DE102017120367A1

DE102017120367A1 - Parallel kinematic robot and method for its operation

Info

Publication number: DE102017120367A1
Application number: DE102017120367.2A
Authority: DE
Inventors: Manuel Kollmuss; Erhard Beer
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betrieb eines Parallelkinematik-Roboters (10) und/oder zu dessen Anpassung an unterschiedliche Betriebsmodi sowie ein solcher Parallelkinematik-Roboter (10) offenbart. Der Roboter (10) umfasst eine Aufhängung (18) oder Basis, an welcher wenigstens zwei separat angetriebene und unabhängig voneinander bewegbare Stellarme (20) gelenkig befestigt und gelagert sind, die jeweils durch einen mittels separatem Antrieb bewegbaren Oberarm (22) und einen gelenkig an diesem gelagerten Unterarm (24) gebildet sind, sowie einen an den Unterarmen (24) der wenigstens zwei Stellarme (20) gelenkig gelagerten und mittels Stellbewegungen der Stellarme (20) innerhalb eines definierbaren Bewegungsraumes (30) bewegbaren Manipulator (28) und/oder Werkzeughalter (26) oder Werkzeugkopf.Zumindest einer von mehreren separaten Antrieben, die dem bewegbaren Oberarm (22) jedes der wenigstens zwei Stellarme (20) zugeordnet sind, ist durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul (36, 46) gebildet. Das Verfahren sieht eine Erfassung und Auswertung der im Betrieb des Parallelkinematik-Roboters (10) auftretenden und auf die Antriebsmodule (36, 46) wirkenden Belastungsmuster sowie eine Auswahl des mindestens einen auswechselbaren Antriebsmoduls (36, 46) aus mehreren zur Verfügung stehenden, unterschiedlich dimensionierten und/oder leistungsfähigen Antriebsmodulen (36, 46) vor, die an die jeweils auftretenden und/oder an die künftig zu erwartenden Belastungsmustern angepasst ist/sind.A method is disclosed for operating a parallel kinematic robot (10) and / or adapting it to different operating modes, as well as such a parallel kinematic robot (10). The robot (10) comprises a suspension (18) or base on which at least two separately driven and independently movable actuating arms (20) are articulated and mounted, each by a movable by means of a separate drive upper arm (22) and a hinged to this stored forearm (24) are formed, and one on the forearms (24) of the at least two actuating arms (20) articulated and by means of adjusting movements of the actuating arms (20) within a definable movement space (30) movable manipulator (28) and / or tool holder (26) or tool head. At least one of a plurality of separate drives, which are assigned to the movable upper arm (22) of each of the at least two actuating arms (20), is provided by an interchangeable and / or customizable and / or future expected load pattern ( 36, 46). The method provides for detection and evaluation of the load patterns occurring during operation of the parallel kinematic robot (10) and acting on the drive modules (36, 46) as well as selection of the at least one replaceable drive module (36, 46) from a plurality of differently dimensioned ones and / or powerful drive modules (36, 46), which are / are adapted to the respectively occurring and / or to the expected future load patterns.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Parallelkinematik-Roboters sowie ein Verfahren zu dessen Anpassung an unterschiedliche Betriebsmodi mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs.The present invention relates to a parallel kinematic robot having the features of independent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a parallel kinematic robot and a method for adapting it to different operating modes with the features of the independent method claim.

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.Known packaging or palletizing systems for stacking and palletizing objects such as packages or containers with several articles such as beverage containers usually have horizontal conveyors with conveyor belts on which the piece goods or packages are transported in uninterrupted or irregular sequence to a handling device. There is a shift, alignment and / or turning individual piece goods or containers to bring them into a suitable spatial arrangement, which forms a basis to push together the piece goods or containers in subordinate Gruppierstationen stackable piece goods or bundle layers.

In aktuell eingesetzten Abfüll- und Verpackungslinien werden unterschiedliche Verfahren 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.In currently used filling and packaging lines, different methods are used for turning containers which, for example, can have suitable movable stops or two belts at different speeds. Known handling devices can also be provided with grippers, for example, suspended on a gantry system and moved in a defined range of motion, rotated and also can be moved in the vertical direction to lift individual cargo or containers for turning and / or moving. The grippers can, for example, also be arranged on multi-axis robot arms, which are placed laterally on the horizontal conveyors. Such gripping devices are approximately from the EP 2 388 216 A1 known.

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.In addition, there are other handling devices for gripping, moving, rotating and / or moving articles or containers, which are based on so-called delta robots or parallel kinematic robots, which are also referred to in a three-armed version as tripod. Each of the arms of such a tripod or delta robot consists of a driven at the base about a frame fixed pivot axis pivotally mounted upper arm and articulated to the upper arm and a coupling element connected to the lower arm. The forearm here is passive, running free of a drive to its pivoting relative to the upper arm or the coupling element. For example, one or more of the lower arms may be connected via ball joints or other multiaxially movable joints to the respectively associated upper arms and the coupling element. Such a single forearm is free to pivot and has no inherent stability. All upper arms of a delta robot are in each case mounted so as to be pivotable about preferably pivot axes lying within a common plane. Three connected to the coupling element and each with its associated upper arm forearms form a force triangle in each position, which can only move when the three upper arms synchronously perform the calculated for them pivotal movements about their fixed frame pivot axes. Two or more pivot axes can be parallel; As a rule, all pivot axes have two points of intersection with other pivot axes.

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.At least one of the lower arms can optionally consist of two linkage elements, also referred to as ellipses and spokes, forming a parallelogram linkage, in order to guide the coupling element in at least one predetermined orientation relative to the base. Typically, all lower arms are each formed from such acting as Parallelogrammgestänge struts pairs. The coupling element hinged to the forearms serves as a working platform, which in practice is also referred to as a Tool Center Point (TCP). At this TCP, a manipulator may be arranged, for example. In the form of mutually deliverable gripping arms o. The like. Handling device, so that thus articles, containers o. The like. Piece goods can be gripped and rotated, moved or lifted from a support surface.

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 der Teleskopwelle 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.The arranged on the working platform or the TCP manipulator can optionally be rotatably mounted to align the manipulator or perform a desired rotation of the article or piece goods can. Instead of a drivable rotatable mounting of the manipulator on the coupling element is basically also conceivable to arrange the manipulator non-rotatably on the coupling element and to rotate the entire coupling element with a corresponding compensating movement of the arms by means of the telescopic shaft relative to the base. However, this is associated with the disadvantage of only limited rotation angle of the coupling element. The restriction results from the achievement of end stops of the articulated connections of the upper arms and / or the coupling element with the forearms and / or the mutual contact of adjacent forearms.

Aus der DE 10 2010 006 155 A1 , aus der EP 3 020 514 A1 , aus der DE 10 2013 208 082 A1 , aus der DE 10 2014 223 389 A1 sowie aus der US 8 210 068 B1 sind jeweils derartige Handhabungseinrichtung mit Parallelkinematik-Robotern bzw. mit sog. Tripoden oder Delta-Robotern bekannt.From the DE 10 2010 006 155 A1 , from the EP 3 020 514 A1 , from the DE 10 2013 208 082 A1 , from the DE 10 2014 223 389 A1 as well as from the US 8 210 068 B1 In each case such handling device with parallel kinematic robots or with so-called. Tripods or delta robots are known.

Die bekannten Parallelkinematik-Roboter bzw. sog. Tripoden können einen für den jeweiligen Roboter verfügbaren Arbeitsraum abdecken, der sich aus der Länge der Oberarme, dem Abstand der Befestigung der Oberarme zum Mittelpunkt einer gestellfesten Basis, der Länge der Unterarme, dem Abstand der Befestigung der Unterarme zum Mittelpunkt des sog. Tool-Center-Points am Werkzeugträger und dem maximalen Schwenkbereich der Oberarme ergibt. Dieser Arbeitsraum ist bezogen auf den Tool-Center-Point in z-Richtung ein Zylinder, an dessen unteren Rand sich ein Kugelsegment anschließt. Ferner wird der Arbeitsraum am oberen Rand gegebenenfalls noch eingeschränkt durch maximale Schwenkwinkel kardanischer Teleskop-Antriebswellen. The known parallel kinematics robots or so-called tripods can cover a work space available for the respective robot, which is composed of the length of the upper arms, the distance between the attachment of the upper arms to the center of a frame-fixed base, the length of the lower arms, the distance of the attachment Forearms to the center of the so-called. Tool Center Points on the tool carrier and the maximum pivoting range of the upper arms results. In terms of the tool center point, this working space is a cylinder in the z direction, at the lower edge of which a sphere segment adjoins. Furthermore, the working space at the upper edge is possibly still limited by maximum pivoting angle gimbal telescopic drive shafts.

Eine besondere Herausforderung bei der Konstruktion solcher Parallelkinematik-Roboter bzw. sog. Tripoden stellt die Dimensionierung der Stellarme, ihrer Antriebe und ihrer Lagerungen dar. Zu knappe Dimensionierungen fördern elastische Verformungen, die zulasten der Stellpräzision gehen, besonders bei stark unterschiedlichen Lasten, die zu handhaben sind. Großzügige Bauteildimensionierungen verhindern elastische Verformungen und reduzieren Schwingungs- und Resonanzprobleme, führen jedoch fast zwangsläufig zu höheren Massen, die bewegt und beschleunigt werden müssen. Zur Beschleunigung und Bewegung dieser höheren Massen sind zudem entsprechend stärker dimensionierte Antriebe unumgänglich, was nicht zuletzt die Bauteil- und Energiekosten erhöht.A particular challenge in the construction of such parallel kinematics robots or so-called tripods is the dimensioning of the control arms, their drives and their bearings. Too tight dimensions promote elastic deformations that are at the expense of control precision, especially for very different loads to handle are. Generous component dimensions prevent elastic deformation and reduce vibration and resonance problems, but almost inevitably lead to higher masses that have to be moved and accelerated. To accelerate and move these higher masses also correspondingly larger-sized drives are inevitable, which not least increases the component and energy costs.

Eine denkbare Maßnahme zur Reduzierung der Bauteilbelastungen stellt eine mit der DE 10 2014 223 416 A1 vorgeschlagene Ausstattung der Oberarme eines Parallelkinematik-Roboters mit Gegengewichten dar. So weisen bei diesem bekannten Tripod die an der oberen Aufhängung gelenkig und angetrieben gelagerten Oberarme der drei oder mehr Stellarme jeweils Ausgleichsmassen auf, die jeweils an einer der gelenkigen Verbindungsstelle zum jeweiligen Unterarm gegenüber liegenden Seite der Oberarme angeordnet sind. Diese Gegengewichte an den Oberarmen des Tripoden dienen als Gewichtsausgleich und sollen dazu beitragen, die erforderlichen Drehmomente zum Antrieb der Oberarme zu reduzieren, was wiederum den Einsatz kleinerer bzw. schwächerer Motoren erlaubt, da solchermaßen sowohl die statischen Kräfte und Momente als auch die dynamisch wirksamen Kräfte und Momente reduziert werden können.One conceivable measure for reducing the component loads is one with the DE 10 2014 223 416 A1 Proposed equipment of the upper arms of a parallel kinematic robot with counterweights. Thus, in this known tripod on the upper suspension hinged and driven upper arms of the three or more actuating arms each have balancing masses, each at one of the articulated connection point to the respective lower arm opposite side the upper arms are arranged. These counterweights on the upper arms of the tripod serve as a counterweight and should help to reduce the torques required to drive the upper arms, which in turn allows the use of smaller or weaker motors, since in such a way both the static forces and moments and the dynamically effective forces and moments can be reduced.

Die besonderen Vorteile dieser Deltakinematik-Roboter bzw. Tripoden liegen in ihren geringen bewegten Massen, woraus eine hohe Dynamik aller Stellbewegungen resultiert. Allerdings werden zur Realisierung der schnellen Stellbewegungen vergleichsweise hohe Antriebsdrehmomente bei den Antrieben der Oberarme benötigt. Diese hohen Drehmomente werden in aller Regel durch Koppelung elektrischer Antriebsmotoren mit speziellen Getrieben zur Verfügung gestellt, wobei diese Getriebe hohe Untersetzungen aufweisen müssen. Die Lebensdauer der Roboter wird maßgeblich von den Standzeiten und Lebensdauern der für drei Stellarme benötigten zwei, drei oder mehr Getriebe mitbestimmt, die zum Antrieb der jeweils vorhandenen Anzahl an Oberarmen des Roboters erforderlich sind. Da die Belastungen für die Getriebe je nach der bereits absolvierten Betriebsdauer des Roboters, der zu bewegenden Massen und der in der Praxis realisierten Stellgeschwindigkeiten stark unterschiedlich sein können, ist die maximale Betriebsdauer für einen störungsfreien und verschleißarmen Betrieb, bis zu der eine Wartung erforderlich oder ein Austausch der Getriebe sinnvoll ist, schwer abzuschätzen. Da jedoch andererseits ein unerwarteter Ausfall auch nur eines dieser Getriebe unweigerlich zu einem vorübergehenden Totalausfall des gesamten Deltakinematik-Roboters führen würde, wurden bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, um solche Ausfälle möglichst zuverlässig vermeiden zu können, indem bspw. eine Verschleißerkennung durch Beobachtung und Erfassung bestimmter Betriebsparameter während des regulären Betriebes des Roboters und daraus abgeleitet eine Ausfallsprognose bzw. ein Wartungs- und/oder Reparaturerfordernis diagnostiziert werden.The special advantages of these delta kinematics robots or tripods are their low moving masses, which results in a high dynamic range of all positioning movements. However, comparatively high drive torques are required in the drives of the upper arms to realize the fast positioning movements. These high torques are usually provided by coupling electric drive motors with special gear, these transmissions must have high reductions. The lifespan of the robots is largely determined by the service lives and lifetimes of the required for three actuating arms two, three or more gear, which are required to drive the existing number of upper arms of the robot. Since the loads on the gears can vary greatly depending on the already completed operating time of the robot, the masses to be moved and the actual realized in practice speeds, the maximum operating time for a trouble-free and low-wear operation, to which a maintenance or a required Replacement of the transmission makes sense, difficult to estimate. However, since an unexpected failure even one of these gear would inevitably lead to a temporary total failure of the entire delta kinematics robot, various measures have already been proposed to avoid such failures as reliably as possible, for example by a wear detection by observation and detection of certain operating parameters during normal operation of the robot and derived therefrom a failure prognosis or a maintenance and / or repair requirement are diagnosed.

So schlägt etwa die DE 10 2015 211 344 A1 ein Verfahren zur Erkennung und Analyse eines Verschleißgrades von elektromotorischen Antriebseinheiten einer durch einen Parallelkinematik-Roboter gebildeten Handhabungsvorrichtung vor. Wenigstens einem der Stellarme des Roboters ist ein Dehnungs-, Stauchungs- und/oder Spannungssensor zugeordnet, der im regulären Betrieb des Roboters dehnungs-, längenänderungs- und/oder spannungsinduzierte Ausgangssignale generiert und an eine Überwachungseinrichtung liefert, die für eine Erfassung von Antriebsmomenten und/oder Stromaufnahmewerten der elektromotorischen Antriebe der an der oberen Aufhängung gelenkig befestigten Stellarme vorgesehen und ausgestattet ist. Aus den Ausgangssignalen der Dehnungs-, Stauchungs- und/oder Spannungssensoren können zu erwartende Antriebsmomentverläufe für die elektromotorischen Antrieb errechnet werden, die permanent oder in definierbaren Zeitabständen mit den aus den Stromaufnahmewerten hergeleiteten tatsächlichen Antriebsmomenten verglichen werden. Aus Abweichungen zwischen den Werten kann anschließend auf eine mechanische Übertragungsgüte und/oder auf einen Verschleißgrad der überwachten elektromotorischen Antriebe der verschiedenen Stellarme geschlossen werden.So beats about the DE 10 2015 211 344 A1 a method for detecting and analyzing a degree of wear of electromotive drive units of a handling device formed by a parallel kinematic robot. At least one of the actuating arms of the robot is associated with a strain, compression and / or stress sensor, which generates in the regular operation of the robot strain, length change and / or voltage-induced output signals and supplied to a monitoring device, which is used for a detection of drive torque and / or power consumption values of the electric motor drives of the hinged at the upper suspension actuating arms is provided and equipped. From the output signals of the strain, compression and / or voltage sensors expected drive torque curves for the electric motor drive can be calculated, which are compared permanently or at definable time intervals with the derived from the current consumption values actual drive torque. Deviations between the values can then be concluded that a mechanical transmission quality and / or a degree of wear of the monitored electromotive drives of the various actuating arms.

Ein ähnliches Verfahren, das mit Hilfe der Auswertung solcher Sensorwerte auf unerwartete Ereignisse wie etwa Kollisionen des beweglichen Werkzeugkopfes des Manipulators mit feststehenden Hindernissen schließen kann, wird mit der DE 10 2015 211 348 A1 vorgeschlagen. A similar method, which can conclude by means of the evaluation of such sensor values on unexpected events, such as collisions of the movable tool head of the fixed obstacle manipulator, with the DE 10 2015 211 348 A1 proposed.

Eine alternative Variante zum Umgang mit Kollisionen findet sich in der DE 10 2015 219 610 A1 . Der dort vorgeschlagene Parallelkinematik-Roboter weist federnde oder elastische Stellelemente in den Unterarmen auf, die bei einer Kollision des Werkzeugkopfes mit einem feststehenden Hindernis elastisch nachgeben und auf diese Weise die Stellarme vor Beschädigungen schützen können.An alternative variant for dealing with collisions can be found in the DE 10 2015 219 610 A1 , The proposed there parallel kinematics robot has resilient or elastic control elements in the forearms, which yield elastically in a collision of the tool head with a fixed obstacle and thus protect the actuating arms from damage.

Ein für bestimmte Lasten ausgelegter Parallelkinematik-Roboter, der vorübergehend oder dauerhaft höhere Lasten aufnehmen, bewegen und handhaben können soll, wird weiterhin durch die DE 10 2015 223 528 A1 vorgeschlagen. Eine Entlastungseinrichtung zur Ausübung einer vertikal nach oben und damit entgegen der Schwerkraft wirkenden Zugkraft kann anteilig die von den Greifarmen des Roboters erfassten und zu bewegenden Lasten tragen. Zur Realisierung der Entlastungseinrichtung wird bspw. ein Gegengewicht vorgeschlagen, das über eine Seilverbindung, die mehrere Umlenkungen durchläuft, mit dem Werkzeugkopf in Verbindung steht, wobei die Dimensionierung des Gegengewichts sinnvollerweise an die typischerweise zu tragenden Lasten angepasst ist.A parallel kinematics robot designed for specific loads, which should be able to pick up, move and handle temporarily or permanently higher loads, will continue to be used by the DE 10 2015 223 528 A1 proposed. A relief device for exercising a vertical upward and thus against the force of gravity tensile force can proportionally bear the gripping arms of the robot detected and to be moved loads. For the realization of the relief device, for example, a counterweight is proposed, which is connected via a cable connection, which passes through several deflections, with the tool head, the dimensioning of the counterweight is usefully adapted to the typically to be supported loads.

Wie es die WO 2017 025 221 A1 offenbart, werden die vom Greiferkopf des Roboters zu durchlaufenden Bewegungsbahnen mittels einer programmgesteuerten und aufeinander abgestimmten Bewegung der beweglichen Stellarme vorgegeben. Die jeweils vorgegebenen Bewegungsbahnen, entlang welcher sich die Greifvorrichtung bewegt, hat nicht nur starke Auswirkungen auf den erzielbaren Durchsatz beim Manipulieren von Artikeln und Stückgütern, sondern steht im Zusammenhang mit Verschleißerscheinungen der Antriebsmodule und hierbei insbesondere der Getriebeeinheiten, die zwischen den elektromotorischen Antrieben und den jeweiligen Oberarmen der Stellarme zwischengeschaltet sind. Schnellere Manipulationsbewegungen steigern zwar den Durchsatz, führen jedoch auch zu höheren Bauteilbelastungen, nicht zuletzt aufgrund der stärker wirksamen Massenkräfte und Beschleunigungen. Einer optimierten Programmierung der jeweils zu wählenden Bewegungsbahnen ist daher ein besonderes Augenmerk zu widmen, denn ungünstige Bewegungssteuerungen können zu vorzeitigem Bauteilverschleiß und in ungünstigen Fällen sogar zu Beschädigungen an den Stellarmen und/oder an den Antriebseinheiten der Stellarme führen.Like the WO 2017 025 221 A1 disclosed, to be traversed by the gripper head of the robot trajectories by means of a program-controlled and coordinated movement of the movable actuating arms. The respective predetermined trajectories along which moves the gripping device, not only has a strong impact on the achievable throughput when manipulating articles and cargo, but is related to wear of the drive modules and in particular the gear units between the electric motor drives and the respective Upper arms of the control arms are interposed. Although faster manipulation movements increase the throughput, but also lead to higher component loads, not least because of the more effective inertial forces and accelerations. An optimized programming of each to be selected trajectories is therefore to pay particular attention, because unfavorable motion controls can lead to premature component wear and in unfavorable cases even damage to the actuator arms and / or to the drive units of the actuating arms.

Angesichts der zahlreichen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensvarianten zur Erzielung schneller Manipulationsbewegungen von Parallelkinematik-Robotern, bei denen gleichzeitig ein erhöhter Bauteilverschleiß erkannt und nach Möglichkeit vermieden werden soll, kann es als vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, einen modifizierten bzw. modifizierbaren Parallelkinematik-Roboter zur Verfügung zu stellen, dessen Ausstattung dazu geeignet ist, möglichst zuverlässig einen erhöhten Bauteilverschleiß sowie Beschädigungen der beweglichen Teile sowie der Antriebe zu vermeiden. Zudem soll ein optimiertes Verfahren zum Betrieb eines solchen Parallelkinematik-Roboters und/oder zu dessen Anpassung an unterschiedliche Betriebsmodi angeboten werden, das ebenfalls dazu geeignet ist, die jeweils an verschiedene Lastzustände optimal anpassbare Konfiguration des Roboters zu wählen, so dass damit Beschädigungen und unerwünschtem bzw. vorzeitigem Verschleiß vorgebeugt werden kann.In view of the numerous known from the prior art method variants for achieving fast manipulation movements of parallel kinematic robots, in which an increased component wear is to be recognized and avoided as far as possible, it can be considered as a primary object of the present invention, a modified or modifiable parallel kinematic Robots are available whose equipment is designed to reliably avoid as possible increased component wear and damage to the moving parts and the drives. In addition, an optimized method for operating such a parallel kinematic robot and / or adapting it to different operating modes is to be offered, which is likewise suitable for selecting the configuration of the robot that is optimally adaptable to different load conditions, so that damage and undesired or undesired operation are possible Prevent premature wear.

Diese genannten Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.These stated objects of the invention are achieved with the subject matters of the independent claims. Further advantageous embodiments are described by the dependent claims.

So schlägt die vorliegende Erfindung zur Erreichung zumindest einiger der oben genannten Ziele einen Parallelkinematik-Roboter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 vor, der zumindest eine Aufhängung oder Basis umfasst, an welcher wenigstens zwei separat angetriebene und unabhängig voneinander bewegbare Stellarme gelenkig befestigt und gelagert sind, die jeweils durch einen mittels separatem Antrieb bewegbaren Oberarm und einen gelenkig an diesem gelagerten Unterarm gebildet sind. Zudem umfasst der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter einen an den Unterarmen der wenigstens zwei Stellarme gelenkig gelagerten und mittels Stellbewegungen der Stellarme innerhalb eines definierbaren Bewegungsraumes bewegbaren Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf. Zudem sieht die Erfindung vor, dass zumindest einer von mehreren separaten Antrieben, die dem bewegbaren Oberarm jedes der wenigstens zwei Stellarme zugeordnet sind, durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul gebildet ist.Thus, in order to achieve at least some of the above objects, the present invention proposes a parallel kinematic robot having the features of independent claim 1 comprising at least one suspension or base to which at least two separately driven and independently movable actuator arms are hinged and supported , which are each formed by a movable upper arm by means of a separate drive and a forearm mounted articulated thereto. In addition, the parallel kinematic robot according to the invention comprises a manipulator and / or tool holder or tool head which is articulated on the forearms of the at least two actuating arms and which can be moved by means of adjusting movements of the actuating arms within a definable range of motion. In addition, the invention provides that at least one of a plurality of separate drives, which are assigned to the movable upper arm of each of the at least two actuating arms, is formed by a replaceable and / or adaptable to typical and / or future expected load pattern drive module.

Während bei herkömmlichen Delta-Robotern oder Parallelkinematik-Robotern die Antriebe zur Steuerung des Roboters bzw. seiner Stellarme jeweils gleich ausgelegt werden, was bedeutet, dass der Roboter (beispielsweise ein sog. Tripod) an allen drei Oberarmen mit der jeweils gleichen Antriebskombination (Motor und Getriebe) ausgestattet ist. Allerdings hat sich bei Versuchen in der Gebindemanipulation gezeigt, dass die Antriebe sehr unterschiedlich belastet werden. Dies hängt zum einen von den typischen zu manipulierendem Gewichten, zum anderen aber auch von der Manipulation bzw. der Verschiebung, d.h. von den Bewegungsbahnen und den jeweiligen Beschleunigungen ab. Je nachdem, wohin das Paket verschoben wird, werden die Antriebe unterschiedlich belastet. Besonders deutlich belastet wird bei einem Tripoden mit einer 120°-Anordnung der Stellarme der in Laufrichtung des Gebindeflusses parallel angeordnete Antrieb. Dieser wird speziell nach der Positionieraufgabe beim Anheben und Zurückfahren auf seine Ausgangsstellung am höchsten belastet. Demnach muss je nach Anordnung der Oberarme zueinander und deren Aufgabe die Antriebsauslegung gesondert erfolgen, um eine möglichst homogene Auslastung bzw. Belastung der Antriebe zu erhalten.While in conventional delta robots or parallel kinematic robots, the drives for controlling the robot or its actuating arms are each designed the same, which means that the robot (for example, a so-called tripod) on all three upper arms with the same drive combination (motor and Gear) is equipped. However, it has been shown in experiments in the container manipulation that the drives are very be charged differently. This depends on the one hand on the typical weights to be manipulated, on the other hand also on the manipulation or the displacement, ie on the trajectories and the respective accelerations. Depending on where the package is moved, the drives are loaded differently. Particularly stressed is in a tripod with a 120 ° arrangement of the actuating arms of parallel in the direction of the container flow drive. This is subjected to the highest load especially after the positioning task when lifting and returning to its starting position. Accordingly, depending on the arrangement of the upper arms to each other and their task, the drive design must be done separately in order to obtain the most homogeneous utilization or load of the drives.

Um die Antriebe jeweils optimal an die herrschenden Anforderungen anzupassen, ist daher beim erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter vorgesehen, dass zumindest eines der separaten Antriebsmodule für jeden der bewegbaren Oberarme der wenigstens zwei Stellarme durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul variabler Größe und/oder Dimensionierung und/oder Leistungsfähigkeit gebildet ist. Optional kann auch vorgesehen sein, dass jedes vorhandene Antriebsmodul für jeden der bewegbaren Oberarme der wenigstens zwei oder drei Stellarme durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul variabler Größe und/oder Dimensionierung und/oder Leistungsfähigkeit gebildet ist.In order to optimally adapt the drives to the prevailing requirements, it is therefore provided in the parallel kinematic robot according to the invention that at least one of the separate drive modules for each of the movable upper arms of the at least two actuating arms is replaced by a replaceable and / or typical and / or future load pattern customizable drive module of variable size and / or dimensioning and / or performance is formed. Optionally, it can also be provided that each existing drive module for each of the movable upper arms of the at least two or three actuating arms is formed by a replaceable and / or adaptable to typical and / or future expected load pattern drive module variable size and / or dimensioning and / or performance ,

Die Erfindung sieht vor, dass die Antriebe entsprechend der jeweiligen Belastung ausgelegt werden. Zusätzlich könnten die Antriebe in einer Art „Plug&Play“-Konfiguration auswechselbar ausgestaltet werden. Alternativ kann auch die Basis des Motors gedreht werden, um die Antriebe für die optimale Ausnutzung einzusetzen. Die Erfindung liefert somit eine Optimierung der gesamten Antriebsauslegung von Parallelkinematik-Robotern, die jeweils an ihren entsprechenden Einsatzzweck angepasst und hinsichtlich ihrer Dimensionierung und Belastbarkeit und damit der zu erwartenden Lebensdauer der Antriebe an den aktuell oder zukünftig zu erwartenden Belastungsfall angepasst werden können. Da somit die Antriebstechnik weder über- noch unterdimensioniert wird, können Betriebs-, Wartungs- und Reparaturkosten gesenkt werden.The invention provides that the drives are designed according to the respective load. In addition, the drives could be made interchangeable in a kind of "plug and play" configuration. Alternatively, the base of the motor can be rotated to use the drives for optimal utilization. The invention thus provides an optimization of the entire drive design of parallel kinematic robots, which can each be adapted to their respective application and adapted in terms of their dimensions and load capacity and thus the expected life of the drives to the current or future expected load case. As the drive technology is neither oversized nor undersized, operating, maintenance and repair costs can be reduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters kann das wenigstens eine auswechselbare Antriebsmodul werkzeuglos und/oder mittels Schnellverschlüssen gegen ein anderes Antriebsmodul ausgewechselt werden. Dies kann bspw. manuell erfolgen, bspw. durch einen manuell durchführbaren Wartungsvorgang. Alternativ kann der Parallelkinematik-Roboter jedoch auch in einer Maschinenumgebung eingesetzt werden, bei der wenigstens ein auswechselbares Antriebsmodul in automatisierbarer Weise gegen ein anderes Antriebsmodul austauschbar ist, insbesondere gegen ein Antriebsmodul mit abweichenden Antriebskennwerten und/oder Leistungsdaten und/oder gegen ein Antriebsmodul abweichender Dimensionierung. Ein solcher automatischer oder automatisierbarer Tausch kann bspw. ähnlich wie bei bekannten CNC-Bearbeitungsmaschinen oder Stanzmaschinen mit automatisiertem Werkzeugwechsel erfolgen, wo der Austausch aktuell eingesetzter Werkzeuge durch andere Werkzeuge erfolgt, die aus Magazinen herantransportiert werden, insbesondere durch entsprechend ausgestattete Handhabungseinrichtungen, so dass der komplette Wechsel vollautomatisch erfolgen kann.According to a further embodiment variant of the parallel kinematics robot according to the invention, the at least one replaceable drive module can be replaced without tools and / or by means of quick-release fasteners against another drive module. This can, for example, be done manually, for example by a manually performed maintenance operation. Alternatively, however, the parallel kinematic robot can also be used in a machine environment in which at least one replaceable drive module is exchangeable in an automatable manner for another drive module, in particular against a drive module with different drive characteristics and / or performance data and / or dimensioning that deviates from a drive module. Such automatic or automatable exchange can be done, for example, similar to known CNC processing machines or punching machines with automated tool change, where the exchange currently used tools done by other tools that are transported from magazines, in particular by appropriately equipped handling facilities, so that the complete Change can be done fully automatically.

Bei dem erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter können die Antriebsmodule insbesondere jeweils durch Motor-Getriebe-Einheiten gebildet sein, die jeweils einen elektromotorischen Antrieb umfassen, der mit einem Übersetzungsgetriebe gekoppelt ist, mit dessen Abtriebswelle der Oberarm des jeweiligen Stellarms drehfest verbunden ist. Diese Antriebseinheiten können in der beschriebenen Weise manuell oder in automatisierter Weise gegen anders dimensionierte Antriebseinheiten ausgetauscht werden.In the parallel-kinematics robot according to the invention, the drive modules may in particular each be formed by motor-gear units, each comprising an electromotive drive, which is coupled to a transmission gear, with the output shaft of the upper arm of the respective actuating arm is rotatably connected. These drive units can be replaced in the manner described manually or in an automated manner against differently dimensioned drive units.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß ausgestatteten Parallelkinematik-Roboters kann zumindest einem der Antriebsmodule und/oder dem auswechselbaren Antriebsmodul eine geeignete Überwachungs- und/oder Sensoreinrichtung zugeordnet sein, die insbesondere der Erfassung seiner mechanischen und/oder motorischen Belastungswerte und/oder der aufgebrachten Antriebsmomente und/oder der während des Betriebes entstehenden Stromaufnahmewerte der jeweiligen elektromotorischen Antriebe dient bzw. die hierfür ausgelegt und ausgestattet ist. Auf diese Weise ist eine zyklische oder auch eine ständige Auswertung der Belastungswerte mittels Sensoren, mittels einer Antriebsmomenterfassung etc. ermöglicht. Auf Basis dieser Sensorwerte und nach deren Auswertung über einen definierbaren Zeitraum können sinnvolle Entscheidungen über eine Beibehaltung der aktuellen Konfiguration des Roboters oder über einen Austausch einzelner oder mehrerer Antriebseinheiten gegen kleiner oder größer dimensionierte andere Antriebseinheiten getroffen werden.In a further advantageous embodiment variant of the parallel kinematics robot according to the invention or equipped according to the invention, at least one of the drive modules and / or the replaceable drive module can be assigned a suitable monitoring and / or sensor device, in particular the detection of its mechanical and / or motor load values and / or the applied drive torque and / or the power consumption values of the respective electromotive drives arising during operation serve or are designed and equipped for this purpose. In this way, a cyclical or even a continuous evaluation of the load values by means of sensors, by means of a drive torque detection, etc. is made possible. On the basis of these sensor values and after their evaluation over a definable period of time, meaningful decisions can be made about maintaining the current configuration of the robot or exchanging individual or multiple drive units for smaller or larger sized other drive units.

In Ergänzung oder auch als technische Alternative zu der zuvor beschriebenen Sensorikausstattung kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter mit zusätzlichen Sensoreinheiten ausgestattet ist. So können zumindest einem der antreibbaren und beweglichen Stellarme Sensoreinrichtungen zur Erfassung der jeweils auf den Ober- und/oder Unterarm des entsprechenden Stellarmes wirkenden mechanischen Belastungswerte zugeordnet sein. Diese Sensoren können bspw. durch geeignete Dehnungssensoren oder Spannungssensoren gebildet sein, bspw. durch piezoelektrisch arbeitende Dehnungsmessstreifen, die permanent die Verformungen und Biegungsbelastungen der Stellarme erfassen können, woraus aussagekräftige Sensorwerte gewonnen werden können, die die mechanischen Belastungen, die durch die Manipulationsvorgänge auf die Stellarme und damit auch auf die Antriebe wirken, abbilden können.In addition to or as a technical alternative to the sensor equipment described above can also be provided that the Inventive parallel kinematic robot is equipped with additional sensor units. Thus, at least one of the drivable and movable actuating arms can be assigned sensor devices for detecting the respective mechanical load values acting on the upper and / or lower arm of the corresponding actuating arm. These sensors can be formed, for example, by suitable strain sensors or voltage sensors, for example by piezoelectrically operating strain gauges, which can permanently detect the deformations and bending loads of the control arms, from which meaningful sensor values can be obtained which determine the mechanical stresses caused by the manipulation processes on the control arms and thus also act on the drives, can map.

Der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter kann bspw. durch einen sog. Tripod-Roboter mit drei Stellarmen gebildet sein, von welchen Stellarmen zumindest einer aufgrund von typischen Einsatz- und Bewegungsmustern stärker belastet ist als die übrigen Stellarme, wobei der stärker belastete Stellarm mit einer stärkeren Motor-Getriebe-Einheit ausgestattet ist als die übrigen Stellarme. Zudem kann vorgesehen sein, dass ein stärker belasteter Stellarm von mehreren Stellarmen stärker dimensioniert sein kann als weniger stark belastete Stellarme. Diese weitere Option ist jedoch nur dann sinnvoll anzuwenden, wenn die Belastungssituation über die Betriebsdauer des Roboters nicht zu stark wechselt, da ansonsten die dauerhaft vorzusehende unterschiedliche Dimensionierung der Stellarme (dünnere, dickere, stärkere, schwächere Oberarme und Unterarme) nicht sinnvoll umzusetzen ist.The parallel kinematics robot according to the invention can be formed, for example, by a so-called tripod robot with three actuating arms, of which actuating arms at least one is more heavily loaded than the other actuating arms due to typical usage and movement patterns, the more heavily loaded actuating arm having a stronger motor Gear unit is equipped as the other actuating arms. In addition, it can be provided that a more heavily loaded actuating arm of several actuating arms can be dimensioned stronger than less heavily loaded actuating arms. However, this further option can only be used sensibly if the load situation does not change too much over the operating time of the robot, since otherwise the permanently conceivable different dimensioning of the actuating arms (thinner, thicker, stronger, weaker upper arms and lower arms) can not be meaningfully implemented.

Zur Erreichung der oben definierten Ziele schlägt die Erfindung neben dem zuvor in verschiedenen Ausführungsvarianten definierten Parallelkinematik-Roboter auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Parallelkinematik-Roboters und/oder zu dessen Anpassung an unterschiedliche Betriebsmodi vor, wobei der Parallelkinematik-Roboter zumindest eine Aufhängung oder Basis aufweist, an welcher wenigstens zwei separat angetriebene und unabhängig voneinander bewegbare Stellarme gelenkig befestigt und gelagert sind, die jeweils durch einen mittels separatem Antrieb bewegbaren Oberarm und einen gelenkig an diesem gelagerten Unterarm gebildet sind. Außerdem umfasst dieser Parallelkinematik-Roboter einen an den Unterarmen der wenigstens zwei Stellarme gelenkig gelagerten und mittels Stellbewegungen der Stellarme innerhalb eines definierbaren Bewegungsraumes bewegbaren Manipulator und/oder Werkzeughalter oder Werkzeugkopf. Zumindest einer von mehreren separaten Antrieben, die dem bewegbaren Oberarm jedes der wenigstens zwei Stellarme zugeordnet sind, ist durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht eine Erfassung und Auswertung der im Betrieb des Parallelkinematik-Roboters auftretenden und auf die Antriebsmodule wirkenden Belastungsmuster sowie eine Auswahl des mindestens einen auswechselbaren Antriebsmoduls aus mehreren zur Verfügung stehenden, unterschiedlich dimensionierten und/oder leistungsfähigen Antriebsmodulen vor, die an die jeweils auftretenden und/oder an die künftig zu erwartenden Belastungsmustern angepasst sind. Durch die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Anpassung der Module an die auftretenden oder zu erwartenden mechanischen Belastungswerte können Überlastungen vermieden werden. So kann im laufenden Betrieb bei drohender Überlastung ein Austausch einer Einheit gegen eine solche mit stärkerem Motor erfolgen, insbesondere durch eine ständige Überwachung der auftretenden Momente oder Belastungen und eine daraus abgeleitete Aufforderung zum Wechsel der Einheit.In order to achieve the objectives defined above, the invention proposes, in addition to the parallel kinematic robot previously described in various embodiments, also a method for operating such a parallel kinematic robot and / or adapting it to different operating modes, wherein the parallel kinematic robot has at least one suspension or base has, at which at least two separately driven and independently movable actuating arms are articulated and mounted, which are each formed by a movable by means of a separate drive upper arm and a hinge mounted on this forearm. In addition, this parallel kinematic robot comprises a manipulator and / or tool holder or tool head which is articulated to the forearms of the at least two actuating arms and which can be moved by means of adjusting movements of the actuating arms within a definable range of motion. At least one of a plurality of separate drives, which are assigned to the movable upper arm of each of the at least two actuating arms, is formed by a replaceable and / or adaptable to typical and / or future expected load pattern drive module. The inventive method provides detection and evaluation of the occurring during operation of the parallel kinematic robot and acting on the drive modules load pattern and a selection of at least one replaceable drive module from a plurality of available, differently dimensioned and / or powerful drive modules, which to each occurring and / or adapted to future expected load patterns. Due to the adaptation of the modules to the occurring or expected mechanical load values provided in the method according to the invention, overloading can be avoided. Thus, during ongoing operation in the event of imminent overload, a replacement of a unit for a unit with a stronger engine, in particular by a constant monitoring of the occurring moments or loads and a derived request to change the unit.

Bei dem Verfahren ist zumindest eines der separaten Antriebsmodule (optional: jeder separate Antrieb) für jeden der bewegbaren Oberarme der wenigstens zwei Stellarme durch ein auswechselbares und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbares Antriebsmodul variabler Größe und/oder Dimensionierung gebildet.In the method, at least one of the separate drive modules (optionally: each separate drive) for each of the movable upper arms of the at least two actuating arms is formed by a replaceable and / or customizable and / or future expected load pattern drive module variable size and / or dimensions.

Das Verfahren kann vorsehen, dass das wenigstens eine auswechselbare Antriebsmodul („plug and play“) bedarfsweise werkzeuglos und/oder mittels Schnellverschlüssen gegen ein anderes Antriebsmodul ausgewechselt wird bzw. werden kann. Außerdem kann das Verfahren optional vorsehen, dass das wenigstens eine auswechselbare Antriebsmodul bedarfsweise in automatisierbarer Weise gegen ein anderes Antriebsmodul ausgetauscht wird, insbesondere gegen ein Antriebsmodul mit abweichenden Antriebskennwerten und/oder Leistungsdaten und/oder gegen ein Antriebsmodul abweichender Dimensionierung.The method may provide that the at least one interchangeable drive module ("plug and play") is replaced without tools and / or by means of quick-release fasteners against another drive module, if necessary. In addition, the method may optionally provide that the at least one interchangeable drive module is exchanged in an automatable manner, if necessary, for another drive module, in particular for a drive module with different drive characteristics and / or performance data and / or different dimensioning for a drive module.

Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die Antriebsmodule jeweils durch Motor-Getriebe-Einheiten gebildet sind, die jeweils einen elektromotorischen Antrieb umfassen, der mit einem Übersetzungsgetriebe gekoppelt ist, mit dessen Abtriebswelle der Oberarm des jeweiligen Stellarms drehfest verbunden ist.In the method, it is provided that the drive modules are each formed by motor-gear units, each comprising an electric motor drive, which is coupled to a transmission gear, with the output shaft of the upper arm of the respective actuating arm is rotatably connected.

Zumindest bei einem der Antriebsmodule und/oder bei dem wenigstens einen auswechselbaren Antriebsmodul werden mechanische und/oder motorische Belastungswerte und/oder aufgebrachte Antriebsmomente und/oder während des Betriebes entstehende Stromaufnahmewerte der jeweiligen elektromotorischen Antriebe sensorisch erfasst und zur Entscheidung hinsichtlich des Austausch des wenigstens einen sensorisch überwachten Antriebsmoduls gegen ein anderes Antriebsmodul und/oder über die Auswahl eines geeigneteren Antriebsmoduls ausgewertet. Die ständige Auswertung der Belastungswerte kann durch geeignete Sensoren, durch eine Antriebsmomenterfassung etc. erfolgen. Hierbei kann es auch sinnvoll sein, wenn die auf wenigstens einen der Stellarme wirkenden mechanischen Belastungswerte sensorisch erfasst und ausgewertet werden.At least in one of the drive modules and / or in the at least one replaceable drive module, mechanical and / or motor load values and / or applied drive torques and / or current consumption values of the respective electromotive drives arising during operation are detected by sensors and used to decide on the replacement of the at least one sensor monitored Drive module evaluated against another drive module and / or on the selection of a more suitable drive module. The continuous evaluation of the load values can be done by suitable sensors, by a drive torque detection, etc. In this case, it may also be useful if the mechanical load values acting on at least one of the actuating arms are detected and evaluated by sensors.

Der für das Verfahren verwendete Parallelkinematik-Roboter kann durch einen Tripod-Roboter mit drei Stellarmen gebildet sein, von denen zumindest einer aufgrund von typischen Einsatz- und Bewegungsmustern stärker belastet ist als die übrigen Stellarme, wobei der stärker belastete Stellarm mit einer stärkeren Motor-Getriebe-Einheit ausgestattet ist als die übrigen Stellarme. Ein stärker belasteter Stellarm von mehreren Stellarmen kann wahlweise stärker dimensioniert sein als weniger stark belastete Stellarme.The parallel kinematic robot used for the method can be formed by a tripod robot with three actuator arms, of which at least one is more heavily loaded than the other actuating arms due to typical use and movement patterns, the more heavily loaded actuator arm with a stronger motor gearbox Unit is equipped as the other actuating arms. A more heavily loaded actuator arm of several actuator arms can optionally be more dimensioned than less heavily loaded actuator arms.

Die Erfindung sieht die optionale Verwendung bzw. den optionalen Einsatz eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters als Industrieroboter vor, insbesondere zur Handhabung, zum Stapeln, zum Drehen und/oder Verteilen 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.The invention provides for the optional use or optional use of a parallel kinematic robot according to the invention as an industrial robot, in particular for handling, stacking, turning and / or distributing and / or manipulating articles, groupings, containers, piece goods, container and / or general cargo items or similar items in connection with the transport and transport, processing, packaging and / or palletizing of the articles, groupings, containers, piece goods and / or packaged and / or piece goods.

Die Erfindung sieht zudem die optionale Verwendung bzw. den optionalen Einsatz eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters als Industrieroboter vor, insbesondere zur Führung wenigstens eines Werkzeuges im Zusammenhang mit der Fertigung, Mittel- und/oder Beschichtungsapplikation, der Montage, Manipulation und/oder Handhabung in einer Fertigungs- und/oder Industrieumgebung.The invention also provides for the optional use or optional use of a parallel kinematic robot according to the invention as an industrial robot, in particular for guiding at least one tool in connection with production, center and / or coating application, assembly, manipulation and / or handling in one Manufacturing and / or industrial environment.

Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für den erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter.It should be expressly mentioned at this point that all aspects and design variants which have been explained in connection with the parallel-kinematics robot according to the invention likewise relate or may be part of the inventive method. Therefore, if at some point in the description or in the claim definitions for the parallel kinematics robot according to the invention of certain aspects and / or relationships and / or effects, so this is equally true for the inventive method. Conversely, the same applies, so that all aspects and variants which have been explained in connection with the method according to the invention can equally relate to or be partial aspects of the parallel kinematic robot according to the invention. Therefore, if at some point in the description or in the claim definitions for the method according to the invention of certain aspects and / or contexts and / or effects is mentioned, this is equally true for the parallel kinematic robot according to the invention.

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.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters, der für die Handhabung und/oder das Manipulieren von Artikeln, Gruppierungen, Gebinden oder Stückgütern eingesetzt werden kann.
2 zeigt eine schematische Detailansicht einer ersten Ausführungsvariante des Roboters gemäß 1.
3 zeigt in zwei schematischen Draufsichten (3A und 3B) das Prinzip der Austauschbarkeit von Antriebsmodulen des Roboters gemäß 1 und/oder 2.
4 zeigt in insgesamt vier schematischen Draufsichten (4A, 4B, 4C und 4D) verschiedene Einsatzfälle und Konfigurationen eines als Manipulations- und/oder Handhabungseinrichtung zur Handhabung von Artikeln einsetzbaren Parallelkinematik-Roboters, insbesondere gemäß 1 bis 3.

In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions of the individual elements to one another in the figures do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for better illustration.

1 shows a schematic view of an embodiment of a parallel kinematic robot according to the invention, which can be used for handling and / or manipulating articles, groups, containers or cargo.
2 shows a schematic detail view of a first embodiment of the robot according to 1 ,
3 shows in two schematic plan views ( 3A and 3B) the principle of interchangeability of drive modules of the robot according to 1 and or 2 ,
4 shows in a total of four schematic plan views ( 4A . 4B . 4C and 4D) various applications and configurations of a usable as manipulation and / or handling device for handling articles parallel kinematic robot, in particular according to 1 to 3 ,

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung verwenden die 1 bis 4D jeweils identische Bezugsziffern. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Es sei daher an dieser Stelle betont, dass die anhand der Figuren relativ konkret und gegenständlich beschriebenen Ausführungsbeispiele den in den Ansprüchen niedergelegten und im allgemeinen Teil der Beschreibung in den unterschiedlichsten Ausführungsvarianten definierten abstrakten Erfindungsgedanken in keiner Weise schmälern oder einschränken sollen.For the same or equivalent elements of the invention use the 1 to 4D identical reference numerals. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are only examples of how the parallel kinematic robot according to the invention or the inventive method can be configured and do not represent a final limitation. It should therefore be emphasized at this point that the exemplary embodiments described in more concrete and objective terms with reference to FIGS Claims laid down in the general part of the description in the most varied embodiments variant should diminish or limit in any way.

Einleitend sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in den 1 und 2 erläuterten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Parallelkinematik- bzw. Deltakinematik-Roboters auf einen solchen mit drei gleichartigen Schwenkarmen, d.h. auf einen sog. Tripod beziehen, der Teil einer Handhabungseinrichtung bzw. eines Manipulators zur Handhabung, zum Drehen, Verschieben oder Aufnehmen von Artikeln, Stückgütern oder Gebinden sein kann. Ebenso kann der Deltakinematik-Roboter einen universell einsetzbaren Industrieroboter bilden. Hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung des Parallelkinematik-Roboters, Deltakinematik-Roboters, Deltaroboters bzw. Tripods, seines Aufbaus, seiner Funktionsweise und seines Bewegungsraumes sei bspw. auf den Offenbarungsgehalt der deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2013 106 004 A1 sowie DE 10 2015 211 344 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 Parallelkinematik-Roboter 10 gemäß den 1 und 2 auch nur zwei (Duopod) oder wahlweise auch vier (Quadpod) oder mehr gleichartige oder unterschiedliche Stellarme aufweisen. By way of introduction, it should be pointed out that in the 1 and 2 explained embodiments of the invention Parallelkinematik- or Deltakinematik robot on such with three similar pivoting arms, ie refer to a so-called. Tripod, the part of a handling device or a manipulator for handling, for rotating, moving or picking up articles, cargo or containers can be. Likewise, the delta kinematics robot can form a universally applicable industrial robot. With regard to a possible embodiment of the parallel kinematic robot, delta-kinematics robot, delta robot or tripods, its construction, its mode of operation and its range of motion, for example, reference is made to the disclosure content of the German Offenlegungsschriften DE 10 2013 106 004 A1 such as DE 10 2015 211 344 A1 referenced, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. For a detailed description of the movement modes, the drives for the three pivot arms, etc. should therefore be omitted here. Basically, the parallel kinematic robot could 10 according to the 1 and 2 also have only two (Duopod) or optionally four (Quadpod) or more similar or different control arms.

Die schematische Seitenansicht 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. Diese hier nicht dargestellten Artikel, Gruppierungen, Gebinde oder Stückgüter stehen 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 bzw. werden auf dieser Auflageebene oder dem Förderabschnitt 12 in horizontaler Richtung bewegt, so dass sie den Parallelkinematik-Roboter 10 mit gleichmäßiger Fördergeschwindigkeit passieren können.The schematic side view of 1 shows a conceivable embodiment of a parallel kinematic robot according to the invention 10 for handling and / or manipulating articles, groups, containers, general cargo, or the like, not shown here. These items, groups, containers or piece goods, not shown here, stand in particular on a supporting plane and / or a conveying section 12 a device 14 for the handling, conveying, grouping and / or packaging of articles, general cargo, groups and / or containers or are at this level or the conveyor section 12 moved in the horizontal direction, so that they are the parallel kinematic robot 10 can happen at a uniform conveying speed.

Der mit einer Greif- und/oder Manipulationseinheit 16 ausgestattete Parallelkinematik-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 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. Tool-Center-Point bzw. TCP. An diesem unteren Koppelabschnitt 26 bzw. dem TCP befindet sich eine separat aktivierbare Greifeinrichtung 28 mit einem Paar gegeneinander zustellbarer Greifbacken, die der Erfassung, dem Greifen und/oder Manipulieren der auf dem Förderabschnitt 12 befindlichen Artikel, Gruppierungen, Gebinde oder Stückgüter dienen.The with a gripping and / or manipulation unit 16 equipped parallel kinematic robot 10 is above the support plane and / or the conveyor section 12 arranged and includes an upper suspension 18 , on the three separately driven actuating arms 20 are hinged. Each of these three control arms 20 is by two relatively pivotable arm portions 22 and 24 formed, namely in each case by an upper arm 22 which is movable about a horizontal pivot axis and on the upper suspension 18 articulated and motor driven, as well as by a forearm 24 , which is articulated with the upper arm 22 is connected and leads down, so that all three forearms 24 in a lower coupling section 26 meet, the so-called Tool Center Point or TCP. At this lower coupling section 26 or the TCP is a separately activatable gripping device 28 with a pair of mutually deliverable gripping jaws, the detection, the gripping and / or manipulating the on the conveyor section 12 articles, groupings, packages or general cargo.

Wie dies bereits im Detail in der DE 10 2013 106 004 A1 sowie in der DE 10 2015 211 344 A1 beschrieben ist, kann jeder der drei Stellarme 20 unabhängig von den jeweiligen 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 Zylinder, an dessen unteren Rand sich ein Kugelsegment anschließt, wie dies in 1 angedeutet ist.As already detailed in the DE 10 2013 106 004 A1 as well as in the DE 10 2015 211 344 A1 can be described, each of the three control arms 20 independent of the respective other actuating arms 20 be actuated, resulting in a free movement of the manipulator 16 together with his gripping device 28 within a defined range of motion 30 results, wherein by a movement of one or more of the total of three actuating arms 20 a position of the gripping device 28 within the movement room 30 can be specified. This movement or work space 30 is related to the Tool Center Point 26 in the vertical direction or in the z-direction, a cylinder, at the lower edge of which a ball segment connects, as in 1 is indicated.

Die obere Aufhängung 18 sieht im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 eine Abstützung über insgesamt drei 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.The upper suspension 18 sees in the embodiment shown the 1 a support over a total of three inclined support beams 32 before, in turn, in a frame 34 the device 14 for the handling, conveying, grouping and / or packaging of articles, piece goods, groups and / or containers. The frame 34 can be, for example, a rigid steel support frame o. The like. With screwed vertical and horizontal beams, in the lower region of the horizontal conveyor section 12 receives.

Um die Oberarme 22 des Parallelkinematik-Roboters 10 bewegen und antreiben und damit den Werkzeugträger 26 in gewünschter Weise innerhalb des Bewegungsraumes 30 bewegen und steuern zu können, sind die Oberarme 22 jeweils an Antriebsmodulen 36 angelenkt, die gemäß der vorliegenden Erfindung für die unterschiedlichen Stellarme 20 jeweils unterschiedlich dimensioniert und/oder austauschbar sein können. Die Anordnung der Antriebsmodule 36 im Bereich der oberen Aufhängung 18 ist anhand der schematischen Detaildarstellung der 2 näher erläutert. So verdeutlicht die 2 eine mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 10 entsprechend 1. Wie bei allen solchen Tripoden sind die Unterarme 24 nicht separat angetrieben, sondern lediglich an den Verbindungsstellen 38 gelenkig mit den freien Enden der Oberarme 22 verbunden. An ihren Unterseiten sind die Unterarme 24 mit dem gemeinsamen Koppelabschnitt bzw. Tool-Center-Point (TCP) 26 gelenkig verbunden bzw. tragen diesen. Der Koppelabschnitt 26 bildet gleichzeitig den Werkzeugträger für die hier nur schematisch angedeutete Greifeinrichtung 28, die bspw. durch zwei gegeneinander zustellbare Greifbacken 40 o. dgl. gebildet sein kann.Around the upper arms 22 of the Parallel Kinematic Robot 10 move and drive and thus the tool carrier 26 in the desired manner within the range of motion 30 to be able to move and control are the upper arms 22 each on drive modules 36 hinged, according to the present invention for the different actuating arms 20 each can be dimensioned differently and / or interchangeable. The arrangement of the drive modules 36 in the area of the upper suspension 18 is based on the schematic detail of the 2 explained in more detail. This clarifies the 2 a possible embodiment of the parallel kinematic robot according to the invention 10 corresponding 1 , As with all such tripods are the forearms 24 not driven separately, but only at the joints 38 articulated with the free ends of the upper arms 22 connected. On their undersides are the forearms 24 with the common coupling section or Tool Center Point (TCP) 26 articulated connected or wear this. The coupling section 26 at the same time forms the tool carrier for the only schematically indicated gripping device 28 , for example, by two against each deliverable gripping jaws 40 o. The like. Can be formed.

Die Oberarme 22, von denen in der Detailansicht der 2 der besseren Übersichtlichkeit halber nur einer gezeigt ist, sind jeweils an der oberen Aufhängung 18 gehalten und um eine horizontale Drehachse verschwenkbar in einem oberen Aufhängungspunkt 42 gelagert. Um die Verschwenkbarkeit des Oberarms 22 am oberen Aufhängungspunkt 42 um eine horizontale Drehachse zu ermöglichen, ist an einem Lagerbock 44 der oberen Aufhängung 18 ein hier nicht detailliert gezeigtes Antriebsmodul 36 in Gestalt eines Getriebemotors o. dgl. vorgesehen, wobei das Antriebsmodul 36 bzw. der Getriebemotor normalerweise durch einen elektrischen Antriebsmotor mit angeflanschtem Getriebe gebildet ist, der für die schnellen Stellbewegungen des Oberarms 22 und damit des gesamten Gelenkarmes 20 sorgen kann. Jeder der vorhandenen drei Gelenkarme 20 ist mit jeweils einem solchen Antriebsmodul 36 bzw. einem Getriebemotor versehen, wobei die Gelenkarme 20 durch die separate Ansteuerbarkeit der Getriebemotoren jeweils eigene Stellbewegungen ausführen können, wodurch sich die Bewegungsmöglichkeiten der Greifeinrichtung 28 im vorhandenen Bewegungsraum 30 (vgl. 1) ergeben.The upper arms 22 of which in the detail view the 2 for better clarity, only one is shown, each on the upper suspension 18 held and pivotable about a horizontal axis of rotation in an upper suspension point 42 stored. To the pivotability of the upper arm 22 at the upper suspension point 42 to allow a horizontal axis of rotation is on a bearing block 44 the upper suspension 18 a drive module not shown in detail here 36 in the form of a geared motor o. The like. Provided, wherein the drive module 36 or the geared motor is normally formed by an electric drive motor with flanged gearbox, which is responsible for the rapid positioning movements of the upper arm 22 and thus the entire articulated arm 20 can provide. Each of the existing three articulated arms 20 is each with such a drive module 36 or a geared motor provided, wherein the articulated arms 20 can perform their own actuation movements by the separate controllability of the geared motors, whereby the possibilities of movement of the gripping device 28 in the existing movement room 30 (see. 1 ).

Die beiden schematischen Draufsichten der 3 zeigen jeweils die obere Aufhängung 18 des Parallelkinematik-Roboters 10 mit den insgesamt drei von oben sichtbaren Oberarmen 22 der Stellarme (vgl. 1 und 2), die jeweils von den ihnen zugeordneten Antriebsmodulen 36 um horizontale Schwenkachsen beweglich gelagert sind. Während die 3A eine Grundkonfiguration andeutet, bei denen die insgesamt drei an der oberen Aufhängung 18 befestigten Antriebsmodule 36 jeweils gleich dimensioniert und somit auf eine vergleichbare Belastung und Antriebsleistung für jeden der drei gleich dimensionierten Oberarme 22 ausgelegt ist, verdeutlicht die schematische Draufsicht der 3B die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehene Austauschbarkeit der Antriebsmodule 36, die jeweils auswechselbar und/oder an typische und/oder zukünftig zu erwartende Belastungsmuster anpassbar sind. Dort findet sich die Möglichkeit angedeutet, zumindest eines der separaten Antriebsmodule 36 für den nach in der Draufsicht der 3B nach rechts weisenden bewegbaren Oberarm 22 des entsprechenden Stellarms gegen ein stärkeres und größeres Antriebsmodul 46 auszutauschen, das damit hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit und damit auch seiner Lebensdauer bedarfsweise an typische und/oder an ermittelte Belastungen und/oder an zukünftig zu erwartende Belastungsmuster angepasst werden kann.The two schematic plan views of 3 each show the upper suspension 18 of the Parallel Kinematic Robot 10 with the three upper arms visible from above 22 the actuating arms (cf. 1 and 2 ), each of their associated drive modules 36 are mounted movably about horizontal pivot axes. While the 3A indicates a basic configuration in which the total of three on the upper suspension 18 attached drive modules 36 each dimensioned equal and thus to a comparable load and drive power for each of the three equal-sized upper arms 22 is designed to illustrate the schematic plan view of 3B the provided according to the present invention interchangeability of the drive modules 36 which can each be exchanged and / or adapted to typical and / or future expected load patterns. There is the possibility indicated, at least one of the separate drive modules 36 for after in the top view of 3B pointing to the right movable upper arm 22 the corresponding actuator arm against a stronger and larger drive module 46 With regard to its performance and thus also its service life, it can be adapted as needed to typical and / or determined loads and / or to future expected load patterns.

Eine vorteilhafte Option kann es hierbei sein, wenn das wenigstens eine auswechselbare Antriebsmodul 36 bzw. 46 werkzeuglos und/oder mittels Schnellverschlüssen gegen ein anderes Antriebsmodul 46 bzw. 36 auswechselbar ist. Wahlweise können auch mehrere Antriebsmodule 36 bzw. 46 jeweils in der beschriebenen Weise gegen andere Antriebsmodule 46 bzw. 36 ausgetauscht werden. Dieser Austausch kann ggf. auch in automatisierbarer Weise erfolgen, bspw. mittels geeigneter Handhabungseinrichtungen, die austauschbare Antriebsmodule 46 in Magazinen lagern und bedarfsweise bereitstellen sowie austauschen, wenn bspw. Belastungsänderungen beim Betrieb des Parallelkinematik-Roboters 10 auftreten.An advantageous option may be this, if the at least one replaceable drive module 36 respectively. 46 without tools and / or with quick-release fasteners against another drive module 46 respectively. 36 is interchangeable. Optionally, also several drive modules 36 respectively. 46 each in the manner described against other drive modules 46 respectively. 36 be replaced. If necessary, this replacement can also be carried out in an automatable manner, for example by means of suitable handling devices, the replaceable drive modules 46 Store in magazines and provide as needed and exchange, if, for example, load changes in the operation of the parallel kinematic robot 10 occur.

Als weitere, hier nicht näher dargestellte Option kann vorgesehen sein, dass der Parallelkinematik-Roboter 10 und/oder die betreffenden Antriebsmodule 36 bzw. 46 mit geeigneten Überwachungs- und/oder Sensoreinrichtungen zur Erfassung seiner mechanischen und/oder motorischen Belastungswerte und/oder der aufgebrachten Antriebsmomente und/oder der während des Betriebes entstehenden Stromaufnahmewerte der jeweiligen elektromotorischen Antriebe ausgestattet ist/sind. Ergänzend oder alternativ können auch mindestens einem der antreibbaren und beweglichen Stellarme 20 Sensoreinrichtungen zur Erfassung der jeweils auf den Oberarm 22 und/oder Unterarm 24 des entsprechenden Stellarmes 20 wirkenden mechanischen Belastungswerte zugeordnet sein.As a further, not shown here option can be provided that the parallel kinematic robot 10 and / or the respective drive modules 36 respectively. 46 is equipped with suitable monitoring and / or sensor devices for detecting its mechanical and / or motor load values and / or the applied drive torques and / or the resulting during operation power consumption values of the respective electric motor drives / are. Additionally or alternatively, at least one of the drivable and movable actuating arms 20 Sensor devices for detecting each of the upper arm 22 and / or forearm 24 of the corresponding actuating arm 20 be associated with acting mechanical load values.

Die 4A bis 4D zeigen in vier schematischen Draufsichten typische Konfigurationen eines für die Gruppierung, Lagenbildung oder als Dreh- und Verteilsystems eingesetzten Parallelkinematik-Roboters 10, der jeweils durch einen Tripod-Roboter mit drei Stellarmen 20 gebildet ist, von denen zumindest einer aufgrund der gezeigten Einsatzbedingungen und der daraus verursachten typischen Einsatz- und Bewegungsmuster stärker belastet ist als die übrigen Stellarme 20, so dass es sinnvoll sein kann, den stärker belasteten Stellarm mit einer stärkeren Motor-Getriebe-Einheit bzw. mit einem stärkeren Antriebsmodul 46 auszustatten, während die übrigen Stellarme 20 mit den zuvor verwendeten Antriebsmodulen 36 ausgestattet bleiben können.The 4A to 4D show in four schematic plan views typical configurations of a used for grouping, layering or as a rotation and distribution system parallel kinematic robot 10 , each by a tripod robot with three actuator arms 20 is formed, of which at least one due to the conditions of use shown and the resulting typical use and movement pattern is more heavily loaded than the other actuating arms 20 , so it may be useful, the more heavily loaded actuator arm with a stronger motor-gear unit or with a stronger drive module 46 equip while the other actuating arms 20 with the previously used drive modules 36 stay equipped.

So verdeutlicht die 4A einen typischen Einsatzfall eines Dreh- und Verteilsystems, bei dem der Parallelkinematik-Roboter 10 einen Bewegungsraum 30 oberhalb des Horizontalförderabschnittes 12 abdeckt, in dem er in Förderrichtung 48 mittels eines Zuförderbandes 50 herantransportierte Artikel 52 mittels seiner Greifeinrichtung 28 bzw. mit den daran angeordneten Greifbacken (vgl. 1 und 2) erfasst und zum weiteren Transport auf ein Abförderband 54 umverteilt, so dass die zuvor hintereinander vom Zuförderband 50 herantransportierten Artikel 52 in Dreiergruppen nebeneinander auf dem deutlich breiteren Abförderband 54 zu weiteren, hier nicht gezeigten Handhabungsstationen befördert werden. Bei einer solchen Konfiguration mit einem zum Zuförderband 50 weisenden und parallel zu diesem orientierten Stellarm 20 hat sich gezeigt, dass dieser Stellarm 20 deutlich stärker belastet wird als die beiden anderen Stellarme 20, die zum Abförderband 54 weisen. Somit wird auch das den in der Darstellung der 4A nach rechts weisenden Stellarm 20 bewegende Antriebsmodul 46 deutlich stärker belastet als die beiden anderen Antriebsmodule 36 für die beiden anderen Stellarme 20, so dass es sinnvoll ist, für den stärker belasteten Stellarm 20 auch ein stärkeres Antriebsmodul 46 zu verwenden, während für die beiden anderen Stellarme 20 kleinere Antriebsmodule 36 der normalen Dimensionierung ausreichend sein dürften.This clarifies the 4A a typical application of a rotary and distribution system, in which the parallel kinematic robot 10 a movement room 30 above the horizontal conveyor section 12 covering, in which he in the conveying direction 48 by means of a feed belt 50 transported articles 52 by means of his gripping device 28 or with the gripping jaws arranged thereon (cf. 1 and 2 ) and for further transport on a conveyor belt 54 redistributed so that the previous one behind the other from the feed conveyor 50 transported article 52 in groups of three next to each other on the much wider discharge conveyor 54 to others, not here transported handling stations are shown. In such a configuration with one to the feed belt 50 pointing and parallel to this oriented actuator arm 20 It has been shown that this actuator arm 20 much more heavily loaded than the other two actuating arms 20 that lead to the conveyor belt 54 point. Thus, also in the presentation of the 4A right-pointing actuator arm 20 moving drive module 46 much more heavily loaded than the other two drive modules 36 for the other two control arms 20 so it makes sense for the more heavily loaded actuator arm 20 also a stronger drive module 46 while for the other two actuating arms 20 smaller drive modules 36 the normal sizing should be sufficient.

Derselbe Zusammenhang gilt für den in 4B gezeigten Einsatzfall, wo der Parallelkinematik-Roboter 10 zur Lagenbildung eingesetzt wird und die vom Zuförderband 50 in lückenloser Formation herantransportierten Artikel 52 innerhalb des Bewegungsraumes 30 in eine Lagenanordnung 56 überführt, die auf dem Abförderband 54 weitertransportiert wird und die bspw. für eine spätere Stapelung und/oder Palettierung geeignet sein kann. Da sich die Anordnung und die gezeigten Bauteile und Komponenten grundsätzlich nicht von der in 4A gezeigten Variante unterscheiden, und da auch hier der stärker belastete Stellarm 20 mit einem stärkeren Antriebsmodul 46 ausgestattet ist, sei auf die obige Beschreibung zu dieser 4A verwiesen.The same connection applies to the in 4B shown application case, where the parallel kinematic robot 10 is used for layering and the feed belt 50 in an unbroken formation transported article 52 within the movement room 30 in a layer arrangement 56 transferred to the conveyor belt 54 is transported further and, for example, may be suitable for later stacking and / or palletizing. Since the arrangement and the components and components shown in principle do not differ from the in 4A differ shown variant, and as well as the more heavily loaded actuator 20 with a stronger drive module 46 is fitted to the above description of this 4A directed.

Ein vergleichbarer Zusammenhang ist auch in der 4C gezeigt, wo der Parallelkinematik-Roboter 10 wiederum Teil eines Dreh- und Verteilsystems ist. Das Zuförderband 50 transportiert zahlreiche Artikel 52 in vier parallelen Reihen jeweils hintereinander in Förderrichtung 48 zum Bewegungsraum 30 und zum Horizontalförderabschnitt 12, wo sie umsortiert und umgruppiert werden, so dass sie auf dem Abförderband 54 in drei parallelen Reihen und jeweils um 90° gedreht weitertransportiert werden. Da sich die Anordnung und die gezeigten Bauteile und Komponenten grundsätzlich nicht von den in 4A und 4B gezeigten Varianten unterscheiden, und da auch hier der stärker belastete Stellarm 20 mit einem stärkeren Antriebsmodul 46 ausgestattet ist, sei auf die obigen Beschreibungen zu den 4A und 4B verwiesen.A similar connection is also in the 4C shown where the parallel kinematic robot 10 turn is part of a rotary and distribution system. The conveyor belt 50 transports numerous articles 52 in four parallel rows one behind the other in the conveying direction 48 to the movement room 30 and to the horizontal conveyor section 12 where they are resorted and regrouped, leaving them on the conveyor belt 54 in three parallel rows and in each case rotated by 90 °. Since the arrangement and the components and components shown in principle do not differ from those in 4A and 4B distinguish variants shown, and since also the more heavily loaded actuator 20 with a stronger drive module 46 Be aware of the above descriptions of the 4A and 4B directed.

Die schematische Draufsicht der 4D zeigt einen typischen Einsatzfall eines als Handhabungsroboter eingesetzten Parallelkinematik-Roboters 10, der hier innerhalb seines Bewegungsraumes 30 einzelne Artikel 52, die bspw. durch Getränkebehälter 58 gebildet sein können, in Umverpackungen 60 einsetzt, die bspw. durch Getränkekästen 62 gebildet sein können. Sowohl die Artikel 52 bzw. Getränkebehälter 58 als auch die Umverpackungen 60 bzw. Getränkekästen 62 werden jeweils auf separaten Zuförderbändern 50 zum Horizontalförderabschnitt 12 und dem Bewegungsraum 30 des Parallekinematik-Roboters 10 befördert, wobei die Zuförderbänder 50 insbesondere parallel und beabstandet zueinander angeordnet sein und die entsprechenden Güter 52, 58, 60, 62 in Förderrichtung 48 transportieren können. Auf dem Abförderband 54, das sich in Förderrichtung 48 an den Horizontalförderabschnitt 12 anschließt, werden die mit Artikeln 52 versehenen Umverpackungen 60 zu weiteren Handhabungs- oder Verpackungsstationen (nicht gezeigt) befördert, bzw. werden die mit Getränkebehältern 58 versehenen Getränkekästen 62 zu weiteren Handhabungs- oder Verpackungsstationen (nicht gezeigt) befördert.The schematic plan view of 4D shows a typical application of a used as a handling robot parallel kinematic robot 10 who is here within his space of movement 30 individual articles 52 , for example, by beverage containers 58 can be formed in outer packaging 60 used, for example, by beverage crates 62 can be formed. Both the articles 52 or beverage container 58 as well as the outer packaging 60 or beverage crates 62 are each on separate feed belts 50 to the horizontal conveyor section 12 and the movement space 30 of parallel kinematic robot 10 transported, with the feed belts 50 be arranged in particular parallel and spaced from each other and the corresponding goods 52 . 58 . 60 . 62 in the conveying direction 48 can transport. On the conveyor belt 54 that is in the conveying direction 48 to the horizontal conveyor section 12 Connects, those with articles 52 provided outer packaging 60 transported to other handling or packaging stations (not shown), or be with beverage containers 58 provided beverage boxes 62 to other handling or packaging stations (not shown).

Je nach Belastung der Stellarme 20 des auch hier durch einen Tripoden mit drei Stellarmen 20 gebildeten Parallelkinematik-Roboters 10 kann wiederum ein Antriebsmodul 46 stärker oder können ggf. auch mehrere Antriebsmodule 46 stärker ausgelegt sein als die übrigen Antriebsmodule 36 bzw. das verbleibende Antriebsmodul 36. Aufgrund der höheren Massen der mit Artikeln 52 gefüllten Umverpackungen 60 bzw. der mit Getränkebehältern 58 befüllten Getränkekästen 62 kann es sinnvoll sein, den in der Draufsicht der 4D nach links und damit zum Abförderband 54 weisenden Stellarm 20 mit einem stärkeren Antriebsmodul 46 auszustatten, während es bei den beiden nach rechts und damit zu den Zuförderbändern 50 weisenden Stellarmen 20 ausreichend sein kann, die kleineren Antriebsmodule 36 zu wählen.Depending on the load on the actuating arms 20 also here by a tripod with three Stellarmen 20 formed parallel kinematic robot 10 can turn a drive module 46 stronger or possibly even more drive modules 46 designed to be stronger than the other drive modules 36 or the remaining drive module 36 , Due to the higher masses of articles 52 filled outer packaging 60 or with beverage containers 58 filled beverage boxes 62 It may be useful in the top view of the 4D to the left and thus to the discharge conveyor 54 pointing actuator arm 20 with a stronger drive module 46 while with the two to the right and thus to the Zuförderbändern 50 pointing arms 20 can be sufficient, the smaller drive modules 36 to choose.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it will be apparent to those skilled in the art that modifications or changes may be made to the invention without departing from the scope of the following claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Parallelkinematik-Roboter, Deltakinematik-Roboter, Deltaroboter, TripodParallel kinematics robot, delta-kinematics robot, delta robot, tripod
1212: Förderabschnitt, Auflageebene, Horizontalförderabschnitt, HorizontalfördereinrichtungConveyor section, support plane, horizontal conveyor section, horizontal conveyor
1414: Vorrichtung, Handhabungs-, Förder-, Gruppierungs-, VerpackungsvorrichtungDevice, handling, conveying, grouping, packaging device
1616: Greifeinheit, Manipulationseinheit, ManipulatorGripping unit, manipulation unit, manipulator
1818: obere Aufhängungupper suspension
2020: Stellarmactuating arm
2222: Oberarm, oberer ArmabschnittUpper arm, upper arm section
2424: Unterarm, unterer ArmabschnittForearm, lower arm section
2626: Koppelabschnitt, Tool-Center-Point (TCP), WerkzeugträgerCoupling section, Tool Center Point (TCP), tool carrier
28 28: Greifeinrichtung, ManipulatorGripping device, manipulator
3030: Bewegungsraum, ArbeitsraumMovement room, work space
3232: Stützträgersupport beam
3434: Rahmen, RahmengestellFrame, frame
3636: Antriebsmoduldrive module
3838: Verbindungsstelle, Gelenk (zwischen Oberarm und Unterarm)Joint, joint (between upper arm and forearm)
4040: Greifbacken (der Greifeinrichtung), Greifwerkzeug, Mittel zum GreifenGripping jaws (the gripping device), gripping tool, means for gripping
4242: oberer Aufhängungspunkt (der Oberarme)upper suspension point (upper arms)
4444: Lagerbockbearing block
4646: stärkeres Antriebsmodul, größeres Antriebsmodulstronger drive module, larger drive module
4848: Förderrichtungconveying direction
5050: Zuförderbandfeed belt
5252: Artikelitems
5454: Abförderbanddischarge belt
5656: Lagenanordnunglayer arrangement
5858: Getränkebehälterbeverage containers
6060: Umverpackungoverpack
6262: Getränkekastencrate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2388216 A1 [0003]
DE 102010006155 A1 [0007]
EP 3020514 A1 [0007]
DE 102013208082 A1 [0007]
DE 102014223389 A1 [0007]
US 8210068 B1 [0007]
DE 102014223416 A1 [0010]
DE 102015211344 A1 [0012, 0039, 0042]
DE 102015211348 A1 [0013]
DE 102015219610 A1 [0014]
DE 102015223528 A1 [0015]
WO 2017025221 A1 [0016]
DE 102013106004 A1 [0039, 0042]

Claims

Parallel kinematic robot (10), comprising: - A suspension (18) or base on which at least two separately driven and independently movable actuating arms (20) are hinged and supported, each by a movable by means of a separate drive upper arm (22) and a pivotally mounted on this forearm (24 ) are formed, as well - One on the forearms (24) of the at least two actuating arms (20) articulated and by means of positioning movements of the actuating arms (20) within a definable movement space (30) movable manipulator (28) and / or tool holder (26) or tool head; - wherein at least one of a plurality of separate drives, which are associated with the movable upper arm (22) of each of the at least two actuating arms (20), formed by a replaceable and / or adaptable to typical and / or future expected load pattern drive module (36, 46) is.

Parallel kinematics robot after Claim 1 in which at least one of the separate drive modules (36, 46) for each of the movable upper arms (22) of the at least two actuating arms (20) is provided by a replaceable and / or customizable and / or future expected load pattern drive module (36, 46). variable size and / or dimensioning and / or performance is formed.

Parallel kinematics robot after Claim 1 or 2 in which the at least one interchangeable drive module (36, 46) is exchangeable without tools and / or by means of quick-release fasteners against another drive module (36, 46).

Parallel kinematics robot after Claim 3 in which at least one interchangeable drive module (36, 46) is exchangeable in an automatable manner for another drive module (36, 46), in particular against a drive module (36, 46) with different drive characteristics and / or performance data and / or against a drive module ( 36, 46) deviating dimensions.

Parallel kinematic robot after one of the Claims 1 to 4 in which the drive modules (36, 46) are each formed by motor-gear units, each comprising an electric motor drive, which is coupled to a transmission gear, with the output shaft of the upper arm (22) of the respective actuating arm (20) rotatably connected is.

Parallel kinematic robot after one of the Claims 1 to 5 in which at least one of the drive modules (36, 46) and / or the replaceable drive module (36, 46) has monitoring and / or sensor devices for detecting its mechanical and / or motor load values and / or the applied drive torques and / or during the Operation associated power consumption values of the respective electric motor drives are assigned.

Parallel kinematic robot after one of the Claims 1 to 6 in which at least one of the drivable and movable actuating arms (20) is associated with sensor devices for detecting the respective mechanical load values acting on the upper and / or lower arm (22, 24) of the corresponding actuating arm (20).

Parallel kinematic robot after one of the Claims 1 to 7 formed by a tripod robot with three actuator arms (20), of which at least one is more heavily loaded due to typical use and movement patterns than the other actuating arms (20), wherein the more heavily loaded actuator arm (20) with a stronger motor Transmission unit is equipped as the other actuating arms (20).

Parallel kinematics robot after Claim 8 in which a more heavily loaded actuating arm (20) of several actuating arms (20) is dimensioned larger than less heavily loaded actuating arms (20).

Method for operating a parallel kinematic robot (10) and / or for adapting it to different operating modes, wherein the parallel kinematic robot (10) comprises at least: - a suspension (18) or base on which at least two separately driven and independently movable Actuating arms (20) are pivotally mounted and mounted, which are each formed by a movable by a separate drive upper arm (22) and a pivotally mounted on this lower arm (24), and - one on the forearms (24) of the at least two actuating arms (20 ) articulated and by means of adjusting movements of the actuating arms (20) within a definable movement space (30) movable manipulator (28) and / or tool holder (26) or tool head; - wherein at least one of a plurality of separate drives, which are associated with the movable upper arm (22) of each of the at least two actuating arms (20), formed by a replaceable and / or adaptable to typical and / or future expected load pattern drive module (36, 46) and wherein the method comprises a detection and evaluation of the load patterns occurring during operation of the parallel kinematic robot (10) and acting on the drive modules (36, 46) and a selection of the at least one replaceable drive module (36, 46) from several available standing, differently dimensioned and / or powerful drive modules (36, 46) provides, which is / are adapted to the respectively occurring and / or to be expected in the future load patterns.

Method according to Claim 10 in which the at least one replaceable drive module (36, 46) is replaced without tools and / or by means of quick-release fasteners against another drive module (36, 46), if necessary.

Method according to Claim 10 or 11 in which the at least one replaceable drive module (36, 46) is exchanged in an automatable manner for another drive module (36, 46), in particular against a drive module (36, 46) with different drive characteristics and / or performance data and / or against Drive module (36, 46) with different dimensioning.

Method according to one of Claims 10 to 12 in which at least one of the drive modules (36, 46) and / or at least one replaceable drive module (36, 46) mechanical and / or motor load values and / or applied drive torques and / or current consumption values of the respective electric motor drives during operation sensory detected and evaluated for the decision regarding the replacement of the at least one sensor-controlled drive module (36, 46) against another drive module (36, 46) and / or via the selection of a more suitable drive module (36, 46).

Method according to one of Claims 10 to 13 in which the mechanical load values acting on at least one of the actuating arms (20) are sensed and evaluated.

Use of a parallel kinematic robot (10) according to one of Claims 1 to 9 as industrial robots for handling, stacking, turning and / or distributing and / or manipulating articles (52), groupings, containers, piece goods, container and / or piece goods (56) or the like objects in connection with the transport and the Transport, processing, packaging and / or palletising of articles (52), groupings, packages, general cargo and / or packaged and / or general cargo (56).

Use of a parallel kinematic robot (10) according to one of Claims 1 to 9 as an industrial robot for guiding at least one tool in connection with production, middle and / or coating application, assembly, manipulation and / or handling in a manufacturing and / or industrial environment.