DE102009037515A1

DE102009037515A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter

Info

Publication number: DE102009037515A1
Application number: DE102009037515A
Authority: DE
Inventors: Steffen Philipp
Original assignee: Individual
Current assignee: Igus GmbH
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: DE102009037515B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter mit einem Längenausgleichsabschnitt, der eine geringe, berechenbare Störkontur aufweist. Vorrichtung eines Gelenkroboters zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters, die die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt (3) mit Linearführung (4) und Rückstellmittel beweglich führt, wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder (9) aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen über ein linear bewegliches Führungselement (6) der Linearführung (4) im Bereich des Bogens einer u-förmigen Schlaufe als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen wirkt. Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters, durch das die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt (3) mit Linearführung (4) und Rückstellmittel beweglich geführt werden, wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder (9) aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen über ein linear bewegliches Führungselement (6) der Linearführung (4) im Bereich des Bogens einer u-förmigen Schlaufe als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter. Sie umfasst einen dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel.
Stand der Technik
Gelenkroboter 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.
Derartige 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.
Um eine möglichst weitgehende räumlichen Flexibilität von Gelenkrobotern zu ermöglichen, umfassen Vorrichtungen zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter auch Vorrichtungsabschnitte, die dem Längenausgleich der Versorgungsleitungen für Bewegungen von Roboterachsen dienen. In solchen Längenausgleichsabschnitten werden die Versorgungsleitungen – relativ zur Roboterstruktur – beweglich geführt; die Versorgungsleitungen weisen dort ein Teilstück auf, das aufgrund dieser Führung als Längenreserve dienen kann. Soll ein entsprechender Längenausgleichsabschnitt dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienen, ist die bewegliche Führung dort nicht unmittelbar an die Bewegungen einzelner Roboterachsen gekoppelt.
Beschränkungen der räumlichen Flexibilität von Gelenkrobotern beruhen im Hinblick auf derartige Vorrichtungsabschnitte auf zwei Hauptfaktoren: auf der beschränkten Längenreserve und der Störkontur dieser Vorrichtungsabschnitte. Durch die maximal verfügbare Längenreserve wird die Bewegungsfreiheit der Achsen des Gelenkroboters beschränkt; durch die oft erhebliche, kaum berechenbare Störkontur können verbleibende Bewegungsspielräume – je nach Komplexität der Arbeitsumgebung und des Werkstücks – weiter eingeschränkt werden. Eine Vergrößerung der Längenreserve ist regelmäßig mit einer Vergrößerung der Störkontur verbunden.
Vorrichtungen zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter sind regelmäßig wenigstens teilweise als Anbauteile des Gelenkroboters ausgestaltet. Im Bereich eines Roboterarms und einer Roboterhand werden die Versorgungsleitungen meist wenigstens teilweise außen an der Roboterstruktur und/oder wenigstens teilweise in einem Schutzschlauchs geführt, der beispielsweise als Well- oder Spiralschlauch ausgebildet ist; seltener werden die Versorgungsleitungen dort in einer Gliederkette geführt. Regelmäßig werden durch entsprechende Vorrichtungen verschiedenartige Versorgungsleitungen geführt.
Zum Führen der Versorgungsleitungen werden regelmäßig an der Struktur des Gelenkroboters befestigte Anbauteile eingesetzt. Solche Anbauteile weisen meist an der Roboterstruktur angeordnete Winkelbleche, Schellenelemente, Trompetenelemente, Halteelemente und/oder Gleitelemente auf; gelegentlich weisen sie ein Formteil oder mehrere Formteile auf. Meist bestehen entsprechende Führungsvorrichtungen aus mehreren Anbauteilen.
Längenausgleichsabschnitte, die dem Längenausgleich der Versorgungsleitungen für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienen, weisen meist kreisförmige oder u-förmige Schlaufen der Versorgungsleitungen auf, wobei ein Teil dieser Schlaufen als Längenreserve dient. Regelmäßig wird in solchen Vorrichtungsabschnitten beim Längenausgleich ein die Versorgungsleitungen umgebender Schutzschlauch und/oder eine die Versorgungsleitungen umgebende Gliederkette durch die Rückstellkraft eines Rückstellmittels gespannt und mit dem Versorgungsleitungen beweglich entgegen bzw. entlang der Rückstellkraft des Rückstellmittels geführt.
Rückstellmittel weisen regelmäßig Federelemente auf. Solche Federelemente bestehen meist aus Druckfedern mit einer schraubenförmigen Struktur, die regelmäßig einen die Versorgungsleitungen umgebenden Schutzschlauch umgeben, seltener werden Blattfedern, Spiralfedern oder Federstäbe als Federelemente eingesetzt. In Längenausgleichsabschnitten, die eine Linearführung aufweisen, werden Druckfedern mit einer schraubenförmigen Struktur eingesetzt.
Aus DE 10224858 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die ein Rundrohr mit seitlicher Längsöffnung aufweist. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich längs der Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Rückstellkraft durch eine die Versorgungsleitungen im Rundrohr umgebende Druckfeder erzeugt wird, welche in vollständig komprimierter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweist, so dass ein nicht unerheblicher Abschnitt der im Rundrohr geführten Versorgungsleitungen nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Dadurch ist die Längenreserve erheblich kürzer als die Linearführung, was sich nachteilig auf das Verhältnis von Längenreserve und Störkontur auswirkt.
Aus DE 10 2004 028 577 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters durch ein im hinteren Bereich des Roboterarms angebrachtes Formteil zu dessen Hand nach vorne führt.
Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die einen vorne geschlossenen, seitlich hinten geöffneten Rundrohrabschnitt aufweist, und die ihrerseits als Abschnitt des Formteils ausgestaltet ist. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich entlang der Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Rückstellkraft durch eine die Versorgungsleitungen im Rundrohrabschnitt umgebende Druckfeder erzeugt wird, die in vollständig komprimierter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweist, so dass ein nicht unerheblicher Abschnitt der im Rundrohrabschnitt geführten Versorgungsleitungen nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Dadurch ist die Längenreserve erheblich kurzer als die Linearführung, was sich nachteilig auf das Verhältnis von Längenreserve und Störkontur auswirkt.
Aus WO 2008037276 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die mindestens drei parallel angeordnete Führungsstäbe aufweist. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich entlang Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Rückstellkraft durch eine die Versorgungsleitungen umgebende, zwischen den vier Stäben angeordnete Druckfeder erzeugt wird, die in vollständig komprimierter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweist, so dass ein nicht unerheblicher Abschnitt der zwischen den Führungsstäben geführten Versorgungsleitungen nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Dadurch ist die Längenreserve erheblich kürzer als die Linearführung, was sich nachteilig auf das Verhältnis von Längenreserve und Störkontur auswirkt.
Aus EP 1848571 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die ein ortsfestes Gleitelement, zwei Gleitstangen und ein linear bewegliches Führungselement aufweist, auf welchem die Versorgungsleitungen mit Schutzschlauch befestigt sind.
Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich im Bereich der Linearführung entlang der Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
Das Rückstellmittel weist zwei Druckfedern mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über die Gleitstangen, das linear bewegliche Führungselement und einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Rückstellkraft durch zwei Druckfedern erzeugt wird, die die Gleitstangen der Linearführung umgeben, und die in vollständig komprimierter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweisen, so dass ein nicht unerheblicher Abschnitt der entlang der Linearführung geführten Versorgungsleitungen nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Dadurch ist die Längenreserve erheblich kürzer als die Linearführung, was sich nachteilig auf das Verhältnis von Längenreserve und Störkontur auswirkt.
Aus DE 10 2004 019 838 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; die Schlaufe wird nicht durch eine Linearführung, sondern durch die inneren Begrenzungen eines kistenartigen Formteils beweglich geführt.
Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich entlang der seitlichen Begrenzungen des kistenartigen Formteils verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
In einer Variante weist das Rückstellmittel eine Blattfeder auf, die innen parallel entlang der u-förmigen Schlaufe verläuft; ihre Federkraft wirkt über einer Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die auf die Versorgungsleitungen.
Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass die Rückstellkraft durch eine die Versorgungsleitungen im Rundrohrabschnitt umgebende Druckfeder erzeugt wird, die in vollständig komprimierter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweist, so dass ein nicht unerheblicher Abschnitt der im Rundrohrabschnitt geführten Versorgungsleitungen nicht als Längenreserve genutzt werden kann. Dadurch ist die Längenreserve erheblich kürzer als die Linearführung, was sich nachteilig auf das Verhältnis von Längenreserve und Störkontur auswirkt.
Nachteilig an der Variante mit Blattfeder ist, dass die Blattfeder in ausgezogener Stellung aus dem Bereich des kistenartigen Formteils austritt und dort eine zusätzliche Störkontur bildet.
Hinsichtlich der vorgenannten Führungsvorrichtungen besteht demnach einheitlich das Problem, dass die verwendeten Federn in vollständig gespannter Stellung eine nicht unerhebliche Rest-Länge aufweisen, so dass die verwendeten Linearführungen deutlich länger konstruiert werden müssen, als die gewünschte Längenreserve. Dies wirkt sich nachteilig aus auf das Verhältnis von – möglichst großer – Längenreserve und – möglichst geringer – Störkontur.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters bereitzustellen, die im Vergleich zu vorbekannten Führungsvorrichtungen mit Linearführung ein besseres Verhältnis von maximalem Längenausgleich und minimaler Störkontur in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt ermöglicht.
Der Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters zu entwickeln, das im Vergleich zu vorbekannten Verfahren bei Verwendung einer Linearführung ein besseres Verhältnis von maximalem Längenausgleich und minimaler Störkontur in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung eines Gelenkroboters zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters gelöst, die die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel beweglich führt, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt in einem Schutzschlauch und/oder einer Gliederkette geführt werden, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt bei Längenausgleichsbewegungen als u-förmige Schlaufe mit geraden Schenkeln entlang der Struktur des Gelenkroboters geführt werden, und wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen der Versorgungsleitungen über ein linear bewegliches Führungselement der Linearführung im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette sowie über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen wirkt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters gelöst, durch das die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel beweglich geführt werden, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt in einem Schutzschlauch und/oder einer Gliederkette geführt werden, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt bei Längenausgleichsbewegungen als u-förmige Schlaufe mit geraden Schenkeln geführt werden, und wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen der Versorgungsleitungen über ein linear bewegliches Führungselement der Linearführung im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette sowie über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen wirkt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch einen Gelenkroboter mit der vorgenannten Vorrichtung sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens sowie durch einen Gelenkroboter mit einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gelöst.
Wirkt die Federkraft – wie beschrieben – über das linear bewegliche Führungselement der Linearführung im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette, werden bei Längenausgleichsbewegungen beide Schenkel der u-förmigen Schlaufe um eine Länge verkürzt bzw. verlängert, die dem Verfahrweg des linear beweglichen Elements entspricht; entsprechend stehen der Verfahrweg des linear beweglichen Elements und die Längenreserve in einem Verhältnis von 1 zu 2, wodurch die Längenreserve auch länger als die Linearführung ausgestaltet werden kann. Ganz entsprechend ermöglicht die Erfindung ein verbessertes Verhältnis von – möglichst großer – Längenreserve und – möglichst geringer – Störkontur.
Hinsichtlich der konkreten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen verschiedene Alternativen bzw. Varianten in Betracht.
In einer alternativen Ausführung weist das linear bewegliche Führungselement der Linearführung mindestens eine Rolle auf, durch die der Schutzschlauch und/oder die Gliederkette bei Längenausgleichsbewegungen rollend geführt werden.
Durch Verwendung einer oder mehrerer Rollen kann die Reibung, die im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auftritt, gering gehalten werden.
In einer alternativen Ausführung weist das linear bewegliche Führungselement der Linearführung ein Formteil mit einer gebogenen Fläche auf, entlang der der Schutzschlauch und/oder die Gliederkette bei Längenausgleichsbewegungen gleitend geführt werden.
Die gebogene Fläche kann so ausgestaltet werden, dass sie bei Längenausgleichsbewegungen weitgehend parallel zur berührten Außenkontur des Schutzschlauchs und/oder der Gliederkette verläuft. Ein solches Formteil kann einfach und kostengünstig ausgestaltet werden.
In einer alternativen Ausführung ist das Formteil als gebogenes Rohr ausgestaltet.
Ein solches Formteil kann sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden. Es hält den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette auch in ungespanntem Zustand sicher.
In einer alternativen Ausführung ist das Formteil als gebogenes Teilrohr ausgestaltet.
Ein solches Formteil kann sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden. Es ermöglicht bei Beschädigungen ein besonders leichtes und schnelles Austauschen der Versorgungsleitungen.
In einer alternativen Ausführung weist das Formteil mindestens eine integrierte Rolle auf. Durch die Integration einer oder mehrerer Rollen kann die im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auftretende Reibung verringert werden.
In einer alternativen Ausführung ist die Feder des Rückstellmittels als Druckfeder ausgestaltet, deren Federkraft im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements der Linearführung auf das linear bewegliche Führungselement der Linearführung wirkt.
Durch die Verwendung einer Druckfeder kann das Rückstellmittel besonders einfach und damit kostengünstig hergestellt werden. Es ist eine besonders raumsparende Anbringung der Feder zwischen den Schenkeln der u-förmigen Schlaufe möglich. Gegebenenfalls müssen jedoch Maßnahmen getroffen werden, um ein seitliches Ausbrechen der Feder zu verhindern.
In einer alternativen Ausführung ist die Feder des Rückstellmittels als Zugfeder ausgestaltet, deren Federkraft im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements der Linearführung auf das linear bewegliche Führungselement der Linearführung wirkt. Die Zugfeder kann durch Spanen gefertigt sein.
Durch die Verwendung einer Zugfeder kann das Rückstellmittel einfach und damit kostengünstig hergestellt werden. Maßnahmen gegen ein seitliches Ausbrechen der Feder sind nicht erforderlich.
In einer alternativen Ausführung ist die Feder des Rückstellmittels als Drehfeder ausgestaltet, deren Drehmoment das Rückstellmittel in eine Kraft wandelt, die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements der Linearführung auf dieses linear bewegliche Führungselement der Linearführung wirkt. Die Drehfeder kann durch Spanen gefertigt sein.
Vorteilhaft an einer Drehfeder ist, dass deren räumliche Ausdehnung sich zwischen gespanntem und ungespanntem Zustand nur unwesentlich verändert. Im gespannten wie im ungespannten Zustand können ihre Windungen nahe beieinander liegen. Ein Rückstellmittel mit Drehfeder kann daher sehr kompakt gestaltet werden.
In einer Variante der vorstehenden alternativen Ausführung wird das Drehmoment der Drehfeder durch eine Gewindespindel und eine Gewindemutter in die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements der Linearführung wirkende Kraft gewandelt.
Die Verwendung einer Gewindespindel und einer Gewindemutter bietet eine einfache Möglichkeit, das Drehmoment der Drehfeder in eine linear wirkenden Kraft zu wandeln. Dabei sollte die Steigung des Gewindes so gewählt werden, dass die Reibung zwischen Gewindespindel und Gewindemutter bei Längenausgleichsbewegungen in beide Richtungen nicht zu groß wird.
In einer alternativen Ausführung ist ein Ende der Feder mit einem verstellbaren Halteelement verbunden, welches bei gleich bleibender Längenreserve verschiedene Vorspannungen der Feder erlaubt.
Durch die Einstellbarkeit unterschiedlicher Vorspannungen der Feder kann die Rückstellkraft der Rückstellmittels bei gleichbleibender Federlänge individuell an die Erfordernisse der Roboter-Applikation und an das Gewicht der Versorgungsleitungen angepasst werden. Aufgrund des erfindungsgemäß günstigen Verhältnisses des Verfahrwegs des linear beweglichen Elements zur Längenreserve kann die maximale Länge der Feder dennoch geringer als der maximale Längenausgleich der Versorgungsleitungen bleiben. Dies ermöglicht auch bei einstellbarer Vorspannung ein verbessertes Verhältnis von – möglichst großer – Längenreserve und – möglichst geringer – Störkontur.
Bei Verwendung einer Drehfeder ändert sich deren Ausdehnung beim Längenausgleich ohnehin wenig; hier bietet sich die Verwendung einer – bevorzugt umschaltbaren – Knarre als verstellbares Halteelement an.
1a und 1b zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen eine Gliederkette (8) vorgesehen; die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Druckfeder (14) ausgeführt; das linear bewegliche Element (6) der Linearführung (4) ist als Formteil (11) mit gebogener Fläche ausgeführt. Die Linearführung (4) weist zwei ebene, gleichmäßig voneinander beabstandete Platten auf, zwischen denen das Formteil (11) linear gleitend gelagert ist. Ein seitliches Ausbrechen des Formteils (11) wird durch längs der Bewegungsrichtung des Formteils (11) verlaufende seitliche Umkantungen der beiden Platten verhindert. Ein seitliches Ausbrechen der Druckfeder (14) wird ggf. durch ein weiteres, die Feder erfassendes, in der Linearführung gleitend gelagertes Element verhindert. 1a zeigt eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve, 1b zeigt eine Stellung mit vollständig genutzter Längenreserve.
1c und 1d zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen eine Gliederkette (8) vorgesehen; die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Druckfeder (14) ausgeführt; das linear bewegliche Element (6) der Linearführung (4) ist als Formteil (11) mit gebogener Fläche ausgeführt. Die Linearführung (4) weist zwei ebene, gleichmäßig voneinander beabstandete Platten auf, zwischen denen das Formteil (11) linear gleitend gelagert ist. Das Formteil weist seitlich jeweils eine Höhe auf, die den Abstand der beiden Platten übersteigt, wodurch ein seitliches Ausbrechen des Formteils (11) verhindert wird. Ein seitliches Ausbrechen der Druckfeder (14) wird ggf. durch ein weiteres, die Feder erfassendes, in der Linearführung gleitend gelagertes Element verhindert. Mit einem Ende der Feder (6) ist ein linear bewegliches, verstellbares Halteteil verbunden, das so ausgestaltet ist, dass es in verschiedenen Stellungen an einem Ende der Platten fixiert und wieder gelöst werden kann, so dass es bei gleich bleibender Längenreserve verschiedene Vorspannungen der Feder (6) erlaubt. 1c zeigt eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve, 1d zeigt eine Stellung mit vollständig genutzter Längenreserve.
2a und 2b zeigen das Rückstellmittel (5) des in 1a und 1b gezeigten Längenausgleichsabschnitts in einigen Details. 2a zeigt das Rückstellmittel in der Seitenansicht, 2b zeigt das Rückstellmittel in der Seitenansicht im Schnitt.
2c zeigt das als Formteil (11) ausgeführte linear bewegliche Element (6) der Linearführung aus 1c und 1d in einigen Details, insbesondere in das Formteil (11) integrierte Rollen (10).
2d und 2e zeigen das Rückstellmittel (5) des in 1c und 1d gezeigten Längenausgleichsabschnitts in einigen Details. 2d zeigt das Rückstellmittel in der Seitenansicht, 2e zeigt das Rückstellmittel in der Seitenansicht im Schnitt.
3a und 3b zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen eine Gliederkette vorgesehen; die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Zugfeder (15) ausgeführt; das linear bewegliche Element der Linearführung (4) weist ein Formteil (11) mit gebogener Fläche auf. Die Linearführung (4) besteht aus einer geraden Stange mit quadratischem Querschnitt, auf der eine Hülse mit Flansch linear gleitend gelagert ist, die ihrerseits fest mit dem Formteil verbunden ist. 3a zeigt eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve, 3b zeigt eine Stellung mit vollständig genutzter Längenreserve.
4a und 4b zeigen eine mögliche Variante der Ausgestaltung des Rückstellmittels (5) des in 3a und 3b gezeigten Längenausgleichsabschnitts in einigen Details. 4a zeigt einen Schnitt des Rückstellmittels (5) mit entspannter Zugfeder (15) und linear einem beweglichen Element (6), das ein als Rohr (12) mit integrierten Rollen (10) ausgeführtes Formteil aufweist. 4b zeigt das gleiche Rückstellmittel (5) mit gespannter Zugfeder (15).
4c und 4d zeigen eine mögliche Variante der Ausgestaltung des Rückstellmittels (5) des in 3a und 3b gezeigten Längenausgleichsabschnitts in einigen Details. 4c zeigt einen Schnitt des Rückstellmittels (5) mit entspannter Zugfeder (15) und einem linear beweglichen Element (6), das ein als Halbrohr (13) mit integrierten Rollen (10) ausgeführtes Formteil aufweist. 4b zeigt das gleiche Rückstellmittel (5) mit gespannter Zugfeder (15).
5a und 5b zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen (2) ein Schutzschlauch (7) und eine Gliederkette (8) vorgesehen, Die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Drehfeder (16) ausgeführt. Das linear bewegliche Element (6) der Linearführung (4) weist zwei Rollen (10) auf. Die Linearführung (4) besteht aus einer Gewindespindel (18), einer drehbar gelagerten Gewindemutter sowie der Lagerung dieser Gewindemutter. Ein Ende der Feder (6) ist mit einem als Knarre (17) ausgestalteten verstellbaren Halteteil verbunden, durch das die Drehfeder (16) in verschiedenen Drehstellungen fixiert und gelöst werden kann, so dass es bei gleich bleibender Längenreserve verschiedene Vorspannungen der Feder (6) ermöglicht werden. 5a und 5b zeigen jeweils eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve.
6a und 6b zeigen das Rückstellmittel (5) des in 5a und 5b gezeigten Längenausgleichsabschnitts (3) in einigen Details. 6a zeigt das Rückstellmittel (5) mit ungespannter Drehfeder (16) in einer Stellung, die es bei ungenutzter Längenreserve einnimmt. 6b zeigt das Rückstellmittel mit gespannter Drehfeder (16) in einer Stellung, die es bei vollständig genutzter Längenreserve einnimmt.
7 zeigt den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der außen entlang des Arms eines Gelenkroboter angebracht ist bzw. verläuft. Eine grafische Darstellung des weiteren Verlaufs der Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Roboters erfolgt hier nicht. Diesbezüglich ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Führung und Rückstellung der Versorgungsleitungen im Längenausgleichsabschnitt keine Besonderheiten.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkroboter
2: Versorgungsleitungen
3: Längenausgleichsabschnitt
4: Linearführung
5: Rückstellmittel
6: linear bewegliches Element
7: Schutzschlauch
8: Gliederkette
9: Feder
10: Rolle
11: Formteil
12: Rohr
13: Halbrohr
14: Druckfeder
15: Zugfeder
16: Drehfeder
17: Knarre
18: Gewindespindel
19: Gewindemutter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10224858 A1 [0010]
DE 102004028577 A1 [0013]
WO 2008037276 A1 [0017]
EP 1848571 A1 [0020]
DE 102004019838 A1 [0024]

Claims

Vorrichtung eines Gelenkroboters (1) zum Führen von Versorgungsleitungen (2) entlang der Struktur des Gelenkroboters (1), die die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt (3) mit Linearführung (4) und Rückstellmittel (5) beweglich führt, wobei die Versorgungsleitungen (2) in diesem Längenausgleichsabschnitt (3) in einem Schutzschlauch (7) und/oder einer Gliederkette (8) geführt werden, und wobei die Versorgungsleitungen (2) in diesem Längenausgleichsabschnitt (3) bei Längenausgleichsbewegungen als u-förmige Schlaufe mit geraden Schenkeln entlang der Struktur des Gelenkroboters (1) geführt werden dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmittel (5) mindestens eine Feder (9) aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen der Versorgungsleitungen (2) über ein linear bewegliches Führungselement (6) der Linearführung (4) im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) sowie über den Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen (2) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das linear bewegliche Führungselement (6) der Linearführung (4) mindestens eine Rolle (10) aufweist, durch die der Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) bei Längenausgleichsbewegungen rollend geführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das linear bewegliche Führungselement (6) der Linearführung (4) mindestens ein Formteil (11) mit einer gebogenen Fläche aufweist, entlang der der Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) bei Längenausgleichsbewegungen gleitend geführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (11) als gebogenes Rohr (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, das Formteil (11) als gebogenes Teilrohr (13) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (11) mindestens eine integrierte Rolle (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) des Rückstellmittels (5) als Druckfeder (14) ausgestaltet ist, deren Federkraft im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements (6) der Linearführung (4) auf dieses linear bewegliche Führungselement (6) der Linearführung (4) wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) des Rückstellmittels (5) als Zugfeder (15) ausgestaltet ist, deren Federkraft im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements (6) der Linearführung (4) auf dieses linear bewegliche Führungselement (6) der Linearführung (4) wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) des Rückstellmittels (5) als Drehfeder (16) ausgestaltet ist, deren Drehmoment durch das Rückstellmittel (5) in eine Kraft gewandelt wird, die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements (6) der Linearführung (4) auf dieses linear bewegliche Führungselement (6) der Linearführung (4) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment der Drehfeder (16) durch eine Gewindespindel (18) und eine Gewindemutter (19) in die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements (6) der Linearführung (4) wirkende Kraft gewandelt wird.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Feder (9) mit einem verstellbaren Halteelement verbunden ist, das bei gleich bleibender Längenreserve verschiedene Vorspannungen der Feder (9) erlaubt.
Gelenkroboter mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen (2) entlang der Struktur eines Gelenkroboters (1), durch das die Versorgungsleitungen (2) in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt (3) mit Linearführung (4) und Rückstellmittel (5) beweglich geführt werden, wobei die Versorgungsleitungen (2) in diesem Längenausgleichsabschnitt (3) in einem Schutzschlauch (7) und/oder einer Gliederkette (8) geführt werden, und wobei die Versorgungsleitungen (2) in diesem Längenausgleichsabschnitt (3) bei Längenausgleichsbewegungen als u-förmige Schlaufe mit geraden Schenkeln geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmittel (5) mindestens eine Feder (9) aufweist, deren Federkraft bei Längenausgleichsbewegungen der Versorgungsleitungen (2) über ein linear bewegliches Führungselement (6) der Linearführung (4) im Bereich des Bogens der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) sowie über den Schutzschlauch (7) und/oder die Gliederkette (8) als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen (2) wirkt.