DE102010033429A1

DE102010033429A1 - Industrieroboter

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Publication number: DE102010033429A1
Application number: DE102010033429A
Authority: DE
Original assignee: MAJAtronic GmbH
Current assignee: MAJAtronic GmbH
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Es wird ein Industrieroboter nach dem Deltaprinzip vorgeschlagen mit einer Roboterbasis (1), mit einem Trägerelement (2) zur Aufnahme eines Greifers oder eines Werkzeugs, mit mehreren Steuerarmen (4) mit jeweils einem oberen und einem unteren Armabschnitt (7, 8), mit Gelenken (11, 12) zwischen den unteren Armabschnitten (8) und den oberen Armabschnitten (7) und zwischen den unteren Armabschnitten (8) und dem Trägerelement (2), mit einem kugelförmigen Gelenkkopf (13) der Gelenke (11, 12), mit mindestens zwei eine Aufnahme für den Gelenkkopf (13) bildenden Aufnahmeelementen (15, 16) der Gelenke (11, 12), wobei der Gelenkkopf (13) zwischen den Aufnahmeelementen (15, 16) frei von weiteren Halteelementen gehalten ist, und mit einer zumindest teilweise als Teil einer als Kugelschale ausgebildeten, dem Gelenkkopf (13) zugewandten Stirnseite der Aufnahmeelemente (15, 16).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Industrieroboter nach dem Deltaprinzip mit einer Roboterbasis, mit einem als Aufnahme für einen Greifer oder ein Werkzeug dienenden Trägerelement und mit mehreren Steuerarmen mit jeweils einem oberen und einem unteren Armabschnitt.
Derartige Industrieroboter werden auch als Deltaroboter bezeichnet. Sie dienen zum Bewegen, Positionieren und/oder Bearbeiten eines Gegenstands im Raum. Sie sind mit mindestens zwei Steuerarmen ausgestattet, welche auch als Betätigungsarme bezeichnet werden. Jeder Steuerarm weist einen oberen und einen unteren Armabschnitt auf. Der untere und der obere Armabschnitt jedes Steuerarms sind beweglich miteinander verbunden. Jeder der oberen Armabschnitte wird durch einen Motor angetrieben. Die Motoren sind an der Roboterbasis angeordnet. Die Bewegung der oberen Armabschnitte wird über die unteren Armabschnitte auf ein Trägerelement übertragen. Alle unteren Armabschnitte sind mit dem Trägerelement beweglich verbunden. An dem Trägerelement kann beispielsweise ein Greifer zum Aufnehmen eines Gegenstands oder ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Gegenstands angeordnet sein. Das Trägerelement ist hierzu mit einer Aufnahme für einen Greifer oder ein Werkzeug ausgestattet. Durch die aufeinander abgestimmte Bewegung der angetriebenen oberen Armabschnitte kann der an dem Trägerelement angeordnete Greifer oder das Werkzeug gezielt in mehreren Dimensionen bewegt werden. Die Steuerarme bewirken eine räumliche Parallelogrammführung des Trägerelements. Die daraus resultierende parallele Kinematik ermöglicht eine schnelle und präzise Bewegung des Trägerelements und des daran angeordneten Greifers oder Werkzeugs. Durch eine zusätzliche an der Roboterbasis angeordnete Drehmoment-Übertragungseinrichtung kann auf den Greifer oder das Werkzeug ein Drehmoment übertragen werden. Ist der Industrieroboter mit drei Steuerarmen ausgestattet, wird die Drehmoment-Übertragungseinrichtung als vierte Achse bezeichnet.
Ein derartiger Industrieroboter ist beispielsweise aus der EP 250 470 A1 bekannt.
Da derartige Industrieroboter auch im Bereich der Lebensmittelherstellung und Lebensmittelbearbeitung eingesetzt werden, müssen sie hohe Anforderungen bezüglich der Hygiene, der Unbedenklichkeit der Materialien, aus denen die Komponenten des Industrieroboters hergestellt sind, der Verträglichkeit mit den zu bewegenden oder zu bearbeitenden Gegenständen erfüllen. Insbesondere die mit den Gegenständen in Kontakt tretenden Komponenten des Industrieroboters müssen regelmäßig gereinigt werden. Dabei ist es wichtig, dass eine zur Reinigung eingesetzte Reinigungsflüssigkeit die Außenseiten der Steuerarme, des Tragelements und an diesen angeordnete Gelenke umspülen kann.
Es sind Industrieroboter nach dem Deltaprinzip bekannt, bei denen die oberen und unteren Armabschnitte der Steuerarme über ein Kugelgelenk aus einem Gelenkkopf und einer Gelenkpfanne beweglich miteinander verbunden sind. Dabei wird der Gelenkkopf zumindest zur Hälfte von der nach einen Seite geöffneten Gelenkpfanne umschlossen. Als nachteilig erweist sich, dass sich in den Gelenkpfannen Verunreinigungen sammeln können, die durch eine das Gelenk spülende Reinigungsflüssigkeit nicht entfernt werden können. Eine verunreinigte Gelenkpfanne kann nur zuverlässig gereinigt werden, wenn der Gelenkkopf aus der Gelenkpfanne entfernt wird. Hierzu müsste der mit den Kugelgelenken ausgestattete Industrieroboter zerlegt werden. Eine zuverlässige Reinigung zur Erfüllung hoher Hygieneanforderungen ist daher mit großem Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter nach dem Deltaprinzip zur Verfügung zu stellen, der eine zuverlässige Reinigung insbesondere der Gelenke an den Steuerarmen zur Erfüllung eines hohen Hygienestandards ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Gelenke zwischen den unteren Armabschnitten und den oberen Armabschnitten und zwischen den unteren Armabschnitten und dem Trägerelement weisen je einen kugelförmigen Gelenkkopf und zwei eine Aufnahme für den Gelenkkopf bildende Aufnahmeelemente auf. Die dem Gelenkkopf zugewandte Stirnseite der beiden Aufnahmeelemente ist zumindest abschnittsweise als Teil einer Kugelschale ausgebildet. Der Radius dieser Kugelschale ist gleich groß oder geringfügig größer als der Radius des kugelförmigen Gelenkkopfes. Die beiden Aufnahmeelemente setzen diametral gegenüberliegend an dem Gelenkkopf an und üben von zwei entgegen gesetzten und parallelen Richtungen auf den Gelenkkopf eine Kraft aus. Diese Kraft führt dazu, dass der Gelenkkopf zwischen den beiden Aufnahmeelementen eingespannt ist und frei von weiteren Halteelementen gehalten ist. Durch die Form der Aufnahmeelemente ist der Gelenkkopf zwischen den Aufnahmeelementen sicher gehalten. Die Aufnahmeelemente nehmen den Gelenkkopf ähnlich wie die Spannbacken einer Spannvorrichtung zwischen sich auf. Ein unerwünschtes Lösen des Gelenkkopfes von den Aufnahmeelementen ist durch die auf den Gelenkkopf abgestimmte Form der Stirnseiten der Aufnahmeelemente ausgeschlossen. Ein derartiges Gelenk wird auch als sphärisches Gleitlager bezeichnet.
Die Aufnahmeelemente weisen eine zylindrische Form auf. Die Grundfläche des Zylinders kann kreisförmig, oval oder eckig sein. Die Längsachsen beider Aufnahmeelemente verlaufen bei dem Gelenk kollinear. Damit liegen beide Längsachsen auf einer gemeinsamen Geraden, auf der auch der Mittelpunkt des Gelenkkopfes angeordnet ist. Die Querschnittsfläche der Aufnahmeelemente senkrecht zur ihrer Längsachse ist kleiner als die Querschnittsfläche des Gelenkkopfes in einer den Mittelpunkt des Gelenkkopfes enthaltenden Ebene. Dadurch ist sichergestellt, dass die Auflagefläche der beiden Aufnahmeelemente auf dem Gelenkkopf möglichst klein ist und die Aufnahmeelemente den Gelenkkopf nur in geringem Umfang abdecken. Dadurch wird eine Reinigung des Gelenks ermöglicht. Durch die Form der Aufnahmeelemente wird die Reinigung nicht behindert.
Die Form der Aufnahmeelemente kann auch eine Kombination aus einem ersten zylindrischen Abschnitt mit größerer Querschnittsfläche und einem zweiten zylindrischen Abschnitt mit kleinerer Querschnittsfläche sein. Dabei dient der zweite Abschnitt bevorzugt der Lagerung der Aufnahmeelemente in einem zugehörigen Rahmen und der erste Abschnitt als Aufnahme für den Gelenkkopf.
Die Aufnahmeelemente weisen einen spitzen Winkel zwischen der dem Gelenkkopf zugewandten Stirnfläche und der Mantelfläche auf. Dadurch wird eine scharfe Kante gebildet. Bei einer Bewegung des Gelenkkopfes relativ zu den Aufnahmeelementen können durch diese den Gelenkkopf berührende, scharfe Kante Verunreinigungen von der Oberfläche des Gelenkkopfes abgetragen werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Verunreinigungen in den Zwischenraum zwischen den Gelenkkopf und die Aufnahmeelemente gelangen können. Dies führt wiederum zu einer besseren Reinigung des Gelenks gegenüber bekannten Gelenken.
Die Aufnahmeelemente sind in einem Rahmen angeordnet, der den Gelenkkopf berührungsfrei umgibt. Der Rahmen weist einen Abstand zu dem Gelenkkopf auf und behindert somit eine Relativbewegung von Gelenkkopf und Aufnahmeelementen nicht. Der Rahmen bildet bevorzugt einen geschlossenen Ring um den Gelenkkopf. Es ist im übrigen offen, so dass von zwei Seiten Reinigungsflüssigkeit in das Gelenk einströmen und in die jeweils entgegen gesetzte Richtung wieder ausströmen kann. Da der Rahmen den Gelenkkopf nicht berührt, ermöglicht er eine zuverlässige Reinigung des Gelenkkopfes und der Aufnahmeelemente. Ferner können sich die Aufnahmeelemente an dem Rahmen abstützen und auf diese Weise zuverlässig eine den Gelenkkopf einspannende Kraft auf den Gelenkkopf ausüben. Der Rahmen sorgt dafür, dass die Kräfte der beiden Aufnahmeelemente von entgegen gesetzten Richtungen und parallel auf den Gelenkkopf einwirken.
Zur Verbindung des Gelenks mit einem Armabschnitt oder dem Trägerelement wird der Gelenkkopf an einem Armabschnitt oder an dem Trägerelement und der Rahmen der Aufnahmeelemente an dem anderen Armabschnitt oder an dem Trägerelement angeordnet.
Im Unterschied zu den Kugelgelenken mit Gelenkpfanne halten die Aufnahmeelemente des erfindungsgemäßen Industrieroboters den Gelenkkopf nur in zwei Bereichen, die gegenüber der gesamten Kugeloberfläche sehr klein sind. Wird zur Reinigung eine Reinigungsflüssigkeit mit hohem Druck auf das Gelenk aufgebracht, so kann die Reinigungsflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen dem Gelenkkopf und den Aufnahmeelemente eindringen und in Strömungsrichtung oder leicht abgewandelter Strömungsrichtung wieder austreten. Beim Durchströmen werden durch die Reinigungsflüssigkeit Verunreinigungen aus dem Zwischenraum zwischen dem Gelenkkopf und den Aufnahmeelementen herausgespült und entfernt. Ferner decken die Aufnahmeelemente nur einen geringen Teil der Oberfläche des Gelenkkopfes ab. Dieser durch die Aufnahmeelemente abgedeckte Teil ist kleiner als die Hälfte der Oberfläche des Gelenkkopfes, bevorzugt kleiner als ein Viertel der Oberfläche des Gelenkkopfes. Der nicht abgedeckte Teil der Oberfläche des Gelenkkopfes ist für die Reinigung frei zugänglich.
Die Oberflächen und das Material des Gelenkkopfes und der Aufnahmeelemente wird derart vorgegeben, dass die Reibung minimiert wird. Dies erhöht die Beweglichkeit des Gelenks. Darüber hinaus findet nur in sehr geringem Umfang ein Abrieb statt, was wiederum eine geringe Abnutzung zur Folge hat.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der beiden Aufnahmeelemente beweglich gelagert. Vorteilhafterweise kann es in radialer Richtung bezogen auf den kugelförmigen Gelenkkopf verschoben werden. Dabei wird es auf den Gelenkkopf zu oder von diesem weg bewegt, wodurch sich der Abstand zwischen dem Gelenkkopf und den Aufnahmeelementen verkleinert oder vergrößert. Die bewegliche Lagerung ermöglicht eine Anpassung der Position der Aufnahmeelemente an den Gelenkkopf und erleichtert den Ein- und Ausbau des Gelenkkopfs. Eine Anpassung ist beispielsweise unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen bei dem Gelenkkopf und den Aufnahmeelementen und unter Berücksichtigung eines Abriebs von Vorteil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das beweglich gelagerte Aufnahmeelement mit einer Feder beaufschlagt. Zwischen dem in einer Halterung beweglich gelagerten Aufnahmeelement und der Halterung ist eine Feder angeordnet, welche das Aufnahmeelement an den Gelenkkopf drückt. Auf diese Weise erfolgt ein automatischer Toleranzausgleich. Das Gelenk weist damit auch bei einer Abnutzung der Aufnahmeelemente oder des Gelenkkopfs kein Spiel auf. Dies führt zu einem geringen Verschleiß und zu einer exakten Bewegung des Trägerelements und dem daran angeordneten Greifer oder Werkzeug. Bei der Feder kann es sich beispielsweise um eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder handeln.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen der Gelenkkopf und die Aufnahmeelemente aus einem unterschiedlichen Material und weisen eine unterschiedliche Härte auf. So kann der Gelenkkopf beispielsweise aus Edelstahl bestehen, während die Aufnahmeelemente aus Kunststoff gefertigt sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Aufnahmeelemente die Form von Stiften auf. Bei zwei als Stifte ausgebildeten Aufnahmeelementen sind die beiden Stifte mit ihren Längsachsen kolinear angeordnet. Die beiden Stifte erstrecken sich mit ihrer Längsachse in radialer Richtung bezogen auf den kugelförmigen Gelenkkopf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen, an welchem die beiden Aufnahmeelemente angeordnet sind, die Form eines Ringes auf. Dieser Ring ist bevorzugt konzentrisch zum kugelförmigen Gelenkkopf ausgerichtet. Der Ring ist aus Stabilitätsgründen bevorzugt geschlossen. Er kann jedoch auch offen sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die unteren Armabschnitte aus je zwei parallel verlaufenden Stangen. Jedes Ende der Stangen ist mit einem Gelenkkopf oder mit Aufnahmeelementen für einen Gelenkkopf ausgestattet. Das jeweilige Gegenstück des Gelenks ist an dem zugehörigen oberen Armabschnitt und an dem Trägerelement angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Stangen eines unteren Armabschnitts über ein formstabiles Brückenelement miteinander verbunden. Dieses Brückenelement sorgt dafür, dass die Stangen der unteren Armabschnitte der Bewegung der oberen Armabschnitt folgen ohne sich dabei um ihre eigene Längsachse drehen zu können. Eine Drehung um die Längsachse der Stangen ist unerwünscht, da diese die Beweglichkeit der Gelenke einschränken kann. Außerdem wird ausgeschlossen, dass eine die Aufnahmeelemente des Gelenks enthaltende Halterung den Gelenkkopf berührt. Die Brückenelemente haben lediglich die Aufgabe, eine Drehung der Stangen um ihre Längsachse zu vermeiden. Sie dienen nicht dazu, den Gelenkkopf und die Aufnahmeelemente der Gelenke zusammenzuhalten. Sie können aus einem Stück Kunststoff oder Metall bestehen und sind damit leicht zu reinigen, ohne dabei beschädigt oder abgenutzt zu werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Brückenelement beweglich mit jeder der beiden Stangen verbunden. Dadurch wird trotz der Vermeidung einer Drehung der Stangen um ihre eigene Achse eine hohe Beweglichkeit des Industrieroboters erzielt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die unteren Armabschnitte aus Edelstahl, Titan oder Kunststoff. Obere und untere Armabschnitte können als Hohlkörper ausgebildet sein. Sie weisen damit ein geringes Gewicht und eine hohe Stabilität auf. Darüber hinaus können die unteren und/oder oberen Armabschnitte der Steuerarme aus einem Metallschaum mit einer Kunststoffummantelung bestehen. Dieses Material weist eine hohe Stabilität und ein geringes Gewicht auf. Da der Metallschaum vollständig durch den Kunststoff ummantelt ist, werden an ihn keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Hygiene und der Reinigung gestellt. Es genügt, wenn der Kunststoff diese Anforderungen erfüllt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Industrieroboter mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung zur Übertragung von Drehmomenten ausgestattet. Diese wird auch als vierte Achse eines Industrieroboters bezeichnet. Sie überträgt ein Drehmoment eines an der Roboterbasis angeordneten Rotationsantriebs auf einen an dem Trägerelement angeordneten Greifer oder auf ein an den Trägerelement angeordnetes Werkzeug. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist in der Länge variabel und weist mindestens zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Rohre auf. Sie ermöglichen einen Längenausgleich der Drehmomentübertragungseinrichtung, der bei einer Bewegung der Steuerarme und einer Änderung des Abstands zwischen der Roboterbasis und dem Trägerelement notwendig ist. Die Rohre sind verdrehsicher ineinander gelagert. Eines der Rohre weist bevorzugt an der dem anderen Rohr zugewandten Oberfläche radial abstehende Wülste auf. Das andere Rohr ist mit Nuten ausgestattet, in welche die Wülste eingreifen. Dadurch wird eine Drehung des einen Rohrs relativ zum anderen Rohr vermieden. Die längenvariable Einrichtung ist über ein erstes kardanisches Gelenk mit der Roboterbasis verbunden. Dabei weist das kardanische Gelenk bevorzugt zwei Gelenkachsen auf. Über ein zweites kardanisches Gelenk, welches ebenfalls bevorzugt zwei Gelenkachsen aufweist, ist die Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem Trägerelement verbunden. Jedes der beiden kardanischen Gelenke besteht bevorzugt aus zwei um jeweils eine Gelenkachse drehbar gelagerten Ringen. Die beiden Gelenkachsen sind bevorzugt senkrecht zueinander, weshalb das Gelenk auch als Kreuzgelenk bezeichnet wird. Dank der kardanischen Gelenke wird eine hohe Beweglichkeit des mit der längenvariablen Einrichtung ausgestatteten Industrieroboters erreicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in den Rohren der längenvariablen Einrichtung mindestens ein Ventil und/oder eine Ventilsteuerung angeordnet zur Betätigung eines Werkzeugs oder Greifers, mit welchem das Trägerelement ausgestattet ist. Das Ventil gehört zu einer pneumatischen oder hydraulischen Steuerung des an dem Trägerelement angeordneten Greifers oder Werkzeugs. Befindet sich das Ventil oder die Ventilsteuerung nahe an dem Greifer oder dem Werkzeug, ist der Weg für eine Druckflüssigkeit oder die Druckluft verkürzt. Dies führt zu kurzen Reaktionszeiten. Das Ventil kann Teil eines Ventilblocks oder einer Ventilsteuerung der pneumatischen oder hydraulischen Steuerung sein. Es kann auch der gesamte Ventilblock oder die gesamte Ventilsteuerung in den Rohren angeordnet sein. Die Anordnung des mindestens einen Ventils oder der Ventilsteuerung in den Rohren der längenvariablen Einrichtung erleichtert den Ein- und Ausbau eines Werkzeugs oder Greifers. Die Rohre schirmen das Ventil und/oder die Ventilsteuerung nach außen ab und dienen als Gehäuse. Die Rohre verhindern damit, dass das Ventil und/oder die Ventilsteuerung mit den zu bewegenden oder zu bearbeitenden Gegenständen in Kontakt treten kann. Das Ventil oder die Ventilsteuerung müssen daher keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Hygiene erfüllen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Versorgungsleitungen für einen an dem Trägerelement angeordneten Greifer oder ein an dem Trägerelement angeordnetes Werkzeug oder für ein in den Rohren angeordnetes Ventil oder eine Ventilsteuerung durch die Rohre geführt. Die Versorgungsleitungen sind ferner durch die Ringe eines kardanischen Gelenks an der längenvariablen Einrichtung und durch das Trägerelement geführt. Bei den Versorgungsleitungen kann es sich beispielsweise um Leitungen für Druckluft oder Druckflüssigkeit oder um elektrische Leitungen handeln. Da die Rohre, die kardanischen Gelenke und das Trägerelement die Versorgungsleitungen umschließen, wird ein Kontakt zwischen den Versorgungsleitungen und den zu bewegenden oder zu bearbeitenden Gegenständen vermieden. Die Versorgungsleitungen müssen daher keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Hygiene oder der Verträglichkeit mit den zu bearbeitenden Gegenständen erfüllen. Ferner sind die Versorgungsleitungen durch die Rohre geschützt, so dass eine Beschädigung der Versorgungsleitungen während des Betriebs, bei der Reinigung und bei der Wartung des Industrieroboters vermieden werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die in den Rohren der längenvariablen Einrichtung angeordnete Versorgungsleitung schrauben- oder spiralförmig aufgewickelt. Sie kann damit der Längenverstellung der Einrichtung folgen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 Industrieroboter nach dem Delta-Prinzip in Schnittdarstellung,
2 Industrieroboter gemäß 1 mit schematisch dargestellten Steuerarmen und mit vertikal ausgerichteter Drehmomentübertragungseinrichtung,
3 Industrieroboter gemäß 1 mit schematisch dargestellten Steuerarmen und mit aus der Vertikalen ausgelenkter Drehmomentübertragungseinrichtung,
4 Gelenk des Industrieroboters gemäß 1 in Schnittdarstellung,
5 Schnitt durch die Drehmomentübertragungseinrichtung des Industrieroboters gemäß 1 entlang der in 2 mit A-A gekennzeichneten Ebene,
6 Schnitt durch die Drehmomentübertragungseinrichtung des Industrieroboters gemäß 1 entlang der in 2 mit B-B gekennzeichneten Ebene,
7 perspektivische Darstellung des unteren Armabschnitts eines Steuerarms des Industrieroboters gemäß 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Industrieroboter nach dem Delta-Prinzip mit einer Roboterbasis 1, einem Trägerelement 2 und zwei Steuerarmen 4 dargestellt. Der Industrieroboter weist insgesamt drei Steuerarme 4 auf, jedoch ist einer der Steuerarme in der Darstellung nicht erkennbar. Jeder der drei Steuerarme ist über eine Antriebswelle 5 mit einem Motor 6 verbunden. Die Steuerarme 4 bestehen aus einem oberen Armabschnitt 7 und einem unteren Armabschnitt 8. Dabei zeichnet sich der obere Armabschnitt 7 durch eine hohe Stabilität und ein geringes Gewicht aus. Der untere Armabschnitt besteht aus zwei parallel verlaufenden Stangen 9 und 10. In 1 ist nur eine der beiden Stangen erkennbar. 7 zeigt die beiden Stangen 9 und 10 in perspektivischer Ansicht. Die beiden Stangen 9 und 10 des unteren Armabschnitts 8 eines Steuerarms 4 sind über Gelenke 11 an ihrem oberen Ende mit dem oberen Armabschnitt 7 des Steuerarms 4 und über Gelenke 12 mit dem Trägerelement 2 verbunden. Die Gelenke 11 stimmen mit den Gelenken 12 überein. Ein derartiges Gelenk ist in 4 im Schnitt dargestellt. Jedes der Gelenke 11 und 12 weist einen kugelförmigen Gelenkkopf 13 auf. Dieser Gelenkkopf ist bei den Gelenken 11 am oberen Armabschnitt 7 und bei den Gelenken 12 am Trägerelement 2 angeordnet. Hierzu ist ein Verbindungsstück an dem Gelenkkopf 13 vorgesehen. Ferner weisen die Gelenke 11 und 12 einen Ring 14 auf, in welchem zwei zylinderförmige Aufnahmeelemente 15 und 16 angeordnet sind. Die in 1 dargestellten Ringe 14 sind an einer Seite geöffnet. Sie können jedoch auch, wie in 4 dargestellt, geschlossen sein. An ihrer dem kugelförmigen Gelenkkopf zugewandten Stirnseite weisen die beiden Aufnahmeelemente 15 und 16 eine Form auf, die einen Teil einer Kugelschale darstellt. Der Radius dieser Kugelschale ist an den Radius des kugelförmigen Gelenkkopfs 13 angepasst. Das Aufnahmeelement 15 ist in dem Ring 14 starr angeordnet. Das Aufnahmeelement 16 ist in einer Aufnahme 17 in radialer Richtung bezogen auf den Radius des kugelförmigen Gelenkkopfs 13 verschiebbar geführt. Es wird über eine Schraubenfeder 18 an den kugelförmigen Gelenkkopf 13 gedrückt. Über das in der Aufnahme 17 verschiebbar geführte Aufnahmeelement 16 und die durch die Schraubenfeder 18 auf das Aufnahmeelement 16 ausgeübte Kraft können Fertigungstoleranzen des Gelenkkopfs 13, der Aufnahmeelemente 15 und 16 sowie eine Abnutzung der betreffenden Teile ausgeglichen werden. Damit ist gewährleistet, dass der Gelenkkopf in den Aufnahmeelementen beweglich und ohne Spiel gelagert ist. Der Gelenkkopf 13 und die beiden Aufnahmeelemente 15 und 16 sind hinsichtlich ihres Materials und ihrer Oberflächen derart ausgestaltet, dass sich die Aufnahmeelemente 15 und 16 relativ zum Gelenkkopf 13 bewegen können und dabei entlang der Oberfläche des Gelenkkopfs 13 gleiten. Hierbei tritt nur geringe Reibung auf, was die Abnutzung minimiert. Dank der Gelenke 11 und 12 können sich die unteren Armabschnitte 8 relativ zu den oberen Armabschnitten 7 sowie relativ zum Trägerelement 2 drehen. Um dabei eine Drehung der Stangen 9 und 10 um ihre Längsachse zu vermeiden, sind die beiden Stangen 9 und 10 eines unteren Armabschnitts 8 über ein Brückenelement 19 miteinander verbunden. Die Brückenelemente 19 bestehen aus einem starren Material. Sie sind jedoch beweglich mit den beiden Stangen 9 und 10 verbunden. Ein derartiges Brückenelement ist in der Darstellung gemäß 7 erkennbar.
Der Industrieroboter ist ferner mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung 20 ausgestattet. Sie dient dazu, ein Drehmoment eines Rotationsantriebs 31 auf den Greifer 3 zu übertragen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung weist zwei ineinander verschiebbare Rohre 21 und 22 auf. Durch die verschiebbare Lagerung können Abstandsänderungen zwischen der Roboterbasis 1 und dem Trägerelement 2 bei einer Bewegung der Steuerarme 4 ausgeglichen werden. Das obere Rohr 21 ist über ein kardanisches Gelenk beweglich mit der Roboterbasis 1 verbunden. Das kardanische Gelenk weist zwei Ringe 23 und 24 auf, welche um senkrecht zueinander verlaufende Achsen 27 und 28 drehbar angeordnet sind. Die Ringe 23 und 24 und die Achsen 27 und 28 sind in der Schnittdarstellung gemäß 5 erkennbar. Über ein entsprechendes kardanisches Gelenk ist das untere Rohr 22 beweglich mit dem Trägerelement 2 verbunden. Durch die beiden kardanischen Gelenke kann die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 einer Auslenkung des Trägerelements 2 relativ zur Roboterbasis 1 aus der in 1 und 2 dargestellten Ausgangspositionen folgen. Eine derartige Auslenkung ist in 3 dargestellt. Die beiden kardanischen Gelenke sind einerseits an den Rohren 21 und 22 und andererseits an einem Adapter 32 und 33 angeordnet. Dabei ist der Adapter 32 drehbar in der Roboterbasis gelagert. Das dem Rohr 21 abgewandte obere Ende des Adapters ist über ein Getriebe mit dem Rotationsantrieb 31 verbunden, so dass das Drehmoment des Rotationsantriebs 31 auf den Adapter, das kardanische Gelenk, die Rohre 21 und 22 und den Adapter 33 übertragen wird. Der Adapter 33 ist drehbar in dem Trägerelement 2 gelagert. An dem dem Rohr 22 abgewandten Ende des Adapters wird ein Greifer oder ein Werkzeug befestigt.
In den Rohren 21 und 22 der Drehmomentübertragungseinrichtung 20 ist eine Ventilsteuerung 25 mit mehreren Ventilen zur pneumatischen oder hydraulischen Steuerung des Greifers 3 angeordnet. Ferner sind in den Rohren 21 und 22 der Drehmomentübertragungseinrichtung 20 die Versorgungsleitungen 26 für die Zuleitung und Ableitung von Druckluft oder Druckflüssigkeit zu der Ventilsteuerung 25 und dem Greifer 3 angeordnet. Damit die Versorgungsleitungen 26 einer Längenänderung der Drehmomentübertragungseinrichtung 20 folgen können, sind die Versorgungsleitungen schraubenförmig gewickelt. Bei einer Längenveränderung der Drehmomentübertragungseinrichtung 20 werden die Windungen der schraubenförmigen Wicklung auseinander gezogen oder zusammengedrückt.
Die 2 und 3 zeigen den Deltaroboter in Längsschnitt ähnlich wie 1, jedoch sind im Unterschied zur 1 die Roboterbasis 1, das Trägerelement 2 und die Steuerarme 3 lediglich schematisch dargestellt. Die 2 und 3 zeigen in erster Linie die Ausrichtung der Drehmomentübertragungseinrichtung 20. Dabei zeigt 2 die Ausgangsposition, in der sich das Trägerelement 2 direkt unter der Roboterbasis 1 befindet und die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 mit ihren beiden Rohren 21 und 22 in Längsrichtung vertikal ausgerichtet ist. 3 zeigt dagegen eine aus dieser Ausgangsposition ausgelenkte Position des Trägerelements 2, welche durch eine Bewegung der Steuerarme 4 ausgelöst wird. Die dargestellte Auslenkung des Trägerelements 2 führt zwar nicht zu einer Verlängerung der Drehmomentübertragungseinrichtung 20, jedoch zu einem Verkippen um einen Winkel von 15° gegenüber der in 2 dargestellten vertikalen Ausrichtung. Dank der kardanischen Gelenke mit den Ringen 23 und 24 am unteren und oberen Ende der Drehmomentübertragungseinrichtung 20 ist das Verkippen möglich, ohne dass dabei die Roboterbasis 1 und das Trägerelement 2 ihrer Ausrichtung gegenüber der Horizontalen beziehungsweise Vertikalen ändern. Die Versorgungsleitungen 26 bestehen aus einem flexiblen Material. Sie können daher der Bewegung der längenverstellbaren Einrichtung relativ zur Roboterbasis 1 und zum Trägerelement 2 folgen. Sie werden beispielsweise beim Übergang von dem unteren Rohr 22 zum Trägerelement 2 gekrümmt.
5 zeigt einen Querschnitt durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 am oberen Ende des Rohrs 21 im Bereich des kardanischen Gelenks. In der Schnittdarstellung sind die beiden Ringe 23 und 24 des kardanischen Gelenks erkennbar. Dabei ist der innere Ring 23 über eine Achse 27 drehbar mit dem Rohr 21 verbunden und der innere Ring 24 über eine Achse 28 mit dem äußeren Ring 23. An der Innenseite des Rohrs 21 sind die in Längsrichtung verlaufenden Nuten 29 erkennbar, welche der Verdrehsicherung zwischen dem Rohr 21 und dem Rohr 22 dienen.
6 zeigt die Drehmomentübertragungseinrichtung 20 im Querschnitt entlang der in 2 mit B-B gekennzeichneten Ebene. In dieser Darstellung sind die radial nach außen abstehenden Wülste 30 an der Außenseite des Rohrs 22 erkennbar, welche in die Nuten 29 des Rohrs 21 eingreifen. Nuten 29 und Wülste 30 bilden zusammen die Verdrehsicherung, welche verhindert, dass sich das Rohr 21 und das Rohr 22 relativ zueinander drehen können. In den Schnittdarstellungen gemäß 5 und 6 sind außerdem die Versorgungsleitungen 26 erkennbar.
7 zeigt einen unteren Armabschnitt 8 eines Steuerarms in perspektivischer Darstellung. Der untere Armabschnitt besteht aus den beiden Stangen 9 und 10 mit Teilen den Gelenke an ihrem oberen und unteren Ende und mit dem Brückenelement 19, welches die beiden Stangen 9 und 10 miteinander verbindet. An den oberen und unteren Enden der Stangen 9 und 10 sind als Teile der Gelenke die Ringe 14 mit den Aufnahmeelementen 15 und 16 angeordnet. Die kugelförmigen Gelenkköpfe 13 der Gelenke 11 und 12 sind an den oberen Armabschnitten und an dem Trägerelement 2 angeordnet. Die Gelenkköpfe 13 sind in den 1 und 4 erkennbar.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Roboterbasis
2: Trägerelement
3
4: Steuerarm
5: Antriebswelle
6: Motor
7: oberer Armabschnitt
8: unterer Armabschnitt
9: Stange
10: Stange
11: Gelenk
12: Gelenk
13: Gelenkkopf
14: Ring
15: Aufnahmeelement
16: Aufnahmeelement
17: Aufnahme
18: Schraubenfeder
19: Brückenelement
20: Drehmomentübertragungseinrichtung
21: Rohr
22: Rohr
23: Ring
24: Ring
25: Ventilsteuerung
26: Versorgungsleitungen
27: Achse des kardanischen Gelenks
28: Achse des kardanischen Gelenks
29: Nut
30: Wulst
31: Rotationsantrieb
32: Adapter
33: Adapter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 250470 A1 [0003]

Claims

Industrieroboter nach dem Deltaprinzip mit einer Roboterbasis (1), mit einem Trägerelement (2) zur Aufnahme eines Greifers oder eines Werkzeugs, mit mehreren Steuerarmen (4) mit jeweils einem oberen und einem unteren Armabschnitt (7, 8), mit Gelenken (11, 12) zwischen den unteren Armabschnitten (8) und den oberen Armabschnitten (7) und zwischen den unteren Armabschnitten (8) und dem Trägerelement (2), mit einem kugelförmigen Gelenkkopf (13) der Gelenke (11, 12), mit zwei eine Aufnahme für den Gelenkkopf (13) bildenden, diametral gegenüberliegenden an dem Gelenkkopf (13) ansetzenden Aufnahmeelementen (15, 16) der Gelenke (11, 12), welche von zwei entgegen gesetzten und parallelen Richtungen auf den Gelenkkopf (13) eine Kraft ausüben, wobei der Gelenkkopf (13) zwischen den Aufnahmeelementen (15, 16) frei von weiteren Halteelementen gehalten ist, mit einer zylindrischen Form der Aufnahmeelemente (15, 16), wobei die Längsachsen der beiden Aufnahmeelemente (15, 16) kollinear sind und der Mittelpunkt des Gelenkkopfes (13) auf der Verlängerung der Längsachsen angeordnet ist, mit einer zumindest abschnittsweise als Teil einer als Kugelschale ausgebildeten, dem Gelenkkopf (13) zugewandten Stirnseite der Aufnahmeelemente (15, 16), mit einer Querschnittsfläche der Aufnahmeelemente (15, 16) senkrecht zur ihrer Längsachse, welche kleiner ist als die Querschnittsfläche des Gelenkkopfes (13) in einer den Mittelpunkt des Gelenkkopfes (13) enthaltenden Ebene, mit einem spitzen Winkel zwischen der dem Gelenkkopf (13) zugewandten Stirnfläche und der Mantelfläche der Aufnahmeelemente (15, 16), mit einem den Gelenkkopf (13) berührungsfrei umgebenden Rahmen (14), an welchem die Aufnahmeelemente (15, 16) angeordnet sind.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Aufnahmeelemente (16) beweglich gelagert ist.
Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Aufnahmeelemente (16) in radialer Richtung bezogen auf den kugelförmigen Gelenkkopf (13) verschiebbar gelagert ist.
Industrieroboter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich gelagerte Aufnahmeelement (16) mit einer Feder (18) beaufschlagt ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkkopf (13) und die Aufnahmeelemente (15, 16) aus einem unterschiedlichen Material bestehen, und dass die Materialien eine unterschiedliche Härte aufweisen.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Aufnahmeelemente (15, 16) kleiner ist als der Durchmesser des kugelförmigen Gelenkkopfs (13).
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (15, 16) zumindest abschnittsweise die Form von Stiften aufweisen.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen, an welchem die beiden Aufnahmeelemente (15, 16) angeordnet sind, die Form eines Ringes (14) aufweist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Armabschnitte (8) aus je zwei parallel verlaufenden Stangen (9, 10) bestehen, und dass jedes Ende der Stangen (9, 10) mit einem Gelenkkopf (13) oder mit Aufnahmeelementen (15, 16) für einen Gelenkkopf (13) ausgestattet ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stangen (9, 10) eines unteren Armabschnitts (8) über ein formstabiles Brückenelement (19) miteinander verbunden sind.
Industrieroboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement (19) beweglich mit jeder der beiden Stangen (9, 10) verbunden ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung (20) zur Übertragung von Drehmomenten ausgestattet ist, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) mindestens zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Rohre (21, 22) aufweist, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) über ein erstes kardanisches Gelenk (23, 24, 27, 28) mit der Roboterbasis (1) und über ein zweites kardanisches Gelenk (23, 24, 27, 28) mit dem Trägerelement (2) verbunden ist.
Industrieroboter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rohren (21, 22) der Drehmomentübertragungseinrichtung (20) mindestens ein Ventil und/oder eine Ventilsteuerung (25) angeordnet ist zur Betätigung eines an dem Trägerelement (2) angeordneten Greifers oder Werkzeugs.
Industrieroboter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsleitung (26) für einen an dem Trägerelement (2) befestigbaren Greifer oder für ein an dem Trägerelemente befestigbares Werkzeug oder für ein in den Rohren (21, 22) angeordnetes Ventil oder eine Ventilsteuerung (25) durch die Rohre geführt ist.
Industrieroboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (26) schrauben- oder spiralförmig aufgewickelt ist.