uppbärande av borren innefattar ett flertal ledade skarvar, som kan röras på så sätt att länksystemet överbryggar avståndet mellan motorn och tandläkarens hand.

En begränsning av det ovan beskrivna systemet består i de relativa lägena hos ljuskällan och centrum för robotens rörelse. Just som tandläkaren maste undvika att vända sig helt runt med borren i sin hand, måste roboten styras på sådant sätt att dess rörelser icke medför att den ljusriktande armen försöker sträcka sig genom själva roboten eller dess arm.

Föreliggande uppfinningen eliminerar denna begränsning genom att den ljusriktande armen är kombinerad med robotarmen på sådant sätt att de rör sig synkront och sålunda icke kan ömsesidigt hindra varandra.

Andra tidigare förslag när det gäller anpassning av robotteknik till lasertillämpningar diskuteras i "Laser Processing at Ford", av Michael Yessik och Duane J. Schmaty, Metal Progress, Maj 1975, sidorna 210-215. Exempel på manipulatorsystem beskrives i amerikanska patenten 3 937 057 och 4 221 997. Andra robotsystem beskrives i amerikanska patenten 4 260 319, 4 076 131 och 4 089 427. Uppfinningar som särskilt berör påverkningsorgan och skarvar för robotar beskrives i amerikanska patenten 3 848 753, 3 777 618 och 4 096 766.

Föreliggande uppfinning avser sålunda en manipulatoranordning med arm av ledad typ innefattande minst två ledade segment anordnade i förutbestämd vinkel, vilken arm vid ena änden är kopplad till ett fast läge och vid andra änden uppbär ett påverkningsorgan, vilken arm är anordnat att leda en ljusstråle från nämnda fasta läge till påverkningsorganet, vilken ljusstråle utnyttjas till att påverka ett arbetsstycke vid påverkningsorganet oberoende av läge, avstånd och orientering hos påverkningsorganet i förhål- lande till nämnda fasta läge. Anordningen kännetecknas av att varje segment innefattar en första ihålig del och en andra ihålig del, vilka delar är teleskopiskt anordnade med gemensam centrumlinje, varvid den andra delen är anordnad att rotera i förhållande till den första delen kring den gemensam- ma centrumlinjen och även anordnad att teleskopiskt förskjutas i förhållande till den första delen, varjämte anordningen innefattar en källa för ljusstråle vid nämnda fasta läge, ett reflekterande organ med en speglande yta monterat på var och en av de båda ändarna av varje segment, och anordningar för att reglera vinkeln för varje reflekterande organ i förhållande till den gemensamma centrumlinjen, varvid ljuskällan och de reflekterande organen är så anordnade att ljusstrålen bildas och alltid ledes längs centrumlinjen för 462 469 4 varje ihaligt segment, genom vilket ljusstralen passerar, varigenom vid varje tillåten rörelse hos paverkningsorganet i förhallande till nämnda fasta läge ljusstralen nar paverkningsorganet och aldrig brytas av de ledade segmenten.

En härefter beskriven lämplig utföringsform innefattar en skarv, som är roterbart fästad vid ett stödorgan. Ett reflekterande organ med en speglande yta är fästad vid skarven pa sa sätt att den speglande ytan korsas av d» ; rörelseaxel, kring vilken skarven roterar med avseende pa stödorganet.

Genom att den speglande ytans vinkel i förhållande till denna rörelseaxel regleras kan en samlad ljusstrale, som forplantas längs denna rörelseaxel, reflekteras av den speglande ytan i nagon av ett oändligt antal riktningar.

När det reflekterande organet är fästat vid skarven, bestämmas en förutbe- stämd reflektionsvinkel för ljusstralen. Det är tydligt att när skarven vrides kring rörelseaxeln, förflyttas den reflekterade ljusstralen pa sa sätt att den sveper över antingen en plan eller en konisk yta. När den speglande ytan är anordnad med en vinkel av 450 mot rotationsaxeln, kommer den reflekterade ljusstralen att passera med en vinkel av 90° mot den ursprungliga stralen, och när skarven vrides kring sin rörelseaxel, kommer den reflekterade stralen att översvepa en plan yta, mot vilken skarvens rörelseaxel är vinkelrät. Om det beskrivna stödorganet är ett ihaligt rör med skarven vridbart fästad vid ena änden, kan ljusstralen ledas genom stödorganet längs dess längdaxel. Det kan papekas att denna längdaxel även sammanfaller med skarvens röreiseaxel.

Vidare kan papekas att det är av yttersta vikt för den rätta tillämpningen av uppfinningen att ljusstralen passerar längs skarvens rörelseaxel. Detta känne- tecken tillater att skarven vrides vilken som helst vinkel kring rörelseaxeln medan en förutbestämd bana för den reflekterade laserstralen bibehalles.

Detta kännetecken möjliggör även att ett ytterligare stödorgan är fast förbundet med skarven pa sadant sätt att det roterar med skarven kring den beskrivna rörelseaxeln. Detta ytterligare stödorgan tillater att en andra skarv vridbart fästes vid detsamma, sa att en speglande yta i ett andra reflekteran- de organ kan placeras i den andra skarven pa sadant sätt att det korsas av en andra rörelse zxel, som är belägen mellan densamma och den speglande ytan i den första skarven och längs vilken den reflekterade laserstralen passerar.

Den optiska skarvens rörelseaxel sammanfaller med rörelseaxeln för den robotarm, vid vilken den är fästad. I en flerledad robot är varje segment av robotarmen förenat med ett rakt segment av ljusstralen. Armseg- mentet och stralsegmentet rör sig i synkronism. Robotarmen kan vara fästad vid ett rörformigt organ och optisk skarv, eller alternativt kan dessa 462 469 5 ljusriktande komponenter vara införlivade med själva robotarmen.

Uppfinningen möjliggör tydligen ledning av en samlad ljusstrale längs den ledade armen i en robot och synkront med denna. Genom lämpligt val av typ och antal av de ovan beskrivna skarvarna kan en robot utföras sa att den kan avge en laserstrale till vilken som helst punkt inom dess geometriska räckvidd och med praktiskt taget vilken som helst vinkel mot denna punkt i rummet.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i form av en lämplig utföringsform och med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l visar en optisk skarv enligt en utföringsform av uppfin- ningen.

F ig. 2 visar en optisk skarv enligt uppfinningen utförd i linje med en motor och stödorgan.

Fig. 3 visar en robot med ett flertal optiska skarvar enligt en utföringsform av uppfinningen.

F ig. 4 visar en optisk skarv utförd enligt den beskrivna utförings- formen och glidbart förbunden med en stödarm.

Uppfinningen avser en ljusstraleriktande anordning och närmare bestämt en skarvanordning, som är användbar i samband med en robot för att rikta en samlad laserstrale.

F ig. l visar en utföringsform av den optiska skarven enligt uppfinningen. Skarven 10 innefattar en ram 12, som är vridbart fästad vid ett stödorgan 14. I fig. 1 visas ramen 12 försedd med en rörformig förlängning 16, som är fast ansluten till densamma. Denna förlängning 16 kan alternativt vara utförd i ett stycke med ramen 12, och fig. l visar förlängningen 16 som en lämplig men icke nödvändig utföringsform. Ramen 12 och förlängningen 16 visas vridbart monterade pa stödorganet 14. Ramen 12 är monterad pa sa sätt att den kan rotera kring en rörelseaxel AM.

Inuti ramen 12 är ett reflekterande organ 17 anordnat. Det reflekterande organet 17 är försett med en speglande yta 18, som är belägen pa sa sätt att rörelseaxeln AM gar genom densamma. Det reflekterande organet 17 är försett med en anordning för att reglera dess läge inuti ramen 12. I fig. 1 bestar denna regleringsanordning av ett par gängade organ 20 och 21, som kan regleras för att ändra läget av det reflekterande organet 17 och dess speglande yta 18 i förhallande till ramens 12 rörelseaxel AM.

Sasom visas i fig. 1 kan ramen 12 rotera kring stödorganet 14 sasom antydes med pilen R. Om en samlad ljusstrale 24 bringas att fortplanta 462 469 s sig längs rörelseaxeln AM och träffa den speglande ytan 14, bildas en reflekterad ljusstrale 25. Eftersom infallsvinkeln är lika med reflektionsvin- keln, bildas en vinkel N av 450 mellan den speglande ytan 18 och rörelseaxeln AM, vilket resulterar i en reflekterad strale 25 i rät vinkel mot den infallande stralen 24. Andra värden pa vinkeln N kan övervägas inc- ramen för uppfinningen, men en rät vinkel mellan den infallande straleai 24 och den reflekterade stralen 25 är lämplig och skall antagas i det följande.

När ramen 12 roterar kring axeln AM, kommer den reflekterade stralen 25 att svepa runt axeln AM pa sadant sätt att den beskriver en plan yta. Beroende pa vridningen hos ramen 12 och förlängningsorganet 16 kring axeln AM kan den reflekterade stralen 25 placeras i vilken som helst av ett oändligt antal linjer utgående radiellt fran den speglande ytan 18.

F ig. 1 visar även ett rörformigt organ 28 anslutet till ramen 12.

Sasom närmare skall beskrivas i det följande kan detta rörformiga organ 28_ utnyttjas som stödorgan för en annan ram och ett annat reflekterande organ pa samma sätt som stödorganet 14 utnyttjas för att bilda stöd för ramen 12 och det reflekterande organet 17, som visas i figuren. Sålunda kan ett flertal skarvar sasom den som visas i fig. l kombineras tillsammans för att rikta en samlad ljusstrale i en viss förutbestämd riktning. Sa länge som den infallande ljusstralen 24 är riktad längs rörelseaxeln AM för den speglande ytan 18, kan dess motsvarande reflekterade strale 25 reflekteras i vilken som helst av ett oändligt antal riktningar. I fig. 1 visas ramen 12 ha en inloppsöppning 30 och en utloppsöppning 32 belägna pa sadant sätt att de tillsammans tillåter passering av de infallande 24 och reflekterade 25 ljusstralarna genom ramen 12.

F ig. 2 illustrerar tillämpningen av uppfinningen som ett utförings- exempel pa en av ett flertal skarvar i robotsystemet. Ett stödorgan 40 åstadkommer mekaniskt stöd för hela skarvanordningen. Sasom visas i fig. 2 är stödorganet 40 direkt fästat vid ett rörformigt organ 42, vilket i sin tur åstadkommer stöd för en skarvdel 43, som innefattar en speglande yta (icke visad i fig. 2 men visad i detalj i fig. 1) inuti densamma. ïkarvdelen 43, som visas i utföringsexemplet enligt fig. 2, är icke vridbag monterad pa det rörformiga organet 42, men är istället anordnad att reflektera den infallande ljusstralen 44 i en rät vinkel mot dess ursprungliga bana. Av en jämförelse mellan fig. 1 och fig. 2 framgar att skarvanordningen enligt fig. 2 är analog med ramen 12 i fig. 1. Det rörff e-'miga anslutningsrfganet 47, som visas i fig. 2 anordnat mellan skarvarna .i och 46, är analogt med det stationära 462 469 7 stödorganet 14 i fig. 1. Med andra ord visas de viktigaste elementen av uppfinningen i fig. 2 som skarven 46 tillsammans med stödorganet 47. Den i fig. 2 visade optiska skarven enligt uppfinningen är tillämpbar 'för användning med andra liknande skarvar för att underlätta riktningen av en samlad ljusstrale i vilken som helst av ett oändligt antal riktningar.

Den infallande ljusstrâlen 44 i fig. 2 fortplantar sig fran sin källa i pilens 48 riktning genom det rörformiga organet 42 och träffar en speglande yta i skarven 43, vilken yta är belägen i en vinkel av 450 mot den infallande ljusstralens 44 riktning. Ljusstralen reflekteras därvid fran denna speglande yta längs axeln A4. Sedan fortplantar sig ljusstralen längs axeln A4 mot en speglande yta i skarven 46. När denna ljusstrale fortplantar sig fran skarven 43 till skarven 46, passerar den genom ett däremellan anordnade stödorganet 47. Inuti skarven 46 reflekterar en speglande yta, som är belägen i en vinkel av 450 mot axeln A4, ljusstralen i en riktning av 90° mot denna axel. Den reflekterade ljusstralen 49 fortplantar sig genom en öppning i skarven 46, genom ett rörformigt organ 50 och fortsätter i pilens 52 riktning. Skarvens komponenter har i fig. 2 för tydlighets skull icke visats sektionerade men det är tydligt att den resulterande banan för ljusstralen inkommer i det rörfor- miga organet 42 i den av pilen 48 visade riktningen, träffar spegelytan inom skarven 43 och reflekteras längs axeln A4, passerar genom det rörformiga stödorganet 47, träffar en annan spegel, som är belägen i skarven 46, och reflekteras i en vinkel av 90° mot axeln A4 i den av pilen 52 visade riktningen.

F ig. 2 visar även användningen av en motor 54, som är anordnad pa sådant sätt att den bringar skarven 46 att rotera kring axeln A4.

Stödorganet 40 är fästat vid ett ok 56, som är vridbart förbundet med ett lagerstöd 58. Motorn 54 är fast förbunden med oket 56 och kopplad till lagerstödet 58 pa sadant sätt, att motorn 54 kan utöva en vridkraft pa lagerstödet 58 och dess tillhörande underlag 60. Sasom visas i fig. 2 är underlaget 60 fast förbundet med den optiska skarven 46. Denna anordning möjliggör för motorn 54 att bringa skarven 56 att rotera kring axeln A4.

Såsom ovan beskrivits är detta kännetecken betydelsefullt för den rätta funktionen hos uppfinningen.

F ig. 2 illustrerar även förhållandet mellan stödarmen 40 och den raka sektionen av ljusstrâlen 44, som sträcker sig i pilens 48 riktning och träffar spegelytan inuti den optiska skarven 43. Stödarmen 40 och det rörformiga organet 42 är fast förbundna med varandra och rör sig därför 462 469 a synkront. Vid användning i ett robotsystem, som utnyttjar en arm med ett flertal av styva segment, skulle varje segment pà liknande sätt vara förenat med optiska komponenter, som upprätthåller en ljusbana i konstant geomet- riskt förhållande med armsegmentet. Ljusstralen kommer även att avlänkas vid en optisk skarv vid en punkt längs rörelseaxeln för armens skarv, sa att varje armsegment rör sig synkront med tillhörande ljusstralesegment.

Eftersom den optiska skarven 46 vrider sig kring axeln A4 och ljusstrâlen sträcker sig längs axeln A4, kommer ljusstralen att träffa en punkt på spegelytan inuti skarven 46, och denna punkt kommer att förbli konstant oavsett av skarvens 46 vridning kring axeln A4. Den reflekterade ljusstralen 49 kommer därför att förbli i ett konstant geometriskt förhållande till skarven 46 oberoende av dess rotationsläge kring axeln A4.

Fastän skarvarna 43 och 46, som visas i fig. 2, icke har visats i sektioner, fungerar deras inre delar pà samma sätt som den som visas i fig. 1.

Var och en har ett reflekterande organ, som har en speglande yta därpå, och varje reflekterande organ är reglerbart inom sin respektive ram.

F ig. 3 visar en robot, som utnyttjar ett flertal optiska och mekaniska skarvar. Den som exempel visade roboten i fig. 3 har ett fundament 80, som är fast förbundet med en yta säsom ett verkstadsgolv.

Roboten innefattar ett antal ledbart sammankopplade armar, vilka är vrid- bart förbundna med fundamentet 80. Robotsystemet innefattar även en stañionär optisk skarv 83 tillsammans med ett rörformigt organ 84 anslutet till .i-ansamma. Fundamentet 80, den optiska skarven 82 och dess rörformiga organ 84 förblir alla stationära under robotens drift. De övriga av de ledbart förbundna armarna och tillhörande stödorgan i detta robotsystem visat i fig. 3 är fria att vridas kring axeln Al.

En samlad ljusstrale 86 införes i robotsystemet i pilens 87 riktning. Denna ljusstràle 86 passerar genom det rörfomiga organet 84 och in i skarven 82. Var och en av de optiska skarvarna visade i fig. 3 innefattar ett inre reflekterande organ med en speglande yta pa detsamma. l detta exempel har var och en av de optiska skarvarna sin speglande yta belägen i en vinkel 450 mot sin respektive inkommande ljusstrale. Denna geometriska anordning åstadkommer en reflektionsvinkel av 900 mellan varje optisk skarvs infallan- de och reflekterade ljusstrâlar. Som ljusstrâlens gang beskrives med hänvis- ning till och som visas i fig. 3 kommer vid varje optisk skarv ljusstraleri att reflekteras i 900 vinkel mellan dess infallande och reflekterade banor.

Ljusstralen 86, som inkommer i skarven 82, reflekteras nedåt 462 469 9 längs axeln Al, genom det rörformiga organet 88 och in i skarven 89. Sasom visas är skarven 89 vridbart ansluten till det rörformiga organet 88 pa sadant sätt, att det kan vrida sig kring axeln A1. När ljusstralen träffar den speglande ytan i skarven 89, reflekteras den genom stödorganet 90 och in i skarven 92. Eftersom axeln Al sasom visas i fig. 3 är vertikal och ljusstralen 86 inkommer i det rörformiga organet 84 i en horisontell riktning, fortplantar sig ljuset i horisontell riktning när det passerar fran skarven 89 till skarven' 92.

Eftersom ljusstrålen fortplantar sig längs axeln A1 när den träffar den speglande ytan i skarven 89, förblir dess infallspunkt pa spegelytan konstant, när skarven 89 roterar kring axeln Al. Det är att märka att denna fortplantning av den infallande ljusstralen längs rotationsaxeln för skarven och dess speglande yta utgör ett viktigt element i uppfinningen, genom att det bibehåller konstant läget hos den punkt, vid vilken ljusstralen träffar den speglande ytan, oberoende av skarvens 89 vridningsläge. Den reflekterade ljusstralen, som i detta fall rör sig fran skarven 89 till skarven 92, förblir därför i ett konstant läge i förhållande till den speglande ytan och skarven 89.

Efter att ha passerat in i skarven 92 och träffat dess reflekterande yta avlänkas ljusstralen vertikalt nedat genom det rörformiga organet 94 och in i skarven 96. Sasom framgår av fig. 3 är skarven 92, det rörformiga organet 94 och skarven 96 fast förenade med varandra och rör sig som en enda kropp.

Därför är det att märka att denna fast förenade kombination av skarvar och rörformigt organ i sig själv icke representerar grundprincipen för uppfin- ningen. Istället är denna kombination av skarvar avsedd att överföra stralens bana fran dess horisontella riktning mellan skarvarna 89 och 82 till ett lägre läge. Den vertikalt nedgaende ljusstralen, som passerar genom det rörformiga organet 94 in i skarven 96, avlänkas av skarvens reflekterande organ i en horisontell riktning genom ett mellanliggande rörformigt organ in š skarven 98. Ljusstralen, som passerar från skarven 96 till skarven 98, fortplantar sig längs axeln A2, vilken även är rörelseaxeln för skarven 98. Denna vridning hos skarven 98 orsakas av den drivande kraften fran motorn 100, vars rotations- axel sammanfaller med axeln A2. Ljusstralens passage mellan skarvarna 96 och 98 ligger därför i samma horisontella plan som axeln A2, som är parallell med det horisontella plan, i vilket den ursprungliga ljusstralen 86 fortplantar sig när den inkommer i det rörformiga organet 84. Bada dessa horisontella plan är naturligtvis vinkelräta mot rörelseaxeln Al, kring vilken de rörliga komponenterna i roboten vrider sig. När de rörliga komponenterna i roboten 462 469 10 vrider sig kring axeln A1, rör sig den horisontella ljusstralen mellan skarvarna 96 och 98, medan den förblir i sitt konstanta horisontella plan, bort fran axeln A1 i olika vinkelriktningar.

Motorns 100 rotation resulterar i en rörelse hos stödarmen 102 och det rörformiga organet 104 kring en vridningspunkt belägen pa axeln A2.

När ljusstralen träder ut fran skarven 98 i en vinkel av 90° mot axeln A2, fortplantar den sig genom det rörformiga organet 104 in i skarven 106. Det är att märka att när det rörformiga organet 104 vrider sig pa grund av motorns 100 verkan, roterar även stödarmen 102 med dess ok 107 kring axeln A2 pa sa sätt att motorn 108 konstant förblir i linje med skarven 106, varvid axeln A3 passerar genom bada dessa komponenter. Motorns 108 rotationsaxel och skarven 106 ligger bada pa axeln A3, och ljusstralen, som reflekteras av den speglande ytan i skarven 106 in i skarven 109, fortplantar sig även längs denna axel A3. När ljusstralen passerar fran skarven 106 till skarven 109 längs axeln A3, passerar den genom ett mellanliggande organ 110, som kan vara vridbart anslutet till antingen skarven 106 eller skarven 109 och är fast förbunden med den ena. Fastän skarven 106 är fast förbunden med det rörformiga organet 109, är skarven 109 fri att vrida sig kring axeln A3 pa grund av motorns 108 rotation. Sasom framgar av fig. 3 medför motorns 108 rotation att stödarmen 40 och det rörformiga organet 42 vrider sig kring axeln A4.

Axeln A4 och de därmed förbundna komponenterna är identiska med komponenterna, som visas i fig. 2. Sasom beskrivits ovan med hänvisning till fig. 2 medför motorn 54, som är fästad vid lagerstödet 58, att skarven 46 roterar kring axeln A4 pa grund av förbindelsen mellan lagerstödet 58 och skarven 46 medelst underlaget 60. Ljusstralen, som gar fran skarven 106 till skarven 109, reflekteras i en vinkel av 900 mot axeln A3 och passerar genom det rörformiga organet 42 innan den träffar den speglande ytan i ett reflekterande organ inuti skarven 43. Sasom ovan beskrivits reflekteras ljuset, som passerar in i skarven 43, genom det rörformiga organet 47 in i skarven 46, där den avlänkas i en vinkel av 900 mot axeln A4 och passerar genom det rörformiga organet 50.

Den i fig. 3 visade roboten innefattar även optiska skarvar 110, 114, 118 och 122. Dessa optiska skarvar, som innefattar rörformiga organ 112, 116 och 120 däremellan, är vridbart anslutna till varandra, men drives icke nödvändigtvis automatiskt i en relativ rotationsriktning under driften av roboten, som visas i fig. 3. Dessa optiska skarvar kan vara motordrivna under Vi 462 469 ll drift men kan även vara fasta vid speciella vridningslägen i förhållande till deras angränsande optiska skarvar. Vilket utförande som väljes beror på den speciella tillämpningen av roboten. Med hänsyn härtill inser man att de optiska skarvarna 114 och 118 kan vrida sig i förhållande till varandra kring axeln A7, och de optiska skarvarna 118 och 122 kan vrida sig i förhållande till varandra kring axeln A6.

När ljusstrålen passerar från sitt inträde i det rörformiga organet 84, genom alla de mellanliggande rörformiga organen och optiska skarvarna och slutligen in i skarven 122, bibehåller ljusstrålen en i huvudsak konstant tvärsektion. För att kunna fylla sin funktion måste emellertid ljusstrålen 126 fokuseras vid sin arbetspunkt 128. Denna fokusering av ljusstrålen 86 till en fokuserad ljusstråle 126 utföres medelst lämpliga fokuseringslinser belägna inuti fokuseringsorganet 124. Typen av fokuseringsmekanism, som användes i fokuseringsorganet 124, är icke kritisk för uppfinningen, och en robot enligt uppfinningen kan inom uppfinningstankens ram utnyttja flera fokuseringsme- toder. Bland dessa olika fokuseringsmetoder kan märkas användningen av en parabolisk reflekterande yta av i och för sig känt slag anordnad att åstadkomma en 90° avlänkning. Vilken fokuseringsanordning som användes blir naturligtvis beroende av den speciella tillämpning, för vilken uppfin- _ ningen användes.

Den i fig. 3 visade utföringsformen av uppfinningen kan tillämpas på flera olika sätt. Den optiska skarven 89 är fast förenad med robotarmen 130, och dess infallande ljusstråle är belägen på axeln A1, som utgör rörelseaxeln för både armen 130 och den optiska skarven 89. Denna huvudaxel A1 för robotsystemet enligt fig. 3 utgör endast ett av flera utföringsexempel pâ uppfinningen. Vid varje rotationsaxel kan de primära elementen av uppfinningen ses. Dessa element innefattar den synkroniserade förbindelsen av en optisk och en mekanisk skarv, en reflekterande yta anordnad inuti den optiska skarven samt det konstanta geometriska förhållandet mellan robotar- men och ett segment av ljusstrålen, som träffar den reflekterande ytan.

F ig. 4 visar en annan utföringsform av uppfinningen. Den innefat- tar två optiska skarvar 140 och 142, vilka är anordnade axiellt förskjutbara i förhållande till varandra. Om skarven 140 antages vara fast i rummet, kan skarven 142 förflyttas antingen mot eller bort från skarven 140 längs dess rörelseaxel A8 i de av pilen 144 markerade riktningarna. Med andra ord kan skarven 142 alternativt intaga bland annat de lägen, som markeras av beteckningarna 142 och 142'. När en infallande ljusstråle 146 passerar i den 462 469 12 av pilen 148 markerade riktningen genom ett rörformigt organ 150 in i skarven 140, träffar den ett reflekterande organ 152 och reflekteras i en vinkel av 90° i form av ljusstralen 154. Denna ljusstrale 154 passerar genom ett rörformigt organ 156 längs rörelseaxeln A8 och in i skarven 142. Sasom framgar av fig. 4 är skarven 142 fast förenad med ett rörformigt organ 158, och det rörformiga organet 158 är glidbart förbundet med ett rörformigt organ 156. När dessa tva glidbart med varandra förbundna rörformiga organ förflyttar sig axiellt i förhållande till varandra i den av pilen 144 markerade riktningen, rör sig skarven 152 antingen mot skarven 140 eller bort fràn densamma. Sa länge det reflekterande organet 160 i skarven 142 är beläget i en konstant vinkel av 450 mot ljusstralen 154, passerar den resulterande reflekterade ljusstralen 162 fran det reflekterande organet 160 ut ur den optiska skarven 152 och genom det rörformiga organet 164 i en riktning som är i en vinkel av 90° mot ljusstralen 154. När den optiska skarven 142 förflyttas i detta axiella förhallande till den optiska skarven 140, kommer därför den avlänkade ljusstralen 162 att fortplanta sig i en linjär bana. Det kan papekas att skarven 142, som visas med streckade linjer i fig. 4, och de därmed förbundna komponenterna, som är betecknade med liknande med primtecken försedda hänvisningsbeteckningar, representerar ett alternativt läge hos denna optiska skarv.

Anordningen enligt fig. 4 kan även innefatta en vridbar förbin- delse mellan det rörformiga organet 158 och det rörformiga organet 156.

Denna vridbara förbindelse kan tillata den optiska skarven 142 och dess tillhörande rörformiga organ 158 att vridas i förhallande till det rörformiga organet 156 sasom markeras med pilen 170. Sa länge ljusstralen 154 fortplan- tar sig längs en rörelseaxel A8, vilken även utgör rörelseaxeln för den optiska skarven 152, kommer den reflekterade ljusstralen 162 att förbli i ett fast förhallande relativt skarven 142 och kan användas i kombination med andra pa liknande sätt utförda skarvar sasom ovan beskrivits. Fastän den i fig. 4 visade utföringsformen av uppfinningen utnyttjar bade axiell rörelse och vridningsrörelse hos skarven 142, sa behöver bada dessa rörelser icke före- komma i ett system enligt uppfinningen. En anordning enligt uppfinningen kan t.ex. utnyttja en eller flera rätlinjiga axlar och ingen vridningsaxel eller ett flertal vridningsaxlar (sasom visas i fig. 3) och ingen rätlinjig axel. Termen "axiell" betyder i detta sammanhang tillämpningar, vid vilka den optiska skarven förflyttas i en riktning parallell med dess infallande ljusstrale.

Anordningen enligt fig. 4 illustrerar en alternativ utföringsform 462 469 13 av uppfinningen, som tillater axiell rörelse hos sin optiska skarv. Sa länge den infallande ljusstralen befinner sig pa den optiska skarvens rörelseaxel A8, fungerar uppfinningen riktigt. Denna rörelseaxel kan avse antingen axiell rörelse eller vridningsrörelse eller en kombination därav. Fastän inga motorer visats i fig. 4, förutsätter uppfinningen att sadana är anordnade pa sa sätt att de bringar de optiska skarvarna i uppfinningen att vrida sig kring en rörelseaxel A8, som sammanfaller med en ljusstrale, som träffar den speglan- de ytan i den optiska skarven i uppfinningen.

Det är att märka att den optiska skarven enligt uppfinningen kan användas i manga till verkningssättet olika anordningar, sa länge dess väsentliga element bibehalles. En optisk skarv utförd enligt den beskrivna utföringsformen är försedd med ett reflekterande organ fästat vid dess ram pa sadant sätt, att en infallande ljusstrale i den optiska skarven träffar den speglande ytan och reflekteras därifran. Vidare fortplantar sig den infallande ljusstralen i den optiska skarven längs en linje, som även utgör rotationsaxeln eller translationsaxeln för skarvens ram. Detta kännetecken medför att den infallande ljusstralen träffar en fast punkt pa den speglande ytan oavsett dess vridningsrörelse eller axiella förskjutning längs axeln. Fördelen med denna fasta punkt är att den avlänkade ljusstralen förblir i ett konstant läge i förhållande till den roterande eller axiellt förskjutna optiska skarven, och dess läge i rummet kan noggrant kontrolleras. Utan detta konstanthallande hos punktens läge kan ljusstralens rörelse vara olika bade till riktning och storlek än den optiska skarvens rörelse.

I hela den föregaende beskrivningen har termen "rörelseaxel" använts för att beskriva den bana längs vilken ljusstralen maste fortplanta sig. Denna term kan likaväl hänföra sig till en vridningsaxel eller en bana för rätlinjig rörelse. Vid tillämpningar, där den optiska skarven är roterande, utgör rörelseaxeln skarvens vridningsaxel, och den infallande ljusstralen maste fortplanta sig i en bana sammanfallande med densamma. Om däremot den optiska skarvens rörelse sker i en rätlinjig bana, bestar rörelseaxeln av den bana i vilken skarvens mittpunkt rör sig. I det senare fallet maste ljusstralen passera även längs axeln, men det torde vara klart att vid tillämpningar med en rätlinjig rörelsebana rörelseaxeln kan vara belägen längs nagon av flera parallella linjer. Termen "rörelseaxel" kan därför ha olika definitioner beroende pa den speciella typen av skarvens rörelse. Ljusets bana vid tillämpningar med rotationsrörelse maste vara belägen direkt längs skarvens rörelseaxel (d.v.s. dess vridningsaxel) för att uppfinningen skall 462 469 14 riktigt fungera. Eftersom flera än en rörelseaxel (d.v.s. rätlinjig rörelsebana) kan definieras för skarvar med rätlinjig rörelsebana, maste ljusstralen vara belägen i nagon bana, som är parallell med skarvens rörelseriktning och vilken tillåter stralen att träffa skarvens speglande yta. Den i denna beskrivning använda termen "rörelseaxel" kan därför betyda antingen en vridningsaxel eller en rätlinjig rörelsebana beroende pa uppfinningens speciella tillämpning.

Det torde vara klart att föreliggande uppfinning åstadkommer en anordning för att rikta en samlad ljusstrale genom en bana, som beskrives av stödjande armar, vilka kan röra sig i olika vinkelförhallande till varandra. Vid ett robotsystem, som innefattar ett flertal armsegment, medför dena kännetecken att ljusstralen riktas längs en bana, som sammanfaller med elller är parallell med armsegmenten i robotsystemet, och varje segment av ljusstralen rör sig synkront med ett tillhörande armsegment. Vidare torde det vara tydligt att uppfinninf i möjliggör fullständig inneslutning av den samla- de ljusstralen pa sa sä. att ljusstralen kan skyddas mot påverkan fran luftburna föroreningar sasom damm. Fastän uppfinningen i den föregaende beskrivningen har beskrivits och i figurerna visats i detalj, skall detta icke uppfattas som en begränsning av uppfinningen. Andra utföringsformer av uppfinningen, som utnyttjar de ovan bskrivna elementen, är möjliga inom uppfinningstankens ram.

Claims (5)

462 469 PATENTKRAV

1. hflanipulatoranordning nned arnn av ledad typ innefattande rninst två ledade segment anordnade i vinkel, vilken arm vid ena änden är kopplad till en fast punkt och vid andra änden uppbär ett påverkningsorgan, och vilken arm är anordnad att leda en ljusstråle från nämnda fasta läge till påverk- ningsorganet, vilken ljusstråle utnyttjas till att påverka ett arbetsstycke vid påverkningsorganet oberoende av läge, avstånd och orientering hos påverk- ningsorganet i förhållande till nämnda fasta läge, k ä n n e t e c kn a d av att varje segment innefattar en första ihålig del (156) och en andra ihålig del (158), vilka delar är teleskopiskt anordnade med gemensam längdaxel (A8), varvhd den andra delen (158) är anordnad att rotera i förhåflande tfll den första delen (156) kring den gemensamma längdaxeln (A8) och även anordnad att teleskopiskt förskjutas i förhållande till den första delen (158), varjämte anordningen innefattar en källa för ljusstråle (86) vid nämnda fasta läge, ett reflekterande organ med en speglande yta (152, 160) monterat på var och en av de båda ändarna av varje segment, och anordningar för att reglera infästningsvinkeln för varje reflekterande organ (152, 160) i förhållande till nämnda gemensamma längdaxel (A8), varvid ljuskällan och de reflekterande organen är så anordnade att ljusstrålen (86) bildas och alltid upprätthålles utmed längdaxeln för varje ihåligt segment, genom vilket ljusstrålen passerar, varigenom, vid varje tillåten rörelse hos påverkningsorganet i förhållande till nämnda fasta punkt, ljusstrålen når påverkningsorganet (128) och aldrig brytes av de ledade segmenten.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar organ (20, 21) för att reglera läget hos nämnda reflekterande organ inom vart och ett av nämnda ihåliga organ.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda regleringsorgan (20, 21) innefattar minst ett gängat organ kopplat till nämnda reflekterande organ och gängat förbundet med nämnda ihåliga organ.

4. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar ett stödorgan (140, 142) utformat så att det tillåter nämnda första ljusstråle att passera därigenom, vilket stödorgan är rörligt fästat vid nämnda ihåliga organ.

5. Anordning enligt krav 1, innefattande organ för att sätta varje segment i rörelse, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för att sätta segmentet i rörelse är en motor, vars rotor är koaxiell med nämnda längdaxel.