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Die Erfindung betrifft einen Roboterarm, aufweisend mehrere Glieder und die Glieder gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke, sowie wenigstens eine Gewichtsausgleichsvorrichtung, die ein erstes Vorrichtungsbauteil mit einem ersten Anschlusselement, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des erstes Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an ein erstes Glied des Roboterarms aufweist, und die ein relativ zum ersten Vorrichtungsbauteil verstellbar gelagertes zweites Vorrichtungsbauteil mit einem zweiten Anschlusselement, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an ein zweites Glied des Roboterarms aufweist.
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Aus der
EP 2 301 727 B1 ist ein Industrieroboter mit einem Gewichtsausgleichssystem bekannt. Das dortige Gewichtsausgleichssystem umfasst einerseits einen Hydraulikzylinder, der einen Kolben aufweist, der über ein Lagerauge drehbar an einer Schwinge eines Roboterarms des Industrieroboters gelagert ist und andererseits an einem rückwärtigen Ende des Gewichtsausgleichssystems ein Schwenklager, das an einem Karussell des Roboterarms gelagert ist. Die Schwinge ist mittels eines Gelenks des Roboterarms drehbar bzw. schwenkbar an dem Karussell gelagert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboterarm zu schaffen, der eine besonders zuverlässige und wartungsarme Gewichtsausgleichsvorrichtung aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Roboterarm, aufweisend mehrere Glieder und die Glieder gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke, sowie wenigstens eine Gewichtsausgleichsvorrichtung, die ein erstes Vorrichtungsbauteil mit einem ersten Anschlusselement, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des erstes Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an ein erstes Glied des Roboterarms aufweist, und die ein relativ zum ersten Vorrichtungsbauteil verstellbar gelagertes zweites Vorrichtungsbauteil mit einem zweiten Anschlusselement, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an ein zweites Glied des Roboterarms aufweist, wobei wenigstens eines von erstem Glied und zweitem Glied eine Wälzfläche aufweist, wenigstens eines von erstem Vorrichtungsbauteil und zweitem Vorrichtungsbauteil eine Gegenwälzfläche zur Wälzfläche aufweist, derart, dass je nachdem, bezüglich einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum ersten Glied die Wälzfläche des ersten Glieds und die Gegenwälzfläche des ersten Vorrichtungsbauteils unmittelbar aufeinander abwälzen, oder bezüglich einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zum zweiten Glied die Wälzfläche des zweiten Glieds und die Gegenwälzfläche des zweiten Vorrichtungsbauteils unmittelbar aufeinander abwälzen.
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Der Roboterarm weist mehrere, mittels Gelenke gegeneinander verstellbare und durch die Gelenke miteinander verbundene Glieder auf. Die Glieder können insbesondere nacheinander angeordnet sein. Die Gelenke können die Glieder insbesondere drehbar miteinander verbinden.
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Der Roboterarm kann an eine Robotersteuerung steuerungstechnisch angeschlossen sein, die ausgebildet und/oder eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke des Roboterarms gemäß des Roboterprogramms vollautomatisiert oder in einem Handfahrbetrieb durch manuelle Fahrbefehlseingaben an einem Handbediengeräts durch eine Person kommandiert, automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu kann die Robotersteuerung mit ansteuerbaren elektrischen Motoren des Roboterarms verbunden sein, die ausgebildet sind, die Gelenke des Roboterarms zu verstellen.
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Bei dem Roboterarm kann es sich um einen Industrieroboter handeln, bei dem die Glieder insbesondere ein Gestell und ein relativ zum Gestell um eine vertikal verlaufende Achse drehbar gelagertes Karussell umfassen können. Weitere Glieder des Roboterarms können eine Schwinge, ein Armausleger und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand mit einer als Werkzeugflansch ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen beispielsweise eines Roboterwerkzeugs oder Robotergreifers sein. Die Schwinge kann am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk der Schwinge auf dem Karussell um eine vorzugsweise horizontale Drehachse schwenkbar gelagert sein.
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Am oberen Ende der Schwinge kann an dem dortigen Gelenk der Schwinge wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse der Armausleger schwenkbar gelagert sein. Dieser kann endseitig die Roboterhand mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen tragen. Die Gelenke können durch jeweils einen der elektrischen Motoren des Roboterarms über die Robotersteuerung programmgesteuert angetrieben werden. Generell kann dazu zwischen jedem der Glieder und dem jeweils zugeordneten elektrischen Motoren auch ein Getriebe vorgesehen sein.
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Der Roboterarm weist demgemäß mehrere Glieder und die Glieder gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke auf.
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Die Gewichtsausgleichsvorrichtung im Allgemeinen weist ein erstes Vorrichtungsbauteil und ein relativ zum ersten Vorrichtungsbauteil verstellbar angeordnetes zweites Vorrichtungsbauteil auf. Zwischen dem ersten Vorrichtungsbauteil und dem zweiten Vorrichtungsbauteil ist ein mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Kraftspeicher angeordnet, der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der relativen Stellung von erstem Vorrichtungsbauteil und zweitem Vorrichtungsbauteil, eine Kraft auf das erste Vorrichtungsbauteil und das zweite Vorrichtungsbauteil auszuüben.
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So kann in einer ersten Ausführungsvariante der mechanische Kraftspeicher von wenigstens einer Feder, insbesondere Metallfeder, wie beispielsweise einer Federwendel gebildet werden, die entweder als eine Druckfeder oder eine Zugfeder ausgebildet sein kann. Die wenigstens eine Feder weist eine Federkennlinie auf, derart, dass in Abhängigkeit der momentanen Federspannung, insbesondere in Abhängigkeit der momentanen Länge der Federwendel eine Kraft auf das erste Vorrichtungsbauteil und das zweite Vorrichtungsbauteil ausgeübt wird.
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In einer zweiten Ausführungsvariante kann der Kraftspeicher als ein pneumatischer oder hydraulischer Kraftspeicher ausgebildet sein. Der hydraulische Kraftspeicher kann einen Hydraulikzylinder und einen Kolben aufweisen, der z.B. über ein Lagerauge drehbar an einem ersten Glied des Roboterarms angelenkt gelagert ist. Der Hydraulikzylinder kann dabei seinerseits am rückwärtigen Ende beispielsweise mittels eines Schwenklagers an einem zweiten Glied des Roboterarms angelenkt gelagert sein. Als ein pneumatischer Kraftspeicher kann dieser einen Pneumatikzylinder und einen Kolben aufweisen, der z.B. über ein Lagerauge drehbar an einem ersten Glied des Roboterarms angelenkt gelagert ist. Der Pneumatikzylinder kann dabei seinerseits am rückwärtigen Ende beispielsweise mittels eines Schwenklagers an einem zweiten Glied des Roboterarms angelenkt gelagert sein.
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In einer Ausführungsvariante kann die Gewichtsausgleichsvorrichtung demgemäß einen Pneumatikzylinder oder einen Hydraulikzylinder und beispielsweise ein oder zwei Druckspeicher aufweisen, die mit der Pneumatikzylinder oder der Hydraulikzylinder verbunden sind. Die Druckspeicher können auf dem Pneumatikzylinder bzw. auf dem Hydraulikzylinder befestigt sein und stehen mit diesem in einer Leitungsverbindung. Die Gewichtsausgleichsvorrichtung kann somit insbesondere gemäß einer der in
EP 2 301 727 B1 beschriebenen Ausführungen ausgebildet sein.
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Indem definiert ist, dass wenigstens eines von erstem Glied und zweitem Glied eine Wälzfläche aufweist, wenigstens eines von erstem Vorrichtungsbauteil und zweitem Vorrichtungsbauteil eine Gegenwälzfläche zur Wälzfläche aufweist, derart, dass je nachdem, bezüglich einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum ersten Glied die Wälzfläche des ersten Glieds und die Gegenwälzfläche des ersten Vorrichtungsbauteils unmittelbar aufeinander abwälzen, oder bezüglich einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zum zweiten Glied die Wälzfläche des zweiten Glieds und die Gegenwälzfläche des zweiten Vorrichtungsbauteils unmittelbar aufeinander abwälzen, wird ausgedrückt, dass eine erfindungsgemäße Wälzpaarung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche entweder alleine an der schwenkbaren Anbindung des ersten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an einem ersten Glied des Roboterarms vorgesehen sein kann (und demgemäß an der anderen schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an einem zweiten Glied des Roboterarms keine erfindungsgemäße Wälzpaarung vorgesehen ist); oder eine erfindungsgemäße Wälzpaarung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche alleine an der schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an dem zweiten Glied des Roboterarms vorgesehen sein kann (und demgemäß an der anderen schwenkbaren Anbindung des ersten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an einem ersten Glied des Roboterarms keine erfindungsgemäße Wälzpaarung vorgesehen ist); oder sowohl eine erste erfindungsgemäße Wälzpaarung von einer ersten Wälzfläche und einer ersten Gegenwälzfläche an der schwenkbaren Anbindung des ersten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an dem ersten Glied des Roboterarms, als auch eine zweite erfindungsgemäße Wälzpaarung von einer zweiten Wälzfläche und einer zweiten Gegenwälzfläche an der schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils der Gewichtsausgleichsvorrichtung an dem zweiten Glied des Roboterarms vorgesehen sein kann.
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Das jeweilige Anschlusselement des ersten Vorrichtungsbauteils und des zweiten Vorrichtungsbauteils können beispielsweise von jeweils einem Lagerauge gebildet werden. Diese Lageraugen sind auf entsprechend korrespondierende Lagerzapfen des ersten Glieds und des zweiten Glieds des Roboterarms aufgesteckt.
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In einer abgewandelten Ausführungsform können aber auch das jeweilige Anschlusselement des ersten Vorrichtungsbauteils und des zweiten Vorrichtungsbauteils beispielsweise von jeweils einem Lagerzapfen gebildet werden. Diese Lagerzapfen sind dann in entsprechend korrespondierende Lageraugen an dem ersten Glied und an dem zweiten Glied des Roboterarms eingesteckt.
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In einer kombinierten Ausführungsform kann das eine Anschlusselement von erstem Vorrichtungsbauteil oder zweitem Vorrichtungsbauteils einen Lagerzapfen aufweisen und das jeweils andere Anschlusselement von erstem Vorrichtungsbauteil oder zweitem Vorrichtungsbauteils ein Lagerauge aufweisen. Entsprechend weisen dann das erste Glied des Roboterarms und das zweite Glied des Roboterarms je nachdem einen Lagerzapfen oder ein Lagerauge auf.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können eine Wälzpaarung bilden, die punktberührend, linienberührend oder flächenberührend aufeinander abwälzen.
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In einer einfachen Ausgestaltung können die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche demgemäß von kreiszylindrischen Mantelflächen gebildet werden, von denen die eine Mantelfläche der Wälzfläche auf der anderen Mantelfläche der Gegenwälzfläche abwälzt.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können als eine Paarung von einem Lagerzapfen und einem Lagerauge ausgebildet sein, bei der eine Zylinderaußenwand des Lagerzapfens auf einer Zylinderinnenwand des Lagerauges abwälzt. So kann beispielsweise das Lagerauge eine Zylinderinnenwand, insbesondere eine Kreiszylinderinnenwand aufweisen, wobei der Lagerzapfen mit seiner Zylinderaußenwand, insbesondere mit seiner Kreiszylinderaußenwand in das Lagerauge eingesteckt ist, derart, dass die Kreiszylinderinnenwand des Lagerauges einen deutlich größeren Durchmesser aufweist, als die Zylinderaußenwand des Lagerzapfens. Dabei liegt die Zylinderachse der Zylinderaußenwand des Lagerzapfens versetzt zur Zylinderachse der Kreiszylinderinnenwand des Lagerauges. Demgemäß sind die Zylinderaußenwand des Lagerzapfens und die Kreiszylinderinnenwand des Lagerauges in einer von der Koaxialität abweichenden relativen Lage zueinander angeordnet. Die Zylinderaußenwand des Lagerzapfens rollt insoweit auf der Kreiszylinderinnenwand des Lagerauges ab.
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Da der Schwenkwinkel der jeweiligen schwenkbaren Anbindung der Gewichtsausgleichsvorrichtung an dem Glied des Roboterarms einen deutlich kleineren Schwenkwinkel als 90 Winkelgrad ausmacht, genügt im Allgemeinen eine Wälzfläche und eine Gegenwälzfläche, die sich um weniger als 360 Winkelgrad erstreckt, und sich insbesondere um weniger als 180 Winkelgrad erstreckt.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können ineinandergreifende Verzahnungsprofile aufweisen. Das jeweilige Verzahnungsprofil kann sich um 360 Winkelgrad erstrecken. Wie erwähnt kann das Verzahnungsprofil je nach Ausführungsart und Anordnung von Gewichtsausgleichsvorrichtung und Roboterarm auch nur um einen Winkel von weniger als 360 Winkelgrad erstrecken, insbesondere um einen Winkel von weniger als 180 Winkelgrad erstrecken.
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Die jeweilige Wälzfläche und die jeweilige Gegenwälzfläche, oder das jeweilige Verzahnungsprofil kann jeweils einteilig an der Mantelaußenwand des Lagerzapfens und/oder an der Mantelinnenwand des Lagerauges ausgebildet sein. Zumindest kann die jeweilige Wälzfläche und die jeweilige Gegenwälzfläche, oder das jeweilige Verzahnungsprofil jeweils starr an der Mantelaußenwand des Lagerzapfens und/oder an der Mantelinnenwand des Lagerauges befestigt sein.
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Die ineinandergreifenden Verzahnungsprofile von Wälzfläche und Gegenwälzfläche können eine Evolventenverzahnung bilden. Demgemäß können die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche in Art eines Zahnradgetriebes ineinandergreifen.
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Die ineinandergreifenden Verzahnungsprofile von Wälzfläche und Gegenwälzfläche können eine Zykloidenverzahnung bilden. Demgemäß können die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche in Art eines Zahnradgetriebes ineinandergreifen. In einem Sonderfall einer Zykloidenverzahnung, in dem der Rollkreis und der Wälzkreis gleich groß sind, können die ineinandergreifenden Verzahnungsprofile von Wälzfläche und Gegenwälzfläche auch eine Triebstockverzahnung bilden.
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Die Wälzfläche und/oder die Gegenwälzfläche können generell, also in allen offenbarten Ausführungsvarianten, aus Stahl, insbesondere aus Wälzlagerstahl oder einem üblichen Zahnradwerkstoff bestehen. Ist das betreffende Glied des Roboterarms beispielsweise aus Aluminium hergestellt, so kann das Lagerauge oder der Lagerzapfen als ein separates Bauteil aus Stahl, insbesondere aus Wälzlagerstahl hergestellt und an dem Glied aus Aluminium befestigt sein. So kann beispielsweise ein Lagerzapfen aus Stahl, insbesondere aus Wälzlagerstahl, einen Außengewindeabschnitt aufweisen, mit dem der Lagerzapfen schraubenartig in das Glied aus Aluminium eingeschraubt ist. Im Falle eines Lagerauges kann dieses einen Innenring aus Stahl, insbesondere aus Wälzlagerstahl, aufweisen, der in eine Bohrung des Glieds aus Aluminiums eingesetzt ist, insbesondere eingepresst sein kann.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können als eine schmiermittelfreie Wälzpaarung ausgebildet sein. Dazu können die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche beispielsweise eine entsprechend reibungsreduzierte und/oder verschleißverhindernde, dem Fachmann als solches bekannte, Oberflächenbeschichtung aufweisen.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können als eine Wälzpaarung ausgebildet sein, deren Werkstoffe aus einer Gruppe von schmierungsfreien Werkstoffpaarungen oder zumindest nachschmierungsfreien Werkstoffpaarungen ausgewählt sind.
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Die Wälzfläche und die Gegenwälzfläche können insbesondere als eine zumindest weitegehen oder vollständig schlupffreie Wälzpaarung ausgebildet sein. Es kann insoweit zwischen Wälzfläche und Gegenwälzfläche je nach Verzahnungsauslegung ein spezifisches und/oder definiertes Gleiten stattfinden.
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Das erste Glied des Roboterarms kann einen ersten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Wälzfläche tragende erste Zylinderaußenwand aufweist und das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung kann ein erstes Lagerauge aufweisen, das eine die Gegenwälzfläche tragende erste Zylinderinnenwand aufweist, wobei der erste Lagerzapfen in dem ersten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Wälzfläche des ersten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum ersten Glied auf der Gegenwälzfläche des ersten Lagerauges abwälzt.
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Das erste Glied des Roboterarms kann ein erstes Lagerauge aufweisen, das eine die Wälzfläche tragende erste Zylinderinnenwand aufweist und das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung kann einen ersten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Gegenwälzfläche tragende erste Zylinderaußenwand aufweist, wobei der erste Lagerzapfen in dem ersten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Gegenwälzfläche des ersten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum ersten Glied auf der Wälzfläche des ersten Lagerauges abwälzt.
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Das zweite Glied des Roboterarms kann einen zweiten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Wälzfläche tragende zweite Zylinderaußenwand aufweist und das zweite Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung kann ein zweites Lagerauge aufweisen, das eine die Gegenwälzfläche tragende zweite Zylinderinnenwand aufweist, wobei der zweite Lagerzapfen in dem zweiten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Wälzfläche des zweiten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zum zweiten Glied auf der Gegenwälzfläche des zweiten Lagerauges abwälzt.
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Das zweite Glied des Roboterarms kann ein zweites Lagerauge aufweisen, das eine die Wälzfläche tragende zweite Zylinderinnenwand aufweist und das zweite Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung kann einen zweiten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Gegenwälzfläche tragende zweite Zylinderaußenwand aufweist, wobei der zweite Lagerzapfen in dem zweiten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Gegenwälzfläche des zweiten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zum zweiten Glied auf der Wälzfläche des zweiten Lagerauges abwälzt.
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Eine Gewichtsausgleichsvorrichtung kann generell an jeder beliebigen Verbindung zweier benachbarter Glieder des Roboterarms vorgesehen sein. Eine Gewichtsausgleichsvorrichtung kann demgemäß jedem beliebigen Gelenk des Roboterarms zugeordnet sein. Gleichwohl kann die Gewichtsausgleichsvorrichtung insbesondere an Grundgelenken des Roboterarms besonders zweckmäßig sein, wo die größten Massenkräfte aufzunehmen sind. Demgemäß kann die Gewichtsausgleichsvorrichtung insbesondere dem in der kinematischen Kette des Roboterarms ersten Gelenk des Roboterarms zugeordnet sein, das unter eine Schwerkraftbelastung steht, die durch die Gewichtsausgleichsvorrichtung zumindest teilweise oder vollständig ausgeglichen werden soll.
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Wenn der Roboterarm derart ausgebildet ist, dass die Glieder insbesondere ein Gestell und ein relativ zum Gestell um eine vertikal verlaufende Achse drehbar gelagertes Karussell bilden, dann kann eine Schwinge an dem Karussell um eine horizontale Achse schwenkbar sein, derart, dass die Schwinge bezüglich des Gelenks, welches um diese horizontale Achse dreht, unter Schwerkrafteinfluss steht. Weitere Glieder des Roboterarms können ein Armausleger und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand mit einer als Werkzeugflansch ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen beispielsweise eines Roboterwerkzeugs oder Robotergreifers sein. Die Schwinge ist dabei am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk der Schwinge auf dem Karussell um eine horizontale Drehachse schwenkbar gelagert.
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Am oberen Ende der Schwinge kann an dem dortigen Gelenk der Schwinge wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse der Armausleger schwenkbar gelagert sein. Dieser kann endseitig die Roboterhand mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen tragen. Die Gelenke können durch jeweils einen der elektrischen Motoren des Roboterarms über die Robotersteuerung programmgesteuert angetrieben werden. Generell kann dazu zwischen jedem der Glieder und dem jeweils zugeordneten elektrischen Motoren auch ein Getriebe vorgesehen sein.
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Die Gewichtsausgleichsvorrichtung kann in dieser Ausführungsform das Karussell als erstes Glied des Roboterarms drehgelenkig mit der Schwinge als zweites Glied des Roboterarms verbinden. Bei einer Drehung bzw. bei einem Schwenken des betreffenden Gelenks, das die Schwinge mit dem Karussell schwenkbar verbindet, wird die Schwinge und auch der restliche distale Teilarm des Roboterarms entgegen der Schwerkraft angehoben oder in Schwerkraftrichtung abgesenkt. Das Anheben der Schwinge und damit auch des distalen Teilarms kann durch die Gewichtsausgleichsvorrichtung unterstützt sein.
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Das erste Glied des Roboterarms kann ein Karussell des Roboterarms sein und einen ersten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Wälzfläche tragende erste Zylinderaußenwand aufweist, wobei das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung ein erstes Lagerauge aufweist, das eine die Gegenwälzfläche tragende erste Zylinderinnenwand aufweist, und wobei der erste Lagerzapfen in dem ersten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Wälzfläche des ersten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum Karussell auf der Gegenwälzfläche des ersten Lagerauges abwälzt.
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Das erste Glied des Roboterarms kann ein Karussell des Roboterarms sein und ein erstes Lagerauge aufweisen, das eine die Wälzfläche tragende erste Zylinderinnenwand aufweist, wobei das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung einen ersten Lagerzapfen aufweist, der eine die Gegenwälzfläche tragende erste Zylinderaußenwand aufweist, und wobei der erste Lagerzapfen in dem ersten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Gegenwälzfläche des ersten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils relativ zum Karussell auf der Wälzfläche des ersten Lagerauges abwälzt.
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Das zweite Glied des Roboterarms kann eine Schwinge des Roboterarms sein und einen zweiten Lagerzapfen aufweisen, der eine die Wälzfläche tragende zweite Zylinderaußenwand aufweist, wobei das zweite Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung ein zweites Lagerauge aufweist, das eine die Gegenwälzfläche tragende zweite Zylinderinnenwand aufweist, und wobei der zweite Lagerzapfen in dem zweiten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Wälzfläche des zweiten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zur Schwinge auf der Gegenwälzfläche des zweiten Lagerauges abwälzt.
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Das zweite Glied des Roboterarms kann eine Schwinge des Roboterarms sein und ein zweites Lagerauge aufweisen, das eine die Wälzfläche tragende zweite Zylinderinnenwand aufweist, wobei das zweite Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung einen zweiten Lagerzapfen aufweist, der eine die Gegenwälzfläche tragende zweite Zylinderaußenwand aufweist, und wobei der zweite Lagerzapfen in dem zweiten Lagerauge derart gelagert ist, dass die Gegenwälzfläche des zweiten Lagerzapfens bei einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils relativ zur Schwinge auf der Wälzfläche des zweiten Lagerauges abwälzt.
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In allen Ausführungsvarianten kann jede Paarung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche bzw. jede Paarung von Lagerzapfen und Lagerauge eine axiale Führung oder einen axialen Anschlag aufweisen, wodurch sichergestellt werden kann, dass eine unerwünschte gegenseitige, axiale Verschiebung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche bzw. von Lagerzapfen und Lagerauge verhindert ist. Demgemäß kann die axiale Führung oder der axiale Anschlag ausgebildet sein, eine unerwünschte gegenseitige, axiale Verschiebung von Lagerzapfen und Lagerauge zu verhindern.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder auch in anderen Kombinationen der Merkmale betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Roboterarms, der eine zwischen einem Karussell und einer Schwinge des Roboterarms angeordnete Gewichtsausgleichsvorrichtung aufweist,
- 2 eine perspektivische Teilansicht eines Roboterarms in einer vergrößerten Ansicht einer erfindungsgemäßen Gewichtsausgleichsvorrichtung, in einer Gelenkstellung des Roboterarms, bei der die Schwinge mit ihrer Längserstreckung, wie in 1 ersichtlich, vertikal ausgerichtet angeordnet ist,
- 3 eine Schnittansicht auf eine beispielhafte Art einer Paarung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche, am Beispiel des Karussells als erstes Glied des Roboterarms und der Schwinge als zweites Glied des Roboterarms, wobei das erste Glied einen Lagerzapfen und das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung ein Lagerauge aufweist, dargestellt in einer Schwenkstellung des Wälzpaares, die der vertikalen Lage der Schwinge gemäß 1 und 2 entspricht,
- 4 eine perspektivische Teilansicht des Roboterarms gemäß 2 in einer vergrößerten Ansicht einer erfindungsgemäßen Gewichtsausgleichsvorrichtung, in einer Gelenkstellung des Roboterarms, bei der die Schwinge mit ihrer Längserstreckung um eine um 90 Grad gegenüber der vertikalen Ausrichtung der Schwinge geschwenkten Schwenkstellung angeordnet ist, und
- 5 eine Schnittansicht auf die Paarung von Wälzfläche und Gegenwälzfläche am Beispiel des Karussells als erstes Glied des Roboterarms und der Schwinge als zweites Glied des Roboterarms, wobei das erste Glied den Lagerzapfen und das erste Vorrichtungsbauteil der Gewichtsausgleichsvorrichtung das Lagerauge aufweist, in der gemäß 4 um die um 90 Grad gegenüber der vertikalen Ausrichtung der Schwinge geschwenkte Schwenkstellung des Wälzpaares.
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Die 1 zeigt einen Roboterarm 1 mit einer Gewichtsausgleichsvorrichtung 2. Der Roboterarm 1 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke J1 bis J6 drehbar miteinander verbundene Glieder L1 bis L7.
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Eine Robotersteuerung 10 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke J1 bis J6 des Roboterarms 1 gemäß des Roboterprogramms vollautomatisiert oder in einem Handfahrbetrieb durch manuelle Fahrbefehlseingaben an einem Handbediengeräts durch eine Person kommandiert, automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Robotersteuerung 10 mit ansteuerbaren elektrischen Motoren M verbunden, die ausgebildet sind, die Gelenke J1 bis J6 des Roboterarms 1 zu verstellen.
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Bei den Gliedern L1 bis L7 handelt es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eines Industrieroboters um ein Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell 4. Weitere Glieder des Roboterarms 1 sind eine Schwinge 5, ein Armausleger 6 und eine vorzugsweise mehrachsige Roboterhand 7 mit einer als Werkzeugflansch 8 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen beispielsweise eines Roboterwerkzeugs oder Robotergreifers. Die Schwinge 5 ist am unteren Ende, d.h. an dem Gelenk J2 der Schwinge 5 auf dem Karussell 4 um eine vorzugsweise horizontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert.
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Am oberen Ende der Schwinge 5 ist an dem Gelenk J3 der Schwinge 5 wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 6 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6. Die Gelenke J1 bis J6 sind durch jeweils einen der elektrischen Motoren M über die Robotersteuerung 10 programmgesteuert antreibbar. Generell kann dazu zwischen jedem der Glieder L1 bis L7 und dem jeweils zugeordneten elektrischen Motoren M auch ein nicht näher dargestelltes Getriebe vorgesehen sein.
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Der Roboterarm 1 weist demgemäß mehrere Glieder L1 bis L7 und die Glieder L1 bis L7 gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke J1 bis J6 auf. Der Roboterarm 1 weist außerdem wenigstens eine Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 auf.
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Wie in 2 und 4 näher dargestellt ist, weist die Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 ein erstes Vorrichtungsbauteil 2.1 mit einem ersten Anschlusselement 11 auf, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des erstes Vorrichtungsbauteils 2.1 der Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 an ein erstes Glied G1 des Roboterarms 1, das im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von dem Karussell 4 gebildet wird.
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Die Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 weist außerdem ein relativ zum ersten Vorrichtungsbauteil 2.1 verstellbar gelagertes zweites Vorrichtungsbauteil 2.2 mit einem zweiten Anschlusselement 12 auf, das ausgebildet ist zur schwenkbaren Anbindung des zweiten Vorrichtungsbauteils 2.2 der Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 an ein zweites Glied G2 des Roboterarms 1, das im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von der Schwinge 5 gebildet wird.
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Bei der Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 weist erfindungsgemäß wenigstens eines von erstem Glied G1 und zweitem Glied G2 eine Wälzfläche WF auf, wenigstens eines von erstem Vorrichtungsbauteil 2.1 und zweitem Vorrichtungsbauteil 2.2 weist eine Gegenwälzfläche GF zur Wälzfläche WF auf, derart, dass je nachdem, bezüglich einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils 2.1 relativ zum ersten Glied G1 die Wälzfläche WF des ersten Glieds G1 und die Gegenwälzfläche GF des ersten Vorrichtungsbauteils 2.1 unmittelbar aufeinander abwälzen, oder bezüglich einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils 2.2 relativ zum zweiten Glied G2 die Wälzfläche WF des zweiten Glieds G2 und die Gegenwälzfläche GF des zweiten Vorrichtungsbauteils 2.2 unmittelbar aufeinander abwälzen.
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Dies ist in 3 dargestellt und zwar beispielhaft anhand des als Karussell 4 ausgebildeten ersten Glieds G1 und des als Schwinge 5 ausgebildeten zweiten Glieds G2.
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Im Falle des in 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das erste Glied G1 des Roboterarms 1, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Karussell 4 einen ersten Lagerzapfen 13 auf, der eine die Wälzfläche WF tragende erste Zylinderaußenwand 13.1 aufweist. Das erste Vorrichtungsbauteil 2.1 der Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 weist dabei ein erstes Lagerauge 14 auf, das eine die Gegenwälzfläche GF tragende erste Zylinderinnenwand 14.1 aufweist. Dabei ist der erste Lagerzapfen 13 in dem ersten Lagerauge 14 derart gelagert, dass die Wälzfläche WF des ersten Lagerzapfens 13 bei einer Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsbauteils 2.1 relativ zum ersten Glied G1 auf der Gegenwälzfläche GF des ersten Lagerauges 14 abwälzt.
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Im selben Sinne kann das zweite Glied G2 des Roboterarms 2, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels Schwinge 5 einen zweiten Lagerzapfen 15 aufweisen, der eine die Wälzfläche WF tragende zweite Zylinderaußenwand 15.2 aufweist und das zweite Vorrichtungsbauteil 2.2 der Gewichtsausgleichsvorrichtung 2 kann ein zweites Lagerauge 16 aufweisen, das eine die Gegenwälzfläche GF tragende zweite Zylinderinnenwand 16.2 aufweist. Dabei ist der zweite Lagerzapfen 15 in dem zweiten Lagerauge 16 derart gelagert, dass die Wälzfläche WF des zweiten Lagerzapfens 15 bei einer Schwenkbewegung des zweiten Vorrichtungsbauteils 2.2 relativ zum zweiten Glied G2 auf der Gegenwälzfläche GF des zweiten Lagerauges 16 abwälzt.
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Die Wälzfläche WF und die Gegenwälzfläche GF bilden eine Wälzpaarung, die linienberührend aufeinander abwälzen.
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Die Wälzfläche WF und die Gegenwälzfläche GF werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels als eine Paarung von einem Lagerzapfen 13, 15 und einem Lagerauge 14, 16 gebildet, bei der eine Zylinderaußenwand 13.1, 15.2 des Lagerzapfens 13, 15 auf einer Zylinderinnenwand 14.1, 16.2 des Lagerauges 14, 16 abwälzt, wie dies insbesondere in 3 und 5 zu sehen ist.
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Dabei sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Wälzfläche WF und die Gegenwälzfläche GF als ineinandergreifende Verzahnungsprofile ausgebildet. Die ineinandergreifenden Verzahnungsprofile von Wälzfläche WF und Gegenwälzfläche GF bilden in diesem beispielshaften Fall eine Evolventenverzahnung. Die Wälzfläche WF und die Gegenwälzfläche GF sind damit als eine zumindest im Wesentlichen schlupffreie Wälzpaarung ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2301727 B1 [0002, 0013]
