DE102017211642A1

DE102017211642A1 - Delta-Roboter

Info

Publication number: DE102017211642A1
Application number: DE102017211642.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Handfest; Jorge Torres; Tobias Weiser
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-10
Also published as: WO2019008023A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Delta-Roboter (1), aufweisend eine Roboterbasis (2), einen im Raum positionierbaren Endeffektor-Träger (3) und drei den Endeffektor-Träger (3) mit der Roboterbasis (2) verbindende Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3), die ausgebildet sind, den Endeffektor-Träger (3) unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum relativ zur Roboterbasis (2) verstellbar zu verbinden, wobei jede Parallelogramm-Gelenksanordnung (4.1, 4.2, 4.3) mittels eines Motors angetrieben verstellbar ist, um den Endeffektor-Träger automatisch zu bewegen, und die Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) Stäbe (5) aufweisen, die mittels Kugelgelenken (6), die jeweils einen Kugelkopf (6a) und eine Kugelpfanne (6b) umfassen, in die Gelenksstruktur des Delta-Roboters (1) integriert sind, und wobei wenigstens eines der Kugelgelenke (6) eine materialhomogene Kugelpfanne (6b) aufweist, deren Kugelpfannenoberfläche mit einer Kugelkopfoberfläche des Kugelkopfs (6a) die Gleitpaarung des Kugelgelenks (6) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Delta-Roboter, aufweisend eine Roboterbasis, einen im Raum positionierbaren Endeffektor-Träger und drei den Endeffektor-Träger mit der Roboterbasis verbindende Parallelogramm-Gelenksanordnungen, die ausgebildet sind, den Endeffektor-Träger unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum relativ zur Roboterbasis verstellbar zu verbinden, wobei jede Parallelogramm-Gelenksanordnung mittels eines Motors angetrieben verstellbar ist, um den Endeffektor-Träger automatisch zu bewegen, und die Parallelogramm-Gelenksanordnungen Stäbe aufweisen, die mittels Kugelgelenken, die jeweils einen Kugelkopf und eine Kugelpfanne umfassen, in die Gelenksstruktur des Delta-Roboters integriert sind.
Aus der DE 699 30 009 T2 ist eine Robotervorrichtung bekannt, die mindestens eine Verbindungsvorrichtung beinhaltet, in der Zugstangen in einem Mehrfachgelenksystem angeordnet sind, wobei die Gelenke dreiachsige Kugelgelenke enthalten, die eine Gelenkpfanne umfassen, die eine Kugel mit einem Raum umschließt, der die Hälfte einer Kugel oder weniger umfasst, wobei ein Lagerungsmittel so befestigt ist, dass es in einem Gehäuse in der Gelenkpfanne eines Gelenks nicht rotiert, und wobei das Gehäuse eine Oberfläche beinhaltet, gegen welche das Lagerungsmittel anliegt, und dass die Oberfläche mit reibungserhöhenden Mitteln versehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Delta-Roboter zu schaffen, dessen bewegte Massen reduziert sind und der insbesondere auch hygienetechnische Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Delta-Roboter, aufweisend eine Roboterbasis, einen im Raum positionierbaren Endeffektor-Träger und drei den Endeffektor-Träger mit der Roboterbasis verbindende Parallelogramm-Gelenksanordnungen, die ausgebildet sind, den Endeffektor-Träger unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum relativ zur Roboterbasis verstellbar zu verbinden, wobei jede Parallelogramm-Gelenksanordnung mittels eines Motors angetrieben verstellbar ist, um den Endeffektor-Träger automatisch zu bewegen, und die Parallelogramm-Gelenksanordnungen Stäbe aufweisen, die mittels Kugelgelenken, die jeweils einen Kugelkopf und eine Kugelpfanne umfassen, in die Gelenksstruktur des Delta-Roboters integriert sind, und wobei wenigstens eines der Kugelgelenke eine materialhomogene Kugelpfanne aufweist, deren Kugelpfannenoberfläche mit einer Kugelkopfoberfläche des Kugelkopfs die Gleitpaarung des Kugelgelenks bildet.
Im Rahmen der Erfindung kann der Motor insbesondere von einem elektrischen Motor gebildet werden oder von einem elektrischen Antrieb gebildet werden, der einen elektrischen Motor und wenigstens ein Getriebe umfasst. Jeder Motor, insbesondere auch nicht-elektrische Motoren können im Rahmen der Erfindung eine Antriebseinheit aus Motor und Getriebe bilden.
Jede Parallelogramm-Gelenksanordnung kann einen an der Roboterbasis schwenkbar gelagerten Hebel aufweisen, der mittels jeweils einem Motor automatisch um eine Schwenkachse geschwenkt werden kann. An einem distalen Ende des Hebels sind zwei voneinander beabstandete Lager angeordnet, an denen jeweils ein Parallelogrammstab mit seinem jeweiligen proximalen Endabschnitt gelenkig gelagert ist. Die beiden Parallelogrammstäbe erstrecken sich stets parallel zueinander und sind mittels ihrer distalen Endabschnitte an zwei voneinander beabstandeten Lagern an den Endeffektor-Träger gekoppelt und zwar derart, dass der Endeffektor-Träger aufgrund seiner Ankoppelung an die Roboterbasis über die drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen nur in den drei Raumrichtungen umpositionierbar, d.h. verschiebbar bzw. verstellbar ist und dabei seine drei Orientierungen im Raum jedoch stets beibehält. Im Falle einer plattenförmigen Roboterbasis und einem plattenförmigen Endeffektor-Träger bewegt sich der Endeffektor-Träger zur Roboterbasis stets parallel ausgerichtet im Raum. Dazu können insbesondere drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen vorgesehen sein, die an der Roboterbasis jeweils um 120 Winkelgrad versetzt zueinander angeordnet sind. Insoweit sind die drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen bzw. die an der Roboterbasis gelagerten Hebel jeweils um eine Schwenkachse mittels jeweils einem Motor automatisch schwenkbar gelagert, welche Schwenkachse um jeweils 120 Winkelgrad zur Schwenkachse der benachbarten Parallelogramm-Gelenksanordnung oder des benachbarten Hebels ausgerichtet ist. Entsprechende Parallelogramm-Gelenksanordnungen und insbesondere ein entsprechender beispielhafter Delta-Roboter ist bspw. in EP 0 250 470 B1 offenbart. Eines, mehrere oder alle Gelenke welche die Stäbe der Parallelogramm-Gelenksanordnungen ankoppeln, können als Kugelgelenke ausgebildet sein. Insbesondere kann wenigstens eines, mehrere oder alle Gelenke, welche die Stäbe der Parallelogramm-Gelenksanordnungen ankoppeln, als erfindungsgemäße Kugelgelenke ausgebildet sein, wie nach einem oder mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Kugelgelenken.
Der Delta-Roboter kann im Falle eines konkreten Ausführungsbeispiels eine Roboterbasis aufweisen, die eine Grundplatte umfasst, auf der drei um 120 Winkelgrad gleichmäßig über einen Umfang verteilt und versetzt zueinander angeordnete Drehlager angeordnet sind, die jeweils eine Drehachse aufweisen, die sich insbesondere horizontal erstreckt. An jedem dieser Drehlager ist ein Hebel schwenkbar gelagert. Der Hebel kann angetrieben durch jeweils einen zugeordneten, insbesondere elektrischen Motor auf und ab geschwenkt werden. Der jeweilige proximale Endabschnitt jeden Hebels ist insoweit um die Drehachse des jeweiligen Drehlagers schwenkbar an der Grundplatte gelagert. An jeweils einem distalen Endabschnitt des jeweiligen Hebels sind zwei Kugelköpfe in einem festen Abstand voneinander angeordnet. An jedem Kugelkopf ist ein Stab der jeweiligen Parallelogramm-Gelenksanordnung gelagert. Dazu weist jeder Stab einen proximalen Stabendabschnitt auf, der eine Kugelpfanne aufweist, die zusammen mit dem jeweils zugeordneten Kugelkopf des Hebels ein Kugelgelenk bildet. Jedes dieser Kugelgelenke kann als ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk ausgebildet sein. An seinem distalen Stabendabschnitt weist jeder Stab der jeweiligen Parallelogramm-Gelenksanordnung eine weitere Kugelpfanne auf. In diesen weiteren Kugelpfannen sind weitere Kugelköpfe gelagert, die ihrerseits fest mit dem Endeffektor-Träger verbunden sind. Jeweils zwei zueinander zugeordnete Kugelköpfe des Endeffektor-Trägers sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet, um eine Parallelität der beiden Stäbe jeweils einer Parallelogramm-Gelenksanordnung zu gewährleisten.
Indem wenigstens eines der Kugelgelenke eine materialhomogene Kugelpfanne aufweist, deren Kugelpfannenoberfläche mit einer Kugelkopfoberfläche des Kugelkopfs die Gleitpaarung des Kugelgelenks bildet, kann auf separate Lagereinsätze an der Kugelpfanne verzichtet werden, wodurch insbesondere das Gewicht des Kugelgelenks reduziert werden kann, wodurch die Teileanzahl reduziert wird und wodurch aufgrund des Wegfalls eines separaten Lagereinsatz, der andernfalls durch den separaten Lagereinsatz bedingte Spalt zwischen dem separaten Lagereinsatz und eines Kugelpfannenträgers wegfällt, und damit sich dort keine Keime und kein Schmutz festsetzen kann. Insbesondere wenn die Kugelpfanne oder der Kugelkopf, oder das gesamte Kugelgelenk aus Kunststoff oder Keramik hergestellt ist, kann eine deutliche Gewichtseinsparung gegenüber üblichen Metallwerkstoffen erreicht werden.
Wenn die Kugelpfanne keinen separaten Lagereinsatz aufweist, dann kann die Kugelpfanne, insbesondere der Gelenksanschlusskörper der Kugelpfanne deutlich schlanker, d.h. kleiner dimensioniert hergestellt werden. Eine deutlich schlanker, d.h. kleiner dimensioniert hergestellte Kugelpfanne kann die Baugröße des betreffenden Kugelgelenks verkleinern und in Folge das Gewicht der bewegten Massen verkleinern und ggf. auch den Arbeitsraum des Delta-Roboters vergrößern.
Unter einer materialhomogenen Kugelpfanne wird verstanden, dass die Kugelpfanne als ein Körper hergestellt ist, der aus einem einheitlichen Material besteht. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Kugelpfanne im Hinblick auf sein Material nicht unterscheidet in ein erstes Material für einen Grundkörper der Kugelpfanne und einem anderen, zweiten Material für die Gleitoberfläche der Kugelpfanne, auf welcher der Kugelkopf des Kugelgelenks gleitet. Anders ausgedrückt ist die Kugelpfanne einteilig ausgebildet, derart, dass eine Gleitoberfläche der Kugelpfanne unmittelbar durch das Material des Kugelpfannenkörpers gebildet wird. Demgemäß weist die erfindungsgemäße Kugelpfanne keinen separaten Lagereinsatz auf. Eine aufgrund der Materialhomogenität erforderliche Gleichheit der physikalischen Eigenschaften betrifft erfindungsgemäß demnach nur die Gleichheit der Werkstoffart, nicht jedoch eine eventuelle Gleichheit anderer physikalischer Größen, wie beispielsweise das Gefüge des (selben) Werkstoffs, deren Dicht oder Härte. Diese beispielhaften Eigenschaften können sich durchaus unterscheiden, die Werkstoffart ist jedoch die gleiche.
Die materialhomogene Kugelpfanne kann von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper gebildet werden, der eine Oberfläche mit einem konkaven Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Der konkave Kugelkalotten-Oberflächenbereich kann von einer geschlossenen Fläche gebildet werden, die der inneren Oberfläche eines Kugelschalenabschnitts entspricht. Alternativ kann der konkave Kugelkalotten-Oberflächenbereich von einer ringförmigen Fläche gebildet werden, die der inneren Oberfläche eines Kugelschalenzwischenausschnitts entspricht.
Die materialhomogene Kugelpfanne kann von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper gebildet werden, der einen Anschlussabschnitt aufweist, der zur Befestigung eines Stabes der Parallelogramm-Gelenksanordnungen ausgebildet ist.
Die Kugelpfanne weist demgemäß einen Grundkörper auf, der an einer Oberflächenseite die materialhomogene Kugelpfanne aufweist und der an einer anderen Seite einen angeformten Anschlussabschnitt aufweist.
Der Anschlussabschnitt des ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers kann von einer Gewindebohrung gebildet werden, in die ein Außengewindeabschnitt eines der Stäbe der Parallelogramm-Gelenksanordnungen eingeschraubt ist. In einer solchen Ausführungsform sind die zu den materialhomogenen Kugelpfannen korrespondierenden Kugelköpfe der Kugelgelenke an dem Endeffektor-Träger oder an den Hebeln angeordnet. Die Kugelköpfe können dazu Außengewindeansätze oder Außengewindebolzen aufweisen, durch welche die Kugelköpfe an den Endeffektor-Träger oder an die Hebel geschraubt sind.
Alternativ kann der Anschlussabschnitt des ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers von einem Außengewindeabschnitt gebildet werden, das in eine Gewindebohrung eines der Stäbe der Parallelogramm-Gelenksanordnungen eingeschraubt ist. In einer solchen Ausführungsform sind die zu den materialhomogenen Kugelpfannen korrespondierenden Kugelköpfe der Kugelgelenke an dem Endeffektor-Träger oder an den Hebeln angeordnet. Die Kugelköpfe können dazu Außengewindeansätze oder Außengewindebolzen aufweisen, durch welche die Kugelköpfe an den Endeffektor-Träger oder an die Hebel geschraubt sind.
Die materialhomogene Kugelpfanne und/oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper können aus einem Keramik-Werkstoff bestehen.
Die materialhomogene Kugelpfanne und/oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper können aus einem Polymer-Werkstoff bestehen. Der Polymer-Werkstoff kann ein Homopolymer, ein Copolymer oder ein Polymerblend sein. Der Polymer-Werkstoff kann ein Kunststoff sein. Der Polymer-Werkstoff bzw. der Kunststoff kann Lebensmittel tauglich ausgebildet sein.
Die materialhomogene Kugelpfanne und/oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper aus einem Polymer-Werkstoff können mit einem Kugelkopf aus korrosionsfestem Stahl, insbesondere V2A, X90 oder hartverchromtem Stahl oder hartanodisiertem Aluminium zu einem jeweiligen Kugelgelenk kombiniert sein.
Die materialhomogene Kugelpfanne oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper kann aus einem metallisierten Polymer-Werkstoff bestehen. Dies kann insbesondere in der Verwendung des Delta-Roboters in der Nahrungsmittelindustrie vorteilhaft sein, um beispielsweise zur Gewährleistung der Produktsicherheit Abrieb und/oder Beschädigungen der Kugelgelenke des Delta-Roboters in den Produkten durch Metallsensoren ausfindig machen zu können.
Das Kugelgelenk kann einen materialhomogenen Kugelkopf aufweisen, dessen Kugelkopfoberfläche mit der Kugelpfannenoberfläche der Kugelpfanne die Gleitpaarung des Kugelgelenks bildet.
Unter einem materialhomogenen Kugelkopf wird verstanden, dass der Kugelkopf als ein Körper hergestellt ist, der aus einem einheitlichen Material besteht. Dies bedeutet insbesondere, dass sich der Kugelkopf im Hinblick auf sein Material nicht unterscheidet in ein erstes Material für einen Grundkörper des Kugelkopfes und einem anderen, zweiten Material für die Gleitoberfläche des Kugelkopfes, auf welcher die Kugelpfanne des Kugelgelenks gleitet. Anders ausgedrückt ist der Kugelkopf einteilig ausgebildet, derart, dass eine Gleitoberfläche des Kugelkopfes unmittelbar durch das Material des Kugelkopfkörpers gebildet wird. Demgemäß weist der erfindungsgemäße Kugelkopf keine separate Lagerschale auf. Eine aufgrund der Materialhomogenität erforderliche Gleichheit der physikalischen Eigenschaften betrifft erfindungsgemäß demnach nur die Gleichheit der Werkstoffart, nicht jedoch eine eventuelle Gleichheit anderer physikalischer Größen, wie beispielsweise das Gefüge des (selben) Werkstoffs, deren Dicht oder Härte. Diese beispielhaften Eigenschaften können sich durchaus unterscheiden, die Werkstoffart ist jedoch die gleiche.
Wenn der Kugelkopf keine separate Lagerschale aufweist, dann kann der Kugelkopf, insbesondere der Gelenksanschlusskörper des Kugelkopfes deutlich schlanker, d.h. kleiner dimensioniert hergestellt werden. Ein deutlich schlanker, d.h. kleiner dimensioniert hergestellter Kugelkopf kann die Baugröße des betreffenden Kugelgelenks verkleinern und in Folge das Gewicht der bewegten Massen verkleinern und ggf. auch den Arbeitsraum des Delta-Roboters vergrößern.
Der materialhomogene Kugelkopf kann von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper gebildet werden, der eine Oberfläche mit einem konvexen Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Der materialhomogene Kugelkopf kann von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper gebildet werden, der einen Anschlussabschnitt aufweist, der zur Befestigung des Kugelkopfes an dem Endeffektor-Träger oder einem Hebel der Parallelogramm-Gelenksanordnungen ausgebildet ist.
Der Anschlussabschnitt des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers kann von einer Gewindebohrung gebildet werden, in die ein Außengewindeabschnitt des Endeffektor-Trägers oder eines der Hebel der Parallelogramm-Gelenksanordnungen eingeschraubt ist. In einer solchen Ausführungsform sind die zu den materialhomogenen Kugelköpfen korrespondierenden Kugelpfannen der Kugelgelenke an dem Endeffektor-Träger oder an den Hebeln angeordnet. Die Kugelpfannen können dazu Außengewindeansätze oder Außengewindebolzen aufweisen, durch welche die Kugelpfannen an den Endeffektor-Träger oder an die Hebel geschraubt sind.
Alternativ kann der Anschlussabschnitt des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers von einem Außengewindeabschnitt gebildet werden, das in eine Gewindebohrung des Endeffektor-Trägers oder einem der Hebel der Parallelogramm-Gelenksanordnungen eingeschraubt ist. In einer solchen Ausführungsform sind die zu den materialhomogenen Kugelköpfen korrespondierenden Kugelpfannen der Kugelgelenke an dem Endeffektor-Träger oder an den Hebeln angeordnet. Die Kugelpfannen können dazu Außengewindeansätze oder Außengewindebolzen aufweisen, durch welche die Kugelpfannen an den Endeffektor-Träger oder an die Hebel geschraubt sind.
Der materialhomogene Kugelkopf und/oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper können aus einem Keramik-Werkstoff bestehen.
Der materialhomogene Kugelkopf und/oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper können aus einem Polymer-Werkstoff bestehen. Der Polymer-Werkstoff kann ein Homopolymer, ein Copolymer oder ein Polymerblend sein. Der Polymer-Werkstoff kann ein Kunststoff sein. Der Polymer-Werkstoff bzw. der Kunststoff kann Lebensmittel tauglich ausgebildet sein.
Der materialhomogene Kugelkopf und/oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper aus einem Polymer-Werkstoff können mit einer Kugelpfanne aus korrosionsfestem Stahl, insbesondere V2A, X90 oder hartverchromtem Stahl oder hartanodisiertem Aluminium zu einem jeweiligen Kugelgelenk kombiniert sein.
Der materialhomogene Kugelkopf oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper kann aus einem metallisierten Polymer-Werkstoff bestehen. Dies kann insbesondere in der Verwendung des Delta-Roboters in der Nahrungsmittelindustrie vorteilhaft sein, um beispielsweise zur Gewährleistung der Produktsicherheit Abrieb und/oder Beschädigungen der Kugelgelenke des Delta-Roboters in den Produkten durch Metallsensoren ausfindig machen zu können.
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.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Delta-Roboters,
2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks mit einem Kugelkopf und einer Kugelpfanne in einer ersten Ausführungsvariante, und
3 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks mit einem Kugelkopf und einer Kugelpfanne in einer zweiten Ausführungsvariante.

Die 1 zeigt einen Delta-Roboter 1, aufweisend eine Roboterbasis 2, einen im Raum positionierbaren Endeffektor-Träger 3 und drei den Endeffektor-Träger 3 mit der Roboterbasis 1 verbindende Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3, die ausgebildet sind, den Endeffektor-Träger 3 unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum relativ zur Roboterbasis 1 verstellbar zu verbinden, wobei jede Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 mittels eines Motors M1, M2, M3 angetrieben verstellbar ist, um den Endeffektor-Träger 3 automatisch zu bewegen, und die Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 Stäbe 5 aufweisen, die mittels Kugelgelenken 6, die jeweils einen Kugelkopf 6a und eine Kugelpfanne 6b umfassen (2 und 3), in die Gelenksstruktur des Delta-Roboters 1 integriert sind.
Jede Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 kann demgemäß einen an der Roboterbasis 2 schwenkbar gelagerten Hebel 7 aufweisen, der mittels jeweils einem Motor M1, M2, M3 automatisch um eine Schwenkachse geschwenkt werden kann. An einem distalen Ende des jeweiligen Hebels 7 sind zwei voneinander beabstandete Lager angeordnet, an denen jeweils ein Parallelogrammstab 5a mit seinem jeweiligen proximalen Endabschnitt gelenkig gelagert ist. Die jeweils zwei Parallelogrammstäbe 5a erstrecken sich stets parallel zueinander und sind mittels ihrer distalen Endabschnitte an zwei voneinander beabstandeten Lagern an den Endeffektor-Träger 3 gekoppelt und zwar derart, dass der Endeffektor-Träger 3 aufgrund seiner Ankoppelung an die Roboterbasis 2 über die drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 nur in den drei Raumrichtungen umpositionierbar, d.h. verschiebbar bzw. verstellbar ist und dabei seine drei Orientierungen im Raum jedoch stets beibehält. Im Falle einer plattenförmigen Roboterbasis 2 und einem plattenförmigen Endeffektor-Träger 3 bewegt sich der Endeffektor-Träger 3 zur Roboterbasis 2 stets parallel ausgerichtet im Raum. Dazu können insbesondere drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 vorgesehen sein, die an der Roboterbasis 2 jeweils um 120 Winkelgrad versetzt zueinander angeordnet sind. Insoweit sind die drei Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 bzw. die an der Roboterbasis 2 gelagerten Hebel 7 jeweils um eine Schwenkachse mittels jeweils einem Motor M1, M2, M3 automatisch schwenkbar gelagert, welche Schwenkachse um jeweils 120 Winkelgrad zur Schwenkachse der benachbarten Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 oder des benachbarten Hebels 7 ausgerichtet ist.
Der Delta-Roboter 1 weist im Falle eines vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Roboterbasis 2 auf, die eine Grundplatte 2a umfasst, auf der drei um 120 Winkelgrad gleichmäßig über einen Umfang verteilt und versetzt zueinander angeordnete Drehlager 8 angeordnet sind, die jeweils eine Drehachse aufweisen, die sich insbesondere horizontal erstreckt. An jedem dieser Drehlager 8 ist ein Hebel 7 schwenkbar gelagert. Der jeweilige Hebel 7 kann angetrieben durch jeweils einen zugeordneten, insbesondere elektrischen Motor M1, M2, M3 auf und ab geschwenkt werden. Der jeweilige proximale Endabschnitt jeden Hebels 7 ist insoweit um die Drehachse des jeweiligen Drehlagers 8 schwenkbar an der Grundplatte 2a gelagert. An jeweils einem distalen Endabschnitt des jeweiligen Hebels 7 sind zwei Kugelköpfe 6a in einem festen Abstand voneinander angeordnet. An jedem Kugelkopf 6a ist ein Stab 5 der jeweiligen Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 gelagert. Dazu weist jeder Stab 5 einen proximalen Stabendabschnitt auf, der eine Kugelpfanne 6b aufweist, die zusammen mit dem jeweils zugeordneten Kugelkopf 6a des Hebels 7 ein Kugelgelenk 6 bildet. Jedes dieser Kugelgelenke 6 kann als ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk 6 ausgebildet sein. An seinem distalen Stabendabschnitt weist jeder Stab 5 der jeweiligen Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 eine weitere Kugelpfanne 6b auf. In diesen weiteren Kugelpfannen 6b, die erfindungsgemäß ausgebildet sein können, sind weitere Kugelköpfe 6a gelagert, die ihrerseits fest mit dem Endeffektor-Träger 3 verbunden sind. Jeweils zwei zueinander zugeordnete Kugelköpfe 6a des Endeffektor-Trägers 3 sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet, um eine Parallelität der beiden Stäbe 5 jeweils einer Parallelogramm-Gelenksanordnung 4.1, 4.2, 4.3 zu gewährleisten.
Das Kugelgelenk 6 gemäß 2 und 3 weist eine materialhomogene Kugelpfanne 6b auf, deren Kugelpfannenoberfläche mit einer Kugelkopfoberfläche des Kugelkopfs 6a die Gleitpaarung des Kugelgelenks 6 bildet.
Die materialhomogene Kugelpfanne 6b wird von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper 6.1 gebildet wird, der eine Oberfläche mit einem konkaven Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Die materialhomogene Kugelpfanne 6b wird von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper 6.1 gebildet, der einen Anschlussabschnitt 6.2 aufweist, der zur Befestigung eines Stabes 5 der Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 ausgebildet ist.
Der Anschlussabschnitt 6.2 des ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers 6.1 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einer Bohrung gebildet, in die ein Endabschnitt eines der Stäbe 5 der Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 eingefügt ist.
Das Kugelgelenk 6 weist einen materialhomogenen Kugelkopf 6a auf, dessen Kugelkopfoberfläche mit der Kugelpfannenoberfläche der Kugelpfanne 6b die Gleitpaarung des Kugelgelenks 6 bildet.
Der materialhomogene Kugelkopf 6a wird von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper 6.3 gebildet, der eine Oberfläche mit einem konvexen Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Der materialhomogene Kugelkopf 6a wird dabei von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper 6.3 gebildet, der einen Anschlussabschnitt 6.4 aufweist, der zur Befestigung des Kugelkopfes 6a an dem Endeffektor-Träger 3 oder einem der Hebel 7 ausgebildet ist.
Der Anschlussabschnitt 6.4 des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers 6.3 kann, wie im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 3 dargestellt ist, von einer Gewindebohrung gebildet werden, in die ein Außengewindeabschnitt des Endeffektor-Trägers 3 oder eines der Hebel 7der Parallelogramm-Gelenksanordnungen 4.1, 4.2, 4.3 eingeschraubt ist. Der Außengewindeabschnitt kann dabei, wie in 2 dargestellt, an einem einteilig mit dem Anschlussabschnitt 6.4 ausgebildeten Fortsatz des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers 6.3 vorgesehen sein. Alternativ kann der Außengewindeabschnitt dabei, wie in 3 dargestellt, an einem separaten Außengewindebolzen vorgesehen sein, der in eine Innengewindebohrung des Anschlussabschnitts 6.4 des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers 6.3 eingeschraubt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69930009 T2 [0002]
EP 0250470 B1 [0006]

Claims

Delta-Roboter, aufweisend eine Roboterbasis (2), einen im Raum positionierbaren Endeffektor-Träger (3) und drei den Endeffektor-Träger (3) mit der Roboterbasis (2) verbindende Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3), die ausgebildet sind, den Endeffektor-Träger (3) unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum relativ zur Roboterbasis (2) verstellbar zu verbinden, wobei jede Parallelogramm-Gelenksanordnung (4.1, 4.2, 4.3) mittels eines Motors angetrieben verstellbar ist, um den Endeffektor-Träger automatisch zu bewegen, und die Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) Stäbe (5) aufweisen, die mittels Kugelgelenken (6), die jeweils einen Kugelkopf (6a) und eine Kugelpfanne (6b) umfassen, in die Gelenksstruktur des Delta-Roboters (1) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Kugelgelenke (6) eine materialhomogene Kugelpfanne (6b) aufweist, deren Kugelpfannenoberfläche mit einer Kugelkopfoberfläche des Kugelkopfs (6a) die Gleitpaarung des Kugelgelenks (6) bildet.
Delta-Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die materialhomogene Kugelpfanne (6b) von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper (6.1) gebildet wird, der eine Oberfläche mit einem konkaven Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Delta-Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die materialhomogene Kugelpfanne (6b) von einem ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper (6.1) gebildet wird, der einen Anschlussabschnitt (6.2) aufweist, der zur Befestigung eines Stabes (5) der Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) ausgebildet ist.
Delta-Roboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt (6.2) des ersten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers (6.1) von einer Bohrung gebildet wird, in die ein Endabschnitt eines der Stäbe (5) der Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) eingefügt ist.
Delta-Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die materialhomogene Kugelpfanne (6b) oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.1) aus einem Keramik-Werkstoff besteht.
Delta-Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die materialhomogene Kugelpfanne (6b) oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.1) aus einem Polymer-Werkstoff besteht.
Delta-Roboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die materialhomogene Kugelpfanne (6b) oder der erste materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.1) aus einem metallisierten Polymer-Werkstoff besteht.
Delta-Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (6) einen materialhomogenen Kugelkopf (6a) aufweist, dessen Kugelkopfoberfläche mit der Kugelpfannenoberfläche der Kugelpfanne (6b) die Gleitpaarung des Kugelgelenks (6) bildet.
Delta-Roboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der materialhomogene Kugelkopf (6a) von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper (6.3) gebildet wird, der eine Oberfläche mit einem konvexen Kugelkalotten-Oberflächenbereich aufweist.
Delta-Roboter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der materialhomogene Kugelkopf (6a) von einem zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörper (6.3) gebildet wird, der einen Anschlussabschnitt (6.4) aufweist, der zur Befestigung des Kugelkopfes (6a) an dem Endeffektor-Träger (3) oder einem Hebel (4) der Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) ausgebildet ist.
Delta-Roboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt (6.4) des zweiten materialhomogenen Gelenksanschlusskörpers (6.3) von einer Gewindebohrung gebildet wird, in die ein Außengewindeabschnitt des Endeffektor-Trägers (3) oder eines der Hebel (7) der Parallelogramm-Gelenksanordnungen (4.1, 4.2, 4.3) eingeschraubt ist.
Delta-Roboter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der materialhomogene Kugelkopf (6a) oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.3) aus einem Keramik-Werkstoff besteht.
Delta-Roboter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der materialhomogene Kugelkopf (6a) oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.3) aus einem Polymer-Werkstoff besteht.
Delta-Roboter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der materialhomogene Kugelkopf (6a) oder der zweite materialhomogene Gelenksanschlusskörper (6.3) aus einem metallisierten Polymer-Werkstoff besteht.