DE102015012960A1

DE102015012960A1 - Robotersystem und Gehäuseteil für ein solches Robotersystem

Info

Publication number: DE102015012960A1
Application number: DE102015012960.0A
Authority: DE
Inventors: Sami Haddadin; Tim Rokahr
Original assignee: Kbee AG
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-10-09
Also published as: JP6816143B2; KR102181135B1; KR20180040649A; DK3331666T3; DE202015009607U1; US10625414B2; JP2018528089A; CN206154306U; DE202015009616U1; US20180207795A1; DE102015017296B3; WO2017029263A1; DE102015017220B3; DE102015012960B4; EP3331666A1; EP3331666B1; DE202015009617U1; CN108349076B; CN108349076A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem (1) mit zumindest einem Roboterarm bestehend aus mehreren Gliedern (10), die über Gelenke miteinander verbunden sind und die ein Gehäuse aufweisen, das Gehäuse ausgebildet ist, die in das Glied (10) eingeleiteten Drehmomente und Kräfte auf ein daran anschließendes Glied (10) zu übertragen, wobei das Gehäuse aus zumindest zwei formkomplementären Gehäuseteilen (12a, 12b) zusammengesetzt ist, die miteinander in einer drehmoment- und kraftübertragenden Verbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem und darüber hinaus ein Gehäuseteil bzw. ein Robotergehäusesegment, welches in Verbindung mit einem Roboterarm für ein solches Robotersystem verwendet werden soll.
Robotersysteme in den unterschiedlichsten mechanischen Ausgestaltungen sind in der Lage, mit ihren diversen Effektoren eine definierte Position bzw. Ausrichtung in ihren Umgebungen einzunehmen oder eine definierte Bewegungsbahn in einem dreidimensionalen Raum abzufahren. Zur Führung der Effektoren kommen dabei Roboterarme zum Einsatz, die aus mehreren Armelementen bzw. Gliedern zusammengesetzt sind, die über Bewegungsachsen bzw. Gelenke miteinander verbunden sind, wodurch mehrere Freiheitsgrade geschaffen werden. Im Bereich der Gelenke von angrenzenden Gliedern eines Roboterarms sind dabei Antriebseinheiten vorgesehen, meist Elektro- oder Hydraulikmotoren ggfs. in Kombination mit Getriebemechanismen, um rotatorische und/oder translatorische Relativbewegungen zwischen benachbarten Gliedern zu ermöglichen, wie Rotationen um eine Längsachse (Rollgelenk) oder um eine Querachse (Knickgelenk).
Als Gehäuseteile für Roboterarme kommen grundsätzlich zwei Ausgestaltungen in Betracht, Skelettsegmente oder Rohrsegmente. Bei den Skelettsegmenten befindet sich im Inneren eine skelettartige Haltestruktur, zum Beispiel in Form eines Hebels, welche alle auftretenden Kräften und Drehmomente weiterleitet. Zum Schutz der Signal- und Energieversorgungsleitungen kann die Haltestruktur von einer Ummantelung umgeben sein. Diese Ausführungsform ist zwar relativ einfach zu montieren, aber relativ schwer, weil die drehmomentübertragenden Bauteile eine geringe Flächenträgheit aufweisen. Auch ist der Schutz der Signal- und Energieversorgungsleitungen durch die Haltbarkeit und Festigkeit der Ummantelung begrenzt.
Bei einer alternativen Ausbildung der Gehäuseteile für Roboterarme als einstückige, vollumfängliche Rohrsegmente überträgt ausschließlich das äußere Rohr die Kräfte und Drehmomente, wobei die Signal- und Energieversorgungsleitungen geschützt im Inneren geführt werden können. Diese Ausbildung hat Gewichtsvorteile, weil bei gleichen Steifigkeitsanforderungen die Materialstärke geringer ausgeführt werden kann. Jedoch geht diese Bauweise mit Rohrsegmenten mit dem Nachteil einher, dass die Montage des gesamten Robotersystems relativ aufwändig ist, weil die Signal- und Energieversorgungsleitungen im Rohrinneren verlegt und fixiert werden müssen und die Anflanschungen der Antriebseinheiten nur in einem entsprechend beengten Bauraum montiert werden können. Dabei muss eine strikte, sequentielle Reihenfolge bei Montage und Demontage eingehalten werden. Die räumliche Enge in den Rohrkörpern behindert eine einfache Montage bzw. Demontage der Komponenten, wodurch teilweise auch zusätzliche Werkzeuge notwendig werden. Somit ist auch eine Automatisierung bei der Herstellung solcher Robotersysteme kaum möglich.
Ein weiteres Problem in Zusammenhang mit derartigen einstückigen Rohrsegmenten als Gehäuseteile liegt darin, dass sich darüber hinaus die Instandhaltungsarbeiten und ggfs. die Fehlersuche aufwändig und schwierig gestalten, da das Innere der Rohrsegmente erst dann zugänglich wird, wenn die einzelnen Glieder, ggfs. wiederum sequentiell, demontiert werden, um sämtliche mechanischen, mechatronischen und/oder elektronischen Komponenten freizulegen. Zwar wird diesem Problem im Stand der Technik in einem gewissen Umfang dadurch begegnet, dass einzelne Rohrsegmente im Bereich zwischen zwei Gelenkstellen oder an den Gelenkstellen direkt mit abnehmbaren Gehäuseabdeckungen versehen sind, die einen leichteren Zugang in das Innere ermöglichen, jedoch sind diese Abdeckungen nicht dazu ausgelegt, Kräfte und/oder Drehmomente zu übertragen. Dementsprechend muss der übrige Segment- bzw. Gehäusekörper hinsichtlich Form und Steifigkeit noch aufwändiger gestaltet werden.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Robotersystem mit Gehäuseteilen zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine einfache Montierbarkeit bei gleichzeitig minimalem Gewicht und guter Kraft- und Drehmomentenübertragung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird einerseits durch ein Robotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und andererseits mit einem Gehäuseteil für einen Roboterarm mit den Merkmalen nach Anspruch 10 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Robotersystem mit zumindest einem Roboterarm bestehend aus mehreren Gliedern, die über Gelenke miteinander verbunden sind und die ein Gehäuse zur Aufnahme von mechanischen, mechatronischen und/oder elektronischen Komponenten aufweisen, wobei das Gehäuse ausgebildet ist, die in das Glied eingeleiteten Drehmomente und Kräfte auf ein daran anschließendes Glied zu übertragen, und wobei das Gehäuse aus zumindest zwei formkomplementären Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, die miteinander in einer drehmoment- und kraftübertragenden Verbindung stehen.
Die zumindest zwei Gehäuseteile sind vorzugweise als schalenartige Körper hergestellt, beispielsweise gegossen, und ermöglichen so einen leichten Zugang zum Inneren des Glieds während der Montage oder Instandsetzungsarbeiten. Vormontierte Baugruppen, insbesondere Gelenkeinheiten können auf einfache Art und Weise in ein offenes Schalenteil gelegt werden oder in diesem erst separat zusammengebaut und getestet werden. Kabel können auf einfache Art und Weise in dem schalenartigen Gehäuseteil verlegt sowie Sensoren, elektronische Platinen usw. an den dafür vorgesehenen Stellen montiert werden, ohne dass übrige Komponenten des Mechanismus oder das Gehäuse selbst die Zugänglichkeit erschweren würden.
Sind alle Komponenten innerhalb des ersten Gehäuseteils montiert, wird das Glied mit einem zweiten Gehäuseteil geschlossen, wobei gemäß der Erfindung die beiden Gehäuseteile so konfiguriert und ausgestaltet sind, dass sie nach dem Zusammenbau in der Lage sind, Kräfte und Drehmomente zwischen sich selbst und damit auch auf das jeweils anschließende Glied des Roboterarms zu übertragen.
Gemäß der Erfindung verläuft die Trenn- bzw. Verbindungslinie zwischen den beiden Gehäuseteilen vorzugsweise im Wesentlichen entlang den axialen Erstreckungen des Glieds.
Die Übertragung der Drehmomente und der Kräfte zwischen den Gehäuseteilen erfolgt gemäß der Erfindung entweder kraftschlüssig über Flächenkontakt und/oder mittels Formschlusselementen.
Zur Befestigung der Gehäuseteile miteinander kommen diverse Verbindungselemente zum Einsatz, die so ausgebildet sind, dass diese einerseits eine jederzeit lösbare Verbindung zwischen den Gehäuseteilen gestatten und andererseits den mechanischen und kinematischen Anforderungen eines Roboterarms Rechnung tragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass zumindest eines dieser Verbindungselemente so ausgebildet und innerhalb eines Gehäuseteils so angeordnet ist, dass die mittels der Antriebseinheiten in das Glied eingeleiteten Drehmomente und Kräfte auf bzw. in das Gehäuse des Glieds übertragen werden. Mit anderen Worten, dem Verbindungselement, welches zusammen mit anderen Verbindungselementen dazu dient, die beiden Gehäuseteile miteinander zu befestigen, kommt zusätzlich auch noch die Funktion zu, Drehmomente und Kräfte in die dann miteinander befestigen Gehäuseteile einzuleiten.
Beispielsweise kann das Gehäuse des Glieds zumindest an einem seiner Enden eine Befestigungselement für eine Antriebseinheit aufweisen, mit Hilfe von welcher das Glied mit einem daran anschließenden Glied oder einem weiteren Bauteil des Robotersystems relativ beweglich verbunden ist, wobei das Befestigungselement von den beiden Gehäuseteilen eingeschlossen ist.
Insbesondere soll dabei das Befestigungselement in dem Gehäuse des Glieds mit dem zumindest einem Verbindungselement so zusammenwirken, dass das Befestigungselement durch dieses Verbindungselement selbst in dem Gehäuse drehmoment- und kraftübertragend befestigbar ist.
D. h., gemäß der Erfindung soll erst durch das Zusammensetzen und Verbinden der Gehäuseteile mittels solcher Verbindungselemente unter Ausbildung der Gehäusestruktur für das Glied eine drehmoment- und kraftübertragende Verbindung zwischen dem dann von den Gehäuseteilen eingeschlossenen Befestigungselement für die Antriebseinheit und dieser Gehäusestruktur ermöglicht werden.
Zumindest eines der vorzugsweise schalenartigen Gehäuseteile weist daher zumindest ein Lagerelement auf, das im Bereich eines Endes des Gehäuseteils innenseitig angeordnet ist und mit dem Befestigungselement so zusammenwirkt, dass dieses Befestigungselement sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung eindeutig positionierbar ist und in dieser Stellung im Gehäuseteil befestigt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungselement dabei als ein Flanschring ausgebildet, wobei es dann gemäß der Erfindung vorgesehen sein kann, dass das oder die Lagerelemente in entsprechende Ausnehmungen oder Aussparungen, die im Bereich der radialen Umfangsfläche des Flanschringes ausgebildet sind, in Eingriff gelangen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen den Lagerelementen in Umfangsrichtung abschnittsweise Aussparungen ausgebildet, die eine bessere Durchlüftung des Gehäuses für eine Wärmeabfuhr ermöglichen. Die Lagerelemente können in Umfangsrichtung rinnen- oder wallartig ausgebildet sein und weisen insbesondere einen trapezförmigen Querschnitt bzw. angewinkelte Flanken auf. Dementsprechend ist der Flanschring im Bereich seines radialen Umfangs mit einer komplementären Form versehen, zumindest was die entsprechend für die Lagerelemente vorgesehenen Aussparungen angeht. Vorzugsweise ist der Flanschring jedoch mit einer umlaufenden Radialnut versehen, welche die Lagerelemente umfänglich kraft- und/oder formschlüssig aufzunehmen vermag. Zwischen dem Flanschring und den Lagerelementen bildet sich eine solche Verbindung aus, dass dann die Übertragung von Kräften und/oder Drehmomenten von den Antriebseinheiten in die mit diesen verbundenen Gehäuseteile erfolgen kann.
Derartig gestaltete Lagerelemente, die in eine radial umlaufende Nut des Flanschrings eingreifen, gehen mit dem Vorteil einher, dass ein Verrutschen oder Verkippen der Antriebseinheiten während der Montage und im späteren Betrieb verhindert wird. Dabei beträgt der Winkel der angewinkelten Flanken zur Radialrichtung vorzugsweise 20 bis 60 Grad. Die wallartigen Lagerelemente können zusammen mit den Gehäuseteilen vorzugsweise aus Aluminium-Guss gefertigt werden. Gussmaterial erweist sich in diesem Zusammenhang als weniger duktil im Vergleich z. B. zu Stangenaluminium, aus welchem bspw. die Flanschringe für die Antriebseinheiten hergestellt werden können. Es wird dabei erreicht, dass Radialkräfte eher zu einer axialen Aufweitung der Flanschschenkel als zu einer radialen Verformung des Innenflansches führen, was größere Toleranzen bei der Fertigung gestattet.
Ein radialer Eingriff wird auch für das zumindest eine Verbindungselement bevorzugt, welches auch dazu dient, dem Flanschring drehmoment- und kräfteübertragend mit zumindest einem Gehäuseteil zu verbinden.
Vorzugsweise ist dieses Verbindungselement als ein Nutstein ausgebildet, der einstückig an einem Gehäuseteil angeordnet ist. Die aneinanderstoßenden Gehäuseteile können dann mittels mindestens eines Nutsteins miteinander verbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Übertragung des Drehmoments neben der Auflagefläche zwischen Flanschring und Gehäuseteilen schwerpunktmäßig auch über den Nutstein erfolgen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Verbindungsflächen benachbarter Gehäuseteile in der Form von Nut-Feder-Mechanismen ausgebildet. Diese Ausbildung führt zu einer erhöhten Steifigkeit der zu verbindenden Teile; darüber hinaus verbleibt kein Trennspalt zwischen den Gehäuseteilen und herstellungsbedingte Toleranzen können auf einfache Art und Weise kompensiert werden. Ferner können hierdurch elektromagnetische Interferenzen größtenteils unterbunden werden und es erfolgt ein optimaler Schutz der innenliegenden Komponenten gegen das Eindringen von Staub, Schmutz und Feuchtigkeit.
Die nutfederartigen Verbindungsflächen können jeweils einen rechteckigen, trapezförmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich weisen die Verbindungsflächen benachbarter Gehäuseteile zueinander passende Stift- und/oder Stegverbindungen auf. Beide Ausbildungen erhöhen die Steifigkeit des Gehäuses und erleichtern die Montage.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung sind die schalenartigen Gehäuseteile miteinander verschraubt. Bei dieser Ausführung liegen glatte Verbindungsflächen der Schalenteile mit Löchern für einsteckbare Verbindungselemente vor. Glatte Verbindungsflächen sind einfach zu fräsen, was insbesondere bei räumlich komplexen Gehäuseteilen, wie beispielsweise Schalenteile, bei denen die Trennlinien nicht gerade bzw. in einer Ebene verlaufen, von Vorteil ist.
Die Verschraubung kann dabei durch Einstecken von Passhülsen und Passfedern in hierfür in der Gehäusestruktur vorgesehene Löcher erfolgen, wobei durch die Passhülsen eine Schraube geführt wird, mittels der die Gehäuseteile verschraubt werden.
Alternativ ist es auch möglich, Verbindungsflächen benachbarter Teilschalen nutfederartig auszubilden und zusätzlich mit Hilfe von Verschraubungen zu verbinden, um besonders stabile Verbindungen für die Drehmoment- und Kräfteübertragung zu erzielen. Auch ist es möglich, Verschraubungen dadurch auszubilden, dass in einer Teilschale Innenbohrungen vorgesehen sind, in die durch die angrenzende Teilschale durchgesteckte Schrauben eingeschraubt werden.
Sofern es sich um einfache Glieder eines Roboterarms handelt, bei denen zumindest axiale Abschnitte im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind, reichen lediglich zwei formkomplementäre Teilschalen aus, was eine einfache Montage gestattet. Bei komplexeren Gliederstrukturen ist die Verwendung von drei oder sogar mehreren Teilschalen möglich.
Die beschriebene Erfindung kann auf einzelne oder alle Glieder eines Roboterarms angewendet werden, wobei der Roboterarm Teil eines umfangreicheren Robotersystems sein kann, wie beispielsweise einer mobilen Plattform mit einem Arm oder eines Humanoids. Grundsätzlich, jedoch nicht ausschließlich, richtet sind die Erfindung an Robotersysteme der Leichtbauweise.
Als Material für die schalenartigen Gehäuseteile eignen sich Gussteile aus Metall, wie bspw. Aluminium, Kunststoffe oder Carbon, wobei die Steifigkeit je nach Einsatzzweck des Robotersystems durch eine geeignete Auswahl der Wandstärke der Gehäuseteile erhöht werden kann. Darüber hinaus eignet sich der erfindungsgemäße Aufbau eines Gehäusesegments ebenfalls für Bein,- Knie- oder ähnliche Gliedmaßenverbindungen und kann so beispielsweise auch im Bereich der roboterunterstützten Prothetik Einsatz finden.
Es wird deutlich, dass der erfindungsgemäße Aufbau der Gehäusestruktur für ein Glied eines Roboterarms auf Grund der leichteren Zugänglichkeit zu allen innenliegenden Komponenten eines Glieds eine leichtere und damit schnellere Montage und Wartung gestattet, was die Herstellung- und Betriebskosten eines einen solchen Roboterarm verwendenden Robotersystems reduziert. Darüber hinaus lassen sich mit einem mehrteiligen Aufbau der Gehäuse der Glieder diese besser an die geometrischen Gegebenheiten anpassen, die sich durch die innenliegenden Komponenten und durch die vorgesehenen Bewegungstrajektorien des Robotersystems ergeben, wobei stets eine ausreichende Steifigkeit für die Übertragung von Drehmomenten und Kräften gewährleistet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Robotersystems mit einem Roboterarm, der mehrere Glieder aufweist;
2 eine perspektivische Darstellung eines zusammengebauten Gehäuses eines Glieds, das in einem Roboterarm zum Einsatz kommt;
3 eine perspektivische Darstellung eines schalenartigen Gehäuseteils gemäß der Erfindung;
4 eine erste perspektivische Detailansicht des Gehäuseteils;
5 eine zweite perspektivische Detailansicht des Gehäuseteils;
6 eine Schnittdarstellung durch B-B aus 4;
7 eine perspektivische Detaildarstellung einer anderen Ausführungsform des Gehäuseteils; und
8 eine perspektivische Detaildarstellung der Ausführungsform von 7.
In 1 ist exemplarisch ein Robotersystem 1 gemäß der Erfindung gezeigt, bei welchem es sich vorzugsweise um ein Robotersystem der Leichtbauweise handelt.
Das Robotersystem 1 weist einen Roboterarm auf, der aus mehreren Armsegmenten bzw. Gliedern 10 besteht, die miteinander gelenkig verbunden sind. Zwischen einer Basis 2 und einem Endeffektor 3 sind insgesamt sechs Glieder 10 über entsprechende, mit Antriebseinheiten versehene Gelenkmechanismen verbunden, um durch die Übertragung von rotatorischen und/oder translatorischen Kräften eine Führung des Endeffektors 3 im Raum, im vorliegenden Fall unter Bereitstellung von sieben Freiheitsgraden, zu gestatten.
Gemäß der Erfindung sind die Gehäuse der Glieder 10 aus zwei halbschalenartigen Gehäuseteilen 12a und 12b miteinander verbunden, die formkomplementär ausgestaltet sind, so dass diese über Verbindungflächen 14a, 14b miteinander in Kontakt stehen.
Die vorzugsweise planen Verbindungsflächen 14a, 14b liegen dabei im Bereich von Verbindungs- bzw. Trennlinien 13, die im Wesentlichen entlang der axialen Erstreckungen der einzelnen Glieder 10 verlaufen, wie aus der 1 ersichtlich ist, in der die Verbindungslinien 13 beispielhaft gestrichelt dargestellt sind.
Im zusammengebauten Zustand, der in der 2 gezeigt ist, bilden die beiden Gehäuseteile 12a und 12b ein geschlossenes rohrartiges Gehäuse aus. Je nach Bauweise und Einsatzzweck des Robotersystems 1 können die Gehäuseteile 12a und 12b aus einem unterschiedlichen Material gefertigt sein, sind jedoch aus Steifigkeitsgründen vorzugsweise aus Aluminiumguss gefertigt.
Die beiden Gehäuseteile 12a und 12b werden über mehrere, ggfs. hinsichtlich ihrer Funktionalität unterschiedliche Verbindungselemente miteinander lösbar verbunden.
In der 3 ist ein geöffnetes Gehäuseteil 12b gezeigt.
In dieses Gehäuseteil 12b sind eine Anzahl von Passhülsen 16 in entsprechenden Bohrungen des Gusskörpers eingelassen, die jeweils ein Innengewinde zur Aufnahme von Verbindungsschrauben 18 aufweisen, die durch entsprechende Bohrungen 20 in der anderen Teilschale 12a gesteckt werden und für ein Montagewerkzeug leicht zugänglich sind.
Um eine verbesserte Positionierung der beiden, entlang der Verbindungsflächen 14a, 14b zu verbindenden Gehäuseteile 12a, 12b zu erreichen, sind in den Verbindungsflächen 14a, 14b des einen Gehäuseteils 12b abschnittsweise längliche Vorsprünge 22 ausgebildet, die im zusammengebauten Zustand des Gehäuses in zugehörige, nicht gezeigte Einsenkungen eingreifen, die in dem anderen Gehäuseteil 12a vorgesehen sind. Dadurch wird die Steifigkeit des aus den beiden Gehäuseteilen 12a, 12b gebildeten Rohrkörpers erhöht, sowie auch eine Relativbewegung der Gehäuseteile während der Montage gegeneinander unterbunden.
Gemäß der Erfindung sind auf an der Innenfläche der beiden Gehäuseteile 12a und 12b Lagerelemente 24 vorgesehen, die der Aufnahme eines Flanschringes 26 dienen.
Der Flanschring 26 wiederum dient der Befestigung einer nicht dargestellten Antriebseinheit, mit Hilfe von welcher das Glied 10 relativ zu einem weiteren, an dieses anschließendes Glied 10 oder zu einem weiteren Bauteil des Robotersystems 1 bewegt werden kann.
Die Antriebseinheit leitet in das Glied 10 rotatorische und/oder translatorische Kräfte ein, die von dem Glied 10 dann an das daran anschließende Glied 10 übertragen werden. Die dadurch erzeugten Drehmomente und Kräfte müssen folglich von der Antriebseinheit auch in das Gehäuse des Glieds 10 übertragen werden.
Zwischen den radial abschnittsweise umlaufenden Lagerelementen 24 sind Aussparungen 25 vorgesehen, durch die eine verbesserte Durchlüftung des Gehäuses ermöglicht wird. Es ist alternativ auch möglich, ein durchgängiges, radial umlaufendes Lagerelement 24 vorzusehen.
Das in 3 gezeigte Gehäuseteil 12b weist an seinen beiden Enden derartige Lagerelementen 24 auf, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit links in 3 kein Flanschring 26 gezeigt ist.
Im Bereich der Verbindungsflächen 14a, 14b weist das Gehäuseteil 12b gemäß der Erfindung einander gegenüberliegend zwei Verbindungselemente in der Form von Nutsteinen 28 auf, die integral mit dem Körper des Gehäuseteils 12b ausgebildet sind.
In 4 ist eine vergrößerte Ansicht auf den Flanschring 26 und einen Nutstein 28 in der in 3 mit A bezeichneten Richtung dargestellt. In der 5 ist eine perspektivische Innenansicht der Lagerelemente 24 mit dem Nutstein 28 und den beiden Gehäuseteilen 12a, 12b, jedoch ohne Flanschring 26 dargestellt. Im montierten Zustand des Gehäuse des Glieds 10, wie die 5 zeigt, übergreift der Nutstein 28 die Verbindungs- bzw. Trennlinie 13 zwischen den beiden Gehäuseteilen 12a und 12b.
In der 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer detaillierten Schnittansicht entlang B-B aus 4 gezeigt.
Der Nutstein 28 weist ein Durchgangsloch 30 auf, welches ein entsprechendes Innengewinde (nicht dargestellt) aufweisen kann, so dass der Nutstein 28 von beiden Seiten mit je einer Befestigungsschraube (nicht dargestellt) zur Verbindung und Verspannung der beiden Gehäuseteile 12a und 12b durchdrungen werden kann, wobei die Befestigungsschraube durch die entsprechenden Bohrungen 20a und 20b in dem Gehäuse geführt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Gehäuseteile 12a und 12b nur über zwei Schraubenpaare verbunden sein, die mit den Nutsteinen 28 zusammenwirken, und zwar mit jeweils zwei Schrauben von gegenüberliegenden Seiten. Alternativ kann der Nutstein 28 ein Durchgangsloch 30 ohne Innengewinde aufweisen, so dass eine beide Gehäuseteile 12a und 12b verbindende Schraube einfach hindurch geführt wird und in die dann mit einem Innengewinde versehenen Bohrungen 20a bzw. 20b eingreift.
In beiden Fällen erfolgt eine feste Verspannung der beiden Gehäuseteile 12a und 12b vor allem über die Verbindungschrauben, die in die Durchgangsbohrung 30 (mit oder ohne Innengewinde) eingreifen und dabei durch das Zusammenpressen der Gehäuseteile 12a, 12b die Lagerelemente 24 gegen den Flanschring 26 bzw. in eine umlaufende Radialnut 27 des Flanschrings 26 drücken. Hierzu weist die umlaufende Nut oder Rinne 27 des Flanschrings 26 einen trapezförmigem Querschnitt und die Lagerelemente 24 entsprechend abgeschrägte Verbindungsflächen auf, wodurch beim Zusammenfügen und Verspannen der Gehäuseteile 12a und 12b eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Flanschring 26 und den Lagerelementen 24 entsteht, die durch die Nutsteine 28 noch formschlüssig unterstützt wird.
Zwischen dem Flanschring 26 und den Lagerelementen 24 wird in dieser Ausführungsform der Erfindung folglich erst im Wege der Verspannung durch den Zusammenbau der Gehäuseteile 12a und 12b eine kraftschlüssige Verbindung eingegangen, die die Übertragung in das Glied 10 eingeleiteter Drehmomente und Kräfte unterstützt.
Der Nutstein 28 greift dabei in eine entsprechende radiale Aussparung im Flanschring 26 ein, wie in der 4 zu sehen ist.
In den 7 und 8 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche sich von der in den 2 bis 6 dargestellten Ausführung dadurch unterscheidet, dass der Verbindungsrand 14c eines Gehäuseteils 12c eine durchgängige V-förmige Rinne 32 aufweist. Ein nicht dargestelltes, komplementäres zweites schalenartiges Gehäuseteil weist hierzu einen komplementären V-förmigen Wall auf, der zusammen mit der Rinne eine erheblich steifere Verbindung der beiden schalenförmigen Gehäuseteile ermöglicht.

Claims

Robotersystem mit zumindest einem Roboterarm bestehend aus mehreren Gliedern (10), die über Gelenke miteinander verbunden sind und die ein Gehäuse zur Aufnahme von mechanischen, mechatronischen und/oder elektronischen Komponenten aufweisen, wobei das Gehäuse ausgebildet ist, die in das Glied (10) eingeleiteten Drehmomente und Kräfte auf ein daran anschließendes Glied (10) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus zumindest zwei formkomplementären Gehäuseteilen (12a, 12b) zusammengesetzt ist, die miteinander in einer drehmoment- und kraftübertragenden Verbindung stehen.
Robotersystem nach Anspruch 1, bei welchem die Verbindungslinien der Gehäuseteile (12a, 12b) im Wesentlichen entlang der jeweiligen axialen Erstreckungen des Glieds (10) verlaufen.
Robotersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Gehäuseteile (12a, 12b) durch mehrere Verbindungselemente (14a, 14b; 16; 18; 20; 22; 24, 26; 28, 30; 32) lösbar miteinander verbunden sind, wobei zumindest eines der Verbindungselemente (24, 26; 28) ausgebildet ist, um die in das Glied (10) eingeleiteten Drehmomente und Kräfte auf das Gehäuse des Glieds (10) zu übertragen.
Robotersystem nach Anspruch 3, bei welchem das Gehäuse des Glieds (10) zumindest an einem seiner Enden ein Befestigungselement (26) für eine Antriebseinheit aufweist, mit Hilfe von welcher das Glied (10) mit einem daran anschließenden Glied (10) oder einem weiteren Bauteil des Robotersystems relativ beweglich verbunden ist, wobei das Befestigungselement (26) von den Gehäuseteilen (12a, 12b) eingeschlossen ist.
Robotersystem nach Anspruch 4, bei welchem das Befestigungselement (26) in dem Gehäuse des Glieds (10) mit dem Verbindungselement (28) zur Verbindung der Gehäuseteile (12a, 12b) so zusammenwirkt, dass das Befestigungselement (26) durch dieses Verbindungselement (28) in dem Gehäuse des Glieds (10) befestigbar ist.
Robotersystem nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem zumindest ein Gehäuseteil (12a, 12b) zumindest ein Lagerelement (24) aufweist, das mit dem Befestigungselement (26) formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenwirkt.
Robotersystem nach Anspruch 5, bei welchem das Befestigungselement (26) als ein Flanschring ausgebildet ist, wobei das Verbindungselement (28) mit einer entsprechenden radialen Aussparung des Flanschringes formschlüssig und/oder kraftschlüssig in Eingriff steht.
Robotersystem nach Anspruch 6, bei welchem das Befestigungselement (26) als ein Flanschring ausgebildet ist, wobei das Lagerelement (24) mit einer entsprechenden radialen Aussparung des Flanschringes formschlüssig und/oder kraftschlüssig in Eingriff steht.
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem zwischen den Gehäuseteilen (12a, 12b) zumindest abschnittsweise eine Feder-Nut-Verbindung ausgebildet ist.
Gehäuseteil (12b) für ein Gehäuse eines Glieds (10) für einen Roboterarm, wobei das Gehäuseteil (12b) mehrere Verbindungselemente (14a, 14b; 16; 18; 20; 22; 24, 26; 28, 30; 32) zur lösbaren Verbindung mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil (12a) unter Ausbildung dieses Gehäuses des Glieds (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (12b) formkomplementär zu dem anderen Gehäuseteil (12a) ausgestaltet ist und dass zumindest eines der Verbindungselemente (24, 26; 28) ausgebildet ist, um zwischen den Gehäuseteilen (12a, 12b) eine drehmoment- und kraftübertragende Verbindung zu ermöglichen.
Gehäuseteil (12b) nach Anspruch 10, bei welchem das Verbindungselement (28) ausgebildet ist, um unmittelbar oder mittelbar mit einem Befestigungselement (26) für eine Antriebseinheit zusammenzuwirken, mit Hilfe von welcher das Glied (10) mit einem angrenzenden Glied (10) oder einem weiteren Bauteil des Robotersystems relativ beweglich verbindbar ist.
Gehäuseteil (12b) nach Anspruch 11, bei welchem das Gehäuseteil (12b) zumindest ein Lagerelement (24) aufweist, das ausgebildet ist, um mit dem Befestigungselement (26) formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenzuwirken.
Gehäuseteil (12b) nach Anspruch 10, 11 oder 12, bei welchem das Verbindungselement (24; 28) einstückig mit dem Gehäuseteil (12b) ausgebildet ist.
Gehäuseteil (12b) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem eine Verbindungfläche (14a, 14b) für das andere Gehäuseteil (12a) zumindest abschnittsweise Feder- und/oder Nutelemente (32) aufweist.