DE102007018543B4

DE102007018543B4 - Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters

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Publication number: DE102007018543B4
Application number: DE200710018543
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Philipp Steffen De
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: DE102007018543A1; DE112008001623A5; WO2008125093A3; WO2008125093A2; EP2155445A2

Abstract

Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen (2) entlang der Struktur eines Industrieroboters (1), die die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitt (3) mit Rückholmittel beweglich führt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Versorgungsleitungen (2) in einem ersten Teilabschnitt (5) von einem Drehpunkt (4) weggeführt und in einem zweiten Teilabschnitt (6) im Wesentlichen exakt, im Wesentlichen kreisförmig und im Wesentlichen mit konstantem Abstand zum Drehpunkt (4) weitergeführt werden,
sowie dadurch,
dass die Biegungen der Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Wesentlichen statisch bleiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters. Sie ermöglicht ein verbessertes Verhältnis von hohem Längenausgleich, geringer, berechenbarer Störkontur und langer Lebensdauer.
Stand der Technik
Industrieroboter werden regelmäßig in komplexen Arbeitsumgebungen zum Positionieren und/oder Steuern von Werkzeugen eingesetzt; sie zeichnen sich durch ihre im Vergleich zu konventionellen Maschinen besondere räumliche Flexibilität aus. Diese Flexibilität wird durch an der Roboterstruktur verlaufende Leitungen eingeschränkt.
Solche Leitungen versorgen beispielsweise an der Roboterhand angeordnete Werkzeuge und/oder Messgeräte über Kabel- und/oder Schlauchverbindungen mit elektrischer Energie, Medien und/oder Daten; sie werden im Rahmen dieser Schrift als Versorgungsleitungen bezeichnet.
Vorgenannte Einschränkungen der Flexibilität beruhen auf zwei Hauptfaktoren: dem beschränkten Längenausgleich und der Störkontur der Versorgungsleitungen. Durch den maximalen Längenausgleich werden Knick- und Drehbewegungen des Industrieroboters beschränkt. Durch die oft erhebliche, kaum berechenbare Störkontur werden verbleibende Bewegungsspielräume – je nach Komplexität der Arbeitsumgebung und des Werkstücks – weiter eingeschränkt.
Vorbekannte Führungsvorrichtungen für Versorgungsleitungen sind regelmäßig entlang der Roboterstruktur angeordnet. Meist werden die Versorgungsleitungen dabei nicht unmittelbar, sondern in einem sie umgebenden Schutzschlauch geführt.
Zum Führen der Versorgungsleitungen werden an der Roboterstruktur befestigte Halteteile eingesetzt. Diese Halteteile weisen regelmäßig an der Roboterstruktur festgelegte Winkelbleche und an diesen angeordnete Schellen- und Trompetenelemente auf, wobei die letzteren zwei zum eigentlichen Halten und Führen der Versorgungsleitungen dienen; gelegentlich sind Halteteile auch als Formteile ausgestaltet.
Zum Längenausgleich kommen meist zwischen oder nach solchen Halteteilen angeordnete Längenreserven und Rückholmittel zum Einsatz. Die Längenreserven sind regelmäßig als verform- oder verschiebbare Schlaufen ausgebildet. Als Rückholmittel kommen regelmäßig Druckfedern zum Einsatz, die meist eine schraubenförmige Struktur aufweisen und regelmäßig einen die Versorgungsleitungen umgebenden Schutzschlauch umgeben; gelegentlich kommen auch Blattfedern zum Einsatz.
Aus DE 19645413 A1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters durch ein ringförmig ausgebildetes Formteil führt. Die Führungsvorrichtung besteht aus einem ringförmigen Raum im Gelenk eines Industrieroboters, einer Zugfeder, einem Federkopplungsteil und einem Kabelspannschaft, der ein flexibles Flachbandkabel innerhalb des ringförmigen Raums in einer Doppelschlaufe mit u-förmigem Bogen führt. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen innerhalb des ringförmigen Raums verschieben kann, wodurch die Doppelschlaufe durchgehend mit minimalem dynamischem Biegeradius verlaufen kann.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass der u-förmige Bogen selbst nicht als Längenreserve genutzt werden kann, vor allem jedoch, dass der u-förmige Bogen innerhalb eines ringförmigen Raums verläuft. Selbst für den Fall, dass der innere Radius des ringförmigen Raums sich auf Null reduzieren lässt, muss der äußere Radius des Raums immer noch mindestens dem doppeltem dynamischen Biegeradius der Versorgungsleitungen entsprechen, was zu einer hohen Störkontur führt.
Aus DE 19817605 A1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Sie besteht aus einem Schutzschlauch, der an der Roboterhand angebrachte Versorgungsleitungen aufnimmt, sowie aus einem seitlich vorne am Roboterarm angebrachten Halteteil, das den Schutzschlauch dort fixiert, sowie aus einem seitlich mittig am Roboterarm angebrachten Halteteil, das den Schutzschlauch beweglich nach hinten führt, sowie aus einer schraubenförmigen Druckfeder, die den Schutzschlauch umgibt, hinter dem mittig angebrachten Halteteil angebracht ist und den Schutzschlauch derart in einer kreisförmigen Schlaufe spannt, dass dieser zunächst nach hinten, dann nach unten und schließlich zurück zur Mitte des Roboterarms geführt wird. Die Längenreserve entsteht, weil die kreisförmige Schlaufe sich zusammenziehen kann. Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Schlaufe im zusammengezogenen Zustand noch den minimalen dynamischen Biegeradius aufweisen muss, wodurch ein ungünstiges Verhältnis zwischen Längenausgleich und Störkontur entsteht. Durch verbleibende Schlingerbewegungen im Bereich der kreisförmigen Schlaufe ist die Störkontur zudem nur beschränkt berechenbar; es kann zu einem Scheuern des Schutzschlauchs an der Roboterschwinge kommen.
Aus DE 20112491 U1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Sie besteht aus einem Schutzschlauch, der an der Roboterhand angebrachte Versorgungsleitungen aufnimmt, sowie aus einem an der Roboterhand angebrachten Halteteil, das den Schutzschlauch dort fixiert, sowie aus einem Lagerbalken, der oben auf dem Roboterarm in dessen hinterem Abschnitt angebracht ist, sowie aus zwei Halteteilen, die vorne und hinten auf dem Lagerbalken angebracht sind und den Schutzschlauch beweglich nach hinten führen, sowie aus einer schraubenförmigen Druckfeder, die den Schutzschlauch umgibt, zwischen den zwei letztgenannten Halteteilen angebracht ist und den Schutzschlauch nach hinten wegspannt, sowie aus einem weiteren Halteteil, das den Schutzschlauch derart in Richtung der Mitte des Lagerbalkens zurückführt, dass eine hinter dem Lagerbalken herabhängende Schlaufe entsteht. Die Längenreserve entsteht, weil die herabhängende Schlaufe sich zusammenziehen und/oder verschieben kann. Nachteilig an der Vorrichtung sind die erhebliche Störkontur oberhalb des Roboterarms und im Bereich der herabhängenden Schlaufe, sowie verbleibende Schlingerbewegungen im Bereich der herabhängenden Schlaufe.
Aus DE 10224858 A1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Sie besteht aus einem Schutzschlauch, der an der Roboterhand angebrachte Versorgungsleitungen aufnimmt, sowie aus einem Halteteil, das oben mittig auf dem Roboterarm angebracht ist und den Schutzschlauch beweglich nach hinten führt, sowie aus einer schraubenförmigen Druckfeder, die den Schutzschlauch umgibt, hinter dem Halteteil angebracht ist und den Schutzschlauch nach hinten wegspannt, sowie aus einem Rundrohr mit seitlicher Längsöffnung, das den Schutzschlauch auf der gesamten Länge der Druckfeder eng umfasst und ihn gerade entlang des hinteren Teils des Roboterarms führt, sowie aus einem weiteren Halteteil, das auf der geöffneten Seite des Rundrohrs seitlich neben dieser auf Höhe ihrer Mitte angebracht ist und die hinter der Druckfeder aus dem Schutzschlauch tretenden Versorgungsleitungen in einer Schlaufe mit annähernd u-förmigem Bogen durch die seitliche Längsöffnung des Rundrohrs führt. Zwischen Druckfeder und letztgenanntem Halteteil werden die Versorgungsleitungen nur durch ihre Eigenstabilität geführt. Die Längenreserve entsteht, weil der annähernd u-förmige Bogen sich im geöffneten Bereich des Rundrohrabschnitts und seitlich dieses Abschnitts bei gleich bleibendem Biegeradius längs der seitlichen Öffnung verschieben kann. Dadurch kann der Bogen beim Längenausgleich durchgehend mit annähernd minimalem dynamischem Biegeradius verlaufen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass der annähernd u-förmige Bogen selbst nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Auch kann die relativ geringe und berechenbare Störkontur nur bei geringer Längenreserve realisiert werden: Sind die außerhalb des Rundrohrs verlaufenden Leitungsteile kurz ausgeführt, geht die Verschiebung des Bogens schon nach relativ geringem Längenausgleich in eine Kontraktion des Bogens über, wodurch es vor allem im Bereich des letztgenannten Halteteils zu extremen Verbiegungen kommt; sind die außerhalb des Rundrohrs verlaufenden Leitungsteile hingegen lang ausgeführt, erhöht sich die Störkontur nicht unerheblich und Schlingerbewegungen treten auf.
Aus DE 10 2004 019 838 A1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters durch ein im hinteren Bereich des Roboterarms an gebrachtes Formteil zu dessen Hand nach vorne führt, das aus einem hohlen, flachen, quaderförmigen Gehäuseteil besteht. Die Führungsvorrichtung besteht aus einem Schutzschlauch, der an der Roboterhand angebrachte Versorgungsleitungen aufnimmt, sowie aus einem Halteteil, das seitlich links an der Roboterhand angebracht ist und den Schutzschlauch dort fixiert, sowie aus einem weiteren Halteteil, das an der linken vorderen Ecke des Formteils angebracht ist und den Schutzschlauch beweglich nach hinten führt, sowie aus einer schraubenförmigen Druckfeder, die den Schutzschlauch umgibt, hinter dem letztgenannten Halteteil angebracht ist und den Schutzschlauch innerhalb des Formteils derart in einer Schlaufe mit annähernd u-förmigem Bogen spannt, dass der Schutzschlauch zunächst nach hinten, dann nach rechts und schließlich zu einem weiteren Halteteil geführt wird, das rechts vorne an dem Formteil angebracht ist und den Schlauch dort fixiert. Die Längenreserve entsteht, weil der annähernd u-förmige Bogen sich bei gleich bleibendem Biegeradius innerhalb des Formteils verschieben kann. Dadurch kann der Bogen auch beim Längenausgleich durchgehend mit annähernd minimalem dynamischem Biegeradius verlaufen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass der annähernd u-förmige Bogen selbst nicht als Längenreserve genutzt werden kann, was zu einem ungünstigen Verhältnis zur Störkontur führt.
Aus DE 10 2004 028 577 A1 ist eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters durch ein im hinteren Bereich des Roboterarms angebrachtes Formteil zu dessen Hand nach vorne führt, das aus einem vorne geschlossenen, seitlich hinten geöffneten Rundrohrabschnitt besteht, der im Bereich der Öffnung in einen hohlen, flachen, u-förmigen Gehäuseabschnitt übergeht. Die Führungsvorrichtung besteht aus einem Schutzschlauch, der an der Roboterhand angebrachte Versorgungsleitungen aufnimmt, sowie aus einem Halteteil, das seitlich links an der Roboterhand angebracht ist und den Schutzschlauch dort fixiert, sowie aus einem weiteren Halteteil, das im kurzen Abstand vor dem Rundrohrabschnitt des Formteils angebracht ist und den Schutzschlauch beweglich nach hinten führt, sowie aus einer schraubenförmigen Druckfeder, die den Schutzschlauch umgibt, hinter dem letztgenannten Halteteil angebracht ist und den Schutzschlauch durch den Rundrohrabschnitt des Formteils entlang des Roboterarms gerade nach hinten führt, sowie aus einem weiteren Halteteil, das die hinter der Druckfeder aus dem Schutzschlauch tretenden Versorgungsleitungen in einer Schlaufe mit annähernd u-förmigem Bogen aus dem Formteil führt. Zwischen der Druckfeder und dem letztgenannten Halteteil werden die Versorgungsleitungen im Gehäuseabschnitt nicht exakt geführt. Die Längenreserve entsteht, weil sich der annähernd u-förmige Bogen im Bereich des Gehäuseabschnitts einschließlich des seitlich geöffneten Rundrohrabschnitts bei gleich bleibendem Biegeradius entlang der seitlichen Längsöffnung des Rundrohrabschnitts verschieben kann, wodurch die Schlaufe durchgehend mit annähernd minimalem dynamischem Biegeradius verlaufen kann.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass der annähernd u-förmige Bogen selbst nicht als Längenreserve genutzt werden kann, was zu einem ungünstigen Verhältnis zur Störkontur fährt.
Hinsichtlich der vorgenannten Führungsvorrichtungen können zwei Problemfaktoren identifiziert werden, die ein besseres Verhältnis von hohem Längenausgleich, geringer, berechenbarer Störkontur und langer Lebensdauer verhindern:
Zum einen der minimale dynamische Biegeradius der Versorgungsleitungen; wird er unterschritten, führt dies schnell zu Materialermüdung, was eine lange Lebensdauer verhindert. Und zum anderen die wenig exakte Führung; sie führt generell zu beweglichen, wenig berechenbaren Störkonturen und speziell im Abschnitt der Längenreserve zu unregelmäßigen Biegeradien, so dass der minimale dynamische Biegeradius in diesem Abschnitt nur annähernd realisiert werden kann.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungsvorrichtung zu entwickeln, die im Vergleich zu vorbekannten Führungsvorrichtungen ein besseres Verhältnis von maximalem Längenausgleich, minimaler, berechenbarer Störkontur und hoher Lebensdauer ermöglicht.
Als Lösungsansatz wird die Eliminierung bzw. Reduzierung der oben genannten Problemfaktoren, insbesondere eine exakte Führung sowie ein zumindest teilweiser Ausschluss dynamischer Biegungen zugunsten statischer Biegungen gewählt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen (2) entlang der Struktur eines Industrieroboters (1) gelöst, die die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitt (3) mit Rückholmittel (Druckfeder 10, Drehfeder 11) beweglich führt, wobei die Versorgungsleitungen (2) in einem ersten Teilabschnitt (5) von einem Drehpunkt (4) weggeführt und in einem zweiten Teilabschnitt (6) im Wesentlichen exakt, im Wesentlichen kreisförmig und im Wesentlichen mit konstantem Abstand zum Drehpunkt (4) weitergeführt werden, sowie dadurch, dass die Biegungen der Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Wesentlichen statisch bleiben.
Der dem Längenausgleich dienende Vorrichtungsabschnitt mit Rückholmittel kann aus weiteren Teilabschnitten bestehen.
Durch die im zweiten Teilabschnitt im Wesentlichen kreisförmige Führung mit im Wesentlichen konstantem Abstand zum Drehpunkt können Biegungen im ersten Teilabschnitt so ausgestaltet werden, dass sie weitgehend statisch bleiben; entsprechend wird es möglich, die Versorgungsleitungen im ersten Teilabschnitt mit annähernd minimalem statischen Biegeradius zu führen, wodurch sich die mit einem bestimmten Längenausgleich mindestens einhergehende Störkontur – je nach Beschaffenheit der Versorgungsleitungen – deutlich verringert. Durch die im zweiten Teilabschnitt annähernd exakte Führung können die Versorgungsleitungen im zweiten Teilabschnitt im Vergleich zu vorbekannten Vorrichtungen zudem unter verbesserter Ausnutzung des minimalen dynamischen Biegeradius geführt werden, wodurch sich die mit einem bestimmten Längenausgleich mindestens einhergehende Störkontur weiter verringert. Von diesem Ausgangspunkt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung je nach Bedarf für bestimmte Anwendungsgebiete optimiert werden:
Kommt es in erster Linie auf einen hohen Längenausgleich an, so kann der zweite Teilabschnitt im Wesentlichen kreisförmig über einen Winkel von mehr als 360 Grad, beispielsweise über 720 Grad in zwei übereinander angeordneten annähernd kreisförmigen Schlaufen, und/oder mit höherem als dem minimalem dynamischen Biegeradius geführt werden. Kommt es in erster Linie auf eine geringe Störkontur an, kann der zweite Teilabschnitt im Wesentlichen kreisförmig über einen Winkel von weniger als 360 Grad, beispielsweise über lediglich 90 Grad mit minimalem dynamischen Biegeradius verlaufen. Kommt es in erster Linie auf eine lange Lebensdauer an, kann der zweite Teilabschnitt mit deutlich höherem als dem minimalen dynamischen Biegeradius verlaufen.
Aufgrund des günstigen Ausgangsverhältnisses von Längenausgleich, Störkontur und Lebensdauer werden Varianten möglich, die im Vergleich zu vorbekannten Führungsvorrichtungen alle drei Aspekte verbessern.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) in derjenigen Ebene geführt, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft.
Die Führung im Drehpunkt kann beispielsweise durch ein Halteteil realisiert werden, das selbst drehbar ausgestaltet und fest mit den Versorgungsleitungen verbunden ist.
Durch die vorgenannte Ausgestaltung kann eine Torsion der Versorgungsleitungen im Bereich des ersten Teilabschnitts vermieden werden. Sofern der Kreisbogen im zweiten Teilabschnitt über einen Winkel mit vielen Graden verläuft, treten auf der dem ersten Teilabschnitt abgewandten Seite des Drehpunkts weitere störende dynamische Biegungen auf.
Die vorgenannte Ausgestaltung ist insbesondere für Fälle geeignet, in denen lediglich ein geringer Längenausgleich erforderlich ist und/oder eine Torsion der Versorgungsleitungen sehr problematisch ist.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft.
Die Führung im Drehpunkt kann beispielsweise durch ein Halteteil realisiert werden, das selbst unbeweglich ausgestaltet ist und die Versorgungsleitungen drehbeweglich führt.
Durch die vorgenannte Ausgestaltung kann das Auftreten weiterer dynamischer Biegungen auf der dem ersten Teilabschnitt abgewandten Seite des Drehpunkts vermieden werden. Verläuft der Kreisbogen im zweiten Teilabschnitt über einen Winkel mit vielen Graden, kann eine nicht unerhebliche Torsion der Versorgungsleitungen auftreten; die Torsion kann abgeschwächt werden, indem sie über einen möglichst langen Abschnitt der Versorgungsleitungen verteilt wird, beispielsweise indem die Versorgungsleitungen auf der dem ersten Teilabschnitt abgewandten Seite des Drehpunkts über eine möglichste lange Strecke in drehbeweglicher Weise geführt werden.
Die vorgenannte Ausgestaltung ist insbesondere für Fälle geeignet, in denen ein hoher Längenausgleich erforderlich ist und/oder eine Torsion der Versorgungsleitungen nicht sehr problematisch ist.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) durch ein Formteil (13) geführt, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden.
Formteil und Schutzschlauch können einen gleichförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Schutzschlauch vorzugsweise keine entsprechende Längsöffnung aufweist. Durch diese Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen zugleich geschützt und exakt geführt. Formteil und Schutzschlauch können einen kreisförmigen oder nicht kreisförmigen – beispielsweise quaderförmigen – Querschnitt aufweisen. Ein nicht kreisförmiger Querschnitt von Formteil und Schutzschlauch ist insoweit vorteilhaft, als sich der Schutzschlauch in diesem Fall nicht um die eigene Achse drehen kann, wodurch auch ein ganzes Bündel von Versorgungsleitungen unproblematisch in einem sehr weitgehend exakt konstanten Abstand vom Drehpunkt geführt werden kann. Die Längsöffnung des Formteils ist vorzugsweise zumindest annähernd in Richtung Drehpunkt gerichtet.
Das Formteil kann weitere Öffnungen aufweisen. Vorteilhaft kann das beispielsweise sein, wenn Beweglichkeit und/oder exakte Führung des Schutzschlauchs im zweiten Teilabschnitt durch mit dem Schutzschlauch verbundene Laufrollen unterstützt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einer Energieführungskette (9) durch ein Formteil (13) geführt, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden.
Die Führung der Versorgungsleitungen in einer Energieführungskette ist insbesondere wegen der Belastbarkeit der Energieführungskette und der einfachen Realisierbarkeit einer Zugentlastung vorteilhaft.
Formteil und Energieführungskette können einen gleichförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Energieführungskette nicht notwendig eine entsprechende Längsöffnung aufweist. Durch diese Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen zugleich geschützt und exakt geführt. Formteil und Energieführungskette können einen kreisförmigen oder nicht kreisförmigen – beispielsweise quaderförmigen – Querschnitt aufweisen. Ein nicht kreisförmiger Querschnitt von Formteil und Energieführungskette ist insoweit vorteilhaft, als sich die Energieführungskette in diesem Fall nicht um die eigene Achse drehen kann, wodurch auch ein ganzes Bündel von Versorgungsleitungen unproblematisch in einem sehr weitgehend exakt konstanten Abstand zum Drehpunkt geführt werden kann. Die Längsöffnung des Formteils ist vorzugsweise zumindest annähernd in Richtung Drehpunkt gerichtet.
Das Formteil kann weitere Öffnungen aufweisen. Vorteilhaft kann das beispielsweise sein, wenn Beweglichkeit und/oder exakte Führung der Energieführungskette im zweiten Teilabschnitt durch mit der Energieführungskette verbundene Laufrollen unterstützt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung dienen eine oder mehrere Druckfedern (10) als Rückholmittel.
Als Druckfedern können beispielsweise Schraubenfedern dienen.
Druckfedern können ohne Probleme im Bereich eines für den Längenausgleich ohnehin erfor derlichen Teilabschnitts – beispielsweise zwischen Schutzschlauch und Formteil – angebracht werden. Dadurch bleibt die Gesamtstörkontur gering. In einer bevorzugten Variante sind im Bereich der Druckfedern Protektoren (12) angebracht, durch die der Schutzschlauch beweglich geführt wird; dadurch wird der Verschleiß an Schutzschlauch, Druckfeder und Formteil verringert.
Druckfedern weisen im komprimierten Zustand eine Restlänge auf, so dass bei Anbringung zwischen Schutzschlauch und Formteil nicht der ganze von der Druckfeder umgebene Bereich der Versorgungsleitungen als Längenreserve dienen kann.
In einer alternativen Ausgestaltung dient eine Drehfeder (11) als Rückholmittel, deren Drehachse durch den Drehpunkt (4) verläuft und deren Drehkraft entlang des Bogens des zweiten Teilabschnitts (6) wirkt.
Als Drehfeder kann beispielsweise eine Schenkelfeder dienen.
Beim Einsatz einer Drehfeder als Rückholmittel tritt das oben für Druckfedern beschriebene Restlängenproblem nicht auf. Durch Anbringen des Rückholmittels im Bereich eines für den Längenausgleich ohnehin erforderlichen Teilabschnitts bleibt die Gesamtstörkontur gering.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in einem dritten Teilabschnitt (7) gerade und im Wesentlichen exakt weitergeführt.
Die vorgenannte Führung kann – abgesehen von ihrem geraden Verlauf – derjenigen im zweiten Teilabschnitt entsprechen; sie dient primär dazu, im weiteren Verlauf der Versorgungsleitungen Schlingerbewegungen zu verhindern. Weitere Vorteile sind mit der vorgenannten Führung insbesondere dann verbunden, wenn das Rückholmittel aus einer oder mehreren Druckfedern besteht. Denn diese können dann – bei entsprechender Ausgestaltung – auch in diesem Teilabschnitt zusammengepresst werden, so dass bei ausreichender Länge des dritten Teilabschnitts der gesamte zweite Teilabschnitt als Längenreserve dienen kann.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im dritten Teilabschnitt (7) durch ein Formteil (14) geführt, das Schutzschläuche (8) und/oder Energieführungsketten (9) verschiedenen Querschnitts exakt führen kann.
Durch die vorgenannte Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, die Führung der Versorgungsleitungen in Schutzschläuchen und/oder Energieführungsketten im Hinblick auf unterschiedliche Anforderungen im zweiten und dritten Teilabschnitt zu optimieren. Beispielsweise kann die Führung im zweiten Teilabschnitt in einer trotz des engen Biegeradius hoch belastbaren Energieführungskette quaderförmigen Querschnitts erfolgen, im dritten Teilabschnitt hingegen in einem weniger belastbaren und deutlich kostengünstigeren Schutzschlauch kreisförmigen Querschnitts.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) und zweiten Teilabschnitt (6) durchgehend innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils (15) geführt.
Durch die Führung innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils werden die Versorgungsleitungen insbesondere vor Spänen, Schmutz und Staub geschützt.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) und den dritten Teilabschnitt (7) durchgehend innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils (16) geführt.
Durch die Führung innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils werden die Versorgungsleitungen insbesondere vor Spänen, Schmutz und Staub geschützt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist zumindest ein Formteil (13, 14, 15, 16) aufklappbar gestaltet.
Durch die aufklappbare Ausgestaltung sind Versorgungsleitungen und/oder Verschleißteile leicht zugänglich. In einer Variante sind die Formteile (13, 14) derart gestaltet, dass beim Aufklappen asymmetrische Teile entstehen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass im Falle einer seitlichen Anbringung am Roboterarm die Versorgungsleitungen nach dem Aufklappen des/der Formteile nicht einfach zu Boden fallen, sondern gezielt – beispielsweise nach oben – herausgenommen werden müssen.
Die Zeichnungen 1 bis 13 zeigen beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 und 2 zeigen eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) in derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts durch ein Formteil (13) kreisförmigen Querschnitts geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden, wobei die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das fest mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst drehbar ausgestaltet ist. In Zeichnung 1 ist eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve abgebildet; in Zeichnung 2 ist eine Stellung mit fast vollständig genutzter Längenreserve abgebildet.
3 und 4 zeigen eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts durch ein Formteil (13) kreisförmigen Querschnitts geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden, wobei die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das drehbeweglich mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst nicht drehbar ausgestaltet ist. In Zeichnung 3 ist eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve abgebildet; in Zeichnung 4 ist eine Stellung mit fast vollständig genutzter Längenreserve abgebildet.
5 zeigt eine Ausgestaltung des Rückholmittels als Kombination dreier Druckfedern (10), die um einen Schutzschlauch (8) angebracht sind, der seinerseits die Versorgungsleitungen (2) umgibt, und die an Protektoren (12) grenzen, die ebenfalls um diesen Schutzschlauch (8) angebracht sind.
6 zeigt eine Ausgestaltung des Rückholmittels als Drehfeder (11), die die Versorgungsleitungen (2) teilweise direkt umgibt, und deren Drehachse durch den Drehpunkt (4) verläuft.
7 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts durch ein Formteil (13) kreisförmigen Querschnitts geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in einem dritten Teilabschnitt (7) gerade und im Wesentlichen exakt in einem Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts durch ein Formteil (14) kreisförmigen Querschnitts geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im dritten Teilabschnitt (7) verlaufende Öffnung (17) aufweist, und in dem die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das in drehbeweglicher Weise mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst nicht drehbar ausgestaltet ist, und in dem eine Drehfeder (11), deren Drehachse durch den Drehpunkt (4) verläuft, als Rückholmittel dient, und in dem die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) und den dritten Teilabschnitt (7) durchgehend innerhalb eines geschlossenen Formteils (16) geführt werden, das mit den anderen Formteilen (13, 14) fest verbunden ist, wobei alle Formteile (13, 14, 16) derart ausgestaltet sind, dass sie gemeinsam aufklappbar sind. Die Zeichnung bildet eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
8 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einer Energieführungskette (9) quaderfömigen Querschnitts durch ein Formteil (13) quaderförmigen Querschnitts geführt werden, das zwei längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnungen (17) aufweist, wobei die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich durch eine dieser Öffnungen (17) hindurch geführt werden können, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in einem dritten Teilabschnitt (7) gerade und im Wesentlichen exakt durch ein Formteil (14) weitergeführt werden, das einen Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts und eine Energieführungskette (9) quaderförmigen Querschnitts exakt führen kann, und in dem die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das in drehbeweglicher Weise mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst nicht drehbar ausgestaltet ist, und in dem eine Drehfeder (11), deren Drehachse durch den Drehpunkt (4) verläuft, als Rückholmittel dient, und in dem die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) und den dritten Teilabschnitt (7) durchgehend innerhalb eines geschlossenen Formteils (16) geführt werden, das mit den anderen Formteilen (13, 14) fest verbunden ist, wobei alle Formteile (13, 14, 16) derart ausgestaltet sind, dass sie gemeinsam aufklappbar sind. Die Zeichnung bildet eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
9 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts durch ein Formteil (13) kreisförmigen Querschnitts geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, wobei die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich durch eine dieser Öffnungen (17) hindurch geführt werden, und in dem die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das in drehbeweglicher Weise mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst nicht drehbar ausgestaltet ist, und in dem drei im zweiten Teilabschnitt (6) innerhalb des Formteils (13) zwischen vier den Schutzschlauch (8) umgebenden Protektoren (12) angebrachte Druckfedern (10) als Rückholmittel dienen, und in dem die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) durchgehend innerhalb eines geschlossenen Formteils (15) geführt werden, das mit dem anderen Formteil (13) fest verbunden ist, wobei beide Formteile (13, 15) derart ausgestaltet sind, dass sie gemeinsam aufklappbar sind. Die Zeichnung bildet eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
10 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), in dem die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einer Energieführungskette (9) quaderförmigen Querschnitts durch ein Formteil (13) quaderförmigen Querschnitts geführt werden, das zwei längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnungen (17) aufweist, wobei die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich durch eine dieser Öffnungen (17) hindurch geführt werden, und in dem die Versorgungsleitungen (2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in einem dritten Teilabschnitt (7) gerade und im Wesentlichen exakt durch ein Formteil (14) weitergeführt werden, das einen Schutzschlauch (8) kreisförmigen Querschnitts und eine Energieführungskette (9) quaderförmigen Querschnitts exakt führen kann, und in dem die Führung im Drehpunkt (4) durch ein Halteteil realisiert ist, das in drehbeweglicher Weise mit den Versorgungsleitungen verbunden und selbst nicht drehbar ausgestaltet ist, und in dem eine im dritten Teilabschnitt (7) innerhalb des Formteils (14) zwischen zwei den Schutzschlauch (8) umgebenden Protektoren (12) angebrachte Druckfeder (10) als Rückholmittel dient, und in dem die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) und den dritten Teilabschnitt (7) durchgehend innerhalb eines geschlossenen Formteils (16) geführt werden, das mit den anderen Formteilen (13, 14) fest verbunden ist, wobei alle Formteile (13, 14, 16) derart ausgestaltet sind, dass sie gemeinsam aufklappbar sind. Die Zeichnung bildet eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
11 und 12 zeigen die Anbringung jeweils einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), entlang eines Teils der Struktur des Industrieroboters (1).
13 zeigt die Anbringung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitts (3), entlang der Struktur des Industrieroboters (1).

1: Industrieroboter
2: Versorgungsleitungen
3: Vorrichtungsabschnitt zum Längenausgleich
4: Drehpunkt
5: Erster Teilabschnitt
6: Zweiter Teilabschnitt
7: Dritter Teilabschnitt
8: Schutzschlauch
9: Energieführungskette
10: Druckfeder
11: Drehfeder
12: Protektor
13: Formteil (zweiter Teilabschnitt)
14: Formteil (dritter Teilabschnitt)
15: Formteil (erster und zweiter Teilabschnitt)
16: Formteil (erster, zweiter und dritter Teilabschnitt)
17: Öffnung

Claims

Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen (2) entlang der Struktur eines Industrieroboters (1), die die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich dienenden Vorrichtungsabschnitt (3) mit Rückholmittel beweglich führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) in einem ersten Teilabschnitt (5) von einem Drehpunkt (4) weggeführt und in einem zweiten Teilabschnitt (6) im Wesentlichen exakt, im Wesentlichen kreisförmig und im Wesentlichen mit konstantem Abstand zum Drehpunkt (4) weitergeführt werden, sowie dadurch, dass die Biegungen der Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Wesentlichen statisch bleiben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) in derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) im Bereich des Drehpunkts (4) annähernd senkrecht zu derjenigen Ebene geführt werden, durch die der Bogen des zweiten Teilabschnitts (6) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch (8) durch ein Formteil (13) geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einer Energieführungskette (9) durch ein Formteil (13) geführt werden, das eine längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen (2) im zweiten Teilabschnitt (6) verlaufende Öffnung (17) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich hindurch geführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Druckfedern (10) als Rückholmittel dienen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehfeder (11) als Rückholmittel dient, deren Drehachse durch den Drehpunkt (4) verläuft und deren Drehkraft entlang des Bogens des zweiten Teilabschnitts (6) wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in einem dritten Teilabschnitt (7) gerade und im Wesentlichen exakt weitergeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im dritten Teilabschnitt (7) durch ein Formteil (14) geführt werden, das Schutzschläuche (8) und/oder Energieführungsketten (9) verschiedenen Querschnitts exakt führen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5) und zweiten Teilabschnitt (6) durchgehend innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils (15) geführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (2) über den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt (6) und den dritten Teilabschnitt (7) durchgehend innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils (16) geführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5 oder 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formteil (13, 14, 15, 16) aufklappbar gestaltet ist.