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Die Erfindung betrifft eine Versorgungsleitungsvorrichtung und einen Roboter aufweisend eine solche Versorgungsleitungsvorrichtung.
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DIe
DE 10139 088 A1 zeigt eine Drehdurchführung an einem Lackierroboter. Mehrere starr verbundene Drehdurchführungen sind dort nicht offenbart.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Versorgungsleitungsvorrichtung und einen Roboter mit einer solchen Versorgungsleitungsvorrichtung zu schaffen, so dass elektrische Energie und/oder Fluide entlang des Roboterarms des Roboters auf sichere und zuverlässige Weise zu einem am Flansch des Roboterarms befestigten Werkzeug geführt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Versorgungsleitungsvorrichtung, aufweisend einen ersten Leitungsvorrichtungsflansch, der wenigstens ein erstes Befestigungsmittel aufweist, das zur starren Befestigung des ersten Leitungsvorrichtungsflansches an einem ersten Glied eines Roboters ausgebildet ist, ein erstes Kreisringbauteil, das an dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch um eine erste Hauptachse drehbar gelagert ist und mit dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch eine erste Drehdurchführung zur Übertragung von leitungsgeführten Fluiden oder elektrischer Energie bildet, und aufweisend einen zweiten Leitungsvorrichtungsflansch, der wenigstens ein zweites Befestigungsmittel aufweist, das zur starren Befestigung des zweiten Leitungsvorrichtungsflansches an einem zweiten Glied des Roboters ausgebildet ist, ein zweites Kreisringbauteil, das an dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch um eine zweite Hauptachse drehbar gelagert ist und mit dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch eine zweite Drehdurchführung zur Übertragung von leitungsgeführten Fluiden und/oder elektrischer Energie bildet, und aufweisend einen starren Verbindungsschenkel, welcher das erste Kreisringbauteil mit dem zweiten Kreisringbauteil in einer orthogonalen Ausrichtung von erstem Kreisringbauteil zu zweitem Kreisringbauteil starr verbindet, wobei der starre Verbindungsschenkel wenigstens einen Leitungsabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, das von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch über die erste Drehdurchführung in das erste Kreisringbauteil eingeleitete Fluid und/oder die elektrische Energie in das zweite Kreisringbauteil einzuleiten.
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Roboter, insbesondere Industrieroboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung und/oder Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und mittels ihrer Gelenke in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind. Roboter weisen üblicherweise einen Roboterarm mit mehreren durch insbesondere elektrische Antriebe automatisch oder manuell verstellbare Gelenke (Achsen) und eine programmierbare Robotersteuerung auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Roboters steuert bzw. regelt.
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Der Roboter kann ein sogenannter Knickarmroboter sein, dessen Roboterarm ein Grundgestell als ein Glied aufweist, an dem ein Karussell als folgendes Glied um eine vertikale Achse drehbar gelagert und mittels eines ersten Antriebsmotors drehangetrieben ist. An dem Karussell kann eine Schwinge als weiteres Glied um eine zweite horizontale Achse auf und ab schwenkbar gelagert und mittels eines zweiten Antriebsmotors drehangetrieben sein. Die Schwinge trägt einen Armausleger, der um eine dritte horizontale Achse auf und ab schwenkbar gelagert und mittels eines dritten Antriebsmotors drehangetrieben ist. An dem Armausleger, dessen Grundarm ein weiteres Glied bildet, kann eine vierte Achse vorgesehen sein, welche in Längserstreckung des Armauslegers verläuft und über einen vierten Antriebsmotors eine Roboterhand, die einen Vorderarm des Armauslegers bildet und ein weiteres Glied darstellt, drehantreibt ist. Von der Roboterhand können sich ein erster Schenkel und ein zweiter Schenkel gabelförmig nach vorne erstrecken. Die beiden Schenkel tragen eine Lagerung für ein freies Ende der Roboterhand, das ein vorletztes Glied bildet. Die Lagerung definiert eine fünfte Achse des Roboterarms, um welche die Roboterhand mittels eines fünften Antriebsmotors schwenkbar bewegt werden kann. Ergänzend weist die Roboterhand eine sechste Achse auf, um einen Befestigungsflansch, der ein letztes Glied bildet, mittels eines sechsten Antriebsmotors drehbar antreiben zu können.
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Jedes der Gelenke kann als ein Drehgelenk ausgebildet sein. Jedes Glied ist ausgebildet, Kräfte und Momente, welche insbesondere von einem Greifer oder Werkzeug, das durch den Roboter gehandhabt, insbesondere bewegt wird, über einen Werkzeugbefestigungsflansch des Roboterarms in den Roboterarm, d.h. in seine Struktur eingeleitet wird, von einem Gelenk an ein folgendes Gelenk weiterzuleiten. Daneben müssen auch Kräfte und Momente, welche von der Eigengewichtskraft des Roboterarms stammen, in das Grundgestell des Roboterarms weitergeleitet werden. Jedes Glied des Roboterarms weist dazu mindestens ein Strukturteil auf, das ausgebildet ist, diese Kräfte und Momente aufnehmen und weiterleiten zu können. Im Allgemeinen ist ein solches Strukturteil hohl ausgebildet und kann beispielsweise von einem Metallgussteil oder einer geschweißten Stahlkonstruktion bestehen, welche beispielsweise Rohrabschnitte aufweisen kann. Jedes Glied ist über eines der Gelenke mit einem unmittelbar folgenden Glied des Roboterarms verbunden, insbesondere drehbar verbunden. Dazu kann das jeweilige Gelenk ein Drehlager aufweisen. Jedem Drehlager kann eine Dichtungsanordnung, wie beispielsweise ein Radialwellendichtring zugeordnet sein. An jedes Gelenk bzw. jedes Drehlager kann ein eigener Antriebsmotor, wie beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Servomotor, mit zughöriger Antriebssteuerung automatisch antreibbar angekoppelt sein. Die Antriebe werden im Allgemeinen von einer Robotersteuerung des Roboters angesteuert. Durch die Robotersteuerung können die Gelenke mittels der Antriebe gemäß eines Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb des Roboters antriebsgesteuert verstell werden, um die Konfiguration des Roboterarms zu verändern. Unter einer Konfiguration wird die Menge der momentanen, einzelnen Achswinkelstellungen der Gelenke des Roboterarms verstanden.
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Auch wenn die Glieder des Roboterarms als hohle Strukturteile ausgebildet sind, innerhalb derer elektrische Energie und/oder Fluide verdeckt geführt werden könnten, kann es beispielsweise aufgrund der Bauart der Gelenke, der Konstruktion von Getrieben und der Anordnung der Antriebsmotoren zweckmäßig oder sogar erforderlich sein, die elektrische Energie und/oder die Fluide außerhalb der Glieder bzw. außerhalb der hohlen Strukturteile um ein oder mehrere betreffende Gelenke herum zu einem am Flansch des Roboterarms befestigten Werkzeug zu führen.
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Bei bekannten Bauarten läuft dann allerdings eine die elektrische Energie und/oder die Fluide leitende flexible Versorgungsleitung weitgehend ungeschützt und frei hängend außerhalb des Roboterarms entlang. Eine solche frei hängende Anordnung einer flexiblen Versorgungsleitung weist einen hohen Verschleiß auf und stellt eine nicht genau vorbestimmbare Störkontur des Roboterarms dar.
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Indem erfindungsgemäß ein starrer Verbindungsschenkel vorgesehen ist, welcher das erste Kreisringbauteil mit dem zweiten Kreisringbauteil in einer orthogonalen Ausrichtung von erstem Kreisringbauteil zu zweitem Kreisringbauteil starr verbindet, und idem der starre Verbindungsschenkel wenigstens einen Leitungsabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, das von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch über die erste Drehdurchführung in das erste Kreisringbauteil eingeleitete Fluid und/oder die elektrische Energie in das zweite Kreisringbauteil einzuleiten, wird eine sichere, verschleißarme Versorgungsleitung geschaffen, die ein genau vorbestimmte Anordnung und Lage im Raum einnimmt, so dass auch die Störkontur des Roboterarms eindeutig vorbestimmt ist und ggf. auch Wartungsmaßnahmen an der Versorgungsleitung auf einfache Weise, d.h. ohne aufwändige Demontagemaßnahmen an dem Roboterarm durchführen zu können. Mittels der erfindungsgemäßen Versorgungsleitungsvorrichtung kann eine aufwändige Verlegung von Versorgungsleitungen innerhalb der Glieder des Roboterarms eingespart werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Versorgungsleitungsvorrichtung, die außerhalb der Glieder des Roboterarms verlegt ist, während des Bewegens des Roboterarms nicht in unerwünschter Weise gegen Glieder des Roboterarms stoßen und daran scheuern, wodurch die Haltbarkeit der Leitungsführung deutlich erhöht sein kann.
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Die Fluide, welche mittels der Versorgungsleitungsvorrichtung an ein Werkzeug des Roboters geführt werden, können gasförmige Fluide, wie beispielsweise Druckluft sein, oder sie können flüssige Fluide sein, wie beispielsweise Wasser oder Öl. Die Versorgungsleitungsvorrichtung kein eine Einzelleitung aufweisen oder sie kann zwei oder mehrere Einzelleitungen aufweisen. Mehrere Einzelleitungen können zu einem Leitungsbündel zusammengefasst sein.
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Alternativ oder ergänzend zu solchen Fluiden kann auch elektrische Energie mittels der Versorgungsleitungsvorrichtung an ein Werkzeug des Roboters geführt werden. Die elektrische Energie kann über eine elektrische Einzelleitung, über zwei oder mehrere elektrische Einzelleitungen oder über einen Leitungsstrang bzw. ein Leitungsbündel geführt werden. Die elektrische Energie kann zur Versorgung von beweglichen Arbeitsvorrichtungen des Werkzeugs dienen. Alternativ oder ergänzend kann die elektrische Energie aber auch lediglich zur Signalübertragung dienen, beispielsweise zur Übertragung von Signalen, Informationen und/oder Messwert, die von Sensoren bzw. Aufnehmern des Werkzeugs stammen. Jede Versorgungsleitung, ob für Fluid oder für elektrische Energie, kann wahlweise zum Hintransport zum Werkzeug und/oder Rücktransport vom Werkzeug ausgebildet sein.
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Jeder Leitungsvorrichtungsflansch kann von einem kreisscheibenförmigen Flanschkörper gebildet werden. Jeder Leitungsvorrichtungsflansch kann eine Aufnahme für das jeweilige Kreisringbauteil aufweisen. Die Aufnahme kann zur vollständigen Aufnahme des jeweiligen Kreisringbauteils ausgebildet sein. In der Aufnahme können ein oder mehrere Lager, insbesondere Gleitlager oder Wälzlager angeordnet sein, mittels derer das jeweilige Kreisringbauteil drehbar an dem Leitungsvorrichtungsflansch bzw. drehbar in dem Leitungsvorrichtungsflansch gelagert ist.
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Die Befestigungsmittel können beispielsweise Schrauben sein, welche den Leitungsvorrichtungsflansch mit dem jeweiligen Glied des Roboters verbinden. Das jeweilige Befestigungsmittel kann demgemäß ein lösbares Befestigungsmittel sein. Die Befestigungsmittel können insbesondere derart ausgebildet sein, dass der jeweilige Leitungsvorrichtungsflansch an dem jeweiligen Glied des Roboters mit üblichen Handwerkzeugen manuell befestigt werden kann, ohne dass der Roboter bzw. der Roboterarm teilweise oder vollständig zerlegt werden müsste. Insoweit kann der gesamte Leitungsvorrichtungsflansch zur nachträglichen Befestigung an einem funktionstüchtigen Roboterarm ausgebildet sein. Der gesamte Leitungsvorrichtungsflansch kann auch zur späteren, insbesondere vollständigen Demontage von dem Roboterarm lösbar an dem Roboterarm befestigt sein. Jeder Leitungsvorrichtungsflansch kann beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl, oder Aluminium hergestellt sein. Alternativ kann jeder Leitungsvorrichtungsflansch ggf. auch aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein.
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Das Kreisringbauteil kann ausgebildet sein, vollständig in dem jeweiligen Leitungsvorrichtungsflansch aufgenommen zu werden. Jedes Kreisringbauteil kann demgemäß mittels ein oder mehrere Lager, insbesondere Gleitlager oder Wälzlager drehbar in dem Leitungsvorrichtungsflansch gelagert sein.
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Jede Drehdurchführung ist zur Übertragung von leitungsgeführten Fluiden und/oder elektrischer Energie von dem jeweiligen Leitungsvorrichtungsflansch auf das zugehörige Kreisringbauteil bzw. von dem zugehörigen Kreisringbauteil auf den jeweiligen Leitungsvorrichtungsflansch ausgebildet. Jede Drehdurchführung muss demgemäß ausgebildet sein, trotz der drehbaren Beweglichkeit von Leitungsvorrichtungsflansch und Kreisringbauteil gegeneinander, das betreffende Fluid leckagefrei und/oder die elektrische Energie störungsfrei, insbesondere unterbrechungsfrei zu übertragen. Eine solche Drehdurchführung kann im Falle elektrischer Energie beispielsweise ein dem Fachmann als solches bekannter Gleitkontakt sein. Ein solcher Gleitkontakt kann einen an sich bekannten Schleifring und eine an sich bekannte Bürste aufweisen. Eine solche Drehdurchführung kann im Falle von Fluiden einen abgedichteten Übergang zwischen einem feststehenden Körper, wie dem Leitungsvorrichtungsflansch und einem rotierenden Körper, wie dem Kreisringbauteil schaffen. Eine solche Drehdurchführung für Fluide kann einflutig, d.h. einkanalig oder mehrflutig, d.h. mehrkanalig ausgebildet sein. Im Falle von Fluiden kann also eine solche Drehdurchführung sozusagen einen hydraulischen Gleitkontakt bzw. hydraulischen Schleifring bilden.
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Der Verbindungsschenkel bildet einerseits ein Strebe, welche das erste Kreisringbauteil mit dem zweiten Kreisringbauteil in einer orthogonalen Ausrichtung von erstem Kreisringbauteil zu zweitem Kreisringbauteil mechanisch starr verbindet, andererseits bildet der Verbindungsschenkel wenigstens einen Leitungsabschnitt zum Transport von Fluid und/oder elektrischer Energie, um das von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch über die erste Drehdurchführung in das erste Kreisringbauteil eingeleitete Fluid und/oder die elektrische Energie in das zweite Kreisringbauteil einzuleiten bzw. das von dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch über die zweite Drehdurchführung in das zweite Kreisringbauteil zurückgeleitete Fluid und/oder die elektrische Energie wieder in das erste Kreisringbauteil zurückzuleiten.
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Die erste Drehdurchführung kann wenigstens einen ersten Gleitkontakt aufweisen, der ausgebildet ist, elektrische Energie von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch auf das erste Kreisringbauteil zu übertragen und/oder die zweite Drehdurchführung kann wenigstens einen zweiten Gleitkontakt aufweisen, der ausgebildet ist, elektrische Energie von dem zweiten Kreisringbauteil auf den zweiten Leitungsvorrichtungsflansch zu übertragen.
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Zweckmäßig Weise sind die erste Drehdurchführung und die zweite Drehdurchführung gleichartig ausgebildet. Gleichwohl kann prinzipiell die erste Drehdurchführung anders ausgebildet bzw. konfiguriert sein, als die zweite Drehdurchführung.
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Ein erfindungsgemäßer Gleitkontakt kann einen an sich bekannten Schleifring und eine an sich bekannte Bürste aufweisen. Jede Drehdurchführung kann, je nach Anwendungsfall, d.h. je nach Art des zu versorgenden Werkzeugs, entweder nur einen einzigen Gleitkontakt aufweisen, der nur eine einzige elektrische Leitung kontaktiert oder es können zwei oder mehrere Gleitkontakt vorgesehen sein, um zwei oder mehrere elektrische Leitungen kontaktieren zu können. So können mehrere Gleitkontakte von mehreren Paaren von Schleifringen und Bürsten gebildet werden. Die Bürsten können in an sich bekannter Weise beispielsweise von Kohlekontakten oder von Federkontakten, beispielsweise aus Kupfer oder aus versilberten oder vergoldeten Metallen gebildet werden.
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Die erste Drehdurchführung kann wenigstens einen Ringkanal aufweisen, der ausgebildet ist, ein Fluid von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch auf das erste Kreisringbauteil zu übertragen und/oder die zweite Drehdurchführung kann wenigstens einen Ringkanal aufweisen, der ausgebildet ist, das Fluid von dem zweiten Kreisringbauteil auf den zweiten Leitungsvorrichtungsflansch zu übertragen. Jede solche Drehdurchführung für Fluide kann, je nach Anwendungsfall, d.h. je nach Art des zu versorgenden Werkzeugs, entweder nur einen einzigen Ringkanal aufweisen, der nur ein einziges Fluid weiterleitet oder es können zwei oder mehrere Ringkanäle vorgesehen sein, um zwei oder mehrere Fluide weiterleitet zu können.
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Eine solche Drehdurchführung kann im Falle von Fluiden einen abgedichteten Übergang zwischen einem feststehenden Körper, wie dem Leitungsvorrichtungsflansch und einem rotierenden Körper, wie dem Kreisringbauteil schaffen. Eine solche Drehdurchführung für Fluide kann einflutig, d.h. einkanalig oder mehrflutig, d.h. mehrkanalig ausgebildet sein. Im Falle von Fluiden kann also eine solche Drehdurchführung sozusagen einen hydraulischen Gleitkontakt bzw. hydraulischen Schleifring bilden.
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Der Ringkanal kann von einer in dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch bzw. in dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch ausgebildeten ersten Ringnut und einer in dem ersten Kreisringbauteil bzw. in dem zweiten Kreisringbauteil ausgebildeten zweiten Ringnut begrenzt werden, wobei die beiden Ringnuten mittels wenigstens einer Dichtung fluiddicht und gegeneinander verdrehbar abgedichtet sind.
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So kann beispielsweise eine dem jeweiligen Kreisringbauteil zugewandte Stirnwand des betreffenden Leitungsvorrichtungsflansches die erste Ringnut aufweisen und das zugeordnete Kreisringbauteil seinerseits eine dem Leitungsvorrichtungsflansch zugewandte Stirnwand aufweisen, welche die zweite Ringnut auf einem Durchmesser trägt, der zu dem Durchmesser der ersten Ringnut identisch ist. Liegt in der Einbaulage die Stirnwand des Kreisringbauteils bündig auf der Stirnwand des Leitungsvorrichtungsflansches auf, dann liegen die erste Ringnut und die zweite Ringnut bündig aufeinander und begrenzen dadurch von zwei gegenüberliegenden Seiten den Ringkanal. Ein ggf. auftretender Spalt zwischen der Stirnwand des Kreisringbauteils und der Stirnwand des Leitungsvorrichtungsflansches kann mittels wenigstens einer Dichtung, wie beispielsweise einem O-Ring abgedichtet sein. Die Dichtung bzw. der O-Ring kann zusätzlich fettgeschmiert sein.
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Der erste Leitungsvorrichtungsflansch kann einen kreisringförmigen ersten Aufnahmekanal aufweisen, in dem das erste Kreisringbauteil drehbar gelagert ist und/oder der zweite Leitungsvorrichtungsflansch kann einen kreisringförmigen zweiten Aufnahmekanal aufweisen, in dem das zweite Kreisringbauteil drehbar gelagert ist.
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Der kreisringförmige Aufnahmekanal kann einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Der Aufnahmekanal kann eine Bodenwand, eine Innenumfangswand und eine Außenumfangswand aufweisen, wobei die Bodenwand, die Innenumfangswand und die Außenumfangswand das Kreisringbauteil von drei Seiten begrenzen bzw. aufnehmen.
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Das erste Kreisringbauteil kann mittels wenigstens einem ersten Wälzlager in dem ersten Aufnahmekanal des ersten Leitungsvorrichtungsflansches drehbar gelagert sein und/oder das zweite Kreisringbauteil kann mittels wenigstens einem zweiten Wälzlager in dem zweiten Aufnahmekanal des zweiten Leitungsvorrichtungsflansches drehbar gelagert sein.
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Statt Wälzlager können ggf. auch Gleitlager zur Anwendung kommen. Ob Wälzlager oder Gleitlager, kann der starre Verbindungsschenkel über das erste Kreisringbauteil und das zweite Kreisringbauteil an dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch und an dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch bestimmt gelagert sein. Dazu können wahlweise in dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch oder in dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch ein Festlager und ein Stützlager vorgesehen sein. Alternativ können das Festlager in dem einen Leitungsvorrichtungsflansch und das Stützlager in dem anderen Leitungsvorrichtungsflansch vorgesehen sein.
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Das erste Kreisringbauteil kann eine dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch zugewandte erste Innenstirnwand aufweisen, an welcher die erste Drehdurchführung ausgebildet ist und/oder das zweite Kreisringbauteil kann eine dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch zugewandte zweite Innenstirnwand aufweisen, an welcher die zweite Drehdurchführung ausgebildet ist.
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Das erste Kreisringbauteil kann eine erste Außenmantelwand aufweisen, an welcher die erste Drehdurchführung ausgebildet ist und/oder das zweite Kreisringbauteil kann eine zweite Außenmantelwand aufweisen, an welcher die zweite Drehdurchführung ausgebildet ist.
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Das erste Kreisringbauteil kann eine vom ersten Leitungsvorrichtungsflansch weg weisende erste Außenstirnwand aufweisen, an welcher ein erstes Schenkelende des starren Verbindungsschenkels befestigt ist und das zweite Kreisringbauteil kann eine vom zweiten Leitungsvorrichtungsflansch weg weisende zweite Außenstirnwand aufweisen, an welcher ein zweites Schenkelende des starren Verbindungsschenkels befestigt ist.
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Der starre Verbindungsschenkel kann von einem massiven Bauteil gebildet werden, in dem ein erster Leitungsabschnitt in Form eines Hohlkanals zum Führen eines Fluids eingebracht ist.
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Unter einem starren Verbindungsschenkel kann ein Bauteil verstanden werden, das zumindest im Wesentlichen formstabil ist. Dies bedeutet, dass der Verbindungsschenkel keine nennenswerte Flexibilität aufweist, die eine deutliche, d.h. sichtbare Verformung erlauben würde. Demgemäß kann der starre Verbindungsschenkel aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium hergestellt sein. Der Verbindungsschenkel kann insoweit ein Gussteil sein. Alternativ kann der starre Verbindungsschenkel ggf. auch als ein Kunststoffbauteil ausgebildet sein, beispielsweise aus einem insbesondere faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein. Es kann sich demgemäß bei dem Verbindungsschenkel ggf. um ein Kunststoffspritzgussteil handeln.
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Der starre Verbindungsschenkel kann einen Hohlraum aufweisen, in dem wenigstens eine elektrische Leitung verlegt ist, insbesondere eine elektrische Leitung verlegt ist, welche die elektrische Energie von dem ersten Gleitkontakt zu dem zweiten Gleitkontakt führt.
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Generell kann der starre Verbindungsschenkel einteilig, zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Im Falle, dass der starre Verbindungsschenkel einen Hohlraum aufweist, kann im Falle einer zweiteiligen oder mehrteiligen Ausführung eine Trennebene durch den Hohlraum laufen, so dass der Hohlraum bei auseinander genommenem zweiteiligen oder mehrteiligen Verbindungsschenkel zugänglich ist, beispielsweise um elektrische Leitungen in dem Hohlraum verlegen zu können, oder um Wartungsmaßnahmen durchführen zu können.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Roboter, aufweisend eine Robotersteuerung und einen Roboterarm mit mehreren durch Glieder verbundenen Gelenken, wobei von den Gliedern eines ein Zwischenglied bildet, das über ein erstes Drehgelenk mit einem in der kinematischen Kette des Roboterarms dem Zwischenglied vorgelagerten ersten Glied drehbar verbunden ist und das über ein zweites Drehgelenk mit einem in der kinematischen Kette des Roboterarms dem Zwischenglied nachgelagerten zweiten Glied drehbar verbunden ist, wobei die Drehachse des ersten Drehgelenks orthogonal zur Drehachse des zweiten Drehgelenks ausgerichtet ist und der Roboterarm eine das Zwischenglied überbrückende Versorgungsleitungsvorrichtung, nach einem oder mehreren der Ausführungsformen, wie erfindungsgemäß beschrieben, aufweist. Die Gelenke des Roboterarms sind von Antriebsmotoren des Roboters, welche an die Gelenke angekoppelt sind, gemäß eines von der Robotersteuerung ausgeführten Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb des Roboters antriebsgesteuert verstellbar, um die Konfiguration des Roboterarms zu verändern.
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Das erste Glied kann von einem Armausleger des Roboterarms gebildet werden, wobei der erste Leitungsvorrichtungsflansch der Versorgungsleitungsvorrichtung an diesem Armausleger befestigt ist und das zweite Glied kann von einem Flansch des Roboterarms gebildet werden, wobei der zweite Leitungsvorrichtungsflansch der Versorgungsleitungsvorrichtung an diesem Flansch befestigt ist.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Roboters mit einem Roboterarm und einer Robotersteuerung;
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2 eine vergrößerte Teilansicht des Roboters gemäß 1 im Bereich der fünften und sechsten Achse der Roboterhand mit einer beispielhaften schematischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Versorgungsleitungsvorrichtung;
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3 eine Schnittansicht durch den Bereich der fünften und sechsten Achse der Roboterhand gemäß 2 mit der beispielhaften schematischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungsleitungsvorrichtung; und
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4 eine vergrößerte Teilschnittansicht durch die erfindungsgemäße Versorgungsleitungsvorrichtung im Bereich einer der Drehdurchführungen.
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Die 1 zeigt einen Roboter 1, der einen Roboterarm 2 und eine Robotersteuerung 13 aufweist. Der Roboterarm 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke 11 verbundene Glieder 12. Bei den Gliedern 12 handelt es sich insbesondere um ein Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell 4. Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Schwinge 5, ein Armausleger 6 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 7 mit einer als Flansch 8 ausgeführten Befestigungsvorrichtung 15 zum Befestigen eines nicht näher dargestellten Endeffektors, d.h. Werkzeugs. Die Schwinge 5 ist am unteren Ende z.B. an einem nicht näher dargestellten Schwingenlagerkopf auf dem Karussell 4 um eine vorzugsweise horizontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge 5 ist wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 6 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6.
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Der Armausleger 6 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein schwenkbar an der Schwinge 5 gelagertes erstes Gehäusebauteil 9 auf. An dem ersten Gehäusebauteil 9 eines ersten Gliedes 12 ist ein zweites Gehäusebauteil 10 eines zweiten Gliedes 12 des Armauslegers 6 um die Achse A4 drehbar gelagert.
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Der Roboter 1 weist demgemäß eine Robotersteuerung 13 und einen Roboterarm 2 mit mehreren durch Glieder 12 verbundenen Gelenken 11 auf, die von Antriebsmotoren des Roboters 1, welche an die Gelenke 11 angekoppelt sind, gemäß eines von der Robotersteuerung 13 ausgeführten Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb des Roboters 1 antriebsgesteuert verstellbar sind, um die Konfiguration des Roboterarms 2 zu verändern, wobei von den Gliedern 12 eines ein Zwischenglied 12.3 bildet, das über ein erstes Drehgelenk 11.1 mit einem in der kinematischen Kette des Roboterarms 2 dem Zwischenglied 12.3 vorgelagerten ersten Glied 12.1 drehbar verbunden ist und das über ein zweites Drehgelenk 11.2 mit einem in der kinematischen Kette des Roboterarms 2 dem Zwischenglied 12.3 nachgelagerten zweiten Glied 12.2 drehbar verbunden ist, wobei die Drehachse des ersten Drehgelenks 11.1 (HA1) orthogonal zur Drehachse des zweiten Drehgelenks 11.2 (HA2) ausgerichtet ist.
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Die 2 zeigt den Roboterarm 2 im Bereich seiner Hand, die mit einer das Zwischenglied 12.3 überbrückenden erfindungsgemäßen Versorgungsleitungsvorrichtung 16 ausgestattet ist.
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In dieser dargestellten Ausführungsvariante wird das erste Glied 12.1 von dem Armausleger 6 gebildet, wobei ein erster Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 der Versorgungsleitungsvorrichtung 16 an diesem Armausleger 6 befestigt ist und das zweite Glied 12.2 von dem Flansch 8 gebildet, wobei ein zweiter Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 der Versorgungsleitungsvorrichtung 16 an diesem Flansch 8 befestigt ist.
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Wie insbesondere in 2 bis 4 näher dargestellt ist, weist die Versorgungsleitungsvorrichtung 16 den ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 auf, der wenigstens ein erstes Befestigungsmittel 18.1 aufweist, das zur starren Befestigung des ersten Leitungsvorrichtungsflansches 17.1 an dem ersten Glied 12.1 ausgebildet ist. Die Versorgungsleitungsvorrichtung 16 weist außerdem ein erstes Kreisringbauteil 19.1 auf, das an dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 um eine erste Hauptachse HA1 drehbar gelagert ist und mit dem ersten Leitungsvorrichtungsflansches 17.1 eine erste Drehdurchführung 20.1 zur Übertragung von leitungsgeführten Fluiden oder elektrischer Energie bildet. Die Versorgungsleitungsvorrichtung 16 weist außerdem den zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 auf, der wenigstens ein zweites Befestigungsmittel 18.2 aufweist, das zur starren Befestigung des zweiten Leitungsvorrichtungsflansches 17.2 an dem zweiten Glied 12.2 ausgebildet ist. Die Versorgungsleitungsvorrichtung 16 weist außerdem ein zweites Kreisringbauteil 19.2 auf, das an dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 um eine zweite Hauptachse HA2 drehbar gelagert ist und mit dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansches 17.2 eine zweite Drehdurchführung 20.2 zur Übertragung von leitungsgeführten Fluiden und/oder elektrischer Energie bildet. Die Versorgungsleitungsvorrichtung 16 weist außerdem einen starren Verbindungsschenkel 21 auf, welcher das erste Kreisringbauteil 19.1 mit dem zweiten Kreisringbauteil 19.2 in einer orthogonalen Ausrichtung von erstem Kreisringbauteil 19.1 zu zweitem Kreisringbauteil 19.2 starr verbindet, wobei der starre Verbindungsschenkel 21 wenigstens einen Leitungsabschnitt 22 aufweist, der ausgebildet ist, das von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 über die erste Drehdurchführung 20.1 in das erste Kreisringbauteil 19.1 eingeleitete Fluid und/oder die elektrische Energie in das zweite Kreisringbauteil 19.2 einzuleiten.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die erste Drehdurchführung 20.1 insbesondere vier erste Gleitkontakte 23 auf, die ausgebildet sind, elektrische Energie von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 auf das erste Kreisringbauteil 19.1 zu übertragen. In gleicher Weise weist die zweite Drehdurchführung 20.2 in analoger Weise vier zweite Gleitkontakte 24 auf, die ausgebildet sind, elektrische Energie von dem zweiten Kreisringbauteil 19.2 auf den zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 zu übertragen.
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Gleichzeitig weist die erste Drehdurchführung 20.1 insbesondere zwei Ringkanäle 25 auf, die ausgebildet sind, ein Fluid von dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 auf das erste Kreisringbauteil 19.1 zu übertragen. Auch die zweite Drehdurchführung 20.2 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels zwei Ringkanäle 25 auf, die ausgebildet sind, das Fluid von dem zweiten Kreisringbauteil 19.2 auf den zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 zu übertragen.
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Der Ringkanal 25 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einer in dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 bzw. in dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 ausgebildeten ersten Ringnut 25a und einer in dem ersten Kreisringbauteil 19.1 bzw. in dem zweiten Kreisringbauteil 19.2 ausgebildeten zweiten Ringnut 25b begrenzt, wobei die beiden Ringnuten 25a, 25b mittels wenigstens einer Dichtung 32, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von O-Ringen gebildet wird, fluiddicht und gegeneinander verdrehbar abgedichtet sind.
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Der erste Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 weist einen kreisringförmigen ersten Aufnahmekanal 26.1 auf, in dem das erste Kreisringbauteil 19.1 drehbar gelagert ist und der zweite Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 weist einen gleichartigen kreisringförmigen zweiten Aufnahmekanal 26.2 auf, in dem das zweite Kreisringbauteil 19.2 drehbar gelagert ist.
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Das erste Kreisringbauteil 19.1 ist mittels wenigstens einem ersten Wälzlager 27.1 in dem ersten Aufnahmekanal 26.1 des ersten Leitungsvorrichtungsflansches 17.1 drehbar gelagert und das zweite Kreisringbauteil 19.2 ist mittels wenigstens einem zweiten Wälzlager 27.2 in analoger Weise in dem zweiten Aufnahmekanal 26.2 des zweiten Leitungsvorrichtungsflansches 17.2 drehbar gelagert.
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Das erste Kreisringbauteil 19.1 weist eine dem ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 zugewandte erste Innenstirnwand 28.1 auf, an welcher die erste Drehdurchführung 20.1 ausgebildet ist. In gleicher Art weist auch das zweite Kreisringbauteil 19.2 eine dem zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 zugewandte zweite Innenstirnwand 28.2 auf, an welcher die zweite Drehdurchführung 20.2 ausgebildet ist.
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Das erste Kreisringbauteil 19.1 weist außerdem eine erste Außenmantelwand 29.1 auf, an welcher die erste Drehdurchführung 20.1 ausgebildet ist und das zweite Kreisringbauteil 19.2 weist ebenso eine zweite Außenmantelwand 29.2 auf, an welcher die zweite Drehdurchführung 20.2 ausgebildet ist.
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Darüber hinaus weist das erste Kreisringbauteil 19.1 eine vom ersten Leitungsvorrichtungsflansch 17.1 weg weisende erste Außenstirnwand 30.1 auf, an welcher ein erstes Schenkelende 21.1 des starren Verbindungsschenkels 21 befestigt ist und das zweite Kreisringbauteil 19.2 weist eine vom zweiten Leitungsvorrichtungsflansch 17.2 weg weisende zweite Außenstirnwand 30.2 auf, an welcher ein zweites Schenkelende 21.2 des starren Verbindungsschenkels 21 befestigt ist.
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Der starre Verbindungsschenkel 21 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einem massiven Bauteil gebildet, in dem ein erster Leitungsabschnitt 22 in Form eines Hohlkanals 22.1 zum Führen eines Fluids eingebracht ist. Außerdem weist der starre Verbindungsschenkel 21 einen Hohlraum 22.2 auf, in dem wenigstens eine elektrische Leitung 31 verlegt ist, welche die elektrische Energie von dem ersten Gleitkontakt 23 zu dem zweiten Gleitkontakt 24 führt.
