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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters. Sie umfasst einen
dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
dienenden Vorrichtungsabschnitt.
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Stand der Technik
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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 entlang der Roboterstruktur verlaufende Leitungen eingeschränkt.
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Solche
Leitungen bestehen aus Kabeln und/oder Schläuchen, die
elektrischen Strom und/oder Fluide – wie beispielsweise
Luft und Wasser – und/oder Lichtwellen leiten, und die
beispielsweise an der Roboterhand angeordnete Werkzeuge und/oder
Messgeräte mit Energie, Kühlung und/oder Daten
versorgen; sie werden im Rahmen dieser Schrift als Versorgungsleitungen
bezeichnet.
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Vorgenannte
Einschränkungen der Flexibilität beruhen auf zwei
Hauptfaktoren: dem beschränkten Längenausgleich
und der Störkontur der Versorgungsleitungen. Durch den
maximalen Längenausgleich werden Bewegungen der Achsen
des Industrieroboters beschränkt. Durch die oft erhebliche, kaum
berechenbare Störkontur können verbleibende Bewegungsspielräume – je
nach Komplexität der Arbeitsumgebung und des Werkstücks – weiter
eingeschränkt werden.
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Vorbekannte
Führungsvorrichtungen für Versorgungsleitungen
sind regelmäßig entlang der Roboterstruktur angeordnet.
Im Bereich des Roboterarms und der Roboterhand werden die Versorgungsleitungen
regelmäßig zumindest teilweise außen
an der Roboterstruktur und/oder wenigstens teilweise in einem sie
umgebenden Schutzschlauch geführt. Regelmäßig
werden durch solche Führungsvorrichtungen verschiedenartige
Versorgungsleitungen geführt.
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Zum
Führen der Versorgungsleitungen werden regelmäßig
Anbauteile eingesetzt, die außen an der Roboterstruktur
befestigt sind. Solche Anbauteile weisen meist an der Roboterstruktur
festgelegte Winkelbleche und/oder an diesen angeordnete Halteteile,
Schellen- und/oder Trompetenelemente auf gelegentlich sind Anbauteile
auch als Formteile ausgestaltet; entsprechende Vorrichtungen können
aus mehreren solchen Anbauteilen bestehen.
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Zum
Längenausgleich kommen meist zwischen oder nach solchen
Anbauteilen angeordnete Längenreserven und Rückstellmittel
zum Einsatz. Die Längenreserven sind regelmäßig
als kontrahierbare, kreisförmige Schlaufen oder verschiebbare, u-förmige
Schlaufen der Versorgungsleitungen ausgebildet. Rückstellmittel
bestehen regelmäßig aus Vorrichtungsteilen, die
zumindest teilweise aus Federelementen bestehen. Solche Federelemente
bestehen meist aus Druckfedern mit einer schraubenförmigen
Struktur, die regelmäßig einen die Versorgungsleitungen
umgebenden Schutzschlauch umgeben; gelegentlich werden auch Blattfedern
oder Federstäbe als Federelemente eingesetzt. Regelmäßig hält
die Federkraft dieser Federelemente einen Schutzschlauch oder eine
Energieführungskette und mittelbar auch darin geführte
Versorgungsleitungen gespannt.
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Aus
DE 19817605 A1 ist
eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach
vorne führt; die Vorrichtung besteht durchgehend aus Anbauteilen.
Zum Längenausgleich ist eine kreisförmige Schlaufe
vorgesehen, die von einer schraubenförmigen Druckfeder
umgeben ist. Die Längenreserve entsteht, weil die kreisförmige Schlaufe
sich zusammenziehen kann; die Längenreserve dient dem Längenausgleich
für Bewegungen mehrerer Roboterachsen.
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Nachteilig
an dieser Vorrichtung ist, dass die Schlaufe auch 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 an
der Roboterschwinge kommen.
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Aus
DE 20112491 U1 ist
eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach
vorne führt; die Vorrichtung besteht durchgehend aus Anbauteilen.
Zum Längenausgleich ist eine im hinteren Bereich des Roboterarms
herabhängende Schlaufe vorgesehen. Die Längenreserve
entsteht, weil die herabhängende Schlaufe sich zusammenziehen
und/oder verschieben kann; die Längenreserve dient dem Längenausgleich
für Bewegungen mehrerer Roboterachsen.
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Nachteilig
an dieser Vorrichtung sind die erhebliche Störkontur oberhalb
des Roboterarms und im Bereich der herabhängenden Schlaufe
sowie verbleibende Schlingerbewegungen im Bereich der herabhängenden
Schlaufe.
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Aus
DE 10224858 A1 ist
eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach
vorne führt; die Vorrichtung besteht durchgehend aus Anbauteilen.
Zum Längenausgleich ist eine u-förmige Schlaufe
vorgesehen, die in einem Rundrohr mit seitlicher Längsöffnung
geführt wird. Die Längenreserve entsteht, weil
der annähernd u-förmige Bogen sich im geöffneten
Bereich des Rundrohrabschnitts und seitlich dieses Abschnitts bei
annähernd gleich bleibendem Biegeradius längs
der seitlichen Öffnung verschieben kann. Der Bogen kann beim
Längenausgleich durchgehend mit annähernd minimalem
dynamischem Biegeradius verlaufen. Die Längenreserve dient
dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen.
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Nachteilig
an dieser Vorrichtung ist, dass der u-förmige Bogen selbst
nicht als Längenreserve genutzt werden kann, was zu einem
ungünstigen Verhältnis zur Störkontur
führt. Auch sind die außerhalb des Rundrohrs verlaufenden
Leitungsteile nicht stabilisiert; werden diese Leitungsteile länger
ausgestaltet, können dort Schlingerbewegungen auftreten.
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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 angebrachtes Formteil zu dessen Hand nach vorne
führt, das aus einem hohlen, flachen, quaderförmigen
Gehäuseteil besteht; die Vorrichtung besteht durchgehend
aus Anbauteilen. Zum Längenausgleich ist eine annähernd
u-förmige Schlaufe vorgesehen, die in diesem Formteil geführt
wird. Die Längenreserve entsteht, weil der annähernd
u-förmige Bogen sich bei annähernd gleich bleibendem
Biegeradius innerhalb des Formteils verschieben kann. Der Bogen
kann beim Längenausgleich durchgehend mit annähernd
minimalem dynamischem Biegeradius verlaufen. Die Längenreserve
dient dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer
Roboterachsen.
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Nachteilig
an der Vorrichtung ist, dass der u-förmige Bogen selbst
nicht als Längenreserve genutzt werden kann, was zu einem
ungünstigen Verhältnis zur Störkontur
führt.
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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 Vorrichtung besteht großteis aus Anbauteilen. Zum Längenausgleich
ist eine annähernd u-förmige Schlaufe vorgesehen,
die in diesem Formteil geführt wird. Die Längenreserve
entsteht, weil sich der annähernd u-förmige Bogen
im Bereich des Gehäuseabschnitts einschließlich
des seitlich geöffneten Rundrohrabschnitts bei annähernd
gleich bleibendem Biegeradius entlang der seitlichen Längsöffnung
des Rundrohrabschnitts verschieben kann. Der Bogen kann beim Längenausgleich
durchgehend mit annähernd minimalem dynamischem Biegeradius
verlaufen. Die Längenreserve dient dem Längenausgleich
für Bewegungen mehrerer Roboterachsen.
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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.
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Aus
DE 20007000 U1 ist
eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters zu dessen Hand nach
vorne führt; die Vorrichtung besteht durchgehend aus Anbauteilen
und weist im Bereich der Roboterhand ein Wickelführung
in Form eines Doppeltellers auf. Zum Längenausgleich ist
eine Schlaufe vorgesehen, die von einer schraubenförmigen
Druckfeder umgeben ist. Die Längenreserve entsteht, weil die
Schlaufe sich zusammenziehen kann; sie dient dem Längenausgleich
für Bewegungen mehrerer Roboterachsen.
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Nachteilig
an der Vorrichtung ist, dass die Schlaufe auch 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 Schlaufe ist die Störkontur zudem nur beschränkt
berechenbar; es kann zu einem Scheuern an der Roboterschwinge kommen.
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Aus
JP 62213992 A ist
eine Führungsvorrichtung bekannt, die Versorgungsleitungen
entlang der Struktur eines Industrieroboters führt. Die
Versorgungsleitungen werden durchgehend im Inneren der Roboterstruktur
geführt. Die Führungsvorrichtung ist integraler
Bestandteil der Roboterstruktur; sie besteht aus einer zylinderförmigen,
drehbeweglich gelagerten Trommel mit zylinderförmigem Innenraum und
seitlicher Öffnung, die die Versorgungsleitungen in einem
ersten Teilabschnitt durch die seitliche Öffnung aus dem
Inneren der Trommel hinaus und anschließend in einem zweiten
Teilabschnitt außen kreisförmig entlang der Trommelwand
weiterführt. Die Trommel ist parallel zu einer Drehachse
des Roboters gelagert und über einen Riemen direkt mit
dieser Achse gekoppelt. Die Längenreserve entsteht, weil
die Kabel um die Trommel gewickelt werden, wodurch der im zweiten
Teilabschnitt befindliche Kabelabschnitt vollständig als
Längenreserve genutzt werden und durchgehend mit minimalem
dynamischem Biegeradius verlaufen kann. Die Längenreserve
dient dem Längenausgleich für Bewegungen einer
Roboterachse.
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Nachteilig
an der Vorrichtung ist vor allem, dass ihre Längenausgleichsbewegungen
direkt an Bewegungen einer einzelnen Roboterachse gekoppelt sind;
dadurch ist sie nicht zum Längenausgleich für
Bewegungen mehrerer Roboterachsen geeignet.
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Nachteilig
an der Vorrichtung ist weiterhin, dass die Kabel im zweiten Teilabschnitt
nicht exakt geführt werden.
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Hinsichtlich
der vorgenannten Führungsvorrichtungen können
zwei Problemfaktoren identifiziert werden, die ein besseres Verhältnis
von hohem Längenausgleich, geringer, berechenbarer Störkontur und
langer Lebensdauer in einem dem Längenausgleich dienenden
Vorrichtungsabschnitt 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 der Versorgungsleitungen
in diesem Abschnitt nur annähernd realisiert werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Führen
von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Industrieroboters
zu entwickeln, die im Vergleich zu vorbekannten Führungsvorrichtungen
ein besseres Verhältnis von maximalem Längenausgleich,
mi nimaler, berechenbarer Störkontur und hoher Lebensdauer
in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer
Roboterachsen dienenden Vorrichtungsabschnitt ermöglicht.
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Als
Lösungsansatz wird eine möglichst weitgehende
Eliminierung der oben genannten Problemfaktoren, insbesondere eine
weitgehend exakte Führung und ein teilweiser Ausschluss
dynamischer Biegungen zugunsten statischer Biegungen in einem dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
dienenden Vorrichtungsabschnitt gewählt. Mit diesem Lösungsansatz
ist eine Abkehr von herkömmlichen Ausgestaltungen der Längenreserve als
kontrahierbare, kreisförmige Schlaufe oder verschiebbare,
u-förmige Schlaufe verbunden.
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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 für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
dienenden Vorrichtungsabschnitt (3) mit Rückstellmittel
beweglich führt, wobei die Versorgungsleitungen (2)
beim Längenausgleich gegen die Rückstellkraft
mindestens eines Federelements des Rückstellmittels beweglich
um einen Drehpunkt (4) geführt werden, und wobei
die Versorgungsleitungen (2) in einem ersten Teilabschnitt
(5) ausgehend vom Drehpunkt (4) so weggeführt
und anschließend in einem zweiten Teilabschnitt (6)
in einem Bogen so weitergeführt werden, dass Biegungen
der Versorgungsleitungen (2) im ersten Teilabschnitt (5)
beim Längenausgleich im Wesentlichen statisch bleiben und
der zweite Teilabschnitt (6) zumindest teilweise als Längenreserve
dienen kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann als integraler
Bestandteil der Struktur eines Industrieroboters ausgestaltet sein
oder zumindest teilweise aus Anbauteilen bestehen. Der dem Längenausgleich
dienende Vorrichtungsabschnitt mit Rückstellmittel kann
aus weiteren Teilabschnitten bestehen. Das Rückstellmittel
ist bevorzugt nicht direkt mit einer der Drehachsen des Roboters
gekoppelt.
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Durch
die Führung im zweiten Teilabschnitt wird es möglich,
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; auch eine exakte Führung im ersten Teilabschnitt
ist dann ohne Weiteres möglich. Durch die im zweiten Teilabschnitt
annähernd exakte Führung können die Versorgungsleitungen
im zweiten Teilabschnitt im Vergleich zu vorbekannten Vorrichtungen,
die dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer
Roboterachsen dienen, unter verbesserter Ausnutzung des minimalen
dynamischen Biegeradius geführt werden, wodurch sich die
mit einem bestimmten Längenausgleich mindestens einhergehende
Störkontur weiter verringert.
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Von
diesem Ausgangspunkt kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung je nach Bedarf für bestimmte Anwendungsgebiete
mit Blick auf Längenausgleich, Störkontur und
Lebensdauer optimiert werden; aufgrund des günstigen Ausgangsverhältnisses
von Längenausgleich, Störkontur und Lebensdauer
werden auch Varianten möglich, die im Vergleich zu vorbekannten
Führungsvorrichtungen alle drei Aspekte verbessern.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere
zum Längenausgleich für Bewegungen solcher Roboterachsen
geeignet, die im Bereich von Arm und Hand eines Gelenkroboters angeordnet sind.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen
(2) im zweiten Teilabschnitt (6) im Wesentlichen
exakt, im Wesentlichen kreisförmig und im Wesentlichen
mit konstantem Abstand zum Drehpunkt (4) geführt.
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Dadurch
bleiben Biegungen der Versorgungsleitungen auch im zweiten Teilabschnitt
im Wesentlichen statisch, wodurch sich die Lebensdauer der Versorgungsleitungen
verbessert.
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In
einer sehr bevorzugten Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen
(2) im zweiten Teilabschnitt (6) exakt, kreisförmig
und mit konstantem Abstand zum Drehpunkt (4) geführt.
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Dadurch
bleiben Biegungen der Versorgungsleitungen auch im zweiten Teilabschnitt
statisch, wodurch sich die Lebensdauer der Versorgungsleitungen
deutlich verbessert. Die Vorteile des erfindungsgemäßen
Führungsprinzips werden bei dieser Führung nicht
nur im Wesentlichen, sondern vollständig genutzt.
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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.
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Die
Führung im Drehpunkt kann beispielsweise durch ein Halteteil
realisiert werden, das selbst drehbar ausgestaltet und fest mit
den Versorgungsleitungen verbunden ist.
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Durch
die vorgenannte Ausgestaltung kann eine Torsion der Versorgungsleitungen
im Bereich des ersten Teilabschnitts vermieden werden; es können
jedoch auf der dem ersten Teilabschnitt abgewandten Seite des Drehpunkts
weitere störende dynamische Biegungen auftreten.
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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.
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Die
Führung im Drehpunkt kann beispielsweise durch ein Halteteil
realisiert werden, das selbst unbeweglich ausgestaltet ist und die
Versorgungsleitungen drehbeweglich führt.
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Durch
die vorgenannte Ausgestaltung kann das Auftreten weiterer dynamischer
Biegungen auf der dem ersten Teilabschnitt abgewandten Seite des Drehpunkts
vermieden werden; es kann jedoch eine nicht unerhebliche Torsion
der Versorgungsleitungen auftreten; sie kann abgeschwächt
werden, wenn 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.
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In
einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen
(2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einem Schutzschlauch
(8) durch ein Formteil (13) geführt,
das im zweiten Teilabschnitt (6) eine Öffnung
(16) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich
hindurch geführt werden.
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Die Öffnung
des Formteils kann längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen
im zweiten Teilabschnitt verlaufen. Formteil und Schutzschlauch
können einen gleichförmigen Querschnitt aufweisen,
wobei der Schutzschlauch vorzugsweise keine entsprechende Öffnung
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 infern 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. Eine Längsöffnung
des Formteils ist vorzugsweise zumindest annähernd in Richtung Drehpunkt
gerichtet.
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In
einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen
(2) im zweiten Teilabschnitt (6) in einer Energieführungskette
(9) durch ein Formteil (13) geführt,
das im zweiten Teilabschnitt (6) eine Öffnung
(16) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich
hindurch geführt werden.
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Die
Führung der Versorgungsleitungen in einer Energieführungskette
ist insbesondere wegen der Belastbarkeit der Energieführungskette
und der einfachen Realisierbarkeit einer Zugentlastung vorteilhaft.
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Die Öffnung
des Formteils kann längs der Bewegungsrichtung der Versorgungsleitungen
im zweiten Teilabschnitt verlaufen. Formteil und Energieführungskette
können einen gleichförmigen Querschnitt aufweisen,
wobei die Energieführungskette nicht notwendig eine entsprechende Öffnung
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.
Eine Längsöffnung des Formteils ist vorzugsweise
zumindest annähernd in Richtung Drehpunkt gerichtet.
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In
einer alternativen Ausgestaltung dienen eine oder mehrere Druckfedern
(10) als Federelement des Rückstellmittel.
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Als
Druckfedern können beispielsweise Schraubenfedern dienen.
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Druckfedern
können ohne Probleme im Bereich eines für den
Längenausgleich ohnehin erforderlichen Teilabschnitts – beispielsweise
zwischen Schutzschlauch und Formteil – angebracht werden. Dadurch
kann die Gesamtstörkontur gering gehalten werden. 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.
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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.
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In
einer alternativen Ausgestaltung dient eine Drehfeder (11)
als Federelement des Rückstellmittels, deren deren Drehkraft
entlang des Bogens des zweiten Teilabschnitts (6) wirkt.
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Als
Drehfeder kann beispielsweise eine Schenkelfeder dienen.
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Beim
Einsatz einer Drehfeder als Federelement tritt das oben für
Druckfedern beschriebene Restlängenproblem nicht auf. Durch
Anbringen des Rückstellmittels im Bereich eines für
den Längenausgleich ohnehin erforderlichen Teilabschnitts
kann die Gesamtstörkontur gering gehalten werden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung sind die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (6) trennbar gekoppelt.
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Trennbare
Kopplungen der Versorgungsleitungen sind an Industrierobotern üblich;
solche Kopplungen bzw. Trennstellen sind gegenüber dynamischen
Biegungen empfindlich. Entsprechend werden sie regelmäßig
in Vorrichtungsabschnitten angebracht, in denen keine dynamischen
Biegungen auftreten. Bei vorbekannten Führungsvorrichtungen werden
sie meist außerhalb des dem Längenausgleich dienenden
Vorrichtungsabschnitts an der Roboterstruktur angebracht. Nachdem
Biegungen innerhalb des ersten Teilabschnitts der erfindungsgemäßen
Führungsvorrichtung auch beim Längenausgleich
statisch bleiben, ist es konsequent, diesen Raum zur Anbringung
von Kopplungen bzw. Trennstellen zu nutzen und damit die Gesamtstörstruktur weiter
zu verringern.
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In
einer alternativen Ausgestaltung werden die Versorgungsleitungen
(2) im ersten Teilabschnitt (5) und zweiten Teilabschnitt
(6) durchgehend innerhalb eines weitgehend geschlossenen
Formteils (15) geführt.
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Durch
die Führung innerhalb eines weitgehend geschlossenen Formteils
werden die Versorgungsleitungen insbesondere vor Spänen,
Schmutz und Staub geschützt.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist zumindest ein Formteil (13, 14, 15)
aufklappbar gestaltet.
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Durch
die aufklappbare Ausgestaltung sind Versorgungsleitungen und/oder
Verschleißteile leicht zugänglich.
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Die
Zeichnungen 1 bis 19b zeigen beispielhaft
verschiedene Ausgestaltungen der er findungsgemäßen
Vorrichtung.
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1 und 2 zeigen
eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
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 (16)
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 und
ist. In Zeichnung 1 ist eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve
abgebildet; in Zeichnung 2 ist eine Stellung mit fast vollständig
genutzter Längenreserve abgebildet.
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3 und 4 zeigen
eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
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
(16) 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.
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5 zeigt
eine Ausgestaltung des Federelements des Rückstellmittels
als Kombination dreier Druckfedern (10), die um einen Schutzschlauch
(8) angebracht sind, der seinerseits die Versor gungsleitungen
(2) umgibt, und die an Protektoren (12) grenzen,
die ebenfalls um diesen Schutzschlauch (8) angebracht sind.
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6 zeigt
eine Ausgestaltung des Federelements des Rückstellmittels
als Drehfeder (11), die die Versorgungsleitungen (2)
teilweise direkt umgibt, und deren Drehachse durch den Drehpunkt
(4) verläuft.
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7 zeigt
eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
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
(16) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich
hindurch geführt werden können, 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 Federelement
des Rückstellmittels 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
aufklappbar ausgestaltet ist. Die Zeichnung bildet eine Stellung
mit ungenutzter Längenreserve ab.
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8 zeigt
eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
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 Teil abschnitt (6) verlaufende Öffnung
(16) aufweist, durch die die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (5) auch beim Längenausgleich
hindurch geführt werden können, 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 Federelement des Rückstellmittels
dient, 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 aufklappbar ausgestaltet
ist. Die Zeichnung bildet eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
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9a und 9b zeigen
eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen, dem
Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
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 teilweise
drehbeweglich ausgestaltetes Formteil (13) kreisförmigen
Querschnitts geführt werden, und in dem die Versorgungsleitungen
(2) im Anschluss an den zweiten Teilabschnitt (6) in
einem dritten Abschnitt (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 Abschnitt (7)
verlaufende Öffnung (17) aufweist, und in dem
eine Drehfeder (11), deren Drehachse durch den Drehpunkt
(4) verläuft, als Federelement des Rückholmittels
dient, und in dem die Versorgungsleitungen (2) über
den ersten Teilabschnitt (5) und den zweiten Teilabschnitt
(6) und den dritten Abschnitt (7) durchgehend
innerhalb eines geschlossenen Formteils (15) geführt
werden, das aufklappbar ausgestaltet ist. Die Zeichnungen bilden
eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve ab.
-
10 zeigt
einen Schutzschlauch (8) in Gestalt eines Wellschlauchs
mit Befestigungsteil. 11 zeigt eine Möglichkeit,
ein zu starkes Durchbiegen eines solchen Schutzschlauchs (8)
dadurch zu verhindern, dass zwei ineinander greifende Schutzschläuche
(8) zu einem kombinierten Schutzschlauch (8) verbunden
werden. 12 zeigt eine weitere Möglichkeit,
ein zu starkes Durchbiegen eines solchen Schutzschlauchs (8)
dadurch zu verhindern, dass auf der Außenseite des Schutzschlauchs elastische
O-Ringe (17) in die Vertiefungen des Schutzschlauchs (8)
eingebracht werden. 13 zeigt eine weitere Möglichkeit,
ein zu starkes Durchbiegen eines solchen Schutzschlauchs (8)
dadurch zu verhindern, dass auf der Außenseite des Schutzschlauchs
Sprengringe (18) in die Vertiefungen des Schutzschlauchs
(8) eingebracht werden; durch die Wahl eines geeigneten
Profils des Sprengrings (18) kann der Biegeradius des Schutzschlauchs
relativ gut gesteuert werden.
-
Die
in 11 bis 13 gezeigten
Stabilisierungsmöglichkeiten erlauben eine im Wesentlichen
kreisförmige Führung im zweiten Teilabschnitt (6)
insbesondere auch dann, wenn die Versorgungsleitungen dort nicht
durchgehend und/oder nach allen Seiten eng in einem Formteil geführt
werden.
-
14 zeigt
eine Energieführungskette (9) kreisförmigen
Querschnitts mit Befestigungsteil, sowie eine Möglichkeit,
ein zu starkes Durchbiegen einer solchen Energieführungskette
(9) dadurch zu verhindern, dass zwei Federstäbe
(19) innerhalb der Energieführungskette (9)
verlaufen.
-
Diese
Stabilisierungsmöglichkeit erlaubt eine im Wesentlichen
kreisförmige Führung im zweiten Teilabschnitt
(6) insbesondere auch dann, wenn die Versorgungsleitungen
dort nicht durchgehend und/oder nach allen Seiten eng in einem Formteil
geführt werden.
-
15a bis 15f zeigen
eine weiter konkretisierte Variante des in 8 gezeigten
Führungsprinzips, in der die Versorgungsleitungen (2)
im ersten Teilabschnitt (5) trennbar gekoppelt sind, und
in der die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich
für Bewegungen mehreren Roboterachsen dienenden Vorrichtungsabschnitt
(3) gut zugänglich und gut geschützt
innerhalb eines aufklappbaren Formteils (15) geführt
werden; 15d zeigt hierbei eine Stellung
mit fast vollständig genutzter Längenreserve.
-
16a und 16b, 17a und 17b, 18a und 18b sowie 19a und 19b zeigen
jeweils eine mögliche Führung der Versorgungsleitungen
im Bereich des Roboterarms und der Roboterhand je eines Industrieroboters
verschiedener Roboterersteller.
-
- 1
- Industrieroboter
- 2
- Versorgungsleitungen
- 3
- Vorrichtungsabschnitt
zum Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen
- 4
- Drehpunkt
- 5
- Erster
Teilabschnitt
- 6
- Zweiter
Teilabschnitt
- 7
- Dritter
Abschnitt
- 8
- Schutzschlauch
- 9
- Energieführungskette
- 10
- Druckfeder
- 11
- Drehfeder
- 12
- Protektor
- 13
- Formteil
zweiter Teilabschnitt
- 14
- Formteil
dritter Abschnitt
- 15
- Formteil
erster und zweiter Teilabschnitt
- 16
- Öffnung
- 17
- O-Ring
- 18
- Sprengring
- 19
- Federstab
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19817605
A1 [0008]
- - DE 20112491 U1 [0010]
- - DE 10224858 A1 [0012]
- - DE 102004019838 A1 [0014]
- - DE 102004028577 A1 [0016]
- - DE 20007000 U1 [0018]
- - JP 62213992 A [0020]