DE102020107018A1

DE102020107018A1 - manipulator

Info

Publication number: DE102020107018A1
Application number: DE102020107018.7A
Authority: DE
Inventors: Jakob Brenner
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, mit einem Arm. Der Arm des Manipulators umfasst zumindest ein Armstück und zumindest eine Fluid-Versorgungsleitung, die zur Versorgung zumindest eines Fluidverbrauchers dient, der direkt mit dem Arm verbunden oder über eine Schnittstelle mit dem Arm verbindbar ist. Das Armstück weist einen Fluid-Rückkanal auf. Dieser ist einer Rückflussleitung zugeordnet, mittels der Fluid vom Fluidverbraucher in im Vergleich zur Fluid-Versorgungsleitung umgekehrter Richtung zurückgeführt werden kann. Die Fluid-Versorgungsleitung verläuft in zumindest einer Querschnittsebene des Armstücks, insbesondere in einem weiten Bereich längs des Armstücks, im Innern des Fluid-Rückkanals, wobei die Rückflussleitung von der Fluid-Versorgungsleitung fluidtechnisch getrennt ist.The present invention relates to a manipulator, in particular an industrial robot, with an arm. The arm of the manipulator comprises at least one arm piece and at least one fluid supply line which is used to supply at least one fluid consumer that is connected directly to the arm or can be connected to the arm via an interface. The arm piece has a fluid return channel. This is assigned to a return line, by means of which fluid can be returned from the fluid consumer in the opposite direction compared to the fluid supply line. The fluid supply line runs in at least one cross-sectional plane of the arm piece, in particular in a wide area along the arm piece, inside the fluid return channel, the return flow line being fluidically separated from the fluid supply line.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, mit einer Fluid-Versorgungsleitung und einem Fluid-Rückkanal.The present invention relates to a manipulator, in particular an industrial robot, with a fluid supply line and a fluid return channel.

Manipulatoren zum Handhaben von Objekten sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein Beispiel für Manipulatoren sind Industrieroboter, bei denen es sich im Allgemeinen um programmgesteuerte Manipulatoren handelt. In der Literatur ist auch zu finden, dass Manipulatoren dadurch gekennzeichnet und von Industrierobotern dadurch abgegrenzt seien, dass sie manuell gesteuert würden, beispielsweise in S. Hesse und G. Seitz, „Robotik“, Braunschweig; Wiesbaden : Vieweg, 1996 , und W. Weber, „Industrieroboter“, München : Hanser, 2017 . Laut Weber 2017 Bild 1.1 auf Seite 16 gehörten Manipulatoren und Industrieroboter zusammen mit Einlegegeräten zur Gruppe der Handhabungsgeräte , wobei es sich bei manuell gesteuerten Handhabungsgeräten um Manipulatoren oder Telemanipulatoren, bei programmgesteuerten fest programmierten Handhabungsgeräten um Einlegegeräte und bei programmgesteuerten frei programmierten Handhabungsgeräten um Industrieroboter handelte. In der vorliegenden Schrift wird der Begriff „Manipulator“ jedoch so verwendet, dass er auch die programmgesteuerten Handhabungsgeräte umfasst, da dies durch die Existenz und gewöhnliche Verwendung der IPC-Klasse B25J 9 „Programmgesteuerte Manipulatoren“ für Industrieroboter als nahegelegt erscheint.Manipulators for handling objects are well known in the prior art. An example of manipulators are industrial robots, which are generally program-controlled manipulators. In the literature it can also be found that manipulators are characterized and distinguished from industrial robots by the fact that they are controlled manually, for example in S. Hesse and G. Seitz, “Robotics”, Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1996 , and W. Weber, "Industrial Robots", Munich: Hanser, 2017 . According to Weber 2017 Figure 1.1 on page 16, manipulators and industrial robots, together with insertion devices, belonged to the group of handling devices Manipulators or telemanipulators for manually controlled handling devices, loading devices for program-controlled, permanently programmed handling devices and industrial robots for program-controlled freely programmed handling devices. In the present document, however, the term “manipulator” is used in such a way that it also includes the program-controlled handling devices, as this appears to be obvious due to the existence and usual use of the IPC class B25J 9 “program-controlled manipulators” for industrial robots.

Manipulatoren können einen Arm aufweisen, an dessen einem Ende sich ein Endeffektor, z.B. ein Greifer oder ein Werkzeug, befindet. Sowohl zum Betrieb des Endeffektors als auch zur Positionierung der Manipulatorelemente kann fluidische, insbesondere hydraulische oder pneumatische, Energie vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn z.B. im Arm des Manipulators eine Fluid-Versorgungsleitung verläuft. Insbesondere im Fall der Hydraulik, aber auch bei verschiedenen pneumatischen Ausführungsformen, ist es vorteilhaft oder unumgänglich, das entspannte, hinsichtlich des Energiegehalts verbrauchte Fluid über eine Fluidleitung zurückzuführen. Im Fall der Hydraulik erfolgt dies gewöhnlich, um einen geschlossenen Kreislauf des Fluids zu realisieren. Im Fall der Pneumatik steht im Vordergrund, die entspannte Druckluft geordnet in die Umgebung abzugeben, um Blas-Effekte an unerwünschten Stellen sowie eine unnötige Geräuschentwicklung zu vermeiden. Im Stand der Technik wird für die Rückführung des Fluids üblicherweise eine separate, beispielsweise parallel zur Fluid-Versorgungsleitung verlaufende Rückfluidleitung verwendet. Dabei sind die Konstruktionen der Fluid-Versorgungs- und Rückfluidleitung gewöhnlich weitgehend identisch, beispielsweise kann es sich in beiden Fällen um parallel verlaufende Schläuche handeln.Manipulators can have an arm, at one end of which there is an end effector, e.g. a gripper or a tool. Fluidic, in particular hydraulic or pneumatic, energy can be provided both for operating the end effector and for positioning the manipulator elements. In this case it is useful if, for example, a fluid supply line runs in the arm of the manipulator. In particular in the case of hydraulics, but also in the case of various pneumatic embodiments, it is advantageous or unavoidable to return the relaxed fluid, which has been consumed in terms of energy content, via a fluid line. In the case of hydraulics, this is usually done in order to achieve a closed circuit for the fluid. In the case of pneumatics, the focus is on discharging the relaxed compressed air into the environment in an orderly manner in order to avoid blowing effects at undesired locations and unnecessary noise development. In the prior art, a separate return fluid line, for example running parallel to the fluid supply line, is usually used for the return of the fluid. The constructions of the fluid supply and return fluid lines are usually largely identical, for example hoses running in parallel can be used in both cases.

Nachteilig im Stand der Technik ist, dass die Rückfluidleitung gegenüber dem alleinigen Vorhandensein einer Fluid-Versorgungsleitung einen zusätzlichen Materialaufwand und einen erhöhten Platzbedarf bedeutet. Außerdem kann die Rückfluidleitung die Flexibilität des Manipulator-Arms beeinträchtigen, wenn sie durch Gelenke des Arms verläuft, da sie im Allgemeinen bei einer Bewegung des Gelenks zusätzlich zur Fluid-Versorgungsleitung gebogen werden muss.The disadvantage of the prior art is that the return fluid line means an additional cost of materials and an increased space requirement compared to the sole presence of a fluid supply line. In addition, the return fluid line can impair the flexibility of the manipulator arm if it runs through joints of the arm, since it generally has to be bent in addition to the fluid supply line when the joint is moved.

Die Verwendung von Pneumatik zur Positionsverlagerung von Elementen des Arms eines Industrieroboters ist aus J.E. Bobrow and B.W. McDonell, „Modelling, Identification, and Control of a Pneumatically Actuated, Force Controllable Robot“, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 14, No. 5, October 1998 , DOI: 10.1109/70.720349, bekannt.The use of pneumatics to shift the position of elements of the arm of an industrial robot is off JE Bobrow and BW McDonell, "Modeling, Identification, and Control of a Pneumatically Actuated, Force Controllable Robot", IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 14, No. October 5, 1998 , DOI: 10.1109 / 70.720349, known.

Ein Schwenkantrieb, der geeignet ist, die Position von Elementen des Arms eines Industrieroboters zu verlagern, ist in der DE 195 11 488 C2 gezeigt. Dessen Anwendung bei einem Industrieroboter geht aus der DE 10 2017 202 369 B3 hervor.A swivel drive that is suitable for shifting the position of elements of the arm of an industrial robot is in the DE 195 11 488 C2 shown. Its use in an industrial robot is based on the DE 10 2017 202 369 B3 emerged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Manipulator zu schaffen, welcher mindestens einen der Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet. Insbesondere soll auf eine Rückfluidleitung, die weitgehend identisch zur Fluid-Versorgungsleitung ausgeführt ist, verzichtet werden.The invention is based on the object of creating an improved manipulator which overcomes at least one of the disadvantages from the prior art. In particular, a return fluid line, which is largely identical to the fluid supply line, should be dispensed with.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved according to the subject matter of claim 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Manipulators sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous and expedient configurations of the manipulator according to the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß umfasst der Manipulator, bei dem es sich insbesondere um einen Industrieroboter handelt, zumindest eine Fluid-Versorgungsleitung und einen Arm. Der Arm kann ein einziges Armstück oder aber mehrere, auch unterschiedlich ausgebildete, Armstücke umfassen und an einem ersten Ende mechanisch mit einer Basis des Manipulators verbunden und an einem zweiten Ende mit einer Schnittstelle für einen Endeffektor versehen und/oder mechanisch mit einem Endeffektor verbunden sein. Die zumindest eine Fluid-Versorgungsleitung dient der Versorgung von einem oder mehreren Fluidverbrauchern und kann sowohl direkt zu einem Fluidverbraucher als auch zu einer Schnittstelle für einen Fluidverbraucher führen, wobei sich diese Fälle nicht gegenseitig ausschließen, sondern auch in Kombination auftreten können. Der Arm des Manipulators kann einen einzigen oder mehrere Fluidverbraucher und/oder eine einzige oder mehrere Schnittstellen für Fluidverbraucher umfassen. Mit Schnittstelle ist gemeint, dass ein Fluidverbraucher mittels dieser mit dem Arm des Manipulators mechanisch verbunden werden kann. Die Schnittstelle befindet sich vorzugsweise an einem Ende des Arms des Manipulators, um diesen beispielsweise mit einem Endeffektor zu verbinden. Die Schnittstelle kann sich jedoch auch an anderen Stellen am Arm oder im Arm des Manipulators befinden, wenn sie andere Fluidverbraucher als einen Endeffektor betrifft, beispielsweise einen Aktor, um die Position von Elementen des Arms zu verlagern.According to the invention, the manipulator, which is in particular an industrial robot, comprises at least one fluid supply line and an arm. The arm can comprise a single arm piece or several, also differently designed, arm pieces and mechanically connected to a base of the manipulator at a first end and provided with an interface for an end effector and / or mechanically connected to an end effector at a second end. The at least one fluid supply line is used to supply one or more fluid consumers and can lead both directly to a fluid consumer and to an interface for a fluid consumer, whereby these cases are not mutually exclusive but can also occur in combination. The arm of the manipulator can comprise a single or multiple fluid consumers and / or a single or multiple interfaces for fluid consumers. An interface means that a fluid consumer can be mechanically connected to the arm of the manipulator by means of this. The interface is preferably located at one end of the arm of the manipulator in order to connect it, for example, to an end effector. However, the interface can also be located at other locations on the arm or in the arm of the manipulator if it concerns fluid consumers other than an end effector, for example an actuator, in order to shift the position of elements of the arm.

Die Erfindung kann bei rein fluidisch betriebenen Manipulatoren, oder gemischt elektrisch-fluidischen Manipulatoren zum Einsatz kommen. Bei rein fluidisch betriebenen Manipulatoren erfolgt sowohl die Verlagerung der Position von Elementen des Arms als auch der Betrieb des Endeffektors mit fluidischer Energie. Bei gemischt elektrisch-fluidischen Manipulatoren kann beispielsweise die Verlagerung der Position von Elementen des Arms mittels elektrischer Aktoren, der Betrieb des Endeffektors jedoch mit fluidischer Energie erfolgen. Alternativ kann bei gemischt elektrisch-fluidischen Manipulatoren die Verlagerung der Position von Elementen des Arms mit fluidischer, der Betrieb des Endeffektors jedoch mittels elektrischer Energie erfolgen.The invention can be used with purely fluidically operated manipulators or mixed electro-fluidic manipulators. In the case of purely fluidically operated manipulators, both the shifting of the position of elements of the arm and the operation of the end effector with fluidic energy take place. In the case of mixed electro-fluidic manipulators, for example, the position of elements of the arm can be shifted by means of electrical actuators, but the end effector can be operated with fluidic energy. Alternatively, in the case of mixed electro-fluidic manipulators, the position of elements of the arm can be shifted with fluidic energy, but the end effector can be operated with electrical energy.

Bei der Fluid-Versorgungsleitung kann es sich beispielsweise um einen Pneumatik- oder Hydraulikschlauch handeln. Die Erfindung adressiert den Fall, dass das verbrauchte Fluid in entgegengesetzter Richtung zur Fließrichtung, die im Allgemeinen in der Fluid-Versorgungsleitung vorherrscht, also beispielsweise in Richtung einer Basis des Manipulators, zurückgeführt werden soll. Hierzu weist das Armstück eine Rückflussleitung auf, durch die das vom Fluidverbraucher rückfließende Fluid geführt wird. Das bedeutet, dass der Manipulator so ausgebildet ist, dass vom Fluidverbraucher und/oder der Schnittstelle für einen Fluidverbraucher rückfließendes Fluid durch die Rückflussleitung fließt. Mit verbrauchtem Fluid ist Fluid gemeint, das im Allgemeinen unter einem niedrigeren Druck als ehemals in der Fluid-Versorgungsleitung steht, nachdem es Energie, zum Beispiel an einen Aktor, abgegeben hat. Die Rückflussleitung umfasst einen Rückfluideinlass, einen Fluid-Rückkanal und einen Rückfluidauslass und ist von der Fluid-Versorgungsleitung fluidtechnisch getrennt. Fluidtechnische Trennung bedeutet, dass, außer über fluidtechnische Komponenten, über welche die Fluid-Versorgungsleitung und der Fluid-Rückkanal verschaltet sein können, kein Fluid-Austausch, insbesondere kein direkter Fluid-Austausch, zwischen der Fluid-Versorgungsleitung und der Rückflussleitung stattfindet. Beispielsweise wären Fluidleitungen in einem Bündel von Fluidleitungen als fluidtechnisch unabhängig zu bezeichnen, wenn die Leitungen zwar eng gepackt sind und sich an ihren Au-ßenmänteln zwar gegenseitig berühren, aber die einzelnen Leitungen für das Fluid dicht sind und somit das Fluid nicht direkt von einem in den anderen Schlauch gelangen kann. Eine eventuelle Übertragung von Schallwellen durch druckbedingte Durchmesserveränderungen von flexiblen Schläuchen soll nicht als Einschränkung der fluidtechnischen Trennung interpretiert werden.The fluid supply line can be a pneumatic or hydraulic hose, for example. The invention addresses the case in which the used fluid is to be returned in the opposite direction to the direction of flow that generally prevails in the fluid supply line, that is to say, for example, in the direction of a base of the manipulator. For this purpose, the arm piece has a return line through which the fluid flowing back from the fluid consumer is guided. This means that the manipulator is designed in such a way that fluid flowing back from the fluid consumer and / or the interface for a fluid consumer flows through the return line. Used fluid is understood to mean fluid that is generally at a lower pressure than it used to be in the fluid supply line after it has given off energy, for example to an actuator. The return line comprises a return fluid inlet, a fluid return channel and a return fluid outlet and is fluidly separated from the fluid supply line. Fluid technology separation means that, apart from fluid technology components via which the fluid supply line and the fluid return channel can be connected, no fluid exchange, in particular no direct fluid exchange, takes place between the fluid supply line and the return line. For example, fluid lines in a bundle of fluid lines would be described as fluid-technically independent if the lines are tightly packed and touch each other on their outer sheaths, but the individual lines are tight for the fluid and thus the fluid is not directly from an in can reach the other hose. Any transmission of sound waves due to pressure-related changes in the diameter of flexible hoses should not be interpreted as a restriction of the fluidic separation.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Fluid-Versorgungsleitung in zumindest einer Querschnittsebene des Armstücks, insbesondere in einem weiten Bereich längs des Armstücks, im Innern des Fluid-Rückkanals verläuft. Dies eröffnet beispielsweise den Vorteil einer kompakten Bauweise. Der Querschnitt zweier ineinanderliegender Fluid-Leitungen nimmt zumindest in einer der Erstreckungsrichtungen, d.h. in Richtung einer von zwei zueinander orthogonalen Raumrichtungen, weniger Platz in Anspruch als zwei nebeneinanderliegende Leitungen gleichen wirksamen Innen-Querschnitts. Wichtig ist, dass der Fluid-Rückkanal nicht durch die Fluid-Versorgungsleitung verstopft ist, also eine hinreichend große wirksame Innen-Querschnittsfläche aufweist. Beim praxisrelevanten Sonderfall kreisrunder Querschnitte bedeutet das, dass der Innendurchmesser des Fluid-Rückkanals hinreichend größer, beispielsweise mindestens um den Faktor 1,3 (eins-komma-drei) Mal größer, ist wie der Außendurchmesser der Fluid-Versorgungsleitung. Insbesondere bei der Verwendung von Druckluft als Fluid ist es von Vorteil, wenn die wirksame Innen-Querschnittsfläche des Fluid-Rückkanals möglichst groß ist, um den Staudruck für die Rückführung des Fluids gering zu halten. Beim praxisrelevanten Sonderfall kreisrunder Querschnitte bedeutet das, dass der Innendurchmesser des Fluid-Rückkanals vorteilhaft mindestens um den Faktor drei größer ist wie der Außendurchmesser der Fluid-Versorgungsleitung, insbesondere mindestens um den Faktor fünf größer.An important aspect of the invention is that the fluid supply line runs in at least one cross-sectional plane of the arm piece, in particular in a wide area along the arm piece, in the interior of the fluid return channel. This opens up the advantage of a compact design, for example. The cross section of two fluid lines lying one inside the other takes up less space at least in one of the extension directions, i.e. in the direction of one of two mutually orthogonal spatial directions than two adjacent lines with the same effective internal cross section. It is important that the fluid return channel is not blocked by the fluid supply line, that is to say has a sufficiently large effective internal cross-sectional area. In the practice-relevant special case of circular cross-sections, this means that the inside diameter of the fluid return channel is sufficiently larger, for example at least a factor of 1.3 (one-point-three) times larger, than the outside diameter of the fluid supply line. In particular when using compressed air as the fluid, it is advantageous if the effective inner cross-sectional area of the fluid return channel is as large as possible in order to keep the dynamic pressure for the return of the fluid low. In the practice-relevant special case of circular cross-sections, this means that the inside diameter of the fluid return channel is advantageously at least three times larger than the outside diameter of the fluid supply line, in particular at least five times larger.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Fluid-Rückkanal durch einen Hohlraum des Armstücks gebildet. Ein Hohlraum im Armstück bietet sich allein schon zur Gewichts- und Materialeinsparung sowie zur beispielsweise vor Umwelteinflüssen geschützten Führung von elektrischen und/oder fluidischen Leitungen an. Das Armstück kann beispielsweise ein Profilrohr, insbesondere ein Strangpressprofil aus Aluminium, sowie geeignete End-Abschnitte für das Profilrohr umfassen. Die End-Abschnitte können als Schnittstelle zu Komponenten dienen, mit denen das Armstück verbunden ist. Das Profilrohr dient in dem genannten Beispiel als Fluid-Rückkanal. Die im Innern des Profilrohrs verlaufende Fluid-Versorgungsleitung kann dabei durch einen gewöhnlichen Schlauch gebildet werden. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass ein gesonderter Fluid-Rückkanal beispielsweise in Form eines Schlauches entfallen, also Platz und Material eingespart werden kann. Für den Fall, dass Schläuche durch Gelenke des Arms des Manipulators geführt werden, hat der Verzicht auf Schläuche den weiteren Vorteil, dass bei der Positionsverlagerung des Arms des Manipulators weniger Schläuche gebogen werden müssen. Dadurch wird die Leichtgängigkeit des Arms des Manipulators erhöht und dessen Fehleranfälligkeit durch verschlissene Schläuche verringert.In a preferred embodiment of the invention, the fluid return channel is formed by a cavity in the arm piece. A cavity in the arm piece is suitable for saving weight and material as well as, for example, for guiding electrical and / or fluid lines protected from environmental influences. The arm piece can, for example, comprise a profile tube, in particular an extruded profile made of aluminum, as well as suitable end sections for the profile tube. The end sections can serve as an interface to components to which the arm piece is connected. In the example mentioned, the profile tube serves as a fluid return channel. The fluid supply line running inside the profile tube can be formed by an ordinary hose. The advantage of this solution is that a There is no need for a separate fluid return channel, for example in the form of a hose, so that space and material can be saved. In the event that hoses are passed through joints of the arm of the manipulator, dispensing with hoses has the further advantage that fewer hoses have to be bent when the manipulator arm is shifted in position. This increases the ease of movement of the arm of the manipulator and reduces its susceptibility to errors due to worn hoses.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Fluidverbraucher einen fluidischen Aktor und/oder eine Vakuumerzeugungsvorrichtung. Ein Vakuum kann beispielsweise für den Betrieb eines Sauggreifers als Endeffektor am Arm des Manipulators erforderlich sein. Die Anforderungen an die Stärke des Vakuums, d.h. an den minimal erreichbaren Druck, sind dabei gering, so dass es sich bei der Vakuumerzeugungsvorrichtung um eine Strahlpumpe handeln kann, bei der das Fluid als Treibmedium in einer Venturi-Düse verwendet wird (Quelle: Wikipedia-Artikel „Wasserstrahlpumpe“, Version vom 12.09.2019, Download von https://de. wikipedia.org/wiki/Wasserstrahlpumpe am 16.01.2020). Der Einsatz eines fluidischen Aktors kommt einerseits als Antrieb für einen Endeffektor an einem Ende des Arms des Manipulators in Betracht. Anderseits kann er dazu dienen, die Position eines Elements oder mehrerer Elemente des Arms des Manipulators im Raum zu verlagern oder eine Bewegung von Elementen des Arms des Manipulators abzubremsen oder durch Feststellen zu verhindern, wobei sich die Fälle nicht gegenseitig ausschließen. Das bedeutet, dass der Arm des Manipulators mehrere Aktoren umfassen kann, wobei ein erster Aktor oder ein erster Teil der Aktoren den Endeffektor betrifft und ein zweiter Aktor oder ein zweiter Teil der Aktoren die Positionsverlagerung und/oder das Feststellen des Arms des Manipulators betrifft.In one embodiment of the invention, the fluid consumer comprises a fluidic actuator and / or a vacuum generating device. A vacuum can be required, for example, to operate a suction gripper as an end effector on the arm of the manipulator. The requirements for the strength of the vacuum, ie for the minimum achievable pressure, are low, so that the vacuum generating device can be a jet pump in which the fluid is used as the driving medium in a Venturi nozzle (source: Wikipedia- Article "Water jet pump", version from 09/12/2019, download from https: // de. Wikipedia.org/wiki/Wasserstrahlpumpe on 01/16/2020). The use of a fluidic actuator comes into consideration on the one hand as a drive for an end effector at one end of the arm of the manipulator. On the other hand, it can serve to shift the position of one or more elements of the arm of the manipulator in space or to slow down a movement of elements of the arm of the manipulator or to prevent it by locking, the cases not being mutually exclusive. This means that the arm of the manipulator can comprise several actuators, with a first actuator or a first part of the actuators relating to the end effector and a second actuator or a second part of the actuators relating to the position shift and / or the locking of the arm of the manipulator.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Arm des Manipulators zumindest ein Gelenk mit einem ersten und zweiten Gelenkelement sowie einer Fluid-Durchführung. Das erste Gelenkelement ist mit dem Armstück mechanisch fest und das zweite Gelenkelement mit dem Armstück mittels des Gelenks mechanisch drehbeweglich verbunden. Die Fluid-Durchführung des Gelenks ist mit dem Fluid-Rückkanal des Armstücks fluid-kommunizierend verbunden. Dadurch kann sich die Rückflussleitung über das Gelenk hinaus erstecken.In a further development of the invention, the arm of the manipulator comprises at least one joint with a first and second joint element and a fluid feed-through. The first joint element is mechanically fixed to the arm piece and the second joint element is mechanically rotatably connected to the arm piece by means of the joint. The fluid lead-through of the joint is connected in a fluid-communicating manner to the fluid return channel of the arm piece. This allows the return line to extend beyond the joint.

Da die Fluid-Versorgungsleitung erfindungsgemäß in zumindest einer Querschnittsebene des Armstücks im Innern des Fluid-Rückkanals verläuft und sich der Fluid-Rückkanal über das Gelenk hinaus erstecken kann, ist es vorteilhaft, auch die Fluid-Versorgungsleitung durch das Gelenk zu führen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Gelenk eine zweite Fluid-Durchführung nach Art einer fluidischen Drehdurchführung beinhaltet, die für die Fluid-Versorgungsleitung verwendet wird.Since the fluid supply line according to the invention runs in at least one cross-sectional plane of the arm piece inside the fluid return channel and the fluid return channel can extend beyond the joint, it is advantageous to also route the fluid supply line through the joint. This can be done, for example, in that the joint contains a second fluid feedthrough in the manner of a fluidic rotary feedthrough, which is used for the fluid supply line.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Führung der Fluid-Versorgungsleitung durch das Gelenk in zumindest einer Querschnittsebene der Fluid-Durchführung durch die Fluid-Durchführung. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein Pneumatik- oder Hydraulikschlauch, der im Innern des Fluid-Rückkanals des Armstücks verläuft, sich weiter in das Gelenk hinein und zweckmäßigerweise durch das Gelenk hindurch erstreckt und dabei einen Teil des Raumes der fluid-kommunizierenden Verbindung zwischen dem Gelenk und dem Armstück beansprucht. Diese Art der Fluid-Durchführung für die Fluid-Versorgungsleitung lässt sich besonders kostengünstig realisieren. Dabei ist zu beachten, dass die fluid-kommunizierende Verbindung zwischen dem Gelenk und dem Armstück durch den Schlauch nicht verstopft wird, also der Außendurchmesser des Schlauchs in Bezug zum Querschnitt der Fluid-Durchführung hinreichend klein ist. Zweckmäßigerweise wird die Fluid-Versorgungsleitung zumindest in dem Bereich, in dem sie durch das Gelenk verläuft, flexibel, beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff, ausgeführt.In a preferred embodiment of the invention, the fluid supply line is routed through the joint in at least one cross-sectional plane of the fluid passage through the fluid passage. This can be done in that a pneumatic or hydraulic hose, which runs inside the fluid return channel of the arm piece, extends further into the joint and expediently through the joint and thereby part of the space of the fluid-communicating connection between the joint and the arm piece claimed. This type of fluid lead-through for the fluid supply line can be implemented in a particularly cost-effective manner. It must be ensured that the fluid-communicating connection between the joint and the arm piece is not blocked by the hose, that is to say that the outer diameter of the hose is sufficiently small in relation to the cross-section of the fluid feed-through. The fluid supply line is expediently made flexible, for example made of an elastic plastic, at least in the area in which it runs through the joint.

In einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Gelenkelement mechanisch fest und die Fluid-Durchführung fluid-kommunizierend mit einem zweiten Armstück des Arms verbunden. Dadurch kann sich die Rückflussleitung entlang eines mittels Gelenken beweglich gemachten Arms des Manipulators erstrecken. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls sich ein Fluidverbraucher oder eine Schnittstelle für einen Fluidverbraucher über das Gelenk hinaus in Richtung des von einer Basis des Manipulators entfernten Arm-Endes befindet.In a first particularly preferred embodiment, the second joint element is mechanically fixed and the fluid feed-through is connected to a second arm piece of the arm in a fluid-communicating manner. As a result, the return flow line can extend along an arm of the manipulator that is made movable by means of joints. This is particularly advantageous if a fluid consumer or an interface for a fluid consumer is located beyond the joint in the direction of the arm end remote from a base of the manipulator.

In einer alternativen besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Gelenkelement mechanisch fest und die Fluid-Durchführung fluid-kommunizierend mit einer Basis des Manipulators verbunden. Dadurch kann sich die Rückflussleitung in die Basis des Manipulators erstrecken, auch wenn das Armstück nicht fest, sondern mechanisch drehbeweglich mit der Basis verbunden ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls das rückgeführte Fluid in der Basis des Manipulators weiter prozessiert wird, beispielsweise der Hydraulikkreislauf in der Basis geschlossen wird oder Druckluft in der Basis oder über die Basis geordnet an die Umgebung abgegeben wird.In an alternative, particularly preferred embodiment, the second joint element is mechanically fixed and the fluid feed-through is connected to a base of the manipulator in a fluid-communicating manner. As a result, the return line can extend into the base of the manipulator, even if the arm piece is connected to the base in a mechanically rotatable manner rather than in a fixed manner. This is particularly advantageous if the returned fluid is processed further in the base of the manipulator, for example the hydraulic circuit is closed in the base or compressed air is released to the environment in the base or via the base in an orderly manner.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, an der Basis einen Rückfluidanschluss vorzusehen und die Fluid-Durchführung fluid-kommunizierend mit dem Rückfluidanschluss zu verbinden, beispielsweise mittels einer internen Fluidleitung in der Basis, einer Rückfluidfortsetzungsleitung. In diesem Fall kann beispielsweise der Hydraulikkreislauf auch außerhalb der Basis, wohl aber unter Einbeziehung der Basis in die Leitungsführung, geschlossen werden. Im Fall der Pneumatik kann der Rückfluidanschluss beispielsweise mit einem Schalldämpfer versehen oder die verbrauchte Druckluft mittels eines mit dem Rückfluidanschluss verbundenen Schlauches noch weiter vom Manipulator weggeführt werden.An advantageous further development consists in providing a return fluid connection on the base and connecting the fluid passage to the return fluid connection in a fluid-communicating manner, for example by means of an internal fluid line in the base, a return fluid continuation line. In this case, for example, the hydraulic circuit can also be external the basis, but probably with the involvement of the basis in the management. In the case of pneumatics, the return fluid connection can, for example, be provided with a silencer or the used compressed air can be guided further away from the manipulator by means of a hose connected to the return fluid connection.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der fluidtechnischen Schaltung zwischen einerseits dem Fluidverbraucher und/oder der Schnittstelle für einen Fluidverbraucher und andererseits dem Fluid-Rückkanal zumindest ein Fluidaufbereitungsmittel angeordnet. Bei dem Fluidaufbereitungsmittel kann es sich insbesondere um einen Filter und im Falle der Pneumatik auch um einen Schalldämpfer handeln. Beispielsweise kann der Rückfluideinlass mit einem Innengewinde versehen sein, in das ein Fluidaufbereitungsmittel eingeschraubt wird. Dadurch wird der gesamte Fluidstrom, der durch die Rückflussleitung fließt, durch das Fluidaufbereitungsmittel geführt. Falls es sich bei dem Fluidaufbereitungsmittel um einen Filter handelt, kann dadurch die Rückflussleitung vor Ablagerungen durch eventuelle Verschmutzungen des rückgeführten Fluids geschützt werden. Dabei kann es sich um Partikel durch Abrieb in einem Aktor oder im Falle der Pneumatik um Öltröpfchen in Luft handeln. Durch, im Falle der Pneumatik, im Arm des Manipulators verteilte Schalldämpfer lässt sich darüberhinaus die Geräuschentwicklung verringern.In one embodiment of the invention, at least one fluid processing means is arranged in the fluid power circuit between, on the one hand, the fluid consumer and / or the interface for a fluid consumer and, on the other hand, the fluid return channel. The fluid treatment means can in particular be a filter and, in the case of pneumatics, also a silencer. For example, the return fluid inlet can be provided with an internal thread into which a fluid processing agent is screwed. As a result, the entire fluid flow that flows through the reflux line is guided through the fluid treatment means. If the fluid treatment means is a filter, the return flow line can thereby be protected from deposits caused by possible contamination of the returned fluid. These can be particles caused by abrasion in an actuator or, in the case of pneumatics, oil droplets in the air. In the case of pneumatics, sound absorbers distributed in the arm of the manipulator can also reduce the development of noise.

Sofern der Arm des Manipulators über zumindest ein Gelenk verfügt, besteht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, die Fluidaufbereitungsmittel in einem mechanischen Totbereich des Gelenks anzuordnen. Mechanischer Totbereich bedeutet, dass dieser Platz zwar räumlich dem Gelenk zuzuordnen ist, aber unabhängig von der Stellung des Gelenks zur Verfügung steht. Mit Gelenk ist gemeint, dass der Arm des Manipulators zumindest ein erstes und ein zweites Gelenkelement umfasst, die gemeinsam einem Gelenk zuzuordnen sind, wobei das erste Gelenkelement mit dem Armstück mechanisch fest und das zweite Gelenkelement mit dem Armstück mittels des Gelenks mechanisch drehbeweglich verbunden ist. Das Gelenk kann dazu dienen, das Armstück mit einem weiteren Armstück des Arms des Manipulators oder mit einer Basis des Manipulators zu verbinden. Die Unterbringung des zumindest einen Fluidaufbereitungsmittel in einem mechanischen Totbereich des Gelenks dient der optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes und damit zur Realisierung einer kompakten Bauweise. Wird das Gelenk beispielsweise mittels eines fluidischen Schwenkkolbenantriebs, wie er aus der DE 195 11 488 C2 bekannt ist, angetrieben, so werden die Luftaufbereitungsmittel in räumlichen Bereichen angeordnet, die der Schwenkkolben bei einer Bewegung von der einen Endlage in die andere Endlage nicht überstreicht.If the arm of the manipulator has at least one joint, a preferred embodiment of the invention consists in arranging the fluid processing means in a mechanical dead area of the joint. Mechanical dead area means that this space is spatially assigned to the joint, but is available regardless of the position of the joint. The term joint means that the arm of the manipulator comprises at least a first and a second joint element, which are jointly assigned to a joint, the first joint element being mechanically fixed to the arm piece and the second joint element being mechanically rotatably connected to the arm piece by means of the joint. The joint can serve to connect the arm piece to a further arm piece of the arm of the manipulator or to a base of the manipulator. The accommodation of the at least one fluid treatment means in a mechanical dead area of the joint serves to optimally utilize the available space and thus to implement a compact design. If the joint is for example by means of a fluidic oscillating piston drive, as it is from the DE 195 11 488 C2 is known, driven, the air treatment means are arranged in spatial areas which the pivot piston does not sweep when moving from one end position to the other end position.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

1 einen Manipulator mit einem Arm aus zwei Armstücken,
2 Schnittdarstellungen eines Armstücks: (a) Querschnitt, (b) Längsschnitt,
3 einen maßstäblichen Vergleich von (a) zwei nebeneinanderliegenden und (b) zwei ineinander verlaufende Fluidleitungen mit jeweils gleichen wirksamen Innen-Querschnitten,
4 einen fluidischen Aktor als Fluidverbraucher als Endeffektor
5 eine Vakuumerzeugungsvorrichtung als Fluidverbraucher mit einem Bernoulli-Greifer als Endeffektor,
6 die Verbindung eines Armstücks mit einem weiteren Armstück mittels eines Gelenks und
7 Schnittdarstellungen eines fluidischen Schwenkantriebs mit Fluidaufbereitungsmitteln in einem mechanischen Totraum: (a) Prinzipdarstellung mit Blick auf die Ebene der Drehung des Schwenkkolbens, (b) Schnittdarstellung.

Show it:

1 a manipulator with an arm made of two arm pieces,
2 Sectional views of an arm piece: (a) cross-section, (b) longitudinal section,
3 a true-to-scale comparison of (a) two adjacent and (b) two fluid lines running one inside the other, each with the same effective internal cross-sections,
4th a fluidic actuator as a fluid consumer as an end effector
5 a vacuum generating device as a fluid consumer with a Bernoulli gripper as an end effector,
6th the connection of an arm piece to another arm piece by means of a joint and
7th Sectional representations of a fluidic pivot drive with fluid processing means in a mechanical dead space: (a) Basic representation with a view of the plane of rotation of the pivoting piston, (b) Sectional representation.

Die 1 zeigt einen Manipulator 1 mit einer Basis 49 und einem Armstück 3 sowie einem zweiten Armstück 13. Das Armstück 3 ist mittels des Gelenks 16 mit der Basis 49 und mittels des zweiten Gelenks 26 mit dem zweiten Armstück 13 verbunden. Das Armstück 3, das zweite Gelenk 26 und das zweite Armstück 13 bilden den Arm 2 des Manipulators. Am von der Basis abgewandten Ende des Arms 2 befindet sich ein Endeffektor 10. Die Basis 49 ist mit einem Rückfluidanschluss 21 versehen. Der Rückfluidanschluss 21 ist über eine Rückfluidfortsetzungsleitung 30 mit dem Gelenk 16 fluidkommunizierend verbunden.the 1 shows a manipulator 1 with a base 49 and an arm piece 3 and a second arm piece 13th . The arm piece 3 is by means of the joint 16 with the base 49 and by means of the second joint 26th with the second arm piece 13th tied together. The arm piece 3 , the second joint 26th and the second arm piece 13th form the arm 2 of the manipulator. At the end of the arm facing away from the base 2 there is an end effector 10 . The base 49 is with a return fluid connection 21 Mistake. The return fluid connection 21 is via a return fluid continuation line 30th with the joint 16 connected in fluid communication.

2 (a) zeigt eine Quer- und 2 (b) eine Längsschnittdarstellung des Armstücks 13. Dieses ist am endeffektor-seitigen Ende mit einer Schnittstelle 11 für einen Fluidverbraucher versehen ist. Im zweiten Armstück 13 verläuft eine Fluid-Versorgungsleitung 4. Das Fluid zur Versorgung des Fluidverbrauchers fließt in Richtung der Schnittstelle 11. Die Schnittstelle 11 weist exemplarisch eine Befestigungsbohrung 15 für einen Fluidverbraucher, z.B. einen fluidisch betriebenen Endeffektor, sowie Fluidkanäle 31 auf. Mittels der Fluidkanäle kann sowohl Fluid von der Fluid-Versorgungsleitung 4 in einen Fluidverbraucher gelangen, wenn dieser mit der Schnittstelle 11 verbunden ist, als auch Fluid zurück vom Fluidverbraucher in das zweite Armstück 13, insbesondere verbrauchtes Fluid. Die Richtung, in der das Fluid jeweils fließt, ist in 2 (b) mit Pfeilen gekennzeichnet. Derjenige Fluidkanal 31, durch den das vom Fluidverbraucher kommende Fluid zurück in das Armstück fließt, ist mit einem Fluidaufbereitungsmittel 22 versehen. Das rückfließende Fluid 12, das das Fluidaufbereitungsmittel 22 passiert hat, fließt weiter in einem in 2 (a) bezeichneten Hohlraum 28 des Armstücks 13. Dieser bildet den Fluid-Rückkanal 5. Unmittelbar am Fluidaufbereitungsmittel 22 ist der Rückfluideinlass 6 verortet. Würde das Fluidaufbereitungsmittel 22 fehlen, befände sich der Rückfluideinlass an der Grenze zwischen dem zweiten Armstück 13 und der Schnittstelle 11. Der Rückfluideinlass 6 und der Fluid-Rückkanal 5 bilden zusammen mit dem Rückfluidauslass 7 die Rückflussleitung 8, die sich entlang des zweiten Armstücks 13 erstreckt. 2 (a) shows a cross and 2 B) a longitudinal sectional view of the arm piece 13th . This is at the end on the end effector with an interface 11 is provided for a fluid consumer. In the second arm piece 13th runs a fluid supply line 4th . The fluid for supplying the fluid consumer flows in the direction of the interface 11 . the interface 11 has an example of a mounting hole 15th for a fluid consumer, eg a fluidically operated end effector, as well as fluid channels 31 on. Fluid can be fed from the fluid supply line by means of the fluid channels 4th in a Fluid consumers arrive when this is with the interface 11 is connected, as well as fluid back from the fluid consumer into the second arm piece 13th , especially spent fluid. The direction in which the fluid flows is in 2 B) marked with arrows. That fluid channel 31 , through which the fluid coming from the fluid consumer flows back into the arm piece, is provided with a fluid treatment means 22nd Mistake. The refluxing fluid 12th that is the fluid treatment agent 22nd has happened continues to flow in an in 2 (a) designated cavity 28 of the arm piece 13th . This forms the fluid return channel 5 . Immediately on the fluid treatment agent 22nd is the return fluid inlet 6th located. Would the fluid conditioner 22nd absent, the return fluid inlet would be at the boundary between the second arm piece 13th and the interface 11 . The return fluid inlet 6th and the fluid return channel 5 form together with the return fluid outlet 7th the return line 8th running along the second arm piece 13th extends.

3 dient der Veranschaulichung, inwiefern es aus Gründen des Platzbedarfs, also zur Realisierung einer kompakten Bauweise, vorteilhaft sein kann, dass die Fluid-Versorgungsleitung im Innern eines Fluid-Rückkanals verläuft. Zuerst wird in 3 (a) der Fall betrachtet, dass die Fluid-Versorgungsleitung 4 und die konventionelle Rückfluidleitung 32 parallel verlaufen, also nebeneinander liegen, und sich längsseitig berühren. Vereinfachend wird angenommen, dass die Fluid-Versorgungsleitung 4 und die konventionelle Rückfluidleitung 32 eine identische wirksame Innen-Querschnittsfläche 33 von pi/4 (pi-viertel) multipliziert mit dem Quadrat der Längeneinheit 34 aufweisen. Das bedeutet, dass der Innendurchmesser der Fluid-Versorgungsleitung 4 und der konventionellen Rückfluidleitung 32 genau eine Längeneinheit 34 beträgt. Bei pi handelt es sich um die Kreiszahl; die Kreiszahl beträgt etwa 3,1416 (drei-komma-eins-vier-eins-sechs). Die Wandstärke der Fluid-Versorgungsleitung 4 und der konventionellen Rückfluidleitung 32 beträgt in diesem Beispiel ein zehntel der Längeneinheit 34, so dass sich die maximale Ausdehnung des Querschnitts der beiden nebeneinanderliegenden Leitungen aus der Summe von zwei Durchmessern und vier Wandstärken, also zu 2,4 (zwei-komma-vier) Längeneinheiten 34 ergibt. In 3 (b) verläuft die Fluid-Versorgungsleitung im Innern eines kreisförmigen Fluid-Rückkanals 35. Dieser hat einen Innendurchmesser von 1,56205 (eins-komma-fünf-sechs-zwei-null-fünf) Längeneinheiten 34. Seine Innen-Querschnittsfläche ohne Berücksichtigung der Fluid-Versorgungsleitung beträgt pi/4 multipliziert mit dem Quadrat des Innendurchmessers, also 1,91637 (eins-komma-neuneins-sechs-drei-sieben) multipliziert mit einer Längeneinheit im Quadrat. Zur Bestimmung der wirksamen Innen-Querschnittsfläche 33 des kreisförmigen Fluid-Rückkanals 35 muss von dessen Innen-Querschnittsfläche der Flächenbedarf der Fluid-Versorgungsleitung 4 abgezogen werden, die sich aus dem Quadrat von deren Außendurchmesser multipliziert mit pi/4 ergibt. Der Außendurchmesser der Fluid-Versorgungsleitung beträgt 1,2 (eins-komma-zwei) Längeneinheiten 34, woraus sich ein Flächenbedarf der Fluid-Versorgungsleitung 4 von 1,13097 (eins-komma-eins-drei-null-neunsieben) multipliziert mit einer Längeneinheit 34 im Quadrat ergibt. Als wirksame Innen-Querschnittsfläche 33 des kreisförmigen Fluid-Rückkanals 35 verbleiben somit 0,78540 (null-kommasieben-acht-fünf-vier-null) multipliziert mit einer Längeneinheit 34 im Quadrat. Dies ist identisch zur wirksamen Innen-Querschnittsfläche 33 der konventionellen Rückfluidleitung 32 von pi/4 multipliziert mit einer Längeneinheit 34 im Quadrat, also 0,78540 multipliziert mit einer Längeneinheit 34 im Quadrat. Sofern für die Wandstärke des kreisförmigen Fluid-Rückkanals 35 eine Wandstärke von einer zehntel Längeneinheit angenommen wird, hat der kreisförmige Fluid-Rückkanal 35 einen um 0,2 (nullkomma-zwei) Längeneinheiten 34 größeren Außendurchmesser als dessen Innendurchmesser, also 1,76205 (eins-komma-sieben-sechs-zwei-null-fünf) Längeneinheiten 34. Dieser Außendurchmesser des kreisförmigen Fluid-Rückkanals stellt die maximale Ausdehnung des Querschnitts dar und steht der Ausdehnung der nebeneinanderliegenden Leitungen aus 3 (a) in Höhe von 2,4 Längeneinheiten 34 gegenüber. Die maximale Ausdehnung des Querschnitts ist in 3 (b) also knapp 27 (siebenundzwanzig) Prozent kleiner als in 3 (a), was eine nennenswerte Einsparung an Platzbedarf bedeuten kann. 3 serves to illustrate the extent to which it can be advantageous for reasons of space requirements, that is to say to implement a compact design, for the fluid supply line to run inside a fluid return channel. First, in 3 (a) considered the case that the fluid supply line 4th and the conventional return fluid line 32 run parallel, i.e. lie next to each other, and touch each other along their length. For the sake of simplicity, it is assumed that the fluid supply line 4th and the conventional return fluid line 32 an identical effective internal cross-sectional area 33 of pi / 4 (pi-quarter) multiplied by the square of the unit of length 34 exhibit. That means the inside diameter of the fluid supply line 4th and the conventional return fluid line 32 exactly one unit of length 34 amounts to. Pi is the circle number; the circle number is about 3.1416 (three-point-one-four-one-six). The wall thickness of the fluid supply line 4th and the conventional return fluid line 32 in this example is one tenth of the length unit 34 so that the maximum expansion of the cross-section of the two adjacent lines is the sum of two diameters and four wall thicknesses, i.e. 2.4 (two-point-four) units of length 34 results. In 3 (b) the fluid supply line runs inside a circular fluid return channel 35 . This has an inside diameter of 1.56205 (one-point-five-six-two-zero-five) units of length 34 . Its internal cross-sectional area without taking the fluid supply line into account is pi / 4 multiplied by the square of the internal diameter, i.e. 1.91637 (one-point-nine-one-six-three-seven) multiplied by a unit of length squared. To determine the effective internal cross-sectional area 33 of the circular fluid return channel 35 the area required by the fluid supply line must depend on its inner cross-sectional area 4th which results from the square of its outer diameter multiplied by pi / 4. The outside diameter of the fluid supply line is 1.2 (one-point-two) units of length 34 , from which a space requirement of the fluid supply line 4th of 1.13097 (one-point-one-three-zero-nine-seven) multiplied by a unit of length 34 in the square gives. As an effective internal cross-sectional area 33 of the circular fluid return channel 35 This leaves 0.78540 (zero-point-seven-eight-five-four-zero) multiplied by a unit of length 34 in the square. This is identical to the effective internal cross-sectional area 33 the conventional return fluid line 32 of pi / 4 multiplied by a unit of length 34 squared, i.e. 0.78540 multiplied by a unit of length 34 in the square. Provided for the wall thickness of the circular fluid return channel 35 a wall thickness of a tenth unit of length is assumed, the circular fluid return channel has 35 one by 0.2 (zero point-two) units of length 34 larger outside diameter than its inside diameter, i.e. 1.76205 (one-point-seven-six-two-zero-five) units of length 34 . This outer diameter of the circular fluid return channel represents the maximum expansion of the cross section and is not subject to the expansion of the lines lying next to one another 3 (a) in the amount of 2.4 units of length 34 opposite to. The maximum expansion of the cross-section is in 3 (b) so just under 27 (twenty-seven) percent smaller than in 3 (a) which can mean a significant saving in space requirements.

4 zeigt einen Fluidverbraucher, der über die Schnittstelle 11 mit einem Armstück verbunden werden kann. Es handelt sich um einen fluidischen Greifer 36. Zweckmäßigerweise ist dem fluidischen Greifer 36 eine Schalt- und Verteileinheit 37 vorgelagert. Die Schalt- und Verteileinheit 37 weist einen Eingang für ein Versorgungs-Fluid und einen Ausgang für verbrauchtes Fluid auf und empfängt Steuersignale von einer nicht dargestellten Steuerung. Mittels einer geeigneten internen Ventilanordnung, insbesondere Mehrwegeventilen, beaufschlagt die Schalt- und Verteileinheit 37 nicht dargestellte fluidische Antriebskammern der Greifer-Finger 38 oder entlüftet diese, um die gewünschte Bewegung der Greifer-Finger 38 zu bewirken. Die Abluft der Schalt- und Verteileinheit 37 wird in die Schnittstelle 11 abgegeben. Die Schalt- und Verteileinheit 37 und der fluidische Greifer 36 bilden in diesem Beispiel zusammen den Endeffektor 10. 4th shows a fluid consumer via the interface 11 can be connected to an arm piece. It is a fluidic gripper 36 . The fluidic gripper is expedient 36 a switching and distribution unit 37 upstream. The switching and distribution unit 37 has an input for a supply fluid and an output for consumed fluid and receives control signals from a controller (not shown). The switching and distribution unit is acted upon by means of a suitable internal valve arrangement, in particular multi-way valves 37 Fluidic drive chambers, not shown, of the gripper fingers 38 or vent this to the desired movement of the gripper fingers 38 to effect. The exhaust air from the switching and distribution unit 37 gets into the interface 11 submitted. The switching and distribution unit 37 and the fluidic gripper 36 together form the end effector in this example 10 .

5 stellt einen alternativen Fluidverbraucher dar, der über die Schnittstelle 11 mit einem Armstück verbunden werden kann. Beim Fluidverbraucher handelt es in diesem Beispiel sich um eine Vakuum-Erzeugungseinheit 29 zum Betrieb eines Vakuum-Sauggreifers 27. Als Fluid kommt dabei insbesondere Druckluft zum Einsatz. Mittels eines Schaltventils 39 lässt sich die Versorgung der Vakuum-Erzeugungseinheit 29 mit Druckluft und damit auch das Vakuum für den Vakuum-Sauggreifer 27 ein- und ausschalten. Die Abluft der Vakuum-Erzeugungseinheit 29 wird in die Schnittstelle 11 abgegeben. Die Vakuum-Erzeugungseinheit 29 und der Vakuum-Sauggreifer 27 bilden in diesem Beispiel zusammen den alternativen Endeffektor 14. 5 represents an alternative fluid consumer that can be used via the interface 11 can be connected to an arm piece. In this example, the fluid consumer is a vacuum generating unit 29 for operating a vacuum suction cup 27 . It comes as a fluid especially compressed air is used. By means of a switching valve 39 can be used to supply the vacuum generation unit 29 with compressed air and thus also the vacuum for the vacuum suction gripper 27 to switch on and off. The exhaust air from the vacuum generation unit 29 gets into the interface 11 submitted. The vacuum generation unit 29 and the vacuum suction cup 27 in this example together form the alternative end effector 14th .

6 zeigt die Verbindung des ersten Armstücks 3 mit dem zweiten Armstück 13 mittels des zweiten Gelenks 26. Das zweite Gelenk 26 umfasst das erste Gelenkelement 17 und das zweite Gelenkelement 18. Das Armstück 3 ist mit dem ersten Gelenkelement 17 mechanisch starr verbunden. Das zweite Armstück 13 ist mit dem zweiten Gelenkelement 18 mechanisch starr verbunden. Mittels des zweiten Gelenks 26 sind das Armstück 3 und das zweite Armstück 13 drehbeweglich miteinander verbunden. Das Gelenk verfügt über eine Fluid-Durchführung 40. Einerseits sind durch diese Fluid-Durchführung die Fluid-Rückkanäle 5 des Armstücks 3 und des zweiten Armstücks 13 fluid-kommunizierend miteinander verbunden. Andererseits verläuft auch die Fluid-Versorgungsleitung 4 durch diese Fluid-Durchführung 40 und damit auch durch die Querschnittsebene 9 der Fluid-Durchführung 40, wobei die Querschnittsebene 9 senkrecht zur Zeichenebene steht, also die Ebene von 6 durchstößt und auf die Zeichenebene projiziert als Strich dargestellt wird. Das Fluid fließt in der Fluid-Versorgungsleitung 4 und in den Rückflussleitungen 8 in Pfeilrichtung, also vom zweiten Armstück 13 über das zweite Gelenk 26 in das Armstück 3. An einer ersten Grenze 19 zwischen dem zweiten Armstück 13 und dem zweiten Gelenkelement 18 befindet sich der Rückfluidauslass 7 derjenigen Rückflussleitung 8, die dem zweiten Armstück 13 zugeordnet ist. An einer zweiten Grenze 20 zwischen dem ersten Gelenkelement 17 und dem Armstück 3 befindet sich der Rückfluideinlass 6 derjenigen Rückflussleitung 8, die dem Armstück 3 zugeordnet ist. Die Fluid-Versorgungsleitung 4 besteht aus einem elastischen Material, sodass sie der Bewegung des zweiten Gelenks 26 folgen kann, ohne beschädigt zu werden. 6th shows the connection of the first arm piece 3 with the second arm piece 13th by means of the second joint 26th . The second joint 26th comprises the first hinge element 17th and the second hinge element 18th . The arm piece 3 is with the first hinge element 17th mechanically rigidly connected. The second arm piece 13th is with the second hinge element 18th mechanically rigidly connected. By means of the second joint 26th are the arm piece 3 and the second arm piece 13th rotatably connected to each other. The joint has a fluid feed-through 40 . On the one hand, the fluid return channels are through this fluid leadthrough 5 of the arm piece 3 and the second arm piece 13th connected to each other in a fluid-communicating manner. On the other hand, the fluid supply line also runs 4th through this fluid feed-through 40 and thus also through the cross-sectional plane 9 the fluid feedthrough 40 , where the cross-sectional plane 9 is perpendicular to the plane of the drawing, i.e. the plane of 6th is pierced and projected onto the plane of the drawing as a line. The fluid flows in the fluid supply line 4th and in the return lines 8th in the direction of the arrow, i.e. from the second arm piece 13th about the second joint 26th in the arm piece 3 . At a first frontier 19th between the second arm piece 13th and the second hinge element 18th is the return fluid outlet 7th of those reflux line 8th that the second arm piece 13th assigned. On a second border 20th between the first hinge element 17th and the arm piece 3 is the return fluid inlet 6th of those reflux line 8th that the arm piece 3 assigned. The fluid supply line 4th is made of an elastic material so that it allows the movement of the second joint 26th can follow without being damaged.

7 zeigt ein symbolisches Bild eines Fluidverbrauchers, wie er beispielsweise aus der DE 10 2017 202 369 B3 bekannt ist, wobei es sich um einen Schwenkantrieb 25 handelt, der geeignet ist, die Position von Elementen des Arms eines Industrieroboters zu verlagern. Der Schwenkantrieb 25 ist einem Gelenk räumlich zugeordnet. Im Beispiel des aus der DE 10 2017 202 369 B3 bekannten Schwenkantriebs verfügt dieser über ein integriertes Gelenk. Bezogen auf die vorliegende Schrift bedeutet das, dass das Gelenk den Schwenkantrieb 25 umfasst. Der Begriff „Gelenk“ ist in der vorliegenden Schrift also dahingehend weiter gefasst als in der DE 10 2017 202 369 B3 , als der Schwenkantrieb 25 ein Bestandteil eines Gelenks sein kann. Der Schwenkantrieb 25 umfasst eine Trennwand 41 und einen Schwenkkolben 42. Durch die Trennwand 41 und den Schwenkkolben 42 wird eine erste fluidische Kammer 45, der ein erster Fluidanschluss 43 zugeordnet ist, sowie eine zweite fluidische Kammer 46, der ein zweiter Fluidanschluss 44 zugeordnet ist, gebildet. Bei einer Fluid-Zufuhr über den ersten Fluidanschluss 43 unter einem hinreichend hohen Druck und bei einer Fluid-Abfuhr über den zweiten Fluidanschluss 44 bewegt sich der Schwenkkolben 42 rotativ um die Drehachse 24, die senkrecht zur Zeichenebene steht, in Richtung des zweiten Endanschlags 48. Bei einer Fluid-Zufuhr über den zweiten Fluidanschluss 44 unter einem hinreichend hohen Druck und bei einer Fluid-Abfuhr über den ersten Fluidanschluss 43 bewegt sich der Schwenkkolben 42 rotativ in Richtung des ersten Endanschlags 47. Diejenigen Bereiche der ersten und zweiten fluidischen Kammer 45 und 46, die bei der Bewegung des Schwenkkolbens vom ersten zum zweiten Endanschlag 47 und 48 nicht vom Schwenkkolben überstrichen werden, stellen einen mechanischen Totbereich 23 des Gelenks dar. In diesen mechanischen Totbereichen sind der erste und zweite Fluidanschluss 43 und 44, die beide mit einem Fluidaufbereitungsmittel 22 versehen sind, angeordnet. Dadurch ist eine Kollision der Fluidaufbereitungsmittel 22 mit dem Schwenkkolben 42 bei allen möglichen Stellungen des Schwenkkolbens 42 ausgeschlossen und der im jeweiligen mechanischen Totbereich 23 des Gelenks zur Verfügung stehende Platz vorteilhaft ausgenutzt. 7th shows a symbolic image of a fluid consumer, for example from the DE 10 2017 202 369 B3 is known, which is a rotary actuator 25th which is capable of shifting the position of elements of the arm of an industrial robot. The swivel drive 25th is spatially assigned to a joint. In the example of the DE 10 2017 202 369 B3 known swivel drive, this has an integrated joint. In relation to the present document, this means that the joint is the swivel drive 25th includes. The term “joint” is therefore more broadly defined in the present document than in the DE 10 2017 202 369 B3 than the rotary actuator 25th can be part of a joint. The swivel drive 25th includes a partition 41 and an oscillating piston 42 . Through the partition 41 and the oscillating piston 42 becomes a first fluidic chamber 45 , which is a first fluid connection 43 is assigned, as well as a second fluidic chamber 46 that has a second fluid connection 44 is assigned, formed. With a fluid supply via the first fluid connection 43 under a sufficiently high pressure and with a fluid discharge via the second fluid connection 44 the oscillating piston moves 42 rotative around the axis of rotation 24 , which is perpendicular to the plane of the drawing, in the direction of the second end stop 48 . With a fluid supply via the second fluid connection 44 under a sufficiently high pressure and with a fluid discharge via the first fluid connection 43 the oscillating piston moves 42 rotative in the direction of the first end stop 47 . Those areas of the first and second fluidic chambers 45 and 46 that occurs when the swivel piston moves from the first to the second end stop 47 and 48 are not swept over by the oscillating piston, represent a mechanical dead zone 23 of the joint. The first and second fluid connections are in these mechanical dead zones 43 and 44 , both with a fluid conditioner 22nd are provided, arranged. This causes a collision of the fluid treatment means 22nd with the swivel piston 42 at all possible positions of the swivel piston 42 excluded and the one in the respective mechanical dead zone 23 of the joint available space is advantageously used.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Manipulatormanipulator
22: Armpoor
33rd: ArmstückArm piece
44th: Fluid-VersorgungsleitungFluid supply line
55: Fluid-RückkanalFluid return channel
66th: RückfluideinlassReturn fluid inlet
77th: RückfluidauslassReturn fluid outlet
88th: RückflussleitungReturn line
99: Querschnittsebene der Fluid-DurchführungCross-sectional plane of the fluid feed-through
1010: EndeffektorEnd effector
1111: Schnittstelleinterface
1212th: rückfließendes Fluidrefluxing fluid
1313th: zweites Armstücksecond arm piece
1414th: alternativer Endeffektoralternative end effector
1515th: BefestigungsbohrungMounting hole
1616: Gelenkjoint
1717th: erstes Gelenkelementfirst joint element
1818th: zweites Gelenkelementsecond joint element
1919th: erste Grenzefirst limit
2020th: zweite Grenzesecond limit
2121: RückfluidanschlussReturn fluid connection
2222nd: FluidaufbereitungsmittelFluid treatment agents
2323: mechanischer Totbereich des Gelenksmechanical dead area of the joint
2424: DrehachseAxis of rotation
2525th: SchwenkantriebSlewing drive
2626th: zweites Gelenksecond joint
2727: Vakuum-SauggreiferVacuum suction cups
2828: Hohlraum eines ArmstücksCavity of an arm piece
2929: Vakuum-ErzeugungseinheitVacuum generation unit
3030th: RückfluidfortsetzungsleitungReturn fluid continuation line
3131: FluidkanalFluid channel
3232: konventionelle Rückfluidleitungconventional return fluid line
3333: wirksame Innen-Querschnittsflächeeffective internal cross-sectional area
3434: LängeneinheitUnit of length
3535: kreisförmiger Fluid-Rückkanalcircular fluid return channel
3636: fluidischer Greiferfluidic gripper
3737: Schalt- und VerteileinheitSwitching and distribution unit
3838: Greifer-FingerClaw fingers
3939: SchaltventilSwitching valve
4040: Fluid-DurchführungFluid implementation
4141: Trennwandpartition wall
4242: SchwenkkolbenOscillating piston
4343: erster Fluidanschlussfirst fluid connection
4444: zweiter Fluidanschlusssecond fluid connection
4545: erste fluidische Kammerfirst fluidic chamber
4646: zweite fluidische Kammersecond fluidic chamber
4747: erster Endanschlag des Gelenksfirst end stop of the joint
4848: zweiter Endanschlag des Gelenkssecond end stop of the joint
4949: BasisBase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19511488 C2 [0006, 0023]
DE 102017202369 B3 [0006, 0032]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

S. Hesse and G. Seitz, “Robotics”, Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1996 [0002]
W. Weber, "Industrial Robots", Munich: Hanser, 2017 [0002]
According to Weber 2017 Figure 1.1 on page 16, manipulators and industrial robots, together with insertion devices, belonged to the group of handling devices [0002]
J.E. Bobrow and B.W. McDonell, "Modeling, Identification, and Control of a Pneumatically Actuated, Force Controllable Robot", IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 14, no. October 5, 1998 [0005]

Claims

Manipulator (1), in particular industrial robot, with an arm (2) which comprises at least one arm piece (3, 13), and with at least one fluid supply line (4), the arm piece (3, 13) having a fluid return channel ( 5, 35), a return fluid inlet (6) and a return fluid outlet (7), wherein the fluid return channel (5, 35), the return fluid inlet (6) and the return fluid outlet (7) form a return flow line (8), which from the Fluid supply line (4) is fluidically separated, the fluid supply line (4) running in at least one cross-sectional plane of the arm piece, in particular in a wide area along the arm piece, inside the fluid return channel (5), the manipulator (1 ) comprises at least one fluid consumer (10, 14, 25) and / or at least one interface (11) for a fluid consumer, which is supplied by means of the fluid supply line (4), the manipulator (1) being designed so that the fluid consumer (10, 14, 25) and / or the interface (11) for a fluid consumer backflowing fluid (12) flows through the return line (8).

Manipulator after Claim 1 , wherein the fluid return channel (5) is formed by a cavity (28) of the arm piece (3, 13).

Manipulator after Claim 1 or 2 , wherein the fluid consumer (10, 14, 25) comprises a fluidic actuator (36, 42) and / or a vacuum generating device (29).

Manipulator according to one of the preceding claims, wherein the arm (2) comprises at least one joint (16, 26) with a first and second joint element (17, 18) and a fluid feed-through (40), the first joint element (17) with mechanically fixed to the arm piece (3, 13), the second joint element (18) with the arm piece (3, 13) is mechanically rotatable by means of the joint and the fluid return channel (5) is connected to the fluid feed-through (40) in a fluid-communicating manner .

Manipulator after Claim 4 , wherein the fluid supply line (4) is passed through the joint (16, 26).

Manipulator after Claim 5 , the fluid supply line (4) being guided through the joint (16, 26) in at least one cross-sectional plane (9) of the fluid feed-through (40) through the fluid feed-through (40).

Manipulator according to one of the Claims 4 until 6th wherein the second joint element (18) is mechanically fixed and the fluid feed-through (40) is connected in a fluid-communicating manner to a second arm piece (3, 13) of the arm (2).

Manipulator according to one of the Claims 4 until 6th wherein the second joint element (18) is mechanically fixed and the fluid feed-through (40) is connected to a base (49) of the manipulator (1) in a fluid-communicating manner.

Manipulator after Claim 8 , wherein the base (49) comprises a return fluid connection (21) and the fluid passage (40) is connected to the return fluid connection (21) in a fluid-communicating manner.

Manipulator after Claim 1 or 2 At least one fluid processing means (22) is arranged in the fluid power circuit between on the one hand the fluid consumer (10, 14, 25) and / or the interface (11) for a fluid consumer and on the other hand the fluid return channel (5).

Manipulator after Claim 10 , wherein the arm comprises at least one joint (16, 26) with a first and second joint element (17, 18), the first joint element (17) mechanically fixed to the arm piece (3, 13) and the second joint element (18) with the arm piece (3, 13) is mechanically rotatably connected by means of the joint (16, 26), the fluid treatment means (22) being arranged in a mechanical dead area (23) of the joint (16, 26).