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Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für eine Energiezuführung für Industrieroboter.
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Industrieroboter sind Handhabungsmaschinen, die zur selbsttätigen Handhabung und Bearbeitung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen, zum Beispiel an einer Hand bzw. einer so genannten Zentralhand, ausgerüstet und in mehreren Bewegungsachsen insbesondere hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind.
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Unter einer Energiezuführung ist ein flexibles Schlauchpaket zu verstehen, welches unterschiedliche Leitungen, wie zum Beispiel elektrische Leitungen für Leistungs-, Steuer- und Messzwecke, sowie Fluidzu- und ableitungen, für ein Werkzeug aufweist, welches an einem Handflansch des Industrieroboters angebracht ist. Die Energiezuführung ist zum Schutz der innen geführten Leitungen mit einem Schutzschlauch umgeben.
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Diese Energiezuführung weist im Allgemeinen ein hohes Eigengewicht auf und ist an dem Industrieroboter von dessen Basis bis zum Handflansch verlegt. Auf Grund der Notwendigkeit, allen Positionen des Werkzeugs und somit allen dazu korrespondierenden Gelenkstellungen des Roboters folgen zu können, muss die Energiezuführung flexibel sein. Die Positionen des Werkzeugs werden häufig mit einer hohen Positioniergeschwindigkeit angefahren, wobei das Werkzeug selbst ebenfalls eigenständige Bewegungen ausübt. Hierzu ist eine entsprechende Robustheit der Energiezuführung gefordert, um bei den hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Roboters, auch im Dauereinsatz, eine hohe Haltbarkeit zu gewährleisten.
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In einem mittleren Bereich wird die Energiezuführung an dem Roboter mittels Haltern an dessen Aufbau befestigt. Dazu dient
EP 979 967 B1 zur Illustration. EP 979 967 B1 beschreibt einen, zum Beispiel in
5 der EP 979 967 B1 dargestellten, Halter mit gegenüber liegenden Öffnungen, durch welche eine Energiezuführung verlegt ist. Diese Öffnungen sind jeweils als Rohrtrichter trompetenförmig erweitert und werden als so genannte „Trompeten” bezeichnet. In diesen Rohrtrichtern soll der Energiezuführungsschlauch möglichst reibungsfrei in seiner axialen Längserstreckung hindurch gleiten können.
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Die
DE 200 07 000 U1 beschreibt einen Roboter mit wenigstens einem zumindest teilweise außenseitig verlaufenden Schutzschlauch, insbesondere einem Kabelführungsschlauch. Es sind zwei Führungsrollen für den Schutzschlauch vorgesehen. Die Führungsrollen sind in Längsrichtung des Schutzschlauches axial entfernt voneinander angeordnet.
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Nachteilig ist jedoch, dass ein bestimmter Grad an Verschleiß an den Haltern und am Schlauchpaket auftritt. Dieses erfolgt in Abhängigkeit des Schlauchmaterials und der Werkstoffe im Inneren der Halter, auf denen das Schlauchpaket bei seiner Bewegung hin- und her gleitet, wobei auch Geräusche und erhöhte Bewegungskräfte auftreten können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Haltevorrichtung für eine Energiezuführung für Industrieroboter anzugeben, welche im Vergleich zum Stand der Technik einen geringeren Verschleiß bewirkt und eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen entsprechenden Industrieroboter anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Haltevorrichtung für zumindest eine Energiezuführung für Industrieroboter, aufweisend:
zumindest zwei drehbare Rollkörper zur Führung und Halterung der Energiezuführung; und
einen Rahmen zur Halterung der Rollkörper;
wobei die Rollkörper an dem Rahmen um den Querschnitt der Energiezuführung in einem Abstand voneinander dergestalt herum angeordnet sind, dass die Energiezuführung zwischen den Rollkörpern hin- und her bewegbar getragen ist.
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Die Rollkörper bewirken, dass die Energiezuführung bei ihren durch die Verstellungen des Roboters erzeugten Bewegungen in der Halterung nicht gleitet, sondern auf den Rollkörper abrollt. Dadurch ergibt sind ein geringer Verschleiß sowohl der Halterung als auch der Energiezuführung. Als Ergebnis ist die Lebensdauer des Schlauchpakets und auch der Haltevorrichtung erhöht.
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Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung können die Rollkörper eine profilierte Gestalt, zum Beispiel eine Taillierung, aufweisen. Dadurch ist es bei einer Minimalzahl von zwei Rollkörpern möglich, für die Energiezuführung eine leichtgängige Halterung und Führung zu bilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es für einen leichten Austausch der Energiezuführung in den Haltevorrichtungen vorgesehen sein, dass der Rahmen zumindest einen bewegbaren und verschließbaren Abschnitt zur Öffnung des Querschnitts zwischen den Rollkörpern zum Einsetzen und Entnehmen der Energiezuführung aufweist.
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Dazu kann der bewegbare Abschnitt des Rahmens an dem Rahmen mittels eines Klappgelenkes verschwenkbar und mittels einer Verschlusseinrichtung verschließbar angebracht sein. Auf diese Weise ist ein leichtes Öffnen und Schließen der Halterung ermöglicht.
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In einer noch weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist der Rahmen zumindest abschnittsweise als eine jeweilige Achse der Rollkörper ausgebildet. Hierbei wird besonders wenig Bauraum beansprucht. Der Rahmen kann zum Beispiel kreisförmig ausgebildet sein, wodurch es möglich ist, dass die Energiezuführung vollständig von Rollkörpern umgeben ist. Hierbei können die Rollkörper eine einfache zylindrische Form aufweisen.
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Der Rahmen kann in einer weiteren Ausführungsform mit einer abnehmbaren Abdeckung versehen sein, welche die Bauteile der Halterung so abdeckt, dass anderen Teile, welche diese berühren können, nicht beschädigt werden. Andererseits wird durch die Abdeckung ein versehentliches Öffnen der Verschließeinrichtung der Halterung verhindert.
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Zur Anpassung an den Querschnitt der Energiezuführung bzw. unterschiedliche Querschnitte kann der Rahmen eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des Abstands von zumindest zwei Rollkörpern untereinander aufweisen.
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Der Rahmen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung kann mit einem Fußelement zur Befestigung am Industrieroboter verbunden sein. Diese kann ein für diesen Zweck übliches Fußelement sein. Es ist auch möglich, dass der Rahmen mit dem Fußelement um zumindest eine Achse verschwenkbar verbunden ist, wodurch die Beweglichkeit der Energiezuführung in der Haltevorrichtung verbessert ist. Dabei kann zum Beispiel ein übliches Fußelement mit einem üblichen Drehgelenk zur Anwendung kommen.
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Es kann auch in einer weiteren Ausführung vorgesehen sein, dass der Rahmen eine Schnellverbindungseinrichtung zur Verbindung mit dem Fußelement und/oder das Fußelement eine Schnellverbindungseinrichtung zur Verbindung mit dem Industrieroboter aufweist. Damit ist eine einfache und schnelle Montage/Demontage bei Wartung und Zusammenbau geschaffen.
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Ein erfindungsgemäßer Industrieroboter weist zumindest eine oben beschriebene Haltevorrichtung für zumindest eine Energiezuführung auf.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Roboterarms mit herkömmlichen Haltern für eine Energiezuführung;
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2 einen vergrößerten Ausschnitt des Roboterarms nach 1 mit zwei beispielhaften ersten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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4 das zweite Ausführungsbeispiel nach 3 in einer aufgeklappten Stellung;
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5 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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6 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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7 eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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8 eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung; und
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9 eine beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Industrieroboters mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Roboterarms 1, der an einer nur teilweise dargestellten Schwinge SW eines Roboters R (siehe 9) verschwenkbar angebracht ist. Auf der linken Seite der 1 ist ein Ende des Roboterarms 2 mit einem so genannten Handflansch 2 gezeigt. An diesem wird ein Werkzeug, zum Beispiel ein Greifer oder ein Schweißgerät, angebaut. Die Energieversorgung dieses Werkzeugs, beispielsweise elektrische Leistung und Fluide, erfolgt über entsprechende Leitungen 5, die in einer Energiezuführung 3 innerhalb eines Schlauches 4 geführt angeordnet sind.
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Die Position und Orientierung des Handflansches 2 mit dem nicht gezeigten Werkzeug kann mittels diverser Antriebe, zum Beispiel Elektromotoren, im Wesentlichen frei im Raum ausgerichtet werden.
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Die Energiezuführung 3 ist von einem Anschlusspunkt oder einer Schnittstelle an einem festen Halter 6 über herkömmliche Durchführungshalter 7 zu einem weiteren festen Halter 6 am Handflansch geführt. Die Durchführungshalter 7 ermöglichen der Energiezuführung 3 ihre bei der Bewegung des Roboters auftretenden hin- und her gehenden Bewegungen in ihrer Längsrichtung, aber auch Verdrehen und Biegen um verschiedene Achsen. Dabei gleitet die Energiezuführung 3 mit ihrem Schlauch 4 innerhalb der herkömmlichen Durchführungshalter und wird von deren trompetenförmigen Rohrtrichtern gleitend geführt.
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Bei der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung sind diese Durchführungshalterungen 7 mit Rollkörpern 12 versehen, wie in 2 in einem vergrößerten Ausschnitt des Roboterarms 2 nach 1 mit zwei beispielhaften ersten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung dargestellt ist. Hier ist auch ein Durchhängen der Energiezuführung 3 auf Grund ihres Eigengewichtes zwischen dem linken und rechten Durchführungshalter 7 gezeigt.
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Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung weist in diesem ersten Ausführungsbeispiel jeweils einen U-förmigen Rahmen 10 mit jeweils zwei Rollkörpern 12 auf. Die Rollkörper 12 sind jeweils auf einer Achse 11 drehbar gelagert. Die Lagerung ist zum Beispiel mittels reibungsarmer Wälzkörperlager, wie beispielsweise Nadellager, gestaltet. Nadellager weisen eine hohe Druckbelastbarkeit und einen geringen Bauraum auf. Andere Lagerungen sind selbstverständlich möglich. Die Achsen 11 sind am Rahmen 10 befestigt und untereinander so beabstandet, dass die drehbaren Rollkörper 12 um den Querschnitt der Energiezuführung 3 herum angeordnet sind. Dabei stehen die Rollkörper 12 mit dem Schlauch 4 der Energiezuführung in Kontakt. Die vordere Durchführungshalterung 7 unterstützt die Energiezuführung 3 von unten und oben, das heißt in z-Richtung des im rechten Durchführungshalters 7 angegebenen Koordinatensystems. Der rechte Durchführungshalter 7 ist um 90° gegenüber dem linken gedreht, wodurch die Energiezuführung 3 in y-Richtung geführt ist.
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Durch die in diesem Beispiel verwendete Profilierung, zum Beispiel eine Taillierung, der Rollkörper 12 ist es möglich, die Anzahl der Rollkörper 12 auf eine Minimalzahl von 2 pro Durchführungshalter 7 zu reduzieren, da die Taillierung den Schlauch 4 in einer Linie und nicht nur in einem Punkt kontaktiert. Somit wird der Schlauch 4 nicht nur geführt sondern auch getragen und gehalten.
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Die Rollkörper 12 können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, wobei auch Kombinationen von Metall und Kunststoff und/oder Kunststoff/Kunststoff möglich sind. Die Profilierung kann dem Schlauchdurchmesser angepasst sein, um besonders geringe Rollreibungen und niedrige Geräuschbildung zu erzielen.
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Die Energiezuführung 3 erfährt in Bezug auf die Durchführungshalter 7 in ihrer Hin- und Herbewegung in x-Richtung, das heißt im Wesentlichen in ihrer Längsrichtung, nur eine Rollreibung im Gegensatz zur Gleitreibung der Halter des Stands der Technik. Bewegungen in der z-Richtung sind auf Grund der Gestalt der Rollkörper 12 in einfacher Weise leicht möglich und weisen keine Gleitreibung auf.
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Der Rahmen 10 ist auf einem herkömmlichen Fußelement 8 in üblicher Weise mittels eines üblichen Drehgelenks 9 drehbar befestigt. Hierzu können die üblichen Bauteile verwendet werden.
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Zum Einlegen der Energieversorgung 3 in die Durchführungshalter 7 zeigen 3 und 4 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung mit einem öffnungsfähigen Rahmen 10. Der Rahmen 10 besteht in diesem Beispiel aus zwei Abschnitten, die untereinander mittels eines Klappgelenks 15 schwenkbar verbunden sind. Sie ergänzen sich zu einem Rechteck, in welchem die Energiezuführung 3 in x-Richtung von den Rollkörpern 12 geführt und gehalten ist. Der Rahmen 10 ist zum Beispiel aus einem Flacheisenmaterial gebildet, und die Achsen 11 der Rollkörper 12 sind über abgesetzte Gewindeenden mittels Muttern im Rahmen 10 befestigt. Gegenüber dem Klappgelenk 15 ist auf der Oberseite des Rahmens 10 eine Verschlusseinrichtung 16 mit einem Hebel 14 und einem Verschlusselement 13 angeordnet. Der Hebel 14 ist auf dem linken Rahmen 10 verschwenkbar befestigt. Das Verschlusselement 13 ist in 4 zu sehen. Die Verschlusseinrichtung 16 kann zum Beispiel eine übliche Ausführung sein und ist einfach zu handhaben.
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In 4 ist ein Abschnitt des Rahmens 10 mit einem Rollkörper 12 um das Klappgelenk 15 um eine Achse verschwenkt aufgeklappt, welche parallel zur x-Richtung verläuft. In diesem Zustand ist die Energiezuführung 4 zwischen die Rollkörper 12 einsetzbar oder zu entfernen. So ist ein schneller und einfacher Austausch möglich.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung. Der Durchführungshalter 7 weist hier drei Rollkörper 12 auf, wobei der Rahmen 10 in entsprechender Weise aus drei U-förmigen Rahmenabschnitten mit je einem Rollkörper 12 gebildet ist. Die Rollkörper 12 umgeben den Schlauch 4 der Energiezuführung 3 wie oben beschrieben. Auch dieser Rahmen 10 kann einen aufklappbaren Abschnitt aufweisen, was nicht dargestellt, aber mittels der Beschreibung zu 3 und 4 leicht nachvollziehbar ist. Die Energiezuführung 3 wird bei dieser Ausführung auch durch taillierte Rollkörper 12 geführt.
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Als Variation der dritten Ausführung nach 6 zeigt 6 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung, wobei der Unterschied zur dritten Ausführung darin besteht, dass hier auf eine Taillierung der Rollkörper 12 verzichtet ist. Die Rollkörper 12 sind hier von zylindrischer Gestalt, wobei auf Grund ihrer Anzahl die Energiezuführung 3 geführt und ausreichend gehalten ist.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung. Der Rahmen 10 ist hier als ein Ring aus einem Rundmaterial ausgebildet und weist Abschnitte auf, die als Achse 11 für die zylindrischen Rollkörper 12 dienen. Hiermit ist es auf kleinem Bauraum möglich, eine größere Anzahl von Rollkörpern 12 und somit eine Führung des Schlauches 4 in verschiedenen Biegerichtungen zu gestatten. Hierbei ist es auch möglich, auf ein Drehgelenk 15 zu verzichten. Somit weist dieses Ausführungsform ein Fußelement 8' in Gestalt eines T-Winkels auf. Die Ausbildung dieses Rahmens 10 kann auch zum Beispiel so erfolgen, dass zwischen den Achsen 11 entsprechende Winkelverbindungen angeordnet sind.
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Schließlich zeigt 8 eine sechste Ausführungsform, die sich von der fünfte dadurch unterscheidet, dass eine noch größere Anzahl von schmalen zylindrischen Rollkörpern 12 auf einem ringförmigen Rahmen 10 drehbar angeordnet ist, welcher vollständig die Achsen 11 bildet. Hierbei kann auf ein Drehelement 15 in Verbindung zum Fußelement 8' ebenfalls verzichtet werden, da die seitlichen Auslenkungen der Energiezuführung 3 bei ihren Bewegungen im Wesentlichen von den Rollkörpern 12 aufgenommen werden.
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Somit ist eine leichtgängige, leicht austauschbare und aufklappbare Haltevorrichtung geschaffen, welche nur geringe Rollreibung zwischen den Rollkörpern 12 und dem Schlauch 4 der Energiezuführung 3 aufweist. Sie ist weiterhin geräuscharm und ermöglicht eine hohe Lebensdauer für die Energiezuführung 3 und die Durchführungshalterung 7.
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In 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Industrieroboters mit einer Energiezuführung 3 dargestellt, welche in erfindungsgemäßen Haltevorrichtungen geführt ist. Der Roboter R weist in diesem Beispiel 6 Achsen I bis VI auf: Achse I ist eine vertikale Drehachse einer Basis B in Bezug auf einen Sockel SO des Roboters 1. Achse II ist eine horizontale Drehachse einer Schwinge SW. Achse III ist eine horizontale Drehachse des Arms 1, wobei dessen Längsachse als Achse IV bezeichnet ist. An dem langen Ende des Arms ist ein Handflansch 2 für ein Werkzeug angeordnet. Der Handflansch 2 ist zusammen mit einer Achse V um Achse IV drehbar und weist selbst eine Längsachse VI auf, um welche das Werkzeug ebenfalls unabhängig drehbar ist.
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Die Energiezuführung 3 ist in 9 von der Basis B außen an den Abschnitten des Roboters 1 zum Handflansch 2 über Durchführungshalter 7 geführt. Wie bereits oben erwähnt ist, wird die Energiezuführung 3 durch die Bewegungen des Werkzeugs am Handflansch 2 über das Werkzeug geschleift, verdreht und derart bewegt, dass sie in den Durchführungshaltern 7 Hin- und Herbewegungen in ihrer Längsrichtung und unterschiedliche Biegebewegungen macht, welche durch die oben beschriebene erfindungsgemäße Haltevorrichtung mit nur geringer Rollreibung aufgefangen werden, wobei eine hohe Lebensdauer dieser so beanspruchten Energiezuführung 3 erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist nicht auf die beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungen beschränkt. Es sind Modifikationen und Änderungen im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich.
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So ist es zum Beispiel denkbar, dass die Rollkörper 12 mit einer Beschichtung zur Dämpfung versehen sein können, wodurch sich eine bestimmte Federung ergibt.
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Weiterhin kann der Abstand der Rollkörper 12 untereinander zur Anpassung an unterschiedliche Querschnitte des Schlauches 4 mittels einer Einstelleinrichtung möglich sein.
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Der Durchführungshalter 7 ist nicht nur auf einen Rahmen 10 beschränkt, sondern kann mehrere aufweisen.
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Für eine besonders leichte Austauschbarkeit der Haltevorrichtung ist es denkbar, dass die Fußelemente 8, 8' mit einer Schnellspanneinrichtung versehen sein können.
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Die Verschlusseinrichtung 16 und die montierten Achsen 11 können durch eine Abdeckung geschützt sein, wodurch zum Beispiel die versehentliche Betätigung der Verschlusseinrichtung 16 sowie eine Beschädigung von die Haltevorrichtung kontaktierenden Teilen bei Bewegung des Roboters verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboterarm
- 2
- Handflansch
- 3
- Energiezuführung
- 4
- Schlauch
- 5
- Leitung
- 6
- Halter
- 7
- Durchführungshalter
- 8, 8'
- Fußelement
- 9
- Drehgelenk
- 10
- Rahmen
- 11
- Achse
- 12
- Rollkörper
- 13
- Verschlusselement
- 14
- Hebel
- 15
- Klappgelenk
- 16
- Verschlusseinrichtung
- R
- Roboter
- B
- Basis
- SO
- Sockel
- SW
- Schwinge
- I
- Achse 1
- II
- Achse 2
- III
- Achse 3
- IV
- Achse 4
- V
- Achse 5
- VI
- Achse 6
- x, y, z
- Koordinaten
