DE102018205637A1

DE102018205637A1 - Drehantriebsvorrichtung und damit ausgestatteter Roboterarm eines Roboters

Info

Publication number: DE102018205637A1
Application number: DE102018205637.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Markowski; Andreas Weiss; Thomas Beyerlein; Artem Beger; Bernd Bellingrodt; Manuel Rausch; Daniel Bren; Skrok Nicole; Michael Winkler
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2019-10-17
Also published as: US11009047B2; KR20190120077A; CN110370261A; US20190316604A1

Abstract

Es wird eine Drehantriebsvorrichtung (4) vorgeschlagen, die einen fluidbetätigten Drehantrieb (5) mit einem Antriebsgehäuse (7) und einer diesbezüglich rotativ beweglichen Antriebseinheit (22) aufweist. Zu der Antriebseinheit (22) gehören eine Antriebswelle (17) und ein drehfest daran angeordneter, zwei Antriebskammern (24, 25) voneinander abtrennender Schwenkkolben (23). Zur Ansteuerung des fluidbetätigten Drehantriebes (5) ist eine mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil (36) umfassende Steuerventilanordnung (35) vorhanden, die an dem Antriebsgehäuse (7) angebracht ist und auf diese Weise mit dem Drehantrieb (5) zu einer einheitlich handhabbaren Antriebsbaugruppe (42) zusammengefasst ist. Es wird ferner ein Roboterarm vorgeschlagen, der die Drehantriebsvorrichtung (4) als zwei Armglieder verbindendes Armgelenk aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehantriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Drehantrieb, der ein Antriebsgehäuse und eine diesbezüglich durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung mindestens eines in dem Antriebsgehäuse angeordneten Schwenkkolbens um eine Hauptachse des Drehantriebes verdrehbare Antriebseinheit aufweist, wobei eine mit dem Schwenkkolben verbundene Antriebswelle der Antriebseinheit an einer axialen Vorderseite des Antriebsgehäuses mit einem einen Kraftabgriff ermöglichenden Antriebsabschnitt aus dem Antriebsgehäuse herausragt, und mit einer mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil umfassenden Steuerventilanordnung, die über ein Steuer-Fluidkanalsystem an zwei in dem Antriebsgehäuse durch den Schwenkkolben voneinander abgetrennte erste und zweite Antriebskammern des Drehantriebes fluidisch angeschlossen ist und die ausgebildet ist, um die Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern zum Verdrehen und rotativen Positionieren der Antriebseinheit relativ zum Antriebsgehäuse zu steuern.
Die Erfindung betrifft ferner einen Roboterarm eines Roboters, der mindestens zwei mittels eines Armgelenkes in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbundene Armglieder aufweist.
Eine in dem vorgenannten Sinne ausgebildete Drehantriebsvorrichtung ist aus der DE 20 2008 003 944 U1 bekannt. Sie umfasst einen fluidbetätigten Drehantrieb, der über ein Antriebsgehäuse und eine relativ zu dem Antriebsgehäuse verdrehbare Antriebseinheit verfügt. Die Antriebseinheit umfasst eine vorne aus dem Antriebsgehäuse herausragende Antriebswelle und zwei im Innern des Antriebsgehäuses drehfest mit der Antriebswelle verbundene, jeweils zwei Antriebskammern voneinander abteilende Schwenkkolben. Die Antriebskammern sind über ein durch Fluidschläuche gebildetes Steuer-Fluidkanalsystem an eine Steuerventilanordnung angeschlossen und können durch elektrische Betätigung der Steuerventilanordnung derart gesteuert mit Druckluft beaufschlagt werden, dass Drehbewegung der Antriebseinheit relativ zum Antriebsgehäuse hervorrufbar ist.
Aus der DE 39 41 255 C2 ist ebenfalls eine Drehantriebsvorrichtung bekannt, bei der die Antriebswelle des fluidbetätigten Drehantriebes allerdings mit nur einem einzigen Schwenkkolben zu einer Antriebseinheit zusammengefasst ist.
Die DE 10 2010 013 617 B4 offenbart einen modular aufgebauten Roboter, der über einen beweglichen Roboterarm verfügt, der mit mindestens einem zwei relativ zueinander bewegliche Armglieder miteinander verbindenden Armgelenk ausgestattet ist. Das Armgelenk ist von einer einen elektrisch betätigbaren Drehantrieb enthaltenden Drehantriebsvorrichtung gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt und gewichtssparend aufgebaute Drehantriebsvorrichtung zu schaffen, die sich insbesondere auch zur Realisierung eines mindestens ein Armgelenk aufweisenden Roboterarmes eignet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Drehantriebsvorrichtung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Steuerventilanordnung an dem Antriebsgehäuse angebracht und auf diese Weise mit dem Drehantrieb zu einer einheitlich handhabbaren Antriebsbaugruppe zusammengefasst ist.
Ein erfindungsgemäßer Roboterarm eines Roboters enthält mindestens ein zwei Armglieder in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbindendes Armgelenk, das von einer in dem vorgenannten Sinne ausgebildeten Drehantriebsvorrichtung gebildet ist, wobei der Antriebsabschnitt der Antriebswelle und das Antriebsgehäuse des fluidbetätigten Drehantriebes jeweils eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines der Armglieder des Roboterarmes aufweisen.
Erfindungsgemäß sind bei der Drehantriebsvorrichtung der fluidbetätigte Drehantrieb und die zur Steuerung der Drehbewegung und der rotativen Positionierung der Antriebseinheit dienende Steuerventilanordnung zu einer Antriebsbaugruppe zusammengefasst, wobei die Steuerventilanordnung am Antriebsgehäuse des Drehantriebes angebracht ist. Auf diese Weise lassen sich kurze Strömungswege zwischen dem mindestens einen elektrisch betätigbaren Steuerventil der Steuerventilanordnung und den Antriebskammern des Drehantriebes verwirklichen, was ein gutes Ansprechverhalten bei geringem Luftverbrauch zur Folge hat. Durch den Anbau der Steuerventilanordnung an das Antriebsgehäuse kann die Drehantriebsvorrichtung zudem mit äußerst kompakten Abmessungen realisiert werden. Die Antriebsbaugruppe ist einheitlich, das heißt wie ein einziges Bauteil handhabbar. Ist die Antriebsbaugruppe in ein bewegtes System integriert, beispielsweise in einen Roboterarm eines Roboters, machen die Steuerventilanordnung und das Steuer-Fluidkanalsystem ortsverändernde Bewegungen des Antriebsgehäuses unmittelbar mit, sodass bei flexiblen Einsatzmöglichkeiten eine stets ungestörte Fluidübertragung gewährleistet ist.
Die in die Antriebsbaugruppe integrierte Steuerventilanordnung enthält mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil, wobei es zur Umsetzung präziser Fluidsteuerungsaufgaben von Vorteil ist, wenn die Steuerventilanordnung mehrere elektrisch betätigbare Steuerventile enthält, die vorzugsweise unabhängig voneinander elektrisch betätigbar sind. Um hohe Durchflussraten zu ermöglichen, können mehrere der Steuerventile funktionell parallelgeschaltet sein, was sich insbesondere dann empfiehlt, wenn es sich bei den Steuerventilen um Piezoventile handelt, die naturgemäß nur geringe Strömungsraten steuern können. Die mehreren Steuerventile der Steuerventilanordnung können platzsparend um das Äußere des Antriebsgehäuses herum verteilt platziert sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zweckmäßigerweise ist jedes Steuerventil der Steuerventilanordnung zumindest partiell im Bereich der bezüglich der Hauptachse radial nach außen weisenden peripheren Außenumfangsfläche des Antriebsgehäuses des Drehantriebes angeordnet. Enthält die Steuerventilanordnung mehrere Steuerventile, sind diese mehreren Steuerventile insbesondere in untereinander gleicher Ausrichtung und auf gleicher axialer Höhe im Bereich der peripheren Außenumfangsfläche des Antriebsgehäuses platziert.
Das mindestens eine Steuerventil kann so am Außenumfang des Antriebsgehäuses angeordnet sein, dass es in seiner Gesamtheit zwischen der axialen Vorderseite und der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses platziert ist. Besonders vorteilhaft wird es allerdings angesehen, wenn das mindestens eine Steuerventil und vorzugsweise jedes vorhandene Steuerventil über die der axialen Vorderseite entgegengesetzte axiale Rückseite des Antriebsgehäuses des Drehantriebes hinausragt. Das Steuerventil ist insbesondere in seinem über die axiale Rückseite des Antriebsgehäuses hinausragenden Endbereich an das Steuer-Fluidkanalsystem angeschlossen.
Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Antriebsgehäuse des Drehantriebes im Bereich seiner axialen Vorderseite über das mindestens eine Steuerventil hinausragt, das heißt mit anderen Worten jedes Steuerventil von der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses her vor dem Erreichen der axialen Vorderseite des Antriebsgehäuses endet.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Steuerventil so gestaltet, dass es eine Längsgestalt mit imaginärer Längsachse hat, wobei es so ausgerichtet ist, dass seine Längsachse parallel zu der Hauptachse verläuft. Die Steuerventile sind beispielsweise stabförmig gestaltet.
Bei dem mindestens einen elektrisch betätigbaren Steuerventil handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisch ansteuerbares Piezoventil. Jedes Piezoventil hat insbesondere mindestens einen Biegewandler als Steuerelement, das die Fluidströmung zu und von den Antriebskammern steuert. Ein und dasselbe Piezoventil kann nur ein einziges Steuerelement oder auch mehrere Steuerelemente haben, wobei Letzteres die Möglichkeit bietet, entweder bei parallelem Betrieb hohe Strömungsraten zu steuern oder aber jedes Steuerelement zur Ansteuerung einer der beiden Antriebskammern zu verwenden.
Jedes mit mindestens einem Biegewandler ausgestattete Piezoventil hat zweckmäßigerweise eine Längsgestalt und ist bevorzugt in der weiter oben schon angesprochenen Weise so im Bereich des Außenumfanges des Antriebsgehäuses platziert, dass die Längsachsen sämtlicher vorhandenen Piezoventile parallel zur Hauptachse des Drehantriebes ausgerichtet sind.
Mindestens ein und insbesondere jedes elektrisch betätigbare Steuerventil kann alternativ auch im Bereich der axialen Rückseite an dem Antriebsgehäuse des Drehantriebes angebracht sein, was eine besonders schlanke Bauweise der Antriebsbaugruppe zur Folge hat. Die Steuerventile mit Längsgestalt sind in diesem Fall insbesondere so ausgerichtet, dass ihre Längsachse rechtwinkelig zur Hauptachse des Drehantriebes verläuft.
Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, mindestens ein oder jedes Steuerventil komplett im Bereich der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses zu platzieren, sodass die Steuerventilanordnung in ihrer Gesamtheit an der Vorderseite von dem Antriebsgehäuse überragt ist.
Mehrere Steuerventile der Steuerventilanordnung können auch in der Achsrichtung der Hauptachse axial aufeinanderfolgend angeordnet sein. Auf diese Weise können beispielsweise mehrere jeweils eine Längsgestalt aufweisende Steuerventile mit untereinander koaxialer Ausrichtung hintereinander platziert sein.
Vorzugsweise ist jedes elektrisch betätigbare Steuerventil als ein Piezoventil ausgebildet, um ein proportionales Fluidsteuerverhalten zu ermöglichen. Der der Druckluft oder einem anderen fluidischen Druckmedium zum Hindurchströmen zur Verfügung gestellte freie Strömungsquerschnitt lässt sich in diesem Fall sehr bequem durch Variierung der Ansteuerspannung stufenlos einstellen.
Alternativ zu einer piezoelektrischen Bauart kann die Steuerventilanordnung auch von einer elektromagnetischen Bauart sein. Auch Mischformen dieser beiden Bauarten sind möglich.
Die Steuerventilanordnung kann durchaus direkt an das Antriebsgehäuse des Drehantriebes angebaut sein. Bevorzugt wird allerdings eine Bauform, bei der die Antriebsbaugruppe eine am Antriebsgehäuse des Drehantriebes angebrachte Ventilträgereinrichtung aufweist, die die Steuerventilanordnung trägt. Dies erlaubt eine variable Positionierung der Steuerventilanordnung am Antriebsgehäuse. Außerdem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Steuer-Fluidkanalsystem zumindest teilweise in der Ventilträgereinrichtung zu realisieren, sodass die Kanalführung im Antriebsgehäuse sehr einfach gehalten werden kann.
Die Ventilträgereinrichtung ist vorzugsweise an der axialen Rückseite am Antriebsgehäuse des Drehantriebes angebracht. Sie kann direkt oder unter Zwischenschaltung eines Zwischenkörpers an das Antriebsgehäuse angebaut sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Ventilträgereinrichtung sieht vor, dass die Ventilträgereinrichtung über eine Kanalplatte verfügt, die so ausgerichtet ist, dass ihre Plattenebene rechtwinkelig zur Hauptachse des Drehantriebes ausgerichtet ist. Diese Kanalplatte ist im Bereich der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses angeordnet. Das Steuer-Fluidkanalsystem verläuft in der Kanalplatte, zweckmäßigerweise zumindest teilweise in deren Plattenebene, wobei die Steuerventilanordnung an der Kanalplatte angebracht ist und mit dem in der Kanalplatte verlaufenden Steuer-Fluidkanalsystem kommuniziert. Die Zufuhr und Abfuhr des für die Betätigung der Antriebseinheit benötigten fluidischen Druckmediums, bei dem es sich vorzugsweise um Druckluft handelt, erfolgt somit durch die Kanalplatte hindurch.
Die Kanalplatte ist zweckmäßigerweise mehrteilig ausgebildet und verfügt über zwei jeweils plattenförmig ausgebildete Kanalplattenkörper, die in einer zu der Hauptachse rechtwinkeligen Fügeebene aneinander angesetzt sind. Im Bereich dieser Fügeebene ist durch in einem oder in beiden Kanalplattenkörpern ausgebildete rinnenartige Vertiefungen ein Bestandteil des Steuer-Fluidkanalsystems realisiert. Die rinnenartigen Vertiefungen lassen sich bei der Herstellung der plattenförmigen Kanalplattenkörper sehr einfach als Nuten formen, sodass sich zu Gunsten eines platzsparenden Aufbaus auch sehr komplexe Kanalverläufe realisieren lassen.
Die Ventilträgereinrichtung enthält vorzugsweise auch noch mehrere Ventilaufnahmebecher, die mit jeweils einem offenen ersten axialen Endbereich an der axial dem Antriebsgehäuse zugewandten Stirnfläche eines das Antriebsgehäuse radial überragenden Randabschnittes der Kanalplatte befestigt sind und die jeweils mindestens ein Steuerventil der Steuerventilanordnung aufnehmen. Jeder Ventilaufnahmebecher kann beispielsweise nur ein einziges Steuerventil oder zwei nebeneinander angeordnete Steuerventile enthalten. Jeder Ventilaufnahmebecher erstreckt sich ausgehend von der Kanalplatte fingerartig und frei endend in Richtung zur axialen Vorderseite des Antriebsgehäuses, insbesondere im Bereich der radial nach außen weisenden peripheren Außenumfangsfläche des Antriebsgehäuses.
Randseitig an der Kanalplatte sind bevorzugt mehrere Ventilaufnahmebecher um die Hauptachse des Drehantriebes herum verteilt angeordnet. Jeder Ventilaufnahmebecher hat zweckmäßigerweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt, dessen konkave Seite der Hauptachse des Drehantriebes zugewandt ist.
Jeder Ventilaufnahmebecher ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Vorteilhaft ist es, wenn jeder Ventilaufnahmebecher an seinem der Kanalplatte axial entgegengesetzten zweiten axialen Endbereich über einen Becherboden mit mindestens einer Durchbrechung verfügt, durch die hindurch die zur Ansteuerung erforderliche elektrische Verbindung mit dem jeweiligen Steuerventil stattfindet. Bevorzugt ist außen an dem Becherboden eine Leiterplatte angesetzt, mit der jedes im Ventilaufnahmebecher angeordnete Steuerventil durch die mindestens eine Durchbrechung des Becherbodens hindurch elektrisch kontaktiert ist.
Der Innenraum mindestens eines Ventilaufnahmebechers kommuniziert zweckmäßigerweise mit einem sich durch die Kanalplatte hindurch erstreckenden Belüftungskanal, der im Betrieb der Drehantriebsvorrichtung mit einer externen Druckquelle, insbesondere einer Druckluftquelle verbunden ist. Auf diese Weise werden alle in dem betreffenden Ventilaufnahmebecher angeordneten Steuerventile gemeinsam mit fluidischem Druckmedium, insbesondere Druckluft versorgt. Einen solchen Ventilaufnahmebecher kann man auch als Belüftungsbecher bezeichnen.
Der Innenraum mindestens eines weiteren Ventilaufnahmebechers steht zweckmäßigerweise mit einem durch die Kanalplatte hindurch verlaufenden Entlüftungskanal in Fluidverbindung, der mit einer Drucksenke verbunden ist, insbesondere mit der Atmosphäre. Auf diese Weise sind alle in dem betreffenden Ventilaufnahmebecher angeordneten Steuerventile an die Drucksenke angeschlossen und können die Entlüftung der zugeordneten Antriebskammer des fluidbetätigten Drehantriebes vornehmen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Antriebsbaugruppe als weitere Komponente eine im Bereich der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses des Drehantriebes angeordnete pneumatische Anschlusseinheit umfasst, die in von außen her zugänglicher Weise einen mit einer externen Druckquelle, insbesondere einer Druckluftquelle verbindbaren oder verbundenen Belüftungsanschluss und einen mit einer Drucksenke verbindbaren oder verbundenen Entlüftungsanschluss aufweist. Die Steuerventilanordnung ist über einen Belüftungskanal mit dem Belüftungsanschluss und außerdem über einen Entlüftungskanal mit dem Entlüftungsanschluss verbunden. Somit erfolgt die Zufuhr und Abfuhr des zur Betätigung des Drehantriebes erforderlichen Druckfluides durch die pneumatische Anschlusseinheit hindurch. Der Belüftungsanschluss und/oder der Entlüftungsanschluss weisen zweckmäßigerweise eine Steckverbindungseinrichtung zum lösbaren Anschließen eines die Verbindung mit der externen Druckquelle und mit der Drucksenke herstellenden Fluidschlauches auf. Der Begriff „pneumatisch“ bei der pneumatischen Anschlusseinheit ist stellvertretend zur Verwendung mit jedweder Art von Druckfluid zu verstehen und ist nicht auf Druckluft beschränkt.
Die pneumatische Anschlusseinheit kann ein Bestandteil der Ventilträgereinrichtung sein, wobei sie einstückig mit der optionalen Kanalplatte ausgeführt sein kann. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn die pneumatische Anschlusseinheit bezüglich der Ventilträgereinrichtung separat ausgebildet ist. Sie ist insbesondere axial zwischen dem Antriebsgehäuse und der Ventilträgereinrichtung eingegliedert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die pneumatische Anschlusseinheit auf der dem Drehantrieb axial entgegengesetzten Seite der Ventilträgereinrichtung zu platzieren.
Das die Verbindung zwischen den Antriebskammern und der Steuerventilanordnung herstellende Steuer-Fluidkanalsystem ist vorzugsweise in seiner Gesamtheit ohne Verwendung von Schlauch- und Rohrleitungen im Innern der Antriebsbaugruppe ausgebildet. Dadurch ergeben sich besonders kompakte Abmessungen unter Vermeidung von Beschädigungen des Steuer-Fluidkanalsystems durch externe mechanische Einflüsse.
Zweckmäßigerweise umfasst die Antriebsbaugruppe als weitere Komponente eine mit der Steuerventilanordnung zu deren Ansteuerung elektrisch verbundene elektronische Steuereinheit. Diese elektronische Steuereinheit ist somit in gleicher Weise wie die Steuerventilanordnung mit dem Drehantrieb zu einer einheitlich handhabbaren, insbesondere selbsttragenden Antriebsbaugruppe zusammengefasst. Jedes elektrisch betätigbare Steuerventil der Steuerventilanordnung erhält die seinen Betriebszustand vorgebenden elektrischen Steuersignale von der elektronischen Steuereinheit, die in unmittelbarer Nähe der Steuerventilanordnung platziert ist.
Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit im Bereich der axialen Rückseite des Antriebsgehäuses angeordnet und, bevorzugt in lösbarer Weise, fest mit dem Antriebsgehäuse des Drehantriebes verbunden.
Die elektronische Steuereinheit umfasst zweckmäßigerweise eine sich in einer zu der Hauptachse rechtwinkeligen Ebene erstreckende Leiterplatte, die mit Elektronikkomponenten bestückt ist.
Zweckmäßigerweise ist die elektronische Steuereinheit an einer optional vorhandenen Ventilträgereinrichtung befestigt, die die Steuerventilanordnung trägt.
Die elektronische Steuereinheit der Antriebsbaugruppe ist vorzugsweise mit einer elektromechanischen Schnittstelleneinrichtung ausgestattet, die das Anschließen eines mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinrichtung verbundenen, insbesondere seriellen Bussystems ermöglicht. Diese übergeordnete elektronische Steuereinrichtung ist kein Bestandteil der Antriebsbaugruppe und abseits derselben angeordnet. Die übergeordnete elektronische Steuereinrichtung ist in der Lage, den Betrieb des fluidbetätigten Drehantriebes mit anderen Gerätschaften zu koordinieren, beispielsweise mit einem oder mehreren weiteren fluidbetätigten Drehantrieben. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Drehantriebsvorrichtungen als Armgelenke in einem Roboterarm eines Roboters integriert sind.
Die Drehantriebsvorrichtung kann insbesondere mit jedwedem seriellen Bussystem betrieben werden, beispielsweise mit einem sogenannten „CAN Bus“ oder mit einem sogenannten Ethernet.
Insbesondere wenn mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil der Steuerventilanordnung als ein Piezoventil ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die elektronische Steuereinheit über eine Hochvoltstufe verfügt, die ausgebildet ist, um die für den Betrieb der Steuerventilanordnung erforderliche Hochvolt-Ansteuerspannung als Steuersignal bereitzustellen. Die Hochvoltstufe ist somit auch ein Bestandteil der Antriebsbaugruppe.
Vorteilhaft ist es, wenn die Antriebsbaugruppe als weitere Komponente einen zur Erfassung des Drehwinkels der Antriebseinheit ausgebildeten Encoder umfasst. Der Encoder liefert Drehpositionssignale bezüglich der Drehposition der Antriebseinheit, die als Grundlage für die drehwinkelmäßige Positionierung der Antriebseinheit bezüglich des Antriebsgehäuses des Drehantriebes verwendbar sind. Der Encoder ist zweckmäßigerweise an die weiter oben erwähnte elektronische Steuereinheit angeschlossen, die in diesem Fall ausgebildet ist, um die Encodersignale auszuwerten und zu verarbeiten.
Die drehwinkelmäßige Positionierung der Antriebseinheit erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis einer Druckregelung des in den beiden Antriebskammern herrschenden Fluiddruckes. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn an dem Drehantrieb eine Druckerfassungseinrichtung angeordnet ist, die über in die beiden Antriebskammern einmündende Druckerfassungskanäle den in den Antriebskammern herrschenden Fluiddruck erfassen kann. Die Druckerfassungseinrichtung ist zweckmäßigerweise an die elektronische Steuereinheit der Antriebsbaugruppe angeschlossen, der die detektierten Drucksignale zugeführt werden und die in der Lage ist, aufgrund eines abgespeicherten Algorithmus die gewünschte Druckregelung vorzunehmen.
Ein erfindungsgemäßer Roboterarm ist zweckmäßigerweise Bestandteil eines Roboters und ist mit einer genügenden Anzahl von Armgelenken ausgestattet, die jeweils zwei Armglieder des Roboterarmes in verschwenkbarer Weise miteinander verbinden. Jedes Armgelenk ist von einer Drehantriebsvorrichtung der oben in verschiedenen Ausprägungen erläuterten Art gebildet, sodass die aneinander angelenkten Armglieder anwendungsspezifisch relativ zueinander verschwenkbar und winkelmäßig relativ zueinander positionierbar sind. Am freien Ende des Roboterarmes sitzt ein durch Bewegung des Roboterarmes positionierbarer Endeffektor, beispielsweise eine elektrisch oder durch Fluidkraft betätigbare Greifvorrichtung. Sowohl am Antriebsabschnitt der Antriebseinheit als auch am Antriebsgehäuse des Drehantriebes befindet sich eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines der durch ein Armgelenk gelenkig miteinander zu verbindenden Armglieder. Die Antriebskraft zum Verschwenken der aneinander angelenkten Armglieder ist eine Fluidkraft, die durch das fluidische Druckmedium, insbesondere Druckluft, bereitgestellt wird, das zur Betätigung des fluidbetätigten Drehantriebes verwendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung in einer perspektivischen Rückansicht,
2 die Drehantriebsvorrichtung aus 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht aus einem anderen Blickwinkel, wobei strichpunktiert die Endabschnitte zweier Armglieder eines Roboterarms angedeutet sind, die an der Drehantriebsvorrichtung zur Bildung eines Roboterarms befestigt sind,
3 einen Längsschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus 5,
4 einen weiteren Längsschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie IV-IV aus 5,
5 einen Querschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie V-V aus 1,
6 einen weiteren Querschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie VI-VI aus 1 und
7 eine isometrische Explosionsdarstellung der Drehantriebsvorrichtung aus 1 bis 6.

Die Figuren zeigten einen Ausschnitt eines insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Roboterarmes eines Roboters. Der Roboterarm 1 hat mehrere nur strichpunktiert angedeutete Armglieder 2a, 2b, die immer paarweise durch ein Armgelenk 3 des Roboterarmes 1 miteinander verbunden sind. Das Armgelenk 3 ist von einer Drehantriebsvorrichtung 4 gebildet, die in den meisten Figuren der Zeichnung ohne die Armglieder 2a, 2b dargestellt ist.
Die Nutzung der Drehantriebsvorrichtung 4 als Armgelenk 3 in einem Roboterarm 1 ist besonders vorteilhaft, stellt jedoch keinesfalls die einzige Nutzungsmöglichkeit für die Drehantriebsvorrichtung 4 dar. Selbige kann für beliebige Anwendungen genutzt werden, bei denen es darum geht, zwei Komponenten relativ zueinander zu verdrehen und/oder drehwinkelmäßig zu positionieren. Beispielsweise kann die Drehantriebsvorrichtung 4 zum Verdrehen und/oder drehwinkelmäßigen Positionieren zweier Maschinenteile einer Produktionsanlage oder einer Verpackungsmaschine verwendet werden. Diese Aufzählung ist nicht abschließend.
Die Drehantriebsvorrichtung 4 enthält einen fluidbetätigten Drehantrieb 5. Er wird unter Verwendung eines unter Druck stehenden Antriebsfluides betrieben, das flüssig oder gasförmig sein kann und bei dem es sich vorzugsweise um Druckluft handelt. Die Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels erfolgt anhand eines Betriebes mit Druckluft.
Der Drehantrieb 5 hat eine Längserstreckung mit einer im Folgenden als Hauptachse 6 bezeichneten zentralen Längsachse.
Der Drehantrieb 5 hat ein Antriebsgehäuse 7, in dem ein Gehäuseinnenraum 8 ausgebildet ist. Die Hauptachse 6 bildet das Zentrum des Gehäuseinnenraumes 8. Radial außen ist der Gehäuseinnenraum 8 von einer sich rings um die Hauptachse 6 herum erstreckenden peripheren Seitenwand 12 des Antriebsgehäuses 7 begrenzt, die zweckmäßigerweise eine kreiszylindrische Außenkontur hat.
Der Gehäuseinnenraum 8 ist zweckmäßigerweise kreiszylindrisch gestaltet und koaxial zu der Hauptachse 6 angeordnet.
An den beiden einander entgegengesetzten Stirnseiten ist der Gehäuseinnenraum 8 von einerseits einer vorderen Abschlusswand 13 und andererseits einer rückwärtigen Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 begrenzt. Exemplarisch ist die periphere Seitenwand 12 einstückig mit der rückwärtigen Abschlusswand 14 ausgebildet, sodass sich eine becherartige Struktur ergibt, während die vordere Abschlusswand 13 diesbezüglich separat ausgebildet und durch Befestigungsschrauben oder andere Befestigungsmittel an der peripheren Seitenwand 12 befestigt ist.
Das Antriebsgehäuse 7 hat eine der vorderen Abschlusswand 13 zugeordnete axiale Vorderseite 15 und eine diesbezüglich entgegengesetzte, der rückwärtigen Abschlusswand 14 zugeordnete axiale Rückseite 16.
Koaxial durch das Antriebsgehäuse 7 hindurch erstreckt sich eine Antriebswelle 17 des Drehantriebes 5, wobei die Längsachse der Antriebswelle 17 mit der Hauptachse 6 zusammenfällt. Die Antriebswelle 17 ist relativ zum Antriebsgehäuse 7 um die Hauptachse 6 als Drehachse verdrehbar, wobei zur Drehlagerung an den beiden Abschlusswänden 13, 14 jeweils eine Lagereinrichtung 18 vorgesehen ist, bei der es sich insbesondere um eine Wälzlagereinrichtung handelt. Durch die Lagereinrichtungen 18 ist die Antriebswelle 17 leichtgängig verdrehbar und gleichzeitig in bezüglich der Hauptachse 6 radialer und axialer Richtung gegenüber dem Antriebsgehäuse 7 abgestützt.
Die Antriebswelle 17 ist Bestandteil einer Antriebseinheit 22, zu der auch ein in dem Gehäuseinnenraum 8 angeordneter Schwenkkolben 23 gehört. Der Schwenkkolben 23 ist drehfest mit der Antriebswelle 17 verbunden, beispielsweise indem er mit einer Innenverzahnung auf eine Außenverzahnung der Antriebswelle 17 aufgesteckt ist, wie dies in 5 ersichtlich ist.
Unter Mitwirkung des Schwenkkolbens 23 ist der Gehäuseinnenraum 8 fluiddicht in eine erste Antriebskammer 24 und eine zweite Antriebskammer 25 unterteilt. In die erste Antriebskammer 24 mündet ein erster Arbeitskanal A und in die zweite Antriebskammer 25 ein zweiter Arbeitskanal B ein, und zwar jeweils mit einer inneren Kanalmündung 26.
Bevorzugt sind die beiden inneren Kanalmündungen 26 an der rückwärtigen Abschlusswand 14 angeordnet, die von den beiden Arbeitskanälen A, B insbesondere in axialer Richtung durchsetzt ist.
Durch die Arbeitskanäle A, B hindurch ist eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 24, 25 und somit des Schwenkkolbens 23 mit dem Antriebsfluid möglich, um eine von einem Doppelpfeil angedeutete rotative Antriebsbewegung 27 der Antriebseinheit 22 um die Hauptachse 6 als Drehachse hervorzurufen. Die Drehrichtung wird durch die zwischen den beiden Antriebskammern 24, 25 bestehende Druckdifferenz vorgegeben. Durch Einstellung eines gleichhohen Druckes kann die Antriebseinheit 22 relativ zum Antriebsgehäuse 7 in jeder beliebigen Drehposition unverdrehbar festgehalten werden.
Die Antriebsbewegung 27 lässt sich an einem Antriebsabschnitt 17a der Antriebswelle 17 abgreifen, der an der axialen Vorderseite 15 aus dem Antriebsgehäuse 7 herausragt.
An dem Antriebsabschnitt 17a ist eine erste Befestigungsschnittstelle 28a angeordnet, an der eine rotativ zu bewegende Komponente fixierbar ist. Exemplarisch ist an der ersten Befestigungsschnittstelle 28a das eine Armglied 2a der beiden Armglieder 2a, 2b befestigt.
Die erste Befestigungsschnittstelle 28a kann direkt an der Antriebswelle 17 ausgebildet sein, ist jedoch bevorzugt Bestandteil eines gesonderten Schnittstellenkörpers 29, der an dem Antriebsabschnitt 17a befestigt ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung.
Die Antriebsbewegung 27 ist auf einen Drehwinkel begrenzt, der kleiner als 360 Grad ist. Der maximale Drehwinkel beträgt beispielsweise 270 Grad. Die Antriebsbewegung 27 kann wahlweise sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert sein.
Zur Erzeugung des die Antriebsbewegung 27 hervorrufenden Drehmoments hat der Schwenkkolben 23 einen Flügelabschnitt 23a, der in bezüglich der Hauptachse 6 radialer Richtung einseitig von der Antriebswelle 17 absteht. Bevorzugt hat der Schwenkkolben 23 auch einen von der Antriebswelle 17 koaxial durchsetzten Buchsenabschnitt 23b, der in der oben beschriebenen Weise drehfest an der Antriebswelle 17 befestigt ist. Der Schwenkkolben 23 ist an seiner Außenfläche mit mindestens einer Dichtung 23c versehen, die unter Abdichtung gleitverschieblich an der den Gehäuseinnenraum 8 begrenzenden Innenfläche des Antriebsgehäuses 7 anliegt.
Der sich in dem Gehäuseinnenraum 8 neben dem Flügelabschnitt 23a entlang des radialen Außenumfanges des Buchsenabschnittes 23b erstreckende Abschnitt der Dichtung 23c steht gleitverschieblich in Dichtkontakt mit einem Trennwandelement 32, das mit radialem Abstand zu der Hauptachse 6 ortsfest in den Gehäuseinnenraum 8 eingesetzt ist. Das Trennwandelement 32 ist von einer Trennwanddichtung 32a umgeben, die außer an der Dichtung 23c des Schwenkkolbens 23 auch noch an der radialen Innenumfangsfläche 12a der peripheren Seitenwand 12 und an der axialen Innenfläche der beiden Abschlusswände 13, 14 dichtend anliegt. Auf diese Weise begrenzen das Trennwandelement 32 und der Schwenkkolben 23 gemeinsam die beiden Antriebskammern 24, 25, bei denen es sich um Teilkammern des Gehäuseinnenraumes 8 handelt.
Durch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 24, 25 kann der Schwenkkolben 23 zu einer durch einen Doppelpfeil visualisierten Schwenkbewegung 33 mit der Hauptachse 6 als Schwenkachse angetrieben werden, woraus unmittelbar die an dem Antriebsabschnitt 17a abgreifbare Antriebsbewegung 27 resultiert.
Das Trennwandelement 32 fungiert zweckmäßigerweise auch als Anschlagelement zur Vorgabe eines maximalen Schwenkwinkels des Schwenkkolbens 23. Hierzu hat das Trennwandelement 32 beidseits der Trennwanddichtung 32a in der Umfangsrichtung der Hauptachse 6 abstehende Anschlagabschnitte 34, die in der Richtung der Schwenkbewegung 33 orientiert sind und auf die der Schwenkkolben 23 mit seinem Flügelabschnitt 23a auflaufen kann, um zwei einander entgegengesetzte Endpositionen der Schwenkbewegung 33 vorzugeben. Durch die beiden Anschlagabschnitte 34 ist ein maximaler Schwenkwinkel des Schwenkkolbens 23 mechanisch vorgegeben, der kleiner als 360 Grad ist.
Zur Befestigung des anderen Armgliedes 2b der beiden Armglieder 2a, 2b ist außen am Antriebsgehäuse 7, insbesondere an der Außenseite der peripheren Seitenwand 12, eine zweite Befestigungsschnittstelle 28b ausgebildet. Selbige umfasst beim Ausführungsbeispiel mehrere Befestigungslöcher zur Schraubbefestigung des betreffenden Armgliedes 2b.
Bei einer anderen Anwendung der Drehantriebsvorrichtung 4 kann an der zweiten Befestigungsschnittstelle 28b ein beliebiges Maschinenteil angebracht werden.
Zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 24, 25 ist die Drehantriebsvorrichtung 4 mit einer elektrisch betätigbaren Steuerventilanordnung 35 ausgestattet. Diese Steuerventilanordnung 35 umfasst mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil 36, wobei es zweckmäßig ist, wenn die Steuerventilanordnung 35 über mehrere solcher elektrisch betätigbarer Steuerventile 36 verfügt, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
Die Steuerventilanordnung 35 ist über ein Steuer-Fluidkanalsystem 37, dessen wesentliche Bestandteile insbesondere aus 6 ersichtlich sind, an die beiden Antriebskammern 24, 25 fluidisch angeschlossen. Die beiden Arbeitskanäle A, B gehören zu dem Steuer-Fluidkanalsystem 37 und bilden jeweils einen Kanalendabschnitt des Steuer-Fluidkanalsystems 37.
Die Steuerventilanordnung 35 ist in der Lage, zum einen die Belüftung und zum anderen die Entlüftung jeder Antriebskammer 24, 25 zu steuern. Bei der Belüftung erfolgt eine Einspeisung von Antriebsfluid in die betreffende Antriebskammer 24, 25, bei der Entlüftung wird Antriebsfluid aus der betreffenden Antriebskammer 24, 25 zur Druckentlastung abgeführt.
Die Steuerventilanordnung 35 ist außerdem über mindestens einen Belüftungskanal 38 an einen Belüftungsanschluss 38a angeschlossen. Außerdem ist sie über mindestens einen Entlüftungskanal 39 an einen Entlüftungsanschluss 39a angeschlossen. Der Belüftungsanschluss 38a und der Entlüftungsanschluss 39a befinden sich an der Außenseite der Drehantriebsvorrichtung 4, wobei der Belüftungsanschluss 38a eine Fluidverbindung mit einer insbesondere als Druckluftquelle ausgebildeten Druckquelle P ermöglicht und der Entlüftungsanschluss 39a eine Fluidverbindung zu einer insbesondere von der Atmosphäre gebildeten Drucksenke R.
Die beiden Anschlüsse 38a, 39a sind zweckmäßigerweise mit Schlauchanschlusseinrichtungen ausgestattet, die jeweils das lösbare Anschließen eines zu der Druckquelle P beziehungsweise zu der Drucksenke R führenden Fluidschlauches ermöglichen. Exemplarisch sind die Anschlüsse 38a, 39a rechtwinkelig zu der Hauptachse 6 orientiert.
Die Steuerventilanordnung 35 ist am Antriebsgehäuse 7 des Drehantriebes 5 angebracht und auf diese Weise mit dem Drehantrieb 5 zu einer einheitlich handhabbaren, insbesondere selbsttragenden Antriebsbaugruppe 42 zusammengefasst.
Zweckmäßigerweise umfasst die Antriebsbaugruppe 42 auch eine Ventilträgereinrichtung 43, an der die Steuerventilanordnung 35 bevorzugt ausschließlich angebracht ist und über die die Steuerventilanordnung 35 am Antriebsgehäuse 7 des Drehantriebes 5 befestigt ist.
Bevorzugt ist jedes Steuerventil 36 an der Ventilträgereinrichtung 43 befestigt, sodass sie von selbiger getragen wird und unter Vermittlung der Ventilträgereinrichtung 43 ortsfest bezüglich des Antriebsgehäuses 7 fixiert ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Ventilträgereinrichtung 43 über eine von dem Steuer-Fluidkanalsystem 37 und vorzugsweise auch von dem Belüftungskanal 38 und dem Entlüftungskanal 39 durchsetzte Kanalplatte 44 verfügt, an der die Steuerventilanordnung 35 unabhängig vom Antriebsgehäuse 7 befestigt ist.
Die Kanalplatte 44 ist an der axialen Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 angeordnet und derart ausgerichtet, dass ihre Plattenebene rechtwinkelig zu der Hauptachse 6 verläuft.
Die Kanalplatte 44 hat einen oder mehrere das Antriebsgehäuse 7 radial überragende Randabschnitte 45, an denen jeweils mindestens eines der Mehrzahl von Steuerventilen 36 so befestigt ist, dass es mit dem Steuer-Fluidkanalsystem 37 in der Kanalplatte 44 fluidisch verbunden ist.
Gemäß einer beim illustrierten Ausführungsbeispiel realisierten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ventilträgereinrichtung 43 mehrere als Ventilaufnahmebecher 46 bezeichnete becherförmige Strukturen, die jeweils an einem der Randabschnitte 45 der Kanalplatte 44 befestigt sind und in denen jeweils mindestens eines der Steuerventile 36 aufgenommen ist.
Jeder Ventilaufnahmebecher 46 hat an einem ersten axialen Endbereich 47a einen Befestigungsflansch 48, mit dem er an die in Richtung zu der axialen Vorderseite 15 weisende vordere Stirnfläche des Randabschnittes 45 unter Abdichtung angesetzt und mit Hilfe von Befestigungsschrauben 49 oder anderer Befestigungsmittel an der Kanalplatte 44 befestigt ist, insbesondere in lösbarer Weise. Der Ventilaufnahmebecher 46 ist stirnseitig an dem ersten axialen Endbereich 47a von Hause aus offen und im montierten Zustand durch den Randabschnitt 45 der Kanalplatte 44 verschlossen.
Jeder Ventilaufnahmebecher 46 ragt von der Kanalplatte 44 fingerartig in Richtung zu der axialen Vorderseite 15 hin weg und endet frei mit einem der Kanalplatte 44 entgegengesetzten zweiten axialen Endbereich 47b. An diesem zweiten axialen Endbereich 47b hat der Ventilaufnahmebecher 46, der am ersten axialen Endbereich 47a offen ist, einen Becherboden 52.
Jedes Steuerventil 36 stützt sich mit einem zweiten axialen Endabschnitt 53b an der Innenfläche des Becherbodens 52 ab und ist dadurch mit seinem entgegengesetzten ersten Endabschnitt 53a an die Kanalplatte 44 angedrückt. Auf diese Weise ist jedes Steuerventil 36 an der Ventilträgereinrichtung 43 in der Achsrichtung der Hauptachse 6 unbeweglich fixiert.
Zweckmäßigerweise ist der Becherboden 52 mit einer oder mehreren Durchbrechungen 59 versehen, durch die elektrische Anschlusskontakte jedes Steuerventils 36 hindurchragen, die mit einer außen an dem Becherboden 52 angesetzten Leiterplatte 54 kontaktiert sind.
Jede Leiterplatte 54 hat mindestens eine elektromechanische Schnittstelleneinrichtung 54a, die ausgebildet ist, um elektrische Steuersignale zur betriebsmäßigen Ansteuerung der Steuerventile 36 einzuspeisen.
Jedes Steuerventil 36 hat insbesondere stirnseitig an seinem ersten axialen Endabschnitt 53a eine oder mehrere steuerbare Ventilöffnungen 55, die über je einen an der rückwärtigen Stirnfläche des Randabschnittes 45 ausmündenden Verbindungskanal 56 mit dem in der Kanalplatte 44 verlaufenden Steuer-Fluidkanalsystem 37 kommunizieren.
Darüber hinaus ist der Innenraum 57 mindestens eines im Folgenden auch als Belüftungsbecher 46a bezeichneten Ventilaufnahmebechers 46 über eine Belüftungsöffnung 38b mit dem in der Kanalplatte 44 verlaufenden Belüftungskanal 38 verbunden, und es ist außerdem der Innenraum 57 mindestens eines im Folgenden auch als Entlüftungsbecher 46b bezeichneten weiteren Ventilaufnahmebechers 46 über eine Entlüftungsöffnung 39b mit dem in der Kanalplatte 44 verlaufenden Entlüftungskanal 39 verbunden. Die Belüftungsöffnung 38b und die Entlüftungsöffnung 39b münden jeweils im Bereich des offenen ersten axialen Endbereiches 47a eines Ventilaufnahmebechers 46 an der zur axialen Vorderseite 15 weisenden Stirnfläche der Kanalplatte 44 aus und stehen damit in direkter Verbindung mit dem Innenraum 57.
Die Drehantriebsvorrichtung 4 des bevorzugten illustrierten Ausführungsbeispiels umfasst einen Belüftungsbecher 46a und zwei Entlüftungsbecher 46b. Diese Anzahl kann variieren, wobei allerdings von jedem Bechertyp mindestens einer vorhanden ist.
Der Innenraum 57 jedes Ventilaufnahmebechers 46 steht in ständiger Fluidverbindung mit dem Innenraum 58 jedes darin angeordneten Steuerventils 36. Jedes Steuerventil 36 weist in seinem Innenraum 58 mindestens ein durch elektrische Aktivierung bewegliches Steuerelement 62 auf, das auf ein bewegliches Ventilglied 62a einwirkt oder selbiges unmittelbar bildet. Durch entsprechende elektrische Ansteuerung lässt sich die Position des Steuerelementes 62 und somit die Position des Ventilgliedes 62a verändern, um eine zugeordnete steuerbare Ventilöffnung 55 entweder zu verschließen oder zur Ermöglichung eines Fluiddurchtrittes freizugeben.
Somit ist jedes Steuerventil 36 in der Lage, den über das Steuer-Fluidkanalsystem 37 mit ihm verbundenen Arbeitskanal A oder B vom Innenraum 57 des zugeordneten Ventilaufnahmebechers 46 abzutrennen oder mit diesem Innenraum 57 zu verbinden, um auf diese Weise abhängig davon, ob es sich um einen Belüftungsbecher 46a oder um einen Entlüftungsbecher 46b handelt, den zugeordneten Arbeitskanal A oder B und somit die daran angeschlossene Antriebskammer 24, 25 wahlweise zu belüften, zu entlüften oder zum Einsperren des darin befindlichen Antriebsfluides abzusperren.
Es besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Gestaltung des Steuer-Fluidkanalsystems 37 die in ein und demselben Ventilaufnahmebecher 46 enthaltenen mehreren Steuerventile 36 an den gleichen Arbeitskanal A oder B anzuschließen, oder aber das jeweils eine Steuerventil 36 an den ersten Arbeitskanal A und das jeweils andere Steuerventil 36 an den zweiten Arbeitskanal B anzuschließen. Die entsprechende Auswahl wird insbesondere in Abhängigkeit von der zu bewältigenden Strömungsrate getroffen.
Die Kanalplatte 44 ist zweckmäßigerweise in einer zur Hauptachse 6 rechtwinkeligen Fügeebene 63 in zwei jeweils plattenförmig ausgebildete erste und zweite Kanalplattenkörper 44a, 44b unterteilt. Das Steuer-Fluidkanalsystem 37 verläuft in der Fügeebene 63 und ist gebildet von im einen und/oder anderen Kanalplattenkörper 44a, 44b ausgebildeten rinnenförmigen Vertiefungen, die vom jeweils anderen Kanalplattenkörper 44b, 44a unter Zwischenschaltung einer Dichtmaske 64 zur Umgebung hin abgedichtet sind.
Der Belüftungsanschluss 38a und der Entlüftungsanschluss 39a sind zweckmäßigerweise gemeinsam in einer pneumatischen Anschlusseinheit 65 ausgebildet, die im Bereich der axialen Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 angeordnet ist und die zweckmäßigerweise auch ein Bestandteil der Antriebsbaugruppe 42 ist. Sie besteht beispielsweise aus einem blockförmigen Körper, der von dem Belüftungskanals 38 und von dem Entlüftungskanal 39 durchsetzt ist und der derart an die Kanalplatte 44 angebaut ist, dass sich sowohl der Belüftungskanal 38 als auch der Entlüftungskanal 39 in der Kanalplatte 44 fortsetzt, um mit mindestens einem der Innenräume 57 der Ventilaufnahmebecher 46 ständig fluidisch verbunden zu sein.
Der Begriff „pneumatisch“ bei der pneumatischen Anschlusseinheit 65 ist stellvertretend zur Verwendung mit jedweder Art von Druckfluid zu verstehen und ist nicht auf Druckluft beschränkt. Damit soll nur zum Ausdruck gebracht werden, dass die Anschlusseinheit 65 eine fluidische Schnittstelle bildet, an der das Antriebsfluid in die Drehantriebsvorrichtung 4 eingespeist oder daraus abgeführt wird.
Die pneumatische Anschlusseinheit 65 ist bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel einstückig mit der Kanalplatte 44 und insbesondere mit einem der beiden Kanalplattenkörper 44a, 44b ausgebildet.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die pneumatische Anschlusseinheit 65 eine bezüglich der Ventilträgereinrichtung 43 separate Komponente ist, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
Exemplarisch ist die pneumatische Anschlusseinheit 65 bezogen auf die Achsrichtung der Hauptachse 6 zwischen die rückwärtige Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 und die Kanalplatte 44 der Ventilträgereinrichtung 43 eingegliedert. Dies hat den Vorteil, dass die dem Drehantrieb 5 axial abgewandte Rückseite 66 der Ventilträgereinrichtung 43 und insbesondere der Kanalplatte 44 für den Anbau weiterer Komponenten der Antriebsbaugruppe 42 zur Verfügung steht. Prinzipiell wäre es aber durchaus möglich, die Ventilträgereinrichtung 43 direkt an das Antriebsgehäuse 7 anzubauen und die pneumatische Anschlusseinheit 65 an der Rückseite 66 der Ventilträgereinrichtung 43 anzuordnen.
Das Steuer-Fluidkanalsystem 37, das die beiden Antriebskammern 24, 25 mit der Steuerventilanordnung 35 verbindet, ist zweckmäßigerweise in seiner Gesamtheit im Innern der Antriebsbaugruppe 42 ausgebildet, ohne dass Schlauchleitungen oder Rohrleitungen daran beteiligt sind. Dies beugt Beschädigungen vor und erleichtert die externe Reinigung. Außerdem kann die Antriebsbaugruppe 42 auf diese Weise bei ihrer Herstellung schnell und fehlerfrei zusammengebaut werden.
Jedes Steuerventil 36 der Steuerventilanordnung 35 ist zweckmäßigerweise zumindest partiell im Bereich der bezüglich der Hauptachse 6 radial nach außen weisenden peripheren Außenumfangsfläche 67 des Antriebsgehäuses 7 angeordnet. Bevorzugt erstrecken sich die Steuerventile 36 jeweils zumindest partiell entlang der peripheren Seitenwand 12.
Aufgrund der zwischen die Ventilträgereinrichtung 43 und das Antriebsgehäuse 7 eingegliederten pneumatischen Anschlusseinheit 65 ist die Kanalplatte 44 mit axialem Abstand zum Antriebsgehäuse 7 angeordnet. Die von der Kanalplatte 44 in Richtung zu der axialen Vorderseite 15 wegragenden Steuerventile 36 haben somit einen ihrem ersten axialen Endabschnitt 53a zugeordneten Längenabschnitt, der sich entlang des axialen Abstandes zwischen der Kanalplatte 44 und dem Antriebsgehäuse 7 erstreckt und an den sich ein weiterer Längenabschnitt des Steuerventils 36 anschließt, der sich ausgehend von der axialen Rückseite 16 axial entlang der radialen Außenumfangsfläche 67 des Antriebsgehäuses 7 erstreckt, wobei das Steuerventil 36 allerdings mit axialem Abstand vor der axialen Vorderseite 15 des Antriebsgehäuses 7 endet.
Somit liegt eine Konstellation vor, bei der jedes Steuerventil 36 über die axiale Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 hinausragt, gleichzeitig aber das Antriebsgehäuse 7 im Bereich seiner axialen Vorderseite 15 über die Steuerventile 36 hinausragt.
Die vorgenannten, sich auf die Steuerventile 36 beziehenden Ausführungen gelten entsprechend für die die Steuerventile 36 aufnehmenden Ventilaufnahmebecher 46.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Steuerventile 36 über die gesamte axiale Länge zumindest der peripheren Seitenwand 12 des Antriebsgehäuses 7 und insbesondere des gesamten Antriebsgehäuses 7.
Die Steuerventile 36 sind so angeordnet, dass ein nur sehr geringer radialer Abstand zu der peripheren Seitenwand 12 vorliegt. Dadurch hat die Antriebsbaugruppe 42 sehr geringe Querabmessungen.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel sind die Steuerventile 36 bezüglich des Antriebsgehäuses 7 so weit axial zurückverlagert, dass sie die periphere Seitenwand 12 des Antriebsgehäuses 7 überhaupt nicht überlappen.
Die beschriebene Anordnung der Steuerventile 36 ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit Steuerventilen 36 realisierbar, die als Piezoventile 36a ausgebildet sind, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
Die Piezoventile 36a haben eine Längsgestalt und sind so ausgerichtet, dass ihre jeweilige Längsachse 69 parallel zu der Hauptachse 6 verläuft.
Jedes Piezoventil 36a umfasst mindestens ein lamellenförmiges Steuerelement 62, das als Biegewandler 62b ausgebildet ist, der nach dem umgekehrten piezoelektrischen Effekt zum Öffnen und Schließen einer zugeordneten steuerbaren Ventilöffnung 55 auslenkbar ist, wenn er mit einer entsprechenden Ansteuerspannung elektrisch angesteuert wird.
Jeder Biegewandler 62b erstreckt sich zweckmäßigerweise in der Längsrichtung des Antriebsgehäuses 7.
Zumindest einige, vorzugsweise aber sämtliche Steuerventile 36 der Steuerventileinrichtung 35 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie unabhängig voneinander elektrisch betätigbar sind.
Die Steuerventile 36 der Steuerventilanordnung 35 sind bevorzugt rings um die Hauptachse 6 herum verteilt angeordnet. Bezogen auf eine die Hauptachse 6 enthaltende Mittelebene ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der mindestens eine Belüftungsbecher 46a auf der einen Seite und der mindestens eine Entlüftungsbecher 46b auf der anderen Seite dieser Mittelebene platziert ist.
Wie insbesondere aus 3 gut ersichtlich ist, ist die Ventilträgereinrichtung 43 bevorzugt mittels Befestigungsschrauben 68 an dem Antriebsgehäuse 7 fixiert. Die Befestigungsschrauben 68 durchsetzen exemplarisch die Kanalplatte 44, an der sie sich mit ihren Schraubenköpfen abstützen, wobei sie mit ihrem Gewindeschaft in jeweils ein Innengewinde eingeschraubt sind, das in der rückwärtigen Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 ausgebildet ist.
Mit den gleichen Befestigungsschrauben 68 ist zweckmäßigerweise auch die pneumatische Anschlusseinheit 65 fixiert. Die Befestigungsschrauben 68 durchsetzen die mit entsprechenden Durchgangslöchern versehene pneumatische Anschlusseinheit 65, sodass selbige zwischen dem Antriebsgehäuse 7 und der Kanalplatte 44 der Ventilträgereinrichtung 43 verspannt ist.
Wenn sich die Kanalplatte 44 aus mehreren aneinander angesetzten Kanalplattenkörpern 44a, 44b zusammensetzt, werden zweckmäßigerweise auch diese beiden Kanalplattenkörper 44a, 44b durch die Befestigungsschrauben 68 axial miteinander verspannt.
Auf diese Weise liegt ein modularer Aufbau vor, der die Herstellung und den Zusammenbau der einzelnen Komponenten der Antriebsbaugruppe 42 begünstigt.
Zweckmäßigerweise enthält die Antriebsbaugruppe 42 als weitere modulartige Komponente auch noch eine mit der Steuerventilanordnung 35 zu deren elektrischer Ansteuerung elektrisch verbundene elektronische Steuereinheit 72.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist bevorzugt im Bereich der axialen Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 angeordnet. Umfasst die Antriebsbaugruppe 42 eine Ventilträgereinrichtung 43, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft, so ist die elektronische Steuereinheit 72 bevorzugt an der Rückseite 66 der Ventilträgereinrichtung 43 platziert.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist dabei zweckmäßigerweise direkt an der Ventilträgereinrichtung 43 befestigt, und zwar unabhängig vom Antriebsgehäuse 7. Sie kann also montiert und bei Bedarf auch demontiert werden, ohne die Ventilträgereinrichtung 43 vom Drehantrieb 5 ebenfalls lösen zu müssen.
Die bevorzugt lösbare Befestigung der elektronischen Steuereinheit 72 an der Ventilträgereinrichtung 43 erfolgt insbesondere mittels mehrerer ein Außengewinde aufweisender Stehbolzen 73, die in der Kanalplatte 44 und dabei zweckmäßigerweise in dem zweiten Kanalplattenkörper 44b verankert sind und nach rückwärts, vom Antriebsgehäuse 7 weg, über die Ventilträgereinrichtung 43 vorstehen. Auf diese Stehbolzen 73 ist die elektronische Steuereinheit 72 aufgesteckt und mit Hilfe von auf die Stehbolzen 73 aufgeschraubten Befestigungsmuttern 74 fixiert.
Die Fixierung der elektronischen Steuereinheit 72 erfolgt zweckmäßigerweise an einer Leiterplatte 75 der elektronischen Steuereinheit 72, die über Befestigungslöcher verfügt, durch die die Stehbolzen 73 hindurchragen. Die Leiterplatte 75 ist so ausgerichtet, dass sich die Leiterplattenebene rechtwinkelig zu der Hauptachse 6 erstreckt.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist über eine strichpunktiert angedeutete erste elektrische Leiteranordnung 76, die insbesondere in Form von elektrischen Kabeln realisiert ist, an die elektromechanischen Schnittstelleneinrichtungen 54a angeschlossen, um die eine elektrische Ansteuerung ermöglichende elektrische Verbindung zwischen der elektronischen Steuereinheit 72 und der Steuerventilanordnung 35 zu schaffen.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist in der Lage, mindestens eine elektrische Ansteuerspannung variabler Höhe zu generieren, die als Steuersignal an die Steuerventilanordnung 35 übermittelt wird, um die Steuerventile 36 wunschgemäß zu betätigen.
Insbesondere wenn die Steuerventile 36 als Piezoventile 36a ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, wenn die elektronische Steuereinheit 72 eine Hochvoltstufe 77 aufweist, durch die eine zur Ansteuerung der Biegewandler 62b geeignete Hochvolt-Ansteuerspannung generierbar ist. Die Hochvoltstufe 77 ist somit ebenfalls ein integraler Bestandteil der Antriebsbaugruppe 42.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist ausgebildet, um hinsichtlich ihres Betriebes mit anderen elektrisch betätigbaren Gerätschaften koordiniert werden zu können, insbesondere mit weiteren als Armgelenke 3 genutzten Drehantriebsvorrichtungen 4. Zu diese Zweck ist sie mit einer elektromechanischen Schnittstelleneinrichtung 78 ausgestattet, an die ein serielles Bussystem 82 angeschlossen oder anschließbar ist, das - beispielsweise mittels elektrischen Kabeln - eine steuerungstechnische Verbindung mit einer übergeordneten externen elektronischen Steuereinrichtung 83 herstellt.
Das Bussystem kann alternativ auch zur parallelen Signalübertragung mit einer 1:1-Verdrahtung ausgelegt sein.
Die elektromechanische Schnittstelleneinrichtung 78 ist insbesondere so ausgebildet, dass serielle Bussignale gemäß Pfeil 84 hindurchgeschleift werden können, um eine Verbindung mit einem weiteren anzusteuernden Gerät vorzunehmen.
Das serielle Bussystem 82 kann nach jedem beliebigen Busprotokoll arbeiten. Die elektronische Steuereinheit 72 ist beispielsweise ausgebildet, um einen sogenannten CAN Bus oder ein sogenanntes IO-Link-Buskommunikationssystem anschließen zu können.
Zweckmäßigerweise ist die Drehantriebsvorrichtung 4 mit einem Encoder 85, das heißt mit anderen Worten einem Drehgeber ausgestattet, der ausgebildet ist, um den momentanen Drehwinkel zwischen der rotativ bewegbaren Antriebseinheit 22 und dem Antriebsgehäuse 7 zu erfassen und auszuwerten. Auf diese Weise ist eine Erfassung der momentanen relativen Drehposition zwischen der Antriebseinheit 22 und dem Antriebsgehäuse 7 möglich. Bei einem Einsatz als Armgelenk 3 eines Roboterarmes 1 kann auf diese Weise die momentane relative Schwenkposition zwischen den beiden Armgliedern 2a, 2b detektiert werden.
Über eine nur strichpunktiert angedeutete zweite elektrische Leiteranordnung 86 ist der Encoder 85 zweckmäßigerweise an die interne elektronische Steuereinheit 72 der Drehantriebsvorrichtung 4 angeschlossen, die ausgebildet ist, um die elektrische Ansteuerung der Steuerventilanordnung 35 auf der Grundlage der elektrischen Ausgangssignale des Encoders 85 zu befehligen.
Der Encoder 85 ist vorzugsweise als Inkrementalgeber ausgebildet. Der Encoder 85 kann als Absolutwertgeber oder als Relativwertgeber realisiert sein.
Bevorzugt ist der Encoder 85 an der axialen Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 angeordnet. Verfügt die Drehantriebsvorrichtung 4 über eine rückseitig an das Antriebsgehäuse angebaute Ventilträgereinrichtung 43, ist der Encoder 85 zweckmäßigerweise an deren axialer Rückseite 66 angeordnet. Letzteres trifft auf das Ausführungsbeispiel zu.
Die Antriebswelle 17 hat zweckmäßigerweise einen dem Antriebsabschnitt 17a axial entgegengesetzten rückwärtigen Endabschnitt 17b, der die rückwärtige Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 durchsetzt und an der axialen Rückseite 16 aus dem Antriebsgehäuse 7 herausragt. Dieser rückwärtige Endabschnitt 17b definiert bei einer mit einem Encoder 85 ausgestatteten Drehantriebsvorrichtung 4 einen Detektionsabschnitt 87, der mit dem Encoder 85 in Wirkverbindung steht. Der Detektionsabschnitt 87 ist exemplarisch von dem frei endenden Endabschnitt des rückwärtigen Endabschnittes 17b der Antriebswelle 17 gebildet.
An diesem Detektionsabschnitt 87 ist eine bewegliche Encodereinheit 85a drehfest angebracht, die die rotative Antriebsbewegung 27 der Antriebseinheit 22 mitmacht. Diese bewegliche Encodereinheit 85a kooperiert in an sich bekannter Weise berührungslos mit einer bezüglich des Antriebsgehäuses 7 ortsfesten, feststehenden Encodereinheit 85b, die exemplarisch an der Ventilträgereinrichtung 43 und insbesondere an der Rückseite deren Kanalplatte 44 montiert ist. Die feststehende Encodereinheit 85b ist über die erwähnte zweite elektrische Leiteranordnung 86 an die elektronische Steuereinheit 72 angeschlossen.
Der Encoder 85 ist zweckmäßigerweise koaxial bezüglich der Antriebswelle 17 angeordnet. Er ist optimal in die Antriebsbaugruppe 42 integrierbar, wenn die Leiterplatte 75 der elektronischen Steuereinheit 72 über eine mittige Durchbrechung 88 verfügt, in der sich der Encoder 85 erstreckt und die von dem Encoder 85 insbesondere durchsetzt ist. Es handelt sich bevorzugt um eine kreisrunde Durchbrechung 88. Der Encoder 85 kann auf diese Weise in einer gemeinsamen Ebene mit der elektronischen Steuereinheit 72 angeordnet sein, wobei diese gemeinsame Ebene rechtwinkelig zu der Hauptachse 6 verläuft.
Bevorzugt hat die elektronische Steuereinheit 72 ebenso eine zu der Hauptachse 6 rechtwinkelige Hauptausdehnungsebene wie die Kanalplatte 44 der Ventilträgereinrichtung 43. Dadurch erhält die Antriebsbaugruppe 42 besonders kurze Längenabmessungen.
Die fluidbetätigte Drehantriebsvorrichtung 4 ist bevorzugt mit einer Druckerfassungseinrichtung 91 ausgestattet, die ausgebildet ist, um den in den beiden Antriebskammern 24, 25 jeweils momentan herrschenden Fluiddruck zu erfassen. Die erfassten Druckwerte werden insbesondere zur Durchführung einer Druckregelung verwendet, mit deren Hilfe die rotative Antriebsbewegung 27 einschließlich der rotativen Positionierung der Antriebseinheit 22 durchführbar ist oder durchgeführt wird.
Die Druckerfassungseinrichtung 91 ist zweckmäßigerweise an dem Drehantrieb 5 angeordnet. Wie insbesondere aus der 5 ersichtlich ist, erfolgt die Erfassung des in den Antriebskammern 24, 25 herrschenden Fluiddruckes durch je einen Druckerfassungskanal 92a, 92b hindurch, von denen ein erster Druckerfassungskanal 92a über eine erste innere Kanalmündung 93a in die erste Antriebskammer 24 einmündet und ein zweiter Druckerfassungskanal 92b über eine zweite innere Kanalmündung 93b in die zweite Antriebskammer 25 einmündet.
Bevorzugt sind die Druckerfassungskanäle 92a, 92b nicht von den Arbeitskanälen A, B gebildet, sondern sind als diesbezüglich und somit auch bezüglich des Steuer-Fluidkanalsystems 37 gesonderte Fluidkanäle ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Druckerfassung, die unabhängig ist von impulsartigen Druckschwankungen, die in den Arbeitskanälen A, B insbesondere dann auftreten können, wenn die Steuerventile 36 zwischen einem Belüftungsvorgang und einem Entlüftungsvorgang umschalten.
Bei dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsetzen die Druckerfassungskanäle 92a, 92b die periphere Seitenwand 12 des Antriebsgehäuses 7, sodass sich die inneren Kanalmündungen 93a, 93b an der exemplarisch kreiszylindrischen radialen Innenumfangsfläche 12a der den Gehäuseinnenraum 8 umschließenden peripheren Seitenwand 12 befinden.
Die Druckerfassungseinrichtung 91 ist bevorzugt an der von der Hauptachse 6 wegweisenden radialen Außenumfangsfläche 12b der peripheren Seitenwand 12 angeordnet.
Die Druckerfassungseinrichtung 91 taucht zweckmäßigerweise von der Außenseite der peripheren Seitenwand 12 her mit je einem Druckabgriffsstutzen 94 in jeden Druckerfassungskanal 92a, 92b ein. An der Stirnseite des Druckabgriffsstutzens 94 befindet sich jeweils eine Druckabgriffsöffnung für den in der zugeordneten Antriebskammer 24, 25 herrschenden Fluiddruck. Auf diese Weise erfolgt die Druckerfassung praktisch direkt in der jeweiligen Antriebskammer 24, 25, was eine hohe Druckerfassungsgenauigkeit mit sich bringt.
Die Druckerfassungseinrichtung 91 enthält zweckmäßigerweise für jede Antriebskammer 24, 25 einen eigenen Drucksensor, sodass der ersten Antriebskammer 24 ein erster Drucksensor 95a und der zweiten Antriebskammer 25 ein zweiter Drucksensor 95b zugeordnet ist. Jeder Drucksensor 95a, 95b hat einen der Druckabgriffsstutzen 94 und ist von außerhalb des Antriebsgehäuses 7 her in den zugeordneten Druckerfassungskanal 92a, 92b eingesteckt. Je eine dazwischengefügte Dichtung verhindert einen unerwünschten Fluidaustritt aus den Antriebskammern 24, 25 zur Atmosphäre.
Bevorzugt enthält die Drehantriebsvorrichtung 4 eine elektronische Druckregelungseinheit 96, an die die Druckerfassungseinrichtung 91 über eine strichpunktiert angedeutete dritte elektrische Leiteranordnung 97 angeschlossen ist. Die Druckregelungseinheit 96 ist insbesondere als ein integraler Bestandteil der elektronischen Steuereinheit 72 ausgeführt. Dementsprechend befindet sich die Druckregelungseinheit 96 im Bereich der axialen Rückseite 16 des Antriebsgehäuses 7 und insbesondere an der Rückseite 66 der Ventilträgereinrichtung 43.
Die bisher beschriebenen elektrischen Leiteranordnungen 76, 86, 97 sind vorzugsweise als flexible elektrische Kabel ausgeführt, die im Bereich des Außenumfanges des Drehantriebes 5 verlegt sind.
Die Druckerfassungseinrichtung 91 ist zweckmäßigerweise an einem radial außen an dem Antriebsgehäuse 7 montierten Sensorhalter 98 angeordnet. Der Sensorhalter 98 ist an die radiale Außenumfangsfläche 12b der peripheren Seitenwand 12 angesetzt und dort insbesondere durch Befestigungsschrauben fixiert. In dem bevorzugt aus Kunststoffmaterial bestehenden Sensorhalter 98 ist vorzugsweise für jeden Drucksensor 95a, 95b ein Aufnahmebereich 99 ausgebildet, der den zugeordneten Drucksensor 95a, 95b aufnimmt und festhält. Die Drucksensoren 95a, 95b sind mit dem Sensorhalter 98 zweckmäßigerweise zu einer beim Anbringen an den Drehantrieb 5 einheitlich handhabbaren Baugruppe zusammengefasst.
Wie insbesondere aus der 4 gut ersichtlich ist, sind sowohl die inneren Kanalmündungen 26 der beiden Arbeitskanäle A, B als auch die inneren Kanalmündungen 93a, 93b der beiden Druckerfassungskanäle 92a, 92b derart in dem Gehäuseinnenraum 8 platziert, dass sie außerhalb des Schwenkbereiches liegen, der von dem Flügelabschnitt 23a des Schwenkkolbens 23 bei dessen Schwenkbewegung 33 überfahren wird. Diese inneren Kanalmündungen 26, 93a, 93b befinden sich zuordnungsrichtig diesseits und jenseits der Trennwanddichtung 32a unmittelbar benachbart zum Trennwandelement 32.
Jeder der beiden inneren Kanalmündungen 93a, 93b der Druckerfassungskanäle 92a, 92b liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich, an dem sich einer der beiden Anschlagabschnitte 34 vorbei erstreckt. Jeder Anschlagabschnitt 34 begrenzt gemeinsam mit dem ihm radial benachbarten Umfangsabschnitt der peripheren Seitenwand 12 einen Teilabschnitt der zugeordneten Antriebskammer 24, 25, in den einer der Druckerfassungskanäle 92a, 92b einmündet, sodass er als Druckabgriffsabschnitt 100 fungiert, in dem die Druckerfassung stattfindet. Da die Anschlagabschnitte 34 mit der Wandung des Antriebsgehäuses 7 nicht dichtend zusammenwirken, sind die Anschlagabschnitte 34 von dem in der jeweils zugeordneten Antriebskammer 24, 25 befindlichen Antriebsfluid umspült, das folglich auch in den Druckabgriffsabschnitten 100 vorhanden ist.
Bevorzugt liegen die inneren Kanalmündungen 26 der Arbeitskanäle A, B in der Umfangsrichtung der Hauptachse 6 im gleichen Bereich wie die Anschlagabschnitte 34, sodass sie von selbigen überdeckt sind. Da die Anschlagabschnitte 34 mit axialem Abstand zu den axialen Abschlusswänden 13, 14 des Gehäuseinnenraumes 8 angeordnet sind, ist gleichwohl ein Zwischenraum vorhanden, der ein ungehindertes Zuströmen und Abströmen des bevorzugt von Druckluft gebildeten Antriebsfluides ermöglicht.
In den 5 und 6 ist durch Strömungspfeile die für die Betätigung des Drehantriebes 5 mögliche Fluidströmung des Antriebsfluides eingezeichnet. Gestrichelte Strömungspfeile illustrieren die Belüftungsströmung, gepunktete Strömungspfeile illustrieren die Entlüftungsströmung.
Die Druckregelungseinheit 96 ist ausgebildet, um die in den beiden Antriebskammern 24, 25 herrschende Druckdifferenz so einzuregeln, dass die Antriebseinheit 22 eine gewünschte Antriebsbewegung 27 ausführt und/oder in einer gewünschten Drehposition bezüglich des Antriebsgehäuses 7 positioniert und festgehalten wird. Über die Höhe der eingestellten Druckdifferenz lässt sich die Drehgeschwindigkeit beeinflussen. Bei gleichhohem Druck in den beiden Antriebskammern 24, 25 lässt sich über die Höhe des Druckniveaus die Steifigkeit des Systems vorgeben. Der Encoder 85 liefert momentane Drehwinkelinformationen, die bei der Druckregelung verarbeitet werden.
Die auf diese Weise druckgeregelte Drehpositionierung der Antriebseinheit 25 findet zweckmäßigerweise in der internen elektronischen Steuereinheit 72 der Drehantriebsvorrichtung 4 statt, wobei die Sollwerte allerdings zweckmäßigerweise durch die übergeordnete elektronische Steuereinrichtung 83 vorgegeben werden. Auf diese Weise ist eine optimale Koordination mehrerer mit der gleichen übergeordneten Steuereinrichtung 83 ansteuerungstechnisch kommunizierender Drehantriebsvorrichtungen 4 möglich.
Es ist von Vorteil, wenn die pneumatische Anschlusseinheit 65 mit einer weiteren Druckerfassungseinrichtung 101 ausgestattet ist, die in der Zeichnung nur strichpunktiert schematisch angedeutet ist und die ausgebildet ist, um den Fluiddruck zu erfassen, der am Belüftungsanschluss 38a und/oder am Entlüftungsanschluss 38b ansteht. Mit Hilfe der so erfassten Druckwerte sind insbesondere Diagnosefunktionen möglich, beispielsweise Verifizierungen, ob ein ausreichend großer Versorgungsdruck ansteht und/oder ob eine einwandfreie, rückstaulose Fluidabfuhr gewährleistet ist. Außerdem ist damit beispielsweise auch die Erfassung des Druckverlaufs der Ventilkennlinie möglich.
Die weitere Druckerfassungseinrichtung 101 ist zweckmäßigerweise über eine vierte elektrische Leiteranordnung 102 an die elektronische Steuereinheit 72 angeschlossen.
Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, durchsetzt die Antriebswelle 17 mit ihrem an der axialen Rückseite 16 aus dem Antriebsgehäuse 7 herausragenden rückwärtigen Endabschnitt 17b in diesbezüglich drehbeweglicher Weise sowohl die pneumatische Anschlusseinheit 65 als auch die Kanalplatte 44 der Ventilträgereinrichtung 43.
Die Antriebswelle 17 ist zweckmäßigerweise in ihrer Längsrichtung von zwei zur besseren Unterscheidung als Wellenkanäle 103 bezeichneten Fluidkanälen durchsetzt, die in dem sich durch die pneumatische Anschlusseinheit 65 hindurch erstreckenden Längenabschnitt des rückwärtigen Endabschnittes 17b der Antriebswelle 17 jeweils mit einer in der Antriebswelle 17 ausgebildeten Ringnut 104 verbunden sind. Die sich durch die pneumatische Anschlusseinheit 65 hindurch erstreckenden Längenabschnitte des Belüftungskanals 38 und des Entlüftungskanals 39 haben jeweils eine Abzweigung, über die sie mit einer der beiden Ringnuten 104 kommunizieren. Auf diese Weise ist von den beiden Wellenkanälen 103 der eine ständig mit dem Belüftungsanschluss 38a und der andere ständig mit dem Entlüftungsanschluss 39a verbunden, und zwar unabhängig von der Drehposition der Antriebswelle 17.
Den Wellenkanälen 103 sind im Bereich des Antriebsabschnittes 17a in der Zeichnung nicht weiter illustrierte Schnittstellenmittel zugeordnet, an denen weiterführende Fluidkanäle anschließbar sind, um eine fluidische Verkettung mit beispielsweise der Drehantriebsvorrichtung 4 eines weiteren Armgelenkes 3 zu ermöglichen. Diese weiterführenden Fluidkanäle sind vorzugsweise von elastisch biegbaren Fluidschläuchen gebildet. Selbige können in den Schnittstellenkörpern 29 schlaufenförmig oder spiralförmig gewunden verlegt sein.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel enthält der Drehantrieb 5 nur eine einzige, von zwei Antriebskammern 24, 25 und einem darin aufgenommenen Schwenkkolben 23 gebildete Antriebsstufe. Entsprechend einem nicht weiter illustrierten Ausführungsbeispiel ist allerdings auch ein mehrstufiger Aufbau möglich, bei dem der Drehantrieb 5 über mehrere und insbesondere zwei axial benachbarte Schwenkkolben 23 verfügt, die jeweils ein eigenes Paar von Antriebskammern 24, 25 voneinander abtrennen und die mit der gleichen Antriebswelle 17 drehfest verbunden sind. Mit einem solchen Aufbau lassen sich besonders hohe Drehmomente erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008003944 U1 [0003]
DE 3941255 C2 [0004]
DE 102010013617 B4 [0005]

Claims

Drehantriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Drehantrieb (5), der ein Antriebsgehäuse (7) und eine diesbezüglich durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung mindestens eines in dem Antriebsgehäuse (7) angeordneten Schwenkkolbens (23) um eine Hauptachse (6) des Drehantriebes (5) verdrehbare Antriebseinheit (22) aufweist, wobei eine mit dem Schwenkkolben (23) verbundene Antriebswelle (17) der Antriebseinheit (22) an einer axialen Vorderseite (15) des Antriebsgehäuses (7) mit einem einen Kraftabgriff ermöglichenden Antriebsabschnitt (17a) aus dem Antriebsgehäuse (7) herausragt, und mit einer mindestens ein elektrisch betätigbares Steuerventil (36) umfassenden Steuerventilanordnung (35), die über ein Steuer-Fluidkanalsystem (37) an zwei in dem Antriebsgehäuse (7) durch den Schwenkkolben (23) voneinander abgetrennte erste und zweite Antriebskammern (24, 25) des Drehantriebes (5) fluidisch angeschlossen ist und die ausgebildet ist, um die Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern (24, 25) zum Verdrehen und rotativen Positionieren der Antriebseinheit (22) relativ zum Antriebsgehäuse (7) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung (35) an dem Antriebsgehäuse (7) angebracht und auf diese Weise mit dem Drehantrieb (5) zu einer einheitlich handhabbaren Antriebsbaugruppe (42) zusammengefasst ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuerventil (36) der Steuerventilanordnung (35) zumindest partiell im Bereich der bezüglich der Hauptachse (6) radial nach außen weisenden peripheren Außenumfangsfläche (12b) des Antriebsgehäuses (7) des Drehantriebes (5) angeordnet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuerventil (36) über die der axialen Vorderseite (15) entgegengesetzte axiale Rückseite (16) des Antriebsgehäuses (7) des Drehantriebes (5) hinausragt.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (7) des Drehantriebes (5) im Bereich seiner axialen Vorderseite (15) über das mindestens eine Steuerventil (36) hinausragt.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuerventil (36) eine Längsgestalt hat und so ausgerichtet ist, dass seine Längsachse parallel zu der Hauptachse (6) verläuft.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuerventil (36) als ein elektrisch ansteuerbares Piezoventil (36a) ausgebildet ist, das zweckmäßigerweise mindestens einen Biegewandler (62b) als die Fluidströmung zu und von den Antriebskammern (24, 25) steuerndes Steuerelement (62) aufweist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung (35) eine Mehrzahl von unabhängig voneinander betätigbaren Steuerventilen (36) aufweist, die im Bereich der bezüglich der Hauptachse (6) nach radial außen weisenden peripheren Außenumfangsfläche (12b) des Antriebsgehäuses (7) um das Antriebsgehäuse (7) herum verteilt angeordnet sind.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppe (42) eine am Antriebsgehäuse (7) des Drehantriebes (5) angebrachte, die Steuerventilanordnung (35) tragende Ventilträgereinrichtung (43) aufweist, wobei die Ventilträgereinrichtung (43) zweckmäßigerweise an der der axialen Vorderseite (15) entgegengesetzten axialen Rückseite (16) am Antriebsgehäuse (7) angebracht ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilträgereinrichtung (43) eine sich in einer zu der Hauptachse (6) rechtwinkeligen Ebene erstreckende Kanalplatte (44) aufweist, die im Bereich einer der axialen Vorderseite (15) entgegengesetzten axialen Rückseite (16) des Antriebsgehäuses (7) angeordnet ist, wobei die Steuerventilanordnung (35) an der Kanalplatte (44) angebracht ist und mit dem in der Kanalplatte (44) verlaufenden Steuer-Fluidkanalsystem (37) kommuniziert.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilträgereinrichtung (43) mehrere jeweils mindestens ein Steuerventil (36) aufnehmende Ventilaufnahmebecher (46) aufweist, die jeweils mit einem ersten axialen Endbereich (47a) an der dem Antriebsgehäuse (7) zugewandten Stirnfläche eines das Antriebsgehäuse (7) radial überragenden Randabschnittes (45) der Kanalplatte (44) befestigt sind und die sich, mit ihrem zweiten axialen Endbereich (47b) frei endend, neben dem Antriebsgehäuse (7) fingerartig in Richtung zur axialen Vorderseite (16) des Antriebsgehäuses (7) erstrecken.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (57) mindesten eines Ventilaufnahmebechers (46) mit einem durch die Kanalplatte (44) hindurch verlaufenden, zur Verbindung mit einer externen Druckquelle (P) vorgesehenen Belüftungskanal (38) kommuniziert und dass der Innenraum (57) mindesten eines weiteren Ventilaufnahmebechers (46) mit einem durch die Kanalplatte (44) hindurch verlaufenden, zur Verbindung mit einer Drucksenke (R) vorgesehenen Entlüftungskanal (39) kommuniziert.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppe (42) eine im Bereich der axialen Rückseite (16) des Antriebsgehäuses (7) angeordnete pneumatische Anschlusseinheit (65) umfasst, die in von außen her zugänglicher Weise einen mit einer externen Druckquelle (P) verbindbaren oder verbundenen Belüftungsanschluss (38a) und einen mit einer Drucksenke (R) verbindbaren oder verbundenen Entlüftungsanschluss (39a) aufweist, wobei die Steuerventilanordnung (35) sowohl mit dem Belüftungsanschluss (38a) als auch mit dem Entlüftungsanschluss (39a) verbunden ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 12 in Verbindung mit einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Anschlusseinheit (65) axial zwischen dem Antriebsgehäuse (7) und der Ventilträgereinrichtung (43) eingegliedert ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuer-Fluidkanalsystem (37) in seiner Gesamtheit ohne Verwendung von Schlauch- und Rohrleitungen im Innern der Antriebsbaugruppe (42) ausgebildet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppe (42) eine mit der Steuerventilanordnung (35) zu deren Ansteuerung elektrisch verbundene elektronische Steuereinheit (72) aufweist, die zweckmäßigerweise im Bereich der axialen Rückseite (16) des Antriebsgehäuses (7) angeordnet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (72) eine elektromechanische Schnittstelleneinrichtung (78) zum Anschließen eines mit einer übergeordneten elektronischen Steuereinrichtung (83) verbundenen Bussystems (82) aufweist, wobei das Bussystem (82) zweckmäßigerweise ein serielles Bussystem (82) ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppe (42) eine Hochvoltstufe zur Erzeugung einer Hochvolt-Ansteuerspannung für die Steuerventilanordnung aufweist, die als Bestandteil der elektronischen Steuereinheit (72) ausgebildet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppe (42) einen zur Erfassung des Drehwinkels der Antriebseinheit (22) ausgebildeten Encoder (85) umfasst, der zweckmäßigerweise an der der axialen Vorderseite (15) entgegengesetzten axialen Rückseite (16) des Antriebsgehäuses (7) des Drehantriebes (5) angeordnet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Drehantrieb (5) eine Druckerfassungseinrichtung (91) angeordnet ist, die über in die beiden Antriebskammern (24, 25) einmündende Druckerfassungskanäle (92a, 92b) den in den Antriebskammern (24, 25) herrschenden Fluiddruck zur Ermöglichung einer Druckregelung erfasst.
Roboterarm eines Roboters, mit mindestens zwei mittels eines Armgelenkes (3) in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbundenen Armgliedern (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass das Armgelenk (3) von einer Drehantriebsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 gebildet ist, wobei der Antriebsabschnitt (17a) der Antriebswelle (17) und das Antriebsgehäuse (7) des fluidbetätigten Drehantriebes (5) jeweils eine Befestigungsschnittstelle (28a, 28b) zur Befestigung eines der Armglieder (2a, 2b) des Roboterarmes (1) aufweist.