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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter und ein Verfahren zur Handhabung von Artikeln.
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Eine Handhabung von Artikeln, die in der Praxis beispielweise durch Getränkebehälter oder Zusammenstellungen an Getränkebehältern ausgebildet sein können, kann ein Verschieben und/oder ein Anheben und/oder ein Drehen um eine oder mehrere Achsen umfassen. Auch kann es sein, dass mehrere Artikel bzw. mehrere Getränkebehälter im Rahmen einer Handhabung mit einer Umreifung, einer Umverpackung, wie etwa einer Umwickelung, einem Schrumpfschlauch oder einem Karton versehen werden.
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Bei den Artikeln kann es sich beispielsweise um Objekte, wie etwa verpackte oder unverpackte Gegenstände, Behälter, Kartonagen, oder um Gebinde aus mehreren Objekten handeln, wobei die Objekte eines Gebindes, wie bereits erwähnt, beispielsweise über eine Umreifung, eine Umverpackung, wie etwa eine Umwickelung, einen Schrumpfschlauch oder einen Karton oder ein Tragegestell zusammengehalten werden, um nur einige denkbare Ausgestaltungen zu nennen.
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Auch kann eine Handhabung von Artikel einen gleichzeitigen Umgang mit mehreren, beispielsweise relativ zueinander gruppierten Artikeln und/oder das Gruppieren von Artikeln, bei dem mehrere Artikel in einer gewünschten Ausrichtung relativ zueinander angeordnet werden, vorsehen.
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Zur Handhabung eines Artikel oder mehrerer Artikel ist es bereits bekannt, mindestens einen Manipulator zu verwenden, beispielsweise ein Werkzeug, wie etwa einen Greifer oder eine Anlagefläche, welcher Manipulator mit Hilfe einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln innerhalb eines Arbeitsraums positioniert und beispielsweise entsprechend einer erforderlichen Bewegung zur Ausführung einer Manipulation und/oder einer Verbringung und/oder einer Behandlung eines oder mehrerer Artikel bewegt werden kann. Die Bewegung kann, wie im Fall einer Drehung um eine oder mehrere Achsen, eine punktförmige, oder im Fall einer Translationsbewegung eine geradlinige oder zwei- oder dreidimensional gekrümmt verlaufende Bewegungsbahn vorsehen. Auch beispielsweise abschnittsweise Kombinationen hieraus sind möglich.
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Bekannte Vorrichtungen zum Umgang mit Artikeln sind so genannte Deltaroboter bzw. Parallelkinematik-Roboter. Ein Deltaroboter oder Parallelkinematik-Roboter umfasst eine an einem Gestell oberhalb der Fläche, auf der, oder oberhalb der Flächen, zwischen denen ein Umgang mit Artikeln erfolgt, angeordnete Aufhängung. An der Aufhängung ist ein Gestänge bestehend aus mindestens zwei Armen und einem mit jedem der mindestens zwei Arme gelenkig verbundenen und in der Praxis als „tool center point“ bezeichneter Flansch angeordnet, an welchem der Manipulator befestigt sein kann und für welchen nachfolgend die Abkürzung TCP verwendet wird. Der Flansch bzw. der TCP umfasst einen drehenden Teil bzw. ein Koppelelement, an welchem der Manipulator befestigt ist sowie einen nicht drehenden Teil, an welchem die mindestens zwei Arme bzw. das Gestänge befestigt sind.
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Deltaroboter mit drei Armen werden auch als Tripoden bezeichnet. Bekannt sind darüber hinaus Deltaroboter, die über mehr als drei Arme bzw. ggf. genau über vier Arme oder sogar mehr als vier Arme verfügen.
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Jeder der Arme besteht aus einem an der Aufhängung um eine gestellfeste Schwenkachse angetrieben Oberarm und einem mit dem Oberarm und dem TCP gelenkig verbundenen Unterarm. Der Unterarm ist hierbei passiv, frei von einem Antrieb zu dessen Verschwenkung gegenüber dem Oberarm oder dem Koppelelement ausgeführt. Einer oder mehrere der Unterarme können beispielsweise über Kugelgelenke mit den jeweils zugehörigen Oberarmen und dem Koppelelement bzw. dem TCP verbunden sein. Ein solcher einzelner Unterarm ist frei schwenkbar und besitzt keine Eigenstabilität.
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Wenigstens einer der Unterarme kann aus zwei auch Elle und Speiche genannten und ein Parallelogrammgestänge bildenden Gestängeelementen bestehen, um das Koppelelement bzw. den TCP in zumindest einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zur Aufhängung zu führen.
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Das Koppelelement bzw. der TCP dient dabei als Arbeitsplattform. An diesem kann ein zuvor beschriebener Manipulator angeordnet sein, oder es kann einen zuvor beschriebenen Manipulator umfassen, oder es kann von einem zuvor beschriebenen Manipulator umfasst werden. Im Folgenden wird der Einfachheit halber nicht mehr zwischen diesen verschiedenen Ausgestaltungsvarianten unterschieden und statt dessen einheitlich der Ausdruck eines am Koppelelement bzw. dem PCT vorgesehenen Manipulators stellvertretend für alle drei Ausgestaltungsvarianten genannt, es sei denn, es ist explizit etwas anderes erwähnt.
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Um einen an einem Koppelelement bzw. dem TCP angeordneten Manipulator zu betätigen und/oder um einen am Koppelelement bzw. dem TCP angeordneten Manipulator zu drehen, ist es bekannt, hierfür mehrere Gelenkwellen vorzusehen. Eine erste Gelenkwelle kann dafür vorgesehen sein, den jeweiligen drehenden Teil des TCP bzw. das jeweilige Koppelelement zu drehen. Da der Manipulator mit dem Koppelelement verbunden ist, wird der Manipulator zusammen mit dem Koppelelement bzw. zusammen mit dem drehenden Teil des TCP rotierend bewegt, sofern eine solche erste Gelenkwelle betätigt wird. Eine zweite Gelenkwelle kann dafür vorgesehen sein, den Manipulator zu betätigen. Hierfür kann die zweite Gelenkwelle gedreht bzw. drehend angetrieben werden.
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Eine solche Tripode ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 006 155 A1 bekannt. Diese besteht aus einer Aufhängung, an welcher ein Gestänge mit drei Armen und einem mit jedem der drei Arme gelenkig verbundenen TCP angeordnet ist. Jeder der Arme besteht aus einem an der Basis um eine gestellfeste Schwenkachse angetrieben verschwenkbar angeordneten Oberarm und einem mit dem Oberarm und dem TCP gelenkig verbundenen Unterarm. Alle Oberarme sind jeweils um innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegende Schwenkachsen verschwenkbar angetrieben gelagert. Die Schwenkachsen schneiden einander innerhalb deren gemeinsamer Ebene. Damit weisen alle Schwenkachsen zwei Schnittpunkte mit den jeweils verbleibenden Schwenkachsen auf. Die Unterarme aller Arme bestehen jeweils aus zwei ein Parallelogrammgestänge bildenden Gestängeelementen. Dadurch wird der TCP immer parallel zur Fläche, auf der ein Umgang mit Artikeln erfolgt, und parallel zur Aufhängung geführt. Die Tripode umfasst darüber hinaus eine Teleskopwelle, mit der eine am TCP drehbar gelagerte Welle gedreht werden kann. Zum Ausgleich verschiedener Abstände zwischen TCP und Aufhängung ist die Teleskopwelle an der Aufhängung in Richtung ihrer momentanen axialen Erstreckung gleitend gelagert. Am TCP kann ein Manipulator angeordnet sein, der mittels einer Drehung der am TCP drehbar gelagerten Welle betätigt und hierbei beispielsweise gedreht werden kann. Zu Zwecken weiterer Betätigungen des Manipulators können zusätzliche Teleskopwellen vorgesehen sein, welche Drehmomente von an der Aufhängung angeordneten Antrieben zum Manipulator übertragen. Die Teleskopwellen verlaufen dabei weder parallel, noch koaxial zueinander.
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Ein Tripod mit einer ineinander schiebbaren Teleskopwelle ist auch durch
EP 1 293 691 A1 bekannt.
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Durch
US 2011/0154936 A1 ist bekannt, die Unterarme der beiden Arme eines Roboters an mittels Spindelantrieben verwirklichten Linearantrieben gelenkig anzuordnen. Die Unterarme sind weiterhin als Parallelgestänge ausgeführt, so dass der TCP parallel zur Aufhängung geführt wird.
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Durch
WO 2004/004986 A2 ist ein ebenfalls mit einem TCP ausgestatteter Roboter bekannt. Bei dem Tripod, oder der Tripode, der WO-Anmeldung ist ein Linearantrieb in Form eines ausziehbar oder ineinander schiebbar angetriebenen Teleskopstabs vorgesehen. Der Teleskopstab überträgt eine Schub- bzw. Druckkraft. Zur Steuerung der Position und Ausrichtung des TCP innerhalb eines Arbeitsraums sind biegeschlaffe Elemente vorgesehen, welche mit dem TCP fest verbunden sind. Die Lage und der Abstand des TCP zur Aufhängung werden dabei durch die Druckkraft des Teleskopstabs und die Zugkräfte der biegeschlaffen Elemente bestimmt. Beispielsweise können die biegeschlaffen Elemente paarweise im Sinne einer Parallelkinematik oder einzeln mittels unabhängig voneinander steuerbar angetriebener Seilwinden längenverstellbar vorgesehen sein. Alternativ können die biegeschlaffen Elemente in ihrer Länge unveränderlich ausgebildet sein Auch Kombinationen hiervon sind möglich. Um Drehbewegungen am TCP zur Verfügung zu stellen, ist ein separat gesteuerter und auf dem TCP montierter Drehantrieb erforderlich.
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Ein weiterer Tripod wird durch die
DE 10 2015 220 413 A1 offenbart. Auch bei dem in der DE-Anmeldung beschriebenen Tripod sind mehrere Stellarme gelenkig mit einer oberen Aufhängung verbunden. Zudem ist ein Manipulator vorgesehen, welcher am TCP des Tripods angeordnet ist. Über zwei Wellen kann der Manipulator gedreht und betätigt werden, wobei ein erste Welle zentral am TCP angeordnet ist und eine zweite Welle, die zur Betätigung des Manipulators vorgesehen ist, eine umlaufende Bewegung um die erste Welle ausführt, sofern die erste Welle zum Drehen des Manipulators betätigt wird. Eine ähnliche Tripode, bei welcher ebenso zwei Wellen zum Drehen und Betätigen des Manipulators vorgesehen sind, wird zudem durch die
DE 10 2014 223 410 A1 offenbart.
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Die Praxis hat gezeigt, dass bei Tripoden mit zwei Wellen, wie sie beispielsweise durch die
DE 10 2015 220 413 A1 sowie durch die
DE 10 2014 223 410 A1 offenbart werden, Probleme entstehen können. So resultiert aus der satellitenartigen Bewegung der zweiten und zur Betätigung des Manipulators vorgesehenen Gelenkwelle eine Unwucht, wodurch eine ungewollte Beschädigung oder ein vorzeitiger Verschleiß von Lagern während eines längeren Betriebes des Parallelkinematik-Roboters nicht ausgeschlossen werden kann. Zudem ist der zur Verfügung stehende Platz bzw. Raum am TCP häufig gering, weshalb bei Tripoden gemäß einer Offenbarung der DE-Anmeldungen Probleme bei der Anordnung beider Wellen im Bereich des TCP verbunden sein können. Um Tripoden mit einer solchen Anordnung betreiben zu können, sind aufwendige Getriebe notwendig, welche eine Übertragung von Drehmomenten auf die beiden Gelenkwellen ermöglichen. Diese Getriebe sind kostenaufwändig, weshalb Vorrichtungen wünschenswert sind, welche sich unter dem Gesichtspunkt der Kostenreduzierung hergestellt werden können.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist daher eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Handhabung von Artikeln bereitzustellen, mittels welchen sich die genannten Probleme zumindest teilweise vermeiden oder zumindest reduzieren lassen. Die Vorrichtung bzw. der Parallelkinematik-Roboter soll zudem einen einfachen Aufbau besitzen. Das Verfahren soll zudem einfach umgesetzt werden können.
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Die obige Aufgabe wird durch die Gegenstände gelöst, welche die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Die Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter, welcher eine obere Aufhängung umfasst. Die obere Aufhängung kann beispielsweise als Befestigungsplatte ausgebildet sein, über welche der Parallelkinematik-Roboter ortsfest an einem Gestell bzw. an einem Tragrahmen befestigt ist.
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Zudem umfasst der Parallelkinematik-Roboter mehrere separat angetriebene Stellarme, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar (oder linear führbar), befestigt sind und jeweils einen oberen Armabschnitt sowie einen schwenkbeweglich daran befestigten unteren Armabschnitt umfassen. In diversen Ausführungsformen kann der Parallelkinematik-Roboter genau zwei separat angetriebene Stellarme, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar, befestigt sind, umfassen. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Parallelkinematik-Roboter genau drei separat angetriebene Stellarme, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar, befestigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, so dass es sein kann, dass der Parallelkinematik-Roboter beispielsweise genau vier oder ggf. mehr als vier separat angetriebene Stellarme umfasst, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar, befestigt sind.
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In einer alternativen Ausführungsform können die angetriebenen Stellarme anstatt drehbar an der oberen Aufhängung linearbeweglich an der oberen Aufhängung angeordnet sein. In diesem Fall kann der obere Armabschnitt eines oder aller Stellarme im Wesentlichen aus einem Schlitten gebildet sein, der entlang einer Linearführung durch einen Antrieb (beispielsweise einen Linearantrieb (z.B. Langstator oder Drehantrieb mit Zahnrad-Zahnstangen-Getriebe)) bewegt wird. Das Prinzip ist beispielsweise in der Druckschrift
US2012272773A1 oder in
5 der Druckschrift
US4976582 offenbart. Auch wenn im Folgendem von einer drehbaren Befestigung die Rede ist, soll diese lineare Ausführungsform bei allen Ausführungsformen der Erfindung eine erfindungsgemäße Alternative darstellen.
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Sinnvollerweise kann jedem der mehreren Stellarme ein eigener Aktor zugeordnet sein, über welchen der jeweilige Stellarm angetrieben bzw. geschwenkt werden kann. Die Zum Antreiben bzw. zum Schwenken der Stellarme vorgesehenen Aktoren können an der oberen Aufhängung befestigt sein.
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Auch umfasst der Parallelkinematik-Roboter ein Koppelungselement, welches von den mehreren separat angetriebenen Stellarmen gemeinsam getragen wird und über eine aufeinander abgestimmte Bewegung der mehreren separat angetriebenen Stellarme relativ zur oberen Aufhängung bewegt werden kann. Der Parallelkinematik-Roboter kann somit einen mit den mehreren separat angetriebenen Stellarmen gekoppelten „tool center point“ bzw. TCP oder zentralen Verbindungsbereich besitzen, an welchem der nachfolgend noch beschriebene mindestens eine Manipulator angeordnet ist und/oder welcher vom nachfolgend noch beschriebenen mindestens einen Manipulator selbst ausgebildet wird.
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Denkbar ist beispielsweise, dass der zentrale Verbindungsbereich bzw. der TCP ein Befestigungselement oder Verbindungsglied besitzt, an welchem Befestigungselement oder Verbindungsglied die mehreren Auslegerarme jeweils schwenkbeweglich angeordnet sind bzw. an welches Befestigungselement oder Verbindungsglied die mehreren Auslegerarme jeweils schwenkbeweglich angreifen. Zudem kann das Koppelungselement als Bestandteil des zentralen Verbindungsbereichs bzw. des TCP ausgebildet sein und mit dem Befestigungselement oder Verbindungsglied derart in Verbindung stehen, dass das Koppelungselement relativ zum Befestigungselement oder Verbindungsglied gedreht werden kann.
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Es ist vorgesehen, dass am Koppelungselement mindestens ein Manipulator befestigt ist. Der mindestens eine Manipulator kann unterhalb des Koppelungselementes positioniert und ggf. vom Koppelungselement hängend getragen werden.
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Der mindestens eine am Koppelungselement befestigte Manipulator kann ggf. mehrere Klemm- und/oder Greifelemente umfassen oder durch mehrere Klemm- und/oder Greifelemente ausgebildet sein, die zum Entgegennehmen von Artikeln eine Zustellbewegung ausführen können. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass der mindestens eine am Koppelungselement befestigte Manipulator bei einer Betätigung eine Umreifung und/oder eine Umverpackung auf mehrere Artikel aufbringen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, so dass der Manipulator durch weitere Handhabungseinrichtungen ausgebildet sein kann, welche sich zum Umgang mit Artikeln eignen.
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Zudem umfasst der Parallelkinematik-Roboter eine erste Gelenkwelle und eine zweite Gelenkwelle. Es ist vorgesehen, dass das Koppelungselement zusammen mit dem hieran befestigten mindestens einen Manipulator mittels einer Betätigung der ersten Gelenkwelle drehbar ist. Auch ist vorgesehen, dass der am Koppelungselement befestigte mindestens eine Manipulator mittels einer Betätigung der zweiten Gelenkwelle zur Handhabung von jeweiligen Artikeln angesteuert werden kann. Die erste Gelenkwelle und/oder die zweite Gelenkwelle können teleskopierbar sein. Das Koppelungselement und die erste Gelenkwelle können derart miteinander in Verbindung stehen, dass eine Betätigung der ersten Gelenkwelle und eine hiermit einhergehenden Drehung des Koppelungselementes und des am Koppelungselementes befestigten mindestens einen Manipulators mittels einer Rotationsbewegung der ersten Gelenkwelle bewirkt wird. Ergänzend oder alternativ hierzu können die zweite Gelenkwelle und der am Koppelungselement befestigte mindestens eine Manipulator derart miteinander in Verbindung stehen, dass eine Betätigung der zweiten Gelenkwelle und eine hiermit einhergehende Ansteuerung des mindestens einen Manipulators zur Handhabung von Artikeln mittels einer Rotationsbewegung der zweiten Gelenkwelle bewirkt wird. Es kann ein erster Antriebsmotor vorgesehen sein, über welchen die erste Gelenkwelle zu ihrer jeweiligen Betätigung rotierend antreibbar ist. Auch kann ein zweiter Antriebsmotor vorgesehen sein, über welchen die zweite Gelenkwelle zu ihrer jeweiligen Betätigung rotierend antreibbar ist. Der zum rotierenden Antrieb der ersten Gelenkwelle ausgebildete erste Antriebsmotor und/oder der zum rotierenden Antrieb der zweiten Gelenkwelle ausgebildete zweite Antriebsmotor können an der Aufhängung befestigt.
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Weiter ist die erste Gelenkwelle über ihren in Richtung nach unten weisenden Endbereich getriebelos an einem definierten Bereich des Koppelungselementes befestigt, welcher definierte Bereich gegenüber einem Drehzentrum bzw. gegenüber einer Drehachse des Koppelungselementes versetzt ist. Ein Getriebe kann jedoch ggf. dem vorherig bereits erwähnten und zur Betätigung bzw. zum rotierenden Antrieb der ersten Gelenkwelle ausgebildeten ersten Antriebsmotor zwischengeordnet sein. Ergänzend oder alternativ hierzu kann ggf. dem vorherig bereits erwähnten und zur Betätigung bzw. zum rotierenden Antrieb der zweiten Gelenkwelle ausgebildeten zweiten Antriebsmotor zwischengeordnet sein.
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Weiter kann es sein, dass das Koppelungselement eine Öffnung besitzt, über welche Öffnung die zweite Gelenkwelle durch das Koppelungselement hindurchtritt. Somit kann die zweite Gelenkwelle ggf. durch die Öffnung hindurchtreten und über ihren in Richtung nach unten weisenden Endbereich mit dem mindestens eine Manipulator in Verbindung stehen, welcher mindestens eine Manipulator am Koppelungselement befestigt ist.
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Es kann sein, dass der Parallelkinematik-Roboter einen zur Betätigung bzw. zur rotierenden Bewegung der ersten Gelenkwelle ausgebildeten ersten Antriebsmotor sowie einen Rotor umfassen. Die erste Gelenkwelle kann hierbei mittels des ersten Antriebsmotors über den Rotor drehend bzw. rotierend betätigbar sein. Weiter kann ein in Richtung nach oben weisender Endbereich der ersten Gelenkwelle gegenüber einer Längsachse einer Antriebswelle des ersten Antriebsmotors versetzt am Rotor angeordnet sein.
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Es ist zudem denkbar, dass die zweite Gelenkwelle mit dem Rotor in Verbindung steht, so dass die zweite Gelenkwelle bei einer drehenden Betätigung der ersten Gelenkwelle zusammen mit der ersten Gelenkwelle mitbewegt wird. Die zweite Gelenkwelle kann hierbei durch den Rotor hindurchtreten. Insbesondere kann es sein, dass die zweite Gelenkwelle über eine Getriebeanordnung an den vorherig bereits erwähnten und zur Betätigung bzw. zum rotierenden Antrieb der zweiten Gelenkwelle vorgesehenen zweiten Antriebsmotor gekoppelt ist.
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Die erste Gelenkwelle und/oder die zweite Gelenkwelle können als Kardanwelle ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Handhabung von Artikeln wie Gebinde, Stückgüter oder dergleichen mit einem Parallelkinematik-Roboter. Merkmale, welche zu Ausführungsformen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erwähnt werden, können ebenso in diversen Ausführungsformen des vorhergehend bereits beschriebenen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein und werden nicht mehrfach erwähnt. Ebenso können vorhergehend zu diversen Ausführungsformen des Parallelkinematik-Roboters bereits beschriebene Merkmale in diversen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein.
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Der Parallelkinematik, mit welchem das Verfahren umgesetzt wird, umfasst eine obere Aufhängung und mehrere separat angetriebene Stellarme, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar (oder linear führbar), befestigt sind und jeweils einen oberen Armabschnitt sowie einen schwenkbeweglich daran befestigten unteren Armabschnitt besitzen.
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Zudem umfasst der Parallelkinematik-Roboter ein Koppelungselement, welches von den mehreren separat angetriebenen Stellarmen gemeinsam getragen wird. Bestandteil des Parallelkinematik-Roboters sind zudem mindestens einen Manipulator, welcher am Koppelungselement befestigt ist sowie eine erste Gelenkwelle und eine Gelenkwelle. Das Koppelungselement ist zusammen mit dem hieran befestigten mindestens einen Manipulator mittels einer Betätigung der ersten Gelenkwelle drehbar. Weiter ist der am Koppelungselement befestigte mindestens eine Manipulator mittels einer Betätigung der zweiten Gelenkwelle zur Handhabung von jeweiligen Artikeln ansteuerbar.
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Ein erster Schritt des Verfahrens sieht ein aufeinander abgestimmtes Bewegen der mehreren separat angetriebenen Stellarme vor, wodurch das Koppelungselement sowie der hieran befestigte mindestens eine Manipulator relativ zur oberen Aufhängung bewegt werden und Artikel in einen Arbeitsbereich des mindestens einen Manipulators gelangen.
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Ein weiterer Schritt sieht ein zeitlich hierauf folgendes Ansteuern bzw. Betätigen der zweiten Gelenkwelle vor, womit einhergehend der mindestens eine Manipulator auf die jeweiligen in seinen Arbeitsbereich bewegten Artikel einwirkt.
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Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die erste Gelenkwelle zum Drehen des Koppelungselementes und zum Drehen des am Koppelungselement befestigten mindestens einen Manipulators zeitlich vor, während und/oder nach dem Einwirken auf die jeweiligen Artikel betätigt wird, wozu die erste Gelenkwelle exzentrisch um ein Drehzentrum des Koppelungselementes bzw. exzentrisch um eine Drehachse des Koppelungselementes bewegt wird.
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Insbesondere kann es sein, dass ein erster Antriebsmotor die erste Gelenkwelle über einen am oberen Endbereich der ersten Gelenkwelle angeordneten Rotor betätigt und hierbei die erste Gelenkwelle exzentrisch um ein Drehzentrum einer Antriebswelle des ersten Antriebsmotors bzw. exzentrisch um eine Drehachse einer Antriebswelle des ersten Antriebsmotors bewegt. Der Rotor kann ggf. die zweite Gelenkwelle bei einer Betätigung der ersten Gelenkwelle mitbewegen.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung zudem einen Parallelkinematik-Roboter bzw. einen weiteren Parallelkinematik-Roboter mit einer oberen Aufhängung und mehreren separat angetriebenen Stellarmen vor, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar (oder linear führbar), befestigt sind und jeweils einen oberen Armabschnitt sowie einen schwenkbeweglich daran befestigten unteren Armabschnitt besitzen. Merkmale, welche vorherig bereits zu diversen Ausführungsformen des ersten erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters beschrieben wurden, können ebenso bei den diversen Ausführungsformen des nachfolgend beschriebenen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein und werden nicht mehrfach erwähnt. Ebenso können nachfolgend beschriebene Merkmale zu diversen Ausführungsformen des weiteren Parallelkinematik-Roboters bei den Ausführungsformen des vorhergehend bereits beschriebenen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein.
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Der Parallelkinematik-Roboter umfasst zudem ein Koppelungselement, welches von den mehreren separat angetriebenen Stellarmen gemeinsam getragen wird und über eine aufeinander abgestimmte Bewegung der mehreren separat angetriebenen Stellarme relativ zur oberen Aufhängung bewegt werden kann.
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Bestandteil des Parallelkinematik-Roboters ist zudem mindestens ein Manipulator, welcher am Koppelungselement befestigt ist.
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Auch umfasst der Parallelkinematik-Roboter eine erste Gelenkwelle und einen ersten Antriebsmotor zur Betätigung der ersten Gelenkwelle, wobei die erste Gelenkwelle bei einer jeweiligen Betätigung über den ersten Antriebsmotor das Koppelungselement zusammen mit dem hieran befestigten mindestens einen Manipulator drehen kann.
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Weiter umfasst der Parallelkinematik-Roboter eine zweite Gelenkwelle und einen zweiten Antriebsmotor zur Betätigung der zweiten Gelenkwelle, wobei die zweite Gelenkwelle bei ihrer Betätigung den mindestens einen Manipulator zur Handhabung von jeweiligen Artikeln ansteuern kann.
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Es ist vorgesehen, dass der Parallelkinematik-Roboter mindestens ein vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbares Antriebsrad, wenigstens ein Zwischenrad und mindestens ein drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppeltes Abtriebsrad umfasst. Weiter ist vorgesehen, dass das mindestens eine Antriebsrad, das wenigstens eine Zwischenrad und das mindestens eine drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad derart zusammenwirken, dass zur Betätigung der zweiten Gelenkwelle und einer hiermit einhergehenden Ansteuerung des mindestens einen Manipulators ein Drehmoment vom mindestens einen Antriebsrad über das wenigstens eine Zwischenrad an das drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppelte wenigstens eine Abtriebsrad übertragbar ist. Wie vorhergehend bereits erwähnt, können die Merkmale des vorhergehend bereits beschriebenen Parallelkinematik-Roboters ggf. zusätzlich vorgesehen sein. So ist beispielsweise denkbar, dass bei einem solchen Parallelkinematik-Roboter die erste Gelenkwelle über ihren in Richtung nach unten weisenden Endbereich getriebelos an einem definierten Bereich des Koppelungselementes befestigt ist, welcher definierte Bereich gegenüber einem Drehzentrum bzw. gegenüber einer Drehachse des Koppelungselementes versetzt ist.
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Es kann sein, dass das mindestens eine vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbare Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad als Bestandteil eines gemeinsamen Zugmittelgetriebes ausgebildet sind. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass das wenigstens eine Zwischenrad und das mindestens eine drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad als Bestandteil eines gemeinsamen Zugmittelgetriebes ausgebildet sind. Das mindestens eine vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbare Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad können über einen Riemen miteinander in Verbindung stehen, welcher Riemen eine Drehbewegung vom mindestens einen vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbaren Antriebsrad auf das wenigstens eine Zwischenrad überträgt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass das wenigstens eine Zwischenrad und das mindestens eine drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad über einen Riemen miteinander in Verbindung stehen, welcher Riemen eine Drehbewegung vom wenigstens einen Zwischenrad auf das drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad überträgt.
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Vorstellbar ist auch, dass das mindestens eine vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbare Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad über eine Kette miteinander in Verbindung stehen, welche Kette eine Drehbewegung vom mindestens einen vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbaren Antriebsrad auf das wenigstens eine Zwischenrad überträgt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass das wenigstens eine Zwischenrad und das mindestens eine drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad über eine Kette miteinander in Verbindung stehen, welche Kette eine Drehbewegung vom wenigstens einen Zwischenrad auf das drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad überträgt.
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Auch kann es sein, dass das mindestens eine vom zweiten Antriebsmotor rotierend bewegbare Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad als Bestandteil eines gemeinsamen Stirnradgetriebes ausgebildet sind oder gemeinsam ein Stirnradgetriebe ausbilden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass das wenigstens eine Zwischenrad und das mindestens eine drehfest an die zweite Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad als Bestandteil eines gemeinsamen Stirnradgetriebes ausgebildet sind oder gemeinsam ein Stirnradgetriebe ausbilden.
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Für diverse Ausführungsformen ist vorstellbar, dass der Parallelkinematik-Roboter ein erstes Zwischenrad und ein zweites Zwischenrad umfasst. Das erste Zwischenrad und das zweite Zwischenrad können drehfest miteinander verbunden und um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbar sein. Wird das erste Zwischenrad rotierend bewegt, so kann sich das zweite Zwischenrad aufgrund der drehfesten Verbindung zusammen mit dem ersten Zwischenrad um die gemeinsame Rotationsachse rotierend mitbewegen.
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Hierbei kann es sein, dass zur Betätigung der zweiten Gelenkwelle und einer hiermit einhergehenden Ansteuerung des mindestens einen Manipulators ein Drehmoment vom mindestens einen Antriebsrad an das erste Zwischenrad übertragbar ist und vom drehfest mit dem ersten Zwischenrad in Verbindung stehenden und um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbaren zweiten Zwischenrad an das drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppelte wenigstens eine Abtriebsrad übertragbar ist.
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Es kann sein, dass der erste Aktor bzw. der erste Antriebsmotor zur Betätigung der ersten Gelenkwelle eine Antriebswelle besitzt, auf welcher Antriebswelle des ersten Aktors bzw. des ersten Antriebsmotors das wenigstens eine Zwischenrad drehbeweglich aufsitzt Somit kann die Antriebswelle des ersten Aktors bzw. des ersten Antriebsmotors eine Rotationsachse für das wenigstens eine Zwischenrad ausbilden.
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Denkbar ist auch, dass der erste Aktor bzw. der erste Antriebsmotor zur Betätigung der ersten Gelenkwelle eine Antriebswelle besitzt, auf welcher das erste Zwischenrad und das zweite Zwischenrad jeweils drehbeweglich aufsitzen und welche Antriebswelle die gemeinsame Rotationsachse für das erste Zwischenrad und das zweite Zwischenrad ausbildet.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren bzw. ein weiteres Verfahren zur Handhabung von Artikeln wie Gebinde, Stückgüter oder dergleichen mit einem Parallelkinematik-Roboter. Merkmale, welche vorhergehend bereits zu Ausführungsformen des ersten Verfahrens beschrieben wurden, können ebenso bei diversen Ausführungsformen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens vorgesehen sein und werden nicht mehrfach erwähnt. Ebenso können Merkmale, welche zu diversen Ausführungsformen des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erwähnt werden, bei diversen Ausführungsformen des vorhergehend bereits beschriebenen Verfahrens vorgesehen sein.
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Der Parallelkinematik-Roboter, wie er für das Verfahren verwendet wird, umfasst eine obere Aufhängung sowie mehrere separat angetriebene Stellarme, welche an der oberen Aufhängung, insbesondere drehbar (oder linear führbar), befestigt sind und jeweils einen oberen Armabschnitt sowie einen schwenkbeweglich daran befestigten unteren Armabschnitt besitzen.
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Weiter umfasst der Parallelkinematik-Roboter ein Koppelungselement, welches von den mehreren separat angetriebenen Stellarmen gemeinsam getragen wird sowie mindestens einen Manipulator, welcher am Koppelungselement befestigt ist.
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Auch besitzt der Parallelkinematik-Roboter eine erste Gelenkwelle und einen ersten Antriebsmotor zur Betätigung der ersten Gelenkwelle sowie eine zweite Gelenkwelle und einen zweiten Antriebsmotor zur Betätigung der zweiten Gelenkwelle.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste Gelenkwelle über den ersten Antriebsmotor betätigt, wobei die erste Gelenkwelle bei ihrer Betätigung das Koppelungselement zusammen mit dem hieran befestigten mindestens einen Manipulator rotierend bewegt.
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Ein weiterer Schritt sieht ein aufeinander abgestimmtes Bewegen der mehreren separat angetriebenen Stellarme vor, wodurch das Koppelungselement sowie der hieran befestigte mindestens eine Manipulator relativ zur oberen Aufhängung bewegt werden und Artikel in einen Erfassungsbereich bzw. in einen Arbeitsbereich des mindestens einen Manipulators gelangen.
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Weiter erfolgt zeitlich hierauf folgend ein Betätigen der zweiten Gelenkwelle über den zweiten Antriebsmotor, wodurch der mindestens eine Manipulator auf die weiterhin in seinem Arbeitsbereich bzw. seinem Erfassungsbereich befindlichen Artikel einwirkt.
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Insbesondere kann es sein, dass die zweite Gelenkwelle über den zweiten Antriebsmotor betätigt wird, wodurch der mindestens eine Manipulator auf die weiterhin in seinem Arbeitsbereich bzw. seinem Erfassungsbereich befindlichen derart einwirkt, dass die Artikel zeitlich nach einer Betätigung der zweiten Gelenkwelle klemmend am mindestens einen Manipulator festgesetzt sind.
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Im Rahmen des Verfahrens treibt der zweite Antriebsmotor zum Betätigen der zweiten Gelenkwelle mindestens ein Antriebsrad an, welches mindestens eine Antriebsrad ein Drehmoment über wenigstens ein Zwischenrad auf wenigstens ein drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppeltes Abtriebsrad überträgt.
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Es kann sein, dass das mindestens eine Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad als Bestandteil eines gemeinsamen Zugmittelgetriebes zusammenarbeiten und/oder dass das wenigstens eine Zwischenrad und das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle in Verbindung stehende Abtriebsrad als Bestandteil eines gemeinsamen Zugmittelgetriebes zusammenarbeiten. Hierbei kann es sein, dass eine Drehbewegung über eine Kette und/oder über einen Riemen vom mindestens einen Antriebsrad auf das wenigstens eine Zwischenrad übertragen wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann es sein, dass eine Drehbewegung über eine Kette und/oder über einen Riemen vom wenigstens einen Zwischenrad auf das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle in Verbindung stehende Abtriebsrad übertragen wird.
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Auch kann es sein, dass das mindestens eine Antriebsrad und das wenigstens eine Zwischenrad als Stirnradgetriebe zusammenarbeiten und/oder dass das wenigstens eine Zwischenrad und das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle in Verbindung stehende Abtriebsrad als Stirnradgetriebe zusammenarbeiten.
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Auch können ein erstes Zwischenrad und ein zweites Zwischenrad vorgesehen sein, welche drehfest miteinander verbunden und um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbar sind. Hierbei kann es sein, dass das mindestens eine Antriebsrad ein Drehmoment bzw. eine Drehbewegung auf das erste Zwischenrad überträgt und hierbei das zweite Zwischenrad, welches drehfest mit dem ersten Zwischenrad verbunden und um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbar ist, das Drehmoment bzw. die Drehbewegung auf das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad überträgt.
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Bewährt hat es sich auch, wenn der erste Antriebsmotor eine zur Betätigung der ersten Gelenkwelle vorgesehene Antriebswelle umfasst, auf welcher Antriebswelle das wenigstens eine Zwischenrad drehbeweglich aufsitzt. Hierbei kann das wenigstens eine Zwischenrad bei einer Übertragung eines Drehmoments bzw. bei Übertragung einer Drehbewegung vom mindestens einen Antriebsrad an das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad rotierend um die Antriebswelle des ersten Antriebsmotors bewegt werden.
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Weiter kann es sein, dass der erste Antriebsmotor eine zur Betätigung der ersten Gelenkwelle vorgesehene Antriebswelle umfasst, auf welcher Antriebswelle das erste Zwischenrad und das zweite Zwischenrad drehbeweglich aufsitzen. Hierbei kann die Antriebswelle die gemeinsame Rotationsachse ausbilden, um welche das erste Zwischenrad und das drehfest mit dem ersten Zwischenrad verbundene zweite Zwischenrad rotierbar sind, so dass das erste Zwischenrad und das zweite Zwischenrad bei einer Übertragung eines Drehmoments vom mindestens einen Antriebsrad an das wenigstens eine drehfest mit der zweiten Gelenkwelle gekoppelte Abtriebsrad rotierend um die Antriebswelle des ersten Antriebsmotor bewegt werden.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Robotern erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der erfindungsgemäßen Verfahren betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum jeweiligen erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäßen Verfahren. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter.
- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters;
- 2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht der Ausführungsforme des Parallelkinematik-Roboters aus 1;
- 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform eines Parallelkinematik-Roboters aus den 1 und 2;
- 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht der Ausführungsform eines Parallelkinematik-Roboters aus den 1 bis 3;
- 5 und 6 zeigen jeweils weitere Details der Ausführungsform eines Parallelkinematik-Roboters aus den 1 bis 4.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die Erfindung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 1. Der Parallelkinematik-Roboter 1 umfasst eine obere Aufhängung 3, welche vorliegend als Befestigungsplatte 4 ausgebildet ist und auf welcher ein erster Antriebsmotor 10 und ein zweiter Antriebsmotor 20 aufsitzen. Die Aufhängung 3 bzw. die Befestigungsplatte 4 ist in der Regel ortsfest an einem in den Figuren der vorliegenden Patentanmeldung nicht mit dargestelltem Gestell bzw. Modulrahmen verankert.
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Wie auch die perspektivische Ansicht nach 4 gut erkennen lässt, sind an der oberen Aufhängung 3 bzw. an der Platte 4 zudem mehrere bzw. vorliegend genau drei Stellarme 15 angeordnet, die jeweils einen oberen Armabschnitt 17 und einen mit dem jeweiligen oberen Armabschnitt 17 schwenkbeweglich verbundenen unteren Armabschnitt 19 umfassen. Ein jeweiliger unterer Armabschnitt 19 ist hierbei aus zwei parallel zueinander orientierten Gestängen ausgebildet und kann gegenüber dem oberen Armabschnitt 17 gedreht werden. Zudem sind die unteren Armabschnitte 19 mechanisch an einen Verbindungsbereich 30 gekoppelt, welcher nach fachmännischem Verständnis als „tool center point“ bzw. TCP 32 bezeichnet werden kann und über welchen die drei Stellarme 15 den Manipulator 50 tragen und durch eine aufeinander abgestimmte Bewegung relativ zur oberen Aufhängung 3 versetzen können.
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Wie nachfolgend zu 5 noch detailliert beschrieben, umfasst der Parallelkinematik-Roboter 1 im Verbindungsbereich 30 bzw. im TCP 32 ein Verbindungsglied 34, an welches die mehreren Stellarme 15 jeweils gelenkig gekoppelt sind. Die Verbindung zwischen den Stellarmen 15 und dem Verbindungsglied 34 ist hierbei im Hinblick auf eine lotrechte Achse drehfest, so dass das Verbindungsglied 34 gegenüber einer lotrechten Achse nicht gedreht werden kann. Hingegen kann das Verbindungsglied 34 um eine jeweilige horizontale Achse gegenüber den Unterarmen 19 verschwenkt werden, so dass das Verbindungsglied 34 bei einer relativen Bewegung der mehreren Stellarme 15 versetzt wird, hierbei jedoch keine Neigungsbewegung gegenüber der oberen Aufhängung 3 bzw. gegenüber der Befestigungsplatte 4 ausführt. Um eine Drehbewegung für den auf Verweis mit Ziffer 50 lediglich schematisch angedeuteten Manipulator zu bewirken, besitzt der Parallelkinematik-Roboter 1 im Verbindungsbereich 30 bzw. im TCP 32 ein Koppelungselement 36, welches um eine lotrechte Achse relativ zur oberen Aufhängung 3 sowie relativ zum Verbindungsglied 34 gedreht werden kann. Das Verbindungsglied 36 ist detailliert in 5 zu erkennen und beschrieben. Die als Bestandteil des Parallelkinematik-Roboters 1 ausgebildete erste Gelenkwelle 6, welche als Kardanwelle 7 ausgebildet ist, kann bedarfsweise eine Drehbewegung auf das Koppelungselement 36 übertragen, so dass das Koppelungselement 36 sowie der hieran befestigte Manipulator 50 bei einer Betätigung der ersten Gelenkwelle 6 bzw. der Kardanwelle 7 eine Drehbewegung ausführen.
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Um Artikel handhaben zu können, kann der Manipulator 50 in diversen Ausführungsformen mehrere Klemm- und/oder Greifelemente umfassen, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren der vorliegenden Patentanmeldung nicht dargestellt sind. Zum Erfassen von Artikeln müssen diese Klemm- und/oder Greifelemente ihren relativen Abstand zueinander verkleinern bzw. eine Zustellbewegung ausführen. Um Artikel zeitlich nach einer Handhabung bzw. Manipulation freizugeben und die Verbindung zwischen den Klemm- und/oder Greifelementen und den jeweiligen Artikeln zu lösen, müssen die Klemm- und/oder Greifelemente ihren relativen Abstand zueinander wieder vergrößern und in eine Ausgangslage zurückbewegt werden. Für eine solche Betätigung des Manipulators 50 bzw. für eine solche jeweilige Bewegung der Klemm- und/oder Greifelemente umfasst der Parallelkinematik-Roboter 1 eine zweite Betätigungswelle 8, welche ebenso als Kardanwelle 9 ausgebildet ist. Der zweiten Gelenkwelle 8 bzw. Kardanwelle 9 ist der zweite Aktor 20 zugeordnet, welcher über eine detailliert in 6 dargestelltes und nachfolgend noch beschriebenes Getriebeanordnung 40 ein Drehmoment auf die zweite Gelenkwelle 8 bzw. Kardanwelle 9 übertragen und hierdurch die zweite Gelenkwelle 8 bzw. Kardanwelle 9 drehen kann. Wie zu 6 noch beschrieben, wird die zweite Gelenkwelle 8 bzw. Kardanwelle 9 umlaufend um die erste Gelenkwelle 6 bzw. Kardanwelle 7 bewegt, sofern die erste Gelenkwelle 6 bzw. Kardanwelle 7 zum Drehen des Manipulators 50 betätigt wird.
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2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht der Ausführungsforme des Parallelkinematik-Roboters 1 aus 1. In 2 ist nochmals gut die konstruktive Ausgestaltung der unteren Armabschnitte 19 zu erkennen, welche jeweils durch zwei parallel zueinander orientierte Gestänge gebildet werden. Auch verdeutlicht 2 nochmals die Anordnung der ersten Antriebsmotors 10 und des zweiten Antriebsmotor 20, welche jeweils in der dargestellten Ausführungsform auf der oberen Aufhängung 3 bzw. der Befestigungsplatte 4 aufsitzen, an welcher zudem die jeweiligen zur Betätigung der Stellarme 15 vorgesehenen Aktoren 18 angeordnet sind.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform eines Parallelkinematik-Roboters 1 aus den 1 und 2. Zu erkennen sind insbesondere nochmal die drei Aktoren 18, welche zur Betätigung der Stellarme 15 ausgebildet bzw. hierzu vorgesehen sind. Der erste Antriebsmotor 10 und der zweite Antriebsmotor 20 sind benachbart zueinander angeordnet und sitzen auf der oberen Aufhängung 3 bzw. auf der Befestigungsplatte 4 auf. Diese Anordnung der drei Aktoren 18 sowie die Positionierung des ersten Antriebsmotor 10 und des zweiten Antriebsmotor 20 ist auch nochmals in der perspektivischen Ansicht der 4 gut zu erkennen.
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5 zeigt weitere Details der Ausführungsform des Parallelkinematik-Roboters 1 gemäß 1 bis 4 und verdeutlicht nun insbesondere den konstruktiven Aufbau des Verbindungsbereichs 30 bzw. des TCP 32, an welchen der in 5 nicht mit dargestellte Manipulator 50 befestigt ist.
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Wie vorhergehend bereits erwähnt, sind die Stellarme 15 über ihren unteren Armabschnitt 19 jeweils mit dem Verbindungsbereich 30 bzw. dem TCP 32 gekoppelt und hierbei schwenkbeweglich an dem Verbindungsglied 34 befestigt. Werden die Stellarme 15 relativ zueinander bewegt, kann das Verbindungsglied 34 ohne eine Neigungsbewegung relativ zur oberen Aufhängung 3 bzw. Befestigungsplatte 4 versetzt werden. Der Manipulator 50 (vgl. 1 und 2) ist drehfest am Koppelungselement 36 angeordnet, so dass der Manipulator 50 zusammen mit dem Koppelungselement 36 gedreht werden kann, sofern das Koppelungselement 36 mit einem Drehmoment beaufschlagt wird. Das Koppelungselement 36 ist somit am Verbindungsglied 34 angeordnet und kann relativ zum Verbindungsglied 34 um eine lotrechte Drehachse gedreht werden, welche auf Verweis mit Ziffer 70 dargestellt ist.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Parallelkinematik-Robotern ist die erste Gelenkwelle 6, welche ein Drehmoment auf das Koppelungselement 36 übertragen kann, im Bereich eines Drehzentrums bzw. im Bereich der auf Verweis mit Ziffer 70 dargestellten Drehachse am Koppelungselement 36 befestigt. Um ausreichend Platz für eine derartige Befestigung bereitstellen zu können, besitzt ein jeweiliger Verbindungsbereich 30 bzw. ein jeweiliger TCP 32 bei aus dem Stand der Technik bekannten Parallelkinematik-Robotern eine entsprechend ausreichende bzw. große Dimensionierung und eine große Masse. Mit einer solchen notwendigen Dimensionierung sind hohe Kosten verbunden. Da auch eine Masse des Verbindungsbereichs 30 bei einer Vergrößerung der Dimensionierung zunimmt und die Stellarme 15 den Verbindungsbereich 30 bzw. den TCP 32 tragen und bewegen müssen, ist es erforderlich, entsprechende und in den vorhergehenden Figuren auf Verweis mit Ziffer 18 dargestellte Aktoren, welche die Stellarme 15 bewegen können, mit einer hohen Leistung zu versehen.
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Wie zur nachfolgenden 6 zudem beschrieben ist, wird die zweite Gelenkwelle 8 bei einer Bewegung der ersten Gelenkwelle 6 zusammen mit der ersten Gelenkwelle 6 um die Drehachse 70 mitbewegt. Ist die Gelenkwelle 6 im Bereich der Drehachse 70 positioniert, so ist eine Drehbewegung der ersten Gelenkwelle 6 und der zweiten Gelenkwelle 8 mit einer Unwucht im Verbindungsbereich 38 verbunden, wodurch Lager und/oder weitere konstruktive Elementes des Parallelkinematik-Roboters einem in der Praxis ungewollten vorzeitigen Verschleiß unterliegen können.
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5 zeigt hierbei, dass die erste Gelenkwelle 6 bzw. Kardanwelle an einem definierten Bereich getriebelos mit dem Koppelungselement 36 verbunden ist, welcher definierte Bereich gegenüber der Drehachse 70 bzw. gegenüber dem Drehzentrum des Koppelungselementes 36 exzentrisch versetzt ist. Hierdurch ist die vorherig beschriebene Unwucht im Verbindungsbereich 38 bei einer Drehbewegung der ersten Gelenkwelle 6 und der zweiten Gelenkwelle 8 nicht oder zumindest in reduziertem Ausmaß vorhanden. Durch die exzentrische Positionierung der zweiten Gelenkwelle 6 gegenüber dem Drehzentrum des Koppelungselementes 36 bzw. gegenüber der Drehachse 70 des Koppelungselementes 36 steht mehr Platz zur Anordnung der zweiten Gelenkwelle 8 bereit, so dass der Verbindungsbereich 30 bzw. der TCP 32 mit entsprechend reduzierter Dimensionierung herstellbar ist. Die Drehbewegung auf die erste Gelenkwelle 6 kann über einen ersten Antriebsmotor 10 auf die erste Gelenkwelle 6 eingeleitet werden, wobei die erste Gelenkwelle 6 ggf. unmittelbar an eine Antriebswelle des ersten Antriebsmotors 10 gekoppelt ist oder ggf. in weiteren Ausführungsformen über einen Rotor 23 (vgl. 6) mit der Antriebswelle des ersten Antriebsmotors 10 in Verbindung stehen kann.
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6 zeigt weitere Details der Ausführungsform eines Parallelkinematik-Roboters 1 entsprechend den 1 bis 5 und hierbei insbesondere einen Bereich, in welchem die Getriebeanordnung 40 positioniert ist.
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Die Getriebeanordnung 40 umfasst ein Antriebsrad 42, welches von einer Antriebswelle des zweiten Antriebsmotors 20 rotierend bewegt werden kann. Das Antriebsrad 42 besitzt eine Außenverzahnung und greift mit seiner Außenverzahnung in eine korrespondierende Gegenverzahnung eines ersten Riemens 43 kämmend ein. Über den ersten Riemen 43 steht das Antriebsrad 42 mit einem ersten Zwischenrad 44 in Verbindung, welches ebenso eine Außenverzahnung besitzt, welche in die Gegenverzahnung des ersten Riemens 43 kämmend eingreift. Wird das Antriebsrad 42 über den zweiten Antriebsmotor 20 drehend bzw. rotierend bewegt, so überträgt der erste Riemen 43 die Drehbewegung auf das erste Zwischenrad 44.
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Mit dem ersten Zwischenrad 44 steht ein zweites Zwischenrad 46 drehfest in Verbindung. Auch das zweite Zwischenrad 46 besitzt eine Außenverzahnung, welche in eine korrespondierende Gegenverzahnung eines zweiten Riemens 47 kämmend eingreift. Der zweite Riemen 47 steht mit einem Abtriebsrad 48 in Verbindung und greift weiterhin in eine Außenverzahnung des Abtriebsrades 48 kämmend ein. Das Abtriebsrad 48 ist drehfest an die zweite Gelenkwelle 8 gekoppelt. Soll der Manipulator 50 (vgl. 1 bis 3) über die zweite Betätigungswelle 8 zur Handhabung von Artikeln angesteuert werden, so wird das Antriebsrad 42 über den zweiten Antriebsmotor 20 gedreht, welches Antriebsrad 42 ein Drehmoment über den ersten Riemen 43 auf das erste Zwischenrad 44 überträgt. Durch die drehfeste Verbindung des ersten Zwischenrades 44 mit dem zweiten Zwischenrad 46, wird das Drehmoment vom zweiten Zwischenrad 46 über den zweiten Riemen 47 an das Abtriebsrad 48 übertragen. Da auch das Abtriebsrad 48 und die zweite Gelenkwelle 8 drehfest miteinander verbunden sind, kann die zweite Gelenkwelle 8 hierdurch betätigt bzw. gedreht werden. Das Antriebsrad 42 bildet zusammen mit dem ersten Zwischenrad 44 und dem ersten Riemen 43 ein erstes Zugmittelgetriebe 41. Das zweite Zahnrad 46 bildet zusammen mit dem zweiten Riemen 47 und dem Abtriebsrad 48 ein zweites Zugmittelgetriebe 49. In der Ausführungsform nach 6 umfasst die Getriebeanordnung 40 somit ein erstes Zugmittelgetriebe 41 und ein zweites Zugmittelgetriebe 49. Das erste Zugmittelgetriebe 41 und das zweite Zugmittelgetriebe 49 bilden die Getriebeanordnung 40 des Parallelkinematik-Roboters 1.
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Es kann sein, dass über die Getriebeanordnung 40 mehrere Getriebestufen bzw. Übersetzungsstufen bereitgestellt werden. Somit kann eine Dimensionierung bzw. Leistung für den zweiten Antriebsmotor 20 entsprechend geringgehalten werden, um mittels einer Rotationsbewegung des Antriebsrades 42 und unter Zuhilfenahme mehrerer Getriebestufen bzw. Übersetzungsstufen die zweite Gelenkwelle 8 auch bei einer geringen Dimensionierung bzw. Leistung des zweiten Antriebsmotors 20 betätigen zu können. Auch kann anstelle oder ergänzend zu einem Zugmittelgetriebe 41 bzw. 49 auch ein Kegelradgetriebe und/oder ein weiteres Zahnradgetriebe vorgesehen sein, um ein Drehmoment von einer Antriebswelle des zweiten Antriebsmotors 20 auf die zweite Gelenkwelle 8 zu übertragen. Die Anzahl der die Außenverzahnung des Zahnrades 42 ausbildenden Zähne kann gegenüber der Anzahl der die Außenverzahnung des ersten Zwischenrades 44 ausbildenden Zähne vergrößert oder verkleinert sein. Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Anzahl der die Außenverzahnung des zweiten Zahnrades 44 ausbildenden Zähne gegenüber der Anzahl der die Außenverzahnung des Abtriebrades 48 ausbildenden Zähne vergrößert oder verkleinert sein.
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6 zeigt zudem, dass der Parallelkinematik-Roboter 1 einen Rotor 23 umfasst. Eine Antriebswelle des ersten Antriebsmotors 10 ist über das Verbindungselement 11 (z.B. einen Spannsatz) an den Rotor 23 gekoppelt. Die zum Drehen des Koppelungselementes 36 und des Manipulators 50 vorgesehene erste Gelenkwelle 6 ist an einer Position am Rotor 23 befestigt, welche gegenüber der Antriebswelle des ersten Antriebsmotors 10 bzw. gegenüber einer Rotationsachse der Antriebswelle des ersten Antriebsmotors 10 exzentrisch versetzt ist. Auch die zweite Gelenkwelle 8 bzw. Kardanwelle 9 steht mit dem Rotor 23 in Verbindung. Bei einer Dreh- bzw. Rotationsbewegung der ersten Gelenkwelle 6 wird die zweite Gelenkwelle 8 über den Rotor 23 mit der ersten Gelenkwelle 6 mitbewegt.
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Die zweite Gelenkwelle 8 ist insbesondere mittels eines Drehlagers (nicht mit Positionskennzeichen versehen) frei drehbar um ihre Achse (Endachsenabschnitt) im Rotor 23 gelagert. Insbesondere stellt der Rotor somit eine Art Mitnehmer für die Drehung beider Wellen 8 und 6, bzw. ihre jeweiligen Endabschnitte, um die Antriebswelle des Motors 10 dar.
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Insbesondere können am Rotor 23 beide Gelenkwellen 8, 6 einen Abstand zur Drehachse des Rotors aufweisen.
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Insbesondere können die Drehachsen der beiden Gelenkwellen 6, 8 und die Rotordrehachse auf einer gemeinsamen Fläche angeordnet sein.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Varianten der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche oder die vorhergehende Beschreibung und die Figuren, einschließlich ihrer verschiedenen Ansichten oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination verwendet werden.
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Wenn auch im Zusammenhang der Figuren generell von „schematischen“ Darstellungen und Ansichten die Rede ist, so ist damit keineswegs gemeint, dass die Figurendarstellungen und deren Beschreibung hinsichtlich der Offenbarung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sein sollen. Der Fachmann ist durchaus in der Lage, aus den schematisch und abstrakt gezeichneten Darstellungen genug an Informationen zu entnehmen, die ihm das Verständnis der Erfindung erleichtern, ohne dass er etwa aus den gezeichneten und möglicherweise nicht exakt maßstabsgerechten Größenverhältnissen in irgendeiner Weise in seinem Verständnis beeinträchtigt wäre. Die Figuren ermöglichen es dem Fachmann als Leser somit, anhand der konkreter erläuterten Umsetzungen ein besseres Verständnis für den in den Ansprüchen sowie im allgemeinen Teil der Beschreibung allgemeiner und/oder abstrakter formulierten Erfindungsgedanken abzuleiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Parallelkinematik-Roboter
- 3
- Obere Aufhängung
- 4
- Befestigungsplatte
- 6
- Erste Gelenkwelle
- 7
- Kardanwelle
- 8
- Zweite Gelenkwelle
- 9
- Kardanwelle
- 10
- Erster Antriebsmotor
- 11
- Verbindungselement
- 15
- Stellarm
- 17
- Oberer Armabschnitt
- 18
- Aktor
- 19
- Unterer Armabschnitt
- 20
- Zweiter Antriebsmotor
- 23
- Rotor
- 30
- Verbindungsbereich
- 32
- TCP
- 34
- Verbindungsglied
- 36
- Koppelungselement
- 37
- Öffnung
- 40
- Getriebeanordnung
- 41
- Erstes Zugmittelgetriebe
- 42
- Antriebsrad
- 43
- Erster Riemen
- 44
- Erstes Zwischenrad
- 46
- Zweites Zwischenrad
- 47
- Zweiter Riemen
- 48
- Abtriebsrad
- 49
- Zweites Zugmittelgetriebe
- 50
- Manipulator
- 70
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006155 A1 [0012]
- EP 1293691 A1 [0013]
- US 2011/0154936 A1 [0014]
- WO 2004/004986 A2 [0015]
- DE 102015220413 A1 [0016, 0017]
- DE 102014223410 A1 [0016, 0017]
- US 2012272773 A1 [0022]
- US 4976582 [0022]
