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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung für einen Knickarmroboter, einen Knickarmroboter mit der Gelenkanordnung sowie ein Verfahren zur Montage und eine Verwendung der Gelenkanordnung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Knickarmroboter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 7, 9 und 10 stellen einen Knickarmroboter mit wenigstens einer hier beschriebenen Gelenkanordnung, ein Verfahren zu deren Montage bzw. deren Verwendung unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Gelenkanordnung für einen Knickarmroboter, insbesondere eine oder mehrere Gelenkanordnungen eines Knickarmroboters (jeweils) ein erstes Strukturglied und ein zweites Strukturglied des Roboters auf, das in einem Drehlager, in einer Ausführung fliegend, an dem ersten Strukturglied gelagert ist.
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Hierdurch können in einer Ausführung größere Verstell(winkel)bereiche realisiert und/oder potentielle Quetschstellen zwischen Strukturgliedern eines Knickarmroboters reduziert werden.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die bzw. eine oder mehrere der Gelenkanordnung(en jeweils) ein erstes Kabel mit einem an, insbesondere in, dem ersten (jeweiligen) Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, ersten Kabelabschnitt und einem an, insbesondere in, dem (jeweiligen) zweiten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, zweiten Kabelabschnitt auf, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt in einer ersten, insbesondere offenen, Kabelschlaufe miteinander verbunden sind.
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In einer Ausführung weist die bzw. eine oder mehrere der Gelenkanordnung(en jeweils) ein oder mehrere weitere Kabel mit je einem an, insbesondere in, dem (jeweiligen) ersten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, ersten Kabelabschnitt und einem an, insbesondere in, dem (jeweiligen) zweiten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, zweiten Kabelabschnitt auf, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt ebenfalls in einer, insbesondere offenen, (weiteren) Kabelschlaufe miteinander verbunden sind.
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Die (erste und/oder weitere) Kabelschlaufe schließt in einer Ausführung (jeweils) an den (jeweiligen) ersten und/oder zweiten Kabelabschnitt an bzw. geht in diese(n) über.
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Die (erste und/oder weitere) Kabelschlaufe läuft bzw. rollt in einer Ausführung bei Verdrehung von erstem und zweitem Strukturglied gegeneinander ab bzw. auf und kompensiert so vorteilhaft die Veränderung des Abstands zwischen erstem und zweitem Kabelabschnitt bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet.
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Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass solche Kabelschlaufen insbesondere bei Knickarmrobotern mit fliegend gelagerten Strukturgliedern besonders vorteilhaft eingesetzt werden können.
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In einer Ausführung sind bzw. werden die Kabelschlaufen derjenigen, in einer Ausführung aller) Kabel, in denen jeweils ein an, insbesondere in, dem ersten Strukturglied angeordneter, insbesondere befestigter, erster Kabelabschnitt und ein an, insbesondere in, dem zweiten Strukturglied angeordneter, insbesondere befestigter, zweiter Kabelabschnitt verbunden sind, ineinander angeordnet und/oder gleichsinnig gekrümmt und/oder laufen bzw. rollen gleichsinnig bzw. einseitig ab und/oder umgreifen das Drehlager gleichsinnig bzw. auf einer bzw. derselben Seite bzw. sind derartig angeordnet bzw. werden derartig verwendet.
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Hierdurch kann in einer Ausführung ein Durchmesser der Gelenkanordnung gegenüber einer Ausführung, in der wenigstens zwei Kabelschlaufen einander gegensinnig gekrümmt gegenüberliegen, gegensinnig ablaufen bzw. das Drehlager von zwei Seiten umgreifen, vorteilhaft reduziert werden.
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In einer Ausführung ist ein radialer Versatz zwischen den ersten Kabelabschnitten, ein radialer Versatz zwischen den zweiten Kabelabschnitten und/oder ein radialer Versatz zwischen den Kabelschlaufen (jeweils) kleiner als ein, insbesondere minimaler, maximaler und/oder mittlerer, Kabeldurchmesser, insbesondere in einer oder mehreren der Kabelschlaufen. Unter einem radialen Versatz wird vorliegend insbesondere ein Abstand in einer radialen Richtung, die auf einer Drehachse und Rotationsrichtung des Drehlagers senkrecht steht, zwischen Flächenmittelpunkten der entsprechenden Kabel verstanden.
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Hierdurch kann in einer Ausführung ein Durchmesser der Gelenkanordnung gegenüber einer Ausführung, in der wenigstens zwei Kabelschlaufen einander gegensinnig überlappen, vorteilhaft (weiter) reduziert werden.
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In einer anderen Ausführung weist die Gelenkanordnung ein zweites Kabel mit einem an, insbesondere in, dem ersten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, ersten Kabelabschnitt und einem an, insbesondere in, dem zweiten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, zweiten Kabelabschnitt auf, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt des zweiten Kabels in einer zweiten Kabelschlaufe verbunden sind, und wobei die zweite Kabelschlaufe der ersten Kabelschlaufe des ersten Kabels, in einer Ausführung stets überlappungsfrei, gegenüberliegt bzw. die erste und zweite Kabelschlaufe derartig angeordnet sind bzw. derartig verwendet werden.
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In einer Weiterbildung kann die Gelenkanordnung ein oder mehrere weitere Kabel mit je einem an, insbesondere in, dem ersten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, ersten Kabelabschnitt und einem an, insbesondere in, dem zweiten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, zweiten Kabelabschnitt aufweisen, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt jeweils in einer Kabelschlaufe verbunden sind und diese und die erste Kabelschlaufe ineinander angeordnet und/oder gleichsinnig gekrümmt sind und/oder gleichsinnig ablaufen und/oder das Drehlager gleichsinnig umgreifen, und wobei auch diese Kabelschlaufe(n) derart angeordnet ist/sind bzw. wird/werden, dass sie der zweiten Kabelschlaufe stets überlappungsfrei gegenüberliegt/gegenüberliegen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Gelenkanordnung in einer Ausführung ein oder mehrere weitere Kabel mit je einem an, insbesondere in, dem ersten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, ersten Kabelabschnitt und einem an, insbesondere in, dem zweiten Strukturglied angeordneten, insbesondere befestigten, zweiten Kabelabschnitt aufweisen, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt jeweils in einer Kabelschlaufe verbunden sind und diese und die zweite Kabelschlaufe ineinander angeordnet und/oder gleichsinnig gekrümmt sind und/oder gleichsinnig ablaufen und/oder das Drehlager gleichsinnig umgreifen, und wobei auch diese Kabelschlaufe(n) derart angeordnet ist/sind bzw. wird/werden, dass sie der ersten Kabelschlaufe stets überlappungsfrei gegenüberliegt/gegenüberliegen.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine axiale Bauhöhe der Gelenkanordnung reduziert werden.
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In einer Ausführung weist die Gelenkanordnung einen Drehmomentsensor zur Erfassung eines Achsmoments zwischen dem ersten und zweiten Strukturglied und/oder einen Elektroantrieb zur Verstellung des ersten und zweiten Strukturglieds gegeneinander auf.
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Die vorliegende Erfindung kann, insbesondere aufgrund eines vorteilhaft reduzierten Einflusses der Kabelsteifigkeit bzw. -rückstellkraft, mit besonderem Vorteil bei Gelenkanordnungen mit Drehmomentsensoren verwendet werden.
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In einer Ausführung wird/werdender Drehmomentsensor und/oder der Elektroantrieb, insbesondere axial, (jeweils) wenigstens teilweise von der ersten Kabelschlaufe überdeckt.
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Hierdurch kann in einer Ausführung eine axiale Bauhöhe der Gelenkanordnung reduziert werden.
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In einer Ausführung weist das erste Kabel, in einer Weiterbildung auch das zweite und/oder eines oder mehrere der genannten weiteren Kabel, (jeweils) eine oder mehrere elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Leitung(en), insbesondere zur Versorgung eines Roboterantriebs, auf. Diese können ihrerseits als (Einzel)Kabel ausgebildet und/oder zu dem ersten, zweiten bzw. weiteren Kabel zusammengefasst, insbesondere gepackt, verdrillt und/oder, beispielsweise durch einzelne Befestigungsmittel wie Kabelbinder oder dergleichen, verbunden, in einer Ausführung wenigstens teilweise gemeinsam ummantelt, sein. Mit anderen Worten kann das erste Kabel, in einer Weiterbildung auch das zweite und/oder eines oder mehrere der genannten weiteren Kabel, (jeweils) ein Einzelkabel oder ein Kabelbündel von mehreren losen oder verbundenen (Einzel)Kabeln sein.
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Hierdurch können in einer Ausführung distale bzw. (roboter)basisferne Aktuatoren und/oder Sensoren mit Energie, Signalen und/oder Arbeitsmitteln vorteilhaft versorgt werden.
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In einer Ausführung ist die Drehachse des Drehlagers der Gelenkanordnung eine Knickachse des Roboters.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mit erfindungsgemäßen Gelenkanordnungen gerade distale bzw. (roboter)basisferne Knickachsen vorteilhaft dargestellt werden können. Entsprechend wird in einer Ausführung die Drehachse des Drehlagers der Gelenkanordnung als eine Knickachse des Roboters verwendet.
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In einer Ausführung weist der Knickarmroboter wenigstens zwei der hier beschriebenen Gelenkanordnungen auf, wobei die Drehachsen (der Drehlager) dieser Gelenkanordnungen in einer Ausführung parallel sind oder zueinander senkrecht stehen und/oder aufeinanderfolgen.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mit solchen Gelenkanordnungen gerade parallele und zueinander senkrechte, insbesondere aufeinanderfolgende, Drehachsen besonders vorteilhaft dargestellt werden können, insbesondere eine (von der Roboterbasis aus gezählt) zweite, dritte und/oder fünfte Drehachse. Entsprechend ist in einer Ausführung eine (von der Roboterbasis aus gezählt) zweite, dritte und/oder fünfte Drehachse eine Drehachse (des Drehlagers) einer hier beschriebenen Gelenkanordnung.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird zur Montage einer hier beschriebenen Gelenkanordnung die erste Kabelschlaufe verlegt, in einer Weiterbildung auch die weiteren hier beschriebenen Kabelschlaufen.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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- 1: einen Knickarmroboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- 2: eine Gelenkanordnung des Knickarmroboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
- 3: eine Gelenkanordnung des Knickarmroboters nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt exemplarisch einen sechsachsigen Knickarmroboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Achsen des Roboters bzw. der Drehlager sind mit A1,...,A6 bezeichnet, die Strukturglieder mit 11,..., 17.
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2 zeigt in einer Draufsicht senkrecht zu ihrer Drehachse eine Gelenkanordnung des Knickarmroboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Dabei kann die Drehachse Ai der 2 insbesondere die Knickachse A5 sein.
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Die Gelenkanordnung weist ein nur schematisiert angedeutetes Drehlager 100 auf, in dem ein erstes Strukturglied 1i und ein zweites Strukturglied 1(i+1) des Roboters, beispielsweise also die Strukturglieder 15, 16, fliegend aneinander gelagert sind.
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Zusätzlich oder alternativ kann mit 100 auch ein Drehmomentsensor zur Erfassung eines Achsmoments zwischen dem ersten und zweiten Strukturglied und/oder ein Elektroantrieb zur Verstellung des ersten und zweiten Strukturglieds gegeneinander angedeutet bzw. bezeichnet sein.
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Die Gelenkanordnung weist insgesamt vier Kabel 20, 30, 40, 50 mit je einem an dem ersten Strukturglied 1i angeordneten ersten Kabelabschnitt, von denen in 2 zur besseren Übersicht nur der erste Kabelabschnitt 51 des Kabels 50 bezeichnet ist, und einem an dem zweiten Strukturglied 1(i+1) angeordneten zweiten Kabelabschnitt, von denen in 2 zur besser Übersicht wiederum nur der zweite Kabelabschnitt 52 des Kabels 50 bezeichnet ist, auf, wobei der erste und zweite Kabelabschnitt jeweils in einer Kabelschlaufe 23, 33, 43 bzw. 53 verbunden sind.
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In der Ausführung der 2 sind die Kabelschlaufen 23, 33, 43 und 53 der Kabel 20, 30, 40, 50, ineinander angeordnet und gleichsinnig gekrümmt, laufen bzw. rollen gleichsinnig bzw. einseitig ab und umgreifen das Drehlager gleichsinnig bzw. auf derselben Seite.
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3 zeigt in 2 entsprechender Ansicht eine Gelenkanordnung des Knickarmroboters nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum zur besseren Übersicht nur der erste Kabelabschnitt 31 bzw. 51 und der zweite Kabelabschnitt 32 bzw. 52 des Kabels 30 bzw. 50 bezeichnet ist. Dabei kann die Drehachse Ai der 3 insbesondere die Knickachse A2 oder A3 sein. Einander entsprechende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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In der Gelenkanordnung der 3 sind die Kabelschlaufen 23, 33, 43 und 53 derart angeordnet, dass die Kabelschlaufe 23 und die Kabelschlaufe 33 den Kabelschlaufen 43 und 53 stets überlappungsfrei gegenüberliegen und entsprechend umgekehrt Kabelschlaufe 43 und die Kabelschlaufe 53 den Kabelschlaufen 23 und 33 stets überlappungsfrei gegenüberliegen.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 11-17, 1i, 1(i+1)
- Strukturglied
- A1-A6, Ai
- Drehachse
- 20, 30, 40, 50
- Kabel
- 31, 51
- erster Kabelabschnitt
- 32, 52
- zweiter Kabelabschnitt
- 23, 33, 43, 53
- Kabelschlaufe
- 100
- Drehlager/Drehmomentsensor/Elektroantrieb
