DE10007831C1 - Work chamber with automatically sealed insertion opening for robot manipulator arm using inflatable sealing element - Google Patents
Work chamber with automatically sealed insertion opening for robot manipulator arm using inflatable sealing elementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Arbeitskammer mit einer automa tisch abdichtbaren Durchführung für einen in die Arbeitskam mer eingreifenden Manipulatorarm.The invention relates to a working chamber with an automa table sealable bushing for one in the work room intervening manipulator arm.
In vielen Bereichen der industriellen Fertigung werden auto matisch steuerbare Handhabungsgeräte (Manipulatoren) einge setzt, um bei Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren Werkstücke automatisch zu- und abzuführen. Für die Bestückung von Maschinen haben sich Portalroboter bewährt, die linear, in kartesischen Koordinaten verfahrbar sind, so dass Positio nieraufgaben einfach berechnet und unter schneller Beschleu nigung ausgeführt werden können. Schwierig ist jedoch der Einsatz solcher Portalroboter bei Bearbeitungszentren, die gegenüber der Umgebung durch eine Arbeitskammer abgeschottet sind, beispielsweise Lackierkabinen oder Strahlkammern. Um den Manipulator vor Verschmutzungen und/oder Beschädigungen zu schützen, ist es erforderlich, diesen außerhalb der Ar beitskammer anzuordnen und nur einzelne Glieder, beispiels weise den Greifer für das Werkstück, in die Kammer hineinragen zu lassen. Zugleich muss aber an der Durchführungsstelle der Austritt von Verunreinigungen aus der Kammer heraus durch Dichtungen verhindert werden.In many areas of industrial manufacturing, auto matically controllable handling devices (manipulators) implements in machine tools and machining centers Automatically feed and discharge workpieces. For the assembly gantry robots of machines that are linear, can be moved in Cartesian coordinates, so that position kidney tasks easily calculated and with fast acceleration can be carried out. However, it is difficult Use of such portal robots in machining centers that sealed off from the environment by a working chamber are, for example painting booths or blasting chambers. Around the manipulator from dirt and / or damage To protect it, it is necessary to protect it outside the ar beitskammer arrange and only individual links, for example as the gripper for the workpiece protrude into the chamber allow. At the same time, however, at the implementation point the escape of contaminants from the chamber Seals can be prevented.
Aus der US 4 882 881 ist eine Positioniervorrichtung bekannt, die an der Oberseite einer abgeschlossenen Kammer verfährt und von außen in diese eingreift, so dass Werkstücke inner halb der Kammer positioniert werden können. Um bei einer Be wegung der Positioniervorrichtung während der laufenden Werk stückbearbeitung den Austritt von Partikeln aus der Arbeits kammer in die Umgebung zu unterbinden, sind sehr aufwendige Dichtungsanordnungen vorgesehen. Die Positioniervorrichtung und die zugehörigen Dichtungsanordnungen sind jedoch nur in zwei Richtungen verfahrbar, so dass Positionierungen nicht in beliebiger Orientierung des Werkstücks im Raum ausgeführt werden können.A positioning device is known from US Pat. No. 4,882,881. which moves on the top of a closed chamber and engages them from the outside, so that workpieces inside can be positioned half of the chamber. In order for a Be Movement of the positioning device while the plant is running piece machining the exit of particles from the work To prevent the chamber from entering the surroundings is very time-consuming Sealing arrangements are provided. The positioning device and the associated seal arrangements are only in movable in two directions so that positioning is not in any orientation of the workpiece in space can be.
In der industriellen Fertigung werden auch Manipulatoren ein gesetzt, um während der Bearbeitung in abgeschirmten Arbeits kammern einzelne Werkstücke zu halten und/oder zu führen, wenn der Aufenthalt in diesen Arbeitskammern für Menschen ge sundheitsgefährdend oder aus sonstigen Gründen nicht ange zeigt ist. Mit mehrachsigen Manipulatoren ist es möglich, das Werkstück entlang einer räumlichen Bahn zu führen und dabei außerdem während der Bewegung die Orientierung des Werk stücks, z. B. in Bezug auf eine Strahl- oder Lackierdüse, zu verändern. Für die Führung von Werkstücken im Wirkungsbereich von Lackierdüsen, Strahlvorrichtungen für die abrasive Ober flächenbehandlung oder dergleichen haben sich Industrierobo ter mit einer 6-Achsen-Knickarm-Kinematik bewährt, die drei Knickachsen und drei Rotationsachsen umfasst. Mit einer sol chen Kinematik kann jeder Punkt im Arbeitsraum des Industrieroboters mit beliebiger räumlicher Orientierung der End achse angefahrenen werden.Manipulators are also used in industrial production set to work in shielded during editing chambers to hold and / or guide individual workpieces, if staying in these chambers of work for people not hazardous to health or for other reasons shows is. With multi-axis manipulators it is possible to do that Guide the workpiece along a spatial path while doing so also the orientation of the work during the movement pieces, e.g. B. in relation to a jet or paint nozzle change. For guiding workpieces in the effective area of painting nozzles, blasting devices for the abrasive surface Surface treatment or the like have become industrial robots proven with 6-axis articulated kinematics, the three Includes articulated axes and three axes of rotation. With a sol Every point in the work area of the industrial robot can achieve kinematics with any spatial orientation the end axis are approached.
Aus der DD 234 823 A1 ist eine Strahlkammeranordnung bekannt, bei der eine Strahldüse mittels eines sechsachsigen Indu strieroboters geführt wird und auf ein stationär gehaltenes Werkstück wirkt, das auf einem verfahrbaren Wagen gehalten ist. Die Düse kann aufgrund der sechs Freiheitsgrade des In dustrieroboters beliebig in der Arbeitskammer positioniert werden, so dass die Werkstücke von allen Seiten behandelt werden können. Die Automatisierung ermöglicht einen großen Durchsatz. Nachteilig ist hier jedoch, dass die Anlage nicht für das großflächige Strahlen mit Schleuderrädern geeignet ist, da diese nur stationär betrieben werden können und schon aufgrund ihres hohen Gewichtes nicht für eine Positionierung mittels eines Manipulators geeignet sind. Da der Roboter durch eine fest montierte, jalousettenartige Dichtung gegen über der Arbeitskammer abgeschirmt ist, ist es bei dieser An lage wegen der nicht lösbaren Dichtung nicht möglich, das Werkstück mit dem Industrieroboter in die Kammer einzubrin gen, darin zu führen und wieder herauszunehmen.A blasting chamber arrangement is known from DD 234 823 A1, in which a jet nozzle by means of a six-axis indu strieroboters is guided and held on a stationary Workpiece acts that is held on a movable carriage is. Due to the six degrees of freedom of the In industrial robots positioned anywhere in the working chamber so that the workpieces are treated from all sides can be. Automation enables a big one Throughput. The disadvantage here is that the system is not suitable for blasting with large blast wheels is because they can only be operated stationary and already not for positioning due to its heavy weight are suitable by means of a manipulator. Because the robot with a fixed, jalousette-like seal against is shielded above the working chamber, it is with this type was not possible because of the non-releasable seal Bring the workpiece into the chamber with the industrial robot to lead in and take out.
Eine weitere Anlage dieser Art ist in der US 6 004 190 A offen bart. Auch hier ist der von außen in die abgeschottete Ar beitskammer eingreifende Industrieroboter, der eine Strahldü se führt, durch eine flexible, aber fest montierte Dichtung mit der Wandung der Arbeitskammer verbunden. Es können somit keine Werkstucke mit dem Industrieroboter in die Arbeitskam mer eingebracht und herausgeholt werden.Another system of this type is open in US 6 004 190 A. beard. Here, too, is the partitioned off from the outside industrial robot intervening, a jet nozzle leads through a flexible but firmly installed seal connected to the wall of the working chamber. So it can no workpieces with the industrial robot in the workroom always brought in and taken out.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Arbeitskammer mit ei ner Durchführung anzugeben, durch die hindurch ein Manipula torarm in die Kammer eingreifen kann, wobei die Durchführung vor Beginn des Arbeitsbetriebs in der Kammer automatisch so abdichtbar ist, dass ein Austritt von Partikeln aus der Ar beitskammer während des Betriebs verhindert wird.The task therefore arises of creating a working chamber with an egg Specify an implementation through which a manipulator can intervene in the chamber, the implementation so automatically before starting work in the chamber is sealable that an escape of particles from the Ar beitskammer is prevented during operation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Arbeitskammer mit einer
automatisch abdichtbaren Durchführung für einen in die Ar
beitskammer eingreifenden Manipulatorarm, mit
This object is achieved by a working chamber with an automatically sealable bushing for a manipulating arm engaging in the working chamber, with
- - wenigstens einer mit einer Ausnehmung versehenen Ar beitskammerwandung;- At least one ar provided with a recess working chamber wall;
- - einem Durchführungsrohr, das in die Ausnehmung in der Ar beitskammerwandung eingesetzt ist und mit dieser verbunden ist;- A feed-through tube that fits into the recess in the ar beitskammerwandung is used and connected to this is;
- - einem hohlen, über ein Ventil mit Druckgas beaufschlagba ren flexiblen Dichtungselement, das mittels seiner wenigs tens einen innenliegenden Ausnehmung dichtend auf einen Manipulatorarm aufzuziehen ist und das eine den Manipula torarm vollumfänglich umhüllende Wandung aufweist, welche bei Beaufschlagung des Dichtungselements mit Druckgas an die Innenwandung des Durchführungsröhrenelements anlegbar ist.- A hollow, pressurized gas via a valve ren flexible sealing element, which by means of its little tens an inner recess sealing to one Manipulator arm is to be opened and one is the manipulator has a wall encircling the entire circumference of the door arm, which when pressurized gas is applied to the sealing element the inner wall of the feed-through tube element can be applied is.
Nachfolgend ist unter einem Torus ein Körper zu verstehen, der durch Rotation eines kreisförmigen Querschnitts entlang einer Kreisbahn definiert ist.In the following, a torus means a body by rotating a circular cross-section along a circular path is defined.
Unter einem Halbtorus soll ein Körper verstanden werden, der bei einem Torus in der Ebene der Kreisbahn ausgeführten Schnitt einen ringförmigen Körper mit halbkreisförmigem Quer schnitt ergibt.A half torus is to be understood as a body that with a torus in the plane of the circular path Cut an annular body with a semicircular cross cut results.
Als Durchführungsrohr wird ein länglicher Körper mit einem kreisförmigen, ellipsoiden oder polygonalen Querschnitt be zeichnet.An elongated body with a circular, ellipsoidal or polygonal cross section draws.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäß Arbeitskammer ist insbe sondere, dass automatisch, also ohne Montagetätigkeiten oder andere manuelle Eingriffe, eine sichere Abdichtung des Manipulatorarms in der Durchführung hergestellt und wieder gelöst werden kann. Dabei kann der Manipulatorarm während des Be triebs unter Beibehaltung der Abdichtung innerhalb der Durch führung bewegt werden.The working chamber according to the invention is particularly advantageous special that automatically, that is without assembly work or other manual interventions, secure sealing of the manipulator arm produced in the implementation and solved again can be. The manipulator arm can be used during loading drives while maintaining the seal within the through leadership to be moved.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Arbeitskammer können einzelne Werkstücke in die Arbeitskammer eingebracht werden. Die Abdichtung kann, unmittelbar bevor der Arbeitsvorgang in der Kammer beginnt, automatisch bewirkt werden, beispielswei se über eine Programmablaufsteuerung, die eine pneumatisches Ventil öffnet und so Druckgas in das Dichtungselement einlei tet, wodurch das flexible Dichtungselement aufgeblasen wird und sich von innen an das Durchführungsrohr anlegt. Ein Ein griff von Bedienpersonal ist nicht erforderlich.With the design of the working chamber according to the invention individual workpieces are brought into the working chamber. The seal may be in immediately before the operation the chamber begins to be effected automatically, for example se via a program sequence control, which is a pneumatic Valve opens and so pressurized gas into the sealing element tet, whereby the flexible sealing element is inflated and attaches itself to the feed-through tube from the inside. An on Grip by operating personnel is not necessary.
Nach Beendigung des Arbeitsvorgangs in der Kammer kann die Abdichtung an dem Durchführungsrohr automatisch wieder gelöst werden, so dass der Manipulatorarm frei beweglich ist und mit dem Werkstück aus der Kammer heraus bewegt werden kann.After completing the work in the chamber, the Sealing on the feed-through pipe is automatically released again be so that the manipulator arm is freely movable and with the workpiece can be moved out of the chamber.
Von Vorteil ist auch, dass der Manipulatorarm nicht unbedingt
koaxial zu dem Durchführungsrohr angeordnet sein muss und zu
dem innerhalb dessen verschoben werden kann, so dass die Lage
des Manipulatorarms in dem Durchführungsrohr nicht exakt de
finiert oder justiert sein muss. Die Arbeitskammer der Erfin
dung ermöglicht noch während des Arbeitsbetriebs in der Kam
mer eine Bewegung des in dem Durchführungsrohr abgedichtet
liegenden Manipulatorarms in bis zu fünf Freiheitsgraden,
nämlich:
It is also advantageous that the manipulator arm does not necessarily have to be arranged coaxially to the feed-through tube and to which it can be shifted, so that the position of the manipulator arm in the feed-through tube does not have to be exactly defined or adjusted. The working chamber of the invention enables the manipulator arm, which is sealed in the feed-through tube, to move in up to five degrees of freedom, namely:
- - eine translatorische Bewegung parallel zur Achse des Durchführungsrohrs,- A translational movement parallel to the axis of the Feed-through tube,
- - eine Rotation um die Längsachse des Manipulatorarms, A rotation around the longitudinal axis of the manipulator arm,
- - eine zweidimensionale Verschiebung der Längsachse des Ma nipulatorarms gegenüber der Achse des Durchführungsrohrs, in der Querschnittsebene des Durchführungsrohrs, sowie- a two-dimensional displacement of the longitudinal axis of the Ma low in nipulator relative to the axis of the feed-through tube, in the cross-sectional plane of the feed-through tube, as well
- - eine Neigung des Manipulatorarms gegenüber der Mittelachse des Durchführungsrohrs.- An inclination of the manipulator arm with respect to the central axis of the feed-through tube.
Da nur das Endglied des Manipulators in die Kammer eingreifen braucht, können wichtige Baugruppen des Manipulators, die auch die elektrischen Antriebe enthalten, außerhalb der Kam mer und damit außerhalb des Schmutzbereichs angeordnet sein.Since only the end link of the manipulator engages in the chamber important assemblies of the manipulator that also included the electric drives outside the Kam mer and thus be arranged outside the dirt area.
Erfindungswesentlich ist, dass das Dichtungselement zum einen wenigstens eine innere Ausnehmung aufweist, so dass das Dich tungselement auf den Manipulatorarm aufziehbar ist und Mani pulatorarm und Dichtungselement hierdurch schmutzdicht ver bunden sind. Zum anderen ist vorgesehen, dass das Dichtungs element hohl ist und über ein Ventil mit Druckgas beispiels weise Druckluft, aufblasbar ist. Solange das Gas aus dem durch das Dichtungselement gebildeten Hohlkörper abgelassen ist, kann der Manipulatorarm mit dem schlaffen Dichtungsele ment einfach durch das Durchführungsrohr geführt werden. Da nach wird das Dichtungselement durch Druckbeaufschlagung in seinem Volumen erweitert, bis es an das Durchführungsrohr an gepresst wird.It is essential to the invention that the sealing element on the one hand has at least one inner recess, so that you tion element on the manipulator arm and Mani low in pulverizer and sealing element thereby ver dirt-tight are bound. On the other hand, it is provided that the seal element is hollow and for example via a valve with compressed gas wise compressed air, is inflatable. As long as the gas from the drained by the sealing element formed hollow body the manipulator arm with the flaccid sealing element ment simply through the feed-through tube. There after the sealing element is pressurized into its volume expands until it attaches to the grommet is pressed.
In einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungs form ist das Dichtungselement torusförmig nach Art eines Schwimmreifens.In a particularly simple and inexpensive version shape is the sealing element toroidal in the manner of a Floating tire.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungselement röhrenförmig und besteht aus einem Außenschlauch, einem vor derseitigen Halbtorus, einem rückseitigen Halbtorus und einem dichtend auf den Manipulatorarm aufziehbaren Innenschlauch, wobei jeweils der Außenumfang des Halbtorus mit einem Ende des Außenschlauchs verbunden ist und jeweils der Innenumfang ist. Das flexible Dichtungselement hat, wenn es aufgepumpt zwischen Manipulatorarm und Durchführungsrohr liegt, die Form einer doppelwandigen Röhre. Vorteilhaft ist hierbei, dass sich eine längliche Form ergibt, wodurch die Berührungsfläche zwischen Durchführungsrohr und Dichtungselement erweitert und die Dichtwirkung, insbesondere bei Bewegungen des Manipula torarms in dem Durchführungsrohr verbessert ist.In a further embodiment, the sealing element tubular and consists of an outer tube, a front the back half torus, a back half torus and one sealing inner hose that can be pulled onto the manipulator arm, where the outer circumference of the half torus with one end of the outer tube and the inner circumference is. The flexible sealing element has when inflated lies between the manipulator arm and the feed-through tube, the shape a double-walled tube. The advantage here is that an elongated shape results, whereby the contact surface between bushing and sealing element expanded and the sealing effect, especially when manipulating the manipulator Torarms is improved in the feedthrough tube.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dichtungselement röhrenförmig aus einem Außenschlauch, einem vorderseitigen Halbtorus, einem rückseitigen Halbtorus und zwei auf den Ma nipulatorarm dichtend aufziehbaren Ringflanschen gebildet, wobei der Außenschlauch endseitig jeweils mit dem Außenumfang des Halbtorus verbunden ist und jeweils der Innenumfang des Halbtorus an einem Ringflansch befestigt ist. Auch hier be steht eine erhöhte Dichtwirkung. Die starre Verbindung des Dichtelements mit dem Manipulatorarm über die Ringflansche verhindert außerdem, dass das Dichtungselement durch die Be wegungen des Manipulatorarms im fortwährenden Betrieb abge streift wird.In a preferred embodiment, the sealing element tubular from an outer tube, a front Half torus, a rear half torus and two on the Ma Ring flanges that can be sealed with a low nipulator, the outer tube ends with the outer circumference of the half torus and the inner circumference of the Half torus is attached to a ring flange. Here too there is an increased sealing effect. The rigid connection of the Sealing element with the manipulator arm over the ring flanges also prevents that the sealing element by the Be movements of the manipulator arm in continuous operation grazes.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der das Durch führungsrohr wenigstens eine in Richtung des Inneren der Ar beitskammer gerichtete Spüldüse und/oder Gasdüse aufweist. Die Spüldüse kann mit Flüssigkeiten und die Gasdüse mit Druckluft betrieben werden. Nach dem Ablassen des Gases aus dem Dichtungselement entsteht ein lichter Ringspalt zwischen dem Außenumfang des Dichtungselements und dem Innenumfang des Durchführungsrohrs. Verunreinigungen, die während des Be triebs bis in diesen Ringspalt eingedrungen sind, können mit der wenigstens einen Düse in die Kammer zurückgeblasen oder -gespült werden. An embodiment in which the through is also advantageous guide tube at least one towards the inside of the ar beitskammer directed flushing nozzle and / or gas nozzle. The flushing nozzle can be used with liquids and the gas nozzle with Compressed air can be operated. After releasing the gas the sealing element creates a clear annular gap between the outer circumference of the sealing element and the inner circumference of the Duct. Contamination that occurs during loading drives have penetrated into this annular gap, can with the at least one nozzle is blown back into the chamber or - be rinsed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Un teransprüchen sowie den nachfolgend erläuterten Beispielen zu entnehmen.Further advantageous configurations are the further Un claims and the examples explained below remove.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:The invention is described below with reference to the drawing described in more detail. The individual shows:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer Strahlkammer mit einem von außen eingreifenden Industrieroboter in seitli cher Schnittansicht; Fig. 1 shows a section of a jet chamber having a cher externally engaging industrial robot in seitli sectional view;
Fig. 2a eine automatisch abdichtbare Durchführung in der Arbeitskammer mit einem darin eingeführten Mani pulatorarm in schematischer Schnittansicht; Figure 2a is an automatically sealable implementation in the working chamber with a Mani pulatorarm introduced therein in a schematic sectional view.
Fig. 2b-2d die Durchführung aus Fig. 2 mit verschiedenen Stellungen des Manipulatorm, jeweils in schemati scher Schnittansicht; Fig. 2b-2d the implementation of Figure 2 with different positions of the manipulator, each in a schematic sectional view.
Fig. 3a, 3b eine teilbare Arbeitskammerwandung mit Schiebe türelementen in verschiedenen Positionene in einer Ansicht von vorn; und Figures 3a, 3b a dividable working chamber wall with sliding door elements in different Positionene in a front view. and
Fig. 4 eine weitere Ausbildung einer automatisch ab dichtbare Durchführung und des darin eingeführten Manipulatorarm in schematischer Schnittansicht. Fig. 4 shows a further embodiment of an automatically sealable bushing and the manipulator arm introduced therein in a schematic sectional view.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Strahlkammer 10 darge stellt. In der Strahlkammer ist ein ausschnittsweise darge stelltes Schleuderrad 110 zur abrasiven Oberflächenbehandlung angeordnet. Am Boden der Strahlkammer 10 ist eine rotierende Förderschnecke 120 vorgesehen, um herabfallendes Strahlmittel zwecks Aufbereitung und Wiederverwertung aus der Strahlkammer 10 zu fördern. Ein Industrieroboter 30 ist außerhalb der Strahlkammer 10 angeordnet. Der Industrieroboter 30 weist sechs Achsen 31.1, 32.1, 33.1, 34.1, 35.1, 36.1 und damit sechs Freiheitsgrade auf. Die Hochachse 31.1 ist eine Rotati onsachse, um die der gesamte Industrieroboter 30 gegenüber dem Fundament 130 rotierbar ist. Aufeinander folgend sind zwei Knickachsen 32.1, 33.1 angeordnet, mit denen der so ge nannte Oberarm 32.2 und der Unterarm 33.2 geneigt werden kön nen. Hierüber ist das so genannte Handgelenk 35.1, das ein weiteres Knickgelenk ist, im Raum positionierbar. Die Orien tierung des Handgelenks 35.1 in Bezug auf den Unterarm 33.2 kann noch durch eine Rotationsachse 34.1 geändert werden. Über die Rotationshandachse 36.3 ist die Roboterhand 36.2 mit dem daran angebrachten Greifer 37 rotierbar. Der Greifer kann zwei oder, insbesondere für runde Werkstücke, mehrere Spann finger aufweisen und elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein, wie es an sich bekannt ist.In Fig. 1 a section of a blasting chamber 10 is Darge provides. A blast wheel 110, which is provided in sections, is arranged in the blasting chamber for abrasive surface treatment. A rotating screw conveyor 120 is provided at the bottom of the blasting chamber 10 in order to convey blasting medium falling out of the blasting chamber 10 for the purpose of processing and recycling. An industrial robot 30 is arranged outside the blasting chamber 10 . The industrial robot 30 has six axes 31.1 , 32.1 , 33.1 , 34.1 , 35.1 , 36.1 and thus six degrees of freedom. The vertical axis 31.1 is a rotation axis about which the entire industrial robot 30 is rotatable relative to the foundation 130 . In succession, two articulated axes 32.1 , 33.1 are arranged, with which the so-called upper arm 32.2 and the forearm 33.2 can be inclined. The so-called wrist 35.1 , which is a further articulated joint, can be positioned in this way in space. The orientation of the wrist 35.1 with respect to the forearm 33.2 can be changed by an axis of rotation 34.1 . The robot hand 36.2 with the gripper 37 attached to it can be rotated via the rotary hand axis 36.3 . The gripper can have two or, especially for round workpieces, several clamping fingers and can be actuated electrically, pneumatically or hydraulically, as is known per se.
Die Kurve 39 kennzeichnet den durch mit dem Handgelenk 35.1 des Industrieroboters 30 erreichbaren Arbeitsraum.The curve 39 indicates the work space which can be reached with the wrist 35.1 of the industrial robot 30 .
Ein Werkstück 200 ist in dem Greifer 37 des Industrieroboters 30 gehalten und wird hiermit durch den Wirkungsbereich des Schleuderrads 110 geführt. Das Handgelenk 35.1 und die Robo terhand 36.2 mit dem Greifer 37 befinden sich bei der in Fig. 1 dargestellten Arbeitssituation innerhalb eines durch die Arbeitskammerwandung 11 hindurch geführten Durchführungs rohrs 12. Auf die Roboterhand 36.2 ist ein hohles, flexibles Dichtungselement 20 aufgezogen, das mit Druckluft aufgepumpt ist und an die Innenwandung des Durchführungsrohrs 12 ange presst ist, so dass ein Austritt von Schmutz aus dem Inneren der Arbeitskammer 10 unterbunden wird.A workpiece 200 is held in the gripper 37 of the industrial robot 30 and is hereby guided through the effective area of the centrifugal wheel 110 . The wrist 35.1 and 36.2 Robo Terhand with the gripper 37 located at the position shown in Fig. 1 work situation within a working chamber wall 11 through the guide tube 12 passed through. On the robot hand 36.2 , a hollow, flexible sealing element 20 is drawn up, which is pumped up with compressed air and is pressed against the inner wall of the lead-through tube 12 , so that an escape of dirt from the interior of the working chamber 10 is prevented.
Die Abdichtung der Roboterhand 36.2 am Durchtritt durch die Arbeitskammerwandung 11 und die unter Abdichtung möglichen Bewegungen innerhalb des Durchführungsrohrs 12 sind in den Fig. 2a bis 2d dargestellt.The sealing of the robot hand 36.2 at the passage through the working chamber wall 11 and the movements possible under sealing within the feed-through tube 12 are shown in FIGS. 2a to 2d.
In dem in Fig. 2a abgebildeten Ausgangszustand befindet sich die Roboterhand 36.2 innerhalb des in die Arbeitskammerwan dung 11 eingesetzten Durchführungsrohrs 12. Die Mittelachsen der Roboterhand 36.2 und des Durchführungsrohrs 12 fluchten. Auf die Roboterhand 36.2 ist ein Dichtungselement 20 aufgezo gen. Dieses ist mit Druckluft aufgepumpt worden, so dass es sich an die Innenwandung des Dichtungselement 20 anlegt und den Ringspalt zwischen der Roboterhand 36.2 und dem Dich tungselement 20 über den gesamten Umfang ausfüllt.In the depicted in Fig. 2a the initial state, the robot hand is 36.2 within the dung into the Arbeitskammerwan 11 inserted through guide tube 12. The center axes of the robot hand 36.2 and the feed- through tube 12 are aligned. A sealing member is gen aufgezo 20 on the robot hand 36.2. This has been inflated with compressed air, so that it is against the inside wall of the sealing member 20 applies and the annular gap between the robot hand 36.2 and the like tung element 20 fills over the entire circumference.
Die Roboterhand 36.2 kann erfindungsgemäß innerhalb des Dich
tungselements 20 und unter Aufrechterhaltung der durch das
Dichtungselement 20 bewirkten Abdichtung wie folgt bewegt
werden:
The robot hand according to the invention 36.2 can be moved within the log processing elements 20 and while maintaining the seal effected by the sealing member 20 as follows:
- - Verschiebung parallel zur Mittelachse des Dichtungsele ments 20 entlang einer mit 41 bezeichneten Roboterhand- Verschiebungsrichtung;- Displacement parallel to the central axis of the sealing element 20 along a robot hand displacement direction denoted by 41;
- - zweidimensionale Verschiebung der Roboterhand 36.2 in der Querschnittsebene des Durchführungsrohrs 12, entweder in einer mit 42 bezeichneten, vertikalen Handgelenk-Ver schiebungsrichtung oder in einer mit 45 (vgl. Fig. 3c) be zeichneten horizontalen Handgelenk-Verschiebungsrichtung;- Two-dimensional displacement of the robot hand 36.2 in the cross-sectional plane of the feed-through tube 12 , either in a vertical wrist displacement direction designated 42, or in a horizontal wrist displacement direction 45 (see FIG. 3c);
- - Rotation der Roboterhand 36.2 um die Roboterhandachse 36.3 (vgl. Fig. 2c) in der mit 43 bezeichneten Roboterhandach sen-Rotationsrichtung; und- Rotation of the robot hand 36.2 around the robot hand axis 36.3 (cf. FIG. 2c) in the direction of rotation of the robot hand axis 43; and
- - Neigung der Roboterhand 36.2 gegenüber der Rohrmittelachse des Durchführungsrohrs 12 durch Schwenken des Handgelenks 35.1 in der mit 44 bezeichneten Handgelenk-Schwenk richtung.- Inclination of the robot hand 36.2 with respect to the tube center axis of the feed-through tube 12 by pivoting the wrist 35.1 in the wrist-pivot direction designated 44.
Wie Fig. 2b zeigt, ist die Roboterhand 36.2 durch eine trans latorische Verschiebung in Richtung des Pfeils 41 in die Ar beitskammer 10 hinein geschoben worden. Dabei ist das Dich tungselement 20 teilweise aus dem Durchführungsrohr 12 ausge treten. Es liegt jedoch mit einem ausreichenden Teil seines Volumens noch innerhalb des Durchführungsrohrs 12, so dass die Abdichtung aufrecht erhalten bleibt.As Fig. 2b shows, the robot hand 36.2 has been pushed by a translational shift in the direction of arrow 41 in the Ar beitskammer 10 . Here, the processing element 20 is partially out of the feed-through tube 12 . However, with a sufficient part of its volume it still lies within the feed-through tube 12 , so that the seal is maintained.
Das Dichtungselement 20 besteht aus einem vorderen Halbtorus 21 und einem hinteren Halbtorus 22, deren äußere Umfänge durch einen Außenschlauch 23 verbunden sind, sowie aus zwei Ringflanschen 26, 27, über die eine feste Kopplung des jewei ligen inneren Umfangs des Halbtorus 21, 22 mit der Roboter hand 36.2 hergestellt ist.The sealing element 20 consists of a front half-torus 21 and a rear half-torus 22 , the outer peripheries of which are connected by an outer tube 23 , and two ring flanges 26 , 27 , via which a fixed coupling of the respective inner circumference of the half-torus 21 , 22 with the Robot hand 36.2 is made.
In Fig. 2c ist eine Position dargestellt, in der die Roboter hand 36.2 durch eine Verschiebung des Handgelenks 35.1 in der Handgelenk-Verschiebungsrichtung 42 angehoben worden ist. Die Roboterhandachse 36.3 liegt oberhalb der, nicht dargestell ten, Mittelachse des Durchführungsrohrs 12. In der abgebilde ten Position hat das Dichtungselement 20 oberhalb der Robo terhand 36.2 ein geringeres Volumen. Aufgrund der allseitigen Druckausbreitung in dem hohlen Dichtungselement 20 ist mit der Aufwärtsbewegung der Roboterhand 36.2 eine größere Menge Druckluft in den unteren Bereich gedrückt worden, so dass die Abdichtung dort aufrecht erhalten bleibt.Has been in Fig. 2c shows a position is shown in which the robot hand by a shift of the wrist 36.2 35.1 in the wrist-shift direction lifted 42nd The robot hand axis 36.3 lies above the central axis of the feed-through tube 12 , not shown. In the illustrated position, the sealing element 20 has a smaller volume above the robot hand 36.2 . Due to the pressure spreading on all sides in the hollow sealing element 20 , a larger amount of compressed air has been pressed into the lower region with the upward movement of the robot hand 36.2 , so that the seal is maintained there.
Die Abdichtung bleibt bei der erfindungsgemäß abgedichteten Durchführung für einen in die Arbeitskammer eingreifenden Ma nipulatorarm selbst dann bestehen, wenn nach der in Fig. 2c dargestellten Verschiebung 42 die Roboterhand 36.2 noch zu sätzlich durch eine mit 44 bezeichnete Handgelenk-Schwenk bewegung um die Handgelenksachse 35.1 geschwenkt wird, so dass die Roboterhandachse 36.3 schräg gegenüber der Mittelachse des Durchführungsrohrs 12 geneigt ist, wie in Fig. 2d dargestellt ist.The seal remains in the sealed according to the invention for a Ma nipulatorarm engaging in the working chamber even if after the displacement 42 shown in Fig. 2c, the robot hand 36.2 is additionally pivoted by a wrist-pivoting movement designated 44 about the wrist axis 35.1 is so that the robot hand axis 36.3 is inclined obliquely with respect to the central axis of the feed-through tube 12 , as shown in FIG. 2d.
Vorzugsweise ist, wie Fig. 3b zeigt, die Arbeitskammerwandung zweiteilig, in Form von zwei gegeneinander verschiebbaren Schiebetürelementen 11.1, 11.2 ausgeführt. Auch das Durchfüh rungsrohr 12 ist zweiteilig aus zwei Halbschalen 12.1, 12.2 gebildet, die jeweils im Bereich der Stoßkante 14 in die Schiebetürelemente 11.1, 11.2 eingesetzt sind. Liegen die Schiebetürelemente 11.1, 11.2 an der Stoßkante 14 aneinander, so ergänzen sich die Halbschalen 12.1, 12.2 zu dem Durchfüh rungsrohr 12. Durch die Teilung kann die Arbeitskammer 10 zwischen den auseinander geschobenen Schiebetürelementen 11.1, 11.2 so weit geöffnet werden, dass auch große Werkstüc ke mit dem Industrieroboter 30 in die Kammer eingebracht wer den können, die nicht mehr durch ein einteiliges Durchfüh rungsrohr 12 hindurch zu führen sind. Außerdem kann die Zy kluszeit verkürzt werden, da nicht mehr das vollständige Er schlaffen des Dichtungselements 20 durch Ablassen von Druck gas abgewartet werden braucht. Durch Auffahren der Schiebetü relemente 11.1, 11.2 wird die Roboterhand 36.2 mitsamt dem Dichtungselement 20 schlagartig freigelegt. Die Roboterhand 36.2 kann sofort mit dem in dem Greifer 37 gehaltenen Werk stück 200 aus der Arbeitskammer 10 heraus zu einer Entladepo sition transportiert werden. Während des Transports des schon bearbeiteten Werkstücks und der Aufnahme eines weiteren Werk stücks kann der Druck aus dem Dichtungselement 20 allmählich abgelassen werden, damit das Dichtungselement 20 zur Herstel lung der Abdichtung im nächsten Fertigungszyklus vorbereitet ist. As shown in FIG. 3b, the working chamber wall is preferably in two parts, in the form of two sliding door elements 11.1 , 11.2 that can be displaced relative to one another. The lead-through tube 12 is formed in two parts from two half-shells 12.1 , 12.2 , which are each used in the region of the abutting edge 14 in the sliding door elements 11.1 , 11.2 . If the sliding door elements 11.1 , 11.2 abut against each other at the abutting edge 14 , then the half-shells 12.1 , 12.2 complement one another to form the feedthrough tube 12 . Due to the division, the working chamber 10 between the sliding door elements 11.1 , 11.2 can be opened to such an extent that even large workpieces with the industrial robot 30 can be introduced into the chamber, who can no longer be guided through a one-piece lead-through tube 12 . In addition, the cycle time can be shortened, since it is no longer necessary to wait for the complete slackening of the sealing element 20 by releasing pressure gas. By opening the sliding door elements 11.1 , 11.2 , the robot hand 36.2 together with the sealing element 20 is suddenly exposed. The robot hand 36.2 can immediately be transported with the workpiece 200 held in the gripper 37 out of the working chamber 10 to an unloading position. During the transport of the already machined workpiece and the inclusion of a further workpiece, the pressure can be gradually released from the sealing element 20 so that the sealing element 20 is prepared for the manufacture of the seal in the next production cycle.
Das Zusammenwirken des Industrieroboter 30 mit den Schiebe türelementen 11.1, 11.2 sei unter Bezug auf die Fig. 3a bis 3c erläutert.The interaction of the industrial robot 30 with the sliding door elements 11.1 , 11.2 will be explained with reference to FIGS . 3a to 3c.
Fig. 3a zeigt die geöffnete Stellung der Schiebetürelemente 11.1, 11.2 mit den Halbschalen 12.1, 12.2, nachdem die hier nicht dargestellte Roboterhand etwa im Bereich der Mittelli nie 15 in die Arbeitskammer 10 eingeschwenkt ist. Fig. 3a shows the opened position of the sliding elements 11.1, 11.2 with the half-shells 12.1, 12.2, after the robot hand not shown is about never swung into the working chamber 10 in the region of the Mittelli 15th
Jedes der Schiebetürelemente 11.1, 11.2 kann über einen Pneu matikzylinder 50 verschoben werden. Hierzu ist jeweils am En de einer Kolbenstange 51 des Pneumatikzylinders 50 ein fern betätigbarer Kupplungsstift 52 angebracht, der im ausgefahre nen Zustand in eine entsprechende Kupplungsaufnahme 54 an der Oberkante des Schiebetürelements 11.1, 11.2 eingreift. Durch Druckbeaufschlagung des Pneumatikzylinders 50 werden die Schiebetürelemente 11.1, 11.2 zur Mittellinie 15 hin gescho ben, bis sie an einer Stoßkante 14 aneinanderstoßen und eine geschlossene Arbeitskammerwandung 11 ausbilden, wie insbeson dere Fig. 3b zeigt. Die Halbschalen 12.1, 12.2 ergänzen sich gleichzeitig zu einem geschlossenen Durchführungsrohr 12, das die Roboterhand umhüllt. Die beiden Schiebetürelemente 11.1, 11.2 werden noch durch eine nicht dargestellte, fernbetätig bare Kupplungsvorrichtung miteinander verbunden.Each of the sliding door elements 11.1 , 11.2 can be moved via a pneumatic cylinder 50 . For this purpose, a remotely operable coupling pin 52 is attached to the en de a piston rod 51 of the pneumatic cylinder 50 , which engages in the extended state in a corresponding coupling receptacle 54 on the upper edge of the sliding door element 11.1 , 11.2 . By pressurizing the pneumatic cylinder 50 , the sliding door elements 11.1 , 11.2 are pushed towards the center line 15 until they abut on a butt edge 14 and form a closed working chamber wall 11 , as shown in particular in FIG. 3b. The half-shells 12.1 , 12.2 complement each other at the same time to form a closed feed-through tube 12 which envelops the robot hand. The two sliding door elements 11.1 , 11.2 are still connected to each other by a not shown, remotely operable coupling device.
Der Kupplungsstift 52 wird anschließend jeweils fernbetätigt aus der Kupplungsaufnahme 54 heraus gezogen, so dass die Schiebetürelemente 11.1, 11.2 von ihrem Antrieb 50 entkoppelt sind. Damit ist das Paket der untereinander verbundenen Schiebetürelemente 11.1, 11.2 allein durch die Bewegung des Industrieroboters 30 in der mit 45 in Fig. 3c bezeichneten Richtung verschiebbar. Die Roboterhand 37 mit dem gehaltenen Werkstück 200 kann innerhalb der Arbeitskammer 10 über eine noch größere Distanz bewegt werden, als durch die Bewegung der Roboterhand innerhalb des Durchführungsrohrs 12.The coupling pin 52 is then pulled out of the coupling receptacle 54 by remote control, so that the sliding door elements 11.1 , 11.2 are decoupled from their drive 50 . The package of interconnected sliding door elements 11.1 , 11.2 can thus be displaced in the direction designated by 45 in FIG. 3c solely by the movement of industrial robot 30 . The robot hand 37 with the workpiece 200 held can be moved within the working chamber 10 over an even greater distance than by the movement of the robot hand within the feed-through tube 12 .
Um die Roboterhand 36.2 und den flexiblen Dichtungsbalg des Dichtungselements 20 vor Verschmutzungen und/oder vor Beschä digungen zu schützen, beispielsweise durch Strahlmittel, kann eine Prallplatte 60 zwischen der Roboterhand 36.2 und dem Greifer 37 angeordnet sein, wie Fig. 4 zeigt. Strahlmittel, das in Richtung des Durchführungsrohrs 12 mit dem darin ge führten Roboter 30 wirkt, wird durch die Prallplatte 60 zu rückgehalten. Bei Arbeitsvorgängen, bei denen das Werk stück 200 nur um die Roboterhandachse 36.3 rotiert werden braucht, ohne dass eine weitere Bewegung der Roboterhand 36.2 innerhalb des Durchführungsrohrs 12 notwendig ist, kann durch die Prallplatte 60 bereits eine ausreichende Abdichtung er reicht werden. Hierzu weist die Prallplatte 60 einen Ringka nal 62 auf, der einen entsprechenden Vorsprung 13 an dem Durchführungsrohr 12 umgibt. Die so ausgebildete Laby rinthdichtung hält bereits einen großen Teil des Schmutzes aus der Arbeitskammer 10 zurück. Durch Aufblasen des Dich tungselements 20 kann unabhängig von der Labyrinthdichtung eine zusätzliche, hermetisch wirkende Dichtung hergestellt werden.In order to protect the robot hand 36.2 and the flexible sealing bellows of the sealing element 20 from soiling and / or from damage, for example by blasting media, a baffle plate 60 can be arranged between the robot hand 36.2 and the gripper 37 , as shown in FIG. 4. Blasting agent, which acts in the direction of the feed-through tube 12 with the robot 30 guided therein, is retained by the baffle plate 60 . In operations in which the workpiece 200 only needs to be rotated about the robot hand axis 36.3 , without further movement of the robot hand 36.2 within the lead-through tube 12 , an adequate seal can already be achieved by the baffle plate 60 . For this purpose, the baffle plate 60 has a Ringka channel 62 , which surrounds a corresponding projection 13 on the feed-through tube 12 . The Laby rinth seal designed in this way already retains a large part of the dirt from the working chamber 10 . By inflating the sealing device 20 , an additional, hermetically acting seal can be produced independently of the labyrinth seal.
Eine Labyrinthdichtung kann auch durch eine Prallplatte er zielt werden, die randseitig einen ringförmigen Kragen auf weist, welcher in einer Ausgangsstellung des Industrierobo ters das ins Innere gerichtete Ende des Durchführungsrohrs 12 umgibt. Die Prallplatte schützt dann den Eintritt des Durch führungsrohrs 12 wie ein Deckel auf einer Schüssel. Damit wird eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Dichtwirkung erzielt. A labyrinth seal can also be aimed by a baffle plate, which has an annular collar on the edge, which in an initial position of the industrial robot surrounds the inner end of the feed-through tube 12 . The baffle plate then protects the entry of the guide tube 12 like a lid on a bowl. This achieves a sufficient sealing effect for many applications.
1010
Arbeitskammer
Chamber of Labor
1111
Arbeitskammerwandung
Working chamber wall
11.111.1
, .
11.211.2
Schiebetüren
Sliding doors
1212th
Durchführungsrohr
Feed-through tube
1313
Vorsprung
head Start
1414
Stoßkante
Butt edge
1515
Türenmittelachse
Central door axis
2020th
Dichtungselement
Sealing element
2121
vorderseitiger Halbtorus
front half torus
2222
rückseitiger Halbtorus
back half torus
2323
Außenschlauch
Outer hose
2626
, .
2727
Ringflansch
Ring flange
31.131.1
Hochachse
Vertical axis
32.132.1
Knickachse
Articulation axis
31.231.2
Oberarm
upper arm
33.133.1
Knickachse
Articulation axis
33.233.2
Unterarm
forearm
34.134.1
Rotationsachse
Axis of rotation
35.135.1
Handgelenk
wrist
36.136.1
Rotationsachse
Axis of rotation
36.236.2
Roboterhand
Robotic hand
36.336.3
Roboterhandachse
Robotic hand axis
3737
Greifer
Gripper
3939
Arbeitsraum
working space
4141
Roboterhand-Verschiebungsrichtung
Robot hand displacement direction
4242
Handgelenk-Verschiebungsrichtung
Wrist displacement direction
4343
Roboterhandachsen-Rotationsrichtung
Robot hand axis rotation direction
4444
Handgelenk-Schwenkrichtung
Wrist swivel direction
5050
Pneumatikzylinder
Pneumatic cylinder
5151
Kolbenstange
Piston rod
5252
Kupplungsstift
Coupling pin
5454
Kupplungsaufnahme
Coupling pocket
6060
Prallplatte
Baffle plate
6262
Ringkanal
Ring channel
110110
Schleuderrad
Centrifugal wheel
120120
Förderschnecke
Auger
130130
Fundament
foundation
200200
Werkstück
workpiece
Claims (11)
- - wenigstens einer mit einer Ausnehmung versehenen Ar beitskammerwandung (11);
- - einem Durchführungsrohr (12), das in die Ausnehmung in der Arbeitskammerwandung (11) eingesetzt ist und mit dieser verbunden ist;
- - einem hohlen, über ein Ventil mit Druckgas beaufschlagbaren flexiblen Dichtungselement (20), das mittels seiner wenigstens einen innenliegenden Aus nehmung dichtend auf einen Manipulatorarm aufzuziehen ist und das eine den Manipulatorarm vollumfänglich umhüllende Wandung aufweist, welche bei Beaufschla gung des Dichtungselements (20) mit Druckgas an die Innenwandung (23) des Durchführungsrohrs (12) anleg bar ist.
- - At least one with a recess Ar beitskammerwandung ( 11 );
- - A lead-through tube ( 12 ) which is inserted into the recess in the working chamber wall ( 11 ) and is connected to the latter;
- - A hollow, via a valve with pressurized gas flexible sealing element ( 20 ), which is to be sealed by means of its at least one internal recess sealingly on a manipulator arm and which has a fully enveloping wall of the manipulator arm, which with loading of the sealing element ( 20 ) Pressurized gas can be applied to the inner wall ( 23 ) of the feed-through tube ( 12 ).
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