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Die Erfindung betrifft einen Anschlussadapter
und eine Anschlussvorrichtung für
einen Industrieroboter sowie einen Industrieroboter.
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Industrieroboter sind in mehreren,
vorzugsweise in mindestens drei Freiheitsgraden frei programmierbare
universelle Handhabungsgeräte,
die mit zweckdienlichen Greifern oder Arbeitsorganen ausrüstbar sind.
Es werden Portal-, Linear-, Knickarm- und Schwenkarmbauweise unterschieden. Wichtige
Teilsysteme eines Industrieroboters sind Kinematik-Steuerungssystem,
Antriebssystem, Wegmesssystem und Sensorsystem.
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Die Kinematik kann sowohl rotatorische
als auch translatorische Elemente aufweisen. Der kinematische Aufbau
besteht beispielsweise aus achsbezogenen Segmenten, Servoantrieben,
Zwischengetrieben und Lagern, wobei als Servoantriebe vorzugsweise
bürstenlose
Drehstrom-Motoren verwendet werden. Die Drehachse wird zumeist direkt
und die Schwenkachsen über
einen Zahnriemen angetrieben. Spezielle Getriebe dienen der Kraftübertragung
vom Servoantrieb zur jeweiligen Achsbewegung. Als Antriebssysteme
sind Elektromotoren, Hydraulikmotoren oder -zylinder sowie vereinzelt
auch positionierbare pneumatische Antriebssysteme vorgesehen. Der
Motor kann dabei von einer Punkt-, Bahn- oder Sensorsteuerung mit
Stellbefehlen versorgt werden. Als Wegmesssysteme kommen lineare oder
rotatorische, digitale oder analoge Weg- und Winkelmesssysteme zum
Einsatz. Als Sensoren werden berührende
oder berührungslose
Sensoren eingesetzt. Wichtige Anwendungsgebiete von Industrierobotern
sind Beschichten, Lackieren, Schweißen, Schleifen, Polieren, Entgraten
sowie das Be- und Entladen.
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Insbesondere beim Be- und Entladen
werden sechsachsige, d.h. mit sechs Freiheitsgraden ausgestattete
Industrieroboter eingesetzt. Derartige Industrieroboter weisen einen
Roboterarm auf, der auf eine Basis montiert ist. Bei diesen Indu strierobotern,
die auch als Gelenkarmroboter bezeichnet werden, wird als erste
Achse diejenige Achse definiert, um die sich der Roboter auf der
als Karusell dienenden Basis drehen kann. Unmittelbar an die Basis
anschließend
ist im unteren Bereich des Roboterarms die zweite Achse angeordnet,
um die eine Schwenkung des Roboterarms erfolgt. Die dritte Achse
des Roboterarms ist an dem der Basis abgewandte Ende des Roboterarms
angeordnet, an die sich ein Handachsenantrieb anschließt. Der
um die dritte Achse schwenkbare Handachsenantrieb weist ein Halsstück auf,
an dem ein Handachsenkopf vorgesehen ist. Diese Bauelemente ermöglichen
die Achsbewegungen um die vierte, fünfte und sechste Achse des Industrieroboters.
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Ein derartiger sechsachsiger Industrieroboter
weist einen genau definierten Arbeitsbereich auf, der sich aus dem
Schwenkbereich des Roboterarms ergibt. Zu Vergrößerung des Arbeitsbereiches
können
Industrieroboter auf eine Linearführung montiert werden, die
als siebente Achse dient. Hierbei ist von Nachteil, dass die gesamte,
den Roboterarm tragende Basis auf der Linearführung mitbewegt werden muss.
Insbesondere bei größeren Industrierobotern, beispielsweise
bei Robotern, die eine Traglast von mehr als 100 kg erlauben, ist
das Gewicht der Basis erheblich. Um eine schnelle, präzise und
vibrationsarme Bewegung des Industrieroboters auch in Linearrichtung
zu gewährleisten
müssen
Linearführungen
daher besonders aufwändig
gestaltet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen universell einsetzbaren Industrieroboter zu schaffen, der
eine besonders einfache und zugleich kompakte Bauform aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Anschlussadapter nach Anspruch 1
bzw. durch eine Anschlussvorrichtung nach Anspruch 9 bzw. durch
einen Industrieroboter nach Anspruch 18 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Anschlussadapter für einen
Industrieroboter mit einem Roboterarm und einer den Roboterarm tragenden
Basis weist ein erstes Verbindungsglied zum Anschließen des
Roboterarmes und ein zweites Verbindungsglied zum Anschließen eines
auf einer Linearführung
als erste Achse des Roboterarms verfahrbaren Montageschlittens als
Basis auf.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung
liegt darin, einen Anschlussadapter zur Verfügung zu stellen, mit deren
Hilfe ein von dem Karusell getrennter Roboterarm mit einer Linearführung verbunden
wird. Der Anschlussadapter ist dabei für eine Montage des Roboterarms
derart ausgestaltet, dass die bisherige erste Achse des Industrieroboters,
also die Drehachse, um die sich der Roboterarm auf der Basis dreht, durch
eine Linearachse ersetzt wird. Durch das entstehende System wird
der Arbeitsbereich des Industrieroboters auf unkomplizierte Art
und Weise vergrößert, ohne
nachteilige Auswirkungen, beispielsweise die Erhöhung des Gesamtgewichts, in
Kauf nehmen zu müssen.
Eine über
die bereits bestehenden sechs Achsen hinausgehende weitere siebente
Achse als Linearführung
ist nicht notwendig. Dadurch wird die Konstruktion des Industrieroboters
stark vereinfacht. Anstelle des ursprünglich als Basis vorgesehenen Karussells
kommt ein Montageschlitten zum Einsatz, der direkt auf der Linearachse
verfahrbar ist. Dadurch verringert sich das Gesamtgewicht des Industrieroboters
erheblich. Zugleich ergibt sich eine wesentlich kompaktere Bauform.
Im Ergebnis müssen
die Linearführungs-Systeme
weniger aufwändig
gestaltet sein. Dadurch verringern sich die Herstellungskosten für derartige
Industrieroboter.
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In der in Anspruch 2 beanspruchten
Ausführungsform
ist die Antriebseinheit für
die zweite Achse des Roboterarmes am Anschlussadapter angeschlossen.
Mit anderen Worten ist Motor und/oder Getriebe der Antriebseinheit
direkt mit dem Anschlussadapter verbunden. Der Anschlussadapter dient
quasi als eine Art Führung
für die
zweite Achse des Roboterarmes derart, dass die zweite Achse des Roboterarms
durch den Anschlussadapter, also direkt am Montageschlitten verläuft. Der
Anschlussadapter kann dabei derart dimensioniert sein, dass er gleichzeitig
als eine Art Distanzstück
dient, um den erforderlichen Abstand zwischen Motor und Getriebe zu
gewährleisten.
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Besonders vorteilhaft ist eine weitere
Ausführungsform
der Erfindung nach Anspruch 3, wonach der Anschlussadapter nach
Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist. Diese Adapterform stellt
besonders universell einsetzbare Verbindungsflächen, beispielsweise die Stirnseiten
oder die Mantelfläche,
zur Verfügung.
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Als besonders gut geeignet hat sich
weiterhin eine Ringform erwiesen (Anspruch 4). Bei einer derartigen
Form, bei der die Breite des Adapters kleiner ist als sein Durchmesser,
ist eine besonders kompakte Bauform erreichbar. Roboterarm und Montageschlitten
werden im montierten Zustand lediglich durch den relativ schmalen
Adapterring miteinander verbunden. Der Adapterring ist dabei vorzugsweise nach
Art einer Adapterscheibe mit eine zentral angeordneten Kreisöffnung ausgestaltet.
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Der Anschlussadapter weist dabei
vorteilhafterweise mehrere voneinander verschiedene Außen- und/oder
Innendurchmesser auf (Anspruch 5). Dadurch wird der Anschlussadapter
universell einsetzbar. Mit Hilfe eines solchen Anschlussadapters
ist es möglich,
Roboterarme verschiedenster Bauart an ein und derselben Linearführung zu
befestigen.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform
nach Anspruch 6, bei der die Verbindungselemente des Anschlussadapters
an seinen Stirnseiten angeordnet sind. Mit anderen Worten bilden
die Stirnseiten des Adapters die Verbindungsflächen sowohl zum Roboterarm
als auch zum Montageschlitten. Dadurch wird ein universell einsetzbares
Anschlusssystem geschaffen, bei dem auch die unterschiedlichsten
Roboterarme verwendet werden können.
Zusätzlich
oder alternativ zu den Stirnseiten können auch die Seiten- oder
Mantelflächen
des Anschlussadapters als Verbindungsflächen genutzt werden.
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In einer weiteren, in Anspruch 7
beanspruchten Ausführungsform
der Erfindung sind Verbindungselemente zur Ausbildung von lösbaren Verbindungen
vorgesehen. Dadurch wird ein besonders flexibles Anschlusssystem
geschaffen, welches es ermöglicht,
Roboterarme innerhalb kürzester
Zeit zu montieren bzw. auszutau schen. Alternativ können selbstverständlich auch
Schweiß-,
Niet- oder andere Verbindungen verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es jedoch,
wenn Schraubverbindungen zum Einsatz kommen (Anspruch 8). Diese
sehr sicheren Verbindungen sind besonders einfach herzustellen und
zu lösen.
In diesem Fall sind als Verbindungselemente beispielsweise Schraubbohrungen
mit oder ohne Gewinde und/oder entsprechende Schraubenelemente vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung weist
neben dem oben beschriebenen Anschlussadapter einen auf einer Linearführung als
erste Achse des Roboterarms verfahrbaren Montageschlitten als Basis
auf (Anspruch 9).
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Zur Bewegung der Anschlussvorrichtung
auf der Linearachse weist der Montageschlitten nach der Lehre des
Anspruchs 10 wenigstens eine Führungsnut
auf, die zur Aufnahme einer entsprechenden Führungsschiene ausgebildet ist.
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Die Führungsnut verläuft dabei
vorteilhafterweise parallel zur zweiten Achse des Roboterarms (Anspruch
11). Dadurch wird erreicht, dass ein besonders großer Arbeitsbereich
des Roboterarms auf einer Seite der Linearführung liegt. Je nach Einsatzzweck
kann der Roboterarm aber auch derart an der Basis befestigt sein,
dass erste Achse und zweite Achse des Industrieroboters nicht parallel
zueinander verlaufen. Dies kann sowohl durch die Anordnung der Führungsnut
als auch durch die Anordnung der Anschlusselemente erreicht werden.
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Nach der Lehre des Anspruchs 12 ist
eine besonders sichere Linearbewegung gewährleistet, wenn der Montageschlitten
zwei parallel versetzt zueinander angeordnete Führungsnuten zur Aufnahme eines
Schienenpaares aufweist. Dabei kann beispielsweise eine Schiene
als Antriebsschiene eine Zahnstange aufweisen, während die zweite Schiene lediglich
als Auflage- oder Hilfsschiene dient.
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In einer weiteren, in Anspruch 13
beanspruchten Ausführungsform
der Erfindung weist der Montageschlitten ein erstes Anschlusselement
auf. Dieses Anschlusselement dient dem Anschluss einer Antriebseinheit,
die die erste Achse des Roboterarms antreibt, mit anderen Worten
also den Montageschlitten auf der Linearführung verfährt. Dies bedeutet, dass die
Antriebseinheit des Roboterarmes, die zuvor für die Drehbewegung des Roboterarms
am Karussell ermöglicht
hat, nunmehr für
den Antrieb des Montageschlittens auf der Linearachse verwendet wird.
Für die
Bewegung des Roboterarmes ist daher kein zusätzlicher Motor sowie gegebenenfalls
kein zusätzliches
Getriebe erforderlich. Dies trägt
wiederum zu einer besonders leichten und auch kompakten Bauform
des Industrieroboters bei.
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Nach der Lehre des Anspruchs 14 ist
das erste Anschlusselement des Montageschlittens zur Aufnahme eines
Getriebeelements ausgebildet. Wird beispielsweise ein Zahnritzels
als Getriebeelement verwendet, kann der Montageschlitten mit Hilfe
einer Zahnstange auf der Linearachse bewegt werden.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn
die Anschlussvorrichtung ein zweites Anschlusselement aufweist (Anspruch
15). Dieses zweite Anschlusselement dient zum Anschließen des
zuvor beschriebenen Anschlussadapters am Montageschlitten.
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Das zweite Anschlusselement ist vorteilhafterweise
nach Art eines Auges ausgebildet (Anspruch 16). Damit ist besonders
die Anordnung der zweiten Achse des Roboterarmes sowie der Anschluss
der Antriebseinheit für
die zweite Achse direkt am Anschlussadapter auf einfache Art und
Weise möglich.
Das Anschlussauge ist dabei vorteilhafterweise in Form und Größe dem zweiten
Verbindungselement des Anschlussadapters angepasst. Das Anschlussauge
ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet,
so dass beispielsweise am Augenumfang Verbindungsflächen ausgebildet
sind, die entsprechende Verbindungselemente wie beispielsweise Schraubbohrungen
aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der ringförmige Anschlussadapter verschiedene
Durchmesser aufweist. Dann kann beispielweise einer der Außendurchmesser
des Anschlussadapters derart bemessen sein, dass dieser Teil des
Anschlussadapters in das Anschlussauge eingeführt werden kann. Der derart
eingeführte
Anschlussadapter kann dann beispielsweise durch Verbinden des sich
außerhalb
des Auges befindenden Anschlussadapterteils am Anschlussauge derart
fixiert werden, dass der Anschlussadapter im Auge zentriert wird.
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Der Montageschlitten ist vorzugsweise
aus einem Aluminium-Material gefertigt (Anspruch 17). Dies führt zu einer
weiteren Verminderung des Arbeitsgewichtes des Industrieroboters.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Aluminium-Druckgussteils.
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Der erfindungsgemäße Industrieroboter nach der
Lehre des Anspruchs 18 weist einen Roboterarm auf, dessen erste
Achse eine Linearachse ist. Darüber
hinaus weist der erfindungsgemäße Industrieroboter
einen oben beschriebenen Anschlussadapter oder eine oben beschriebene
Anschlussvorrichtung auf.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines sechsachsigen Industrieroboters,
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2 eine
Teilansicht eines Industrieroboters in Explosionsdarstellung.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Industrieroboter 1 mit
seinen Bewegungsachsen dargestellt. Der Industrieroboter 1 besteht
dabei im Wesentlichen aus einem Roboterarm 2 und einer
den Roboterarm 2 tragenden Basis 3 auf. Die Basis 3 in Form
eines Montageschlittens weist zwei parallel zueinander verlaufende
Führungsnuten 4 auf,
in denen Führungsschienen
(nicht dargestellt) einliegen, auf denen der Montageschlitten 3,
und mit ihm der Roboterarm 2 , auf einer Linearachse 5 verfahrbar
ist.
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Der Roboterarm 2 ist über einen
mit strichpunktierter Linie dargestellten Anschlussadapter 6 am
Montageschlitten 3 befestigt. Die zweite Achse 7 des
Roboterarms 2 führt
dabei durch den Anschlussadapter 6 hindurch und verläuft parallel
zur ersten Achse 5. Zu beiden Seiten des Anschlussadapter 6 sind
mit durchbrochener Linie dargestellt Antriebselementen der zweiten
Achse 7 angeordnet, nämlich der
Motor 8 der zweiten Achse 7 sowie das Getriebe 9 der
zweiten Achse 7.
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Der als so genannter Gelenkarm ausgestattete
Roboterarm 2 weist an seinem dem Montageschlitten 3 abgewandte
Ende einen Handachsenantrieb 10 auf, der um die dritte
Achse 11 des Roboterarms bewegbar ist. Auch die dritte
Achse 11 verläuft parallel
zur Linearachse 5. Das sich daran anschließende Halsstück schließt mit einem
Handachsenkopf 12 ab.
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Für
eine optimale und flexible Einsetzbarkeit des Roboterarms 2 sind
insbesondere die vierte, fünfte
und sechste Bewegungsachse 13, 14, 15 der Handachuse
derart ausgebildet, dass sie einen Arbeitsbereich von beispielsweise ± 540° aufweisen. Die
Hauptachsen 5, 7 und 11 weisen dagegen üblicherweise
einen geringeren Arbeitsbereich, beispielsweise von 120 bis 195° auf.
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In 2 ist
zur Verdeutlichung der Erfindung ein Teil des Industrieroboters 1 in
Explosionsdarstellung abgebildet. Auf der den Führungsnuten 4 gegenüberliegenden
Seite 16 des Montageschlittens 3 ist ein flanschartiges
Anschlusselement 17 angeordnet, das eine kreisförmige Öffnung 18 aufweist.
Das im Wesentlichen plattenförmige
Anschlusselement 17 ragt dabei senkrecht aus der Oberseite 16 des
Schlittengrundkörpers 19 heraus.
Es ist an seinem Fußende
einstöckig
mit dem Schlittengrundkörper 19 verbunden
und am gegenüberliegenden
Kopfende abgerundet. Die nach Art eines Auges ausgestaltete Öffnung 18 ist
dabei in einem scheibenförmigen
Abschnitt des Anschlusselements 17 angeordnet, der sich
in etwa mittig im Anschlusselement befindet.
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Die Augenöffnung 18 weist an
ihrem Umfang beidseitig Verbindungsflächen 20 auf. Die Verbindungsflächen 20 sind
mit in Richtung der zweiten Achse 7 verlaufenden Bohrungen 21 versehen,
die in gleichmäßigen Abständen um
das Auge 18 herum angeordnet sind. An die Verbindungsflächen 20 schliessen
sich Halte- bzw. Stützelemente 22 ab,
die das Auge fixieren und mit dem Schlittengrundkörper 19 verbinden.
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Der ringförmige Anschlussadapter 6 weist zwei
Abschnitte 23, 24 mit unterschiedlichem Außendurchmesser
auf. Der Innendurchmesser ist dabei unverändert. Der dem Anschlussauge 18 zugewandte
Adapterabschnitt 24 mit dem größeren Außendurchmesser weist in Richtung
der zweiten Achse 7 verlaufende durchgehende Schraubbohrungen 25 auf.
Diese Bohrungen 25 sind derart angeordnet, dass sie jeweils
entsprechend angeordneten Gegenbohrungen 21 an der Verbindungsfläche 20 des
Anschlussauges 18 zugeordnet sind. Der dem Adapterauge 18 abgewandte
Adapterabschnitt 23 mit dem kleineren Außendurchmesser
weist ebenfalls in Richtung der zweiten Achse 7 verlaufende
Schraubbohrungen 25 auf. Diese dienen zum Anschluss der
entsprechenden Teile der Antriebseinheit 8, 9 der
zweiten Achse 7.
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Mit Hilfe des ringförmigen Anschlussadapters 6 wird
der Roboterarm 2 am Auge 18 des Montageschlittens 3 angeschlossen.
Dazu werden Anschlussadapter 6 an einer oder beiden Seiten
des Anschlussauges 18 angebracht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden Getriebe 8 und Motor 9 der zweiten Achse 7 mit
Hilfe des Anschlussadapters 6 an den Montageschlitten 3 montiert.
Dies erfolgt derart, dass der Anschlussadapter 6 mit seinem
den kleineren Aussendurchmesser aufweisenden Teilstück 24 von
der linken Seite in das Anschlussauge 18 eingeführt und
anschliessend derart im Auge 18 fixiert wird, dass er zentriert
im Auge 18 einliegt. Die Fixierung des Anschlussadapters 6 erfolgt
derart, dass das den größeren Aussendurchmesser
aufweisende Teilstück 24 des
Anschlussadapters 6 am Um fang 20 des Anschlussauges 18 mittels
Schraubverbindungen angebracht wird. Im Anschluss daran wird das
Getriebe 8 mit der einen Seite des Anschlussadapters 6 und
der entsprechende Motor 9 mit der gegenüberliegenden Seite des Anschlussadapters 6 mit
Hilfe von Schraubverbindungen verbunden. Die zweite Achse 7,
also die Schwenkachse des Roboterarmes 2, führt somit
sowohl durch den Mittelpunkt des Auges 18 als auch durch
den Mittelpunkt der Anschlussadapteröffnung 26. Mit anderen
Worten durchgreift die Antriebswelle 27 des Motors 9 der zweiten
Achse 7 sowohl den Adapterring 6 als auch das
Anschlussauge 18 des Montageschlittens 3 und greift
in die dafür
vorgesehene Öffnung 28 des
Getriebes 8 der zweiten Achse 7 ein. Im montierten
Zustand ergibt sich eine sehr kompakte Bauform, bei der Motor 9 und
Getriebe 8 der zweiten Achse 7 mit dem ringförmigen Anschlussadapter 6 direkt
am Anschlussauge 18 des Montageschlittenes 3 angebracht
sind. Das Getriebe 8 wiederum ist mit dem Roboterarm 2 verbunden,
der die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Achse 7, 11 herstellt.
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Der Montageschlitten 3 weist
ein weiteres Anschlusselement 29 zur Aufnahme eines Zahnritzels 30 auf.
Das Zahnritzel 30 dient zum Antrieb des Montageschlittenes 3 mittels
einer Zahnstange (nicht abgebildet) und wird durch den Motor 31 der
ersten Achse 5 über
das entsprechende Getriebe 32 angetrieben.
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- 1
- Industrieroboter
- 2
- Roboterarm
- 3
- Montageschlitten
- 4
- Führungsnut
- 5
- Erste
Achse
- 6
- Anschlussadapter
- 7
- Zweite
Achse
- 8
- Motor
- 9
- Getriebe
- 10
- Handachsenantrieb
- 11
- Dritte
Achse
- 12
- Handachsenkopf
- 13
- Vierte
Achse
- 14
- Fünfte Achse
- 15
- Sechste
Achse
- 16
- Oberseite
des Montageschlit
-
- tens
- 17
- Anschlusselement
- 18
- Auge
- 19
- Schlittengrundkörper
- 20
- Verbindungsfläche
- 21
- Schraubbohrung
- 22
- Halteelement
- 23
- Erster
Abschnitt
- 24
- Zweiter
Abschnitt
- 25
- Schraubbohrung
- 26
- Adapteröffnung
- 27
- Antriebswelle
- 28
- Getriebeöffnung
- 29
- Anschlusselement
- 30
- Zahnritzel
- 31
- Motor
- 32
- Getriebe