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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, der insbesondere als Industrieroboter einzusetzen ist.
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Bekannte Verpackungs- oder Palettieranlagen zum Stapeln und Palettieren von Objekten wie Paketen oder Gebinden mit mehreren Artikeln wie bspw. Getränkebehältern weisen üblicherweise Horizontalfördereinrichtungen mit Förderbändern auf, auf denen die Stückgüter oder Gebinde in ununterbrochener oder unregelmäßiger Folge zu einer Handhabungseinrichtung befördert werden. Dort erfolgt eine Verschiebung, Ausrichtung und/oder Drehen einzelner Stückgüter oder Gebinde, um diese in eine geeignete räumliche Anordnung zu bringen, die eine Basis bildet, um die Stückgüter oder Gebinde in nachgeordneten Gruppierstationen zu stapelfähigen Stückgut- oder Gebindelagen zusammenzuschieben.
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In aktuellen Abfüll- und Verpackungslinien werden zahlreiche unterschiedliche Varianten zum Drehen von Gebinden eingesetzt, die bspw. geeignete bewegliche Anschläge oder zwei Bänder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufweisen können. Bekannte Handhabungseinrichtungen können auch mit Greifern versehen sein, die bspw. an einem Portalsystem aufgehängt und in einem definierten Bewegungsbereich verschoben, rotiert und zudem in vertikaler Richtung bewegt werden können, um einzelne Stückgüter oder Gebinde zum Drehen und/oder Verschieben anheben zu können. Die Greifer können bspw. auch an Mehrachsroboterarmen angeordnet sein, die seitlich an den Horizontalfördereinrichtungen platziert sind. Derartige Greifvorrichtungen sind etwa aus der
EP 2 388 216 A1 bekannt.
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Darüber hinaus gibt es weitere Handhabungseinrichtungen zum Greifen, Verschieben, Drehen und/oder Versetzen von Artikeln oder Gebinden, die auf sog. Deltarobotern oder Parallelkinematik-Robotern basieren, welche in einer dreiarmigen Ausführung auch als Tripode bezeichnet werden. Jeder der Arme eines solchen Tripods oder Deltaroboters besteht aus einem an der Basis um eine gestellfeste Schwenkachse angetrieben verschwenkbar angeordneten Oberarm und einem mit dem Oberarm und einem Koppelelement gelenkig verbundenen Unterarm. Der Unterarm ist hierbei passiv, frei von einem Antrieb zu dessen Verschwenkung gegenüber dem Oberarm oder dem Koppelelement ausgeführt. Einer oder mehrere der Unterarme können bspw. über Kugelgelenke oder andere mehrachsig bewegliche Gelenke mit den jeweils zugehörigen Oberarmen und dem Koppelelement verbunden sein. Ein solcher einzelner Unterarm ist frei schwenkbar und besitzt keine Eigenstabilität. Alle Oberarme eines Deltaroboters sind jeweils um vorzugsweise innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegende Schwenkachsen verschwenkbar angetrieben gelagert. Drei mit dem Koppelelement und jeweils mit ihrem zugehörigen Oberarm verbundene Unterarme bilden in jeder Position ein Kraftdreieck, das sich nur bewegen lässt, wenn die drei Oberarme synchron die für sie berechneten Schwenkbewegungen um deren gestellfeste Schwenkachsen ausführen. Zwei oder mehr Schwenkachsen können parallel verlaufen; in der Regel weisen alle Schwenkachsen zwei Schnittpunkte mit anderen Schwenkachsen auf.
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Wenigstens einer der Unterarme kann wahlweise aus zwei auch als Elle und Speiche bezeichneten, ein Parallelogrammgestänge bildenden Gestängeelementen bestehen, um das Koppelelement in zumindest einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zur Basis zu führen. Typischerweise sind alle Unterarme jeweils aus solchen als Parallelogrammgestänge fungierenden Strebenpaaren gebildet. Das an den Unterarmen gelenkig aufgehängte Koppelelement dient dabei als Arbeitsplattform, die in der Praxis auch als Tool-Center-Point (TCP) bezeichnet wird. An diesem TCP kann ein Manipulator angeordnet sein, bspw. in Gestalt von gegeneinander zustellbaren Greifarmen o. dgl. Handhabungseinrichtung, so dass damit Artikel, Gebinde o. dgl. Stückgüter ergriffen und gedreht, verschoben oder von einer Auflagefläche angehoben werden können.
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Der an der Arbeitsplattform bzw. dem TCP angeordnete Manipulator kann wahlweise drehbar gelagert sein, um den Manipulator ausrichten oder eine gewünschte Drehung der Artikel oder Stückgüter ausführen zu können. Anstelle einer antreibbar drehbaren Lagerung des Manipulators am Koppelelement ist grundsätzlich auch denkbar, den Manipulator unverdrehbar am Koppelelement anzuordnen und das gesamte Koppelelement unter entsprechender Ausgleichbewegung der Arme vermittels einer teleskopierbaren Antriebswelle, die teilweise auch als vierte Achse bezeichnet wird, gegenüber der Basis zu verdrehen. Damit einhergehend ist jedoch der Nachteil eines nur eingeschränkten Drehwinkels des Koppelelements. Die Einschränkung ergibt sich durch das Erreichen von Endanschlägen der gelenkigen Verbindungen der Oberarme und/oder des Koppelelements mit den Unterarmen und/oder dem gegenseitigen Kontakt benachbarter Unterarme.
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Was bei solchen bekannten Parallelkinematik-Robotern teilweise auch als Bewegungen um eine fünfte Achse bezeichnet wird, kann bspw. Zustell- und Öffnungsbewegungen von Greifbacken meinen, die an dem um die sog. vierte Achse rotierbaren Manipulator bzw. Werkzeughalter angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsvarianten ist zumindest die Drehachse zentral mittig zu einer Aufhängung angeordnet, an der die Stellarme verankert sind, wobei über eine teleskopierbare Kardan-Drehmoment-Welle der Werkzeugträger verdreht wird. Unterhalb des rotierenden Werkzeugträgers befindet sich dann ein Greifer, dessen Achse zur Klemmung von Gebinden oder Stückgütern von einem mitfahrenden Motor angetrieben wird. Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist diese vierte zentrale Drehwelle so großvolumig ausgeführt, dass in deren Hohlraum weitere gestellfeste Antriebsachsen Platz finden, die über weitere teleskopierbare Kardan-Drehmoment-Wellen am Werkzeugträger Werkzeugbewegungen wie z.B. das Klemmen eines Werkstücks mit Klemmbacken ausführen können.
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Einen als Parallelkinematik-Roboter ausgebildeten Industrieroboter mit einer äußeren Kardanwelle und einer innenliegend geführten inneren Kardanwelle offenbart die
WO 2014/053115 A1 .
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Um mit solchen Parallelkinematik-Robotern möglichst hohe Leistungen und möglichst geringe Zykluszeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn alle bewegten Massen der Einzelkomponenten des Parallelkinematik-Roboters (Quadro-, Tri- oder Duopod) möglichst gering gehalten werden; dies gilt auch für die Antriebs- bzw. Kardanwellen. Nachteilig ist beim Prinzip der innenliegenden Kardanwellen, dass die äußere Hohlwelle mit der teleskopierbaren Kardan-Drehmoment-Welle vom Durchmesser her vergleichsweise groß ausfallen muss, obwohl die zu übertragenden Drehmomente eine wesentlich kleinere Dimensionierung zulassen würden. Ebenso sind aufwendige Hohlwellen-Getriebe an der Basis des Roboters erforderlich, um die konzentrische Anordnung zu ermöglichen. Günstiger wäre es dagegen, wenn die Dimension aller Kardanwellen so gering wie möglich ausgeführt werden kann, um die Massen gering zu halten.
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Zur Drehmomentübertragung auf die teleskopierbaren Kardanwellen können formschlüssige Elemente mit Gleitführungen verwendet werden, die mit korrespondierenden koaxialen zylindrischen Führungen, Keilwellen oder Polygonen ausgestattet sein können. Solche teleskopierbaren Wellen für Deltaroboter mit polygonalen Querschnitten der zueinander verschiebbaren Wellenabschnitte sind bspw. in der
DE 10 2008 019 725 A1 sowie in der
EP 2 301 726 B1 offenbart.
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Die wesentlichen Nachteile solcher Gleitführungen bestehen in den relativ hohen Verschiebekräften, die aus den zwischen den aufeinander gleitenden Flächen entstehenden Reibungskräften resultieren. Die hierbei entstehenden Reibungskräfte sind deutlich höher als bei wälzenden bzw. rollenden Führungen, wie sie bspw. bei Drehmoment-Kugelbuchsen gegeben sind. Die höheren Reibungskräfte von Gleitführungen machen sich insbesondere bei allen Verschiebebewegungen unter Drehmomentlasten bemerkbar und führen zu einer erhöhten Belastung der Antriebsachsen für die Bewegungen der Stellarme. Zudem lassen sich rotierende Teile im Werkzeugkopf wie bspw. eine drehbare Werkzeugplatte durch die resultierenden Reaktionskräfte, die aus den Verschiebekräften der Drehmomentwelle resultieren, schwerer von den zwei, drei oder mehr vorhandenen Oberarmachsen bewegen.
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Um die Nachteile der Gleitführungen zu vermeiden, werden verschiedentlich teleskopierbare Wellen mit Wälzlagerungen eingesetzt. So offenbart die
DE 699 27 704 T2 eine solche Welle, bei der ein gegenüber einem inneren Wellenabschnitt längsverschiebliches Außenrohr mit einer Drehmoment-Kugelhülse ausgestattet ist.
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Wie erwähnt, ist es im Interesse der Erzielung hoher Leistungen bei möglichst geringen Zykluszeiten vorteilhaft, wenn die bewegten Massen und insbesondere die rotierenden Massen solcher Parallelkinematik-Roboter möglichst gering gehalten werden. Dies gilt auch für Drehmoment- Linearführungen. Außerdem sollten Reaktionskräfte aus der Drehmomentübertragung minimal sein, um die unterschiedlichen Bewegungen des Werkzeugträgers im Raum nicht zu behindern. In diesem Zusammenhang haben Wälzlager prinzipbedingte Vorteile gegenüber Gleitlagerungen mit ihren höheren Reibungswerten. Die wesentlichen Nachteile bekannter Drehmomentkugelhülsen sind die geringen Traglasten und daraus resultierend die vergleichsweise großen Radien, die gewählt werden müssen, um gewünschte Drehmomente ohne Lebensdauereinbußen dauerfest übertragen zu können.
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Ebenso nachteilig ist die für einen dauerfesten Betrieb erforderliche hohe Präzision der eingesetzten Dreikant-Wellen und zugehörigen Kugelhülsen. So werden von den verschiedenen Herstellern in aller Regel nur zugehörige Schienen und darauf abgestimmte Kugelhülsen im Set geliefert. Das Mischen von Schienen einer Charge und Drehmoment-Kugelhülsen einer anderen Charge kann zu erhöhtem Spiel und daraus resultierend zu erhöhtem Verschleiß nach längerem Einsatz führen. Diese Problematik führt zu erhöhten Einsatzkosten.
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Aus diesem Grund ist eine weitere Bauvariante solcher teleskopierbaren Wellen für Parallelkinematik-Roboter bekannt geworden, die sich standardisierter Linearführungen, bestehend aus Schienen und darauf abgestimmten Schlitten mit Kugelumlauflagerungen oder Rollenumlauflagerungen, bedient. Eine solche Welle für einen Parallelkinematik-Roboter findet sich in der
EP 2 716 921 A1 beschrieben.
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Um einem Interesse an möglichst geringen Trägheitsmomenten Rechnung zu tragen, wäre es vorteilhaft, das Element zur Drehmoment-Übertragung extrem steif und auf einem möglichst kleinen Radius anzuordnen, oder auch das Element auf einem extrem leichten, drehsteifen Profil auf großem Radius anzuordnen. Im zweiten Fall kann das Element kleiner und damit leichter gewählt werden, da der Radius größer ist und damit die resultierende Kraft auf die Lagerelemente kleiner ausfällt.
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Angesichts der genannten Problematiken kann ein vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, einen einfach aufgebauten Parallelkinematik-Roboter mit mindestens einer Antriebswelle, ggf. auch mit mehreren Antriebswellen zwischen einer Basis oder Aufhängung und einem an den Stellarmen beweglich aufgehängten Manipulator oder Werkzeugträger zur Verfügung zu stellen, die bei leichter Bauweise möglichst hohe Drehmomente übertragen kann bzw. können.
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Das erstgenannte Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den davon abhängigen Ansprüchen. So schlägt die vorliegende Erfindung zur Erreichung des genannten Ziels einen Parallelkinematik-Roboter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 vor, der vielfältigen Einsatzzwecken dienen kann. So kann der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter bspw. für die Handhabung, das Stapeln und/oder das Manipulieren von Artikeln, Gruppierungen, Gebinden, Stückgütern, Gebinde- und/oder Stückgutlagen oder dergleichen eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter kann jedoch ebenso der Führung wenigstens eines Werkzeuges dienen, das bspw. Fertigungs-, Handhabungs- und/oder Manipulationszwecken dienen kann. So kann der Parallelkinematik-Roboter bspw. zur Führung von Fertigungswerkzeugen, Schweißwerkzeugen, Niet- oder sonstigen Fügewerkzeugen in einer Fertigungsumgebung eingesetzt werden.
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Der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter, der – je nach Anzahl der miteinander gekoppelten Stellarme – auch als Tripod, als Duopod oder als Quadpod bzw. Quattropod bezeichnet werden kann, umfasst eine Aufhängung oder Basis, an welcher wenigstens zwei separat angetriebene und unabhängig voneinander bewegbare Stellarme gelenkig befestigt bzw. gelagert sind. Bei der Aufhängung kann es sich insbesondere um eine obere Aufhängung bzw. um ein Rahmengestell handeln, von dem aus die Stellarme jeweils nach unten in Richtung eines unterhalb der Aufhängung befindlichen Arbeitsraumes reichen, während es sich bei der Basis insbesondere um eine untere Basis handeln kann, von der aus die Stellarme jeweils nach oben in Richtung eines oberhalb der Basis befindlichen Arbeitsraumes reichen.
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Jeder der wenigstens zwei Stellarme ist durch wenigstens zwei relativ zueinander schwenkbare Armabschnitte gebildet, wobei die wenigstens zwei zueinander schwenkbaren Armabschnitte jedes der wenigstens zwei Stellarme durch einen schwenkbar an der Aufhängung oder Basis angelenkten und mittels Antrieb bewegbaren Oberarm und einen gelenkig am Oberarm angelenkten Unterarm gebildet sind. Der Parallelkinematik-Roboter umfasst zudem einen an den Unterarmen der wenigstens zwei Stellarme gelenkig gelagerten und mittels Bewegungen der Stellarme innerhalb eines definierbaren Bewegungsraumes bewegbaren Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf. Der Bewegungsraum kann bedarfsweise durch Veränderungen der Schwenkbereiche der angetriebenen Oberarme, durch Positionsveränderungen der oberen oder unteren Aufhängung bzw. Basis sowie auch durch relative Positionsveränderungen der Aufhängungen bzw. Anlenkungen der Oberarme zueinander variiert werden. Somit ist vorgesehen, dass die Unterarme jeweils eine mechanische Verbindung zwischen dem Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf und den Oberarmen herstellen.
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Weiterhin ist dem Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf ein betätigbares bewegliches Stellelement und/oder ein gegenüber der Aufhängung oder Basis bzw. gegenüber den Stellarmen rotierbarer Abschnitt zugeordnet, wobei dieses bewegliche Stellelement und/oder der rotierbare Abschnitt mittels wenigstens eines mechanischen Drehübertragungselements betätigbar ist bzw. sind. Das wenigstens eine mechanische Drehübertragungselement stellt eine mechanische Drehantriebsverbindung zwischen einem separaten Stellantrieb, welcher der Aufhängung oder Basis zugeordnet ist, und dem Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf bzw. dessen beweglichem Stellelement und/oder dessen rotierbarem Abschnitt her. Wenn in diesem Zusammenhang von einem beweglichen Stellelement die Rede ist, so kann dies ein nahezu beliebig gestalteter und/oder arbeitender Aktor, so bspw. ein Greifarm, ein Paar von gegeneinander zustellbaren Greifbacken oder ein anderes Handhabungs-, Mess-, Fertigungs- und/oder Manipulationswerkzeug sein, das mittels des mechanischen Drehübertragungselements aktiviert bzw. betätigt werden kann. Wenn zudem in diesem Zusammenhang von einem gegenüber der Aufhängung oder Basis bzw. gegenüber den Stellarmen rotierbaren Abschnitt die Rede ist, so kann dies bspw. eine Werkzeugplatte oder ein geeignetes Anschlusselement zur Aufnahme von Werkzeugen, Aktoren oder Stellelementen o. dgl. sein, der/dem wahlweise wiederum ein weiterer beweglicher bzw. aktivierbarer Aktor wie das genannte Paar von Greifbacken bzw. das genannte Werkzeug zugeordnet sein kann. Die Stellbewegungen des optionalen weiteren Aktors sind von einem zweiten mechanischen Drehübertragungselement steuerbar. Bei diesem weiteren Aktor oder Stellelement kann es sich etwa um einen Greifer mit gegeneinander zustellbaren Greifbacken handeln, mit dem bspw. Gebinde, Stückgüter etc. erfasst, aufgenommen, gedreht oder anderweitig gehandhabt bzw. manipuliert werden können. Das erste mechanische Drehübertragungselement und das optional anzusehende zweite mechanische Drehübertragungselement stellen jeweils mechanische Drehantriebsverbindungen zwischen den separaten Stellantrieben, die der Aufhängung oder Basis zugeordnet sind, und dem Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf bzw. dessen/deren rotierbaren Abschnitt und/oder dessen/deren beweglichen und/oder angetriebenen Aktoren bzw. Stellelementen her.
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Das wenigstens eine mechanische Drehübertragungselement ist durch eine gelenkige und teleskopierbare Welle mit mindestens zwei entlang ihrer Längsachse gegeneinander verschieblichen Wellenabschnitten gebildet. Sofern ein zweites mechanisches Drehübertragungselement vorhanden ist, trifft dies auch auf dieses zu, d.h. auch das zweite mechanische Drehübertragungselement ist durch eine gelenkige und teleskopierbare Welle mit mindestens zwei entlang ihrer Längsachse gegeneinander verschieblichen Wellenabschnitten gebildet. Die jeweils gegeneinander verschieblichen Wellenabschnitte des mechanischen Drehübertragungselements bzw. der Mehrzahl von mechanischen Drehübertragungselementen bzw. der teleskopierbaren Wellen stützen sich über mindestens zwei als Längsführungen ausgebildete, gegenüberliegende Wälz- und/oder Gleitlagerpaarungen gegeneinander ab. Sofern mehrere Wellen bzw. mechanische Drehübertragungselemente vorhanden sind, sind diese jeweils durch separate und beabstandet voneinander angeordnete Wellen gebildet. Damit ist gemeint, dass das durch eine erste Welle gebildete erste mechanische Drehübertragungselement für eine Drehung des gegenüber der Aufhängung oder Basis bzw. gegenüber den Stellarmen rotierbaren Abschnittes sorgt, während das durch die zweite Welle gebildete mechanische Drehübertragungselement für Stellbewegungen, Werkzeug- und/oder Aktorbewegungen des weiteren Aktors oder Stellantriebes bzw. der Stellelemente sorgen kann. Wahlweise kann auch umgekehrt vorgesehen sein, dass das durch eine erste Welle gebildete erste mechanische Drehübertragungselement für Stellbewegungen, Werkzeug- und/oder Aktorbewegungen des weiteren Aktors oder Stellantriebes bzw. der Stellelemente sorgt, während das durch die zweite Welle gebildete mechanische Drehübertragungselement für eine Drehung des gegenüber der Aufhängung oder Basis bzw. gegenüber den Stellarmen rotierbaren Abschnittes sorgen kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter sind Linearschienen als Führungselemente der Wälz- und/oder Gleitlagerpaarungen ausgebildet. Diese Linearschienen können insbesondere mit Kugelumlauf- oder Rollenumlaufführungen ausgestattet sein bzw. mit Kugelumlauf- oder Rollenumlaufführungen zusammenwirken. Zur Realisierung solcher Führungselemente können bspw. zwei Linearschienen Rücken an Rücken aneinander befestigt, insbesondere miteinander verschraubt werden. Die zu jeder Schiene gehörigen Schlitten können dabei Kugelumlaufeinheiten oder zur Erhöhung der Traglast wahlweise auch Rollenumlaufeinheiten aufweisen. Sowohl bei den Schlitten mit ihren Wälzkörper-Umlaufeinheiten als auch bei den Linearschienen kann es sich insbesondere um standardisierte Bauteile handeln, was die Auslegung der Bauteile hinsichtlich der von ihnen aufzunehmenden Belastungen erleichtert und die Bauteilkosten reduziert.
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Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters kann vorsehen, dass ein äußerer Hohlabschnitt der teleskopierbaren Welle mit mindestens zwei gegenüberliegend angeordneten Kugelumlauf- oder Rollenumlaufführungen bzw. mit solchen Schlitteneinheiten verbunden ist, die auf korrespondierenden Linearschienen gelagert sind und dort entlang gleiten können, welche mit einem zum äußeren Hohlabschnitt koaxialen inneren Wellenabschnitt verbunden bzw. dort befestigt sind. Hierbei können jeweils mindestens zwei gegenüberliegende Laufbahnen bzw. Profilschienen vorgesehen sein; allerdings kann die Variante auch insgesamt vier solcher paarweise gegenüberliegender Laufbahnen vorsehen. Ebenso ist eine Variante möglich, bei der ein innerer Wellenabschnitt der teleskopierbaren Welle mit mindestens zwei gegenüberliegend angeordneten Kugelumlauf- oder Rollenumlaufführungen verbunden ist, die auf korrespondierenden Linearschienen gelagert sind, welche mit einer zum inneren Wellenabschnitt koaxialen äußeren Hohlwelle verbunden bzw. dort befestigt sind. Auch hierbei sind wiederum Varianten mit mindestens zwei gegenüberliegenden Laufbahnen bzw. Profilschienen sowie wahlweise mit insgesamt vier paarweise gegenüberliegenden Laufbahnen sinnvoll bzw. möglich.
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Eine alternative Variante des Parallelkinematik-Roboters kann zudem vorsehen, dass die Linearschienen als Gleitschienen für Gleitlagerpaarungen ausgebildet sind. Hierbei können die Gleitlagerpaarungen durch Profilschienenpaare gebildet sein, die koaxial zu darauf gleitenden Schienen angeordnet sind. Eine koaxiale Anordnung meint in diesem Zusammenhang, dass ein innerer Wellenabschnitt mindestens zwei Profilschienen trägt, die mit den korrespondierenden Profilschienen der äußeren Hohlwelle zusammenwirken bzw. diese dort gleiten lassen.
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Bei dem Parallelkinematik-Roboter können die äußere Hohlwelle und/oder der innere Wellenabschnitt durch profilierte Kohlenstofffaser-Verbundbauteile (CFK-Profilbauteile) gebildet sein. Auch bei dieser Ausführungsvariante können – je nach zu übertragenden Drehmomenten – zwei oder vier Linearschienen, insbesondere Standard-Linearschienen auf ein extrem leichtes, aber dennoch ausreichend torsionssteifes profiliertes Kohlenstofffaser-Verbundbauteil-Profil angebracht werden. Die Befestigung kann dabei z.B. durch Schraubverbindung oder direktes Verkleben in einer formschlüssigen Nut erfolgen. Die zu jeder Schiene zugehörigen Schlitten können dabei wieder Kugelumlaufeinheiten oder zur Erhöhung der Traglast Rollenumlaufeinheiten aufweisen. Das Profil ist aus leichtem Carbon-Material und kann durch geeignete Auswahl der Carbon-Layer und Orientierung der Fasern extrem torsionssteif hergestellt werden. Besonders geeignete Formen sind dabei quadratisch oder kreisförmig, (bei einer Verwendung von bis zu vier Schienen) wahlweise auch leicht rechteckig oder oval (insbesondere bei einer Verwendung von nur zwei Schienen). Das heißt, je nach gewählter Variante können z.B. die äußere Hohlwelle und/oder der innere Wellenabschnitt jeweils quadratische, rechteckförmige oder kreisförmige oder ovale Querschnitte aufweisen. Außerdem kann wahlweise das profilierte Kohlenstofffaser-Verbundbauteil mit Metall-Inlays, d.h. mit eingebetteten Metallschienen ausgestattet sein, welche die Linearschienen bilden.
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Wahlweise kann eine weitere Ausführung die Integration zweier solcher Teleskop-Flachschienen in ein geeignetes Profil (z.B. Carbon- oder Alu-Strangpressprofil) vorsehen. Die Besonderheit daran ist, dass die hierfür eingesetzten Schlitten extrem flach ausgestaltet sein und zwischen den gehärteten C-förmigen Führungsbahnen der Linearführung Platz finden können. Damit kann der Bauraum reduziert werden und die Führung kann bei niedrigem Trägheitsmoment und Gewicht wieder annährend rotationssymmetrisch gestaltet werden.
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Ein sich innerhalb des inneren Wellenabschnittes der drehmomentübertragenden Teleskopwelle wahlweise ergebender Hohlraum kann vorteilhafterweise für die Übertragung zusätzlicher Funktionen bzw. zur Leitungsführung bzw. zur Medienübertragung eingesetzt werden. Wahlweise können hierdurch Antriebsleistungen und/oder Drehmomente übertragen werden, bspw. zum Öffnen und Schließen von Klemmbacken eines Greifers.
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Der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter kann je nach Ausführungsvariante mit nur einer solchen teleskopierbaren, drehmomentübertragenden Gelenkwelle ausgestattet sein. Er kann jedoch wahlweise auch mit mindestens zwei mechanischen Drehübertragungselementen ausgestattet sein, die jeweils durch separate und beabstandet voneinander angeordnete teleskopierbare Gelenkwellen gebildet sind.
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Ein solcher Parallelkinematik-Roboter gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten kann bspw. zur Handhabung, zum Stapeln und/oder zum Manipulieren von Artikeln, Gruppierungen, Gebinden, Stückgütern, Gebinde- und/oder Stückgutlagen oder dergleichen eingesetzt werden, wobei der Manipulator und/oder der Werkzeughalter oder Werkzeugkopf ein Mittel oder mehrere Mittel zum Greifen und/oder Handhaben der Artikel, Gruppierungen, Gebinde, Stückgüter, Gebinde- und/oder Stückgutlagen und/oder ein Fertigungs- oder Montagewerkzeug umfasst und mit den Unterarmen der wenigstens zwei Stellarme mechanisch gekoppelt sein, so dass durch eine Bewegung eines oder mehrerer der wenigstens zwei Stellarme eine Position des Manipulators und/oder des Werkzeughalters oder Werkzeugkopfes vorgegeben werden kann.
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Die Erfindung umfasst zusätzlich die Verwendung eines solchen Parallelkinematik-Roboters gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten als Industrieroboter zur Handhabung, zum Stapeln und/oder zum Manipulieren von Artikeln, Gruppierungen, Gebinden, Stückgütern, Gebinde- und/oder Stückgutlagen oder dergleichen Gegenständen im Zusammenhang mit dem Transport und der Beförderung, der Verarbeitung, der Verpackung und/oder der Palettierung der Artikel, Gruppierungen, Gebinde, Stückgüter und/oder Gebinde- und/oder Stückgutlagen. Zudem umfasst die Erfindung die Verwendung eines Parallelkinematik-Roboters gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten als Industrieroboter zur Führung wenigstens eines Werkzeuges im Zusammenhang mit der Fertigung, Mittel- und/oder Beschichtungsapplikation, Montage, Manipulation und/oder Handhabung in einer Fertigungs- und/oder Industrieumgebung.
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Besondere Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in den realisierbaren geringen bewegten Massen und Massenträgheitsmomenten der teleskopierbaren und aufgrund der vorzugsweise verwendeten Wälzlagerungen besonders leichtgängig in Längsrichtung verstellbaren Gelenkwellen. Zudem können diese Gelenkwellen schon bei relativ kleinen Baugrößen und der Verwendung von kostengünstigen Standard-Linearführungen relativ große Drehmomente übertragen. Weiterhin wird eine hohe Flexibilität bei der Nutzung des vorhandenen Bauraums durch geeignete Anzahl und Anordnung der Linearschienen und Schlitten geschaffen. Nicht zuletzt können die Kosten durch den Einsatz von Standard-Schienen und Standard-Schlitten niedrig gehalten werden.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters, der bspw. zur Handhabung und/oder zum Manipulieren von Artikeln, Gruppierungen, Gebinden oder Stückgütern eingesetzt werden kann.
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2 zeigt eine schematische Perspektivansicht des mit drei beweglichen Stellarmen ausgestatteten Parallelkinematik-Roboters gemäß 1.
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3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des Aufbaus einer mit Linearführungen ausgestatteten teleskopierbaren Gelenkwelle eines Parallelkinematik-Roboters gemäß 2.
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4 zeigt in zwei schematischen Ansichten Gestaltungsvarianten eines Wellenabschnittes der teleskopierbaren Gelenkwelle.
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5 zeigt in zwei schematischen Ansichten (5A und 5B) eine weitere Gestaltungsvariante einer teleskopierbaren Gelenkwelle.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den nachfolgend näher erläuterten 1 bis 5 jeweils identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der besseren Übersicht halber teilweise nur solche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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Einleitend sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in den
1 bis
5 erläuterten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters sich auf einen Deltakinematik-Roboter oder Parallelkinematik-Roboter mit drei gleichartigen Schwenkarmen bzw. auf einen sog. Deltaroboter oder auch sog. Tripod beziehen, der Teil einer Handhabungseinrichtung bzw. eines Manipulators zur Handhabung, zum Drehen, Verschieben oder Aufnehmen von Artikeln, Stückgütern oder Gebinden oder auch Teil eines Fertigungsroboters in einer Industrieumgebung sein kann. Hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung des Deltakinematik-Roboters, Deltaroboters bzw. Tripods, seines Aufbaus, seiner Funktionsweise und seines Bewegungsraumes sei insbesondere auf den Offenbarungsgehalt der
DE 10 2013 106 004 A1 verwiesen, auf deren gesamten Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Auf eine detaillierte Beschreibung der Bewegungsmodi, der Antriebe für die drei Schwenkarme etc. soll deshalb an dieser Stelle verzichtet werden. Grundsätzlich könnte der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter
10 gemäß
1 bis
5 auch vier gleichartige Schwenkarme aufweisen, was auch als sog. Quadpod bezeichnet werden kann. Auch Varianten mit nur zwei Stellarmen – sog. Duopods – sind grundsätzlich denkbar und für manche Anwendungsfälle gebräuchlich. Auch können die Schwenk- oder Stellarme von einer unteren Basis nach oben ragen, so dass sich ein an den Unterarmen aufgehängter Werkzeugkopf zwischen den nach unten abgeknickten Unterarmen befindet, die jeweils an den nach oben ragenden Oberarmen schwenkbar aufgehängt sind.
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Die schematische Darstellung der 1 zeigt eine denkbare Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 10 zur Handhabung und/oder zum Manipulieren von hier nicht dargestellten Artikeln, Gruppierungen, Gebinden, Stückgütern oder dergleichen, die je nach Ausführungsvariante wahlweise auch zum Handhaben und/oder zum Manipulieren von Stückgut- und/oder Gebindegruppierungen bzw. auch von Stückgut- und/oder Gebindelagen eingesetzt werden kann. Wahlweise kann der Parallelkinematik-Roboter 10 auch zur beweglichen Steuerung eines Füge- und/oder Fertigungswerkzeuges o. dgl. eingesetzt werden. Die Detailansicht der 2 lässt einige der Komponenten des Parallelkinematik-Roboters 10 deutlicher erkennen; zudem lässt die 2 noch deutlicher als die 1 erkennen, dass es sich bei dem Parallelkinematik-Roboter 10 um einen Roboter bzw. Deltakinematik-Roboter 10 mit drei gleicharmigen Stellarmen 20 handelt.
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In den 1 bis 5 nicht dargestellte Artikel, Gruppierungen, Gebinde oder Stückgüter oder auch Lagen mit Stückgütern oder Gebinden können insbesondere auf einer Auflageebene und/oder einem Förderabschnitt 12 einer Vorrichtung 14 zur Handhabung, Förderung, Gruppierung und/oder Verpackung von Artikeln, Stückgütern, Gruppierungen und/oder Gebinden stehen bzw. werden auf dieser Auflageebene oder dem Förderabschnitt 12 insbesondere in horizontaler Richtung bewegt. Der als Greif- und/oder Manipulationseinheit 16 ausgebildete bzw. eine solche Manipulationseinheit 16 aufweisende Roboter 10 ist oberhalb der Auflageebene und/oder dem Förderabschnitt 12 angeordnet und umfasst eine obere Aufhängung 18, an der drei separat angetriebene Stellarme 20 gelenkig befestigt bzw. gelagert sind. Jeder dieser drei Stellarme 20 ist durch zwei relativ zueinander schwenkbare Armabschnitte 22 und 24 gebildet, nämlich jeweils durch einen Oberarm 22, der um eine horizontale Schwenkachse beweglich ist und an der oberen Aufhängung 18 gelenkig und motorisch angetrieben aufgehängt ist, sowie durch einen Unterarm 24, der gelenkig mit dem Oberarm 22 verbunden ist und nach unten führt, so dass sich alle drei Unterarme 24 in einem unteren Koppelabschnitt 26 treffen, dem sog. Werkzeugkopf, Werkzeugträger oder auch Tool-Center-Point bzw. TCP. Wie es die schematische Perspektivansicht der 2 näher verdeutlicht, sind die Unterarme 24 jeweils durch Strebenpaare gebildet, während die Oberarme 22 jeweils durch einteilige Streben gebildet sind. An dem unteren Werkzeugkopf, Werkzeugträger bzw. Koppelabschnitt 26 bzw. dem TCP befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 eine separat aktivierbare Greifeinrichtung 28 mit einem Paar gegeneinander zustellbarer Greifbacken, das der Erfassung, dem Greifen und/oder Manipulieren der auf dem Förderabschnitt 12 befindlichen Artikel, Gruppierungen, Gebinde oder Stückgüter dient.
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Der im vorliegenden Zusammenhang auch als Werkzeugkopf 26 oder Werkzeughalter bezeichnete und an den Unterarmen 24 aufgehängte Manipulator 16 des gezeigten Parallelkinematik-Roboters 10 kann wahlweise auch beliebige Fertigungs-, Füge-, Greif- und/oder Handhabungswerkzeuge aufweisen bzw. umfassen, die insbesondere in einer industriellen Fertigungsumgebung zum Einsatz kommen können, ggf. in Zusammenwirkung mit weiteren solcher oder ähnlicher Roboter 10. Es sei an dieser Stelle nochmals betont, dass alle im vorliegenden Zusammenhang verwendeten Begriffe wie Manipulator 16, Werkzeughalter oder Werkzeugkopf 26 generell umfassend und nicht beschränkend im Sinne einer Greifeinrichtung 28 oder Haltevorrichtung o. dgl. zu verstehen sind. Grundsätzlich können am Manipulator 16 nahezu beliebige Werkzeuge angeordnet sein, die allesamt von der vorliegenden Erfindungsdefinition mit umfasst sind. Der Werkzeugkopf 26 oder Werkzeughalter, der in aller Regel den Manipulator 16 bildet oder Teil des Manipulators 16 ist, wird auch als TCP bzw. Tool Center Point 26 bezeichnet.
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Wie sich dies bereits in zahlreichen Details in der
DE 10 2013 106 004 A1 beschrieben findet, kann jeder der drei Stellarme
20 in gewissen Grenzen, die durch den jeweiligen Schwenkradius definiert sind, unabhängig von den anderen Stellarmen
20 betätigt werden, wodurch sich eine freie Beweglichkeit des Manipulators
16 mitsamt seiner Greifeinrichtung
28 innerhalb eines definierten Bewegungsraumes
30 ergibt, wobei durch eine Bewegung eines oder mehrerer der insgesamt drei Stellarme
20 eine Position der Greifeinrichtung
28 innerhalb des Bewegungsraumes
30 vorgegeben werden kann. Dieser Bewegungs- oder Arbeitsraum
30 ist – bezogen auf den Tool-Center-Point
26 – in vertikaler Richtung bzw. in z-Richtung ein relativ flacher Zylinder, an dessen unteren Rand sich ein ebenfalls relativ flaches Kugelsegment anschließt, wie dies in
1 angedeutet ist.
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Die obere Aufhängung 18 sieht im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 eine Abstützung über mehrere schräge Stützträger 32 vor, die sich wiederum in einem Rahmengestell 34 der Vorrichtung 14 zur Handhabung, Förderung, Gruppierung und/oder Verpackung von Artikeln, Stückgütern, Gruppierungen und/oder Gebinden abstützen. Das Rahmengestell 34 kann bspw. ein starrer Stahlträgerrahmen o. dgl. mit verschraubten Vertikal- und Horizontalträgern sein, der im unteren Bereich den Horizontalförderabschnitt 12 aufnimmt. Der gezeigte Aufbau ist jedoch keinesfalls einschränkend zu verstehen, sondern liefert nur eine Ausführungsvariante einer Vielzahl möglicher bzw. sinnvoll realisierbarer Ausführungsvarianten zur Ausgestaltung der Vorrichtung, ihrer Einzelteile und der Rahmen- und Aufhängungsteile.
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Wie es die perspektivische Detailansicht der 2 erkennen lässt, weist der Manipulator 16 bzw. der Werkzeugträger oder Werkzeugkopf 26 einen rotierbaren Abschnitt 36 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Anschlusselement 38 ausgebildet ist, das der daran hängenden Aufnahme von Werkzeugen, Aktoren oder Stellelementen dienen kann (nicht gezeigt). Der rotierbare Abschnitt 36 kann koaxial gegenüber dem Werkzeugkopf 26 verdreht werden. Um diese Drehungen auszulösen und die gewünschten Drehwinkel vorzugeben, steht der rotierbare Abschnitt 36 mitsamt dem unterhalb des Werkzeugkopfes 26 befindlichen Anschlusselement 38 mit einer ersten teleskopierbaren Gelenkwelle 40 in Drehverbindung, die von der oberen Aufhängung 18 zum Werkzeugkopf 26 reicht, und die mittels eines im Bereich der oberen Aufhängung 18 angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotors 42 verdreht werden kann. Durch jede Drehwinkeländerung der ersten Gelenkwelle 40 wird gleichzeitig der rotierbare Abschnitt 36 mitsamt dem daran drehfest verankerten Anschlusselement 38 gegenüber dem Werkzeugkopf 26 um denselben Drehwinkel verdreht.
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Das Anschlusselement 38 kann nicht nur eine Aufhängung für Greiferarme, Werkzeuge, Manipulationselemente o. dgl. bilden, sondern trägt außerdem wahlweise Aktoren oder Stellelemente 44 (hier nicht deutlich erkennbar), die bspw. durch gegeneinander zustellbare und öffenbare Greifbacken o. dgl. gebildet sein können, mittels derer Stückgüter, Gebinde oder einzelne Artikel gegriffen und mit dem am Parallelkinematik-Roboter 10 beweglich aufgehängten Manipulator 16 aufgenommen, verschoben, gedreht, umgesetzt und wieder freigegeben werden können. Um diese Stellelemente 44 auf mechanischem Wege betätigen zu können, ist bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante des Parallelkinematik-Roboters 10 eine zweite teleskopierbare Gelenkwelle 46 vorgesehen, die wie die erste Gelenkwelle 40 von der oberen Aufhängung 18 zum Werkzeugkopf 26 reicht, und die mittels eines zweiten elektrischen Antriebsmotors 48 verdreht werden kann und vorzugsweise mit einem im rotierbaren Abschnitt 36 befindlichen Getriebe (nicht erkennbar) in Drehverbindung steht, welches wiederum auf die Stellelemente 44 wirkt und bspw. für deren oszillierende Linearbewegung sorgen kann, wenn die zweite Gelenkwelle 46 entsprechend verdreht wird.
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Wie es die 2 erkennen lässt, sind die ersten und zweiten Antriebsmotoren 42 und 48 für die beiden teleskopierbaren Gelenkwellen 40 und 46 auf der oberen Aufhängung 18 montiert, an deren Unterseite gelenkige Lagerungen 50 und elektrische Antriebsmotoren 52 für die Oberarme 22 der insgesamt drei Stellarme 20 angeordnet sind. Die beiden Gelenkwellen 40 und 46 sind in der oberen Aufhängung 18 gelagert und führen nach unten zum Werkzeugkopf 26 bzw. zum darin drehbar gelagerten rotierenden Abschnitt 36. Die beiden Gelenkwellen 40 und 46 können in etwa parallel verlaufen, wobei sich diese parallele Ausrichtung je nach Verdrehwinkel der ersten Gelenkwelle 40 deutlich ändern und sich eine leicht verschränkte bzw. winkelige Ausrichtung zueinander einstellen kann.
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Wie es die 2 in Grundzügen erkennen lässt, bilden die beiden teleskopierbaren Wellen 40 und 46 jeweils mechanische Drehübertragungselemente zur Übertragung von Stellbewegungen von den Antrieben 42 und 48 auf die rotierbaren bzw. beweglichen Teile des 36, 38 bzw. 44 des Manipulators 16 bzw. Werkzeugkopfes 26. Jede dieser Wellen 40 und 46 ist durch mindestens zwei entlang ihrer Längsachsen gegeneinander verschiebliche Wellenabschnitte 58 und 60 gebildet. Die jeweils gegeneinander verschieblichen Wellenabschnitte 58 und 60 der teleskopierbaren Wellen 40 und 46 stützen sich jeweils über mindestens zwei als Längsführungen fungierende Linearschienen 54 und diesen jeweils zugeordnete Kugelumlauf- oder Rollenumlaufführungen 56 ab. In der Darstellung der 2 sind die der oberen Aufhängung 18 näher liegenden oberen Bereiche der beiden Wellen 40 und 46 jeweils freigeschnitten und zeigen, dass die oberen Wellenabschnitte 58, die jeweils mit den Antriebsmotoren 42 bzw. 48 drehfest verbunden sind, die Linearschienen 54 tragen, während die hohl ausgeführten unteren Wellenabschnitte 60 die Linearschienen 54 umhüllen und mehrere solcher Kugelumlaufführungen bzw. Rollenumlaufführungen 56 aufnehmen.
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Wie es die perspektivische Detailansicht der 3 verdeutlicht, können bei jeder Welle 40 bzw. 46 zwei gleichartige Linearschienen 54 Rücken an Rücken aneinander befestigt, insbesondere miteinander verschraubt sein. Jeder dieser Linearschienen 54, die zumindest eine Länge aufweisen müssen, die dem maximalen Längsverschiebeweg jeder Welle 40 bzw. 46 entspricht, ist mindestens eine Kugelumlaufführung 56 oder Rollenumlaufführung 56 bzw. sind vorzugsweise mindestens zwei oder mehr voneinander beabstandet angeordneter Kugelumlaufführungen 56 oder Rollenumlaufführungen 56 zugeordnet. Rollenumlaufführungen können ggf. bei erhöhten Festigkeitsanforderungen eingesetzt werden, da diese eine höhere Traglast aufweisen als Rollenumlaufführungen, allerdings bei leicht vergrößertem Bauraum. Wie es die 3 erkennen lässt, sind die Kugel- oder Rollenumlaufführungen jeweils als Schlitteneinheiten 62 ausgebildet, die im inneren Bereich der als Hohlwellenabschnitte ausgebildeten unteren Wellenabschnitte 60 montiert sind. Der obere Wellenabschnitt 58, der an seinem oberen Ende mit einem Kardangelenk 64 oder einem Gleichlaufgelenk o. dgl. verbunden ist, trägt die Linearschienen 54, im gezeigten Ausführungsbeispiel das Paar miteinander verbundener Linearschienen 54. Vorzugsweise kann es sich sowohl bei den Schlitteneinheiten 62 mit ihren Wälzkörper-Umlaufeinheiten 56 als auch bei den Linearschienen 54 jeweils um standardisierte Bauteile handeln, was die Auslegung der Bauteile hinsichtlich der von ihnen aufzunehmenden Belastungen erleichtert und die Bauteilkosten reduziert.
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Wie es die beiden schematischen Ansichten der 4A und 4B verdeutlichen, können die Wellenabschnitte 58 und/oder 60 wahlweise jeweils durch profilierte Kohlenstofffaser-Verbundbauteile 66 bzw. sog. CFK-Profilbauteile gebildet sein. Bei den dort gezeigten Ausführungsvarianten können – je nach zu übertragenden Drehmomenten – wahlweise zwei oder vier Linearschienen 54, insbesondere Standard-Linearschienen 54 auf ein dünnwandiges und sehr leichtes, aber dennoch ausreichend torsionssteifes profiliertes Kohlenstofffaser-Verbundbauteil 66 angebracht werden. Die Befestigung kann dabei z.B. durch Schraubverbindungen 68 an den Außenseiten des Verbundbauteils 66 erfolgen, wie es die nach rechts weisenden Seiten der in den 4A und 4B jeweils gezeigten Verbundbauteile 66 beispielhaft verdeutlichen. Wahlweise können die an zwei gegenüberliegenden Flachseiten des Verbundbauteils 66 befestigten Linearschienen 54 auch mit den Flachseiten verklebt und/oder dort einlaminiert sein. Auf den Linearschienen 54 sind jeweils die Schlitteneinheiten 62 mit den Kugel- oder Rollenumlaufführungen 56 geführt, die mit dem jeweils anderen Wellenabschnitt 60 bzw. 58 verbunden sind. Von diesen Schlitten 62 ist in den 4A und 4B jeweils nur einer gezeigt.
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An den Oberseiten der in den 4A und 4B gezeigten Profilbauteile 66 sind weitere Längsprofile 70 angeordnet, die ebenfalls zur Aufnahme von Linearschienen 54 dienen können. Das in 4A an der Oberseite des liegenden Profilbauteils 66 befindliche Längsprofil 70 ist als in die Außenwand des Kohlenstofffaser-Verbundbauteils 66 eingeformtes Längsprofil 72 ausgebildet (in 4B an der Unterseite gezeigt), während das in 4B an der Oberseite des liegenden Profilbauteils 66 befindliche Längsprofil 70 als in die Außenwand des Kohlenstofffaser-Verbundbauteils 66 einlaminiertes Aluminiumprofil 74 ausgebildet ist (in 4A an der Unterseite gezeigt). Wahlweise kann das Profilbauteil 66 Innenversteifungen 76 in Form von Querstegen zwischen gegenüberliegenden Außenwänden und/oder eingeformte Hohlkanäle 78 o. dgl. aufweisen. Ein solcher Hohlkanal 78 kann bspw. zur Führung von Versorgungsmedien wie Druckmedien, Kühlmedien o. dgl. oder auch zur geschützten Führung von elektrischen Signalleitungen und/oder von elektrischen und/oder hydraulischen Versorgungsleitungen dienen, die nicht lose innerhalb des Hohlprofils des Profilbauteils 66 geführt werden sollen. Wahlweise und bei Bedarf können im Profilbauteil 66 jeweils mehrere solcher eingeformter Innenversteifungen 76 in Form von Querstegen und/oder eingeformter Hohlkanäle 78 vorgesehen sein.
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Die Profilbauteile 66 können insbesondere aus leichtem Carbon-Material gefertigt sein und können durch geeignete Auswahl der Carbon-Layer und Orientierung der Fasern besonders formstabil und torsionssteif hergestellt werden. Besonders geeignete Formen sind dabei quadratisch (vgl. 4A und 4B) oder kreisförmig und können wahlweise bis zu vier Schienen 54 aufnehmen. Die Profilbauteile 66 können wahlweise auch leicht rechteckige oder ovale Querschnitte aufweisen und hierbei insbesondere zwei Schienen 54 tragen.
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Die perspektivische Detailansicht der 5A und der schematische Querschnitt durch eine der teleskopierbaren Wellen 40 bzw. 46 der 5B verdeutlicht eine weitere, sehr kompakte Gestaltungsvariante der Wellen 40 bzw. 46. Wiederum bildet der untere Wellenabschnitt 60 gleichzeitig den Hohlwellenabschnitt 60, der in diesem Fall mit den als Schlitteneinheiten 62 ausgebildeten Kugel- oder Rollenumlaufführungen 56 verbunden ist. Die sich gegenüberliegenden Verbindungsflachseiten des Hohlwellenabschnittes 60, an deren Innenwand die Schlitteneinheiten 62 jeweils verankert sind, bilden parallele Wandflächen aus, die jeweils beidseitig an kreissegmentförmig gewölbte Rundseiten 82 anschließen, die sich ebenfalls symmetrisch gegenüberliegen, so dass sich für den Hohlwellenabschnitt 60 ein geschlossenes Hohlprofil mit kreissegmentförmigen Bereichen und mit beidseitig abgeflachten Bereichen ergibt, wie es die 5B deutlich erkennen lässt.
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Die mit den Flachseiten 84 verbundenen Schlitteneinheiten 62 laufen jeweils in U-förmigen Linearschienen 54 und sind dort nahezu vollständig aufgenommen, so dass nur ein kleiner Abschnitt an den zu den Flachseiten 84 weisenden Außenseiten der Schlitteneinheiten 62 über die Ränder der Linearschienen 54 hinausragen. Die Linearschienen 54 selbst sind in Längsnuten 80 eingebettet und dort fixiert, die in gegenüberliegenden Längsseiten des oberen, massiven Wellenabschnittes 58 eingebracht sind, wodurch ein insgesamt sehr kompakter Aufbau (vgl. 5B) erreicht wird. Die Wellenabschnitte 58 und 60 können bspw. durch Leichtmetall- und/oder Kunststoff-Verbundbauteile gebildet sein. Die Besonderheit an dem in 5 (5A und 5B) gezeigten Ausbau besteht darin, dass sowohl die hierfür eingesetzten Linearschienen 54 als auch die Schlitteneinheiten 62 sehr flach ausgebildet sein können, so dass diese zwischen den gehärteten C-förmigen Führungsbahnen der Linearschienen 54 Platz finden können. Damit kann der Bauraum gegenüber bekannten Ausführungsvarianten reduziert werden und die Führung kann bei niedrigem Trägheitsmoment und Gewicht annährend rotationssymmetrisch gestaltet werden.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die in den 1 bis 5B gezeigten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass auch weitere Abwandlungen oder Änderungen des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters bzw. Industrieroboters unter den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche fallen können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboter, Parallelkinematik-Roboter, Deltakinematik-Roboter
- 12
- Förderabschnitt, Horizontalförderabschnitt, Horizontalfördereinrichtung
- 14
- Vorrichtung, Handhabungs-, Förder-, Gruppierungs-, Verpackungsvorrichtung
- 16
- Greifeinheit, Manipulationseinheit, Manipulator
- 18
- obere Aufhängung
- 20
- Stellarm, Gelenkarm
- 22
- Oberarm, oberer Armabschnitt
- 24
- Unterarm, unterer Armabschnitt
- 26
- Koppelabschnitt, Tool-Center-Point (TCP), Werkzeugträger, Werkzeugkopf, Werkzeughalter
- 28
- Greifeinrichtung
- 30
- Bewegungsraum, Arbeitsraum
- 32
- Stützträger
- 34
- Rahmengestell, Rahmen
- 36
- rotierbarer Abschnitt, rotierender Abschnitt (des Koppelabschnittes, Tool-Center-Points, Werkzeugträgers und/oder Werkzeugkopfes)
- 38
- Anschlusselement
- 40
- erste Welle, erste Gelenkwelle, erste teleskopierbare Welle, erste teleskopierbare Gelenkwelle, Welle
- 42
- erster Antriebsmotor, erster elektrischer Antriebsmotor, erster Antrieb, Drehantrieb
- 44
- Stellelement, Aktor
- 46
- zweite Welle, zweite Gelenkwelle, zweite teleskopierbare Welle, zweite teleskopierbare Gelenkwelle, Welle
- 48
- zweiter Antriebsmotor, zweiter elektrischer Antriebsmotor, zweiter Antrieb, Drehantrieb
- 50
- gelenkige Lagerung (des Oberarms)
- 52
- Antriebsmotor (des Oberarms), Antrieb
- 54
- Linearschiene
- 56
- Kugelumlaufführung, Rollenumlaufführung, Wälzkörper-Umlaufeinheiten
- 58
- oberer Wellenabschnitt, innerer Wellenabschnitt
- 60
- unterer Wellenabschnitt, Hohlwellenabschnitt
- 62
- Schlitten, Schlitteneinheit
- 64
- Kardangelenk
- 66
- Kohlenstofffaser-Verbundbauteil, CFK-Profilbauteil, Verbundbauteil
- 68
- Verschraubung, Schraubverbindung
- 70
- Längsprofil
- 72
- eingeformtes Längsprofil
- 74
- Aluminiumprofil
- 76
- Innenversteifung
- 78
- Hohlkanal
- 80
- Längsnut
- 82
- Rundseiten, Rundseite, kreissegmentförmige Rundseite, kreissegmentförmig gewölbte Rundseite
- 84
- Flachseiten, Verbindungsflachseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2388216 A1 [0003]
- DE 102010006155 A1 [0007]
- DE 102013208082 A1 [0007]
- US 8210068 B1 [0007]
- WO 2014/053115 A1 [0009]
- DE 102008019725 A1 [0011]
- EP 2301726 B1 [0011]
- DE 69927704 T2 [0013]
- EP 2716921 A1 [0016]
- DE 102013106004 A1 [0041, 0045]
