DE102017215942A1

DE102017215942A1 - Roboter vom SCARA-Typ

Info

Publication number: DE102017215942A1
Application number: DE102017215942.1A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Keusch; Hans-Jörg Hopfengart; Thomas Waibel; Leif Pudewills
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Es wird ein Roboter vom SCARA-Typ vorgeschlagen, der über einen Sockel (2) und einen bezüglich des Sockels (2) um eine Arm-Drehachse (5) verschwenkbaren Gelenkarm (4) verfügt, der von der Arm-Drehachse (5) radial wegragt. Der Gelenkarm ist durch ein oder mehrere Armgelenke (12) in mehrere Armglieder (8) untergliedert, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Armglieder (8) um eine Armglied-Drehachse (13) relativ zueinander verschwenkbar sind, die parallel bezüglich der Arm-Drehachse (5) ausgerichtet ist. Am äußeren Armglied (8, 8b) des Gelenkarms (4) ist ein Kopfstück (16) des Gelenkarms (4) verschwenkbar gelagert, an dem sich eine zur Befestigung eines Endeffektors (24) ausgebildete Montageschnittstelle (23) befindet. Die Kopfstück-Drehachse (17) verläuft quer und insbesondere rechtwinkelig zur Arm-Drehachse (5) und zu jeder Armglied-Drehachse (13), so dass sich besonders variable Bewegungs- und Positioniermöglichkeiten für den Endeffektor (24) ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter vom SCARA-Typ, mit einem Sockel, mit einem an dem Sockel über eine Arm-Drehlagereinrichtung um eine Arm-Drehachse verschwenkbar gelagerten Gelenkarm, der radial von der Arm-Drehachse wegragt und in seiner Längsrichtung durch mindestens ein Armgelenk in mehrere Armglieder unterteilt ist, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Armglieder um eine durch das zwischen ihnen befindliche Armgelenk definierte und zu der Arm-Drehachse parallele Armglied-Drehachse relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei an einem dem Sockel abgewandten äußeren Endabschnitt des Gelenkarms eine Montageschnittstelle für einen Endeffektor angeordnet ist, und mit Antriebsmittel zur Erzeugung von relativen Schwenkbewegungen zwischen den durch die Arm-Drehlagereinrichtung und jedes Armgelenk schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten.
Ein derart ausgebildeter, aus der DE 10 2014 103 937 A1 bekannter SCARA-Roboter hat als Basis einen zur ortsfesten Fixierung dienenden Sockel und darüber hinaus einen an dem Sockel um eine Arm-Drehachse verschwenkbar gelagerten Gelenkarm. Der Gelenkarm steht von der Arm-Drehachse radial ab und ist in seiner Längsrichtung in zwei Armglieder unterteilt, die um eine von einem sie verbindenden Armgelenk definierte Armglied-Drehachse relativ zueinander verschwenkbar sind. In der bei SCARA-Robotern üblichen Weise verlaufen die Armglied-Drehachse und die Arm-Drehachse parallel zueinander und sind in der Gebrauchsstellung des Roboters in der Regel vertikal ausgerichtet. Das bezüglich des Sockels distale äußere Armglied des Gelenkarms weist eine zur Anbringung eines Endeffektors ausgebildete Montageschnittstelle auf, die bei dem bekannten SCARA-Roboter an einer Abtriebswelle angeordnet ist, deren Längsachse parallel zu der Armglied-Drehachse und zu der Arm-Drehachse verläuft und die mittels zugeordneter Motoren um ihre Längsachse verdrehbar und in ihrer Längsrichtung verschiebbar ist. Antriebsmittel in Form von den einzelnen Drehachsen zugeordneten Rotationsmotoren ermöglichen kontrollierte Schwenkbewegungen zwischen den einzelnen schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten. Die Bezeichnung SCARA ist eine Abkürzung für den Begriff „Selective Compliant Assembly Robot Arm“ ist.
Ein aus der DE 20 2013 003 594 U1 bekannter Industrieroboter ist ebenfalls vom sogenannten SCARA-Typ. Auch in diesem bekannten Fall ist ein mehrgliedriger Gelenkarm verschwenkbar an einem Sockel gelagert, wobei die Drehachsen für die einzelnen Schwenkbewegungen parallel zueinander und insbesondere vertikal ausgerichtet sind. Ein zwei Armglieder des Gelenkarms schwenkbeweglich miteinander verbindendes Armgelenk ist von einer Antriebseinheit definiert, die ein Schneckengetriebe und einen elektrischen Antriebsmotor umfasst.
Aus der EP 1 525 957 ist ebenfalls ein Roboter vom SCARA-Typ bekannt, bei dem die Drehachsen für alle schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten parallel zueinander und insbesondere vertikal ausgerichtet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Variabilität der Einsatzmöglichkeiten eines Roboters vom SCARA-Typ zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass sich die Montageschnittstelle für den Endeffektor an einem Kopfstück des Gelenkarms befindet, das über ein Kopfstückgelenk um eine zu der Arm-Drehachse und zu jeder Armglied-Drehachse quer verlaufende Kopfstück-Drehachse verschwenkbar an dem bezüglich des Sockels distalen äußeren Armglied des Gelenkarms angeordnet ist und das durch die Antriebsmittel relativ zu dem äußeren Armglied um die Kopfstück-Drehachse verschwenkbar ist.
Auf diese Weise verfügt der erfindungsgemäße Roboter über die typischen Schwenkbeweglichkeiten eines SCARA-Roboters hinaus über eine weitere Schwenkmöglichkeit für die mit einem Endeffektor bestückbare Montageschnittstelle um eine Drehachse, die quer und bevorzugt rechtwinkelig zu den von der Arm-Drehlagereinrichtung und dem mindestens einen Armgelenk definierten Drehachsen ausgerichtet ist. Diese als Kopfstück-Drehachse bezeichnete Drehachse ist durch ein Kopfstückgelenk definiert, über das an dem bezüglich des Sockels distalen äußeren Armglied des Gelenkarms ein zusätzliches Kopfstück angebracht ist, das mit der Montageschnittstelle für mindestens einen Endeffektor ausgestattet ist. Die Montageschnittstelle und der bei der Nutzung des Roboters daran fixierte Endeffektor können folglich zum einen in der bei SCARA-Robotern üblichen Weise zweidimensional in einer zu der Arm-Drehachse rechtwinkeligen Haupt-Arbeitsebene bewegt und positioniert werden und können darüber hinaus zusätzlich um eine Drehachse, die Kopfstück-Drehachse, verschwenkt werden, die keine Parallelität zu der Arm-Drehachse und der mindestens einen Armglied-Drehachse aufweist. Beim Verschwenken des Kopfstückes um die Kopfstück-Drehachse werden die Montageschnittstelle und der daran fixierte Endeffektor in einer Unter-Arbeitsebene verschwenkt, die winkelig zu der Haupt-Arbeitsebene ausgerichtet ist, so dass sie abhängig von der gewählten Ausrichtung der Kopfstück-Drehachse beispielsweise im rechten Winkel oder in einem davon abweichenden Winkel geneigt zu der Haupt-Arbeitsebene verläuft. Da der Roboter über Antriebsmittel verfügt, die in der Lage sind, relative Schwenkbewegungen zwischen den durch die Arm-Drehlagereinrichtung, jedes Armgelenk und das Kopfstückgelenk schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten hervorzurufen, besteht hinsichtlich der Positioniermöglichkeiten für einen an der Montageschnittstelle des Kopfstückes montierten Endeffektor eine sehr hohe Variabilität, die ein breites Anwendungsfeld für den erfindungsgemäßen Roboter eröffnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
In einer als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsform verläuft die Kopfstück-Drehachse rechtwinkelig zu der Arm-Drehachse und zu jeder Armglied-Drehachse. Beim Verschwenken des Kopfstückes bezüglich des äußeren Armgliedes des Gelenkarms wird somit die Montageschnittstelle für den Endeffektor in einer Unter-Arbeitsebene verschwenkt, die senkrecht zu einer zur Arm-Drehachse und jeder Armglied-Drehachse rechtwinkeligen Haupt-Arbeitsebene ausgerichtet ist. Es versteht sich, dass sämtliche Schwenkbewegungen durch die Antriebsmittel in beliebiger aufeinander abgestimmter Weise sowohl einzeln als auch beliebig überlagert hervorrufbar sind.
Die Kopfstück-Drehachse kann bezüglich der Arm-Drehachse und jeder Armglied-Drehachse auch derart quer verlaufen, dass der zwischen den Drehachsen eingeschlossene Winkel ungleich 90 Grad ist. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn an einem Objekt Bürstarbeiten mittels eines als Bürste ausgebildeten Endeffektors auszuführen sind.
Grundsätzlich kann der Endeffektor von beliebiger Art sein. Es kann sich bei dem Endeffektor beispielsweise um eine Greifvorrichtung oder um eine Schweißvorrichtung handeln.
Bevorzugt ist das Kopfstückgelenk so ausgebildet, dass die Kopfstück-Drehachse die Armglied-Drehachse des zwischen dem äußeren Armglied und dem sich daran anschließenden Armglied befindlichen Armgelenkes schneidet. Die daraus resultierende Kinematik lässt sich steuerungstechnisch sehr einfach beherrschen. Es besteht allerdings durchaus die Möglichkeit, eine dahingehende Ausrichtung der Kopfstück-Drehachse zu wählen, dass sich die vorgenannte Armglied-Drehachse nicht schneidet.
Bei einer möglichen Ausgestaltung des Roboters umfasst der Gelenkarm genau zwei schwenkbeweglich miteinander verbundene Armglieder. Eine weiter verbesserte Variabilität bei der Reichweite und/oder Positionierbarkeit des Endeffektors lässt sich mit mehr als zwei Armgliedern erzielen, wobei sich als besonders vorteilhaft eine Ausgestaltung des Gelenkarmes mit drei Armgliedern und zwei diese drei Armglieder paarweise schwenkbeweglich miteinander verbindenden Armgelenken empfiehlt.
Der Gelenkarm kann einen dahingehenden Aufbau haben, dass seine Armglieder gemeinsam in einer zu der Arm-Drehachse rechtwinkeligen Ebene liegen. Zur Ermöglichung besonders großer Schwenkwinkel zwischen den gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern ist es allerdings vorteilhaft, wenn in der Längsrichtung des Gelenkarmes aufeinanderfolgende Armglieder in der Achsrichtung der Armgelenk-Drehachsen versetzt zueinander angeordnet sind. Enthält der Gelenkarm mindestens drei Armglieder, ist die Anordnung insbesondere so getroffen, dass ein zwischen zwei weiteren Armgliedern angeordnetes Armglied bezüglich den beiden ihm benachbarten Armgliedern in der Achsrichtung der Armgelenk-Drehachsen versetzt angeordnet ist, wobei die zu diesem versetzt angeordneten Armglied benachbarten Armglieder in einer gemeinsamen, zu der Arm-Drehachse rechtwinkeligen Ebene liegen. Das versetzt angeordnete Armglied überlappt die beiden ihm benachbarten Armglieder jeweils in der Längsrichtung des Gelenkarmes. Aufgrund der in der Achsrichtung der Armgelenk-Drehachsen vorhandenen Versatzes zwischen aneinander angelenkten Armgliedern kann eine gegenseitige Behinderung beim Verschwenken vermieden werden, was die Möglichkeit zu einem sehr starken Abknicken des Gelenkarmes im Bereich der Armgelenke bietet.
Vorzugsweise ermöglicht der erfindungsgemäße Roboter zusätzlich zu den schon erwähnten Bewegungsmöglichkeiten ein lineares Verfahren der mit einem Endeffektor bestückten oder bestückbaren Montageschnittstelle in der Achsrichtung der Arm-Drehachse. Ist der Roboter mit vertikaler Arm-Drehachse aufgestellt, kann somit die Montageschnittstelle einschließlich des daran fixierten Endeffektors insbesondere unabhängig von den geschilderten Schwenkmöglichkeiten vertikal verfahren und positioniert werden. Besonders vorteilhaft lässt sich diese lineare Verfahrbarkeit der Montageschnittstelle dadurch realisieren, dass der Gelenkarm in seiner Gesamtheit in der Achsrichtung der Arm-Drehachse linear verfahrbar ist und durch die entsprechend ausgebildeten Antriebsmittel zu einer linearen Verfahrbewegung in der Achsrichtung der Arm-Drehachse angetrieben werden kann.
Auf diese Weise kann die Montageschnittstelle an dem sie tragenden Kopfstück linear unbeweglich fixiert sein, was ein geringes Gewicht des Kopfstückes ermöglicht.
Der Gelenkarm ist zur Erzeugung seiner linearen Verfahrbewegung zweckmäßigerweise mit seinem bezüglich des Sockels proximalen inneren Armglied an einer Linearantriebseinheit angeordnet, die ihrerseits über die Arm-Drehlagereinrichtung an dem Sockel verschwenkbar gelagert ist. Wird der Gelenkarm unter Vermittlung der Arm-Drehlagereinrichtung bezüglich des Sockels verschwenkt, macht die Linearantriebseinheit diese Schwenkbewegung mit.
Die Linearantriebseinheit enthält zweckmäßigerweise einen elektrisch betätigbaren Linearantrieb, beispielsweise einen Spindelantrieb. Die Linearantriebseinheit ist ferner bevorzugt mit einer Linearführungseinrichtung ausgestattet, die eine exakt lineare Verfahrbewegung des Gelenkarmes gewährleistet und die beispielsweise einen das innere Armglied tragenden Führungsschlitten ausweist, der an mindestens einer Führungsschiene oder Führungsstange der Linearantriebseinheit linear verschiebbar geführt ist.
Die Montageschnittstelle für den Endeffektor befindet sich zweckmäßigerweise zumindest teilweise an einem Abtriebsteil des Kopfstückes, das relativ zu einer über das Kopfstückgelenk mit dem äußeren Armglied schwenkbeweglich verbundenen Basisstruktur des Kopfstückes eine durch die Antriebsmittel hervorrufbare Abtriebsbewegung ausführen kann. Auf diese Weise kann ein Endeffektor nicht nur einheitlich zusammen mit dem Kopfstück bewegt werden, sondern gestattet die Ausführung einer von der Bewegung des Kopfstückes unabhängigen relativen Abtriebsbewegung. Dies bietet beispielsweise die Möglichkeit, den Endeffektor durch Positionierung des Gelenkarmes in eine Arbeitsposition zu verbringen und anschließend zu einer eine Bearbeitungsmaßnahme ausführenden Abtriebsbewegung anzutreiben.
Bei der hervorrufbaren Abtriebsbewegung des Abtriebsteils handelt es sich insbesondere um eine Drehbewegung bezüglich einer als Abtriebs-Drehachse bezeichneten Drehachse. Diese Abtriebs-Drehachse ist zweckmäßigerweise quer und dabei insbesondere rechtwinkelig zu der Kopfstück-Drehachse ausgerichtet. Allerdings kann die Abtriebs-Drehachse durchaus auch eine zu der Kopfstück-Drehachse parallele Ausrichtung haben und dabei sogar mit der Kopfstück-Drehachse zusammenfallen.
Bei einem drehbeweglichen Abtriebsteil kann die zugeordnete Montageschnittstelle einschließlich des daran angebrachten Endeffektors relativ zum Kopfstück rotativ bewegt werden, um beispielsweise eine Greifvorrichtung drehwinkelmäßig zu positionieren oder um ein Bohrwerkzeug zu einer endlosen unidirektionalen Drehbewegung anzutreiben.
Wie schon erwähnt, ist der Roboter mit Antriebsmitteln ausgestattet, um die bereits geschilderten Bewegungen hervorzurufen. Zweckmäßig ist es, wenn die Antriebsmittel über mehrere individuell betriebsmäßig ansteuerbare Antriebseinheiten verfügen, wobei der Arm-Drehlagereinrichtung, jedem Armgelenk und dem Kopfstückgelenk jeweils eine eigene derartige Antriebseinheit zugeordnet ist. Wenn das Kopfstück über ein bewegliches Abtriebsteil verfügt, ist auch diesem zweckmäßigerweise eine der vorgenannten Antriebseinheiten individuell zugeordnet. In Verbindung mit einer zweckmäßigerweise vorhandenen elektronischen Steuereinrichtung des Roboters können die Antriebseinheiten derart unabhängig voneinander betrieben werden, dass die Montageschnittstelle mit vielfältigen Bewegungsmustern verfahrbar und positionierbar ist.
Bei den einzelnen Antriebseinheiten handelt es sich zweckmäßigerweise jeweils um eine Drehantriebseinheit. Jede Antriebseinheit kann zwar prinzipiell von einer mittels Fluidkraft betätigbaren Bauart sein, ist jedoch zweckmäßigerweise von einem elektrisch betätigbaren Typ.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl jedes Armgelenk als auch das Kopfstückgelenk unmittelbar von einer als Drehantriebseinheit ausgebildeten Antriebseinheit der Antriebsmittel gebildet ist. Dies ermöglicht besonders kompakte Abmessungen und eine sehr geringe zu bewegende Masse.
Mindestens eine, und dabei vorzugsweise jede Antriebseinheit ist zweckmäßigerweise mit einer selbsttragenden Motor-Getriebe-Baugruppe versehen, die eine an jeweils einer der beiden relativ zueinander zu verschwenkenden Roboterkomponenten befestigte, einen Elektromotor und ein Getriebe tragende Tragstruktur sowie eine an der jeweils anderen der beiden relativ zueinander zu verschwenkenden Roboterkomponenten befestigte, durch den Elektromotor unter Vermittlung des Getriebes bezüglich der Tragstruktur rotativ antreibbare Abtriebswelle aufweist. Eine solche Antriebseinheit kann beispielsweise als Armgelenk zwischen zwei Armglieder eingegliedert werden, wobei sie mit ihrer Tragstruktur an dem einen der beiden Armglieder starr befestigt ist und an ihrer Abtriebswelle das andere Armglied trägt. Die Längsachse der Abtriebswelle repräsentiert dabei gleichzeitig die Armglied-Drehachse, um die die beiden durch die Antriebseinheit miteinander verbundenen Armglieder relativ zueinander verschwenkbar sind.
Das Getriebe der Antriebseinheit ist zweckmäßigerweise als ein Schneckengetriebe ausgebildet. Schneckengetriebe sind im Allgemeinen stark belastbar und erlauben somit einen verschleißarmen Betrieb des Roboters. Jedes Schneckengetriebe ist bevorzugt spielfrei ausgebildet, wobei es eine mit einem Schneckenrad kämmende Schnecke aufweist, die federbelastet und somit selbstnachstellend mit der Verzahnung des Schneckenrades verspannt ist.
Zumindest diejenigen Antriebseinheiten, die einem Armgelenk und dem Kopfstückgelenk zugeordnet sind, sind untereinander zweckmäßigerweise gleich ausgebildet. Von Vorteil ist es, wenn sämtliche in dem Roboter verbauten Antriebseinheiten untereinander gleich strukturiert sind. Auf diese Weise kann der Roboter unter Verwendung einer großen Anzahl von Gleichteilen sehr kostengünstig realisiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Roboters in einer Seitenansicht,
2 den Roboter aus 1 in einer perspektivischen Darstellung,
3 den Roboter aus 1 und 2 in einem vertikalen Längsschnitt, wobei ein umrahmtes Detail nochmals separat in einer anderen Schnittebene illustriert ist,
4 den Roboter aus 1 bis 3 im abgenommenen Zustand umhüllend wirkender Gehäusekomponenten,
5 eine Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil V aus 1 bis 4 in dem aus 3 ersichtlichen Betriebszustand mit entfernten Gehäusekomponenten, wobei die Längsachse des Gelenkarmes geradlinig ausgerichtet ist, und
6 eine Draufsicht entsprechend der 5 in einem exemplarisch abgewinkelten Zustand des Gelenkarms und der Längsachse dieses Gelenkarms, wobei außerdem das Kopfstück im Vergleich zur 5 in einer anderen Schwenkposition bezüglich der Kopfstück-Drehachse gezeigt ist.

Der beispielhaft abgebildete erfindungsgemäße Roboter 1 verfügt über einen Sockel 2, der mit mindestens einer Befestigungsschnittstelle 3 ausgestattet ist, mit der er am Einsatzort ortsfest fixierbar ist, beispielsweise an einem Gestell oder an einem Fundament. Der Roboter 1 verfügt außerdem über einen Gelenkarm 4, der relativ zu dem Sockel 2 um eine als Arm-Drehachse 5 bezeichnete Drehachse verschwenkbar ist. Der Gelenkarm 4 ragt in radialer Richtung von der Arm-Drehachse 5 weg, wobei er eine sich von der Arm-Drehachse 5 weg erstreckende Längsachse 6 hat, die bei Betrachtung in der Achsrichtung der Arm-Drehachse 5 je nach Betriebszustand des Gelenkarmes 4 eine lineare oder eine einfach oder mehrfach abgewinkelte bzw. abgeknickte Längserstreckung hat.
Die Schwenklagerung des Gelenkarmes 4 bezüglich des Sockels 2 erfolgt über eine die Arm-Drehachse 5 definierende, als Arm-Drehlagereinrichtung 7 bezeichnete Drehlagereinrichtung.
In seiner Längsrichtung, d.h. in der Achsrichtung der Längsachse 6 ist der Gelenkarm 4 in mehrere aufeinanderfolgend angeordnete und verschwenkbar miteinander verbundene Armglieder 8 untergliedert. Die Untergliederung erfolgt durch jeweils ein zur besseren Unterscheidung als Armgelenk 12 bezeichnetes Gelenk. Jedes Armgelenk 12 definiert eine als Armglied-Drehachse 13 bezeichnete Drehachse, um die die beiden durch das betreffende Armgelenk 12 miteinander verbundenen Armglieder 8 relativ zueinander verschwenkbar sind.
Jede Armglied-Drehachse 13 verläuft, wie bei Robotern des SCARA-Typs üblich, parallel und mit Abstand zu der Arm-Drehachse 5.
Die Arm-Drehachse 5 ist zweckmäßigerweise die einzige Drehachse, die durch die Arm-Drehlagereinrichtung 7 definiert wird. Die Armglied-Drehachse 13 ist zweckmäßigerweise die einzige Drehachse, die durch das Armgelenk 12 definiert wird.
Der Gelenkarm 4 hat einen der Arm-Drehachse 5 zugeordneten inneren Endabschnitt 14 und einen diesbezüglich axial entgegengesetzten, frei endenden äußeren Endabschnitt 15. Der innere Endabschnitt 14 ist definiert von einem bezüglich des Sockels 2 proximalen inneren Armglied 8a der mehreren Armglieder 8. Der äußere Endabschnitt 15 ist definiert von einem bezüglich den Armgliedern 8 gesonderten Kopfstück 16 des Gelenkarms 4, das an einem bezüglich des Sockels 2 distalen äußeren Armglied 8b der mehreren Armglieder 8 angeordnet ist.
Das Kopfstück 16 ist an dem äußeren Armgelenk 8b um eine als Kopfstück-Drehachse 17 bezeichnete Drehachse verschwenkbar gelagert, wobei eine Besonderheit darin besteht, dass die Kopfstück-Drehachse 17 eine bezüglich der Arm-Drehachse 5 und jeder Armglied-Drehachse 13 abweichende Ausrichtung hat, indem sie quer zu jeder dieser vorgenannten Drehachsen 5, 13 verläuft. Den erforderlichen Drehfreiheitsgrad liefert ein zwischen dem äußeren Armglied 8b und dem Kopfstück 16 angeordnetes Gelenk, das als Kopfstückgelenk 18 bezeichnet wird.
Die Kopfstück-Drehachse 17 ist zweckmäßigerweise die einzige Drehachse, die durch das Kopfstückgelenk 18 definiert wird.
Der Roboter 1 ist mit geeigneten Antriebsmitteln 22 ausgestattet, um zwischen den im vorstehend erläuterten Sinne schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten 2, 8, 16 jeweils eine relative Schwenkbewegung um die zugeordnete Drehachse 5, 13, 17 hervorzurufen. Die Schwenkbewegung um die Arm-Drehachse 5 sei als Arm-Schwenkbewegung 5a bezeichnet, die Schwenkbewegung um eine Armglied-Drehachse 13 als Armglied-Schwenkbewegung 13a und die Schwenkbewegung um die Kopfstück-Drehachse 17 als Kopfstück-Schwenkbewegung 17a.
Der Roboter 1 ist mit Antriebsmitteln 22 ausgestattet, durch die die vorstehend erwähnten Schwenkbewegungen 5a, 13a, 17a in beliebig aufeinander abgestimmter Weise hervorgerufen werden können. Zum Hervorrufen dieser Schwenkbewegungen 5a, 13a, 17a sind die Antriebsmittel 22 mit einer nicht weiter illustrierten elektronischen Steuereinrichtung verbunden, die in der Lage ist, die erforderlichen, insbesondere elektrischen Antriebsbefehle auszugeben und vorzugsweise auch Positionsrückmeldesignale zu empfangen. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, eine am äußeren Endabschnitt 15 des Gelenkarms 4, und genauer gesagt an dem Kopfstück 16 angeordnete Montageschnittstelle 23 für einen nur schematisch angedeuteten Endeffektor 24 räumlich zu bewegen und zu positionieren. Bei dem Endeffektor 24 handelt es sich um ein beliebiges Arbeitsgerät, beispielsweise um eine Greifvorrichtung, eine Schweißvorrichtung, eine Messvorrichtung oder eine Reinigungsvorrichtung, wobei diese Aufzählung nicht abschließend zu verstehen ist. Der Endeffektor 24 ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Roboters 1.
Die Montageschnittstelle 23 ist vorzugsweise zur lösbaren Bestückung mit einem Endeffektor 24 ausgelegt. Prinzipiell kann ein Endeffektor 24 aber auch unlösbar fest an der Montageschnittstelle 23 angebracht sein.
Durch die Arm-Schwenkbewegung 5a kann die Montageschnittstelle 23 einschließlich des gesamten Gelenkarmes 4 in einer zu der Arm-Drehachse 5 rechtwinkeligen Haupt-Arbeitsebene 20 um die Arm-Drehachse 5 herum verschwenkt werden. Durch Ausführung einer Armglied-Schwenkbewegung 13a lässt sich der Gelenkarm 4 im Bereich des zugeordneten Armgelenks 12 mehr oder weniger stark abknicken, was wiederum in der Haupt-Arbeitsebene 20 ein Annähern oder Entfernen der Montageschnittstelle 23 an die oder von der Arm-Drehachse 5 zur Folge hat. Durch eine Überlagerung dieser Schwenkbewegungen 5a, 13a kann die Montageschnittstelle 23 beliebig zweidimensional in der zur Arm-Drehachse 5 rechtwinkeligen Haupt-Arbeitsebene 20 verlagert und positioniert werden.
Darüber hinaus lässt sich die Montageschnittstelle 23 mittels der Kopfstück-Schwenkbewegung 17a alternativ oder überlagert in einer Unter-Arbeitsebene 21 bewegen und positionieren, die rechtwinkelig zu der Kopfstück-Drehachse 17 ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Montageschnittstelle 23 einschließlich des daran angeordneten Endeffektors 24 äußerst variabel und im Verglich zu einem konventionellen SCARA-Roboter mit einem Plus an Freiheitsgraden positionieren.
In den 4 und 5 verläuft die Haupt-Arbeitsebene 20 parallel zur Zeichenebene, während die Unter-Arbeitsebene 21 dort rechtwinkelig zur Zeichenebene ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist das Kopfstückgelenk 18 so ausgebildet, dass die von ihm definierte Kopfstück-Drehachse 17 rechtwinkelig zu der Arm-Drehachse 5 und auch zu jeder Armglied-Drehachse 13 verläuft. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Folglich erstreckt sich die Kopfstück-Drehachse 17 bevorzugt parallel zu der vorstehend erläuterten Haupt-Arbeitsebene 20.
Abhängig vom spezifischen Anwendungsfall kann das Kopfstückgelenk 18 auch in einer Weise ausgebildet sein, dass die Kopfstück-Drehachse 17 zwar wiederum quer zu der Arm-Drehachse 5 und zu jeder Armglied-Drehachse 13 verläuft, allerdings in einem Winkel, der zu der Haupt-Arbeitsebene 20 unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel geneigt ist.
Gemäß der beim Ausführungsbeispiel realisierten Anordnung, die insbesondere anhand der 4 und 5 gut nachvollziehbar ist, ist das Kopfstückgelenk 18 insbesondere so ausgebildet, dass die Kopfstück-Drehachse 17 die unmittelbar zwischen dem Kopfstück 16 und dem äußeren Armglied 8b wirksame Armglied-Drehachse 13 schneidet. Dadurch spannen diese vorgenannte Armglied-Drehachse 13 und die Kopfstück-Drehachse 17 gemeinsam eine Ebene auf. Eine bezüglich einer solchen Ebene versetzte, insbesondere parallel versetzte Anordnung der Kopfstück-Drehachse 17 kann alternativ ebenfalls verwirklicht sein.
Der Gelenkarm 4 des beispielhaften Roboters 1 hat mehr als zwei Armglieder 8, wobei er bevorzugt genau drei Armglieder 18 aufweist. Im Zusammenhang mit diesen drei Armgliedern 8 verfügt der Gelenkarm 4 über zwei zueinander beabstandete Armgelenke 12, die jeweils zwei in der Längsrichtung des Gelenkarmes 4 aufeinanderfolgende Armglieder 8 schwenkbeweglich miteinander verbinden. Somit verfügt der Gelenkarm 4 exemplarisch zusätzlich zu dem inneren Armglied 8a und dem äußeren Armglied 8b über ein dazwischen eingegliedertes mittleres Armglied 8c, was die Vielfältigkeit der Positioniermöglichkeiten in der Haupt-Arbeitsebene 20 stark erhöht.
Das mittlere Armglied 8c ist zweckmäßigerweise bezüglich sowohl dem inneren Armglied 8a als auch dem äußeren Armglied 8b in der Achsrichtung der zugeordneten Armgelenk-Drehachsen 13 versetzt. Es überlappt sowohl das innere Armglied 8a als auch das äußere Armglied 8b in der Längsrichtung des Gelenkarmes 4, wobei sich die jeweilige Armglied-Drehachse 13 zwischen jeweils einem der beiden Endabschnitte des mittleren Armgliedes 8c und dem jeweils zugeordneten Endabschnitt des inneren und äußeren Armgliedes 8a, 8b erstreckt.
Die Armglieder 8 haben bevorzugt jeweils eine längliche Formgebung.
Vorzugsweise erstrecken sich das innere Armglied 8a und das äußere Armglied 8b in einer gemeinsamen, zu der Haupt-Arbeitsebene 20 parallelen Ebene, wobei sich das mittlere Armglied 8c in einer diesbezüglich parallel versetzten Ebene erstreckt.
Vorzugsweise ist der Roboter 1 so ausgebildet, dass sich für die Montageschnittstelle 23 ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad in der Achsrichtung der Arm-Drehachse 5 ergibt. Dabei sind die Antriebsmittel 22 so ausgebildet, dass sie in der Lage sind, eine durch einen Doppelpfeil angedeutete lineare Verfahrbewegung 25 der Montageschnittstelle 23 in beide axialen Richtungen der Arm-Drehachse 5 hervorzurufen.
Die dies bewirkenden Komponenten der Antriebsmittel 22 sind bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel in das Kopfstück 16 integriert. Als vorteilhafter wird allerdings die illustrierte Ausführungsform angesehen, bei der sich die lineare Verfahrbewegung 25 auf den gesamten Gelenkarm 4 bezieht, der durch entsprechende Betätigung der Antriebsmittel 22 in der Achsrichtung der Arm-Drehachse 5 relativ zu dem Sockel 2 linear hin und her verfahrbar ist. Die für die Erzeugung der linearen Verfahrbewegung 25 verantwortlichen Komponenten der Antriebsmittel 22 sind in diesem Fall insbesondere dem Sockel 2 zugeordnet.
Die Antriebsmittel 22 umfassen zweckmäßigerweise zur Erzeugung der Arm-Schwenkbewegung 5a, jeder Armglied-Schwenkbewegung 13a und der Kopfstück-Schwenkbewegung 17a jeweils eine eigene Antriebseinheit 26. Die Antriebseinheit 26 für die Erzeugung der Arm-Schwenkbewegung 5a ist der Arm-Drehlagereinrichtung 7 zugeordnet. Jede der für die Erzeugung einer Armglied-Schwenkbewegung 13a verantwortlichen Antriebseinheiten 26 ist einem der Armgelenke 12 zugeordnet. Die für die Erzeugung der Kopfstück-Schwenkbewegung 17a verantwortliche Antriebseinheit 26 ist dem Kopfstückgelenk 18 zugeordnet.
Eine weitere individuelle Antriebseinheit 26 ist vorhanden, um die lineare Verfahrbewegung 25 zu erzeugen. All diese Antriebseinheiten 26 sind durch die nicht abgebildete elektronische Steuereinrichtung, die bevorzugt ein Bestandteil des Roboters 1 ist, individuell betriebsmäßig ansteuerbar, um eine gewünschte Bewegung und Positionierung der Montageschnittstelle 23 bzw. des daran angebrachten Endeffektors 24 hervorzurufen.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Montageschnittstelle 23 unbeweglich in das Kopfstück 16 integriert, so dass ihre Bewegung letztlich mit der vom Kopfstück 16 als Ganzes ausgeführten Bewegung übereinstimmt.
Entsprechend des Ausführungsbeispiels ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Montageschnittstelle 23 an einem Abtriebsteil 27 des Kopfstückes 16 angeordnet ist, das relativ zu einer Basisstruktur 28 des Kopfstückes 16 eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Abtriebsbewegung 27a ausführen kann, wobei die durch ein Armgelenk 12 realisierte Gelenkverbindung zu dem benachbarten äußeren Armglied 8b über die Basisstruktur 28 stattfindet. Letztlich ist also die Basisstruktur 28 des Kopfstücks 16 über ein Armgelenk 12 mit dem äußeren Armglied 8b schwenkbeweglich verbunden, wobei das Abtriebsteil 27 relativ zu der Basisstruktur 28 des Kopfstückes 16 die Abtriebsbewegung 27a ausführen kann.
Die Antriebsmittel 22 sind in der Lage, die Abtriebsbewegung 27a des Abtriebsteils 27 hervorzurufen. Bevorzugt ist das Kopfstück 16 ebenfalls mit einer individuellen Antriebseinheit 26 der Antriebsmittel 22 ausgestattet, um die Abtriebsbewegung 27a zu erzeugen.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist nur ein Teil der Montageschnittstelle 23 an dem Abtriebsteil 27 angeordnet. Ein anderer Teil der Montageschnittstelle 23 ist dabei unbeweglich an der Basisstruktur 28 angebracht. In diesem Fall kann der bewegliche Teil der Montageschnittstelle 23 über die Antriebsmittel 22 relativ zu dem feststehenden Teil der Montageschnittstelle 23 bewegt werden. Eine solche Lösung bietet sich beispielsweise dann an, wenn ein beweglicher Teil eines Endeffektors 24 an dem Abtriebsteil 27 angeordnet ist und zur Stabilisierung über den unbeweglichen Teil der Montageschnittstelle 23 abgestützt wird.
Bevorzugt ist das Kopfstück 16 so ausgebildet, dass es sich bei der Abtriebsbewegung 27a um eine Drehbewegung handelt. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Das Abtriebsteil 27 ist hier bezüglich der Basisstruktur 28 um eine Abtriebs-Drehachse 32 verschwenkbar, wobei das Abtriebsteil 27 beispielsweise von einer Abtriebswelle gebildet ist, deren Längsachse mit der Abtriebs-Drehachse 32 zusammenfällt. Die Abtriebswelle ist beispielsweise eine Hohlwelle.
Gemäß der Illustration kann die Montageschnittstelle 23 direkt an einer Abtriebswelle des Abtriebsteils 27 angeordnet sein. Alternativ kann die Montageschnittstelle 23 beispielsweise auch als ein Befestigungsflansch ausgebildet sein, der ein Bestandteil des Abtriebsteils 27 ist.
Die Abtriebs-Drehachse 32 verläuft vorzugsweise rechtwinkelig zu der Kopfstück-Drehachse 17. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Abtriebs-Drehachse 32 ebenfalls mit Querverlauf bezüglich der Kopfstück-Drehachse 17 ausgerichtet und dabei um einen von einem rechten Winkel abweichenden Winkel bezüglich der Kopfstück-Drehachse 17 geneigt.
Abgesehen von der optional vorhandenen, zur Erzeugung der linearen Verfahrbewegung 25 dienenden Antriebseinheit 26 und der ebenfalls optionalen Antriebseinheit 26 für die Abtriebsbewegung 27a des Abtriebsteils 27, sind die Antriebseinheiten 26 als Drehantriebseinheiten 26a ausgebildet. Allerdings ist es vorteilhaft, wenn auch die zur Erzeugung der linearen Verfahrbewegung 25 dienende Antriebseinheit 26 und/oder die zur Erzeugung der Abtriebsbewegung 27a dienende Antriebseinheit 26 eine Drehantriebseinheit 26a ist, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.
Bei dem beispielsgemäßen Roboter 1 resultieren besonders kompakte Abmessungen unter anderem daraus, dass jedes Armgelenk 12 und das Kopfstückgelenk 18 jeweils unmittelbar von einer der Drehantriebseinheiten 26a gebildet sind. Somit ist die Antriebsfunktion und die Gelenkfunktion platzsparend in die Drehantriebseinheit 26a integriert.
Wie das Kopfstück 16 enthält zweckmäßigerweise auch jedes Armglied 8 eine in sich starre Basisstruktur 28. Jede Drehantriebseinheit 26a hat eine starre Tragstruktur 33, die einen Elektromotor 34 trägt, und eine durch den Elektromotor 34 rotativ antreibbare, bezüglich der Tragstruktur 33 drehbare Abtriebswelle 35. Jede Drehantriebseinheit 26a ist mit ihrer Tragstruktur 33 an der Basisstruktur 28 des jeweils einen der schwenkbeweglich miteinander zu verbindenden Armglieder 8 angebracht und mit der Abtriebswelle 35 am jeweils anderen der beiden schwenkbeweglich zu verbindenden Armglieder 8. Die Abtriebswelle 35 definiert dabei mit ihrer Längsachse die Armglied-Drehachse 13 bzw. die Kopfstück-Drehachse 17.
Die Tragstruktur 33 der Drehantriebseinheit 25a kann unmittelbar von einer der Basisstrukturen 28 gebildet sein. Eine diesbezüglich gesonderte Ausführungsform hat allerdings den Vorteil, dass jede Drehantriebseinheit 26a unabhängig von den Basisstrukturen 28 hergestellt und montiert werden kann, was den Herstellungs- und Montageprozess vereinfacht.
Die Abtriebswelle 35 kann direkt getriebelos mit der Antriebswelle des Elektromotors 34 verbunden sein. Als vorteilhafter wird es jedoch angesehen, wenn die Drehantriebseinheit 26a ein zwischen den Elektromotor 34 und die Abtriebswelle 35 eingegliedertes Getriebe 36 aufweist, mit dem sich eine Übersetzung verwirklichen lässt, beispielsweise um ein erhöhtes Ausgangsdrehmoment zu erzeugen.
Exemplarisch enthalten die Drehantriebseinheiten 26a jedes Armgelenks 12 und des Kopfstückgelenks 18 ein solches Getriebe 36, wobei der Elektromotor 34, das Getriebe 36 und die Abtriebswelle 35 zusammen mit der Tragstruktur 33 bevorzugt zu einer selbsttragenden Motor-Getriebe-Baugruppe zusammengefasst sind, die sich bequem an den Basisstrukturen 28 der schwenkbeweglich miteinander zu verbindenden Roboterkomponenten 8, 16 anbringen lässt.
Bevorzugt ist das Getriebe 36 als Schneckengetriebe ausgebildet, das ein mit der Abtriebswelle 35 verbundenes Schneckenrad und eine mit dem Schneckenrad kämmende, durch den Elektromotor 34 angetriebene Schnecke aufweist. Eine solche Getriebeausgestaltung ist besonders robust. Bevorzugt handelt es sich um ein spielfreies Schneckengetriebe, bei dem die Schnecke durch eine Vorspanneinrichtung federelastisch selbstnachstellend mit der Verzahnung des Schneckenrades verspannt ist.
Vorzugsweise und entsprechend des Ausführungsbeispiels ist auch die in das Kopfstück 16 integrierte, für den Rotationsantrieb des Abtriebsteils 27 bzw. der daran angeordneten Montagestelle 23 vorgesehene Drehantriebseinheit 26a in der Weise ausgebildet wie vorstehend im Zusammenhang mit den Drehantriebseinheiten 26a der Armgelenke 12 und des Kopfstückgelenkes 18 geschildert.
In gleicher Weise ist zweckmäßigerweise auch die für die Erzeugung der Arm-Schwenkbewegung 5a verantwortliche Drehantriebseinheit 26a ausgebildet. Somit werden für alle zu erzeugenden Schwenkbewegungen 5a, 13a, 17a untereinander gleich ausgebildete Antriebseinheiten 26 bzw. Drehantriebseinheiten 26a eingesetzt, was eine kostengünstige Herstellung des Roboters 1 ermöglicht.
Zur Erzeugung der linearen Verfahrbewegung 25 des Gelenkarms 4 ist der Roboter 1 zweckmäßigerweise mit einer elektromotorisch angetriebenen Linearantriebseinheit 38 ausgestattet. Diese Linearantriebseinheit 38 ist zwischen das innere Armglied 8a und den Sockel 2 eingegliedert. Die Linearantriebseinheit 38 hat einen starren Grundkörper 42, der zweckmäßigerweise mittels einer Wälzlagereinrichtung 43 um die Arm-Drehachse 5 verdrehbar an dem Sockel 2 gelagert ist. Die zur Erzeugung der Arm-Schwenkbewegung 5a dienende Drehantriebseinheit 26a ist an dem Grundkörper 42 befestigt und treibt mit ihrer Abtriebswelle 35 ein Ritzel 44 an, das mit einer ortsfest an dem Sockel 2 angeordneten, sich koaxial um die Arm-Drehachse 5 herum erstreckenden Gegenverzahnung 45 kämmt, die unverdrehbar an dem Sockel 2 befestigt ist. Bei Betätigung der Drehantriebseinheit 26a rotiert das Ritzel 44 und läuft der Gegenverzahnung 45 entlang, wobei der die Drehantriebseinheit 26a tragende Grundkörper 42 mitgenommen wird und zu einer Drehbewegung um die Arm-Drehachse 5 angetrieben wird. Die Gegenverzahnung 45 ist beispielsweise Bestandteil einer in ihrer Längsrichtung gekrümmten Zahnstange oder eines flexiblen Zahnriemens, der nach Art einer Omega-Struktur mit dem Ritzel 44 in Eingriff steht.
Zu der Linearantriebseinheit 38 gehört ein zu einer linearen Abtriebsbewegung 47 in der Achsrichtung der Arm-Drehachse 5 antriebbarer Antriebsschlitten 46, an dem das innere Armglied 8a angebracht ist, insbesondere die Basisstruktur 28 des inneren Armgliedes 8a. Der Antriebsschlitten 46 kann auch ein unmittelbarer Bestandteil des inneren Armgliedes 8a bzw. dessen Basisstruktur 28 sein.
Zu der Linearantriebseinheit 38 gehört außerdem eine Linearführungseinrichtung 48, an der der Antriebsschlitten 46 zur Ausführung der Abtriebsbewegung 47 linear verschiebbar geführt ist und die beispielsweise aus einer oder mehreren Führungsstangen oder aus einer Führungsschieneneinrichtung besteht.
Die Linearantriebseinheit 38 enthält des Weiteren ein mit dem Antriebsschlitten 46 in Antriebsverbindung stehendes Antriebselement 52, das durch die zugeordnete Antriebseinheit 26 antreibbar ist. Exemplarisch handelt es sich bei dem Antriebselement 52 um eine Gewindespindel, die durch die als Drehantriebseinheit 26a ausgebildete Antriebseinheit 26 rotativ antreibbar ist und mit dem Antriebsschlitten 46 in Gewindeeingriff steht. Eine durch die Drehantriebseinheit 26a hervorgerufene Rotationsbewegung des Antriebselements 52 ruft unmittelbar die Abtriebsbewegung 47 hervor, mit der direkt die lineare Verfahrbewegung 25 des inneren Armgliedes 8a und mithin des gesamten Gelenkarmes 4 einhergeht.
Eine Betätigung der der Arm-Drehlagereinrichtung 7 zugeordneten Drehantriebseinheit 26a bewirkt ein Verdrehen der Linearantriebseinheit 38 einschließlich des über den Antriebsschlitten 46 drehfest daran angeordneten inneren Armgliedes 8a um die Arm-Drehachse 5. Ersichtlich macht also die Linearantriebseinheit 38 beim Ausführungsbeispiel die Arm-Schwenkbewegung 5a mit.
Der Roboter 1 ist zweckmäßigerweise mit einem mehrteiligen Gehäuse 53 ausgestattet, durch das die äußere Formgebung des Roboters 1 vorgegeben ist. Das Gehäuse 53 hat mehrere Gehäusekomponenten 53a, durch die die bisher beschriebenen funktionellen Roboterkomponenten umhüllt sind.
Beispielsweise hat jedes Armglied 8 ebenso wie das Kopfstück 16 eine Gehäusekomponente 53a, die die zugeordnete Basisstruktur 28 sowie die daran angeordnete Motor-Getriebe-Baugruppe 37 umhüllt. Auch der Sockel 2 ist von einer solchen Gehäusekomponente 53a umhüllt, die zweckmäßigerweise an dem Grundkörper 42 der Linearantriebseinheit 28 angeordnet ist, so dass nicht nur der Sockel 2 zur Umgebung hin abgeschirmt ist, sondern auch die Linearantriebseinheit 38 als solches.
Die dem Sockel 2 zugeordnete Gehäusekomponente 53a hat zweckmäßigerweise einen sich in der Achsrichtung der Arm-Drehachse 5 erstreckenden Durchgriffsschlitz 54, durch den das innere Armglied 8a hindurchragt und der bevorzugt durch eine ein Eindringen von Verunreinigungen verhindernde flexible Bandstruktur 55 in einer Weise verschlossen ist, dass die lineare Verfahrbewegung 25 nicht behindert ist.
Während die dem Sockel 2 zugeordnete Gehäusekomponente 53a insbesondere haubenförmig ausgebildet ist, sind die den Armgliedern 8 und dem Kopfstück 16 zugeordneten Gehäusekomponenten 53a bevorzugt mehrteilig schalenförmig ausgebildet und enthalten jeweils zwei von entgegengesetzten Seiten her an die zugeordnete Basisstruktur 28 angesetzte Gehäuseschalen.
Das Gehäuse 53 erlaubt eine von außen her zumindest weitestgehend unsichtbare Verlegung von elektrischen Kabeln 56, die ausgehend vom Sockel 2 zu den einzelnen Antriebseinheiten 26 verlegt sind, um diesen die erforderlichen elektrischen Betätigungssignale zuzuführen und um Positionssignale an die elektronische Steuereinrichtung zurückzuführen, die von den Antriebseinheiten 26 erzeugt werden.
Der Endeffektor 24 kann von einem in sich statischen Typ sein oder kann von einer Art sein, die für ihren Betrieb mit Energie zu versorgen ist, beispielsweise elektrische Energie oder fluidische Energie. Letzteres beispielsweise bei einer Ausgestaltung als Greifvorrichtung oder Schweißvorrichtung. Auch diese Energieübertragung kann über Leitungen erfolgen, die innerhalb des Gehäuses 53 verlegt sind.
In einer bevorzugten Nutzungssituation ist der Roboter 1 mit seinem Sockel 2 so installiert, dass die Arm-Drehachse 5 und jede Armgelenk-Drehachse 13 vertikal verläuft. Über das verschwenkbar am äußeren Armglied 8b montierte Kopfstück 16 erhält die Montageschnittstelle 23 bzw. der Endeffektor 24 mit der Kopfstück-Drehachse 17 eine zusätzliche horizontale Achse, was die Flexibilität der Nutzungsmöglichkeiten beträchtlich erweitert.
Während die Arm-Schwenkbewegung 5a und die Armglied-Schwenkbewegungen 13a bevorzugt ebenso auf maximal 360 Grad oder etwas weniger beschränkt sind wie die Kopfstück-Schwenkbewegung 17a, ist die Rotationsmöglichkeit für die Montageschnittstelle 23 des Endeffektors 24 bevorzugt nicht beschränkt, so dass die Möglichkeit gegeben ist, einen angebrachten Endeffektor 24 um die Abtriebs-Drehachse 32 unendlich zu verdrehen und beispielsweise für Schraubanwendungen oder für Bohranwendungen zu nutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014103937 A1 [0002]
DE 202013003594 U1 [0003]
EP 1525957 [0004]

Claims

Roboter vom SCARA-Typ, mit einem Sockel (2), mit einem an dem Sockel (2) über eine Arm-Drehlagereinrichtung (7) um eine Arm-Drehachse (5) verschwenkbar gelagerten Gelenkarm (4), der radial von der Arm-Drehachse (5) wegragt und in seiner Längsrichtung durch mindestens ein Armgelenk (12) in mehrere Armglieder (8) untergliedert ist, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Armglieder (8) um eine durch das zwischen ihnen befindliche Armgelenk (12) definierte und zu der Arm-Drehachse (5) parallele Armglied-Drehachse (13) relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei an einem dem Sockel (2) abgewandten äußeren Endabschnitt (15) des Gelenkarms (4) eine Montageschnittstelle (23) für einen Endeffektor (24) angeordnet ist, und mit Antriebsmitteln (22) zur Erzeugung von relativen Schwenkbewegungen (5a, 13a) zwischen den durch die Arm-Drehlagereinrichtung (7) und jedes Armgelenk (12) schwenkbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten (2, 8), dadurch gekennzeichnet, dass sich die Montageschnittstelle (23) für den Endeffektor (24) an einem Kopfstück (16) des Gelenkarms (4) befindet, das über ein Kopfstückgelenk (18) um eine zu der Arm-Drehachse (5) und zu jeder Armglied-Drehachse (13) quer verlaufende Kopfstück-Drehachse (17) verschwenkbar an dem bezüglich des Sockels (2) distalen äußeren Armglied (8, 8b) des Gelenkarms (4) angeordnet ist und das durch die Antriebsmittel (22) relativ zu dem äußeren Armglied (8b) um die Kopfstück-Drehachse (17) verschwenkbar ist.
Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstück-Drehachse (17) rechtwinkelig zu der Arm-Drehachse (5) und zu jeder Armglied-Drehachse (13) verläuft.
Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstück-Drehachse (17) die Armglied-Drehachse (13) des zwischen dem äußeren Armglied (8, 8b) und dem sich daran anschließenden Armglied (8, 8c) befindlichen Armgelenkes (12) schneidet.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm (4) mindestens drei und zweckmäßigerweise genau drei zwischen den Sockel (2) und das Kopfstück (16) eingegliederte Armglieder (8) aufweist.
Roboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zwischen zwei weiteren Armgliedern (8, 8a, 8b) angeordnetes Armglied (8, 8c) bezüglich den beiden weiteren Armgliedern (8, 8a, 8b) in der Achsrichtung der Armgelenk-Drehachsen (13) versetzt zueinander angeordnet ist und die beiden weiteren Armglieder (8, 8a, 8b) jeweils in der Längsrichtung des Gelenkarmes (4) überlappt, wobei sich die beiden weiteren Armglieder (8, 8a, 8b) zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen, zu der Arm-Drehachse (5) rechtwinkeligen Ebene erstrecken.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm (4) in seiner Gesamtheit in der Achsrichtung der Arm-Drehachse (5) relativ zu dem Sockel (2) linear verfahrbar und durch die Antriebsmittel (22) zu einer linearen Verfahrbewegung (25) in der Achsrichtung der Arm-Drehachse (5) antreibbar ist.
Roboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm (4) zur Erzeugung seiner linearen Verfahrbewegung (25) mit seinem bezüglich des Sockels (2) proximalen inneren Armglied (8, 8a) an einer Linearantriebseinheit (38) angeordnet ist, die ihrerseits über die Arm-Drehlagereinrichtung (7) an dem Sockel (2) drehbar gelagert ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageschnittstelle (23) zumindest teilweise an einem Abtriebsteil (27) des Kopfstückes (16) angeordnet ist, das relativ zu einer über das Kopfstückgelenk (18) mit dem äußeren Armglied (8, 8b) schwenkbeweglich verbundenen Basisstruktur (28) des Kopfstückes (16) eine durch die Antriebsmittel (22) hervorrufbare Abtriebsbewegung (27a) ausführen kann.
Roboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsbewegung (27a) des Abtriebsteils (27) eine Drehbewegung um eine Abtriebs-Drehachse (32) ist, wobei die Abtriebs-Drehachse (32) zweckmäßigerweise quer und dabei insbesondere rechtwinkelig zu der Kopfstück-Drehachse (17) ausgerichtet ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm-Drehlagereinrichtung (7), jedem Armgelenk (12) und dem Kopfstückgelenk (18) jeweils eine eigene, individuell betriebsmäßig ansteuerbare Antriebseinheit (26) der Antriebsmittel (22) zugeordnet ist, so dass unabhängig voneinander relative Schwenkbewegungen (5a, 13a, 17a) der jeweils drehbeweglich miteinander verbundenen Roboterkomponenten (2, 8, 16) hervorrufbar sind.
Roboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Armgelenk (12) und das Kopfstückgelenk (18) jeweils unmittelbar von einer als Drehantriebseinheit (26a) ausgebildeten Antriebseinheit (26) der Antriebsmittel (22) gebildet ist.
Roboter nach Anspruch 10 oder 11 in Verbindung mit Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfstück (16) zur Erzeugung der Abtriebsbewegung (27a) des Abtriebsteils (27) eine eigene, individuell betriebsmäßig ansteuerbare Antriebseinheit (26) der Antriebsmittel (22) aufweist, bei der es sich zweckmäßigerweise um eine Drehantriebseinheit (26a) handelt.
Roboter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine und zweckmäßigerweise jede Antriebseinheit (26) als eine Drehantriebseinheit (26a) ausgebildet ist, die eine selbsttragende Motor-Getriebe-Baugruppe (37) aufweist, die eine an jeweils einer der beiden relativ zueinander zu verschwenkenden Roboterkomponenten (2, 8, 16) befestigte, einen Elektromotor (34) und ein Getriebe (36) tragende Tragstruktur (33) und eine an der jeweils anderen der beiden relativ zueinander zu verschwenkenden Roboterkomponenten (2, 8, 16) befestigte, durch den Elektromotor (34) unter Vermittlung des Getriebes (36) bezüglich der Tragstruktur (33) rotativ antreibbare Abtriebswelle (35) aufweist.
Roboter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (36) als Schneckengetriebe ausgebildet ist, insbesondere als spielfreies Schneckengetriebe.
Roboter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die einem jeweiligen Armgelenk (12) und die dem Kopfstückgelenk (18) zugeordneten Antriebseinheiten (26) und zweckmäßigerweise sämtliche Antriebseinheiten (26) untereinander gleich ausgebildet sind.