CH715217A2

CH715217A2 - Industrial robots with at least two movable robot arms.

Info

Publication number: CH715217A2
Application number: CH00937/19A
Authority: CH
Inventors: Haaf Walter
Original assignee: Schubert Gerhard Gmbh
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2020-01-31
Also published as: DE102018118256B4; DE102018118256A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Industrie-Roboter mit mindestens zwei beweglichen Roboterarmen. Damit beim Industrie-Roboter (10) eine Zufuhr-Leitung (29) für Energie von der Roboter-Basis (4) zum Trägerelement (5) nicht beschädigt werden kann, verläuft sie erfindungsgemäss vom Träger-Zentrum des Trägerelementes (5) aus zur Roboter-Basis (4), also im mittleren Bereich, während die Antriebswelle (30) radial nach aussen versetzt ist.The invention relates to an industrial robot with at least two movable robot arms. According to the invention, so that a supply line (29) for energy from the robot base (4) to the carrier element (5) cannot be damaged in the industrial robot (10), it runs from the carrier center of the carrier element (5) to the robot -Base (4), that is in the middle area, while the drive shaft (30) is offset radially outwards.

Description

Beschreibung I. Anwendungsgebiet [0001] Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter mit Parallelkinematikoderserieller Kinematik, vorzugsweise in Form eines sogenannten Delta-Roboters, bei dem drei unabhängig voneinander bewegliche Roboterarme jeweils mit ihrem einen Ende schwenkbare um eine Oberarmachse an einer - meist ortsfest montierten - Roboter-Basis befestigt sind und deren drei andere Enden gelenkig an einem Trägerelement angreifen.Description I. Field of application The invention relates to an industrial robot with parallel kinematics or serial kinematics, preferably in the form of a so-called delta robot, in which three robot arms that can move independently of one another, each with one end pivotable about an upper arm axis on a — usually stationary — robotic Base are attached and the other three ends articulated to engage a support member.

[0002] Die Roboterarme bestehen dabei jeweils aus dem an der Roboter-Basis gesteuert schwenkbar befestigten Oberarm und einem, je zwei parallel zueinander verlaufende Unterarm-Stangen aufweisenden, Unterarm, wobei die drei Antriebseinheiten für das Verschwenken der Oberarme an der Roboter-Basis befestigt sind. Die drei Paare von Unterarm-Stangen bewirken eine räumliche Parallellogrammführung für das Trägerelement, dessen Trägerelement-Ebene unabhängig von seiner Positionierung im Raum somit immer parallel zur Basis-Ebene liegt.The robot arms each consist of the upper arm controlled pivotally attached to the robot base and one, each having two mutually parallel forearm rods, forearm, the three drive units for pivoting the upper arms are attached to the robot base , The three pairs of forearm poles provide a spatial parallelogram for the support element, the support element level of which is therefore always parallel to the base level, regardless of its position in space.

[0003] Insbesondere sind hierfür die Oberarmachsen einachsige Gelenke und die an den Unterarm-Stangen angeordneten Gelenke mehrachsige Gelenke, insbesondere Kardan-Gelenke.In particular, the upper arm axes are uniaxial joints and the joints arranged on the forearm rods are multi-axis joints, in particular cardan joints.

[0004] An dem Trägerelement wird derfürdie jeweilige Arbeitsaufgabe benötigte Endeffektor, meist ein Werkzeug wie etwa ein Greifer, mittels einer Befestigungsvorrichtung befestigt, welcher mittels des Roboters gesteuert bewegt und positioniert werden kann.The end effector, usually a tool such as a gripper, required for the respective work task is fastened to the carrier element by means of a fastening device which can be moved and positioned in a controlled manner by means of the robot.

II. Technischer Hintergrund [0005] Derartige Delta-Roboter werden vielfach in der Industrie, beispielsweise der Verpackungstechnik, benutzt, um mit einem Greifer oder Sauger als Endeffektor an dem Trägerelement ein Produkt zu ergreifen und an eine andere Position umzusetzen, beispielsweise in einem Behälter abzulegen.II. Technical Background Such delta robots are widely used in industry, for example packaging technology, to grip a product with a gripper or suction device as an end effector on the carrier element and to transfer it to another position, for example placing it in a container ,

[0006] Da bei einem Roboter mit Parallel-Kinematik die Trägerelement-Ebene unabhängig von der Position des Trägerelementes im Raum immer parallel zur Basis-Ebene liegt, kann eine zusätzliche Schwenkachse zwischen dem Endeffektor und den Trägerelement notwendig sein, und/oder kann eine Drehung oder gar Rotation des Endeffektors um die z-Achse oder eine andere Achse notwendig sein.Since in a robot with parallel kinematics, the support element level is always parallel to the base level, regardless of the position of the support element in space, an additional pivot axis between the end effector and the support element may be necessary, and / or a rotation or even rotation of the end effector around the z-axis or another axis may be necessary.

[0007] Je nachdem, wo der antreibende Motor hierfür sitzt, existiert zwischen der Roboter-Basis und dem Trägerelement entweder ein Übertragungselement für Drehmoment, beispielsweise in Form einer Antriebswelle, die dann an den Enden meist Kardangelenke aufweist und teleskopierbar sein muss und/oder eine Zufuhrleitung für eine am Trägerelement benötigte Energieform, beispielsweise eine Unterdruck-Zufuhr, um einen als Werkzeug eingesetzten Sauger mit Saugluft zu beaufschlagen.Depending on where the driving motor sits for this, there is between the robot base and the carrier element either a transmission element for torque, for example in the form of a drive shaft, which then usually has universal joints at the ends and must be telescopic and / or Supply line for an energy form required on the carrier element, for example a vacuum supply, in order to apply suction air to a suction device used as a tool.

[0008] Da der das Drehmoment benötigende Endeffektor in der Regel im Zentrum, in dem so genannten Träger-Zentrum, das Trägerelementes positioniert ist, ist dort meist auch die Befestigungsvorrichtung für das Übertragungselement angeordnet.Since the torque-requiring end effector is usually positioned in the center, in the so-called carrier center, the carrier element, the fastening device for the transmission element is usually also arranged there.

[0009] Dies hat zur Folge, dass die Zufuhrleitung für die mindestens eine am Trägerelement benötigte weitere Energie einen Anschluss abseits des Trägerzentrums am Trägerelement aufweisen muss, und da es sich hierbei um eine flexible Leitung, meist einen Schlauch oder ein elektrisches Kabel, handelt, ist diese je nach Position des Trägerelementes im Raum nicht gerade, sondern weist Verwerfungen auf, die sich zufallsbedingt bilden, wodurch diese flexible Leitung unerwünschter massen mit einem der Roboterarme oder der Antriebswelle in Kontakt geraten und sich mit diesen verhaken kann.This has the consequence that the supply line for the at least one additional energy required on the carrier element must have a connection away from the carrier center on the carrier element, and since this is a flexible line, usually a hose or an electrical cable, depending on the position of the support element in the room, this is not straight, but has faults which form as a result of chance, as a result of which this flexible line can undesirably come into contact with one of the robot arms or the drive shaft and can get caught with them.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe [0010] Es ist daher die Aufgabe gemäss der Erfindung, einen Industrieroboter, kurz Roboter, insbesondere mit Parallelkinematik, zur Verfügung zu stellen, der den beschriebenen Nachteil hinsichtlich der Zufuhrleitung für Energie minimiert.III. DESCRIPTION OF THE INVENTION a) Technical Problem It is therefore the object of the invention to provide an industrial robot, in short a robot, in particular with parallel kinematics, which minimizes the described disadvantage with regard to the supply line for energy.

b) Lösung der Aufgabe [0011] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.b) Solution of the object This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments result from the subclaims.

[0012] Die für die nachfolgenden Erläuterungen notwendigen Definitionen und Beschreibungen von Schwenkachsen, Gelenken und Bauteilen sowie deren Positionierungen werden anhand der Figurenbeschreibung erläutert.The definitions and descriptions of pivot axes, joints and components as well as their positioning necessary for the following explanations are explained with the aid of the description of the figures.

[0013] Hinsichtlich des Industrieroboters, also des Roboters, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kupplung für die Ankopplung des Übertragungselementes einerseits und die Befestigungsvorrichtung für den Endeffektor Inder Aufsicht auf die Trägerelement-Ebene nicht Zueinander fluchten, also versetzt zueinander sind. Dadurch kann die Anordnung dieser beiden Elemente flexibler innerhalb des Trägerelementes festgelegt werden.With regard to the industrial robot, that is, the robot, this object is achieved in that the coupling for coupling the transmission element on the one hand and the fastening device for the end effector in the supervision of the carrier element level are not aligned with one another, that is to say are offset from one another. As a result, the arrangement of these two elements can be determined more flexibly within the carrier element.

CH 715 217 A2 [0014] Vorzugsweise ist dabei der Anschluss näher am Träger-Zentrum angeordnet, als die Befestigungsvorrichtung, insbesondere ist der Anschluss im Träger-Zentrum angeordnet.CH 715 217 A2 [0014] The connection is preferably arranged closer to the carrier center than the fastening device, in particular the connection is arranged in the carrier center.

[0015] Dadurch verläuft der von dem Anschluss nach oben zur Roboterbasis hinführende Zuführung-Schlauch oder das Kabel in der Mitte des Roboters und damit optimal weit von den Roboterarmen entfernt.As a result, the supply hose or cable leading from the connection upwards to the robot base runs in the center of the robot and thus is optimally far from the robot arms.

[0016] Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung näher am Träger-Zentrum angeordnet sein als der Anschluss, oder sogar direkt im Träger-Zentrum angeordnet sein, wobei dann die davon weg führende Übertragungselement, etwa die Antriebswelle, vorzugsweise zur Führung der Zufuhrleitung benutzt wird, insbesondere indem diese um das Übertragungselement herumgewunden ist.Alternatively, the fastening device can be arranged closer to the carrier center than the connection, or even arranged directly in the carrier center, in which case the transmission element leading away therefrom, such as the drive shaft, is preferably used for guiding the supply line, in particular by this is wound around the transmission element.

[0017] Selbst wenn die Zufuhrleitungen nicht um das Übertragungselement herum gebunden ist, ist es vorteilhaft, dass die Zufuhrleitung eine im entspannten Zustand helixförmige Gestalt aufweist, die bei Dehnung in Längsrichtung einen geringeren Durchmesser annimmt, aber helixförmig bleibt und auch beim Verkürzen in axialer Richtung keine Ausbuchtungen über die Kontur der Helix hinaus erzeugt.Even if the supply lines are not tied around the transmission element, it is advantageous that the supply line has a helical shape in the relaxed state, which assumes a smaller diameter when elongated in the longitudinal direction, but remains helical and also when shortened in the axial direction no bulges beyond the contour of the helix are created.

[0018] Eine andere Möglichkeit - egal ob der Anschluss oder die Kupplung oder keines von beiden im Träger-Zentrum angeordnet ist - besteht in der Führung der Zufuhrleitung in einem zumindest in Erstreckung Richtung Längen veränderbaren, insbesondere teleskopierbaren, Führungs-Element wie einem Führungs-Schlauch oder Führungs-Käfig, der im Bereich zwischen der Roboter-Basis und dem Trägerelement verläuft.Another possibility - regardless of whether the connection or the coupling or neither of them is arranged in the carrier center - consists in guiding the feed line in a guide element that can be changed in length, in particular telescopic, such as a guide, at least in the direction of extension. Hose or guide cage that runs in the area between the robot base and the carrier element.

[0019] Indem ein solches Element beabstandet zu den Roboterarmen befestigt wird, ist die darin verlaufende Zufuhrleitung gegen eine Kollision mit einem Roboterarm geschützt.By fastening such an element at a distance from the robot arms, the feed line running therein is protected against a collision with a robot arm.

[0020] Ein solcher Führungsschlauch kann aus einem zwischen der Roboterbasis und dem Trägerelement gespannten Schlauch aus beispielsweise textile Material, vorzugsweise einem gitterartigen Material, bestehen, welches auch bei maximaler Annäherung des Trägerelementes an die Roboterbasis seine vorzugsweise runden Querschnitt beibehält und gespannt bleibt.Such a guide tube can consist of a tube stretched between the robot base and the carrier element made of, for example, textile material, preferably a lattice-like material, which retains its preferably round cross-section even when the carrier element approaches the robot base and remains tensioned.

[0021] Es kann sich stattdessen auch um einen wenigstens von der Form des Querschnittes her starren Käfig handeln, der entweder in seiner Verlaufsrichtung den Bar ist - selbst wenn dabei der Durchmesser abnimmt - oder der aus zwei ineinander teleskopierbaren Teilen besteht.Instead, it can also be a cage which is at least rigid in terms of its cross-section and which is either the bar in its direction of travel - even if the diameter decreases - or which consists of two telescoping parts.

[0022] Bei dem Roboter kann es sich um einen mit parallel Kinematik oder linearer Kinematik handeln, so dass also die Oberarme entweder an der Roboterbasis linearer mit ihrem Träger-abgewandten Ende verschiebbar sind oder um eine Oberarmachse an der Roboter-Basis schwenkbar sind.The robot can be one with parallel kinematics or linear kinematics, so that the upper arms are either linearly displaceable on the robot base with their end facing away from the carrier or can be pivoted about an upper arm axis on the robot base.

[0023] Vorzugsweise weist der Roboter 3 Roboterarme auf und/oder die Antriebe für die einzelnen Roboterarme sind jeweils an der Roboterbasis angeordnet und/oder der Roboterweist 3 Roboterarme auf.[0023] The robot preferably has 3 robot arms and / or the drives for the individual robot arms are each arranged on the robot base and / or the robot has 3 robot arms.

[0024] Während bei einem D-Roboter, bei dem Inder Aufsicht betrachtet die Arme gleichmässig um die Mitte herum verteilt angeordnet sind, dass Trägerelement eine etwa dreieckige Form aufweist, kann das Trägerelement auch eine längliche, insbesondere rechteckige, Form aufweisen, sei es um Anschluss und Kupplung besser nebeneinander unterbringen zu können, vor allem wenn mehr als ein Schlauchanschluss für eine Zufuhrleitung benötigt wird, oder weil die spezifische Bauform des Roboters dies nahelegt:While in a D robot, in which the view from the top is viewed uniformly distributed around the center, the support element has an approximately triangular shape, the support element can also have an elongated, in particular rectangular, shape, be it To be able to better accommodate the connection and coupling side by side, especially if more than one hose connection is required for a supply line or because the specific design of the robot suggests this:

[0025] So kann zwischen je 2 Träger seifigen Unterarm-Gelenken verlaufenden Gelenk stecken zu geraden verlängert ein Träger-Dreieck ergeben, bei dem einer der Zwischenwinkel im Träger-Dreieck kleiner ist als 25°, insbesondere < 20°, insbesondere < 18°, insbesondere gleich oder kleiner 16°. Dadurch wird ein länglicher Arbeitsbereich des Roboters erreicht. Die beiden anderen Zwischenwinkel sind vorzugsweise gleich gross.Thus, between two supports soapy forearm articulated joints extending to straight extend a support triangle, in which one of the intermediate angles in the support triangle is smaller than 25 °, in particular <20 °, in particular <18 °, in particular equal to or less than 16 °. An elongated working area of the robot is thereby achieved. The two other intermediate angles are preferably of the same size.

[0026] Die Winkelhalbierende des kleinsten der Zwischenwinkel wird dabei als x-Achse des Roboter-Koordinatensystems festgelegt, zu der die y-Achse lotrecht verläuft, wobei er die Trägerelement-Ebene parallel zu dieser x-y-Ebene verläuft, während die z-Achse senkrecht darauf steht.The bisector of the smallest of the intermediate angles is defined as the x-axis of the robot coordinate system, to which the y-axis runs perpendicularly, the carrier element plane running parallel to this xy-plane, while the z-axis is perpendicular it says.

[0027] Falls es sich um einen Roboter mit parallel Kinemathek handelt, liegen mindestens 2, besser alle 3 der Oberarmachsen, um die jeder Oberarm gegenüber der Roboterbasis schwenkbar ist, in einer gemeinsamen Basis-Ebene, die parallel zur Trägerelement-Ebene verläuft, wobei die Basis-Ebene den Nullwert der z-Achse darstellt.If it is a robot with a parallel kinematheque, at least 2, better all 3 of the upper arm axes, about which each upper arm can be pivoted relative to the robot base, lie in a common base plane, which runs parallel to the carrier element plane, wherein the base level represents the zero value of the z-axis.

[0028] Gerade bei einem solchen, dann nur noch zur x-z-Ebene symmetrisch an, Roboter kann der Abstand zwischen den Unterarm-Stangen bei einem Unterarm grösser sein als bei den beiden anderen Unterarmen, insbesondere bei dem Roboterarm, der primär in der Symmetrieebene, der x-z-Ebene verläuft.Especially with such a robot, then only symmetrical to the xz plane, the distance between the forearm rods in one forearm can be greater than in the two other forearms, especially in the robot arm, which is primarily in the plane of symmetry, the xz plane.

[0029] Dies erleichtert eine stabile Führung des Trägerelementes des Roboters trotz des einen, sehr kleinen Zwischenwinkels zwischen den Oberarmachsen.This facilitates stable guidance of the carrier element of the robot despite the one, very small intermediate angle between the upper arm axes.

[0030] Gerade dann bietet es sich an, dass das Trägerelement entlang der y-Achse eine grössere Ausdehnung aufweist als entlang der x-Achse.Then it makes sense that the carrier element has a greater extent along the y-axis than along the x-axis.

[0031] Einer der Roboterarme - insbesondere der Roboterarm, dessen primäre Erstreckungsrichtung in der Aufsicht betrachtet etwa entlang der Winkelhalbierenden des kleinsten Zwischenwinkels verläuft und/oder des Roboterarmes, derOne of the robot arms - in particular the robot arm, the primary direction of extension of which, viewed in plan, extends approximately along the bisector of the smallest intermediate angle and / or the robot arm which

CH 715 217 A2 kürzer ist als die beiden anderen Roboterarme - kann mit seiner Oberarmschwenkachse deutlich näher am kinematischen Zentrum angeordnet sein als die Oberarmachsen der beiden anderen Roboterarme.CH 715 217 A2 is shorter than the other two robot arms - can be arranged with its upper arm pivot axis much closer to the kinematic center than the upper arm axes of the other two robot arms.

[0032] Bei diesem Roboterarm befindet sich bezüglich des kinematischen Zentrums die Oberarmachse auf der dem zugehörigen Unterarm gegenüberliegenden Seite des kinematischen Zentrums oder die Oberarmachse dieses Roboterarmes schneidet das kinematische Zentrum.In this robot arm, with respect to the kinematic center, the upper arm axis is on the side of the kinematic center opposite the associated forearm, or the upper arm axis of this robot arm intersects the kinematic center.

[0033] Anders ausgedrückt verläuft das als Gerade ausgebildete kinematische Zentrum durch das Basis-Dreieck hindurch oder schneidet eine der Seiten dieses Basis-Dreieckes, welches durch die drei in der Regel in einer Ebene liegenden Oberarmachsen gebildet wird.In other words, the kinematic center formed as a straight line runs through the base triangle or intersects one of the sides of this base triangle, which is formed by the three upper arm axes which are generally in one plane.

[0034] Die Roboter-Basis, die meist als Platte ausgebildet ist, kann einen zu ihrem Umfang hin offenen Ausschnitt besitzen, der wenigstens teilweise oberhalb eines Roboterarmes - insbesondere des Roboterarmes, dessen primäre Erstreckungsrichtung in der Aufsicht betrachtet etwa entlang der Winkelhalbierenden des kleinsten Zwischenwinkels verläuft und/oder des Roboterarmes, der kürzer ist als die beiden anderen Roboterarme - angeordnet ist, so dass dieser bei einem Hochschwenken seines Oberarmes über die zur Basis-Ebene hinaus parallele Lage nicht mit der Roboter-Basis kollidiert, an deren Unterseite vorzugsweise alle drei Roboterarme befestigt sind.The robot base, which is usually designed as a plate, can have a cutout that is open to its circumference and that is at least partially above a robot arm - in particular the robot arm, the primary direction of extension of which, viewed from above, is approximately along the bisector of the smallest intermediate angle runs and / or the robot arm, which is shorter than the other two robot arms - is arranged so that when the upper arm is swung up beyond the position parallel to the base plane, it does not collide with the robot base, on the underside of which preferably all three Robotic arms are attached.

c) Ausführungsbeispiele [0035] Ausführungsformen gemäss der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:c) Embodiments [0035] Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:

Fig. 1a: einen gattungsgemässen, rotationssymmetrische Delta-Roboters in einer neutralen Mittellage in der Seitenansicht,1a: a generic, rotationally symmetrical delta robot in a neutral central position in a side view,

Fig. 1 b: den Roboter gemäss Fig. lain der Aufsicht von oben,1b: the robot according to FIG. 1ain, seen from above,

Fig. 2a: das Träger-Element aus Fig. 1 b in der Aufsicht auf die Träger-Ebene in einer vergrösserten2a: the carrier element from FIG. 1b in an enlarged view of the carrier plane

Detaildarstellung,Detailed illustration,

Fig. 2b: eine neue Bauform des Träger-Element aus Fig. 2a,2b: a new design of the carrier element from Fig. 2a,

Fig. 3a: eine anderes Träger-Element in der Aufsicht auf die Träger-Ebene,3a: another support element in the view of the support level,

Fig. 3b: einen zu dem Trägerelement aus Fig. 3a passenden Delta-Roboter in der Aufsicht auf dessen3b: a delta robot that matches the carrier element from FIG. 3a in a view of the latter

Basis-Ebene,Base plane

Fig. 3c, d: den Roboter gemäss Fig. 3b in perspektivischer Darstellung in hinsichtlich der Drehmomentund Energie-Zufuhr unterschiedlichen Bauformen.3c, d: the robot according to FIG. 3b in a perspective representation in different designs with regard to the torque and energy supply.

[0036] Der auch bei diesem erfindungsgemässen Industrie-Roboter 10 vorhandene Grundaufbau, in diesem Fall in Form eines sogenannten Delta-Roboters 10 aufgrund der vorhandenen drei Roboterarme 1, 2, 3, mit Parallelkinematik lässt sich am besten anhand der Fig. 1a, b, 2a erkennen:The basic structure also present in this industrial robot 10 according to the invention, in this case in the form of a so-called delta robot 10 due to the existing three robot arms 1, 2, 3, with parallel kinematics can best be described with reference to FIGS. 1a, b , 2a recognize:

[0037] Die drei unabhängig voneinander beweglichen, gesteuert antreibbaren, Roboterarme 1,2, 3, sind jeweils mit ihrem einen Ende schwenkbar um eine Oberarmachse 11 ', 12', 13' an einer - meist ortsfest montierten - Roboter-Basis 4 befestigt sind und mit ihren drei andere Enden gelenkig an einem Trägerelement 5.The three independently movable, controlled drivable, robot arms 1, 2, 3, are each pivotable at one end about an upper arm axis 11 ', 12', 13 'to a - usually stationary - mounted robot base 4 and with its three other ends articulated on a carrier element 5.

[0038] Die Roboterarme 1,2,3, bestehen dabei jeweils aus dem an der Roboter-Basis 4 gesteuert schwenkbar befestigten Oberarm 11, 12, 13 und einem, je zwei parallel zueinander verlaufende Unterarm-Stangen 21a, b, 22a, b, 23a, b, aufweisenden, Unterarm 21,22, 23, wobei die drei Antriebseinheiten in Form jeweils eines Rotationsantriebes 7, 8, 9 für das Verschwenken der Oberarme 11, 12, 13 an der Roboter-Basis 4 befestigt sind, während die Unterarme 21,22, 23 nicht aktiv von einem eigenen Motor angetrieben werden.The robot arms 1, 2, 3 each consist of the upper arm 11, 12, 13, which is pivotally fastened to the robot base 4 in a controlled manner, and one forearm rod 21a, b, 22a, b, which runs parallel to one another. 23a, b, forearm 21, 22, 23, the three drive units each being attached to the robot base 4 in the form of a rotary drive 7, 8, 9 for pivoting the upper arms 11, 12, 13, while the forearms 21 , 22, 23 are not actively driven by their own motor.

[0039] Die drei Paare von Unterarm-Stangen 21 a, b, 22 a, b, 23 a, b, bewirken eine räumliche Parallellogrammführung des Trägerelements 4, dessen Trägerelement-Ebene 5' unabhängig von seiner Positionierung im Raum somit immer parallel zur Basis-Ebene 4' liegt, während das besten die Fig. 4a, 4b zeigen.The three pairs of forearm poles 21 a, b, 22 a, b, 23 a, b, cause a spatial parallelogram of the support element 4, the support element level 5 ', regardless of its position in space, thus always parallel to the base Plane 4 'lies, while the best are shown in FIGS. 4a, 4b.

[0040] Hierfür sind die Oberarmachsen 11 ', 12', 13' nur einachsige Gelenke und die an den Unterarm-Stangen 21a, b, 22 a, b, 23 a, b, jeweils beidseits angeordneten Gelenke mehrachsige Gelenke, insbesondere Kardan-Gelenke, wie am besten in Fig. 3b zu erkennen.For this purpose, the upper arm axes 11 ', 12', 13 'are only single-axis joints and the multi-axis joints, in particular cardan joints, on the forearm rods 21a, b, 22a, b, 23a, b, joints arranged on both sides as best seen in Fig. 3b.

[0041] Dabei sind diese Unterarmgelenke an dem der Roboter-Basis 4 zugewandten Ende als basisseitige Unterarmgelenke 2iai, 2ibi, 22ai usw. bezeichnet und an dem Träger-Element 5 zugewandten Ende als trägerseitige Unterarmgelenke 2ia2, 2ib2. 22a2 usw. bezeichnet.These forearm joints on the end facing the robot base 4 are referred to as base-side forearm joints 2iai, 2ibi, 22ai etc. and on the end facing the support element 5 as support-side forearm joints 2ia2, 2ib2. 22a2 and so on.

[0042] Wie am besten in Fig. 2a zu erkennen, liegen die trägerseitigen Unterarmgelenke 2ia2, 2ib2, 22a2 usw. und ebenso deren Gelenkstrecken 24', 25', 26' zwischen je einem Paar 21 a2 und 21 b2, 22a2 und 22b2, 23a2 und 23b2, von trägerseitigen Unterarmgelenken 21 a2, 21 b2, 22a2 in einer gemeinsamen Ebene, der Träger-Ebene 5'. Die in dieserAs can best be seen in FIG. 2a, the forearm joints 2ia2, 2ib2, 22a2 etc. on the support side and also their joint distances 24 ', 25', 26 'lie between a pair of 21 a2 and 21 b2, 22a2 and 22b2, 23a2 and 23b2, of forearm joints 21 a2, 21 b2, 22a2 on the carrier side in a common plane, the carrier plane 5 '. The one in this

CH 715 217 A2CH 715 217 A2

Träger-Ebene 5' liegenden, auf den Gelenkstrecken 24', 25, 26 errichteten Mittelsenkrechten 14', 15', 16'treffen sich in einem Punkt, der als Trägerzentrum TZ bezeichnet wird.Beam level 5 'lying on the articulated sections 24', 25, 26, perpendicular bisectors 14 ', 15', 16 'meet at a point which is referred to as the beam center TZ.

[0043] Die Summe aller Positionen, die dieses Trägerzentrum TZ aufgrund der Dimensionierung und Anordnung der Bauteile des Roboters 10 erreichen kann, wird als mechanischer Arbeitsbereich 17 bezeichnet, der ein dreidimensionaler Arbeitsbereich ist und als Mittelpunkt 19 des Arbeitsbereiches wird der Mittelpunkt 19 der Projektion 18 des Arbeitsbereiches 17 auf die x-y-Ebene definiert. Insbesondere falls diese Projektion 18 eine geometrisch nicht bestimmte Form aufweist, kann als Mittelpunkt 19 der Schwerpunkt der Fläche dieser Projektion 18 gewählt werden.The sum of all positions that this carrier center TZ can reach due to the dimensioning and arrangement of the components of the robot 10 is referred to as a mechanical working area 17, which is a three-dimensional working area and as the center 19 of the working area, the center 19 of the projection 18 of the work area 17 defined on the xy plane. In particular if this projection 18 has a shape that is not geometrically determined, the center of gravity of the surface of this projection 18 can be selected as the center 19.

[0044] An einem solchen Delta-Roboter 10 ist üblicherweise ein Roboter-Koordinatensystem wie folgt definiert:A robot coordinate system is usually defined as follows on such a delta robot 10:

[0045] - Mindestens zwei, meist alle drei, der Oberarmachsen 11', 12'13' und/oder mindestens vier, meist alle sechs, der trägerseitigen Gelenke an dem Trägerelement 5 liegen jeweils in einer gemeinsamen Ebene, der Basis-Ebene 4' einerseits und der Träger-Ebene 5' andererseits, welche parallel zueinander liegen und die Ausrichtung der x-y-Ebene festlegen, wobei die z-Richtung hierauf senkrecht steht.- At least two, usually all three, the upper arm axes 11 ', 12'13' and / or at least four, usually all six, of the joints on the support side of the support element 5 each lie in a common plane, the base plane 4 ' on the one hand and the carrier plane 5 'on the other hand, which are parallel to each other and define the orientation of the xy plane, the z direction being perpendicular to this.

[0046] Als kinematisches Zentrum KZ wird eine Gerade bezeichnet, die parallel zur z-Richtung verläuft und die Schnittlinie dreier Ebenen ist, die durch die Mitten der Verbindungsstrecken 24, 25, 26 der Paare von Basis-seitigen Unterarm Gelenken und lotrecht zu diesen verläuft.A kinematic center KZ is a straight line that runs parallel to the z-direction and is the intersection of three planes that runs through the middle of the connecting lines 24, 25, 26 of the pairs of base-side forearm joints and perpendicular to them ,

[0047] Als konkrete Lage der z-Achse wird dieses kinematisches Zentrum KZ festgelegt, und als Ursprung des RoboterKoordinatensystems der Schnittpunkt des kinematisches Zentrums KZ mit der Basis-Ebene 4'.This kinematic center KZ is defined as the concrete position of the z-axis, and the intersection of the kinematic center KZ with the base plane 4 'as the origin of the robot coordinate system.

[0048] An dem Trägerelement 4 wird der für die jeweilige Arbeitsaufgabe benötigte Endeffektor, beispielsweise ein Werkzeug in Form des in Fig. 4a, 4b angedeuteten Saugers 27 als Greifer zum Ergreifen von Produkten P durch Ansaugen befestigt, der zu diesem Zweck in aller Regel von dem Trägerelement 5 aus nach unten abstrebt.The end effector required for the respective work task, for example a tool in the form of the suction device 27 indicated in FIGS. 4a, 4b, is attached to the carrier element 4 as a gripper for gripping products P by suction, which is usually used for this purpose by the support element 5 strives downwards.

[0049] Ein solcher Delta-Roboter ist in Fig. 1a, 1b, 2a in der häufigen, symmetrischen Bauform dargestellt, in die drei Oberarmachsen 11 ', 12' 13' ein gleichseitiges Dreieck bilden, welches also drei gleich grosse Zwischenwinkel aufweist, und das gleiche für die Gelenksstrecken 24, 25,26 zwischen den trägerseitigen Unterarm-Gelenken gilt, wie in Fig. 1 b und für das Trägerelement 5 in Fig. 2a zu erkennen.Such a delta robot is shown in Fig. 1a, 1b, 2a in the common, symmetrical design, in the three upper arm axes 11 ', 12' 13 'form an equilateral triangle, which thus has three equal intermediate angles, and the same applies to the joint sections 24, 25, 26 between the forearm joints on the support side, as can be seen in FIG. 1b and for the support element 5 in FIG. 2a.

[0050] Fig. 3a zeigt dagegen ein Trägerelement 5, bei dem zwei Gelenksstrecken 25,26 in einem geringen Zwischenwinkel a1 von weniger als 25° zueinander stehen, dessen Winkelhalbierende 20 als x-Richtung des Roboter-Koordinatensystems festgelegt wird und bei dem die dritte Gelenksstrecke 24 der trägerseitigen Unterarm-Gelenke auch deutlich grösser ist als die beiden anderen, gleichgrossen, Gelenkstrecken 25, 26.3a shows a carrier element 5, in which two joint sections 25, 26 are at a small intermediate angle a1 of less than 25 ° to one another, the bisector 20 of which is defined as the x-direction of the robot coordinate system and in which the third Joint section 24 of the forearm joints on the support side is also significantly larger than the two other joint sections 25, 26 of the same size.

[0051] Das Trägerelement 5 besitzt daher eine längliche, etwa rechteckige Form.The carrier element 5 therefore has an elongated, approximately rectangular shape.

[0052] Einen zu dem Trägerelement 5 der Fig. 3a passenden, nur noch zurx-z-Ebene symmetrischen, Delta-Roboter 10 zeigt Fig. 3b in der Aufsicht von oben auf die Roboter-Basis 4 sowie die Fig. 3c und 3d in perspektivischen Darstellung mit etwas unterschiedlichen Ausgestaltungen.A top view of the robot base 4 and the FIGS. 3c and 3d in FIG. 3b shows a delta robot 10 that matches the carrier element 5 of FIG. 3a and is only symmetrical about the x-z plane perspective view with slightly different configurations.

[0053] Hinsichtlich der erfindungsgemässen Merkmale zeigt Fig. 2a zunächst die bekannte Bauform eines Trägerelementes 5, bei dem im Trägerzentrum TZ an der Unterseite die Befestigungsvorrichtung 19 zum Befestigen des Endeffektors angeordnet ist, und fluchtend darüber auf der Oberseite die Kupplung 27 zum Befestigen eines von der Roboter-Basis herangeführten Übertragungselementes 30, wie in Fig. 1a dargestellt.With regard to the features according to the invention, Fig. 2a first shows the known design of a carrier element 5, in which the fastening device 19 for fastening the end effector is arranged on the underside in the carrier center TZ, and flush above it on the top, the coupling 27 for fastening one of the robot base brought up transmission element 30, as shown in Fig. 1a.

[0054] Der Anschluss 32 für eine Zufuhrleitung für Energie ist dagegen abseits der Befestigung Vorrichtung 19 und auch der Kupplung 27 angeordnet, und zwar abseits des Träger-Zentrums TZ.The connection 32 for a supply line for energy, on the other hand, is arranged apart from the fastening device 19 and also the coupling 27, specifically away from the carrier center TZ.

[0055] Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäss in Fig. 2b gerade der Anschluss 32 im Träger-Zentrum angeordnet und die Kupplung 27 abseits davon. Zusätzlich ist der Anschluss 32 von einem Element 31 wie etwa einem Schlauch umgeben.In contrast to this, according to the invention, the connection 32 is just arranged in the carrier center in FIG. 2b and the coupling 27 is located apart therefrom. In addition, the connection 32 is surrounded by an element 31 such as a hose.

[0056] Die gleiche Anordnung findet sich auch bei der länglichen rechteckigen Trägerelement 5 in Fig. 3a wieder:The same arrangement can also be found in the elongated rectangular support element 5 in FIG. 3a:

[0057] Im Träger-Zentrum TZ ist der Anschluss 32 für die Zufuhrleitung 29 für Energie angeordnet, während die Kupplung 27 zum Ankurbeln eines Übertragungselementes 30 abseits davon angeordnet ist. Deshalb ist die Kupplung 27 über einen Riementrieb 33 mit einem Ritzel wirkverbunden, welches konzentrisch um das Trägerzentrum TZ herum angeordnet ist und wirkverbunden ist mit der im Trägerzentrum TZ, jedoch nach unten abragenden Befestigungsvorrichtung 19 für den Endeffektor 7.In the carrier center TZ, the connection 32 for the supply line 29 for energy is arranged, while the clutch 27 for cranking a transmission element 30 is arranged apart therefrom. For this reason, the coupling 27 is operatively connected via a belt drive 33 to a pinion which is arranged concentrically around the carrier center TZ and is operatively connected to the fastening device 19 for the end effector 7 which projects downwards in the carrier center TZ.

[0058] Auch in Fig. 3c ist zu erkennen, dass sich der Anschluss 32 für die Zufuhr Leitung 29 im Träger-Zentrum TZ des Trägerelementes 5 befindet, die Antriebswelle 30 dagegen seitlich hierzu versetzt..3c that the connection 32 for the feed line 29 is located in the carrier center TZ of the carrier element 5, while the drive shaft 30 is laterally offset from this.

[0059] In dieser Fig. 3c ist ferner zu erkennen, dass die Zufuhrleitung 29 im Inneren eines-Schlauches 31 aufgenommen ist, welcher zwischen der Roboter-Basis 4 und dem Trägerelement 5 verläuft.3c it can also be seen that the feed line 29 is received in the interior of a hose 31 which runs between the robot base 4 and the carrier element 5.

[0060] Fig. 3d zeigt dagegen eine Lösung, bei der die Antriebswelle 30 für die Drehmomentübertragung in einer Kupplung 27 endet, die im Trägerzentrum TZ des Trägerelementes 5 angeordnet ist, dabei jedoch die Antriebswelle 30 insofern als Führung für die Zufuhrleitung 29 dient, als die Zufuhrleitung 29 in mindestens einer Windung helixförmig lose um die Antriebswelle 30 herum gewunden ist, um dadurch zu starke Ausbuchtungen der Zufuhrleitung 29 zur Seite zu verhindern, wenn der Abstand zwischen dem Trägerelement 5 und der Roboter-Basis 4 verringert wird.3d, on the other hand, shows a solution in which the drive shaft 30 for the torque transmission ends in a clutch 27 which is arranged in the carrier center TZ of the carrier element 5, but in this case the drive shaft 30 serves as a guide for the feed line 29 as the feed line 29 is loosely helically wound around the drive shaft 30 in at least one turn, thereby preventing the feed line 29 from bulging too much to the side when the distance between the carrier element 5 and the robot base 4 is reduced.

CH 715 217 A2CH 715 217 A2

BEZUGSZEICHENLISTE [0061]REFERENCE SIGN LIST [0061]

1 1 Roboterarm robot arm 2 2 Roboterarm robot arm 3 3 Roboterarm robot arm 4 4 Roboter-Basis Robot base 4' 4 ' Basis-Ebene Base level 5 5 Trägerelement support element 5* 5 * Träger-Ebene Carrier level 6 6 Endeffektor, Sauger End effector, sucker 7 7 Rotationsantrieb rotary drive 8 8th Rotationsantrieb rotary drive 9 9 Rotationsantrieb rotary drive 10 10 Industrie-Roboter, Roboter Industrial robots, robots 11 11 Oberarm upper arm 11' 11 ' Oberarmachse humeral shaft 12 12 Oberarm upper arm 12' 12 ' Oberarmachse humeral shaft 13 13 Oberarm upper arm 13' 13 ' Oberarmachse humeral shaft 14 14 Mittelsenkrechte Perpendicular bisector 15 15 Mittelsenkrechte Perpendicular bisector 16 16 Mittelsenkrechte Perpendicular bisector 17 17 Arbeitsbereich Workspace 18 18 Projektion des Arbeitsbereichs Projection of the work area 19 19 Befestigungsvorrichtung fastening device 20 20 Winkelhalbierende bisecting 21 21 Unterarm forearm 21a, b 21a, b Unterarm-Stange Underarm rod 21a1 21a1 antriebsseitiges Unterarmgelenk forearm joint on the drive side 21 a2 21 a2 trägerseitiges Unterarmgelenk support arm joint 22 22 Unterarm forearm 22a, b 22a, b Unterarm-Stange Underarm rod 22a 1 22a 1 antriebsseitiges Unterarmgelenk forearm joint on the drive side 22a2 22a2 trägerseitiges Unterarmgelenk support arm joint 23 23 Unterarm forearm

CH 715 217 A2CH 715 217 A2

23a, b 23a, b Unterarm-Stange Underarm rod 23a 1 23a 1 antriebsseitiges Unterarmgelenk forearm joint on the drive side 23a2 23a2 trägerseitiges Unterarmgelenk support arm joint 24 24 Verbindungsstrecke link 25 25 Verbindungsstrecke link 26 26 Verbindungsstrecke link 24' 24 ' Gelenkstrecke hinge line 25' 25 ' Gelenkstrecke hinge line 26' 26 ' Gelenkstrecke hinge line 27 27 Kupplung clutch 28 28 Ausschnitt neckline 29 29 Zufuhrleitung supply line 30 30 Antriebswelle drive shaft 31 31 Führungselement guide element 32 32 Anschluss connection 33 33 Riementrieb belt drive α1, α2, a3 α1, α2, a3 Zwischenwinkel intermediate angle TZ TZ Träger-Zentrum Support center KZ concentration camp kinematisches Zentrum kinematic center

Claims

claims

1. Industrial robot with parallel kinematics

a) a robot base,

b) a carrier element which can accommodate an end effector,

c) at least two movable robot arms,

d) each robot arm having an upper arm movably attached to the robot base and a forearm movably arranged on the upper arm,

e) wherein each forearm has two parallel forearm rods and each forearm rod is movably connected to the upper arm via a drive-side forearm joint and is movably connected to the carrier element via a forearm joint on the carrier side,

f) the centers of the forearm joints on the support side of all forearm rods lie in a common support element plane which runs perpendicular to a z-axis of a robot coordinate system and parallel to one through an x-axis and a y-axis of the robot coordinate system spanned xy plane,

g) a fastening device for coupling an end effector, in particular on the underside, is present on the carrier element,

h) a coupling for coupling a transmission element, in particular a drive shaft, is present on the carrier element, in particular on the upper side, characterized in that

I) offset to the side in addition to the fastening device for coupling the transmission element, there is at least one connection with an attached feed line for one type of energy,

k) in the top view of the carrier element level, the fastening device for the end effector is arranged away from, ie not in alignment with, the coupling for the transmission element.

2. Industrial robot according to claim 1, characterized in that

the center perpendiculars lying in the plane of the carrier element intersect on the articulation paths of the centers of the two forearm joints of the robot arms on the carrier side in a center of the carrier element (TZ),

- viewed in the supervision of the carrier element level

CH 715 217 A2

either the connection is arranged closer to the carrier center (TZ) than the fastening device, in particular the connection is arranged in the carrier center (TZ),

- Or the fastening device is arranged closer to the carrier center (TZ) than the connection, in particular the fastening device is arranged in the carrier center (TZ).

3. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that the feed line is wound around the transmission element, in particular the drive shaft.

4. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that the feed line in a vertical arrangement in the unloaded initial state has a helix shape, in particular with a pitch angle with respect to the axial direction of the helix of more than 60 °, better than 70 °, better more than 80 °.

5. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

the at least one feed line is guided in a guide cage or guide tube that runs in the area between the robot base and the carrier element and that is length-adjustable in its direction of extension, in particular,

- The guide cage or guide hose is attached to the robot base and / or on the carrier element and / or on the transmission element.

6. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

- The upper arms are either linearly attached to the robot base or

- The upper arm are pivotally attached to the robot base, the upper arm axes of the three robot arms spanning a triangle in a projection onto the x-y plane.

7. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that the drives for moving the upper arms are arranged on the robot base.

8. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that the industrial robot has three robot arms.

(1 angle between the joints very small)

9. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

- stretch the joint sections extending between 2 girdle-side forearm joints to form a straight triangle in the girder plane,

one of the intermediate angles of the support triangle is less than 25 °, in particular the angle is less than 20 °, preferably less than 18 °, particularly preferably less than or equal to 16 °.

10. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

the bisector of the angle runs through the smallest of the three between angles parallel to the x-axis of the robot coordinate system,

the y-axis is perpendicular to the x-axis and perpendicular to the z-axis,

- In particular, the other two intermediate angles are the same size and the robot is built symmetrically to the x-z plane.

11. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

- The two upper arm axes, which limit the smallest of the three angles, run in a common base plane, which is the x-y plane, and that the intersection of the z axis with this x-y plane corresponds to the zero value of the z axis

- In particular the upper arm axes of all three robot arms lie in a common base plane.

(Distance forearm poles)

12. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

in one of the robot arms the distance between the centers of the forearm joints on the drive side and / or the forearm joints on the support side is greater than in the case of the other two robot arms,

- In particular that in the first robot arm the distance is greater than in the second robot arm and in the third robot arm and

- The distance between the second and third robot arms is the same.

13. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

in the case of one of the robot arms, the distance between the connecting section of the forearm joints on the drive side and / or the joint section on the carrier-side forearm joints is smaller than in the case of the other two robot arms,

- In particular that the distance a is in the first robot arm than in the second robot arm and in the third robot arm and

- The distance between the second and third robot arm is the same.

14. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier element along the y-axis has a greater extent than along the x-axis.

CH 715 217 A2 (kinematic center)

15. Industrial robot according to one of the preceding claims, characterized in that

- The kinematic center is a straight line parallel to the z-axis, in which the three planes intersect, each of which runs through the center of the connecting section of the centers of the two drive-side forearm joints of a robot arm and perpendicular to this connecting section and

- The intersection of the kinematic center with the base plane of the zero point of the z-axis and in particular the zero point of the x-y-z robot coordinate system.

CH 715 217 A2

prior art

CH 715 217 A2

CXI

X

CH 715 217 A2

22a2

17, 18

CH 715 217 A2