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Die Erfindung betrifft eine Leitungsführungsvorrichtung zum
Führen einer Leitung entlang der Bauteile eines mehrachsigen
Roboters, der zumindest eine Schwinge, einen Arm und eine
ein- oder mehrachsige Hand aufweist, wobei die Bauteile
gelenkig miteinander verbunden sind und die Leitung an diesen
entlang geführt ist, und wobei im Bereich einer
Leitungsbiegung nahe der Schwinge und/oder des Arms ein federndes
Spannelement angeordnet ist.
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Viele Roboter und andere Industriemanipulatoren haben eine
sogenannte Hand, also ein im Raum bewegbares Bauteil, das
mit Arbeitsmitteln wie Schweißgeräten, Greifzangen und dgl.
versehen ist. Diese Arbeitsmittel müssen mit Energie
versorgt werden, wozu elektrische, hydraulische und/oder
pneumatische Leitungen entlang der bewegten Bauteile geführt
sind. Insbesondere bei den in der industriellen Fertigung
weit verbreiteten Robotern mit 6-Achsen-Knickarmkinematik
können die Arme des Roboters stark gestreckte Positionen
einnehmen, wodurch sich die Länge der Leitung zwischen der
Hand und einem ortsfesten Versorgungspunkt, an dem die
Leitung beginnt, stark vergrößert. Nimmt der Roboter dagegen
eine gebeugte Haltung ein, insbesondere eine Haltung, bei
der die Schwinge und der schwenkbar damit verbundenen Arm
annähernd deckungsgleich liegen, so ist nur eine kürzere
Leitungslänge erforderlich. Es ist also eine ständige
Nachführung und Rückholung der Leitung erforderlich, damit eine
freie Bewegung des Roboters möglich ist, ohne die Leitung zu
überdehnen oder gar abzureißen. Andererseits muss die
Leitung straff gespannt sein, um zu verhindern, dass sich diese
an Bauteilen des Roboters selbst oder an anderen
Gegenständen im Arbeitsraum des Roboters verfängt.
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Aus der DE 94 06 405 U1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung
bekannt. Die Leitung ist im Bereich der Leitungsbiegung von
dem federnden Spannelement umhüllt und mit einem Ende
desselben verbunden. Bei der bekannten Vorrichtung wird durch
die Roboterbewegung die Leitung nachgezogen und das
Spannelement axial gestaucht. Sobald die Achsen sich wieder der
Ruheposition annähern und entsprechend weniger Leitungslänge
benötigt wird, wird durch die im Spannelement gespeicherte
Federkraft die Leitung zurückzogen, so dass die Leitung im
Bereich der bewegten Achsen des Roboters stets straff
gespannt ist. Allerdings ist der Nachführungsweg durch die
Länge des Spannelements sehr begrenzt. Bei starken
Stauchungen bzw. einer großen Länge des Spannelements kann es zu
einem seitlichen Ausknicken des Spannelements mit der davon
umschlossenen Leitung kommen.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass die
Leitung auch über größere Längen nachgeführt werden kann und
ein Wegknicken der vorgespannten Leitung vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs
genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
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Das Spannelement ist so angeordnet, dass es zur Biegelinie
der Leitung etwa radial angeordnet ist. Gleichzeitig ist es
an dem Roboterarm fest eingespannt und wird bei Zug auf die
Leitung geknickt, wobei sich ein rückstellendes Moment
bildet. Zugleich hält das Spannelement mit seiner eigenen Länge
die Leitung auf Distanz vom Gelenkbereich des Roboters.
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Die weiterhin vorgesehene wenigstens eine Führungshülse
verhindert das seitliche Abdriften des durch das Spannelement
vorgespannten Bereichs der Leitung und hält die Leitungen
nah am Roboter.
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Es sei darauf hingewiesen, dass sich die
Leitungsführungsvorrichtung an allen Achsen des Roboters anbringen lässt.
Besonders vorteilhaft ist jedoch, wenn die
Leitungsführungsvorrichtung im Bereich eines die Schwinge und den Arm
verbindenden Schwenkgelenks angeordnet ist. Dieses Gelenk ist
bei einer üblichen Roboterkinematik stets ausreichend weit
von der Hand und einem damit bearbeiteten Werkstück
entfernt, so dass eine bei dem Schwenkgelenk befindliche
Leitungsschlaufe am wenigstens hinderlich für die Bewegung des
Roboters ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den
weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Erläuterung
eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Die Figuren zeigen
im einzelnen:
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Fig. 1 einen Roboter mit der erfindungsgemäßen
Leitungsführungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht;
und
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Fig. 2 die Leitungsführungsvorrichtung im eingefederten
Zustand in Seitenansicht.
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In Fig. 1 ist ein Roboter 10 dargestellt, der mit der
erfindungsgemäßen Leitungsführungsvorrichtung ausgerüstet ist.
Der Roboter 10 umfasst einen drehbaren Sockel 11, an dem
eine Schwinge 12 schwenkbar angeordnet ist. Diese ist wiederum
schwenkbar mit einem Arm 13 verbunden, der an einem
Drehgelenk 14 um seine Längsachse drehbar ist. Der untere Teil 15
des Arms 13 weist ein weiteres Gelenk 16 auf, über das die
Hand 17 schwenkbar mit dem Arm 13 verbunden ist. An der
Hand 17 können Werkzeuge 18, beispielsweise Schweißgeräte
und/oder Greifer, angeordnet sein.
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Eine Leitung 20 erstreckt sich ausgehend von einem
Festlager 22, das in dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel an dem Arm 13 angebracht ist, bis zu dem Werkzeug 18
der Hand 17, wo sie ebenfalls in einem Festlager 29
eingespannt ist. Dabei beschreibt die Leitung 20 vorzugsweise am
Festlager 22 zunächst einen Bogen von größer als 180°,
vorzugsweise 270°. Durch diesen Bogen wird ein Vorrat an
Leitungslänge bereitgestellt.
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Vorzugsweise durchläuft die Leitung 20 am Arm 13 angebrachte
Führungshülsen 23, 24, in welchen sie längsverschieblich
geführt ist. Bereits eine der Führungshülsen 23, 24 ist
ausreichend, um die Leitung 20 und den von ihr gebildeten Bogen
nah an den Bauteilen des Roboters 10 zu fixieren.
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An dem Arm 13 ist außerdem ein Spannelement 25 angeordnet.
Dieses ist vorzugsweise mit seinem einen Ende in einem
Fußlagerelement 27 befestigt, das wiederum vorteilhafterweise
an einer Verstellvorrichtung, beispielsweise einer
Klemmschiene 28, angebracht ist, so dass der Fußpunkt des
Spannelements 25 gegenüber dem Arm 13 des Roboters 10
verstellbar, insbesondere verschiebbar, ist. An seinem anderen Ende
weist das Spannelement 25 ein Klemmelement 26 auf, in dem
die Leitung 20 fest eingeklemmt ist. Es kann vorgesehen
sein, eine Leitungsaufnahme im Klemmelement 26 drehbar
auszulegen und eine Festlegung der Leitung nur in axialer
Richtung zu bewirken, so dass etwaige Verwringungen der
Leitung 20 ausgeglichen werden können.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen
Leitungsführungsvorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben:
Wird durch eine gestreckte Ausrichtung von Hand 17 und
Arm 13 und/oder eine Drehbewegung der Hand 17 und/oder des
unteren Teils 15 des Arms 13 mehr Länge an Leitung 20
benötigt, so wird die Leitung 20 aus dem durch den Bogen
gebildeten Vorrat herausgezogen. Der Bogen zieht sich dabei
zusammen und nimmt einen kleineren Durchmesser ein, wie in
Fig. 2 dargestellt, wobei die Strichpunktlinie 20.1 die
ungefähre Ausrichtung der Leitung 20 im Ausgangszustand
darstellt.
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Zugleich wird das Spannelement 25, bei dem es sich
vorzugsweise um eine stabförmige Schraubenfeder handelt, über seine
Länge aus seiner Ausgangslage, die durch die
Strichpunktlinie 25.1 dargestellt ist, ausgelenkt. Das Spannelement wird
somit zwischen Fußlagerelement 27 und Klemmelement 26
geknickt.
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Die hier dargestellte Ausführungsform mit einem Bogen im
Bereich des Schwenkgelenks 19 zwischen Schwinge 12 und Arm 13
ist besonders vorteilhaft, soweit die Möglichkeit besteht,
dort ein Festlager 22 vorzusehen. Es ist aber auch möglich,
die Leitung von der Einspannung am Spannelement 25 aus frei
bis zu einem Fundament, auf dem der Roboter 10 befestigt
ist, laufen zu lassen.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile werden unabhängig von dem Ort
der Leitungsführung erreicht, d. h., es ist möglich, die
Leitungen seitlich an den Bauteilen des Roboters entlang zu
führen oder aber mehr oberhalb derer.
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Schließlich ist es möglich, die erfindungsgemäße
Leitungsführungsvorrichtung mit der aus dem eingangs genannten Stand
der Technik bekannten Leitungsführungsvorrichtung zu
kombinieren. Dazu wird die Leitung 20 durch das Klemmelement 26
des Spannelements 25 geführt, ohne sie dort zu fixieren.
Statt dessen wird ein die Leitung umhüllendes
Axialspannelement mit dessen einem Ende an dem Klemmelement 26 befestigt
und mit dessen anderem Ende mit der Leitung 20 fest
verbunden. Auf diese Weise kann eine Notreserve durch das
zusätzliche Axialspannelement gebildet sein, durch die zusätzliche
Leitungslänge bereitgestellt ist, wenn das erfindungsgemäß
vorgesehene Spannelement 25 bereits maximal geknickt ist und
die hiermit maximal nachführbare Leitungslänge erreicht
wurde.